KR900003256B1 - 반도체 웨이퍼상에 포토레지스트 박리방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼상에 포토레지스트 박리방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

반도체 웨이퍼상에 포토레지스트 박리방법
제 1 도는 본 발명의 실시에 따른 배럴(barrel)형 플라즈마 처리장치의 도시적 횡단면도.
제 2 도는 본 발명의 두번째 실시에 따른 단일 웨이퍼시스템의 플라즈마 처리장치의 도시적 횡단면도.
본 발명은 반등 플라즈마에서 반도체 웨이퍼상에 포토레지스트 막을 박리하는 방법을 개선하는데 있다.
반도체 소자를 제조하는 가장 일반적인 방법으로는 패턴이 이루어진 포토레지스트에 마스크를 한 반도체 웨이퍼를 에칭과 같은 화학적 처리를 한다. 웨이퍼에 에칭을 한 후에 포토레지스트가 더이상 필요 없기 때문에 포토레지스트를 제거해야만 한다. 사용된 포토레지스트 박리는 웨트(wet)화학 처리에 의하여 행하여 진다. 그러나 포토레지스트가 웨이퍼 처리과정에서 영향을 받으면 사용된 포토레지스트는 웨트 화학처리에 의하여 박리되지 아니한다. 포토레지스트는 다음 경우에 의하여 영향을 받는다. a) 웨이퍼에 이온주입을 할때 , 또한 포토레지스트 표면에 수소원자와 산소원자로 분리되는 이온주입을 하며, 결과적으로 포토레지스트 물질중에 탄산염이 표면에서 발생한다. b) 일반적으로 다결정 실리콘 또는 실리콘 산화물(SiO2)을 에칭하는데 사용되는 4가 불소화 탄소(CF4)+5-30% 산소(O2)와 같은 혼합 기체내에 불소기는 포토레지스트의 불화물을 생성한다. 이 불화물은 웨트 화학처리로 박리되지 아니한다. c) 알루미늄 에칭을 위한 반응이온에칭(이후에는 RIE로 언급됨)에 사용되는 염소 또는 염화물 즉, CCl4) 등은 알루미늄 염화물(AlCl)을 생성한다. 알루미늄 염화물은 포토레지스트의 표면위에 증착시킨다. d) RIE에 사용했던 CF4위에 포토레지스트위에 CF1, CF2등과 같은 폴리머(polymer)를 생성한다. 이들 폴리머는 웨트 화학처리로 박리되기 어렵다. 웨트 화학처리로 박리할 수 없는 포토레지스트에 영향을 받는 이들을 제거하기 위하여 애싱방법이 사용되어 왔었다. 애싱은 종래의 플라즈마 에칭장치로 공급할 수 있는 산소 플라즈마에서 포토레지스트를 노출함으로써 행하여진다.
플라즈마 애싱의 메커니즘은 대개 자외선 복사 및 하전된 입자 충격의 원인이 되는 포토레지스터 물질내에 원자 결합을 분리하는데 있다. 플라즈마에서 발생되고 포토레지스트의 온도를 상승시키는 복사와 충격은 역시 분리하는데 도움을 준다. 이렇게 분리된 원자는 예를들면 휘발성이고 쉽게 제거되는 CO2를 생성하기 위하여 산소와 결합하여 화학적으로 활성화된다. 애싱 과정동안에 전기의 웨이퍼 처리에 의하여 영향을 받아왔었던 포토레지스트이 표면부분은 천천히 분해되거나 분해하기 어렵다. 그러나 포토레지스트가 폴리-메틸 메타-아크릴레이트와 같은 플라스틱 수지로 구성되어 있기 때문에 포토레지스트의 내면은 열적으로 분해되지만, 그와 동시에 연하게 되지 아니한다. 애싱 처리로 영향을 받은 포토레지스트 표면은 웨이퍼 표면위에 들러 붙는 작은 입자로 변한다. 이들 입자는 웨트 화합처리로 박리되어야 한다. 그리나 이렇게 박리된 입자는 화학용액에 남아있고 다시 웨이퍼 표면위에 증착해야 할지도 모른다. 웨이퍼 표면위에 입자 증착은 생산량을 감소시킬 뿐만 아니라 질을 저하시킨다.
한편 오늘날, 고집적 반조체 제조의 경향은 다음과 같은 문제점을 안고 있다.
a. 이온주입이 증가되며, 특히 예를들면 소오스와 드레인 사이의 영역과 같은 고 도우핑된 영역을 제조하는데 이온주입을 많이 사용한다. 따라서 이온주입으로 포토레지스트막은 또한 레지스트막의 표면위에, 특히 인 이온(P+) 또는 비소 이온(AS+)와 같은 중이온들이 한번에 1×1015cm-2만큼씩 또는 더 많이 주입될 때, 더 박리하기 어려운 물질에 영향을 받아 더 견고하게 된다.
b. 고집적도의 요구는 소자가 잔류 입자들은 더 수용하게 만든 것이다.
스푸터링(sputtering)기능을 지닌 RIE에 의한 고 에너지 방사는 상기 a 문장에서 서술된 포토레지스트에 영향을 주는 견고한 부분을 제거하는데 유용하다. 그러나 이 방법에서 고 에너지 활성종류는 영향을 받지 않는 포토레지스트의 내면을 연하게 한다. 영향을 받은 포토레지스트의 표면부분은 연하게 된 내면부로 내려 앉는다. 내려앉은 영향을 받은 표면은 적당한 충격을 방지하고, 최정적으로 웨이퍼 표면에 부착시킨다. 이렇게 영향을 받은 많은 부분들은 입자들이 있는 웨이퍼 위에 부착한다. 또한 웨이퍼 위에 고 에너지 RIE 충격은 이 웨이퍼에서 만들어진 반도체 생상품의 질의 저하를 가져온다.
상기 서술한 바와같이, 또는 R. L Maddox의 "반응 플라즈마 실제 마이크로 전자처리 시스템의 응용" April 1978, 솔리드 스테이트 테크놀로지(SOLID STATE TECHNOLOGY)에 기록된 바와같이 상기 서술된 문제들의 발생할때까지 애싱율이 증가하는 동안, 즉 포토레지스트의 속도가 감소하는 동안에 포토레지스트가 고온을 유지하는 것이 더 유리하기 때문에 포토레지스트 박리 공정동안, 웨이퍼 및 포토레지스트를 차게할 생각을 해오지 않았거나 또한 차갑게 할 필요도 없었다.
한편, 일본 실용특허 56-14366의 공보에 있는 발명자에 의하여 제안된 바와같이 웨이퍼의 플라즈마 에칭동안, 반도체 웨이퍼가 차가웁게 되어 있어야 한다. 웨이퍼 에칭 공정동안에 반도체 웨이퍼를 차가웁게 해서 얻은 이점은 다음과 같다. 항상 고온에 있는 플라즈마는 거기에서 웨이퍼를 가열할 뿐만아니라 그 위에 포토레지스트도 가열한다. 따라서 포토레지스트의 질 저하(즉, 분해) 및 변형(즉, 연항 함)을 촉진시킨다. 질이 저하된 포토레지스트는 웨이퍼 에칭 공정에서 더 에칭시켜야 한다. 결과적으로, 포토레지스트의 질 저하 및 변형을 막기 위하여 웨이퍼를 차갑게 해 놓아야 한다. 즉, 에칭 되어 있어야 할 부분의 에칭율과 포토레지스트의 에칭율의 비, 또는 에칭되어 있어야 할 부분의 에칭율과 실리콘 산화물 또는 인규산 나트륨과 같은 기초층의 에칭율의 비가 개선되고, 제작이 정확성이 개선된다.
웨이퍼에 손상을 주지 않고 영향을 받은 포토레지스트를 효과적으로 제거하는 방법을 갖추는 것이 본 발명의 일반적인 목적이다.
본 발명에 의하면 반도체 웨이퍼 위에 영향을 받은 포토레지스트는 냉각장치로 웨이퍼를 차갑게 하는 동안에 플라즈마의 반등 가스에 의하여 박리된다. 그리하여 플라즈마 가스에서 포토레지스트 제거공정동안에 포토레지스트의 온도상승을 억제된다. 결과적으로 아직 영향을 받지 않은 포토레지스트의 내부분은 연하게 되는 것을 막게 되어 영향을 받은 표면부를 지지할 수가 있다. 영향을 받은 표면부는 포토레지스트의 내면안으로 내려 앉지 아니한다. 이렇게 영향을 받은 포토레지스트의 표면은 확실히 영향을 받은 표면부가 웨이퍼 표면위에 부착하기 전에 플라즈마에 의하여 충격을 받게 된다. 따라서 포토레지스트의 좋은 박리가 된다. 명백해질 다른 목적들과 이점들과 함께 본 발명의 상기 언급된 양상들과 이점들은 이후에 완벽하게 서술될 것이다.
제 1 도에 설명된 대다수의 반도체 웨이퍼 위에 영향을 받은 포토레지스트를 박리하기 위한 소위 배럴형의 방송 주파수 플라즈마 처리장치의 지금 언급하는 것은 본 발명의 실시를 더욱 상세하게 하는 것이고, 그 기능을 이후에 서술되어질 것이다.
반도체 웨이퍼의 제조공정의 초기 단계에서 인 이온(P+)는 포토레지스트를 지닌 반도체 웨이퍼 안으로 가속에너지 120KeV로 3×1015cm-2만큼씩 이온주입되어 졌었다. 이렇게 포토레지스트이 표면두께 1.2㎛위에 영향을 받은 층은 형성되지 아니한다. 이 반도체 웨이퍼 9 각각은 포토레지스트에 코팅된 표면을 유지하는 각 냉각 흡수기 4의 위쪽으로 하중되어 있다. 냉각흡수기 4는 냉각수 입구 3a에 도입되어 그곳을 통하여 냉각수 18에 의하여 냉각되고 냉각수 출구 3b를 통하여 배출된다. 냉각수 입구 3a 및 냉각수 출구 3b는 파이프로 만들어졌으며 또한 냉각 흡수기 4의 지지요소로서 작용한다. 반응실 1은 유전체 물질, 예를들면 수정으로 만들어졌으며, 그 형태는 실린더와 유사하다. 내실 1의 밑은 입구이며, 편평한 가장자리 입구를 갖는다. 진공으로 만들기 위하여 냉각수 흡수기 4 및 그위에 웨이터 9를 포함하는 내실 1은 기판 2의 평면위에 고정한다. 주로 산소 가스(O2)를 포함한 반응가스가 반응실 1안으로 약 500cc/min의 흐름 비율로 가스입구 5를 통하여 피드백된다. 동시에 반응실 1은 거의 1토르(Torr)의 진공에서 내실 1의 내부를 유지하기 위하여 배수 펌프(도시되어 있지 않음)에 의하여 가스출구 6을 통하여 배수된다. 내실 1의 외부에 설치된 RF전극 7a 및 7b위에서, 또는 전극 7a 및 7b에 있는 장소에 RF코일(도시되어 있지 않음)위에서 13.56MHZ, 1.5KW.RF 전력은 예를들면 3-5분동안 반응실 1에서 플라즈마를 생성하기 위하여 RF 전원에서 공급된다.
플라즈마는 반도체 웨이퍼 위에 영향을 받은 포토레지스트의 표면과 함께 기꺼이 반응, 즉 분해한 반면에 포토레지스트 내면은 영향을 받은 포토레지스트의 표면을 지지할 만큼 아직은 견고하다. 냉각 흡수기 4을 통하여 흐르는 냉각수에 의하여 냉각된다. 이렇게 웨이퍼 표면위에 영향을 받은 포토레지스트의 찌꺼기가 약간 있다. 400MHz을 지닌 400W의 교류 RF 전원은 1토르 산소가스에서 스푸러링한 강한 플라즈마를 생성하기 위하여 사용된다.
본 발명에서 이러한 조건하에서 얻어진 데이타는 아래에 기재된 바와 같으며 이 데이타는 본 발명에서 웨이퍼의 냉각 효과를 증명한 것이다.
Figure kpo00001
단일 웨이퍼 시스템에서 포토레지스트를 제거하기 위한 본 발명 의 또 다른 실시예는 제 2 도에 나타내었다. 제 2 도에서 초고주파 전력은 플라즈마 가스를 생성하는데 사용된다. 초고주파 전력은 도파관 11을 통하여 화살표 12로 나타낸 바와같이, 2.45MHz의 초고주파 전원에서 공급되며, 유전체 물질인 수정 또는 세라믹으로 이루어진 초고주파 창 13을 통하여 금속 물질로 이루어진 반응용기 14안으로 피드백된다. 제 1 도에 나타낸 바와같이 박리되기 위하여 웨이퍼 위에 영향을 받은 같은 포토레지스트를 지닌 같은 반도체 웨이퍼 9는 포토레지스트에 코팅된 표면을 위쪽으로 지지하는 스테이지(Stage) 15위에 하중된다. 스테이지 15는 스테이지 15에 설치된 도관 16을 통하여 흐르는 냉각수 18에 의하여 냉각된다. 냉각수 입구 17a에서 도입되고, 냉각출구 17b을 통하여 배수된다. 다른 숫자들은 같게 나타내거나 제 1 도와 관련이 있는 부분을 나타낸다. 반응 가스 O2는 가스 입구 5에서 약 200cc/min 흐름 비율로 반응실의 내면 안으로 피드백된다. 그리고 동시에 내실을 거의 3토르 정도의 진공으로 유지하기 위하여 가스출구 6을 통하여 진공펄프(도시되어있지 않음)에 의하여 배출된다. 내실 14안으로 피드백된 초고주파 전력이 거기에서 산소 플라즈마를 생성한다. 이렇게 산소 플라즈마는 제 1 도의 장치와 같은 방법으로 포토레지스트를 제거한다. 3-5분 동안 초고주파 전력이 인가된 후에 포토레지스트를 제거하는 것이 좋다.
흡수기 4 또는 스테이지 15위에 웨이퍼를 고정시키기 위하여 윤활유를 가하는 것은 영향을 받은 포토레지스트의 완벽한 제거를 하기 위한 필요한 시간을 감소시키는데 효과적이다. 왜냐하면 웨이퍼 9 및 흡수기 4 또는 스테이지 15 사이에 열전도를 개선시키기 때문이다.
약간의 아르곤 가스(Ar) 또는 질소가스(N2)가 안정된 플라즈마를 생성하기 위하여 산소가스에 첨가되었을때, 또는 4가 불소화 탄소 가스(CF4)등과 같은 약간의 불화물 가스가 반응을 촉진시키기 위하여 산소 가스에 첨가되었을때, 영향을 받은 포토레지스트의 좋은 박리가 된다.
웨트 케미컬 와싱(wet chemical washing) 또는 다운 스트림 애싱(down stream ashing)의 부가 과정이 대부분 필요하지 않지만 포토레지스트의 박리를 확실히 할려면 애싱 공정후에 사용하는 것이 좋다.
본 발명의 많은 양상과 이점은 상세한 설명에서 명백하게 나타나 있고, 본 발명의 진정한 취지와 내 역이 들어있는 시스템의 양상 및 이점을 커버하기 위하여 특허청구의 종속항에 설명하였다. 더 나아가서 여러가지 수정과 변화를 거쳐서 더 뛰어난 기술이 발전될 것이기 때문에 도시되고 서술된 정확한 구조 및 동작을 하는 것을 본 발명은 제한하지 아니한다. 따라서 본 발명의 범위내에 모든 적당한 수정과 그와 유사한 변화에 의존할지도 모른다.

Claims (6)

  1. 반도체 웨이퍼 위에 코팅된 레지스터 박리 방법에 있어서, 냉각수단을 사용하여 반도체 웨이퍼를 냉각시키는 것, 상기 냉각을 수행하는 동안에 플라즈마의 반응 이온가스를 사용하여 레지스트를 박리하는 것을 포함한 반도체 웨이퍼 위에 코팅된 레지스트 박리방법.
  2. 청구범위 제 1 항에 있어서, 청구범위 제 1 항에 플라즈마는 산소가스이다.
  3. 청구범위 제 2 항에 있어서, 산소 가스는 적어도 아르곤 가스 및 질소가스로 구성된 그룹에서 선택한 가스의 한 종류이다.
  4. 청구범위 제 2 항에 있어서, 청구범위 제 2 항에 산소가스는 불화물 가스이다.
  5. 청구범위 제 1 항에 있어서, 플라즈마는 방송 주파수 전력원에 의하여 여기된다.
  6. 청구범위 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수단은 웨이퍼가 놓여진 곳에 있는 지지요소이며, 상기 지지요소는 전도수단을 갖추고 있으며, 상기 전도수단을 통하여 냉각수가 공급된다.
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