KR20030019323A - 전자부품을 처리하기 위한 공정 및 장치 - Google Patents

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KR20030019323A
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스티븐 버라버비크
루이스 류
알란이. 월터
시.웨이드 쉰
크리스토퍼에프. 맥코넬
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맷슨 테크날러지 아이피
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Abstract

전자부품(11)이 가열된 용매(15)에, 그리고 오존화된 공정액에 연속적으로 노출시키는 전자부품을 처리하기 위한 공정으로서, 상기 전자부품(11)을 가열된 용매 통과층에 노출시킴으로써 상기 전자부품(11)은 선택적으로 상기 가열된 용매(15)에 노출된다. 아울러 가열된 용매(15) 및 오존화된 액체를 구비하는 전자부품을 처리하기 위한 장치가 제공된다.

Description

전자부품을 처리하기 위한 공정 및 장치{PROCESSES AND APPARATUS FOR TREATING ELECTRONIC COMPONENTS}
발명의 분야
본 발명은 전자 부품을 처리하기 위한 장치 및 공정에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 벌크 포토레지스트를 제거하거나 또는 벗겨내기 위하여 가열된 용매와 오존화 공정 용액의 화합물로써 반도체를 처리하기 위한 장치 및 공정에 관한 것이다.
발명의 배경
반도체 웨이퍼, 평판 패널, 및 다른 전자 부품 선구체와 같은 전자 부품의 습식공정(wet processing)은 집적회로를 제조함에 있어서 광범위하게 이용되고 있다. 반도체 제조는 예를 들면, P. Giseet al, Semiconductor and Integrated Circuit Fabrication Techniques(Reston Publishing Co. Reston, Va. 1979)에 전반적으로 기술되어 있으며, 그 내용은 전체로서 본 명세서에 참고자료로 포함된다.
바람직하게는 습식공정은 분산(diffusion), 이온 주입(ion implantation), 에피택셜 증식(epitaxial growth), 화학적 증기 침착(chemical vapor deposition), 반구형 실리콘 그레인 증식(hemispherical silicon grain growth), 또는 이들의 결합과 같은 공정 단계들을 위한 전자 부품을 준비하기 위하여 수행된다. 습식공정이 진행되는 동안, 이러한 전자 부품들은 일련의 공정 용액(processing solutions)과 접촉하게 된다. 상기 공정 용액들은 예를 들면, 포토레지스트의 에칭 및 제거, 산화물 층의 세정 및 증식, 또는 상기 전자 부품들의 린스(rinse)를 위하여 사용된다. 공동 양수인에 양도된 미국특허 제4,577,650호, 4,740,249호, 4,783,272호, 4,856544호, 4,778,592호, 4,917,1234호, 유럽특허0 233 184호, 및 Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology(Werner 편집, Noyes Publication Parkridge 발행, New Jersey 1993)의 111-151쪽의Wet Chemical Processes-Aqueous Cleaning Processes를 참조하되, 이러한 내용은 전체로서 본 명세서의 참고자료로 포함된다.
습식공정에 사용할 수 있는 시스템은 많은 형태가 있다. 예를 들면, 외부환경과 닫힌 단일 용기 시스템(CFM Technology에 의해 제공되는 Full-FlowTM기술을 채용하는 단일 용기 시스템과 같은 것), 외부환경에 열린 단일 용기, 또는 대기에 열린 복수개의 공정조를 갖는 열린 복수 공정조(예를 들면, 습 벤치) 내부에서 전자 부품들이 처리될 수 있다.
처리공정을 따라, 이러한 전자 부품들은 전형적으로 건조된다. 상기 건조과정동안 오염이 없다는 것을 보장하기 위하여, 상기 반도체 기판의 건조는 다양한 방법을 사용하여 행해질 수 있다. 건조 방벙은 증발, 스핀-린스-건조기(spim-rinser-dryer)에서의 원심력, 웨이퍼의 스팀 또는 화학적 건조를 포함하며, 이러한방법 및 장치는 예를 들어, 미국특허 4,911,761호에 개시되어 있다.
효과적인 습식공정 방법을 위하여 중요하게 고려하여야 할 사항은 상기 공정에 의하여 생산된 전자 부품들이 초청정 상태(즉, 최소한의 입자오염 및 최소한의 잔존 화합물)를 유지하여야 한다는 것이다. 초청정 전자 부품은 바람직하게는 티끌, 금속 오염물질, 유기 오염물질, 및 천연 산화물이 없고, 매끈한 표면을 가지고, 수소로 마감 처리된(hydrogen-terminated) 표면을 갖고 있어야 한다. 비교적 청정한 전자 부품을 제공하기 위하여 습처리 방법이 계속적으로 개발되어 왔다고는 하지만, 반도체 산업의 기술적 진보와 연관된 복잡한 사정에 의해 개선의 필요성은 상존한다. 초청정 제품을 얻는데 있어서 가장 직면한 문제는 포토레지스트의 제거이다.
반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트와 같은 유기물의 제거를 위하여 오존의 사용이 연구되고 있다. 예를 들면, Matthewss의 미국특허 제5,464,480호(이하 "매튜 특허"라 함)는 반도체 웨이퍼가 오존과 물의 용액과 약 1℃에서 약15℃의 온도에서 접촉한다. 매튜 특허는 예를 들면, 탈이온화수을 포함하는 탱크에 반도체 웨이퍼를 두고, 상기 물의 온도를 약 1℃에서 약15℃ 사이에서 유지하면서 상기 웨이퍼로부터 유기물을 산화하기에 충분한 시간동안 오존을 상기 탈이온수에 분산시키고, 그리고 난 후 상기 반도체 웨이퍼를 탈이온수(DI water)로써 헹구는 단계를 개시하고 있다. 매튜 특허는 위와 같은 공정동안 상기 웨이퍼를 자외선에 노출시키는 단계를 더 개시하고 있다.
반도체 웨이퍼의 표면으로부터 유기물을 벗겨내기 위하여, 또는 화학적 공정이후에 웨이퍼를 헹구기 위하여 물과 더불어 오존을 이용하는 것에 대한 또 다른 다양한 연구가 진행되고 있다. 이러한 방법의 하나로서 예를 들면, 오존 발생기에서 가스가 발생하여 오존가스가 DI 물과 결합되는 장소인 오존화기(ozonator)에 공급된다. 상기 오존 가스는 가스상태의 균일한 오존 흐름을 공정조 속으로 제공하는 특별한 장치를 통하여 공정 용기의 바닥부로 제공된다. 이러한 내용은Matthews et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 1997 , 477, 173-78에 나타나 있다. 아울러Kenens et al에 의해 제출된 1997 Joint Int'l Mtg. of Electro. Chem. Soc'y and Int'l Soc'y. of Electro., Abstract 1886, p. 2169;Fukazawa et al에 의해 제출된Id.at Abstract 1890, p. 2173; Kashkoushet al에 의해 제출된Id.at Abstract 1934, P. 2236; Liet al에 의해 제출된Id.at Abstract 1890, p. 2173; Jooet al에 의해 제출된Id.at Abstract 1892, p. 2174; Ultra Cleaning Processing of Silicon Surfaces UCPSS 1996, Kenensat al.,Removal of Organic Contamination From Silicon Surfaces, p. 107-110을 참조하라.
다른 방법으로는, 오존이 주입된 초고순도 물(약 1-2 ppm의 오존농도)의 이용이 상기 RCA 또는 다른 유사한 세정방법에 적용된다. 이러한 오존화 물은 유기 불순물을 제거하기 위하여 사용된다. 그리고 난 후, 상기 물은 금속 이온 오염물을 제거하기 위하여 NH4OH와 H2O2로서 처리되고, 마지막으로 천연 산화물 및 금속을 제거하기 위하여 그리고 표면의 부드러움을 증가하기 위하여, HF와 H2O2로서 처리된다. 상기 웨이퍼는 DI 물로서 헹구어진다. 발생한 오존가스는 격막을 통하여 초고순도의 물에 용해된다. Ohmiet al., J. Electrochem. Soc'y 140.1993, 804-10쪽을 참조하라.
다른 방법으로는 습성 오존 가스 페이즈를 사용한다. 이러한 방법에서는, 적지만 O3확산기를 담그기에 충분한 양의 액체로 석영 컨테이너를 채운다. 상기 액체는 과산화수소 또는 아세트산과 같은, 적합하다면, 반응성이 높은 첨가제를 가한 탈이온수이다. 리드(lid)는 상기 컨테이너 위에 놓여지고, 상기 액체는 80℃로 가열된다. 웨이퍼는 상기 액체와의 접촉면 바로 위에 놓여진다(즉, 웨이퍼는 액체 속으로 잠기지 않는다). 밀봉된 컨테이너 내부에서의 액체의 가열 및 상기 액체를 통하여 연속적으로 O3거품을 일게 하는 것은 O3환경 주위의 습기에 웨이퍼를 노출시킨다.De Gendt et al., Symp. VLSI Tech. Dig. Tech. Papers, 1998, 168-69를 참조하라.
상기De Gendt는 석영 탱크를 7리터의 액체로 채우고, 오존 확산기를 탱크의 바닥에 위치시키고, 그리고 액체를 가열하는 방법을 더 개시한다. 웨이퍼는 오존 확산기 바로 위에 위치하고 상기 액체에 담김으로써 O2/O3거품이 상기 웨이퍼 표면과 접촉하게 한다.
또 다른 방법으로는, 약 200-300℃ 사이의 온도에서 가스 페이즈 반응기 안에서 포토레지스트의 제거가 이루어진다. 특정 순간에 N2O 가스와 같은 첨가제가 오존가스와 혼합된다. Olness et al., Mat. Res. Soc'y. Symp., Yonekawa et al.,Contamination Removal By Wafer Spin Cleaning Process With Advanced ChemicalDistribution System, 94-7, 94-101; Osakaet al에 의해 제출된1997 Joint Int's Mtg. of Electro. Chem. Soc'y and Int'l Soc'y. of Electro., Abstract 1888, p. 2171을 참조하라.
세정 용액으로써 오존을 사용하는 방법이 연구되고 있다. 그러한 방법은 웨이퍼 표면으로부터 티끌, 금속 및 유기물을 제거하기 위하여 오존화 물과 희석된 HF를 이용하는 단일-웨이퍼 스핀으로서 웨이퍼 세정 시퀀스를 이용한다. 상기 방법은 10초 동안 웨이퍼 표면 위에 오존화 물을 붓고, 15초 동안 희석된 HF를 상기 웨이퍼 위에 붓는다. 이러한 사이클은 의도된 결과를 얻을 때까지 계속된다. Tsutomuet al에 의해 제출된1997 Joint Int's Mtg. of Electro. Chem. Soc'y and Int'l Soc'y. of Electro., Abstract1888, p. 2171을 참조하라. 아울러 Hanet al에 의해 제출된Id. at Abstract 1889, p. 2172; Fukazawaet al에 의해 제출된Id. at Abstract 1892, p. 2176; Ultra Clean Processing of Silicon Surfaces UCPSS 1996, Kenenset al.,Removal of Organic Contamination Fron Silicon Surfaces, p. 107-10을 참조하라.
잔존하는 오염물질을 제거하기 위하여 가스상태의 오존 및 플루오르화 수소산 및 염화 수소산과 같은 다른 화학제품을 이용하는 반도체 웨이퍼의 세정이 수행되고 있다. 예를 들면, Lampertet al의 미국특허 제5,181,985호(이하 "램퍼트 특허"라 함)는 10℃ 내지는 90℃ 온도에서 물을 반도체 웨이퍼에 뿌리고, 암모니아, 염화수소, 오존, 오존화 산소, 염소, 또는 브롬과 같은 화학적으로 활성인 가스상태의 물질을 도입한다. 램퍼트 특허에서는, 오존 또는 오존화 산소가 플루오르화수소산 또는 염화 수소산이 실질적으로 제거된 표면 산화물을 형성하는데 사용된다.
반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트를 벗겨내기 위한 수단으로서 아황산과 결합하여 오존이 사용된다. CFM Technologies의 미국특허 제 4,899,767호 및 제4,917,123호를 참조하라. CFM 특허에서 개시된 방법은 단일 용기 시스템에서 수행되고, 전반적으로 아황산 용액이 오존과 같은 산화제로서 가해진다. 오존과 결합하여 아황산을 이용하는 다른 시스템으로는 탱크의 전해조를 통하여 가스를 살포하기 위한 구멍이 구비된 살포판을 갖는 가스 살포 시스템을 들 수 있다. SubMicom에 양도된 미국특허 제5,082,518호(이하 '서버마이콤 특허'라 함)를 참조하라. 서브마이콤 특허는 아황산을 담고 있는 처리탱크 속으로 직접 오존을 살포하기 위한 장치의 사용을 개시하고 있다.
오존 애쉬(ozone ashing)가 웨이퍼로부터 포토레지스트 물질을 제거하기 위한 수단으로서 연구되고 있다. 이러한 방법에서는, 강력한 두 산화제 가스, 오존과 원자 산소(atomic oxygen)에 의하여 높은 온도(250-350℃)에서 포토레지스트가 산화된다. 적은 양의 여기된 질화 산소가 애쉬비율(ashing rate)을 높인다. Olnesset al., Mat. Res. Soc'y. Symp.,135, 1993, 261-66을 참고하라.
Koizumi et al에 의한 미국특허 제5,503,708호(이하 '코이즈미 특허'라 함)는 반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트 필름을 제거하기 위하여 가스상태의 오존을 이용하는 장치 및 방법을 개시하고 있다. 코이즈미 특허에서는, 한 번에 하나의 웨이퍼를 처리하는 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 포토레지스트의 제거를 위하여 웨이퍼의 표면을 150℃에서 250℃의 온도까지 가열하면서 상기 웨이퍼를 오존과 알코올을 포함하는 혼합가스에 노출시킨다.
사전 세정 단계에서 오존을 사용하는 것이 개발되고 있다. McNeillyet al의 미국특허 제5,762, 755호에 개시된 바와 같이, 그러한 하나의 방법은 유기물에 의해 오염된 웨이퍼는 부분 진공상태에서 복사선에 의해 적어도 200℃로 가열된 후, 오존에 노출된다. 그 후, 상기 웨이퍼는 80℃까지, 또는 그 아래로 냉각되고, 자외선에 의해 여기된 염소에 노출된다.
웨이퍼의 사전 세정을 위한 또 다른 방법은 표면을 조절하고 에칭의 반복성 및 균일성을 담보하기 위하여 산화물 에칭 이전에 유기물 제거를 위한 원상태 세정 단계로서 O3/IR 공정을 이용한다. 사후 처리 단계로서, 얇은 층의 산화물이 웨이퍼 표면에 증식될 수 있다. 이러한 공정에서, 웨이퍼를 적외선 램프에 의하여 특정 온도까지 가열하면서, 오존을 공정실(chamber)에 제공한다. 그 후에 오존 공급을 중지하고 상기 웨이퍼는 낮은 온도의 비활성 가스에 의하여 냉각된다. Cleaning Technology In Semiconductor Device Manufacturing Symposium, Kao et al.,Vapor-Phase pre-Cleans for Furnace-Grown and Rapid-Thermal Thin Oxides, 1992, 251-59를 참조하라.
웨이퍼 표면의 세정 및 에칭을 위하여 자외선과 결합하여 오존을 이용하는 것이 연구되고 있다. Semiconductor Wafer Cleaning Surface Characterization (proceedings of the 2ndworkshop), Moon,Si Wafer Cleaning Study by UV/Ozoneands In Situ Surface Analysis, 68-76; ASM Int'let al,UV/Ozone Pre-Treatment on Organic Contamination Wafer for Complete Oxide Removal in HF Vapor Cleaning을 참조하라.
애쉬공정(ashing process)을 이용하여 반도체 부품으로부터 포토레지스트를 제거하는 것이 알려져 있다. 그러나, 애쉬 공정 그 자체가 전자 부품의 표면에 해를 가할 수 있으므로 애쉬 공정을 통하여 포토레지스트를 완전하게 제거하는 것은 어렵다. 예를 들면, 실리콘만으로 된 표면에 CF4를 이용한 애쉬 공정은 구멍을 생기게 하고, 따라서 완전한 애쉬만의 이용은 바람직하지 않다. 게다가, 저온 애쉬공정은 종종 레지스트 파핑(resist popping)을 피할 필요가 있다. 따라서, 애쉬 공정의 이용은 포토레지스트를 완전히 제거하기 위하여 하나 또는 그 이상의 후속 공정 단계(예를 들면, SOM 또는 HPM 용제와 같은 공정 용제로서 전자 부품을 세정하는 것)를 요구한다.
벌크 포토레지스트를 벗겨내기 위하여 오존(O3)을 이용하기 위하여 지난 몇 년간 몇몇 시도가 있었다. 그러나 오존화 공정 액체의 이용(예를 들면, 오존화 탈이온수)은 전통적으로 만족스럽지 못한 낮은 에칭 비율로 인하여 문제가 있어 왔다.
다른 공정 용액("designer" 용매 및/또는 이소프로필 알코올)이 포토레지스트의 제거를 위하여 도입되었다. 그러나, 그러한 공정 용제는 너무 비싸거나, 전해조에서 너무 오랜 유지시간을 요구하거나, 또는 심각한 환경 문제(예를 들면, 오염과 안전성)를 야기할 수 있다.
발명의 요약
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 전자 부품을 처리하기 위한 상업적으로 실행가능한(예를 들면, 가격 효율 및 신속성)장치 및 공정을 제공한다. 제1 측면에서, 본 발명은 전자부품을 처리하기 위한 공정으로서, 우선 상기 전자부품을 가열된 용매에 노출시키고 연속하여 오존화 공정 액체에 노출시키는 공정에 관한 것이다. 일 구체예로서, 상기 가열된 용매는 끓는 이소프로필 알코올(IPA)을 포함하고, 상기 오존화 공정 액체는 오존화 탈이온수를을 포함한다. 상기 가열된 용매가 상기 가열된 용매가 상기 전자부품에 노출되기에 앞서 가열된 용매 층으로서 형성되는 것이 바람직하다.
다른 측면에서, 본 발명은 전자부품을 처리하기 위한 장치로서 상기 전자부품을 지지하기 위한 챔버를 포함하는 것과 관련된다. 상기 챔버는 닫힌, 직접 변위 챔버 시스템을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 상기 장치는 팸버에 가열된 용매를 제공하기 위한 가열된 용매 소스(source) 및 챔버에 오존화 공정 액체를 제공하기 위한 오존화 공정 액체 소스m(source)를 포함한다. 일 구체예로서, 상기 가열된 용매는 챔버에 가열된 용매 층을 제공한다.
본 발명에 따른 다른 특징이나 구체예는 하기의 설명과 특허청구범위에 의하여 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 자명해 질 것이다.
도면의 간단한 설명
본 발명에 따른 목적과 장점은 하기의 상세한 설명과 첨부된 도면에 의하여 본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 잘 이해될 수 있다.
도1은 가열된 용매의 통과층을 이용하는 본 발명에 따른 전자 부품을 처리하기 위한 시스템의 개략도이다.
도2는 1cm 두께의 가열된 용매 통과층의 이용을 보여주는 반도체 웨이퍼(직경 20cm)의 개략도이다.
도3(a)는 도1에서 도시된 공정실에 대한 개략적인 확대 정면도이고, 도3(b)는 도1에 도시된 공정실에 대한 개략적인 확대 측면도이다.
도4는 가열된 이소프로필 알코올 용매로서 처리한 경우에 반도체 웨이퍼 기판에 잔존하는 포토레지스트의 두께를 시간의 함수로서 도시한 그래프이다.
도5는 오존화된 탈이온수로서 처리한 경우에 반도체 웨이퍼 기판으로부터 포토레지스트가 제거되는 비율을 용해된 오존 농도의 함수로서 도시한 그래프이다.
발명의 구체예에 대한 상세한 설명
본 발명은 가열된 용매와 오존화 공정 액체를 사용함으로써 전자 부품에 대한 습식공정을 위한 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 장치 및 방법은 잔지부품의 표면으로부터 유기물질을 제거하는데 특히 유용하다. 예를 들면, 습식공정 동안에, 본 발명에 따른 장치 및 방법은 포토레지스트(회화된 또는 회화되지 않은), 가소제(plasticizer), 표면활성제(surfactant), 탄화 플루오르중합체(fluorocarbon polymer), 사람의 접촉에 의한 유기물, 또는 그들의 결합과 같은 유기물질을 제거하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 장치 및 방법은 전자부품 표면의 산화물 층을 증식하는데도 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 장치 및 방법은 사후처리 세정 및 공정(예를 들면, 산화물 증식)뿐만이 아니라 사전 처리 세정, 에칭, 공정 단계들 사이의 세정을 위한 사용에도 고려될 수 있다. 비록 본 발명에 따른 장치 및 방법이 다양한 종류의 포토레지스트를 제거하는데 적합하지만, 본 발명은 벌크 포토레지스트 또는 붕소(B) 함유 포토레지스트의 제거에 특히 유용하다.
본 명세서에서 사용된 "전자 부품"이라는 용어는 예를 들면 반도체 웨이퍼, 평판 패널, 및 전자부품의 제조에 사용되는 다른 부품(즉, 집적회로)와 같은 선구체; CD 롬 디스크; 하드 드라이브 메모리 디스크; 또는 멀티칩 모듈을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 "습식공정"이라는 용어는 전자부품을 원하는 방법으로 처리하기 위하여 상기 전자부품이 하나 또는 그 이상의 액체(본 명세서에서는 "공정액" 또는"공정 용매"라고 사용됨)와 접촉함을 의미한다. 예를 들면, 세정, 에칭, 및 전자부품의 표면으로부터 포토레지스트의 제거를 위하여 상기 전자 부품을 처리하기를 원할 수 있다. 또한 이러한 처리 단계들 사이에 상기 전자 부품을 헹구기를 원할 수도 있다.
습식공정은 또한 전자부품을 기체, 증기, 증기나 기체와 혼합된 액체, 또는 이들의 혼합물과 같은 기타 유체와 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 사용되는 '공정액'는 액체, 기체, 증기상에 있는 액체, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 여기서 사용되는 '증기'는 부분적으로 증발된 액체, 포화 증기, 불포화 증기, 과포화 증기 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
다양한 공정액이 습식공정 중에 사용된다. 일반적으로, 습식공정 중에 사용되는 공정액의 가장 흔한 타입은 반응성 화학 공정액 또는 액체, 및 헹굼액 또는 액체이다. 여기서 사용되는 '반응성 화학 공정액' 또는 '반응성 화학 공정액'은 적당한 방법으로 전자부품의 표면과 반응하여 상기 전자부품의 표면 조성을 변화시키는 유체 또는 액체를 의미한다. 예를 들면, 상기 반응성 화학 공정액 또는 액체는 미립자, 금속, 포토레지스트, 또는 유기물질과 같이 전자부품의 표면에 흡착되거나 화학적으로 결합된 오염물을 제거하는 활성; 전자부품의 표면을 에칭하는 활성; 또는 전자부품의 표면에 산화층을 증대시키는 활성을 가질 수 있다. 여기서 사용되는 '헹굼액' 또는 '헹굼 액체'는 탈이온수(DI) 또는 상기 전자부품 및/또는 공정실로부터 잔여 반응성 화학 공정액, 반응 부산물, 및/또는 화학처리 단계에서 떨어져 나오거나 유리된 입자나 기타 오염물을 제거하는 기타 액체 또는 유체를 나타낸다. 상기 헹굼 액체 또는 유체는 또한 전자부품이나 공정실에 유리된 입자 또는 오염물이 재부착되는 것을 방지하기 위해 사용되기도 한다. 본 발명의 방법에 사용되는 반응성 화학 공정액 및 헹굼 유체의 예는 이하 보다 상세히 기술한다.
본 발명에 따라 전자부품이 습식 처리되는 방법에는 여러 가지가 있다. 예를 들어, 습식공정은 세정을 강화하기 위해 전자부품을 오존화된 공정액과 접촉시키는 동안 소닉 에너지(메가소닉 에너지 범위내의)를 사용하여 행해질 수 있다. 이러한 방법은 예를 들어 미국특허 제5,383,484호; 미국특허 출원 제08/684,543호(1996년7월 19일 출원); 미국특허 출원 제09/209,101호(1998년 12월 10일 출원); 미국특허 출원 제09/253,157호(1999년 2월 19일 출원); 및 미국특허 가출원 제60/087,758(1998년 6월 2일 출원); 및 미국특허 가출원 제60/111,350(1998년 12월 8일 출원)에 개시된 습식공정 기술을 또한 포함할 수 있으며, 상기에 개시된 내용 전체를 참고문헌으로 한다.
여기서 사용되는 '화학처리 단계' 또는 '습식공정 단계'는 전자부품을 각각 반응성 화학 공정액 또는 헹굼 유체와 접촉시키는 것을 의미한다.
본 발명에 따라 전자부품을 가공하기 위한 장치는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 상기 장치는 전자부품(11)을 담기 위한 공정실(10)를 포함한다. 가열 용매 소스(heated solvent source)(15)는 가열된 용매를 상기 공정실(10)로 도입하는 관(tubing)(17)에 의해 상기 공정실로 효과적으로 연결된다. 오존 소스(20) 및 탈이온수 공급부(22)는 오존화 공정액을 상기 공정실에 공급하기 위해 상기 공정실(10)에 효과적으로 연결된다.
도 1의 실시예에서, 상기 가열 용매 소스(15)는 용매 공급부(27)로부터 용매를 받고 상기 용매를 가열하여 가열 용매 증기를 생성하는 증발기(25)를 포함한다. 상기 가열 용매 증기의 압력 및/또는 온도를 모니터하기 위해 상기 증발기(25) 위에 압력 전달기(29) 및/또는 온도 전달기(30)가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 압력 및 온도 전달기(29, 30)는 선택적으로 가공기(32)에 연결되어 상기 가열 용매 증기의 온도를 자동적으로 조절하도록 피드백 루프를 형성한다. 수위 탐지기(33)는 증발기(25) 내의 용매의 수위를 모니터하기 위해 선택적으로 상기 증발기(25)에 결합된다. 구체예로, 상기 수위 탐지기(33)는 상기 증발기에 결합하여 재충전 시점(refill set points)을 자동적으로 모니터할 수 있는 표준형(full-length) 아날로그 수위 탐지기이다.
증발기(25)는 관(17)에 의해 상기 공정실(17)에 연결된다. 상기 배관(17)은 상기 용매가 상기 증발기(25)와 상기 공정실(10) 사이에서 증기 상태를 유지하도록 가열되는 것이 바람직하다. 가스 소스(35)가 또한 상기 공정실(10)로부터 유체를 옮기기 위해 상기 관(17)에 연결된다. 다른 실시예로, 상기 가스 소스(35)는 상기 가열 용매 증기의 상기 공정실(10)로의 이동 촉진 및/또는 상기 공정실(10) 내의 압력을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 보다 바람직한 구체예로, 상기 가스 소스(35)는 질소 가스 소스이다.
상기 가열 용매로 사용될 수 있는 용매의 예로는 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 섹탄올, 터셔리부탄올, 또는 터셔리아밀 알코올과 같은 알코올, 아세톤, 아세토니트릴, 헥사플루오로아세톤, 니트로메탄, 아세트산, 프로피온산, 에틸렌글리콜 모노-메틸에테르, 디플루오로에탄, 에틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 1,1,2-트리클로로-1,2,2-트리플루오로에탄, 1,2-디클로로에탄, 트리클로로에탄, 퍼플루오로-2-부틸 테트라하이드로퓨란, 퍼플루오로-1,4-디메틸사이클로헥산 또는 이들의 혼합물이 있다. 바람직하게는, 상기 가공 화학물질은 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 섹탄올, 터셔리부탄올, 또는 터셔리아밀 알코올, 펜탄올, 헥산올 또는 이들의 혼합물과 같은 C1에서 C6의 알코올이다. 바람직한 구체예로, 약 82℃의 온도로 가열된 이소프로필 알코올(IPA)이 사용된다. 가열된 IPA는 약 15,000Å/min의 포토레지스트 에치(etch) 속도를 갖는다.
상기 오존 소스(20) 및 DI 공급부(22)는 오존화된 공정액을 상기 공정실(10)로 이동시키기 위한 다양한 구조 중 어느 하나를 포함한다. 상기 오존 소스(20) 및 DI 공급부(22)는 오존화된 공정액을 제공하고, 오존의 농도는 가능한 높아야 하지만, 오존의 농도가 표준 온도 및 압력(25℃, 1 atm)에서 오존화된 공정액의 부피당 오존의 무게로 나타내어 약 10g/㎥에서 약 300g/㎥, 약 50g/㎥에서 약 250g/㎥, 및 약 100g/㎥에서 약 200g/㎥로 공급할 수 있는 오존 소스 및 DI 공급부가 사용될 수 있다. 상기 전자부품과 접촉되는 상기 오존화된 공정액의 온도는 선택된 오존화된 공정액에 따라 달라지나, 일반적으로 상기 오존화된 공정액의 온도는 바람직하게는 약 20℃에서 약 145℃, 그리고 보다 바람직하게는 약 40℃에서 약 120℃의 범위이다. 상기 전자부품과 접촉하는 동안 상기 오존화된 공정액의 압력은 바람직하게는 약 0psig에서 약 20psig, 보다 바람직하게는 약 1psig에서 약 10psig, 그리고 가장 바람직하게는 약 1psig에서 약 5psig이다.
다른 공정액이 상기 오존화된 공정액 내에 존재할 수 있다. 다른 공정액의 예는 예를 들어 물, 황산, 염산, 과산화수소, 암모니아 하이드록사이드, 불소산(완충되거나 완충되지 않은), 암모니아 플루오라이드, 인산, 질산, 레지아 용액(aqua regia), 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 아세트산은 하이드록시 라디칼 제거제이므로, 하이드록시 라디칼이 제거되는 것을 방지하기 위해 상기 반응 쳄버에는 가스상태의 오존이 상기 반응 쳄버 내에 존재할 때 실질적으로 아세트산이 존재하지 않는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 오존화된 공정액 내에 상기 다른 공정액에 대한 오존의 몰비가 약 1:90에서 약 40:1로 공급되도록 다른 공정액이 상기 오존화된 공정액 내에 존재할 수 있다.
여기서 사용되는 '공정실' 및 '반응 쳄버'는 용기(vessel)(공기와 차단되거나 개방된), 조(bath), 습 벤치(wet bench) 및 전자부품의 습식공정에 적절한 기타 저장기(reservoir)를 의미한다. '단일 용기'는 습식공정이 완전히 진행될 동안 전자부품이 하나의 공정실 내에 있는 습식공정 시스템을 의미한다.
본 발명은 일반적으로 예를 들어 복수조(multiple bath) 시스템(예를 들어 습 벤치) 및 단일 공정실 시스템(공기와 차단되거나 개방된)을 포함하는 기존에 알려진 습식공정 시스템 중의 어느 하나를 포함하는 공정실(10)을 사용하여 행해질 수 있다. 예를 들어, Handbook of Semiconductor Wafer Cleaning Technology(Werner Kem 편집, Noyes Publication Parkridge 출판, New Jersey 1993)의 Chapter 1: Werner Kem의 Overview and Evolution of Semiconductor Wafer Contamination and Cleaning Technology 및 Chapter 3: Don C. Burkman, Donald Deal, Donald C. Grant 및 Charlie A. Peterson의 Aqueous Cleaning Processes, 및 Ultraclean Technology Handbook, Volume 1(Tadahiro Ohmi 편집, Marcel Decker 발행) 중 Hiroyuki Horiki 및 Takao Nagazawa의 Wet Etch Cleaning을 참고하고, 상기에 개시된 내용 전체를 참고문헌으로 한다. 그러나, 특히 상기 오존화된 공정액 내에서 기포가 발행하는 것을 막으려면(즉, 소수성 웨이퍼 또는 소수성 부분을 포함하는 웨이퍼) 닫을 수 있는 조(closable bath)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 전자부품(11)은 단일 공정실 시스템 내에 수용된다. 바람직하게는, 미국특허 제4,778,532호, 제4,917,123호, 제4,911,761호, 제4,795,497호, 제4,899,767호, 제4,984,597호, 제4,633,893호, 제4,917,123호, 제4,738,272호, 제4,577,650호, 제5,571,337호 및 제5,569,330호에 개시된 것과 같은 단일 공정실 시스템이 사용되고, 상기에 개시된 내용 전체를 참고문헌으로 한다. 상업적으로 사용 가능한 단일 공정실 시스템으로 바람직한 것은 Martson Technology, Inc.에서 제조된 것과 같은 옴니(Omni) 및 하이브리드(Hybrid) 용기와 Dinippon Screen에서 제조된 FL820L이다. 이러한 시스템은 외부 가스와 오염 수위가 보다 쉽게 조절될 수 있어서 바람직하다.
상기 단일 용기 습식공정 시스템은 또한 화학 반응물을 저장 탱크 부분(37)으로부터 상기 반응 쳄버(10)로 수송하기 위한 컨트롤 밸브(control valve) 및/또는 펌프를 포함하는 것이 바람직하다. 퍼스널 컴퓨터와 같은 가공 조절 시스템이 또한 가공 조건(예를 들어, 흐름 속도, 혼합 속도, 노출 시간, 및 온도)을 모니터하기 위한 수단으로써 일반적으로 사용된다. 예를 들면, 상기 가공 조절 시스템은 화학 반응물과 탈이온수의 흐름 속도를 프로그램화하여 적절한 농도의 화학 반응물이 상기 반응성 화학 공정액 내에 존재하도록 하는데 사용될 수 있다.
본 발명의 가장 바람직한 실시예에서, 상기 전자부품(11)은 닫을 수 있는(enclosable) 단일 습식공정 쳄버 시스템 내에서 습식공정된다. 상기 공정실(10)는 바람직하게는 상기 오존화된 공정액이 대기압 이상의 압력(예를 들면, 약 2psig)으로 유지되도록 가압될 수 있다. 상기 오존화된 공정액을 상기 공정실(10)내에서 압력하에 유지하는 것은 상기 오존화된 공정액 내에서 발생하는 오존 기포를 방지하는데 바람직하다. 기포는 특히 상기 가공되는 전자부품(11)이 소수성이거나 소수성 부분을 포함하는 경우 발생해서는 안된다. 또한, 상기 습식공정 시스템의 상기 공정실(10)내에서 상승된 압력은 상기 공정실(10)내의 오존 확산 속도를 높게 유지하고, 그로 인해 가공 효율을 향상시키기 위해 유용하다.
닫을 수 있는 단일 습식공정 쳄버 시스템은 또한 다양한 순서로 다른 종류의 공정액을 받을 수 있는 것이 바람직하다. 공정액을 상기 공정실로 이동하는 바람직한 방법은 하나의 유체를 다른 유체로 직접 교체하는 것이다. Mattson Technology, Inc.에서 제조된 Full FlowTM을 사용하는 옴니(Omni) 습식공정 시스템은 직접 교체에 의해 유체를 운반할 수 있는 시스템의 예이다. 이러한 시스템은 보다 균일하게 상기 전자부품을 처리하므로 바람직하다. 또한, 종종 전자부품의 상기 화학처리에 사용되는 상기 화학물질은 그들이 강산, 알칼리, 또는 휘발성 용매인 경우 매우 위험하다. 닫을 수 있는 단일 공정실은 공기 오염 및 상기 화학물질에 사람이 노출되는 것을 막고, 또한 상기 화학물질의 취급을 보다 안전하게 함으로써 이러한 공정액과 관련한 위험을 최소화한다.
압력 전달기(38)는 상기 공정실(10)내의 압력을 모니터하기 위해 선택적으로 상기 공정실(10)와 효과적으로 결합된다. 상기 압력 전달기(38)는 상기 전자부품(11)을 자동적으로 조절 가공하기 위해 선택적으로 상기 가공기(32)와 연결된다. 상기 장치는 또한 상기 공정실(10)내의 상기 운반 가스와 상기 가열 용매 증기의 부분압력을 조절하기 위해 선택적으로 상기 공정실(10)에 결합된 조절기(39)를 포함한다. 일 실시예로, 상기 조절기(39)는 돔 형(dome-loaded) 조절기를 포함한다. 상기 조절기(39)는 또한 상기 전자부품의 자동 조절 가공을 위해 선택적으로 상기 가공기(32)와 결합한다. 수위 탐지기(42)는 상기 공정실(10)내의 액체의 수위를 모니터하기 위해 상기 공정실(10) 위해 제공되는 것이 바람직하다. 일 실시예로, 상기 수위 탐지기(42)는 커패시턴스 수위 탐지기를 포함한다. 펌프(45)는 상기 공정실(10)로부터 유체를 배수하기 위해 제공된다. 이하 기술하는 바와 같이, 상기 펌프(45)는 상기 공정실(10)로부터 적절한 흐름 속도를 유지하여 가열 용매층이 상기 전자부품(11)을 조절된 속도로 통과할 수 있게 작동된다. 재순환기(47)는 상기 공정실(10)로부터 상기 용매를 포함하는 유체를 받아서 상기 용매를 상기 용매 공급부(27)로 재순환하기 위해 선택적으로 제공된다.
바람직하게는 상기 습식공정 시스템은 암모늄 하이드록사이드(NH4OH) 또는 불소산(HF)과 같은 화학 반응물을 위한 저장 탱크; 및 상기 전자부품을 헹구고 상기 화학 반응물을 희석하기 위해 사용되는 탈이온수를 운반하는 시스템을 포함한다. 상기 화학 반응물은 바람직하게는 그들의 농축된 형태로 보관되는데, 그 상태는 과산화수소(H2O2)(31%), NH4OH(28%), 염산(HCl)(37%), HF(49%), 및 황산(H2SO4)(98%)이다(퍼센트는 수용액 내의 중량 퍼센트를 나타낸다). 상기 저장 탱크는 바람직하게는 상기 전자부품(11)이 처리되는 상기 공정실(10)과 유체를 전달하도록 배열된다.
작동에 있어서, 상기 장치는 상기 전자부품(11)을 상기 가열 용매에 일차로 노출시키고, 그리고 나서 상기 부품을 상기 오존화된 공정액에 노출시킴으로써 상기 공정실(10)내에 위치한 전자 부품 가공에 사용된다. 하나 이상의 전자부품(11)은 상기 공정실(10)내에 놓여지고, 상기 전자부품(11)은 하나 이상의 광학적 화학적 공정액로 전-처리된다(pre-treated). 전처리후, 세정액(예컨대, 탈이온수)을 공정실(10)에 바람직하게 도입하여 공정실(10)내에서 세정액 레벨이 전자 부품(11)을 완전히 덮을 수 있도록 한다. 예를 들면, 전자 부품을 탈이온수로 세정하는 경우, 탈이온수 공급부(22)는 상기 공정실(10)을 탈이온수로 채우도록 조작된다. 다음에 증발기(25)는 가열된 용매를 배관(17)을 통해 공정실(10)로 도입되도록 조작된다. 바람직한 구체예에서는 상기 가열된 용매는 공정실(10)에 증기로 도입되며, 공정실(10)에 있는 유체 위에서 응축하여 용매층을 형성한다. 상기 증발기(25)는 가열된 용매층이 목적하고자 하는 두께를 갖도록 충분한 시간 동안 조작된다. 상기 용매층의 두께는 눈에 띄게 변동될 수 있으나, 대부분의 적용에 있어 약 1 cm 내지 2 cm 사이의 용매층은 공정 시간과 용매 사용간의 바람직한 균형을 제공하는데 통상적으로 충분하다. 예컨대, 도2에서 도시된 바와 같이, 약 1 cm 두께를 갖는 용매층(50)은 약 20 cm의 직경을 갖는 평면, 원형 반도체 웨이퍼와 같은 전자 부품(11)을 처리하는 데에 사용될 수 있다. 얇은 용매의 가열된 층(50)을 사용하는 것(용매 전체욕과 상반됨)은 용매의 소모를 줄일 수 있으며, 용매가 일 회 사용후 폐기되도록 한다. 예를 들면, IPA의 박막만을 사용하여 100 개의 반도체 웨이퍼가 600 ml의IPA에 의해 처리될 수 있다. Full-FlowTM기술을 사용하는 옴니 시스템의 경우, 가열된 용매층(50)은 차가운 액체 표면 위에서 가열된 용매 증기를 응축함으로써 일반적으로 생성될 수 있지만, 가열된 용매를 전자 부품에 분무하는 노즐을 사용하는 방법을 포함하여 가열 용매로 전자 부품을 처리하는 다른 방법도 사용될 수 있다.
용매층(50)이 목적하는 두께에 도달하면, 펌프(45)는 제어된 속도에서 세정액을 공정실(10)로부터 배출되도록 조작된다. 도 3a 및 3b에 나타난 바와 같이, 상기 세정액이 공정실(10)로부터 배출됨에 따라 용매층(50)은 전자부품(11)을 지나게 된다. 세정액의 충분한 부피가 제거되어 용매층(50)이 전자부품(11)의 전체 표면을 지나게 되면, 펌프(45)는 정지될 수 있다. 용매층(50)이 전자부품(11)의 표면을 지날 때의 속도는 전자부품(11)의 표면을 따른 각 지점이 가열된 용매에 의해 약 1 분동안 접촉되도록 제어하는 것이 바람직하다. 예컨대, 도2에서 1 cm 두께의 가열된 IPA층이 20 cm의 직경을 갖는 웨이퍼를 스캔하는데 사용될 경우, 약 12000 Å의 포토레지스트 층을 제거하기 위한 전체 스캔시간은 단지 약 16 분이다.
전자 부품(11)을 가열된 용매에 노출시킨 후, 잔여 유기층이 전자 부품(11)에 남아있을 수 있다. 따라서, 상기 전자 부품(11)을 오존화된 공정액(예컨대, 오존화된 탈이온수(DI수))에 노출시켜 잔여 유기층을 제거하는 것이 바람직하다. 상기 전자부품(11)은 전자부품(11) 표면을 오존화된 공정액에 적시는 어떠한 방법으로도 오존화된 공정액에 접촉될 수 있다. 예를 들면, 상기 전자 부품(11)을 오존화된 공정액에 담갔다 빼는 방법이 있을 수 있다. 상기 전자 부품(11)은 오존화된 공정액이 일련으로 배출되고 채워지는 공정실(10)에 놓여질 수 있다. 또한, 상기 오존화된 공정액은 상기 전자부품(11)에 스프레이나 분무의 방법으로 접촉될 수 있다. 상기 전자부품(11)은 오존화된 공정액에 잔여 유기층이 제거되는데 충분한 시간동안 노출된다. 실제 접촉 시간 선택은 온도, 압력 및 오존화된 공정액의 조성, 및 상기 전자부품(11)의 표면 조성과 같은 변수에 따라 결정될 것이다. 바람직하게는 오존화된 공정액에 접촉시간은 최소한 30초 동안이다. X-레이 광발산 분광기(XPS) 측정장치에서는 잔여 유기층은 일반적으로 약 30 내지 50 Å두께를 갖는 것으로 나타났다. 따라서, 상기 전자부품(11)은 오존화된 공정액에 약 30 초 내지 약 10 분 동안, 더 바람직하게는 약 4 분 내지 약 8 분 동안 접촉되는 것이 바람직하다.
상기 가열된 용매 및 오존화된 공정액과 함께, 상기 전자부품(11)은 다른 반응성 화학 공정 유체(예컨대, 기체, 액체, 증기 또는 이들의 어떠한 조합)에 수 회 접촉되어 소기의 결과를 달성할 수 있다. 예를 들면, 상기 전자부품(11)은 에칭, 산화층 형성, 포토레지스트 제거, 세정 강화 또는 이들의 조합에 사용되는 반응성 화학 공정 유체에 접촉될 수 있다. 상기 전자부품(11)은 또한 습식 공정법을 하는 동안에도 세정액에 언제든지 세정될 수 있다. 바람직하게는 상기 반응성 화학 공정 유체 및 세정액은 액체인 것이 바람직하다. 이러한 공정 단계는 선택적으로 수행된다:(1) 부품을 가열된 용매에 노출시키기 전; (2) 부품을 가열된 용매에 노출시킨 후 오존공정액에 노출시키기 전; (3) 부품을 오존공정액에 노출시킨 후 선택적인 건조 공정액에 노출시키기 전; 및/또는 (4) 부품을 선택적인 건조 공정액에 노출시킨 후이다. 바람직하게는 상기 공정 단계가 부품을 오존공정액에 노출시킨 후 선택적인 건조 공정액에 노출시키기 전에 수행하는 것이 바람직하다. 공정 유체 또는 다른 화학물질을 용기 모듈의 공정실에 주입하는 적절한 방법 및 시스템은 미국특허 제4,778,532호, 제4,917,123호, 제4,795,497호 및 제4,899,767호에 기술되어 있으며 본 발명에서 전체적으로 참고로 하였다.
본 발명에서 사용되는 상기 선택적인 반응성 화학 공정 유체는 하나 또는 그 이상의 화학적 반응성 작용제를 포함하며 목적하고자 하는 표면처리를 달성한다. 바람직하게는 상기 화학적 반응성 작용제의 농도는 반응성 화학 공정 유체의 중량을 기준으로 1000 ppm보다 크며, 더 바람직하게는 10,000 ppm보다 크다. 그러나, 오존의 경우, 일반적으로 농도는 10 ppm 이상이며, 더 바람직하게는 약 10 ppm 내지 50 ppm이다. 화학적 반응성 작용제의 예로는 염산 또는 이를 포함한 버퍼, 암모니아수 또는 이를 포함한 버퍼, 과산화수소, 황산 또는 이를 포함한 버퍼, 황산과 오존의 혼합물, 불산 또는 이를 포함한 버퍼, 크롬산 또는 이를 포함한 버퍼, 인산 또는 이를 포함한 버퍼, 아세트산 또는 이를 포함한 버퍼, 질산 또는 이를 포함한 버퍼, 불산으로 버퍼된 불화암모늄, 탈이온수 및 오존, 또는 이들의 혼합물이다.
상기 반응성 화학 공정유체가 100 %의 하나 또는 그 이상의 화학적 반응성 작용제를 포함하는 것도 가능하다. 예를 들면, 상기 전자 부품을 아세톤, N-메틸 피롤리돈 또는 이들의 조합과 같은 용매에 접촉시키는 것이 바람직하다. 이러한 용매는 예컨대 유기물을 제거하거나 다른 세정기능을 부여하는 데에 사용되는 화학적 반응성 작용제이다.
본 발명에서 사용되는 바람직한 반응성 화학 공정 유체로는 세정액, 에칭액 및 포토레지스트 제거액을 포함한다. 세정액은 일반적으로 산과 염기 같은 하나 또는 그 이상의 부식제를 포함한다. 세정액으로 적당한 산으로는 예컨대, 황산, 염산, 질산 또는 왕수를 포함한다. 적절한 염기로는 예컨대 암모니아수를 들 수 있다. 상기 세정액에서 부식제의 바람직한 농도는 선택된 특정한 부식제 및 목적하고자 하는 세정양에 좌우된다. 이러한 부식제는 오존 또는 과산화수소와 같은 산화제와 함께 사용될 수 있다. 바람직한 헹굼용액은 물, 암모니아 및 과산화수소를 포함하는 "APM"용액과 물, 과산화수소 및 염산을 포함하는 "HPM"용액이다. HPM 용액의 전형적인 농도 범위는 H2O:H2O2:NH4OH의 부피부로 약 5:1:1 내지 약 200:1:1이다. APM 용액의 전형적인 농도 범위는 H2O:NH4:HCl의 부피부로 약 5:1:1 내지 약 1000:0:1이다. 에칭용액은 산화물을 제거할 수 있는 작용제를 포함하는 것이 바람직하다. 통상적으로 사용되는 에칭제는 예컨대 불산, 버퍼된 불산, 불화 암모늄 또는 용액 중에서 불산을 생성할 수 있는 그 밖의 물질이다. 에칭 용액을 함유하는 불산은 H2O:HF 중량부로 약 4:1 내지 1000:1를 포함할 수 있다. 습식 공정 중 본 발명 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 다양한 공정 유체가 사용될 수 있다. 습식 공정중 사용될 수 있는 공정 유체의 다른 예들은 박막 공정(John L. Vossen et al 편저, Academic Press 출판, NY 1978, 401-496 페이지)에 기술된 베르너 커언(Werner Kern et al)의 "화학 에칭"에 기재되어 있으며, 이를 전체적으로 참고하였다.
상기 전자 부품(11)은 본 발명의 방법을 수행하는 동안 세정액에 접촉될 수 있다. 세정액은 상기에서 기술된 효과를 얻을 수 있는 어떠한 세정액도 선택될 수 있다. 세정액을 선택하는 데에 있어, 세정되는 전자 부품의 표면 성질, 반응성 화학 공정 유체에 용해되는 오염물질의 성질 및 세정되는 반응성 화학 공정 유체의 성질과 같은 인자들이 고려되어야 한다. 또한, 선택된 세정액은 유체와 접촉되는 구성 물질과 양립될 수 있어야 한다(즉, 상대적으로 비반응성이어야 함). 사용될 수 있는 세정액으로는 예컨대, 물, 유기 용매, 유기 용매의 혼합물, 오존화된 물 또는 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 유기 용매로는 건조 용액으로 사용되는 유기 화합물, 예컨대 C1내지 C10알코올 및 바람직하게는 C1내지 C6알코올을 포함한다. 상시 세정액은 액상인 것이 바람직하며, 더 바람직한 것은 탈이온수이다.
세정액은 세정 기능을 증진시키기 위해 낮은 수준의 화학적 반응성 작용제를 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 세정액으로 염산 또는 아세트산의 희석된 수용액을 사용하여 전자 부품의 표면의 금속 증착(metallic deposition)을 방지할 수 있다. 계면활성제, 부식 방지제 및/또는 오존과 같은 첨가제도 세정액에 사용된다. 세정액에서 이러한 첨가제의 농도는 매우 작다. 예를 들면, 상기 농도는 세정액 전체 중량 기준으로 바람직하게는 약 1000 ppm 이하, 더 바람직하게는 100 ppm이하이다. 오존의 경우에는 세정액에서의 바람직한 오존 농도는 5 ppm 또는 그 미만이다.
반응성 화학 공정 유체의 선택, 반응성 화학 공정 유체 및 세정액의 순서 및공정 조건(예컨대, 온도, 농도, 접촉 시간 및 공정 유체의 흐름)은 목적하고자 하는 습식 공정 결과에 좌우된다는 것은 당업자에게 자명하다. 예를 들면, 전자 부품(11)은 하나 또는 그 이상의 화학적 처리 단계 전후로 세정액과 접촉될 수 있다. 선택적으로, 어떤 습식 공정 방법에서는 두 개의 화학적 처리 단계사이에 수행되는 전자 부품을 세정액에 접촉하는 과정 없이, 하나의 화학적 처리 단계에서 다른 화학적 처리 단계로 직접 이어지는 것(즉, 중간 세정과정이 없음)이 바람직한 경우도 있다. 이러한 중간 세정이 없는 연속 습식 공정은 예컨대, 1996년 7월 19일에 출원된 미국 특허출원 제08/684,543호에 개시되어 있으며, 본 발명에서 전체적으로 참고하였다.
본 발명의 바람직한 구체예에서는 상기 전자 부품(11)은 오존화된 공정액의 접촉에 이어 최소한 하나의 액상의 공정액(즉, 공정용액) 접촉되어 생성물의 반응 또는 산화된 유기 물질과 같은 잔여 화학물질을 제거하도록 한다. 이러한 전자 부품의 일련의 접촉은 오존화된 공정액이 전자 부품의 표면으로부터 유기 물질을 제거하는 데에 사용될 경우 특히 바람직하다. 상기 공정액은 반응성 화학 공정액 또는 세정액 또는 이들의 조합일 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 하나의 구체예에서는 오존화된 공정액과 접촉후, 전자부품(11)은 APM 용액, HPM 용액 및/또는 불산 용액과 같은 세정액과 접촉된다. 상기 APM 용액, HPM 용액 및 에칭 용액은 어떠한 순서로든 사용될 수 있다. 바람직한 구체예에서는 상기 전자부품(11)은 H2O:H2O2:NH4OH의 부피부로 약 80:3:1의 농도를갖는 HPM 용액; H2O:NH4:HCl의 부피부로 약 80:1:1의 농도를 갖는 APM 용액; 및/또는 H2O:HF의 부피부로 약 4:1 내지 1000:1의 농도를 갖는 불산 용액과 접촉된다. 바람직하게는 상기 APM. HPM 및/또는 불산 용액은 약 15 ℃ 내지 95 ℃의 온도에서, 더 바람직하게는 약 25 ℃ 내지 약 45 ℃이다. 상기 세정액은 약 15 ℃ 내지 90 ℃의 온도에서, 더 바람직하게는 약 25 ℃ 내지 약 30 ℃의 온도가 바람직하다. APM. HPM 및/또는 불산 용액의 사용은 세정 및 에칭에 특히 유용하다. 상기 APM. HPM 및/또는 불산 용액과 접촉한 뒤에 상기 전자 부품(11)은 탈이온수와 같은 세정액에 선택적으로 세정된다.
본 발명의 또 다른 구체에에서는 상기 전자 부품(11)은 오존화된 공정액과의 접촉에 이어 에칭 용액과 접촉될 수 있다. 에칭 용액이 불산을 함유할 경우, 불산의 온도는 약 15 ℃ 내지 95 ℃, 더 바람직하게는 약 24 ℃ 내지 약 40 ℃인 것이 바람직하다. 에칭 후, 상기 전자 부품은 탈이온수와 같은 세정액에 접촉될 수 있다. 상기 세정액의 온도는 약 15 ℃ 내지 90 ℃, 더 바람직하게는 25 ℃ 내지 30 ℃인 것이 바람직하다.
오존화된 공정액, 반응성 화학 공정 유체 또는 세정액으로 습식 공정에 이어, 상기 전자 부품(11)은 바람직하게 건조된다. 여기서 "건조"는 상기 전자 부품(11)이 실질적으로 액체 방울이 없도록 하는 것이다. 건조 공정중 액체 방울을 제거함으로써, 액체 방울에 존재하는 불순물이 반도체 기판 표면에 남아있지 않게 된다.
상기의 불순물들은 바람직하지 못한 자국(예를 들어, 물 자국) 또는 잔여물들을 반도체 기판 표면에 남기게 된다. 그러나, 예를 들어, 건조용 유체 흐름(drying fluid stream) 또는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 잘 알려진 방법에 의해서 단순히 처리용(treating) 또는 헹굼용(rinsing) 유체(fluid)를 제거하는 과정을 포함하는 건조 방법도 예상할 수 있다. 여하한 형태의 건조 방법 또는 시스템이 사용될 수 있다. 적절한 건조 방법으로는, 예를 들어, 증발(evaporation), 스핀-린서-건조기(spin-rinser-dryer)의 원심력, 증기 또는 화학 건조제, 또는 이러한 것들의 조합을 들 수 있다. 바람직한 구체예에서, 전자 부품을 공정실(processing chamber)에 그대로 둔 채, 하나의 공정실 내에서 습식공정(wet processing)과 건조 공정이 이루어진다. 적절한 건조 방법에는 박막을 또는 그 일부분을 전자 부품(11)의 표면 위에 남겨 놓는 방법이 포함된다.
보다 바람직한 건조 방법에는 건조용 유체 흐름(drying fluid stream)을 이용하여 전자 부품(11)이 건조 과정 전에 접촉하는 마지막 처리 용액을 곧바로 교체하는 방법이 있다(이하, 이를 '직접 교환 건조방법(direct displace drying)'이라 한다). 이러한 '직접 교환 건조방법'을 위한 방법 또는 시스템은 미국특허 제4,778,532호, 제4,795,497호, 제4,911,761호, 제4,984,597호, 제5,571,337호, 그리고 제5,569,330호에 개시되어 있다. 다른 '직접 교환 건조방법'에는 맷슨 테크놀로지 인코오퍼레이티드(Mattson Technology, Inc.) 등의 회사에서 제작된 마란고니(Marangoni) 타입의 건조기를 이용할 수 있다. 바람직하게는, 상기 건조용 유체 흐름(drying fluid stream)은 부분적 또는 전체적으로 기화된 건조 용액으로부터 만들어진다. 이러한 건조용 유체 흐름(drying fluid stream)은, 예를 들어, 과열된(superheated) 증기와 액체의 혼합물, 포화증기 또는 기체와 비압축성(noncondensible) 기체의 혼합물 등이 될 수 있다.
건조용 유체 흐름(drying fluid stream)을 형성하기 위해 선택된 건조 용액은 상기 공정실(10) 속의 마지막 처리 용액 및 전자 부품(11)의 표면의 반응치 아니한 반응물과 섞이는 것이 바람직하다. 또한, 상기 건조 용액은 건조를 용이하게 하기 위해서는 상대적으로 낮은 끓는점을 가지고 있어야 한다. 물이 화학처리 또는 헹굼용(rinsing) 유체에 가장 편리하게 그리고 가장 일반적으로 사용되는 용매이기 때문에, 물과 가장 낮은 끓는점의 공비혼합물(azeotrope)을 건조 용액이 선택되는 것이 특히 바람직하다. 건조 용액으로 선택될 수 있는 예로는 수증기, 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, tet-butanol, tert-아밀 알코올 등과 같은 알코올, 아세톤, 아세토나이트릴, 헥사플루오로아세톤, 니트로메탄, 아세트산, 프로피노익산, 에틸렌 글리콜 모노-메틸 에테르, 디플루오로에탄, 에틸 아세테이트, 이소프로필 아세테이트, 1,1,2-트리클로로-1,2,2-트리플루오로에탄, 1,2-디클로로에탄, 트리클로로에탄, 퍼플루오로-2-부틸테트라하이드로퓨란, 퍼플루오로-1,4-디메틸씨클로헥산 또는 이들의 조합물 등이 사용될 수 있다. 상기 건조 용액은 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, sec-부탄올, tet-butanol, tert-아밀 알코올, 펜탄올, 헥산올 또는 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.
건조공정 이후에는 전자 부품을 건조 공정실(drying processing chamber)로부터 빼내어 여하한 바람직한 방법에 의하여 이후의 가공 공정을 행할 수 있다.
본 발명의 상기 기술된 그리고 다른 측면 및 장점들은 이하 실시예를 참고하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 이러한 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위해 제시되는 것이고 이에 본 발명이 제한되지는 아니한다.
실시예
반도체 회로기판 위에 덮여지는 포토레지스트(photoresists, JSR 또는 TOK에서 얻어짐)의 에칭 속도(etch rates)를 측정하였다. 상기 기판은 제1도와 관련하여 상기에 기술된 것과 유사한 장치에서 가열된(끓여진) IPA 층과/또는 오존화된 탈이온수 속에서 처리된다. 상기 오존화된 탈이온수(ozonated deionized water) 속에서의 처리는 선택적으로 메가소닉 정화(megasonic cleaning) 공정을 동반할 수 있다. 상기 회로기판은 Full-FlowTM테크놀로지를 채택하고 있는 맷슨 테크놀로지 인코오포레이티드(Mattson Technology Inc.)의 OMNY 시스템 내에서 상기 용매들과 접촉된다. 상기 오존화된 탈이온수(ozonated DI water)는 28℃의 온도로 유지된다. 용해된 오존의 최대 농도는 약 60 ppm이다.
가열된 IPA 내에서 (첨가물질 없이 또는 붕소를 첨가하여 강하여 구워진) 벌크포토레지스트(bulk photoresist)의 에칭 속도(etch rate)는 시간 함수로 결정되어 진다. 회로기판 위에 남겨진 포토레지스트는 루돌프 엘립소미터 칼리버 300(Rudolph ellipsometer Caliber 300)에 의하여 측정되었다. 상기 결과는 제4도에 도시되어 있다. 제4도에 도시된 결과를 보면, 가열된 IPA 내에서의 포토레지스트의 에칭 속도는 일정하며, 약 12000 ??/min인 것을 알 수 있다. 그러나, X-선 광방사 스펙트로스코피(X-ray photoemission spectroscopy, XPS) 측정방법에 의하면, 가열된 IPA에 노출된 이후에는 회로기판 위에 얇은 유기물질의 잔여물이 남아 있는 것을 알 수 있다. 이러한 층은 약 30∼50 ??의 두께를 가지고 있다. 가열된 IPA에 의해 처리된 회로기판이 계속적으로 오존화된 탈이온수(ozonated DI water)에 접하게 되면, XPS의 입자 주사(particle scaning)를 이용한 엘립소미터(ellipsometer) 방법에 의하여 표면을 검사하였을 때에 표면 위에 여하한 잔여물도 남아 있지 않다는 것을 알 수 있다.
비교하기 위해서 오존화된 탈이온수(ozonated DI water)의 에칭 속도가 다시 측정되었다. 제5도를 보면, 오존 농도가 충분히 크면 약 100 ??/min 와 약 200 ??/min 사이의 에칭 속도가 얻어진다. 이러한 에칭 속도는 (약 12000 ??의 두께를 가지는) 벌크포토레지스트를 제거하기에는 상업적인 공정에서 사용하기에는 너무나 느리다. 그러나, 전자 부품들이 이소프로필 알코올과 같은 용매와 함께 예열되었을 때에는 오존화된 탈이온수(ozonated DI water)의 에칭 속도는 전자 부품 위에 남겨진 잔여 유기물 층을 제거하기에는 적합하다.
당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자는 본 발명의 바람직한 구체예로부터 수많은 변형을 도출해낼 수 있으며, 그러한 변형은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 이하 본 발명의 청구범위는 본 발명의 단순한 변형이나 변경을 포함하는 것으로 볼 수 있다.

Claims (14)

  1. (a) 전자부품을 가열된 용매(heated solvent)에 노출시키고; 그리고 (b) 계속하여 상기 전자부품을 오존화된 공정액(ozonated process fluid)에 노출시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열된 용매는 상기 전자 부품을 상기 가열된 용매에 노출시키기 이전에 가열된 용매층(heated solvent layer)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전자 부품은 끓는 용매에 노출되는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열된 용매는 이소프로필 알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  5. 제1항에 있어서, 상기 오존화된 공정액은 오존화된 탈이온수(ozonated deionized water)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전자 부품은 반도체 기판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전자 부품은 유기 물질을 제거하기 위하여 가열된 용매 및 오존화된 공정액에 노출되는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전자 부품은 포토레지스트를 제거하기 위하여 가열된 용매 및 오존화된 공정액에 노출되는 것을 특징으로 하는 전자 부품을 처리하기 위한 공정.
  9. (a) 전자 부품을 고정하기 위한 공정실;
    (b) 가열된 용매를 상기 공정실에 보내기 위하여 상기 공정실에 연결된 가열된 용매 소스(source); 및
    (c) 오존화된 공정액을 상기 공정실에 보내기 위하여 상기 공정실에 작동상 연결된 오존화된 공정액 소스;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 처리를 위한 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 가열된 용매 소스는 가열된 용매층을 상기 공정실로 보내는 것을 특징으로 하는 전자 부품 처리를 위한 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 가열된 용매층은 약 1cm 와 2cm 사이의 두께를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품 처리를 위한 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 가열된 용매 소스는 상기 공정실에 가열된 용매 증기를 보내는 것을 특징으로 하는 전자 부품 처리를 위한 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 공정실은 밀폐된 시스템 챔버(closed system chamber)인 것을 특징으로 하는 전자 부품 처리를 위한 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 공정실은 직접 교환 챔버(direct displacement chamber)인 것을 특징으로 하는 전자 부품 처리를 위한 장치.
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