KR102219586B1 - 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기상 에칭 장치 및 설비를 제공한다. 상기 기상 에칭 장치는 한정된 공간의 반응 챔버(203)를 형성하는 반응 챔버 본체(201)와; 반응 챔버(203) 내부에 위치하여, 피가공물을 로딩하는 기좌(209)와; 반응 챔버 본체에 연결되어, 반응 챔버의 내부로 에칭제를 도입하는 흡기 부재(202)와; 반응 챔버 본체에 연결되어, 반응 챔버 내의 압력을 제어하는 압력 제어 어셈블리와; 반응 챔버 본체에 연결되어 반응 챔버 내의 온도를 제 1 온도로 제어하는 제 1 온도 제어기(208)와; 기좌에 연결되어, 기좌의 온도를 제2 온도로 제어하는 제2 온도 제어기(207)를 포함한다. 상기 기상 에칭 장치 및 설비는 각각 반응 챔버 및 기좌의 온도를 제어하여, 이산화 규소가 제거된 피가공물이 냉각 없이, 다음 단계 공정의 온도 요구 조건을 충족할 수 있으므로, 에칭 챔버에 어닐링 기능을 통합하거나 별도의 어닐링 챔버 또는 냉각 챔버를 구성할 필요가 없어, 공정 설계가 간단하고, 비용이 적게 들고, 생산성이 높다.
Description
본 발명은 집적 회로 제조 공정 분야와 관련되며, 구체적으로, 집적 회로 제조 공정에 사용되는 이산화 규소를 제거하는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비와 관련된다.
집적 회로 제조 공정의 분야에서, 현재 통상 실리콘계 재료를 사용하여 집적 회로를 제조한다. 실리콘(또는 폴리 실리콘)은 공기 중에 놓이면, 도 1에 도시된 바와 같이, 표면이 치밀한 이산화 규소(SiO2)층으로 자연적으로 산화된다. 일부 공정에서, 금속 박막은 실리콘계 재료의 기판과 직접 접촉할 필요가 있다. 만약 기판 표면에 SiO2 층이 있으면, 저항률이 증가하고, 부품 성능에 영향을 미치므로, 금속 박막을 형성하는 공정 전에 이 SiO2 층을 제거할 필요가 있다.
종래 기술에서, 일반적으로 플라즈마 에칭을 사용하여 SiO2를 제거하고 있다. SiO2를 제거하기 위한 플라즈마 에칭 공정에서, NF3와 NH3를 이용하여 플라즈마를 생성하여 SiO2에 대한 에칭을 진행한다. 에칭 과정에서 NF3와 NH3는 SiO2와 반응하여 (NH4)2SiF6를 형성한다. 실온에서 (NH4)2SiF6 은 고체 상태이기 때문에, 이를 챔버 외부로 용이하게 배출하기 위해서는 실리콘계 물질의 기판을 120 ℃로 가열하여, (NH4)2SiF6를 SiF4, H2O 및 NH3으로 승화를 해야 한다. 따라서, SiO2를 제거하기 위한 플라즈마 에칭 공정은 일반적으로 에칭 및 어닐링의 2단계를 포함한다. 어닐링 후, 실리콘계 물질의 기판 표면 온도가 높아, 냉각이 필요하므로, 공정이 복잡하다. 일반적으로, 에칭 및 어닐링의 2단계는 동일한 챔버 또는 상이한 챔버에서 개별적으로 수행될 수 있다. 따라서, 기존의 SiO2 제거를 하기 위한 플라즈마 에칭 공정 설비는 주로 두 가지 형태로 나누어진다. 하나는 플라즈마 에칭 및 동일 위치 어닐링의 공정 챔버 구조를 사용한다. 즉, 에칭 및 어닐링의 2단계가 동일한 챔버 내에서 완료되고, 실리콘 기판을 냉각시키기 위해 별도의 냉각 챔버에 들어가며, 설비의 챔버는 상응하게 에칭 / 어닐링 챔버 + 냉각 챔버로 구성된다; 다른 하나는 에칭과 어닐링을 별도로 수행하는 프로세스를 사용한다. 2단계는 다른 챔버에서 수행되고, 설비의 챔버는 상응하게 에칭 챔버 + 어닐링 챔버 + 냉각 챔버로 구성된다.
본 발명자는 종래 기술에 의한 이산화 규소 제거 장치가 다수의 챔버를 필요로 하여, 설계가 복잡하고, 비용이 높고, 생산성이 낮으며, 또한 공정 중의 생성물이 고체 상태이기 때문에, 에칭의 균일성 및 작은 구멍 하부의 세정 효율에 영향을 미친다는 것을 발견하였다. 따라서, 간단하고 효율적인 이산화 규소를 제거하는 에칭 장치를 개발할 필요가 있다.
본 발명의 배경 기술 부분에 공개된 정보는 단지 본 발명의 일반적인 배경 기술에 대한 이해를 돕기 위한 목적으로 제공하는 것이므로, 상기 정보가 본 분야의 기술자에게 공지된 종래 기술이라는 것을 인정하거나 어떤 형식으로 암시하는 것이라고 간주해서는 안 된다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 집적 회로 제조 공정에서 이산화 규소를 제거하는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비를 제공한다. 상기 장치 및 설비는 각각 반응 챔버 및 피가공물을 로딩하는 기좌의 온도를 제어하여, 이산화 규소가 제거된 피가공물이 냉각 없이, 다음 단계의 공정이 수행될 수 있게 하므로, 에칭 챔버에 어닐링 기능을 통합하거나 별도의 어닐링 챔버를 구성할 필요가 없으며, 상응하게 별도의 냉각 챔버를 구성할 필요가 없으므로, 공정 설계가 간단하고 비용이 적게 들고, 생산성이 높다.
하나의 양태로서, 본 발명은 기상 에칭 장치를 제공한다. 상기 장치는 한정된 공간의 반응 챔버를 형성하는 반응 챔버 본체; 상기 반응 챔버 내부에 위치하여, 피가공물을 로딩하는 기좌; 상기 반응 챔버 본체에 연결되어, 상기 반응 챔버의 내부로 에칭제를 도입하는 흡기 부재; 상기 반응 챔버 본체와 연결되어, 상기 반응 챔버 내의 압력을 제어하는 압력 제어 어셈블리; 상기 반응 챔버 본체에 연결되어, 상기 반응 챔버 내의 온도를 제 1 온도로 제어하며, 상기 제 1 온도는 그 온도 하에서 상기 반응 챔버가 상기 에칭제에 의해 부식되지 않는 온도인 제 1 온도 제어기; 및, 상기 기좌에 연결되어, 상기 기좌의 온도를 제2 온도로 제어하며, 상기 제 2 온도는 그 온도 하에서 상기 기좌에 의해 로딩되는 피가공물이 다음 단계의 공정을 직접 진행하기 위한 온도 요구 조건을 충족시킬 수 있는 온도인 제2 온도 제어기;를 포함한다.
그 중에서, 상기 제 1 온도 제어기는 가스 매질, 액체 매질 또는 고체 매질을 제어하여 열전도, 열복사 및/또는 열대류의 방식으로 상기 반응 챔버 내의 온도를 상기 제 1 온도로 제어하며; 및/또는, 상기 제 2 온도 제어기는 가스 매질, 액체 매질 또는 고체 매질을 제어하여 열전도, 열복사 및/또는 열대류의 방식으로 상기 기좌의 온도를 상기 제 2 온도로 제어한다.
그 중에서, 상기 제 1 온도는 50 ℃~ 90 ℃ 이다.
그 중에서, 상기 제 2 온도는 20 ℃~ 60 ℃이다.
그 중에서, 상기 압력 제어 어셈블리는 에칭 선택비를 제고하기 위해 상기 반응 챔버 내의 압력을 30 Torr ~ 300 Torr로 제어하는 압력 제어기를 포함한다.
그 중에서, 상기 기상 에칭 장치는 상기 반응 챔버 내의 상부 영역에 위치하고 상기 흡기 부재와 연결되는 분사 헤드를 더 포함하며, 상기 분사 헤드는 상부판 및 하부판을 포함하고, 상기 에칭제는 상기 분사 헤드의 상부판 및 하부판을 통과하여 상기 반응 챔버로 진입하며, 상기 상부판의 구멍은 상기 하부판의 구멍보다 크다.
그 중에서, 상기 기상 에칭 장치는 상기 반응 챔버 본체의 내부 공간 내에 위치하고, 상기 반응 챔버 본체의 측벽을 덮는 라이닝 어셈블리를 더 포함하며, 상기 라이닝 어셈블리는 제 1 라이너 및 제 2 라이너를 포함하고, 상기 반응된 부산물은 적어도 상기 기좌와 제 상기 1 라이너 사이의 갭, 및 상기 제 1 라이너와 상기 제 2 라이너 사이의 갭을 경유하여 상기 압력 제어 어셈블리로 진입한다.
그 중에서, 상기 기좌와 상기 제 1 라이너 사이의 갭은 상기 제 1 라이너와 상기 제 2 라이너 사이의 갭보다 작다.
그 중에서, 상기 흡기 부재는 탈수된 불화 수소 가스 및 탈수된 알콜 가스를 상기 반응 챔버 내로 도입시키며; 상기 탈수된 불화 수소 가스 및 탈수된 알콜 가스는 혼합되어, 상기 피가공물 상의 이산화 규소를 제거한다.
다른 하나의 양태로서, 본 발명은 기상 에칭 설비를 제공한다. 상기 설비는 이송 장치 및 전술한 어느 하나의 상기 기상 에칭 장치를 포함하며, 상기 이송 장치는 상기 기상 에칭 장치와 서로 연결되어, 피가공물이 상기 이송 장치와 상기 기상 에칭 장치 사이에서 이송되게 한다.
본 발명에 따른 피가공물 상의 이산화규소를 제거하는 장치의 장점은 다음과 같다:
(1) 본 발명에 의해 제공되는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비에서, 반응 챔버에 대응하여 제 1 온도 제어기를 설치하고, 기좌에 대응하여 제 2 온도 제어기를 설치하여, 양자의 온도에 대한 별도의 제어를 구현함으로써, 반응 챔버 내의 온도를 상기 내벽이 에칭되지 않는 제 1 온도로 유지하면서, 기좌의 온도를 제2 온도로 제어할 수 있으며, 그 중, 제 2 온도는 제 1 온도보다 낮다. 따라서, 기좌에 의해 로딩되는 피가공물은 SiO2의 표면 산화물 제거와 같은 에칭 공정이 진행된 후, 피가공물의 온도가 다음 공정을 직접 수행하기 위한 온도 요건을 충족시킬 수 있어, 냉각을 다시 진행할 필요가 없다. 따라서, 에칭 챔버에 어닐링 기능 또는 어닐링 챔버를 통합할 필요가 없으며, 상응하게, 별도의 냉각 챔버를 배치할 필요도 없다. 따라서, 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비는 에칭 챔버만 설치하면 되므로, 구조가 간단하고, 공정 경로가 짧고, 비용이 낮고, 생산성이 높으며, 또한 이러한 단일 챔버 구조(에칭 챔버 만을 설치하고, 어닐링 챔버 및 냉각 챔버는 설치할 필요가 없음)는, 후속 공정과의 통합에 보다 유리하다. 즉, 하나의 플랫폼에 후속 공정에 필요한 설비와 통합하기가 더 쉽기 때문에, 사용의 유연성이 강하다.
(2) 본 발명에 의해 제공되는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비는 기상 에칭 공정에 적용되기 때문에, 즉 기상 에칭 공정을 사용하여 피가공물의 표면 상의 SiO2 산화물층을 제거하고, 종래 기술의 플라즈마 에칭을 사용하는 것이 아니기 때문에, 본 발명이 제공하는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비를 사용하여 피가공물 표면의 SiO2 산화물층을 제거하면, 고체 반응 생성물이 생성되지 않는다. 따라서, 반응 생성물은 챔버로부터 쉽게 펌핑되므로, 종래 기술의 고체 반응 생성물이 작은 구멍을 막는 것을 방지함으로써, 작은 구멍의 하부 위치에서 SiO2 층을 용이하게 제거할 뿐만 아니라 SiO2 산화물층의 전체적인 제거 효율을 개선시킨다.
(3) 진일보하게, 본 발명에 의해 제공되는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비를 사용하여 피가공물의 표면 상의 SiO2 산화물층을 제거하는 경우, 고압 공정 조건(예를 들면, 반응 챔버 내의 압력이 30 Torr ~300 Torr)이 요구된다. 따라서, 에칭제가 실리콘 웨이퍼 등과 같은 피가공물의 표면에 쉽게 흡착되어 반응 속도가 빨라지고, 에칭 선택비가 증가될 수 있다.
본 발명의 장치는 기타의 특성 및 장점을 구비한다. 이들 특성 및 장점은 본 명세서 중의 첨부 도면 및 구체적인 실시방식으로부터 자명한 것이거나, 또는 본 명세서 중의 첨부 도면 및 구체적인 실시방식에서 상세히 설명되므로, 이들 첨부 도면 및 구체적인 실시방식은 본 발명의 특성 원리를 해석하는데 사용된다.
첨부 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시방식에 대해 더욱 상세한 설명을 진행하므로, 본 발명의 목적, 특징 및 장점이 더욱 명확해지게 된다. 본 발명의 예시적인 실시방식에서, 동일한 참조 번호는 일반적으로 동일한 구성 요소를 표시한다.
도 1은 자연 산화물층이 구비된 집적 회로 부품의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 구조 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 분사 헤드의 구조 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 라이닝 어셈블리의 구조 개략도이다.
도 5는 본 발명의 방법에 따른 자연 산화물층이 제거된 부품의 개략도이다.
도 1은 자연 산화물층이 구비된 집적 회로 부품의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 구조 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 분사 헤드의 구조 개략도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 라이닝 어셈블리의 구조 개략도이다.
도 5는 본 발명의 방법에 따른 자연 산화물층이 제거된 부품의 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 첨부 도면에는 본 발명의 바람직한 실시방식이 도시되어 있지만, 각종 방식으로 본 발명을 실현할 수 있고, 여기에 설명된 실시방식에 한정되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 이들 실시방식은 본 발명을 더욱 확실하고 완전하게 하고, 본 발명의 범위를 본 분야의 기술자에게 완전하게 전달할 수 있게 하기 위해 제공된다.
실시방식 1:
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기상 에칭 장치의 구조 개략도이다.
본 실시예에서, 기상 에칭 장치는 한정된 공간의 반응 챔버(203)를 형성하는 반응 챔버 본체(201)와; 반응 챔버(203) 내의 하부 영역에 위치하여, 웨이퍼 등의 피가공물을 로딩하는 기좌(209)와; 반응 챔버 본체(201)에 연결되어, 반응 챔버(203)의 내부로 가스 에칭제를 도입하는 흡기 부재(202)와; 반응 챔버 본체(201)에 연결되어, 반응 챔버(203) 내의 압력을 제어하는 압력 제어 어셈블리를 포함한다. 또한, 기상 에칭 장치는 제 1 온도 제어기(208) 및 제 2 온도 제어기(207)를 더 포함한다: 제 1 온도 제어기(208)는 반응 챔버 본체(201)에 연결되어 반응 챔버(203) 내의 온도를 제 1 온도로 제어하며, 제 1 온도 하에서, 반응 챔버(203)의 내벽은 에칭제에 의해 부식되지 않는다. 즉, 제 1 온도는 상기 온도 하에서 반응 챔버(203)가 에칭제에 의해 부식되지 않는 온도이다; 제2 온도 제어기(207)는 기좌(209)에 연결되어, 기좌(209)의 온도를 제2 온도로 제어하며, 제2 온도 하에서, 기좌(209)에 의해 로딩되는 피가공물이 다음 단계의 공정을 직접 진행하기 위한 온도 요구를 충족시킬 수 있다. 즉, 제 2 온도는 기좌(209)에 의해 로딩되는 피가공물이 다음 단계의 공정을 직접 진행하기 위한 온도 요구 조건을 충족시킬 수 있는 온도이다. 여기서, 제 1 온도 제어기(208)는 가스 매질, 액체 매질 또는 고체 매질을 제어하여 열전도, 열복사 및/또는 열대류의 방식으로 반응 챔버(203) 내의 온도를 제 1 온도로 제어하며; 및/또는 제 2 온도 제어기(207)는 가스 매질, 액체 매질 또는 고체 매질을 제어하여 열전도, 열복사 및/또는 열대류의 방식으로 기좌(209) 내의 온도를 제 2 온도로 제어한다.
상기 실시방식에서, 반응 챔버의 온도 및 피가공물을 로딩한 기좌의 온도를 각각 제어함으로써, 이산화 규소가 제거된 피가공물을 냉각할 필요 없이 다음 단계 공정을 진행할 수 있기 때문에, 상기 기상 에칭 장치는 에칭 챔버만 설치하면 되고, 에칭 챔버 내에 어닐링 기능을 통합하거나 또는 어닐링 챔버를 추가 설치할 필요가 없다. 더욱이 별도의 냉각 챔버를 배치할 필요가 없으므로, 이산화 규소를 제거하는 장치가 다수의 챔버를 필요로 하여, 설계가 복잡하고, 비용이 높고, 생산성이 낮은 종래 기술의 문제를 해결한다.
다음은 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 구체적인 구조를 상세히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 하나의 실시예에서, 본 발명의 실시방식에 따른 기상 에칭 장치는, 반응 챔버 본체(201)에 의해 한정되는 공간이 반응 챔버(203)를 형성하고; 피가공물을 놓기 위한 기좌(209)는 반응 챔버(203) 내의 하부 영역에 위치한다. 흡기 부재(202)는 반응 챔버 본체(201)에 연결될 수 있으며, 흡기 부재(202)는 복수의 흡기 덕트를 포함할 수 있으며, 각 흡기 덕트에는 공압 밸브(213)가 설치되어 있다. 공압 밸브(213)가 개방된 상태에서, 가스 에칭제는 흡기 부재(202) 내에서 혼합되어, 흡기 부재(202)를 통해 반응 챔버(203) 내로 진입할 수 있다.
또한, 상기 기상 에칭 장치는 제 1 온도 제어기(208) 및 제 2 온도 제어기(207)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 온도 제어기(208)는 반응 챔버 본체(201)에 연결되어 반응 챔버(203) 내의 온도를 제 1 온도로 제어하며, 제 1 온도 하에서, 반응 챔버(203)의 내벽은 에칭제에 의해 부식되지 않는다; 제2 온도 제어기(207)는 기좌(209)에 연결되어, 기좌(209)의 온도를 제2 온도로 제어하며, 제2 온도 하에서, 기좌(209)에 의해 로딩되는 피가공물은 다음 단계의 공정을 직접 진행하기 위한 온도 요구를 충족시킬 수 있다. 바람직하게, 제 1 온도 제어기(208) 내의 온도 조절 기구는 열교환기에 의해 구현될 수 있고, 제 2 온도 제어기(207) 내의 온도 조절 기구는 냉각기에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 반응 챔버(203) 내의 온도를 제어하고 기좌(209)의 온도를 제어할 수 있는 임의의 온도 제어 및 조절 방법이 사용될 수 있음을 본 분야의 기술자는 이해할 것이다.
하나의 실시예에서, 제 1 온도는 50 ℃~ 90 ℃일 수 있고; 제 2 온도는 20 ℃~ 60 ℃일 수 있다. 바람직하게, 제 1 온도는 70 ℃이고, 제 2 온도는 40 ℃이다. 따라서, 반응 챔버(203) 내의 온도가 높기 때문에, 반응 챔버의 내벽이 에칭제에 의해 부식되는 것을 방지하고; 기좌(209)의 온도가 낮기 때문에, 에칭제가 기좌(209)에 의해 로딩된 피가공물 상의 이산화 규소와 낮은 온도에서 반응하게 되므로, 어닐링 챔버 및 냉각 챔버를 배치할 필요가 없어, 비용을 절감 할뿐만 아니라, 공정 경로를 단축하고, 생산성을 제고한다.
하나의 실시예에서, 본 발명의 실시방식에 따른 기상 에칭 장치에서, 압력 제어 어셈블리는 반응 챔버 본체(201)에 연결되어, 반응 챔버(203) 내의 압력을 제어할 수 있다.
하나의 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 압력 제어 어셈블리는 기상 에칭의 에칭 선택비를 제고하기 위해, 반응 챔버(203) 내의 압력을 30 Torr ~ 300 Torr로 조절하는 압력 제어기(206)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 반응 챔버(203) 내의 압력은 200 Torr 일 수 있다. 따라서, 반응 챔버(203) 내의 압력을 조정함으로써, 에칭제는 고압 하에서 반응하게 되어, 에칭 선택비 및 공정 효율을 향상시킨다.
하나의 실시예에서, 압력 제어 어셈블리는 건식 펌프(205) 및 분자 펌프(204)를 더 포함할 수 있다. 그 중에서, 건식 펌프(205)는 반응 챔버(203) 내의 습도를 조절하는데 사용되며; 분자 펌프(204)는 공정 종료 후에 반응 챔버(203)로부터 반응된 부산물을 추출하는데 사용된다. 압력 제어기(206), 건식 펌프(205) 및 분자 펌프(204)는 진공 시스템을 구성할 수 있으며, 공정 중에, 압력 제어기(206)를 통해 반응 챔버(203) 내의 압력을 조절하고, 건식 펌프(205)를 통해 반응 챔버(203)의 습도를 제어한다; 공정이 완료된 후에, 피가공물의 후속 이송을 준비하기 위해, 분자 펌프(204)를 통해 펌핑한다(예를 들면, 반응된 부산물을 추출).
도 3은 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 분사 헤드의 구조를 나타내는 도면이다.
하나의 실시예에서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시방식에 따른 기상 에칭 장치는 분사 헤드(210)를 더 포함한다. 분사 헤드(210)는 반응 챔버(203)의 상부 영역에 위치하고 흡기 부재(202)와 연결된다. 그 중에서, 분사 헤드(210)는 상부판(211) 및 하부판(212)을 포함하는 2 층 구조를 가질 수 있다. 흡기 부재(202)로부터 반응 챔버(203)로 진입되는 에칭제는 분사 헤드(210)의 상부판(211) 및 하부판(212)을 통과하여 반응 챔버(203)로 진입하며, 상부판(212)의 구멍은 하부판(212)의 구멍보다 클 수 있다.
예를 들면, 가스 에칭제는 먼저 상부판(211)의 상방으로 진입하여, 하방으로 유동할 때, 상부판(211)에 의해 차단되어 유동 방향이 변경된다. 즉, 수직 방향의 하방 유동을 수평 방향의 유동으로 변경하여, 상기 상부판(211)을 통해 가스 에칭제의 초기 균일 유동을 구현한다. 즉, 상부판(211)의 에지 영역의 가스 에칭제 및 상부판(211)의 중앙 영역의 가스 에칭제는 수평 방향의 확산 유동을 통해 초기 균일 상태에 도달한다; 그런 다음, 가스 에칭제는 상부판(211)을 통과하여 하부판(212)의 상방에 진입하고, 하부판(212)에 의해 차단 된 후에, 가스 에칭제는 하부판(212)의 상방에서 수평 방향의 확산 유동을 계속 진행하여, 진일보하게 균일 유동하고, 또한 상부판(211)의 구멍이 하부판(212)의 구멍보다 크기 때문에, 가스 에칭제가 분사 헤드(210)에 신속하게 진입하고, 분사 헤드(210)에 의해 천천히 배출될 수 있어, 분사 헤드(210) 내에서 가스 에칭제의 충분한 확산과 균일한 유동을 용이하게 하고, 또한 가스 에칭제가 높은 압력에서 하부판(212)을 통과할 수 있게 하여, 반응 챔버(203) 내의 고압 공정 요건을 달성한다. 하부판(212)의 구멍은 1mm 미만일 수 있다. 예를 들면, 하부판(212)의 구멍은 0.5mm 일 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 라이닝 어셈블리의 구조 개략도이다.
하나의 실시예에서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시방식에 따른 기상 에칭 장치는 라이닝 어셈블리를 더 포함할 수 있으며, 라이닝 어셈블리는 반응 챔버 본체(201)의 내부 공간 내(즉, 반응 챔버(203) 내)에 위치하고, 반응 챔버 본체(201)의 측벽을 덮는다. 그 중에서, 라이닝 어셈블리는 제 1 라이너(401) 및 제 2 라이너(402)를 포함할 수 있으며, 반응된 부산물은 기좌(209)와 제 1 라이너(401) 사이의 갭 (A), 제 1 라이너(401)와 제 2 라이너 사이의 갭 (B) 및 제 2 라이너(402)와 반응 챔버 사이의 갭을 순차적으로 경유하여 상기 압력 제어 어셈블리의 분자 펌프(204)로 진입한다.
반응 챔버(203) 내의 라이너 구조는 반응 가스가 반응 챔버(203)에 대해 부식을 유발하여, 입자를 생성하는 것을 방지할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 가스는 분사 헤드(210)의 상부판(211) 및 하부판(212)을 통과하고, 기좌(209)와 제 1 라이너(401) 사이의 갭(A), 제 1 라이너(401)와 제 2 라이너(402)의 사이의 갭(B) 및 제 2 라이너(402)와 반응 챔버 본체(201)의 측벽 사이의 갭을 통해 진공 시스템(압력 제어 어셈블리)으로 진입되어, 반응 챔버 본체(201)의 측벽과 연결된 분자 펌프(204)에 의해 펌핑된다. 고압 공정을 만족시키기 위해, 기좌(209)와 제 1 라이너(401) 사이의 갭(A)은 2mm보다 작아야 하고, 제 1 라이너(401)와 제 2 라이너(402) 사이의 갭(B)은 2mm 보다 작아야 하고, A<B이어야 한다. 예를 들면, A = 1.5㎜, B = 2㎜로 설정함으로써, 기좌(209) 하방으로 가스 에칭제의 진입이 감소되어, 가스 에칭제의 이용 효율을 보장한다.
하나의 실시예에서, 흡기 부재는 탈수된 불화 수소 가스 및 탈수된 알콜 가스를 반응 챔버로 도입시킬 수 있으며, 상기 탈수된 불화 수소 가스 및 탈수된 알콜 가스는 혼합되어 에칭제를 생성하여, 피가공물 상의 이산화 규소를 제거한다.
하나의 실시예에서, 에칭제는 예를 들면 탈수된 HF를 메탄올 (CH3OH)과 혼합하여 생성할 수 있다. 구체적으로, 메탄올(CH3OH)을 사용하는 경우, 본 발명에 따른 기상 에칭 장치의 반응식은 다음과 같이 표시될 수 있다:
HF+CH3OH→HF2 -+CH3OH2 + (1)
HF2 -+CH3OH2 ++SiO2→SiF4+CH3OH+H2O (2)
탈수된 HF 가스와 탈수된 CH3OH 가스가 혼합되어 가스 에칭제인 HF2 - 및 CH3OH2 +를 생성한 다음, HF2 - 및 CH3OH2 + 에칭액을 혼합하고 SiO2와 반응시켜 SiF4, CH3OH 및 H2O를 생성한다.
예를 들면, 공정 중에, 피가공물은 이송 챔버로부터 반응 챔버(203)로 이송되고, 제 2 온도 제어기(207)는 기좌(209)의 온도를 제어하여, 피가공물의 온도를 20 ℃~ 60 ℃로 제어하고, 제 1 온도 제어기(208)는 반응 챔버(203)와 같은 구성 요소의 온도를 50 ℃ ~ 90 ℃ 로 제어한다. 반응 챔버(203) 및 피가공물의 온도가 모두 안정된 후, 기좌(209)는 공정 위치로 상승되고, CH3OH 및 HF 공정 가스를 도입하여(탈수된 CH3OH 및 HF가 혼합되어 가스 에칭제인 HF2 - 및 CH3OH2 +를 생성)공정을 수행한다. 공정 동안, 압력 제어기(206)는 반응 챔버(203) 내의 압력을 30 Torr ~ 300 Torr로 제어 할 수 있다. 바람직하게, 반응 챔버(203) 내의 압력은 200 Torr이고, 반응 챔버(203) 내의 온도는 70 ℃ 이고, 기좌(209)의 온도는 40 ℃이다.
하나의 실시예에서, 불화 수소 가스의 유량은 100sccm ~ 500sccm 일 수 있고, 알콜 가스의 유량은 100sccm ~ 1000sccm 일 수 있다. 더욱 바람직하게, 불화 수소 가스의 유량은 150sccm ~ 225sccm이고, 알콜 가스의 유량은 200sccm ~ 450sccm이다.
하나의 실시예에서, 불화 수소 가스와 알콜 가스의 유량비는 0.8 ~ 1.2 : 1 일 수 있다. 더욱 바람직하게, 불화 수소 가스와 알콜 가스의 유량비는 1 : 1이다.
하나의 실시예에서, 알콜 가스는 C1-C8 일가 알콜 가스 중 하나 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 알콜 가스는 메탄올, 에탄올 및 이소 프로필 알콜 중 하나 이상이다.
도 5는 본 발명의 기상 에칭 장치를 이용하여 이산화 규소의 자연 산화막이 제거된 부품의 개략도이다. 종래 기술과 비교하여, 본 발명의 실시방식에 따른 기상 에칭 장치가 자연 산화된 SiO2 층을 제거할 때, 반응 생성물은 고체가 아니므로, 펌핑될 수 있다. 따라서, 상기 공정은 더 이상 어닐링 처리가 필요 없으므로, 어닐링 공정이 생략된다: 또한, 반응 생성물이 고체가 아니기 때문에, 종래 기술에서 고체 반응 생성물이 작은 구멍을 막는 문제를 방지할 수 있어, 작은 구멍의 하부 위치에서 SiO2 층의 제거를 용이하게 하고, 이에 따라, SiO2 자연 산화물층의 제거 효율이 향상된다. 또한, 반응 온도가 낮기 때문에(일반적으로 ≤40 ℃이하), SiO2가 제거된 후에는 냉각이 필요없이 피가공물에 대해 직접 후속 처리를 진행할 수 있기 때문에, 기상 에칭 장치에 어닐링 기능이나 어닐링 챔버를 통합할 필요가 없고, 더욱이 별도의 냉각 챔버를 배치할 필요도 없다. 따라서, 구조가 간단할 뿐만 아니라, 공정 경로가 짧고, 비용이 낮고, 생산성이 높으며, 또한 이러한 단일 챔버 구조(에칭 챔버 만을 설치하고, 어닐링 챔버 및 냉각 챔버는 설치할 필요가 없음)는, 후속 공정과의 통합에 보다 유리하다. 즉, 하나의 플랫폼에 후속 공정에 필요한 설비와 통합하기가 더 쉽기 때문에, 사용의 유연성이 강하다.
CH3OH는 흡수성이 있어, 피가공물의 표면 상의 H2O의 잔류물을 더욱 감소시킨다. 또한, 공정 압력이 높아 반응 가스가 피가공물의 표면에 흡착되어 SiO2와 반응하기 쉬워지므로, 피가공물 표면의 SiO2의 제거율 및 제거 균일성이 크게 향상된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 또한 기상 에칭 설비를 제공하며, 상기 설비는 반응 장치 및 이송 장치를 포함한다. 그 중, 반응 장치는 본 발명의 상기 실시예에 의해 제공되는 기상 에칭 장치를 사용할 수 있으며, 이송 장치는 상기 반응 장치와 서로 연결되어, 웨이퍼 등과 같은 피가공물이 이송 장치와 반응 장치 사이에서 이송되게 할 수 있다.
본 발명에 따른 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비의 장점은 다음과 같다.
(1) 본 발명에 의해 제공되는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비에서, 반응 챔버에 대응하여 제 1 온도 제어기를 설치하고, 기좌에 대응하여 제 2 온도 제어기를 설치하여, 양자의 온도에 대한 별도의 제어를 구현함으로써, 반응 챔버 내의 온도를 상기 내벽이 에칭되지 않는 제 1 온도로 유지하면서, 기좌의 온도를 제2 온도로 제어할 수 있으며, 그 중, 제 2 온도는 제 1 온도보다 낮다. 따라서, 기좌에 의해 로딩되는 피가공물은 SiO2의 표면 산화물 제거와 같은 에칭 공정이 진행된 후, 피가공물의 온도가 다음 공정을 직접 수행하기 위한 온도 요건을 충족시킬 수 있어, 냉각을 다시 진행할 필요가 없다. 따라서, 에칭 챔버에 어닐링 기능 또는 어닐링 챔버를 통합할 필요가 없으며, 상응하게, 별도의 냉각 챔버를 배치할 필요도 없다. 따라서, 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비는 에칭 챔버만 설치하면 되므로, 구조가 간단하고, 공정 경로가 짧고, 비용이 낮고, 생산성이 높으며, 또한 이러한 단일 챔버 구조(에칭 챔버 만을 설치하고, 어닐링 챔버 및 냉각 챔버는 설치할 필요가 없음)는, 후속 공정과의 통합에 보다 유리하다. 즉, 하나의 플랫폼에 후속 공정에 필요한 설비와 통합하기가 더 쉽기 때문에, 사용의 유연성이 강하다.
(2) 본 발명에 의해 제공되는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비는 기상 에칭 공정에 적용되기 때문에, 즉 기상 에칭 공정을 사용하여 피가공물의 표면 상의 SiO2 산화물층을 제거하고, 종래 기술의 플라즈마 에칭을 사용하는 것이 아니기 때문에, 본 발명이 제공하는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비를 사용하여 피가공물 표면의 SiO2 산화물층을 제거하면, 고체 반응 생성물이 생성되지 않는다. 따라서, 반응 생성물은 챔버로부터 쉽게 펌핑되므로, 종래 기술의 고체 반응 생성물이 작은 구멍을 막는 것을 방지함으로써, 작은 구멍의 하부 위치에서 SiO2 층을 용이하게 제거할 뿐만 아니라 SiO2 산화물층의 전체적인 제거 효율을 개선시킨다.
(3) 진일보하게, 본 발명에 의해 제공되는 기상 에칭 장치 및 기상 에칭 설비를 사용하여 피가공물의 표면 상의 SiO2 산화물층을 제거하는 경우, 고압 공정 조건(예를 들면, 반응 챔버 내의 압력이 30 Torr ~300 Torr)이 요구된다. 따라서, 에칭제가 실리콘 웨이퍼 등과 같은 피가공물의 표면에 쉽게 흡착되어 반응 속도가 빨라지고, 에칭 선택비가 증가될 수 있다.
본 발명의 실시방식에 대한 상기 설명은 본 발명의 실시방식의 유익한 효과를 단지 예시적으로 설명하기 위한 목적이며, 본 발명의 실시방식에 대해 어떠한 제한을 하고자 하는 것이 아니라는 것을 본 발명 분야의 기술자는 이해해야 한다.
이상, 본 발명의 실시방식에 대해서 설명 하였지만, 상기 설명은 예시적인 것이며, 공개한 실시방식에 한정되는 것은 아니다. 설명된 실시방식의 범위 및 정신을 벗어나지 않는 상황 하에서, 본 분야의 기술자에게 있어서 다양한 수정 및 변경은 자명한 것이다. 본 명세서에서 사용된 용어의 선택은 다양한 실시방식의 원리, 실제 응용 또는 시장의 기술에 대한 개량을 가장 잘 설명하거나 본 기술 분야의 기술자가 본 명세서에 개시된 다양한 실시방식을 이해할 수 있도록 하기 위한 것이다.
Claims (10)
- 한정된 공간의 반응 챔버를 형성하는 반응 챔버 본체;
상기 반응 챔버 내부에 위치하여, 피가공물을 로딩하는 기좌;
상기 반응 챔버 본체에 연결되어, 상기 반응 챔버의 내부로 에칭제를 도입하는 흡기 부재; 및
상기 반응 챔버 본체와 연결되어, 상기 반응 챔버 내의 압력을 제어하는 압력 제어 어셈블리를 포함하는 기상 에칭 장치에 있어서,
상기 장치는:
상기 반응 챔버 본체에 연결되어, 상기 반응 챔버 내의 온도를 제 1 온도로 제어하며, 상기 제 1 온도는 그 온도 하에서 상기 반응 챔버가 상기 에칭제에 의해 부식되지 않는 온도인, 제 1 온도 제어기;
상기 기좌에 연결되어, 상기 기좌의 온도를 제 2 온도로 제어하며, 상기 제 2 온도는 그 온도 하에서 상기 기좌에 의해 로딩되는 피가공물이 다음 단계의 공정을 직접 진행하기 위한 온도 요구 조건을 충족시킬 수 있는 온도인, 제 2 온도 제어기; 및
상기 반응 챔버 본체의 내부 공간 내에 위치하고, 상기 반응 챔버 본체의 측벽을 덮는 라이닝 어셈블리
를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 압력 제어 어셈블리는 상기 반응 챔버의 측벽과 연결된 분자 펌프를 포함하고,
상기 라이닝 어셈블리는 제 1 라이너 및 제 2 라이너를 포함하고,
반응된 부산물은, 상기 분자 펌프의 펌핑에 의해, 적어도 상기 기좌와 상기 제 1 라이너 사이의 갭, 및 상기 제 1 라이너와 상기 제 2 라이너 사이의 갭을 순차적으로 경유하여 상기 압력 제어 어셈블리로 진입하고,
상기 기좌와 상기 제 1 라이너 사이의 갭은 상기 제 1 라이너와 상기 제 2 라이너 사이의 갭보다 작은 것을 특징으로 하는 기상 에칭 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 온도 제어기는 가스 매질, 액체 매질 또는 고체 매질을 제어하여 열전도, 열복사 및/또는 열대류의 방식으로 상기 반응 챔버 내의 온도를 상기 제 1 온도로 제어하며; 및/또는,
상기 제 2 온도 제어기는 가스 매질, 액체 매질 또는 고체 매질을 제어하여 열전도, 열복사 및/또는 열대류의 방식으로 상기 기좌의 온도를 상기 제 2 온도로 제어하는 것을 특징으로 하는 기상 에칭 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제 1 온도는 50 ℃~ 90 ℃ 인 것을 특징으로 하는 기상 에칭 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제 2 온도는 20 ℃~ 60 ℃인 것을 특징으로 하는 기상 에칭 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 압력 제어 어셈블리는 에칭 선택비를 제고하기 위해 상기 반응 챔버 내의 압력을 30 Torr ~ 300 Torr로 제어하는 압력 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상 에칭 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 장치는 상기 반응 챔버 내의 상부 영역에 위치하고 상기 흡기 부재와 연결되는 분사 헤드를 더 포함하며,
상기 분사 헤드는 상부판 및 하부판을 포함하고, 상기 에칭제는 상기 분사 헤드의 상부판 및 하부판을 통과하여 상기 반응 챔버로 진입하며,
상기 상부판의 구멍은 상기 하부판의 구멍보다 큰 것을 특징으로 하는 기상 에칭 장치. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 흡기 부재는 탈수된 불화 수소 가스 및 탈수된 알콜 가스를 상기 반응 챔버 내로 도입시키며;
상기 탈수된 불화 수소 가스 및 탈수된 알콜 가스는 혼합되어, 상기 피가공물 상의 이산화 규소를 제거하는 것을 특징으로 하는 기상 에칭 장치. - 이송 장치 및 청구항 1 내지 6 및 청구항 9 중의 어느 한 항의 기상 에칭 장치를 포함하며,
상기 이송 장치는 상기 기상 에칭 장치와 서로 연결되어, 피가공물이 상기 이송 장치와 상기 기상 에칭 장치 사이에서 이송되게 하는 것을 특징으로 기상 에칭 설비.
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