KR20000002836A - 반도체소자 제조용 식각장치 및 이를 이용한 식각방법 - Google Patents

반도체소자 제조용 식각장치 및 이를 이용한 식각방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체소자 제조용 식각장치 및 이를 이용한 식각방법에 관한 것이다.
본 발명의 식각장치는, 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬을 수용할 수 있는 배스; 상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킬 수 있는 히터; 및 상기 케미컬의 가열시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 상기 배스의 외부로 증발하는 것을 차단시킬 수 있도록 상기 배스의 상부 전면을 밀폐시킬 수 있는 커버를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명의 식각방법은, 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬이 수용된 배스의 상부 전면을 밀폐시키고, 상기 케미컬이 소정의 온도가 유지되도록 가열시킴과 동시에 상기 케미컬을 소정의 온도로 가열시킨 가스로 버블링시켜 반도체소자를 식각시키는 것을 특징으로 한다.
따라서, 식각공정의 수행시 소망하는 공정조건으로 용이하게 제어함으로써 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Description

반도체소자 제조용 식각장치 및 이를 이용한 식각방법
본 발명은 반도체소자 제조용 식각장치 및 이를 이용한 식각방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소망하는 공정조건으로 공정을 수행할 수 있도록 개선시킨 반도체소자 제조용 식각장치 및 이를 이용한 식각방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체소자는 상기 반도체소자로 제조할 수 있는 웨이퍼(Wafer) 상에 소정의 막을 형성시킨 후, 상기 소정의 막을 상기 반도체소자의 특성에 따른 설정된 패턴(Pattern)으로 형성시킴으로써 제조된다.
이러한 반도체소자의 특성에 따른 설정된 패턴의 형성은 상기 소정의 막을 선택적으로 제거시킴으로써 이루어지는 것으로써, 상기 설정된 패턴의 형성을 위한 소정의 막의 선택적인 제거는 주로 케미컬(Chemical)을 이용하는 식각공정을 수행함으로써 이루어진다.
여기서 상기 식각공정은 주로 상기 식각공정에서 요구하는 반도체소자 식각용 케미컬을 수용할 수 있는 배스(Bath)가 구비되는 식각장치를 이용하여 수행된다.
이러한 식각장치를 도1을 참조하여 설명하면, 먼저 상기 반도체소자 식각용 케미컬을 수용할 수 있는 배스(10)가 구비된다.
여기서 상기 케미컬은 주로 탈이온수(Deionized Water)에 희석시켜 사용하는데, 상기 식각공정에 따라 그 희석정도를 달리하여 사용할 수 있다.
그리고 식각공정의 수행시 상기 배스(10)에 수용된 케미컬을 상기 식각공정의 공정조건에 알맞은 온도가 유지되도록 가열시키는 히터(12)(Heater)가 구비된다.
여기서 상기 히터(12)는 상기 배스(10) 내의 양측에 막대형으로 구비되는 것이 일반적이다.
또한 경우에 따라서 상기 식각공정의 공정조건 즉, 상기 케미컬과의 반응 등을 향상시키기 위하여 상기 배스(10)에 수용된 케미컬을 버블링(Bubbling)시킬 수 있는 버블러(14)를 구비시킨다.
여기서 상기의 구성으로 이루어지는 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서는 상기 케미컬의 처리온도 및 공정수행의 소요시간 등이 중요한 공정조건으로 작용한다.
그리고 상기 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서는 상기 케미컬을 소정의 온도로 가열시키기 때문에 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 증발하는 상황이 발생하였다.
이에 따라 상기 탈이온수가 증발함으로써 상기 케미컬은 그 농도가 증가하고, 따라서 상기 케미컬의 농도를 일정하게 유지시키기 위하여 상기 증발된 양만큼의 탈이온수를 상기 배스(10)에 공급하였다.
또한 경우에 따라서는 상기 탈이온수 뿐만 아니라 상기 케미컬을 공급하기도 하였다.
그러나 상기 식각공정의 수행시 상기 탈이온수의 증발로 인하여 상기 탈이온수를 지속적으로 공급함에도 불구하고 상기 케미컬의 농도의 제어는 용이하게 이루어지지 않았다.
이러한 케미컬의 농도의 변화는 상기 식각공정의 수행시 나타나는 식각속도 즉, 식각율의 변화로써 파악할 수 있는 것으로써, 이는 본 발명에 종사하는 당업자라면 충분히 이해할 수 있을 것이다.
여기서 상기 식각율은 식각공정의 수행으로 나타나는 패턴의 프로파일(Profile)에 영향을 끼치는 것으로써, 상기 식각공정의 수행의 중요한 평가항목으로 관리되기 때문에 철저하게 관리, 분석하고 있다.
또한 상기 탈이온수의 지속적인 공급으로 인하여 상기 배스 내의 케미컬의 온도가 하강되는 상황이 발생하였고, 이로 인하여 케미컬의 온도를 상기의 공정조건에 알맞은 온도로 가열시키기 위하여 상기 히터를 계속적으로 사용하였다.
이에 따라 상기 식각공정의 수행시 상기 탈이온수의 증발로 인하여 상기 케미컬의 농도의 변화가 발생하여 상기 식각공정의 공정조건의 제어가 용이하게 이루어지지 않아 식각율의 변화를 초래하였고, 상기 탈이온수의 공급으로 인한 가열로 식각장치를 손상시켰다.
실예로 상기 식각장치를 이용한 질화막의 식각공정을 도1을 참조하여 살펴보면 먼저, 상기 질화막을 식각시킬 수 있는 케미컬인 인산(H3PO4)을 상기 배스(10)에 수용시킨다.
여기서 상기 인산은 탈이온수에 85%로 희석시킨 것으로써, 상기의 농도를 가지는 인산은 상용적으로 이용되는 인산 중에서 그 농도가 높은 편에 속하는 것으로써, 상기 질화막의 식각속도 즉, 식각율이 다른 농도의 인산보다 높기 때문에 상기 85%로 희석시킨 인산을 이용한다.
이러한 인산을 이용한 질화막의 식각공정에서는 상기 식각공정의 공정조건에 따라 상기 인산을 약 170℃ 내지 174℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시켜 상기 식각공정을 수행한다.
그리고 상기 질화막의 두께에 따라서 약 40분 내지 70분 정도의 공정수행의 소요시간을 가진다.
이러한 식각공정의 수행시 상기 인산을 희석시킨 탈이온수는 증발이 되었고, 이에 따라 상기 인산의 농도가 변화하여 상기 질화막이 식각되는 식각속도 즉, 식각율이 저하되었다.
따라서 상기 인산의 농도의 변화에 따른 식각율의 변화를 제어하기 위하여 상기 배스(10)에 탈이온수를 지속적으로 공급하였다.
즉, 상기 케미컬의 가열로 인하여 증발된 양만큼의 탈이온수를 공급하였고, 경우에 따라서는 상기 인산을 공급하기도 하였다.
이러한 탈이온수 또는 인산의 공급은 상기 질화막의 식각공정의 수행시 상기 인산의 농도의 변화를 제어하기 위한 것으로써, 상기 농도의 변화가 식각율의 변화를 초래하였기 때문이다.
또한 상기 탈이온수의 공급으로 인하여 상기 배스(10) 내에 수용되어 있는 인산의 온도가 하강하기 때문에 상기 인산을 170℃ 내지 174℃ 정도의 온도로 유지시키기 위하여 지속적으로 가열시켰다.
이러한 지속적인 가열은 상기 히터(12)에 손상을 입혔고, 이에 따라 상기 히터(12)가 구비되는 식각장치의 라이프타임(Life Time) 등을 감소시키는 결과를 초래하기도 하였다.
그리고 상기 히터(12)가 막대형으로 구비되어 있기 때문에 상기 인산을 가열시키는 시간 및 상기 인산을 상기의 온도로 유지시키는 시간 또한 장시간 소요되었다.
또한 상기 탈이온수 또는 인산의 지속적인 공급으로 인하여 상기 식각공정의 수행 후, 잔류하는 폐액의 처리가 문제시 되기도 하였다.
이는 종래의 식각장치가 식각공정의 수행을 위한 처리온도의 제어는 용이하게 이루어질 수 있으나, 상기 농도의 변화 등에 대한 제어는 용이하게 이루어지지 않는 구조로 구비되어 있기 때문이다.
즉, 탈이온수에 희석시킨 케미컬을 식각공정의 공정조건에 알맞은 온도로 가열시킴으로써 상기 탈이온수가 증발하여 상기 케미컬의 농도의 변화를 초래시켰기 때문에 식각율의 변화를 가져왔고, 또한 상기 탈이온수 또는 케미컬을 별도로 공급하는 등의 문제점을 초래하였다.
따라서 종래의 식각공정의 수행에서는 식각장치를 이용한 공정조건의 제어가 용이하게 이루어지지 않음으로 인하여 식각율의 변화 등을 초래하였고, 식각장치 자체에 손상 등이 가해짐으로써 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도 및 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 식각공정의 수행에 따른 공정조건을 소망하는 공정조건으로 용이하게 제어함으로써 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도 및 생산성을 향상시키기 위한 반도체소자 제조용 식각장치 및 이를 이용한 식각방법을 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 반도체소자 제조용 식각장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도2는 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치의 일 실시예를 설명하기 위한 모식도이다.
도3은 도2의 커버를 나타내는 단면도이다.
도4는 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치를 이용한 식각공정의 수행시 그 식각율 등을 나타내는 그래프이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 20 : 배스 12, 22 : 히터
14, 34 : 버블러 24 : 커버
26 : 배기구 28 : 냉각수라인
30 : 온도측정수단 32 : 제어수단
36 : 히팅수단 38 : 공급라인
40 : 배출라인 42 : 필터
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치는, 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬을 수용할 수 있는 배스; 상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킬 수 있는 히터; 및 상기 케미컬의 가열시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 상기 배스의 외부로 증발하는 것을 차단시킬 수 있도록 상기 배스의 상부 전면을 밀폐시킬 수 있는 커버를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
상기 배스는 질화막을 식각시킬 수 있는 반도체소자 식각용 케미컬인 인산을 수용할 수 있는 배스인 것이 바람직하다.
상기 히터는 가열에 따른 효율성을 향상시킬 수 있도록 상기 배스의 저부에 위치시킬 수 있는 디스크형태의 가열판으로 구비시키고, 최적의 공정조건을 제공할 수 있도록 상기 배스에 수용된 케미컬이 약 153℃ 내지 157℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시킬 수 있는 히터인 것이 바람직하다.
상기 커버는 수냉방식으로 상기 커버를 냉각시킬 수 있도록 상기 커버의 내부에 냉각수를 플로우시킬 수 있는 냉각수라인을 구비시킴으로써 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 커버 저면에 응결되는 효율성을 향상시킬 수 있다.
또한 상기 커버는 상기 커버의 저면에 응결되는 탈이온수가 상기 배스로 용이하게 낙하되도록 그 저면이 상기 커버의 중심으로 하향경사진 테이퍼형태로 구비시키는 것이 바람직하다.
그리고 상기 커버는 상기 배스 내에 정체하는 가스 등을 외부로 배기시킬 수 있는 배기구가 구비되는 것이 바람직하다.
이러한 커버는 개폐가 가능하도록 상기 배스의 일측에 힌지를 이용하여 결합시킴으로써 상기 배스와 일체가 되도록 형성시킬 수 있다.
그리고 상기 배스 및 커버는 공정수행시 이용되는 반도체소자 식각용 케미컬에도 견고한 테프론재질로 형성시키는 것이 바람직하고, 또한 상기 히터의 표면은 테프론재질로 코팅시키는 것이 바람직하다.
상기 배스에 수용된 케미컬의 가열시 상기 케미컬의 온도를 측정할 수 있는 온도측정수단을 더 구비시키고, 이에 따라 상기 온도측정수단의 온도의 신호를 입력받아 상기 히터를 제어할 수 있는 제어수단을 더 구비시킴으로써 상기 배스에 수용된 케미컬이 소정의 온도가 유지되도록 가열시킬 수 있다.
상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 가스를 이용하여 버블링시킬 수 있는 버블러를 더 구비시켜 반도체소자의 식각시 그 효율성을 향상시킬 수 있다.
그리고 상기 케미컬을 버블링시킬 수 있는 가스는 염소가스, 불소가스 또는 오존가스 및 이들의 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 가스인 것이 바람직하다.
또한 상기 가스를 소정의 온도로 가열시킬 수 있는 히팅수단이 상기 버블러에 더 구비시켜, 상기 가스를 약 70℃ 내지 80℃ 정도의 온도로 가열시키는 것이 바람직하다.
상기 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬을 상기 배스에 공급할 수 있는 공급라인과 상기 배스로부터 배출시킬 수 있는 배출라인을 상기 배스의 일측에 구비시키고, 상기 공급라인 및 배출라인에는 상기 케미컬을 필터링시킬 수 있는 필터를 더 구비시킴으로써 상기 케미컬로 인한 환경문제 등에 능동적으로 대처할 수 있다.
본 발명의 다른 반도체소자 제조용 식각장치는, 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 제조용 케미컬을 수용할 수 있는 배스; 상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킬 수 있도록 상기 배스의 저부에 위치시킬 수 있는 디스크형태의 가열판으로 이루어지는 히터; 상기 케미컬의 가열시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 상기 배스의 외부로 증발하는 것을 차단시킬 수 있도록 그 내부에 냉각수를 플로우시킬 수 있는 냉각수라인이 구비되고, 그 중심부에는 배스 내에 정체하는 가스 등을 외부로 배기시킬 수 있는 배기구가 구비되며, 그 저면은 하향경사진 테이퍼형상으로 구비시켜 상기 배스의 상부 전면을 밀폐시킬 수 있는 커버; 및 상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킨 가스를 이용하여 버블링시킬 수 있는 버블러를 구비하여 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명애 따른 반도체소자 제조용 식각방법은, 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬이 수용된 배스의 상부 전면을 밀폐시키고, 상기 케미컬이 소정의 온도가 유지되도록 가열시킴과 동시에 상기 케미컬을 소정의 온도로 가열시킨 가스로 버블링시켜 반도체소자를 식각시키는 것을 특징으로 한다.
상기 케미컬은 탈이온수를 85%로 희석시킨 인산을 약 153℃ 내지 157℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시켜 식각공정에 이용하는 것이 바람직하다.
상기 케미컬을 버블링시킬 수 있는 가스는 염소가스, 불소가스 또는 오존가스 및 이들의 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택하여, 약 70℃ 내지 80℃ 정도의 온도로 가열시켜 식각공정에 이용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2는 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치의 일 실시예를 설명하기 위한 모식도이고, 도3은 도2의 커버를 나타내는 단면도이며, 도4는 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치를 이용한 식각공정의 수행시 그 식각율 등을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도2는 본 발명의 식각장치를 나타내는 것으로써, 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬을 수용할 수 있는 배스(20)가 구비되어 있다.
그리고 상기 케미컬을 소정의 온도로 가열시킬 수 있는 히터(22)가 구비되어 있으며, 상기 케미컬의 가열시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 상기 배스(20)의 외부로 증발하는 것을 차단시킬 수 있도록 상기 배스(20)의 상부 전면을 밀폐시킬 수 있는 커버(24)(Cover)가 구비되어 있다.
즉, 상기 케미컬의 가열시 상기 탈이온수의 끓는점인 100℃ 이상으로 가열시킬 경우 상기 탈이온수가 배스(20)의 외부로 증발되는 것을 차단시키기 위하여 상기 커버(24)를 구비시키는 것이다.
여기서 본 발명의 상기 배스(20)는 반도체소자 식각용 케미컬인 인산을 수용할 수 있는 배스(20)로써, 후술하는 실시예와 같이 질화막을 식각시키는 식각장치에 구비시킬 수 있다.
또한 본 발명은 상기 히터(22)를 상기 배스(20)의 저부에 위치시킬 수 있는 디스크(Disc)형태의 가열판으로 구비시킬 수 있는 것으로써, 이는 상기 배스(20)의 저부에서 고른 면적으로 상기 케미컬을 가열시킴으로써 열효율을 향상시키기 위함이다.
이러한 본 발명의 히터(22)는 상기 배스(20)에 수용된 케미컬이 약 153℃ 내지 157℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시킬 수 있는 것으로써, 상기 디스크형태로 구비시킨 히터(22)로 상기 온도가 유지되도록 가열시킬 경우 약 60분 정도가 소요된다.
그리고 본 발명의 상기 커버(24)는 도3에 도시된 바와 같이 그 저면이 상기 커버(24)의 중심으로 하향경사진 테이퍼(Typer)형태로 구비시킬 수 있고, 배스(20) 내에 정체하는 가스 등을 외부로 배기시킬 수 있는 배기구(26)를 구비시킬 수 있다.
또한 본 발명은 상기 커버(24)를 수냉방식으로 상기 커버(24)를 냉각시킬 수 있도록 상기 커버(24)의 내부에 냉각수를 플로우(Flow)시킬 수 있는 냉각수라인(28)을 구비시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명은 식각공정의 수행시 케미컬을 상기 식각공정의 공정조건에 알맞은 온도로 가열시킬 때 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 증발하여도 상기 배스(20)의 상부 전면을 상기와 같은 형태의 커버(24)가 밀폐시키고 있기 때문에 상기 커버(24)에 상기 탈이온수가 응결되고, 하향경사진 커버(24)의 저면을 따라 중심으로 흐르면서 다시 상기 배스(20)에 낙하되는 구성으로 이루어진다.
그리고 본 발명의 상기 커버(24)는 개폐가 가능하도록 상기 배스(20)의 일측에 힌지(Hinge) 등으로 결합시켜 일체로 이용하는 것이 효율적이다.
여기서 본 발명의 상기 배스(20) 및 커버(24)는 테프론(Teflon)재질로 형성시켜 상기 식각공정의 수행시 케미컬 즉, 반도체소자 식각용 케미컬에 견고하게 견딜 수 있도록 하였고, 이에 따라 상기 히터(22) 또한 그 표면을 테프론재질로 코팅(Coating)시킨다.
이러한 본 발명은 상기 배스(20)에 수용된 케미컬의 가열시 상기 케미컬의 온도를 측정할 수 있는 온도측정수단(30)을 더 구비시키고, 상기 온도측정수단(30)의 온도의 신호를 입력받아 상기 히터(22)를 제어할 수 있는 제어수단(32)을 구비시켜 상기 배스(20) 내에 가열되는 케미컬의 온도를 실시간으로 파악하면서, 적절하게 대처할 수 있도록 구성하였다.
여기서 본 발명의 상기 온도측정수단(30)은 일반적인 열전쌍(Thermocouple) 등을 상기 케미컬이 가열되는 온도의 범위로 맞추어서 구비시킬 수 있고, 이러한 열전쌍의 변화에 따라 상기 히터(22)를 제어할 수 있도록 상기 제어수단(32)을 히터(22)에 연결시키는 것으로써, 이는 본 발명에 종사하는 당업자라면 용이하게 이해할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기 식각공정의 수행시 그 효율을 향상시킬 수 있도록 상기 배스(20)에 수용된 케미컬을 소정의 가스를 이용하여 버블링시킬 수 있는 버블러(34)를 구비시킨다.
여기서 상기 버블러(34)를 이용하여 버블링시키는 가스는 상기 식각공정에 따라서 염소(Cl2)가스, 불소(F2)가스 또는 오존(O3)가스 및 이들의 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹(Group) 중에서 적절하게 선택하여 이용할 수 있다.
그리고 상기 버블러(34)에서 제공하는 가스는 상기 커버(24)에 구비시킨 배기구(26)를 통하여 상기 배스(20)의 외부로 배기시킬 수 있어, 상기 가스가 제조라인 등에 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명은 상기 가스의 버블링으로 상기 케미컬의 온도가 하강하는 등의 상황을 최소화시키기 위하여 상기 가스를 소정의 온도로 가열시킬 수 있는 히팅수단(36)을 상기 버블러(34)에 더 구비시켜 상기 가스를 약 70℃ 내지 80℃ 정도의 온도로 가열시킨 후, 상기 케미컬을 버블링시킬 수 있도록 제공된다.
그리고 본 발명은 상기 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬을 상기 배스(20)에 공급할 수 있는 공급라인(38)과 상기 배스(20)로부터 배출시킬 수 있는 배출라인(40)을 상기 배스(20)의 일측에 구비시킬 수 있고, 상기 식각공정을 수행한 후 잔류하는 폐액 등으로 인한 환경문제 등에 적극적으로 대처할 수 있도록 상기 케미컬을 필터링(Filtering)시킬 수 있는 필터(42)를 상기 공급라인(38) 및 배출라인(40) 각각에 구비시킬 수 있다.
즉, 본 발명은 전술한 바와 같이 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 제조용 케미컬을 수용할 수 있는 배스(20)와 상기 케미컬을 소정의 온도로 가열시킬 수 있도록 상기 배스(20)의 저부에 위치시킬 수 있는 디스크형태의 가열판으로 이루어지는 히터(22)와 상기 케미컬의 가열시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 상기 배스(20)의 외부로 증발하는 것을 차단시킬 수 있도록 그 내부에 냉각수를 플로우시킬 수 있는 냉각수라인(28)이 구비되고, 그 중심부에는 배스(20) 내에 정체하는 가스 등을 외부로 배기시킬 수 있는 배기구(26)가 구비되며, 그 저면은 하향경사진 테이퍼형상으로 구비시켜 상기 배스(20)의 상부 전면을 밀폐시킬 수 있는 커버(24) 및 상기 배스(20)에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킨 가스를 이용하여 버블링시킬 수 있는 버블러(34) 등을 기본적인 구성요소로 구비시킬 수 있는 것이다.
이에 따라 상기의 구성으로 이루어지는 식각장치를 이용하여 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬이 수용된 배스(20)의 상부 전면을 밀폐시키고, 상기 케미컬이 소정의 온도가 유지되도록 가열시킴과 동시에 상기 케미컬을 소정의 온도로 가열시킨 가스로 버블링시켜면서 식각공정을 수행할 수 있다.
여기서 상기 케미컬은 후술하는 실시예와 같이 질화막을 식각시키는 식각공정에 이용되는 케미컬로써, 일반적으로 상용화되어 있는 85%로 희석시킨 인산이다.
이에 따라 본 발명은 식각공정의 수행시 상기 케미컬의 가열로 탈이온수가 증발하여도 상기 커버(24)를 이용하여 배스(20)의 상부 전면을 밀폐시킴으로써 상기 증발되는 탈이온수가 상기 배스(20)에 응결되어 상기 배스(20) 내로 낙하된다.
따라서 본 발명은 상기 탈이온수의 증발로 인하여 상기 케미컬의 농도가 변화하는 것을 최소화시킬 수 있다.
이러한 농도의 변화의 최소화는 식각공정의 수행시 식각속도 즉, 식각율이 변화하는 것을 최소화시킬 수 있는 것으로써, 이는 일정한 식각율을 유지한 상태로 상기 식각공정을 수행할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서는 별도의 탈이온수의 공급 또는 케미컬의 공급을 요구하지 않는다.
또한 본 발명은 상기 히터(22)를 디스크형태로 구비시킴으로써 종래와 동일한 전력으로 가열시켰을 경우 상기 케미컬을 가열시키는 소요시간을 단축시킬 수 있어 전력의 소모를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 상기 케미컬의 온도의 유지 또한 용이하게 제어할 수 있다.
이러한 결과 본 발명은 상기 히터(22)에 대한 손상이 거의 가해지지 않기 때문에 식각장치의 라이프타임 등을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서는 온도의 제어 뿐만 아니라 케미컬의 가열시 농도의 변화 등에도 적절하게 대처할 수 있는 것이다.
전술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 대한 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
여기서 본 발명의 실시예는 질화막을 식각시키는 식각공정을 도2의 식각장치를 이용하여 수행하는 것으로써, 먼저 탈이온수를 이용하여 85%로 희석시킨 인산이 수용된 배스(20)의 상부 전면을 커버(24)를 이용하여 밀폐시킨다.
그리고 상기 히터(22)를 이용하여 상기 케미컬이 약 155℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시킴과 동시에 염소가스, 불소가스 또는 오존가스 및 이들의 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 택일한 가스를 약 75℃ 정도의 가열시켜 상기 배스(20) 내로 공급하여 상기 케미컬을 버블링시킨다.
여기서 상기 인산의 가열은 소망하는 온도에 따라 그 시간을 달리하지만, 본 발명의 디스크형태의 히터(22)를 이용할 경우에는 동일한 온도로 가열시키는데 소요되는 시간은 종래와 비교하여 2배 이상으로 단축시킬 수 있다.
실예로 동일한 전력을 이용하여 약 160℃ 정도의 온도로 상기 인산을 가열시키기 위해서는 종래에는 약 2시간 내지 3시간 정도의 시간이 소요되었지만, 본 발명에서는 1시간 이내의 시간이 소요되었다.
그리고 상기 인산의 가열시 본 발명은 열전쌍 등으로 이루어지는 온도측정수단(30)을 이용하여 상기 케미컬이 가열된 온도를 측정하여 상기 측정된 온도의 신호를 제어수단(32)에 입력시켜 상기 케미컬의 온도를 실시간으로 파악하여 제어할 수 있다.
또한 본 발명은 상기와 같은 종류의 가스를 이용하여 상기 케미컬을 버블링시킴으로써 상기 식각공정에서의 케미컬의 반응 등을 촉진시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명의 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서는 상기 케미컬의 가열시 상기 탈이온수가 증발하여도 상기 배스(20)의 상부 전면을 커버(24)로 밀폐시킴으로써 상기 증발되는 탈이온수는 상기 커버(24)에 응결되어 상기 배스(20) 내로 낙하된다.
즉, 본 발명의 상기 인산은 상기 탈이온수가 증발 및 응결을 순환하는 과정을 반복함으로써 상기 탈이온수의 증발로 인한 상기 인산의 농도의 변화를 최소화시킬 수 있는 것이다.
여기서 상기 인산의 농도의 변화가 거의 없다는 것은 본 발명자가 여러가지 상황 등의 변수를 설정하여 실험적으로 획득한 결과로써, 도4에 도시된 바와 같이 표현할 수 있다.
즉, 결론적으로 언급하면 상기 85%로 희석시킨 인산을 약 155℃ 정도의 온도가 유지시키면서 공정을 수행한 것으로써, 상기 식각속도인 식각율은 분당 약 40Å 정도로 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
또한 상기 식각공정을 수행하는 소요시간은 그 두께에 따라 다소 차이가 있지만, 도4에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 1,000Å 정도를 식각시키는 경우에는 약 25분 정도가 소요되고, 1,500Å 정도를 식각시키는 경우에는 약 37분 정도가 소요되는 것으로써, 이는 종래의 동일한 두께를 식각시키는데 소요되는 시간보다 2배 이상이나 단축됨을 확인할 수 있다.
이러한 실험적인 결과로써 본 발명의 식각장치를 이용한 식각방법을 설정한 것으로써, 본 발명은 상기와 같은 질화막의 식각공정의 수행시 85%로 희석시킨 인산을 약 155℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시키는 것이 최적의 공정조건으로 파악할 수 있다.
여기서 본 발명의 실시예는 상기 질화막의 식각공정에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이해하는 자라면 산화막 등의 식각공정에도 충분히 응용하여 실시할 수 있을 것이다.
이에 따라 본 발명은 종래와 비교하여 볼 때 온도의 제어 뿐만 아니라 케미컬의 농도의 변화를 최소화시킬 수 있고, 또한 식각장치가 손상되는 것 등을 최소화시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 상기 식각장치를 커버(24)가 구비되는 클로저타입(Close Type)으로 구성시킴으로써 상기 케미컬을 이용한 식각공정의 수행시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 외부로 증발하는 것을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 식각공정의 수행시 케미컬의 농도의 변화를 최소화시켜 식각율의 변화를 최소화시킴으로써 상기 식각공정을 안정적으로 수행할 수 있다.
즉, 상기 케미컬의 가열시 탈이온수의 증발로 인하여 종래에는 상기 증발된 양만큼의 탈이온수를 지속적으로 공급하여 그 농도의 변화를 최소화시키는 것을 본 발명은 상기 커버(24)가 탈이온수의 증발을 차단시킴으로써 상기 식각공정의 수행시 별도의 탈이온수의 공급을 요구하지 않는다.
결론적으로 본 발명은 상기 식각장치를 클로저타입으로 구비시킴으로써, 상기 식각공정의 수행시 처리온도의 제어 뿐만 아니라 상기 식각공정의 전체적인 제어가 가능하면서도 그 식각율의 안정화 및 효율성의 향상을 꾀할 수 있다.
또한 상기 식각공정의 수행시 케미컬을 가열시키는 온도도 종래와 비교하여 낮은 온도로 유지시킬 수 있어 상기 식각장치에 가해지는 손상을 최소화시킬 수 있고, 상기 식각공정의 수행의 소요시간을 단축시킬 수 있다.
그리고 본 발명은 별도의 탈이온수 또는 케미컬의 공급을 필요로 하지 않음에 따른 원가절감 및 상기 식각공정의 수행시 잔류하는 폐액의 처리 또한 능동적으로 대처할 수 있으며, 상기 식각장치가 위치하는 제조라인 내에 유해한 가스 등이 확산되는 것 등을 최소화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 식각공정의 수행시 최적의 공정조건으로 용이하게 제어함으로써 반도체소자의 제조에 따른 신뢰도 및 생산성이 향상되는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (24)

  1. 탈이온수(Deionized Water)에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬을 수용할 수 있는 배스(Bath);
    상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킬 수 있는 히터(Heater); 및
    상기 케미컬의 가열시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 상기 배스의 외부로 증발하는 것을 차단시킬 수 있도록 상기 배스의 상부 전면을 밀폐시킬 수 있는 커버(Cover);
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 식각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배스는 반도체소자 식각용 케미컬인 인산(H3PO4)을 수용할 수 있는 배스인 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 배스의 저부에 위치시킬 수 있는 디스크(Disc)형태의 가열판으로 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 배스에 수용된 케미컬이 약 153℃ 내지 157℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시킬 수 있는 히터인 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 수냉방식으로 상기 커버를 냉각시킬 수 있도록 상기 커버의 내부에 냉각수를 플로우시킬 수 있는 냉각수라인이 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 그 저면이 상기 커버의 중심으로 하향경사진 테이퍼(Taper)형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 상기 배스 내에 정체하는 가스 등을 외부로 배기시킬 수 있는 배기구가 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버는 개폐가 가능하도록 상기 배스의 일측에 힌지(Hinge)를 이용하여 결합시키는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 배스 및 커버는 테프론(Teflon)재질로 형성시키는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 그 표면을 테프론재질로 코팅(Coating)시키는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 배스에 수용된 케미컬의 가열시 상기 케미컬의 온도를 측정할 수 있는 온도측정수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 온도측정수단의 온도의 신호를 입력받아 상기 히터를 제어할 수 있는 제어수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 가스를 이용하여 버블링(Bubbling)시킬 수 있는 버블러가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 케미컬을 버블링시킬 수 있는 가스는 염소(Cl2)가스, 불소(F2)가스 또는 오존(O3)가스 및 이들의 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 가스인 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 가스를 소정의 온도로 가열시킬 수 있는 히팅수단이 상기 버블러에 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 히팅수단은 상기 가스를 약 70℃ 내지 80℃ 정도의 온도로 가열시킬 수 있는 히팅수단인 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬을 상기 배스에 공급할 수 있는 공급라인과 상기 배스로부터 배출시킬 수 있는 배출라인을 상기 배스의 일측에 구비시키는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 공급라인 및 배출라인에는 상기 케미컬을 필터링(Filtering)시킬 수 있는 필터가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치.
  19. 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 제조용 케미컬을 수용할 수 있는 배스;
    상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킬 수 있도록 상기 배스의 저부에 위치시킬 수 있는 디스크형태의 가열판으로 이루어지는 히터;
    상기 케미컬의 가열시 상기 케미컬을 희석시킨 탈이온수가 상기 배스의 외부로 증발하는 것을 차단시킬 수 있도록 그 내부에 냉각수를 플로우시킬 수 있는 냉각수라인이 구비되고, 그 중심부에는 배스 내에 정체하는 가스 등을 외부로 배기시킬 수 있는 배기구가 구비되며, 그 저면은 하향경사진 테이퍼형상으로 구비시켜 상기 배스의 상부 전면을 밀폐시킬 수 있는 커버; 및
    상기 배스에 수용된 케미컬을 소정의 온도로 가열시킨 가스를 이용하여 버블링시킬 수 있는 버블러;
    를 구비하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 식각장치.
  20. 탈이온수에 희석시킨 반도체소자 식각용 케미컬이 수용된 배스의 상부 전면을 밀폐시키고, 상기 케미컬이 소정의 온도가 유지되도록 가열시킴과 동시에 상기 케미컬을 소정의 온도로 가열시킨 가스로 버블링시켜 반도체소자를 식각시키는 것을 특징으로 하는 반도체소자 식각방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 케미컬은 탈이온수를 85%로 희석시킨 인산인 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 식각방법.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 케미컬은 약 153℃ 내지 157℃ 정도의 온도가 유지되도록 가열시키는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 식각방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 케미컬을 버블링시킬 수 있는 가스는 염소가스, 불소가스 또는 오존가스 및 이들의 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 식각방법.
  24. 제 20 항에 있어서,
    상기 가스는 약 70℃ 내지 80℃ 정도의 온도로 가열시키는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 식각방법.
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