KR20040018860A - 포토레지스트 패턴 제거 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 제거 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 이온주입 공정에 의해 변질된 제1 및 제2변질층과 변질되지 않는 비 변질층을 포함하는 포토레지스트 패턴이 형성된 반도체 기판을 제1공정온도로 가열함으로서 상기 포토레지스트 패턴의 팝핑(popping) 현상을 방지함과 동시에 상기 제1변질층을 제거한다. 그리고, 상기 제1공정온도보다 높은 제2공정온도까지 상승시켜 상기 반도체 기판을 가열시킴으로서 상기 제2변질층과 비 변질층을 제거한다. 상기와 같이 제1 및 제2 공정 온도의 조절에 따른 포토레스트 패턴의 제거 공정은 상기 포토레지스트 패턴의 팝핑 현상을 방지할 수 있다.

Description

포토레지스트 패턴 제거 방법{Method of Ashing a photo resist pattern}

본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴을 용이하게 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.

근래에 정보 통신 분야의 급속한 발달과 컴퓨터와 같은 정보 매체가 널리 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 장치는 고속의 처리 속도와 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이에 따라, 상기 반도체 장치의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전되고 있다.

일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판에 상에 증착, 사진, 식각, 이온 주입, 연마, 세정 등의 단위 공정들을 반복적으로 수행함으로서 제조된다.

상기 단위 공정들 중 상기 이온 주입 공정은 상기 반도체 기판 상에 선택적으로 이온을 주입하기 위한 마스크가 필요하고, 상기 마스크는 반도체 기판 상에 포토레지스트 조성물을 도포하여 포토레지스트를 형성하는 공정과 상기 포토레지스트를 특정 패턴으로 형성하기 위한 노광 및 현상 공정을 통해 반도체 기판 상에 형성된다.

이와 같이, 반도체 기판의 포토레지스트 패턴이 존재하지 않은 부분에만 선택적으로 불순물 이온 주입하는 공정은 트랜지스터에서 전류가 흐르는 부분인 소오스/드레인 영역에 이온을 주입하는 공정 및 게이트 전극에 도핑을 수행하는 공정 등이 있다.

상기 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여 이온주입 공정을 수행한 상태를 개략적으로 나타내면, 먼저, 반도체 기판의 소오스/드레인에 불순물을 주입하는 이온공정을 수행하기 위해 상기 반도체 기판의 소정영역을 정의하는 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 이온주입 마스크로 사용하여반도체 기판이 노출된 부분에 이온을 주입하여 소오스/드레인 영역을 형성한다. 이때, 높은 에너지를 사용하여 이온을 주입하게 되면, 상기 포토레지스트 패턴은 탄화층 패턴과 비 탄화층 패턴으로 형성된다.

그리고, 상기 탄화층 패턴은 고농도의 이온주입 공정시에 상기 포토레지스트 성분의 충돌반응으로 인하여 상기 포토레지스트 내에 존재하는 수증기 및 용매(Solvent)등이 외부로 방출되어 탄소만으로 형성되어 치밀한 구조를 갖는다.

상기 고농도의 이온주입 공정을 마치게 되면, 120℃이상의 온도에서 산소 플라즈마를 이용하여 포토레지스트 패턴을 열 산화시켜 제거하는(Strip)공정을 수행하게 된다. 상기 플라즈마를 사용하여 포토레지스트 막을 제거하는 방법의 예가 미합중국 특허 제5,998,104호(issued to Fujimura et al)에 개시되어 있다. 상기 특허에 의하면, 플라즈마를 다운스트림(downstream) 방식으로 반응 챔버에 제공하여 상기 포토레지스트 막을 제거한다.

그런데, 상기한 바와 같이, 포토레지스트 패턴을 형성하고 이온주입 공정을 마친 후에 상기 포토레지스트 패턴을 제거하기 위해 플라즈마를 사용하여 에싱 공정을 진행한다. 이 경우 상기 포토레지스트의 상부가 변질되어 형성되는 탄화층은 보통의 포토레지스트보다 훨씬 산화되기가 어렵다.

이로 인해, 탄화층은 변질되지 않은 포토레지스트에서 발생되는 수분과 용매의 방출을 차단하는 역할을 하게 되어 상기 탄화층이 부풀어올라 터지게 되는 팝핑(Popping)현상이 발생하게 된다.

상기 팝핑 현상으로 변화된 포토레지스트는 주입된 이온의 함유물로 재구성되어 하부층의 물질과 반응하거나 접착되어 스트립공정에 의하여도 잔류물이 제거되지 않거나 심한 경우에는 반도체 기판의 실리콘을 함몰시키는 경우가 발생한다.

그리고 상기 팝핑 현상으로 발생되는 파티클은 반도체 기판 상에 잔류되어 후속 공정의 불량 원인으로 작용하고, 공정 챔버 내부에 부착되어 에싱 장치의 오염 물질로 작용하여 반도체 장치의 성능을 저하시키거나 수율을 현저하게 저하시키는 문제점을 초래한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판을 가열하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 막들을 순차적으로 제거함으로서 상기 포토레지스트 패턴의 팝핑 현상을 방지하면서 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 방법을 제공하는데 있다.

도 1a 내지 1d는 본 발명의 포토레지스트 패턴의 제거 방법을 나타내는 공정도이다.

도 2는 도 1에 도시한 포토레지스트 패턴의 제거 방법에 적용되는 온도를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 에싱 장치의 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

50 : 반도체 기판 60 : 게이트 전극

72 : 비 변질층 74 : 제2변질층

76 : 제1변질층

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토레지스트 패턴 제거 방법은,

이온주입 공정에 의해 변질된 제1 및 제2변질층과 변질되지 않는 비 변질층을 포함하는 포토레지스트 패턴이 형성된 반도체 기판을 제1공정온도로 가열함으로서 상기 포토레지스트 패턴의 팝핑(popping) 현상을 방지함과 동시에 상기 제1변질층을 제거하는 단계; 및

상기 제1공정온도보다 높은 제2공정온도까지 상승시켜 상기 반도체 기판을 가열시킴으로서 상기 제2변질층과 비 변질층을 제거하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 방법으로 이온주입 공정으로 변질된 포토레지스트 패턴을 단계별로 제거함으로 인해 상기 포토레지스트 패턴의 팝핑 현상의 방지 및 상기 반도체 장치와 에싱 장치의 오염을 효과적으로 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1a 내지 1d는 본 발명의 포토레지스트 패턴의 제거 방법을 나타내는 공정도이고, 도 2는 도 1a 내지 1d에서 도시한 포토레지스트 패턴의 제거 방법에 적용되는 온도를 나타내는 그래프이다.

도 1a을 참조하면, 먼저, 엑티브(active) 영역 및 필드(field) 영역이 구분되어 있는 반도체 기판(50) 상에 게이트 산화막, 금속 실리사이드층, 금속층 및 절연층을 순차적으로 적층하였다.

그리고 상기 절연층 상부에 포토레지스트 막을 도포한 후, 통상의 사진공정에 의해 게이트 전극을 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(70)을 형성하고, 이렇게 형성된 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 식각 공정을 수행함으로서 게이트 전극(60)을 형성하였다.

상기와 같은 공정으로 인해 생성된 결과물을 이온주입 마스크로 이용하여 상기 반도체 기판(50) 하부에 불순을 주입하기 위한 이온 주입 공정을 수행함으로서 트랜지스터의 소오스/드레인 영역(도시하지 않음)을 형성하였다.

이후, 상기 식각 마스크 및 이온주입 마스크로 사용된 포토레지스트 패턴을 에싱 처리 공정을 수행하여 제거해야한다. 그러나 상기 포토레지스트 패턴(70)은상기 이온주입 공정 조건에 의해 제1변질층(76), 제2변질층(74) 및 비 변질층(72)으로 형성되기 때문에 에싱 공정의 온도 조절이 매우 중요하다.

이는 고온의 조건에서 에싱 공정을 수행할 때 상기 포토레지스트 패턴(70)의 내부에 형성된 비 변질층(72)에서 가스가 발생된다. 이렇게 발생된 가스는 제1변질층(76) 및 제2변질층(74)에 의해 외부로 빠져나갈 수 없음으로 인해 상기 포토레지스트 패턴(70)의 내부의 압력을 증가시킨다. 그리고, 상기 가스의 압력이 상기 포토레지스트 패턴이 견딜 수 없는 시점에 이르면 결국 상기 포토레지스트 패턴(70)이 터지는 팝핑(popping) 현상이 발생하기 때문이다.

상기 제1변질층(76)은 이온주입 공정 조건에 의해서 경화되고, 이온 불순물이 도핑된 제1탄화층이다. 상기 제2변질층(74)은 이온주입 공정 조건에 의해서만 경화된 제2탄화층이다. 그리고, 상기 비 변질층(72)은 이온 주입 공정 조건의 영향을 받지 않아 경화되지 않은 내부 포토레지스트 패턴이다.

도 1b 및 도 2를 참조하면, 포토레지스트 패턴(70)이 존재하는 반도체 기판을 100 내지 130℃의 제1 에싱 공정 온도로 가열함으로서 상기 포토레지스트 패턴(70) 내부의 비 변질층(72)에서 가스가 발생하기 전에 상기 이온주입 공정 조건으로 인해 경화된 포토레지스트 패턴의 일부인 제1변질층(76)을 제거한다.

상기 제1에싱 공정 온도는 120℃인 것이 바람직하다. 이는 상기 포토레지스트 패턴(70)의 내부의 가스 발생을 방지하면서, 상기 제1변질층(76)을 가장 용이하게 제거시키는 온도이다. 따라서, 상기 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 베이킹 공정온도 보다 약 5 내지 10℃ 정도의 높은 120℃하에서 제1 에싱공정을 수행하는것이 가장 바람직 하다.

도 1c 및 도 2c를 참조하면, 이어서 제1변질층(76)이 제거된 포토레지스트 패턴(70a)이 존재하는 상기 반도체 기판(50)을 상기 제1 에싱 공정온도보다 높은 제2 에싱 공정온도인 250 내지 320℃ 까지 점진적으로 온도를 상승시켜 가열한다. 상기와 같이 온도가 상승하는 동안 상기 포토레지스트 패턴(70a) 내부의 가스 발생으로 인한 포토레지스트 패턴의 팝핑(popping) 현상을 방지하는 동시에 상기 이온주입 공정 조건으로 인해 탄화된 포토레지스트 패턴(70a)의 제2변질층(74)을 용이하게 제거할 수 있다.

도 1d 및 도 2를 참조하면, 이후에, 제1변질층 및 제2변질층이 제거된 포토레지스트 패턴(70b)이 존재하는 반도체 기판(50)을 250 내지 320℃의 제2 에싱 공정 온도에서 가열함으로서 상기 탄화되지 않은 포토레지스트 막의 일부인 비 변질층(72)을 제거한다.

상기와 같은 에싱 공정을 수행함으로서 포토레지스트의 팝핑 현상 방지함과 동시에 상기 반도체 기판 및 에싱 장치의 오염을 방지할 수 있다.

도 3은 본 발명의 포토레지스트 패턴을 제거하는 에싱 장치를 나타내는 구성도이다.

도 3을 참조하면, 반도체 기판(100) 상에 형성된 포토레지스트 막을 제거하는 에싱 공정이 수행되는 공정 챔버(102)가 도시되어 있다. 공정 챔버(102)의 내부에는 반도체 기판(100)이 놓여지는 플레이트(104)가 구비되고, 상기 플레이트(104)의 내부에는 상기 반도체 기판(100)을 가열하기 위한 히터(106)가 내장되어 있다.

그리고 상기 공정 챔버(102)의 일측부에는 상기 반도체 기판(100)이 출입되는 도어(108)가 구비되어 있고, 다른 일측부에는 공정 챔버(102)의 내부를 진공 상태로 형성하고, 상기 에싱 공정이 수행되는 도중에 발생하는 반응 부산물을 배출하기 위한 배기펌프(110)가 연결되어 있다. 이때, 공정 챔버(102)와 배기 프(110)를 연결하는 라인에는 각종 밸브(도시되지 않음)가 설치되어 연결 라인의 개폐 및 개폐 정도를 조절해 주는 역할을 한다.

상기 공정 챔버(102) 내부로 이송되는 반도체 기판(100)의 가장자리를 지지하고, 상하로 운동할 수 있는 다수개의 리프트 핀(112)이 플레이트의 상부 면을 관통하여 설치되어 있다.

먼저, 공정 챔버(102)의 외부에 구비되는 이송 로봇(도시되지 않음)에 의해 반도체 기판(100)이 도어(108)를 통해 공정 챔버(102) 내부로 이송되어 플레이트(104)의 상부에 위치된다. 이어서, 리프트 핀(112)이 상승하여 반도체 기판(100)의 가장자리를 지지하여 상기 이송 로봇으로부터 들어올린다. 그리고, 상기 이송 로봇이 공정 챔버(102) 외부로 이동하면 펌프(110)가 작동되어 공정 챔버(102) 내부를 진공 상태로 형성한다.

이어서, 에싱 공정이 수행되면 공정 순서에 맞게 반도체 기판(100)의 위치를 이동시킨다. 에싱 공정이 종료되면 상기 리프트 핀(112)은 반도체 기판(100)을 들어올리고, 상기 이송 로봇이 공정 챔버(102) 내부로 이동하여 플레이트(104) 상부에 위치된다. 이어서, 리프트 핀(112)이 하강하여 반도체 기판(100)을 상기 이송 로봇에 안착시키면, 상기 이송 로봇은 반도체 기판(100)을 파지하고, 공정챔버(102) 외부로 이동한다.

즉, 상기와 같이 리프트 핀(112)은 에싱 공정을 수행하기 위해 반도체 기판(100)을 로딩 및 언로딩 기능을 수행한다.

한편, 공정 챔버(102)의 상부 일측부에는 에싱 공정에 사용되는 플라즈마를 형성하는 플라즈마 발생 챔버(116)가 연결되어 있고, 상기 플라즈마 발생 챔버(116)의 일측부에는 에싱 가스 공급부(118)가 연결되어 있다.

상기와 같은 에싱 장치에서 플라즈마 발생과 반도체 기판(100) 상에 형성된 포토레지스트 막의 제거를 간략하게 설명하면 다음과 같다.

상기 에싱 가스 공급부(118)를 통해 에싱 가스가 플라즈마 발생 챔버(116)로 공급되고, 동시에 마이크로웨이브가 가해지면, 상기 플라즈마 발생 챔버(116)의 내부에 공급된 에싱 가스가 플라즈마 상태로 형성된다.

상기와 같이 형성된 상기 플라즈마는 플라즈마 전송판(120)을 통하여 공정 챔버(102)로 흐른다. 상기 플라즈마에서 충전 입자들은 플라즈마 전송판(120)에 의하여 포획되고 충전되지 않은 중성 활성종 만이 플라즈마 전송판(120)을 통하여 공정 챔버(102)로 유입되어 반도체 기판(100)의 표면으로 공급된다. 상기 중성 활성종이 반도체 기판(100) 상에 형성된 포토레지스트 막과 반응하여 상기 포토레지스트 막을 반도체 기판(100)으로부터 제거한다.

이때, 상기 반응을 원활하게 하기 위해 적정 수준의 온도인 120℃로 반도체 기판(100)을 가열한다. 즉, 히터가 내장된 플레이트(104) 상에 반도체 기판(100)을 안착시키면, 상기 기판을 약 120℃로 유지시키면서 반도체 기판(100)의 포토레지스트 패턴의 팝핑 현상을 방지하는 동시에 초기 경화된 포토레지스트 패턴의 제1변질층을 제거한다.

이어서, 상기 반도체 기판을 120℃ 보다 높은 온도로 점진적으로 상승시켜 가열하는 동안에 상기 포토레지스트 패턴의 팝핑 현상을 방지하면서 제2변질층을 제거한다. 이후 고온의 에싱 조건을 유지하면서 상기 포토레지스트 패턴의 비 변질층을 제거한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 포토레지스트 패턴을 제거하는 에싱 장치의 공정온도를 단계적으로 변화시키면서 상기 포토레지스트 패턴의 제거 공정을 수행함으로서 상기 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴의 팝핑 현상을 방지함과 동시에 상기 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있다. 따라서 포토레지스트 패턴 제거에서 팝핑 현상의 방지에 따른 공정 불량을 감소시킬 수 있고, 반도체 장치의 정비 주기를 연장시킬 수 있어 반도체 장치의 제조 공정 시간을 단축시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 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.

Claims (5)

1. 이온주입 공정에 의해 변질된 제1 및 제2변질층과 변질되지 않는 비 변질층을 포함하는 포토레지스트 패턴이 형성된 반도체 기판을 제1공정온도로 가열함으로서 상기 포토레지스트 패턴의 팝핑(popping) 현상을 방지함과 동시에 상기 제1변질층을 제거하는 단계; 및

   상기 제1공정온도보다 높은 제2공정온도까지 상승시켜 상기 반도체 기판을 가열시킴으로서 상기 제2변질층과 비 변질층을 제거하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 제거 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1변질층은 이온주입 공정 조건에 의해서 탄화되고, 불순물이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 제거 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2변질층은 상기 반도체 기판이 상기 제1공정온도에서 상기 제2 공정온도로 가열되는 도중에 제거되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 제거 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1공정온도는 100℃ 내지 130℃인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 제거 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2공정온도는 260℃ 내지 320℃인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 제거 방법.