KR20130131348A - 통합형 기판 세정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자체 상에 배치된 유기 및 무기 잔여물을 갖는 기판을 세정하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은 대기 산소 플라즈마를 사용하여 상기 기판으로부터 유기 잔여물을 제거하는 단계 및 극저온 CO2를 사용하여 상기 기판으로부터 무기 잔여물을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 기판은 양성의 냉각제를 사용하여 사전처리되고 희석 습식 화학적 세정 방법을 사용하여 후처리될 수 있다.
Description
본 발명은 기판 세정 공정에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 기판을 세정하기 위한 통합형 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이물질, 잔류물 제거 및 표면 세정의 영역은 반도체 산업 이상으로 영역을 확장한다. 생물학, 의학(임플란트 및 장치), 항공우주 산업, 이미징, 자동차, 약학 등에서의 다양한 응용은, 표면 세정을 후처리 또는 사전처리를 위한 준비 단계로서 광범위하게 사용한다. 마이크로전자 장치의 제조에서의 상당히 청결한(clean) 웨이퍼의 필요성은 고체 상태 장치 기술의 시초부터 잘 인지되어 왔다. 반도체 장치 기하 구조가 계속 줄어들고 웨이퍼 크기가 증가하므로, 장치에 대한 기존 세정 방법의 한계는 "킬러" 이물질의 크기 또한 줄어드는 것에 따라 더욱 결정적일 것이다. 나노스케일 제조에서, 이러한 필요성은 한 자릿수 이상의 크기로 증가한다. (화학 기반의 세정 공정에서와 같이) 상이한 기판을 위해 변경될 필요가 없고 (에칭, 러프닝과 같이) 표면을 변경할 가능성(potential)을 가지지 않으므로, 양성의(benign), 기판 독립적인 세정 공정은 매우 바람직하다.
전통적으로, 반도체 제조 및 표면 오염에 의해 영향받은 기타 산업에서 이용되는 다수의 이물질 및 잔류물 제거 기법이 존재한다. 이 기법은 초음파, 메가소닉(megasonic), 브러시 스크러빙, 드라이 아르곤(argon) 아이스 세정, 플라즈마 에칭 또는 습식 에칭 등을 포함한다. 지난 10년간 업계에서는 효과적인 건식 세정 기법을 위한 방법이 요구되어왔다. 필름 독립적인 하나의 건식 세정 기법은 에어로졸 제트 세정(aerosol jet cleaning)이고, 이것은 서브미크론 이물질의 건식 제거에 있어서 우수한 가능성을 갖는 것으로 나타났다. 가스 스트림의 이물질은 액적의 고형화(solidification) 또는 급속 냉각 동안 기체 매질(gaseous medium)에 의해 형성될 수 있다. 고체 이물질이 이물질과 충돌할 때, 이 충돌 에너지는 접착력을 극복하여 표면으로부터 이물질 또는 잔여물을 제거할 수 있다. CO2 에어로졸 세정 기법은, Si 웨이퍼 포토마스크, MEMS 장치, 패키징 제조, 이미징 장치, 금속 리프트-오프(lift-off), 이온 주입 포토레지스트 스트립핑, 디스크 드라이브, 평판 디스플레이 및 3-D 적층 IC 집적 흐름을 위한 후 다이싱(post-dicing)과 같이, 매우 다양한 표면 세정 응용에 활용되었다.
마스크 업계에서, 가장 중요한 문제는 마스크 기술과 마스크 공급의 비용 및 사이클 시간이다. 과도한 양의 리소그래피 결함, 수리불가능한 결함, 이물질 결함 및 펠리클 마운팅(pellicle mounting) 후 이물질 결함과 같은 마스크 기술에 있어서의 많은 수율 손실 메커니즘이 존재한다. 펠리클은 임의의 결함으로부터 마스크의 활성 영역을 보호하기 위해, 접착제를 사용하여 리소그래피 포토마스크에 장착된다. 이러한 마스크는 높은 볼륨의 프로덕트를 위한 마스크 상에 미세한 형상(feature)을 반복적으로 프린트하기 위해 활용된다. 결함의 유기층의 성장(헤이즈(haze)로도 지칭됨), 정전기 방전(ESD), 제거불가능한 이물질, 투과율 손실, 반사율 손실, 상 변화, 프린트된 임계 치수(critical dimension; CD) 균일도의 변화 등과 같은 문제로 인하여 마스크의 수명이 감소된다. 종래의 용매 세정 기법은 마스크의 열화(degradation)를 초래하여 마스크의 수명을 감소시킨다. 사용을 위해 유지될 필요가 있는 마스크 특성상의 매우 타이트한 상세가 존재한다. 외부 물질과 스테인은 세정을 요하는 마스크 상의 소프트 결함으로서 알려진다. 마스크 상에서 발견되는 결함은 중요한 것은 아니지만 이것의 프린트가능성(printability)이있다. 검사 장치에 의해 표시된 결함은 프린트할 수 없거나, 관찰된 결함은 활성 회로에 전기적으로 적절하지 않을 수 있다. 특정 조명이나 포커스 조건으로 인하여 일부 결함이 프린트될 수 있지만 마스크 검사 동안 관찰될 수 없는 것이 염려된다.
원래 마스크의 공정 결함 또는 fab 사용 동안의 마스크 상의 열화 결함으로 인한 결함(헤이즈, ESD 및 움직이는 이물질 등)의 반복되는 프린팅으로 인하여, 마스크 인커밍 검사 및 재검정에 대한 필요성이 존재한다. 그러므로, 다수의 문제로 인하여, 종종, 펠리클은, 웨이퍼 프린팅 오류를 초래했다는 결함을 제거하기 위하여 수리 및 세정을 수행하도록 마스크로부터 제거될 필요가 있다. 일단 펠리클이 제거되면, 일부 펠리클 접착 잔여물이 일반적으로 남는다. 일단 프린팅 영역 결함이 제거되면, 이러한 잔여물은 새로운 펠리클이 위치할 수 있기 전에, 완벽하게 제거될 필요가 있다. 손상된 펠리클, 펠리클 아래의 이물질, 리소그래피 광 노광 유도된 열화, 제거불가능한 입자 등과 같이 요구되는 마스크 유지 서비스를 또한 초래하는 펠리클과 관련된 다수의 문제가 존재한다. 수많은 노광 이후의 펠리클 글루(pellicle glue)의 UV 및 EUV 노광 유도된 열화는 펠리클이 제거된 이후 더욱 단단한 잔여물을 생성한다. 궁극적인 목표는, 무기 이물질뿐만 아니라 유기 이물질일 수 있는 모든 소프트 결함뿐만 아니라 모든 펠리클 글루 잔여물을 손실 없는 방식으로 제거할 세정 기법을 갖는 것이다.
알려진 세정 방법은 일반적으로, 구조상에 화학적인 공격(또는 일부 경우에 활용된 화학물질은 헤이즈에 대한 하나의 소스로 잘 알려진 황산의 황산염 잔여물의 증착과 같은 추가적인 문제를 야기함)을 초래할 수 있는 습식 세정 또는 기판에 느슨하게 본딩된 무기물에 가장 적합한 운동량 전달의 물리적인 방법을 기반으로 한 대부분 극저온 CO2에 의한 건식 세정, 또는 유기 잔여물을 제거하기 위한 활성 가스-고체 화학을 포함하는 저기압 플라즈마 건식 세정에 의한 별도의 건식 세정(이것은 종종 "에싱(ashing)"으로 불리는 감소된 대기에서 전통적으로 수행됨)을 기반으로 한다.
무기 이물질이나 무기 잔여물뿐만 아니라 유기 이물질 또는 유기 잔여물도 효과적으로 제거하기 위하여 화학 반응을 제공하는 건식 세정 방법을 통합하는 것에는 명백한 장점이 존재한다. 이것은, 가까운 대기압에서 실행될 경우, 복잡하고 비용이 드는 진공 기술을 회피하므로, 특별히 유리할 것이다. 이로써 방법들을 결합하는 것은 하나의 유닛의 모든 가능한 결함을 제거하는 것을 신속하고 경제적으로 매력적으로 가능하게 할 것이다. 하나의 중요한 예시는 포토마스크 산업에 공통적인 응용이 될 것이다.
따라서, 극저온 CO2와 대기 플라즈마를 결합하는 통합형 세정 기법이 요구된다.
본 발명의 실시예들은 배치된 유기 및 무기 잔여물을 갖는 기판을 세정하기 위한 시스템 및 방법을 유리하게는 제공한다. 일 실시예에서, 이 방법은 대기 산소 플라즈마를 사용하여 기판으로부터 유기 잔여물을 제거하는 단계 및 극저온 CO2를 사용하여 기판으로부터 무기 잔여물을 제거하는 단계를 포함한다. 다른 실시예에서, 시스템은 기판 컨베이어, 대기 산소 플라즈마 제트 장치 - 전압 필드가 있을 때 헬륨 및 다른 가스의 혼합이 흐르는 동심, 내부 및 외부 전극들을 포함함 - 및 극저온 CO2 장치를 포함한다.
본 명세서의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있고 선행 기술에 대한 현재의 기여를 더욱 기리기 위하여, 보다 방대하게 개괄적으로 기재된 본 발명의 특정 실시예가 존재해왔다. 물론, 이하에서 기재될 본 발명의 추가 실시예가 존재하고, 이는 본 명세서에 첨부된 청구범위의 요지를 형성할 것이다.
이러한 관점에서, 본 발명의 적어도 하나의 실시예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명이 이하의 기재에 상술되거나 도면에 도시되는 구성요소의 구조 및 장치의 상세에 대한 이것의 적용에 한정되지 않는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 기재된 것에 추가된 실시예가 되고 다양한 방식으로 실행되고 수행되는 것이 가능하다. 또한, 요약서뿐만 아니라 본 명세서에서 사용된 어법 및 용어는 기재의 목적을 위한 것이지 한정으로서 간주되어서는 안되는 것이 이해되어야 한다.
이와 같이, 당업자는 이러한 개시가 기반하는 개념은 본 발명의 다양한 목적을 수행하기 위한 다른 구조, 방법 및 시스템의 설계를 위한 기초로서 손쉽게 활용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 정신 및 권리범위를 벗어나지 않는 한 청구범위가 이러한 동일한 구조를 포함하는 것으로 간주되는 것이 중요하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 플라즈마 제트 장치의 개략도이다.
도 2는 원자력 현미경(AFM)으로 측정되는 바와 같이, SiO2 상의 단면 아크릴 접착 필름 두께 변화이다.
도 3은 산소 플라즈마에 대한 노광 이후의 접착 필름의 광학 이미지이다.
도 4는 산소 플라즈마에 대한 노광 이후의 남은 접착 잔여물을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 로컬 대기 플라즈마 및 CO2 세정 소스의 결합을 도시한다.
도 2는 원자력 현미경(AFM)으로 측정되는 바와 같이, SiO2 상의 단면 아크릴 접착 필름 두께 변화이다.
도 3은 산소 플라즈마에 대한 노광 이후의 접착 필름의 광학 이미지이다.
도 4는 산소 플라즈마에 대한 노광 이후의 남은 접착 잔여물을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 로컬 대기 플라즈마 및 CO2 세정 소스의 결합을 도시한다.
본 발명은 도면을 참조하여 기재될 것이며, 여기서 유사한 도면 부호는 전체적으로 유사한 부분을 지칭한다.
본 발명의 실시예는, 비용이 많이 드는 진공 장비를 요하는 감소한 압력을 사용하지 않고 대기 산소 플라즈마 제트 장치(산소 플라즈마)에 의해 예컨대 글루와 같은 국부 유기 잔여물을 유리하게 제거한다. 일부 실시예에서, 잔여물을 냉각하기 위한 쿨런트(coolant)(예컨대, 액체 N2) 샤워 또는 스프레이 사전처리는 세정 전에 적용될 수 있다.
본 발명은, 잔여물의 완전한 제거를 위한 CO2 세정과 대기 산소 플라즈마 제거를 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위한 대기 플라즈마 세정과 사전처리로서 액체 N2와 같은 양성의 냉각제에 세정될 기판을 담그는(submerge) 것을 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위한 CO2 세정과 액체 N2 사전처리와 같이 양성의 냉각제에 기판을 담그는 것을 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위한 CO2 세정이 뒤따르는 대기 플라즈마 세정과 액체 N2 사전처리와 같은 양성의 냉각제에 기판을 담그는 것을 결합하는 방법, 노광(또는 공정 시간) 및/또는 더 마일드한 에천트(etchant)를 감소시켜서 활성 구조에 대한 손상을 줄이기 위하여, 습식 용액 화학 세정과 대기 산소 플라즈마 제거를 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위하여 희석 화학 세정이 뒤따르는 CO2 세정과 액체 N2 사전처리와 같이 양성의 냉각제에 기판을 담그는 것을 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위한 희석 화학 세정과 액체 N2 사전처리와 같이 양성의 냉각제에 기판을 담그는 것을 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위한 CO2 세정 및 희석 화학 세정과 액체 N2 사전처리와 같이 양성의 냉각제에 기판을 담그는 것을 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위한 희석 화학 세정이 뒤따르는 대기 플라즈마와 액체 N2 사전처리와 같이 양성의 냉각제에 기판을 담그는 것을 결합하는 방법, 잔여물의 완전한 제거를 위한 희석 화학 세정이 뒤따르는 CO2 세정과 대기 플라즈마 세정을 결합하는 방법, 유기 용매 추가, 마스크 가열, LN2 스프레이 또는 대기 플라즈마 세정과 CO2 세정을 결합하는 방법을 포함하는 세정 방법의 다양한 결합을 제공하고; 이러한 세정 방법의 기타 결합 및 치환 또한 본 발명에서 고려된다.
이들 본 발명의 세정 결합은 기존의 기판 세정 방법에 비해 다양한 장점을 제공한다. 예컨대, 마스크와 같은 기판의 열화는 펠리클 글루나 다른 오염물질과 같은 유기 잔여물의 제거를 위한 통합형 플라즈마 플러스 CO2 세정 동안 기대될 수 없다. CO2 단독 세정에 있어서, 단단한 잔여물은 일반적으로 매우 긴 처리 시간(1 시간 이상) 뿐만 아니라 방대한 양의 CO2를 일반적으로 요구한다. 로컬 대기 플라즈마의 선(pre)-적용에 의해, CO2 소비가 최소화될 수 있고 처리 시간은 현저하게 감소될 수 있으며, 이것은 소유 비용(CoO)을 유리하게 감소시킨다.
이들 본 발명의 이러한 통합형 세정 방법을 사용하여, (마스크에 이용가능한 대부분의 열화 예산을 사용하는) 매우 공격적인 습식 세정 방안을 요하는 단단한 잔여물은 완전히 보존되거나 최소화된다. 감소된 화학 (마일드) 습식 세정은 이러한 통합형 기법 이후에 잔여물이 존재할 경우 함께 사용될 수 있다.
일 실시예에서, "건식" 세정 방법을 사용한 접착 잔여물의 제거는 자동화될 수 있고, 이것은 공격적인 세정제에 민감한 기판 영역을 의도치않게 공격할 수 있는 "습식" 화학에 비해 명백한 장점을 갖는다.
산소 플라즈마에 의한 초기 세정은 로컬 대기 플라즈마 제트에 글루 영역을 노출시키는 단계를 포함한다. 제트 장치(10)는 헬륨 및 다른 가스의 혼합이 흐르는 2개의 동심 내부 전극(12) 및 외부 전극(14)을 포함한다. 100 V 내지 250 V의 전압에서 내부 전극(12)에 13.56 MHz RF 파워를 공급하는 것은 가스 방전을 점화하고 플라즈마가 생성된다.
플라즈마 제트로부터의 이온화 가스는 노즐(16)을 통해 나가고, 이 노즐에서 이 가스는 수 밀리미터 아래 기판상으로 향한다. 전형적인 동작 조건 하에서, 가스 유속은 약 150℃의 배출온도에 의해 약 10m/s이다. 하나의 알려진 공정이 노즐로부터 상이한 거리에서 플라즈마 제트의 배출에 있어서의 오존 농도를 측정하고, 이것이 2-5×1015cm-3로부터 변화하는 것이 발견되는 반면에, 본 발명은 노즐 출구에서의 8×1015cm-3와 동일한 0 원자 농도를 발전시키고, 이것은 점진적으로 10-cm 길이 이상으로 아래로 2개 자리수 크기만큼 하락한다. 준안정 산소의 농도는 노즐의 출구에서 약 2×1013cm-3이고, 이것은 25mm에서 최대로 상승하고 서서히 하락한다. 0 원자 및 가능하게는 준안정 O2는 폴리마이드 에칭의 활성종이 될 수 있다. 원자 산소 농도가 최대 1015cm-3이고 상기 산출된 바와 같이 유속이 10m/s라고 가정하면, 샘플 상의 원자 산소 플럭스는 최대 1×1018 원자/cm2-s에 도달할 수 있다. 반응 가능성이 최소 1%가 되는 것으로 가정될 경우, 글루 잔여물 제거의 비율은 적어도 1×1016/1014=102 layers/s 또는 최대 2 μm/minute 가 될 수 있다.
3000 A SiO2 필름으로 도포된 Si 웨이퍼 상의 국부 증착에 의한 아크릴 접착의 산소 제거 비율이 결정된다. 필름 두께는 원자력 현미경(AFM)에 의해 적어도 2.6μm이 되는 것으로 측정되었다. 도 2는 필름 변형의 단면도를 도시한다.
도 3은 40 초 동안 대기 압력 플라즈마에 노출된 아크릴 접착 필름의 광학 이미지를 도시한다. 가시적으로, 산소 플라즈마에 노출되었던 내부 타원 영역이 효과적인 접착 제거를 보여준다.
AFM을 통한 노출된 영역의 상세한 검사는, 수 나노미터까지의 높이인 글루 잔여물의 패치의 존재를 드러낸다(도 4).
마스크 산업에서, 이러한 크기의 잔여물은 동일한 영역의 펠리클을 다시 글루잉하는 것을 방해하지 않으므로 용인될 수 있다. 그러나, 이러한 잔여물은 종래의 습식 화학에 대한 급속 노출이나 바람직하게는 CO2 에어로졸 방법과 같은 건식 물질적인 기법에 의해 쉽게 제거될 수 있다.
결합된 플라즈마/CO2 세정 방법의 일 실시예는 도 5에서 개략적으로 도시된다. 기판(20)은 플라즈마 세정 소스(22) 및 CO2 세정 소스(24)가 고정되어 유지되는 동안 좌측으로 이동한다. 대안으로, 기판(20)은 세정 소스(22, 24)가 우측으로 이동되는 동안 고정되어 유지된다. 플라즈마 세정 소스(22)는 유기 잔여물(30)을 제거하거나 이완시키며, 이어서 CO2 세정 소스(24)로부터의 빔이 이어지고, 이것은 이완된 유기 잔여물(30) 및/또는 무기 잔여물(32)을 제거한다.
본 발명의 다양한 특성 및 장점은 상세한 설명으로부터 명백하고, 이로써 첨부된 청구항이 본 발명의 참된 정신 및 권리범위에 해당하는 본 발명의 이러한 특성 및 장점을 포괄하는 것이 의도된다. 또한, 다수의 변형 및 변화가 선행기술에서 손쉽게 발생할 수 있으므로, 도시되고 기재된 정밀한 구조 및 동작으로 본 발명을 제한하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서, 모든 적절한 변형 및 동등한 것은 본 발명의 권리범위 이내에 해당되는 것으로 재구분될 수 있다.
Claims (12)
- 자체 상에 배치된 유기 및 무기 잔여물을 갖는 기판을 세정하기 위한 방법으로서,
대기 산소 플라즈마를 사용하여 상기 기판으로부터 유기 잔여물을 제거하는 단계; 및
극저온 CO2를 사용하여 상기 기판으로부터 무기 잔여물을 제거하는 단계를 포함하는, 방법. - 청구항 1에 있어서, 양성의(benign) 냉각제를 사용하여 상기 기판을 사전처리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 양성의 냉각제는 액체 N2인, 방법.
- 청구항 2에 있어서, 상기 사전처리하는 단계는 기판을 상기 냉각제에 담그는(submerge) 단계를 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서, 희석 습식 화학 세정을 사용하여 상기 기판을 후처리하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서, 상기 대기 산소 플라즈마는 전압 필드가 있을 때 헬륨 및 다른 가스의 혼합물이 흐르게 하는 동심, 내부 및 외부 전극들을 포함하는 제트(jet) 장치에 의해 생성되는, 방법.
- 청구항 6에 있어서, 라디오 주파수 에너지가 상기 내부 전극에 가해져 100 V 내지 250 V의 전압을 생성하는, 방법.
- 청구항 6에 있어서, 제트 장치에서 나오는 가스 유속은 10m/s이고 배출 온도는 약 150℃인, 방법.
- 청구항 6에 있어서, 상기 제트 장치는 약 1×1018 원자/cm2-s의 원자 산소 플럭스를 생성하는, 방법.
- 청구항 1에 있어서, 극저온 CO2를 사용하여 상기 기판으로부터 이완된(loosened) 유기 잔여물을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 자체 상에 배치된 유기 및 무기 잔여물을 갖는 기판을 세정하기 위한 방법으로서,
샤워 또는 스프레이로서 제공된 액체 N2를 사용하여 상기 기판을 사전처리하는 단계;
대기 산소 플라즈마 제트를 사용하여 상기 기판으로부터 유기 잔여물을 제거하는 단계;
극저온 CO2를 사용하여 상기 기판으로부터 유기 및 무기 잔여물을 제거하는 단계; 및
희석 습식 화학 세정을 사용하여 상기 기판을 후처리하는 단계를 포함하는, 방법. - 자체 상에 배치된 유기 및 무기 잔여물을 갖는 기판을 세정하기 위한 시스템으로서,
기판 컨베이어(conveyor);
전압 필드가 있을 때 헬륨 및 다른 가스의 혼합물이 흐르게 하는 동심, 내부 및 외부 전극들을 포함하는 대기 산소 플라즈마 제트 장치; 및
극저온 CO2 장치를 포함하는, 시스템.
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