KR20090122500A - 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트제거에 유용한 초음파 세정 시스템 - Google Patents

초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트제거에 유용한 초음파 세정 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20090122500A
KR20090122500A KR1020080048349A KR20080048349A KR20090122500A KR 20090122500 A KR20090122500 A KR 20090122500A KR 1020080048349 A KR1020080048349 A KR 1020080048349A KR 20080048349 A KR20080048349 A KR 20080048349A KR 20090122500 A KR20090122500 A KR 20090122500A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ultrasonic
carbon dioxide
cleaning system
support
cleaning
Prior art date
Application number
KR1020080048349A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101003206B1 (ko
Inventor
임권택
이민영
김승호
Original Assignee
부경대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부경대학교 산학협력단 filed Critical 부경대학교 산학협력단
Priority to KR1020080048349A priority Critical patent/KR101003206B1/ko
Priority to US12/467,532 priority patent/US20090288689A1/en
Publication of KR20090122500A publication Critical patent/KR20090122500A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101003206B1 publication Critical patent/KR101003206B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0021—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by liquid gases or supercritical fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
    • B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
    • B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
    • B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B5/00—Cleaning by methods involving the use of air flow or gas flow
    • B08B5/02—Cleaning by the force of jets, e.g. blowing-out cavities
    • B08B5/023—Cleaning travelling work
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/42—Stripping or agents therefor
    • G03F7/422—Stripping or agents therefor using liquids only
    • G03F7/423—Stripping or agents therefor using liquids only containing mineral acids or salts thereof, containing mineral oxidizing substances, e.g. peroxy compounds
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26—Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • G03F7/42—Stripping or agents therefor
    • G03F7/428—Stripping or agents therefor using ultrasonic means only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31127—Etching organic layers
    • H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/6704—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H01L21/67051—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing using mainly spraying means, e.g. nozzles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 환경친화적인 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트를 효과적으로 제거하는데 유용한 초음파 세정 시스템에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 초음파 장비를 고압 반응기 내부에 장착하고 두 개 이상이거나 웨이퍼 전면에 균일하게 처리될 수 있는 단면적의 초음파 혼으로 구성되어 초음파가 상기 고압 반응기 내부에서 중첩되고 세정조 내에 있는 피세정물인 지지체 표면에 고르게 분포되어, 지지체 표면의 미세 패턴에 손상을 최소한으로 줄이고 고이온주입된 포토레지스트를 효과적으로 제거할 수 있는 초임계이산화탄소 내에서 초음파 장치를 이용한 초음파 세정 시스템에 관한 것이다.
Figure 112008036976104-PAT00001
초임계이산화탄소, 초음파, 혼, 패턴 세정, 고이온주입된 포토레지스트

Description

초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트 제거에 유용한 초음파 세정 시스템 {POWER ULTRASONIC WAVES CLEANING SYSTEM FOR REMOVING OF HIGH DOSE ION-IMPLANTED PHOTORESIST IN SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE}
본 발명은 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트 제거에 유용한 초음파 세정시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 장비를 고압 반응기 내부에 장착하고 두 개 이상이거나 웨이퍼 전면에 균일하게 처리될 수 있는 단면적의 초음파 혼으로 구성되어 초음파가 상기 고압 반응기 내부에서 중첩되고 세정조 내에 있는 피세정물인 지지체 표면에 고르게 분포되어, 지지체 표면의 미세 패턴에 손상을 최소한으로 줄이고 고이온주입된 포토레지스트를 효과적으로 제거할 수 있는 초임계이산화탄소 내에서 초음파 장치를 이용한 초음파 세정 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조의 과정 중에서 가장 기본적인 기술의 하나가 세정 기술이다. 반도체 제조과정은 웨이퍼의 표면을 형성하기 위하여 여러 단계의 공정을 거치게 되는데, 각 단계에서 소정의 공정이 수행된 반도체 웨이퍼 및 반도체 제조장비에는 각종 오염물이 생기고 잔존하게 되므로 일정 시간 간격으로 반도체 웨이퍼 및 반도체 제조 장비를 세정하여 공정을 진행해야 한다.
최근에는, 반도체 장치가 고집적화되면서 웨이퍼 상에 구현해야 하는 패턴 (pattern)도 아주 작아졌다. 그래서 웨이퍼 상의 패턴은 아주 미세한 파티클 (particle)에 의해서도 반도체 소자의 불량을 발생하여 세정 공정의 중요성이 더욱 더 부각되고 있다.
그러나 감광제를 포함하는 다양한 고분자 물질로 된 포토레지스트는 패턴 이미지를 기판 위에 형성화하기 위해 사용되고, 디바이스의 전기적 특성을 변화시키기 위한 이온주입 공정에서 원하지 않는 영역에 이온주입을 막기 위한 마스크로 사용된다. 이와 같은 이온주입 공정을 거치게 되면 포토레지스트 표면에서 수소를 고갈시켜 포토레지스트 표면의 막질이 경화되고 변하여 높은 가교 결합과 탄소화된 크러스트(crust) 층을 형성하게되며, 형성된 탄화층은 세정액으로부터 포토레지스트를 보호하고 용매의 침투가 불가능하여 현재의 일반적인 습식 또는 건식 스트리핑법으로는 제거가 곤란한 포토레지스트 잔사를 남긴다.
이러한 탄화층을 가지는 포토레지스트를 제거하는 통상적인 방법은 산소플라즈마 에싱 후 잔존하는 잔류물을 제거하기 위하여 화학약품 또는 희석된 산을 사용하는 습식 세정단계를 거쳐 제거하고 있으나, 플라즈마의 형성을 위해 주변 온도가 고온으로 상승하여 포토레지스트 내에 존재하는 용매 또는 저분자량의 휘발 물질들이 포토레지스트의 탄화층에 의해 쉽게 빠져나가지 못하고 포토레지스트에 팽윤 또는 파열을 일으켜 미세패턴의 손상을 야기 시킨다. 또한 생성된 파열 잔류물 입자들은 공정장비에 축적되어 다른 기판에 재 흡착 될 수도 있다. 이를 제거하기 위하여 많은 횟수의 세정 공정을 필요하게 되어 다량의 화학약품 및 희석된 산이 사용되며, 이를 처리하기 위한 또 다른 비용을 발생 시키므로 적합한 세정용 시스템의 개발이 요구되고 있다.
세정 기술은 반도체 제조 공정 중에 발생하는 여러가지 오염물을 물리적, 화학적 방법을 구사해서 제거하려는 것이다.
먼저 화학적인 방법은 표면의 오염을 수세 및 에칭, 그리고 산화 환원 반응 등에 의해서 제거하는 것으로, 여러 가지 화학 약품이나 가스를 사용하는 것이다. 화학적 방법에서는 부착된 입자는 순수 또는 화학 세정액으로 제거하고, 유기물은 용재로 용해하거나 산화성 산으로 제거, 또는 산소 플라즈마 중에서 탄화하여 제거하는데, 경우에 따라서는 표면을 일정량 에칭해서 새로운 청정 표면을 노출시키기도 한다.
또 다른 방법인 물리적 방법에서는, 초음파 에너지에 의해서 부착물을 박리하거나, 브러시를 이용하거나, 고압수를 사용하여 부착물을 제거하고 있다. 일반적으로 물리적 방법은 화학적 수법과 조합하여 효율적인 세정이 이루어진다.
즉, 초음파 세정이란 피세정물에 부착된 오염물질을 물리적(초음파), 화학적수단(화학세정액)을 이용해서 제거하고, 제거된 오염물질이 다시 부착되지 않도록 하는 것이다. 초음파에 의한 물리적 현상이란 초음파의 케비테이숀(공동)현상에 의해 이루어지는 것을 의미하며, 상기 케비테이숀 현상이란 초음파의 에너지가 액중에 전파될 때 초음파의 압력에 의해 미세기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력(수십 기압에서 수백 기압)과 고온(수 백도에서 수 천도)을 동반한다.
상기와 같은 현상은 극히 짧은 시간(수 만분의 일초에서 수십만 분의 일초)내에 생 성과 소멸을 반복하게 된다. 이 충격파에 의해서 액속에 담겨있는 피 세척물의 내부 깊숙이 보이지 않는 곳까지 짧은 시간 내에 세정이 이루어진다.
실제의 경우에는 케비테이숀에 의한 충격 에너지에 더하여 초음파 자체의 방사압에 의한 교반효과, 열작용 등이 세제와 상승작용을 일으켜 높은 세정효과를 이루어 낸다.
초음파 세정은 주로 액정 디스플레이(LCD) 장치용 유리 기판, 반도체 웨이퍼, 데이터 저장 등을 위한 자기 디스크 같은 피세정물을 세정하거나 헹구는 데 사용된다. 통상적인 초음파 세정 시스템에서, 피세정물은 초음파 진동자에 의해 활성화되는 진동판으로부터 초음파가 적용되는 세정수를 포함하는 세정조로 도입된다. 초음파는 진동 에너지를 피세정물상의 파티클에 적용시켜서 파티클 및 다른 오염 물질이 피세정물에서 효과적으로 제거될 수 있게 한다.
그러나 세정작업의 진행과정에서 작동 주파수, 세정수의 조건, 소요전력, 냉각조건 등과 같은 세정조건의 순간적인 변동에 의해 초음파 세기의 변동폭이 커서 반도체 웨이퍼의 표면에 국부 또는 전반적인 손상을 입히게 되는 치명적인 문제점이 있어 왔기에, 웨이퍼 손상을 줄일 수 있는 세정용 초음파장치의 개발이 절실한 실정이다.
대한민국 특허 0597656호와 특허 0559017호에서는 초임계이산화탄소를 이용하여 일반적인 포토레지스트 및 포트레지스트 잔사의 제거 방법에 대해 설명하고 있지만, 이러한 방법으로 고이온주입 후 경화된 표면 탄화층을 가지는 기판의 포토레지스트 를 제거시키기에는 어려움이 있다.
대한민국 특허 0525855호에서는 산소플라즈마 에싱 후 초임계 이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트 제거에 관한 기술을 제시하였다. 상기 특허는 산소플라즈마로 에싱한 후 이산화탄소를 이용하여 고이온주입된 포토레지스트 잔류물을 제거하지만, 이 공정 후에도 완전히 제거되지 않기 때문에 웨이퍼 상부에 잔류하는 공용매와 포토레지스트 잔사 등의 잔류물을 알코올 및 물을 사용하여 별도의 헹굼 공정을 실시하고 있다. 이러한 공정은 산소플라즈마 에싱 처리에서 생성되는 문제점 및 이산화탄소 처리에서도 제거되지 못한 잔사를 처리하기 위하여 또 하나의 헹굼 공정이 부과되어 생산효율을 저하시키고 부대비용 및 또 다른 환경적인 문제를 유발 시킬 수 있다.
대한민국 특허 0469339에서는 다양한 이산화탄소용 계면활성제를 개발하고 이를 이용하여 오염물질을 제거하는 방법을 제시하였고, 대한민국 출원특허 2007-0090730에서는 공용매와 첨가제를 이용하여 고이온주입된 포토레지스트를 제거하는 방법을 제시하였지만 이러한 세정물질(계면활성제, 공용매 및 첨가제)은 이산화탄소에 대한 용해도가 높지 않을뿐더러 처리 시간이 많이 걸리며 지지체에 잔여물이 남을 경향이 있다.
대한민국 공개특허 2004-0072990에서는 초임계 유체 및 초음파를 이용한 세정방법을 제시하였지만, 상기 방법은 단순히 초임계 유체와 초음파 장비를 이용함으로 다양한 오염물질들을 효과적으로 완전히 제거하기 어렵고, 또한 초음파 장비를 외부에 장착하여 높은 제거효율을 기대하기 어려웠다.
이에 대한민국 출원특허 2008-0009860에서는 초임계이산화탄소 내에서 공용매를 이용한 초음파를 제공하므로써 보다 향상된 세정 능력을 발휘하였으나 공용매 외에도 첨가제를 사용하여야 하며 작동 주파수, 세정수의 조건, 소요전력, 냉각조건 등과 같은 세정조건의 순간적인 변동에 의해 초음파 세기의 변동폭이 커서 반도체 웨이퍼의 표면에 국부 또는 전반적인 손상을 입히게 되는 문제점을 야기할 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트를 제거하는 방법에 있어서 효과적으로 제거하기 위하여 반응기 내부에 접합되고, 다수의 혼으로 구성된 초음파 장치 시스템을 개발하는 것이다.
지금까지 시도된 오염물질의 초임계 건식 세정 방법은 초임계이산화탄소 내에서 계면활성제, 공용매 및 첨가제 등을 단순히 혼합하는 방법이 적용되어 왔다. 그러나 이러한 방법을 적용할 경우, 공용매 및 첨가제의 초임계이산화탄소 혼합물이 오염물질을 완전히 용해하여 제거하기까지 많은 시간이 소요되고, 특히 고이온주입된 포토레지스트와 같이 불용성 오염물질의 경우에 화학적인 메커니즘 만으로는 효과적인 제거가 어려운 단점이 있다.
또한 물리적인 방법으로 초음파를 이용하는 방법도 제시되고 있지만 세정작업의 진행과정에서 작동 주파수, 세정수의 조건, 소요전력, 냉각조건 등과 같은 세정조건의 순간적인 변동에 의해 초음파 세기의 변동폭이 커서 반도체 웨이퍼의 표면에 국부 또는 전반적인 손상을 입히게 되는 문제점이 발생되고 있다.
따라서 본 발명에서는 초임계이산화탄소를 이용한 세정방법에 있어서, 고압 반응기 내부에 산업적으로 유용하게 활용되는 초음파 장비를 장착하여, 세정제가 이산화탄소에 용해되는 시간을 단축시키고 상기 혼합물의 고이온주입된 포토레지스트에 대한 용해성을 크게 증가시키는 동시에 강한 물리적 진동을 제공함으로서 지지체에 잔여물을 남기지 않고 고이온주입된 포토레지스트를 제거할 뿐만 아니라 다수의 혼 을 장착하여 초음파가 상기 고압 반응기 내부에서 중첩되고 세정조 내에 있는 피세정물인 지지체 표면에 고르게 분포되어 웨이퍼 표면에 입히는 손상을 최소한으로 줄이는 획기적인 초음파 모듈을 제공하고자 한다.
초임계 이산화탄소는 빠른 물질전달 특성과 낮은 표면장력을 가지므로 공용매와 함께 고이온주입된 포토레지스트의 표면 탄화층에 빠른 침투가 가능하여 플라즈마 에싱 시 발생하는 고열에 의한 포토레지스트의 파열 현상이 발생되지 않는다. 또한 공용매, 첨가제와 함께 사용된 초임계이산화탄소는 초음파 장치를 이용하여 포토레지스트 성분을 적절하게 용해시켜 기판으로부터 제거 시키는 역할을 수행하여, 기판으로부터 고이온주입된 포토레지스트를 빠른 시간 안에 제거 시킬 수 있을 뿐만 아니라 다수의 혼으로 구성되어 초음파가 상기 고압 반응기 내부에서 중첩되고 세정조 내에 있는 피세정물인 지지체 표면에 고르게 분포되어 웨이퍼 표면에 입히는 손상을 최소한으로 줄일 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트를 제거하는 방법에 있어서 고압 반응기 내부에 장착되고 다수의 혼으로 구성된 초음파 세정 시스템에 관한 것이다.
초임계 이산화탄소는 기체처럼 빠르게 확산되며, 극히 낮은 표면장력을 가지므로 비교적 쉽게 이온주입 포토레지스트의 탄화층 속으로 침투하고, 액체처럼 습식 매질로서의 흐름도 동시에 가진다.
그러나 무극성의 초임계 이산화탄소는 공용매와 첨가제의 첨가에도 극성 물질을 포 함하고 있는 포토레지스트 성분들을 효과적으로 용해 시키지 못하므로 제거효율을 높이기 위하여 반응기 내부에 초음파 장치를 장착하는 시도가 되고 있다.
본 발명의 초임계 이산화탄소 내에서 초음파 장치를 장착하는 이유는 계면활성제 및 공용매와 같은 세정물질과 고이온주입된 포토레지스트와의 반응을 초음파에 의해 촉진시키는 동시에 물리적 진동을 제공하여 지지체로부터 고이온주입된 포토레지스트의 용해도를 증가시켜 제거효율을 향상시키며, 다수의 혼으로 구성되어 초음파가 상기 고압 반응기 내부에서 중첩되고 세정조 내에 있는 피세정물인 지지체 표면에 고르게 분포되어 웨이퍼 표면에 입히는 손상을 최소한으로 줄일 수 있다.
비극성 용매인 초임계이산화탄소는 기체와 같이 빠른 확산성을 가지며, 미세한 기공에 침투가 가능하고, 0에 가까운 표면장력을 이용하여 미세한 패턴 내부의 침투가 가능하다. 그러나 초임계이산화탄소 만으로는 극성 물질을 포함하고 있는 고이온주입된 포토레지스트를 용해시킬 수 없기 때문에 상기 포토레지스트를 용해시킬 수 있는 성분의 세정물질(계면활성제, 공용매)들을 첨가시켜준다. 이때 초음파를 이용하여 세정물질의 오염물질에 대한 용해 속도를 증가시키고, 또한 지지체 표면에 강한 초음파의 물리적 힘을 제공함으로서 오염물질이 지지체로부터 탈착되는 시간을 줄일 수 있고,
다수의 혼으로 구성되어 웨이퍼 표면에 입히는 손상을 최소한으로 줄일 수 있다.
이에 본 발명에서는 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트를 제거하는데 있어서 고압 반응기에 다수의 혼으로 구성된 초음파 장비 시스템에 관한 것이다.
이 과정에서 혼합 공정에 초음파를 가진하기 위하여 초음파 발생기가 초임계이산화탄소 반응기 내에 함침되고 다수의 혼으로 구성된다.
반응기 내부의 온도와 압력은 각각 30 ~ 150 ℃, 2000 ~ 5000 psi까지 자유롭게 조절되도록 설계 하였다.
상기에 명시된 방법으로 오염물질을 제거할 경우 초음파가 조사되지 않은 경우의 방법 보다 첨가물의 용해 속도가 빨라지고, 오염물질이 지지체로부터 쉽게 제거되므로 반응시간 단축 및 세정 효과를 향상시킬 수 있다.
초임계이산화탄소에 가하여 준 강력한 초음파에 의해 이산화탄소, 계면활성제 및 공용매의 혼합물이 오염물질을 잘 용해할 수 있도록 하고, 불용성 오염물질을 지지체 표면으로부터 완전하게 분리하도록 한다.
초임계 유체 혼합물은 지지체 상부에 부착된 오염물질 제거 및 린스의 목적으로 초임계이산화탄소와 이산화탄소용 계면활성제와 공용매 및 첨가제를 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 소이산화탄소(친수성 또는 친유성) 부분과 친이산화탄소 부분으로 구성된 양쪽성 계면활성제로, 바람직하게는 친이산화탄소성 부분으로 퍼플루오르폴리에테르 및 퍼플루오르카본 중 하나를 포함할 수 있다.
상기 공용매는 극성용매(N-메틸피릴리돈(NMP), 디메틸 설폭시드 (DMSO), 디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), 테트라히드로푸란(THF), 아세톤(Acetone)) 또는 알콜류(이소프로판올(IPA), 에탄올, 프로판올, 디에틸렌글리콜) 등을 사용할 수 있고, 상기 공용매를 하나 이상 포함하는 바람직하다.
첨가제는 테트라알킬암모늄하이드록사이드, 포르말린, 포름산, 아세트산, 아미노 산, 옥살산 등을 사용할 수 있고, 상기 첨가제는 본 세정 장치에 사용하지 않아도 효과적인 세정이 이루어지지만, 경우에 따라서는 하나 이상을 포함할 수도 있다.
한편 초임계 유체 혼합물은 온도가 높을수록 높은 세정효과를 나타내며, 온도는 적절하게 조절될 수 있다. 그리고 상술한 다양한 초임계 유체 혼합물은 제거하고자 하는 오염물질의 종류에 따라 어느 하나를 사용하거나, 또는 이들을 혼합하거나 또는 순차적으로 사용될 수 있다.
초음파 혼의 원형 단면의 크기는 임의적이다. 혼은 초임계이산화탄소와 세정물질들을 균일하게 혼합하고, 미세한 패턴에 손상을 입히지 않는 적합한 형태이면 어떤 형태라도 상관없으므로 원형이 아닌 다른 단면 형태로 디자인 될 수 있다. 초음파 주파수는 낮을 경우 웨이퍼에 손상을 줄 수 있으므로 범위는 10 ~ 1000 kHz를 이용한다. 초음파 혼의 개수는 1개 이상의 다수 개를 사용하거나 초음파 혼의 단면적을 크게하여 200mm의 단면적을 가지는 초음파를 제조할 수도 있다. 혼은 초음파 에너지를 효과적으로 전달하고 열 오름 현상이 적으며, 패턴에 영향을 끼치지 않는 석영으로 만들어져 있는 것이 바람직하다. 석영으로 이루어진 로드는 대부분의 초임계 건식 세정에 만족스럽게 사용될 수 있지만, 불산을 포함하는 초임계 건식 세정에는 식각 될 수 있다. 따라서 로드는 석영 이외에 사파이어, 탄화규소, 질화붕소, 탄소유리 또는 이들의 조합을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
초음파 장비(20)는 고압 반응기(16) 위쪽이나 아래쪽에 장착될 수 있도록 설계되었다. 도 1에 나타낸 것과 같이 에너지는 압전 변환기와 같은 에너지 발생기(1)에서 나오고, 이 에너지는 혼(3)을 통해 고압반응기(16) 내부에 전달된다. 즉, 혼(3)을 통해 고압 반응기(16) 내부로 전달된 에너지는 고압 반응기(16) 내부에 주입된 이산화탄소, 계면활성제와 공용매를 고주파로 단시간에 혼합될 수 있도록 하고, 이렇게 교반된 초임계 유체 혼합물이 지지체 표면으로부터 오염물질을 제거하는 것이다. 이때 혼(3)은 지지체의 단면적과 유사하게 설계하여 혼(3)을 통해 전달되는 초음파 에너지는 지지체 전면에 미치게 된다. 따라서 초음파 에너지가 지지체 전면에 미침으로써 실질적으로 유효한 세정면적이 확대되고, 단위시간당 초음파 양이 많아져 지지체의 세정 효과를 더욱 높일 수 있게 된다.
상기와 같이 구성된 초임계이산화탄소 내에서의 초음파 장비를 이용한 오염물질 제거 장치는 도 2에 나타낸 것과 같다. 고압 반응기(16)는 계면활성제, 공용매 및 첨가제 등과 함께 오염물질이 부착된 지지체를 주입한 후 초음파 장비(20)가 장착된 덮개(2)를 이용하여 밀폐한다.
고압 반응기(16)에 부착되어 소정의 반응온도를 조절 하기 위한 가열기(17), 가열된 유체와 반응기외부를 순환시키는 순환펌프(18), 순환관(15)을 통해 고압 반응기(16) 내부의 온도를 일정하게 유지시킨다.
그 다음, 이산화탄소공급원(11)으로부터 이산화탄소를 고압의 상태로 주입하기 위한 고압펌프(14)를 이용하여 상기 공급관(12)을 통해 고압 반응기(16)에 이산화탄소를 공급하고 균일한 초임계 유체 혼합물의 제조 및 오염물질을 제거하기 위해 초음파 장비(20)를 작동시킨다.
오염물이 완전히 제거되면, 남아있는 초임계 유체 혼합물은 벤트 라인(20)을 통해 제거되고, 마지막으로 순수한 초임계이산화탄소를 사용하여 지지체 상부를 헹군 후 초임계이산화탄소를 제거하면, 오염물질이 제거된 지지체를 얻을 수 있다.
본 발명은 초음파 장비를 이용하여 초임계이산화탄소와 계면활성제, 공용매 및 첨가제의 혼합물로 단시간에 오염물질을 용해함과 동시에, 지지체 표면으로부터 오염물질을 패턴의 무너짐 없이 완벽하게 제거하므로, 종래에 비해 세정시간을 단축시키고 세정 성능을 향상시키는 효과가 있다.
이하에서 본 발명을 예증하기 위한 바람직한 비교예 및 실시예들을 기술한다.
비교예 1
초음파 장비를 이용하지 않고 공용매 / 초임계이산화탄소에서의 압력에 따른 고이온주입된 포토레지스트의 제거
표면에서 수소를 고갈시켜 포토레지스트 표면의 막질이 경화되고 변하여 높은 가교 결합과 탄소화된 크러스트 층을 형성한 고이온주입된 포토레지스트가 코팅된 200mm웨이퍼를 이용하여 실험하였다.
공용매로 알콜류(메탄올, 에탄올), 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 디메틸설폭사이드 N-메틸피롤리돈 등 단일 용매를 사용하여 이산화탄소 내에서 10% 농도로 첨가하고, 반응온도 40℃로 5분 동안 압력에 따른 포토레지스트 제거 실험을 진행한 결과를 표1에 나타내었다.
실시예 1
초음파 장비를 이용한 공용매 / 초임계이산화탄소에서의 압력에 따른 고이온주입된 포토레지스트의 제거
상기 비교예 1에서 사용된 웨이퍼와 동일하게 제작된 웨이퍼를 사용하였으며, 초음파를 이용하여 공용매로 알콜류(메탄올, 에탄올), 아세톤, 테트라하이드로퓨란, 디메틸설폭사이드 N-메틸피롤리돈 등 단일 용매를 사용하여 이산화탄소 내에서 10% 농도로 첨가하고, 반응온도 40℃로 2분 동안 압력에 따른 포토레지스트 제거 실험을 진행한 결과를 표 1에 나타내었다.
표. 1 압력에 따른 포토레지스트의 제거
압력 (psi) 스트리핑 효과 (%)
초음파 무 초음파 유
2500 25 30
3000 30 30
3500 30 40
4000 40 50
비교예 2
초음파 장비를 이용하지 않고 공용매 / 초임계이산화탄소에서의 온도에 따른 고이온주입된 포토레지스트의 제거
상기 비교예 1에서 사용된 웨이퍼와 동일하게 제작된 웨이퍼를 사용하였으며, 공용매로 아세톤, 디메틸설폭사이드 단일 용매를 사용하여 이산화탄소 내에서 10% 농도로 첨가하고, 반응압력 4000psi에서 반응온도를 변화시키며 5분 동안 포토레지스트의 제거 실험을 진행한 결과를 표 2에 나타내었다.
실시예 2
초음파 장비를 이용한 공용매 / 초임계이산화탄소에서의 온도에 따른 고이온주입된 포토레지스트의 제거
상기 비교예 1에서 사용된 웨이퍼와 동일하게 제작된 웨이퍼를 사용하였으며, 초음파를 이용하여 공용매로 아세톤, 디메틸설폭사이드 단일 용매를 사용하여 이산화탄소 내에서 10% 농도로 첨가하고, 반응압력 4000psi에서 반응온도를 변화시키며 2분 동안 포토레지스트의 제거 실험을 진행한 결과를 표 2에 나타내었다.
표. 2 온도에 따른 포토레지스트의 제거
온도 (℃) 스트리핑 효과 (%)
초음파 무 초음파 유
40 30 40
50 30 ~ 40 60
60 40 70
70 50 80
비교예 3
초음파 장비를 이용하지 않고 최적의 공정 조건( 공용매 /압력/온도/농도)에서 시간에 따른 고이온주입된 포토레지스트의 제거
상기 비교예 1에서 사용된 웨이퍼와 동일하게 제작된 웨이퍼를 사용하였으며, 공용매로 디메틸설폭사이드 단일 용매를 사용하여 이산화탄소 내에서 10% 농도로 첨가하고, 반응압력 4000psi에서 반응온도 70℃로 시간(을 변화시키며 포토레지스트의 제거 실험을 진행한 결과를 표 3에 나타내었다.
실시예 3
초음파 장비를 이용한 최적의 공정 조건( 공용매 /압력/온도/농도)에서 시간에 따른 고이온주입된 포토레지스트의 제거
상기 비교예 1에서 사용된 웨이퍼와 동일하게 제작된 웨이퍼를 사용하였으며, 초음파를 이용하여 공용매로 디메틸설폭사이드 단일 용매를 사용하여 이산화탄소 내에서 10% 농도로 첨가하고, 반응압력 4000psi에서 반응온도 70℃로 시간을 변화시키며 포토레지스트의 제거 실험을 진행한 결과를 표 3에 나타내었다.
표. 3 시간에 따른 포토레지스트의 제거
시간 (초) 스트리핑 효과 (%)
초음파 무 초음파 유
120 - 80
150 - 90
180 - 100
210 - 100
300 50 -
600 50 -
초음파를 이용하고 공용매로 디메틸설폭사이드 단일 용매를 사용하여 이산화탄소 내에서 10% 농도로 첨가하고, 반응압력 4000psi에서 반응온도 70℃로 3분간 처리한 SEM사진을 도 4(b)에 나타내었으며, 처리하기 전의 SEM 사진 도 4(a)와 비교한 결과 완전히 제거된 결과를 확인할 수 있었다. 또한 EDX 데이터가 처리전에 C: 77.85%, O: 8.64%, Si: 13.52%에서 처리후 Si: 100%로 유기물질이 100% 제거되었음을 확인할 수 있었다.
도 1은 본 발명에 따른 초음파 장비를 도시한 평면도
도 2(a)와 2(b)는 본 발명에 따른 초임계 이산화탄소 내에서 초음파 장비를 이용해 오염물질을 제거하는 장비를 도시한 평면도
도 3은 초음파 혼을 도시한 평면도
도 4(a)는 스트리핑 하기 전의 SEM 사진이고, 4(b)는 초음파 장비를 이용한 최적의 공정 조건에서 고이온주입된 포토레지스트를 제거한 SEM 사진
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 에너지 발생기, 2: 고압 반응기 덮개, 3: 초음파 로드
11: 이산화탄소 공급 수단, 12: 이산화탄소 공급 라인, 13: 응축기, 14: 고압펌프, 15: 온도 조절 라인, 16: 고압 반응기, 17: 온도조절장치, 18: 온도조절용 순환펌프, 19: 벤트라인, 20: 초음파 장비

Claims (10)

  1. 초임계이산화탄소 내에서 지지체를 세정하는 초음파 시스템에 있어서, 이산화탄소 고압 반응기 셀 내부에 장착될 수 있는 덮게(2)와 상기 덮게 내부에 다양하게 위치되어 초임계유체와 세정액에 초음파를 전달하여 상기 세정액을 진동시키는 다수의 진동전달부재(3)와 상기 진동 전달부재를 발진시키는 진동 발생부재(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 전달부재는 석영, 사파이어, 탄화규소, 질화붕소 및 탄소유리로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 또는 이들의 조합으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동전달부재는 지지체 상에 로딩되는 경우 상기 지지체의 전면에 초음파가 집중되지 않고 고르게 전달될 수 있도록 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진동전달부재는 횡과 종으로 이격되어 형성되어 상기 지지체의 전면에 초음파 가 집중되지 않고 고르게 전달될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 진동전달부재는 횡 또는 종으로 이격되어 다중배열되어 상기 지지체의 전면에 초음파가 집중되지 않고 고르게 전달될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 초음파는 그 진동수의 범위가 10 ~ 1000 kHz임을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 세정액은 계면활성제, 공용매 및 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 계면활성제는 소이산화탄소(친수성 또는 친유성) 부분과 친이산화탄소 부분으로 구성된 양쪽성 계면활성제로, 친이산화탄소성 부분으로 퍼플루오르폴리에테르 및 퍼플루오르카본 중 하나를 포함하고, 세정액은 상기 계면활성제를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  9. 제 7항에 있어서, 공용매는 극성용매(N-메틸피릴리돈(NMP), 디메틸 설폭시드 (DMSO), 디메틸아세트아미드 (DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), 테트라히드로푸란(THF), 아세톤(Acetone)) 또는 알콜류(이소프로판올(IPA), 에탄올, 프로판올, 디에틸렌글리콜) 등을 포함하고, 세정액은 상기 공용매를 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
  10. 제 7항에 있어서, 첨가제는 테트라알킬암모늄하이드록사이드, 포르말린, 포름산, 아세트산, 아미노산, 옥살산 등을 포함하고, 세정액은 상기 첨가제를 포함하지 않거나 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 세정 시스템.
KR1020080048349A 2008-05-26 2008-05-26 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트제거에 유용한 초음파 세정 시스템 KR101003206B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080048349A KR101003206B1 (ko) 2008-05-26 2008-05-26 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트제거에 유용한 초음파 세정 시스템
US12/467,532 US20090288689A1 (en) 2008-05-26 2009-05-18 Ultrasonic cleaning system for removing high dose ion implanted photoresist in supercritical carbon dioxide

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080048349A KR101003206B1 (ko) 2008-05-26 2008-05-26 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트제거에 유용한 초음파 세정 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090122500A true KR20090122500A (ko) 2009-12-01
KR101003206B1 KR101003206B1 (ko) 2010-12-21

Family

ID=41341172

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080048349A KR101003206B1 (ko) 2008-05-26 2008-05-26 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트제거에 유용한 초음파 세정 시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20090288689A1 (ko)
KR (1) KR101003206B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103406304B (zh) * 2012-09-29 2015-05-20 山东常林机械集团股份有限公司 一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法
CN107377515B (zh) * 2017-07-08 2019-09-06 山东华源索具有限公司 一种五金配件加工生产智能清洗设备
CN108695140A (zh) * 2018-07-26 2018-10-23 北京蜃景光电科技有限公司 基板清洗液、其制备方法以及集成电路基板的清洗方法
WO2023213457A1 (de) * 2022-05-06 2023-11-09 Gsec German Semiconductor Equipment Company Gmbh Vorrichtung zum reinigen von topfförmigen hohlkörpern, insbesondere von transportbehältern für halbleiterwafer oder für euv-lithografie-masken

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100469339B1 (ko) * 2002-03-07 2005-01-31 임권택 이산화탄소에 적용되는 계면활성제
US20040055621A1 (en) * 2002-09-24 2004-03-25 Air Products And Chemicals, Inc. Processing of semiconductor components with dense processing fluids and ultrasonic energy
KR20070073311A (ko) * 2006-01-04 2007-07-10 삼성전자주식회사 웨이퍼 초음파 세정장치 및 이를 이용한 웨이퍼 세정방법

Also Published As

Publication number Publication date
US20090288689A1 (en) 2009-11-26
KR101003206B1 (ko) 2010-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI447799B (zh) 基板洗淨方法及基板洗淨裝置
US6509141B2 (en) Removal of photoresist and photoresist residue from semiconductors using supercritical carbon dioxide process
US7033068B2 (en) Substrate processing apparatus for processing substrates using dense phase gas and sonic waves
JP3978023B2 (ja) 高圧処理方法
KR100559017B1 (ko) 초임계 이산화탄소를 이용하는 반도체로부터의포토레지스트 및 포토레지스트 잔사의 제거법
CN105824202A (zh) 光刻胶去除方法及半导体器件制作方法
US20030027085A1 (en) Removal of photoresist and photoresist residue from semiconductors using supercritical carbon dioxide process
JP2008541479A (ja) 極性流体を表面から超臨界流体を用いて除去する方式
KR101003206B1 (ko) 초임계이산화탄소 내에서 고이온주입된 포토레지스트제거에 유용한 초음파 세정 시스템
JP5153305B2 (ja) レジスト膜の剥離装置及び剥離方法
CN101154558A (zh) 刻蚀设备组件的清洗方法
KR100505693B1 (ko) 미세 전자 소자 기판으로부터 포토레지스트 또는 유기물을세정하는 방법
JP2007150164A (ja) 基板洗浄方法
TWI261290B (en) Removal of contaminants using supercritical processing
JP2011205015A (ja) 電子材料の洗浄方法
KR20070043899A (ko) 미세구조체의 세정방법
JP2002261062A (ja) 半導体ウェハ上の粒子を除去する方法及び装置
JPH10116809A (ja) 洗浄方法及び洗浄システム
JP3940742B2 (ja) 洗浄方法
JP2005228790A (ja) レジスト除去方法およびレジスト除去装置ならびに半導体ウエハ
KR20090083969A (ko) 초임계이산화탄소 내에서 초음파를 이용한 오염물질의 제거방법
JP3350627B2 (ja) 半導体素子の異物除去方法及びその装置
KR20090025689A (ko) 초임계이산화탄소 내에서 공용매와 첨가제를 이용하여고이온주입된 포토레지스트의 제거방법
JP2005020011A (ja) 基板からフォトレジストを除去するための装置及び方法
JP2006156919A (ja) 有機被膜の除去方法及び除去剤

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
E902 Notification of reason for refusal
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131212

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141127

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151201

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee