KR20070073382A - 기판 뒷면의 세정 방법 및 기판 처리 방법 - Google Patents

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Abstract

플라즈마를 이용하여 기판 뒷면의 잔류물을 완전히 제거할 수 있는 기판 뒷면의 세정 방법 및 기판 처리 방법이 개시되어 있다. 기판 스테이지 상에 안착된 기판에 플라즈마를 형성시켜 식각 공정을 수행한다. 상기 공정이 수행된 기판을 기판 스테이지의 상면으로부터 이격시킨다. 상기 기판의 하부에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 뒷면에 흡착된 잔류물을 제거한다. 이와 같이, 플라즈마를 이용하여 식각 공정을 수행하고 인-시튜로 세정 공정을 진행할 수 있어 기판 처리 공정이 단순화된다. 또한, 상기 기판을 이격시키고, 상기 이격으로 인해 정의되는 기판 하부의 공간에 플라즈마를 형성시킴으로서, 기판의 앞면이 손상되지 않고 기판의 뒷면에 흡착된 잔류물이 제거될 수 있어 파티클 불량을 방지할 수 있다.

Description

기판 뒷면의 세정 방법 및 기판 처리 방법{Method of cleaning the backside of a substrate and method of treating the substrate}
도 1은 본 발명의 기판 세정 공정이 수행되는 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 뒷면의 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 : 건식 식각 장치 102 : 챔버
104 : 상부 전극 106 : 진공 펌프
110 : 몸체 118 : 포커스 링
200 : 기판 스테이지 225 : 스테이지
230 : 전극 234 : 제1 RF 전원부
142 : 리프트 핀 150 : 제2 RF 전원부
본 발명은 기판 뒷면의 세정 방법 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 건식 식각 공정을 진행할 때 기판의 뒷면 에지 부위에 증착된 부산물을 제거하는 기판 뒷면의 세정 방법 및 상기 세정 공정이 포함되는 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치의 제조는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다. 상기 패턴은 화학 기상 증착, 스퍼터링, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP), 세정 등과 같은 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 수행에 의해 형성된다.
상기와 같은 단위 공정들 중에서 식각 공정은 주로 건식 식각에 의해 수행되고 있으며, 상기 건식 식각은 공정이 수행되는 챔버 내로 주입된 반응 가스를 플라즈마(plasma) 상태로 변환하여 상기 플라즈마 상태의 반응 가스와 기판 상의 피가공막이 화학 반응함으로서 상기 피가공막의 특정 영역을 제거하는 것이다.
그러나, 상기 건식 식각 공정을 수행한 후 금속, 폴리머(polymer) 및 다결정 실리콘 등과 같은 증착 물질의 잔류물이 완전히 제거되지 않아 후속 공정 진행 시 정렬 노광 공정에서 포커스 불량을 유발하거나 파티클(particle) 불량을 유발하게 된다. 특히, 기판 스테이지에 안착된 기판의 드러난 뒷면 에지 부위에 증착되어 제거되지 못한 잔류물들이 문제가 된다. 이로 인해, 기판 상에 식각 공정을 수행한 후에는 기판의 뒷면에 부착되어 있는 이물질 및 잔류물을 제거하는 세정 공정이 진행되어야 한다.
상기 기판의 뒷면을 세정하는 방법으로는 크게 화학적 세정 방법(chemical cleaning method) 및 물리적 세정 방법(mechanical cleaning method)으로 구분할 수 있다. 화학적 세정 방법이란 소정의 화합물을 포함하는 세정액을 식각 공정에서의 잔류물 등과 화학적으로 반응시켜 상기 잔류물을 기판의 뒷면으로부터 제거하는 방법을 말한다. 예를 들면, 상기 세정액으로는 황산(H2SO4)을 포함하는 세정액을 사용하는 피라나(piranha) 세정 또는 암모니아(NH4OH)를 포함하는 세정액을 사용하는 SC1(Standard Cleaning 1)등이 있다. 이와 달리, 물리적 세정 방법은 잔여물이 부착된 기판을 회전 또는 고정시킨 후에, 순수(deionized water)를 소정의 압력으로 분사하거나, 순수 및 브러쉬 등을 사용하여 물리적으로 상기 잔여물을 제거하는 방법을 말한다.
상기 기판의 뒷면에 증착된 잔류물을 제거하는 화학적 세정 방법의 일 예로서, 한국 특허공개공보 제2004-0064744호에서는 기판을 증착 챔버로 인입하여 상기 기판 상에 물질막을 증착시키고 상기 기판을 증착 챔버에서 인출한 후, 상기 기판의 앞면 및 뒷면을 발진된 순수(DeIonized water : DI water)를 사용하여 세정하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 화학적 세정을 통한 기판 뒷면의 세정 방법은 식각 공정 이후 증착 챔버에서 외부로 인출하여 세정 공정을 진행하였기 때문에 공정이 복잡하고 생산성이 떨어지는 문제점을 갖는다. 또한, 패턴이 형성된 기판의 앞면에 분사되는 순수 등의 세정액이 분사되면서 상기 패턴을 회손시킬 수 있는 문제점을 갖는다. 따라서, 기판의 앞면에 손상을 주지 않고 기판의 뒷면 에지 부위에 증착된 잔류물을 제거하는 방법이 요구된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 플라즈마를 이용하여 식각 공정을 수행한 기판의 앞면이 손상되지 않으면서 뒷면에 증착된 잔류물을 제거할 수 있는 기판 뒷면의 세정 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기판의 세정 방법을 포함하는 기판 처리 방법을 제공하는데 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 뒷면의 세정 방법은 기판 스테이지 상에 안착된 공정이 종료된 기판을 상기 기판 스테이지의 상면으로부터 이격시킨다. 상기 기판의 하부에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 뒷면에 흡착된 잔류물을 제거한다.
보다 바람직하게는, 상기 플라즈마를 형성하는 단계는 상기 기판 스테이지에 RF 전원을 인가한 후 상기 기판의 하부로 식각 가스를 제공함으로써 플라즈마를 형성한다. 이때, 상기 기판은 리프트 핀을 이용하여 이격되며, 상기 그라운드 상태를 갖는 리프트 핀에 접지된다.
상기 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법은 가스 제공부를 통해 유입되는 반응 가스로 플라즈마를 형성시켜 기판 스테이지 상면에 안착된 기판에 식각 공정을 수행한다. 상기 식각 공정이 수행된 기판을 상기 기판 스테이지의 상면으로부터 이격시킨다. 상기 기판의 하부에 플 라즈마를 형성하여 상기 기판의 뒷면에 흡착된 잔류물을 제거한다.
상술한 바와 같은 본 발명의 기판 뒷면의 세정 방법 및 기판 처리 방법에 따르면, 기판에 플라즈마를 이용하는 식각 공정이 완료된 후 기판의 뒷면 에지 부위에 적층되는 잔류물은 상기 기판을 기판 스테이지로부터 이격시키고 상기 기판 하부로 플라즈마를 형성하여 세정할 수 있어, 기판의 앞면에 손상을 주지 않으면서 완전히 제거시킬 수 있다. 이러한 세정 방법은 기존의 세정액을 이용한 화학적 세정을 통한 세정 방법에 비해 공정이 단순화되어 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 후속의 정렬 노광 시에 상기 기판 뒷면에 적층된 잔류물로 인한 기판의 포커스 불량이나 파티클 불량을 크게 감소시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 당업자에게 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 각 요소들의 크기 및 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.
도 1은 본 발명의 기판 뒷면의 세정 공정이 수행되는 건식 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 기판(W) 뒷면의 세정 공정이 수행되는 건식 식각 장치(100)는 챔버(102)와, 챔버(102) 내부에 구비되고 상기 기판(W)을 지지하기 위한 기판 스테이지(200)와, 챔버(102)의 상측 부위에 구비되고 기판(W)을 가공하기 위한 가스를 챔버(102) 내부로 제공하며 상기 제공된 가스로 상기 기판(W) 상의 피가공막을 식각할 수 있도록 플라즈마 상태로 형성시키기 위한 RF(radio frequency) 전원이 인가되는 상부 전극(104)을 포함한다.
상기 챔버(102)는 상기 기판 스테이지(200) 및 상부 전극(104)을 수용하며, 상기 기판(W)의 가공 공정 중 식각 공정 및 기판 (W) 뒷면의 세정 공정을 수행하기 위한 공간을 제공한다.
상기 챔버(102)의 일측에는 챔버(102) 내부를 진공으로 형성하기 위한 진공 펌프(106)가 연결되고, 챔버(102)와 진공 펌프(106)를 연결하는 진공 라인(108)에는 챔버(102) 내부의 진공도를 조절하기 위해 진공 라인(108)을 개폐시키는 드로틀 밸브(throttle valve ; 110) 및 게이트 밸브(112)가 설치되어 있다. 또한, 챔버(102)의 일측에는 기판(W)이 이동되는 도어(114)가 구비되어 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 기판(W)은 이송 로봇에 의해 챔버(102) 내부로 이동된다.
상기 기판 스테이지(200)는 챔버(102)의 하부에 구비되어 상기 챔버(102) 내부로 제공되는 기판(W)을 지지하며, 상기 식각 공정이 수행된 기판(W)이 놓여지는 스테이지(225)를 포함한다. 상기 스테이지(225)는 세라믹을 포함하는 물질로 이루어진 세라믹 플레이트(220)와 세라믹 플레이트(220)가 부착되는 알루미늄 재질의 몸체(210)를 포함한다. 다른 예로, 상기 세라믹 플레이트(220)는 RF 전원이 인가되도 안정적인 플라즈마를 형성할 수 있도록 아노다이징(anodizing) 처리된 금속 물 질로 형성될 수 있다. 상기 스테이지(225)의 내부에는 기판(W)을 흡착하여 고정시키기 위한 정전기력을 발생시키는 전극(230)이 내장된다. 상기 전극(230)에는 상기 정전기력을 발생시키기 위한 RF 전원이 인가되는 제1 RF 전원부(234)가 연결되며, 이때 전극(230)과 기판(W) 사이에 있는 스테이지(225)의 상측 부위는 유전체 역할을 하게 된다.
또한, 기판 스테이지(200)의 스테이지(225)에는 상기 스테이지(225)를 관통하는 리프트 홀(232)이 형성되어 있다. 상기 리프트 홀(232)은 상기 스테이지(225) 상면으로 기판(W)을 로딩 및 언로딩시키기 위한 리프트 핀(142)들이 수직 구동되는 통로이다. 특히, 상기 리프터 핀(142)은 스테이지(225)에 놓여진 기판(W) 뒷면의 세정 공정을 수행하는 경우 사용되며, 스테이지(225)의 하부에 존재하는 리프터들(140)을 이용하여 수직 방향으로 구동시킴으로써 상기 기판(W)을 기판 스테이지(200)로부터 이격시킨다.
또한, 기판(W)이 안착되는 기판 스테이지(200)의 가장자리에는 플라즈마를 기판(W)으로 안내하기 위한 실리콘 재질의 포커스 링(118)이 구비되어 있다. 상기 포커스 링(118)의 외측에는 절연을 위한 석영 재질의 커버 링(120)이 구비되어 있고, 상부 전극(104)의 하부면 가장자리에는 상기 플라즈마를 기판(W)으로 안내하기 위한 상부 링(upper ring, 122)이 구비되어 있다.
상기 상부 전극(104)은 챔버(102)의 상측 부위에 구비되며, 알루미늄 재질의 제1 전극(104a)과 제2 전극(104b) 및 실리콘 재질의 제3 전극(104c)을 포함한다. 제1 전극(104a)에는 제2 RF 전원부(150)가 연결되어 있으며 가스 제공부(124)와 연 결되는 제1 관통공(104d)이 형성되어 있다.
상기 제1 전극(104a)과 제2 전극(104b) 사이에는 기판(W)을 가공하기 위한 가스가 수납되는 공간(104e)이 형성되어 있으며, 제2 전극(104b) 및 제3 전극(104c)에는 상기 가스를 챔버(102) 내부로 균일하게 제공하기 위한 다수 개의 제2 관통공(104f)이 형성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 상기 건식 식각 장치(100)를 이용하면 기판(W) 상에 형성된 막을 식각시켜 패턴을 형성하는 식각 공정이 수행될 수 있다. 또한, 상기 식각 공정에서 발생되어 기판(W) 뒷면에 증착된 잔류물을 제거하는 세정 공정도 인-시튜(in-situ)로 수행할 수 있다.
도 2는 도 1의 건식 식각 장치를 이용한 상기 기판 뒷면의 세정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 기판 스테이지(200) 상에 안착된 공정이 수행된 기판(W)을 기판 스테이지(200) 상면으로부터 이격시킨다(S10).
상기 기판(W)은 기판(W) 상에 형성된 막이 식각되어 패턴을 형성하는 식각 공정이 완료된 기판(W)이다. 상기 기판(W)을 상기 기판(W)의 뒷면 에지 부위에 형성된 식각 부산물 또는 잔류물을 제거하기 위해 상기 기판(W)의 뒷면이 노출되도록 기판 스테이지(200)로부터 이격시킨다. 이때, 상기 기판(W)은 하부에 구비된 다수 개의 리프트 핀(142)을 이용하여 수직 구동되는데, 그로 인해 기판(W)과 상기 기판 스테이지(200)의 사이에는 공간(300)이 형성된다.
이어서, 상기 기판(W)을 이격시킨 이후 상기 기판(W)의 하부에 플라즈마를 형성한다(S20).
구체적으로 상기 기판(W)이 상기 기판 스테이지(200)의 상면으로부터 이격됨으로 인해 정의되는 공간(300) 내부로 상기 기판(W)의 뒷면에 흡착된 잔류물을 제거하기 위한 식각 가스를 제공한다. 이렇게 상기 공간(300)으로 제공된 식각 가스는 상기 기판 스테이지(200)에 RF 전원을 인가하여 형성한 전기장으로 인해 이온화되어 고 에너지를 갖는 입자들로 구성된 플라즈마로 형성된다.
이때, 상기 기판(W)은 그라운드 상태를 갖는 리프트 핀에 의해 지지되어 있기 때문에 그라운드 상태를 갖는다.
이어서, 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판(W)의 하부에 흡착된 잔류물을 제거한다(S30).
구체적으로 상기 플라즈마 내에 형성된 이온은 양전하를 가지고 있어 상기 공간(300)에서 전기적 인력에 의해 가속되고, 그라운드 상태인 기판(W)의 뒷면과 충돌된다. 이때, 상기 식각 가스로부터 발생된 상기 플라즈마 내에 형성된 이온은 기판(W)의 뒷면에 충격을 가하여 기판(W)의 뒷면으로부터 상기 흡착된 잔류물을 이탈시킨다.
상기와 같은 과정을 통해 상기 기판(W)의 뒷면 부위에 증착된 잔류물을 완전히 제거시킬 수 있으며, 상기 세정 공정 동안 기판(W)의 상면으로는 플라즈마가 형성되지 않아 기판(W)의 상면에 형성된 막이 손상되는 문제점을 방지할 수 있다.
이하, 상기 기판 뒷면의 세정 공정이 적용되는 기판을 처리하는 방법을 설명한다.
먼저, 다층막이 형성된 기판의 최상층 막의 상부면에 식각 마스크로서 포토레지스트 패턴이 형성된다. 이어서, 챔버 내부에 상기 최상층 막을 식각하기 위한 공정 분위기가 조성된다. 즉, 챔버 내에 가스 제공부를 통해 플라즈마 형성을 위한 반응 가스가 유입되고, 상기 챔버의 상부 전극에 RF 전원이 인가된다. 이때 상기 기판 스테이지는 그라운드 상태이며, 상기 챔버 내부는 소정의 압력 및 온도를 갖도록 조성된다.
그러면, 상기 반응 가스는 해리되어 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마 내에 형성된 이온들이 기판 상의 상기 막과 반응함으로서 제거되어 패턴을 형성하는 식각 공정이 수행된다.
상기 식각 공정이 진행된 이후, 상기 식각 공정이 수행된 기판을 기판 스테이지의 상면으로부터 이격시킨다. 상기 기판이 이격으로 인해 정의되는 기판의 하부와 기판 스테이지 상부 사이의 공간에 플라즈마를 형성한다. 상기 공간으로 세정 공정을 수행하기 위해 식각 가스가 제공되고, 상기 식각 가스는 상기 기판 스테이지에 RF 전원을 인가시켜 형성한 전기장으로 인해 이온화되어, 고 에너지를 갖는 입자들로 구성된 플라즈마로 형성된다. 상기 플라즈마를 이용하여 상기 기판의 뒷면에 흡착된 잔류물을 제거한다. 그 결과, 기판 뒷면의 세정 공정이 적용된 기판 처리 공정이 완료된다.
이때, 상기 기판 뒷면의 세정 공정은 식각 공정이 이루어진 건식 식각 장치에서 인-시튜로 진행된다. 따라서, 기존의 세정액을 사용한 화학적 세정을 수행한 경우 화학적 세정 장치나 세정 전용의 건식 식각 장치로 이동하여 세정 공정을 수 행할 때보다 기판 처리 공정의 단순화를 이룰 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 기판 뒷면의 세정 방법 및 기판 처리 방법에 따르면, 기판에 플라즈마를 이용하는 식각 공정이 완료된 후 기판의 뒷면 에지 부위에 적층되는 잔류물은 상기 기판을 기판 스테이지로부터 이격시키고 상기 기판 하부로 플라즈마를 형성하여 세정할 수 있어, 기판의 앞면에 손상을 주지 않으면서 완전히 제거시킬 수 있다. 이러한 세정 방법은 기존의 세정액을 이용한 화학적 세정을 통한 세정 방법에 비해 공정이 단순화되어 생산성이 향상될 수 있다. 또한, 후속의 정렬 노광 시에 상기 기판 뒷면에 적층된 잔류물로 인한 기판의 포커스 불량이나 파티클 불량을 크게 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 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. 기판 스테이지 상에 안착된 공정이 종료된 기판을 상기 기판 스테이지의 상면으로부터 이격시키는 단계; 및
    상기 기판의 하부에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 뒷면에 흡착된 잔류물을 제거하는 단계를 포함하는 기판 뒷면의 세정 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마를 형성하는 단계는
    상기 기판 스테이지에 RF 전원을 인가하는 단계;
    상기 기판의 하부로 식각 가스를 제공함으로써 플라즈마를 형성하는 단계를 포함하는 기판 뒷면의 세정 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 리프트 핀을 이용하여 이격되며, 상기 그라운드 상태를 갖는 리프트 핀에 접지되는 것을 특징으로 하는 기판 뒷면의 세정 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 기판 스테이지는 아노다이징(anodizing) 처리된 금속 물질 또는 세라믹을 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 뒷면의 세정 방법.
  5. 가스 제공부를 통해 유입되는 반응 가스로 플라즈마를 형성시켜 기판 스테이 지 상면에 안착된 기판에 식각 공정을 수행하는 단계;
    상기 식각 공정이 수행된 기판을 상기 기판 스테이지의 상면으로부터 이격시키는 단계; 및
    상기 기판의 하부에 플라즈마를 형성하여 상기 기판의 뒷면에 흡착된 잔류물을 제거하는 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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