KR102666611B1 - 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

라인 에지 거칠기(LER)를 개선할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법이 제공된다. 상기 기판 처리 장치는 전극과 이온 블록커 사이에 배치된 플라즈마 생성 공간; 상기 이온 블록커의 아래에 배치되고, 기판을 처리하기 위한 처리 공간; 상기 플라즈마 생성 공간에, 플라즈마를 생성하기 위한 제1 가스를 제공하는 제1 가스 공급 모듈; 및 상기 처리 공간에, 여기되지 않은 제2 가스를 제공하는 제2 가스 공급 모듈을 포함하고, 상기 제1 가스는 수소 함유 가스이고, 상기 제2 가스는 질소 함유 가스를 포함하고, 상기 기판은 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포함한다.

Description

플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법{Apparatus and method for processing substrate using plasma}
본 발명은 플라즈마를 이용한 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 장치 또는 디스플레이 장치를 제조할 때, 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정이 사용될 수 있다. 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정은, 플라즈마를 생성하는 방식에 따라 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 방식, ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식, 이 둘을 혼합한 방식 등이 있다. 또한, 플라즈마를 이용하여 건식 세정(dry cleaning) 또는 건식 식각(dry etching)을 수행할 수 있다.
한편, 포토레지스트는 사용되는 광원의 종류에 따라 구분될 수 있다. 포토레지스트는 예를 들어, i-line(365nm), KrF(248nm), ArF(193nm), EUV(Extreme Ultraviolet)(13.5nm)로 구분될 수 있다. 그런데, ArF용, EUV용 포토레지스트는 패터닝된 후에, 라인 에지 거칠기(LER, line edge roughness)가 좋지 않거나 스컴(scum)이 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 라인 에지 거칠기(LER)를 개선할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 라인 에지 거칠기(LER)를 개선할 수 있는 기판 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(aspect)은, 전극과 이온 블록커 사이에 배치된 플라즈마 생성 공간; 상기 이온 블록커의 아래에 배치되고, 기판을 처리하기 위한 처리 공간; 상기 플라즈마 생성 공간에, 플라즈마를 생성하기 위한 제1 가스를 제공하는 제1 가스 공급 모듈; 및 상기 처리 공간에, 여기되지 않은 제2 가스를 제공하는 제2 가스 공급 모듈을 포함하고, 상기 제1 가스는 수소 함유 가스이고, 상기 제2 가스는 질소 함유 가스를 포함하고, 상기 기판은 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포함한다.
여기서, 상기 제1 가스는 H2 가스이고, 상기 제2 가스는 NH3 가스일 수 있다.
상기 플라즈마 생성 공간에, 플라즈마를 생성하기 위한 제3 가스를 더 제공하는 제3 가스 공급 모듈을 더 포함하고, 상기 제3 가스는 불소 함유 가스일 수 있다. 여기서, 상기 제3 가스는 NF3 가스일 수 있다.
상기 처리 공간 내에 설치되고 상기 기판을 지지하는 지지 모듈을 더 포함하고, 상기 지지 모듈의 온도는 탄소를 포함하는 포토레지스트의 경화 온도보다 낮을 수 있다. 상기 지지 모듈의 온도는 0℃ 보다 크고 50℃ 보다 작을 수 있다.
상기 이온 블록커는 제1 필터영역과, 상기 제1 필터영역의 외측에 배치된 제2 필터영역을 포함하고, 상기 샤워 헤드는 제1 샤워영역과, 상기 제1 샤워영역의 외측에 배치된 제2 샤워영역을 포함할 수 있다.
상기 제2 가스는 상기 제1 필터영역 및 상기 제2 샤워영역을 통해서 공급하고, 상기 제2 필터영역 및 상기 제1 샤워영역을 통해서는 공급되지 않는다. 또는, 상기 제2 가스는 상기 제1 샤워영역 및 상기 제2 샤워영역을 통해서 공급하되, 상기 제1 샤워영역을 통해 공급되는 제2 가스의 유량과 상기 제2 샤워영역을 통해 공급되는 제2 가스의 유량은 서로 다를 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 다른 면은, 고주파 전원과 연결된 전극과, 상기 전극과 이격된 이온 블록커 사이에 배치되고, 수소 가스를 기초로 플라즈마가 생성되는 제1 공간; 상기 이온 블록커와 샤워 헤드 사이에 배치된 제2 공간; 상기 샤워 헤드의 아래에 배치되고, 기판을 처리하기 위한 처리 공간; 상기 전극을 통해서 상기 제1 공간에 상기 수소 가스를 제공하는 제1 가스 공급 모듈; 및 상기 이온 블록커의 중심 영역과, 상기 샤워 헤드의 에지 영역을 통해 암모니아 가스를 제공하는 제2 가스 공급 모듈을 포함하고, 상기 처리 공간에 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판이 위치하고, 상기 처리 공간에서 여기되지 않은 암모니아와, 상기 플라즈마에 의해 형성된 수소 라디칼이 상기 포토레지스트 패턴을 등방성 식각을 하여, 상기 포토레지스트 패턴의 에지 거칠기(edge roughness)를 감소시킬 수 있다.
상기 처리 공간 내에 설치되고 상기 기판을 지지하는 지지 모듈을 더 포함하고, 상기 지지 모듈의 온도는 탄소를 포함하는 포토레지스트의 경화 온도보다 낮을 수 있다. 상기 지지 모듈의 온도는 0℃ 보다 크고 50℃ 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 등방성 식각은 상기 포토레지스트 패턴의 측면을 옴스트롱(Å) 수준으로 식각할 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면은, 전극과 이온 블록커 사이에 배치된 제1 공간과, 상기 이온 블록커와 샤워 헤드 사이에 배치된 제2 공간과, 상기 샤워 헤드의 아래에 배치되고 기판을 처리하기 위한 처리 공간을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하고, 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판을 상기 처리 공간 내에 위치시키고, 제1 구간에서, 상기 처리 공간에 질소 함유 가스를 제공하여, 상기 처리 공간의 분위기를 형성하고, 제2 구간에서, 상기 처리 공간에 질소 함유 가스를 제공하면서, 상기 제1 공간에 수소 함유 가스를 제공하여 상기 제1 공간 내에서 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마의 유출물 중에서 상기 이온 블록커를 통과한 라디칼과, 상기 질소 함유 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하는 것을 포함할 수 있다.
상기 수소 함유 가스는 H2 가스이고, 질소 함유 가스는 NH3 가스일 수 있다.
상기 제1 공간에, 플라즈마를 생성하기 위한 불소 함유 가스를 제공하는 것을 더 포함할 수 있다. 여기서 상기 불소 함유 가스는 NF3 가스일 수 있다.
상기 처리 공간 내에 설치되고 상기 기판을 지지하는 지지 모듈을 더 포함하고, 상기 지지 모듈의 온도는 탄소를 포함하는 포토레지스트의 경화 온도보다 낮을 수 있다. 상기 지지 모듈의 온도는 0℃ 보다 크고 50℃ 보다 작을 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 도 1의 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴을 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 2의 III-III을 따라 절단한 단면도일 수 있다.
도 4는 도 3의 포토레지스트 패턴이 건식 세정된 후의 결과물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 5의 샤워 헤드의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 5의 이온 블록커와 샤워 헤드의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 5의 기판 처리 장치의 지지 모듈을 설명하기 위한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 도 2는 도 1의 기판 상에 형성된 포토레지스트 패턴을 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 도 2의 III-III을 따라 절단한 단면도일 수 있다. 도 4는 도 3의 포토레지스트 패턴이 건식 세정(dry cleaning)된 후의 결과물을 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)는 서로 분리된 플라즈마 생성 공간(10)과 처리 공간(20)을 포함한다.
플라즈마 생성 공간(10)에서, 수소 함유 가스(예를 들어, H2 가스)를 이용하여 플라즈마(12)가 생성된다. 수소 함유 가스가 플라즈마 형태로 여기되면, 수소 라디칼(H*), 수소 이온 및/또는 전자와 같은 플라즈마 유출물이 형성된다. 플라즈마 생성 공간(10)에서 수소 라디칼(H*)이 처리 공간(20)으로 제공되고, 이온은 블록(block)되어 처리 공간(20)으로 제공되지 않는다.
처리 공간(20)에는, 질소 함유 가스(예를 들어, NH3, N2 가스)가 제공된다. 질소 함유 가스는 플라즈마 생성 공간(10)을 거치지 않기 때문에, 여기되지 않은 상태로 처리 공간(20)에 제공된다. 처리 공간(20)에서, 수소 라디칼(H*)과 여기되지 않은 상태의 질소 함유 가스가 서로 반응 및 혼합되어 에천트가 형성될 수 있다.
한편, 처리 공간(20) 내에는 기판(W)이 위치할 수 있다. 기판(W)은 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴(210)을 포함할 수 있다. 포토레지스트 패턴(210)은 ArF(193nm) 또는 EUV(13.5nm) 광원에 의해 노출된 것일 수 있다.
여기서 도 2 및 도 3을 참고하면, 기판(W) 상에 일 방향으로(도면 상에서는 상하 방향으로) 길게 연장된 포토레지스트 패턴(210)이 위치한다. 여기에서는 예시적으로 라인 형상의 패턴을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 포토레지스트 패턴(210)의 하부에는, 포토레지스트 패턴(210)을 이용하여 식각하기 위한 피식각층(또는 타겟층)(220)이 위치할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 포토레지스트 패턴(210)은 건식 세정(dry cleaning)이 진행되기 전을 도시한 것이다. 포토레지스트 패턴(210)은 상면(210H)과 측면(210S)을 포함한다. 건식 세정이 진행되기 전에는 상면(210H)과 측면(210S)의 에지 거칠기가 좋지 않다.
다시 도 1 내지 도 3을 참고하면, 처리 공간(20)에서 수소 라디칼(H*)과 여기되지 않은 상태의 질소 함유 가스(예를 들어, NH3 가스)는 포토레지스트 패턴(210)과 반응한다. 예를 들어, 화학식1 내지 화학식3과 같이, 다양한 반응이 진행될 수 있다.
H* + NH3 + C → CH3NH2 (gas) (화학식1)
H* + C → CxNy (gas) (화학식2)
NH3 * + C → CxNy, CxNyHz (gas) (화학식3)
즉, 수소 라디칼(H*), 질소 함유 가스(예를 들어, NH3)는 포토레지스트 패턴(210)의 탄소와 결합하여, 다양한 형태의 가스(CH3NH2, CxNy, CxNyHz)를 생성함으로써, 포토레지스트 패턴(210)의 일부 탄소 성분을 제거할 수 있다. 그 결과, 포토레지스트 패턴(210)의 상면(210H) 및 측면(210S)의 에지 거칠기를 줄일 수 있다(즉, 평활화(smoothing)할 수 있다.).
특히, 수소 라디칼(H*) 및 질소 함유 가스(NH3)는 방향성을 갖지 않기 때문에, 포토레지스트 패턴(210)을 등방성으로 식각할 수 있다. 예를 들어, 방향성을 갖는 수소 이온을 사용하여 포토레지스트 패턴(210)을 세정한다면, 포토레지스트 패턴(210)의 상면(210H)의 에지 거칠기는 개선시킬 수 있으나, 측면(210S)의 에지 거칠기는 개선시키기 어렵다. 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 장치에서는 포토레지스트 패턴(210)을 등방성으로 식각하기 때문에, 포토레지스트 패턴(210)의 상면(210H) 뿐만 아니라 측면(210S)의 에지 거칠기를 개선할 수 있다. 도 4에 도시된 것과 같이, 건식 세정된 후의 포토레지스트 패턴(211)은 매끈한 표면을 갖는 상면(211H)과 측면(211S)를 가질 수 있다.
또한, 수소 라디칼(H*) 및 질소 함유 가스(NH3)를 이용하여 등방성으로 포토레지스트 패턴(210)이 식각될 때, 처리 공간(20) 내의 온도 조절, 가스(예를 들어, H2, NH3) 유량 조절 등을 통해서 포토레지스트 패턴(210)을 옴스트롱(Å) 수준으로 미세하게 식각할 수 있다. 즉, 포토레지스트 패턴(210)의 식각 정도(즉, 건식 세정 정도)를 미세하게 조절할 수 있다.
또한, 포토레지스트 패턴(210)의 에지 거칠기를 개선하는 동안 처리 공간(20) 내의 온도는 저온으로(예를 들어, 0℃ ~ 50℃) 유지될 수 있다. ArF 용 또는 EUV 용 포토레지스트 패턴(210)을 고온에서 건식 세정하면, 포토레지스트 패턴(210)에 손상이 발생할 수 있기 때문이다. 특히, 건식 세정하는 동안의 온도는, 포토레지스트를 베이킹하는 온도(즉, 경화 온도)(예를 들어, 110℃ 이상)보다 낮게 유지된다.
한편, 플라즈마 생성 공간(10)에는 수소 함유 가스(예를 들어, H2 가스) 뿐만 아니라, 불소 함유 가스(예를 들어, NF3 가스)가 추가적으로 공급될 수 있다. 불소 함유 가스를 이용하여 플라즈마(12)가 생성되면, 불소 라디칼(F*), 불소 이온 및/또는 전자와 같은 플라즈마 유출물이 형성된다. 플라즈마 생성 공간(10)에서 불소 라디칼(F*)이 처리 공간(20)으로 제공되고, 이온은 블록(block)되어 처리 공간(20)으로 제공되지 않는다. 불소 라디칼(F*)은 처리 공간(20)에서 아래 화학식4와 같이 포토레지스트 패턴(210)의 탄소와 반응할 수 있다.
F* + C → CxFy (gas) (화학식4)
즉, 불소 라디칼(H*)는 포토레지스트 패턴(210)의 탄소와 결합하여, 가스(CxFy)를 생성함으로써, 포토레지스트 패턴(210)의 일부 탄소 성분을 제거할 수 있다. 즉, 포토레지스트 패턴(210)의 상면(210H) 및 측면(210S)의 에지 거칠기가 개선될 수 있다.
또한, 포토레지스트 패턴(210)에서 인접한 패턴들 사이에 스컴(scum)이 위치하는 경우에도, 수소 라디칼(H*) 및/또는 불소 라디칼(H*), 질소 함유 가스(예를 들어, NH3)를 이용하여 스컴을 제거할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5에 도시된 기판 처리 장치는, 도 1 내지 도 4를 이용하여 설명한 기판 처리 장치의 구현예일 수 있다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버(100), 지지 모듈(200), 전극 모듈(300), 가스 공급 모듈(500), 제어 모듈(600) 등을 포함한다.
공정 챔버(100)는 내부에 기판(W)이 처리되는 처리 공간(101)(도 1의 처리 공간(20)에 대응됨)을 제공한다. 공정 챔버(100)는 원형의 통 형상일 수 있다. 공정 챔버(100)는 금속 재질로 제공된다. 예컨대, 공정 챔버(100)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 공정 챔버(100)의 일측벽에는 개구(130)가 형성된다. 개구(130)는 기판(W)이 반출입 가능한 출입구로 사용된다. 출입구는 도어에 의해 개폐 가능하다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기 포트(미도시)가 설치된다. 배기 포트는 처리 공간(101)에 발생된 부산물이 공정 챔버(100)의 외부로 배출되는 배출구(150)로 기능한다. 펌프에 의해서 배기 동작이 이루어진다.
지지 모듈(200)은 처리 공간(101) 내에 설치되고, 기판(W)을 지지한다. 지지 모듈(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 지지하는 정전척일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 정전척은, 상면에 기판(W)이 놓여지는 유전판, 유전판 내에 설치되고 기판(W)이 유전판에 흡착되도록 정전기력을 제공하는 전극, 유전판 내에 설치되어 기판(W)의 온도제어를 위해 기판(W)을 가열하는 히터 등을 포함할 수 있다.
전극 모듈(300)은 전극(또는 상부 전극)(330), 이온 블록커(340), 샤워 헤드(350) 등을 포함하고, 용량 결합형 플라즈마 소오스 역할을 한다. 가스 공급 모듈(500)은 제1 가스 공급 모듈(510) 및 제2 가스 공급 모듈(520)을 포함한다. 제어 모듈(600)은 가스 공급 모듈(510, 520)의 가스 공급을 제어한다. 가스 공급 모듈(500) 및 제어 모듈(600)에 의한 가스 공급 방법에 대해서는 도 6, 도 8 및 도 9 등을 이용하여 자세히 후술한다.
전극(330)과 이온 블록커(340) 사이에는 제1 공간(301)(도 1의 플라즈마 생성 공간(10)에 대응)이 배치되고, 이온 블록커(340)와 샤워 헤드(350) 사이에는 제2 공간(302)이 배치된다. 샤워 헤드(350)의 아래에는 처리 공간(101)이 위치한다.
전극(330)은 고주파 전원(311)이 연결되고, 이온 블록커(340)는 정전압(예를 들어, 접지 전압)과 연결될 수 있다. 전극(330)에는 다수의 제1 공급홀을 포함한다. 제1 가스 공급 모듈(510)은 전극(330)(즉, 전극(330)의 제1 공급홀)을 통해서 제1 가스(G1)를 제1 공간(301)으로 제공한다. 전극(330)과 이온 블록커(340) 사이에서 발생된 전자기장은 제1 가스(G1)를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 플라즈마 상태로 여기된 제1 가스(즉, 플라즈마 유출물)는 라디칼, 이온 및/또는 전자를 포함한다. 제1 가스(G1)은 수소 포함 가스(예를 들어, H2 가스)일 수 있다.
이온 블록커(340)는 도전성 물질로 형성되고, 예를 들어, 원판과 같은 판 형상일 수 있다. 이온 블록커(340)는 정전압이 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이온 블록커(340)는 상하 방향으로 형성된 다수의 제1 관통홀을 포함한다. 플라즈마 유출물 중에서 라디칼 또는 대전되지 않은 중성 종(uncharged neutral species)은 이온 블록커(340)의 제1 관통홀을 통과할 수 있다. 반면, 대전된 종(즉, 이온)은 이온 블록커(340)의 제1 관통홀을 통과하기 어렵다. 즉, 수소 가스를 이용하여 플라즈마를 형성한 경우라면, 수소 라디칼(H*)이 제2 공간(302)으로 제공된다.
샤워 헤드(350)는 도전성 물질로 형성되고, 예를 들어, 원판과 같은 판 형상일 수 있다. 샤워 헤드(350)는 정전압이 연결될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 샤워 헤드(350)는 상하 방향으로 형성된 다수의 제2 관통홀을 포함한다. 이온 블록커(340)를 통과한 플라즈마 유출물(즉, 수소 라디칼(H*))은 제2 공간(302) 및 샤워 헤드(350)의 제2 관통홀을 거쳐서 처리 공간(101)으로 제공된다.
샤워 헤드(350)는 처리 공간(101)에 직접 접하고, 다수의 공급홀을 더 포함할 수 있다. 제2 가스 공급 모듈(520)은 샤워 헤드(350)(즉, 샤워 헤드(350)의 제2 공급홀)을 통해서 제2 가스(G2)를 처리 공간(101)으로 직접 제공한다. 제2 가스(G2)는 질소 함유 가스이고, 예를 들어, 암모니아(NH3) 가스일 수 있다. 처리 공간(101)에서 제2 가스(G2)와, 이온 블록커(340)를 통과한 플라즈마 유출물(즉, 수소 라디칼(H*))과 혼합될 수 있다.
전술한 것과 같이, 처리 공간(101)내의 지지 모듈(200) 상에는 기판(W)이 위치한다. 기판(W)은 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴(도 3의 210 참고)을 포함할 수 있다. 포토레지스트 패턴(210)은 ArF(193nm) 또는 EUV(13.5nm) 광원에 의해 노출된 것일 수 있다.
포토레지스트 패턴(210)을 건식 세정하기 위해서, 제1 가스(G1)로 수소 함유 가스(예를 들어, 수소(H2) 가스)가 사용되고, 제2 가스(G2)로 질소 함유 가스(예를 들어, 암모니아(NH3) 가스)가 사용될 수 있다. 추가적으로, 플라즈마를 생성하기 위한 제3 가스(G3)가 전극(330)의 공급홀을 통해서 제1 공간(301)으로 제공될 수 있다. 제3 가스(G3)는 불소 함유 가스(예를 들어, 삼불화질소(NF3) 가스)일 수 있다. 또한, 보조 가스(예를 들어, He, Ar, N2 등)가 전극(330)의 공급홀을 통해서, 제1 공간(301)으로 제공될 수 있다.
전술한 것과 같이, 암모니아 가스, 수소 라디칼(H*) 및/또는 불소 라디칼(F*)를 이용하여 포토레지스트 패턴(210)의 상면(210H) 및 측면(210S)의 에지 거칠기를 감소시킬 수 있다. 암모니아 가스, 수소 라디칼(H*) 및/또는 불소 라디칼(F*)가 포토레지스트 패턴(210)의 탄소와 반응하여, CH3NH2 (gas), CxNy (gas), CxNyHz (gas), CxFy (gas)를 형성함으로써, 포토레지스트 패턴(210)의 에지 거칠기를 감소시킬 수 있다.
한편, 포토레지스트 패턴(210)의 에지 거칠기를 감소시키는 건식 세정 공정 중에, 처리 공간(20) 내의 압력은 0.1~9Torr이고, 지지 모듈(200)의 온도는 0℃보다 크고 5℃보다 작을 수 있다. 즉, 건식 세정 공정은 저온에서 진행되기 때문에, 포토레지스트 패턴(210)의 손상을 최소화할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참고하여 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법(건식 세정)을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 기판 처리 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
우선 도 5 및 도 6을 참고하면, 시간 t0에서 플라즈마를 형성하기 전에, 공정챔버(100)의 처리 공간(101) 내에 제2 가스(G2)(암모니아 가스)를 제공하여, 공정 분위기를 형성한다.
시간 t1 에서 시간 t2 사이에서, 제1 가스(G1)(수소 가스)를 제1 공간(301)에 제공한다. 그리고 고주파 전원(311)을 전극(330)에 공급하여, 제1 공간(301)에서 제1 가스(G1)를 플라즈마 형태로 여기시킨다. 라디칼, 이온 및/또는 전자와 같은 플라즈마 유출물이 형성된다. 이온은 이온 블록커(340)에 의해 필터링되고, 나머지 플라즈마 유출물은 이온 블록커(340)를 통과할 수 있다. 이온 블록커(340)를 통과한 플라즈마 유출물은 제2 공간(302) 및 샤워 헤드(350)를 통해서 처리 공간(101)에 제공된다. 처리 공간(101)에서 이온 블록커(340)를 통과한 플라즈마 유출물, 제2 가스(G2)(암모니아 가스)는 서로 반응 및 혼합되어 에천트가 형성된다. 플라즈마 유출물인 수소 라디칼(H*), 암모니아 가스(NH3)가 탄소와 반응하여, 가스 형태의 CH3NH2, CxNy, CxNyHz 등을 형성한다. 이러한 반응과정 중에 지지 모듈(200)의 온도는 0℃ 내지 50℃로 유지될 수 있다.
시간 t2 내지 시간 t3에서, 펌프를 동작시켜 부산물을 제거한다. 부산물인 CH3NH2, CxNy, CxNyHz 등은 가스 형태이므로, 펌프에 의해서 제거될 수 있다.
여기서 도 7을 참고하면, 제1 챔버에서 기판 상에 포토레지스트를 코팅한다(S310). 예를 들어, 기판을 회전시키면서 포토레지스트를 기판 상에 분사하여 코팅할 수 있다. 이어서, 제2 챔버에서 기판을 베이크(또는, 소프트 베이크(soft bake))하여 포토레지스트의 솔벤트(solvent)를 제거하여, 포토레지스트를 경화시킨다(S320). 이어서, 제3 챔버에서 포토레지스트를 광(ArF 또는 EUV)에 노출하는 노광 공정을 수행한다(S330). 이어서, 제4 챔버에서 노광된 포토레지스트를 현상시킨다(S340). 이어서, 제5 챔버에서 포토레지스트의 에지 거칠기를 개선하기 위해, 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명한 건식 세정을 수행한다(S350).
S320 단계에서 기판을 포토레지스트를 베이킹하는 온도(즉, 기판을 지지하는 지지 모듈의 온도)는 예를 들어, 110℃ 이상일 수 있다. 반면, S350 단계에서 기판을 건식 세정하는 온도(즉, 기판을 지지하는 지지 모듈의 온도)는 포토레지스트를 베이킹하는 온도에 비해 작을 수 있다. 예를 들어, 건식 세정시 지지 모듈의 온도는, 0℃보다 크고 50℃보다 작을 수 있다.
도 8은 도 5의 샤워 헤드의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참고하면, 샤워 헤드(350)는 제1 샤워영역(350S)과, 제1 샤워영역(350S)의 외측에 배치된 제2 샤워영역(350E)을 포함한다. 제1 샤워영역(350S)은 샤워 헤드(350)의 중심 영역에 배치되고, 제2 샤워영역(350E)은 샤워 헤드(350)의 에지 영역에 배치된 것일 수 있다.
샤워 헤드(350)는 다수의 공급홀(3511a, 3511b) 및 다수의 공급홀(3512a, 3512b)을 포함한다. 제1 샤워영역(350S)에는 공급홀(3511a, 3512a)가 설치되고, 제2 샤워영역(350E)에는 공급홀(3511b, 3512b)가 설치된다. 제2 가스 공급 모듈(520)은 샤워 헤드(350)(즉, 샤워 헤드(350)의 공급홀(3511a, 3511b), 공급홀(3512a, 3512b))을 통해서 제2 가스(G2)를 처리 공간(101)으로 제공한다. 샤워 헤드(351)의 전면에는 관통홀(3513)이 형성되어 있다.
일 실시예에서, 공급홀(3511a, 3512a) 및 공급홀(3511b, 3512b)을 통해서 처리 공간(101)으로 제공되는 제2 가스(G2)의 유량은 서로 동일할 수 있다.
다른 실시예에서, 공급홀(3511a, 3512a)을 통해서 제공되는 제2 가스(G2)의 유량과, 공급홀(3511b, 3512b)을 통해서 제공되는 제2 가스(G2)의 유량은 서로 다를 수 있다.
예를 들어, 기판(W) 상에서 특정 영역(예를 들어, 중심 영역)의 건식 세정량과, 다른 영역(예를 들어, 에지 영역)의 건식 세정량이 서로 다를 수 있다. 이러한 경우, 기판(W) 전체에서의 건식 세정량을 일정하게 만들기 위해서(즉, 균일도(uniformity)를 높이기 위해서), 공급홀(3511a, 3512a, 3511b, 3512b)을 통해서 제공되는 제2 가스(G2)의 유량을 서로 다르게 조절할 수 있다.
도 9는 도 5의 이온 블록커와 샤워 헤드의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에서는 제2 가스(G2)가 샤워 헤드(도 5의 350)를 통해서 처리 공간(20)으로 제공되는 것으로 설명하였으나, 도 9에서는 제2 가스(G2)가 이온 블록커(341) 및 샤워 헤드(351)를 통해서 공급될 수 있다.
구체적으로, 도 9를 참고하면, 이온 블록커(341)는 제1 필터영역(341S)과, 제1 필터영역(341S)의 외측에 배치된 제2 필터영역(341E)을 포함한다. 제1 필터영역(341S)은 이온 블록커(341)의 중심 영역에 배치되고, 제2 필터영역(341E)은 이온 블록커(341)의 에지 영역에 배치된 것일 수 있다.
샤워 헤드(351)는 제1 샤워영역(351S)과, 제1 샤워영역(351S)의 외측에 배치된 제2 샤워영역(351E)을 포함한다. 제1 샤워영역(351S)은 샤워 헤드(351)의 중심 영역에 배치되고, 제2 샤워영역(351E)은 샤워 헤드(351)의 에지 영역에 배치된 것일 수 있다.
특히, 이온 블록커(341)의 제1 필터영역(341S)에는 공급홀(3411a)이 형성되어 있고, 제2 필터영역(341E)에는 공급홀이 형성되지 않을 수 있다. 반면, 샤워 헤드(351)의 제1 샤워영역(351S)에는 공급홀이 형성되지 않고, 제2 샤워영역(351E)에는 공급홀(3511b)이 형성되어 있다. 이온 블록커(341)의 전면에는 관통홀(3413)(즉, 플라즈마의 수소 라디칼(H*) 통과용)이 형성되고, 샤워 헤드(351)의 전면에는 관통홀(3513)이 형성되어 있다.
이러한 구조에서, 제2 가스(G2)는, 제1 필터영역(341S) 및 제2 샤워영역(351E)을 통해서 공급될 수 있다. 제2 가스(G2)는 제1 필터영역(341S)의 공급홀(3411a)을 통해서, 제2 샤워영역(351E)의 공급홀(3511b)를 통해서 공급된다.
도 10은 도 5의 기판 처리 장치의 지지 모듈을 설명하기 위한 개념도이다. 도 10을 참조하면, 지지 모듈(200)은 다수의 영역(200S, 200M, 200E)으로 구분되고, 다수의 영역(200S, 200M, 200E)의 온도는 개별적으로 제어될 수 있다. 기판(W)에서 건식 세정율을 높여야 하는 영역(예를 들어, 기판(W)의 중심영역)이 있다면, 대응되는 영역(예를 들어, 200S)의 온도를 높일 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 플라즈마 생성 공간 20: 처리 공간
210: 포토레지스트 패턴 210H: 상면
210S: 측면 100: 공정 챔버
101: 처리 공간 200: 지지 모듈
300: 전극 모듈 301: 제1 공간
302: 제2 공간 330: 전극
340, 341: 이온 블록커 341S: 제1 필터영역
341E: 제2 필터영역 350, 351: 샤워헤드
350S, 351S: 제1 샤워영역 350E, 351E: 제2 샤워영역
500: 가스 공급 모듈 510: 제1 가스 공급 모듈
520: 제2 가스 공급 모듈 600: 제어 모듈

Claims (19)

  1. 전극과 이온 블록커 사이에 배치된 플라즈마 생성 공간;
    상기 이온 블록커의 아래에 배치되고, 기판을 지지하는 지지 모듈이 설치된 처리 공간;
    상기 플라즈마 생성 공간에, 플라즈마를 생성하기 위한 제1 가스를 제공하는 제1 가스 공급 모듈; 및
    상기 처리 공간에, 여기되지 않은 제2 가스를 제공하는 제2 가스 공급 모듈을 포함하고,
    상기 제2 가스는 상기 처리 공간과 직접 접하는 샤워 헤드의 공급홀을 통해서, 상기 처리 공간에 직접 공급되고,
    상기 샤워 헤드는 제1 샤워영역과, 상기 제1 샤워영역의 외측에 배치된 제2 샤워영역을 포함하고, 상기 제2 가스는 상기 제1 샤워영역 및 상기 제2 샤워영역을 통해서 공급하되, 상기 제1 샤워영역을 통해 공급되는 제2 가스의 유량과 상기 제2 샤워영역을 통해 공급되는 제2 가스의 유량은 서로 다르고,
    상기 제1 가스는 수소 함유 가스이고, 상기 제2 가스는 질소 함유 가스를 포함하고, 상기 기판은 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포함하는, 기판 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 가스는 H2 가스이고, 상기 제2 가스는 NH3 가스인, 기판 처리 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성 공간에, 플라즈마를 생성하기 위한 제3 가스를 더 제공하는 제3 가스 공급 모듈을 더 포함하고,
    상기 제3 가스는 불소 함유 가스인, 기판 처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제3 가스는 NF3 가스인, 기판 처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 모듈의 온도는 탄소를 포함하는 포토레지스트의 경화 온도보다 낮은, 기판 처리 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 지지 모듈의 온도는 0℃ 보다 크고 50℃ 보다 작은, 기판 처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이온 블록커는 제1 필터영역과, 상기 제1 필터영역의 외측에 배치된 제2 필터영역을 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 가스는 상기 제1 필터영역 및 상기 제2 샤워영역을 통해서 공급하고, 상기 제2 필터영역 및 상기 제1 샤워영역을 통해서는 공급되지 않은, 기판 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 고주파 전원과 연결된 전극과, 상기 전극과 이격된 이온 블록커 사이에 배치되고, 수소 가스를 기초로 플라즈마가 생성되는 제1 공간;
    상기 이온 블록커와 샤워 헤드 사이에 배치된 제2 공간;
    상기 샤워 헤드의 아래에 배치되고, 기판을 지지하는 지지 모듈이 설치된 처리 공간;
    상기 전극을 통해서 상기 제1 공간에 상기 수소 가스를 제공하는 제1 가스 공급 모듈; 및
    상기 이온 블록커의 중심 영역과, 상기 샤워 헤드의 에지 영역을 통해 암모니아 가스를 제공하는 제2 가스 공급 모듈을 포함하고,
    상기 처리 공간에 탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판이 위치하고,
    상기 암모니아 가스는 상기 처리 공간과 직접 접하는 샤워 헤드의 공급홀을 통해서, 상기 처리 공간에 직접 공급되고,
    상기 샤워 헤드는 제1 샤워영역과, 상기 제1 샤워영역의 외측에 배치된 제2 샤워영역을 포함하고, 상기 암모니아 가스는 상기 제1 샤워영역 및 상기 제2 샤워영역을 통해서 공급하되, 상기 제1 샤워영역을 통해 공급되는 암모니아 가스의 유량과 상기 제2 샤워영역을 통해 공급되는 암모니아 가스의 유량은 서로 다르고,
    상기 처리 공간에서 여기되지 않은 암모니아와, 상기 플라즈마에 의해 형성된 수소 라디칼이 상기 포토레지스트 패턴을 등방성 식각을 하여, 상기 포토레지스트 패턴의 에지 거칠기(edge roughness)를 감소시키는, 기판 처리 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 지지 모듈의 온도는 탄소를 포함하는 포토레지스트의 경화 온도보다 낮은, 기판 처리 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 지지 모듈의 온도는 0℃ 보다 크고 50℃ 보다 작은, 기판 처리 장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 등방성 식각은 상기 포토레지스트 패턴의 측면을 옴스트롱(Å) 수준으로 식각할 수 있는, 기판 처리 장치.
  14. 전극과 이온 블록커 사이에 배치된 제1 공간과, 상기 이온 블록커와 샤워 헤드 사이에 배치된 제2 공간과, 상기 샤워 헤드의 아래에 배치되고 기판을 지지하는 지지 모듈이 설치된 처리 공간을 포함하는 기판 처리 장치를 제공하고,
    탄소를 포함하는 포토레지스트 패턴을 포함하는 기판을 상기 지지 모듈 상에 위치시키고,
    제1 구간에서, 상기 처리 공간에 질소 함유 가스를 제공하여, 상기 처리 공간의 분위기를 형성하고,
    제2 구간에서, 상기 처리 공간에 질소 함유 가스를 제공하면서, 상기 제1 공간에 수소 함유 가스를 제공하여 상기 제1 공간 내에서 플라즈마를 형성하고, 상기 플라즈마의 유출물 중에서 상기 이온 블록커를 통과한 라디칼과, 상기 질소 함유 가스를 이용하여 상기 기판을 처리하는 것을 포함하되,
    상기 질소 함유 가스는 상기 처리 공간에 직접 접하는 상기 샤워 헤드의 공급홀을 통해서, 상기 처리 공간에 직접 공급되고,
    상기 샤워 헤드는 제1 샤워영역과, 상기 제1 샤워영역의 외측에 배치된 제2 샤워영역을 포함하고, 상기 질소 함유 가스는 상기 제1 샤워영역 및 상기 제2 샤워영역을 통해서 공급하되, 상기 제1 샤워영역을 통해 공급되는 제2 가스의 유량과 상기 제2 샤워영역을 통해 공급되는 제2 가스의 유량은 서로 다른, 기판 처리 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 수소 함유 가스는 H2 가스이고, 질소 함유 가스는 NH3 가스인, 기판 처리 방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 제1 공간에, 플라즈마를 생성하기 위한 불소 함유 가스를 제공하는 것을 더 포함하는, 기판 처리 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 불소 함유 가스는 NF3 가스인, 기판 처리 방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 지지 모듈의 온도는 탄소를 포함하는 포토레지스트의 경화 온도보다 낮은, 기판 처리 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 지지 모듈의 온도는 0℃ 보다 크고 50℃ 보다 작은, 기판 처리 방법.


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