KR101691804B1 - 기판 처리 방법 및 이를 수행하기 위한 기판 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 방법에 있어서, 기판을 공정 챔버 내에 로딩한다. 초임계 유체를 상기 기판 상에 제공하여 초임계 유체 공정을 수행한다. 상기 초임계 유체 공정의 진행 중에 상기 공정 챔버로부터 상기 초임계 유체를 배출시킨다. 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정한다. 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한다.

Description

기판 처리 방법 및 이를 수행하기 위한 기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING SYSTEM FOR PERFORMING THE SAME}
본 발명은 기판 처리 방법 및 이를 수행하기 위한 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 초임계 유체를 이용하여 기판을 처리하는 방법 및 이를 수행하기 위한 기판 처리 시스템에 관한 것이다.
집적화된 반도체 장치의 제조 분야에 있어서, 미세한 구조의 반도체 패턴들 상에 물리적, 화학적 처리를 위하여 액체와 기체의 특성을 모두 가지는 초임계 유체의 적용이 많아지게 될 것으로 예상되고 있다.
초임계 유체는 액체의 밀도와 기체의 확산계수 및 표면장력을 가지고 있어 반도체 공정에 사용하기에 적합한 특성을 가지고 있으나, 초임계 유체 공정은 초임계 유체의 특성 상 고압 환경에서의 진행이 불가피하다. 따라서, 밀봉된 공정 챔버 내에서 진행되는 초임계 유체 공정의 종료 시점을 확인할 수 있는 새로운 방법이 요구된다.
본 발명의 일 목적은 초임계 유체 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 기판 처리 방법을 수행하기 위한 기판 처리 시스템을 제공하는 데 있다.
다만, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 일 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 기판을 공정 챔버 내에 로딩한다. 초임계 유체를 상기 기판 상에 제공하여 초임계 유체 공정을 수행한다. 상기 초임계 유체 공정의 진행 중에 상기 공정 챔버로부터 상기 초임계 유체를 배출시킨다. 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정한다. 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 대상 물질의 실시간 농도값을 측정하는 단계는, 상기 배출된 유체를 가열하여 기체 상태로 유지하는 단계 및 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 가스의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 대상 물질의 실시간 농도값을 측정하는 단계는, 상기 배출된 유체를 응축하여 액체 상태로 유지하는 단계 및 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 액체의 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 대상 액체의 농도를 측정하는 단계는, 기준 액체를 상기 대상 액체와 혼합하는 단계 및 상기 기준 액체와 상기 대상 액체의 상대 농도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정하는 단계 이후에, 상기 공정 챔버의 동작들을 제어하여 상기 초임계 유체 공정을 종료시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 배출된 유체를 상기 공정 챔버로 순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체는 초임계 이산화탄소를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체 공정을 수행하는 단계는 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체 공정을 수행하는 단계는 세정 물질이 용해된 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 세정하는 단계를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체 공정을 수행하는 단계는 식각 물질이 용해된 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판 상에 형성된 물질막을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 시스템은 공정 챔버, 공급부, 배출부 및 측정부를 포함한다. 상기 공정 챔버는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공한다. 상기 공급부는 상기 기판 상에 초임계 유체 공정을 수행하기 위하여, 상기 공정 챔버에 초임계 유체를 공급한다. 상기 배출부는 상기 공정 챔버로부터 상기 초임계 유체를 배출시킨다. 상기 측정부는 상기 배출부에 구비되어, 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정하여 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 측정부는 상기 배출된 유체를 가열하여 기체 상태로 유지하기 위한 히터 및 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 가스의 농도를 측정하는 검출기를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 측정부는 상기 배출된 유체를 응축하여 액체 상태로 유지하기 위한 응축기 및 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 액체의 농도를 측정하는 검출기를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 측정부는 기준 액체와의 혼합을 위한 혼합기를 더 포함하며, 상기 검출기는 상기 기준 액체와 상기 대상 액체의 상대 농도를 측정할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 시스템은, 상기 공정 챔버, 상기 공급부 및 상기 배출부에 연결되고, 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정하고 상기 공정 챔버, 상기 공급부 및 상기 배출부의 동작들을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 배출부를 통해 배출된 유체는 상기 공정 챔버로 순환될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체는 초임계 이산화탄소를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체 공정은 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 건조시키는 건조 공정일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체 공정은 세정 물질이 용해된 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 세정하는 세정 공정일 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 초임계 유체 공정은 식각 물질이 용해된 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판 상에 형성된 물질막을 식각하는 식각 공정일 수 있다.
이와 같이 구성된 발명에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 공정 챔버 내에서 초임계 유체를 이용하여 초임계 유체 공정을 수행하고, 상기 공정 중에서 상기 공정 챔버로부터 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정한다. 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한다.
따라서, 상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 농도를 실시간 분석함으로써, 초임계 유체 공정의 진행 정도나 종료 시점을 쉽게 확인할 수 있다. 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한 후에, 상기 공정 챔버의 동작들을 제어하여 상기 초임계 유체 공정을 종료시킴으로써, 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 측정부에 의해 측정된 공정 시간에 따른 대상 물질의 농도 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 4의 측정부에 의해 측정된 공정 시간에 따른 대상 물질의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 기판을 공정 챔버 내에 로딩한다(S100). 상기 공정 챔버는 상기 기판 상에 초임계 유체 공정을 수행하기 위한 공간을 제공한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 공정 챔버는 내부 온도 및 내부 압력을 조절하는 온도 조절 장치 및 압력 조절 장치를 구비하여 초임계 환경을 제공할 수 있다. 따라서, 상기 기판은 상기 공정 챔버 내에 로딩되어 상기 기판 상에 형성된 물질막 상에 초임계 유체 공정을 수행하게 된다.
이어서, 초임계 유체를 상기 기판 상에 제공하여 초임계 유체 공정을 수행하고(S110), 상기 초임계 유체 공정의 진행 중에 상기 공정 챔버로부터 상기 초임계 유체를 배출시킨다(S120).
온도와 압력이 임계점 이상인 초임계 상태의 물질(이하, 초임계 유체라 하기로 한다)은 액체와 기체의 특성을 모두 가지게 된다. 이러한 초임계 유체는 기체와 같은 낮은 표면장력, 낮은 점도, 높은 용해력 및 높은 확산 계수를 가지고 있다. 이러한 초임계 유체를 이용하는 상기 초임계 유체 공정은 하여 반도체 장치를 제조하는 데 응용될 수 있다.
표 1은 반도체 제조 공정에 사용되는 초임계 유체에 대한 물성을 나타낸다.
[표 1]초임계 유체의 임계물성
Figure 112010082875959-pat00001
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 초임계 유체 공정은 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 건조시키는 건조 공정일 수 있다.
상기 기판 상의 상기 물질막을 식각 마스크를 이용하여 식각하고 세정액을 이용하여 세정한 후, 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 건조할 수 있다. 예를 들면, 상기 물질막은 BPSG(boro-phopho silicate glass), TEOS(tetraethly orthosilicate)와 같은 실리콘 산화물을 포함할 수 있다. 상기 세정액은 순수(DI water)와 IPA(iso propyl alcohol)과 같은 알코올을 포함할 수 있다. 상기 초임계 유체는 초임계 이산화탄소를 포함할 수 있다. 상기 물질막은 다른 종류의 물질을 포함할 수 있고, 상기 세정액은 상기 대상 물질막의 종류에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 초임계 이산화탄소를 상기 기판 상에 제공하여 상기 기판을 건조시키는 초임계 건조 공정을 수행할 수 있다. 상기 건조 공정에서 사용된 상기 초임계 유체는 상기 초임계 건조 공정의 진행 중에 상기 공정 챔버로부터 배출될 수 있다. 상기 배출된 유체 내에는 제거하고자 하는 대상 물질인 IPA가 포함되어 있고, 상기 대상 물질은 상기 초임계 유체와 함께 상기 공정 챔버로부터 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 초임계 유체 공정은 세정 물질이 용해된 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 세정시키는 세정 공정일 수 있다.
상기 물질막을 식각 마스크를 이용하여 식각한 후, 세정액이 용해된 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판을 세정할 수 있다. 예를 들면, 계면 활성제가 용해된 초임계 이산화탄소를 상기 기판 상에 제공하여 상기 기판을 세정시키는 초임계 세정 공정을 수행할 수 있다. 상기 세정 공정에서 사용된 상기 초임계 유체는 상기 초임계 세정 공정의 진행 중에 상기 공정 챔버로부터 배출될 수 있다. 상기 배출된 유체 내에는 제거하고자 하는 대상 물질이 포함되어 있고, 상기 대상 물질은 상기 초임계 유체와 함께 상기 공정 챔버로부터 배출될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 초임계 유체 공정은 식각 물질이 용해된 상기 초임계 유체를 이용하여 상기 기판 상에 형성된 물질막을 식각하는 식각 공정일 수 있다.
예를 들면, 불산(HF)과 같은 불소 화합물이 용해된 초임계 이산화탄소를 상기 기판 상에 제공하여 상기 물질막을 식각시키는 초임계 식각 공정이 수행될 수 있다. 상기 식각 공정에서 사용된 상기 초임계 유체는 상기 초임계 식각 공정의 진행 중에 상기 공정 챔버로부터 배출될 수 있다. 상기 배출된 유체 내에는 제거하고자 하는 대상 물질이 포함되어 있고, 상기 대상 물질은 상기 초임계 유체와 함께 상기 공정 챔버로부터 배출될 수 있다.
이후, 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정하고(S130), 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한다(S140).
본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 공정 챔버로부터 배출된 유체는 상기 초임계 유체 공정의 진행 상태를 나타내는 대상 물질을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도를 측정하고, 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정할 수 있다.
예를 들면, 상기 배출된 유체를 가열하여 기체 상태로 유지하고, 상기 유체 내에 포함된 가스 상태의 대상 물질의 농도를 측정할 수 있다.
이와 다르게, 상기 배출된 유체를 응축하여 기체 상태로 유지하고, 상기 배출 유체 내에 포함된 액체 상태의 대상 물질의 농도를 측정할 수 있다. 이 경우에 있어서, 기준 액체를 상기 대상 액체와 혼합하고, 상기 기준 액체와 상기 대상 액체의 상대 농도를 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 농도를 실시간 분석함으로써, 초임계 유체 공정의 진행 정도나 종료 시점을 쉽게 확인할 수 있다. 따라서, 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한 후에, 상기 공정 챔버의 동작들을 제어하여 상기 초임계 유체 공정을 종료시킴으로써, 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 도 1의 기판 처리 방법을 수행하기 위한 기판 처리 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템(10)은 공급부(20), 공정 챔버(30), 배출부(40), 측정부(50) 및 제어부(60)를 포함한다.
공정 챔버(30)는 기판을 처리하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 공정 챔버(30)는 내부 온도 및 내부 압력을 조절하는 온도 조절 장치 및 압력 조절 장치를 구비하여 초임계 환경을 제공할 수 있다. 공정 챔버(30)에는 물질막이 형성된 기판이 로딩될 수 있다. 공급부(20)와 배출부(40)는 다수개의 배관들(24, 32, 38)을 통해 공정 챔버(30)에 연결될 수 있다.
공급부(20)는 공정 챔버(30)에 초임계 유체를 공급하고, 상기 초임계 유체가 공정 챔버(30) 내의 상기 기판 상에 공급되어 초임계 유체 공정을 수행할 수 있다. 상기 초임계 유체 공정에 이용된 상기 초임계 유체는 공정 챔버(30)로부터 배출부(40)로 배출될 수 있다.
공급부(20)는 용매가 저장된 적어도 하나의 공급 용기(22)를 포함할 수 있다. 또한, 공급부(20)는 수행하고자 하는 공정에 따라 식각 물질 또는 세정 물질과 같은 공용매(co-solvent)가 저장되는 공급 용기들(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 식각 물질은 불산(HF)과 같은 불소 화합물을 포함하고, 상기 세정 물질은 순수(DI water), 계면 활성제, 알코올 등을 포함할 수 있다.
공급부(20)는 공급 용기(22) 내의 용매를 가압하기 위한 가압 펌프(28)를 포함하여 초임계 유체를 공정 챔버(300)에 공급할 수 있다. 공급부(20)로부터 공급된 초임계 유체는 다수개의 온도 조절 재킷들(34a, 34b, 34c)에 의해 초임계 상태를 유지한 채로 공정 챔버(30)에 공급되고, 공정 챔버(30)로부터 배출부(40)로 배출될 수 있다. 또한, 다수개의 밸브들(26, 36)은 상기 배관들에 구비되어 유체의 유량을 정밀하게 조절할 수 있다.
측정부(50)는 배출부(40)에 구비되어, 공정 챔버(30)로부터 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 배출부(40)는 메인 배출 배관(42) 및 보조 배출 배관(44)을 포함할 수 있다. 공정 챔버(30)로부터 배출된 유체의 일부는 메인 배출 배관(42)을 통해 배출되고, 상기 배출된 유체의 나머지는 보조 배출 배관(44)을 통해 배출될 수 있다.
측정부(50)는 보조 배출 배관(44)에 설치되어 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정할 수 있다. 또한, 배출 밸브(46)는 보조 배출 배관(44)에 구비되어 측정하고자 하는 유체의 유량을 정밀하게 조절할 수 있다.
배출부(40)는 메인 배출 배관(42)에 구비되어 상기 배출된 유체에 용해된 물질을 분리시키기 위한 분리기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 상기 분리기로부터 분리된 유체는 순환 배관(도시되지 않음)을 통해 상기 시스템을 순환할 수 있다.
측정부(50)는 상기 배출된 유체를 가열하여 기체 상태로 유지하기 위한 히터(52) 및 상기 배출된 유체 내에 포함된 기체 상태의 대상 물질(대상 가스)의 농도를 측정하는 검출기(54)를 포함할 수 있다. 따라서, 측정부(50)는 상기 배출된 유체 내의 포함된 대상 가스의 농도를 실시간을 측정할 수 있다.
검출기(54)는 대상 물질의 종류에 따라 다양한 분석기를 포함할 수 있다. 예를 들면, 검출기(54)의 예로서는 RGA(residual gas analyzer), HF 검출기, IPA 검출기, 습도계 등을 들 수 있다.
제어부(60)는 공정 챔버(30), 공급부(20) 및 배출부(40)에 연결되며, 상기 측정값에 기초하여 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정하고 공정 챔버(30), 공급부(20) 및 배출부(40)의 동작들을 제어할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 측정부에 의해 측정된 공정 시간에 따른 대상 물질의 농도 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 3a를 참조하면, 도 2의 측정부에 의해 측정된 대상 물질의 농도는 공정 시간이 진행함에 따라 감소할 수 있다. 예를 들면, 공정 진행이 완료됨에 따라 배출되는 반응물이 감소하는 경향을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 대상 물질의 농도가 기 설정된 농도(예를 들면, 0.05%)로 감소되는 시간을 공정 완료 시점(end point, EP)으로 결정할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 도 2의 측정부에 의해 측정된 대상 물질의 농도는 공정 시간이 진행함에 따라 증가할 수 있다. 예를 들면, 공정 진행이 완료됨에 따라 공정 챔버 내의 반응이 감소하여 도입 가스(초임계 유체)의 농도가 증가하는 경향을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 대상 물질의 농도가 기 설정된 농도(예를 들면, 0.95%)로 증가되는 시간을 공정 완료 시점(EP)으로 결정할 수 있다.
이에 따라, 상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 농도를 실시간 분석함으로써, 초임계 유체 공정의 진행 정도나 종료 시점을 쉽게 확인할 수 있다. 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한 후에, 상기 공정 챔버의 동작들을 제어하여 상기 초임계 유체 공정을 종료시킴으로써, 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에 따른 기판 처리 시스템은 측정부를 제외하고는 도 2의 실시예의 기판 처리 시스템(10)과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템(11)의 측정부(50)는 배출된 유체를 응축하여 액체 상태로 유지하기 위한 응축기(51) 및 상기 배출된 유체 내에 포함된 액체 상태의 대상 물질(대상 액체)의 농도를 측정하는 검출기(54)를 포함할 수 있다.
응축기(51)는 보조 배출 배관(44)에 구비되어 공정 챔버(30)로부터 배출된 유체를 응축하여 액체 상태로 변화시킬 수 있다. 액체 상태의 상기 용매는 상기 응축기로부터 순환 배관(48)을 통해 공급부(20)로 순환될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 측정부(50)는 기준 액체와의 혼합을 위한 혼합기(57)를 더 포함할 수 있다. 혼합기(57)는 응축기(51)와 검출기(54) 사이에 구비될 수 있다.
기준 액체 공급부(56)는 상기 기준 액체를 혼합기(57)로 공급할 수 있다. 제1 유량계(53)는 응축기(51)와 혼합기(57) 사이에 설치되어 상기 대상 액체의 유속을 측정할 수 있다. 제2 유량계(55)는 기준 액체 공급부(56)와 혼합기(57) 사이에 설치되어 상기 기준 액체의 유속을 측정할 수 있다. 공정이 진행함에 따라, 상기 기준 액체의 유속은 일정하게 유지되는 반면, 상기 대상 액체의 유속은 감소할 수 있다. 따라서, 검출기(54)는 상기 기준 액체와 상기 대상 액체의 상대 농도를 측정할 수 있다.
도 5는 도 4의 측정부에 의해 측정된 공정 시간에 따른 대상 물질의 농도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 도 4의 측정부에 의해 측정된 대상 물질의 상대 농도는 공정 시간이 진행함에 따라 감소될 수 있다. 따라서, 상기 대상 물질의 농도가 기 설정된 농도(예를 들면, 0.05%)로 감소되는 시간을 공정 완료 시점(end point, EP)으로 설정할 수 있다.
이에 따라, 상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 농도가 작아서 측정하기가 곤란하더라도, 기준 액체와 대상 액체의 상대 농도를 측정함으로써, 초임계 유체 공정의 진행 정도나 종료 시점을 쉽게 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에 따른 기판 처리 시스템은 측정부를 제외하고는 도 4의 실시예의 기판 처리 시스템(11)과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템(12)의 측정부(50)는 배출된 유체를 응축하여 액체 상태로 유지하기 위한 응축기(51) 및 상기 배출된 유체 내에 포함된 액체 상태의 대상 물질(대상 액체)의 농도를 측정하는 광 검출기(58)를 포함할 수 있다.
응축기(51)는 보조 배출 배관(44)에 구비되어 공정 챔버(30)로부터 배출된 유체를 응축하여 액체 상태로 변화시킬 수 있다. 액체 상태의 상기 용매는 상기 응축기로부터 순환 배관(48)을 통해 공급부(20)로 순환될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 측정부(50)는 응축기(51)로부터 배출된 유체 내에 대상 액체의 농도를 측정하기 위한 광 검출기(58)를 포함할 수 있다. 상기 광 검출기는 광원(59a) 및 수광 센서(59b)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 광원(59a)으로부터 출사된 광은, 응축기(51)로부터 배출된 유체를 통과하여 수광 센서(59b)에 입사된다. 수광 센서(59b)에 입사되는 광의 세기는 공정이 진행함에 따라 변화할 수 있다. 예를 들면, 공정이 진행함에 따라 상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 농도가 감소되고, 이에 따라, 수광 센서(59b)에 입사되는 광의 세기가 증가할 수 있다. 상기 측정된 광의 세기가 기 설정된 값에 도달하는 시간을 공정 완료 시점(EP)으로 결정할 수 있다.
이에 따라, 상기 광 검출기를 이용하여 상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 농도를 측정함으로써, 초임계 유체 공정의 진행 정도나 종료 시점을 보다 용이하게 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 나타내는 블록도이다. 본 실시예에 따른 기판 처리 시스템은 측정부를 제외하고는 도 2의 실시예의 기판 처리 시스템(10)과 실질적으로 동일한 구성요소들을 포함한다. 따라서, 동일한 구성요소들에 대해서는 동일한 참조부호들로 나타내고, 또한 동일한 구성요소들에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 시스템(13)은 공정 챔버(30) 내의 대상 물질의 농도를 직접적으로 측정할 수 있는 챔버 측정부(70)를 더 포함할 수 있다.
따라서,배출부(40)에 설치된 측정부(50)와 함께 챔버 측정부(70)를 이용하여 보다 정확한 공정 종료점을 결정할 수 있다.
이하에서는, 도 1의 기판 처리 방법을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 방법을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 8을 참조하면, 소자 분리 공정을 이용하여 반도체 기판(100) 상에 소자 분리막(103)을 형성함으로써, 반도체 기판(100)을 액티브 영역 및 필드 영역으로 구분한다.
소자 분리막(103)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 열 산화법이나 화학 기상 증착(CVD) 공정을 수행하여 얇은 두께의 게이트 산화막(106)을 형성한다. 게이트 산화막(106) 상에 게이트 도전막 패턴(109) 및 제1 하드 마스크 패턴(112)의 게이트 구조물(115)을 형성한다. 상기 게이트 구조물(115)은 제1 방향으로 연장하는 라인 형상을 가질 수 있다.
게이트 구조물들(115)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 실리콘 질화물을 형성한 후, 상기 실리콘 질화물을 이방성 식각하여 각 게이트 구조물들(115)의 측벽에 게이트 스페이서(118)를 형성한다.
게이트 구조물들(115)을 이온 주입 마스크로 이용하여 게이트 구조물들(115) 사이에 노출되는 반도체 기판(100)에 불순물을 주입하고 열처리하여, 반도체 기판(100)에 소스/드레인 영역(124, 121)을 형성한다.
상기 공정들을 수행함으로서, 반도체 기판(100)에 트랜지스터들이 완성된다. 상기 라인 형상의 게이트 전극은 워드 라인으로 사용될 수 있다. 소스/드레인 영역(124, 121)은 트랜지스터의 동작 모드에 의해 정의된다. 그러나, 이하에서는 편의상 비트 라인과 전기적으로 연결되는 부분을 소스 영역(124)이라 하고, 커패시터와 전기적으로 연결되는 부분을 드레인 영역(121)이라 하여 설명한다.
상기 트랜지스터들이 형성된 반도체 기판(100)의 전면에 실리콘 산화물로 이루어진 제1 층간 절연막(130)을 형성한다. 제1 층간 절연막(130)을 부분적으로 식각하여, 상기 소스 및 드레인 영역을 노출시키는 제1 콘택홀(도시되지 않음)들을 형성한다. 이어서, 상기 제1 콘택홀들 내에 도전성 물질을 매립하여 패드 콘택(133)들을 형성한다.
제1 층간 절연막(130) 상에 제2 층간 절연막(139)을 형성한다. 제2 층간 절연막(139)을 식각하여 소스 영역(124)과 접촉하는 패드 콘택(133)과 전기적으로 연결되는 제2 콘택홀(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 제2 콘택홀 내부 및 제2 층간 절연막(139) 상부면에 도전 물질을 증착시킨 후 패터닝하여 비트 라인(도시되지 않음) 및 비트 라인 콘택(도시되지 않음)을 형성한다.
상기 비트 라인을 매립하면서 제2 층간 절연막(139) 상에 제3 층간 절연막(154)을 형성한다. 제3 층간 절연막(154) 및 제2 층간 절연막(139)을 부분적으로 식각함으로써, 상기 드레인 영역과 접속하는 패드 콘택(133)을 노출시키는 제3 콘택홀(도시되지 않음)들을 형성한다. 상기 제3 콘택홀들에 도전 물질로 채워 넣어 스토리지 노드 콘택(157)을 형성한다. 이어서, 도시하지는 않았지만, 스토리지 노드 콘택(157) 상에 상기 스토리지 노드 전극의 형성 영역을 정의하기 위한 패드 패턴을 더 형성할 수 있다.
다음에, 스토리지 노드 콘택(157) 및 제3 층간 절연막(154) 상에 식각 저지막(163)으로서 실리콘 질화막을 형성한다.
도 9를 참조하면, 상기 식각 저지막(163) 상에 몰드막(170)을 형성한다. 몰드막(170)은 실리콘 산화물을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 몰드막(170)은 BPSG 또는 TEOS를 포함할 수 있다.
상기 몰드막은 실린더형의 스토리지 전극을 성형(mold)하기 위한 막이다. 상기 몰드막의 두께는 실린더형의 스토리지 전극의 높이를 결정한다. 따라서, 상기 몰드막의 두께 합은 커패시터에서 요구하는 커패시턴스에 따라 적절히 조절할 수 있다.
몰드막(170) 상에 실린더형의 스토리지 전극을 성형하기 위한 개구부 부위를 노출시키는 제2 하드 마스크 패턴(172)을 형성한다. 제2 하드 마스크 패턴(172)은 상기 몰드막에 대해 식각 선택비가 높은 물질을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 제2 하드 마스크 패턴(178)은 폴리실리콘을 포함할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제2 하드 마스크 패턴(172)을 식각 마스크로 이용하여 몰드막(170)을 식각함으로서, 상기 스토리지 노드 콘택의 상부면을 노출시키는 예비 개구부(도시되지 않음)를 형성한다.
이어서, 상기 예비 개구부의 표면을 세정함으로서 실린더형의 스토리지 전극을 형성하기 위한 개구부(180)를 형성한다. 상기 세정 공정은 습식 세정액을 사용하여 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 개구부(180)의 측벽, 저면 및 남아있는 제2 하드 마스크 패턴(도시되지 않음)의 상부면에 스토리지 노드 전극용 도전층(도시되지 않음)을 형성한다. 상기 스토리지 노드 전극용 도전층은 불순물이 도핑된 폴리실리콘으로 형성할 수 있다.
개구부(180)를 충분히 매립하도록 상기 스토리지 노드 전극용 도전층 상에 희생층(184)을 형성한다. 희생층(184)은 실리콘 산화물을 이용하여 형성할 수 있다.
이어서, 몰드막(170) 상부면에 형성되어 있는 스토리지 노드 전극용 도전층 및 남아있는 제2 하드 마스크 패턴이 제거되도록 평탄화 공정을 수행하여, 개구부(180) 내부 표면에만 도전층을 남겨서 스토리지 전극(182)을 형성한다.
도 12를 참조하면, 스토리지 전극(182)을 형성한 후, 식각 공정을 수행하여 몰드막(170) 및 희생층(184)을 제거한다.
본 발명의 실시예들에 있어서, 스토리지 전극(182)을 노출시키기 위하여 몰드막(170) 및 희생층(184)을 식각 공정에 의해 제거한 후, 상기 식각 공정에 의해 발생하는 부산물들을 제거하기 위해, 세정 공정 및/또는 건조 공정을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 몰드막과 상기 희생층과 같은 물질막을 식각 및 세정한 후, 초임계 유체를 이용하여 상기 반도체 기판을 건조시킬 수 있다.
예를 들면, 식각 공정이 수행된 후, 순수(DI water)와 IPA와 같은 세정액이 사용되어 식각 부산물을 제거할 수 있다. 상기 세정 공정이 수행된 후, 상기 기판 상에 남아있는 IPA를 제거하기 위하여 건조 공정이 수행될 수 있다. 이 때, 상기 기판은 본 발명의 실시예들에 따른 기판 처리 시스템의 공정 챔버 내로 로딩된 후, 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 기판을 건조시킬 수 있다.
상기 초임계 건조 공정의 진행 중에, 상기 초임계 이산화탄소와 함께 IPA가 배출될 수 있다. IPA는 상기 초임계 건조 공정의 진행 상태를 나타내는 대상 물질일 수 있다. 따라서, 상기 공정 챔버로부터 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도를 측정하고, 상기 농도값에 따라 상기 초임계 건조 공정의 종료점을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 몰드막과 상기 희생층과 같은 물질막을 식각한 후, 세정액이 용해된 초임계 유체를 이용하여 상기 반도체 기판을 세정시킬 수 있다. 예를 들면, 계면 활성제가 용해된 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 기판을 세정할 수 있다.
상기 초임계 세정 공정의 진행 중에, 상기 초임계 이산화탄소와 함께 계면 활성제가 배출될 수 있다. 상기 계면 활성제는 상기 초임계 세정 공정의 진행 상태를 나타내는 대상 물질일 수 있다. 따라서, 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도를 측정하고, 상기 농도값에 따라 상기 초임계 세정 공정의 종료점을 결정할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 몰드막과 상기 희생층과 같은 물질막은 초임계 식각 공정에 의해 제거될 수 있다. 예를 들면, 불산(HF)이 용해된 초임계 이산화탄소를 이용하여 상기 물질막을 식각할 수 있다.
상기 초임계 식각 공정의 진행 중에, 상기 초임계 이산화탄소와 함께 식각 부산물이 배출될 수 있다. 상기 식각 부산물은 상기 초임계 식각 공정의 진행 상태를 나타내는 대상 물질일 수 있다. 따라서, 상기 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도를 측정하고, 상기 농도값에 따라 상기 초임계 식각 공정의 종료점을 결정할 수 있다.
이와 다르게, 배출되는 유체 자체가 대상 물질일 수 있다. 공정 진행이 완료됨에 따라 상기 공정 챔버 내의 반응이 감소하여 도입된 초임계 이산화탄소의 농도가 증가할 수 있다. 따라서, 상기 배출된 유체의 실시간 농도를 측정하여 측정된 농도값이 기 설정값 이상에 도달되는 시간을 공정 완료 시점으로 결정할 수 있다.
도 13을 참조하면, 스토리지 전극(182)의 표면에 유전막(190)을 형성한다. 이어서, 유전막(190) 상에 플레이트 전극(192)을 형성한다. 상기 공정들에 의해, 스토리지 전극의 쓰러짐이나 기울어짐을 방지하면서 고용량을 갖는 스토리지 전극을 포함하는 반도체 장치를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 처리 방법에 있어서, 공정 챔버 내에서 초임계 유체를 이용하여 초임계 유체 공정을 수행하고, 상기 공정 중에서 상기 공정 챔버로부터 배출된 유체 내에 포함된 대상 물질의 실시간 농도값을 측정한다. 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한다.
따라서, 상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 농도를 실시간 분석함으로써, 초임계 유체 공정의 진행 정도나 종료 시점을 쉽게 확인할 수 있다. 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정한 후에, 상기 공정 챔버의 동작들을 제어하여 상기 초임계 유체 공정을 종료시킴으로써, 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10, 11, 12 : 기판 처리 시스템 20 : 공급부
22 : 공급 용기 28 : 가압 펌프
30 : 공정 챔버 34a, 34b, 34c : 온도 조절 재킷
40 : 배출부 42 : 메인 배출 배관
44 : 보조 배출 배관 50 : 측정부
51 : 응축기 52 : 히터
54 : 검출기 57 : 혼합기
100 : 반도체 기판 163 : 식각 저지막
170 : 몰드막 180 : 개구부
182 : 스토리지 전극 184 : 희생층
190 : 유전막 192 : 플레이트 전극

Claims (10)

  1. 기판을 공정 챔버 내에 로딩하는 단계;
    초임계 유체를 상기 기판 상에 제공하여 초임계 유체 공정을 수행하는 단계;
    상기 초임계 유체 공정의 진행 중에 상기 공정 챔버로부터 상기 초임계 유체를 배출시키는 단계;
    상기 배출된 유체 내에 포함된 제거하고자 하는 대상 물질의 실시간 농도값을 측정하는 단계; 및
    상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 초임계 유체를 배출하는 단계는, 상기 공정 챔버에 각각 연결된 제1 배출 배관과 제2 배출 배관을 통해 상기 초임계 유체의 제1 부분과 제2 부분을 각각 배출시키는 단계, 및 상기 배출된 유체의 상기 제1 부분을 상기 공정 챔버로 순환시키는 단계를 포함하고,
    상기 배출된 유체 내의 대상 물질의 실시간 농도값을 측정하는 단계는, 상기 초임계 유체의 상기 제2 부분을 가열하여 기체 상태로 유지하거나 응축하여 액체 상태로 유지하는 단계, 및 상기 제2 부분 내에 포함된 상기 기체 상태 또는 액체 상태의 대상 물질의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 액체 상태의 대상 물질의 농도를 측정하는 단계는
    기준 액체를 상기 액체 상태의 대상 물질과 혼합하는 단계; 및
    상기 기준 액체와 상기 액체 상태의 대상 물질의 상대 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정하는 단계 이후에, 상기 공정 챔버의 동작들을 제어하여 상기 초임계 유체 공정을 종료시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 기판을 처리하기 위한 공간을 제공하는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 초임계 유체를 공급하여 상기 기판 상에 초임계 유체 공정을 수행하기 위한 공급부;
    상기 공정 챔버로부터 상기 초임계 유체를 배출시키는 배출부; 및
    상기 배출부에 구비되어, 상기 배출된 유체 내에 포함된 제거하고자 하는 대상 물질의 실시간 농도값을 측정하여 상기 농도값에 따라 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정하기 위한 측정부를 포함하고,
    상기 배출부는 상기 공정 챔버에 각각 연결되며, 상기 초임계 유체의 제1 부분을 배출시키는 제1 배출 배관 및 상기 초임계 유체의 제2 부분을 배출시키는 제2 배출 배관을 포함하고,
    상기 측정부는,
    상기 제2 배출 배관에 설치되며, 상기 초임계 유체의 상기 제2 부분을 가열하여 기체 상태로 유지하는 위한 히터 또는 응축하여 액체 상태로 유지하기 위한 응축기; 및
    상기 제2 부분 내에 포함된 상기 기체 상태 또는 액체 상태의 대상 물질의 농도를 측정하기 위한 검출기를 포함하고,
    상기 제1 배출 배관을 통해 상기 배출된 유체의 상기 제1 부분은 상기 공정 챔버로 순환되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 측정부는 기준 액체와의 혼합을 위한 혼합기를 더 포함하며, 상기 검출기는 상기 기준 액체와 상기 액체 상태의 대상 물질의 상대 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 공정 챔버, 상기 공급부 및 상기 배출부에 연결되고, 상기 초임계 유체 공정의 종료점을 결정하고 상기 공정 챔버, 상기 공급부 및 상기 배출부의 동작들을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
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