KR101951778B1 - 웨이퍼 에칭 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 웨이퍼를 에칭하는 웨이퍼 에칭 장치에 있어서, 에칭액 및 웨이퍼가 내부에 구비되는 배스; 에칭액이 배스 내부로 들어오는 제1 홀이 구비되는 유입관;그리고, 에칭액이 배스 내부에서 나가는 제2 홀이 구비되는 배출관;을 포함하며, 웨이퍼를 기준으로 유입관의 제1 홀과 배출관의 제2 홀은 높이차를 두고 위치하는 웨이퍼 에칭 장치에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 에칭 장치{APPARATUS FOR WAFER ECHING}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 웨이퍼 에칭 장치에 관한 것으로, 특히 효과적으로 웨이퍼를 에칭하는 웨이퍼 에칭 장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 한국 공개특허공보 제10-2003-0056702호에 제시된 종래의 웨이퍼 에칭 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
종래 웨이퍼 에칭 장치는 에칭될 웨이퍼가 입조되고, 내부에 에칭액이 채워진 내조(10a) 및 내조(10a)의 외주연(ourter circumference)에 형성되어 채워진 에칭액이 오버 플로우(over flow)되는 외조(10b)로 구성된 처리조(chemical bath,10)가 있다.
그리고, 처리조(10)의 내조(10a)와 외조(10b)에는 에칭액을 계속적으로 내조(10a)와 외조(10b) 사이에서 순환시키기 위한 에칭액 순환계(점선으로 도시된 부분)가 연결 형성된다.
에칭액 순환계는 에칭액 탱크(20)와, 에칭액 탱크(20)에 저장된 에칭액을 순환시키기 위한 펌프(22) 그리고 에칭액에 포함된 이물질을 제거하는 필터(24), 에칭액의 온도를 조절하는 열교환기(26)로 구성되고, 에칭액 탱크(20)는 외조(10b)와 배관으로 연결 형성되며 열교환기(26)는 내조(10a)와 배관으로 연결 형성된다.
또한, 처리조(10)의 내조(10a)바닥에는 내조(10a)의 상부로 유동하면서 외조(10b)로 오버 플로우되는 에칭액이 다시 내조로 유입되도록 펌프에 의해 순환관으로 이동한다.
이러한 구성으로 된 종래 웨이퍼 에칭 장치는 웨이퍼가 별도의 웨이퍼 가이드(wafer guide)에 다수개 장착된 상태에서 내조(10a)로 입조되면 에칭이 진행된다. 이때, 처리조(10)는 에칭액 순환계를 통해 내조(10a)에서 외조(10b)로 계속적인 에칭액의 오버플로우가 되고 있는 상태이다. 이 상태에서 내조(10a)로 입조된 웨이퍼는 오버플로우되는 에칭액과 서로 화학적으로 반응하여 표면을 에칭한다. 여기서, 약액공급 노즐(30)에서 필터링 된 약액을 공급하여 웨이퍼와 에칭액의 반응을 활성화 시킨다. 그리고, 일정 시간동안 에칭이 진행되면 입조된 웨이퍼 가이드를 에칭액에서 들어올린다.
도 2는 종래의 웨이퍼 에칭 장치의 문제점을 설명하는 도면이다.
수직 메모리를 형성할 때, 옥사이드(oxide)막과 나이트라이드(nitride)막을 교대로 적층을 한다. 집적도를 높이기 위해서 옥사이드막과 나이트라이드막이 24단, 36단, 48단, 64단으로 향상되었고, 지속적으로 200단까지 증가할 것으로 예견된다. 그러나, 옥사이드막과 나이트라이드막의 적층 후, 나이트라이드막을 인산계열의 에칭액을 사용하여 분리 식각할 때 문제가 발생한다.
반응식은 3Si3N4+27H2O+4H3PO4↔4(NH4)3PO4+9H2SiO3(실리카;Hydrous Silica)으로 표현될 수 있다. 이때, 반응식과 같이 적층 단수가 증가하거나 웨이퍼(W) 매수가 많아지면 웨이퍼(W)에 국부적으로 실리카(Hydrous Silica)의 재석출 현상이 일어난다. 도 2(a)는 웨이퍼(W)에 국부적으로 실리카(A)가 재석출 된 모습을 나타낸 도면이며, 도 2(b)는 수직 메모리에 실리카(A)가 재석출 된 모습을 나타낸 도면이다. 도 2(a) 및 도 2(b)와 같은 위치는 배스 내에서 에칭액의 약액 유동이 웨이퍼의 다른 위치보다 약한 곳으로 판단된다.
종래의 웨이퍼 에칭 장치는 웨이퍼를 에칭하기 위해 내조(10a)에서 외조(10b)로 에칭액이 흐르는 것으로는 유동이 부족하여 실리카가 재석출되는 문제점이 있어서, 본 개시는 웨이퍼 주위에 유동을 활성화시키기 위해 유입관과 배출관이 구비된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 웨이퍼를 에칭하는 웨이퍼 에칭 장치에 있어서, 에칭액 및 웨이퍼가 내부에 구비되는 배스; 에칭액이 배스 내부로 들어오는 제1 홀이 구비되는 유입관; 그리고, 에칭액이 배스 내부에서 나가는 제2 홀이 구비되는 배출관;을 포함하며, 웨이퍼를 기준으로 유입관의 제1 홀과 배출관의 제2 홀은 높이차를 두고 위치하는 웨이퍼 에칭 장치가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 한국 공개특허공보 제10-2003-0056702호에 제시된 종래의 웨이퍼 에칭 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 종래의 웨이퍼 에칭 장치의 문제점을 설명하는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 7은 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 웨이퍼를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3(a)는 웨이퍼 에칭 장치(100)의 사시도이고, 도 3(b)는 웨이퍼 에칭 장치(100)의 평면도이며, 도 3(c)는 웨이퍼 에칭 장치(100)의 A-A'단면도이다.
웨이퍼(W)를 에칭하는 웨이퍼 에칭 장치(100)에 있어서, 웨이퍼 에칭 장치(100)는 배스(bath:110), 유입관(130) 및 배출관(150)을 포함한다. 배스(110)에는 에칭액과 웨이퍼(W)가 내부에 구비된다. 에칭액은 유입관(130), 배출관(150) 및 웨이퍼(W)가 모두 잠길만큼 구비된다. 예를 들면, 에칭액은 물, 인산을 포함할 수 있다. 유입관(130)은 제1 홀(131)을 포함하고, 유입관(130)에서 제1 홀(131)을 통해 에칭액이 배스(110) 내부로 들어온다. 배출관(150)은 제2 홀(151)을 포함하고, 제2 홀(151)을 통해 배출관(150)으로 배스(110) 내부의 에칭액을 나가게 한다. 유입관(130)과 배출관(150)은 쿼츠(quartz)로 형성될 수 있다. 유입관(130)의 제1 홀(131)과 배출관(150)의 제2 홀(151)은 웨이퍼(W)를 기준으로 높이차를 두고 위치한다. 제1 홀(131)과 제2 홀(151)은 복수개 구비되고, 제1 홀(131) 개수와 제2 홀(151) 개수는 일대일로 형성될 수 있다.
유입관(130)은 웨이퍼(W)를 기준으로 웨이퍼(W)의 하측에 위치하고, 배출관(150)은 웨이퍼(W)의 기준으로 웨이퍼(W)의 상측에 위치한다. 이때, 웨이퍼(W)가 배스(110) 내에 구비될 때, 웨이퍼(W)의 가장 아랫부분으로부터 반지름 높이(h1)와 웨이퍼(W)의 가장아랫부분으로부터 지름 높이(h2) 사이에 배출관(150)이 위치하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 반응산물의 확산배출이 유리하기 때문이다. 유입관(130)은 웨이퍼(W) 근처에 복수개(130-1,130-2) 구비되고, 배출관(150)은 웨이퍼(W) 근처에 복수개(150-1,150-2) 구비된다. 유입관(130) 사이의 거리는 배출관(150) 사이의 거리보다 좁게 형성된다. 왜냐하면, 하부에 구비된 유입관(130)에서 배출된 에칭액이 웨이퍼를 기준으로 효과적인 순환공급이 가능하기 때문이다. 배출관(150)과 유입관(130)은 배스(110) 내부의 길이 만큼 길게 형성될 수 있다. 웨이퍼 에칭 장치(100)는 유입구(113)와 배출구(115)가 더 포함할 수 있다. 자세한 내용은 도 6에 나타나있다.
도 4는 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼 에칭 장치(100)의 유입관(130)의 제1 홀(131)과 배출관(150)의 제2 홀(151)은 웨이퍼(W)를 향하도록 형성되는 것이 바람직하다. 웨이퍼 에칭 장치(100)의 유입관(130)과 배출관(150)을 웨이퍼(W) 주위에 구비하는 것은 웨이퍼(W) 주위에 유동이 세게 형성되도록 하기 위해서 이다. 이때, 유동이 웨이퍼(W) 중심(c)측으로 생기게 하기 위해서 제1 홀(131)과 제2 홀(151)은 웨이퍼(W)를 향하도록 형성된다.
또한, 유입관(130)에는 제3 홀(132)이 더 구비될 수 있으며, 제3 홀(132)은 유입관(130)과 배출관(150) 사이의 웨이퍼(W)를 향하지 않고, 챔버(110)를 향하도록 형성되어 챔버(110)에 부딪쳐 웨이퍼(W) 사이로 들어가는 유동을 만들 수 있다.
도 5는 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼 에칭 장치(100)에 구비된 유입관(130)과 배출관(150)을 나타내며, 유입관(130)에 구비된 복수의 제1 홀(131)과 배출관(150)에 구비된 복수의 제2 홀(151)의 위치를 나타내는 도면이다. 복수의 제1 홀(131)과 복수의 제2 홀(151)은 일정한 간격을 두고 구비된다.
도 5(a)와 같이 제1 홀(131)과 제2 홀(151)은 일대일로 대응되도록 형성될 수 있다. 웨이퍼(W)는 제1 홀(131)과 제1 홀(131) 사이와 제2 홀(151)과 제2 홀(151) 사이에 구비된다.
도 5(b)와 같이 제1 홀(131)과 제2 홀(151)은 지그재그로 대응되도록 형성될 수 있다. 지그재그로 형성됨으로써, 제1 홀(131)로 들어온 에칭액이 웨이퍼(W)에 전제척으로 퍼지고 에칭액이 제2 홀(151)로 나간다.
이로 인해 웨이퍼(W) 사이에 유동이 빠르게 형성될 수 있다. 에칭액이 웨이퍼(W)를 에칭하고, 실리카가 웨이퍼(W)에 재석출될 시간을 주지 않고 에칭액이 제2 홀(151)을 통해 빠르게 빠져나가도록 한다.
도 6은 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼 에칭 장치(100)는 유입구(113)와 배출구(115)를 더 포함한다. 유입구(113)는 배스(110) 밖에서 배스(110) 내로 에칭액이 들어오는 통로이며, 배출구(115)는 배스(110) 내에서 배스(110) 밖으로 에칭액이 나가는 통로이다. 유입구(113)는 유입관(130)과 연결되며, 배출구(115)는 배출관(150)과 연결된다. 배출구(115)는 펌프(P)와 연결되며, 펌프(P)는 에칭액을 흡입한다. 이로인해, 배출관(150)의 에칭액은 복수의 제2 홀(151) 중 배출관(150)과 가까울수록 제2 홀(151)에서 많은 에칭액을 흡입한다. 이를 균일하게 흡입하도록 하기 위해 복수의 제2 홀(151)의 크기를 배출관(150)과 가까울수록 작게 형성한다. 유입관(130)의 복수의 제1 홀(131)도 펌프(P)로부터 배출된 에칭액이 배출관(150)의 복수의 제2 홀(151)과 마찬가지로 유입관(130)의 제1 홀(131)의 크기를 유입구(113)와 가까울수록 작게 형성하여 배스(110) 내부로 들어오는 에칭액이 균일하게 나갈 수 있도록 한다.
또한, 배출구(115)에서 나간 에칭액은 필터(F)를 통과할 수 있고, 필터(F)를 통해 에칭액의 불순물을 여과한다.
본 개시는 펌프(P)를 이용해 배스(110) 내의 에칭액이 강제순환할 수 있도록 하고, 그 결과 유동속도가 떨어지는 곳이 최소화되어 웨이퍼(W)에 재석출 현상이 개선되도록 한다.
도 7은 본 개시에 따른 웨이퍼 에칭 장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼 에칭 장치의 유입관(130)과 배출관(150)이 판형인 예이다. 웨이퍼(W)를 기준으로 웨이퍼(W) 하부에 유입관(130)이 구비되고, 웨이퍼(W) 상부에 배출관(150)이 구비된다. 유입관(130)의 제1 홀(131)이 복수개 형성된다. 판형으로 넓게 형성되기 때문에 웨이퍼(W) 주위에 유동이 균일하게 형성될 수 있도록 할 수 있다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 웨이퍼를 에칭하는 웨이퍼 에칭 장치에 있어서, 에칭액 및 웨이퍼가 내부에 구비되는 배스; 에칭액이 배스 내부로 들어오는 제1 홀이 구비되는 유입관; 그리고, 에칭액이 배스 내부에서 나가는 제2 홀이 구비되는 배출관;을 포함하며, 웨이퍼를 기준으로 유입관의 제1 홀과 배출관의 제2 홀은 높이차를 두고 위치하는 웨이퍼 에칭 장치.
(2) 배출관은 웨이퍼를 기준으로 웨이퍼의 반지름 높이와 지름 높이 사이에 위치하는 웨이퍼 에칭 장치.
(3) 유입관은 웨이퍼를 기준으로 웨이퍼의 하측에 위치하고, 배출관은 웨이퍼를 기준으로 웨이퍼의 상측에 위치하는 웨이퍼 에칭 장치.
(4) 제1 홀과 제2 홀은 웨이퍼를 향하도록 형성되는 웨이퍼 에칭 장치.
(5) 유입관은 복수개 구비되고, 배출관은 복수개 구비되고, 유입관 사이의 거리는 배출관 사이의 거리보다 좁게 형성되는 웨이퍼 에칭 장치.
(6) 유입관과 연결되어 배스 외부에서 배스 내부로 세정액이 들어오는 유입구;그리고, 배출관과 연결되어 배스 내부에서 배스 외부로 세정액이 나가는 배출구;를 더 포함하며, 배출구에서 나온 세정액이 유입구로 다시 들어가는 순환구조를 가지는 웨이퍼 에칭 장치.
(7) 제1 홀은 복수개 구비되며, 유입구와 가까울수록 제1 홀의 크기가 작은 웨이퍼 에칭 장치.
(8) 제2 홀은 복수개 구비되며, 배출구와 가까울수록 제2 홀의 크기가 작은 웨이퍼 에칭 장치.
(9) 제1 홀과 제2 홀은 복수개 구비되며, 복수의 제1 홀과 복수의 제2 홀은 일정한 간격으로 구비되는 웨이퍼 에칭 장치.
(10) 위에서 볼 때 복수의 제1 홀과 복수의 제2 홀은 지그재그로 위치하는 웨이퍼 에칭 장치.
(11) 유입관과 배출관은 쿼츠(quartz)로 형성되는 웨이퍼 에칭 장치.
(12) 에칭액은 인산을 포함하는 웨이퍼 에칭 장치.
에칭액은 여러가지 반응산물이 발생하는 에칭액도 사용가능하다. 예를 들면, 텅스텐을 식각할 경우에는 인산+초산+질산 혼합물 에칭액을 사용가능하고, 옥사이드를 에칭할 경우에는 HF(Hydrogen fluoride) 혹은 NH4F(ammonium fluoride)+HF 혼합 에칭액을, 그리고 폴리막을 에칭하는 경우에는 질산+초산+HF 혼합 에칭액을 사용할 수 있다.
웨이퍼는 복수개 구비되며, 배스는 바닥부를 포함하고, 웨이퍼는 바닥부와 수직으로 구비되는 웨이퍼 에칭 장치.
(13) 펌프;를 포함하며, 펌프에 의해 에칭액이 유입관에서 배출관으로 순환하는 웨이퍼 에칭 장치.
본 개시에 의하면, 웨이퍼 주위에 유동이 증가하는 웨이퍼 에칭 장치를 제공한다.
또한 본 개시에 의하면, 복수의 웨이퍼를 효과적으로 에칭하는 웨이퍼 에칭 장치를 제공한다.
100:웨이퍼 에칭 장치 110:배스 111:바닥부 113:유입구 115:배출구 130:유입관 131:제1 홀 150:배출관 151:제2 홀 W:웨이퍼 P:펌프 F:필터

Claims (13)

  1. 웨이퍼를 에칭하는 웨이퍼 에칭 장치에 있어서,
    에칭액 및 웨이퍼가 내부에 구비되는 배스;
    에칭액이 배스 내부로 들어오는 제1 홀이 구비되는 유입관; 그리고,
    에칭액이 배스 내부에서 나가는 제2 홀이 구비되는 배출관;을 포함하며,
    웨이퍼를 기준으로 유입관의 제1 홀과 배출관의 제2 홀은 높이차를 두고 위치하며,
    유입관은 복수개 구비되고,
    배출관은 복수개 구비되고,
    유입관 사이의 거리는 배출관 사이의 거리보다 좁게 형성되는 웨이퍼 에칭 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    배출관은 웨이퍼를 기준으로 웨이퍼의 반지름 높이와 지름 높이 사이에 위치하는 웨이퍼 에칭 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    유입관은 웨이퍼를 기준으로 웨이퍼의 하측에 위치하고, 배출관은 웨이퍼를 기준으로 웨이퍼의 상측에 위치하는 웨이퍼 에칭 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제1 홀과 제2 홀은 웨이퍼를 향하도록 형성되는 웨이퍼 에칭 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    유입관과 연결되어 배스 외부에서 배스 내부로 세정액이 들어오는 유입구;그리고,
    배출관과 연결되어 배스 내부에서 배스 외부로 세정액이 나가는 배출구;를 더 포함하며,
    배출구에서 나온 세정액이 유입구로 다시 들어가는 순환구조를 가지는 웨이퍼 에칭 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    제1 홀은 복수개 구비되며,
    유입구와 가까울수록 제1 홀의 크기가 작은 웨이퍼 에칭 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    제2 홀은 복수개 구비되며,
    배출구와 가까울수록 제2 홀의 크기가 작은 웨이퍼 에칭 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    제1 홀과 제2 홀은 복수개 구비되며,
    복수의 제1 홀과 복수의 제2 홀은 일정한 간격으로 구비되는 웨이퍼 에칭 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    위에서 볼 때 복수의 제1 홀과 복수의 제2 홀은 지그재그로 위치하는 웨이퍼 에칭 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    유입관과 배출관은 쿼츠(quartz)로 형성되는 웨이퍼 에칭 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    에칭액은 인산을 포함하는 웨이퍼 에칭 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    펌프;를 포함하며,
    펌프에 의해 에칭액이 유입관에서 배출관으로 순환하는 웨이퍼 에칭 장치.
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