特許第5715210号(P5715210)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5715210
(24)【登録日】2015年3月20日
(45)【発行日】2015年5月7日
(54)【発明の名称】基板処理方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/304 20060101AFI20150416BHJP
   H01L 21/3065 20060101ALI20150416BHJP
【FI】
   H01L21/304 645C
   H01L21/304 645B
   H01L21/302 106
【請求項の数】2
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2013-184473(P2013-184473)
(22)【出願日】2013年9月5日
(65)【公開番号】特開2014-60396(P2014-60396A)
(43)【公開日】2014年4月3日
【審査請求日】2013年9月5日
(31)【優先権主張番号】10-2012-0103380
(32)【優先日】2012年9月18日
(33)【優先権主張国】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】504388695
【氏名又は名称】ピーエスケー・インコーポレーテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000671
【氏名又は名称】八田国際特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】ソン,ヒョ ソク
【審査官】 ▲高▼須 甲斐
(56)【参考文献】
【文献】 特開2012−069657(JP,A)
【文献】 特開2006−049607(JP,A)
【文献】 特開2001−308070(JP,A)
【文献】 特開平07−235523(JP,A)
【文献】 特開2008−016697(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/304
H01L 21/3065
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
放電空間へオゾンを供給し、前記オゾンが処理空間へ流れて基板を処理する第1処理段階と、
前記放電空間へソースガスを供給し、前記ソースガスをプラズマ状態に放電させ、放電された前記ソースガスが前記処理空間へ流れて前記基板を処理する第2処理段階と、を含み、
前記オゾンが前記放電空間を通過する間、前記放電空間を囲む誘導コイルには電力が印加されない基板処理方法。
【請求項2】
前記1処理段階は、
前記放電空間へ水蒸気を供給し、前記水蒸気が前記処理空間へ流れて前記基板を処理する段階をさらに含む請求項1記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、基板処理法に関し、より詳細にはプラズマを利用して基板を処理する法に関する。
【背景技術】
【0002】
最近、半導体はますます高集積化が進んで行き、微細なパターンを形成するので、極微量の汚染物も半導体の特性に影響を及ぼしうる。このような極微細な素子開発のために何より超清浄表面が必要である。これを具現するために基板に存在する多様な汚染物の除去と表面の微細粗さに対する制御が必要とされる。
【0003】
このような汚染物の中で基板表面に発生する自然酸化膜は大気の中にある酸素によって形成される。図1は自然酸化膜が形成された基板の一例を示す図面であって、シリコンaのパターンbに塗布されたフォトレジスト膜C1に自然酸化膜C2が形成され得る。自然酸化膜は完全に除去されても24時間が経過すれば、5〜20Åが成長する。
【0004】
ゲートに酸化膜が形成される場合、素子特性の低下及び抵抗が増加する。そして、接触面に酸化膜が形成される場合、接触抵抗を高めて以後の導電体の蒸着を妨害する。半導体が高集積化されるにしたがって、このような酸化膜除去が段々重要な要因として認識され、特にパターンが形成された基板のダメージ(damage)を減らし、酸化膜を効果的に除去する方法が要求される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】韓国特許公開第10−2011−0061334号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は基板上に形成された酸化膜を容易に除去できる基板処理法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0019】
本発明の一実施形態による基板処理方法は、放電空間へオゾンを供給し、前記オゾンが処理空間へ流れて基板を処理する第1処理段階と、前記放電空間へソースガスを供給し、前記ソースガスをプラズマ状態に放電させ、放電された前記ソースガスが前記処理空間へ流れて前記基板を処理する第2処理段階と、を包含し、前記オゾンが前記放電空間を通過する間、前記放電空間を囲む誘導コイルには電力が印加されない
【0022】
また、前記1処理段階は、前記放電空間へ水蒸気を供給し、前記水蒸気が前記処理空間へ流れて前記基板を処理する段階をさらに包含できる。
【発明の効果】
【0024】
本発明の実施形態によれば、基板上に形成された自然酸化膜又は化学的な酸化膜が容易に除去される。
【図面の簡単な説明】
【0025】
図1】自然酸化膜が形成された基板の一例を示す図面である。
図2】本発明の実施形態による基板処理設備を簡略に示す平面図である。
図3】本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図面である。
図4】本発明の他の実施形態による基板処理装置を示す図面である。
図5】本発明のその他の実施形態による基板処理装置を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【0026】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【0027】
以下、本発明の実施形態を添付された図面を参照してさらに詳細に説明する。本発明の実施形態は様々な形態に変形されることができ、本発明の範囲が以下の実施形態に限定されることとして解釈されてはならない。本実施形態は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されることである。したがって、図面での要素の形状はより明確な説明を強調するために誇張している。
【0028】
図2は本発明の実施形態による基板処理設備を簡略に示す平面図である。
【0029】
図2を参照すれば、基板処理設備1は設備前方端部モジュール(equipment front end module、EFEM)10と工程処理室20を含む。設備前方端部モジュール(EFEM)10と工程処理室20は一方向に配置される。以下、設備前方端部モジュール(EFEM)10と工程処理室20が配列された方向を第1方向(X)であると定義し、上部から見る時、第1方向(X)と垂直である方向を第2方向(Y)であると定義する。
【0030】
設備前方端部モジュール10は工程処理室20の前方に装着され、基板が収納されたキャリヤー16と工程処理室20との間に基板Wを移送する。設備前方端部モジュール10はロードポート12とフレーム14を含む。
【0031】
ロードポート12はフレーム14の前方に配置され、複数個が提供される。ロードポート12は互いに離隔して第2方向2にしたがって一列に配置される。キャリヤー16(例えば、カセット、FOUP等)はロードポート12に各々安着される。キャリヤー16には工程に提供される基板W及び工程処理が完了された基板Wが収納される。
【0032】
フレーム14はロードポート12とロードロックチャンバー22との間に配置される。フレーム14の内部にはロードポート12とロードロックチャンバー22との間に基板Wを移送する移送ロボット18が配置される。移送ロボット18は第2方向(Y)へ具備された移送レール19にしたがって移動可能である。
【0033】
工程処理室20はロードロックチャンバー22、トランスファーチャンバー24、及び複数個の基板処理装置30を含む。
【0034】
ロードロックチャンバー22はトランスファーチャンバー24とフレーム14との間に配置され、工程に提供される基板Wが基板処理装置30へ移送される前、又は工程処理が完了された基板Wがキャリヤー16へ移送される前に待機する空間を提供する。ロードロックチャンバー22は1つ又は複数個提供され得る。実施形態によれば、ロードロックチャンバー22は2つ提供される。1つのロードロックチャンバー22には工程処理のために基板処理装置30へ提供される基板Wが収納され、他の1つのロードロックチャンバー22には基板処理装置30で工程が完了された基板Wが収納され得る。
【0035】
トランスファーチャンバー24は第1方向(X)にしたがってロードロックチャンバー22の後方に配置され、上部から見る時、多角形の本体25を有する。本体25の外側にはロードロックチャンバー22と複数個の基板処理装置30が本体25の周辺にしたがって配置される。実施形態によれば、トランスファーチャンバー24は上部から見る時、六角形の本体を有する。設備前方端部モジュール10と隣接する2つの側壁にはロードロックチャンバー22が各々配置され、残る側壁には基板処理装置30が配置される。本体25の各側壁には基板Wが出入する通路(図示せず)が形成される。通路はトランスファーチャンバー24とロードロックチャンバー22との間に、又はトランスファーチャンバー24と基板処理装置30との間に基板Wが出入する空間を提供する。各通路には通路を開閉するドア(図示せず)が提供される。トランスファーチャンバー24は要求される工程モジュールによって多様な形状に提供され得る。
【0036】
トランスファーチャンバー24の内部には搬送ロボット26が配置される。搬送ロボット26はロードロックチャンバー22で待機する未処理基板Wを基板処理装置30へ移送するか、或いは基板処理装置30で工程処理が完了された基板Wをロードロックチャンバー22へ移送する。搬送ロボット26は基板処理装置30へ順次に基板Wを提供することができる。
【0037】
基板処理装置30はプラズマ状態のガスを基板へ供給して工程処理を遂行する。プラズマガスは半導体の製作工程で多様に使用され得る。以下では基板処理装置30がアッシング(Ashing)工程を遂行することと説明したが、これに限定されず、エッチング(etching)工程と蒸着(deposition)工程等プラズマガスを利用する多様な工程に適用され得る。
【0038】
図3は本発明の一実施形態による基板処理装置を概略的に示す図面である。
【0039】
図3を参照すれば、基板処理装置30は工程処理部100、プラズマ発生部200、及びガス供給部300を含む。工程処理部100は基板Wの処理が遂行される空間を提供し、プラズマ発生部200は基板Wの処理工程に使用されるプラズマを発生させ、プラズマをダウンストリーム(Down Stream)方式に基板Wへ供給する。ガス供給部300はプラズマ発生のためのガスをプラズマ発生部200へ供給する。以下、各構成に対して詳細に説明するようにする。
【0040】
工程処理部100は工程チャンバー110、サセプタ140、及びシャワーヘッド150を有する。
【0041】
工程チャンバー110は基板Wの処理が遂行される処理空間TSを提供する。工程チャンバー110はボディー120と密閉カバー130を有する。ボディー120は上面が開放され、内部に空間が形成される。ボディー120の側壁には基板Wが出入する開口(図示せず)が形成され、開口はスリットドア(slit door)(図示せず)のような開閉部材によって開閉される。開閉部材は工程チャンバー110内で基板Wの処理が遂行される間開口を閉鎖し、基板Wが工程チャンバー110の内部へ搬入される時と工程チャンバー110の外部へ搬出される時とに開口を開放する。ボディー120の下部壁には排気ホール121が形成される。排気ホール121は排気ライン170に連結される。排気ライン170を通じて工程チャンバー110の内部圧力が調節され、工程で発生された反応部産物が工程チャンバー110の外部へ排出される。
【0042】
密閉カバー130はボディー120の上部壁に結合し、ボディー120の開放された上面を覆ってボディー120の内部を密閉させる。密閉カバー130の上端はプラズマ供給部200に連結される。密閉カバー130には誘導空間DSが形成される。プラズマ供給部200で流入されたプラズマは誘導空間DSで拡散され、シャワーヘッド150へ移動する。
【0043】
サセプタ140は処理空間TSに位置され、基板Wを支持する。サセプタ140は静電力によって基板Wを吸着する靜電チャック(Electro Static Chuck)が提供され得る。サセプタ140にはリフトホール(図示せず)が形成され得る。リフトホールにはリフトピン(図示せず)が各々提供される。リフトピンは基板Wがサセプタ140上にローディング/アンローディングされる場合、リフトホールに沿って昇降する。サセプタ140の内部にはヒーター141が提供され得る。ヒーター141は基板Wを加熱して工程温度に維持させる。
【0044】
シャワーヘッド150はボディー120と密閉カバー130との間でボディー120の上部壁に結合する。シャワーヘッド150は円板形状に提供され、サセプタ140の上面と平行に配置される。シャワーヘッド150はサセプタ140と対向する面が平らに提供される。シャワーヘッド150は基板Wより広い面積で提供され得る。シャワーヘッド150にはホール151が形成される。誘導空間DSで拡散されたプラズマガスはホール151を通過して基板Wへ供給される。
【0045】
プラズマ発生部200は工程チャンバー110の上部に位置し、ガスを放電させてプラズマガスを生成する。プラズマ発生部200は反応器211、ガス注入ポート212、誘導コイル215、及び電源217を含む。
【0046】
反応器211は円筒形状に、上面及び下面が開放され内部に空間が形成される。反応器211の内部はガスが放電される放電空間ESへ提供される。
【0047】
反応器211の上端にはガス注入ポート212が結合する。ガス注入ポート212はガス供給部300に連結され、ガスが供給される。ガス注入ポート212の底面には誘導空間ISが形成される。誘導空間ISは逆漏斗形状を有し、放電空間ESと連通される。誘導空間ISへ流入されたガスは拡散され、放電空間ESへ提供される。
【0048】
誘導コイル215は反応器211の周辺にしたがって反応器211に複数回巻かれる。誘導コイル215の一端は電源217に連結され、他端は接地される。電源217は誘導コイル215に高周波電力又はマイクロ波電力を印加する。
【0049】
ガス供給部300は放電空間ESへガスを供給する。ガス供給部300は第1ガス供給ライン310、第2ガス供給ライン320、ソースガス格納部330、蒸気発生部340、及び純水供給ライン350を含む。
【0050】
第1ガス供給ライン310は一端がガス注入ポート212に連結され、他端がソースガス格納部330に連結される。第1ガス供給ライン310はソースガス格納部330に格納されたソースガスを放電空間ESへ供給する。ソースガスはNH、O、N、H、NFCHの中で少なくともいずれか1つのガスを包含することができる。ソースガス格納部330は上述したガスを個別的に格納する複数の格納部331、332、333、・・・を有することができる。この場合、第1ガス供給ライン310の終端は複数に分岐され、格納部331、332、333、・・・に各々連結されることができる。これと異なり、ソースガスは上述したガスが混合された混合ガスに提供され、1つの格納部に格納され得る。
【0051】
第2ガス供給ライン320は第1ガス供給ライン310から分岐され、一端が第1ガス供給ライン310に連結される。第2ガス供給ライン320の上には蒸気発生部340が設置される。蒸気発生部340は純水供給ライン350に連結され、純水供給ライン350から純水(DI−water)が供給される。蒸気発生部340は純水を加熱して蒸気状態に状態変化させ、発生された水蒸気を第2ガス供給ライン320へ供給する。
【0052】
第1ガス供給ライン310から第2ガス供給ライン320が分岐される地点とソースガス格納部330との間の区間で、第1ガス供給ライン310には第1バルブ361が設置される。第1バルブ361は第1ガス供給ライン310を開閉し、ソースガスの供給を調節する。
【0053】
第2ガス供給ライン320には第2バルブ362が設置される。第2バルブ362は第2ガス供給ライン320を開閉し、水蒸気の供給を調節する。
【0054】
以下、上述した基板処理装置を利用して基板を処理する方法を説明するようにする。
【0055】
基板処理方法は図1のように、酸化膜C2が形成されたフォトレジストC1を除去する。基板処理方法は第1処理段階と第2処理段階を含む。第1処理段階と第2処理段階が進行される間に、サセプタ140はヒーター141の加熱によって約350℃又はそれより低い温度に維持され得る。
【0056】
第1処理段階は放電空間ESへ水蒸気を供給し、水蒸気が処理空間TSへ流れて基板Wを処理する。純水供給ライン350を通じて純水が蒸気発生器340へ供給される。蒸気発生器340は純水を加熱して蒸気状態に生成し、水蒸気は第2ガス供給ライン320と第1ガス供給ライン310を順次に経て放電空間ESへ供給される。
【0057】
水蒸気が放電空間ESを通過する間、電源217から誘導コイル215に電力が印加される。印加された電力は放電空間ESに誘導電気場を形成し、水蒸気は誘導電気場からイオン化に必要なエネルギーを得てプラズマ状態に放電される。放電された水蒸気は水酸化イオンと水素イオン活性種を有し、酸素の含量が最小化される。放電された水蒸気は処理空間TSへ提供されてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を1次的に処理する。
【0058】
これと異なり、水蒸気が放電空間ESを通過する間、誘導コイル215には電力が印加されないことがあり得る。水蒸気は処理空間TSを流れてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を1次的に処理する。
【0059】
第2処理段階は1次段階の後、ソースガスを放電空間ESへ供給する。ソースガスが放電空間ESを通過する間、電源217から誘導コイル215へ電力が印加される。印加された電力によって、ソースガスはプラズマ状態に放電される。放電されたソースガスは処理空間TSへ流れてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を2次的に処理する。
【0060】
上述した第1処理段階と第2処理段階を経て、酸化膜C2が形成されたフォトレジスト膜C1が基板Wから除去され得る。
【0061】
図4は本発明の他の実施形態による基板処理装置を示す図面である。
【0062】
図4を参照すれば、基板処理装置30’はガス供給部400を除外した構成が上述した基板処理装置30と同様に提供される。図3の実施形態と異なり、第2ガス供給ライン420にはオゾン発生器440が連結される。オゾン発生器440はオゾンを生成し、これを第2ガス供給ライン420へ供給する。
【0063】
本発明の実施形態による基板処理方法はオゾン発生器440で発生されたオゾンを第2ガス供給ライン420と第1ガス供給ライン410を通じて放電空間ESへ供給する。
【0064】
オゾンが放電空間ESを通過する間、電源217から誘導コイル215に電力が印加される。電力印加によってオゾンはプラズマ状態に放電される。放電されたオゾンは処理空間TSへ提供されてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を1次的に処理する。オゾンはプラズマ状態に放電される過程でOとOに分解され、これらが再び結合してOが生成する。Oは再びOとOとに分解される反応を通じてOとOを生成する。これらは有機汚染物を揮発性化合物に変化させて除去するので、フォトレジストC1と酸化膜C2の除去に効果的である。
【0065】
これと異なり、オゾンが放電空間ESを通過する間、誘導コイル215には電力が印加されないことがあり得る。オゾンは処理空間TSを流れてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を1次的に処理する。
【0066】
オゾンによる処理が完了されれば、ソースガスを放電空間ESへ供給する。ソースガスが放電空間ESを通過する間、電源217から誘導コイル215に電力が印加される。印加された電力によってソースガスはプラズマ状態に放電される。放電されたソースガスは処理空間TSへ流れてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を2次的に処理する。
【0067】
上述した第1処理段階と第2処理段階を経て、酸化膜C2が形成されたフォトレジスト膜C1が基板Wから除去され得る。
【0068】
図5は本発明のその他の実施形態による基板処理装置を示す図面である。
【0069】
図5を参照すれば、上述した実施形態と異なり、第2ガス供給ライン520には蒸気発生器540とオゾン発生器560が連結される。第2ガス供給ライン520の他端は2つに分岐され、各々蒸気発生器540とオゾン発生器560に連結される。
【0070】
蒸気発生器540は純水供給ライン550に連結され、純水供給ライン550から供給された純水を加熱して蒸気状態に生成する。水蒸気は第2ガス供給ライン520と第1ガス供給ライン510を経て放電空間ESへ供給される。
【0071】
オゾン発生器560はオゾンを発生させ、オゾンは第2ガス供給ライン520と第1ガス供給ライン510を経て放電空間ESへ供給される。
【0072】
水蒸気とオゾンは順次に放電空間ESへ供給され得る。これと異なり、水蒸気とオゾンが同時に放電空間ESへ供給され得る。
【0073】
水蒸気とオゾンが放電空間ESを通過する間、電源217から誘導コイル215に電力が印加される。電力印加によって、水蒸気とオゾンはプラズマ状態に放電される。放電された水蒸気とオゾンは処理空間TSへ提供されてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を1次的に処理する。
【0074】
これと異なり、水蒸気とオゾンが放電空間ESを通過する間、誘導コイル215には電力が印加されないことがあり得る。水蒸気とオゾンは処理空間TSを流れてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を1次的に処理する。
【0075】
水蒸気とオゾンによる処理が完了されれば、ソースガスを放電空間ESへ供給する。ソースガスが放電空間ESを通過する間、電源217から誘導コイル215に電力が印加される。印加された電力によってソースガスはプラズマ状態に放電される。放電されたソースガスは処理空間TSへ流れてフォトレジスト膜C1と酸化膜C2を2次的に処理する。
【0076】
上述した実施形態ではフォトレジスト膜に形成された酸化膜を除去することと説明したが、上述した方法によって処理できる酸化膜はこれに限定されない。基板処理方法はパターンに形成された酸化膜を除去できる。
【0077】
以上の詳細な説明は本発明を例示することに過ぎない。また、前述した内容は本発明の望ましい実施形態を示し、説明することであり、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で使用することができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、前述した開示内容と均等な範囲及び/又は当業界の技術又は知識の範囲内で変更又は修正が可能である。前述した実施形態は本発明の技術的思想を具現するための最善の状態を説明することであり、本発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとすることでない。また、添付された請求の範囲は他の実施状態も含むことであって解釈されなければならない。
【符号の説明】
【0078】
30、30’、30”・・・基板処理装置、
100・・・工程処理部、
200・・・プラズマ発生部、
300、400、500・・・ガス供給部、
310、410、510・・・第1ガス供給ライン、
320、420、520・・・第2ガス供給ライン、
330、430、530・・・ソースガス格納部、
340、540・・・蒸気発生部、
350、550・・・純水供給ライン、
440、560・・・オゾン発生器。
図1
図2
図3
図4
図5