KR20080026129A - 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법 및 이를 수행하기위한 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법 및 이를 수행하기위한 장치 Download PDF

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Abstract

비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체의 액체 상태를 유지하기에 충분한 압력에서 반도체 웨이퍼가 재치되는 체적 내의 압력을 유지한다. 전구체 유체를 액체 상태로 유지하면서 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야 할 물질에 근접하도록 전구체 유체를 공급한다. 반도체 웨이퍼가 재치되는 체적 내의 웨이퍼 상에 공급된 전구체 유체가 비뉴턴 유체로 변환되도록 상기 체적 내의 압력을 감소시킨다. 비뉴턴 유체로의 변환 동안, 전구체 유체의 팽창과 웨이퍼에 대한 전구체 유체의 이동에 의해, 변환된 비뉴턴 유체가 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거한다.
전구체 유체, 비뉴턴 유체, 반도체 웨이퍼, 포토레지스트

Description

반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법 및 이를 수행하기 위한 장치 {METHOD FOR REMOVING MATERIAL FROM SEMICONDUCTOR WAFER AND APPARATUS FOR PERFORMING THE SAME}
반도체의 제조 동안, 집적 회로는 실리콘 등의 물질로 정의되는 반도체 웨이퍼 ("웨이퍼") 상에 형성한다. 집적 회로를 웨이퍼 상에 형성하기 위해서는, 각종 타입의 트랜지스터, 레지스터, 다이오드 및 커패시터 등의 다수의 (예컨대, 수백만) 전자 디바이스를 제조하는 것이 필요하다. 전자 디바이스의 제조는 웨이퍼 상의 정확한 지점에 물질을 증착, 제거, 및 주입하는 것을 수반한다. 포토리소그래피로 불리는 공정은 웨이퍼 상의 정확한 지점에 물질을 증착, 제거, 및 주입하기 위해서 통상적으로 이용된다.
포토리소그래피 공정에서는, 웨이퍼 상에 포토레지스트 물질을 먼저 증착한다. 다음 포토레지스트 물질을 레티클에 의해 필터링된 광으로 노광한다. 레티클은 일반적으로, 광이 레티클을 통과하는 것을 블로킹하는 예시적인 기하학적 피쳐 (feature) 로 패터닝된 유리판이다. 레티클을 통과한 이후, 광은 포토레지스트 물질의 표면에 접촉한다. 광은 노광된 포토레지스트 물질의 화학적 구성을 변화시킨다. 포지티브 포토레지스트 물질인 경우, 노광은 노광된 포토레지스트 물질이 현상액에 용해되지 않게 한다. 반대로, 네거티브 포토레지스트 물질인 경우, 노광은 노광된 포토레지스트 물질이 현상액에 용해되게 한다. 노광 이후, 포토레지스트 물질의 용해성 부분을 제거하고, 패터닝된 포토레지스트 층을 남겨둔다.
다음, 패터닝된 포토레지스트 층으로 커버되지 않은 웨이퍼 영역에 물질을 제거, 증착, 또는 주입하기 위해서 웨이퍼를 프로세싱한다. 상기 웨이퍼 프로세싱은 포토레지스트의 제거를 보다 어렵게 하기 위한 방식으로 포토레지스트 층을 개질하는 경우가 있다. 예를 들어, 플라즈마 식각 공정의 경우, 포토레지스트의 외부층을 하부 포토레지스트보다 상당히 덜 반응적인 하드 크러스트 (crust) 로 변환시킨다. 웨이퍼 프로세싱 이후, 소위 포토레지스트 스트립 공정에서, 플라즈마 식각 이후 남겨진 다른 종류의 폴리머 잔유물은 물론, 패터닝된 포토레지스트 층의 잔유물을 웨이퍼로부터 제거할 필요가 있다. 포토레지스트 스트립 공정에서 포토레지스트 및 폴리머 물질을 완전히 제거하는 것이 중요한데, 이는 웨이퍼 표면 상에 잔류하는 상기 물질이 집적 회로의 결함을 일으킬 수 있기 때문이다. 또한, 포토레지스트 스트립 공정은 웨이퍼 상에 존재하는 하부 물질의 화학적 개질 또는 물리적 손상을 피하기 위해서 조심스럽게 수행해야 한다. 하부 웨이퍼 물질에 대한 화학적 개질 및/또는 손상을 덜 가하면서 포토레지스트 및 폴리머 물질의 보다 완전한 제거를 이룰 수 있도록 포토레지스트 스트립 공정에서의 개선이 요구된다.
일 실시형태에서, 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하기 위한 방법을 개시한다. 상기 방법은 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체 (precursor fluid) 의 액체 상태를 유지하기에 충분하도록, 반도체 웨이퍼가 재치되는 체적 내 압력을 유지하는 공정을 포함한다. 또한, 상기 방법은 전구체 유체를 액체 상태로 유지하면서 상기 반도체 웨이퍼 상에 전구체 유체를 공급하는 공정을 포함한다. 보다 구체적으로, 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야 하는 물질에 근접하도록 전구체 유체를 공급한다. 상기 방법은 반도체 웨이퍼가 재치되는 체적 내 압력을 감소하는 공정을 더 포함한다. 압력 감소에 의해 전구체 유체가 비뉴턴 유체로 변환한다. 비뉴턴 유체로 변환하는 동안, 전구체 유체의 팽창에 의해, 변환된 비뉴턴 유체가 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거한다.
또 다른 실시형태에서, 반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트 및 폴리머 물질을 제거하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 반도체 웨이퍼 상에 용액을 공급하여 벌크 포토레지스트 물질을 제거하는 공정을 포함한다. 용액은 포토레지스트 물질을 통해 침투하여 포토레지스트 크러스트를 남기면서 벌크 포토레지스트 물질을 제거한다. 벌크 포토레지스트 물질을 제거한 이후, 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체가 액체 상태로 유지되면서 반도체 웨이퍼 상에 공급된다. 또한, 전구체 유체는 공급되어 포토레지스트 크러스트를 통해 상기 포토레지스트 크러스트 하부에 위치하는 빈 영역으로 침투한다. 상기 방법은 전구체 유체를 비뉴턴 유체로 변환시키기 위해 반도체 웨이퍼의 주위 압력을 감소시키는 공정을 더 포함한다. 비뉴턴 유체로의 변환 동안 전구체 유체의 팽창에 의해, 변환된 비뉴턴 유체가 포토레지스트 크러스트 및 폴리머 물질을 제거한다.
또 다른 실시형태에서, 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하기 위한 장치를 개시한다. 상기 장치는 유체 인풋이 연결된 챔버를 포함한다. 유체 인풋은 챔버 내에서 지지되는 반도체 웨이퍼 상에 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체를 공급하도록 구성된다. 또한, 상기 장치는 챔버 내의 압력을 조절하도록 구성된 가압 디바이스를 포함한다. 가압 디바이스는 전구체 유체를 반도체 웨이퍼 상에 공급할 때, 전구체 유체를 액체 상태로 유지하기 위해서 챔버 내의 압력을 조절할 수 있다. 상기 장치는 챔버 내의 압력을 저압 환경으로 배출하도록 구성된 압력 배출 디바이스를 더 포함한다. 챔버 내의 압력 배출은 전구체 유체를 액체 상태에서 비뉴턴 유체로 변환시키기에 충분하다. 비뉴턴 유체로의 변환 동안 전구체 유체의 팽창은, 변환된 비뉴턴 유체가 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하도록 하는데 충분하다.
본 발명의 다른 측면과 이점은, 본 발명의 실시예를 통해 설명되는, 첨부된 도면과 함께, 하기 상세한 설명으로부터 보다 분명해질 것이다.
도 1a는 패터닝된 포토레지스트 층이 상부에 정의된 반도체 웨이퍼를 나타낸 것이다;
도 1b는 플라즈마 식각 공정을 상부에서 수행한 후의 도 1a의 패터닝된 포토레지스트 층 및 반도체 웨이퍼를 나타낸 것이다;
도 1c는 종래의 습식 스트립 화학물질을 사용하여 벌크 포토레지스트 부분을 제거한 이후의 도 1b의 반도체 웨이퍼, 포토레지스트 크러스트, 및 폴리머 물질을 나타낸 것이다;
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하기 위한 방법의 플로우 차트를 나타낸 것이다;
도 3a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 도 2 방법의 공정 (201 및 203) 수행 이후의 도 1c의 구성을 나타낸 것이다;
도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 도 2 방법의 공정 (205) 이후의 도 3a의 구성을 나타낸 것이다;
도 3c는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제거된 포토레지스트 크러스트, 제거된 폴리머 물질, 및 비뉴턴 유체를 반도체 웨이퍼로부터 세정해내는 린스 및 건조 공정 이후의 반도체 웨이퍼를 나타낸 것이다;
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트 및 폴리머 물질을 제거하기 위한 방법의 플로우 차트를 나타낸 것이다;
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하는 방법을 수행할 수 있는 공정 챔버를 나타낸 것이다.
다음 설명에서, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 많은 구체적인 내용들을 서술한다. 하지만, 이들 구체적인 내용의 일부 또는 전체 없이도 본 발명을 수행할 수 있음이 당업자들에게는 당연할 것이다. 다른 예에서는, 본 발명을 불필요하게 불명료화 하지 않기 위해서 주지된 프로세스 공정을 상세히 기재하지 않았다.
도 1a는 패터닝된 포토레지스트 층 (103) 이 상부에 정의된 반도체 웨이퍼 (101) 를 나타낸 것이다. 반도체 웨이퍼 (101) 는, 지금까지 있었던 반도체 제조의 정도에 따라, 각종 기하학적 배열의 많은 상이한 물질의 빌드업을 포함할 수 있다. 패터닝된 포토레지스트 층 (103) 은 통상의 포토리소그래피 공정을 적용하여 반도체 웨이퍼 (101) 상에 정의될 수 있다. 본 의제에서, 패터닝된 포토레지스트 층 (103) 은 플라즈마 식각 공정에서 사용되는 플라즈마로부터 반도체 웨이퍼 (101) 의 커버된 부분을 보호하기 위한 마스크로서 작용한다. 이로써, 패터닝된 포토레지스트 층 (103) 에 의해 반도체 웨이퍼 (101) 에 식각될 수 있는 패턴이 또한 정의된다.
본 의제의 플라즈마 식각 공정과 같은 몇 가지 웨이퍼 프로세싱 공정은, 플라즈마에 노출되는 패터닝된 포토레지스트 층의 일정 두께를 포토레지스트 크러스트로 변환시킬 수 있다. 도 1b는 플라즈마 식각 공정을 상부에서 수행한 후의 도 1a의 패터닝된 포토레지스트 층 (103) 및 반도체 웨이퍼 (101) 를 나타낸 것이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 플라즈마 식각 공정 이후, 패터닝된 포토레지스트 층 (103) 은 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 및 포토레지스트 크러스트 (103b) 로 정의되며, 여기서 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 은 포토레지스트 크러스트 (103b) 아래에 위치한다.
플라즈마 식각 공정을 수행하기 이전에는, 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 정의하는 포토레지스트 물질이 패터닝된 포토레지스트 층 (103) 을 정의하는 포토레지스트 물질과 본질적으로 동일하다. 하지만, 포토레지스트 크러스트 (103b) 는 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 과 상당히 상이하다. 예를 들어, 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 과 달리, 포토레지스트 크러스트 (103b) 는 반도체 웨이퍼 (101) 표면에 강하게 부착하는 보다 단단한 다공성 물질이다.
또한, 플라즈마 식각 공정은 반도체 웨이퍼 (101) 표면 상에 폴리머 물질 (104) 을 남길 수 있다. 식각 공정 동안, 식각 공정의 부산물과 플라즈마 내의 종들의 반응에 의해 폴리머 물질 (104) 이 생성될 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리머 물질 (104) 은, 기판으로부터의 종들을 포함하는 불화탄소계 물질일 수 있다.
플라즈마 식각 공정 이후, 벌크 포토레지스트 부분 (103a), 포토레지스트 크러스트 (103b), 및 폴리머 물질 (104) 을 완전히 제거하는 것이 필요하다. 또한, 포토레지스트 및 폴리머 물질은 반도체 웨이퍼 (101) 의 하부 피쳐들에 대해 화학적 또는 물리적 손상을 가하지 않고 제거되어야 한다. 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 제거하기 위한 하나의 방법은 습식 스트립 공정의 수행을 포함한다. 습식 스트립 공정에서, 반도체 웨이퍼 (101) 및 포토레지스트 물질 상부에 습식 스트립 화학물질을 공급한다. 습식 스트립 화학물질은 다공성 포토레지스트 크러스트 (103b) 를 침투하여, 용해 공정을 통해서 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 제거하도록 한다. 습식 스트립 화학물질의 몇 가지 예는 그들 중에서, ATMI, Inc.에서 제조된 AP902 및 Air Products and Chemicals, Inc.에서 제조된 EZStrip 523을 포함한다. 종래의 많은 습식 스트립 화학물질은, 반도체 웨이퍼 (101) 의 하부 피쳐들을 양호하게 유지하면서 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 신속히 제거하도록 하는 테트라메틸암모늄 히드록사이드 (TMAH) 계 용액이다.
하지만, 종래의 습식 스트립 화학물질이 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 제거하는데 효과적이지만, 반도체 웨이퍼 (101) 의 하부 피쳐들을 손상시키지 않으면서 포토레지스트 크러스트 (103b) 를 효과적으로 제거할 수는 없다는 것이 당업자들에게 명백할 것이다. 즉, 포토레지스트 크러스트 (103b) 를 제거할 수 있는 것으로 추천되었던 종래의 습식 스트립 화학물질이, 반도체 웨이퍼 (101) 의 하부 피쳐들에 손상을 가한다는 것이 매우 우세하다.
도 1c는 종래의 습식 스트립 화학물질을 사용하여 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 제거한 이후의, 도 1b의 반도체 웨이퍼 (101), 포토레지스트 크러스트 (103b), 및 폴리머 물질 (104) 을 나타낸 것이다. 종래의 습식 스트립 화학물질은 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 제거할 수 있지만 포토레지스트 크러스트 (103b) 를 제거할 수 없기 때문에, 종래의 습식 스트립 공정 이후에는 포토레지스트 크러스트 (103b) 가 반도체 웨이퍼 (101) 에 부착되어 있다. 포토레지스트 크러스트 (103b) 의 다공성 성질 때문에, 종래의 습식 화학 공정이 포토레지스트 크러스트 (103b) 를 침투하여 상기 포토레지스트 크러스트 (103b) 하부에 위치하는 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 을 제거할 수 있는 것이다. 결과적으로, 종래의 습식 스트립 공정 이후, 포토레지스트 크러스트 (103b) 의 쉘 (shell) 이 반도체 웨이퍼 (101) 의 각 피쳐에 부착되어 있다. 또한, 포토레지스트 크러스트 (103b) 의 화학적 성질로 인하여, 포토레지스트 크러스트 (103b) 와 반도체 웨이퍼 (101) 사이의 그 계면 (105) 에 강한 본딩이 존재한다. 따라서, 하부에 위치하 는 반도체 웨이퍼 (101) 를 손상시키지 않으면서 포토레지스트 크러스트 (103b) 및 폴리머 물질 (104) 을 제거하는 방법이 요구된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하기 위한 방법의 플로우 차트를 나타낸 것이다. 이 방법은 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체를 액체 상태로 유지하기에 충분하도록 반도체 웨이퍼가 재치되는 체적 내의 압력을 유지하기 위한 공정 (201) 을 포함한다. 일 실시형태에서, 전구체 유체를 액체 상태로 유지하기 위해서 체적을 1 대기압 (1 atm) 보다 크게 가압한다. 또 다른 실시형태에서, 체적 내의 1 대기압 (1 atm) 에서 액체 상태로 유지하기 위해서 전구체 유체를 포뮬레이팅한다. 이외의 또 다른 실시형태에서, 1 대기압 (1 atm) 미만의 체적 내압에서 액체 상태로 유지하기 위해서 전구체 유체를 포뮬레이팅한다. 이하에서, 전구체 유체에 대해 보다 상세히 기재한다. 다음, 상기 방법은 전구체 유체를 액체 상태로 유지하면서 반도체 웨이퍼 상에 전구체 유체를 공급하기 위한 공정 (203) 으로 진행한다. 액체 상태의 전구체 유체는 반도체 웨이퍼 상에 정의된 서로 인접하는 높은 에스펙트 비의 피쳐들 사이 및 비아들 내부에 공급될 수 있음이 명백하다. 또한, 액체 상태의 전구체 유체는 다공성 포토레지스트 크러스트를 통해 침투하여 포토레지스트 크러스트 하부에 위치할 수 있는 빈 영역에 이를 수 있다. 따라서, 공정 (203) 에서 전구체 유체를 반도체 웨이퍼 상에 공급하는 경우, 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야 하는 물질에 근접하도록 전구체 유체를 공급한다. 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야 하는 상기 물질의 예는, 포토레지스트, 포토레지스트 크러스트, 폴리머 물질, 및 본질적으로 원하지 않는 임의의 다른 잔류 물질을 포함할 수 있다.
공정 (203) 이후, 상기 방법은 반도체 웨이퍼가 재치되는 체적 내의 압력을 감소시켜 전구체 유체를 비뉴턴 유체로 변환시키는 공정 (205) 으로 진행한다. 비뉴턴 유체는 적용되는 전단력에 따라 점도가 변하는 유체이다. 비뉴턴 유체의 예는, 고체의 극단과 액체의 극단 사이의 중간 부분에 위치하는 연성의 응축성 물질로서, 연성의 응축성 물질은 외부 응력에 의해 쉽게 변형된다. 거품은 비뉴턴 유체의 일예이며, 참고로, 가스 버블은 액체 매트릭스 내로 제한된다. 하지만, 본 발명과 관련된 비뉴턴 유체는 특정 종류의 거품에 제한되지 않는다.
전구체 유체의 비뉴턴 유체로의 변환 동안, 그 체적 팽창은 변환된 비뉴턴 유체가 원하지 않는 물질, 예를 들어, 포토레지스트 크러스트, 폴리머 물질 등을 반도체 웨이퍼로부터 제거하게 한다. 전구체 유체가 비뉴턴 유체로 변환할 때, 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체의 팽창 및 기판, 즉, 반도체 웨이퍼에 대한 비뉴턴 유체의 상대 이동은, 포토레지스트 크러스트 및 폴리머 물질이 반도체 웨이퍼로부터 제거되도록, 비뉴턴 유체가 포토레지스트 크러스트 및 폴리머 물질에 대해 기계적 힘을 가하게 한다. 즉, 원하지 않는 물질과 인접하고 그 아래에 존재하는 전구체 유체의, 액체에서 비뉴턴 유체로의 변환에 의해, 원하지 않는 물질이 반도체 웨이퍼로부터 기계적으로 제거된다.
전구체 유체는 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 피쳐들 사이의 공간으로 균일하게 작용하기 때문에, 팽창을 수반하는 전구체 유체의 비뉴턴 유체로의 변환은 실질적으로 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 피쳐들의 각 측면에 균일한 정수압 (hydrostatic pressure) 을 가할 것이다. 따라서, 비뉴턴 유체는 반도체 웨이퍼 피쳐들에 대해 차등력 (differential force) 을 나타내지 않으므로, 피쳐들에 대한 손상을 피할 것이다. 또한, 비뉴턴 유체는 반도체 웨이퍼로부터 제거되는 물질을 비말 동반하는 역할을 한다. 따라서, 포토레지스트 크러스트 및 폴리머 물질과 같이 제거된 물질은 반도체 웨이퍼 상에 재정착하지 않으며 재부착되지 않을 것이다.
상기에서 기재된 바와 같이, 특정 압력을 넘어서 유지되는 경우, 전구체 유체는 액체 상태가 된다. 충분히 낮은 압력에 노출되는 경우, 전구체 유체는 비뉴턴 유체로 변환한다. 설명을 위해서, 전구체 유체가 비뉴턴 유체로 변환하는 특정 압력 아래를 전구체 유체의 변환 압력이라 칭한다. 일 실시형태에서 전구체 유체는 용해, 혼합, 유화 등의 많은 방법들 중 하나에 의해 추진체 (propellant) 를 내부에 포함하는 액체로서 정의된다. 압력이 변환 압력 아래로 떨어지는 경우, 전구체 유체 내의 추진체가 팽창하여 전구체 유체를 비뉴턴 유체로 변환시킬 것이다.
전구체 유체 내의 추진체는, 변환 압력을 넘어서는 액체 상태를 유지하고 변환 압력 아래에서는 기체 상태를 유지하는 것으로 정의된다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 프로판 (C3H8) 을 추진체로서 사용할 수 있다. 하지만, 다른 실시형태에서 추진체 물질은 본질적으로 변환 압력에 대한 물리적 상태 조건을 만족하고, 전구체 유체, 반도체 웨이퍼, 및 프로세싱 환경/구조와의 화학적 융화가 가능 한 임의의 물질일 수 있다. 변환 압력을 넘는 압력에서 액체 상태의 추진체를 전구체 유체에 첨가한다. 일 실시형태에서, 전구체 유체에 첨가된 추진체의 양은, 추진체를 첨가한 후의 전구체 유체의 약 5중량% 내지 약 20중량% 의 범위 이내이다. 전구체 유체에 용해될 수 있는 추진체의 최대량은 전구체 유체 내의 (액체 상태인) 추진체의 용해성에 의해 일반적으로 제한된다.
본 발명의 일 실시형태에서, 전구체 유체의 비뉴턴으로의 변환은, 변환 압력보다 높은 압력에서 변환 압력보다 낮은 압력으로의 빠른 감압을 통해 이루어진다. 일 실시형태에서, 전구체 유체의 주위 압력은 약 0.01초 ~ 약 2초의 기간 내에서 액체 상태의 전구체 유체가 비뉴턴 유체로 변환되게 하는 비율로 감소된다. 여기서 사용되는 바와 같이, "약"은 주어진 수치의 ±20% 이내인 것을 말한다. 다른 실시형태에서, 전구체 유체의 주위 압력은 약 0.05초 ~ 약 0.2초의 기간 이내에서 액체 상태의 전구체 유체가 비뉴턴 유체로 변환되게 하는 비율로 감소된다. 또 다른 실시형태에서, 전구체 유체의 주위 압력은 약 0.01초의 기간 이내에서 액체 상태의 전구체 유체가 비뉴턴 유체로 변환되게 하는 비율로 감소된다.
비뉴턴 유체가 포토레지스트 크러스트 및 폴리머 물질에 대해 충분한 양의 힘을 발휘하는 것에 의해, 반도체 웨이퍼로부터 이들이 제거되기 때문에, 전구체 유체에 대한 비뉴턴 유체의 체적비가 충분히 커야 한다. 일 실시형태에서, 전구체 유체에서 추진체가 팽창한 이후의 비뉴턴 유체의 체적은 액체 상태인 전구체 유체 체적의 약 2배 ~ 약 100배의 범위 이내이다. 또 다른 실시 형태에서, 전구체 유체 내의 추진체 팽창 이후의 비뉴턴 유체의 체적은 액체 상태에서의 전구체 유체의 체적의 약 5배 ~ 약 20배의 범위 이내이다.
일 실시형태에서, 베이스 전구체 유체, 즉, 전구체 유체의 비-추진체 부분은 탈이온수의 양에 각종 성분을 첨가함으로써 정의된다. 예를 들어, 전구체 유체의 비뉴턴 유체로의 변환 동안에 형성하는 버블을 안정화시킬 수 있는 다른 첨가제 및 표면 장력을 감소시키기 위한 계면 활성제를 포함하도록 베이스 전구체 유체를 포뮬레이팅할 수 있다. 상기 첨가제의 예는 그 중에서도 지방산, 셀룰로오스, 오일, 및 프로테인을 포함할 수 있다. 베이스 전구체 유체는 세제 및/또는 비누도 포함할 수 있다. 또한, 미셀 표면에 강하게 결합하기 위해서 베이스 전구체 유체에 히드로트로프 (hydrotrope) 를 포함할 수 있고, 이로써 미셀의 크기를 조절할 수 있다. 포토레지스트 크러스트와 반도체 웨이퍼 사이의 계면 접착력을 줄일 수 있는 첨가제를 또한 베이스 전구체 유체에 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 벌크 포토레지스트를 제거하기 위해 사용되는 습식 스트립 화학물질의 일정량을 전구체 유체에 첨가하여, 포토레지스트 크러스트를 제거하는 동안 잔류하는 벌크 포토레지스트를 계속해서 제거할 수 있다.
도 2의 방법을 참고로 하여, 공정 (201 및 203) 동안의 반도체 웨이퍼에 대한 주위 압력을 변환 압력 바로 위까지 유지할 수 있다. 하지만, 공정 (201 및 203) 동안 전구체 유체 관점에서 주위 압력에 대한 구체적인 제한은 없다. 또한, 몇 가지 실시형태에서, 전구체 유체에 사용되는 추진체는 상기 추진체의 완전 액화 압력에 근접하는 압력에서 부분 액화할 수 있다. 이들 실시형태에서는, 완전 액화 압력에서 예상되는 추진체 양보다 작은 추진체의 양을 포함하도록 전구 체 유체를 제한할 수 있다. 즉, 이들 실시형태에서, 공정 (201 및 203) 동안의 반도체 웨이퍼에 대한 주위 압력을 추진체의 완전 액화 압력보다 낮지만 이에 근접하는 압력으로 유지할 수 있다.
압력이 변환 압력 아래로 감소하고 전구체 유체의 추진체가 액체 상태에서 기체 상태로 변하므로, 기체 상태인 추진체는 이상 기체와 같이 움직일 수 있다. 즉, 이상 기체 법칙 (PV=nRT) 에 따라서, 기체 상태인 추진체의 체적은 기체 상태인 추진체의 온도에 의해 영향받을 수 있다. 주어진 압력에서, 높은 기체 온도는 상응하게 높은 기체 체적을 반영하며, 그 반대도 마찬가지다. 또한, 버블의 내부 압력은 버블 크기 및 버블 사이의 액체 표면 장력에 의해 영향받을 것이다. 고정된 주위 압력에서, 작은 크기의 버블은 큰 크기의 버블에 비해서 내부 압력이 높을 것이다. 추진체의 액체 상태에서 기체 상태로의 전환시 기체 체적이 커짐에 따라, 변환된 비뉴턴 유체는 큰 체적을 점유할 것이다. 즉, 도 2의 방법은 액체 상태에서 비뉴턴 유체로 변환하는 동안 전구체 유체의 체적 팽창을 제어하기 위해서 온도 제어를 위한 공정도 포함할 수 있다. 온도는 전구체 유체라는 화학물질의 보존을 고려하면서 제어되어야 한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 도 2 방법의 공정 (201 및 203) 수행 이후의 도 1c의 구성을 나타낸 것이다. 전술한 바와 같이, 액체 상태인 전구체 유체 (301) 를 반도체 웨이퍼 (101) 상에 공급한다. 전구체 유체 (301) 를 반도체 웨이퍼 (101) 상에 존재하는 피쳐들 사이에 공급한다. 또한, 벌크 포토레지스트 부분 (103a) 에 의해 이전에 점유되었던 포토레지스트 크러스트 (103b) 아래에 위치한 영역으로, 다공성 포토레지스트 크러스트 (103b) 를 통해서 전구체 유체 (301) 를 침투시킨다. 일 실시형태에서, 도 2의 방법을 수행하기 이전에 반도체 웨이퍼 (101) 를 린스 및 건조 처리할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 도 2 방법의 공정 (205) 이후의 도 3a의 구성을 나타낸 것이다. 앞서 기재된 바와 같이, 공정 (205) 에서, 압력을 변환 압력 아래로 감소시켜, 전구체 유체 (301) 를 비뉴턴 유체 (303) 로 변환시킨다. 전구체 유체 (301) 의 비뉴턴 유체 (303) 로의 변환과 관련된 유체 팽창 및 유체 이동은, 비뉴턴 유체가 포토레지스트 크러스트 (103b) 및 폴리머 물질 (104) 에 대해서 기계적 힘을 발휘하게 하여, 포토레지스트 크러스트 (103b) 및 폴리머 물질 (104) 을 반도체 웨이퍼 (101) 로부터 제거한다. 제거된 포토레지스트 크러스트 (103b) 및 폴리머 물질은 비뉴턴 유체 (303) 에 비말 동반되므로, 제거된 포토레지스트 크러스트 (103b) 및 폴리머 물질이 반도체 웨이퍼 (101) 상에 재정착할 수 없고 재부착될 수 없다. 도 3c는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 제거된 포토레지스트 크러스트 (103b), 제거된 폴리머 물질 (104), 및 비뉴턴 유체 (303) 를 반도체 웨이퍼 (101) 로부터 세정해내기 위한 린스 및 건조 공정 이후의 반도체 웨이퍼 (101) 를 나타낸 것이다.
포토레지스트 크러스트를 반도체 웨이퍼로부터 제거하는 방법은, 도 2와 관련하여 전술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트 물질을 일반적으로 제거하는 방법의 부분으로서 통합될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트 및 폴리머 물질을 제거하기 위한 방법 의 플로우 차트를 나타낸 것이다. 상기 방법은 벌크 포토레지스트 물질을 제거하기 위해서 반도체 웨이퍼 상에 용액을 공급하는 공정 (401) 을 포함한다. 공급된 용액은 포토레지스트 물질을 통해서 침투하여, 포토레지스트 크러스트를 남기면서 벌크 포토레지스트 물질을 제거할 수 있다.
벌크 포토레지스트 물질의 제거 이후, 상기 방법은 반도체 웨이퍼 상에 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체를 공급하기 위한 공정 (403) 으로 계속된다. 본 방법의 전구체 유체는 앞서 기재된 전구체 유체에 상당한다. 즉, 전구체 유체를 반도체 웨이퍼 상에 공급할 때 액체 상태로 유지한다. 전구체 유체를 공급하여 포토레지스트 크러스트를 통하여 포토레지스트 크러스트 아래에 위치하는 빈 영역에 침투시킨다. 다음, 공정 (405) 에서, 반도체 웨이퍼의 주위 압력을 감소시켜 전구체 유체를 비뉴턴 유체로 변환시킨다. 비뉴턴 유체로의 변환 동안 전구체 유체의 체적 팽창은, 비뉴턴 유체가 포토레지스트 크러스트 및 폴리머 물질에 기계적 힘을 발휘하여 이를 제거시킨다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따라서, 전술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하기 위한 방법을 수행할 수 있는 공정 챔버 (501) 를 나타낸 것이다. 챔버 (501) 는 전구체 유체를 액체 상태로 유지하는 공정 압력보다 높게 상기 챔버의 내압을 유지할 수 있다. 웨이퍼 지지체 (503) 가 챔버 (501) 내에 배치된다. 웨이퍼 지지체 (503) 는 물질의 제거 공정 동안 반도체 웨이퍼 (505) 를 홀딩하는 것으로 정의된다.
챔버 (501) 는 전구체 유체원 (precursor fluid source, 509) 에 연결된 인 풋 (507) 을 포함한다. 공정 동안, 인풋 (507) 을 통해 전구체 유체원 (509) 으로부터 전구체 유체를 공급하여, 화살표 (511) 로 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼 (505) 상에 공급한다. 챔버 (501) 는 또한 가압 디바이스 (515) 에 연결된 인풋 (513) 을 포함한다. 공정 동안, 가압 디바이스 (515) 를 사용하여 화살표 (517) 로 나타낸 바와 같이, 공정 분위기 가스의 추가 또는 제거를 통해 챔버 (501) 내의 압력을 조절한다. 챔버 (501) 는 온도 조절부 (533) 에 연결된 인풋 (531) 을 더 포함한다. 공정 동안, 온도 조절부 (533) 는 인풋 (531) 을 통해 공정 분위기 가스를 조절하여 챔버 (501) 내에 원하는 온도를 유지할 수 있다. 또한, 일 실시형태에서는, 온도 조절부 (533) 를 사용해 웨이퍼 지지체 (503) 의 온도를 조절하여, 반도체 웨이퍼 (505) 의 온도를 번갈아 조절할 수 있다.
압력 배출 디바이스 (521) 는 커넥션 (519) 을 통해 챔버 (501) 에 연결된다. 공정 동안, 압력 배출 디바이스 (521) 는 챔버 (501) 내의 압력을 빠르게 배출하여, 화살표 (523) 로 나타낸 바와 같이, 반도체 웨이퍼 (505) 표면 상에서 전구체 유체를 비뉴턴 유체로 변환시킬 수 있다. 전구체 유체의 비뉴턴 유체로의 변환 이후, 변환된 비뉴턴 유체 및 제거된 물질, 예컨대, 포토레지스트 및 폴리머 물질을 드레인 시스템 (527) 에 의해 커넥션 (525) 을 통해 제거할 수 있다. 본 발명을 불명료화 하지 않도록 하기 위해서 챔버 (501) 의 많은 추가 사항들을 여기에 기재하지 않았다. 하지만, 당업자들은 상기 챔버 (501) 가 반도체 웨이퍼 프로세싱에 사용되는 압력 챔버와 통상 관련된 많은 피쳐들을 포함할 것이라는 것을 알 것이다.
본 발명을 수개의 실시형태를 통해 설명하였으나, 앞선 상세한 설명을 읽고 도면을 연구하는 당업자들은 각종 변경, 추가, 치환 및 그 등가물을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 발명의 사상 및 범위 이내에 있는 한, 상기와 같은 변경, 추가, 치환, 및 등가물 모두를 포함하는 것을 목적으로 한다.

Claims (24)

  1. 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체를 액체 상태로 유지하기에 충분하도록 반도체 웨이퍼가 재치되는 체적 내 압력을 유지하는 단계;
    상기 전구체 유체를 상기 액체 상태로 유지하면서 상기 반도체 웨이퍼 상에 상기 전구체 유체를 공급하는 단계로서, 상기 전구체 유체가 상기 반도체 웨이퍼로부터 제거되어야 할 물질에 근접하도록 공급하는, 상기 전구체 유체를 공급하는 단계 ; 및
    상기 전구체 유체를 상기 비뉴턴 유체로 변환시켜, 상기 변환 동안 상기 전구체 유체의 팽창에 의해 상기 비뉴턴 유체가 상기 반도체 웨이퍼로부터 상기 물질을 제거하도록 하기 위해서 상기 체적 내 압력을 감소시키는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 비뉴턴 유체에 의해 상기 반도체 웨이퍼로부터 제거되는 상기 물질은, 포토레지스트 크러스트, 폴리머 물질, 및 포토레지스트 크러스와 폴리머 물질 모두 중 하나인, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼 상에 상기 전구체 유체를 공급하는 단계 이전에,
    습식 화학물질을 사용하여 벌크 포토레지스트 부분을 제거하는 단계를 더 포함하며,
    상기 제거하는 단계는 식각 공정 이후에 수행하고, 상기 벌크 포토레지스트 부분의 제거는, 상기 포토레지스트 크러스트를 남겨두도록 수행하며, 상기 포토레지스트 크러스트는 상기 식각 공정 동안 형성되는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전구체 유체는 그 내부에 액체 상태의 추진체를 포함하는 액체로서, 상기 전구체 유체는 상기 반도체 웨이퍼 상의 고 에스펙트 비의 피처들 사이 및 비아들 내부에 공급할 수 있고, 상기 전구체 유체는 포토레지스트 크러스트를 통해서 상기 포토레지스트 크러스트 아래에 위치한 영역에 침투할 수 있는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전구체 유체에 포함된 추진체의 양은 상기 추진체의 포함 이후 상기 전구체 유체의 약 5중량% ~ 약 20중량% 의 범위인, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전구체 유체는 상기 전구체 유체의 상기 비뉴턴 유체로의 변환 동안 형성하는 버블을 안정화시킬 수 있는 계면 활성제 및 첨가제를 포함하는 것으로 정의되는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 체적 내 압력을 감소시키는 단계에 의해 상기 전구체 유체에 용해된 추진체가 팽창하고, 상기 추진체의 팽창에 의해 상기 전구체 유체가 상기 비뉴턴 유체로 변환하는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 추진체의 팽창 이후 상기 비뉴턴 유체의 체적은, 상기 액체 상태인 상기 전구체 유체의 체적의 약 2배 ~ 약 100배의 범위인, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 상태에서 상기 비뉴턴 유체로 변환하는 동안 상기 전구체 유체의 팽창을 조절하기 위해서 온도를 조절하는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 비뉴턴 유체에 대한 상기 전구체 유체를 상기 액체 상태로 유지하기에 충분한 압력은 1 대기압 (atm) 보다 높은, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 비뉴턴 유체에 대한 상기 전구체 유체를 상기 액체 상태로 유지하기에 충분한 압력은 1 대기압 (atm) 이하인, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 방법.
  12. 벌크 포토레지스트 물질을 제거하기 위해서 반도체 웨이퍼 상에 용액을 공급하는 단계로서, 상기 용액은 포토레지스트 물질을 통해 침투하여 포토레지스트 크러스트를 남기면서 상기 벌크 포토레지스트 물질을 제거하는, 상기 용액을 공급하는 단계;
    상기 벌크 포토레지스트 물질을 제거한 이후, 상기 반도체 웨이퍼 상에 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체를 공급하는 단계로서, 상기 전구체 유체를 상기 반도체 웨이퍼 상에 공급할 때 액체 상태로 유지시키고, 상기 전구체 유체를 상기 포토레지스트 크러스트를 통해서 상기 포토레지스트 크러스트 아래에 위치한 빈 영역에 침투시켜 상기 반도체 웨이퍼 상에 존재하는 폴리머 물질에 근접하도록 공급하는, 상기 전구체 유체를 공급하는 단계; 및
    상기 전구체 유체를 상기 비뉴턴 유체로 변환시켜, 상기 변환 동안 상기 전구체 유체의 팽창에 의해 상기 비뉴턴 유체가 상기 포토레지스트 크러스트 및 폴리머 물질을 제거하도록 하기 위해서, 상기 반도체 웨이퍼의 주위 압력을 감소시키는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼로부터의 포토레지스트 및 폴리머 물질 제거 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 크러스트 및 상기 폴리머 물질이 상기 비뉴턴 유체에 의해 제거되는 것은, 상기 포토레지스트 크러스트 및 상기 폴리머 물질 상에서 상기 비뉴턴 유체에 의해 발휘되는 기계적 힘의 결과인, 반도체 웨이퍼로부터의 포토레지스트 및 폴리머 물질 제거 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 비뉴턴 유체에 의해 제거되는 상기 포토레지스트 크러스트 및 상기 폴리머 물질은, 상기 제거된 포토레지스트 및 폴리머 물질이 상기 반도체 웨이퍼 상에 재정착하지 않도록 상기 비뉴턴 유체에 비말 동반되는, 반도체 웨이퍼로부터의 포토레지스트 및 폴리머 물질 제거 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 주위 압력을 감소시키는 단계는,
    약 0.01초 ~ 약 2초의 기간 내에 상기 액체 상태인 상기 전구체 유체가 상기 비뉴턴 유체로 변환되도록 수행되는, 반도체 웨이퍼로부터의 포토레지스트 및 폴리머 물질 제거 방법.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 전구체 유체는 상기 벌크 포토레지스트 물질을 제거하기 위해서 사용되는 상당한 양의 상기 용액을 포함하는, 반도체 웨이퍼로부터의 포토레지스트 및 폴리머 물질 제거 방법.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼의 주위 압력을 감소시키는 단계에 의해 상기 전구체 유체에 포함된 추진체가 팽창하고, 상기 추진체의 팽창에 의해 상기 액체 상태인 상기 전구체 유체가 상기 비뉴턴 유체로 변환하는, 반도체 웨이퍼로부터의 포토레지스트 및 폴리머 물질 제거 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 추진체의 팽창 이후 상기 비뉴턴 유체의 체적은, 상기 액체 상태인 상기 전구체 유체의 체적의 약 2배 ~ 약 100배의 범위인, 반도체 웨이퍼로부터의 포토레지스트 및 폴리머 물질 제거 방법.
  19. 챔버;
    상기 챔버에 연결되고, 상기 챔버 내에서 지지되는 반도체 웨이퍼 상에 비뉴턴 유체에 대한 전구체 유체를 공급하도록 구성된 유체 인풋;
    상기 반도체 웨이퍼 상에 공급할 때 상기 전구체 유체를 액체 상태로 유지하 기 위해서 상기 챔버 내의 압력을 조절하도록 구성된 가압 디바이스; 및
    상기 챔버 내의 압력을 저압 환경으로 배출하도록 구성되는 압력 배출 디바이스로서, 상기 챔버 내의 상기 압력 배출은 상기 전구체 유체를 상기 액체 상태에서 상기 비뉴턴 유체로 변환시키기에 충분하여, 상기 변환 동안 상기 전구체 유체의 팽창이 상기 비뉴턴 유체가 상기 반도체 웨이퍼로부터 물질을 제거하도록 하기에 충분한, 상기 압력 배출 디바이스를 포함하는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 챔버 내의 온도를 조절하도록 구성된 온도 조절부를 더 포함하고, 상기 챔버 내의 온도 조절에 의해 상기 액체 상태에서 상기 비뉴턴 유체로의 변환 동안의 상기 전구체 유체의 팽창을 조절할 수 있는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 장치.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 압력 배출 디바이스는 상기 전구체 유체가 약 0.01초 ~ 약 2초의 기간 내에 상기 액체 상태에서 상기 비뉴턴 유체로 변환되도록 상기 챔버 내의 압력을 상기 저압 환경으로 배출하도록 구성된, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 장치.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 챔버는 상기 반도체 웨이퍼 상에 상기 전구체 유체를 공급하기 이전에, 상기 반도체 웨이퍼에 대해 습식 스트립 공정을 수행하도록 더 정의되고,
    상기 습식 스트립 공정은 상기 반도체 웨이퍼 상에 포토레지스트 크러스트를 남기면서 상기 반도체 웨이퍼로부터 포토레지스트 물질의 벌크 부분을 제거하는 역할을 하는, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 장치.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 전구체 유체는 내부에 추진체를 포함하는 액체인, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 장치.
  24. 제 19 항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼로부터 제거되는 물질은 포토레지스트 크러스트, 폴리머 물질, 및 포토레지스트 크러스트와 폴리머 물질 모두 중 하나인, 반도체 웨이퍼로부터의 물질 제거 장치.
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