KR102326012B1 - 박막 식각 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 상에 형성된 실리콘 질화물을 포함하는 박막을 식각하는 방법과 장치가 개시된다. 상기 기판 상에는 인산과 물을 포함하는 식각액이 식각액 공급부에 의해 공급되며 상기 식각액으로 이루어진 액막이 상기 기판 상에 형성된다. 상기 박막은 상기 식각액과의 반응에 의해 제거되며, 상기 박막이 제거되는 동안 두께 측정부에 의해 상기 액막의 두께 변화가 측정된다. 공정 제어부는 상기 액막의 두께 변화에 기초하여 인산과 물의 농도 변화를 산출하며, 물 공급부는 상기 인산과 물의 농도 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 물을 공급한다. 상기와 같이 인산과 물의 농도가 상기 물 공급부에 의해 일정하게 유지될 수 있으므로 상기 박막의 식각이 균일하게 이루어질 수 있다.

Description

박막 식각 방법 및 장치{THIN FILM ETCHING METHOD AND APPARATUS}
본 발명 실시예들은 박막 식각 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 상에 형성된 박막을 식각하여 제거하기 위한 박막 식각 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자들은 기판으로서 사용되는 실리콘 웨이퍼에 대하여 일련의 제조 공정들을 반복적으로 수행함으로써 제조될 수 있다. 예를 들면, 기판 상에 박막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 박막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 박막을 패터닝하거나 제거하기 위한 식각 공정, 등이 수행될 수 있다.
상기 식각 공정은 건식 식각 공정과 습식 식각 공정으로 구분될 수 있으며, 상기 습식 식각 공정은 기판을 한 장씩 처리하는 매엽식과 복수의 기판들을 동시에 처리하는 배치식으로 구분될 수 있다. 상기 매엽식 식각 장치는 기판을 회전시키면서 상기 기판 상에 식각액을 공급하여 상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응을 통해 상기 박막을 제거하며 상기 반응에 의해 생성된 반응 부산물과 나머지 식각액은 상기 기판의 회전에 의해 상기 기판으로부터 제거될 수 있다.
예를 들면, 상기 기판 상에 형성된 실리콘 질화막의 경우 인산과 물을 포함하는 식각액을 이용하여 상기 실리콘 질화막을 제거할 수 있다. 이때, 상기 실리콘 질화막과 상기 식각액 사이의 반응 속도를 증가시키기 위하여 상기 식각액을 가열한 후 상기 기판의 중심 부위 상으로 공급할 수 있다. 상기 식각액은 상기 기판의 회전에 의해 상기 기판의 중심 부위로부터 가장자리 부위로 확산될 수 있으며, 상기 반응 부산물과 상기 식각액은 원심력에 의해 상기 기판으로부터 제거될 수 있다. 그러나, 상기와 같은 매엽식 식각 공정의 경우 상대적으로 많은 양의 식각액이 요구되며 아울러 상기 식각액의 사용 효율이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예들은 식각액의 사용량을 줄일 수 있는 박막 식각 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 박막 식각 방법은, 기판 상에 형성된 실리콘 질화물을 포함하는 박막을 식각하기 위하여 상기 기판 상에 인산과 물을 포함하는 식각액을 공급하여 상기 식각액의 표면 장력에 의해 유지되는 액막을 상기 기판 상에 형성하는 단계와, 상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응을 이용하여 상기 박막을 식각하는 단계와, 상기 박막을 식각하는 동안 상기 액막의 두께를 측정하여 상기 액막의 두께 변화를 검출하는 단계와, 상기 액막의 두께 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도 변화를 산출하는 단계와, 상기 인산과 물의 농도 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 물을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 방법은, 상기 물의 공급 단계 이후 상기 액막의 두께를 2차 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 방법은, 상기 2차 측정된 상기 액막의 두께가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 상기 식각액을 2차 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 기판은 상기 액막이 유지되는 범위 내에서 저속으로 회전될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 방법은, 상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 식각액은 상기 가열된 기판 상으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 방법은, 상기 물을 공급하기 이전에 상기 기판을 상기 물의 끓는점보다 낮은 온도로 냉각시키는 단계와, 상기 물의 공급 이후 상기 기판을 상기 기 설정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 식각액은 기 설정된 온도로 가열된 후 상기 기판 상으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 방법은, 상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응에 의해 생성되는 반응 부산물과 잔여 식각액을 제거하기 위하여 상기 기판 상으로 물을 공급하는 단계와, 상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액 및 상기 물을 상기 기판으로부터 제거하기 위하여 상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 박막 식각 장치는, 기판 상에 형성된 실리콘 질화물을 포함하는 박막을 식각하기 위하여 상기 기판 상에 인산과 물을 포함하는 식각액을 공급하여 상기 식각액의 표면 장력에 의해 유지되는 액막을 상기 기판 상에 형성하기 위한 식각액 공급부와, 상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응을 이용하여 상기 박막을 식각하는 동안 상기 액막의 두께를 측정하여 상기 액막의 두께 변화를 검출하는 두께 측정부와, 상기 액막의 두께 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도 변화를 산출하는 공정 제어부와, 상기 인산과 물의 농도 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 물을 공급하는 물 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 두께 측정부는 상기 물의 공급 이후 상기 액막의 두께를 2차 측정하며, 상기 식각액 공급부는 상기 액막의 두께가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 상기 식각액을 2차 공급할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 장치는, 상기 액막이 유지되는 범위 내에서 상기 기판을 제1 속도로 회전시키기 위한 회전 구동부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 물 공급부는 상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응에 의해 생성되는 반응 부산물과 잔여 식각액을 제거하기 위하여 상기 기판 상으로 물을 공급하며, 상기 회전 구동부는 상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액 및 상기 물이 상기 기판으로부터 제거되도록 상기 기판을 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 장치는, 상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액 및 상기 물을 회수하기 위하여 상기 기판을 감싸도록 배치되는 보울(bowl) 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 두께 측정부는, 상기 보울 유닛의 제1 외측에 배치되는 발광부와, 상기 기판을 중심으로 상기 보울 유닛의 제2 외측에 배치되는 수광부를 포함하며, 상기 보울 유닛은 상기 발광부로부터 조사된 광이 상기 수광부에 도달되도록 석영 윈도우들을 구비할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 장치는, 상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하기 위한 히터를 더 포함하며, 상기 식각액은 상기 히터에 의해 가열된 상기 기판 상으로 공급될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 따르면, 상기 박막 식각 장치는, 상기 물을 공급하기 이전에 상기 기판을 상기 물의 끓는점보다 낮은 온도로 냉각시키기 위한 기판 냉각부를 더 포함하며, 상기 히터는 상기 물의 공급 이후 상기 기판을 상기 기 설정된 온도로 가열할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 박막과 상기 식각액의 반응에 의해 상기 인산과 상기 물의 농도가 변화되는 경우 즉 상기 물의 농도가 낮아지는 경우 상기 기판 상으로 물을 보충하여 상기 인산과 물의 농도를 기 설정된 값으로 유지시킬 수 있으며, 또한 상기 액막의 두께를 일정하게 유지하기 위하여 상기 식각액을 상기 기판 상에 보충할 수 있다. 결과적으로, 상기 박막에 대한 식각 공정이 퍼들 방식으로 수행되므로 상기 식각액의 사용량을 크게 감소시킬 수 있으며, 아울러 상기 식각 공정이 진행되는 동안 상기 인산과 물의 농도 및 상기 액막의 두께를 기 설정된 수준으로 일정하게 유지할 수 있으므로 상기 박막에 대한 식각 균일도가 크게 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 식각액 공급부 및 물 공급부를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시된 박막 식각 장치를 이용하는 박막 식각 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
본 발명의 실시예들에서 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들이 이들 사이에 개재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접 배치되거나 연결되는 것으로 설명되는 경우 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화는 충분히 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차를 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 요소들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상은 요소들의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 식각액 공급부 및 물 공급부를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 식각 장치(100)는 반도체 제조 공정에서 실리콘 웨이퍼와 같은 기판(10) 상에 형성된 박막(12)을 제거하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 기판(10) 상에는 실리콘 질화물(Si3N4)을 포함하는 박막(12)이 형성될 수 있으며, 상기 박막 식각 장치(100)는 인산(H3PO4)과 물(H2O)을 포함하는 식각액(20)을 상기 기판(10) 상에 공급하고 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 식각 반응을 이용하여 상기 박막(12)을 제거할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 박막 식각 장치(100)는 상기 박막(12)의 제거를 위한 식각 공정이 수행되는 공정 챔버(102)를 포함할 수 있으며, 상기 공정 챔버(102) 내에는 상기 기판을 지지하기 위한 서포트 유닛(110)과 상기 서포트 유닛(110)을 회전시키기 위한 회전 구동부(120)가 배치될 수 있다.
일 예로서, 상기 서포트 유닛(110)은 대략 원형 판 형태를 갖는 서포트 헤드(112)와, 상기 서포트 헤드(112) 상에 배치되어 상기 기판(10)의 가장자리 부위들을 지지하기 위한 서포트 핀들(114)을 포함할 수 있다. 상기 서포트 핀들(114)은 상기 기판(10)의 가장자리 부위들을 지지하기 위하여 원형 링 형태로 배치될 수 있으며, 상기 서포트 핀들(114)의 상부에는 상기 기판(10)이 회전하는 동안 상기 기판(10)의 측면 부위들을 지지하기 위한 서포트 부재들(116)이 각각 구비될 수 있다. 상기 회전 구동부(120)는 상기 서포트 헤드(112)의 하부에 배치되며 회전력 제공을 위한 모터를 포함하는 구동 유닛(122)과, 상기 구동 유닛(122)과 상기 서포트 헤드(112) 사이를 연결하는 구동축(124)을 포함할 수 있다.
상기 박막 식각 장치(100)는 상기 박막(12)을 식각하기 위하여 상기 기판(10) 상에 식각액(20)을 공급하는 식각액 공급부(130)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 식각액 공급부(130)는 상기 식각액(20)을 상기 기판(10)의 중심 부위 상에 공급하는 식각액 공급 노즐(132)과, 상기 식각액 공급 노즐(132)을 수평 방향으로 이동시키기 위한 노즐 구동 유닛(134)과, 상기 식각액(20)을 기 설정된 온도로 가열하기 위한 식각액 가열 유닛(136)을 포함할 수 있다.
한편, 실리콘 질화물을 포함하는 상기 박막(12)은 인산과 물을 포함하는 상기 식각액(20)과의 화학적인 반응에 의해 제거될 수 있다. 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 반응식은 다음과 같다.
3Si3N4 + 4H3PO4 + 27H2O → 4(NH4)3PO4 + 9H2SiO3
상기와 같은 화학 반응은 상기 식각액(20)의 온도에 의해 반응 속도가 증가될 수 있으며, 상기 박막(12)의 식각 속도를 증가시키기 위해 상기 식각액 가열 유닛(136)은 상기 식각액(20)의 끓는 점 이하의 온도, 예를 들면, 약 150℃ 정도로 상기 식각액(20)을 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 박막(12)에 대한 식각 공정은 상기 식각액(20)의 사용량을 감소시키기 위하여 퍼들(puddle) 방식으로 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 식각액 공급부(130)는 상기 기판(10)의 중심 부위 상에 기 설정된 양의 상기 식각액(20)을 공급할 수 있으며, 상기 회전 구동부(120)는 상기 식각액(20)이 상기 기판(10)의 상부면 상에서 전체적으로 확산되어 소정 두께의 액막을 형성하도록 상기 기판(10)을 저속으로 회전시킬 수 있다. 즉, 상기 기판(10) 상에 공급된 상기 식각액(20)은 원심력에 의해 상기 기판(10)의 중심 부위로부터 가장자리 부위로 확산될 수 있으며, 상기 식각액(20)이 상기 기판(10)의 가장자리 부위까지 충분히 확산된 후 상기 식각액(20)의 표면 장력에 의해 상기 액막이 소정 두께로 형성될 수 있다. 상기와 같이 액막이 형성된 후 상기 박막(12)에 대한 식각 공정은 상기 식각액(20)에 의해 기 설정된 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 박막 식각 장치(100)는 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 반응을 이용하여 상기 박막(12)을 식각하는 동안 상기 액막의 두께를 측정하여 상기 액막의 두께 변화를 검출하는 두께 측정부(150)를 포함할 수 있다. 일 예로서, 상기 두께 측정부(150)는 상기 기판(10)의 상부에 배치될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 기판(10) 상으로 광을 조사하는 발광부와 상기 액막에 의해 굴절된 후 상기 기판(10)으로부터 반사되는 광을 수광하기 위한 수광부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 실리콘 질화물과 인산 및 물의 반응에 의해 탈수 현상 즉 상기 인산과 비교하여 상기 물의 소모량이 상대적으로 많기 때문에 상기 식각 반응이 진행됨에 따라 상기 인산과 물의 농도가 변화될 수 있다. 상기 인산과 물의 농도 변화는 상기 액막의 두께 변화로부터 산출될 수 있으며, 도시되지는 않았으나, 상기 박막 식각 장치(100)는 상기 인산과 물의 농도 변화를 산출하는 공정 제어부(미도시)를 포함할 수 있으며, 또한 상기 인산과 물의 농도 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 물, 예를 들면, 탈이온수를 공급하는 물 공급부(140)를 포함할 수 있다. 즉, 상기 공정 제어부는 상기 산출된 인산과 물의 농도에 기초하여 상기 물 공급부(140)의 동작을 제어할 수 있으며, 이를 통해 상기 기판(10) 상의 인산과 물의 농도가 상기 기 설정된 값으로 일정하게 유지될 수 있다.
일 예로서, 상기 물 공급부(140)는 상기 물을 상기 기판(10)의 중심 부위 상에 공급하는 물 공급 노즐(142)과, 상기 물 공급 노즐(142)을 수평 방향으로 이동시키기 위한 제2 노즐 구동 유닛(144; 도 2 참조)과, 상기 물을 기 설정된 온도로 가열하기 위한 물 가열 유닛(146)을 포함할 수 있다.
상기 노즐 구동 유닛(134)은 노즐 암(138)을 통해 상기 식각액 공급 노즐(132)과 연결될 수 있으며, 상기 식각액 공급 노즐(132)이 상기 기판(10)의 중심 부위 상부에 위치되도록 상기 노즐 암(138)을 회전시키고, 상기 기판(10) 상에 상기 식각액(20)이 공급된 후 상기 식각액 공급 노즐(132)이 상기 기판(10)으로부터 이격되도록 상기 노즐 암(138)을 회전시킬 수 있다. 상기 제2 노즐 구동 유닛(144)은 제2 노즐 암(148)을 통해 상기 물 공급 노즐(142)과 연결될 수 있으며 상기 식각액이 공급된 후 상기 물 공급 노즐(142)이 상기 기판(10)의 중심 부위 상부에 위치되도록 상기 제2 노즐 암(148)을 회전시킬 수 있다. 또한, 상기 제2 노즐 구동 유닛(144)은 후속하는 식각액(20)의 공급 단계를 위해 상기 물 공급 노즐(142)을 상기 기판(10)으로부터 이격되도록 상기 제2 노즐 암(148)을 회전시킬 수 있다.
상기 박막 식각 장치(100)는 상기 기판(10)을 기 설정된 온도로 가열하기 위한 히터(160)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 히터(160)는 상기 서포트 헤드(112) 내에 배치되는 복수의 적외선 램프들(162)을 포함할 수 있으며, 상기 서포트 헤드(112)에는 상기 적외선 램프들(162)로부터 조사된 적외선 광을 상기 기판(10)의 하부면으로 전달하기 위한 석영 윈도우들(164)이 구비될 수 있다. 일 예로서, 상기 히터(160)는 상기 박막(12)의 식각 속도를 향상시키기 위하여 상기 기판(10)을 약 100℃ 이상의 온도로 가열할 수 있으며, 상기 식각액 가열 유닛(136)에 의해 가열된 식각액(20)은 상기 히터(160)에 의해 가열된 상기 기판(10) 상으로 공급될 수 있다.
한편, 상기 인산과 물의 농도를 조절하기 위하여 상기 물을 상기 기판(10) 상으로 공급하는 경우, 상기 기판(10)의 온도가 상기 물의 끓는점 이상인 경우 상기 물이 공급되는 동안 상기 물이 증발될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 물의 증발을 방지하기 위하여, 상기 기판(10)을 물의 끓는 점, 즉, 100℃ 미만의 온도, 예를 들면, 약 90 내지 약 99℃ 정도의 온도로 냉각시키기 위한 기판 냉각부(170)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기판 냉각부(170)는 상기 서포트 헤드(112) 상에 배치되어 상기 기판(10)의 하부면 상으로 냉각 가스, 일 예로서, 드라이 에어를 분사하기 위한 가스 분사 노즐들을 포함할 수 있다. 아울러, 상기 물 가열 유닛(146)은 상기 기판(10) 상으로 공급되는 물을 상기 기판(10)과 동일한 온도 즉 100℃ 미만의 온도, 예를 들면, 약 90 내지 약 99℃ 정도의 온도로 가열할 수 있으며, 상기 히터(160)는 상기 물이 공급된 후 상기 기판(10)을 상기 기 설정된 온도로 다시 가열할 수 있다. 한편, 상기 기판(10)의 상부에는 상기 기판(10)의 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(156), 예를 들면, 열화상 카메라가 배치될 수 있다.
또한, 상기 두께 측정부(150)는 상기 물의 공급 이후 상기 액막의 두께를 2차 측정할 수 있으며, 상기 식각액 공급부(130)는 상기 액막의 두께가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판(10) 상에 상기 식각액(20)을 2차 공급할 수 있다. 결과적으로, 상기 기판(10) 상의 액막은 상기 물의 공급과 상기 식각액(20)의 2차 공급에 의해 일정한 농도와 일정한 두께로 유지될 수 있으며, 이에 의해 상기 박막(12)의 식각이 보다 상기 기판(10)의 전체 영역들에서 균일하게 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 박막 식각 장치(100)는 상기 식각액(20)을 회수하기 위하여 상기 기판(10)을 감싸도록 구성되는 보울(bowl) 유닛(176)을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 식각 공정이 수행된 후 상기 기판(10) 상의 반응 부산물 및 잔여 식각액을 제거하기 위해 상기 회전 구동부(120)는 상기 기판(10)을 고속으로 회전시킬 수 있으며 이에 의해 상기 반응 부산물과 잔여 식각액이 원심력에 의해 상기 기판(10)으로부터 제거될 수 있다. 상기 기판(10)으로부터 제거된 상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액은 상기 보울 유닛(176)에 의해 회수될 수 있으며 상기 보울 유닛(176)과 연결된 배출 배관(미도시)을 통해 배출될 수 있다.
도시된 바에 의하면, 상기 보울 유닛(176)이 하나의 보울을 구비하고 있으나, 상기 보울 유닛(176)은 복수의 보울들을 구비할 수도 있다. 예를 들면, 상기 식각 공정이 수행된 후 상기 기판(10) 상의 식각 잔류물을 제거하기 위한 린스 공정과 상기 기판(10)을 건조시키기 위한 건조 공정이 수행될 수 있으며, 상기 보울 유닛(176)은 상기 린스 공정에서 사용되는 린스액, 예를 들면, 탈이온수를 회수하기 위한 제2 보울(미도시)과, 상기 건조 공정에서 사용되는 건조 용액, 예를 들면, 이소프로필 알콜을 회수하기 위한 제3 보울(미도시), 등을 더 포함할 수도 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 상기 박막 식각 장치(100)는 상기 린스액과 상기 건조 용액을 제공하기 위한 린스액 공급부와 건조 용액 공급부를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 박막 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 상기 박막 식각 장치(100)는 상기 기판(10) 상에 형성된 액막의 두께를 측정하기 위한 두께 측정부(180)를 포함할 수 있다. 상기 두께 측정부(180)는, 상기 보울 유닛(176)의 제1 외측에 배치되는 발광부(182)와, 상기 기판(10)을 중심으로 상기 보울 유닛(176)의 제2 외측에 배치되는 수광부(184)를 포함할 수 있으며, 상기 보울 유닛(176)은 상기 발광부(182)로부터 조사된 광이 상기 수광부(184)에 도달될 수 있도록 석영 윈도우들(178)을 구비할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 박막 식각 장치를 이용하는 박막 식각 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, S100 단계에서 상기 기판(10) 상에 상기 식각액(20)을 공급하여 상기 기판(10) 상에 기 설정된 두께를 갖는 액막을 형성할 수 있다. 상기 식각액(20)은 상기 식각액 공급부(130)에 의해 상기 기판(10)의 중앙 부위 상으로 기 설정된 양만큼 공급될 수 있으며, 아울러, 공급 이전에 상기 식각액 가열 유닛(136)에 의해 기 설정된 온도로 가열될 수 있다. 이때, 상기 기판(10)은 상기 식각액(20)이 상기 기판(10)의 측면 부위로 흘러내리지 않는 범위에서 저속(제1 속도)으로 회전될 수 있으며, 이에 의해 상기 식각액(20)이 상기 기판(10) 상에서 충분히 확산될 수 있다. 특히, 상기 액막은 상기 기판(10)이 상기 제1 속도로 회전하는 동안에도 상기 식각액(20)의 표면 장력에 의해 유지될 수 있다.
S102 단계에서 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 반응을 이용하여 상기 박막(12)을 식각할 수 있으며, S104 단계에서 상기 박막(12)을 식각하는 동안 상기 액막의 두께를 측정하여 상기 액막의 두께 변화를 검출할 수 있다. 상기 액막의 두께는 상기 두께 측정부(150)에 의해 측정될 수 있으며, 상기 두께 측정부(150)의 출력 신호는 상기 공정 제어부로 전송될 수 있다. 상기 공정 제어부는 상기 두께 측정부(150)의 신호 변화로부터 상기 액막의 두께 변화를 산출할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 상기 기판(10)을 기 설정된 온도로 가열하는 단계가 상기 히터(160)에 의해 수행될 수 있으며, 상기 식각액(20)은 상기 가열된 기판(10) 상으로 공급될 수 있다. 상기 회전 구동부(120)는 상기 식각액을 공급하는 동안 그리고 상기 식각 반응이 진행되는 동안 상기 기판(10)을 저속(제1 속도)으로 회전시킬 수 있다. 이때, 상기 제1 속도는 상기 식각액(20)의 표면 장력에 의해 상기 액막이 상기 기판(10) 상에서 유지되는 범위 내에서 결정될 수 있다.
S106 단계에서 상기 공정 제어부는 상기 액막의 두께 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도를 산출할 수 있으며, S108 단계에서 상기 물 공급부(140)는 상기 인산과 물의 농도 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판(10) 상에 물을 공급할 수 있다.
S110 단계에서 상기 물의 공급 단계(S108) 이후 상기 두께 측정부(150)는 상기 액막의 두께를 2차 측정할 수 있으며, S112 단계에서 상기 식각액 공급부(130)는 상기 2차 측정된 상기 액막의 두께가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판(10) 상에 상기 식각액(20)을 2차 공급할 수 있다.
또한, 도시되지는 않았으나, 상기 물의 공급 단계(S108) 이전에 상기 기판(10)을 상기 물의 끓는점보다 낮은 온도로 냉각시키는 단계가 상기 기판 냉각부(170)에 의해 수행될 수 있으며, 상기 물의 공급 단계(S108) 이후 상기 기판(10)을 상기 기 설정된 온도로 가열하는 단계가 상기 히터(160)에 의해 수행될 수 있다.
상기와 같은 단계들이 수행되는 동안 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 반응에 의해 상기 박막(12)이 상기 기판(10)으로부터 제거될 수 있으며, 그 동안 상기 기판(10)은 상기 제1 속도로 회전될 수 있다. 특히, 상기 기판(10)이 상기 제1 속도로 회전되는 상태에서 상기 물이 상기 기판(10) 상에 공급될 수 있으므로 상기 기판(10) 상의 식각액(20)과 상기 물의 혼합이 상기 기판(10)의 회전이 정지된 상태와 비교하여 상대적으로 빠르게 진행될 수 있다.
한편, 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 반응에 의해 반응 부산물이 생성될 수 있으며, 상기 반응 부산물의 생성량이 증가될수록 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 반응 속도는 저하될 수 있다. 이에 따라, S114 단계에서 상기 물 공급부(140)는 상기 박막(12)과 상기 식각액(20) 사이의 반응에 의해 생성되는 반응 부산물과 잔여 식각액을 제거하기 위하여 상기 기판(10) 상으로 물을 공급할 수 있으며, S116 단계에서 상기 회전 구동부(120)는 상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액 및 상기 물을 상기 기판(10)으로부터 제거하기 위하여 상기 기판(10)을 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 고속 회전시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 상기 박막(12)과 상기 식각액(20)의 반응에 의해 상기 인산과 상기 물의 농도가 변화되는 경우 즉 상기 물의 농도가 낮아지는 경우 상기 기판(10) 상으로 물을 보충하여 상기 인산과 물의 농도를 기 설정된 값으로 유지시킬 수 있으며, 또한 상기 액막의 두께를 일정하게 유지하기 위하여 상기 식각액(20)을 상기 기판(10) 상에 보충할 수 있다. 결과적으로, 상기 박막(12)에 대한 식각 공정이 퍼들 방식으로 수행되므로 상기 식각액(20)의 사용량을 크게 감소시킬 수 있으며, 아울러 상기 식각 공정이 진행되는 동안 상기 인산과 물의 농도 및 상기 액막의 두께를 기 설정된 수준으로 일정하게 유지할 수 있으므로 상기 박막(12)에 대한 식각 균일도가 크게 개선될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판 12 : 박막
20 : 식각액 100 : 박막 식각 장치
102 : 공정 챔버 110 : 서포트 유닛
112 : 서포트 헤드 114 : 서포트 핀
116 : 서포트 부재 120 : 회전 구동부
122 : 구동 유닛 124 : 구동축
130 : 식각액 공급부 132 : 식각액 공급 노즐
134 : 노즐 구동 유닛 136 : 식각액 가열 유닛
138 : 노즐 암 140 : 물 공급부
142 : 물 공급 노즐 144 : 제2 노즐 구동 유닛
146 : 물 가열 유닛 148 : 제2 노즐 암
150 : 두께 측정부 156 : 온도 측정부
160 : 히터 162 : 적외선 램프
164 : 석영 윈도우 170 : 기판 냉각부
176 : 보울 유닛 178 : 석영 윈도우
180 : 두께 측정부 182 : 발광부
184 : 수광부

Claims (16)

  1. 기판 상에 형성된 실리콘 질화물을 포함하는 박막을 식각하기 위하여 상기 기판 상에 인산과 물을 포함하는 식각액을 공급하여 상기 식각액의 표면 장력에 의해 유지되는 액막을 상기 기판 상에 형성하는 단계;
    상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응을 이용하여 상기 박막을 식각하는 단계;
    상기 박막을 식각하는 동안 상기 액막의 두께를 측정하여 상기 액막의 두께 변화를 검출하는 단계;
    상기 액막의 두께 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도 변화를 산출하는 단계; 및
    상기 인산과 물의 농도 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 물을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 물의 공급 단계 이후 상기 액막의 두께를 2차 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 2차 측정된 상기 액막의 두께가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 상기 식각액을 2차 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판은 상기 액막이 유지되는 범위 내에서 저속으로 회전되는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함하며,
    상기 식각액은 상기 가열된 기판 상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 물을 공급하기 이전에 상기 기판을 상기 물의 끓는점보다 낮은 온도로 냉각시키는 단계와,
    상기 물의 공급 이후 상기 기판을 상기 기 설정된 온도로 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 식각액은 기 설정된 온도로 가열된 후 상기 기판 상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응에 의해 생성되는 반응 부산물과 잔여 식각액을 제거하기 위하여 상기 기판 상으로 물을 공급하는 단계와,
    상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액 및 상기 물을 상기 기판으로부터 제거하기 위하여 상기 기판을 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 방법.
  9. 기판 상에 형성된 실리콘 질화물을 포함하는 박막을 식각하기 위하여 상기 기판 상에 인산과 물을 포함하는 식각액을 공급하여 상기 식각액의 표면 장력에 의해 유지되는 액막을 상기 기판 상에 형성하기 위한 식각액 공급부;
    상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응을 이용하여 상기 박막을 식각하는 동안 상기 액막의 두께를 측정하여 상기 액막의 두께 변화를 검출하는 두께 측정부;
    상기 액막의 두께 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도 변화를 산출하는 공정 제어부; 및
    상기 인산과 물의 농도 변화에 기초하여 상기 인산과 물의 농도가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 물을 공급하는 물 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 두께 측정부는 상기 물의 공급 이후 상기 액막의 두께를 2차 측정하며,
    상기 식각액 공급부는 상기 액막의 두께가 기 설정된 값에 도달되도록 상기 기판 상에 상기 식각액을 2차 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 액막이 유지되는 범위 내에서 상기 기판을 제1 속도로 회전시키기 위한 회전 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 물 공급부는 상기 박막과 상기 식각액 사이의 반응에 의해 생성되는 반응 부산물과 잔여 식각액을 제거하기 위하여 상기 기판 상으로 물을 공급하며,
    상기 회전 구동부는 상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액 및 상기 물이 상기 기판으로부터 제거되도록 상기 기판을 상기 제1 속도보다 빠른 제2 속도로 회전시키는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반응 부산물과 상기 잔여 식각액 및 상기 물을 회수하기 위하여 상기 기판을 감싸도록 배치되는 보울(bowl) 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 두께 측정부는, 상기 보울 유닛의 제1 외측에 배치되는 발광부와, 상기 기판을 중심으로 상기 보울 유닛의 제2 외측에 배치되는 수광부를 포함하며,
    상기 보울 유닛은 상기 발광부로부터 조사된 광이 상기 수광부에 도달되도록 석영 윈도우들을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
  15. 제9항에 있어서, 상기 기판을 기 설정된 온도로 가열하기 위한 히터를 더 포함하며,
    상기 식각액은 상기 히터에 의해 가열된 상기 기판 상으로 공급되는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 물을 공급하기 이전에 상기 기판을 상기 물의 끓는점보다 낮은 온도로 냉각시키기 위한 기판 냉각부를 더 포함하며,
    상기 히터는 상기 물의 공급 이후 상기 기판을 상기 기 설정된 온도로 가열하는 것을 특징으로 하는 박막 식각 장치.
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