KR20220028142A - 수소 라디칼 및 오존 가스를 사용한 워크피스의 처리 - Google Patents

수소 라디칼 및 오존 가스를 사용한 워크피스의 처리 Download PDF

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KR20220028142A
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팅 시에
후아 청
빈 동
신리앙 루
하이춘 양
마이클 엑스. 양
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매슨 테크놀로지 인크
베이징 이타운 세미컨덕터 테크놀로지 컴퍼니 리미티드
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Abstract

반도체와 같은 워크피스로부터 포토레지스트 층(들)을 제거하기 위한 공정이 제공된다. 하나의 예시적인 구현에서, 워크피스를 처리하는 방법은 워크피스 지지대 상에 워크피스를 지지하는 단계를 포함할 수 있다. 워크피스는 포토레지스트 층 및 저-k(low-k) 유전체 재료 층을 가질 수 있다. 방법은 포토레지스트 층의 적어도 일부를 제거하기 위해 워크피스에 수소 라디칼 에칭 공정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 포토레지스트 층의 적어도 일부를 제거하기 위해 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

수소 라디칼 및 오존 가스를 사용한 워크피스의 처리
우선권
본 출원은 2019년 7월 18일자로 출원된 "수소 라디칼 및 오존 가스를 사용한 워크피스의 처리"라는 명칭의 미국 가출원 일련번호 62/875,566의 우선권을 주장하며, 이는 모든 목적을 위해 여기에 참조로 통합된다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 반도체 처리에 관한 것이다.
플라즈마 스트립 공정(예를 들어, 건식 스트립 공정)은 반도체 제조 동안 워크피스 상에 패터닝된 포토레지스트 및/또는 다른 재료를 제거하기 위한 방법으로서 반도체 제조에 사용될 수 있다. 플라즈마 스트립 공정은 워크피스의 표면으로부터 포토레지스트 및 다른 마스크 층을 에칭 및/또는 제거하기 위해 하나 이상의 공정 가스로부터 생성된 플라즈마로부터 추출된 반응성 종(예를 들어, 라디칼)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 일부 플라즈마 스트립 공정에서, 원격 플라즈마 챔버에서 생성된 플라즈마로부터의 중성 종은 분리 그리드를 통해 처리 챔버로 전달된다. 중성 종은 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스에 노출되어, 워크피스의 표면으로부터 포토레지스트를 제거할 수 있다.
본 개시의 구현예의 양태 및 이점은 다음 설명에서 부분적으로 제시되거나, 설명으로부터 학습될 수 있거나, 구현예의 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 개시의 일부 양태에서, 워크피스를 처리하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 처리 챔버에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 워크피스는 포토레지스트 층 및 저-k 유전체 재료 층을 포함할 수 있다. 방법은 플라즈마 챔버에서 유도된 플라즈마를 사용하여 공정 가스로부터 하나 이상의 종을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 공정 가스는 수소 가스를 포함할 수 있다. 방법은 하나 이상의 종을 여과하여 여과된 혼합물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 여과된 혼합물은 하나 이상의 수소 라디칼을 포함할 수 있다. 방법은 수소 라디칼이 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 포토레지스트 층을 처리 챔버 내의 수소 라디칼에 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 일부 양태는 워크피스를 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 방법은 처리 챔버에 워크피스를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 워크피스는 포토레지스트 층 및 저-k 유전체 재료 층을 포함할 수 있다. 방법은 오존 공정 가스를 처리 챔버로 유입시키는 단계 및 오존 공정 가스가 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 오존 공정 가스에 워크피스를 노출시키는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 구현예의 이들 및 다른 특징, 양태 및 이점은 다음의 설명 및 첨부된 청구범위를 참조하여 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에 통합되고 그 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 구현예를 도시하고, 상세한 설명과 함께, 관련 원리를 설명하는 역할을 한다.
당업자에 대한 구현예의 상세한 설명은 첨부된 도면을 참조하는 명세서에 제시되어 있으며, 여기서:
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 예시적인 포토레지스트 제거 공정을 도시하고;
도 2a 및 도 2b는 본 개시의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 포토레지스트 제거 공정을 도시하고;
도 3은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시하고;
도 4는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 포토레지스트 제거 공정의 예시적인 흐름도를 도시하고;
도 5는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 포스트-플라즈마 가스 주입을 이용한 수소 라디칼의 예시적인 생성을 도시하고;
도 6은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 필라멘트를 이용한 수소 라디칼의 예시적인 생성을 도시하고;
도 7은 본 개시의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시하고;
도 8은 본 개시의 예시적인 구현예들에 따른 예시적인 플라즈마 처리 장치를 도시하고;
도 9는 수소 라디칼에 노출된 후 포토레지스트 회분 양을 나타내고;
도 10a 및 10b는 수소 라디칼에 노출될 때 저-k 재료 층 손실을 나타내고;
도 11a 및 도 11b는 오존 공정 가스에 노출된 후 포토레지스트 회분 양을 나타내고; 그리고
도 12는 오존 공정 가스에 노출된 후의 저-k 유전체 재료 손실을 나타낸다.
이제 하나 이상의 예가 도면에 예시된 구현예에 대해 상세히 참조될 것이다. 각 예는 구현예의 설명을 위해 제공되는 것이며, 본 개시를 제한하는 것이 아니다. 실제, 본 개시의 범위 또는 사상을 벗어남이 없이 구현예에 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 일 구현예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징은 또 다른 구현예와 함께 사용되어 또 다른 구현예가 얻어질 수 있다. 따라서, 본 개시의 양태는 이러한 변형 및 변경을 포함하도록 의도된다.
본 개시의 예시적인 양태는 추가 처리를 위한 준비로 워크피스의 표면으로부터 포토레지스트 및/또는 다른 마스크 재료를 선택적으로 제거하기 위해 워크피스를 처리하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시의 양태는 저-k 유전체 재료를 갖는 워크피스 상의 포토레지스트 재료의 제거 및/또는 에칭에 관한 것이다. 예를 들어, 플라즈마로부터 추출된 반응성 종은 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스의 표면 상의 포토레지스트를 적어도 부분적으로 에칭 및/또는 제거하기 위해 사용될 수 있다. 워크피스는 또한 포토레지스트의 제거를 용이하게 하기 위해 오존 가스에 노출될 수 있다.
탄소 함유 저-유전 상수(k) 유전체 재료는 반도체 장치 제조에 점점 더 많이 사용되고 있다. 저-k 유전체 재료는 FEOL(front-end-of-line) 애플리케이션(applications)에서 게이트와 소스 및/또는 게이트와 드레인 사이의 스페이서로서 사용될 수 있다. 예를 들어, SiOCN은 첨단 반도체 장치의 FEOL(front-end-of-line) 애플리케이션 분야에서 스페이서 재료로서 사용될 수 있다. Low-k 유전체 재료는 또한 상호연결 구조체(예를 들어, Cu 상호연결 구조체)의 일부와 같은 BEOL(back-end-of-line) 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 예를 들어, SiOC는 BEOL(back-end-of-line) 애플리케이션에서 상호연결 유전체로서 사용될 수 있다.
반도체 집적 회로 장치의 제조 동안, 다공성 및 비다공성 저-k 유전체 접촉 재료가 자주 사용된다. low-k 유전체 재료를 사용하는 목적은 전도층들 사이의 커패시턴스를 줄이는 것일 수 있다. 이러한 방식으로 저-k 재료를 사용하면, 전도성 금속 라인을 따라 고주파 신호 전송과 관련된 반응성(예를 들어, 저항성 용량성(RC)) 시간 지연을 줄일 수 있다. RC 시간 지연은 집적 회로가 더 빠르게 작동하는 것을 방해하는 주요 장애물이 될 수 있으며, 따라서 고급 집적 회로(advanced integrated circuits)의 설계 및 제조에 대한 과제이다.
다공성 및 비-다공성 저-k 유전체 재료는 이산화규소의 매트릭스에 메틸기와 같은 유기 성분을 함유할 수 있다. 이러한 재료는 이산화규소 그리드에 탄소 및 수소 원자가 포함될 수 있으며, 이는 재료의 유전 상수를 낮춘다. 포토레지스트 제거를 위한 통상적인 공정은 플라즈마에 다량의 산소 및/또는 질소를 갖는 가스의 혼합물로부터 형성된 플라즈마를 사용할 수 있다. 반응성이 높은 산소 기반 플라즈마는 유기 포토레지스트와 반응하고 산화하여, 웨이퍼 표면으로부터 제거되는 휘발성 성분을 형성한다. 그러나, 이러한 산소 및 질소 기반 플라즈마에 대한 저-k 유전체 재료의 노출은 재료의 유전 상수를 크게 증가시켜, 저-k 유전체 재료에 손상을 줄 수 있다. 유전체 재료의 유전 상수가 높을수록, 유전체 재료의 커패시턴스가 높아지고, 집적 회로의 RC 시간 지연이 길어진다. 더욱이, 반도체 소자의 치수가 줄어들고, 저-k 유전체 재료의 사용은 더 낮은 유전 상수를 요구하기 때문에, 이러한 포토레지스트 스트립 방법은 저-k 유전체 재료에 적합하지 않을 수 있다.
실제로, 다공성 저-k 유전체 재료와 같은 탄소 함유 저-k 유전체 재료는 반도체 제조 공정 단계(예를 들어, 산소 함유 플라즈마 건식 에칭, 건식 회분(ash), 습식 세정, 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polish; CMP) 등)에 의해 손상되기 쉽다. 따라서, 저-k 유전체 재료에 손상을 주지 않으면서 워크피스로부터 포토레지스트를 제거하기 위한 방법 및/또는 공정이 필요하다.
본 개시의 예시적인 양태는 워크피스 상에서 포토레지스트 제거 공정을 수행하는 것에 관한 것이다. 포토레지스트 제거 공정은 워크피스를 하나 이상의 수소 라디칼에 노출시킬 수 있다. 수소 라디칼은 저-k 유전체 재료에 비해 포토레지스트를 선택적으로 제거할 수 있다. 이러한 방식으로, 포토레지스트 제거 공정 동안 저-k 유전체 재료에 발생되는 손상을 줄일 수 있다.
일부 구현예에서, 수소 라디칼은 분리 그리드에 의해 처리 챔버로부터 분리된 플라즈마 챔버에서 생성될 수 있다. 수소 라디칼은 예를 들어 공정 가스에서 플라즈마를 유도함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 H2를 포함하는 혼합물, 및 H2와 N2를 포함하는 혼합물과 같은 캐리어 가스일 수 있거나, 또는 H2와 He을 포함하는 혼합물일 수 있거나, 또는 H2와 Ar을 포함하는 혼합물일 수 있거나, 또는 H2와 다른 불활성 가스를 포함하는 혼합물일 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 H2와 산소 가스(예를 들어, O2)의 혼합물일 수 있으며, 여기서 O2 농도는 10 부피% 미만이다. 공정 가스에 소량의 O2를 첨가하면, 포토레지스트 에칭 속도가 증가할 수 있다. 일부 다른 구현예에서, 수소 라디칼은 예를 들어 가열된 텅스텐 필라멘트와 같은 가열된 필라멘트를 사용하여 생성될 수 있다.
일부 다른 구현예에서, 수소 라디칼은 플라즈마 후 가스 주입(post-plasma gas injection)을 사용하여 생성될 수 있다. 하나 이상의 수소 라디칼은 수소 가스를 플라즈마 소스의 하류에서 하나 이상의 여기된 불활성 가스 분자와 혼합함으로써 생성된다. 예를 들어, 하나 이상의 여기된 불활성 가스 분자(예를 들어, 여기된 He 분자)는 분리 그리드에 의해 처리 챔버로부터 분리된 플라즈마 챔버에서 생성될 수 있다. 여기된 불활성 가스 분자는 예를 들어 플라즈마 소스(예를 들어, 유도성 플라즈마 소스, 용량성 플라즈마 소스 등)를 사용하여 공정 가스에서 플라즈마를 유도함으로써 생성될 수 있다. 공정 가스는 불활성 가스일 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 헬륨, 아르곤, 크세논, 네온 또는 기타 불활성 가스일 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 불활성 가스로 구성될 수 있다. 분리 그리드는 플라즈마 챔버에서 생성된 이온을 여과하고, 워크피스에 대한 노출을 위해 분리 그리드의 홀(holes)을 통해 처리 챔버로 중성 종의 통과를 허용하는 데 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 수소 라디칼은 수소 가스(H2)를 분리 그리드에서 또는 그 아래(예를 들어, 하류)에서 여기된 종과 혼합함으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 분리 그리드는 복수의 그리드 플레이트를 가질 수 있다. 수소 가스는 그리드 플레이트 중 하나의 아래 또는 하류 위치에서 분리 그리드를 통과하는 종으로 주입될 수 있다. 일부 구현예에서, 수소 가스는 2개의 그리드 플레이트들 사이의 위치에서 분리 그리드를 통과하는 종으로 주입될 수 있다. 일부 구현예에서, 수소 가스는 모든 그리드 플레이트 아래의 위치(예를 들어, 처리 챔버)에서 종으로 주입될 수 있다.
수소 가스를 불활성 가스로부터 여기된 종과 혼합하면, 중성 수소 라디칼과 같은 하나 이상의 수소 라디칼이 생성될 수 있다. 수소 라디칼은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 포토레지스트 에칭 공정을 구현하기 위해 처리 챔버에서 워크피스에 노출될 수 있다.
본 개시의 예시적인 양태는 또한 워크피스를 오존 공정 가스, 예를 들어, 가스 오존(O3)에 노출시킴으로써 워크피스 상에 포토레지스트 제거 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 오존 공정 가스는 O3 및 산소 가스(O2)를 포함할 수 있다. 포토레지스트 에칭 공정은 저-k 유전체 재료에 손상을 일으키지 않고 포토레지스트를 제거하기 위해 가스 오존에 워크피스를 노출시킬 수 있다. 이러한 방식으로 포토레지스트 제거 공정 동안 저-k 유전체 재료에 발생되는 손상을 줄일 수 있다.
본 개시의 예시적인 양태는 또한 포토레지스트를 선택적으로 제거하면서 저-k 유전체 재료의 손상 또는 제거를 감소시키기 위해, 워크피스를 수소 라디칼에 노출시키는 것과 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 것을 교번하는 것(alternating)에 관한 것일 수 있다. 일부 구현예에서, 수소 라디칼 및 오존 공정 가스에 대한 워크피스의 교번 노출(alternating exposure)은 저-k 유전체 재료의 손상 또는 제거를 최소화하면서 포토레지스트 재료의 보다 빠른 원하는 에칭 속도를 허용한다.
본 개시의 양태는 다수의 기술적 효과 및 이점을 제공한다. 예를 들어, 건식 스트립 포토레지스트 제거 공정 동안 저-k 재료의 손상 및 저-k 재료 손실을 방지할 수 있다.
본 개시의 양태는 예시 및 논의의 목적을 위해 "워크피스" "웨이퍼" 또는 반도체 웨이퍼를 참조하여 논의된다. 본원에 제공된 개시를 이용하여 당업자는 본 개시물의 예시적인 양태가 임의의 반도체 기판 또는 다른 적합한 기판과 관련하여 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 수치와 함께 용어 "약"의 사용은 명시된 수치의 10퍼센트(10%) 이내를 나타내는 것으로 의도된다. "페데스탈(pedestal)"은 워크피스를 지지하는데 사용될 수 있는 임의의 구조를 나타낸다. 저 유전 상수(예: "저-k") 유전체 재료는 고급 반도체 장치의 제조에 사용될 수 있다. 저-k 유전체 재료는 약 3.0 미만, 예를 들어 약 2.5 미만, 예를 들어 약 2.2 미만의 유전 상수를 가질 수 있다.
도 1a는 산소 및/또는 질소 플라즈마 기반 포토레지스트 제거 공정(54)의 개요를 도시한다. 도시된 바와 같이, 워크피스(70)는 기판(72), 저-k 유전체 재료 층(74) 및 포토레지스트 층(76)을 포함한다. 포토레지스트 제거 공정(54)의 적용 시, 포토레지스트 층(76)의 특정 양이 제거되는 동안, 저-k 유전체 재료 층(74)은 손상(60)을 경험하거나 또는 저-k 유전체 재료 층(74)의 유전 상수의 증가를 경험한다. 예를 들어, 저-k 유전체 재료 층(74)은 노출된 표면 영역(예를 들어, 측벽 등)에서 메틸(CH3기)의 고갈 및 Si-C(탄소) 결합(예를 들어, Si-CH3 결합)을 Si-O(산소) 결합(예를 들어, Si-OH 결합)으로 대체에 의해 손상될 수 있다. 손상은 저-k 유전체 재료 층(74)의 유전 상수의 증가를 초래할 수 있다. 또한, 도 1b에 도시된 바와 같이, 종래의 포토레지스트 제거 공정(54)의 적용은 기판(72)으로부터 저-k 유전체 재료 층(74)의 적어도 일부를 바람직하지 않게 제거할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 포토레지스트 제거 공정(54)에 대한 워크피스의 노출은 워크피스(70)로부터 전체 포토레지스트 층(76)을 제거할 수 있다.
본 개시의 예시적인 구현예에 따른 예시적인 포토레지스트 제거 공정(58)이 도 2a 및 도 2b에 도시되어 있다. 포토레지스트 제거 공정(58)은 워크피스를 하나 이상의 수소 라디칼 및/또는 오존 가스에 노출시켜, 포토레지스트 층(76)의 일부를 제거한다. 워크피스(70)는 기판 층(72)(예를 들어, 실리콘 및/또는 실리콘 게르마늄), 저-k 유전체 재료 층(74), 및 포토레지스트 층(76)을 포함할 수 있다. 저-k 유전체 재료 층(74)은 산소를 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 저-k 유전체 재료 층(74)은 실리콘 옥시카바이드(SiOC) 층일 수 있다. 일부 구현예에서, 저-k 유전체 재료 층(74)은 다공성일 수 있다. 예를 들어, 저-k 유전체 필름 층은 약 1% 내지 약 50% 범위의 다공도를 가질 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "다공도"는 재료의 총 부피에 대한 재료의 공극 또는 빈 공간의 부피의 측정일 수 있다.
포토레지스트 제거 공정(58)은 일부 구현예에서 포토레지스트 층(76)을 포함하는 워크피스(70)를 수소 라디칼에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 수소 라디칼은 유도 결합 플라즈마 소스와 같은 플라즈마 소스를 사용하여 공정 가스로부터 생성될 수 있다. 공정 가스는 수소를 포함할 수 있다. 플라즈마는 수소 라디칼을 생성할 수 있다. 중성 수소 라디칼은 분리 그리드를 통해 처리 챔버로 이동하며 여기서 워크피스에 노출될 수 있다. 수소 라디칼은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 저-k 유전체 재료 층(74)을 제거하거나 이에 대한 손상을 일으키지 않고 포토레지스트 층(76)의 적어도 일부를 제거할 수 있다. 일부 구현예에서, 포토레지스트 제거 공정(58)은 워크피스(70)로부터 전체 포토레지스트 층(76)을 제거할 수 있다(도시되지 않음).
본 개시의 예시적인 구현예에 따른 다른 예시적인 포토레지스트 제거 공정(58)은 가스 오존(O3)을 포함하는 오존 공정 가스에 워크피스(70)를 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 구현예에서, 방법은 오존 공정 가스가 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 오존 공정 가스에 워크피스를 노출시키는 것을 포함한다. 오존 공정 가스에 대한 워크피스(70)의 노출은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(76)의 적어도 일부를 선택적으로 제거하는 한편, 저-k 유전체 재료 층(74)을 제거하거나 이에 대한 손상을 감소시킨다.
특정 구현예에서, 워크피스(70)는 포토레지스트 층(76)의 에칭율 제거를 증가시키기 위해 주기적 및/또는 교번 방식으로 수소 라디칼 또는 오존 공정 가스에 노출될 수 있으며, 한편 저-k 유전 재료 층(74)은 손상 없이 실질적으로 온전한 상태로 남게 된다(도 2a 및 2b 참조).
일부 구현예에서, 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 포토레지스트 제거 공정(58)은 처리 챔버로부터 워크피스를 제거할 필요 없이 동일한 처리 챔버에서 수행될 수 있다.
도 3은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 공정을 수행하는 데 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 처리 장치(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(100)는 처리 챔버(110) 및 처리 챔버(110)로부터 분리된 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 처리 챔버(110)는 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 워크피스(114)를 유지하도록 동작가능한 워크피스 지지대 또는 페데스탈(112)을 포함한다. 이 예시적인 도시에서, 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 소스(135)에 의해 플라즈마 챔버(120)(즉, 플라즈마 생성 영역)에서 생성되고, 원하는 종들은 분리 그리드 어셈블리(200)를 통해 플라즈마 챔버(120)로부터 기판(114)의 표면으로 채널링된다.
본 개시의 양태는 예시 및 논의의 목적을 위해 유도 결합 플라즈마 소스를 참조하여 논의된다. 본원에 제공된 개시를 이용하여, 당업자는 임의의 플라즈마 소스(예를 들어, 유도 결합 플라즈마 소스, 용량 결합 플라즈마 소스 등)가 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 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 형성한다. 유전체 측벽(122)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 주위의 유전체 측벽(122)에 인접하게 배치된 유도 코일(130)을 포함할 수 있다. 유도 코일(130)은 적절한 매칭 네트워크(132)를 통해 RF 전력 발생기(134)에 결합된다. 공정 가스(예를 들어, 수소 가스 또는 오존 가스)는 가스 공급부(150) 및 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적절한 가스 도입 메커니즘(mechanism)으로부터 챔버 내부로 제공될 수 있다. 유도 코일(130)이 RF 전력 발생기(134)로부터의 RF 전력으로 에너지화(energized)될 때, 플라즈마는 플라즈마 챔버(120)에서 생성될 수 있다. 특정 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마에 대한 유도 코일(130)의 용량성 결합을 감소시키기 위해 임의의 접지된 패러데이 실드(128)를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 분리 그리드(200)는 처리 챔버(110)로부터 플라즈마 챔버(120)를 분리한다. 분리 그리드(200)는 여과된 혼합물을 생성하기 위해 플라즈마 챔버(120)에서 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 여과를 수행하는데 사용될 수 있다. 여과된 혼합물은 처리 챔버(110)에서 워크피스(114)에 노출될 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 다중 플레이트 분리 그리드일 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드(200)는 서로 평행 관계로 이격된 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 제1 그리드 플레이트(210)와 제2 그리드 플레이트(220)는 이격될 수 있다.
제1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제1 그리드 패턴은 제2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전 입자는 분리 그리드의 각 그리드 플레이트(210, 220)의 홀을 통해 그들 경로의 벽에서 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼)은 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)의 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있다. 홀의 크기 및 각 그리드 플레이트(210 및 220)의 두께는 하전 입자 및 중성 입자 모두에 대한 투명도에 영향을 미칠 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(210)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고/있거나 제2 그리드 플레이트(220)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등)으로 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(210) 및/또는 제2 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. 일부 구현예에서, 그리드 어셈블리는 하나의 그리드 플레이트를 갖는 단일 그리드를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 개시의 예시적인 양태에 따르면, 장치(100)는 예를 들어 가스 분배 채널(151) 또는 다른 분배 시스템(예를 들어, 샤워헤드)을 통해 플라즈마 챔버(120)에 오존 가스 및 공정 가스를 전달하도록 구성된 가스 전달 시스템(150)을 포함할 수 있다. 가스 전달 시스템은 복수의 공급 가스 라인(159)을 포함할 수 있다. 공급 가스 라인(159)은 밸브(158) 및/또는 질량 흐름 제어기를 사용하여 제어되어, 원하는 양의 가스를 공정 가스로서 플라즈마 챔버에 전달할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 전달 시스템(150)은 오존 가스(예를 들어, O3)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들), 수소 함유 가스(예를 들어, H2, CH4, 또는 NH3)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들), 및/또는 산소 함유 가스(예를 들어, O2, NO, 또는 CO2)의 전달을 위한 공급 가스 라인(들)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 오존 가스, 수소 함유 가스, 및/또는 산소 함유 가스는 He 또는 Ar과 같은 "캐리어" 가스라고 칭하여질 수 있는 불활성 가스와 혼합될 수 있다. 제어 밸브 및/또는 질량 흐름 제어기(158)는 공정 가스를 플라즈마 챔버(120) 내로 흐르게 하기 위해 각각의 공급 가스 라인의 유량(flow rate)을 제어하도록 사용될 수 있다.
도 4는 본 개시의 예시적인 양태에 따른 하나의 예시적인 방법(300)의 흐름도를 도시한다. 방법(300)은 예로서 도 3의 플라즈마 처리 장치(100)를 참조하여 논의될 것이다. 방법(300)은 임의의 적절한 플라즈마 처리 장치에서 구현될 수 있다. 도 4는 예시 및 논의의 목적을 위해 특정 순서로 수행되는 단계를 도시한다. 본원에 제공된 개시를 사용하여 당업자는 본원에 기재된 임의의 방법의 다양한 단계가 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식으로 생략, 확장, 동시에 수행, 재배열 및/또는 변형될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다양한 단계(미도시)가 수행될 수 있다.
(302)에서, 방법은 플라즈마 처리 장치(100)의 처리 챔버(110)에 워크피스(114)를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 워크피스(114)는 포토레지스트 층 및 저-k 유전체 재료 층을 포함할 수 있다. 처리 챔버(110)는 플라즈마 챔버(120)로부터 분리될 수 있다(예를 들어, 분리 그리드 어셈블리에 의해 분리됨). 예를 들어, 방법은 처리 챔버(110)의 워크피스 지지대(112) 상에 워크피스(114)를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 구현예에서, 방법은 처리 챔버(110) 내의 워크피스 지지대(112) 상의 워크피스(114)를 지지하는 것을 포함할 수 있다.
(304)에서, 방법은 워크피스(70)로부터 포토레지스트 층(76)을 제거하기 위해 수소 라디칼 에칭 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 하나 이상의 수소 라디칼이 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 하나 이상의 수소 라디칼을 워크피스에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 수소 라디칼 에칭 공정은 공정 가스를 플라즈마 챔버(120) 내로 유입시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공정 가스는 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적절한 가스 유입 메커니즘을 통해 가스 소스(150)로부터 플라즈마 챔버 내부(125) 내로 유입될 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 수소 가스를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 H2 및 산소(O2)와 같은 다른 공정 가스를 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 공정 가스 내의 수소 가스의 농도는 약 30 부피% 내지 약 100 부피%이다. 공정 가스가 산소를 함유하는 구현예에서, 산소는 약 0 부피% 내지 약 20 부피%의 양으로 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 10 부피% 미만의 산소(O2)를 포함한다. 일부 구현예에서, 공정 가스는 5 부피% 미만의 산소(O2)를 포함한다.
공정 가스는 플라즈마 챔버(120)에서 플라즈마를 생성하기 위해 유도 결합 플라즈마 소스를 통해 에너지화 된다. 예를 들어, 유도 코일(130)은 플라즈마 챔버 내부(125)에서 플라즈마를 생성하기 위해 RF 전력 생성기(134)로부터의 RF 에너지로 에너지화 될 수 있다. 일부 구현예에서, 유도 결합 플라즈마 소스는 감소된 플라즈마 에너지로 원하는 라디칼을 얻기 위해 펄스 전력으로 에너지화 될 수 있다. 일부 구현예에서, 유도 결합 플라즈마 소스는 약 660W 내지 약 5000W 범위의 전력으로 작동될 수 있다. 플라즈마는 수소 공정 가스로부터 하나 이상의 수소 라디칼을 생성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 종은 플라즈마 챔버에서 유도된 플라즈마를 사용하여 공정 가스로부터 생성될 수 있다. 구현예에서, 유도 결합 플라즈마 소스를 사용하여 공정 가스로부터 하나 이상의 수소 라디칼이 생성된다.
수소 라디칼 에칭 공정(304)은 여과된 혼합물을 생성하기 위해 플라즈마에 의해 생성된 하나 이상의 이온과 같은 하나 이상의 종을 여과하는 것을 포함할 수 있다. 여과된 혼합물은 중성 수소 라디칼을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 이온은 워크피스가 위치되는 처리 챔버(110)로부터 플라즈마 챔버(120)를 분리하는 분리 그리드 어셈블리(200)를 사용하여 여과될 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드 어셈블리(200)는 플라즈마에 의해 생성된 이온을 여과하기 위해 사용될 수 있다. 분리 그리드(200)는 복수의 홀을 가질 수 있다. 하전 입자(예를 들어, 이온)는 복수의 홀을 통한 그들 경로의 벽에서 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼)은 홀을 통과할 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 약 95% 이상과 같은 약 90% 이상의 효율로 이온을 여과하도록 구성될 수 있다. 이온 여과 효율 백분율(percentage efficiency for ion filtering)은 혼합물 내의 총 이온 수에 대한 혼합물로부터 제거된 이온의 양을 나타낸다. 예를 들어, 약 90%의 효율은 약 90%의 이온이 여과 중에 제거됨을 나타낸다. 약 95%의 효율은 약 95%의 이온이 여과 중에 제거됨을 나타낸다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 다중 플레이트 분리 그리드일 수 있다. 다중 플레이트 분리 그리드는 병렬로 여러 개의 분리 그리드 플레이트를 가질 수 있다. 그리드 플레이트에서 홀의 배열 및 정렬은 약 95% 이상과 같이 원하는 이온 여과 효율을 제공하도록 선택될 수 있다.
예를 들어, 분리 그리드(200)는 서로 평행 관계에 있는 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)를 가질 수 있다. 제1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제1 그리드 패턴은 제2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전 입자(예를 들어, 이온)는 분리 그리드(200)의 각 그리드 플레이트(210, 220)의 홀을 통한 그들 경로의 벽에서 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼)은 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)의 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있다.
수소 라디칼 에칭 공정(304)은 워크피스를 수소 라디칼에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 수소 라디칼 에칭 공정은 워크피스 상의 포토레지스트 층을 하나 이상의 수소 라디칼을 함유하는 여과된 혼합물에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 워크피스는 플라즈마에서 생성되고 분리 그리드 어셈블리를 통과하는 수소 라디칼에 노출될 수 있다. 예로서, 수소 라디칼은 분리 그리드(200)를 통과하여 워크피스(114)에 노출될 수 있다. 워크피스를 수소 라디칼에 노출시키는 것은 워크피스로부터 포토레지스트 층(76)의 적어도 일부를 제거하게 할 수 있다.
수소 라디칼 에칭 공정(304)은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다른 접근법을 이용하여 수소 라디칼을 생성함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 수소 라디칼은 플라즈마 후 가스 주입(도 5를 참조하여 논의됨) 및/또는 가열된 필라멘트(도 6을 참조)를 사용하여 적어도 부분적으로 생성될 수 있다.
(306)에서, 방법은 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 오존 공정 가스를 처리 챔버로 유입시키는 것 및 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 방법은 또한 오존 공정 가스가 워크피스 상의 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 오존 공정 가스는 오존 가스(O3) 및 산소(O2)를 포함할 수 있다. 특정 구현예에서, 오존 가스는 약 0.5 부피% 내지 약 20 부피%의 양으로 오존 공정 가스에 존재한다. 일부 구현예에서, 오존 가스는 플라즈마 챔버(120) 내로 전달될 수 있고, 분리 그리드(200)를 통과하여 워크피스(114)에 도달할 수 있다. 예를 들어, 오존 가스는 적절한 가스 공급부(150) 및 환형 가스 분배 채널(151)을 통해 플라즈마 챔버(120) 내로 전달될 수 있다. 일부 구현예에서, 오존 가스는 분리 그리드(200)를 통해 또는 분리 그리드(200) 아래에서 처리 챔버(110) 내로 전달되어, 오존 가스가 플라즈마 소스의 하류에 주입될 수 있다. 구현예에서, 오존 공정 가스는 분리 그리드에서 하나 이상의 가스 주입 포트를 통해 유입된다. 다른 구현예에서, 오존 공정 가스는 처리 챔버 내의 하나 이상의 가스 주입 포트를 통해 유입된다. 워크피스(114)는 포토레지스트 층(76) 및 저-k 유전체 재료 층(74)을 포함할 수 있다. 오존 가스는 포토레지스트 층(76)의 노출된 표면과 반응하여, 워크피스(114)로부터 포토레지스트 층(76)을 제거할 수 있다.
일부 구현예에서, 순환적 오존 가스 노출 공정(306) 및 수소 라디칼 에칭 공정(304)은 저-k 유전체 재료 층(74)과 비교하여 포토레지스트 층(76)에 대한 에칭 선택도를 개선하기 위해 수행될 수 있다. 예를 들어, 수소 라디칼 에칭 공정(304)이 수행될 수 있고, 그 다음 오존 가스 노출(306)이 수행될 수 있고; 그 다음 오존 가스 노출(306) 및 후속 수소 라디칼 에칭 공정(304)이 다시 수행될 수 있다. 수소 라디칼 에칭 공정(304) 및 오존 가스 노출(306) 처리는 포토레지스트 층에 대한 목표 에칭량에 도달하기 위해 한 번 또는 여러 번 순환될 수 있다. 예를 들어, 구현예는 워크피스를 하나 이상의 수소 라디칼에 노출시키는 것과 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 것을 교번하는 것(alternating)을 포함한다.
일부 구현예에서, 수소 라디칼 에칭 공정(304)은 오존 가스 노출(306) 없이 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 오존 가스 노출(306)은 수소 라디칼 에칭 공정(304) 없이 수행될 수 있다. 일부 구현예에서, 수소 라디칼 에칭 공정(304) 및/또는 오존 가스 노출(306)은 산소 또는 질소 플라즈마 기반 포토레지스트 스트립 공정과 같은 다른 스트립 공정과 조합하여 사용될 수 있다.
(310)에서, 방법은 처리 챔버로부터 워크피스를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 워크피스(114)는 처리 챔버(110)의 워크피스 지지대(112)로부터 제거될 수 있다. 그 다음, 플라즈마 처리 장치는 추가 워크피스의 향후 처리를 위해 조절될 수 있다.
일부 구현예에서, 워크피스(114)는 희석된 불산 습식 공정 동안 희석된 불산에 대한 노출과 같은 임의의 습식 세정 공정을 거칠 수 있다. 예를 들어, 방법은 희석된 불산 습식 공정에 워크피스를 노출시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 워크피스(144)는 처리 챔버(110)로부터 워크피스(114)의 제거(310) 후에 습식 세정 공정을 거칠 수 있다.
도 5는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 플라즈마 후 가스 주입을 사용한 예시적인 수소 라디칼 생성을 도시한다. 보다 구체적으로, 도 5는 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 플라즈마 후 수소의 주입을 위한 예시적인 분리 그리드(200)를 도시한다. 보다 구체적으로, 분리 그리드(200)는 평행 관계로 배치된 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)를 포함한다. 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)는 이온/UV 여과를 제공할 수 있다.
제1 그리드 플레이트(210)와 제2 그리드 플레이트(220)는 서로 평행 관계일 수 있다. 제1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제1 그리드 패턴은 제2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 플라즈마로부터의 종(예를 들어, 여기된 불활성 가스 분자)(215)은 분리 그리드(200)에 노출될 수 있다. 하전 입자(예를 들어, 이온)는 분리 그리드(200)에서 각 그리드 플레이트(210, 220)의 홀을 통한 그들 경로의 벽에서 재결합할 수 있다. 중성 종은 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)의 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있다.
제2 그리드 플레이트(220)에 이어, 가스 주입 소스(230)는 수소(232)를 분리 그리드(200)를 통과하는 종으로 혼합하도록 구성될 수 있다. 수소 가스의 주입으로부터 생성된 수소 라디칼을 포함하는 혼합물(225)은 처리 챔버 내의 워크피스에 대한 노출을 위한 제3 그리드 플레이트(235)를 통과할 수 있다.
본 예는 예시 목적을 위해 3개의 그리드 플레이트를 갖는 분리 그리드를 참조하여 논의된다. 본원에 제공된 개시를 사용하여 당업자는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 더 많거나 더 적은 그리드 플레이트가 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 수소는 분리 그리드의 임의의 지점에서 및/또는 처리 챔버의 분리 그리드 이후에 종과 혼합될 수 있다. 예를 들어, 가스 주입 소스(230)는 제1 그리드 플레이트(210)와 제2 그리드 플레이트(220) 사이에 위치될 수 있다.
일부 구현예에서, 텅스텐 필라멘트를 사용하여 하나 이상의 수소 라디칼이 생성된다. 예를 들어, 수소 라디칼은 가열된 필라멘트(예를 들어, 텅스텐 필라멘트) 위로 수소 가스를 통과시켜 생성될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 수소 가스 H2(240)는 가열된 필라멘트(245)(예를 들어, 텅스텐 필라멘트) 위로 통과하여 제1 챔버에서 수소 라디칼(225)을 생성할 수 있다. 수소 라디칼(225)은 분리 그리드(200)를 통과할 수 있다.
분리 그리드(200)는 평행 관계로 배치된 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)를 포함한다. 제1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제1 그리드 패턴은 제2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다.
플라즈마 스트립 공정은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 다른 플라즈마 처리 장치를 사용하여 구현될 수 있다.
도 7은 본 개시의 예시적인 구현예에 따른 공정을 구현하는데 사용될 수 있는 예시적인 플라즈마 처리 장치(500)를 도시한다. 플라즈마 처리 장치(500)는 도 3의 플라즈마 처리 장치(100)와 유사하다.
보다 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(500)는 처리 챔버(110) 및 처리 챔버(110)로부터 분리된 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 처리 챔버(110)는 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 워크피스(114)를 유지하도록 동작가능한 기판 홀더 또는 페데스탈(112)을 포함한다. 이 예시적인 설명에서, 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 소스(135)에 의해 플라즈마 챔버(120)(즉, 플라즈마 생성 영역)에서 생성되고, 원하는 종들은 분리 그리드 어셈블리(200)를 통해 플라즈마 챔버(120)로부터 기판(114)의 표면으로 채널링된다.
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 형성한다. 유전체 측벽(122)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 주위의 유전체 측벽(122)에 인접하게 배치된 유도 코일(130)을 포함할 수 있다. 유도 코일(130)은 적절한 매칭 네트워크(132)를 통해 RF 전력 발생기(134)에 결합된다. 공정 가스(예를 들어, 불활성 가스)는 가스 공급부(150) 및 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적절한 가스 도입 메커니즘으로부터 챔버 내부로 제공될 수 있다. RF 전력 발생기(134)로부터의 RF 전력으로 유도 코일(130)이 에너지화 되면, 플라즈마 챔버(120)에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 특정 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마에 대한 유도 코일(130)의 용량성 결합을 감소시키기 위해 임의의 접지된 패러데이 실드(128)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 분리 그리드(200)는 처리 챔버(110)로부터 플라즈마 챔버(120)를 분리한다. 분리 그리드(200)는 여과된 혼합물을 생성하기 위해 플라즈마 챔버(120)에서 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 여과를 수행하는데 사용될 수 있다. 여과된 혼합물은 처리 챔버에서 워크피스(114)에 노출될 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 다중 플레이트 분리 그리드일 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드(200)는 서로 평행 관계로 이격된 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)는 이격될 수 있다.
제1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제1 그리드 패턴은 제2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전 입자는 분리 그리드의 각 그리드 플레이트(210, 220)의 홀을 통해 그들 경로의 벽에서 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼)은 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)의 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있니다. 홀의 크기 및 각 그리드 플레이트(210 및 220)의 두께는 하전 입자 및 중성 입자 모두에 대한 투명도에 영향을 미칠 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(210)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고/있거나 제2 그리드 플레이트(220)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등)으로 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(210) 및/또는 제2 그리드 플레이트(220)는 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 다른 재료로 제조될 수 있다. 그리드 플레이트가 금속 또는 기타 전기 전도성 재료로 제조되는 경우, 그리드 플레이트는 접지될 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 수소 가스는 워크피스(114)에 대한 노출을 위한 하나 이상의 수소 라디칼을 생성하기 위해 분리 그리드(200)를 통과하는 종으로 주입될 수 있다. 수소 라디칼은 다양한 반도체 제조 공정을 구현하는데 사용될 수 있다.
도 7의 예시적인 플라즈마 처리 장치(500)는 플라즈마 챔버(120)에서 제1 플라즈마(502)(예를 들어, 원격 플라즈마)를 생성하고 처리 챔버(110)에서 제2 플라즈마(504)(예를 들어, 직접 플라즈마)를 생성하도록 동작가능하다. 본원에 사용된 바와 같이, "원격 플라즈마(remote plasma)"는 분리 그리드에 의해 워크피스로부터 분리된 플라즈마 챔버와 같은, 워크피스로부터 원격으로 생성된 플라즈마를 지칭한다. 본원에 사용된 바와 같이, "직접 플라즈마(direct plasma)"는 워크피스를 지지하도록 작동가능한 페데스탈을 갖는 처리 챔버에서 생성된 플라즈마와 같은, 워크피스에 직접 노출되는 플라즈마를 지칭한다.
보다 구체적으로, 도 7의 플라즈마 처리 장치(500)는 페데스탈(112)에 바이어스 전극(510)을 갖는 바이어스 소스를 포함한다. 바이어스 전극(510)은 적절한 매칭 네트워크(512)를 통해 RF 전력 발생기(514)에 결합될 수 있다. 바이어스 전극(510)이 RF 에너지로 에너지화될 때, 제 2 플라즈마(504)는 워크피스(114)에 대한 직접 노출을 위해 처리 챔버(110)의 혼합물로부터 생성될 수 있다. 처리 챔버(110)는 처리 챔버(110)로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배출 포트(516)를 포함할 수 있다. 본 개시의 예시적인 양태에 따른 수소 라디칼 에칭 공정에서 사용되는 수소 라디칼은 제1 플라즈마(502) 및/또는 제2 플라즈마(504)를 사용하여 생성될 수 있다.
도 8은 도 2 및 도 7과 유사한 처리 챔버(600)를 도시한다. 보다 구체적으로, 플라즈마 처리 장치(600)는 처리 챔버(110) 및 처리 챔버(110)로부터 분리된 플라즈마 챔버(120)를 포함한다. 처리 챔버(110)는 반도체 웨이퍼와 같은 처리될 워크피스(114)를 유지하도록 동작가능한 기판 홀더 또는 페데스탈(112)을 포함한다. 이 예시적인 설명에서, 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 소스(135)에 의해 플라즈마 챔버(120)(즉, 플라즈마 생성 영역)에서 생성되고, 원하는 종들은 분리 그리드 어셈블리(200)를 통해 플라즈마 챔버(120)로부터 기판(114)의 표면으로 채널링된다.
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 형성한다. 유전체 측벽(122)은 석영 및/또는 알루미나와 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 유도 결합 플라즈마 소스(135)는 플라즈마 챔버(120) 주위의 유전체 측벽(122)에 인접하게 배치된 유도 코일(130)을 포함할 수 있다. 유도 코일(130)은 적절한 매칭 네트워크(132)를 통해 RF 전력 발생기(134)에 결합된다. 공정 가스(예를 들어, 불활성 가스)는 가스 공급부(150) 및 환형 가스 분배 채널(151) 또는 다른 적절한 가스 도입 메커니즘으로부터 챔버 내부로 제공될 수 있다. 유도 코일(130)이 RF 전력 발생기(134)로부터의 RF 전력으로 에너지화 될 때, 플라즈마는 플라즈마 챔버(120)에서 생성될 수 있다. 특정 구현예에서, 플라즈마 처리 장치(100)는 플라즈마에 대한 유도 코일(130)의 용량성 결합을 감소시키기 위해 임의의 접지된 패러데이 실드(128)를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 분리 그리드(200)는 처리 챔버(110)로부터 플라즈마 챔버(120)를 분리한다. 분리 그리드(200)는 여과된 혼합물을 생성하기 위해 플라즈마 챔버(120)에서 플라즈마에 의해 생성된 혼합물로부터 이온 여과를 수행하는데 사용될 수 있다. 여과된 혼합물은 처리 챔버에서 워크피스(114)에 노출될 수 있다.
일부 구현예에서, 분리 그리드(200)는 다중 플레이트 분리 그리드일 수 있다. 예를 들어, 분리 그리드(200)는 서로 평행 관계로 이격된 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)를 포함할 수 있다. 제1 그리드 플레이트(210)와 제2 그리드 플레이트(220)는 이격될 수 있다.
제1 그리드 플레이트(210)는 복수의 홀을 갖는 제1 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제2 그리드 플레이트(220)는 복수의 홀을 갖는 제2 그리드 패턴을 가질 수 있다. 제1 그리드 패턴은 제2 그리드 패턴과 동일하거나 상이할 수 있다. 하전 입자는 분리 그리드의 각 그리드 플레이트(210, 220)의 홀을 통해 그들 경로의 벽에서 재결합할 수 있다. 중성 종(예를 들어, 라디칼)은 제1 그리드 플레이트(210) 및 제2 그리드 플레이트(220)의 홀을 통해 비교적 자유롭게 흐를 수 있다. 홀의 크기 및 각 그리드 플레이트(210 및 220)의 두께는 하전 입자 및 중성 입자 모두에 대한 투명도에 영향을 미칠 수 있다.
일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(210)는 금속(예를 들어, 알루미늄) 또는 다른 전기 전도성 재료로 제조될 수 있고/있거나 제2 그리드 플레이트(220)는 전기 전도성 재료 또는 유전체 재료(예를 들어, 석영, 세라믹 등)로 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 그리드 플레이트(210) 및/또는 제2 그리드 플레이트(220)는 실리콘 또는 실리콘 카바이드와 같은 다른 재료로 제조될 수 있다. 그리드 플레이트가 금속 또는 기타 전기 전도성 재료로 제조되는 경우, 그리드 플레이트는 접지될 수 있다.
도 8의 예시적인 플라즈마 처리 장치(600)는 플라즈마 챔버(120)에서 제1 플라즈마(602)(예를 들어, 원격 플라즈마)를 생성하고 처리 챔버(110)에서 제2 플라즈마(604)(예를 들어, 직접 플라즈마)를 생성하도록 동작가능하다. 도시된 바와 같이, 플라즈마 처리 장치(600)는 원격 플라즈마 챔버(120)와 연관된 수직 측벽(122)으로부터 연장되는 각진(angled) 유전체 측벽(622)을 포함할 수 있다. 각진 유전체 측벽(622)은 처리 챔버(110)의 일부를 형성할 수 있다.
제2 유도성 플라즈마 소스(635)는 유전체 측벽(622)에 근접하게 위치될 수 있다. 제2 유도성 플라즈마 소스(635)는 적절한 매칭 네트워크(612)를 통해 RF 발생기(614)에 결합된 유도 코일(610)을 포함할 수 있다. 유도 코일(610)은 RF 에너지로 에너지화 될 때 처리 챔버(110) 내의 혼합물로부터 직접 플라즈마(604)를 유도할 수 있다. 패러데이 실드(628)는 유도 코일(610)과 측벽(622) 사이에 배치될 수 있다.
페데스탈(112)은 수직 방향(V)으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 페데스탈(112)은 페데스탈(112)과 분리 그리드 어셈블리(200) 사이의 거리를 조정하도록 구성될 수 있는 수직 리프트(616)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 페데스탈(112)은 원격 플라즈마(602)를 사용하여 처리하기 위한 제1 수직 위치에 위치될 수 있다. 페데스탈(112)은 직접 플라즈마(604)를 사용하여 처리하기 위해 제2 수직 위치에 있을 수 있다. 제1 수직 위치는 제2 수직 위치에 비해 분리 그리드 어셈블리(200)에 더 가까울 수 있다.
도 8의 플라즈마 처리 장치(600)는 페데스탈(112)에 바이어스 전극(510)을 갖는 바이어스 소스를 포함한다. 바이어스 전극(510)은 적절한 매칭 네트워크(512)를 통해 RF 전력 발생기(514)에 결합될 수 있다. 처리 챔버(110)는 처리 챔버(110)로부터 가스를 배기하기 위한 가스 배출 포트(516)를 포함할 수 있다. 본 개시의 예시적인 양태에 따른 포토레지스트 에칭 공정에 사용되는 수소 라디칼은 제1 플라즈마(602) 및/또는 제2 플라즈마(604)를 사용하여 생성될 수 있다.
수소 라디칼 에칭 공정을 위한 예시적인 공정 파라미터가 이제 설명될 것이다.
예 1:
공정 가스: H2, O2
희석 가스: He
공정 압력: 100mT 내지 10T
유도 결합 플라즈마 소스 전력: 500W 내지 4500W
워크피스 온도: 60C 내지 400C
처리 기간(시간): 30초 내지 300초
공정 가스의 가스 유량:
가스 1: 200 sccm 내지 20000 sccm의 H2
가스 2: 0 sccm 내지 20000 sccm의 O2
희석 가스: 1000sccm 내지 20000sccm
오존 가스 노출 공정을 위한 예시적인 공정 파라미터가 이제 설명될 것이다.
예 2:
공정 가스: O3
희석 가스: O2
공정 압력: 100mT 내지 20T
유도 결합 플라즈마 소스 전력: 없음
워크피스 온도: 60C 내지 400C
처리 기간(시간): 30초 내지 600초
공정 가스의 가스 유량:
가스 1: 10sccm 내지 1000sccm
희석 가스: 1000sccm 내지 25000sccm
도 9는 H2 및 O2를 함유하는 플라즈마로부터 생성된 라디칼에 노출될 때 포토레지스트 회분 양을 도시한다. 도시된 바와 같이, 플라즈마에서 부피 기준으로 H2의 양은 15 부피% 내지 최대 100 부피%로 다양하다. 도시된 바와 같이, 회분 양은 포토레지스트 층이 약 15 부피%의 H2를 함유하는 공정 가스로부터 생성된 수소 라디칼에 노출될 때 8000 옹스트롬보다 크다. 포토레지스트 재료의 회분 양은 플라즈마를 생성하는데 사용되는 공정 가스에서 H2의 양이 증가함에 따라 감소한다.
도 10a는 H2 및 O2를 함유하는 플라즈마로부터 생성된 라디칼에 노출될 때 저-k 재료 층 손실을 예시한다. 플라즈마에서 부피 기준으로 H2의 양은 15 부피% 내지 최대 100 부피%로 다양하다. 도시된 바와 같이, 15 부피%의 H2를 함유하는 공정 가스를 갖는 플라즈마로부터 수소 라디칼이 생성될 때, 대략 92.24 옹스트롬의 저-k 재료가 저-k 유전체 층으로부터 손실된다. 그러나, 플라즈마 가스에서 수소의 부피 퍼센트가 증가함에 따라, 저-k 유전체 재료의 손실량이 감소한다. 달리 말하면, 플라즈마 공정 가스에서 수소의 부피 퍼센트를 증가시키면, 저-k 유전체 재료의 손상 및 손실이 줄어든다. 예를 들어, 저-k 유전체 재료가 98 부피%의 H2를 함유하는 공정 가스로부터 생성된 라디칼에 노출되면, 저-k 유전체 재료의 3.05 옹스트롬만 손실/제거된다. 유사하게, 도 10b는 수소 라디칼 에칭 공정 후 희석된 불산 습식 세정 공정 후의 저-k 유전체 재료 층 손실의 옹스트롬 양을 도시한다. 도시된 바와 같이, H 라디칼의 생성을 위해 보다 높은 농도의 수소 가스를 사용하면, 습식 세정 공정을 수행한 후에도 저-k 손실을 줄일 수 있다.
도 11a는 O3 및 O2 가스의 조합을 함유하는 오존 공정 가스에 노출된 후의 PR 타입 1(i-라인 365nm PR)의 회분 양을 예시한다. 제어 바(control bar)는 산소(O2) 가스에 대한 노출만을 나타낸다. 따라서, 순 회분 양은 O3 및 O2 가스의 조합에 의해 제공되는 회분 양에서 O2 가스 단독으로 제공되는 회분 양을 뺀 값에 해당한다. 도 11b는 도 11a와 동일한 원리를 예시하지만, 포토레지스트 재료는 PR 타입 2(DUV 248nm PR)이다.
도 12는 희석된 불산 습식 세정 공정이 뒤따르는 O3 및 O2 가스의 조합을 함유하는 오존 공정 가스에 노출된 후의 저-k 유전체 재료 손실을 예시한다. 도시된 바와 같이, 0.50%의 O3를 함유하는 오존 공정 가스에 저-k 유전체 재료를 노출시키면, 1.00 내지 1.50 옹스트롬의 저-k 유전체 재료 손실이 발생한다. 한편, 10%의 O3를 함유하는 오존 공정 가스에 저-k 유전체 재료를 노출시키면, 2.5 내지 3.0 옹스트롬의 저-k 유전체 재료 손실이 발생한다.
본 발명의 주제가 그의 특정 예시적인 구현예와 관련하여 상세하게 설명되었지만, 당업자는 전술한 내용을 이해하면 그러한 구현예에 대한 변경, 변형 및 등가물을 용이하게 생성할 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 범위는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이며, 본 개시는 당업자에게 용이하게 명백한 바와 같이 본 주제에 대한 그러한 변형, 변경 및/또는 추가의 포함을 배제하지 않는다.

Claims (20)

  1. 워크피스를 처리하는 방법으로서,
    포토레지스트 층 및 저-k(low-k) 유전체 재료 층을 포함하는 워크피스를 처리 챔버에 배치하는 단계;
    플라즈마 챔버에서 유도된 플라즈마를 사용하여 수소 가스를 포함하는 공정 가스로부터 하나 이상의 종을 생성하는 단계;
    하나 이상의 종을 여과하여 하나 이상의 수소 라디칼을 포함하는 여과된 혼합물을 생성하는 단계; 및
    수소 라디칼이 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 포토레지스트 층을 처리 챔버 내의 수소 라디칼에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    공정 가스는 산소 함유 가스를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    공정 가스 내의 수소 가스의 농도가 약 30 부피% 내지 약 100 부피%인 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    처리 챔버 내로 오존 공정 가스를 유입시키는 단계; 및 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    처리 챔버와 플라즈마 챔버는 분리 그리드에 의해 분리되고, 추가로, 오존 공정 가스는 분리 그리드의 하나 이상의 가스 주입 포트를 통해 유입되는 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    처리 챔버와 플라즈마 챔버는 분리 그리드에 의해 분리되고, 추가로, 처리 챔버 내로 오존 공정 가스를 유입시키는 단계는 오존 공정 가스를 플라즈마 챔버 내로 유입시키는 단계 및 오존 공정 가스가 분리 그리드를 통해 처리 챔버로 흐르도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    오존 공정 가스는 처리 챔버 내의 하나 이상의 가스 주입 포트를 통해 유입되는 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    오존 공정 가스는 오존 가스 및 산소 가스를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    오존 공정 가스 내의 오존 가스의 농도는 약 0.5 부피% 내지 약 20 부피%의 범위인 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    워크피스를 하나 이상의 수소 라디칼에 노출시키는 것 및 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 것을 교번하는(alternating) 단계를 추가로 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    워크피스를 희석된 불산(hydrofluoric acid) 습식 공정에 노출시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 수소 라디칼은 유도 결합 플라즈마 소스를 사용하여 공정 가스로부터 생성되는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 수소 라디칼은 텅스텐 필라멘트를 사용하여 생성되는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 수소 라디칼은 수소 가스를 플라즈마 소스의 하류에서 하나 이상의 여기된 불활성 가스 분자와 혼합함으로써 생성되는 방법.
  15. 워크피스를 처리하는 방법으로서,
    포토레지스트 층 및 저-k(low-k) 유전체 재료 층을 포함하는 워크피스를 처리 챔버에 배치하는 단계;
    처리 챔버 내로 오존 공정 가스를 유입시키는 단계; 및
    오존 공정 가스가 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    오존 공정 가스는 오존 가스 및 산소를 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    오존 공정 가스 내의 오존 가스의 농도는 약 0.5 부피% 내지 약 20 부피%의 범위인 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    포토레지스트 층 상에 수소 라디칼 에칭 공정을 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    수소 라디칼 에칭 공정은:
    플라즈마 챔버에서 유도된 플라즈마를 사용하여 수소 가스를 포함하는 공정 가스로부터 하나 이상의 종을 생성하는 단계;
    하나 이상의 종을 여과하여 하나 이상의 수소 라디칼을 포함하는 여과된 혼합물을 생성하는 단계; 및
    여과된 혼합물이 포토레지스트 층을 적어도 부분적으로 에칭하도록 처리 챔버에서 하나 이상의 수소 라디칼에 워크피스를 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    워크피스를 오존 공정 가스에 노출시키는 것 및 수소 라디칼 에칭 공정을 수행하는 것을 교번하는(alternating) 단계를 추가로 포함하는 방법.
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