반도체 공정에서 일정한 패턴을 만들기 위하여 Photoresist (PR)를 이용한 식각 공정을 사용하게 된다. 이러한 식각 공정은 반도체 직접도가 증가되면서 더욱 많은 단계의 공정을 요구하게 되었다. 그러나 식각 공정의 증가는 반도체 소자 생산을 위한 더 많은 시간과 비용을 요구하게 된다. 이를 해결하기 위하여 Photoresist를 사용하지 않은 공정으로 공정 단계를 간소화하기 위한 연구를 진행하고 있지만 아직 명확한 대한은 없다. 본 연구에서 는 PR의 strip 시간을 최대한 단축시키고 PR strip 잔여물의 빠른 제거를 위하여 기존 공정에서 사용 중인 strip 약 액을 플라즈마에 의하여 활성화하는 방법으로 PR strip 시간을 최대한 줄이는 방법에 대한 연구를 진행하였으며, 활성화된 strip용액이 더욱 빠른 strip율을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 약액 활성화 방법으로 활성화된 strip 용액으로 PR을 일부 제거한 후 PR 표면의 물리적 특성 변화를 분석하여 약액 활성화된 strip 용액으로 인한 PR의 특성을 물리적 방법으로 접근하여 연구를 진행하였다.
반도체 공정에서 가장 많은 시간과 비용을 차지하는 공정 중 하나는 Photoresist strip 공정이다. 따라서 보다 빠르게 PR의 strip 공정을 단축하기 위한 연구가 계속 진행중에 있다. 하지만 기존 사용중인 strip용액을 대체하기 위한 물질을 찾는 것은 많은 비용을 수반한다. 본 연구에서는 PR의 strip 시간을 최대한 단축시키고 PR strip 잔여물의 빠른 제거를 위하여 기존 공정에서 사용 중인 strip 약액을 플라즈마에 의하여 활성화하는 방법(Plasma Liquid-Vapor Activation: PLVA)으로 PR strip 시간을 최대한 줄이는 방법에 대한 연구를 진행하였으며, 활성화된 strip용액이 더욱 빠른 strip율 성능을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 PR strip에서 이온에 의한 영향을 받은 HDI-PR (high dose implanted photoresist)은 기존 strip용액으로 제거가 불가능하였다. 하지만 본 연구에서 제시한 PLVA 방법으로 활성화된 용액에서는 그 가능성을 확인하였고, 이러한 PLVA방법에 대한 물리적 연구를 위하여 HDI-PR 표면 내력의 변화를 측정하였다. 그 결과 PLVA 처리 전 후 HDI-PR의 표면 내력에 큰 변화를 확인하였다.
반도체 소자 집적도의 비약적인 발전으로 인하여 반도체 공정은 더욱 다층화 되어가고 있다. 이러한 다층화 공정에서는 필수적으로 여러 단계의 패턴을 형성하기 위하여 Photoresist(PR)를 이용한 식각 공정을 사용하게 된다. 이러한 식각 공정에서 다단계 식각 공정으로 인한 공정시간 증가와 식각 후 남은 잔여 PR residue는 초고집적화된 현 반도체 산업에서는 소자에 치명적인 문제를 발생시킨다. 따라서 본 연구에서는 기존 PR strip 용액을 플라즈마에 의하여 액체 상태로 활성화하여 기존의 건식세정법과 습식세정법을 동시에 사용하여 PR을 효과적으로 제거하기 위한 방법을 연구하였다. 플라즈마에 의하여 약액을 활성화하기 위하여 먼저 플라즈마 약액활성화를 위한 장치를 simulation하여 실험 장치에서 균일한 gas흐름을 확인하였다. 이후 플라즈마의 세기를 0V에서 100V까지 증가시켜 약액을 활성화한 후 PR을 strip하여 각 플라즈마 세기에서의 식각률을 조사하였으며 80V에서 가장 빠른 식각률을 나타났다. 또한 0V와 80V의 Dilution에 대한 영향을 확인하였으며 약액을 Dilution 후에도 식각률은 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다. 이러한 세정 시간의 단축은 여러 단계의 식각 공정 시간을 단축하여 반도체 공정에서 소자 생산을 위한 시간을 단축하게 된다. 또한 각 세정공정마다 증가한 세정 공정으로 인하여 세정액의 사용이 많아져 세정액 폐수로 인한 환경문제가 심각해지고 있다. 세정 약액 활성화 방법을 사용함으로써 세정액의 절감효과가 나타난다.
A process for removal of photoresist(PR) m semiconductor manufacturing using water vapor with ozone is presented. For the realization of the ozone/vapor mixture process, high concentration ozone generator and process facilities have developed. As a result of the silicon wafer PR strip test, we confirmed the high efficiency PR strip rates of 400nm/mm or more at the ozone concentration of 16wt%/$O_2$. The ozone/vapor mixture process is more effective than the ozonized water Immersion process.
The realization of the photoresist(PR) removal method with vaporized water and ozone gas mixture has been studied for the LCD TFT array manufacturing. The developed PR stripper uses the water boundary layer control method based on the high concentration ozone production technology. We develop the prototype of PR stripper and experiment to find the optimal process parameter condition like as the ozone gas flow/concentration, process reaction time and thin boundary layer formation. As a results, we realize the LCD PR strip rate over the 0.4 ${\mu}m/min$ and this PR removal rate is more than 5 times higher than the conventional immersion type ozonized water process.
반도체 또는 평판디스플레이 제조에 있어 노광공정 후의 PR(photoresist) 제거 공정으로 이용하기 위하여 경계 막 제어에 의한 오존처리공정 및 설비 구현에 대한 연구를 수행하였다. 개발한 초 고농도 오존생성기술과 vapor 발생 방식 경계 막 제어 오존처리공정설비에 의해 실리콘 웨이퍼 PR 제거시험을 수행하였으며 오존가스농도 16wt%, 오존가스 유량 $8[\ell/min]$에서 약 400nm/분의 높은 PR 제거율을 달성하였다.
In this study, photoresist stripping in semiconductor or LCD (liquid crystal display) fabrication processes using DIO, was investigated. In order to obtain the high PR stripping efficiency of DIO. we have developed new ozone-generating system with high ozone concentration and ozone-resolving system with high contact ratio. In this study, we obtained ozone gas concentrations of 11 % by new ozone-generating system, ozone-resolving efficiency of 99.5 % and maximum solubility of 130 ppm in deionized water. We applied the newly designed equipments to photoresist stripping processes and obtained similar results to SPM(sulfuric-peroxide mixture) process characteristics.
현대의 반도체 산업에서 공정 중 가장 큰 비중을 차지하며, 가장 많은 자본과 인력을 소비하는 것이 바로 세정 공정이다. 세정공정은 소자의 작동에 영향을 미치고 기능을 저하시킬 수 있는 이물질 입자들을 제거하는 것이다. 특히 소자를 식각하기 위한 Photoresist(PR) 과정이 끝날 때마다 항상 세정 과정이 포함되어야 했다. 또한, Photoresist(PR) 공정 중 생성된 HDI-PR(high dose implanted photoresist)은 세정 과정에서 제거가 힘들기 때문에 현대의 고밀도 집적회로 세정 공정에서는 건식 세정과 습식 세정을 혼용하여 여러 단계의 세정 공정을 거치게 된다. 이 논문에서는 기존 플라즈마 방식으로 대표되는 건식 세정과 약액으로 대표되는 습식 세정을 동시에 사용하는 방식을 사용하여 약액활성화 방법(Plasma Liquid-Vapor Activation; PLVA)을 제안하여 실험을 실시하였고 HDI-PR을 활성화된 용액에 담근 후 Nano-Indenter를 이용하여 표면강도와 탄성계수를 측정했다. Nano-indenter는 특정한 기하학적 형태를 가지는 Tip을 표면에 압입한 후 압입하중과 압입깊이를 측정함으로서 시료의 표면강도와 탄성계수를 측정하였다. 그 결과 plasma로 활성화된 PR stripper 용액으로 strip한 후의 시료의 표면 강도가 크게 줄어든 것을 확인하였다. 이는 이후 물리적 표면 세정 공정을 후 공정으로 사용한다면 보다 효율적인 HDI-PR을 제거할 수 있을 것으로 사료된다.
Agitation is a secondary process used to increase the PR stripping force on an ITO-glass surface; it is an efficient approach to stripping during production. It activates the stripper to chemically penetrate the PR layer and assists by breaking down the physical bonding forces at the surface. In this study, different stripping tests were conducted by varying the dipping time, the composition, the strip temperature, and the stripper concentration. Optimal PR strip conditions were estimated by using comparative visual inspection of stripped sample surfaces. The stripping process was affected by changes in the moving speeds and the sample positions. It was confirmed that the stripping capability improved at a dilute stripper ratio of 20-40% and a strip temperature of $30-40^{\circ}C$ and within 60 s of strip time.
CMOS Image Sensor(CIS) 소자에서 광감도의 향상과 천연색 형성을 위하여 적용하고 있는 Color-Filter 공정에서 국부적으로 발생하는 strip성 불량과 막질손상을 제거하기 위한 연구를 진행하였다. 우선 지역적 경향성을 보이는 불량에 대해서는 PR strip process type을 액조 진행방식에서 회전식으로 변경했을 때 제거됨을 확인하였고, 막질손상을 최소화하기 위해서는 새로운 유기용매의 적용이 필요하였다. 실험 결과, 케톤기를 가지는 화합물과 Polar Apotic 용매의 혼합화합물을 적용하였을 때 각 막질에 attack을 최소화하면서 원하는 PR만 선택적으로 제거 되며 미세잔류성분에 대한 제거력도 향상됨을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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