KR100330616B1 - 초임계유체에의한잔사의제거방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에칭(etching)된 정밀 표면(precision surface)으로부터 잔사를 제거하기에 충분한 적당한 조건하에서 정밀 표면을 초임계 유체 또는 액체 CO2에 노출시킴을 포함하는, 반도체 샘플과 같은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하는 방법을 제공한다. 초임계 유체 또는 액체 CO2와 함께 극저온 에어로졸을 사용할 수도 있다.

Description

초임계 유체에 의한 잔사의 제거 방법{RESIDUE REMOVAL BY SUPERCRITICAL FLUIDS}
본 발명은 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 에칭 공정에 적용된, 반도체 샘플과 같은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하는 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 정밀 표면을 초임계 유체에 노출시킴을 포함하는, 반도체 샘플과 같은 정밀 표면상에서의 에칭 공정에 의해 형성된 잔사를 제거하는 방법을 제공한다. 본원에서는 정밀 표면을 초임계 유체에 노출시킨 후 극저온 에어로졸을 사용하는 임의의 단계를 고려할 수도 있다. 본 발명에서는, 반도체 샘플과 같은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하는 진보된 반도체 제조 공정의 바람직한 양태에서, 종래 기술에서와 같이 용매 및 산을 사용할 필요가 없다.
본 발명의 또다른 실시태양에서는, 반도체 샘플과 같은 정밀 표면을 우선 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 에칭 공정에 적용시킨 후 이로부터 잔사를 제거하기 위한 용매로서 액체 CO2를 사용한다. 본 실시태양은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 에칭된 잔사를 함유하는 정밀 표면을 액체 CO2에 노출시킴을 포함한다. 본원에서는 액체 CO2로 처리한 후에도 남아있는 잔사를 제거하기 위해 극저온 에어로졸을 사용하는 임의의 단계를 또한 고려한다.
진보된 반도체 제조 분야에서, 패턴을 갖도록 노출된 포토레지스트와 블랭킷 금속 또는 절연 필름을 함유하는 반도체 웨이퍼와 같은 반도체 샘플을 염소 및/또는 불소 등을 함유하는 기체 혼합물을 사용하는 반응성 이온 에칭(RIE) 공정에 노출시킴은 잘 공지되어 있다. 이러한 에칭 공정의 목적은 필름에 패턴을 넣기 위한 것이다. 이어서 포토레지스트를 전형적으로는 산소 플라즈마내에서 스트립핑시킨다. 고수율을 달성시키기 위해서 남아있는 잔사를 종종 화학 약품 및/또는 용매에 의해 제거할 필요가 있다.
예를 들면, 반도체 웨이퍼상에 배선을 구성하는데에는 Al 금속 에칭이 가장 통상적으로 사용된다. 반도체 웨이퍼를 세척하고 헹굼에도 불구하고 원치않는 잔사들이 여전히 금속 라인의 상부 및 측벽상에 남아있다. 금속 라인의 상부 및 측벽에 남아있는 원치않는 잔사는 탄소, 수소, 실리콘, 알루미늄, 불소, 염소, 산소 원소를 포함한다고 보고되어 있다. 이러한 잔사(이하 "RIE 잔사"라고 칭함)는 금속 라인 사이에 "단락"(shorts)을 유발할 정도로 충분히 전도성인 것으로 알려져 있다. 더욱이, RIE 잔사는 또한 금속 라인과 이를 덮는 절연체 사이에 접착 문제점을 유발할 수도 있다. 금속 라인상의 잔사는 반도체 샘플의 부식을 유발할 수도 있다. 폴리실리콘 라인 또는 산화물 비아상의 RIE 잔사는 수율 손실이라는 문제점을 유발한다. 따라서, 진보된 반도체 제조 분야에서는 RIE 잔사를 반도체 샘플로부터 제거하기 위한 화학적으로 안전하고 쉬운 방법을 개발하는 것에 대한 지대한 관심이 있어왔다.
진보된 반도체 제조 공정에 있어서 원치않는 RIE 잔사를 제거하는데 전형적으로 사용되는 현행 방법은 에칭된 반도체 샘플을 산욕에 침지시킴을 포함한다.
상기 및 기타 목적은 우선 에칭 공정에 적용된 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하기 위한 용매로서 초임계 유체 또는 액체 CO2를 사용하는 본 발명에 의해 충족된다.
초임계 유체 CO2와 같은 초임계 유체가 현재 기판상에 레지스트 패턴층을 현상시키는 반도체 가공 공정에서 사용되고 있다는 것은 중요하다. 이러한 공정은 예를 들면 니시가와(Nishikawa) 등에게 허여된 미국 특허 제 4,944,837 호에 개시되어 있다. 구체적으로는, 니시가와 등은 레지스트 필름을 표면층상에 침착시키는 단계; 표면층에 부착되고 예정된 패턴의 잠상을 갖는 레지스트 필름을 전처리하여 전처리된 레지스트 필름을 만드는 단계; 및 전처리된 레지스트 필름을 가공하여 패턴화된 레지스트 필름을 만드는 단계를 포함하는, 기판상에 형성된 표면층상에 예정된 패턴을 갖는 패턴화된 레지스트 필름을 형성하는 방법을 제공한다. 니시가와 등의 개시내용에 따라서, 가공 단계는 전처리된 레지스트 필름을 기판과 함께 초임계 대기에 도입시키고, 초임계 대기중에서 전처리된 필름을 현상시켜 선택적으로 전처리된 필름을 제거함을 포함한다.
반도체 제조 공정에서 초임계 유체를 사용하는 또다른 예는 모리타(Morita) 등에게 허여된 미국 특허 제 5,185,296 호 및 제 5,304,515 호에 개시되어 있다. 상기 두 특허 모두의 개시내용에서, 반도체 기판의 표면에 유전성 박막 또는 그의 패턴을 형성하는데에는 초임계 유체가 사용된다. 반도체 기판의 표면상에 패턴 레지스트 필름을 현상시키기 위해서, 전술된 니시가와 등의 특허에서와 마찬가지로, 모리타 등의 두 특허에서도 초임계 유체가 사용된다.
지거(Ziger) 등의 논문["Compressed Fluid Technology: Application to RIE-Developed Resists", AICHE Journal, Vol.33, No.10, 1978년 10월]에서는, 주 유기 중합체로부터 비휘발성 실록산 분자를 추출해내는 마이크로리쏘그래피에서 초임계 유체 CO2가 사용된다.
종래 기술에서 초임계 유체를 사용함에도 불구하고, 잔사를 함유하는 반도체 샘플과 같은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하는데 초임계 유체를 사용하는 것은 개시되어 있지 않다.
본 발명의 목적은 RIE 잔사를 반도체 샘플로부터 제거하기 위한 화학적으로 안전하고 쉬운 방법을 개발하고자 하는 것이다.
도 1은 본 발명에서 반도체 샘플과 같은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하는데 사용되는 장치의 개략도이다.
도 2는 시험을 위해 수개의 샘플로 쪼개진, RIE 잔사를 함유하는 200㎜ 반도체 웨이퍼(wafer)의 금속 라인 구조를 예시하는 SEM이다.
도 3은 40℃ 및 5840psi에서 2시간동안 초임계 유체 CO2에 노출된 후의 도 2의 웨이퍼의 제 1 조각의 SEM(배율 50K, 해상도 600㎚)이다.
도 4는 80℃ 및 5840psi에서 2시간동안 초임계 CO2에 노출된 후의 도 2의 웨이퍼의 제 2 조각의 SEM(배율 50K, 해상도 600㎚)이다.
도 5는 40℃ 및 5840psi에서 30분동안 초임계 유체 CO2에 노출된 후의 도 2의 웨이퍼의 제 3 조각의 SEM(배율 35K, 해상도 857㎚)이다.
도 6은 40℃ 및 5840psi에서 1시간동안 초임계 유체 CO2에 노출된 후의 도 2의 웨이퍼의 제 4 조각의 SEM(배율 60K, 해상도 500㎚)이다.
도 7은 40℃ 및 5840psi에서 2시간동안 초임계 CO2에 노출된 후의 도 2의 웨이퍼의 제 5 조각의 SEM(배율 60K, 해상도 500㎚)이다.
도 8은 산화물 필름에 에칭된 비아를 갖는 200㎜ 반도체 웨이퍼의 제 1 조각을 그 측면에서부터 보여주는 SEM(5KV, 배율 60K, 해상도 600㎚)이다.
도 9는 초임계 유체에서 가공된 후, 산화물 필름에서 에칭된 비아를 갖는 도 8의 200㎜ 반도체 웨이퍼의 제 2 조각을 그 측면에서부터 보여주는 SEM(10KV, 배율 60K, 해상도 500㎚)이다.
본 발명은 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 잔사를 함유하는 정밀 표면을 초임계 유체에 노출시킴을 포함하는, 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하기 위한 개선된 방법을 제공한다. 정밀 표면을 제조 또는 변형시키는 공정중에서 표면이 화학적 에칭 또는 이온 에칭 또는 레이저 에블레이션(laser ablation)과 같은 물질 제거 공정에 적용됨으로써 표면상에 잔사가 생성된다는 것이 중요하다. 생성된 잔사는 에칭된 표면상에 존재하거나 에칭되지 않은 표면에 인접하게 존재할 수 있다. 이어서 표면을 초임계 유체에 노출시킴으로써 잔사를 표면으로부터 제거한다.
잔사를 반도체 샘플과 같은 정밀 표면으로부터 제거하기 위해 초임계 유체를 사용할 경우에는 종래 기술에서와 같이 크롬 인산을 함유하는 발암성 욕 등을 사용할 필요가 없어진다. 따라서, 본 발명은 이러한 잔사를 함유하는 정밀 표면으로부터 에칭액 잔사를 제거하는 효율적이고 안전한 수단을 제공한다.
본원에서 사용된 용어 "정밀 표면"이란 공동(cavity) 또는 트랜치(trench) 또는 채널(channel)과 같은 평평한 표면 아래에 일정한 형태를 갖는 물질 및 메사(mesa)와 같은 융기된 형태를 갖는 물질을 말한다. 이러한 유형의 표면을 세척하는 일은 잔사의 종류에 따라 달라져야 하고 표면 형태(크기)를 변경시키지 않아야 한다. 정밀 표면은 반도체 샘플, 금속, 중합체, 절연체를 포함하나 이에 국한되지는 않는다.
본원에서 사용된 용어 "초임계 유체"란 특정 화합물의 압력-온도 다이아그램에서 임계 온도(TC) 이상 및 임계 압력(Pc) 이상의 조건하에 있는 물질을 말한다. 초임계 유체의 이론에 대한 완전한 설명을 보려면 문헌[Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3d, 증보판 pp.872-893]을 참조하도록 한다. 본 발명에서 사용되는 바람직한 초임계 유체는 CO2로서, 이는 단독 또는 Ar, NH3, N2, CH4, C2H4, CHF3, C2H6, n-C3H8, H2O, N2O 등과 같은 또다른 첨가제와의 혼합물로서 사용될 수 있다. 하나이상의 CFx작용성 그룹을 함유하는 계면활성제를 초임계 유체와 함께 사용할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시태양에서는, 잔사를 에칭된 정밀 표면으로부터 제거하기 위한 2단계 공정이 제공된다. 본 발명의 본 실시태양과 관련하여, 우선 정밀 표면으로부터 상기 잔사를 분리시키기에 충분한 조건하에서 잔사를 함유하는 에칭된 정밀 표면을 초임계 유체에 노출시킨 후, 노출된 정밀 표면을 극저온 에어로졸과 접촉시켜 초임계 유체 처리에 의해서 정밀 표면으로부터 제거되지 않은 잔여 잔사를 제거한다.
본 발명의 세 번째 실시태양에서는, 액체 CO2를 사용하여 잔사를 함유하는 에칭된 정밀 표면으로부터 잔사를 제거한다. 본 발명의 본 실시태양에 따라서, 정밀 표면으로부터 상기 잔사를 제거하는데 충분한 조건하에서 잔사를 함유하는 에칭된 정밀 표면을 액체 CO2에 노출시킨다.
본 발명의 네 번째 실시태양에서는, 2단계 공정에서 액체 CO2와 극저온 에어로졸을 사용하여 에칭된 정밀 표면으로부터 잔사를 제거한다. 본 발명의 본 실시태양에서는, 잔사를 함유하는 에칭된 정밀 표면을 적당한 조건하에서 액체 CO2에 노출시킨 후, 액체 CO2처리 단계에 의해 정밀 표면으로부터 완전히 제거되지 않은 잔여 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 노출된 정밀 표면을 극저온 에어로졸과 접촉시킨다.
본 발명의 첫 번째 실시태양에 따라서, 초임계 유체를 사용하여 에칭된 정밀 표면상에 존재하는 잔사를 정밀 표면으로부터 제거한다. 구체적으로는, 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 정밀 표면을 초임계 유체에 노출시킴으로써 에칭된 정밀 표면으로부터 잔사를 제거한다.
정밀 표면을 초임계 유체에 노출시키기 전에 우선 에칭시키는 것이 중요하다. 당해 분야의 숙련자들에게 잘 공지된 방법을 사용하여 정밀 표면을 에칭시킬 수 있다. 정밀 표면을 에칭시키기에 적합한 방법은 반응성 이온 에칭(RIE), 이온 빔 에칭(IBE), 플라즈마 에칭, 레이저 에블레이션 등을 포함하나 이에 국한되는 것은 아니다. 상기 에칭 방법중에서도, 본 발명에서는 RIE가 특히 바람직하다. 전형적으로는, 종래 기술에서는 Cl 또는 F 등을 함유하는 기체를 사용하여 RIE를 수행시킨다.
정밀 표면을 에칭시킨 후 남은 잔사는 탄소, 수소, 실리콘, 알루미늄, Ti, Ta, W, Pt, Pd, Ir, Cr, 불소, 염소, 산소중 하나이상을 함유할 수 있다.
전술된 바와 같이, 용어 "정밀 표면"이란 동공, 트랜치 및/또는 채널이 있는 표면을 함유하는 물질을 말한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 정밀 표면은 반도체 샘플, Al, Si, W, Ti, Ta, Pt, Pd, Ir, Cr, Cu 및 Ag와 같은 금속, 폴리이미드 및 폴리아미드 등과 같은 중합체, 및 절연체 등을 포함하나 이에 국한되는 것은 아니다. 상기 정밀 표면중에서 본 발명에서는 반도체 샘플이 특히 바람직하다.
후술될 설명은 RIE 반도체 샘플에 해당하는 것이지만 전술된 임의의 에칭 방법에 의해 에칭될 수도 있는 기타 유형의 정밀 표면에도 적용가능하다는 것을 알아야 한다. 예를 들면 후술될 설명은 또한 IBE 절연체, 레이저 에블레이션 처리된 중합체 등에도 적용된다.
도 1은 본 발명에서 RIE 잔사를 함유하는 반도체 샘플로부터 RIE 잔사를 제거하는데 사용될 수 있는 장치(10)의 개략적인 도면이다. 장치(10)는 반도체 샘플(16)이 위치된 샘플 대역(14)을 갖는 처리실(process chamber)(12)을 포함한다. 처리실(12)은 가열기 재킷(heater jacket)(18)에 둘러싸여져 있고, 임의로 교반기(20)를 함유한다. 또한, 처리실은 유입관(22), 유출관(24) 및 열전쌍(thermocouple)(26)을 갖는다. 유입관(22)은 초임계 유체 또는 그의 혼합물을 처리실(12)로 공급하기 위한 기체 실린더(30)와 접속된 고압 펌프 시스템(28)을 갖는다. 열전쌍(26)은 또한 RIE 잔사 제거 공정의 온도를 모니터링하고 제어하는데 사용되는 가열기 제어기(32)와 접속되어 있다. 장치(10)는 또한 유출관(24)을통해 처리실(12)을 빠져나가는 초임계 유체를 수거 및/또는 정제하기 위한 저장고(34)를 포함할 수도 있다. 이러한 물질은 도관(35)을 통해 처리실로 재순환될 수도 있다. 기체 실린더(30)는 가압된 액체를 함유한다. 초임계 유체란 용어는 두가지 상의 물질이 서로 평형을 이루어 동일해져 하나의 상을 형성하는 그의 임계점보다 위에 있는 물질의 상태, 즉 임계 온도(TC) 이상 및 임계 압력(Pc) 이상에 있는 물질의 상태를 말한다. RIE 잔사를 반도체 샘플로부터 제거할 수 있는, CO2및/또는 Ar과 같은 당해 분야의 숙련자들에게 공지된 임의의 초임계 유체를 본 발명에서 사용할 수 있다. 바람직한 초임계 유체는 CO2로서, 이는 단독 또는 Ar, N2O, NH3, N2, CH4, C2H4, CHF3, C2H6, H2O, n-C3H8등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이상의 첨가제와의 혼합물로서 사용될 수 있다.
임의의 등급의 초임계 유체를 본 발명에서 사용할 수 있다. 많은 불순물을 함유하는 저급 초임계 유체를 사용하는 경우, 초임계 유체를 우선 당해 분야의 숙련자들에게 잘 공지된 방법에 의해 정제하여 불순물을 제거할 수 있다. 예를 들면 저급 초임계 유체를 처리실에 도입시키기 전에 칼럼에 통과시켜 정제할 수 있다.
RIE 잔사를 반도체 샘플로부터 제거하는 것을 돕는 첨가제 또는 계면활성제와 함께 초임계 유체를 사용할 수 있다는 것이 중요하다. 적합한 첨가제는 전술된 것들을 포함하나 이에 국한되는 것은 아니다. 이들 첨가제중에서도, H2O가 가장 특히 바람직하다.
본 발명에서 사용될 수 있는 유형의 계면활성제에는 하나이상의 CFx작용성 그룹을 구조내에 함유하는 임의의 계면활성제가 포함된다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 초임계 유체는 고압 펌프에 의해 미리 가압된다. 전형적으로는, 본 발명에서는, 초임계 유체는 약 1000psi 내지 6000psi의 압력으로 가압된다. 더욱 바람직하게는, 초임계 유체는 처리실로 도입되기 전에 약 3000psi의 압력으로 미리 가압된다. 이어서 미리 가압된 초임계 유체를 유입관(22)을 통해 반도체 샘플을 함유하는 처리실로 옮긴다.
본 발명에서 사용되는 반도체 샘플은 RIE 또는 전술된 임의의 기타 에칭 방법에 의해 가공된 임의의 기타 반도체 샘플이다. 본 발명에서 사용될 수 있는 적합한 반도체 샘플의 예는 반도체 웨이퍼, 반도체 칩, 세라믹 기판, 패턴화된 필름 구조물 등을 포함하나 이에 국한되지는 않는다.
본 발명을 예시하는데 사용되는 것들 외에도, 본 발명의 방법에 적용될 수 있는 것들에는 하나이상의 하기 물질이 포함될 수 있다: 티타늄 실리사이드, 탄탈륨 니트라이드, 탄탈륨 실리사이드, 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 니트라이드, SiO2, 다이아몬드형 탄소, 폴리이미드, 폴리아미드, 알루미늄, 알루미늄-구리 합금, 구리, 텅스텐, 티타늄, 팔라듐, 백금, 이리듐, 크롬, 강유전성 물질, 및 BaSrTi 또는 PbLaTi 산화물과 같은 높은 유전성을 갖는 물질.
RIE 잔사를 함유하는 반도체 샘플을 처리실(12)의 샘플 대역(16)에 놓고, 여기서 RIE 잔사를 샘플로부터 제거하기에 충분한 조건하에서, 초임계 유체를 그의임계 온도 및 임계 압력보다 높게 유지하면서 샘플을 초임계 유체에 노출시킨다.
전형적으로는, 본 발명에서 RIE 잔사 제거 동안에 처리실내의 압력은 약 1000psi 내지 6000psi이다. 더욱 바람직하게는, RIE 잔사 제거 동안에 처리실내의 압력은 약 3000psi이다.
RIE 잔사 제거 동안에 열전쌍(26)에 의해 모니터링되고 제어기(32)에 의해 제어되는 처리실내의 온도는 일반적으로 약 40℃ 내지 약 80℃이다. 더욱 바람직하게는 RIE 잔사 제거 동안의 처리실내의 온도는 약 40℃이다.
반도체 샘플로부터 RIE 잔사를 효과적으로 제거하기 위해서는, 반도체 샘플을 상기 조건하에서 약 30분 내지 약 2시간동안 초임계 유체에 노출시켜야 한다. 더욱 바람직하게는 상기 조건하에서 반도체 샘플을 초임계 유체에 노출시키는 시간은 약 1시간이다.
유출관(24)을 통해서 처리실을 빠져나온 초임계 유체는 전술된 바와 같이 세척될 수 있고, 장치내로 재순환되어 폐쇄 반응기 시스템을 이룰 수도 있다. 도 1에 도시되지 않은 이러한 폐쇄 반응기 시스템에서는 깨끗한 반도체 샘플을 제조하는 비용이 많이 감소된다.
처리실에서 교반을 사용하는 경우, 교반 장치의 속도는 약 500rpm 내지 약 2500rpm일 수 있고, 바람직하게는 약 1000rpm이다.
본 발명의 두 번째 실시태양에 따라서, 정밀 표면을 초임계 유체에 노출시키는 단계 및 이어서 노출된 정밀 표면을 극저온 에어로졸과 접촉시키는 단계를 포함하는, 잔사를 RIE 반도체 샘플과 같은 에칭된 정밀 표면으로부터 제거하는 방법이제공된다. 본 발명의 실시태양에서 사용되는 매우 바람직한 정밀 표면은 RIE 반도체 샘플이다.
본원에서 사용된 용어 "극저온 에어로졸"은 비교적 고압인 기체 액체 혼합물을 극저온에서 저압 영역내로 급속히 팽창시키고 분출물을 냉각시키고 혼합물을 응고시켜 제조된 고체 분출 스프레이를 말한다. 본 발명에서는 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하는데 아르곤, 질소 및/또는 CO2를 포함하는 극저온 에어로졸을 사용할 수 있다.
극저온 에어로졸을 사용하는 경우에는, 초임계 유체 처리 공정 동안에 분리된 남은 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 극저온 에어로졸을 노출된 반도체 샘플과 접촉시킨다. 이러한 조건은 당해 분야의 숙련자들에게 잘 공지되어 있다.
본 발명의 세 번째 실시태양에서는, 전술된 에칭 공정중 하나에 의해 이미 에칭된 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하기 위한 용매로서, 초임계 유체 대신에 액체 CO2를 사용한다. 본 발명의 세 번째 실시태양에서 사용된 바람직한 정밀 표면은 RIE에 의해 에칭된 반도체 샘플이다.
본 발명의 세 번째 실시태양에서 사용된 장치는 기체 실린더가, 약 880psi 내지 약 1000psi의 총압력으로 미리 가압됨으로써 액체로 된 기상 CO2를 함유한다는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 것과 유사하다. 더욱 바람직하게는, 기상 CO2는 약 880psi로 가압된다.
그러나, 기체내의 불순물의 수준이 너무 높아서 이를 액체 상태로 전환시키기 전에 전술된 종래 방법에 의해 정제해야 되는 경우에는 임의의 등급의 기상 CO2를 사용할 수 있다.
세 번째 실시태양에서 사용된 조건은 초임계 유체를 사용하지 않기 때문에 전술된 바와 같지 않다. 전형적으로 세 번째 실시태양에서는, 잔사 제거 동안에 처리실내의 압력은 약 880psi 내지 약 1000psi이다. 더욱 바람직하게는, 액체 CO2가 사용되는 경우, 처리실내의 압력은 약 880psi이다.
본 발명의 세 번째 실시태양에서 사용된 온도는 일반적으로 약 25℃ 내지 약 40℃이다. 더욱 바람직하게는, 액체 CO2가 사용되는 경우, 잔사 제거 동안에 처리실내의 온도는 약 40℃이다.
액체 CO2를 사용할 경우 잔사를 충분히 제거하려면 약 30분내지 약 2시간이 필요하다. 더욱 바람직하게는, 액체 CO2를 사용하여 잔사를 충분히 제거하려면 일반적으로 약 1시간이 걸린다.
액체 CO2는 단독으로 사용되거나 전술된 계면활성제 또는 첨가제중 하나와 함께 사용될 수 있다. 액체 CO2와 함께 사용하기에 바람직한 첨가제는 H2O이다.
세 번째 실시태양에서 교반을 사용하는 경우, 교반 속도는 약 500rpm 내지 약 2500rpm이다. 더욱 바람직하게는, 세 번째 실시태양에서 교반 속도는 약 1000rpm이다.
본 발명의 네 번째 실시태양에서는, 우선 에칭액 잔사를 함유하는 정밀 표면을 전술된 조건하에서 액체 CO2에 노출시키고, 액체 CO2처리 동안에 분리된 잔여 잔사를 제거하는 조건하에서 노출된 반도체 샘플을 극저온 에어로졸과 접촉시킴을 포함하는 2단계 공정을 사용하여 잔사를 에칭된 정밀 표면으로부터 제거한다.
본 발명의 본 실시태양에서 사용된 극저온 에어로졸은 두 번째 실시태양에서 전술된 것과 동일하다. 또한, 조건은 전술된 바와 동일하다.
하기 실시예는 본 발명의 범위를 예시하기 위해서 제시된 것이다. 이들 실시예는 예시적 목적으로만 주어진 것이므로, 본 발명은 여기에만 국한되어서는 안된다.
실시예 1
본 실시예에서는, 용매로서 초임계 유체 CO2를 사용하여 RIE 잔사를 반도체 웨이퍼로부터 제거한다. 구체적으로는, 블랭킷 금속화물 및 패턴화된 포토레지스트를 함유하는 반도체 웨이퍼를 우선 전형적인 반응성 이온 에칭 공정에 노출시켰다.
알루미늄 라인을 에칭시킨 후, 당해 분야의 숙련자들에게 잘 공지된 방법을 사용하여 O2-함유 플라즈마에서 포토레지스트를 스트립핑한다.
공정후의 웨이퍼의 주사 전자 현미경(SEM) 사진이 도 2에 나타나 있다. 도 2 내지 7에 나타난 본 실시예의 SEM은 모두 다양한 배율 및 해상도를 사용하여 10KEV에서 수행하였다. 측면에서 본 사진과 위에서 본 사진도 나타나 있다. 구체적으로는, 도 2는 RIE 잔사 침착물을 함유하는 RIE 웨이퍼의 금속 라인 구조를 보여준다.
이어서, 도 2에 나타난 바와 같이 RIE 잔사를 함유하는 웨이퍼의 조각을 도 1에 나타난 바와 같은 고압 챔버에 놓았다. 기계적 펌프를 사용하여 초임계 추출 등급의 CO2를 미리 약 5840psi의 압력으로 가압하고, 이를 정적 압력 및 유동 모드를 사용하여 압력 챔버에 도입시켰다. 이 실시예에서는 교반을 사용하지 않았다.
첫 번째 실험에서, 한 웨이퍼 조각을 40℃의 온도 및 5840psi의 압력에서 2시간동안 초임계 유체 CO2에 노출시켰다. 이러한 실험에 대한 SEM은 도 3에 나타나 있다. 구체적으로는, SEM은 깨끗한 반도체 샘플을 보여준다. 샘플은 상기 조건하에서 초임계 유체에 노출되기 전에 초기에는 RIE 잔사를 함유하였다.
또다른 실험에서, 한 웨이퍼 조각을 80℃의 온도 및 5840psi의 압력에서 2시간동안 초임계 유체 CO2에 노출시켰다. 이러한 실험에 대한 SEM은 도 4에 나타나 있다. 이 SEM은 본 발명의 방법을 사용하여 RIE 잔사를 효과적으로 제거할 수 있음을 예시한다.
40℃의 온도 및 5840psi의 압력에서 30분, 1시간 및 2시간동안 추가의 실험을 수행하였다. 이들 결과는 도 5, 6 및 7에 각각 나타나 있다. 30분보다는 1시간 또는 2시간일때 반도체 웨이퍼로부터 RIE 잔사가 더 효과적으로 제거된 것으로 나타났다.
실시예 2
이 실시예에서는, 산화물에 에칭된 비아를 갖는 200㎜ 웨이퍼의 단면을 초임계 CO2에 적용하였다.
상기 비아에서 형성된 잔사는 도 8(측면도)에 나타나 있다. 웨이퍼를 500rpm에서 교반시키면서 40℃ 및 3000psi에서 1시간동안 초임계 유체 CO2에 노출시켰다. 도 9(측면도)에 나타난 바와 같이, 상기 조건하에서 모든 RIE 잔사가 샘플로부터 제거되었다.
본 발명을 그의 바람직한 실시태양과 관련하여 구체적으로 예시하고 기술하였으나, 당해 분야의 숙련자들이라면 본 발명의 개념 및 범위를 벗어나지 않게 전술된 변경 및 기타 변경들을 본 발명의 형태 및 세부 항목에 가할 수 있음을 알 것이다.
본 발명에 의해서 잔사를 함유하는 정밀 표면으로부터 잔사를 제거하는 효율적이고 안전한 수단이 제공된다.

Claims (9)

  1. 공동, 트랜치 또는 채널을 갖고 표면에 탄소, 수소, 실리콘, 알루미늄, Ti, Ta, W, Pt, Pd, Ir, Cr, 불소, 염소 및 산소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나이상의 원소를 함유하는 할로겐화 에칭된 잔사를 함유하는, 반도체 샘플, 금속, 중합체 또는 절연체인 반응성 이온 에칭된(RIE) 정밀 표면을 제공하는 단계;
    상기 할로겐화 에칭된 잔사 함유 RIE 정밀 표면을, 이로부터 할로겐화 에칭된 잔사를 제거시키기에 충분한 조건하에서, Ar, CO2또는 그의 혼합물을 포함하는 초임계 유체에 노출시키되, 상기 초임계 유체를 약 1000psi 내지 약 6000psi의 압력 및 약 40℃ 내지 약 80℃의 온도를 유지시키는 단계; 및
    상기 초임계 유체에 노출된 정밀 표면으로부터 임의의 잔여 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 상기 노출된 정밀 표면을 Ar, N2, CO2또는 그의 혼합물로 이루어진 극저온 에어로졸과 접촉시키는 단계를 포함하는, 깨끗한 정밀 표면의 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면에 대한 초임계 유체의 노출을 약 30분 내지 약 2시간동안 수행하는 것을 포함하는, 깨끗한 정밀 표면의 형성방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 노출 시간이 약 1시간인, 깨끗한 정밀 표면의 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 샘플이 반도체 웨이퍼, 반도체 칩, 세라믹 기판 또는 다른 패턴화된 필름 구조물인, 깨끗한 정밀 표면의 형성방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정밀 표면이 티타늄 실리사이드, 탄탈륨 니트라이드, 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 니트라이드, SiO2, 다이아몬드형 탄소, 폴리이미드, 폴리아미드, 알루미늄, 알루미늄-구리 합금, 구리, W, Ti, Ta, Pt, Pd, Ir, Cr, 강유전성 물질 및 고 유전성 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택된 물질을 함유하는, 깨끗한 정밀 표면의 형성방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 초임계 유체를 약 500rpm 내지 약 2500rpm으로 교반시키는 것을 포함하는, 깨끗한 정밀 표면의 형성방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    Ar, N2O, NH3, N2, CH4, C2H4, CHF3, C2H6, n-C3H8및 H2O로 이루어진 그룹으로부터 선택된 첨가제, 또는 하나이상의 CFx작용기를 함유하는 계면활성제를 상기 초임계 유체와 함께 사용하는, 깨끗한 정밀 표면의 형성방법.
  8. 불소 또는 염소 잔사를 함유하는 반응성 이온 에칭된(RIE) 정밀 표면을, 약 880psi 내지 약 1000psi의 압력 및 약 25℃ 내지 약 40℃의 온도에서 불소 또는 염소 잔사를 분리시키기에 충분한 조건하에서 액체 CO2에 노출시키는 단계; 및
    상기 액체 CO2에 노출된 정밀 표면으로부터 임의의 잔여 잔사를 제거하기에 충분한 조건하에서 상기 노출된 정밀 표면을 Ar, N2, CO2또는 그의 혼합물로 이루어진 극저온 에어로졸과 접촉시키는 단계를 포함하는, 반응성 이온 에칭된 정밀 표면으로부터의 불소 또는 염소 잔사의 제거방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 액체 CO2에 Ar, N2, CO2또는 그의 혼합물로 이루어진 극저온 에어로졸을 가하는 것을 포함하는, 반응성 이온 에칭된 정밀 표면으로부터의 불소 또는 염소 잔사의 제거방법.
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