KR100304541B1 - 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치에 관한 것으로서, 이플루오르화크세논를 적재하는 적재챔버; 상기 적재 챔버에 저장되어 승화된 이플루오르화크세논 기체를 모으는 확장챔버; 상기 확장챔버로부터 공급되는 이플루오르화크세논을 이용한 식각을 수행하는 식각챔버; 및 상기 식각챔버에서의 식각 공정이 시작되기 이전에, 적재챔버, 확장챔버 및 식각챔버 내의 습기를 제거하여 플루오르화수소가 생성되는 것을 방지하기 위한 질소 주입 수단을 포함하는 것임을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치는, 장치내에 존재하는 습기를 제거하여 실리콘 산화막의 손상을 줄이고, 식각챔버내에 특정 형상의 이플루오르화크세논 분사기를 도입하여 단일 실리콘 웨이퍼의 균일한 식각이 가능하도록 하고, 적재챔버의 압력을 이플루오르화크세논의 승화 압력 이상으로 유지되도록 피드백 제어하여 적재챔버내의 잔여 이플루오르화크세논의 승화를 방지할 뿐만 아니라, 적재챔버내에 질량 측정 수단을 더 구비하여, 잔여 이플루오르화크세논의 양을 측정할 수 있도록 한다.
Description
본 발명은 실리콘 식각 장치에 관한 것으로서, 특히 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치에 관한 것이다.
몸체 미세 가공에서 실리콘의 식각을 위하여 사용되는 식각제들은 EDP(Ethylene Diamine Pyrocatechol), KOH 등과 같은 액상과, Cl2또는 SF6와 함께 사용되는 높은 에너지의 플라즈마에 이르기까지 다양하다. 이러한 식각제들은 미세 구조물을 제작하는데 있어서 여러 가지 융통성과 제어성을 제공하지만 사진 공정에서 사용되는 감광제나 알루미늄과 같은 일반적인 재료와의 선택도의 문제로 인하여 사용상에 제한을 받는다.
이플루오르화크세논(이하에서, 'XeF2'라고 함)은 상기한 실리콘 식각제에 비하여 몇 가지 장점이 있는 건조한 기상의 실리콘 식각제이다. XeF2는 실온의 대기압에서는 흰색의 고체이며 상온(25℃)에서 3.8 Torr 이하의 압력에서 승화되는 특성이 있다. 승화된 XeF2를 이용한 식각 방법은 알루미늄이나 사진감광제, 산화막 등의 물질에 대하여 높은 선택도를 가지며, 기상에서 실리콘을 식각하므로 구현된 구조물이 바닥에 붙는 부착의 문제를 최소화할 수 있다. 또한 등방적 식각 특성과 수십㎛/분의 빠른 식각율을 가지는 특성으로 큰 구조물의 아래를 빨리 식각할 수 있다. 또한, XeF2만을 사용하므로 중합체 막이 형성되지 않으며 기타의 오염 요소가 없다.
이와 같은 XeF2를 이용하여 실리콘을 식각하기 위한 장치는, XeF2를 적재하는 적재챔버, 승화된 XeF2기체를 모으는 확장챔버 및 식각을 수행하는 식각챔버로 구성된다.
이러한 기본적인 구성을 가지는 종래에 알려진 몇 가지의 XeF2식각 장치는 다음과 같은 문제점들이 있다.
첫째로, XeF2실리콘 식각 공정에서 공정을 진행하는 장치내에 습기가 있는 경우, 해리된 플루오르가 수소와 결합하여 플루오르화수소(이하에서 'HF'라 함)를 생성하게 되고, 이는 실리콘 위의 형상보호막으로 사용되는 실리콘 산화막을 손상시킨다. 따라서 XeF2실리콘 식각 공정이 시작되기 이전에 장치내의 습기를 완전히 제거하는 것이 필요하다.
둘째는 단일 실리콘 웨이퍼 상에서의 XeF2식각의 균일성 문제이다. 실리콘 웨이퍼 표면 중 기상 XeF2의 분포가 밀한 곳이 소한 곳보다 식각이 활발하게 일어나게 되므로 단일 웨이퍼내에서도 식각의 정도가 다를 수 있다. 그러므로, 식각의 균일성은 식각할 웨이퍼의 표면 전체에 걸쳐 기상 XeF2가 얼마나 균일하게 분포되어 있느냐에 따라서 좌우된다.
셋째는, 적재챔버내의 잔여 XeF2의 승화로 인한 문제이다. 공정이 완료된 후 사용하고 남은 XeF2는 XeF2를 적재챔버내에 그대로 방치하여 보관하는 것이 일반적이고, 적재챔버는 진공을 사용하는 장비의 유지 및 관리 방법에 따라서 진공 상태로 유지된다. XeF2는 상온에서 3.8 Torr 이하의 조건이면 승화되므로 적재챔버내에서 지속적으로 승화된다. 이는 값비싼 재료의 불필요한 소모일 뿐만 아니라, 적재챔버내의 습기와 결합하여 챔버와 부속물들을 부식시키는 원인이 되기도 한다.
마지막으로, 네 번째는 잔여 XeF2의 양을 확인할 수 없는 문제이다. 종래의 XeF2실리콘 식각 장치에서는 공정 완료 후 잔여 XeF2의 양을 XeF2가 적재되어 있는 적재챔버의 창을 통하여 육안으로 확인하여야 한다. 이러한 육안 확인 방식은 번거로울 뿐만 아니라, 적재챔버내에서 승화된 XeF2와 습기에 의하여 HF가 생성된 경우, HF의 부식성으로 인하여 적재챔버의 창이 부식되어 뿌옇게되므로 육안으로 확인하는 것이 불가능한 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래에 알려진 XeF2실리콘 식각 장치의 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 장치내에 존재하는 습기를 제거하여 실리콘 산화막의 손상을 줄일 수 있는 XeF2실리콘 식각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단일 실리콘 웨이퍼의 균일한 식각이 가능하도록 하는 XeF2실리콘 식각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 적재챔버내의 잔여 XeF2의 승화를 방지할 수 있는 XeF2실리콘 식각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 적재챔버내의 잔여 XeF2의 양을 측정할 수 있는 XeF2실리콘 식각 장치를 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예에 의한 XeF2실리콘 식각 장치의 구성도,
도2와 도3은 본 발명에 의하여 고안된 식각챔버내의 XeF2분사기의 예들을 도시한 것,
도4는 본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치에서, 적재챔버의 압력을 일정하게 유지하게 위한 피드백 제어기의 구성도,
도5는 본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치의 적재챔버내에 설치된 질량 측정 수단과 그 사용상태를 도시한 것.
* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명 *
11 : 적재챔버 12 : 확장챔버
13 : 식각챔버
41 : 압력센서 42 : 압력계
51 : XeF2가 들어있는 용기 52 : 질량측정수단(저울)
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치는, 이플루오르화크세논를 적재하는 적재챔버; 상기 적재 챔버에 저장되어 승화된 이플루오르화크세논 기체를 모으는 확장챔버; 상기 확장챔버로부터 공급되는 이플루오르화크세논을 이용한 식각을 수행하는 식각챔버; 및 상기 식각챔버에서의 식각 공정이 시작되기 이전에, 적재챔버, 확장챔버 및 식각챔버내의 습기를 제거하여 플루오르화수소가 생성되는 것을 방지하기 위한 질소 주입 수단을 포함하는 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치는, 상기 식각챔버내에 확장챔버로부터 공급되는 기상의 이플루오르화크세논을 위에서 아래 방향으로 분사되도록 하는, 다수의 분사구가 형성된 분사기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치는, 상기 적재챔버내의 압력을 피드백 제어하기 위하여, 적재챔버내의 압력센서, 적제챔버 외부에 설치되는 압력계를 이용하여 적재챔버내의 압력을 측정하고, 이플루오르화크세논의 승화 압력과 대기압 사이의 값을 가지는 기준값으로부터 상기 측정 압력을 감산하여, 상기 적재챔버의 압력을 조절하는 진공펌프에 연결된 제어수단에 입력하는 피드백 입력부를 포함하는 것임을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치는, 상기 적재챔버내의 이플루오르화크세논의 질량을 측정하는 저울을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치를 상세하게 설명한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 의한 XeF2실리콘 식각 장치의 구성도이다.
도1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치는 적재챔버(11), 확장챔버(12), 식각챔버(13)의 기본적인 구성을 가지고 있으며, 식각 공정이 시작되기 이전에 질소를 주입하여, 적재챔버, 확장챔버 및 식각챔버 내의 습기를 제거하여 플루오르화수소(HF)가 생성되는 것을 방지하기 위한 질소주입수단을 더 포함한다. HF를 제거하면, 실리콘 산화막 내 실리콘의 선택도를 1:2000 이상으로 높여서 형상 보호막의 손상을 줄일 수 있으므로 동일한 두께의 보호막으로도 장시간의 공정 진행이 가능한 장점이 있다.
본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치는 또한, 단일 실리콘 웨이퍼의 식각 균일성을 위하여 식각챔버(13)내에 특정 형태를 가지는 XeF2분사기를 설치한다.분사기는, 식각챔버(13)내에 확장챔버(12)로부터 공급되는 기상의 XeF2을 위에서 아래 방향으로 분사되도록 하는, 다수의 분사구가 형성되어 있다.
도2와 도3은 본 발명에 의하여 고안된 식각챔버내의 XeF2분사기의 예들을 도시한 것이다. 도2a와 도3a는 분사기를 아래에서 본 그림이고, 도2b와 도3b는 옆에서 본 분사기의 모습이고, 도2c와 도3c는 분사기의 사시도이고, 도2d와 도3d는 식각시의 모습이다. 도2와 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 XeF2분사기는 식각챔버(13)내의 위에서 아래로 XeF2를 골고루 분사하도록 되어 있다. 이는 XeF2의 분자량이 169.29g/mol로서 공기(건조공기 28.96g/mol) 또는 질소(28.0134g/mol)보다 무겁기 때문에 아래쪽으로 이동하도록 하기 위해서이다.본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치는 또한, 적재챔버내에 잔여 XeF2의 승화를 방지하기 위하여, 적재챔버의 압력을 3.8 Torr 이상으로 유지하되 대기압보다는 낮게 유지되도록 하기 위한 수단을 더 구비한다. 적재챔버내의 압력이 대기압보다 높을 경우에는 적재챔버의 뚜껑이 열리게 되는 문제가 있기 때문이다.도4는 본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치에서, 적재챔버의 압력을 일정하게 유지하게 위한 피드백 제어기의 구성도이다. 도4에 도시된 바와 같이, 피드백 제어에 의하여 적재챔버내의 압력이 XeF2의 승화 압력인 3.8 Torr 이상인 일정 압력으로 유지되도록 한다. 이를 위하여, 적재챔버(11)내에 압력 센서(41)를 부가하여 압력계(42)를 사용하여 적재챔버(11)내의 압력을 측정하고 XeF2의 승화 압력과 대기압 사이의 기준압력으로부터 측정 압력을 감산하여, 상기 적재챔버(11)의 압력을 조절하는 진공펌프에 연결된 제어수단(예를 들어서, 도4에 도시된 공압솔레노이드)에 피드백한다.본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치는 또한, 적재챔버내에 잔여 XeF2의 양을 측정하기 위하여, 적재챔버내에 질량 측정 수단을 더 구비한다.
도5는 본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치의 적재챔버내에 설치된 질량 측정 수단과 그 사용상태를 도시한 것이다. 적재챔버내(11)의 질량 측정 수단(52)(예를 들어, 저울)에 XeF2가 들어있는 용기(51)를 올려놓은 다음, 챔버를 밀폐하고 진공 상태를 만든다. 용기가 개봉되도록 한 후, 즉시 용기를 포함한 XeF2의 질량을 측정하고, 식각 공정이 진행되는 동안 적재챔버내에 남아있는 XeF2의 질량을 수시로 측정하여 잔여분의 XeF2로 진행할 수 있는 공정 시간을 예측할 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 XeF2실리콘 식각 장치는, 장치내에 존재하는 습기를 제거하여 실리콘 산화막의 손상을 줄이고, 식각챔버내에 특정 형상의 XeF2분사기를 도입하여 단일 실리콘 웨이퍼의 균일한 식각이 가능하도록 하고, 적재챔버의 압력을 XeF2의 승화 압력 이상으로 유지되도록 피드백 제어하여 적재챔버내의 잔여 XeF2의 승화를 방지할 뿐만 아니라, 적재챔버내에 질량 측정 수단을 더 구비하여, 잔여 XeF2의 양을 측정할 수 있도록 한다.
Claims (4)
- 이플루오르화크세논를 적재하는 적재챔버;상기 적재 챔버에 저장되어 승화된 이플루오르화크세논 기체를 모으는 확장챔버;상기 확장챔버로부터 공급되는 이플루오르화크세논을 이용한 식각을 수행하는 식각챔버; 및상기 식각챔버에서의 식각 공정이 시작되기 이전에, 적재챔버, 확장챔버 및 식각챔버 내의 습기를 제거하여 플루오르화수소가 생성되는 것을 방지하기 위한 질소 주입 수단을 포함하는 것임을 특징으로 하는 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 식각챔버내에 확장챔버로부터 공급되는 기상의 이플루오르화크세논을 위에서 아래 방향으로 분사되도록 하는, 분사구가 형성된 분사기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적재챔버내의 압력을 피드백 제어하기 위하여, 적재챔버내의 압력센서, 적제챔버 외부에 설치되는 압력계를 이용하여 적재챔버내의 압력을 측정하고, 이플루오르화크세논의 승화 압력과 대기압 사이의 값을 가지는 기준값으로부터 상기 측정 압력을 감산하여, 상기 적재챔버의 압력을 조절하는 진공펌프에 연결된 제어수단에 입력하는 피드백 입력부를 포함하는 것임을 특징으로 하는 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적재챔버내의 이플루오르화크세논의 질량을 측정하는, 적재챔버내에 장착된 저울을 포함하는 것을 특징으로 하는 이플루오르화크세논을 이용한 실리콘 식각 장치.
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| KR970052101A (ko) * | 1995-12-20 | 1997-07-29 | 김광호 | 반도체 식각챔버의 운용방법 |
| JPH10313128A (ja) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | シリコン基板の異方性エッチング方法及び太陽電池の製造方法 |
-
1999
- 1999-01-15 KR KR1019990001002A patent/KR100304541B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR970052101A (ko) * | 1995-12-20 | 1997-07-29 | 김광호 | 반도체 식각챔버의 운용방법 |
| JPH10313128A (ja) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | シリコン基板の異方性エッチング方法及び太陽電池の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20000050870A (ko) | 2000-08-05 |
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