KR102602499B1 - 습식 에칭을 위한 광자적으로 조정된 부식제 반응도 - Google Patents

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Abstract

반도체 기판의 에칭, 특히, 웨이퍼의 습식 에칭을 위한 방법 및 시스템이 개시된다. 웨이퍼 상에 적용되는 액상 용액의 에칭 속도는 공간적으로 변경되는 광 강도로 액상 용액에 조사함으로써 조정된다. 광반응제가 액상 용액에 추가되고, 광반응제는 광산, 광염기 및 광산화제를 포함한다. 광반응제의 조명은 액상 용액의 pH 값 및 산화 전위값을 증가/감소시킨다.

Description

습식 에칭을 위한 광자적으로 조정된 부식제 반응도
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 미국 특허 가출원 제62/726,603호(발명의 명칭: "PHOTONICALLY TUNED ETCHANT REACTIVITY FOR WET ETCHING", 출원일: 2018년 9월 4일) 및 미국 특허 정규 출원 제16/548,481호(발명의 명칭: "PHOTONICALLY TUNED ETCHANT REACTIVITY FOR WET ETCHING", 출원일: 2019년 8월 22일)에 기초하고 이들의 이점 및 우선권을 주장하며, 상기 기초출원들의 전체 내용은 참조에 의해 본 명세서에 원용된다.
본 출원은 반도체 기판의 에칭, 특히, 웨이퍼의 습식 에칭에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 출원은 액상 용액에 공간적으로 변경되는 광 강도로 조사함으로써 웨이퍼 상에 적용되는 액상 용액의 에칭 속도를 조정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조는 웨이퍼의 증착, 성장, 패터닝, 제거 및 세정이라는 많은 상이한 단계를 수반한다. 다양한 상이한 물질이 추가되고 제거되거나 또는 부분적으로 제거되지만, 다른 물질은 남아 있다. 하나의 제거 기법으로 습식 에칭 기법이 있다. 습식 에칭은 보통 부식제가 포함된 용액에 웨이퍼를 침지시키는 것 또는 이러한 용액을 웨이퍼 표면 상에 분배시키는 것을 수반한다. 액상 용액이 기판과 접촉할 때, 타깃 물질과 화학적으로 반응하여 기판으로부터 타깃 물질을 방출한다. 에칭된 물질은 보통 에칭 용액에서 용해되거나 또는 에칭 용액에 의해 물리적으로 이동된다.
종래의 습식 에칭 용액은 설정된 용액 산화 전위 및 pH를 갖는다. 이것은 에칭 용액을 풀베이(Pourbaix)(전위/pH) 도면의 단일의 지점에 배치한다. 용액 매개변수는 용액 조성에 의해 설정된다. 이것은 용액이 에칭될 표면과 접촉하여 배치될 때 존재할 열역학적 평형종을 독특하게 설정한다. 이것은 또한 에칭 생성물의 용해성을 제어한다. 일단 특정한 에칭 조성이 결정된다면, 대응하는 시스템의 에칭 거동은 주로 용액의 온도에 기초한다.
용액 조성 및 온도는 여러 개의 목적을 동시에 달성하기 위해 사용된다. 주어진 물질에 대한 에칭 속도는 바람직하게는 목적하는 범위 내에 포함된다. 바람직하게는, 총 에칭 시간이 대량 제작과 양립할 수 있지만, 에칭 속도는 기판으로부터 에칭된 양의 정확한 제어를 허용하기엔 여전히 충분히 느리다. 타깃 물질과 함께 에칭 용액과 접촉하는 다른 물질의 반응 속도가 최소화되어야 한다. 주어진 용액의 안정성이 최대화되면서 비용이 최소화되는 것이 또한 바람직하다. 이 다변수 최적화는 다른 영역에서 명시되거나 또는 목적하는 성능을 달성하기 위해 이 영역 중 하나 이상의 영역에서 성능 절충을 필요로 할 수 있다. 이상적인 에칭 용액은 절충 없이 위에 나열된 모든 목적을 동시에 달성한다. 본 명세서에 개시된 기법은 에칭 거동을 제어하는 다양한 용액 변수에 대한 부가적인 제어를 제공하고, 따라서 에칭 공정 개발에서 복수의 절충을 감소시킨다.
부가적으로, 웨이퍼의 표면에 걸친 부식제 조성 및 온도의 불균일성은 에칭 속도의 불균일성을 유발할 수 있다. 이것은 웨이퍼 상에 언더-에칭된 영역 또는 오버-에칭된 영역이 있다는 점에서 에칭-중단 위치의 필수적인 절충을 초래한다. 이러한 불균일한 에칭은 수량 감소 또는 디바이스 성능의 저하를 초래할 수 있다. 종래의 습식 화학적 부식제의 에칭 거동은 조성 및 온도에 의해 결정된다. 많은 공정에서, 목적하는 에칭 거동을 달성하는 데 필요한 조성 및 온도는 부식제를 불안정해지게 한다. 이 공정을 제어하기 위해, 부식제는 사용 직전에 조제될 수 있고, 이는 비용을 증가시킨다. 분배 동안, 다른 문제가 있다. 고온에서, 증발 냉각은 습식 에칭 용액이 스핀 챔버 내에서 웨이퍼의 중심으로부터 에지로 흐름에 따라 습식 에칭 용액 내 부식제의 온도를 상당히 변화시킬 수 있다. 에칭 속도가 강한 온도 의존도를 갖는 경우에, 에칭 속도가 웨이퍼의 에지를 향하여 감소될 것이고 불균일한 에칭을 발생시킨다.
본 명세서의 기법은 웨이퍼의 표면에 걸친 부식제 조성 및 온도의 불균일성을 정정하기 위해 웨이퍼 상에서 공간 분해능을 사용하여 액상 용액의 에칭 속도를 조정하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 기법은 광활성 물질을 에칭 용액에 추가하는 것을 포함한다. 이러한 광활성 물질은 조명하에서 pH를 조정하기 위한 광산 또는 광염기, 또한 조명하에서 용액 산화 전위를 변화시키기 위한 광산화제를 포함할 수 있다. 이러한 에칭 용액의 분배는 웨이퍼 상의 용액의 조명 조건을 변화시킴으로써 접근될 수 있는, 풀베이 도면의 영역의 접근을 가능하게 한다. 이 기법은 단일 용액으로 달성될 수 있는 에칭 거동의 범위를 크게 확장시킨다. 이러한 용액은 어둠에서 비활성이고 안정하도록 조제될 수 있고 조명하에서 활성 부식제가 된다.
따라서, 이러한 용액은 저장 및 불안정한 에칭 용액과 연관된 문제를 해결한다. 게다가, 조명이 공간적으로 공간적으로 분해될 수 있기 때문에, 부식제 반응도는 웨이퍼의 표면에 걸쳐 점 단위로 조정될 수 있다. 웨이퍼 표면에 걸친 이러한 공간 제어는 웨이퍼에 걸친 온도 변화를 보상하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 이점은, 단일의 안정한 용액이 사용을 위해 저장될 수 있고, 조명을 가진 많은 상이한 유형의 에칭 작업이 위치와 강도 둘 다에서 변경되어 에칭되어야 할 물질의 특성에 기초하여 목적하는 에칭 속도를 실시간으로 생성한다는 것이다. 부가적으로, 광 강도의 공간적 변화는 피드 포워드 제어를 사용하여 웨이퍼에 걸친 두께 변화를 정정하도록 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서의 기법은 습식 에칭 공정에 대한 상당한 개선 및 제어를 제공한다.
본 명세서에 개시된 방법은 웨이퍼 상의 에칭 속도의 시간 및 공간 제어를 허용한다. 피드 포워드 제어는 웨이퍼에 걸친 고르지 않은 층 두께를 보상하도록 사용될 수 있다. 또한, 방법은 부식제가 덜 반응적인 상태로 저장되게 하여 부식제가 더 안정하고, 저장 탱크, 분배 라인, 필터, 또는 밸브 습윤 물질과 반응할 가능성이 적고, 폐기물 스트림에서 덜 반응적이게 한다. 부식제는 특정 파장을 가진 조명하에서 더 반응하게 된다.
본 명세서에 제시된 다른 기법에서, 예를 들어, 조명 상태와 어두운 상태 간에서 토글링하는, 단일의 광활성 에칭 용액의 시변 조명은, 하나의 에칭 용액을 사용하여 물질 표면과 또 다른 에칭 용액을 화학적으로 개질해서 개질된 층을 용해시킬 필요 없이, 순환적 에칭 공정을 수행하기 위해 사용된다.
본 명세서에 설명된 바와 같은 상이한 단계의 순서가 명료성을 위해 제시된다. 일반적으로, 이 단계는 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 부가적으로, 본 명세서의 상이한 특징, 기법, 구성 등의 각각이 본 개시내용의 상이한 부분에서 논의될 수 있지만, 각각의 개념은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 실행될 수 있는 것으로 의도된다. 따라서, 본 출원의 특징이 많은 상이한 방식으로 구현될 수 있고 보여질 수 있다.
이 요약 부분은 본 출원의 모든 실시형태 및/또는 새로운 양상을 명시하지 않는다. 대신에, 이러한 요약은 상이한 실시형태 및 종래의 기법에 비해 대응하는 신규성 요소에 대한 예비적인 논의만을 제공한다. 개시된 실시형태의 부가적인 상세사항 및/또는 가능한 관점은 아래에서 더 논의되는 바와 같은 본 개시내용의 상세한 설명 부분 및 대응하는 도면에서 설명된다.
본 출원은 첨부 도면이 수반되는, 비제한적인 방식으로 주어진 설명에 비추어 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 코발트에 대한 예시적인 풀베이 도면이다.
도 2는 에칭 용액이 조명될 때 코발트에 대한 정규화된 막 두께 대 시간에 대한 플롯이다.
도 3a 및 도 3b는 어둠에서 그리고 UV 조명하에서 에칭된 코발트를 예시한다.
도 4a 및 도 4b는 부식제가 LED 어레이에 의해 스핀 챔버 내 웨이퍼 상에서 분배되는 예시적인 에칭 시스템의 개략도이다.
이 명세서 전반에 걸쳐서, "하나의 실시형태" 또는 "실시형태"라는 언급은 실시형태와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 물질, 또는 특성이 본 출원의 적어도 하나의 실시형태에 포함됨을 의미하지만, 이들이 모든 실시형태에 존재함을 의미하지 않는다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 곳에서 "하나의 실시형태에서" 또는 "실시형태에서"라는 문구의 출현은 반드시 본 출원의 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 게다가, 특정한 특징, 구조, 물질, 또는 특성은 하나 이상의 실시형태에서 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다.
종래의 습식 에칭 용액은 보통 용액의 조성 및 온도에 기초하여 주어진 물질에 대한 설정된 반응도 및 에칭 속도를 갖는다. 그러나, 본 명세서의 기법은 주어진 조성의 용액의 에칭 속도를 주어진 온도에서 실시간으로 조정하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 부가적으로, 이러한 방법은 기판 상의 위치에 대한 에칭 속도의 조정을 허용하고, 이는 웨이퍼에 걸쳐 더 큰 균일성을 발생시키는 피드-포워드 제어에 기초할 수 있다.
종래의 에칭 용액은 설정된 용액 전위 및 pH를 갖는다. 이 조성은 용액을 풀베이 도면의 단일의 지점에 배치한다. 도면 매개변수는 용액 조성 자체에 의해 설정된다. 따라서, 용액이 에칭될 표면과 접촉하여 배치될 때 존재할 열역학적 평형종뿐만 아니라 에칭 생성물의 용해성이 이미 설정된다. 따라서 초기 조성은 대응하는 공정 또는 시스템의 에칭 거동을 결정한다.
본 명세서의 기법은 하나 이상 광활성 물질을 액상의 에칭 용액에 추가한다. 광산 및/또는 광염기가 조명하에서 pH를 선택적으로 조정하도록 추가된다. 또한, 광산화제가 조명하에서 용액 산화 전위를 선택적으로 변화시키도록 액상의 에칭 용액에 추가될 수 있다. 주어진 광원 또는 광원들은 pH를 증가/감소시키거나 또는 액상의 에칭 용액의 전압 전위를 증가/감소시킴으로써 대응하는 분자의 목적하는 변화를 유발하는 광활성 물질에 의해 흡수될 수 있는 광의 파장을 제공하도록 선택될 수 있다. 이 2개의 종은 용액의 위치를 풀베이 도면에서 이동시키고 광의 파장 및 강도에 기초하여 용액의 에칭 거동을 근본적으로 변화시킨다. 상이한 광 파장과 반응할 광산화제 및 광산/광염기를 선택하는 것은 광활성제를 독립적으로 제어될 수 있게 한다. 풀베이 도면에서 단일의 지점을 차지하는 대신에, 본 명세서의 용액은 매개변수 공간의 큰 구역에 접근하고, 대응하는 에칭 거동은 주어진 광유도된 용액 매개변수에 따라 선택적으로 조정된다.
액상의 에칭 용액에 포함되기 위해 선택될 수 있는 광산 및 광산화제가 많다. 이러한 옵션으로, 광반응제는 중첩되지 않는 흡수 스펙트럼을 갖도록 선택될 수 있다. 따라서, 상이한 광원 또는 파장은 포함된 광반응제 중 임의의 광반응제에 선택적으로 접근할 수 있다. 조명 파장 또는 파장들 및 강도가 실시간으로 또는 공간 분해능에 의해 조정되어 에칭 거동을 시간 분해능, 공간 분해능, 또는 둘 다에 의해 조정할 수 있다. 임의의 수의 광반응제가 주어진 용액에 추가될 수 있음에 유의한다. 따라서, 광산 발생제와 광파괴 염기 발생제 둘 다 및 광산화제 발생제가 포함될 수 있다. 일부 실시형태는 상이한 광 파장에 각각 반응하는 다수의 광산 발생제를 가질 수 있다.
에칭 속도에 대한 시간 제어는 주어진 에칭 공정이 에칭 종점에 접근함에 따라 에칭 속도가 느려지게 한다. 이러한 기법은 에칭 시간을 최소화할 수 있고 총 에칭 깊이의 정확성을 최대화할 수 있다. 에칭 속도에 대한 공간 제어는 예를 들어, 물질이 가장 두꺼운 위치에서 에칭 속도를 증가시킴으로써 웨이퍼 표면에 걸쳐 불균일한 층 두께를 정정하는 것을 허용한다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 코발트에 대한 예시적인 풀베이 도면을 예시한다. 에칭될 다른 물질은 코발트의 값과 상이할 것이지만, 에칭에 대한 유사한 윈도우를 갖는다. 이 코발트 풀베이 도면 상의 점은 부식제의 위치를 나타낸다. 박스는 광자적으로 조정 가능한 부식제에 의해 접근 가능한 매개변수 공간을 나타낸다. 저 pH에서, 코발트는 Co2+ 이온 또는 Co3+ 이온으로 용액 내에서 용해될 것이다. 고 pH에서, 코발트 표면은 코발트 수산화물 또는 산화코발트로서 부동태화될 것이다. 광산을 사용함으로써, pH가 광자적으로 감소되어 코발트의 용해를 증가시킬 수 있다. 임의의 개별적인 광산이 약 1pH 단위만큼 용액의 pH를 조정할 수 있고, 그래서 주어진 광산이 pH 관심 범위에 대해 선택된다. 선택된 광산은 도 1의 x축을 따른 부식제 매개변수 공간의 폭에 영향을 준다.
에칭 용액의 산화 전위는 광산화제를 사용하여 일정한 pH에서 증가될 수 있다. 이 산화 전위의 변화는 도 1에 도시된 풀베이 도면의 y축을 따른 이동을 발생시킨다. 함께, pH 및 산화 전위의 독립적인 제어는 풀베이 도면에서 2차원 이동을 허용한다. 이것은 에칭 거동에 대한 실시간 제어가 기판 처리를 더 잘 제어하게 한다.
도 2는 액상의 에칭 용액의 pH 및 산화 전위를 변화시키도록 용액을 조명함으로써 코발트의 에칭 속도가 7배만큼 증가될 수 있다는 것을 예시한다. 이 예에서, 수성 부식제는 용해된 산소 및 광산화제로서 염료 감광제를 함유한다. 조명될 때, 염료는 용해된 산소를 여기 상태로 여기시키고 용액의 산화 전위를 약 1.23V로부터 약 2.2V로 증가시킨다. 이것은 에칭 속도를 대략 7배 증가시킨다.
도 3은 본 명세서의 기법의 이점을 예시하는 이미지이다. 이 예에서, H2O2는 광산화제로서 선택된다. 이 예에서 코발트 에칭은 산화제가 Co를 CoOx로 (kox의 속도 상수로) 산화시키는 산화/용해 메커니즘에 의해 구동된다. 이어서 CoOx가 kd의 속도 상수로 부식제 분자(구연산염 음이온)와의 착물화를 통해 용액에서 용해된다. 어두운 처리에서, 결정 입계에서 불균일한 에칭을 발생시키는 kd>>kox는 표면의 핏팅(pitting) 및 거침을 초래한다. 본 명세서에서 UV 광에 의해 조명될 때, H2O2가 분해되어 2개의 OH* 라디칼을 형성한다. 이것은 용액의 산화 전위를 약 1.8V로부터 약 2.8V로 증가시킨다. 반응성 OH* 라디칼은 산화 반응을 kox>>kd인 정도로 가속시킨다. 더 빠른 산화가 표면의 에칭 속도와 균형을 유지하여 코발트의 균일한 에칭을 발생시킨다. 즉, UV 방사선이 H2O2-구연산염 혼합물의 용액에서 부식제 반응도와 균형을 유지하여 다결정 코발트의 평활한 에칭을 발생시킨다.
선택된 광산/광염기 및 광산화제가 짧은 반감기를 갖는 액상의 에칭 조성물에서, 대응하는 에칭 속도가 공간적으로 분해될 수 있다. 각각의 종의 반감기는 바람직하게는 대류 또는 확산 이동이 공간 분해능의 길이 규모와 비교할 때 짧도록 충분히 짧다. 이어서 공간적으로 변경되는 강도로 조명되는 웨이퍼는 공간적으로 변경되는 에칭 속도를 실질적으로 가질 것이다. 이것은 웨이퍼에 걸쳐 제거되어야 하는 물질의 두께와 일치할 수 있고, 피드-포워드 제어 데이터에 기초할 수 있다.
스피너에서 구현될 때, 조명 광원이 임의로 기판의 이동과 동기화될 수 있어서, 웨이퍼의 개별적인 구역이 시간-불변 강도로 조명되게 한다. 예를 들어, 공간적으로 분해된 조명이 LED 어레이로 실행된다. LED 어레이는 저 공간 분해능이 용인될 때 잘 작동한다. 어레이는 스핀 챔버 내에서 기판과 동시에 회전될 수 있거나 또는 어레이의 공간적 강도는 웨이퍼의 이동과 동기화될 수 있다. 더 높은 공간 분해능을 원할 때, 조명이 레이저 공급원 및 스캐너를 사용하여 실행된다. 레이저는 더 높은 에칭 속도를 필요로 하는 웨이퍼의 영역에 더 높은 광 감도를 제공하는 이동으로 웨이퍼 표면 위에서 이동/스캐닝될 수 있다. 이 예시적인 구현예 둘 다는 웨이퍼를 단일의 파장 또는 다수의 파장으로 조명하여 에칭 용액 내 하나 또는 여러 개의 광활성종을 활성화시키도록 사용될 수 있다. 다른 광원이 사용될 수 있다. 게다가, 예를 들어 주어진 광원이 결합됨에 따라 정밀한 레이저 스캐닝에 의해 증가된 구역 플러드 노출을 허용할 수 있다.
도 4는 예시적인 시스템 구성을 예시한다. 도 4a의 예시적인 시스템에서, LED 어레이는 상이한 이미터를 어레이 내에 산재시킴으로써 단일의 파장 또는 다수의 파장을 방출할 수 있다. 개별적인 이미터의 전력이 실시간으로 조정되어 웨이퍼의 표면에 걸친 조명 강도를 제어할 수 있다. LED 어레이가 웨이퍼의 이동과 기계적으로 동기화될 수 있거나 또는 어레이가 고정될 수 있고 반면에 개별적인 이미터의 강도는 웨이퍼의 이동과 동기화된다. 도 4b의 예시적인 시스템에서, 스핀 챔버 내 기판 상에 분배된 부식제의 조명이 레이저 공급원에 의해 전달된다. 다수의 레이저는 웨이퍼를 다수의 파장으로 조명하도록 사용될 수 있다. 조종 광학기기가 레이저 빔을 웨이퍼 표면 위에서 래스터링(raster)하도록 사용된다. 웨이퍼의 개별적인 점 상의 레이저 스폿의 유지 시간은 이 점에서 에칭 향상을 제어한다. 레이저 빔의 이동은 기판의 이동과 동기화될 수 있다.
본 명세서의 광자적으로 조정 가능한 에칭 용액은 광활성 물질과 다른 에칭종을 호환 용매에서 용해함으로써 제작될 수 있다. 이 광자적으로 조정 가능한 에칭 용액은 단일의 웨이퍼 에칭기에서 분배될 수 있거나 또는 각각의 웨이퍼의 표면이 개별적으로 조명되도록 배치되는 경우에 멀티-웨이퍼 에칭 욕에서 사용될 수 있다.
광산화제는 과산화물종의 광분해에 의해 생성된 하이드록시 라디칼, Cl2의 광분해에 의해 생성된 염소 라디칼, 하이포염소산, 염화옥살릴, 및 염화비닐 종을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 단일항 산소가 화학적으로, 열적으로, 또는 감광제 염료를 사용하여 광자적으로 생성될 수 있다.
광산은 스파이로파이란, 준안정 카르바니온, 하이드록시파이렌 등에 기초한 화학물질을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다. 광염기는 말라카이트 그린 카르비놀 염기, 아크리디놀, 하이드록시캘콘 등에 기초한 화학물질을 포함하지만 이들로 제한되지 않는다.
하나의 실시형태는 기판의 에칭 방법을 포함한다. 기판의 작업 표면으로부터 에칭될 물질을 가진 기판이 수용된다. 예를 들어, 특정한 금속이 기판 상에 있고 제거되어야 한다. 기판은 액체가 기판의 표면 상에 분배되는 동안 기판을 회전시키기 위한 스핀 챔버를 포함할 수 있는 처리 챔버에 수용될 수 있다.
액상의 에칭 용액이 기판의 작업 표면 상에 증착된다. 액상의 에칭 용액은 초기 pH 값 및 초기 산화 전위값을 갖는다. 액상 용액은 제1 광 파장에 반응하는 제1 광반응제 및 제2 광 파장에 반응하는 제2 광반응제를 포함한다.
기판의 작업 표면 상의 액상의 에칭 용액에는, 제1 광반응제가 액상의 에칭 용액의 pH 값을 초기 pH 값으로부터 제2 pH 값으로 변화시키게 하는 제1 광 파장의 방사선이 조사된다. 이 제2 pH 값은 기판의 작업 표면으로부터 물질의 에칭 속도를 증가시킨다.
기판의 작업 표면 상의 액상의 에칭 용액에는, 제2 광반응제가 액상의 에칭 용액의 산화 전위값을 초기 산화 전위값으로부터 제2 산화 전위값으로 변화시키게 하는 제2 광 파장의 방사선이 조사된다. 이 제2 산화 전위값은 기판의 작업 표면으로부터 물질의 에칭 속도를 증가시킨다. 이어서 액상의 에칭 용액이 기판의 작업 표면으로부터 제거된다. 이것은 분배를 중단하고 스핀 분배 시스템을 사용할 때 모든 용액이 제거될 때까지 기판의 회전을 계속함으로써 발생할 수 있다.
이 실시형태에 대해, 제1 광반응제가 광산 또는 광염기이고, 반면에 제2 광반응제는 광산화제이다. 제1 광 파장은 임의로 제2 광 파장과 상이하다. 조사하는 것은, 광의 강도를 공간적으로 변경하여 기판의 작업 표면의 상이한 영역이 상이한 강도의 광을 수광하도록 하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 작업 표면의 주변부는 증발 냉각 효과에 대응하도록 작업 표면의 중심부와 비교할 때 더 큰 광 조사를 수용한다.
다른 실시형태에서, 공간 조명은 이전의 에칭 공정으로부터의 에칭 데이터에 기초한다. 예를 들어, 처리된 웨이퍼를 검사한 후, 더 많거나 또는 더 적은 에칭의 위치가 식별될 수 있고 후속의 습식 에칭 공정에서 광의 공간 좌표 투사에 의한 정정이 수행될 수 있다. 이 구역 또는 화소 기반 투사는 또한 실시간 측정, 피드-포워드 제어를 사용하는 이전의 계량 측정 또는 유사한 웨이퍼로부터의 측정에 기초할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서 또는 열 카메라는 웨이퍼의 작업 표면에 걸친 온도를 모니터링할 수 있고 기판 온도 특징은 더 많은 광 또는 열을 특정한 영역에 추가하여 증발 냉각 효과 또는 다른 온도차에 대응하도록 사용될 수 있다. 조사는 또한 주어진 물질의 에칭이 종점에 접근함에 따라 점점 줄어들 수 있거나 또는 감소될 수 있다.
다른 실시형태에서, 조명은 전체 에칭 속도를 감소시키고/시키거나 전체 에칭 속도를 증가시키도록 사용될 수 있다. 에칭 속도의 감소는 표면 형태 또는 에칭 후 표면 부동태화층을 개선시킬 수 있다. 따라서, 용액은 광 강도의 증가가 에칭 속도를 감소시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 고 pH에서 더 쉽게 에칭되는 금속을 고려하면, 이 pH는 에칭 용액이 광산을 함유할 때 조명하에서 감소될 수 있다. 따라서, 조명은 에칭을 느리게 하기 위한 메커니즘으로서 사용될 수 있다. 에칭 화학반응의 이 비조정은 예를 들어, 금속이 먼저 산화되고 이어서 산화물이 용해될 때 다수의 표면 반응이 가용성 종을 형성하기 위해 필요한 에칭에서 유용할 수 있다. 산화물 용해를 위해 속도 상수를 감소시키는 것은 산화 단계가 자가-제한적일 때 에칭 후 표면 형태를 개선시킬 수 있다.
일부 실시형태에서, 액상 용액은 에칭 공정이 조명 시 시작되고 조명이 꺼졌을 때 중단되도록 구성될 수 있다. 즉, 조명의 부재 시, 특정한 용액의 pH의 반응도는 에칭 공정을 구동시키기에 불충분하다. 따라서, 조명 없이, 액상 용액이 조사될 때까지 작업 표면의 에칭은 없다(또는 사소하다). 에칭 속도는 조사의 강도에 의해 더 제어될 수 있다. 예를 들어, 광 강도가 증가될 때, 용액의 에칭 속도가 증가된다.
본 명세서에 제시된 기법의 다른 실시형태에서, 조명은 순환적 에칭 공정을 구동시키도록 사용될 수 있다. 종래의 순환적 에칭 공정에서, 물질 표면이 하나의 에칭 용액을 사용하여 화학적으로 개질되고 개질된 층이 제2 에칭 용액을 사용하여 용해된다. 개질된 층이 자가-제한적이어야 하고, 용해는 비개질된 물질 중 어느 것도 제거되지 않도록 선택적이어야 한다. 이 디지털 에칭은 총 에칭 양이 오직 사이클의 수에 의존적이기 때문에 유리하다. 반응의 자가-제한 특성은 우수한 웨이퍼 내 균일성을 제공한다. 순환적 공정은 에칭 용액 간의 전환을 위해 필요한 시간, 및 에칭 사이클에서 제거되는 소량의 물질에 기인하여 느려지는 경향이 있다.
동일한 유형의 순환적 에칭 공정이 단일의 광활성 에칭 용액의 시변 조명을 사용하여 달성될 수 있다. 개질된 표면층은 제1 pH 및 제1 산화 전위에 의해 획정된 풀베이 도면의 하나의 위치에 형성될 수 있다. 이어서 용액은 용액 내 종의 광활성도를 토글링함으로써 제2 pH 및 제2 산화 전위로 조정될 수 있다. 용액 내 종의 광활성도를 토글링하는 것은 종이 현재 조명된다면 조명을 중단시키는 것 또는 종이 현재 조명되지 않는다면 조명을 시작하는 것을 나타낸다. 제2 pH 및 산화 전위는 개질된 표면층을 용해시키는 데 적합하다. 순환적 에칭은 단일의 에칭 용액을 웨이퍼 위에 분배시키고 조명된 상태와 어두운 상태를 교번함으로써 달성된다. 조명 조건을 변화시키는 것이 에칭 용액을 전환하는 것보다 훨씬 더 빠르고, 그래서 더 빠른 순환 및 이에 따른 더 빠른 전체 에칭 속도가 가능하다.
코발트에 대한 비제한적인 예가 제공된다. 부동태화층이 고 산화 전위 및 고 pH에서 코발트 표면 상에 형성된다. 이 조건은 에칭 용액을 용액 내 광산화제를 활성화시키는 파장(λ1)으로 조명함으로써 생성된다. 이 부동태화층은 산화코발트로 이루어진다. 이어서 산화코발트는 용액의 산화 전위 및 pH를 감소시킴으로써 용해된다. 이것은 광산화를 중단시키도록 파장(λ1)에 의한 조명을 중단하고 용액 내 광산을 활성화시키도록 파장(λ2)에 의한 조명을 시작함으로써 행해진다. pH는 광산이 조명되고 이어서 산화물층이 용해될 때 감소된다. 부가적인 첨가제(광활성 또는 비활성), 예컨대, 리간드가 에칭 용액에 추가되어 부동태화층의 용해를 촉진시킬 수 있다.
또 다른 변형에서, 개질된 층의 용해는 조명 시 반응하게 되는 광활성 착화제를 사용하여 촉진될 수 있다. 코발트 에칭의 예에서, 파장(λ1)을 가진 조명에 의한 광산화 후, 용액(광활성 착화제를 함유함)은 착물화를 개시하고, 따라서 개질된 층의 에칭을 개시시키는 파장(λ2)으로 조명된다. 일부 경우에, 물질에 따라, 제1 단계(개질 단계)가 필요할 수 있거나 또는 필요하지 않을 수 있다.
광활성 착화제의 예는 분자 광스위치, 예컨대, 스피로피란 및 나프토피란 유도체 및 화합물을 포함한다.
따라서, 본 명세서의 기법은 웨이퍼 상의 에칭 속도의 시간 및 공간 제어를 가능하게 한다. 습식 부식제의 활성도 또는 반응도가 좌표 위치에 의해 광자적으로 조정되어 웨이퍼에 걸친 온도 변화를 보상할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 부식제 및 조성물이 덜 반응적인 상태로 저장될 수 있어서 조성물은 더 안정하고, 저장 탱크, 분배 라인, 필터, 또는 밸브 습윤 물질과 반응할 가능성이 적고, 폐기물 스트림에서 덜 반응적이다. 부식제는 특정 파장을 가진 조명하에서 더 반응적이게 되고, 단일의 저장-안정성 조성물은 기판 표면에 있을 때 광반응제를 조정함으로써 제거되도록 다수의 상이한 에칭 공정 및 물질에 대해 이루어질 수 있다.
전술한 설명에서, 처리 시스템의 특정한 기하학적 구조 및 그러한 시스템에서 사용되는 다양한 컴포넌트 및 과정의 설명과 같은, 특정한 상세사항이 제시되었다. 그러나, 본 명세서의 기법은 이러한 특정한 상세사항으로부터 벗어나는 다른 실시형태로 실시될 수 있으며, 이러한 상세사항은 설명을 위한 것이며 한정하기 위한 것이 아님을 이해해야 한다. 본 명세서에 개시된 실시형태는 첨부 도면을 참조하여 설명되었다. 유사하게, 설명을 위한 목적으로, 완전한 이해를 제공하기 위해 구체적인 수, 물질 및 구성이 제시되었다. 그럼에도 불구하고, 실시형태는 이러한 특정한 상세사항 없이 실시될 수 있다. 실질적으로 동일한 기능적 구성을 가진 컴포넌트는 유사한 참조 부호로 표기되고, 따라서 임의의 중복 설명이 생략될 수 있다.
다양한 실시형태의 이해를 돕기 위해 다양한 기법이 다수의 별개의 작동으로서 설명되었다. 설명의 순서는 이 작동이 반드시 순서에 의존하는 것을 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 실제로, 이 작동은 제시된 순서로 수행될 필요가 없다. 설명된 작동은 설명된 실시형태와는 다른 순서로 수행될 수 있다. 다양한 부가적인 작동이 수행될 수 있고/있거나 설명된 작동이 부가적인 실시형태에서 생략될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 때 "기판" 또는 "타깃 기판"은 일반적으로 본 출원에 따라 처리되는 물체를 나타낸다. 기판은 디바이스, 특히, 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 물질 부분 또는 구조체를 포함할 수 있고, 예를 들어, 베이스 기판 구조체, 예컨대, 반도체 웨이퍼, 레티클, 또는 박막과 같이 베이스 기판 구조체 상에 있거나 위에 놓이는 층일 수 있다. 따라서, 기판은 패터닝되거나 또는 패터닝되지 않은, 임의의 특정한 베이스 구조체, 하부층 또는 상부층으로 제한되는 것이 아니라, 오히려 임의의 이러한 층 또는 베이스 구조체, 그리고 층 및/또는 베이스 구조체의 임의의 조합물을 포함하는 것으로 고려된다. 설명은 특정한 유형의 기판을 언급할 수 있지만, 이는 단지 예시적인 목적을 위한 것이다.
당업자는 또한 동일한 목적을 여전히 달성하면서 위에서 설명된 기법의 작동에 대해 많은 변경이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 변경은 본 개시내용의 범위에 포함되는 것으로 의도된다. 이와 같이, 실시형태의 전술한 설명은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 오히려, 실시형태에 대한 임의의 제한이 이하의 청구범위에 제시된다.

Claims (15)

  1. 기판의 에칭 방법으로서,
    기판의 작업 표면으로부터 에칭될 물질을 가진 상기 기판의 상기 작업 표면 상에 액상의 에칭 용액을 증착시키는 단계로서, 상기 액상의 에칭 용액은 초기 pH 값 및 초기 산화 전위값을 갖고, 상기 액상의 에칭 용액은 제1 광 파장에 반응하는 제1 광반응제 및 제2 광 파장에 반응하는 제2 광반응제를 포함하는 것인 단계;
    상기 제1 광 파장을 상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액에 조사(irradiating)하여, 상기 제1 광반응제로 하여금 상기 액상의 에칭 용액의 pH 값을 초기 pH 값으로부터 제2 pH 값으로 변화시키게 해서 상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 상기 물질의 에칭 속도를 증가시키거나 또는 감소시키는 단계; 및
    상기 액상의 에칭 용액을 상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 광 파장을 상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액에 조사하여, 상기 제2 광반응제로 하여금 상기 액상의 에칭 용액의 산화 전위값을 초기 산화 전위값으로부터 제2 산화 전위값으로 변화시키게 해서 상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 상기 물질의 상기 에칭 속도를 증가시키거나 또는 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 광반응제는 광산 또는 광염기이고, 상기 제2 광반응제는 광산화제인, 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 광 파장은 상기 제2 광 파장과는 상이한, 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액에 조사하는 것은 상기 액상의 에칭 용액에 조사하는 광의 강도를 공간적으로 변경하여, 상기 기판의 상기 작업 표면의 상이한 영역이 상이한 강도의 광을 수광하게 하는 것을 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    공간 조명(spatial illumination)은 이전의 에칭 공정으로부터의 에칭 데이터에 기초하는, 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    공간 조명은 상기 기판의 상기 작업 표면의 실시간 온도 측정에 기초하는, 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    공간 조명은 상기 기판의 상기 작업 표면 상에 상기 액상의 에칭 용액을 증착시키기 전에 측정되는 기판의 계측 데이터에 기초하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 작업 표면 상에 상기 액상의 에칭 용액을 증착시키는 동안 상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제2항에 있어서, 주어진 에칭 처리가 에칭 종점에 접근함에 따라 상기 액상의 에칭 용액의 조사를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 에칭될 물질은 금속, 반도체, 및 유전체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 방법.
  12. 기판 상에서 순환적 에칭 공정을 수행하는 방법으로서,
    작업 표면으로부터 에칭될 물질을 가진 기판의 상기 작업 표면 상에 액상의 에칭 용액을 증착시키는 단계로서, 상기 액상의 에칭 용액은 초기 pH 값 및 초기 산화 전위값을 갖고, 상기 액상의 에칭 용액은 제1 광 파장에 반응하는 제1 광반응제 및 제2 광 파장에 반응하는 제2 광반응제를 포함하는 것인 단계;
    상기 제1 광 파장을 상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액에 조사하여 상기 제1 광반응제로 하여금 상기 액상의 에칭 용액의 pH 값을 초기 pH 값으로부터 제2 pH 값으로 변화시키게 해서, 상기 기판의 상기 작업 표면 상에 개질된 층을 형성시키는 단계;
    상기 액상의 에칭 용액의 상기 제1 광 파장을 사용한 조명을 중단하고 상기 제2 광 파장을 상기 액상의 에칭 용액에 조사하여 상기 제2 광반응제로 하여금 상기 액상의 에칭 용액의 pH 값을 상기 제2 pH 값으로부터 제3 pH 값으로 변화시키게 해서, 상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 상기 개질된 층을 용해시키는 단계;
    목적하는 에칭량에 도달할 때까지, 기판의 작업 표면 상에 액상의 에칭 용액을 증착시키는 것, 상기 제1 광 파장을 상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액에 조사하는 것, 상기 액상의 에칭 용액의 상기 제1 광 파장을 사용한 조명을 중단하는 것 및 상기 제2 광 파장을 사용하여 상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액을 조명하는 것을 이 순서로 반복하는 단계; 및
    상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 상기 액상의 에칭 용액을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광반응제는 광염기 또는 광산인, 방법.
  14. 기판 상에서 순환적 에칭 공정을 수행하는 방법으로서,
    작업 표면으로부터 에칭될 물질을 가진 기판의 상기 작업 표면 상에 액상의 에칭 용액을 증착시키는 단계로서, 상기 액상의 에칭 용액은 초기 pH 값 및 초기 산화 전위값을 갖고, 상기 액상의 에칭 용액은 제1 광 파장에 반응하는 제1 광산화제 및 제2 광 파장에 반응하는 제2 광산화제를 포함하는 것인 단계;
    상기 제1 광 파장을 상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액에 조사하여 상기 제1 광산화제로 하여금 상기 액상의 에칭 용액의 산화 전위값을 초기 산화 전위값으로부터 제2 산화 전위값으로 변화시키게 해서, 상기 기판의 상기 작업 표면 상에 개질된 층을 형성시키는 단계;
    상기 액상의 에칭 용액의 상기 제1 광 파장을 사용한 조명을 중단하고 상기 제2 광 파장을 상기 액상의 에칭 용액에 조사하여 상기 제2 광산화제로 하여금 상기 액상의 에칭 용액의 산화 전위값을 상기 제2 산화 전위값으로부터 제3 산화 전위값으로 변화시키게 해서, 상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 상기 개질된 층을 용해시키는 단계;
    목적하는 에칭량에 도달할 때까지, 기판의 작업 표면 상에 액상의 에칭 용액을 증착시키는 것, 상기 제1 광 파장을 상기 기판의 상기 작업 표면 상의 상기 액상의 에칭 용액에 조사하는 것, 상기 액상의 에칭 용액의 상기 제1 광 파장을 사용한 조명을 중단하는 것 및 상기 제2 광 파장을 상기 액상의 에칭 용액에 조사하는 것을 이 순서로 반복하는 단계; 및
    상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 상기 액상의 에칭 용액을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 액상의 에칭 용액의 상기 제2 광 파장을 사용한 조명을 중단하는 것은, 상기 액상의 에칭 용액의 상기 산화 전위값을 상기 제2 산화 전위값으로부터 상기 초기 산화 전위값으로 변화시켜, 상기 기판의 상기 작업 표면으로부터 상기 개질된 층을 용해시키는, 방법.
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