KR101003475B1 - 포토레지스트 접착 및 재생 일관성을 개선하기 위한 수소처리 - Google Patents

포토레지스트 접착 및 재생 일관성을 개선하기 위한 수소처리 Download PDF

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Abstract

하부에 놓인 기판 층들의 접착 특성들과 표면 화학제를 변경함이 없이, 기판으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들, 및/또는 폴리머/잔류물들을 선택적으로 제거하기 위한 프로세스가 제공된다. 일반적으로, 프로세스는 포토레지스트 층의 증착 이전에 수소를 통해(예, 수소-기반 플라즈마에 의해) 기판을 사전-처리하는 단계, 및 그 다음, 식각, 사후-식각, 재생 동안 기판으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들, 및/또는 폴리머들/잔류물들을 선택적으로 제거하기 위해, 수소-기반 플라즈마를 통해 기판을 애슁하는 단계를 포함한다. 본 발명의 수소-기반 애슁 프로세스는 잔류물 포토레지스트를 제거하기 위해 사후-식각에 사용될 수 있거나, 오정렬된 패턴들을 제거하기 위해 재생 스트립핑 프로세스에 사용될 수 있다. 초기 수소 표면 사전-처리 이후 수소-기반 애슁 프로세스는 애슁 이후 적절한 표면 특성들을 유지하면서, 표면 화학제 유해성을 실질적으로 감소시킨다.

Description

포토레지스트 접착 및 재생 일관성을 개선하기 위한 수소 처리{HYDROGEN TREATMENT TO IMPROVE PHOTORESIST ADHESION AND REWORK CONSISTENCY}
본 발명은 포토레지스트 접착 및 재생 일관성을 개선하기 위한 수소 처리에 관한 것이다.
애슁(ashing)은 포토레지스트, 유기 오버레이어(overlayer), 및/또는 폴리머 잔류물들이 플라즈마에 노출시 기판으로부터 벗겨지거나 제거되는, 플라즈마 매개(mediated) 스트립핑 프로세스이다. 애슁은 일반적으로 포토레지스트 물질이 기판으로 패턴을 식각하기 위한 포토마스크로서 사용되는 식각 프로세스가 수행된 이후 일반적으로 수행된다. 또한, 애슁 프로세스는 존재시, 반사-방지 코팅(ARC)과 같은 다른 유기 층들을 제거하는데 사용된다. 부가적으로, 애슁 프로세스는 오정렬된 레지스트 패턴들("재생 웨이퍼들")의 제거를 위해 수행되고, 리프트-오프(lift-off) 프로세스들에 수행될 수 있다. 애슁 이전에 수행되는 프로세스 단계들은 포토레지스트와 ARC의 표면을 변형시킬 수 있고, 및/또는 폴리머/잔류물들을 형성할 수 있다. 포토레지스트와 다른 유기 오버레이어들, 폴리머들/잔류물들의 완전한 제거는 하부층들을 이루는 임의의 물질들의 손실 없이 가능한 신속하게 수행되는 것이 애슁시 매우 바람직하다.
애슁 프로세스들은 식각 프로세스들과 현저히 상이하다는 것을 유의하는 것이 중요하다. 이러한 프로세스들은 플라즈마를 매개로 할 수 있지만, 식각 프로세스는 포토레지스트 마스크의 개구들을 통해 기판 표면의 부분들을 제거함으로써, 이미지를 기판으로 영구적으로 전사(transfer)하기 위해 플라즈마 화학제가 선택된다는 점에서 명확히 상이하다. 플라즈마는 일반적으로 기판의 부분들을 제거하기 위해 저온에서 높은 에너지 이온 충돌을 포함한다. 더욱이, 이온들에 노출된 기판의 부분들은 일반적으로 포토레지스트 마스크의 제거율과 동일하거나 더 큰 비율로 제거된다. 대조적으로, 애슁 프로세스들은 일반적으로, 식각 동안 형성된 임의의 폴리머들 또는 잔류물들과 포토레지스트 마스크를 선택적으로 제거하는 것을 지칭한다. 애슁 플라즈마 화학제는 식각 화학제들보다 훨씬 덜 능동적이고, 일반적으로 하부에 놓인 기판의 제거율보다 훨씬 더 큰 비율로 포토레지스트 마스크 층을 제거하도록 선택된다. 더욱이, 대부분의 애슁 프로세스들은 플라즈마 반응도를 증가시키기 위해 200℃보다 더 큰 온도들로 기판을 가열한다. 따라서, 식각 및 애슁 프로세스들은 매우 상이한 물질들의 제거에 관련되고, 이에 따라 완전히 상이한 플라즈마 화학제들과 프로세스들을 요구한다. 성공적인 애슁 프로세스들은 이미지를영구적으로 전사하는데 사용되지 않는다. 대신, 성공적인 애슁 프로세스들은 하부에 놓인 기판을 포함하는 층들에 영향을 주거나 제거함이 없이 포토레지스트, 폴리머 및 잔류물 제거율들에 의해 규정된다.
플라즈마 애슁 프로세스들 동안, 긴밀하게 제어된 성능조건(specification)내에서 다양한 피쳐들(features)에 대한 임계 치수(CD)를 유지하고, 포토레지스트 및/또는 폴리머/잔류물 제거 이후 수행되는 프로세스 단계들에서 성공적인 금속 충전(filling)을 위해 적절한 하부층 표면 조건들을 촉진시키는 것이 중요하다. 하부층들에 형성된 패턴화된 프로파일들의 작은 편차들은 소자 성능, 수율 및 최종 집적회로의 신뢰도에 악영향을 줄 수 있다. 전통적으로, 애슁 플라즈마는 산소-함유 가스들로부터 생성되었다. 그러나, 산소-함유 플라즈마들은 진보된 집적회로 제조에 사용되는 특정 물질들을 쉽게 손상시키는 것이 발견되었다. 예를 들어, 산소-함유 플라즈마들은 플라즈마 처리 동안 낮은 k 유전체 하부층들의 유전상수를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 유전상수의 증가들은 다른 것들 중에서, 소자 성능에 직접적으로 영향을 주는 상호접속 커패시턴스에 영향을 준다. 더욱이, 산소-함유 플라즈마들의 사용은 일반적으로 구리 금속층들을 사용하는 개선된 소자 제조에 거의 바람직하지 않다.
이러한 문제들을 해결하기 위해, 산소 없는 플라즈마 화학제들이 개발되었다. 제한적인 산소 없는 플라즈마들은 낮은 k 유전체층에 물리적으로 손상을 주지 않으면서 낮은 k 유전체 물질들을 포함하는 기판들로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들, 및 폴리머들/잔류물들을 제거하는데 사용되었다. 산소 없는 플라즈마들은 통상적으로 불소 가스들을 추가로 함유할 수 있는 수소/질소 가스 혼합물로부터 생성된다. 그러나, 몇몇 경우들에서, 그러한 산소 없는 플라즈마들의 사용은 하부에 놓인 기판의 화학적, 기계적 및 전기적 특성들을 변경 및/또는 영향을 준다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 수소, 질소 및 불소 가스 혼합물들로부터 생성된 산소 없는 플라즈마에 탄소 및/또는 수소 함유 낮은 k 유전체 물질들을 노출시키면 큰 손상을 초래한다. 때때로, 플라즈마 처리 이후 기판의 계측 검사 동안 손상은 검출되지 않는다. 그러나, 플라즈마 애슁 이후 통상적으로 사용될 수 있는 바와 같은 순차적인 습식 세정 프로세스에 의해 손상이 용이하게 입증될 수 있으며, 탄소 및/또는 수소-함유 낮은 k 유전체 물질의 부분들이 제거된다. 유전체 물질의 제거된 부분들은 종종 허용될 수 없는 피쳐의 임계 치수(CD)의 변화의 원인이고, 전체 소자 수율에 영향을 준다. 더욱이, 습식 세정 프로세스가 포함되지 않더라도, 유전체 물질의 전기적 및 기계적 특성들은 산소 없는 플라즈마들에 노출에 의해 변경될 수 있고, 이에 따라 동작 성능에 영향을 준다. 탄소는 플라즈마 노출 동안 유전체 물질로부터 고갈된다고 판단된다. 산소 없는 플라즈마들은 질소를 함유한 가스 혼합물들로부터 일반적으로 생성되기 때문에, 질소는 트렌치 구조물들의 바닥부에서 공극들의 생성과 같은, 순차적인 금속 충전 프로세스들 동안 문제들을 초래하는 방식으로 유전체를 손상시키는 것으로 판단된다.
따라서, 개선된 산소 없는 플라즈마 애슁 프로세스들이 필요하다.
이러한 필요들 및 다른 필요들을 해결하기 위해, 본 발명은 부분적으로 산소 없는 플라즈마 애슁 프로세스들을 제공하고, 하부에 놓인 기판 층들의 표면 특성들은 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 변경되지 않는다.
제 1 실시예에서, 하부에 놓인 기판 층들의 접착 특성들을 실질적으로 저하시키지 않으면서 반도체 기판으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들 및/또는 폴리머들/잔류물들을 선택적으로 제거하기 위한 플라즈마 애슁 프로세스가 제공된다. 상기 프로세스는, 플라즈마 반응기에 기판을 배치하는 단계; 수소 소스 가스를 플라즈마 반응기에 제공하고, 수소-기반(hydrogen-based) 플라즈마를 생성하기 위해 에너지원의 존재하에서 상기 수소 소스 가스를 반응시키는 단계; 및 포토레지스트 및/또는 유기 오버레이어들을 선택적으로 제거하기에 충분한 플라즈마 애슁 조건들하에서 상기 수소-기반 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 단계를 일반적으로 포함한다. 본 발명에 따라, 하부에 놓인 기판 층들의 접착 특성들은 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 저하되지 않는다.
보다 구체적으로는, 상기 기판은 유전체층 또는 산화물 층 상부에 증착되는 포토레지스트 층 및/또는 유기 층을 포함하고, 상기 유전체층 또는 산화물 층은 상기 포토레지스트 층, 유기 오버레이어들 및/또는 폴리머들/잔류물들의 증착 이전에 수소로 처리된다. 일 실시예에서, 기판의 유전체 또는 산화물 층의 수소 사전처리(pretreatment)와 본 발명의 수소-기반 플라즈마의 결합은 포토레지스트, 유기 오버레이어들 및/또는 폴리머들/잔류물들을 선택적으로 제거하고, 이에 따라 상기 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층이 환원 상태(reduced state)로 남겨짐으로써, 상기 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층의 접착 특성들은 상기 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 저하되지 않는다.
특정한 실시예들에서, 수소 소스 가스는 수소 가스 및 헬륨과 같은, 희가스와 수소-함유 가스를 포함하는 것이 바람직하다. 다른 실시예들에서, 수소-기반 플라즈마에는 실질적으로 반응성 질소 종과 반응성 산소 종이 없다.
다른 실시예들에서, 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층의 반사도 지수는 플라즈마 애슁 처리에 의해 실질적으로 변경되지 않는다. 또 다른 실시예들에서, 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층의 습윤각(wetting angle)은 플라즈마 애슁 처리에 의해 실질적으로 변경되지 않는다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 하부에 놓인 기판 층들의 접착 특성들을 실질적으로 저하시킴 없이 반도체 기판으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들 및/또는 폴리머들/잔류물들을 선택적으로 제거하기 위한 플라즈마 애슁 프로세스가 제공된다. 프로세스는, 유전체 또는 산화물 표면 층을 포함하는 기판을 제공하는 단계, 및 수소-처리된 유전체 산화물 층을 포함하는 기판을 생성하기 위해 제 1 수소-기반 플라즈마를 통해 상기 유전체 또는 산화물 표면 층을 사전-처리하는 단계를 포함한다. 그 다음, 적어도 하나의 포토레지스트 층, 유기 오버레이어들 및/또는 폴리머들/잔류물들은 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층 상부에 증착되고, 상기 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층 상부에 식각된 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판을 생성하기 위해, 식각 프로세스를 통해 패턴화된다. 그 다음, 식각된 포토레지스트 패턴은 포토레지스트, 유기 오버레이어들 및/또는 폴리머들/잔류물들을 선택적으로 제거하기에 충분한 플라즈마 애슁 조건들하에서 제 2 수소-기반 플라즈마에 노출되고, 이에 따라 하부에 놓인 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층들이 환원 상태로 남겨짐으로써, 하부에 놓인 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층의 접착 특성들은 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 저하되지 않는다.
많은 장점들과 특징들과 함께 본 발명의 이러한 실시예들 및 다른 실시예들은 이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면들과 연계하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 방법들과 연계하여 유용한 예시적인 막 적층물을 도시한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 방법들이 실시될 수 있는 반응기의 일 실시예의 개략도이다.
본 발명에 따라, 수소 처리된 유전체 및/또는 산화물 기판 층들의 접착 특성들과 표면 화학제가 포토레지스트 애슁 이후 유지될 수 있고, 및/또는 산소 없는 환경에서 재생(rework)할 수 있다는 것이 예기치 않게 발견되었다. 보다 구체적으로는, 수소 처리된 유전체 및 산화물 기판 표면들은 예를 들어 애슁 및/또는 재생과 같은, 포토레지스트 층의 수소-기반 스트립핑 이후, 양호한 접착도, 반사율 지수, 및 습윤각을 유지한다는 것이 발견되었다. 또한, 유전체층의 유전상수 뿐만 아니라, 식각된 기판의 양호한 임계 치수(CD)가 유지될 수 있다는 것이 발견되었다.
일 실시예에서, 하부에 놓인 기판 층들의 접착 특성들과 표면 화학제를 변경함이 없이 기판으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들, 및/또는 폴리머들/잔류물들을 선택적으로 제거하기 위한 프로세스가 제공된다. 일반적으로, 프로세스는 포토레지스트 층의 증착 이전에 수소에 의해(예, 수소-기반 플라즈마에 의해) 기판을 사전-처리하는 단계, 및 그 다음 식각, 사후-식각(post-etch), 재생 동안 기판 으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들, 및/또는 폴리머들/잔류물들을 선택적으로 제거하기 위해, 수소-기반 플라즈마를 통해 상기 기판을 애슁하는 단계를 포함한다. 본 발명의 수소-기반 애슁 프로세스는 잔류물 포토레지스트를 제거하기 위해 사후-식각에 사용될 수 있거나, 오정렬된 패턴들을 제거하기 위해 재생 스트립핑 프로세스에 사용될 수 있다. 초기 수소 표면 사전처리 이후 수소-기반 애슁 프로세스는 애슁 이후 적절한 접착 특성들을 유지하면서, 표면 화학제 유해성(poisoning)을 실질적으로 감소시킨다.
애슁 선택비는 하부에 놓인 층들과 대비하여, 포토레지스트와 다른 유기 상부들의 상대적 제거율로서 정의될 수 있다. 일반적으로, 적어도 50:1의 애슁 선택비를 갖는 것이 바람직하고, 포토레지스트는 하부에 놓인 기판 층들보다 적어도 50배 더 빨리 제거된다. 보다 바람직하게는, 애슁 선택비는 100:1보다 훨씬 더 크다.
Ⅰ. 예시적인 막 적층물
도 1은 기판(102)을 포함하는 막(100)의 단면도이다. 기판(102)은 예를 들어, 실리콘 기판, 게르마늄 기판, 실리콘-게르마늄 기판 등일 수 있다. 막(100)은 기판(102)상에 증착된 일련의 물질층들을 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로는, 하부 배리어층(104)은 기판(102)(일반적으로, SiOC와 같은 유전체, 또는 예를 들어 이산화 실리콘(SiO2), 이산화 하프늄(HfO2), Advanced Patterning Film™(APF)(캘리포니아 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 이용가능함) 등으로 이루 어진 하드 마스크를 포함함) 상부에 선택적으로 증착될 수 있다. 그 다음, 유전체 또는 산화물 층(106)은 하부 배리어 층(104) 상부에(또는 기판(102)상에 직접) 순차적으로 증착될 수 있다. 그 다음, 포토레지스트 층(108)은 유전체 또는 산화물 층(106) 상부에 증착될 수 있다. 본 발명의 특정 실시예들에 따라, 이하에서 추가로 상세히 기술되는 것처럼, 유전체 또는 산화물 층(106)은 포토레지스트 층(108)의 증착 이전에 수소로 사전-처리되는 것이 바람직하다. 통상의 당업자는 기판이 기판 상부에 다수의 부가층들을 포함할 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 특정 실시예들에서, 기판은 종래기술에 공지된 것처럼, 절연성 물질들, 식각 정지층들, 트렌치 층들 등을 포함하는 부가적인 유전체층들을 포함할 수 있다.
막 적층물(100)의 층들은 원자층 증착(ALD), 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD), 플라즈마 강화 CVD(PECVD), 고밀도 플라즈마 CVD(HDP-CVD) 등과 같은 임의의 종래의 박막 증착 기술을 이용하여 형성될 수 있다. 막의 제조는 예를 들어, 캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 이용가능한 CENTURA™, ENDURA™, ULTIMA™ 및 다른 반도체 웨이퍼 처리 시스템들의 각각의 처리 반응기들을 이용하여 수행될 수 있다.
선택적인 하부 배리어층(104)은 약 500Å 내지 약 1500Å 범위의 두께로 증착될 수 있고, PECVD와 같은 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 실리콘 함유 프리커서들(실란, TEOS, 또는 실란, 및 TMS 등과 같은 실란과 탄소 함유 프리커서들), N2O, CO2, 및/또는 He, Ar, N2와 같은 캐리어 가스의 임의의 조합물; 탄소 함 유 프리커서들과 캐리어 가스들의 조합물(C3H6 등); 또는 실리콘과 탄소 함유 프리커서들의 조합물과 같은 프리커서 화합물을 예를 들어, 약 500sccm 내지 약 10,000sccm의 유속에서 플라즈마 처리 챔버로 공급하고, 선택적으로 약 10sccm 내지 약 10,000sccm의 유속으로 도펀트를 공급하며, 약 1sccm 내지 약 100,000sccm의 유속에서 불활성 가스를 제공하고, 약 100℃ 내지 약 550℃의 기판 온도를 유지하며, 약 500 Torr 아래로 챔버 압력을 유지하고 약 0.03watts/cm2 내지 약 1500watts/cm2의 RF 전력을 유지함으로써, 하부 배리어층(104)이 본 발명의 일 실시예에서 증착될 수 있다.
유전체 또는 산화물 층(1060은 하부 배리어 층(104) 상부(또는 기판(102) 상부)에 증착될 수 있다. 일 실시예에서, 유전체 또는 산화물 층(106)은 예를 들어, 유기실리케이트 물질, 다공성 산화물 물질, 실세스퀴옥산(silsesquioxane) 물질, 파라린(paralyne), 비도핑된 실리콘 유리(USG)와 같은 스핀-온 유리 물질, 불소-도핑된 실리콘 유리(FSG) 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 낮은 k 유전체 물질을 포함한다. 유기실리케이트-기질 낮은 k 유전체 층의 일 예는 캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 상업적으로 이용가능하고 BLACK DIAMOND™이란 상표명으로 판매중이다.
선택적으로, 유전체 또는 산화물 층(106)은 순차적인 리소그래픽 패터닝 프로세스(이하에서 논의됨) 동안 포토레지스트를 노출시키는데 사용되는 광의 반사를 제어하는 반사-방지 코팅(ARC)을 포함할 수 있다. 피쳐 크기들이 감소됨에 따라, 식각 마스크 패턴 전사 프로세스의 부정확도들은 광 반사와 같이, 리소그래픽 프로세스에 고유한 광학 제한들로 인해 발생할 수 있다. 따라서, 반사-방지 코팅(ARC)이 사용될 수 있다. ARC는 유기 반사-방지 코팅(OARC)(예, 폴리아미드 등) 또는 유전체 반사-방지 코팅(DARC)(예, 실리콘 질화물(SiN) 등)을 포함할 수 있다. 바람직한 DARC 물질들은 본 발명에 참조로 그 전체가 포함되는 미국특허번호 제6,853,043호에 기술된 것들과 같은 질소 없는 ARC를 포함한다. DARC 물질의 일 예는 캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 상업적으로 이용가능한, DARC 193™이다.
유전체 또는 산화물 층(106)은 약 200Å 내지 약 1000Å의 두께를 가질 수 있다. 유전체 층(106)은 PECVD와 같은 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 일반적으로, 후속하는 증착 프로세스 파라미터들은 캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사에 의해 제조된 DxZ™ 챔버와 같은 CVD 프로세스 챔버를 이용하여 유전체층(106)을 형성하는데 사용될 수 있다. 다른 것들 중에서, 약 300℃ 내지 약 550℃의 챔버 온도; 약 2 Torr 내지 약 10 Torr의 챔버 압력; 약 25 watts/㎠ 내지 약 1000 watts/㎠의 RF 전력; 및 약 5-200sccm의 SiH4 가스 유속, 약 1000-10,000sccm의 산소 소스 가스 유속, 약 0 내지 10,000sccm의 불활성 가스 유속 범위의 프로세스 파라미터들이 플라즈마를 형성하는데 사용될 수 있다. 유전체 또는 산화물 층(106)을 증착하기 위해 적합한 세부적인 방법들은 미국특허번호 제6,853,043호에 기반되어 있다. 또한, 전술한 것처럼, 유전체 또는 산화물 층(106) 은 이하에서 추가로 상세히 기술되는 것처럼, 포토레지스트 층(108)의 증착 이전에, 예를 드어 수소 플라즈마와 같은 수소로 사전-처리되는 것이 바람직하다.
그 다음, 포토레지스트 층(108)은 유전체 또는 산화물 층(106) 상부에 증착되고, 통상의 당업자에게 공지된 것처럼, 적절한 광을 이용하여 패턴화될 수 있다. 포토레지스트들은 일반적으로, 하부에 놓인 기판으로의 이미지들의 전사를 위해 사용되는 유기 감광성 막들이다. 본 발명은 예를 들어, g-라인, i-라인, DUV, 193nm, 157nm, 130nm, 90nm 애플리케이션들 등에 사용되는 그러한 포토레지스트들에 일반적으로 적용가능하다. 이는 제한됨이 없이, 노볼락(novolak), 폴리비닐페놀, 아크릴에이트(acrylate), 아세탈, 폴리이미드, 케탈(ketal), 주기성 올레핀(olefin) 등을 포함한다. 본 발명에 사용하기 위해 적합한 다른 포토레지스트 형성물들은 본 발명의 관점에서 통상의 당업자에게 명백할 것이다. 포토레지스트는 선택된 포토레지스트 화학제들과 현상기들에 따라 양성 작용(positive acting) 또는 음성 작용일 수 있다. 유기 오버레이어들의 예들은 이에 제한되는 것으로 의도됨이 없이, ARC, 바닥부 반사방지 코팅(BARC), 및 전형적으로 마스크 집합의 일부인 다른 독점적 희생 물질들을 포함한다.
유전체 또는 산화물 물질(106)의 단일층을 이용하는 것을 전술하였지만, 본 발명의 다른 실시예들은 종래기술에 공지된 것처럼, 서로의 상부에 적층되는 2개 이상의 개별 층들을 이용할 수 있다는 것을 이해한다. 그러한 마스크 층들은 포토레지스트 층(108)을 포함할 수 있고, 이산화 실리콘(SiO2), 이산화 하프늄(HfO2), Advanced Patterning Film™(APF)(캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 이용가능함) 등으로 이루어질 수 있다.
Ⅱ. 포토레지스트 접착 및 재생 일관성을 개선하기 위한 예시적인 방법
도 2는 본 발명의 방법(200)의 흐름도이다. 방법(200)에 따라, 블럭(204)에서, 사후-식각 기판은 포토레지스트 스트립핑을 수행할 수 있는 프로세스 챔버에 위치된다. 기판은 예를 들어 이전의 식각 또는 증착 처리 이후 챔버에 이미 위치되거나, 필요하다면 챔버로 새롭게 이송될 수 있다. 포토레지스트 스트립핑을 수행할 수 있는 임의의 적절한 프로세스 챔버는 도 3을 참조로 이하에서 기술되는 것처럼, 본 발명과 연계하여 사용될 수 있다. 대안적으로, 캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사에 의해 제조되는 AXIOM™ 반응기, 어플라이드 머티어리얼스 사에 의해 제조된 APPLIED CENTURA ENABLER™, 또는 Mattson에 의해 제조된 적절한 포토레지스트 애슁 챔버가 사용될 수 있다.
블럭(206)에서, 방법(200)은 계속되어, 수소 소스 가스가 프로세스 챔버에 제공되고, 수소-기반 플라즈마를 형성하도록 에너지가 공급된다. 예로서, 약 100 내지 10,000sccm의 수소 소스 가스 유속이 사용될 수 있고, 약 20 내지 3000watts의 RF 전력이 소스 가스에 인가될 수 있다. 챔버의 압력은 약 0.3 내지 20 Torr에서 유지될 수 있고, 기판의 온도는 약 15 내지 550℃에서 유지될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 목표시 100 내지 2000 watts의 RF 바이어스가 인가될 수도 있다. 그 다음, 블럭(208)에서, 포토레지스트 층(108)은 포토레지스트(108) 및/또는 유기 오버레이어들을 선택적으로 제거하기에 충분한 애슁 조건들하에서 수소-기반 플라즈마에 의해 스트립핑되고, 이에 따라 하부에 놓이는 유전체 또는 산화물 층(106)을 환원 상태로 남겨둠으로써, 하부에 놓이는 유전체 또는 산화물 층(106)의 접착 특성들은 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 저하되지 않는다.
본 발명에 따라, 하부에 놓인 유전체 또는 산화물 층(106)에 대한 포토레지스트 층(108)의 접착을 개선하기 위해, 및 스트립핑 동안 유전체 또는 산화물 층(106)(또는 예를 들어 산화물, 마스크 등과 같은 하부에 놓인 서브-층)의 유해성을 감소시키기 위해, 기판의 유전체 또는 산화물 층(106)은 자유(free) 원자 수소에 의해 선택적인 블럭(202)에서 사전-처리될 수 있다(단계(202b)의 포토레지스트 증착 및 식각 이전에). 이론상 제한되는 것으로 의도됨이 없이, 층(106)의 표면에 존재하는 산화물은 자유 원자 수소를 통해 감소되고, 이에 따라 표면 특성들을 개선하는 것으로 판단된다.
일 실시예에서, 유전체 산화물 층(106)은 선택적인 단계(202a)에서 수소-기반 플라즈마에 노출된다. 수소 플라즈마는 예를 들어, 약 4 Torr의 압력, 약 200 watts의 RF 전력, 및 약 400sccm의 수소 소스 가스 유속을 가진 400℃의 PRODUCER™ 챔버에서 형성될 수 있다. 500Å 내지 1500Å 두께의 하부 배리어층(104)에 대해, 5-45초 동안, 일 실시예에서 15초 동안 처리가 적용될 수 있다. 수소 플라즈마 처리는 300℃, 10 Torr, 및 100watts 아래의 RF 전력을 이용하여, 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 이용가능한 DxZ 챔버에서 수행될 수도 있다.
블럭(208)의 애슁 프로세스에 사용하기 적합한 수소 소스 가스들 및 선택적인 블럭(202)의 수소 사전-처리는 수소를 함유한 그러한 화합물들을 포함한다. 예 시적인 수소 소스 가스들은 탄화수소, 하이드로플루오로카본, 수소 가스, 암모니아, 또는 이들의 혼합물들을 포함한다. 바람직한 수소 소스 가스들은 플라즈마 형성 조건들에서 기체 상태로 존재하고, 플라즈마 형성 조건들하에서 원자 수소 종과 같은 반응성 수소를 형성하기 위해 수소를 방출한다. 탄화수소 또는 하이드로플루오로카본은 일반적으로 대체되지 않거나, 브롬, 염소 또는 불소와 같은 할로겐으로 부분적으로 대체될 수 있다. 수소 소스 가스, 탄화수소 가스들의 예들은 메탄, 에탄 및 프로판을 포함한다.
바람직한 수소 소스 가스들은 수소 가스 및 희가스의 혼합물들이다. 프로세스에 사용하기 적합한 희가스들의 예들은 아르곤, 네온, 헬륨 등과 같은 주기율표의 Ⅷ족의 가스를 포함한다. 종래기술의 산소-없는 플라즈마들은 일반적으로 수소 및 질소 가스 혼합물을 포함하는 형성 가스 조성을 이용하지만, 프로세스에서 실체적인 양의 질소 가스의 사용은 일 실시예에서 배제되는 것이 바람직하다. 결과적으로, 형성 가스는 이하에서 수소 및 질소 가스들의 혼합물을 함유한 가스로서 정의되기 때문에(질소는 일반적으로 형성 가스 혼합물에서 약 70 부피% 이상보다 더 크다), 프로세스에서 형성 가스의 사용은 일 실시예에서 명백히 배제된다. 일 실시예에서, 수소 소스 가스에는 질소 종 및 산소 종이 실질적으로 없고, 결과적인 수소-기반 플라즈마에는 반응성 질소 종 및 반응성 산소 종이 실질적으로 없다.
수소 및 헬륨 가스들을 포함하는 가스 혼합물이 본 발명에 사용하기에 특히 바람직하다. 헬륨 가스는 가벼운 원자들로 고려되는 플라즈마의 헬륨 원자들을 생성하고, 기판으로 용이하게 확산되며, 이는 플라즈마 생성 반응성 수소 종에 대한 우수한 캐리어 특성들을 초래한다.
특정 실시예들에서, 가스 혼합물의 수소 가스의 퍼센티지는 가스 혼합물의 약 5 부피%를 초과하지 않을 것이다. 그러나, 더 많은 양의 수소는 허용가능하고 포토레지스트 및 유기 오버레이어 제거율 및 선택비를 증가시키기 위해 종종 바람직하다. 바람직하게는, 가스 혼합물의 수소량은 총 부피의 약 1 내지 약 99%이다. 보다 바람직하게는, 가스 혼합물의 수소량은 총 부피의 약 3 내지 약 30%이다.
전술한 것처럼, 수소 처리된 유전체 및/또는 산화물 기판 층들의 접착 특성들과 표면 화학제는 본 발명에 따라 포토레지스트 애슁 및/또는 재생 이후 유지될 수 있다는 것이 예기치 않게 발견되었다. 보다 구체적으로는, 수소 처리된 유전체 및 산화물 기판 표면들은 포토레지스트 층의 수소-기반 스트립핑 이후 양호한 접착, 반사율 지수, 및 습윤각을 유지하는 것으로 발견되었고, 즉 그러한 특성들은 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 변경되거나 영향을 받지 않는다. 또한, 식각된 기판의 양호한 임계 치수(CD) 및 유전체 층의 유전상수가 유지될 수 있다는 것이 발견되었다.
예로서, 50 내지 65도(예, 63.3도) 범위의 습윤각은 DARC 193™과 같은 수소-처리된 유전체들에 대해 달성되고, 재생과 함께 및 재생 없이, 수소-기반 포토레지스트 스트립핑 이후 양호한 접착이 달성된다. 따라서, 일 실시예에서, 본 발명의 수소-기반 애슁 프로세스는 하부에 놓인 수소 처리된 유전체 또는 산화물 층과 같은, 하부에 놓인 기판 층의 접착 특성들을 실질적으로 저하시키지 않는다.
다른 실시예에서, 본 발명의 수소-기반 애슁 프로세스는 하부에 놓인 기판 층, 예를 들어 수소 처리된 유전체층 또는 산화물 층의 촛점의 깊이 또는 반사율 지수를 실질적으로 변경시키지 않는다. 또 다른 실시예에서, 본 발명의 수소-기반 애슁 프로세스는 하부에 놓인 기판 층, 예를 들어 수소 처리된 유전체층 또는 산화물 층의 습윤각을 실질적으로 변경시키지 않는다. 예를 들어, 수소-기반 애슁 프로세스는 수소 처리된 기판 층의 습윤각을 30도 이상으로 변경시키지 않는다.
본 발명의 특정 실시예들에 따라, 하부에 놓인 유전체 또는 산화물 층의 수소 사전-처리와 수소-기반 애슁의 조합은 포토레지스트 층의 스트립핑 이후, 예를 들어 애슁 및/또는 재생 동안, 유전체 또는 산화물 층의 접착 및 표면 화학제 특성들을 유지하는 개선된 능력을 초래한다는 것이 예기치 않게 발견되었다. 따라서, 스트립핑된 기판의 추가적인 처리는 이에 제한됨이 없이, 갭-충전 특성들, 포토레지스트 접착, 마스크 정렬, 재생 일관성 등을 포함하여 개선될 수 있다.
Ⅲ. 예시적인 애슁 챔버
본 발명의 방법은 애슁 프로세스들에 적합한 종래기술에 공지된 종래의 플라즈마 반응기들에서 실시될 수 있다. 특히, 본 발명에서 기술된 플라즈마 애슁 방법들은 임의의 특정한 플라즈마 애슁기(asher)로 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 유도성으로 결합된 플라즈마 반응기를 사용하는 플라즈마 애슁기가 사용될 수 있거나, 다운스트림 플라즈마 애슁기가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 플라즈마 애슁기는 종래기술에 공지된 것처럼, 예를 들어, 캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스에 의해 제조된 AXIOM™ 반응기, 또는 Mattson에 의해 제조된 오프라인 애슁기 챔버와 같은, 다운스트림 플라즈마 애슁기이다.
예를 들어, 도 3은 방법(200)의 부분들을 실시하는데 사용될 수 있는 시스템(30)의 개념도를 도시한다. 이러한 시스템(30)은 전력 공급부들 및 진공 펌프들과 같은 다른 하드웨어 구성요소들과 함께, 프로세스 챔버(300), 가스 패널(330), 제어 유닛(310)을 전형적으로 포함한다. 본 발명과 연계하여 사용되는 시스템(30)의 세부사항은 참조로 본 발명에 포함되는 미국특허번호 제6,364,954호에 기반되어 있다.
이러한 시스템(30)의 특별한 특징들은 이하에서 간단히 기술된다. 시스템(30)의 예들은 캘리포니아, 산타클레라의 어플라이드 머티어리얼스 사로부터 상업적으로 이용가능한, CENTURAO 시스템들, PRECISION 5000™ 시스템들 및 PRODUCER™ 시스템들을 포함한다.
프로세스 챔버(300)는 일반적으로 반도체 웨이퍼(390)와 같은 기판을 지지하는데 사용되는 지지 페디스털(350)을 포함한다. 이러한 페디스털(350)은 전형적으로, 이동(displacement) 메커니즘(미도시)을 이용하여 챔버(300) 내부에서 수직 방향으로 이동될 수 있다. 구체적인 프로세스에 따라, 웨이퍼(390)는 처리 이전에 몇몇 목표된 온도로 가열될 수 있다. 본 발명에서, 웨이퍼 지지 페디스털(350)은 내장된 히터 엘리먼트(370)에 의해 가열된다. 예를 들어, 페디스털(350)은 AC 공급기(306)로부터 히터 엘리먼트(370)로 전류를 인가함으로써 저항성으로 가열될 수 있다. 그 다음, 웨이퍼(390)가 페디스털(350)에 의해 가열된다. 또한, 열전쌍과 같은 온도 센서(372)가 종래의 방식으로 페디스털(350)의 온도를 모니터링하기 위해 웨이퍼 지지 페디스털(350)에 내장된다. 측정된 온도는 웨이퍼 온도가 특정 프 로세스 애플리케이션에 적합한 목표된 온도에서 유지 또는 제어될 수 있도록, 가열 엘리먼트(370)에 대한 전력 공급기(36)를 제어하기 위해 피드백 루프에 사용된다. 페디스털(350)은 플라즈마를 이용하여 또는 복사열(미도시)에 의해 선택적으로 가열된다.
진공 펌프(302)는 프로세스 챔버(300)를 배출하고 챔버(300) 내부의 적절한 가스 유동과 압력을 유지하기 위해 사용된다. 처리 가스들이 챔버(300)로 유입되는 샤워헤드(320)는 웨이퍼 지지 페디스털(350) 상부에 위치된다. 샤워헤드(320)는 프로세스 시퀀스의 상이한 단계들에 사용되는 다양한 가스들을 제어하고 공급하는 가스 패널(330)에 접속된다.
또한, 샤워헤드(320)와 웨이퍼 지지 페디스털(350)은 한 쌍의 이격된 전극들을 형성한다. 전기장이 이러한 전극들 사이에 생성될 때, 챔버(300)로 유입된 처리 가스들은 플라즈마로 점화된다. 전형적으로, 정합망(미도시)을 통해 웨이퍼 지지 페디스털(350)을 무선 주파수(RF) 전력원(미도시)에 접속함으로써, 전기장이 생성된다. 대안적으로, RF 전력원과 정합망은 샤워헤드(320)에 결합되거나, 샤워헤드(320)와 웨이퍼 지지 페디스털(350) 모두에 결합될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들을 완전히 기술하였고, 본 발명에 따른 낮은 유전상수 산화물 층을 증착하는 많은 다른 등가적인 또는 대안적인 방법들은 통상의 당업자에게 명백할 것이다. 이러한 대안들과 등가물들은 본 발명의 범주내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 반도체 기판으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들(organic overlayers)과 폴리머들/잔류물들 중 어느 하나 이상을 선택적으로 제거하기 위한 플라즈마 애슁(ashing) 프로세스로서,
    플라즈마 반응기에 기판을 배치하는 단계 - 상기 기판은 유전체층 또는 산화물 층 상부에 증착된 포토레지스트 층과 유기 층 중 어느 하나 이상을 포함하되, 상기 유전체층 또는 산화물 층은, 상기 유전체층 또는 산화물 층의 증착 이후 그리고 상기 포토레지스트 층 또는 유기 오버레이어 중 어느 하나 이상의 증착 이전에, 수소-기반(hydrogen-based) 플라즈마로 처리됨 -;
    상기 플라즈마 반응기에 수소 소스 가스를 제공하고, 수소-기반 플라즈마를 생성하기 위해 에너지원의 존재에서 상기 수소 소스 가스를 반응시키는 단계; 및
    상기 포토레지스트, 유기 오버레이어들과 폴리머들/잔류물들 중 어느 하나 이상을 선택적으로 제거하기에 충분한 플라즈마 애슁 조건들하에서 상기 수소-기반 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 단계 - 이에 따라 하부에 놓인 상기 유전체층 또는 산화물 층이 환원 상태(reduced state)로 남겨지고, 상기 수소-기반 플라즈마는 0 부피% 보다 크고 5 부피％ 미만의 수소를 포함함 - 를 포함하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층은 상기 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층의 접착 특성들이 상기 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 저하되지 않도록 환원 상태에 있는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소 소스 가스의 조성은 본질적으로 수소-함유 가스 및 희가스로 이루어진 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제3항에 있어서,
    상기 수소 소스 가스는 탄화수소, 하이드로플루오로카본, 및 수소 가스로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 수소 소스 가스는 수소 가스인 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층의 반사율 지수가 상기 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 변경되지 않도록, 플라즈마 애슁 조건들하에서 상기 수소-기반 플라즈마에 노출되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 하부에 놓인 유전체층 또는 산화물 층의 습윤각이 상기 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 변경되지 않도록, 플라즈마 애슁 조건들하에서 상기 수소-기반 플라즈마에 노출되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수소-기반 플라즈마에는 반응성 질소 종과 반응성 산소 종이 실질적으로 없는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  9. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 애슁은 재생(rework) 애슁 프로세스인 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  10. 반도체 기판으로부터 포토레지스트, 유기 오버레이어들과 폴리머들/잔류물들 중 어느 하나 이상을 선택적으로 제거하기 위한 플라즈마 애슁 프로세스로서,
    유전체 또는 산화물 표면 층을 포함하는 기판을 제공하는 단계;
    수소-처리된 유전체 산화물 층을 포함하는 기판을 생성하기 위해, 제 1 수소-기반 플라즈마를 통해 상기 유전체 또는 산화물 표면 층을 사전-처리하는 단계;
    상기 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층 상부에 적어도 하나의 포토레지스트 층, 유기 오버레이어들과 폴리머들/잔류물들 중 어느 하나 이상을 증착하는 단계;
    상기 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층 상부에 식각된 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판을 생성하기 위해, 식각 프로세스를 통해 상기 포토레지스트 층을 패턴화하는 단계; 및
    상기 포토레지스트, 유기 오버레이어들과 폴리머들/잔류물들 중 어느 하나 이상을 선택적으로 제거하기에 충분한 플라즈마 애슁 조건들하에서, 상기 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층 상부에 상기 식각된 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판을 제 2 수소-기반 플라즈마에 노출시키는 단계 - 이에 따라 하부에 놓이는 상기 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층은 환원 상태로 남겨지고, 상기 제 2 수소-기반 플라즈마는 0 부피% 보다 크고 5 부피％ 미만의 수소를 포함함 - 를 포함하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유전체 또는 산화물 층은 상기 하부에 놓이는 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층의 접착 특성들이 상기 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 저하되지 않도록 환원 상태에 있는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 수소 사전-처리, 상기 식각 프로세스, 및 상기 플라즈마 애슁은 단일 플라즈마 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 수소 사전-처리는 제 1 플라즈마 반응기에서 수행되고, 상기 식각 프로세스와 상기 플라즈마 애슁은 제 2 플라즈마 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마 애슁은 재생(rework) 애슁 프로세스인 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제 2 수소 소스 가스의 조성은 본질적으로 수소-함유 가스 및 희가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  16. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제15항에 있어서,
    상기 수소-함유 가스는 탄화수소, 하이드로플루오로카본, 및 수소 가스로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  17. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제15항에 있어서,
    상기 수소-함유 가스는 수소 가스인 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 하부에 놓이는 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층의 반사율 지수는 상기 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 변경되지 않는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 하부에 놓이는 수소-처리된 유전체 또는 산화물 층의 습윤각은 상기 플라즈마 애슁 프로세스에 의해 실질적으로 변경되지 않는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 제 2 수소-기반 플라즈마에는 반응성 질소 종과 반응성 산소 종이 실질적으로 없는 것을 특징으로 하는,
    플라즈마 애슁 프로세스.
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