KR20170036614A - 반도체 기판 처리 장치, 포토레지스트를 박리하는 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents

반도체 기판 처리 장치, 포토레지스트를 박리하는 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 Download PDF

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이치로 다마키
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Abstract

(과제) 약액에 오존 가스를 도입함으로써, 레지스트 박리를 실시하는 공정에 있어서, 반도체 기판 표면의 레지스트 잔류물을 감소시키는 방법을 제공한다.
(해결 수단) 반도체 기판 (1) 을 처리하는 조 (12) 에 대해 순환 라인을 형성하고, 그 순환 라인에 2 개의 순환 펌프 (131, 132) 와 2 개의 필터 (141, 142) 가 각각 형성되어 있다. 또한, 순환 라인 내에는, 오존 가스를 약액 중에 용해시켜 넣는 가스 도입 지그 (34) 가 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 기판 처리 장치, 포토레지스트를 박리하는 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법{SEMICONDUCTOR-SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS, METHOD OF STRIPPING A PHOTORESIST, AND METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 반도체 장치를 제조하는 과정인 포토리소그래피에 있어서, 주로 반도체 기판 표면에 도포된 포토레지스트를 박리하는 공정, 그리고 반도체 기판 표면에 부착되는 유기 물질을 제거하는 공정에 사용하는 반도체 기판 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 기판을 사용한 반도체 장치의 제조에 있어서는, 반도체 기판 표면에 도포된 포토레지스트를 기판 표면으로부터 박리하는 공정이나, 반도체 기판 표면에 부착된 유기 물질을 제거하기 위해 황산과 과산화수소수의 혼합액을 120 ℃ 이상의 온도로 가열한 약액에 반도체 기판을 침지시키고, 그 후, 순수에 의한 세정, 건조 처리를 실시하는 처리가 행해져 왔다. 이것은, 황산과 과산화수소수의 반응에 의해 발생하는 퍼옥소이황산 등의 매우 산화성이 강한 물질에 의해, 반도체 기판 표면의 포토레지스트 등의 물질이 용해 또는 박리되는 것을 이용한 기술이다.
또한, 이것을 대체하는 수단으로서, 고온의 황산에 오존 가스를 주입하여 황산과 오존 가스를 처리조 내에 도입하여, 황산과 오존 가스의 반응에 의해 생성되는 퍼옥소이황산 등의 산화성이 강한 물질에 의해 황산과 과산화수소수의 혼합액과 동일한 효과를 얻는 기술이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 평11-174692호
그러나, 특허문헌 1 에 개시된 장치로 반도체 기판의 처리를 실시하면, 박리된 포토레지스트막이 먼저 필터에 포획되지만, 박리 직후에는, 레지스트가 대량으로 박리되기 때문에, 필터가 레지스트에 의해 오염되어 버려, 포획 성능이 저하되어 다 포획하지 못한 레지스트가 미립자가 되어 웨이퍼에 재부착되어 버릴 가능성이 있다. 또, 오존을 약액 중에 침투막을 이용하여 용해시켜 넣을 수 있는 농도에 한계가 있으므로, 반도체 기판 표면에 전사되어 있는 패턴에 따라서는, 레지스트가 잘 박리되지 않는 부분이 있어, 장시간의 처리에 의해서도 기판 표면에 레지스트가 남아 버린다는 문제가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 반도체 기판 처리 장치에 있어서, 오존을 직접 세정조 내로 확산시켜, 약액에 충분한 농도를 공급하면서, 필터의 오염이 반도체 기판 표면에 미치는 영향을 없애는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 반도체 기판을 처리하는 조 (槽) 에 대해 순환 라인을 형성하고, 그 순환 라인에 2 개의 순환 펌프와 2 개의 필터를 형성한 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 순환 라인 내에는, 오존 가스를 약액 중에 용해시켜 넣는 가스 도입 지그가 장착되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 수단을 사용함으로써 레지스트 박리 처리 후에 반도체 기판 표면에 잔류하는 미립자수를 저감시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시예인 반도체 기판 처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2 는 본 발명의 실시예인 반도체 기판 처리 장치를 나타내는 개략도에 약액의 제 1 순환 방향을 형성한 도면이다.
도 3 은 본 발명의 실시예인 반도체 기판 처리 장치를 나타내는 개략도에 약액의 제 2 순환 방향을 형성한 도면이다.
도 4 는 본 발명의 실시예인 반도체 기판 처리 장치로 처리했을 때의 잔류 미립자수를 종래 기술과 비교한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1 은 본 발명의 실시예인 반도체 기판 처리 장치의 개략을 나타낸 것이다.
처리를 위한 약액을 모아 두는 처리조 (12) 는, 그 내부에 히터 (40) 와 오존 가스 확산 지그 (31) 와 대나무발 형상 지그 (15) 를 갖고, 대나무발 형상 지그 (15) 상에 반도체 기판 (1) 을 수납하는 웨이퍼 유지 지그 (16) 를 놓아 약액 처리할 수 있다. 처리조 (12) 에는 약액을 투입하는 약액 투입 장치 (10) 가 약액 투입 밸브 (111) 및 배관을 통해 접속되어 있다. 반도체 기판 (1) 의 표면에는 다수의 반도체 장치 (2) 가 종횡으로 규칙적으로 배치되어 있다.
또, 처리조 (12) 에는 약액 순환을 위한 배관이 복수 형성되어 있다. 약액은 처리조 (12) 의 상부로부터 오버플로되며, 제 1 내지 제 3 전환 밸브 (112, 113, 114), 제 1 및 제 2 필터 (141, 142), 제 1 및 제 2 순환 펌프 (131, 132), 그리고 배관을 통해 처리조 (12) 로 되돌아가게 된다. 제 1 순환 펌프 (131) 와 제 1 필터 (141) 는 직렬로 접속되고, 제 2 순환 펌프 (132) 와 제 2 필터 (142) 도 직렬로 접속되어 있다. 또, 직렬로 접속된 제 1 순환 펌프 (131) 와 제 1 필터 (141) 는, 직렬로 접속된 제 2 순환 펌프 (132) 와 제 2 필터 (142) 에 대해 병렬로 접속되어 있다.
제 1 순환 펌프 (131) 와 제 2 순환 펌프 (132) 사이에는 제 1 전환 밸브 (112) 가 형성되고, 제 1 필터 (141) 와 제 2 필터 (142) 사이에는 제 2 전환 밸브가 형성되어 있다. 또한, 처리조 (12) 에 오존 가스를 주입하기 위한 오존 가스 발생 장치 (30) 가 제 1 오존 가스 투입 밸브 (321) 및 배관을 통해 처리조 (12) 에 형성되어 있다. 오존 가스 발생 장치 (30) 는 약액 순환계에도 제 2 오존 가스 투입 밸브 (322) 및 배관을 통해 가스 도입 지그 (34) 에 의해 접속되어 있다. 또한, 이상에서 설명한 약액 투입 밸브, 히터, 전환 밸브, 순환 펌프, 오존 가스 투입 밸브 등은, 제어부 (50) 에 의해 제어되고 있다.
다음으로, 도 1 을 사용하여, 본 발명에 의해 실시되는 반도체 기판의 처리를 예로 들어 설명해 간다.
반도체 기판 (1) 은, 카세트 등의 웨이퍼 유지 지그 (16) 에 수용되어 처리조 (12) 내로 도입된다. 처리조 (12) 내에는 웨이퍼 유지 지그 (16) 를 놓기 위한 대나무발 형상 지그 (15) 가 수용되어 있으며, 웨이퍼 유지 지그 (16) 는 이 위에서 반도체 기판을 유지하는 기구로 되어 있다. 먼저, 웨이퍼 유지 지그 (16) 는 도시되어 있지 않은 반송 로봇에 의해 처리조 (12) 내로 반입된다.
처리조 (12) 내에는 약액 투입 장치 (10) 로부터 약액 투입 밸브 (111) 의 개폐에 의해 처리조 중으로 약액이 공급된다. 이 약액에는 주로 황산이 사용된다. 약액은 반도체 기판 (1) 이 처리조 (12) 로 반입되기 이전에 처리조 (12) 내에 저류된다. 저류된 약액은 제 1 순환 펌프 (131) 에 의해 순환되며, 순환되는 약액은 제 1 필터 (141) 에 의해 여과된다. 이 때, 밸브의 개폐 상태는, 제 1 전환 밸브 (112) : 개방, 제 2 전환 밸브 (113) : 개방, 제 3 전환 밸브 (114) : 폐쇄이다.
처리조 (12) 내에는 약액을 가열하기 위한 히터 (40) 가 수용되어 있으며, 이 히터 (40) 에 의해 처리조 (12) 내에 저류된 약액을 소정 온도까지 가열한다. 또, 처리조 (12) 내의 대나무발 형상 지그 (15) 의 하부에 오존 가스를 처리조 (12) 내부로 확산시키는 오존 가스 확산 지그 (31) 가 부가되어 있다. 오존 가스 발생 장치 (30) 에서 발생한 가스는, 제 1 오존 가스 투입 밸브 (321) 를 개방함으로써 오존 가스 확산 지그 (31) 를 통해서 처리조 (12) 내에 저류된 약액 중으로 확산된다. 일련의 처리 시퀀스는, 제어부 (50) 에 의해 전부 일원적으로 제어된다. 이 제어는, 이른바 레시피에 의해 규정되며, 제어부는 이 레시피로 설정한 명령에 따라 제어를 실시한다. 이하에 처리 시퀀스의 일례를 나타낸다.
스텝 1
처리조 (12) 에 황산을 정량까지 투입한다. 이 때 사용하는 황산의 농도는, 반도체용으로서 판매되고 있는 것 중에서 최대 농도 (96 ％ 이상) 인 것이 바람직하다.
스텝 2
처리조 (12) 에 투입한 황산을 설정한 온도까지 히터 (40) 에 의해 가열한다. 이 때의 황산의 온도는 140 ℃ 이상이 바람직하다.
스텝 3
포토레지스트가 부착된 반도체 기판 (1) 을 황산이 들어 있는 처리조 (12) 에 침지시킨다.
스텝 4
오존 가스를 처리조 (12) 내로 오존 가스 확산 지그 (31) 를 통해서 도입한다. 오존 가스의 유량은 10 ℓ ∼ 15 ℓ 가 바람직하다. 이 이상의 유량을 도입하면 가스의 액 중의 가스의 흐름에 의해, 반도체 기판 (1) 이 약액 중에서 진동하여, 기판의 파손으로 이어질 우려가 있다.
이 때의 약액의 순환 경로는, 도 2 에 나타내고 있다. 도면 중의 화살표는 약액이 흐르는 방향을 나타내고 있다. 이 순환 경로를 제 1 순환 경로라고 부르기로 한다. 이 때의 밸브의 개폐의 설정은, 제 1 전환 밸브 (112) 개방, 제 2 전환 밸브 (113) 개방, 제 3 전환 밸브 (114) 폐쇄이다.
스텝 5
설정 시간까지, 반도체 기판 (1) 을 처리조 (12) 에 침지시킨다. 침지하는 시간은 5 분 내지 10 분 정도가 바람직하다. 시간이 짧으면, 표면에 다량의 레지스트가 남아 버린다. 또, 지나치게 길면, 생산성이 나빠져 버린다. 이 때, 처리조 (12) 내에서는 레지스트의 박리가 시작되어 있다. 10 분 정도까지는 처리를 진행시키면, 약액의 색은 거의 무색이 되지만, 필터는 레지스트의 박리 잔류물의 영향으로 다갈색으로 변색되어 있다.
스텝 6
설정 시간이 다가오면, 밸브의 설정을, 제 1 전환 밸브 (112) 폐쇄, 제 2 전환 밸브 (113) 폐쇄, 제 3 전환 밸브 (114) 개방으로 변경한다. 그러면, 약액의 순환 경로는, 도 3 에 나타내는 바와 같이 변경된다. 처리조 (12) 로부터의 약액은, 레지스트에 의해 오염되어 있지 않은 제 2 필터 (142) 를 통과하여 처리조 (12) 로 순환하게 되어, 레지스트에 의한 반도체 기판 (1) 의 오염은 거의 없다. 이것을 제 2 순환 경로라고 부른다. 이 시점에서는 나머지 레지스트는 충분히 소량으로 되어 있어, 레지스트가 필터를 오염시키는 경우가 없어진다.
또, 평행하게 제 1 필터 (141) 에 포획된 레지스트의 미립자도 순환하고 있는 황산과 오존의 반응액에 용해되어 들어간다. 이 때, 제 1 필터 (141) 로 약액이 순환하는 경로를 제 3 순환 경로라고 부른다. 처리 시간은 0 ∼ 5 분 정도가 바람직하다. 전환 밸브 (112, 113, 114) 의 개폐 변경과 동시에, 제 2 오존 가스 투입 밸브 (322) 를 개방으로 한다. 그렇게 하면, 오존 가스가 가스 도입 지그 (34) 를 통해서 약액 중으로 침투해 간다. 이 때의 오존 가스 유량은 1 ∼ 5 ℓ 정도가 바람직하다. 이로써, 레지스트가 부착된 제 1 필터 (141) 는 황산과 오존 가스가 반응한 약액에 의해 순환 세정되게 되어, 다음의 배치 처리시에는 깨끗한 상태로 처리를 개시할 수 있다.
스텝 7
설정 시간 완료 후, 반도체 기판 (1) 을 처리조 (12) 로부터 순수로 채워진 순수조로 옮겨, 반도체 기판 (1) 표면에 남은 약액 성분을 제거한다. 그리고, 밸브의 설정은, 제 1 전환 밸브 (112) 개방, 제 2 전환 밸브 (113) 개방, 제 3 전환 밸브 (114) 폐쇄의 상태로 전환한다. 오존 가스의 공급은, 이 시점에서 멈추기 때문에, 제 2 오존 가스 투입 밸브 (322) 는 폐쇄로 한다.
스텝 8
반도체 기판 (1) 을 순수조로부터 건조 장치로 이동시켜 건조시킨다.
이상으로 시퀀스의 일례는 종료가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 통상은 제 1 순환 펌프 (131) 와 제 1 필터 (141) 를 통과하는 제 1 순환 라인에 의해 오존 가스를 도입한 약액을 순환시켜, 레지스트 박리에 의해 레지스트가 처리조 (12) 에 용해되면, 제 2 순환 펌프 (132) 와 제 2 필터 (142) 를 통과하는 제 2 순환 라인에 오존 가스를 도입한 약액을 순환시켜 처리조 (12) 로 되돌린다고 하는 순환을 실시함과 함께, 제 1 순환 펌프 (131) 와 제 1 필터 (141) 와 가스 도입 지그 (34) 를 통과하는 제 3 순환 라인에 오존 가스를 도입하여 제 1 필터 (141) 를 청정하게 한다고 하는 것이 하나의 처리 사이클이 된다.
도 4 는, 본 발명의 반도체 기판 처리 장치로 처리했을 때의 잔류 미립자수를 나타내는 도면이다. 종래 기술을 사용한 경우와 본 발명을 사용한 경우에서, 처리 후에 반도체 기판 표면에 잔류하는 미립자수를 비교하고 있다. 이 도면에 의하면, 본 발명에 의해, 반도체 기판 표면에 잔류한 미립자수가 감소한 것이 분명하다.
1 : 반도체 기판
2 : 반도체 장치
10 : 약액 투입 장치
12 : 처리조
15 : 대나무발 형상 지그
16 : 웨이퍼 유지 지그
30 : 오존 가스 발생 장치
31 : 오존 가스 확산 지그
34 : 가스 도입 지그
40 : 히터
50 : 제어부
111 : 약액 투입 밸브
112 : 제 1 전환 밸브
113 : 제 2 전환 밸브
114 : 제 3 전환 밸브
131 : 제 1 순환 펌프
132 : 제 2 순환 펌프
141 : 제 1 필터
142 : 제 2 필터
321 : 제 1 오존 가스 투입 밸브
322 : 제 2 오존 가스 투입 밸브

Claims (5)

  1. 반도체 기판 상의 포토레지스트를 박리하는 반도체 기판 처리 장치로서,
    약액을 모으는 처리조와,
    상기 처리조 내의 약액을 순환시키기 위해 병렬로 형성된 제 1 순환 경로 및 제 2 순환 경로와,
    상기 처리조에 오존 가스를 공급하는 오존 가스 발생 장치
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 순환 경로에는 제 1 순환 펌프 및 제 1 필터가 형성되고, 제 2 순환 경로에는 제 2 순환 펌프 및 제 2 필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 순환 펌프 및 상기 제 1 필터 및 상기 오존 가스 발생 장치로부터 오존 가스가 공급되는 가스 도입 지그로 이루어지는 제 3 순환 경로를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 처리 장치.
  4. 반도체 기판 상의 포토레지스트를 박리하는 방법으로서,
    제 1 순환 펌프와 제 1 필터를 통과하는 제 1 순환 경로에 오존 가스를 도입한 약액을 순환시키는 공정과,
    상기 포토레지스트가 처리조에 용해되면, 제 2 순환 펌프와 제 2 필터를 통과하는 제 2 순환 경로에 오존 가스를 도입한 상기 약액을 순환시켜 처리조로 되돌린다고 하는 순환을 실시함과 함께, 상기 제 1 순환 펌프와 상기 제 1 필터와 가스 도입 지그를 통과하는 제 3 순환 경로에 오존 가스를 도입하여 상기 제 1 필터를 청정하게 하는 공정
    으로 이루어지는 포토레지스트를 박리하는 방법.
  5. 반도체 기판 상에 형성된 반도체 장치의 제조 방법으로서,
    포토레지스트를 박리하는 박리 공정을 가지고 있으며,
    상기 박리 공정은,
    제 1 순환 펌프와 제 1 필터를 통과하는 제 1 순환 경로에 오존 가스를 도입한 약액을 순환시키는 공정과,
    상기 포토레지스트가 처리조에 용해되면, 제 2 순환 펌프와 제 2 필터를 통과하는 제 2 순환 경로에 오존 가스를 도입한 상기 약액을 순환시켜 처리조로 되돌린다고 하는 순환을 실시함과 함께, 상기 제 1 순환 펌프와 상기 제 1 필터와 가스 도입 지그를 통과하는 제 3 순환 경로에 오존 가스를 도입하여 상기 제 1 필터를 청정하게 하는 공정
    을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
KR1020160118285A 2015-09-24 2016-09-13 반도체 기판 처리 장치, 포토레지스트를 박리하는 방법, 및 반도체 장치의 제조 방법 KR20170036614A (ko)

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