KR101299661B1 - 정규형 저유전율 유전체 재료 및/또는 다공형 저유전율유전체 재료의 존재 시 레지스트 스트립 방법 - Google Patents
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Abstract
기판으로부터 포토레지스트 재료를 스트립하는 2 단계 공정이 개시된다. 기판은 포토레지스트 재료 하부의 저유전율 유전체 재료와, 포토레지스트 재료 및 저유전율 유전체 재료 둘다의 상부의 폴리머 필름을 포함한다. 2 단계 공정 중 제1 단계는 산소 플라즈마를 사용하여 폴리머 필름을 제거한다. 2단계 공정 중 제2 단계는 제1 단계의 완료 후에 개시되며, 암모니아 플라즈마를 사용하여 포토레지스트 재료를 제거한다. 2단계 포토레지스트 스트립 공정 중 각 공정은 화학종, 온도, 압력, 가스 유속, RF 전력과 주파수, 및 기간을 포함하는 공정 파라미터에 대한 특정 값들에 의해 각각 정의된다.
저유전율 유전체 재료, 포토레지스트, 폴리머, 스트립 공정
Description
반도체 제조 시, 실리콘과 같은 재료로 이루어진 반도체 웨이퍼 ("웨이퍼") 상에 집적 회로가 제작된다. 웨이퍼 상에 집적 회로를 제작하기 위해서는, 다양한 유형의 트랜지스터, 레지스터, 다이오드 및 캐패시터와 같은 다수의, 예를 들어 수백만 개의 전자 디바이스들을 제작하여야 한다. 이러한 전자 디바이스들의 제조는 웨이퍼 상의 정확한 위치에 재료를 증착, 제거 및 주입하는 단계를 포함한다. 포토리소그라피라 불리는 공정은 웨이퍼 상의 정확한 위치에 재료의 증착, 제거 및 주입을 용이하게 하는데 일반적으로 사용된다.
상기 포토리소그라피 공정에서는, 먼저 웨이퍼 상에 포토레지스트 재료가 증착된다. 그 다음, 포토레지스트 재료는 레티클에 의해 광필터링되도록 노광된다. 일반적으로, 레티클은 이를 통과하는 광을 차단하는 전형적인 피쳐 형상을 갖도록 패터닝된 유리판이다. 레티클을 통과한 후, 광은 포토레지스트 재료의 표면과 접촉한다. 광은 노광된 포토레지스트 재료의 화학적 조성을 변화시킨다. 양성 포토레지스트 재료에 대해서, 광에 대한 노광은 노광된 포토레지스트 재료가 현상액에 녹지 않는 상태가 되게 한다. 반대로, 음성 포토레지스트 재 료에 대해서, 광에 대한 노광은 노광된 포토레지스트 재료가 현상액에 녹는 상태가 되게 한다. 광에 대한 노광 후, 포토레지스트 재료 중 녹은 부분은 제거되어, 패터닝된 포토레지스트층을 남긴다.
그 다음, 웨이퍼는 패터닝된 포토레지스트층에 의해 피복되지 않은 웨이퍼 영역에서 재료를 제거, 증착 또는 주입하도록 처리된다. 웨이퍼 처리 후, 패터닝된 포토레지스트층은 포토레지스트 스트립이라 불리는 공정에서 웨이퍼로부터 제거된다. 웨이퍼 표면 상에 잔존하는 포토레지스트 재료는 집적 회로에 결함을 야기할 수도 있기 때문에 포토레지스트 스트립 공정 동안 포토레지스트 재료를 완전히 제거하는 것이 중요하다. 또한, 포토레지스트 스트립 공정은 웨이퍼 상에 존재하는 하부 재료를 화학적으로 변형시키거나 물리적으로 손상시키는 것을 방지하도록 주의 깊게 수행되어야 한다.
요약
일 실시형태에서, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법이 개시된다. 그 방법은 저유전율 유전체 재료 상부에 포토레지스트 재료가 놓여있는 기판을 제공하는 동작을 포함하며, 포토레지스트 재료 및 저유전율 (low k) 유전체 재료 둘다가 상부의 폴리머 필름을 구비한다. 기판은 포토레지스트 재료와 저유전율 유전체 재료 사이에 하드 마스크층을 구비하거나 구비하지 않도록 정의될 수 있다. 또한, 그 방법은 산소 플라즈마를 이용한 제1 스트립 공정을 수행하여 폴리머 필름을 제거하는 동작을 제공한다. 그 방법은 제1 스트립 공정의 완료 후에 제2 스트립 공정을 수행하는 동작을 더 제공한다. 제2 스트립 공정은 암모니아 플라즈마를 사용하여 포토레지스트 재료를 제거한다. 제1 스트립 공정 및 제2 스트립 공정 둘다가 하부의 저유전율 유전체 재료를 불리하게 손상 또는 제거하지 않고 하드 마스크가 존재하는 경우 하드 마스크를 패시팅 (faceting) 하지 않으면서 수행된다.
다른 실시형태에서, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법이 개시된다. 그 방법은 저유전율 유전체 재료 상부에 포토레지스트 재료가 놓여있는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 포토레지스트 재료 및 저유전율 유전체 재료 둘다가 플루오로카본 성분 또는 하이드로플루오로카본 성분 중 어느 하나를 포함하는 상부의 폴리머 필름을 구비한다. 부가적으로, 기판은 포토레지스트 재료와 저유전율 유전체 재료 사이에 하드 마스크층을 구비하거나 구비하지 않도록 정의될 수 있다. 그 방법은 또한 기판에 산소 가스를 배치하는 단계와 산소 가스를 반응형으로 변환시키는 단계를 포함하는데, 산소의 반응형은 폴리머 필름 제거에 영향을 미친다. 폴리머 필름의 제거를 실질적으로 완료하면, 기판에 대한 산소 가스의 배치가 중단된다. 그 방법은 기판에 대한 산소 가스의 배치를 중단한 후에 기판에 암모니아 가스를 배치하는 단계를 더 포함한다. 암모니아 가스는 반응형으로 변환되며, 이 암모니아의 반응형은 하부의 저유전율 유전체 재료의 실질적 손상 또는 제거를 야기하지 않고 하드 마스크가 존재하는 경우 하드 마스크를 패시팅하지 않으면서 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는데 영향을 미친다.
또 다른 실시 형태에서, 포토레지스트 재료 하부에 저유전율 유전체 재료가 놓여있는 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법이 제공된다. 포토레지스트 재료 및 저유전율 유전체 재료 둘다가 플루오르카본 또는 하이드로플루오로카본 성분 중 어느 하나를 포함하는 상부의 폴리머 필름을 구비한다. 그 방법의 제1 동작에서, 폴리머 필름을 제거하는데만 필요한 기간 동안 폴리머 필름이 산소 플라즈마에 노출된다. 폴리머 필름을 제거한 다음, 포토레지스트 재료를 완전히 제거하는데 필요한 기간 동안 포토레지스트 재료가 암모니아 플라즈마에 노출되는 그 방법의 제2 동작이 수행된다.
본 발명의 다른 양태 및 장점은, 첨부 도면과 함께 취해지며 본 발명의 예시로서 설명되는 다음의 상세한 설명으로부터 더욱더 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 플라즈마 에칭 챔버를 나타내는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 2 단계 스트립 공정에 따라 처리될 기판 상에 정의된 이상적인 피쳐를 나타내는 도면이다.
도 2b는 도 2a의 피쳐에 대응하는 이상적인 피쳐에서 폴리머층, 포토레지스트층 및 BARC층이 제거된 모습을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법의 플로우챠트를 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 2 단계 스트립 공정을 수행하기 전 샘플 웨이퍼 표면의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 4b는 2 단계 스트립 공정을 수행하기 전 샘플 웨이퍼 표면의 또 다른 이미지를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 [표 1]에 기재된 2 단계 스트립 공정의 수행 후 도 4a 및 도 4b 의 샘플 웨이퍼의 이미지를 나타내는 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 하이드로플루오르산 딥 수행 후 도 5a 및 도 5b 의 샘플 웨이퍼의 이미지를 나타내는 도면이다.
다음의 설명에서, 다수의 특정 상세가 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 설명된다. 그러나, 이러한 특정 상세의 일부 또는 모두 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. 다른 예시에서, 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않도록 하기 위하여, 주지된 공정 동작들이 상세하게 설명되지 않는다.
진보된 집적 회로는 종종 인접 도전 라인들 사이의 전기적 절연체, 즉 층간 유전체 재료로서, 저유전율 유전체 재료를 사용한다. 저유전율 유전체 재료는 SiO2 보다 작은 k 값, 즉 약 3.9 보다 작은 k값을 가지는 절연 재료로서 정의된다. 설명을 위해, 약 2.5 보다 작은 유전 상수값, 즉 k 값을 갖는 저유전율 유전체 재료는 "다공형 (porous)" 저유전율 재료로 고려된다. 또한, 약 2.5 이상의 유전 상수값, 즉 k 값을 가지는 저유전율 유전체 재료는 "밀집형 (dense)" 또는 "정규형 (regular)" 저유전율 재료로 고려된다. 저유전율 유전체 재료의 사용은 디바이스 속도를 증가시키면서 원치않은 용량 결합, 즉 인접 도전 라인들 사이의 크로스 토크를 감소시킨다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 일반적인 용어 "저유전율 유전체 재료"는 다공형 또는 밀집형/정규형 중 어느 하나의 저유전율 유전체 재료를 지칭한다.
웨이퍼 상부에 집적 회로 구조를 형성하기 위해, 저유전율 유전체 재료에 대하여 플라즈마 에칭 공정을 수행하는 것이 종종 필요하다. 웨이퍼 상의 저유전율 유전체층의 플라즈마 에칭시, 저유전율 유전체층 상부에 마스크 패턴을 형성하는데 포토레지스트 마스크층이 일반적으로 사용된다. 마스크 패턴은 플라즈마 에칭 공정 동안 하부의 저유전율 유전체 재료가 제거되는 것을 방지하도록 한다. 플라즈마 에칭 공정이 완료되고 대응하는 마스크 패턴이 저유전율 유전체층에 형성되면, 포토레지스트 재료 및 관련 잔류물이 웨이퍼로부터 제거되어야 한다. 또한, 플라즈마 에칭 공정이 완료되면, 잔존하는 저유전율 유전체 재료의 일부가 노출될 것임을 알 수 있다. 웨이퍼로부터의 포토레지스트 재료 제거는 웨이퍼 상에서 포토레지스트 스트립 공정을 수행함으로써 달성될 수 있다. 그러나, 포토레지스트 스트립 공정은 하부의/노출된 저유전율 유전체 재료에 악영향을 미치지 않고 포토레지스트 재료와 저유전율 유전체 재료 사이에 존재하는 하드 마스크 재료의 패시팅을 야기하지 않는 방식으로 수행되어야 한다.
본 발명은 스트립, 즉 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 2단계 공정을 제공하며, 기판은 포토레지스트 재료 하부에 놓여 있는 저유전율 유전체 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 기판은 반도체 웨이퍼로 나타낸다. 용어 기판, 반도체 웨이퍼 및 웨이퍼는 본 설명에서 동의어로 이해되어야 한다. 저유전율 유전체 재료를 포함하는 것 뿐만 아니라, 기판은 포토레지스트 재료와 저유전율 유전체 재료 둘다가 상부의 폴리머 필름 또는 폴리머층을 구비하는 것으로서도 또한 특징화될 수 있다. 폴리머 필름은 포토레지스트 스트립 공정 이전에 수행되는 웨이퍼 제조 공정, 예를 들어 플라즈마 에칭 공정의 부산물이다. 일 실시형태에서, 폴리머 필름은 플루오로카본 성분 또는 하이드로플루오로카본 성분 중 어느 하나를 포함하는 것으로서 특징화된다.
포토레지스트 재료를 스트립하는 2단계 공정 중 제1 단계는 산소 플라즈마를 사용하여 하부의 저유전율 유전체 재료를 불리하게 손상 또는 제거하지 않으면서 폴리머 필름을 제거한다. 2단계 공정 중 제2 단계는 암모니아 플라즈마를 사용하여 하부의 저유전율 유전체 재료를 불리하게 손상 또는 제거하지 않으면서 포토레지스트 재료를 제거한다. 제2 단계는 제1 단계 완료 후에 시작함을 알 수 있다. 부가적으로, 2단계 포토레지스트 스트립 공정의 각 단계는 화학종, 온도, 압력, 가스 유속, 라디오 주파수 전력, 및 기간을 포함하는 공정 파라미터에 대한 특정 값들에 의해 각각 정의된다. 2단계 포토레지스트 스트립 공정 시, 상술한 공정 파라미터들은 다음의 요건들을 동시에 만족하도록 정의된다.
● 하부의 저유전율 유전체 재료를 불리하게 손상시키지 않으면서 포토레지스트 재료를 균일하게 제거
● 상업적으로 경쟁할 수 있는 속도로 포토레지스트 재료를 제거
● 후에 어떠한 잔류물도 본질적으로 남기지 않으면서 포토레지스트 재료를 완전히 제거
● 하드 마스크가 존재하는 경우 하드 마스크의 패시팅 또는 어떠한 물리적 손상을 본질적으로 야기하지 않으면서 포토레지스트 재료를 제거
2단계 포토레지스트 스트립 공정을 상세하게 설명하기 이전에, 2단계 포토레지스트 스트립 공정이 수행되는 챔버를 설명하는 것이 유리하다. 도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따라 예시적인 플라즈마 에칭 챔버 ("챔버") (100) 를 나타내는 도면이다. 챔버 (100) 는 RF (radio frequency) 구동 전극 (101) 및 수동 전극 (103) 을 포함한다. RF 구동 전극 (101) 은 챔버 (100) 내에서 발생될 플라즈마에 노출 시 웨이퍼 (105) 를 지지하도록 구성된다. 저주파 RF 발생기 (113) 및 고주파 RF 발생기 (115) 가 도전성 접속 (111) 을 통해 RF 구동 전극 (101) 에, 저주파 및 고주파 RF 전류를 각각 공급하도록 제공된다. 일 실시형태에서, 저주파 RF 전류는 2 MHz의 주파수를 갖도록 발생되며, 고주파 RF 전류는 27MHz 의 주파수를 갖도록 발생된다. 그러나, 본 발명은 2 MHz 및 27MHz 이외의 주파수에서 발생된 RF 전력을 사용하여 구현될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 저밀도 플라즈마 챔버에서, RF 전력은 kHz 레벨에서 발생될 수도 있다. 반대로, 고밀도 플라즈마 챔버에서, RF 전력은 GHz 레벨에서 발생될 수도 있다. 또한, 본 발명의 2단계 포토레지스트 스트립 공정은 도 1에 대하여 도시된 바와 같은 복수의 주파수 챔버 또는 단일 주파수 챔버 중 어느 하나를 사용하여 구현될 수 있음을 알아야 한다.
도 1을 참조하면, 동작 동안, 고주파 및 저주파 RF 전류는 화살표 (117) 로 표시된 바와 같이 RF 구동 전극 (101) 으로부터 챔버 (100) 의 플라즈마 영역을 통해 수동 전극 (103) 으로 전달된다. 챔버의 플라즈마 영역은 웨이퍼 (105), 웨이퍼 (105) 외측의 RF 구동 전극 (101), 수동 전극 (103) 및 컨파인먼트 링 (121) 사이에서 정의된다. 부가적으로, 고주파 및 저주파 RF 전류는 화살표 (119) 로 표시된 바와 같이, RF 구동 전극 (101) 으로부터 접지 연장부 (107, 109) 까지 전달된다.
동작 동안, 가공 가스는 가스 공급구 (미도시) 및 가스 배출구 (미도시) 를 거쳐 챔버 (100) 의 플라즈마 영역을 통해 흐른다. 플라즈마 영역을 통해 전달된 고주파 및 저주파 RF 전류는 공정 가스 재료 성분들 중 이온과 라디칼을 포함하는 반응형으로 공정 가스를 변환하도록 한다. 공정 가스의 반응형은 플라즈마의 특성들을 갖도록 정의됨을 알아야 한다. 고주파 RF 전류는 챔버 (100) 내의 플라즈마 밀도에 영향을 주고, 저주파 RF 전류는 챔버 (100) 내의 전압에 영향을 주며, 전압은 플라즈마 내의 이온 에너지에 영향을 미친다. 저주파 RF 발생기 (113) 및 고주파 RF 발생기 (115) 에 공급되는 전력은 플라즈마 내의 이온 에너지 및 플라즈마 밀도를 증가 또는 감소하도록 조정될 수 있다. 플라즈마 내의 이온 및 라디칼은 웨이퍼 (105) 재료와 상호 작용하여 플라즈마에 노출된 웨이퍼 (105) 표면의 특성을 변화시킨다.
또한, RF 구동 전극 (101) 과 수동 전극 (103) 사이의 기하학적 배열 관계는 웨이퍼 (105) 에 제공되는 바이어스 전압에 영향을 미친다. 예를 들어, RF 구동 전극 (101) 의 상부 표면적이 수동 전극 (103) 의 저부 표면적에 대하여 감소함에 따라, RF 구동 전극 (101) 의 바이어스 전압은 증가할 것이고, 그 역도 성립한다. 웨이퍼 (105) 가 RF 구동 전극 (101) 에 의해 지지되기 때문에, RF 구동 전극 (101) 에서의 바이어스 전압의 증가는 웨이퍼 (105) 에서의 바이어스의 대응하는 증가를 야기하게 된다. 웨이퍼 (105) 에 바이어스가 증가함에 따라, 웨이퍼 (105) 와 충돌할 때의 이온 속도 및 방향성이 증가한다. 증가된 이온 속도 및 방향성은 고종횡비 에칭과 같은 소정의 공정에서 바람직하다. 그러나, 트렌치 에칭과 같은 다른 공정은 감소된 이온 속도 및 방향성으로 최적화된다.
본 발명의 2 단계 포토레지스트 스트립 공정과 함께 사용된 플라즈마 공정 챔버는 공정 가스 유속 제어, 온도 제어, 압력 제어, RF 전력 제어 및 공정 기간 제어를 제공한다. 도 1에 대하여 설명된 바와 같이, 이중 주파수 플라즈마 공정 챔버 (100) 는 그 내부에서 본 발명의 2 단계 포토레지스트 스트립 공정이 수행될 수 있는 예시적인 챔버를 나타낸다. 그러나, 본 발명의 2단계 포토레지스트 스트립 공정은 당업자에게 공지된 바와 같이 반도체 웨이퍼 제조에 적합한 본질적으로 임의의 플라즈마 공정 챔버에서 수행될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 2단계 스트립 공정에 따라 처리될 기판 상에 정의된 이상적인 피쳐 (200A) 를 나타내는 도면이다. 피쳐 (200A) 는 저유전율 유전체 재료 (207) 상부에 놓여있는 포토레지스트 재료 (201) 를 포함한다. 저유전율 유전체 재료는 다공형 또는 밀집/정규형 중 어느 하나일 수 있다. 도 2a의 예시에서, SiC 하드 마스크 재료 (205) 및 저부 반사방지 코팅 (BARC) 재료 (203) 가 포토레지스트 재료 (201) 와 저유전율 유전체 재료 (207) 사이에 배치된다. 또한, 저유전율 유전체 재료 (207) 는 SiC 재료 (209) 상부에 정의된다. 전체 피쳐 (200A) 는 Si 기판 (211) 상에 정의된다. 또한, 포토레지스트 재료 (201) 와 저유전율 유전체 재료 (207) 둘다의 상부에 폴리머 필름이라 불리는 폴리머층 (213) 이 정의된다. 폴리머층 (213) 은 이전 에칭 공정의 부산물을 나타낸다. 일 실시형태에서, 폴리머층 (213) 은 플루오로카본 또는 하이드로플루오로카본 성분 중 어느 하나를 포함하도록 정의된다. 피쳐 (200A) 로부터 반도체 제조를 계속하기 위해서는, 폴리머층 (213), 포토레지스트층 (201) 및 BARC층 (203) 을 제거할 필요가 있다. 도 2b는 피쳐 (200A) 에서 폴리머층 (213), 포토레지스트층 (201) 및 BARC 층 (203) 이 제거된 경우에 대응하는 이상적인 피쳐 (200B) 를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 기판으로부터 포토레지스트 재료 (201) 를 제거하는 방법의 플로우챠트를 나타내는 도면이다. 도 3에 대하여 설명한 방법은 기판으로부터 포토레지스트 재료를 스트립하기 위한 상술한 2단계 공정의 일 실시형태를 나타냄을 알 수 있다. 그 방법은 저유전율 유전체 재료 상부에 포토레지스트 재료가 놓여있는 기판을 제공하는 동작 (301) 을 포함한다. 포토레지스트 재료 및 저유전율 유전체 재료 둘다가 상부의 폴리머 필름을 구비한다. 일 실시형태에서, 폴리머 필름은 플루오로카본 성분 또는 하이드로블루오로카본 성분 중 어느 하나를 포함한다.
그 방법은 또한 산소 플라즈마를 사용한 제1 스트립 공정을 수행하여 하부의 저유전율 유전체층을 불리하게 손상 또는 제거하지 않으면서 폴리머 필름을 제거하는 동작 (303) 을 포함한다. 제1 스트립 공정은 기판에 산소 (O2) 가스를 배치하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 산소 가스는 약 50 sccm (standard cubic centimeters per minute) 부터 약 1000 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 배치된다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "약" 은 특정 값의 ±10% 이내를 의미한다. 다른 실시형태에서, 산소 가스는 약 100 sccm 부터 약 500 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 배치된다. 또 다른 실시형태에서, 산소 가스는 약 200 sccm 의 유속으로 배치된다.
제1 스트립 공정은 또한 기판에 배치된 산소 가스에 RF 전력을 인가하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 산소 가스에 인가되는 RF 전력은 약 50 W (watt) 부터 약 2000W 에 이르는 범위 이내이다. 다른 실시형태에서, 산소 가스에 인가되는 RF 전력은 약 100W 부터 약 1000W 에 이르는 범위 이내이다. 또 다른 실시형태에서, 산소 가스에 인가되는 RF 전력은 약 200W 부터 약 1000W 에 이르는 범위 이내이다. 인가된 RF 전력은 산소 가스를 산소 플라즈마로 변환시키도록 하며, 산소 플라즈마는 폴리머 필름을 제거할 수 있는 산소의 반응형을 나타낸다.
제1 스트립 공정은 기판과 산소 플라즈마를 포함하는 영역 내에서 압력을 유지하는 단계를 더 포함한다. 일 실시형태에서, 제1 스트립 공정 동안의 압력은 약 5mT (millitorr) 부터 약 500 mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다. 다른 실시형태에서, 제1 스트립 공정 동안의 압력은 약 5mT 부터 약 100mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다. 또 다른 실시형태에서, 제1 스트립 공정 동안의 압력은 약 5mT 부터 약 20mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다.
폴리머 필름이 플루오로카본 또는 하이드로플루오로카본 성분 중 하나를 포함하는 실시형태에서, 산소 플라즈마와 폴리머의 반응으로부터의 플루오로 성분은 제1 스트립 공정의 종말점을 검출하기 위해 모니터링될 수 있다. 예를 들어, 제1 스트립 공정의 종말점은 산소 플라즈마에서 플루오로 농도의 안정 상태와 일치하게 된다. 폴리머 필름이 실질적으로 완전하게 제거되었다고 결정되면, 제1 스트립 공정은 기판에 대한 산소 가스의 배치를 중단하는 것에 의해 완료된다.
그 방법은 암모니아 플라즈마를 사용한 제2 스트립 공정을 수행하여 하부의 저유전율 유전체 재료를 불리하게 손상 또는 제거하지 않으면서 포토레지스트 재료를 제거하는 동작 (305) 을 더 포함한다. 제2 스트립 공정은 제1 스트립 공정의 완료 후에 개시됨을 알 수 있다. 제2 스트립 공정은 기판에 암모니아 (NH3) 가스를 배치하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 암모니아 가스는 약 50 sccm 부터 약 2000sccm 에 이르는 범위 이내의 유속으로 배치된다. 다른 실시형태에서, 암모니아 가스는 약 100 sccm 내지 약 1000 sccm 에 이르는 범위 이내의 유속으로 배치된다. 또 다른 실시형태에서, 암모니아 가스는 약 200 sccm 부터 약 800 sccm 에 이르는 범위 이내의 유속으로 배치된다.
제2 스트립 공정은 또한 기판에 배치된 암모니아 가스에 RF 전력을 인가하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 암모니아 가스에 인가된 RF 전력은 약 50 W 부터 약 2000W 에 이르는 범위 이내이다. 다른 실시형태에서, 암모니아 가스에 인가된 RF 전력은 약 100W 부터 약 1000 W 에 이르는 범위 이내이다. 또 다른 실시형태에서, 암모니아 가스에 인가되는 RF 전력은 약 200 W 부터 약 1000 W 에 이르는 범위 이내이다. 인가된 RF 전력은 암모니아 가스를 암모니아 플라즈마로 변환하도록 하며, 암모니아 플라즈마는 포토레지스트 재료를 제거할 수 있는 암모니아 성분의 반응형을 나타낸다.
제2 스트립 공정은 암모니아 플라즈마 및 기판을 포함하는 영역 내에서 압력을 유지하는 단계를 더 포함한다. 제2 스트립 공정 동안 유지되는 압력은 저유전율 유전체 재료의 유전 상수에 의존한다. 저유전율 유전체 재료가 약 2.5 보다 작은 유전 상수 값, 즉 다공형 저유전율 유전체 재료를 가지는 경우, 본 발명의 일 실시형태에 따른 제2 스트립 공정 동안, 압력은 약 5 mT 부터 약 500mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다. 저유전율 유전체 재료의 유전 상수가 약 2.5 보다 작은 다른 실시 형태에서, 제2 스트립 공정 동안 압력은 약 5mT 부터 약 100mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다. 저유전율 유전체 재료의 유전 상수가 약 2.5 보다 작은 또 다른 실시 형태에서, 제2 스트립 공정 동안, 압력은 약 5mT 부터 약 20mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다.
그러나, 저유전율 유전체 재료가 약 2.5 이상의 유전 상수 값, 즉 밀집/정규 형 저유전율 유전체 재료를 가지는 경우, 일 실시형태에 따른 제2 스트립 공정 동안, 압력은 약 5mT 부터 약 1000 mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다. 저유전율 유전체 재료의 유전 상수 값이 약 2.5 이상인 다른 실시형태에서, 제2 스트립 공정 동안, 압력은 약 100mT 부터 약 500mT 에 이르는 범위 이내로 유지된다. 저유전율 유전체 재료의 유전 상수값이 약 2.5 이상인 또 다른 실시 형태에서, 제2 스트립 공정 동안, 압력은 약 200mT 로 유지된다.
부가적으로, 동작 (303, 305) 의 각 제1 및 제2 스트립 공정 동안, 일 실시형태에 따라, 웨이퍼가 배치되는 지지체의 온도는 약 -40℃ (celsius) 부터 약 60℃ 에 이르는 범위 이내로 각각 유지된다. 다른 실시형태에서, 웨이퍼가 배치되는 지지체의 온도는 약 0℃ 부터 약 40℃ 에 이르는 범위 이내로 유지된다. 또 다른 실시형태에서, 웨이퍼가 배치되는 지지체의 온도는 약 20℃ 로 유지된다.
일 실시형태에서, 그 방법은 제2 스트립 공정의 완료 다음에 오버스트립 공정을 수행하는 단계를 포함한다. 오버스트립 공정은 제2 스트립 공정과 동일한 방식으로 수행된다. 제2 스트립 공정의 완료는 플라즈마 스펙트럼 분석과 같은 종말점 검출 기술을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서 제2 스트립 공정의 종말점은 약 420 ㎚ (nanometer) 의 파장에서 CN 방출선을 관찰함으로써 식별될 수 있다. 제2 스트립 공정의 완료 다음에, 종말점 검출에 의해 결정된 바에 따라, 그 종말점에 이르는 제2 스트립 공정 기간의 약 10% 부터 그 종말점에 이르는 제2 스트립 공정 기간의 약 200% 에 이르는 범위 이내의 기간 동안 오버 스트립 공정이 수행된다. 다른 실시 형태에서, 그 종말점에 이르는 제2 스트립 공정 기간의 약 50% 부터 그 종말점에 이르는 제2 스트립 공정 기간의 약 100% 에 이르는 범위 이내의 기간 동안 오버 스트립 공정이 수행된다. 또 다른 실시 형태에서, 오버 스트립 공정은 그 종말점에 이르는 제2 스트립 공정 기간의 약 50% 에 대응하는 기간 동안 수행된다.
상술한 방법에 의해 산출되는 포토레지스트 재료 스트립 속도는 상기 검토된 바와 같은 스트립 공정 파라미터에 의존한다. 다양한 실시형태에서, 약 5000 Å/min 보다 큰 포토레지스트 재료 스트립 속도는 본 발명의 2 단계 스트립 공정으로부터 기대될 수 있다. 부가적으로, 본 발명의 2단계 스트립 공정은 웨이퍼에 걸쳐 균일한 스트립 속도를 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 2단계 스트립 공정은 300mm 웨이퍼에 걸쳐 5% 미만의 3 표준 편차 범위 스트립 속도 균일도를 제공할 것으로 기대될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시형태에 따라, 2단계 스트립 공정을 수행하기 이전에 샘플 웨이퍼 표면의 이미지를 나타내는 도면이다. 샘플 웨이퍼 표면은 저유전율 유전체 재료층 (207) 상부의 포토레지스트 재료층 (201) 을 각각 가지는 다수의 피쳐들에 의해 정의되며, 포토레지스트 재료와 저유전율 유전체 재료 사이에 SiC 하드 마스크층이 정의된다. 포토레지스트 재료 (201), SiC 하드 마스크 및 저유전율 유전체 재료 (207) 상부에 폴리머 필름 (213) 이 배치된다. 도 4b 는 2 단계 스트립 공정을 수행하기 전 샘플 웨이퍼 표면의 또 다른 이미지를 나타내는 도면이다. 포토레지스트 재료층 (201), SiC 하드 마스크, 저유전율 유전체층 (207) 및 상부의 폴리머 필름 (213) 은 도 4b의 이미지에 각각 나타낸다. 표 1은 도 4a 및 도 4b 의 샘플 웨이퍼 상에서 2단계 스트립 공정을 수행하는데 사용되는 스트립 공정 파라미터 값을 기술한다.
[표 1] 샘플 웨이퍼에 대한 스트립 공정 파라미터 값
도 5a 및 도 5b는 표 1에 기술된 바와 같은 2 단계 스트립 공정 수행 후 도 4a 및 도 4b 의 샘플 웨이퍼의 이미지를 나타내는 도면이다. 도 5a 및 도 5b에 의해 나타낸 바와 같이, 본 발명의 2 단계 스트립 공정은 본질적으로 어떠한 잔류물도 남기지 않는다는 것을 알 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 하이드로플루오르 산 (HF) 딥 수행 후 도 5a 및 도 5b 의 샘플 웨이퍼의 이미지를 나타내는 도면이다. HF 딥은 스트립 공정에 의해 변경되는 임의의 잔류 재료를 제거하도록 한다. 도 6a 및 도 6b에 의해 나타내는 바와 같이, 본 발명의 2 단계 스트립 공정은 본질적으로 어떠한 저유전율 재료 손상을 초래하지 않는다. 부가적으로 본 발명의 2 단계 스트립 공정은 각 피쳐의 상부 코너가 절단, 즉 패시팅되는, 코너 패시팅으로 특징지어지는 피쳐 손상의 형태를 방지한다. 따라서, 본 발명에 의해 제공된 바와 같이 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법은 고속 스트립 속도 및 웨이퍼에 걸친 우수한 균일도를 제공하면서 하드 마스크 재료를 패시팅하지 않고 기판 상에 존재하는 저유전율 유전체 재료에 대한 손상을 방지한다.
본 발명은 몇몇 바람직한 실시형태들에 의하여 설명되었지만, 선행 명세서를 읽고 도면을 연구하는 당업자는 다양한 변경, 부가, 치환 및 그 등가물을 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명의 진정한 사상 및 범위 내에 포함되는 변경, 부가, 치환 및 다양한 대체 등가물 모두를 포함하고자 한다.
Claims (20)
- 저유전율 유전체 재료 상부에 포토레지스트 재료가 놓여 있고, 상기 포토레지스트 재료 및 상기 저유전율 유전체 재료 둘다가 상부의 폴리머 필름을 구비하는, 기판을 제공하는 단계;산소 플라즈마를 이용한 제1 스트립 공정을 수행하여 하부의 저유전율 유전체 재료를 불리하게 손상 또는 제거하지 않으면서 상기 폴리머 필름을 제거하는 단계; 및암모니아 플라즈마를 이용한 제2 스트립 공정을 수행하여 상기 하부의 저유전율 유전체 재료를 불리하게 손상 또는 제거하지 않으면서 상기 포토레지스트 재료를 제거하는 단계를 포함하고,상기 제2 스트립 공정은 상기 제1 스트립 공정의 완료 후에 수행되는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머 필름은 플루오로카본 성분 또는 하이드로플루오로카본 성분을 포함하고, 상기 폴리머 필름과 상기 산소 플라즈마의 반응에 의해 발생되는 플루오르 성분은 상기 제1 스트립 공정의 종말점을 검출하도록 모니터링되며, 상기 제1 스트립 공정의 종말점은 상기 산소 플라즈마에서의 플루오르 농도의 안정 상태와 일치하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2 스트립 공정의 종말점을 검출하는 단계;상기 제2 스트립 공정의 상기 종말점 다음에 오버 스트립 공정을 수행하는 단계를 더 포함하고,상기 오버 스트립 공정은 상기 종말점에 이르는 상기 제2 스트립 공정 기간의 10% 부터 상기 종말점에 이르는 상기 제2 스트립 공정 기간의 200% 에 이르는 범위 내의 기간을 가지며,상기 오버 스트립 공정은 상기 제2 스트립 공정과 동일한 방식으로 수행되는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 스트립 공정은, 50sccm 부터 1000 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 상기 기판에 산소 가스를 배치하는 단계, 및상기 산소 가스에 50 W 부터 2000W 에 이르는 범위 내의 RF 전력을 인가하여 상기 산소 가스를 상기 산소 플라즈마로 변환하는 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 포토레지스트 재료와 상기 저유전율 유전체 재료 사이에 하드 마스크 재료가 정의되는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 하드 마스크 재료를 패시팅하지 않으면서 각각의 상기 제1 및 제2 스트립 공정이 수행되는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2 스트립 공정은, 50 sccm 부터 2000 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 상기 기판에 암모니아 가스를 배치하는 단계, 및상기 암모니아 가스에 50W 부터 2000W 에 이르는 범위 내의 RF 전력을 인가하여 상기 암모니아 가스를 상기 암모니아 플라즈마로 변환하는 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제1 스트립 공정은, 상기 기판과 상기 산소 플라즈마를 포함하는 영역 내의 압력을 5mT 부터 500 mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2 스트립 공정은, 상기 저유전율 유전체 재료가 2.5 보다 작은 유전 상수값을 가지는 경우, 상기 기판과 상기 산소 플라즈마를 포함하는 영역 내의 압력을 5 mT 부터 500mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계를 포함하고,상기 제2 스트립 공정은 상기 저유전율 유전체 재료가 2.5 이상의 유전 상수값을 가지는 경우, 상기 기판과 상기 산소 플라즈마를 포함하는 영역 내의 압력을 5mT 부터 1000mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 기판이 지지되는 척의 온도를 -40℃ 부터 60℃ 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 저유전율 유전체 재료 상부에 포토레지스트 재료가 놓여 있고, 상기 포토레지스트 재료 및 상기 저유전율 유전체 재료 둘다가 상부의 폴리머 필름을 구비하며, 상기 폴리머 필름이 플루오로카본 성분 또는 하이드로플루오로카본 성분 중 하나를 포함하는, 기판을 제공하는 단계;상기 기판에 산소 가스를 배치하는 단계;상기 산소 가스를 반응형을 변환하는 단계로서, 산소의 상기 반응형은 상기 폴리머 필름을 제거하는데 영향을 미치는, 상기 산소 가스의 변환 단계;상기 폴리머 필름의 제거를 실질적으로 완료할 때 상기 기판 전면에 걸친 산소 가스의 배치를 중단하는 단계;상기 기판에 대한 산소 가스의 배치를 중단한 후에 상기 기판에 암모니아 가스를 배치하는 단계; 및상기 암모니아 가스를 반응형으로 변환하는 단계로서, 암모니아의 상기 반응형은 하부의 저유전율 유전체 재료의 실질적인 손상 또는 제거를 일으키지 않으면서 상기 기판으로부터 상기 포토레지스트 재료를 제거하는 데 영향을 미치는, 상기 암모니아 가스의 변환 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 기판에 상기 산소 가스를 배치하는 동안, 상기 기판 근처 내에 존재하는 플루오르 농도를 모니터링 하는 단계를 더 포함하고,상기 폴리머 필름 제거의 실질적인 완료는 상기 플루오르 농도의 안정 상태와 일치하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 산소 가스는 50 sccm 부터 1000 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 상기 기판에 배치되는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 암모니아 가스는 50 sccm 부터 2000 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 상기 기판에 배치되는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 산소 가스와 상기 암모니아 가스의 각각은, 50W 부터 2000W 에 이르는 범위 내의 RF 전력을 각각의 가스에 인가함으로써 상기 반응형으로 변환되는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 기판에 산소 가스를 배치하는 동안, 상기 기판을 포함하는 영역 내의 압력을 5 mT 부터 500mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계;상기 저유전율 유전체 재료가 2.5 보다 작은 유전 상수값을 가지는 경우, 상기 기판에 암모니아 가스를 배치하는 동안, 상기 기판을 포함하는 영역 내의 압력을 5 mT 부터 500mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계; 및상기 저유전율 유전체 재료가 2.5 이상의 유전 상수값을 가지는 경우, 상기 기판에 암모니아 가스를 배치하는 동안, 상기 기판을 포함하는 영역 내의 압력을 5mT 부터 1000mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계를 더 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,상기 포토레지스트 재료와 상기 저유전율 유전체 재료 사이에서 하드 마스크 재료가 정의되고, 상기 산소 및 암모니아의 반응형들은 상기 하드 마스크 재료를 패시팅하지 않으면서 상기 기판으로부터 상기 폴리머 필름과 상기 포토레지스트 재료를 제거하는데 각각 영향을 미치는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 포토레지스트 재료 하부에 저유전율 유전체 재료가 놓여 있고, 상기 포토레지스트 재료 및 상기 저유전율 유전체 재료 둘다가 상부의 폴리머 필름을 구비하며, 상기 폴리머 필름이 플루오로카본 성분 또는 하이드로플루오르카본 성분 중 하나를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법으로서,상기 폴리머 필름을 제거하는데만 필요한 기간 동안 상기 폴리머 필름을 산소 플라즈마에 노출시키는 단계; 및상기 폴리머 필름을 제거한 다음, 상기 포토레지스트 재료를 완전히 제거하는데 필요한 기간 동안 상기 포토레지스트 재료를 암모니아 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 폴리머 필름을 상기 산소 플라즈마에 노출시키는 단계는,50 sccm 부터 1000 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 상기 기판에 산소 가스를 배치하는 단계,상기 산소 가스에 50W 부터 2000W 에 이르는 범위 내의 RF 전력을 인가하여 상기 산소 플라즈마를 생성하는 단계, 및상기 기판 및 산소 플라즈마를 포함하는 영역 내의 압력을 5mT 부터 500mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
- 제 18 항에 있어서,상기 폴리머 필름을 상기 암모니아 플라즈마에 노출시키는 단계는,50 sccm 부터 2000 sccm 에 이르는 범위 내의 유속으로 상기 기판에 암모니아 가스를 배치하는 단계;상기 암모니아 가스에 50W 부터 2000W에 이르는 범위 내의 RF 전력을 인가하여 상기 암모니아 플라즈마를 생성하는 단계;상기 저유전율 유전체 재료가 2.5 보다 작은 유전 상수값을 가지는 경우, 상기 기판 및 암모니아 플라즈마를 포함하는 영역 내의 압력을 5mT 부터 500mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계; 및상기 저유전율 유전체 재료가 2.5 이상의 유전 상수값을 가지는 경우, 상기 기판 및 암모니아 플라즈마를 포함하는 영역 내의 압력을 5mT 부터 1000mT 에 이르는 범위 내로 유지하는 단계를 포함하는, 기판으로부터 포토레지스트 재료를 제거하는 방법.
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