KR102095084B1 - 자외선 처리를 이용하여 금속 하드마스크의 제거를 강화시키는 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
기판을 세정하는 시스템 및 방법은 과산화수소 및 UV(ultraviolet) 조사의 조합 처리를 포함한다. 특정 실시형태는 묽은 과산화수소액의 액막 아래에 잠긴 회전 기판에 대한 185/254 nm UV를 이용한 조사를 포함한다. 이러한 세정 처리로 UV 노광 없는 동일한 과산화수소액을 이용한 처리와 비교해서 TiN 박리율이 약 100% 개선될 수 있다. 본 방법은 실온에서도 실행되며, 여전히 개선된 세정 효율을 제공할 수 있다.
Description
<관련 출원과의 교차 참조>
본원은 2013년 11월 13일에 출원한 발명의 명칭이 "System and Method for Enhanced Removal of Metal Hardmask Using Ultra Violet Treatment"인 미국 가특허출원 제61/902,514호의 이익을 주장하며, 이 우선권 주장 출원은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다.
<기술분야>
본원은 개괄적으로 반도체 처리에 관한 것이며, 구체적으로는 기판 세정 공정에 관한 것이다.
집적 회로 및 반도체 디바이스의 제조는 다수의 상이한 유형의 처리 기술을 필요로 할 수 있다. 이러한 기술들은 대체로 기판 패터닝을 수반하고, 패턴을 이용하여 다양한 희생성 및/또는 영구적 구조를 만들 수 있다. 예를 들어, 포토리소그래피는 포토레지스트 등의 방사선에 민감한 재료로 된 얇은 층을 이용해 패터닝된 층을 만들어 내는데 사용될 수 있다. 이 방사선 민감층은 패터닝된 마스크로 변하고, 이 마스크는 패턴을 기판 상의 하부층에 에칭 또는 전사하는데 이용될 수 있다. 이렇게 포토레지스트의 패터닝된 층은 하나 이상의 하부층의 방향성(이방성) 에칭용의 마스크로서 기능할 수 있다. 포토리소그래피 이미지 전사에 따른 과제를 해결하기 위해, (마스크로서 기능하는)패터닝된 포토레지스트는 상당히 다른 에칭 선택도를 가진 하부층 재료에 마스크를 만드는데 이용될 수 있는데, 이 재료를 흔히 하드마스크라고 한다. 하드마스크의 형성은, 에칭될 주어진 타겟 하부층이 포토레지스트 재료를 동시에 에칭할 수 있는 에칭 화학작용에 반응할 수 있기 때문에 유리할 수 있으며, 이에 일부 재료에 대한 마스크로서 사용되기에 본질적으로 무효한 소정의 포토레지스트 릴리프 패턴(relief pattern)이 에칭되게 한다. 집적 회로 및 반도체 디바이스의 제조는 재료를 적층하고, 재료를 개질하고, 재료를 패터닝하고, 재료를 제거하는 것의 순환 공정일 수 있다. 패터닝된 하부층 등의 제2 유형의 재료는 제거하지 않고서 제1 유형의 재료(하드마스크 등)는 제거해야 하는 경우가 흔히 있다. 주어진 기판의 재료를 선택적으로 제거 또는 세정하여 없애기 위해 다양한 세정 공정이 실시될 수 있다. 이러한 세정 공정은 기판의 재료를 세정하여 없애기 위해 특정 화학반응 및/또는 물리적 메커니즘을 이용하는 습식 세정 기술(예, 반응성 화학액) 및 건식 세정 기술(예, 플라즈마 기반 세정)을 다 포함할 수 있다.
소정의 기판 세정의 적용은 하부에 있는 로우k(low-k) 유전체 막을 손상시키지 않고서 기판으로부터 하드마스크를 제거하는 것을 필요로 한다. 이에, 로우k 유전체막을 에칭하는 데에 에칭 마스크로서 사용되고 있는 하드마스크는 통상, 제조 공정을 계속하는 중에 선택적으로 제거될 필요가 있다. 이러한 저 유전체막은 약 2.6 미만의 k값을 갖거나/갖고 실리콘, 탄소, 산소 및 수소 화학 결합 구조를 갖는 유전체막에 적용 가능할 수 있다. 이러한 유전체막은 다공성이거나, 다른 막 재료와 비교해서 손상에 취약할 수 있다. 하드마스크는 티탄 질화물(TiN)과, 비정질 탄소, TaN, 및 SiC 등의 다른 하드 마스크 또는 유사 재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 기술은 본질적으로 임의의 전통적인, 비산화물계 하드마스크를 비롯한 희생성 하드마스크의 제거에 적용 가능하다.
일 실시형태는 기판을 세정하는 방법을 포함한다. 이 방법은 세정 시스템 내에 기판을 수용하는 단계를 포함한다. 세정 시스템은 습식 세정 시스템, 처리 챔버, 및 액토출 서브시스템을 포함한다. 기판은 하부층 상에 적층된 하드마스크층을 포함한다. 이 세정 방법은 상기 프로세싱 챔버 내의 기판 홀더 상에서 상기 기판을 회전시키는 단계와, 상기 기판의 최상면 상에 묽은 과산화수소액을 적하하는 단계를 포함한다. 기판 상의 과산화수소액은 상기 기판이 회전하고 있는 동안 UV(ultraviolet) 전자기 방사선으로 조사된다. UV 전자기 방사선은 대략 185-500 나노미터 사이의 파장을 갖는다. 하드마스크는 UV 전자기 방사선이 조사된 과산화수소에 의해 용해된 다음 과산화수소 흐름 작용에 의해 그리고 기판의 회전 작용에 의해 기판으로부터 제거된다.
본 발명의 기술은 종래의 TiN 하드마스크 박리 기술과 비교해서 TiN 하드마스크막의 박리율을 100% 상승시키는 것으로 증명되었다. 종래에는, 과산화수소(H2O2)를 함유하는 용액이 상승 온도에서 회전중인 웨이퍼 상에 분배되는 습식 에칭 공정을 이용하여 로우k 막으로부터 하드마스크를 제거하였다. H2O2는 하드마스크와 반응하여 하드마스크를 용해시키지만, 기판 상에 하부막과 구조를 남긴다. 이러한 세정 공정의 결점은 이 종래의 공정이 한번에 하나의 웨이퍼를 처리한다는 것이며, 웨이퍼(예, 직경이 약 300 mm)로부터 소정의 TiN 하드마스크를 세정하는 데에는 약 6분이 걸릴 수 있다. 이렇게 비교적 긴 처리 시간은 수율 및 효율을 저감시킨다. 이에, 본 발명의 향상점은, TiN 박리 화학반응(chemistry)의 처리 온도를 낮추고, 사용되는 화학반응 양을 줄이고, 세정 시간을 절반 이상으로 줄이고, 박리 툴의 수명 및 대응하는 화학반응의 수명을 연장시킴으로써, 에칭후 세정 툴의 생산성(productivity)을 높이는 데에 효과적이다.
물론, 여기에서 설명하는 바와 같이 상이한 단계들의 설명 순서는 명확함을 위해 제시된 것이다. 일반적으로, 이들 단계는 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 또, 본 발명의 상이한 특징, 기술, 구성 등의 각각이 본 개시내용의 상이한 장소에서 설명될 수도 있지만, 그 개념들 각각은 서로 독립적으로 또는 서로 조합으로 실행될 수 있는 것이 의도된다. 따라서, 본 발명은 다수의 상이한 방식으로 구현되어 보여질 수 있다.
본 [발명의 내용] 부분에서는 본 개시내용 또는 청구하는 발명의 모든 실시형태 및/또는 점차적으로 새로운 양태를 명시하지 않는다는 것을 알아야 한다. 대신에, 본 [발명의 내용]은 상이한 실시형태들의 예비 설명 및 종래의 기술을 능가한 대응하는 새로운 점을 제공한다. 본 발명 및 실시형태의 추가 상세 및/또는 가능한 견지에 대해서는, 이하에서 더 설명하는 본 개시내용의 구체적인 설명 부분 및 대응하는 도면을 참조하면 된다.
본 발명의 다양한 실시형태에 대한 보다 완전한 이해 및 뒤따르는 많은 장점들은 첨부 도면과 함께 이어지는 상세한 설명을 참조함으로써 쉽게 명백해질 것이다. 도면은 반드시 일정한 축적으로 되어 있지 않으며, 대신에 특징, 원리 및 개념을 예시할 때에 강조되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 세정 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른, 패터닝된 피처 상에 하드마스크를 구비한 기판 부분의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른, 패터닝된 피처 상에 하드마스크 및 폴리머 코팅을 구비한 기판 부분의 단면도이다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 공정의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 예시적인 세정 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른, 패터닝된 피처 상에 하드마스크를 구비한 기판 부분의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른, 패터닝된 피처 상에 하드마스크 및 폴리머 코팅을 구비한 기판 부분의 단면도이다.
본 발명의 기술은 기판을 세정하는 시스템 및 방법을 포함한다. 방법은 과산화수소 및 UV(ultraviolet) 조사의 조합 처리를 포함한다. 특정 실시형태는 묽은 과산화수소액의 액막 아래에 잠긴 회전 기판에 대한 저압 수은 UV 램프로부터의 185/254 nm 광을 이용한 직접 조사를 포함한다. 일례의 결과로, 20 중량% 과산화수소의 과산화수소액을, 254 nm 파장의 UV광을 이용해 12 mW/cm2의 세기를 갖는 약 185/254nm 파장의 UV광으로 조사하면, UV 조사가 없는 동일한 과산화수소액을 이용한 처리와 비교해 TiN 박리율이 약 100% 개선된다.
본 발명의 기술은 실온에서의 TiN 제거를 25%-100% 이상으로 증대시킬 수 있다. 제거율의 증대는 더 높은 온도에서도 그리고 다른 세정 성분과 혼합된 과산화수소에 의해서도 일어날 수 있다. 통상의 화학물 공급자(chemical supplier)는 에칭후 폴리머 제거 및 티탄 질화물 하드마스크 제거를 가능하게 하기 위해 과산화수소와 혼합되어야 하는 1단계(one-step) BEOL(back-end-of-line) 세정 화학품(cleaning chemistry)을 판매한다. 이러한 통상의 BEOL 세정 화학품이 본 발명의 기술과 함께 이용될 수 있다. 본 발명의 제거 강화 기술의 대안적 실시형태도 여러 가지 있다. 예를 들어, 두단계 공정도 이용될 수 있다. 이 대안적 공정에서는, 폴리머 제거 단계가 먼저 실행된 다음에, 묽은 과산화수소 함유액을 주어진 기판에 도포하는 두번째 단계가 이어진다.
이제 도 1을 참조하면, 기판을 세정하기 위한 예시적인 공정의 흐름도가 도시된다. 단계 110에서, 기판(205)이, 도 2에 도시하는 바와 같은 세정 시스템(200)에 수용된다. 기판(205)은 반도체, 플랫 패널, 웨이퍼 등을 포함할 수 있다. 세정 시스템(200)은 습식 세정 시스템(210), 처리 챔버(220), 및 액토출 서브시스템을 포함한다. 습식 세정 시스템(210)은 기판(205)의 표면 상에 약액(liquid chemistry)을 분배하는 노즐(211)을 포함할 수 있다. 노즐(211)은 공급관(212)을 통해 액토출 서브시스템에 연결될 수 있다. 노즐 아암(213)이 수직 지지 부재(215) 상에 탑재될 수 있으며, 이 부재는 가이드 레일(214) 상에서 수평으로 이동 또는 회전 이동 가능하다. 기판(205)은 기판(205)을 기판 홀더(202) 상에 배치할 수 있는 전달 부재(209)를 통해 세정 시스템(200)에 수용될 수 있다. 기판 홀더(202)는 소정의 회전 속도로 기판 홀더(202)를 회전시키도록 구성된 구동 모터(203)를 포함할 수 있다. 세정 시스템은 기판(205) 쪽으로 UV광을 조사하도록 구성된 UV 광원(250)을 포함할 수 있다. 기판의 회전 속도, UV 조사, 및 처리액 토출을 제어하도록 구성된 시스템 컨트롤러(도시 생략)가 기판 세정 시스템에 연결될 수 있다.
기판은 도 3에 도시하는 바와 같이 하부층(244) 상에 적층된 하드마스크(242)를 포함할 수 있다. 도 3은 예시적인 기판 부분의 단면도이다. 하드마스크(242)는 하부층(244)에 마스크 패턴을 전사하는 데에 이용될 수 있음을 알아야 한다. 예시적인 기판은 울트라 로우k(ultra low-k) 피처를 구비할 수 있으며, 이 로우k 피처의 상단부 상에는 TiN 하드마스크―또는 다른 하드마스크(242)―가 있다. 특정 세정 공정이 제거하기로 특화될 수 있는 것이 이 금속 하드마스크이다. 세정 공정의 목표 또는 사양은 로우k 유전체 재료 등의 하부층이 손상되지 않게 두는 것일 수 있다. 하드마스크층(242)은 로우k 재료와 비교해 더 높은 밀도를 가진 층 또는 막일 수 있다. 이 하드마스크층(242)은 연성의 로우k 유전체에 대한 에칭 공정을 향상시키는데 이용될 수 있다. 예시적인 실시형태에 있어서, 하드마스크층 조성은 재료 SixM(1-x)NyOzBw로 이루어질 수 있으며, 여기서 M은 Ti, W, Ta, Ge, C를 개별적으로 나타내거나 이들의 조합을 나타내며, x는 제로를 포함한 1 미만의 수이다. 주어진 하드마스크막은 결정질 또는 비정질 상태일 수 있다. 하드마스크는 티탄 질화물(TiN), 탄탈 질화물(TaN), 실리콘 탄화물(SiC), 및 비정질 탄소 중 하나 이상을 이용한 금속 하드마스크층을 포함할 수 있다.
단계 120에서, 기판(205)은 처리 챔버(220) 내의 기판 홀더(202) 상에서 회전된다. 단계 130에서, 과산화수소액(225)이 기판(205)의 최상면 상에 적하된다. 본 발명의 기술에 따른 용액은 과산화수소부를 35 중량% 미만으로 가질 수 있다(그보다 높은 중량 퍼센티지를 가지면 안전성 문제가 발생할 수 있다). 통상의 용액은 대략 5 중량%에서 효과가 있을 수 있다. 본 발명의 기술로, 과산화수소의 중량 퍼센티지가 높을수록 에칭률이 향상할 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 과산화수소 중량 퍼센티지는 15% 내지 25%일 수 있다. 과산화수소액(225)은 정상류(steady flow)로 또는 용액을 펄싱하여 분배될 수 있다. 용액은 펄싱(pulsing)에 의해 분배될 수 있는데, 펄싱은 기판이 계속해서 과산화수소액으로 덮여질 만큼 충분한 용액을 분배한다. 다시 말해, 펄싱은 펄스 방식의 분배시에 기판이 계속해서 젖어 있는 것을 보장하기에 충분하다. 기판의 주기적 건조가 입자, 결함 및 패턴 붕괴를 야기할 수 있기 때문에 건조 부위는 피해야 한다. 건조 부위를 피해야 하는 다른 이유는 불용성 TiO2에의 직접 UV 조사에 의해 TiN 하드마스크가 산화될 우려를 방지하기 위함이다.
과산화수소액(225)을 분배하는 것은 부식방지 혼합물을 과산화수소액과 혼합하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 용액은 구리의 부식을 방지하여 용액 속에 금속종을 유지할 수 있다. 용액은 또한 제거되는 특정 금속막에 대해 타겟팅된 (욕(bath) 수명을 연장시키기 위한) 하나 이상의 킬레이트제(chelating agent)를 함유할 수 있다. 용액은 또한 산성 또는 염기성 용액 중 어느 한쪽에 대한 pH 완충제(buffer)를 포함할 수 있다. 다른 대안적 실시형태는 폴리머 잔여물 제거를 돕기 위한 용제와, 또 금속 킬레이트제를 포함할 수도 있다.
단계 140에서, 기판(205) 상의 과산화수소액(225)은 기판이 회전하고 있는 동안 UV(ultraviolet) 전자기 방사선으로 조사된다. 도 2의 도면부호 251은 UV 전자기 방사선에 의한 전술한 용액 조사를 도시하고 있다. UV 전자기 방사선은 대략 185-500 나노미터 사이의 파장을 가질 수 있다. 하드마스크는 조사된 과산화수소에 의해 용해된 다음 과산화수소 흐름 작용에 의해 그리고 또 기판의 회전 작용에 의해 기판으로부터 제거된다. 기판의 회전 및 조사는 하드마스크층이 제거될 때까지 계속될 수 있다. 그리고 하드마스크 입자가 용해된 폐용액은, 수거 시스템(227)을 이용하거나 해서 수거된 다음, 후속해서 재활용, 배치, 또는 다른 방식으로 처리될 수 있다.
일부 실시형태에 있어서, 과산화수소액을 조사하는 단계는, 대략 185-254 나노미터 사이의 파장을 갖는 UV 전자기 방사선을 조사하는 단계를 포함할 수 있으며, 이 파장은 다양한 유형의 UV 광원 및/또는 필터를 이용해서 달성될 수 있다. 예를 들어, 광대역 UV 광원(160 nm-1100 nm 파장)은 특정 파장 미만 및/또는 이상의 조사를 차단하거나 특정 파장만 통과시키는 특정 필터를 구비할 수 있다. 비제한적인 예로, 처리는, 기판 표면에서부터 약 5 cm로 배치된 UV 광원에 의해, 평방 센티미터당 대략 4 밀리와트보다 높거나 800 mW/cm2보다 높은 세기를 갖는 UV 전자기 방사선으로 조사하는 것을 포함할 수 있다. 조사량(dosage amount)은 특정 용도 또는 세정 공정에 종속될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 단위 면적당 UV 세기는 조사 없는 하드마스크의 박리율과 비교해 대략 25%보다 더 많이 하드마스크 박리율을 상승시키기에 충분하다.
다른 실시형태는 세그먼트화 또는 구배 UV 노광을 포함할 수 있다. 예를 들어, 과산화수소액을 조사하는 단계는, 상기 기판의 중심부를 제1 세기로 조사하는 단계와 상기 기판의 가장자리부를 제2 세기로 조사하는 단계를 포함하고, 제1 세기는 제2 세기보다 높다. 이러한 실시형태에 있어서, 기판의 내경 부분은 기판의 주변 반경 부분보다 더 많은 UV광을 수광할 수 있다. 과산화수소액 흐름은 기판의 중심부 쪽으로 더 두꺼울 수 있고, 그래서 중심부에서 증가한 UV 노광은, 기판 상의 상대적으로 더 두꺼운 용액이 있는 곳에서의 용액 활성화를 지원하는데 유리할 수 있다.
본 발명의 기술은 상대적으로 낮은 온도 처리 조건을 가능하게 한다. 일 실시형태에 있어서, 공정 온도는 처리 챔버 내에서 대략 섭씨 50도 미만으로 유지된다. 다른 실시형태는 섭씨 30도 미만에서 유효한 결과로 작용할 수 있다.
일부 실시형태는 하드마스크층(242)과 폴리머층(246)을 다 세정하는 것을 수반할 수 있는데, 이 폴리머층은 에칭 전사 공정에서 야기된 막 재료 또는 잔여물일 수 있다. 이러한 방식으로, 과산화수소액을 적하하기 전에, 기판으로부터 폴리머층(246)을 제거하는 폴리머 세정액이 적하될 수 있다.
종래의 세정 공정(종래의 스핀온 화학반응)을 실행할 때에, 약 10분의 세정(용액이 기판 상에 분배되는 동안 기판 홀더 상에서 회전) 후에 TiN 하드마스크의 50%가 제거되는데, 이것은 섭씨 25도에서 20% H2O2 용액을 사용한 것이다. 그러나, 본 발명의 기술에 따르면, 20% H2O2 용액을 분배하고, 웨이퍼 회전 속도는 2000 미크론 미만의 용액 막이 기판의 표면 상에 있도록 제어될 수 있다. 이렇게 비교적 얇은 막으로 기판을 덮으면서, 과산화수소액은 대략 185-500 나노미터 사이의 파장을 갖는 UV 전자기 방사선으로 조사된다. 세정 공정 및/또는 용액의 온도는 약 섭씨 25도로 유지될 수 있다. 이 처리 공정으로 TiN 하드마스크가 약 97% 제거된다.
다른 실시형태에 있어서, 1 중량% 내지 35 중량%의 과산화수소액은 0℃ 내지 80℃ 범위의 온도에서 이용될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 성능은 웨이퍼 상의 가장 얇은 연속 액막을 생성함으로써 최적화될 수 있다. 일부 실시형태에 있어서, 액막은 2000 미크론 미만이고, 다른 실시형태에 있어서는 그 두께가 200 미크론 또는 심지어 20 미크론 미만이다. 따라서, 용액은 처리 기간중에 계속해서 분배 및 조사된다. 산소가 TiN막에 혼입되어 불용성 티탄 산화물(TiO2)을 형성하는 것을 막기 위해 기판을 계속해서 젖은 상태가 되게 하는 것이 중요하다. 과산화수소액에서의 TiN의 산화는 TiN을 용해성 [Ti(O2)(OH)n]종으로 변화시킨다. 다수의 기판이 소수성 표면을 구비하고 그래서 회전이 연속막을 유지하는데 유용함을 알아야 한다. 회전은 또한 친수성 기판에도 이용될 수 있다.
이러한 기술들은 화학액(liquid chemistry) 그 자체를 변화시키는 일 없이 과산화수소의 에칭 성능을 상당히 강화시킬 수 있다. TiN의 에칭률은 UV 조사의 턴온 또는 턴오프에 의해 또는 UV 세기를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 세기는 또한 기판에 대해 반경 방향으로 다를 수 있다. 예를 들어, 소정의 용액 막은 (회전 속도가 더 높은)기판의 가장자리보다도 기판의 중심 쪽으로 더 두꺼울 수 있다. 그런 다음 UV 세기는 막 두께를 관통한 UV선이 기판의 표면 상의 과산화수소 분자에 닿는 것을 돕도록 기판의 중심에서 더 높게 구성될 수 있다. UV 방사선이 과산화수소에 충돌할 때에, 과산화수소가 고반응 형태(highly reactive form)의 산소로 분해될 수 있다. 금속 하드마스크와 접촉하는 고반응 산소종에 의해, 금속 하드마스크의 제거가 촉진된다. 그러나, 한가지는 난제는 고반응 산소종이 밀리세컨드 정도로 매우 짧은 시간 동안에 존재한다는 것이다. 이에, 용액 막이 비교적 두꺼우면, (UV 방사선의 세기에 의존하여) 막의 상부 내의 과산화수소 분자만이 분해되게 된다. 고반응 종이 기판의 표면에서부터 너무 떨어져 있으면 에칭을 촉진시킬 수 없다. 용액 막이 얇을수록 그리고/또는 UV 방사선의 세기가 높을수록, 고반응 산소종이 기판의 표면에 생성되어 에칭을 촉진시킬 수 있다.
실시형태는 다수의 UV 광원 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 이들은 램프, 다이오드 어레이 등일 수 있다. 하드마스크의 에칭률을 저온에서도 생산적이게 함으로써, 에칭 화학반응(etching chemistry)의 수명을 강화시키고, 에칭 세정 공정의 비용을 절감할 수 있다. 종래의 세정 툴에서는, TiN 에칭/박리 화학반응이 통상 다수의 웨이퍼 처리 동안 툴 내에서 재활용된다.
분배율(dispense rate)은 LFT(Low Film Thickness) 분배 프로시저를 이용할 수 있다. 얇은 액막은 저유량을 이용하여 달성되며, 화학반응의 흐름은 주기적으로 온오프로 순환된다. 비제한적인 예로, 분당 1000 회전수, 오프(off) 3초 온(on) 1초의 사이클이 이용될 수 있다. 300 mm 또는 450 mm 웨이퍼에 대해, 웨이퍼 위에서 막 두께를 평균적으로 낮게 하기 위해, 바람직하게는 20 미크론 막 두께 이하가 되게 하기 위해 중심에서부터 가장자리까지의 다수의 분배 위치가 이용될 수 있다. 200 내지 20 미크론 미만의 막 두께를 얻는 데에, 용액 흐름의 온오프 순환이 상당히 조력할 수 있다. 단일 노즐 센터 분배 노즐로, 용액 분배 흐름을 주기적으로 차단하는 것은 중심에서의 막 두께가 20 미크론 미만으로 평평하게 하는 것을 도울 수 있다.
따라서, 본 발명의 기술은 사용되는 시간 및 재료량 면에서 모두 효율을 높일 수 있다. 싱글 패스(single-pass) 시스템의 경우, 시간과 재료가 절감된다. 재순환 시스템의 경우, 적어도 시간 면에서 절감이 있다.
습식 세정을 위한 기존의 하드웨어 시스템이, UV 광원이 추가된다면, 본 발명의 방법을 구현하는 데에 이용될 수 있다. 이에, 시스템은 회전 메커니즘을 구비한 기판 홀더와, 기판에서 비산되는 유체를 받아내는 인클로저(enclosure)와, 기판 위에 배치되는 노즐 또는 노즐 어레이를 포함할 수 있다. 노즐은 분사기(atomizer)로서 구성될 수 있다. 또한, 원격 UV 광원으로부터의 방사선을 기판 표면으로 지향시키는 UV 방사선 광원 또는 반사기/도관(conduit)도 위에 배치된다.
이상의 설명에 있어서, 처리 시스템의 특정 기하학적 구조 및 사용되는 다양한 구성요소와 공정의 설명과 같은 특정 상세를 설명하였다. 그러나, 본 발명에 따른 기술은 이들 특정 상세와는 상이한 다른 실시형태로도 실시될 수 있으며, 이러한 상세는 설명을 위한 것이지 제한용이 아님은 물론이다. 본 명세서에 개시하는 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 설명되었다. 마찬가지로, 설명의 목적상, 면밀한 이해를 제공하기 위해 특정 수, 재료, 및 구성요소를 설명하였다. 그럼에도, 실시형태들은 이들 특정 상세 없이도 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능의 구성을 구비하는 구성요소들은 같은 참조 번호로 표시되며, 그래서 임의의 뒤따르는 설명은 생략될 수 있다.
다양한 실시형태의 이해를 돕기 위해 다양한 기술들이 다수의 분리된 동작들로 설명되었다. 설명의 순서는 이들 동작들이 반드시 순서에 종속되는 것을 암시하도록 해석되어서는 안 된다. 사실상, 이들 동작은 반드시 제시 순서로 수행될 필요가 없다. 설명하는 동작들은 설명하는 실시형태와는 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 다양한 추가 동작들이 수행될 수도 있고/있거나, 설명하는 동작들이 추가 실시형태에서는 생략될 수도 있다.
본 명세서에서 사용되는 "기판(substrate)" 또는 "타겟 기판"은 일반적으로 본 발명에 따라 처리되는 대상을 지칭한다. 기판은 디바이스, 구체적으로 반도체 또는 기타 전자 디바이스의 임의의 재료의 부분 또는 구조를 포함할 수 있으며, 예컨대 박막 등의 베이스 기판 구조 상에 있는 또는 그 위를 덮는 반도체 웨이퍼, 레티클, 또는 층과 같은 베이스 기판 구조일 수 있다. 이에, 기판은 임의의 특정 베이스 구조에, 하부층 또는 상부층에, 패터닝 또는 비패터닝되는 것에 한정되지 않으며, 오히려 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조, 및 층 및/또는 베이스 구조의 임의의 조합을 포함하는 것으로 간주된다. 설명은 특정 유형의 기판을 언급하지만, 이것은 예시 목적일 뿐이다.
당업자라면 본 발명의 동일한 목표를 여전히 달성하면서 전술한 지침의 동작에 다양한 변형이 있을 수 있음도 이해할 것이다. 이러한 변형은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것이 의도된다. 이 경우에도, 본 발명의 실시형태에 대한 앞의 설명은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 그보다는, 본 발명의 실시형태에 대한 임의의 제한은 다음의 청구범위에 있다.
Claims (20)
- 기판을 세정하는 방법에 있어서,
기판을 세정 시스템 내에 수용하는 단계로서, 상기 세정 시스템은 습식 세정 시스템, 처리 챔버, 및 액토출 서브시스템을 포함하며, 상기 기판은 하부층 상에 적층된 하드마스크층을 포함하는 것인, 기판 수용 단계와,
상기 처리 챔버 내의 기판 홀더 상에서 상기 기판을 회전시키는 단계와,
상기 기판의 최상면 상에 과산화수소액을 적하하는 단계와,
상기 기판이 회전하는 동안에 UV(ultraviolet) 전자기 방사선으로 상기 기판 상의 과산화수소액을 조사하는 단계
를 포함하고,
상기 UV 전자기 방사선은 185-400 나노미터 사이의 파장을 갖고, 상기 하드마스크는 UV 전자기 방사선이 조사된 과산화수소에 의해 용해되어, 상기 과산화수소 흐름의 작용에 의해 그리고 상기 기판의 회전 작용에 의해, 상기 기판으로부터 제거되고,
상기 과산화수소액을 조사하는 단계는, 상기 기판의 중심부를 제1 세기로 조사하는 단계와 상기 기판의 가장자리부를 제2 세기로 조사하는 단계를 포함하고, 상기 제1 세기는 상기 제2 세기보다 높은 것인 기판 세정 방법. - 제1항에 있어서, 상기 과산화수소액을 조사하는 단계는, 185-254 나노미터 사이의 파장을 갖는 UV 전자기 방사선으로 조사하는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과산화수소액을 조사하는 단계는, 평방 센티미터당 4 밀리와트보다 높은 UV 전자기 방사선 세기를 제공하는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 과산화수소액을 조사하는 단계는, 평방 센티미터당 800 밀리와트보다 높은 UV 전자기 방사선 세기를 제공하는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과산화수소액을 조사하는 단계는, 조사(irradiation) 없는 하드마스크의 박리율과 비교해서 25%보다 더 많이 하드마스크 박리율을 상승시키기에 충분한 단위 면적당 세기를 갖는 UV 전자기 방사선으로 조사하는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 처리 챔버 내의 공정 온도는 섭씨 50도 미만으로 유지되는 것인 기판 세정 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 처리 챔버 내의 공정 온도는 섭씨 30도 미만으로 유지되는 것인 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과산화수소액을 적하하기 전에, 상기 기판으로부터 폴리머층을 제거하는 폴리머 세정액을 적하하는 단계를 더 포함하는 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판을 회전시키는 단계는, 적하된 과산화수소액이 2000 미크론 미만의 막 두께를 갖게 되기에 충분한 회전 속도로 상기 기판을 회전시키는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 기판을 회전시키는 단계는, 적하된 과산화수소액이 200 미크론 미만의 막 두께를 갖게 되기에 충분한 회전 속도로 상기 기판을 회전시키는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 기판을 회전시키는 단계는, 적하된 과산화수소액이 20 미크론 미만의 막 두께를 갖게 되기에 충분한 회전 속도로 상기 기판을 회전시키는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과산화수소액은 35 중량% 미만의 과산화수소를 갖는 것인 기판 세정 방법.
- 제13항에 있어서, 상기 과산화수소액은 15 중량% 내지 25 중량% 사이의 과산화수소를 갖는 것인 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과산화수소액을 적하하는 단계는, 부식방지 혼합물을 상기 과산화수소액과 혼합하는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 부식방지 혼합물은, 구리의 부식을 방지하는 제1 화학제(agent), 용해된 금속종을 유지하는 제2 화학제, 폴리머를 용해시키는 제3 화학제, 킬레이트제(chelating agent), 및 pH 완충제(buffer)를 포함한 혼합물을 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 과산화수소액을 적하하는 단계는, 상기 기판이 계속해서 상기 과산화수소액으로 덮여질 만큼 충분한 과산화수소액이 분배되도록 액을 펄스 방식으로 분배하는 단계를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 하드마스크층은 상기 하부층의 밀도보다 높은 밀도를 갖는 재료로부터 선택되는 것인 기판 세정 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 하드마스크층은 Ti, W, Ta, Ge, 및 C 중 적어도 하나를 포함하는 것인 기판 세정 방법.
- 제18항에 있어서, 상기 하드마스크층은 티탄 질화물(TiN), 탄탈 질화물(TaN), 실리콘 탄화물(SiC), 및 비정질 탄소 중 적어도 하나를 포함하는 금속 하드마스크층인 것인 기판 세정 방법.
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