*목차*
1. Descum 공정이란?
2. Descum 공정의 원리
3. Descum 공정에서 PR scum 제거 반응
4. Descum 공정의 주의점
1. Descum 공정이란?
-. 반도체 공정 중에서 Descum(디스컴) 공정은 메인 공정이 아니라서 다른 공정에 비해서 생소할 수 있어요.
Descum(디스컴) 공정이란 이름 그대로 "Scum" 찌꺼기, 잔여물을 제거하는 공정이에요.
반도체 공정에서 어떤 찌꺼기를 제거할 필요가 있을까요?
Wafer의 박막을 증착(Deposition) 또는 식각(Etching) 공정을 하기 전에
" 포토리소그래피(Photolithography) "공정을 통해서 Photoresist(PR)로 Wafer 위에 Pattern을 그리죠.
포토 공정에서는 Wafer 위에 PR을 얇게 코팅하고 '노광(Exposure)'을 하고
'현상(Develop)' 단계에서 현상액(Developer)을 뿌려서 불필요한 영역의 PR을 제거해서 Pattern PR mask를 만들어내죠.
그런데 Develop 단계에서 Open된 Trench 또는 Hole 패턴에 Photoresist가 깔끔하게 제거되지 않고 잔여물, 찌꺼기(Scum)가 남아있게 돼요.
만약, Pattern에 PR Scum이 남아있는 상태에서 후속 공정을 진행하면 문제가 생길 수 있어요.
후속 공정으로 Etch이라면 하부 Layer가 제대로 식각이 안될 수 있고,
후속 공정이 금속 배선 공정이면 박막 증착에 문제가 생겨 전기적 신호 전달에 문제가 생길 수 있어요.
Descum 공정은 이러한 후속 공정의 문제를 없애기 위해서 Photo 공정 후 PR Scum(찌꺼기)를 제거해주는 공정이에요.
Descum 공정은 작은 찌꺼기를 제거하는 수준이기 때문에 Etch나 Deposition과 같은 공정처럼 메인 공정은 아니에요... 또 다른 공정에 비해서 크게 치명적이지 않아요.
메인 공정 중간 중간 Step에 짧게 팍 처리하고 넘어가는 수준이에요.
Descum 공정은 PR Pattern의 두께가 몇십㎛ 수준으로 상대적으로 두꺼운 반도체 후공정, Packaging 공정 쪽에서 많이 사용하는 것으로 알고 있어요.
아무래도 PR 두께가 두꺼우니 바닥에 잔여물이 많이 남기 쉬울 것 같아요.
2. Descum 공정의 원리
-. 그러면 반도체 Descum(디스컴) 공정은 어떤 원리로 Pattern 바닥의 잔여물, 찌꺼기를 제거하는 것 일까요?
Descum 공정은 Plasma를 이용하는데요. Plasma 입자와 PR의 반응으로 PR Scum을 제거 할 수 있어요.
Plasma는 MHz ~ GHz의 주파수를 갖는 Microwave Plasma나 RF(Radio Frequency) Plasma를 사용해요.
Descum 공정에서 Plasma로 PR Scum을 제거하는 원리는 Dry Etch(건식 식각 공정)와 동일 해요.
Radical(라디칼) 입자의 화학적인 반응(Chemical Reaction)과 Ion(이온) 입자의 충돌(Ion Bombardment)로 인한 물리적인 반응(Physical Reaction))으로 제거를 해요.
Radical의 반응은 Remote Plasma(원격 플라즈마) 방식으로 사용하고
Ion의 반응은 RF Bias의 CCP 방식으로 사용해요.
우선 Remote Plasma는 Plasma 발생부(Source)로 Microwave나 ICP를 사용하는데요. Plasma 발생부(Source)가 Wafer 시편 처리 공간과 떨어져 있어요.
Chemical Gas가 공급되면 Source에서 Plasma가 발생하고 Vacuum Pumping으로 Plasma의 Radical 입자를 Wafer가 있는 Chamber까지 끌고 와요.
Microwave나 ICP를 이용한 Remote Plasma 방식을 사용하면 높은 밀도의 플라즈마(High density Plasma)를 만들어서 Radical 화학반응을 이용할 수 있어요. 그리고 High density plasma를 사용하면서도 에너지가 높은 이온 입자의 스퍼터링(Ion Sputtering)으로 인한 기판의 손상을 줄일 수 있어요.
Ion 충돌로 Scum을 제거하는 방법은 CCP type 구조에서 Wafer를 놓는 전극(Electrode), Chuck(척)이라고 부르는 Parts에 RF Bias를 인가해서 Plasma를 발생시켜요. Plasma가 발생하면 Plasma Ion 입자가 전기장을 따라 Wafer 쪽으로 가속을 해요. 그러면 이온이 Wafer 표면의 PR Scum과 충돌을 하고 찌꺼기를 뜯어내요.(Sputtering)
Etching 효과를 높이기 위해서 Remote Plasma에 RF Bias를 같이 사용해요.
Radical의 화학적 반응과 Ion의 물리적 반응 동시에 이용하는 RIE(Reactive Ion Etching) 방식을 사용해요. Remote Plasma로 High Density Plasma를 만들고 RF Bias로 Ion Sputtering을 조절해요.
Sputtering 식각으로 이온이 Target을 때리면 해당 부위가 약해지고 Radical과 반응이 촉진이 돼요.
3. Descum 공정에서 PR Scum의 제거 반응
-. 그럼 Descum 공정에서 PR Scum이 Plasma와 어떻게 반응하여 제거가 될까요?
Photoresist 물질은 C(Carbon, 탄소), O(Oxygen, 산소), H(Hydrogen, 수소)로 구성되어 있어요.
이런 PR과 반응하여 제거하기 위해서 보통 "O2 Plasma(산소 플라즈마)"를 이용해요.
O2 gas로 Plasma를 만들면 O Radical(산소 라디칼)이 생성이 돼요. Radical이란 반응성이 좋은 입자를 말해요.
O Radical 입자가 "C-O-H"로 구성된 PR과 만나면 화학반응이 일어나고 CO, CO2, H2O과 같은 물질이 만들어져요.
이렇게 생성된 물질은 Vacuum Pumping으로 인해서 Chamber 밖으로 배출이 돼요.
O Radical 만으로 Etch Rate가 부족하면 반응성이 큰 F(Fluorine) gas를 써서 Etch Rate를 확 올리기도 해요. 그런데 Fluorine은 부식성이 강하고 Metal film이 있을 경우 산화가 발생할 수 있으니 사용해 주의해야 돼요...
고온에서 공정을 진행하면 반응이 좋아져 Etch Rate가 증가하지만, 반도체 후공정. Packaging에서 다루는 Wafer는 Warpage가 심하고 열변형에 취약해요. Plasma 공정 중에 온도가 너무 높으면 자칫하면 열변형으로 Wafer가 깨질 수 있어요. 그래서 보통 저온에서 RF Bias를 같이 사용해서 물리적 식각으로 Etch Rate를 올려요.
4. Descum 공정의 주의점
-. Descum 공정은 Plasma로 PR Pattern 바닥에 PR Scum(찌꺼기)를 제거하는 공정이지만, 제거되면 안되는 PR 영역도 같은 물질이니 똑같이 Etching이 돼요.
때문에 Masking 영역 PR의 식각량(Etch Amount)을 고려해서 PR Scum을 제거해야 돼요.
Scum만 살짝 제거해야 되는데 너무 많이 날리면 싹 다 지워버려서 Strip이 될 수 있어요...
Desucm 공정은 보통 PR Patterning이 완료된 Wafer를 진행하죠. 때문에 PR Scum만 딱 제거하고 Pattern size(CD, Critical Dimension) 변화는 최소로 해야 돼요. 안 그러면 후속 공정에서 문제가 될 수 있어요...
RF Bias로 인한 Ion 충돌(Ion Bombardment)은 입자의 직진성이 있어요. 그래서 물리적 식각은 PR Film의 수직 방향으로 이방성 식각(Anisotropy Etch)이 일어나요.
이방성 식각을 하는 물리적 식각(Physical Etch)만으로는 CD 변화가 적어서 크게 주의하지 않아도 되지만, Radical의 화학적 식각(Chemical Etch)을 사용 경우에는 등방성 식각(Isotropy Etch)이 일어나기 때문에 CD size 변화를 주의해야 돼요.
PR Scum만 제거해야 되는데 필요한 PR Pattern을 망치면 많이 슬프겠죠...
고전력 RF Power를 사용하면 Arcing 발생을 주의해야 되는데요. Arcing은 미세한 틈에 매우 취약해요. 그래서 Chuck Plate에 RF Bias를 사용한다고 했을 때, Wafer가 Chuck 표면에 딱 밀착이 돼서 Wafer Backside와 Chuck 표면 사이에 공간(Gap)이 최대한 없어야 좋아요.
그런데 반도체 후공정에서 다루는 Wafer는 보통 Warpage가 있는데요. Warpage가 있는 Wafer를 Chuck Plate 위에 올리면 Wafer Backside와 Chuck 표면 사이에 공간이 생겨요. 이 상태에서 고전력 RF Bias Plasma 공정을 진행하면 Wafer Backside 공간에도 Plasma가 발생하거나 심하면 Arcing이 발생할 수 있어요.
때문에 Warpage가 심한 Wafer에서는 높은 전력의 RF Bias 사용에 주의가 필요해요.
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