KR930011905B1 - 연속처리에칭방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연속처리에칭방법 및 그 장치

제1도는 본 발명을 실시하는 장치의 일예를 도시한 구성도.

제2도는 제1도의 다른 구성도.

제3도는 또 다른 구성도.

제4도는 웨이퍼의 단면을 도시한 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 로드유니트 2 : 레지스트 에칭유니트,

3 : 에칭유니트 4 : 후처리유니트

6 : 진공반송실 7,8,9,10,11 : 게이트밸브

17,18,19,20 : 반송유니트 27 : 웨이퍼 대기유니트

본 발명은 반도체 제조공정의 하나인 웨이퍼 드라이 에칭에 있어서 연속처리, 특히 에칭용의 마스크의 드라이 에칭가공으로부터 박막의 드라이 에칭, 및 그들의 후처리를 연속하여 행하는 에칭처리방법 및 그 장치에 관한 것이다.

종래의 드라이에칭에 따르면, 에칭의 마스크로되는 레지스트 패턴은 드라이 에칭장치와 다른 기술 및 장치에 의해 제작되고 있다. 통상은 광을 사용하여 레지스트재료에 노광한 후, 용액을 사용한 현상처리를 행하고 있다. 그런데 가공치수가 0.5㎛의 시대로 되고 있으므로 포토레지스트 마스크의 패턴을 제작하는 종래의 현상법에 의해 단층 레지스트를 사용하는 것은 곤란하게 된다. 최근에는 이를 해결하기 위해 레지스트를 다층의 막으로 하고, 최상층의 막을 평탄한 상태로 하여 종래 현상법에서 처리하고 있으나, 하층의 레지스트는 산소 플라즈마에 의하여 수직 가공하지 않으면 안되는 시대로 되어간다.

여기서 산소 플라즈마에 의한 가공에서는 저 가스압력으로 수직한 치수이동이 없는 가공이 소망되나, 현 상태에서는 0.1㎛ 정도의 치수이동을 없게 할 수가 없는 상태로 된다. 이 때문에 산소 플라즈마만에 의지할 뿐만 아니라 드라이 에칭으로 행하여 저온측벽 보호막 형성에 대한 레지스트 가공이 필요하게 된다. 이러한 레지스트 가공에는 염소를 함유한 가스가 사용이 된다.

종래 상기한 각종 드라이에칭은 각 처리마다에 개별의 장치, 혹은 분리한 처리유니트로 행하여지고, 처리후의 웨이퍼의 이송은 대기중에서 행하여져 왔다. 그렇지만 처리후, 특히 염소를 함유한 가스를 사용하여 레지스트 가공한 후, 웨이프를 대기에 노출하면, 기저물질의 피에칭 재료가 부식되어서 가공 치수정밀도가 저하 혹은 소요의 정밀도를 유지할 수 없는 큰 문제가 있다.

이 부식이 일어나는 원인은 시료의 표면층에 잔류하여 있는 염소등의 할로겐 원소가 대기중의 수분과 반응하여 산이 생성되어 피에칭 재료와 반응하는 것이라고 생각된다. 이때의 반응은 국부전지작용이며, 따라서 대단히 단시간에 부식된다고 생각되고 있다.

본 발명은 이러한 실정에 감안하여 다층 레지스터, 드라이 에칭에 의한 웨이퍼의 처리에 있어서, 부식을 방지하여 수율이 높은 에칭처리방법 및 그 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 에칭할 박막의 상층에 다층의 레지스트막을 형성하고, 최상층의 레지스트를 광, 레이저, X선, 혹은 전사선 묘화에 의하여 패터닝한 피처리물은, 제1처리유니트에 있어서 방전을 행하기 위한 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키고, 다층 레지스트를 드라이 에칭 가공하여 그후 진공내에서 반송하여 제2처리유니트에서 피에칭박막을 소정의 깊이까지 드라이 에칭하고, 다음에 제3처리유니트까지 진공방송을 행하고, 마스크 패턴의 레지스트의 제거와 소정의 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.

제1처리유니트에 있어서, 레지스트를 에칭하고 에칭후의 피처리물은 진공중에 제2처리유니트로 반송되며, 제2처리유니트에서 다시 에칭을 행하여, 에칭 종료 후의 피처리물을 진공중에서 후 처리유니트에 반송하며, 후처리유니트에서는 레지스트제거와 보호막의 생성을 행하고, 일련의 처리는 웨이퍼를 대기에 노출하지 않고 행한다.

이하 본 발명의 1실시예를 도면을 참조하면서 설명한다.

제1도는 본 발명을 실시하기 위한 장치의 개요를 도시한 것이고, 이 장치는 주로 감압용기에 수납이 된 6개의 유니트로부터 이루어진다.

1은 대기중에서 피처리물(웨이퍼)를 받아들이기 위한 로드유니트, 2는 레지스트 가공하는 레지스트 에칭 유니트이고, 1m Torr대의 가스압력으로 플라즈마의 발생이 가능하며 또한 이온의 에너지 제어부와 웨이퍼의 온도제어 수단을 구비하고 있다.

3은 피에칭재료를 플라즈마 에칭 가공하는 에칭유니트이고, 이 에칭유니트는 웨이퍼의 온도제어수단(냉각 수단 혹은 가열수단)을 갖추고 있다. 4는 플라즈마에 의해서 웨이프의 부식방지처리를 행하는 후처리유니트이고, 이 후처리유니트(4)는 가열수단을 구비하고 있다.

5는 처리제의 웨이퍼를 꺼내는 언로드유니트이다.

상기 로드유니트(1), 언로드유니트(5)는 가늘고 길게 뻗은 진공반송실(6)의 상류끝, 하류끝에 각각 게이트밸브(7,8)를 통하여 기밀하게 연달아 설치하고 다시 이 진공반송실(6)의 측면에는 상류측으로부터 레지스트 에칭유니트(2), 에칭유니트(3), 후처리유니트(4)를 각각 게이트밸브(9,10,11)를 통하여 기밀하게 연달아 설치한다.

또 상기 로드유니트(1)에는 제1카세트 받침대(12)가, 상기 언로드유니트(5)에는 제 2 카세트 받침대(13)가 각각 설치되어 있고, 또한 제1카세트 받침대(12)에는 웨이퍼(14)를 로드유니트(1)내에 옮겨싣는 이재장치(15)가, 또 제2카세트 받침대(13)에는 언로드유니트(5)로부터 웨이퍼를 꺼내어, 제2카세트 받침대(13)의 카세트(도시하지 않음)에 옮겨 싣는 이재장치(16)가 각각 설치되어 있다.

상기 진공반송실(6)내에는 언로드유니트(5)로부터 레지스트 에칭유니트(2)에 웨이퍼(14)를 반송하는 제1반송유니트(17), 레지스트 에칭유니트(2)와 에칭유니트(3)와의 사이에서 웨이퍼(14)의 반송을 행하는 제2반송유니트(18), 에칭유니트(3)와 후처리유니트(4)와의 사이에서 웨이퍼(4)의 반송을 행하는 제3반송유니트(19), 에칭유니트(3)와 언로드유니트(5)와의 사이에 웨이퍼(14)의 반송을 행하는 제4반송유니트(20)가 설치되어 있다.

다음에 에칭처리에 대하여 설명을 한다.

먼저 본 장치에서 처리되는 웨이퍼(14)는 제4도에 도시한 바와 같이 실리콘기판(21)상에 산화막(22)을 통하여 Al-0.5% Cu-Si 막(23)이 약 1㎛의 두께로 형성이 되어, 그 상층에 포토 레지스트(24)을 약 1.5㎛ 형성하여 200℃의 열처리가 행하여지고, 그 상층에 도포 유리 SOG계의 유리막(25)이 0.1㎛ 형성이 되어 있고, 최상층에 광, 레이저, X선, 전자선 묘화에 의하여 패터닝된 포토레지스트 마스크(26)가 형성된 것이다.

웨이퍼(14)가 장전된 카세트를 제 1 카세트 받침대(12)에 얹어 놓고, 이 카세트로부터 이재장치(15)에 의하여 웨이퍼(14)를 로드유니트(1)에 옮겨 싣는다.

여기서 웨이퍼의 표면 재료는 Al-Cu-Si로 한다.

게이트밸브(9,10,11)가 닫힌 상태에서 게이트밸브(7)를 열고, 제1반송유니트(17)에서 웨이퍼(14)를 진공반송실(6)내에 취입한다.

게이트밸브(7)를 닫은 진공반송실(6)내를 배기하며, 내부를 진공으로 하여 웨이퍼(14)를 레지스트 에칭유니트(2) 내부로 반송한다. 게이트밸브(9)를 닫고, 산소와 염소의 혼합 가스를 공급하여 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 냉각하면서 레지스트를 에칭한다. 에칭의 완료시기는 발광 모니터 처리장치등에 의한 플라즈마의 발생상태에 의해 판정된다.

에칭이 완료되면 레지스트 에칭유니트(2) 내부를 배기하며, 게이트밸브(9)를 열고, 제1반송유니트(17)에서 웨이퍼(14)를 꺼내서 다시 게이트밸브(9)를 닫는다.

다음에 에칭유니트(3)의 게이트밸브(10)를 열고, 제2반송유니트(18)에 의해서 레지스트 에칭 완료한 웨이퍼(14)를 에칭유니트(3)내에 반송한다. 게이트밸브(10)를 닫고 복수의 염소계 가스를 공급하여 웨이퍼를 냉각하면서 플라즈마 에칭을 한다.

에칭완료시기는 상기와 마찬가지로 발광모니터 처리장치에 의해서 판단한다.

처리가 완료하면 에칭유니트(3)내를 배기하며, 게이트밸브(10)를 열고, 제2반송유니트(18)에서 웨이퍼(14)를 꺼내서, 다시 게이트밸브(10)를 닫는다. 다음에 후처리유니트(4)의 게이트밸브(11)를 열고, 제3반송유니트(19)에 의해서 에칭된 웨이퍼(14)를 후처리유니트(4)에 반송한다.

후처리유니트(4)에서 레지스트 제거의 O₂플라즈마를 주로하는 처리와 약 200℃의 가열 처리를 행한다. 또 이 후처리유니트(4)에서는 보호막이 형성이 된다.

이 보호막은 다음의 시료의 레지스트 제거시에 일제히 제거할 수 있는 것이 좋고, 반응 가스로서 하이드로카본계의 가스를 사용하면 좋다.

후처리가 끝나면 후처리유니트(4) 내부를 배기하여, 게이트밸브(11)를 열고, 제3반송유니트(19)에서 웨이퍼를 꺼내어 게이트밸브(11)를 닫는다.

게이트밸브(9,10,11)를 닫은 상태에서 게이트밸브(9)를 열고, 처리후의 웨이퍼(14)를 제4반송유니트(20)에서 언로드유니트(5)로 반송한다.

언로드유니트(5)의 웨이퍼(14)는 제2이재장치에 의하여 제2카세트 받침대(31)의 카세트에 이송재치된다.

또한 웨이퍼의 처리는 각 유니트에 순차로 이송되나, 레지스트 에칭, 에칭후처리의 처리시간이 다른 경우에는 웨이퍼 대기 유니트(27)를 설치하고, 이 웨이퍼 대기 유니트(27)에 웨이퍼(14)를 재치하여 각 처리간의 시간차를 해소한다.

또 진공반송실(6)의 상단끝, 하류끝의 게이트밸브(7,8)를 여는 경우 웨이퍼(14)가 각 유니트(2,3,4)에 장입되어 있는 상태에서 행하고, 웨이퍼(14)가 웨이퍼 대기유니트(27)에 있는 경우는 개폐를 행하지 않고, 일련의 처리가 완료하기까지는 웨이퍼(14)를 대기에 노출되지 않도록 한다.

물론 드루풋트를 향상시키기 위해 카세트 받침대를 감압용기내에 격납할 수 있는 구조로서, 카세트 마다를 처리하는 방식으로 하면 상기 게이트밸브(7,8)는 열린상태 그대로 할 수 있다. 따라서, 각 에칭 처리를 연속처리하여 언로드유니트(5)로부터 꺼낸 웨이퍼에 대하여는 24시간 대기에 노출되어도 부식이 관찰이 되지 않는다.

또한 상기 실시예중의 피에칭재료는 Al-Cu-Si였으나, Si, 폴리 Si, SiW₂등이라도 마찬가지의 효과가 있다.

또 실시예에서 사용한 시료의 피에칭재료는 Al-Cu-Si 단층이었으나, 2층막으로서 기저물질에 TiW, 혹은 W가 있을때에는, 염소계의 혼합가스만으로는 에칭효율이 나쁘거나 에칭할 수 없는 것이 있다.

즉, TiW, W에서는 염소계 가스에서는 에칭속도가 극단으로 늦어지게 된다.

따라서 이들의 재료는 플루오르계의 가스로 에칭하는 것이 좋다.

반대로 플루오르계의 가스에서는 Al-Cu-Si이 에칭할 수 없다.

그러나, 같은 처리실에서 Al-Cu-Si를 염소계 혼합가스에서 에칭한때에 가스를 대체하고, TiW 혹은 W는 플루오르계 가스에서 에칭하면, 먼지가 증가하는 현상을 볼 수 있었다. 이 때문에 염소계와 플루오르계 가스를 각각 필요로 하는 재료의 조합의 경우에는 처리실을 하나 증설하여 각각 다른 처리실에서 행하고, 먼지의 증가를 방지한다. 개별의 처리실에서, Al-Cu-Si의 에칭을 행할 때에는 약 80℃로 가열하여 에칭하고, W는 -50℃에서 에칭하면 에칭형상 및 속도, 선택비등의 에칭특성이 우수하다. 또 피에칭재료가 Si, 폴리 Si의 경우에는 -130℃ 근방에서 에칭 특성이 우수하다.

또 레지스트 에칭, 에칭공정에서 웨이퍼를 냉각하고 있으나, 이 웨이퍼 냉각수단으로서 액체 질소와 가열히터와의 조합에서 온도 제어하는 방식, 냉동기와 가열히터와의 조합 방식이 채용이 된다. 전자에서는 -150℃에서 -80℃의 온도조절에 적합하고, 후자에서는 -80℃에서 0℃의 온도조절에 적합하다.

또한 후처리에서는 냉각보다도 가열할 수 있는 수단이 필요하며, 상온에서 250℃의 범위에서 가변할 수 있는 가열수단을 설치하고있다.

본 실시예와 같은 피에칭시료의 온도를 낮게 하여 에칭하는 저온 에칭에서는 각종 가스의 흡착효율이 높게됨으로, 특히 데포지션가스의 유량이나 분압을 낮게하여도 좋다. 실제로는 시료온도를 -100℃로 하였을때, 염소계 가스를 혼합하지 않고, 산소 플라즈마만으로도 치수 이동이 없는 가공이 가능하다.

데포지션성가스의 유량 혹은 압력을 감소시켜서 같은 효과를 얻는 것은 진공용기 내벽의 더러움을 저감할 수 있으므로 반도체 제조장치로서 대단히 유리하게 된다. 데포지션가스의 종류에 의하여 시료온도가 효과적으로 되는 값은 각각 다른 것은 말할 것도 없다.

제2도는 상기한 각 유니트의 다른 배치예를 도시하고 있으며, 레지스트 에칭유니트(2), 에칭유니트(3), 후처리유니트(4)를 진공반송실(6)에 대하여 방사상으로 연달아 설치한 것이고, 제3도는 상기 각 처리유니트(2,3,4)를 동일의 진공반송실에서는 아니고 분할한 진공반송실(6,6')을 개재시켜서 연달아 설치한 것이다.

제2도, 제3도중 제1도중에 도시한 것과 동일한 것에는 같은 부호를 부여하였다.

이상 말한 봐와 같이 본 발명에 의하면, 피처리물의 일련의 에칭을 대기에 노출하지 않고 진공내에서 행함으로 부식을 방지할 수 있고, 가공정밀도의 향상과 제품수율의 향상을 도모한다.

또 종래의 대기중에서 부식 방지를 위한 후처리에 비하여 최후에 보호막을 만드는 부식방지방법은 데포지션막을 필요 최소한으로 감소시키고 다음의 공정의 직전에서 간단하게 제거할 수 있는 것, 또 진공연속처리의 효과에서 웨이퍼의 더러움을 극도로 저감할 수 있음으로서 신뢰성의 점에 있어서도 우수한 발진량 저감효과는 크다.

Claims (9)

1. 에칭할 박막의 상층에 다층의 레지스트막을 형성하고, 최상층의 레지스트를 광, 레이저, X선 혹은 전자선 묘화에 의하여 패터닝한 피처리물을, 제1처리유니트에서 방전을 행하기 위한 가스를 도입하여 플라즈마를 발생시키고, 다층 레지스트를 드라이 에칭 가공하며, 그 후 진공내에서 반송하여 제2처리유니트에서 피에칭박막을 소정의 깊이까지 드라이 에칭하고, 다음에 제3의 처리유니트까지 진공반송을 행하고, 마스크패턴의 레지스트의 제거와 소정의 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭방법.
2. 제1항에 있어서, 피에칭박막이 복수의 층으로 형성되어 있고, 각각 이 플루오르계의 가스 혹은 염소계의 가스가 아니면 에칭할 수 없는 막의 경우에, 각 에칭을 개별의 처리유니트로 행하도록 한 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭방법.
3. 제1항에 있어서, 제3처리유니트로 레지스트 제거를 행할때에 가열처리를 동시에 행하고, 이어서 보호 피막을 형성하는 플라즈마 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭방법.
4. 제3항에 있어서, 보호피막 생성을 위한 반응가스를 하이드로카아본계로 한 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭방법.
5. 게이트밸브를 통하여 로드, 언로드유니트가 기밀하게 설치된 진공 반송실에 레지스트 에칭유니트, 에칭유니트, 후처리유니트를 게이트벨브를 통하여 기밀하게 설치하고, 진공반송실 내부에 웨이퍼를 반송하는 반송유니트를 설치한 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭장치.
6. 제5항에 있어서, 레지스트 에칭유니트, 에칭유니트에 각각 피처리물을 0℃ 이하로 냉각하는 냉각수단을 구비하고, 후처리유니트가 피처리물을 0℃ 이상으로 가열하는 가열수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭장치.
7. 제6항에 있어서, 냉각수단으로서 액체질소와 가열 히터를 조합한 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭장치.
8. 제6항에 있어서, 냉각수단으로 냉동기와 가열히터의 조합을 사용한 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭장치.
9. 제5항에 있어서, 진공반송실 내부에 웨이퍼의 대기유니트를 설치한 것을 특징으로 하는 연속처리 에칭장치.