KR19990067435A - 카세트 셀을 가지는 레이저 프로세스 챔버 - Google Patents

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메나헴 제너트
보리스 리브쉬츠(부야너)
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메나헴 제너트
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Abstract

본 발명은 목적물의 표면상에 레이저 처리를 실행하는 프로세스 챔버에 관한 것으로, 목적물 지지수단이 제공된 베이스와, 레이저 광을 투과하는 창이 제공된 커버와, 가스 유입 및 가스 유출수단으로 구성되어, 상기 커버와 상기 베이스가 접속되는 경우, 창의 내표면과 소자의 표면사이에 공간이 남고, 상기 가스 유입구를 통해 흐르는 가스는 처리되는 목적물의 표면위를 흘러 상기 가스 유출구를 통해 프로세스 챔버의 밖으로 흐르는 것을 특징으로 한다.

Description

카세트 셀을 가지는 레이저 프로세스 챔버
여러 제품을 제조함에 있어서, 표면상에 보호 물질의 층을 도포하는 것이 필요하고, 이러한 보호 물질의 층은 특정 제조공정이 실행된 후 제거되어야 한다. 이러한 프로세서는 예를들면 소위 "마스킹(masking)"으로, 마스크를 통해 조사된 보호 물질의 층을 이용하여 표면상에 패턴을 생성하고, 그 후 마스크되지 않은 표면부분으로부터 물질을 제거하고자 현상액(developer)으로 처리되므로, 표면에는 소정의 패턴이 남게된다. 이후, 표면은 이온주입(Ion implantation) 또는 식각제에 의해 처리되어, 주입된 물질을 마스크되지 않은 표면부분으로 도입하거나, 마스크되지 않은 표면부분으로부터 보호 물질을 제거한다. 이러한 프로세스들이 완료되면, 보호 마스크의 역할은 끝나며 제거되어야 한다. 이러한 종래의 프로세서는 미국 특허 제 5.114.834호에 개시되어 있다.
현존하는 최신 VLSI/ULSI : Very/Ultra Large Scale Integration) 회로산업에는 다음과 같은 두가지의 중요한 포토레지스트 스트립핑법이 있다.
1) 산 또는 유기 용제를 사용하는 웨트 스트립핑(Wet stripping)
2) 플라즈마, O3 , O3/N2O , 또는 U.V./O3 베이스드 스트립핑을 사용하는 드라이 스트립핑(Dry stripping)
이들 방법의 모두는 문제가 있고, VLSI/ULSI 산업에 있어서, 미래의 소형화를 고려하는 경우, 아직은 완전하지 않은 것이었다. 금세기말 이전에 소자의 작업가능한 크기가 0.25㎛로 감소될 가능성은 기대되지만, 약 0.5㎛의 특징 크기를 가지는 소자를 취급할 수 있는 것이 최근의 기술이다. 기대되는 크기 변화는 제조기술의 변화, 특히 스트립핑 단계에서의 현저한 변화를 요한다. 상술한 종래의 포토레지스트 스트립핑기술은 이하에 설명하는 바와 같이 장래의 소자로는 부적절하다.
웨트 스트립핑법만을 이용하는 것은 포토레지스트의 화학적/물리적 성질이 변하여 그 제거가 매우 어려운 러프한 가공후 포토레지스트를 완전하게 스트립할 수 없기 때문에, 완전한 해결책이 아니다. 이러한 러프한 가공은 고 조사량 주입(HDI:High Dose Implantation), 반응 이온 에칭(RIE: reactive Ion Etching), 디프(deep) U.V. 경화 및 고온 포스트-베이크(post-bake)를 포함한다. HDI 또는 RIE후, 식각된 벽또는 주입된 패턴의 측벽은 제거하기가 가장 어렵다.
또한, 웨트 스트립핑법은 다른 몇 가지의 문제가 있다:
스트립핑 용액의 강도가 시간에 따라 변하고, 용액 내에 축적된 오염물은 웨이퍼의 성능에 악영향을 미치는 입자의 근원이 되며, 스트립핑 화합물의 부식 및 독성성분은 취급 및 폐기에 비용이 많이 들고, 액상 표면 인장율 및 대량 운송은 포토레지스트를 균일하게 제거하는 것이 어려웠다.
드라이 스트립핑법은 또한 금속 및 입자 오염, 전하, 전류, 전계 및 플라즈마 유도 U.V. 방사로 인한 손상, 뿐만 아니라 온도 유도 손상과 같은 주요한 결점이 있고, 특히, 불완전한 제거의 결점이 있다. 상술한 바와 같이, 여러 제조단계동안, 포토레지스트는 화학적/물리적 변화가 어렵기 때문에, 종래의 스트립핑 프로세스를 실행하는 것이 극히 어렵다. 통상적으로, 포토레지스트를 완전하게 제거하는데 웨트 및 드라이 프로세스를 포함하는 복수의 연속하는 공정을 필요로 한다.
종래에는 이러한 문제에 여러 가지 방법으로 접근하고 있고, 다른 기술을 사용하는 상업적인 포토레지스트 드라이 제거장치가 이용가능하다. 예를 들어, UV 애쉬러(asher)들이 일본의 히다찌(Hitachi, Japan)에 의해 상품명 UA-3150A로 팔리고 있고, 드라이 화학 애쉬러 또한, 미국의 퓨죤 세미콘닥터 시스템(Fusion Semiconductor System, U.S.A.)에 의해 이용가능하며, 이는 화학 애슁에 의해 포토레지스트를 제거하고자 산화 질소 및 오존을 이용하며, 마이크로웨이브 플라즈마 애슁이 UNA-200 애쉬러(ULVAC Japan Ltd.)에 의해 효과적이다. 또한 플라즈마 포터레지스트의 제거는 미국 매트슨 테크놀로지(Mattson Technology, U.S.A.)의 아스펜(Aspen) 장치 및 미국 카소닉스 아이피씨(GASONOCS IPS, U.S.A.)의 AURA 200 으로서 상업적으로 이용가능하다.
가장 최근에는, 상술한 미국특허 제 5,114,834호에 개시된 바와 같이, 산화환경에서 레이저 UV 방사를 이용하는 융제(融除:ablation)에 의해 달성된다. 융제 프로세스는 포토레지스트에 의해 레이저 펄스 에너지의 강한 흡수에 의해 야기된다. 프로세스는 포토레지스트 층을 주위 가스로 국부적으로 분출함으로서, 포토레지스트내에서 끊어지는 화학결합 및 순간적인 가열로 인한 폭풍이 있게 된다. 부분적으로 기체화하고, 부분적으로 조각난 포토레지스트는 표면으로부터 상방향으로 불어보내져서 순간적으로 주위 가스를 가열한다. 융제 제품의 가장 빠른 연소가, 폭풍, 또한, UV 레이저 방사 및 프로세스 가스의 광화학적 반응으로 인해 발생한다. 방사지역을 통해 흐르는 반응가스내에 발생하는 융제된 포토레지스트의 연소와 함께하는 레이저 융제가 프로세스의 주요 사항이다. 레이저 방사 및 가장 빠른 연소의 조합은 포토레지스트(측벽)의 딱딱한 부분의 융제 트레숄드(ablation threshold)의 순간적인 낮아짐을 제공한다. 연소된 융제 제품은 진공 흡입 또는 완전히 청정한 표면이 남아 있는 가스 스위핑(sweeping)에 의해 제거된다.
상술한 미국특허 제 5,114,834호에는 "콘테이너" 또는 "프로세스 챔버"라 하면서, 융제 셀에 대한 특정한 사항을 개시하고 있지 않다. 하지만, 프로세스 챔버의 구조는 스트립핑 프로세스의 질적인 면에 상당한 영향을 미침을 알게되었다.
반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트의 융제에 대해 본 명세서 전반에 걸쳐 참고하고 있는 바, 이는 잘 알려지고, 폭넓게 접근되는 문제임을 나타내는 것이기 때문에, 명세서를 간략화하기 위한 것이다. 하지만, 이하에 설명되는 본 발명은 웨이퍼로부터 포토레지스트의 스트립핑에 제한되는 것은 결코 아닌 것이며, 평판 디스플레이(FPD : Flat Panel Displays)로부터 포토레지스트의 스트립핑 및 크리닝과 같은 다른 적용 또는 렌즈, 반도체 웨이퍼, 또는 포토마스크와 같은 다른 목적물로 부터의 잔류물의 제거에 준용해서 적용된다.
본 발명은 U.V.레이저 표면 처리방법에 관한 것으로, 특히, 기판표면으로부터 외부 물질의 제거에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 제거를 위한 프로세스 챔버에 관한 것으로, 효과적인 드라이 레이저 스트립핑(stripping) 및 크리닝(cleaning)을 제공한다.
도면에 있어서,
-도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 측면도로서, 내부의 기능 요소의 일부는 파단선으로 그려져 있고,
-도 2는 도 1의 B-B선을 따라 자른 챔버의 횡단면도이고,
-도 3은 도 2의 C-C선을 따라 자른 가스 유입 조립체의 확대 횡단면도이고,
-도 4는 도 1의 프로세스 챔버의 저면도이고,
-도 5는 도 1의 프로세스 챔버의 평면도이다.
본 발명은 모든 치수 및 형태의 프로세스 챔버가 좋은 결과를 제공하는 것은 아니며, 만족할 만한 결과를 얻기 위하여 어느 정도의 치수적인 구속이 관찰되었다. 이러한 구속은 융제 제품의 향상된 스트립핑 및 빠른 연소를 위한 가스 분해 및 여자의 상태를 제공함으로서 중요한 것이다.
본 발명은 카세트 셀 형태에서 융제가 발생하는 프로세스 챔버를 채용하는 스트립핑 장치를 제공하는 것으로, 포토레지스트와 같은 코팅의 효과적인 스트립핑 또는 제거에 사용되어 양질의 청정 제품을 만든다.
본 발명에 따라, 목적물의 표면상에 융제 프로세스를 실행하는 프로세스 챔버는:
-목적물 지지수단이 제공된 베이스와;
-레이저광을 투과하는 창이 제공된 커버와;
-가스 유입 및 유출수단으로 구성되며,
상기 커버 및 베이스가 접속되면, 창의 내표면과 소자의 표면사이에 공간이 남게되고, 상기 가스 유입구를 통해 흐르는 가스는 목적물의 표면위에서 처리되어, 상기 가스 유출구를 개재해서 셀의 외부로 흐르게 된다.
최적의 결과를 얻기 위해서는, 융제 제품의 빠른 점화와 연소가 필요하다. 이는 레이저 펄스(약 10-2s )사이의 짧은 간격동안 그러한 제품의 최대 및 완전 연소와, 발산 및 제거를 달성하는 데 필요하다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 이는 셀내의 총압과, 처리되는 목적물의 표면과 창의 내표면과의 사이의 거리와의 곱(이하, "갭(h)이라 한다)이 거의 일정한 하도록 셀을 제공함에 의해 달성된다. 이는 화학양론(stoichiometry)에 의해 요구된 바와 동일한 양의 연소용 산화제를 유지하는 것을 의미한다. 수학적으로는, P·h=K로서 표현되고, K는 주어진 파장에서의 레이저 유동 에너지로서 융제 변수의 주어진 세트에 대한 상수이다. K의 대표적인 범위는 40-60 Pa·m 또는 N· m-1 이고, 평균값은 50Pa·m이다.
250mbar 또는 2.5× 104 Pa의 대표적인 작업압력에 대해, 갭 h은 h=k/P=50/2.5 × 104 =2× 10-3 m=2mm로서 계산된다.
여러 가지 구성물질이 본 발명의 프로세스 챔버의 구성에 채용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 창은 용융 실리카, 석영, MgF2 , CaF2 , 및 사파이어 등으로 만들어 진다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 셀의 베이스 및 커버는 석영, 스테인레스 스틸(즉, 316L) 및 알루미늄 중에서 선택된 물질로 만들고, 바람직하게는 "하드-애노다이즈드(hard-anodized)" 또는 세라믹 물질, 즉 알루미나에서 선택된다.
셀의 기밀유지는 기술분야에서 공지된 적절한 수단, 즉 O-링과 같은 밀봉 링에 의해 얻어진다.
이상 및 본 발명의 기타의 특징 및 이점은 이하에 예시하는 바람직한 실시예의 비제한적인 설명에 의해 더욱 잘 이해될 수 있을 것이다.
도면의 상세한 설명
도 1에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(1)는 기밀접속된 베이스(2) 및 커버(3)로 구성되어, 상기 베이스(2) 및 커버(3)에 의해 구획된 프로세스 챔버의 내부가 압력또는 진공하에 유지된다. 베이스(2)에는 NxOy 가스 유입구(4)와, 이하에 상술하는 O2/O3 유입구(도 3)와, 방사영역을 통과한 가스를 배출하는 가스 유출구(5)가 제공된다. 또한 베이스(2)에는 스트립핑하고자 하는 소자, 즉 웨이퍼가 지지되는 척(6)이 제공된다. 척(6)의 중앙을 통해 진공이 인가되어, 프로세스동안, 웨이퍼를 제위치에 유지한다.
도 1의 파단선에는 유입 가스를 도입하고 혼합하는 유입 가스 및 정체 셀(7)뿐만 아니라, 배출 조립체(8)를 도시하고 있다. 용융 실리카 창(9)은 스트립핑하고자 하는 소자, 즉 웨이퍼위에 제공되며, 이에 대해서는 설명의 편의상 후술한다. 이러한 창은 챔버(1)위에 위치된 소오스로부터 유래하는 레이저 빔의 통로로 작용한다. 커버 프레임(10)은 실리카 창을 제위치에 유지하고, 압압 또는 진공하에서 챔버를 유지한다.
도 2는 도 1의 프로세스 챔버의 구성요소들의 단면을 더욱 상세하게 나타낸다. 그 횡단면에는 O-링인 두 개의 시일(11A,11B)이 도시되어 있다. 이러한 두 개의 시일은 프로세스 챔버내에 두 개의 진공영역을 구획한다.
a) 영역 1은 방사 영역내에 융제 환경을 형성한다. 압력은 압력 제어기에 폐쇄 루우프로 접속된 트로틀 밸브에 의해 유지된다. 대표적인 압력은 50-2000mbar의 범위내에 있다. 이러한 압력 범위는 시일(11B)에 의해 형성된다.
b) 영역 2는 시일(11A)(11B)사이의 외부 진공 채널(20)내의 압력을 형성한다.
채널내의 압력은 항상 프로세스 챔버내보다 헐씬 적고, 통상은 기계적인 진공 펌프로부터 얻을 수 있는 대표적인 진공 또는 수 밀리바아의 정도이다.
외부 진공 채널(20)은 두가지의 주 목적을 가진다:
1. 대기압의 도움으로 확실하게 커버(3)를 유지하는 것;
2. 안전을 위하여, 시일(11B)을 개재해서 독성 프로세스 가스의 누설가능성을 피할 것. 이때, 누설이 있는 경우, 가스는 채널(20)에 접속된 진공펌프에 의해 흡입된다.
웨이퍼(12)는 척(6)위에 위치되어 창(9)의 아래에 위치된다. 웨이퍼(12)는 도 2A 및 도 2B에 도시된 바와 같이, 두가지의 방법으로 척(6)에 위치된다. 도 2B에 있어서, 웨이퍼는 척(6)의 상부에 있지만, 도 2C에 있어서, 웨이퍼는 척(6)의 내측에 파묻혀있다. 상기한 바와 같이, 웨이퍼는 창(9)과 접하지 않고, 0.2-10mm정도가 바람직한 거리를 사이에 두고 있다. 설명한 바와 같이, 이러한 거리는 P X h의 값이 대략 일정하게 유지되는 정도의 길이로 변하게되며, 여기서 P는 웨이퍼상의 압력이고, h는 상술한 바와 같이 갭이다. 여기서의 압력은 조사영역내의 프로세스 챔버의 중심에서 측정된다.
창과 웨이퍼사이의 공간은 융제 카세트 셀을 형성하여 그 곳을 통해서 가스가 흐르며, 융제 제품이 웨이퍼로부터 분사되고, 점화되어, 연소된다. 유입 가스 정체 셀(7)에서 보면, 유입 가스는 연통개구부(13)를 통해 융제 셀로 흐르는 것을 알 수 있다.
웨이퍼 위의 창은 용융 실리카로 만들어지며, 이는 광학적 질에 대한 요구를 충족해야 하기 때문이며, 도면에서 화살표LB로 도시된 바와 같은 투사 레이저 빔의 최대 통로, 내구성, 프로세스 가스에 대한 저항성 및 온도, 기계적 강도등이 허용되어야 한다. 하지만, 소망 작동상태에 따라 다른 물질이 사용될 수도 물론 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유입 가스 정체 셀을 도시한다. 정체 셀은 도 2의 C-C평면을 따라 취한 일부 확대 횡단면을 도시한다. 정체 셀은 3개의 별도 유입구로 이루어진 가스 유입구(4), NxOy 가스를 위한 2개의 유입구(14,14') 및 O2/O3 가스를 위한 하나의 유입구(15)로 구성된다. 가스 발생기와, 있는 경우의 O3 또는 NxOy 발생기는 프로세스 챔버에 인접하여 위치된다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가스는 별도로 프로세스 챔버로 들어가서 NxOy 노즐(17)의 유출구를 O2 + O3 가스가 통과하는 동안만 혼합된다. 이는 융제 영역에 도달하기 전에 NxOy 와 O3 사이의 어떤 화학반응을 피하기 위하여 행해진다. NxOy 는 소공(18)을 통해 도입된다.
도 4는 도 1의 프로세스 챔버의 바닥을 도시하며, 척(6)의 바닥을 도시되어 있고, 가스 유입 조립체의 배출구(5) 및 유입구(14,14') 및 (15)가 도시되어 있다. 본 실시예에서는 NxOy 를 위해 두 개의 유입구가 제공되는 반면, 오직 하나의 유입구가 O3 를 위해 제공된다. 하지만, 다른 가스 유입구를 사용할 수 있음은 물론이며, 본 발명의 형태를 벗어남이 없이 별도로 가스가 유입될 수도 있다.
도 5는 도 1의 프로세스 챔버의 평면을 도시하며, 웨이퍼(12)는 창(9)의 아래에 도시되어 있다. 도 5의 특정 실시예에 따르면, 웨이퍼 및 커버 프레임은 커버에 대해 대칭으로 위치된다. 이는 융제의 나머지 약간이 축적되는 유출구 채널인 배출 조립체(8)를 주행하는 동안 레이저 청소를 허용하기 위한 것이다.
본 발명의 프로세스 챔버는 어떠한 특정의 장치에 사용되도록 제한되는 것은 아니며, 이후 어느 적절한 시스템내의 레이저 처리 프로세스로서 언급되는 융제 스트립핑 및 크리닝에 사용된다. 예를 들면, 프로세스 챔버는 고정된 반면, 레이저 비임은 웨이퍼를 스캔하거나 레이저 비임이 고정되고, 프로세스 챔버는 적절한 X-Y 시스템에 의해 이동할 수도 있다. 또한, 본 발명은 프로세스 챔버의 특정 형태 또는 크기에 제한되는 것은 아니고, 더욱 크거나 작은 표면에서 레이저 처리 가공을 실행하는 데 사용될 수도 있고, 다른 형상을 가질 수도 있고, 다른 구성 물질을 채용할 수도 있다. 더구나, 셀은 여러 가지의 가스를 채용하는 프로세스를 위해 사용되며, 바람직한 실시예의 상술한 예시적인 제한되지 않는 설명에 예시된 가스와 함께 사용되도록 결코 제한되는 것은 아니다.
프로세스 챔버의 다른 형태는 스트립하거나 크리닝하고자하는 웨이퍼 또는 목적물이 화학 프로세스를 지원하고 향상하기 위한 상승된 온도에서 유지되는 특정목적에 사용될 수 있다. 대표적인 온도는 75-350℃사이이다. 열원은 챔버의 외부에 있고, 열은 방사에 의해 제공되거나, 내부에 있을 수도 있고, 대류에 의해 제공될 수도 있다. 어느 경우에는 상승된 온도에서 가스를 도입하는 것이 가능하여 제시간에 소망의 온도를 유지한다. 또한, 150-350℃사이의 온도로 유출구 채널인 배출 조립체(8)를 가열하는 것이 가능하여 반응 프로세스 가스에 의해 축적하는 융제 제품의 연소를 지원한다.
본 발명은 카세트 셀 형태에서 융제가 발생하는 프로세스 챔버를 채용하는 스트립핑 장치를 제공하는 것으로, 포토레지스트와 같은 코팅의 효과적인 스트립핑 또는 제거에 사용되어 양질의 청정 제품을 만든다.

Claims (8)

  1. 목적물의 표면상에 레이저 처리를 실행하는 프로세스 챔버에 있어서,
    -목적물 지지수단이 제공된 베이스와,
    -레이저 광을 투과하는 창이 제공된 커버와,
    -가스 유입 및 가스 유출수단으로 구성되어,
    상기 커버와 상기 베이스가 접속되는 경우, 창의 내표면과 소자의 표면사이에 공간이 남고, 상기 가스 유입구를 통해 흐르는 가스는 처리되는 목적물의 표면위를 흘러 상기 가스 유출구를 통해 프로세스 챔버의 밖으로 흐르는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 처리는 스트립핑, 크리닝 및 식각중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    처리되는 목적물의 표면과 창의 내표면사이의 거리와 압력의 곱은 40-60 Pa·m의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한항에 있어서,
    처리되는 목적물의 표면과 창의 내표면사이의 거리는 0.2-10mm범위내에 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    처리되는 목적물의 표면과 창의 내표면사이의 거리는 약 2mm인 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 창은 용융 실리카 석영, MgF, 및 사파이어 등의 물질로 만드는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 베이스 및 챔버의 커버는 석영, 스테인레스 스틸, 알루미늄 또는 세라믹 물질중에서 선택되는 물질로 만드는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    압력의 유지는 밀봉 링에 의해 얻어지는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
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