KR101132568B1 - 흄 발생없이 패턴을 형성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

미세 반도체 소자 제조시 패턴 형성 후 건식 세정을 적용할 때에 공정간 시간 지연으로 발생하는 흄 없이 패턴을 형성하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 패턴 형성 방법의 일 구성에서는, 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 이용하여 재료층을 식각함으로써 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 패턴에 남아 있는 상기 식각 가스의 잔여물을 활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 이용해 제거하는 단계를 포함한다.

Description

흄 발생없이 패턴을 형성하는 방법{Method for forming patterns without fume}
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 축소된 반도체 소자 제조시 미세한 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라서, 서로 이웃한 소자들을 전기적으로 격리시키기 위한 소자분리 기술의 중요성이 더욱 증대되고 있다. 반도체 공정의 소자분리 기술 중의 하나인 쉘로우 트렌치 소자분리막(Shallow Trench Isolation : 이하 "STI"라 함) 형성 방법은 반도체 기판에 활성 영역을 한정하는 트렌치를 형성하고, 상기 트렌치 내부를 절연 물질로 매립하여 소자분리막을 형성하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 소자분리막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 반도체 기판(10) 상에 패드산화막 및 질화막을 순차적으로 형성한다. 질화막 위에 포토레지스트 패턴(미도시)을 형성한 다음 이를 이용해 상기 질화막을 패터닝하여 질화막 패턴(30)을 형성한다. 질화막 패턴(30)을 식각 마스크로 하여 상기 패드산화막 및 반도체 기판(10)을 식각함으로써, 패드산화막 패턴(20)과, 반도체 기판(10)의 활성 영역을 한정하는 트렌치(40)를 형성한다.
후속 공정에서, 상기 포토레지스트 패턴을 애슁(ashing)으로 제거하고 식각 부산물 등은 습식 세정으로 제거한 후, 트렌치(40) 내부에 절연 물질을 매립한 다음, 질화막 패턴(30)과 패드산화막 패턴(20)을 제거하여 소자분리막을 완성한다.
그런데 반도체 소자의 디자인 룰(design rule)이 감소함에 따라 트렌치의 종횡비(aspect ratio)가 증가하고 있어 습식 세정 후 건조시 패턴이 쓰러지는 문제가 발생한다. 구체적으로, 20nm급 이하에서는 습식 세정시 등방성 식각에 의해 패턴이 무너지는 문제가 생길 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 습식 세정 대신에 HF 가스 등을 이용한 건식 세정이 대체 공정으로 각광받고 있다. 그러나, 건식 세정을 적용할 때에는 패턴 형성을 위한 식각 장비와 식각 후 이용하는 건식 세정 장비 사이에서의 기판 이송 등으로 인해 공정간 시간 지연이 발생하게 되는데, 이에 따라 패턴 내부에 흄(fume)이라 부르는 불순물이 발생되는 현상을 보이고 있다.
도 2는 식각 장비에서 반도체 기판(10)에 트렌치(40)를 형성한 후 건식 세정 장비로 이송 중 대기 중에 반도체 기판(10)이 노출되면서 트렌치(40) 안에 흄(50)이 발생된 상태를 보여주는 개략적인 상면도이다.
도시한 바와 같이, 흄(50)은 반도체 기판(10) 전면에 발생되며 XPS/AES 등으로 성분 분석하면 SiO2 성분이 나온다. 이것은 식각 공정에서 사용하는 식각 가스 중의 F, Cl, Br 등 할로겐 성분이 트렌치(40) 안에 남아 있다가 대기 중에 노출시 대기 중의 수분과 반응하여 고체 상태의 수화물이 된 상태인 것으로 파악된다. 이러한 흄은 STI 공정에서만 문제가 되는 것은 아니며, 패터닝 후 건식 세정을 적용하려는 모든 공정, 예컨대 게이트 라인, 비트 라인 등의 형성 공정에서도 문제가 된다.
식각 후 후속 공정으로 습식 세정이 진행된다면 습식 세정액인 BOE(Buffered Oxide Etchant)나 과산화수소(H2O2)와의 수화반응(Hydrolysis)에 의해 흄이 형성되지 않을 것이다. 그러나, 소자의 디자인 룰이 감소함에 따라 습식 세정은 적용이 불가하고 건식 세정을 사용할 수밖에 없으므로 건식 세정을 이용하는 공정에서 흄 제거는 반드시 해결해야 할 과제이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 미세 반도체 소자 제조시 패턴 형성 후 건식 세정을 적용할 때에 공정간 시간 지연으로 발생하는 흄 없이 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 패턴 형성 방법의 일 구성에서는, 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 이용하여 재료층을 식각함으로써 패턴을 형성하는 단계, 및 상기 패턴에 남아 있는 상기 식각 가스의 잔여물을 활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 이용해 제거하는 단계를 포함한다.
상기 패턴을 형성하는 단계와 상기 제거하는 단계는 인시튜(in-situ)로 실시할 수 있다. 즉, 상기 패턴을 형성하는 단계를 소정의 식각 장비에서 진행하는 경우 상기 재료층을 상기 식각 장비에서 반출하지 않고 그 자리에서 상기 제거하는 단계를 실시하는 것이다. 이렇게 하면 상기 식각 가스의 잔여물이 제거된 상태로 상기 재료층을 반출할 수 있으므로, 후속 공정과의 사이에 시간 지연이 발생하더라도 종래와 같은 흄 발생을 방지할 수 있다.
상기 식각 가스의 잔여물을 제거하기 위해서는 상기 활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 상기 재료층에 공급하여 상기 잔여물과 반응시켜 휘발성 물질을 먼저 형성한다. 그런 다음, 상기 휘발성 물질을 배기시킨다. 이러한 단계들은 상기 패턴을 형성하는 단계보다 높은 온도에서 실시하는 경우에 제거 효율이 극대화될 수 있다.
상기 활성화된 수소 원자는 플라즈마에 의해 여기된 것을 이용할 수 있다. 바람직하기로는 H2 플라즈마 또는 H2O 플라즈마로 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 패턴 형성 방법의 다른 구성은 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 이용하여 식각 장비 안에서 재료층을 식각함으로써 패턴을 형성하는 단계, 상기 패턴이 형성된 재료층을 상기 식각 장비로부터 HF 가스를 이용하는 건식 세정 장비로 이송하는 단계, 및 이송하는 동안 상기 패턴에 남아 있는 상기 식각 가스의 잔여물로부터 생성된 흄(fume)을 상기 건식 세정 장비 안에서 활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 이용해 제거하는 단계를 포함한다.
이 방법은 패턴을 형성하는 식각 장비와 패턴을 세정하는 건식 세정 장비 사이에 공정간 시간 지연에 따라 발생된 흄을 건식 세정 장비 안에서 제거하는 것이다. 상기 흄의 제거는 HF 가스를 이용해 상기 재료층을 건식 세정하는 단계 이후에 진행하거나 이전에 진행할 수 있다. 또는 HF 가스를 이용해 상기 재료층을 건식 세정하는 단계 중간에 진행하여도 된다.
예를 들어, 상기 재료층을 건식 세정하는 단계는 상기 재료층의 온도를 20 ℃ 내지 70 ℃로 유지하고 HF 가스와 NH3 가스를 상기 건식 세정 장비에 공급하는 단계와 상기 재료층 온도를 80 ℃ 내지 200 ℃로 승온시키는 후열처리 단계를 포함하고, 상기 흄을 제거하는 단계는 상기 후열처리 단계와 동시에 실시하면 된다.
본 발명에 따르면, 공정간의 시간 지연에 의해 발생하는 패턴 내부의 흄을 효과적으로 제거할 수 있다. HF 가스를 이용한 건식 세정 공정의 후열처리시 활성화된 수소 원자 혹은 수증기를 인가하여 흄을 제거할 수 있으므로 별도의 제거 단계가 추가로 필요하지 않다.
도 1은 종래 기술에 따른 소자분리막 형성 방법을 설명하기 위한 단면도,
도 2는 반도체 기판에 트렌치를 형성한 후 건식 세정 전에 대기 중에 노출되면서 흄이 발생된 상태를 보여주는 개략적인 상면도,
도 3은 본 발명에 관한 패턴 형성 방법을 실시하기 위한 식각 장비의 일예를 도시한 구성도,
도 4는 제1 실시예에 따른 패턴 형성 방법의 순서도,
도 5는 본 발명에 관한 패턴 형성 방법을 실시하기 위한 식각 장비의 다른 예를 도시한 구성도,
도 6은 제2 실시예에 따른 패턴 형성 방법의 순서도,
도 7은 본 발명에 관한 패턴 형성 방법을 실시하기 위한 건식 세정 장비의 일예를 도시한 구성도,
도 8은 제3 실시예에 따른 패턴 형성 방법의 순서도,
도 9는 제4 실시예에 따른 패턴 형성 방법의 순서도이다.
이하, 첨부 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
(제1 실시예)
도 3은 본 발명에 관한 패턴 형성 방법을 실시하기 위한 식각 장비의 일예를 도시한 구성도이다.
이 식각 장비(100)는 기판(w)이 로딩되는 챔버(70)를 갖고 있다. 챔버(70)의 내부공간 중 하측에는 기판(w)이 배치되는 서셉터(60)가 설치될 수 있다. 여기에는 소정 히터(미도시)가 구비되어 있어 기판(w) 및/또는 챔버(70) 내부의 온도를 조절할 수 있게 되어 있다. 챔버(70)의 내부공간 중 상측에는 기판(w) 또는 기판(w) 상에 형성된 층(이하, 통칭하여 재료층이라 함)을 식각하여 패턴을 형성할 수 있도록 식각 가스를 분사하는 샤워헤드(80)가 구비될 수 있다.
한편, 챔버(70)에는 유량 제어된 식각 가스와 기타 필요한 공정 가스, 특히 본 실시예에서는 수증기를 챔버(70) 내로 도입하기 위한 가스 공급계(90)가 더 설치되어 있다. 식각 가스는 HBr, Cl2 등 할로겐 화합물을 포함하며 식각하려는 재료층의 종류에 따라 달라질 수는 있지만 기본적으로 할로겐 화합물을 포함한다. 혼합 가스를 사용하는 경우 식각 가스를 구성하는 각 성분 가스가 미리 혼합되지 않고 챔버(70) 내에 공급되어 혼합될 수 있도록, 가스 공급계(90)는 식각 가스를 구성하는 성분 가스별로 각각 독립적으로 구비시킨다. 즉, 세분하여 도시하지는 않았지만 가스 공급계(90)는 각 성분 가스의 공급원(90a, 가스 봄베 또는 액체를 담은 캐니스터 등)과 연결된 가스 공급로(90b), 여기에 구비된 유량 제어기(90c, MFC) 등을 각각 포함하게 된다.
샤워헤드(80)는 이러한 가스 공급계(90)로부터 공급받은 성분 가스를 챔버(70) 내로 분사하는 수단이다.
다음에, 이상과 같이 구성된 식각 장비(100)를 이용하여 행할 수 있는 본 발명 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.
도 4는 제1 실시예에 따른 패턴 형성 방법의 순서도이다.
먼저 도 3에 도시한 것과 같은 식각 장비(100) 안에 기판(w)을 반입한다(단계 s1). 기판(w)은 서셉터(60) 상에 로딩되며, 기판(w) 자체, 혹은 공정을 위해 적절한 층과 그것을 식각하는 데에 사용할 식각 마스크까지 형성된 것일 수 있으며, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 기판에 한정되지 않고, LCD 기판, 유리 기판 등에도 적용할 수 있다.
다음, 가스 공급계(90)로부터 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 챔버(70)에 공급하여 재료층을 식각하여 패턴을 형성한다(단계 s2). 공정에 따라서, 형성하고자 하는 패턴은 STI 형성을 위한 트렌치가 될 수도 있고 게이트 라인이 될 수도 있으며 비트 라인이 될 수도 있다.
다음, 상기 기판(w)을 챔버(70)로부터 반출하기 전에 상기 가스 공급계(90)를 통해 수증기를 공급한다(단계 s3). 수증기는 상기 패턴에 남아 있는 상기 식각 가스의 잔여물, 예컨대 Cl기 또는 Br기 등과 반응해 HCl 또는 HBr 등의 휘발성 물질을 형성한다. 다음에 이러한 휘발성 물질을 배기시키는 단계를 실시한다(단계 s4).
이러한 수증기 공급과 배기의 단계(s3, s4)는 상기 패턴을 형성하는 단계(s2)보다 높은 온도에서 실시하는 경우에 식각 가스 잔여물 제거 효율이 극대화될 수 있다.
수증기 공급과 배기의 단계(s3, s4)를 거치면서 상기 패턴에 남아 있는 잔여물이 제거된다. 따라서, 후속 공정을 위해 상기 기판(w)을 상기 식각 장비(100) 외부로 반출시 상기 기판(w)의 패턴에는 흄을 발생시킬만한 물질이 남아있지 않게 된다. 따라서, 후속 공정과의 사이에 시간 지연이 발생하더라도 종래와 같은 흄 발생을 방지할 수 있다.
(제2 실시예)
도 5는 본 발명에 관한 패턴 형성 방법을 실시하기 위한 식각 장비의 다른 예를 도시한 구성도이다. 이 식각 장비(100')는 도 3에 도시한 식각 장비(100)와 유사하며, 리모트 플라즈마 발생기(95)가 더 추가된 구성을 가진다.
이상과 같이 구성된 식각 장비(100')를 이용하여 행할 수 있는 본 발명 패턴 형성 방법은 도 6의 순서도를 따를 수 있다.
우선 도 5에 도시한 것과 같은 식각 장비(100') 안에 기판(w)을 반입하여 서셉터(60) 상에 로딩한다(단계 s11).
다음, 가스 공급계(90)로부터 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 챔버(70)에 공급하여 재료층을 식각하여 패턴을 형성한다(단계 s12).
다음, 상기 기판(w)을 챔버(70)로부터 반출하기 전에 상기 리모트 플라즈마 발생기(95)를 통해 H2 플라즈마 또는 H2O 플라즈마를 챔버(70) 내부로 공급한다. H2 플라즈마 또는 H2O 플라즈마는 활성화된 수소 원자(수소 라디칼)를 챔버(70) 내로 공급하게 된다(단계 s13). 활성화된 수소 원자는 상기 패턴에 남아 있는 Cl기 또는 Br기 등 상기 식각 가스의 잔여물과 반응해 HCl 또는 HBr 등의 휘발성 물질을 형성한다. 다음에 이러한 휘발성 물질을 배기시켜 식각 가스 잔여물 제거를 완료한다(단계 s14).
상기 제1 실시예에서와 마찬가지로, 본 실시예에서는 이러한 방법을 통해 상기 패턴에 남아 있는 식각 가스의 잔여물이 제거된 후 상기 기판(w)을 상기 식각 장비(100') 외부로 반출할 수 있게 되므로 종래와 같은 흄 발생을 방지할 수 있다.
한편, 상기 두 실시예는 패턴을 형성하는 단계와 식각 가스의 잔여물을 제거하는 단계가 인시튜(in-situ)로, 즉 패턴을 형성하는 단계를 소정의 식각 장비에서 진행하는 경우 기판을 상기 식각 장비에서 반출하지 않고 그 자리에서 식각 가스의 잔여물을 제거하는 단계를 실시하는 것이다. 그러나 다음에 설명하는 것과 같이, 패턴을 형성하는 단계와 식각 가스의 잔여물을 제거하는 단계가 엑스시튜(ex-situ)로 실시될 수도 있다. 이후 설명하는 실시예들은 패턴을 형성하는 식각 장비와 패턴 형성 후 재료층을 세정하는 건식 세정 장비 사이에 공정간 시간 지연에 따라 발생된 흄을 건식 세정 장비 안에서 제거하는 것이다.
(제3 실시예)
도 7은 본 발명에 관한 패턴 형성 방법을 실시하기 위한 건식 세정 장비의 일예를 도시한 구성도이다.
건식 세정 장비(200)는 기판(w)이 로딩되는 챔버(170)를 갖고 있다. 챔버(170)의 내부공간 중 하측에는 기판(w)이 배치되는 서셉터(160)가 승강 가능하게 설치될 수 있다. 여기에는 소정 히터(미도시)가 구비되어 있어 기판(w) 및/또는 챔버(170) 내부의 온도를 조절할 수 있게 되어 있다. 챔버(170)의 내부공간 중 상측에는 기판(w)에 형성된 실리콘 산화막, 기타 불순물 등을 건식 식각 방법으로 세정할 수 있도록 세정 가스를 분사하는 샤워헤드(180)가 구비될 수 있다.
한편, 챔버(170)에는 유량 제어된 세정 가스 및 기타 공정 가스를 챔버(170) 내로 도입하기 위한 가스 공급계(190)가 더 설치되어 있다. 건식 세정의 경우 HF 가스를 단독으로 사용하는 것이 아니라 HF 가스를 적어도 포함하는 혼합 가스를 세정 가스로 사용하게 되는데, 예를 들어 세정 가스로 HF 가스와 NH3의 혼합 가스를 사용하는 경우 세정 가스를 구성하는 각 성분 가스가 미리 혼합되지 않고 챔버(170) 내에 공급되어 혼합될 수 있도록, 가스 공급계(190)는 세정 가스를 구성하는 성분 가스별로 각각 독립적으로 구비시킨다. 즉, 세분하여 도시하지는 않았지만 가스 공급계(190)는 각 성분 가스의 공급원(190a, 가스 봄베 또는 액체를 담은 캐니스터 등)과 연결된 가스 공급로(190b), 여기에 구비된 유량 제어기(190c, MFC) 등을 각각 포함하게 된다.
샤워헤드(180)는 이러한 가스 공급계(190)로부터 공급받은 성분 가스를 챔버(170) 내로 분사하는 수단이며, 샤워헤드(180) 안에서도 혼합되지 않고 챔버(170) 내로 분사되어 비로소 혼합되는 포스트 믹스(post mix) 타입인 것이 샤워헤드(180)의 유지 관리상 좋다. 이를 위해 샤워헤드(180) 안에 적어도 두 개의 독립적인 유로가 형성된 듀얼 타입(dual type)을 채용하도록 한다. 물론 성분 가스를 챔버(170) 내로 분사하는 수단은 가스 노즐이나 가스 분사판과 같은 샤워헤드 이외의 다른 형태일 수도 있고, 또한 챔버(170)의 상방이 아닌 하방으로부터 각 가스를 도입하여 구성하는 방식일 수도 있다.
건식 세정 장비(200)에는 도시한 바와 같은 리모트 플라즈마 발생기(195)도 구비될 수 있다. 리모트 플라즈마 발생기(195)는 H2 플라즈마 또는 H2O 플라즈마를 챔버(170)로 공급한다. 이에 따라 활성화된 수소 원자를 챔버(170) 내로 공급하여 흄 제거에 이용할 수 있게 된다.
이상과 같이 구성된 건식 세정 장비(200)를 이용하여 행할 수 있는 본 발명 패턴 형성 방법은 도 8의 순서도를 따를 수 있다.
먼저 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 이용하여 식각 장비 안에서 재료층을 식각함으로써 패턴을 형성한다(단계 s21). 이 단계는 앞선 실시예들에서 설명한 패턴 형성 단계와 유사하다.
다음, 패턴이 형성된 기판(w)을 상기 식각 장비로부터 도 7에 도시한 것과 같은 건식 세정 장비(200)로 이송한다(단계 s22). 기판(w)을 이송하는 동안 상기 패턴에 남아 있는 상기 식각 가스의 잔여물이 대기 중의 수분과 반응하여 흄이 형성된다.
다음, 상기 건식 세정 장비(200) 안에 활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 공급하여 상기 흄을 제거한다(단계 s23).
활성화된 수소 원자는 상기 리모트 플라즈마 발생기(195)를 이용해 H2 플라즈마 또는 H2O 플라즈마를 챔버(170) 내로 공급하는 것에 의해 제공될 수 있다. 수증기는 가스 공급계(190)를 통해 제공될 수 있다. 활성화된 수소 원자 및 수증기는 앞의 실시예들에서 설명한 것과 유사한 기작으로 흄을 제거하게 된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 흄은 전 식각 공정에서 사용한 식각 가스 중의 할로겐기가 대기 중의 수분과 반응하여 형성한 물질로서, 예컨대 실리콘 소재의 기판(w)을 Cl기를 포함하는 식각 가스로 식각하여 STI 트렌치를 형성하는 경우에는 흄의 성분이 대략 SiOxCly이라고 할 수 있다. 이러한 성분의 흄에 대해 본 발명에서 제안하는 바와 같이 수증기를 공급할 경우 다음과 같은 반응이 일어난다.
SiOxCly(s)+(1-x)H2O(v)→ SiOH(s) + HCl(g)
이러한 수화반응에 의해 형성된 SiOH는 후속 공정에서 HF 가스를 이용한 건식 세정 단계 등을 통해 충분히 제거 가능하고 HCl은 휘발성 물질이기 때문에 배기시키면 쉽게 제거된다. 이에 따라 좁고 깊은 STI 트렌치라도 패턴 내부의 흄은 쉽게 제거될 수 있다.
또한, 수증기가 아닌 활성화된 수소 원자도 위와 같이 할로겐기와 반응하여 휘발성 물질을 생성시킬 수 있으므로 동일한 흄 제거 효과를 낼 수 있다.
이상과 같은 흄을 제거하는 단계(s23) 다음에는 HF 가스를 이용한 건식 세정 단계를 수행할 수 있다. 물론 HF 가스를 이용한 건식 세정을 먼저 실시한 후 흄을 제거하는 단계(s23)를 수행하여도 된다. 또는 건식 세정하는 단계 중간에 흄 제거 단계를 진행하여도 되고, 특히 건식 세정하는 단계가 두 단계로 진행되는 경우에는 그 중 하나의 단계와 동시에 진행해도 된다. 그러면 공정상 별도의 추가 진행이나 시간 소요가 없게 된다. 제4 실시예에서 설명한다.
(제4 실시예)
본 발명 패턴 형성 방법은 도 7에 도시한 장비를 이용하면서 도 9의 순서도를 따를 수 있다.
먼저 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 이용하여 식각 장비 안에서 재료층을 식각함으로써 패턴을 형성한다(단계 s31).
다음, 패턴이 형성된 기판(w)을 상기 식각 장비로부터 도 7에 도시한 것과 같은 건식 세정 장비(200)로 이송한다(단계 s32). 이송하는 동안 상기 패턴에 남아 있는 상기 식각 가스의 잔여물이 대기 중의 수분과 반응하여 흄이 형성된다.
다음에, 챔버(170)에 HF 가스와 NH3 가스 및 IPA의 혼합 가스를 세정 가스로 사용하여 상기 기판(w)을 건식 세정한다(단계 s33).
구체적으로 챔버(170) 내부 압력을 10 mTorr 내지 150 Torr, 서셉터(160) 온도를 20 ℃ 내지 70 ℃로 조정한 다음, 기판(w)을 로딩한다. 서셉터(160) 온도는 세정 가스의 세정 반응에 가장 적합한 온도 범위에서 선정한다. 서셉터(160) 온도가 기판(w) 온도가 된다. 이 때, 기판(w)은 소정 프리 히팅 단계를 거쳐 고온의 서셉터(160) 상에 안치되는 것일 수 있다. 그러나 이와 반대 순서로 기판(w)을 먼저 서셉터(160) 상에 안치한 후 서셉터(160) 온도를 조정하여 기판(w) 온도를 조정하는 방식을 택할 수도 있다. 이 때, 챔버(170) 벽은 세정 가스가 응축되지 않도록 50℃ 내지 100℃로 유지할 수 있다. 샤워헤드(180)도 50℃ 내지 150℃로 유지할 수 있다.
그런 다음, HF 가스 공급계로부터 유량 제어된 HF 가스를 챔버(170) 내로 도입하는 동시에, NH3 가스 공급계로부터 유량 제어된 NH3 가스를 챔버(170) 내로 도입한다. 또한 IPA 공급계로부터 유량 제어된 IPA를 챔버(170) 내로 도입한다. 실온에서 IPA는 액상이므로 적당한 버블링 또는 기화기를 통해 기화시켜 도입시킨다. 그리고, 가스 공급로(190b)의 온도는 실온에서 액체인 공급원의 특성에 따라 가스 공급로(190b) 상에서 액화되지 않도록 50℃ 내지 150℃로 조절한다.
이와 같이, 챔버(170) 내로 따로따로 도입된 HF 가스와 NH3 가스 그리고 IPA는 샤워헤드(180)를 통해 챔버(170) 내에 분사되면서 혼합되고, 이 혼합 가스가 기판(w)에 형성되어 있는 실리콘 산화막 등 기타 불순물을 식각하고 제거하면서 세정이 이루어지게 된다.
이 때에 상기 세정 가스에 N2, Ar 및 He 중 선택되는 적어도 하나의 불활성 가스를 더 포함시켜 캐리어 가스로 사용할 수 있으며, 불활성 가스는 단독으로 공급하여도 되지만 HF 가스 또는 NH3 가스 또는 IPA 가스와 혼합하여 공급하여도 된다. 상기 HF 가스, NH3 가스, IPA와 불활성 가스의 유량은 각각 10 내지 300 sccm에서 선택할 수 있으며 예컨대 모두 60 sccm을 공급하여 상기 HF 가스 : NH3 가스 : IPA와 불활성 가스의 유량비를 1 : 1 : 1로 설정할 수 있다. 그러나 적절한 유량비를 1 : 0.5~2 : 0.5~2에서 설정할 수 있다. 각 가스의 유량비 조절을 통해 세정 속도나 선택비 등의 변경이 가능하며 이 모두 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다. HF 가스와 NH3 가스 그리고 실리콘 산화막이 반응하면 물이 형성되고, IPA는 이 물을 빨리 증발시키기 때문에 전체적인 반응 속도를 향상시키게 되며 이는 세정 속도의 증가로 귀결된다.
이와 같이 하여, 기판(w)을 세정한 후 챔버(170) 내부에 기판(w)을 그대로 유지한 상태에서 기판(w) 온도를 80℃ 내지 200℃ 사이의 온도, 예컨대 100℃까지 승온시켜 상기 기판(w)에 붙어 있는 세정 부산물을 제거하는 후열처리 단계를 인시튜로 더 실시할 수도 있다(단계 s34). 이와 같이 하면 세정 공정과 그에 필요한 후공정을 하나의 챔버에서 수행하기 때문에 작업처리량이 좋아지며, 부산물이 제거된 상태에서 챔버(170)를 빠져 나가게 된다. 따라서, 부산물을 제거하지 않은 채 다른 후열처리 챔버로 옮기는 과정에서 트랜스퍼 모듈(transfer module)과 같은 다른 부분에 발생할 수 있는 오염이 방지되는 효과가 있다.
본 실시예에서는 후열처리와 동시에 상기 건식 세정 장비(200) 안에 활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 공급하여 상기 흄을 제거하는 단계를 실시하도록 한다. 기존에 HF 가스를 이용한 건식 세정 단계가 이와 같이 세정과 후열처리의 두 단계로 진행되는 경우 본 발명에서는 별도의 제거 단계를 운영할 필요없이, 후열처리시 수증기를 공급하거나 활성화된 수소 원자를 공급하는 간단한 공정을 통해 흄을 제거하는 탁월한 효과를 낼 수 있다.
이상, 본 발명을 몇몇 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다. 따라서, 이러한 변형 모두가 본 발명의 영역에 포함되는 것을 의도한다.
w...기판 60, 160...서셉터
70, 170...챔버 80, 180...샤워헤드
90, 190...가스 공급계 95, 195...리모트 플라즈마 발생기
100, 100'...식각 장비 200...건식 세정 장비

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
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  5. 할로겐 화합물을 포함하는 식각 가스를 이용하여 식각 장비 안에서 재료층을 식각함으로써 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴이 형성된 재료층을 상기 식각 장비로부터 HF 가스를 이용하는 건식 세정 장비로 이송하는 단계;
    HF 가스를 이용해 상기 재료층을 건식 세정하는 단계; 및
    이송하는 동안 상기 패턴에 남아 있는 상기 식각 가스의 잔여물로부터 생성된 흄(fume)을 상기 건식 세정 장비 안에서 활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 이용해 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 재료층을 건식 세정하는 단계는 HF 가스를 포함하는 세정 가스를 상기 건식 세정 장비에 공급하는 단계와 상기 재료층을 후열처리하는 후열처리 단계를 포함하며,
    상기 후열처리 단계와 상기 제거하는 단계는 동시에 실시하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  6. 삭제
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  8. 제5항에 있어서, 상기 재료층을 건식 세정하는 단계는 상기 재료층의 온도를 20 ℃ 내지 70 ℃로 유지하고 HF 가스와 NH3 가스를 포함하는 세정 가스를 상기 건식 세정 장비에 공급하는 단계와 상기 재료층 온도를 80 ℃ 내지 200 ℃로 승온시키는 후열처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  9. 삭제
  10. 제5항에 있어서, 상기 제거하는 단계는
    활성화된 수소 원자 및 수증기 중 적어도 어느 하나를 상기 재료층에 공급하여 상기 흄과 반응시켜 휘발성 물질을 형성하는 단계; 및
    상기 휘발성 물질을 배기시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
  11. 제5항에 있어서, 상기 활성화된 수소 원자는 플라즈마에 의해 여기되는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 방법.
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