KR20200039017A - 유기 라디칼을 이용한 탄소 함유 필름의 표면 처리 - Google Patents

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KR20200039017A
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chamber
surface treatment
plasma
mixture
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KR1020207009762A
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마이클 엑스. 양
후아 청
신리앙 루
Original Assignee
맷슨 테크놀로지, 인크.
베이징 이-타운 세미컨덕터 테크놀로지, 컴퍼니 리미티드
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Publication date
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Abstract

유기 라디칼로 워크피스를 처리하기 위한 표면 처리 공정이 제공된다. 일 예시적인 구현에서, 반도체 재료 및 탄소 함유층(예를 들어, 포토레지스트)을 갖는 워크피스를 가공하기 위한 방법은 워크피스 상에의 표면 처리 공정을 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 제 1 챔버(예를 들어, 플라즈마 챔버)에서 하나 이상의 종을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 하나 이상의 탄화수소 라디칼을 종과 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 제 2 챔버(예를 들어, 가공 챔버)에서 탄소 함유층을 혼합물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

유기 라디칼을 이용한 탄소 함유 필름의 표면 처리
본 출원은 2017년 10월 3일자로 출원된, 미국 가출원 일련 번호 62/567,295, 명칭 "유기 전구체를 이용한 원격 플라즈마에 의한 실리콘 및 탄소 함유 필름의 표면 처리"의 우선권을 주장하는 2018년 4월 20일자로 출원된, 미국 출원 일련 번호 15/958,601, 명칭 "유기 라디칼을 이용한 탄소 함유 필름의 표면 처리"의 우선권을 주장하며, 이들은 모든 목적을 위해 본원에 참고로서 포함된다.
본 개시사항은 일반적으로 유기 라디칼을 이용한 워크피스(workpiece)의 표면 처리에 관한 것이다.
플라즈마 처리는 반도체 산업에서 반도체 웨이퍼 및 다른 기판의 증착, 에칭, 레지스트 제거 및 관련 처리를 위해 널리 이용된다. 기판 처리를 위한 고밀도 플라즈마 및 반응성 종(species)을 생성하기 위해 플라즈마 소스(예를 들어, 마이크로파, ECR, 전기 유도 등)가 플라즈마 처리에 종종 사용된다. 주입 후 포토레지스트, 에칭 후 잔류물 및 기타 마스크 및/또는 재료 제거는 플라즈마 건식 스트립 공정을 이용하여 달성되었다. 플라즈마 건식 스트립 공정에 있어서, 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 플라즈마로부터의 중성 입자는 분리 그리드를 통해 가공 챔버를 통과하여 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 처리한다.
본 개시사항의 구현예의 양태 및 이점은 다음의 설명에서 부분적으로 기술되거나, 설명으로부터 알 수 있거나, 구현예들의 실시를 통해 알 수 있다.
본 개시사항의 일 예시적인 양태는 워크피스를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 워크피스는 반도체 재료 및 탄소 함유층을 포함할 수 있다. 상기 방법은 워크피스 상의 표면 처리 공정을 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 제 1 챔버에서 하나 이상의 종을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 하나 이상의 탄화수소 라디칼을 종과 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 제 2 챔버에서 탄소 함유층을 혼합물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시사항의 다른 예시적인 양태는 워크피스의 표면 처리를 위한 시스템, 방법 및 장치에 관한 것이다.
다양한 구현예들의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 다음의 설명 및 첨부된 청구 범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 도면은, 본 개시사항의 구현예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 관련된 원리를 설명하는 역할을 한다.
이 기술분야의 통상의 기술자를 대상으로 하는 구현예들의 상세한 논의가 본 명세서에 기술되고, 첨부된 도면을 참조하며, 도면에서:
도 1은 탄소 함유층을 갖는 예시적인 워크피스 구조를 도시하고;
도 2는 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시하고;
도 3은 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 표면 처리 공정의 흐름도를 도시하고;
도 4는 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 표면 처리 공정의 흐름도를 도시하고;
도 5는 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 표면 처리 공정 동안의 예시적인 플라즈마 후 가스 주입(post plasma gas injection)을 도시하고;
도 6은 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 수소 라디칼의 예시적인 소스(source)를 도시하고;
도 7은 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시하고;
도 8은 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시하고;
도 9는 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도면에 도시된 하나 이상의 실시예를 참고하여, 구현예를 상세히 설명한다. 각 실시예는 본 개시사항을 제한하지 않고, 구현예의 설명을 위해 제공된다. 실제로, 본 개시사항의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고, 구현예의 다양한 변형 및 변경이 행해질 수 있음은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 구현예의 일부로서 도시되거나 기술된 특징은 다른 구현예와 함께 사용되어 또 다른 구현예가 될 수 있다. 따라서, 본 개시사항의 양태는 이러한 변형 및 변경을 포함하는 것으로 의도된다.
본 개시사항의 예시적인 양태는 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스를 처리하기 위한 표면 처리 공정에 관한 것이다. 워크피스는 반도체 재료(예를 들어, 실리콘(Si) 또는 실리콘 게르마늄(SiGe)) 및 포토레지스트 층과 같은 탄소 함유층을 포함할 수 있다. 반도체 처리 동안, 워크피스를 처리하기 위해 건식 스트립 공정(dry strip process)이 수행될 수 있다. 예를 들어, 건식 스트립 공정은 포토레지스트 제거, 화학 잔류물 제거, 또는 다른 재료 제거에 사용될 수 있다.
일부 예시적인 건식 스트립 공정에 있어서, 워크피스는 가공 챔버 내에서 받침대(pedestal) 또는 다른 기판 상에 배치될 수 있다. 원격 플라즈마 챔버에서 (예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스를 사용하여) 플라즈마가 유도되어, 공정 가스 또는 다른 혼합물에서 종(예를 들어, 이온 및 중성자)을 생성할 수 있다. 가공 챔버로부터 플라즈마 챔버를 분리하는 분리 그리드는 이온을 여과하고, 중성자가 분리 그리드 내의 홀(holes)을 통해 가공 챔버로 통과할 수 있게 한다. 중성자는 워크피스의 표면에 노출되어 워크피스(예를 들어, 포토레지스트, 잔류물 등)로부터 재료를 제거할 수 있다.
건식 스트립 공정 동안, 예를 들어 높은 포토레지스트 스트립 속도, 하부 재료에 대한 제거되는 포토레지스트 재료의 높은 재료-에칭 선택성, 실리콘 및 실리콘 게르마늄과 같은 하부 재료의 산화 방지, 및 임계 치수(CD) 제어를 포함하는 몇 가지 요건이 충족될 것을 필요로 할 수 있다.
도 1은 반도체 재료 및 탄소 함유층을 갖는 예시적인 워크피스(50)를 도시한다. 보다 구체적으로, 워크피스는 반도체 층(53) 및 하나 이상의 탄소 함유층(52)을 갖는 기판(54)을 포함할 수 있다. 기판(54)은, 예를 들어 Si 기판일 수 있다. 반도체 층(53)은, 예를 들어 Si 박막 및/또는 SiGe 박막일 수 있다. 탄소 함유층(52)은 포토레지스트 또는 다른 적합한 탄소 함유층일 수 있다. 탄소 함유층은, 예를 들어 하나 이상의 중합체를 포함할 수 있다.
일반적으로, 포토레지스트는 3가지 그룹: 광 중합성, 광 가교성 및 광 분해성 재료로 분류될 수 있다. 광 중합성 재료는 노광 시 자유 라디칼을 생성하여 단량체의 중합을 개시할 수 있다. 광 가교성 재료는 노광 시 중합체 사슬 사이에서 가교되어 불용성 네트워크를 형성할 수 있다. 광 중합성 및 광 가교성 재료는 모두 네거티브 포토레지스트로서 작용할 수 있으며, 즉 노출된 영역은 현상액에 불용성이 된다. 대조적으로, 광 분해성 재료는 노광 시 친수성 생성물을 분해하고 생성할 수 있다. 이들은 포지티브 포토레지스트로서 작용할 수 있으며, 즉 노출된 영역은 수성 현상액에 용해된다. 예를 들어, 하나의 매우 일반적인 포지티브 포토레지스트는 디아조나프토퀴논(diazonaphthoquinone)(DNQ)과 노볼락 수지(페놀 포름알데히드 수지)의 혼합물에 기초한다.
건식 스트립 공정 동안, 분리 그리드를 통과하는 중성 라디칼(51)이 탄소 함유층(52) (및 다른 표면 잔류물)을 제거하기 위해 사용될 수 있다. 일부 적용에서, 포토레지스트 제거의 선택성 및 임계 치수 제어와 같은 다양한 공정 파라미터에 영향을 미치도록 하기 위해, 스트립 공정 이전 및/또는 도중 탄소 함유층을 변경시키는 것이 바람직할 수 있다.
본 개시사항의 예시적인 양태에 따르면, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 건식 스트립 공정과 함께 및/또는 건식 스트립 공정과는 별개의 단계로서 수행되어, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 이용하여 탄소 함유층(예를 들어, 포토레지스트 또는 다른 탄소 함유층)의 특성을 변경할 수 있다. 보다 구체적으로, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 반도체 표면(예를 들어, 실리콘 및/또는 실리콘 게르마늄)을 중성 유기 라디칼(CH3)에 노출시킬 수 있다. 유기 라디칼은, (예를 들어, 탄소 함유층의 적어도 일부의 메틸화에 의해) 탄소 함유층의 다양한 특성을 변경할 수 있다. 이러한 방식으로, 탄소 함유층(예를 들어, 포토레지스트 또는 다른 탄소 함유층)의 특성은, 예를 들어 건식 스트립 공정 동안, 공정 파라미터로서 변경될 수 있다.
일부 구현예에서, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은, 분리 그리드에 의해 가공 챔버로부터 분리된 플라즈마 챔버에서 하나 이상의 종(예를 들어, 수소 라디칼 및/또는 여기된 비활성 가스 분자)을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 종은, 예를 들어 공정 가스에서 플라즈마를 유도함으로써 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 헬륨(He), 아르곤(Ar) 또는 크세논(Xe)과 같은 비활성 가스일 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는, 예를 들어 H2 및 질소(N2)를 포함하는 혼합물이거나, H2 및 He을 포함하는 혼합물이거나, H2 및 Ar을 포함하는 혼합물일 수 있다. 일부 다른 구현예에서, 종은, 예를 들어 가열된 텅스텐 필라멘트와 같은 가열된 필라멘트를 이용하여 생성된 하나 이상의 수소 라디칼을 포함할 수 있다.
유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은, 워크피스에의 노출을 위해 혼합물에서 중성자를 통과시켜 중성자를 갖는 여과된 혼합물을 생성하는 동안, 이온을 여과하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스에의 노출을 위해, 플라즈마 챔버에서 생성된 이온을 여과하고, 분리 그리드의 홀을 통해 중성자를 가공 챔버로 통과시키기 위해 분리 그리드가 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 중성자는 메틸(CH3) 라디칼과 같은, 하나 이상의 유기 라디칼을 포함할 수 있다. 유기 라디칼은 탄소 함유층의 표면에 부착되어, (예를 들어, 메틸화를 통해) 탄소 함유층의 하나 이상의 특성을 변경할 수 있다. 유기 라디칼은, 수소와 같은 다른 기체 및 라디칼과 혼합될 수 있다.
일부 구현예에서, 유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)은 플라즈마 챔버에서 하나 이상의 탄화수소 분자를 해리함으로써 생성될 수 있다. 예시적인 탄화수소 분자는, 예를 들어 비환형 알칸 CnH2n+2를 포함할 수 있고, 여기서 n은 1 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 분자는 메탄 CH4, 에탄 C2H6, 프로판 또는 이소프로판 C3H8 등과 같은 비환형 알칸을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 탄화수소 분자는 환형 알칸 CnH2n을 포함할 수 있고, 여기서 n은 5 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 전구체는 시클로펜탄 C5H10, 시클로헥산 C6H12, 메틸-시클로헥산, C7H14, 디메틸-시클로헥산 C8H16, 1,3,5-트리메틸-시클로헥산 C9H18 등과 같은 환형 알칸을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탄화수소 전구체는 에틸렌 C2H4, 프로펜 C3H6 등과 같은, 알켄 CnH2n을 포함할 수 있으며, 여기서 n은 2 이상 10 이하이다.
일부 구현예에서, 유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)은 가스를 플라즈마 후 혼합물에 주입함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마(예를 들어, H2 플라즈마, 또는 He 플라즈마와 같은 비활성 가스 플라즈마)는 원격 플라즈마 챔버에서 생성될 수 있다. 혼합물은 이온 여과를 위해 분리 그리드 어셈블리(assembly)를 통과할 수 있다. 이온 여과 후, 탄화수소(CH4 등)는 유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)의 생성을 위해 여과된 혼합물 내로 주입될 수 있다.
유기 라디칼은 다른 접근법을 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 유기 라디칼은 분자의 열분해(pyrolysis) (열적 분해) (예를 들어, 아조메탄 CH3-N=N-CH3) 또는 UV-보조 분자 해리(예를 들어, 아세톤 CH3COCH3)를 이용하여 생성될 수 있다.
워크피스는 받침대 상에 지지될 수 있다. 받침대는 처리 동안 워크피스 온도를 제어하기 위해 이용되는 온도 조절 시스템(예를 들어, 하나 이상의 전기 히터)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 약 20℃ 내지 약 500℃ 범위의 온도에서 워크피스로 실시될 수 있다.
유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 건식 스트립 공정과 함께 수행될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 건식 스트립 공정과 동일한 공정 단계에서 실시될 수 있다. 이러한 예시적인 구현예에서, 플라즈마 소스(예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스, 축전 결합 플라즈마 소스 등)는 플라즈마 챔버 내의 공정 가스로부터 하나 이상의 수소 라디칼을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 공정 가스는, 예를 들어 H2 및 N2를 포함하는 혼합물 및/또는 H2 및 He을 포함하는 혼합물 및/또는 H2 및 Ar을 포함하는 혼합물을 포함할 수 있다. 플라즈마 소스는 또한, 동일한 공정 단계의 일부로서, 하나 이상의 탄화수소 분자를 해리하여 유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 수소 라디칼 및 유기 라디칼은 워크피스에의 노출을 위해 분리 그리드를 통해 가공 챔버로 통과할 수 있다.
일부 구현예에서, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 건식 스트립 공정과 별개의 단계로서 수행될 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판을 처리하기 위한 방법은 건식 스트립 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 건식 스트립 공정 동안, 플라즈마 챔버에서 건식 스트립 공정을 수행하기 위한 하나 이상의 라디칼을 생성하기 위해 플라즈마 소스가 사용될 수 있다. 건식 스트립 공정을 실시하기 위해, 라디칼은 워크피스에의 노출을 위해 분리 그리드를 통과할 수 있다.
별개의 공정 단계에서, 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정의 일부로서, 하나 이상의 유기 라디칼(예를 들어, CH3) 라디칼은 워크피스에 노출될 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 건식 스트립 공정 전 및/또는 후에 수행될 수 있다.
특정 워크피스 층은 워크피스 재료의 친수성 특성과 관련된 낮은 표면 습윤각을 가질 수 있다. 예를 들어, 워크피스는 낮은 표면 습윤각과 관련된 다음 재료의 하나 이상의 층 또는 구조를 포함할 수 있다: Si, SiGe, 실리콘 질화물(SiN), 실리콘 이산화물(SiO2), 알루미늄 산화물(Al2O), 탄탈륨 질화물(TaN), 티타늄 질화물(TiN), 텅스텐(W) 및/또는 구리(Cu). 일부 적용에서, 포토레지스트 및/또는 반사 방지 코팅층과 같이, 접착을 위한 높은 표면 습윤각/소수성 표면을 선호하는 코팅층으로 워크피스 층을 코팅 및/또는 증착하는 것이 바람직할 수 있다.
친수성 층에 대한 코팅층의 접착을 용이하게 하기 위해, 친수성 워크피스 층의 표면 습윤각은, 예를 들어 헥사메틸디실라잔(Hexamethyldisilazane)(HMDS)과 같은 프라이머를 사용하여 변경될 수 있다. HMDS는 Si 원자를 산화된 표면의 산소에 화학적으로 결합시킬 수 있다. 이는 암모니아(NH3)의 방출을 야기할 수 있다. HMDS의 메틸기는 세분화되고 워크피스 층과 결합하여 소수성 표면을 형성할 수 있다.
예를 들어, 포토레지스트 층의 증착을 위해, 워크피스 층을 준비하기 위한 HMDS의 적용은 몇 가지 단점을 겪을 수 있다. 예를 들어, HMDS의 적용은 증가된 공정 시간을 필요로 하고, 특정 워크피스 구조(예를 들어, 높은 종횡비(HAR) 구조)에 대해 까다로울 수 있으며, 열 안정성 문제가 나타날 수 있고, 표면 범위(coverage)를 제어하기 어려울 수 있다. 또한, HMDS는 TiN 층과 같은 특정 워크피스 층에 적합하지 않을 수 있다.
본 개시사항의 예시적인 양태에 따르면, 워크피스 층의 표면 습윤각은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 유기 라디칼 표면 처리 공정을 이용하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 포토레지스트와 같은 탄소 함유층을 워크피스 상에 증착하기 전에, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정이 제조 흐름에 삽입될 수 있다.
유기 라디칼 표면 처리 공정은 친수성 워크피스 층을 유기 라디칼(예를 들어, CH3)에 노출시킬 수 있다. 유기 라디칼(예를 들어, CH3 유기 라디칼)은 (예를 들어, 메틸화를 통해) 친수성 워크피스 층의 표면에 부착할 수 있고, 워크피스 층을 보다 소수성으로 만들어, 층(예를 들어, 포토레지스트와 같은 탄소 함유층, 반사 방지 코팅층 등)의 증착을 용이하게 할 수 있다.
본 개시사항의 양태는 예시 및 논의의 목적으로 "웨이퍼" 또는 반도체 웨이퍼를 참조하여 논의된다. 이 기술분야의 통상의 기술자는, 본원에서 제공된 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 예시적인 양태가 임의의 반도체 기판 또는 다른 적합한 기판과 관련하여 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 수치와 연계된 용어 "약"의 사용은 언급된 수치의 10퍼센트 (10%) 이내를 의미하는 것으로 의도된다. "받침대"는 워크피스를 지지하는 데 사용될 수 있는 임의의 구조를 나타낸다.
본 개시사항의 일 예시적인 양태는 워크피스를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 워크피스는 반도체 재료 및 탄소 함유층을 포함할 수 있다. 방법은 워크피스에 대한 표면 처리 공정을 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 제 1 챔버에서 하나 이상의 종을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 하나 이상의 탄화수소 라디칼을 종과 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 표면 처리 공정은 제 2 챔버에서 탄소 함유층을 혼합물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n+2의 화학식을 가질 수 있고, 여기서 n은 1 이상 10 이하이다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n의 화학식을 가지고, 여기서 n은 2 이상이고, n은 10 이하이다.
일부 구현예에서, 제 1 챔버의 혼합물에서 하나 이상의 탄화수소 분자를 해리시킴으로써 하나 이상의 유기 라디칼이 생성된다. 제 1 챔버는 분리 그리드로 제 2 챔버로부터 분리될 수 있다. 탄화수소 분자는 제 2 챔버에서 종과 혼합될 수 있다. 일부 구현예에서, 방법은 제 1 챔버를 제 2 챔버로부터 분리하는 분리 그리드를 이용하여, 하나 이상의 이온을 여과하여 여과된 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 혼합물은 하나 이상의 유기 라디칼을 포함한다. 일부 구현예에서, 혼합물은 CH3 라디칼을 포함한다.
일부 구현예에서, 탄소 함유층은 포토레지스트를 포함한다. 일부 구현예에서, 방법은 건식 스트립 공정을 수행하여 탄소 함유층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 종은 제 1 챔버의 공정 가스에서 유도된 플라즈마에 의해 생성될 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 헬륨과 같은 비활성 가스일 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 수소 가스를 포함하고, 종은 수소 라디칼을 포함한다.
일부 구현예에서, 제 1 챔버의 플라즈마에서 유도 결합 플라즈마 소스를 이용하여 하나 이상의 유기 라디칼이 생성된다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 종은 가열된 필라멘트를 이용하여 생성된 수소 라디칼을 포함한다. 일부 구현예에서, 분자의 열분해 또는 UV-보조 분자 해리를 이용하여 하나 이상의 유기 라디칼이 생성된다.
본 개시사항의 다른 예시적인 구현예는 반도체 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 워크피스 상에 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행하여 워크피스 상에서 워크피스 층(예를 들어, 친수성 워크피스 층)의 표면 습윤각을 변경하는 단계; 및 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행한 후, 워크피스 층 상에 코팅 재료를 증착시키는 단계를 포함한다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 제 1 챔버에서 하나 이상의 종을 생성하는 단계; 하나 이상의 탄화수소 분자를 종과 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계로서, 상기 혼합물은 하나 이상의 유기 라디칼을 포함하는 단계; 및 제 2 챔버에서 워크피스 층을 혼합물에 노출시키는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 워크피스 층은 친수성 워크피스 층이다. 일부 구현예에서, 워크피스 층은 Si, SiGe, SiN, SiO2, Al2O, TaN, TiN, W, 또는 Cu를 포함한다.
일부 구현예에서, 코팅 재료는 포토레지스트를 포함한다. 일부 구현예에서, 코팅 재료는 반사 방지 재료를 포함한다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n+2의 화학식을 가지고, 여기서 n은 1 이상 10 이하이거나, 또는 하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n의 화학식을 가지고, 여기서, n은 2 이상이고 n은 10 이하이다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 종은 제 1 챔버의 공정 가스에서 플라즈마를 유도함으로써 생성된다. 공정 가스는 헬륨과 같은 비활성 가스일 수 있다.
도 2는 본 개시사항의 예시적인 구현예들에 따른 표면 처리 공정을 수행하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 처리 장치(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100)는 가공 챔버(110) 및 가공 챔버(110)로부터 분리된 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 가공 챔버(110)는 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 워크피스(114)를 유지하도록 작동 가능한 기판 홀더(holder) 또는 받침대(112)를 포함한다. 이러한 예시적인 도시에서, 플라즈마는 플라즈마 챔버(120) (즉, 플라즈마 생성 영역)에서 유도 결합 플라즈마 소스(135)에 의해 생성되고, 바람직한 종은 분리 그리드 어셈블리(200)를 통해 플라즈마 챔버(120)로부터 기판(114)의 표면으로 채널링된다(channeled).
본 개시사항의 양태는 예시 및 논의의 목적으로 유도 결합 플라즈마 소스를 참조하여 논의된다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공된 개시사항를 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 임의의 플라즈마 소스(예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스, 축전 결합 플라즈마 소스 등)가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
플라즈마 챔버(120)는 유전체 측벽(122) 및 천장(124)을 포함한다. 유전체 측벽(122), 천장(124) 및 분리 그리드(200)는 플라즈마 챔버 내부(125)를 형성(define)한다.　유전체 측벽(122)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로부터 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 주위에서(about) 유전체 측벽(122)에 인접하여 배치된 유도 코일(130)을 포함할 수 있다. 유도 코일(130)은 적합한 매칭 네트워크(132)를 통해 RF 전력 생성기(134)에 연결된다. 공정 가스(예를 들어, 반응물 및 캐리어 가스)는 가스 공급부(150)와 환형 가스 분배 채널(151), 또는 다른 적합한 가스 도입 메커니즘으로부터 챔버 내부로 공급될 수 있다.　RF 전력 생성기(134)로부터 RF 전력으로 유도 코일(130)에 전력이 공급되면, 플라즈마 챔버(120)에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 특정 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마에 대한 유도 코일(130)의 축전 결합을 감소시키기 위해 선택적인 접지된 패러데이 쉴드(Faraday shield)(128)를 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 분리 그리드(200)는 가공 챔버(110)로부터 플라즈마 챔버(120)를 분리한다. 분리 그리드(200)는 플라즈마 챔버(120)에서 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 여과를 수행하여 여과된 혼합물을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 여과된 혼합물은 가공 챔버에서 워크피스(114)에 노출될 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 다중 플레이트(multi-plate) 분리 그리드일 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드(200)는 서로 평행한 관계로 이격된 제 1 그리드 플레이트(210) 및 제 2 그리드 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 제 1 그리드 플레이트(210)와 제 2 그리드 플레이트는 거리를 두고 분리될 수 있다.
제 1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제 1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제 2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 1 그리드 패턴은 제 2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전된 입자는 분리 그리드에서의 각각의 그리드 플레이트(210, 220)의 홀들을 통해, 그들의 경로에서 벽 상에 재결합될 수 있다. 중성자(예를 들어, 라디칼)는 제 1 그리드 플레이트(210) 및 제 2 그리드 플레이트(220)의 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있다. 홀의 크기 및 각각의 그리드 플레이트(210 및 220)의 두께는 하전된 입자 및 중성 입자 모두에 대한 투명도에 영향을 줄 수 있다.
일부 구현예에서, 제 1 그리드 플레이트(210)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 다른 전기 전도성 재료로부터 제조될 수 있고/있거나, 제 2 그리드 플레이트(220)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등) 중 어느 하나로부터 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 제 1 그리드 플레이트(210) 및/또는 제 2 그리드 플레이트(220)는 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 다른 재료로 제조될 수 있다. 그리드 플레이트가 금속 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조되는 경우, 그리드 플레이트는 접지될 수 있다.
도 3은 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 예시적인 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정(300)의 흐름도를 도시한다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정(300)은 플라즈마 처리 장치(100)를 이용하여 구현될 수 있다. 그러나, 아래에서 상세히 논의되는 바와 같이, 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 접근법을 이용하여 구현될 수 있다. 도 3은 예시 및 논의의 목적으로 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공되는 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법의 다양한 단계가 다양한 방식으로 생략, 확장, 동시에 수행, 재배열, 및/또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 추가의 단계들(미도시)이 수행될 수 있다.
(302)에서, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 워크피스를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스(114)는 가공 챔버(110)에서 가공 온도로 가열될 수 있다. 워크피스(114)는, 예를 들어 받침대(112)와 연관된 하나 이상의 가열 시스템을 이용하여 가열될 수 있다. 일부 구현예에서, 워크피스는 약 20 ℃ 내지 약 400 ℃의 범위의 가공 온도로 가열될 수 있다.
(304)에서, 표면 처리 공정은 공정 가스를 플라즈마 챔버 내로 유입시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적합한 가스 도입 메커니즘을 통해 가스 소스(150)로부터 플라즈마 챔버 내부(125)로 유입될 수 있다.
일부 구현예에서, 공정 가스는 하나 이상의 탄화수소 분자를 포함할 수 있다. 예시적인 탄화수소 분자는, 예를 들어 비환형 알칸 CnH2n+2를 포함할 수 있고, 여기서 n은 1 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 분자는 메탄 CH4, 에탄 C2H6, 프로판 또는 이소프로판 C3H8 등과 같은 비환형 알칸을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 탄화수소 분자는 환형 알칸 CnH2n을 포함할 수 있고, 여기서 n은 5 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 전구체는 시클로펜탄 C5H10, 시클로헥산 C6H12, 메틸-시클로헥산, C7H14, 디메틸-시클로헥산 C8H16, 1,3,5-트리메틸-시클로헥산 C9H18 등과 같은 환형 알칸을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탄화수소 전구체는 에틸렌 C2H4, 프로펜 C3H6 등과 같은, 알켄 CnH2n을 포함할 수 있으며, 여기서 n은 2 이상 10 이하이다.
(306)에서, 표면 처리 공정은 제 2 가스, 예컨대 수소 가스(H2)와 같은 반응성 가스를 플라즈마 챔버 내로 유입시키는 단계를 포함(예를 들어, 선택적으로 포함)할 수 있다. 예를 들어, 제 2 가스는 공정 가스의 일부로서 플라즈마 챔버 내로 유입될 수 있다. 공정 가스는 H2 및 N2를 포함하는 혼합물 및/또는 H2 및 He을 포함하는 혼합물 및/또는 H2 및 Ar을 포함하는 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 헬륨, 아르곤, 또는 크세논과 같은 비활성 가스이다.
(308)에서, 표면 처리 공정은 플라즈마 챔버에서 유도 결합 플라즈마 소스에 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유도 코일(130)은 RF 전력 생성기(134)로부터 RF 에너지로 전력이 공급되어 플라즈마 챔버 내부(125)에서 플라즈마를 생성할 수 있다. 일부 구현예에서, 유도 결합 전력 소스는 펄스 전력으로 전력이 공급되어, 감소된 플라즈마 에너지를 갖는 바람직한 라디칼을 얻을 수 있다. 플라즈마는 수소 가스로부터 하나 이상의 수소 라디칼을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
(310)에서, 표면 처리 공정은 플라즈마 챔버 내부의 혼합물에서 플라즈마를 이용하여 하나 이상의 탄화수소 분자를 해리시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 내부(125)에서 유도 결합 플라즈마 소스(135)를 이용하여 유도된 플라즈마는 공정 가스에서 탄화수소 분자 및 다른 분자를 해리하여 라디칼 및 이온을 생성할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 탄화수소 분자는 플라즈마에서 해리되어 CH3 라디칼과 같은 유기 라디칼을 생성할 수 있다.
(312)에서, 표면 처리 공정은 혼합물에서 플라즈마에 의해 생성된 하나 이상의 이온을 여과하여 여과된 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 여과된 혼합물은 CH3 라디칼과 같은, 탄화수소 분자의 해리에 의해 생성된 라디칼을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 이온은, 워크피스가 위치한 가공 챔버로부터 플라즈마 챔버를 분리하는 분리 그리드 어셈블리를 이용하여 여과될 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드(200)는 플라즈마에 의해 생성된 이온을 여과하기 위해 사용될 수 있다. 분리 그리드(200)는 복수의 홀을 가질 수 있다. 하전된 입자(예를 들어, 이온)는 그들의 경로에서 복수의 홀을 통해 벽 상에 재결합될 수 있다. 중성자(예를 들어, CH3 라디칼과 같은 라디칼)는 홀을 통과할 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 약 90% 이상, 예컨대 약 95% 이상의 효율로 이온을 여과하도록 구성될 수 있다. 이온 여과에 대한 효율의 백분율은, 혼합물의 총 이온수에 대해 혼합물로부터 제거된 이온의 양을 의미한다. 예를 들어, 약 90%의 효율은 여과 동안 이온의 약 90%가 제거됨을 나타낸다. 약 95%의 효율은 여과 동안 이온의 약 95%가 제거됨을 나타낸다.
일부 구현예에서, 분리 그리드는 다중 플레이트 분리 그리드일 수 있다. 다중 플레이트 분리 그리드는 병렬의 다중 분리 그리드 플레이트를 가질 수 있다. 그리드 플레이트에서 홀의 배열 및 정렬은 이온 여과에 대한 바람직한 효율, 예컨대 약 95% 이상을 제공하도록 선택될 수 있다.
예를 들어, 분리 그리드(200)는 서로 평행한 관계의 제 1 그리드 플레이트(210) 및 제 2 그리드 플레이트(220)를 가질 수 있다. 제 1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제 1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제 2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 1 그리드 패턴은 제 2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전된 입자(예를 들어, 이온)는 분리 그리드(200)에서의 각각의 그리드 플레이트(210, 220)의 홀을 통해, 그들의 경로에서 벽 상에 재결합될 수 있다. 중성자 종(예를 들어, 라디칼)은 제 1 그리드 플레이트(210) 및 제 2 그리드 플레이트(220)에서 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있다.
도 4의 (314)에서, 표면 처리 공정은 탄소 함유층을 여과된 혼합물에 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 워크피스는 플라즈마에서 생성되고 분리 그리드 어셈블리를 통과하는 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)에 노출될 수 있다. 일 예로서, 유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)은 분리 그리드(200)를 통과할 수 있고, 워크피스(114) 상에 노출될 수 있다. 일부 구현예에서, 워크피스를 유기 라디칼에 노출시키는 것은 탄소 함유층의 적어도 일부에 유기 라디칼의 부착을 야기할 수 있다.
유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한 다른 접근법을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 유기 라디칼은 플라즈마 후 가스 주입을 이용하여 적어도 부분적으로 생성될 수 있다.
예를 들어, 도 4는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 플라즈마 후 가스 주입을 이용하여 유기 라디칼이 생성되는 예시적인 표면 처리 공정(400)의 흐름도를 도시한다. 공정(400)은, 일 예로서 도 2의 플라즈마 처리 장치(100)를 참조하여 논의될 것이다. 도 4는 예시 및 논의의 목적으로 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공되는 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법의 다양한 단계가 다양한 방식으로 생략, 확장, 동시에 수행, 재배열, 및/또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 단계들(미도시)이 수행될 수 있다.
(402)에서, 표면 처리 공정은 워크피스를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스(114)는 가공 챔버에서 가공 온도로 가열될 수 있다. 워크피스(114)는, 예를 들어 받침대(112)와 연관된 하나 이상의 가열 시스템을 이용하여 가열될 수 있다. 일부 구현예에서, 워크피스는 약 50 ℃ 내지 약 400 ℃의 범위의 온도로 가열될 수 있다.
(404)에서, 표면 처리 공정은 공정 가스 혼합물을 플라즈마 챔버 내로 유입시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적합한 가스 도입 메커니즘을 통해 가스 소스(150)로부터 플라즈마 챔버 내부(125)로 유입될 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 수소 가스(H2)와 같은 반응성 가스를 포함할 수 있다. 공정 가스는 N2 및/또는 He 및/또는 Ar과 같은 캐리어 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 공정 가스는 H2 및 N2를 포함하는 혼합물일 수 있다. 일부 다른 구현예에서, 공정 가스는 H2 및 He을 포함하는 혼합물일 수 있다. 또 다른 일부 구현예에서, 공정 가스는 H2 및 Ar을 포함하는 혼합물일 수 있다.
일부 구현예에서, 공정 가스는 비활성 가스일 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 반응성 가스가 없는 비활성 가스일 수 있다. 특정 구현예에서, 공정 가스는 헬륨, 크세논, 아르곤, 또는 다른 비활성 가스일 수 있다.
(406)에서, 표면 처리 공정은 유도 결합 플라즈마 소스에 전력을 공급하여 플라즈마 챔버에서 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유도 코일(130)은 플라즈마 챔버 내부(125)에서 RF 전력 생성기(134)로부터 RF 에너지로 전력이 공급되어 플라즈마를 생성할 수 있다. 일부 구현예에서, 유도 결합 전력 소스는 펄스 전력으로 전력이 공급되어 감소된 플라즈마 에너지를 갖는 바람직한 종을 얻을 수 있다.
(408)에서, 표면 처리 공정은 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 이용하여 혼합물 중 하나 이상의 분자를 해리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 챔버 내부(125)에서 유도 결합 플라즈마 소스(135)를 이용하여 반응성 공정 가스(예를 들어, H2)로부터 유도된 플라즈마는, 공정 가스 혼합물에서 분자를 해리하여 라디칼 (예를 들어, H 라디칼) 및 이온을 생성할 수 있다. 다른 예로서, 플라즈마 챔버 내부(125)에서 유도 결합 플라즈마 소스(135)를 이용하여 비활성 공정 가스(예를 들어, He)로부터 유도된 플라즈마는, 하나 이상의 여기된 비활성 가스 분자(예를 들어, 여기된 He 분자)를 생성할 수 있다.
(410)에서, 표면 처리 공정은 플라즈마에서 공정 가스로부터 하나 이상의 종을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 여과된 혼합물은 플라즈마에서 공정 가스로부터 생성된 종을 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 하나 이상의 이온은 워크피스가 위치한 가공 챔버로부터 플라즈마 챔버를 분리하는 분리 그리드 어셈블리를 이용하여 여과될 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드(200)는 플라즈마에 의해 생성된 이온을 여과하기 위해 사용될 수 있다.
분리 그리드(200)는 복수의 홀을 가질 수 있다. 하전된 입자(예를 들어, 이온)는 그들의 경로에서 복수의 홀을 통해 벽 상에 재결합될 수 있다. 중성 입자(예를 들어, 라디칼)는 홀을 통과할 수 있다. 일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 약 95% 이상, 예컨대 약 95% 이상의 효율로 이온을 여과하도록 구성될 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드는 다중 플레이트 분리 그리드일 수 있다. 다중 플레이트 분리 그리드는 병렬의 다중 분리 그리드 플레이트를 가질 수 있다. 그리드 플레이트에서 홀의 배열 및 정렬은 이온 여과에 대한 바람직한 효율, 예컨대 약 95% 이상을 제공하도록 선택될 수 있다.
(412)에서, 공정은 여과 후 여과된 혼합물 내로 탄화수소 분자를 주입하는 단계를 포함할 수 있다. 탄화수소 분자는 수소 라디칼과 반응하여 바람직한 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)을 생성할 수 있다.
예시적인 탄화수소 분자는, 예를 들어 비환형 알칸 CnH2n+2를 포함할 수 있고, 여기서 n은 1 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 분자는 메탄 CH4, 에탄 C2H6, 프로판 또는 이소프로판 C3H8 등과 같은 비환형 알칸을 포함할 수 있다. 탄화수소 분자(들)는 환형 알칸 CnH2n을 포함할 수 있고, 여기서 n은 5 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 분자(들)는 시클로펜탄 C5H10, 시클로헥산 C6H12, 메틸-시클로헥산, C7H14, 디메틸-시클로헥산 C8H16, 1,3,5-트리메틸-시클로헥산 C9H18 등과 같은 환형 알칸을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탄화수소 분자(들)는 에틸렌 C2H4, 프로펜 C3H6 등과 같은, 알켄 CnH2n을 포함할 수 있으며, 여기서 n은 1 이상 10 이하이다.
도 5는 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 이온 여과 후 탄화수소 분자의 주입을 위한 예시적인 분리 그리드(200)를 도시한다. 보다 구체적으로, 분리 그리드(200)는 이온/UV 여과를 위한 병렬 관계로 배치된 제 1 그리드 플레이트(210) 및 제 2 그리드 플레이트(220)를 포함한다.
제 1 그리드 플레이트(210)와 제 2 그리드 플레이트(220)는 서로 평행한 관계일 수 있다. 제 1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제 1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제 2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 1 그리드 패턴은 제 2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 플라즈마로부터의 중성 입자 및 하전된 입자(215)는 분리 그리드(200)에 노출될 수 있다. 하전된 입자(예를 들어, 이온)는 분리 그리드(200)에서의 각각의 그리드 플레이트(210, 220)의 홀을 통해 그들의 경로에서 벽 상에 재결합될 수 있다. 중성 종(예를 들어, H 라디칼 또는 여기된 비활성 가스 분자)은 제 1 그리드 플레이트(210) 및 제 2 그리드 플레이트(220)의 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있다.
제 2 그리드 플레이트(220)에 이어서, 가스 주입 소스(230)는 탄화수소 가스를 여과된 혼합물 내로 유입시키도록 구성될 수 있다. 탄화수소 가스의 주입으로 발생한 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)(225)은 워크피스에의 노출을 위해 제 3 그리드 플레이트(235)를 통과할 수 있다.
본 실시예는 예시적인 목적으로 3개의 그리드 플레이트를 갖는 분리 그리드를 참조하여 논의된다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공된 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 더 많거나 더 적은 그리드 플레이트가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 4의 (414)에서, 표면 처리 공정은 탄소 함유층을 여과된 혼합물에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 탄화수소 분자의 주입 후, 탄소 함유층을 갖는 워크피스는 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)에 노출될 수 있다. 일 예로서, 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)은 제 3 그리드 플레이트(235)(도 5)를 통과할 수 있고, 워크피스(114) 상에 노출될 수 있다. 일부 구현예에서, 워크피스를 유기 라디칼에 노출시키는 것은 탄소 함유층의 적어도 일부의 메틸화를 야기할 수 있다.
일부 구현예에서, 수소 라디칼은 상이한 수소 라디칼의 소스를 이용하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 수소 가스 H2는 제 1 챔버에서 가열된 필라멘트(예를 들어, 텅스텐 필라멘트)를 통과하여 수소 라디칼을 생성할 수 있다. 수소 라디칼은 분리 그리드(200)를 통과할 수 있다.
분리 그리드(200)는 병렬 관계로 배치된 제 1 그리드 플레이트(210) 및 제 2 그리드 플레이트(220)를 포함한다. 제 1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제 1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제 2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제 1 그리드 패턴은 제 2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다.
제 1 그리드 플레이트(210)에 이어서, 가스 주입 소스(230)는 탄화수소 가스를 여과된 혼합물 내로 유입시키도록 구성될 수 있다. 탄화수소 가스의 주입으로 발생한 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)(225)은 워크피스에의 노출을 위해 제 2 그리드 플레이트(220)를 통과할 수 있다.
탄화수소 가스는 하나 이상의 탄화수소 분자를 포함할 수 있다. 예시적인 탄화수소 분자는, 예를 들어 비환형 알칸 CnH2n+2를 포함할 수 있고, 여기서 n은 1 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 분자는 메탄 CH4, 에탄 C2H6, 프로판 또는 이소프로판 C3H8 등과 같은 비환형 알칸을 포함할 수 있다. 탄화수소 분자(들)는 환형 알칸 CnH2n을 포함할 수 있고, 여기서 n은 5 이상 10 이하이다. 예를 들어, 탄화수소 분자(들)는 시클로펜탄 C5H10, 시클로헥산 C6H12, 메틸-시클로헥산, C7H14, 디메틸-시클로헥산 C8H16, 1,3,5-트리메틸-시클로헥산 C9H18 등과 같은 환형 알칸을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탄화수소 분자(들)는 에틸렌 C2H4, 프로펜 C3H6 등과 같은, 알켄 CnH2n을 포함 할 수 있으며, 여기서 n은 1 이상 10 이하이다.
본 실시예는 예시적인 목적으로 2개의 그리드 플레이트를 갖는 분리 그리드를 참조하여 논의된다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공된 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 더 많거나 더 적은 그리드 플레이트가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)은 본 개시사항의 범위를 벗어나는 다른 접근법을 이용하여 생성될 수 있다. 일 예로서, 유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)은 분자(예를 들어, 아조메탄 CH3-N=N-CH3)의 열분해(열적 분해)를 이용하여 생성될 수 있다. 다른 예로서, 유기 라디칼은 UV-보조 분자 해리(예를 들어, 아세톤 CH3COCH3)로 생성될 수 있다.
도 7은 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 반도체 장치 제조를 위한 일 예시적인 방법(500)의 흐름도를 도시한다. 방법(500)은, 예로서 도 2의 플라즈마 처리 장치(100)을 참조하여 논의될 것이다. 방법 (500)은, 예를 들어 분리 그리드에 의해, 제 2 챔버로부터 분리된 제 1 챔버를 갖는 임의의 적합한 처리 장치에서 구현될 수 있다. 도 7은 예시 및 논의의 목적으로 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공되는 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법의 다양한 단계가 다양한 방식으로 생략, 확장, 동시에 수행, 재배열, 및/또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 단계들(미도시)이 수행될 수 있다.
(502)에서, 방법은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행하기 위한 처리 장치를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 표면 처리 공정을 수행하기 위해 플라즈마 챔버(120) 및/또는 가공 챔버(110)를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(100)를 조절하는 단계는 워크피스를 가공 챔버(110) 내로 도입하기 전에, 플라즈마 챔버(120)에서 산소-기반 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 플라즈마 처리 장치를 조절하기 위해 다른 산화-기반 화학 공정이 수행될 수 있다.
(504)에서, 방법은 플라즈마 처리 장치의 가공 챔버 내에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 워크피스는 포토레지스트와 같은 탄소 함유층을 포함할 수 있다. 가공 챔버는 플라즈마 챔버로부터 분리될 수 있다(예를 들어, 분리 그리드 어셈블리에 의해 분리됨). 예를 들어, 방법은 워크피스(114)를 가공 챔버(110) 내의 받침대(112) 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정(506)을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 본원에 개시된 임의의 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정일 수 있다. 예를 들어, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 도 4 내지 도 7을 참조하여 논의된 예시적인 표면 처리 공정(들)일 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은, 건식 스트립 공정에 대한 공정 파라미터로서, 예를 들어 탄소 함유층의 특성을 변경하기 위해 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 단일 단계로서 건식 스트립 공정과 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어, 이러한 예시적인 구현예에서, 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 내의 공정 가스로부터 하나 이상의 수소 라디칼을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 공정 가스는, 예를 들어 H2와 N2의 혼합물 및/또는 H2와 He의 혼합물 및/또는 H2와 Ar의 혼합물을 포함할 수 있다. 플라즈마 소스(135)는 또한, 동일한 공정 단계의 일부로서, 하나 이상의 탄화수소 분자를 해리하여 유기 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 라디칼(예를 들어, CH3 라디칼을 포함)은 워크피스(110)에의 노출을 위해 분리 그리드(200)를 통해 가공 챔버로 통과할 수 있다. 라디칼은, 예를 들어 포토레지스트, 잔류물, 또는 다른 재료의 제거를 위해 사용될 수 있다. 건식 스트립 공정 동안, CH3 라디칼은 워크피스 상의 Si 및/또는 SiGe 표면에 보호층을 형성하여 Si 및/또는 SiGe 표면의 재료 손실을 감소시킬 수 있다.
도 8의 (508)에서, 방법은 가공 챔버로부터 워크피스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스(114)는 가공 챔버(110) 내의 받침대(112)로부터 제거될 수 있다. 이후, 추가의 워크피스의 향후 처리를 위해 플라즈마 처리 장치가 조절될 수 있다.
도 8은 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 반도체 장치 제조를 위한 일 예시적인 방법(600)의 흐름도를 도시한다. 방법(600)은, 예로서 도 2의 플라즈마 처리 장치(100)를 참조하여 논의될 것이다. 방법(600)은, 예를 들어 분리 그리드에 의해, 제 2 챔버로부터 분리된 제 1 챔버를 갖는 임의의 적합한 처리 장치에서 구현될 수 있다. 도 8은 예시 및 논의의 목적으로 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공되는 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법의 다양한 단계가 다양한 방식으로 생략, 확장, 동시에 수행, 재배열, 및/또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 단계들(미도시)이 수행될 수 있다.
(602)에서, 방법은 본 개시사항의 예시적인 구현예에 따른 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행하기 위한 처리 장치를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 표면 처리 공정을 수행하기 위해 플라즈마 챔버(120) 및/또는 가공 챔버(110)를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(100)를 조절하는 단계는 워크피스를 가공 챔버(110) 내로 도입하기 전에, 플라즈마 챔버(120)에서 산소-기반 플라즈마를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 플라즈마 처리 장치를 조절하기 위해 다른 산화-기반 화학 공정은이 수행될 수 있다.
(604)에서, 방법은 플라즈마 처리 장치의 가공 챔버 내에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 워크피스는 포토레지스트와 같은 탄소 함유층을 포함할 수 있다. 가공 챔버는 플라즈마 챔버로부터 분리될 수 있다(예를 들어, 분리 그리드 어셈블리에 의해 분리됨). 예를 들어, 방법은 워크피스(114)를 가공 챔버(110) 내의 받침대(112) 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
(606)에서, 방법은 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 본원에 개시된 임의의 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정일 수 있다. 예를 들어, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 도 3 내지 도 6을 참조하여 논의된 예시적인 표면 처리 공정(들)일 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은, 예를 들어 건식 스트립 공정에 대한 공정 파라미터로서, 탄소 함유층의 특성을 변경하기 위해 사용될 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 탄소 함유층의 표면의 적어도 일부의 메틸화를 야기하는 메틸 라디칼 기반 공정일 수 있다.
(608)에서, 방법은 건식 스트립 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 건식 스트립 공정은 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정에 대하여 별도의 단계로서 수행될 수 있다. 건식 스트립 공정은 플라즈마 챔버(120) 내의 공정 가스에서 유도 결합 플라즈마 소스(135)를 이용하여 플라즈마를 유도하여, 하나 이상의 이온 및 라디칼을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 공정 가스는, 예를 들어 H2 및 N2를 갖는 혼합물 및/또는 H2 및 He을 갖는 혼합물 및/또는 H2 및 Ar을 갖는 혼합물일 수 있다. 이온 및 라디칼은 분리 그리드에 제공될 수 있다. 분리 그리드는 하나 이상의 이온을 여과할 수 있고, 워크피스에의 노출을 위해 라디칼이 분리 그리드를 통해 가공 챔버로 통과하게 할 수 있다. 라디칼은, 예를 들어 포토레지스트 제거 또는 다른 건식 스트립 공정에 이용될 수 있다.
도 8의 (610)에서, 방법은 가공 챔버로부터 워크피스를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스(114)는 가공 챔버(110) 내의 받침대(112)로부터 제거될 수 있다. 이후, 추가의 워크피스의 향후 처리를 위해 플라즈마 처리 장치가 조절될 수 있다.
도 9는 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 반도체 장치 제조를 위한 하나의 예시적인 방법(700)의 흐름도를 도시한다. 방법(700)은, 예로서 도 2의 플라즈마 처리 장치(100)를 참조하여 논의될 것이다. 방법(700)은, 예를 들어 분리 그리드에 의해, 제 2 챔버로부터 분리된 제 1 챔버를 갖는 임의의 적합한 처리 장치에서 구현될 수 있다. 도 9는 예시 및 논의의 목적으로 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 이 기술분야의 통상의 기술자는 본원에서 제공되는 개시사항을 이용하여, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 본원에 기재된 임의의 방법의 다양한 단계가 다양한 방식으로 생략, 확장, 동시에 수행, 재배열, 및/또는 변형될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 본 개시사항의 범위를 벗어나지 않는 한, 다양한 단계들(미도시)이 수행될 수 있다.
(702)에서, 방법은 플라즈마 처리 장치의 가공 챔버 내에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 워크피스는 하나 이상의 친수성 워크피스 층을 포함할 수 있다. 친수성 층은, 예를 들어 Si, SiGe, SiN, SiO2, Al2O, TaN, TiN, W, 및/또는 Cu를 포함할 수 있다. 가공 챔버는 플라즈마 챔버로부터 분리될 수 있다(예를 들어, 분리 그리드 어셈블리에 의해 분리됨). 예를 들어, 방법은 워크피스(114)를 가공 챔버(110) 내의 받침대(112) 상에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
(704)에서, 방법은 본 개시사항의 예시적인 양태에 따른 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 본원에 개시된 임의의 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정일 수 있다. 예를 들어, 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 도 3 내지 도 6을 참조하여 논의된 예시적인 표면 처리 공정(들)일 수 있다.
유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은, 예를 들어 친수성 워크피스 층의 표면 습윤각을 변경하기 위해 이용될 수 있다. 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은 탄소 함유층의 표면의 적어도 일부의 메틸화를 야기하는 메틸 라디칼 기반 공정일 수 있다. 친수성 워크피스 층의 표면에의 메틸 라디칼의 부착은 워크피스 층을 보다 소수성으로 만들어, 워크피스 상에 다른 층(예를 들어, 포토레지스트, 반사 방지 코팅층 등)의 코팅 및/또는 증착을 용이하게 할 수 있다.
(706)에서, 방법은 워크피스 상에서 워크피스 층 상에 코팅층을 증착시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트 층이 워크피스 층 상에 증착될 수 있다. 다른 예로서, 반사 방지 코팅층이 워크피스 층 상에 증착될 수 있다.
도 9의 (708)에서, 방법은 반도체 제조 공정 단계와 같은 추가 공정 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 일 예로서, 방법은 포토리소그래피 공정을 수행하여 워크피스의 표면 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 포토레지스트 제거 또는 다른 잔류물 제거를 위해 건식 스트립 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 습식 세정 공정 또는 다른 반도체 제조 공정 단계를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 주제는 이의 특정한 예시적인 구현예에 관하여 상세하게 기술되었지만, 이 기술분야의 통상의 기술자는 상기한 내용의 이해 시, 이러한 구현예의 변경, 변형 및 균등물을 용이하게 생산할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시사항의 범위는 제한을 위한 것이라기보다는 예시에 불과하며, 본 개시사항은 이 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 바와 같이, 본 주제에 대한 이러한 수정, 변형 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (25)

  1. 워크피스(workpiece)를 가공하기 위한 방법으로서, 상기 워크피스는 반도체 재료 및 탄소 함유층을 포함하고, 상기 방법은 탄소 함유층에 표면 처리 공정을 수행하는 단계를 포함하며, 상기 표면 처리 공정은:
    제 1 챔버에서 하나 이상의 종(species)을 생성하는 단계;
    하나 이상의 탄화수소 분자를 상기 종과 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계; 및
    제 2 챔버에서 상기 탄소 함유층을 상기 혼합물에 노출시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n+2의 화학식을 가지고, 여기서 n은 1 이상 10 이하인, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n의 화학식을 가지고, 여기서 n은 2 이상 10 이하인, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 챔버의 혼합물에서 하나 이상의 탄화수소 분자를 해리시킴으로써 하나 이상의 유기 라디칼이 생성되는, 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    제 1 챔버는 분리 그리드(grid)로 제 2 챔버로부터 분리되고, 상기 탄화수소 분자는 상기 제 2 챔버에서 종과 혼합되는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    혼합물은 하나 이상의 유기 라디칼을 포함하는, 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    혼합물은 CH3 라디칼을 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    탄소 함유층은 포토레지스트를 포함하는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    방법은 건식 스트립 공정(dry strip process)을 수행하여 탄소 함유층의 적어도 일부를 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 종은 제 1 챔버의 공정 가스(process gas)에서 유도된 플라즈마에 의해 생성되는, 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    공정 가스는 비활성 가스인, 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    비활성 가스는 헬륨인, 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    공정 가스는 수소 가스를 포함하고, 종은 수소 라디칼을 포함하는, 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    제 1 챔버의 플라즈마에서 유도 결합 플라즈마 소스를 이용하여 하나 이상의 유기 라디칼이 생성되는, 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 종은 가열된 필라멘트를 이용하여 생성된 수소 라디칼을 포함하는, 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    분자의 열분해(pyrolysis) 또는 UV-보조(UV-assisted) 분자 해리를 이용하여 하나 이상의 유기 라디칼이 생성되는, 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    방법은 제 2 챔버로부터 제 1 챔버를 분리하는 분리 그리드를 이용하여, 하나 이상의 이온을 여과하여 여과된 혼합물을 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  18. 반도체 워크피스를 가공하는 방법으로서, 상기 방법은:
    워크피스 상에 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행하여 워크피스 상에서 워크피스 층의 표면 습윤각을 변경하는 단계;
    유기 라디칼 기반 표면 처리 공정을 수행한 후, 워크피스 층 상에 코팅 재료를 증착시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 유기 라디칼 기반 표면 처리 공정은:
    제 1 챔버에서 하나 이상의 종을 생성하는 단계;
    하나 이상의 탄화수소 분자를 상기 종과 혼합하여 혼합물을 생성하는 단계로서, 상기 혼합물은 하나 이상의 유기 라디칼을 포함하는 단계; 및
    제 2 챔버에서 워크피스 층을 상기 혼합물에 노출시키는 단계
    를 포함하는, 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    워크피스 층은 친수성 워크피스 층인, 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    워크피스 층은 Si, SiGe, SiN, SiO2, Al2O, TaN, TiN, W, 또는 Cu를 포함하는, 방법.
  21. 제 18 항에 있어서,
    코팅 재료는 포토레지스트를 포함하는, 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    코팅 재료는 반사 방지 재료를 포함하는, 방법.
  23. 제 18 항에 있어서,
    하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n+2의 화학식을 가지고, 여기서 n은 1 이상 10 이하이거나, 또는 하나 이상의 탄화수소 분자는 CnH2n의 화학식을 가지고, 여기서 n은 2 이상 10 이하인, 방법.
  24. 제 18 항에 있어서,
    하나 이상의 종은 제 1 챔버의 공정 가스에서 플라즈마의 유도에 의해 생성되는, 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    공정 가스는 비활성 가스인, 방법.
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