KR20100123471A - Substrate treating method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판의 약액 처리 및 린스, 그리고 초임계 유체를 이용한 기판의 건조를 진행하는 기판 처리 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a substrate processing method, and more particularly, to a substrate processing method for proceeding with chemical liquid processing and rinsing of a substrate and drying of the substrate using a supercritical fluid.
반도체 소자의 디자인 룰이 감소함에 따라, 종횡비가 큰 깊고 좁은 콘택 형성 공정 및 이에 수반되는 식각 또는 세정 공정이 요구되고 있다. 이와 같이 큰 종횡비를 가지는 구조물이 형성된 웨이퍼에 대하여, 소정의 처리 공정, 예를 들면 식각, 세정, 건조 등의 처리 공정을 진행하는 데 있어서, 통상의 습식 공정을 이용하는 경우에는 웨이퍼 표면의 다른 막질의 손상 및 물반점 등에 의한 불량이 빈번하게 발생된다. 또한, 비교적 큰 두께를 가지는 막, 예를 들면 커패시터의 스토리지 노드 형성시 희생용 막으로 사용되는 몰드 산화막을 제거하기 위한 식각 공정에서, 습식 식각 공정을 이용하는 경우에는 순수의 높은 표면 장력으로 인해 몰드 산화막이 제거된 후 스토리지 노드가 쓰러지는 현상이 발생되기도 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 노력의 일환으로서, 초임계 상태의 이산화탄소를 용매로 이용하여 웨이퍼상의 소정막을 식각, 세정 또는 건조시키는 방법들이 제안되었다.As the design rules of semiconductor devices decrease, there is a need for a deep and narrow contact forming process having a high aspect ratio and accompanying etching or cleaning processes. In the case where a wafer having a structure having such a large aspect ratio is formed, a predetermined processing step, for example, etching, cleaning, drying, or the like, is performed, when a normal wet process is used, a different film quality on the surface of the wafer is used. Defects due to damage and water spots frequently occur. In addition, in the etching process for removing a mold oxide film used as a sacrificial film when forming a storage node of a capacitor, for example, a capacitor having a relatively large thickness, the mold oxide film may be formed due to the high surface tension of pure water when the wet etching process is used. After this removal, the storage node may collapse. In an effort to solve this problem, methods for etching, cleaning or drying a predetermined film on a wafer using carbon dioxide in a supercritical state as a solvent have been proposed.
본 발명은 큰 종횡비를 가지는 미세 패턴의 액상의 처리액에 의한 넘어짐 현상을 방지할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a substrate processing method that can prevent the phenomenon of falling by the liquid treatment liquid of a fine pattern having a large aspect ratio.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited thereto, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 방법은, 약액을 이용하여 기판을 습식 처리하고, 습식 처리된 상기 기판에 탈이온수를 공급하여 상기 기판상의 약액을 제거하고, 초임계 상태의 유체를 이용하여 상기 기판상의 상기 탈이온수를 제거하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the substrate processing method according to the present invention comprises wet treatment of a substrate using a chemical liquid, supplying deionized water to the wet-treated substrate to remove the chemical liquid on the substrate, and a supercritical fluid. It characterized in that for removing the deionized water on the substrate using.
상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 방법에 있어서, 상기 기판상의 상기 탈이온수는 액상의 유체를 이용하여 제거하고, 상기 액상의 유체는 초임계 상태로 상변화되어 상기 기판이 건조될 수 있다.In the substrate processing method according to the present invention having the characteristics as described above, the deionized water on the substrate is removed by using a liquid fluid, the liquid fluid phase change to a supercritical state to dry the substrate. Can be.
본 발명에 의하면, 큰 종횡비를 가지는 미세 패턴의 액상의 처리액에 의한 넘어짐 현상을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent the phenomenon of falling due to the liquid treatment liquid of a fine pattern having a large aspect ratio.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가 함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, a substrate processing method according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even if displayed on different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
( 실시 예 )(Example)
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 방법이 적용된 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an example of a substrate processing apparatus to which a substrate processing method according to the present invention is applied.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치는 처리실(100), 처리 유체 공급부(200), 그리고 배출부(300)를 포함한다. 처리실(100)은 기판 처리 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 처리 유체 공급부(200)는 기판이 로딩된 처리실(100) 내로 처리 유체를 공급하고, 배출부(300)는 처리실(100)에서 기판 처리에 사용된 처리 유체를 배출한다.Referring to FIG. 1, the substrate processing apparatus includes a
처리실(100)은 하우징(110), 기판 지지 부재(120), 그리고 히터들(130a, 130b)을 포함한다. 하우징(110)은 후술할 처리 유체 공급부(200)로부터 공급되는 처리 유체가 하우징(110) 내에 가득 채워진 상태로 충전되기 용이하도록 박형으로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 상부 하우징(112)과 하부 하우징(114)을 가진다. 상부 하우징(112)은 하부가 개방된 통 형상을 가지고, 하부 하우징(114)은 상부가 개방된 통 형상을 가진다. 상부 하우징(112)과 하부 하우징(114)은 개방부가 서로 마주보도록 위치하고, 기판 처리 공정이 진행되는 밀폐된 공간이 형성되도록 서로 결합된다. 기판 지지 부재(120)는 하부 하우징(114)의 내측 바닥벽에 제공될 수 있으며, 기판의 하면을 지지하는 복수 개의 지지 핀 형태로 제공될 수 있다. 히터들(130a, 130b)은 하우징(110) 내부를 기설정된 공정 온도로 가열하기 위한 것으로, 히터들(130a, 130b) 중 하나의 히터(130a)는 상부 하우징(112)의 내측 상부 벽에 설치될 수 있고, 다른 하나의 히터(130b)는 하부 하우징(114)의 내측 하부 벽에 설치될 수 있다.The
하부 하우징(114)의 일 측벽에는 처리 유체 공급부(200)가 공급하는 처리 유체의 유입구(115)가 형성되고, 하부 하우징(114)의 다른 측벽에는 처리실(100)에서 기판 처리에 사용된 처리 유체의 유출구(117)가 형성된다.The
처리 유체 공급부(200)는 제 1 공급 라인(210)을 통해 처리실(100)로 액상의 처리 유체를 공급하고, 제 2 공급 라인(240)을 처리실(100)로 초임계 상태의 건조 유체를 공급한다.The processing
제 1 공급 라인(210)의 일단은 처리실(100)의 하부 하우징(114)에 형성된 유입구(115)에 연결되고, 제 1 공급 라인(210)의 타단은 복수 개의 분기 라인들(212, 214, 216, 218)로 분기된다. 제 1 분기 라인(212)에는 액상의 약액 공급원(222)이 연결되고, 제 1 분기 라인(212)상에는 약액의 흐름을 개폐하는 밸브(213)가 설치된다. 제 2 분기 라인(214)에는 액상의 탈이온수(DIW) 공급원(224)이 연결되고, 제 2 분기 라인(214)상에는 탈이온수의 흐름을 개폐하는 밸브(215)가 설치된다. 제 3 분기 라인(216)에는 액상의 이소프로필알코올(IPA) 공급원(226)이 연결되고, 제 3 분 기 라인(216)상에는 이소프로필알코올의 흐름을 개폐하는 밸브(217)가 설치된다. 제 4 분기 라인(218)에는 액상의 이산화탄소(CO2(l)) 공급원(228)이 연결되고, 제 4 분기 라인(218)상에는 액상 이산화탄소의 흐름을 개폐하는 밸브(219)가 설치된다.One end of the
제 1 공급 라인(210)상에는 히터(232)와 펌프(234)가 설치될 수 있다. 히터(232)는 처리실(100)로 공급되는 액상의 처리 유체를 공정 온도로 가열할 수 있고, 펌프(234)는 처리실(100)로 공급되는 액상의 처리 유체를 가압하여 처리실(100) 내부를 공정 압력으로 유지시킬 수 있다.The
약액 공급원(222)으로부터 공급되는 약액은 다양한 종류의 약액이 사용될 수 있다. 예를 들면, 약액으로는 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합물인 에스.피.엠(SPM, Sulphuric Peroxide Mixture), 또는 기판상의 산화막을 에칭하기 위한 불화수소(HF) 등이 사용될 수 있다. The chemical liquid supplied from the
에스.피.엠(SPM)은 이온 주입 공정 후의 감광액 표면의 경화층을 제거하기 위한 것으로, 경화층의 효율적인 제거를 위해서 에스.피.엠은 상온/대기압 상태의 끊는점(180℃)보다 높은 온도인 200℃ 이상의 고온으로 가열되어야 한다. 그런데, 상온/대기압 상태에서는 에스.피.엠이 공정 온도(200℃)에 도달하기 전에 증발되므로, 상온/대기압 상태에서는 에스.피.엠의 공정 온도를 높이는데에 한계가 있다. 그러나, 본 발명의 경우, 에스.피.엠이 펌프(234)에 의해 상압 이상의 압력으로 가압된 상태로 처리실(100)에 공급되므로, 에스.피.엠을 상온/대기압 상태의 끊는점(180℃)보다 높은 온도인 200℃ 이상의 고온으로 가열할 수 있다.SPM is used to remove the hardened layer on the surface of the photoresist after the ion implantation process. For efficient removal of the hardened layer, SPM is higher than the break point (180 ° C) at room temperature / atmospheric pressure It must be heated to a high temperature of 200 ° C. or higher. However, since the S.P.M evaporates before reaching the process temperature (200 ° C) in the normal temperature / atmospheric pressure, there is a limit to increasing the process temperature of the S.P.M in the normal temperature / atmospheric pressure. However, in the present invention, since the S.P.M is supplied to the
제 2 공급 라인(240)의 일단은 처리실(100)의 하부 하우징(114)에 형성된 유입구(115)에 연결되고, 제 2 공급 라인(240)의 타단은 혼합기(250)에 연결된다. 혼합기(150)는 액상의 이산화탄소, 계면활성제, 그리고 공용매를 공급받고, 이들을 소정의 공정 온도/압력하에서 혼합하여 초임계 상태의 이산화탄소(scCO2)를 생성한다. 혼합기(150)에서 생성된 초임계 이산화탄소는 제 2 공급 라인(240)을 통해 처리실(100)로 공급된다. 제 2 공급 라인(240)상에는 히터(242), 펌프(244) 그리고 밸브(246)가 설치될 수 있다.One end of the
액상의 이산화탄소는 제 4 분기 라인(218)으로부터 분기된 액상 이산화탄소 공급 라인(218a)을 통해 혼합기(250)로 공급되고, 계면활성제는 계면활성제 공급 라인(261-1)을 통해 계면활성제 공급원(262)으로부터 공급되며, 공용매는 공용매 공급 라인(263-1)을 통해 공용매 공급원(264)으로부터 공급된다. 액상 이산화탄소 공급 라인(218a)에는 밸브(218a-2)가 설치되고, 계면활성제 공급 라인(261-1)에는 밸브(261-2)가 설치되며, 그리고 공용매 공급 라인(263-1)에는 밸브(263-2)가 설치될 수 있다.The liquid carbon dioxide is supplied to the
배출부(300)는 제 1 배출 라인(310)을 통해 처리실(100) 내에서 사용된 액상의 처리 유체를 배출하고, 제 2 배출 라인(320)을 처리실(100) 내에서 사용된 초임계 상태의 건조 유체를 배출한다. 제 1 배출 라인(310)상에는 밸브(312)와 펌프(314)가 설치되고, 제 2 배출 라인(320)상에는 밸브(322)와 펌프(324)가 설치될 수 있다. 펌프(314)와 펌프(324)는 처리실(100)에 음압을 작용시켜, 처리실(100) 내의 처리 유체를 강제로 배출시킬 수 있다. 그리고 1 배출 라인(310)상에는 농도계(330)가 설치될 수 있다. 농도계(330)는 처리실(100) 내의 약액을 탈이온수로 치환할 때 약액이 완전하게 탈이온수로 치환되었는가를 평가하기 위해 사용될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.The
이하에서는, 상기와 같은 구성을 가지는 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 공정에 대해 설명한다. 기판 처리 공정은, 예를 들면, 에스.피.엠(SPM)을 이용하여 이온 주입 공정 후의 감광액 표면의 경화층을 제거하는 공정, 또는 불화수소(HF)를 이용하여 기판상의 산화막을 에칭하는 공정 등일 수 있다. Hereinafter, the process of processing a board | substrate using the substrate processing apparatus which has the above structures is demonstrated. The substrate processing step is, for example, a step of removing the cured layer on the surface of the photosensitive liquid after the ion implantation step by using S.P.M (SPM), or a step of etching an oxide film on the substrate using hydrogen fluoride (HF). And the like.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 공정 흐름도이고, 도 3은 도 2의 공정 진행에 따른 처리 유체들의 치환 패턴을 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a process flowchart of a substrate processing method according to the present invention, and FIG. 3 is a view showing a substitution pattern of processing fluids according to the process of FIG. 2.
도 1과, 도 2 및 도 3을 참조하면, 먼저 탈이온수 공급원(224)이 처리실(100) 내로 탈이온수를 공급하여 처리실(100) 내부를 클리닝할 수 있다.(S10)Referring to FIGS. 1, 2, and 3, first, the
이후 처리실(100)로 기판이 로딩되고, 약액 공급원(222)이 처리실(100)로 약액을 공급한다. 약액은 펌프(234)에 의해 가압되면서 처리실(100)로 공급되고, 공급되는 약액은 히터(232)에 의해 공정 온도로 가열될 수 있다. 약액은 처리실(100)의 내부 공간을 가득 채우도록 완전히 충전될 수 있으며, 공정 진행 중 약액은 유입구(115)를 통해 공급되고, 유출구(117)를 통해 배출될 수 있다. 약액은 소정의 공정 시간(t1) 동안 지속적으로 공급되며, 공정의 종류에 따라 기판을 처리한다.(S20)Subsequently, the substrate is loaded into the
기판의 약액 처리가 완료되면, 처리실(100) 내의 약액은 탈이온수로 치환된다. 탈이온수는 탈이온수 공급원(224)으로부터 처리실(100)로 공급되며, 약액으로부터 탈이온수로의 치환 초기에는 소정 시간(Δt) 동안 약액과 탈이온수가 함께 처리실(100)로 공급될 수 있다. 이는 처리실(100) 내의 기판이 대기중에 노출되어 산화되는 것을 방지하기 위함이다. 탈이온수는 처리실 내의 약액이 완전하게 탈이온수로 치환될 수 있을 정도로 충분한 시간(t2) 동안 지속적으로 공급되고, 유출구(117)를 통해 배출된다. 탈이온수에 의한 약액의 치환 여부는 제 1 배출 라인(310)상에 설치된 약액 농도계(330)를 이용하여 진행될 수 있다.(S30)When the chemical liquid processing of the substrate is completed, the chemical liquid in the
탈이온수에 의한 약액의 치환이 완료되면, 처리실(100) 내의 탈이온수는 이소프로필알코올(IPA)로 치환된다. 이소프로필알코올은 이소프로필알코올 공급원(226)으로부터 처리실(100)로 공급되며, 탈이온수로부터 이소프로필알코올로의 치환 초기에는 소정 시간(Δt) 동안 탈이온수와 이소프로필알코올이 함께 처리실(100)로 공급될 수 있다. 이는 처리실(100) 내의 기판이 대기중에 노출되어 산화되는 것을 방지하기 위함이다. 이소프로필알코올은 소정의 공정 시간(t3) 동안 지속적으로 공급되고, 유출구(117)를 통해 배출된다.(S40)When the replacement of the chemical liquid with deionized water is completed, the deionized water in the
이소프로필알코올에 의한 탈이온수의 치환이 완료되면, 처리실(100) 내의 이소프로필알코올은 액상의 이산화탄소로 치환된다. 액상의 이산화탄소는 액상 이산 화탄소 공급원(226)으로부터 처리실(100)로 공급되며, 이소프로필알코올로부터 액상 이산화탄소로의 치환 초기에는 소정 시간(Δt) 동안 이소프로필알코올과 액상 이산화탄소가 함께 처리실(100)로 공급될 수 있다. 이는 처리실(100) 내의 기판이 대기중에 노출되어 산화되는 것을 방지하기 위함이다. 액상 이산화탄소는 소정의 공정 시간(t4) 동안 지속적으로 공급되고, 유출구(117)를 통해 배출된다.When the deionized water is replaced with isopropyl alcohol, isopropyl alcohol in the
이와 같이, 초임계 유체 상태의 이산화탄소를 이용한 건조 공정의 이전에 액상의 이산화탄소를 공급하는 이유는, 이소프로필알코올이 초임계 이산화탄소에 의해 용해될 수 있으나 반응 속도가 느리기 때문이다.(S50)As such, the reason why the liquid carbon dioxide is supplied before the drying process using the carbon dioxide in the supercritical fluid state is that isopropyl alcohol may be dissolved by the supercritical carbon dioxide, but the reaction rate is slow.
액상 이산화탄소에 의한 이소프로필알코올의 치환이 완료되면, 처리실(100) 내의 액상 이산화탄소는 초임계 상태의 이산화탄소로 치환된다. 초임계 이산화탄소는 혼합기(250)로부터 처리실(100)로 공급되며, 액상 이산화탄소로부터 초임계 이산화탄소로의 치환 초기에는 소정 시간(Δt) 동안 액상 이산화탄소와 초임계 이산화탄소가 함께 처리실(100)로 공급될 수 있다. 이는 처리실(100) 내의 기판이 대기중에 노출되어 산화되는 것을 방지하기 위함이다. 초임계 이산화탄소는 소정의 공정 시간 동안 지속적으로 공급되고, 유출구(117)를 통해 배출된다.(S60)When the isopropyl alcohol is replaced by the liquid carbon dioxide, the liquid carbon dioxide in the
상술한 바와 같은 과정들(S10 ~ S60)을 통해 기판을 약액 처리하고, 약액 처리된 기판을 린스하고, 린스된 기판을 건조할 수 있다. 특히, 약액으로 불화수소(HF)와 같은 소수성 약액이 사용될 경우, 약액의 표면 장력에 의해 종횡비가 큰 패턴이 넘어지는 현상이 발생할 수 있으나, 상기와 같은 약액의 치환 과정과 초임계 유체를 이용한 건조 과정을 통해 이를 방지할 수 있다.Through the processes S10 to S60 as described above, the substrate may be chemically treated, the chemically treated substrate may be rinsed, and the rinsed substrate may be dried. In particular, when a hydrophobic chemical solution such as hydrogen fluoride (HF) is used as the chemical liquid, a pattern with a large aspect ratio may fall due to the surface tension of the chemical liquid, but the substitution process of the chemical liquid and drying using a supercritical fluid This can be prevented through the process.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.The drawings described below are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the invention.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 방법이 적용된 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an example of a substrate processing apparatus to which a substrate processing method according to the present invention is applied.
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 방법의 공정 흐름도이다.2 is a process flow diagram of a substrate processing method according to the present invention.
도 3은 도 2의 공정 진행에 따른 처리 유체들의 치환 패턴을 보여주는 도면이다.FIG. 3 is a view illustrating a substitution pattern of process fluids according to the process of FIG. 2.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
100: 처리실(100) 200: 처리 유체 공급부100: processing
300: 배출부300: discharge part
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2009
- 2009-05-15 KR KR1020090042715A patent/KR20100123471A/en not_active Application Discontinuation
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