KR20000060951A - 습식식각액의 교체주기를 연장하기 위한 보충액 공급장치 - Google Patents

Abstract

산화막 식각을 위한 식각액의 식각율을 장시간 보장하기 위한 보충액 공급장치는, 3방향 밸브를 통해 초순수 드레인 관에 흐르는 보충액으로서의 초순수를 받아 일정한 양만큼 저장하는 보충액 저장용기와, 상기 보충액 저장용기에 저장된 상기 초순수를 일정한 시간이 경과할 때 마다 공급용 배관을 통해 습식식각액 조에 공급하는 공급제어부를 가짐을 특징으로 한다.

Description

습식식각액의 교체주기를 연장하기 위한 보충액 공급장치 {SUPPLEMENTARY LIQUID SUPPLYING APPARATUS FOR LENGTHENNING REPLACE PERIOD IN WET ECHENT}

본 발명은 반도체 소자의 제조장치에 관한 것으로, 특히 산화막을 식각하는데 사용되는 습식식각액의 교체주기를 연장하기 위한 보충액 공급장치에 관한 것이다.

통상적으로, 산화막 습식식각을 적용하는 반도체 제조공정으로서는 대표적으로 PSL(Poly Spacer LOCOS)나 STI(Shallow Trench Isolation)구조의 액티브 디파인 공정과, 비아 라운드 에치 공정등이 있다. 그러한 산화막 습식식각공정에 사용되는 식각액은 2성분계와 3성분계 화합물로 크게 두가지로 나뉜다. 이 중 2성분계 화합물은 HF와 DIW로 구성되어 있으며 DIW중에 용해되어 있는 HF가 소량 HF₂-로 해리되어 산화막을 식각한다. 한편, 3성분계 화합물은 흔히 SBOE(Surfactant Buffered Oxide Etchant)라고 불리우며, 그 구성성분은 HF,NH₄F, DIW, 그리고 음이온 계면활성제로 구성되어 있다. 이러한 SBOE계열의 식각액은 첨가된 NH₄F에 의해 DIW중의 HF가 모두 HF₂로 해리되는데 그 식각 메카니즘은 다음의 (식 1), (식 2), 및 (식 3)에 나타나 있다.

(식 1) HF+ NH₄F = NH₄ ⁺+ HF₂ ^-

(식 2)SiO₂+ 3HF₂ ^-+ H⁺= SiF₆ ^2-+ 2H₂O

(식 3)2NH₄ ⁺+ SiF₆ ^2-= (NH₄)₂SiF₆

HF는 (식 1)과 같이 NH₄ ⁺의 버퍼작용에 의해 모두 HF₂ ^-로 해리되며, 이후의 식 (식 2)및 (식 3)에 의하여 웨이퍼 상의 산화막이 식각된다. 그 중 (식 1)이 가장 주된 반응을 일으키는 과정으로서 HF가 모두 HF₂ ^-로 해리되어 첨가된 NH₄F의 양에 따라 2성분계의 화합물보다 단위시간당 식각량이 크다. 또한, 이와 같은 메카니즘에 따라 상기 3성분계 화합물로 이루어진 식각액은 비교적 장시간동안 사용이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 그러나 현재 제조라인에서 사용되고 있는 3성분계 화합물인 상기 SBOE는 각 라인의 상황에 따라 약간씩 다르지만 1일동안 사용하고 교체를 한다. 그 이유는 상기 (식 1)에서의 이론적인 결과와는 달리 시간이 지남에 따라 식각액의 농도가 변화하여 단위시간당 식각량이 점점 증가하여 장시간 동안 사용시는 안정된 공정유지가 어렵기 때문이다.

특히, 디바이스의 디자인 룰이 점점 작아지면서 STI구조의 액티브 디자인 공정적용이 확대되는데, 시간이 경과함에 따라 식각율이 증가하는 현재의 SBOE공정조건으로서는 필드 리세스에 의한 제품의 신뢰성 확보에 문제가 있을 수 있다. 이를 해결하기 위하여 식각액의 사용시간을 감소시키는 방법이 있지만 이 경우 식각액의 사용량이 증대되므로 디바이스의 제조에 대한 원가부담이 뒤따른다.

상기한 바와 같이, 종래에는 식각액 조(bath)에 셋업된 습식식각액을 일정한 시간만큼 사용하게 되면 식각율이 변하기 때문에, 식각액을 구성하는 케미칼 성분의 농도가 식각율 변화 한계점을 벗어나기 이전에 습식식각액을 교체하여 주었다. 따라서, 종래에는 습식 식각액을 교체하는 주기가 1일단위로 빈번하여 식각액의 소모량이 많은 단점이 있어왔다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제들을 해결할 수 있는 식각액 공급장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 습식식각액의 교체주기를 연장할 수 있는 보충액 공급장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 보충액 배관을 별도로 설치함이 없이도 습식식각액의 교체주기를 연장하기 위한 보충액을 공급할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

상기한 목적들의 일부를 달성하기 위하여 개시된 본 발명에 따른 보충액 공급장치는, 3방향 밸브를 통해 초순수 드레인 관에 흐르는 보충액으로서의 초순수를 받아 일정한 양만큼 저장하는 보충액 저장용기와, 상기 보충액 저장용기에 저장된 상기 초순수를 일정한 시간이 경과할 때 마다 공급용 배관을 통해 습식식각액 조에 공급하는 공급제어부를 가짐을 특징으로 한다.

본 발명의 타의 목적 및 이점은 첨부도면과 함께 설명되는 하기 설명에 의해 보다 명확하게 나타날 것이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 식각액의 농도변화 및 식각율의 변화를 종래와 비교하여 나타낸 그래프들

도 4는 본 발명에 따른 보충액 공급장치의 외관을 개략적으로 나타내는 장치도

이하에서, 습식식각액의 교체주기를 연장할 수 있는 보충액 공급장치에 대한 본 발명의 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.

도 4를 참조하면, 보충액 공급장치는, 3방향 밸브(20) 및 소레노이드 밸브들 (SV1-SV4)의 개폐를 전기적으로 제어하기 위한 공급제어부(도면에는 도시되지 아니함)와 보충액 저장용기(30)를 포함한다. 상기 공급제어부는 통상의 원칩 마이크로 컴퓨터 및 밸브구동회로로 구성될 수 있다. 상기 보충액 저장용기(30)는 3방향 밸브(20)를 통해 초순수 드레인 관(DT)에 흐르는 초순수를 받아 일정한 양만큼 저장하기 위해, 오버플로우 관(31)과 상기 오버플로우 관(31)의 일측 높이를 일정하게 유지시키는 수량 조절용 나사(32)를 가진다. 일반적으로, 제조라인의 운영자는 초순수 조에 설치된 초순수 건(DIW Gun)으로 항시 초순수가 흐르게 한다. 왜냐하면, 일정하게 고여있는 초순수는 순수율이 저하될 수 있기 때문이다. 따라서, 일정한 양의 초순수를 드레인 관을 통해 외부로 배출시켜준다. 본 발명에서는 이렇게 버려지는 초순수를 습식식각액의 보충액으로써 사용을 한다는 것을 주목하라. 따라서, 초순수 건(11)을 통해 드레인 관(DT)을 통해 외부로 배출되던 초순수는 앨보우 관(12)을 통해 배관라인 L1을 따라 3방향 밸브(20)로 유입되므로 본 발명의 실시예에서는 더이상 드레인 관(DT)을 통해 배출되는 구조는 아님을 이해하여야 한다. 이러한 본 발명의 기본적 기술적 사상은 버려지는 추순수를 이용함은 물론 보충 초순수를 만들어 상기 저장용기(30)에 제공하기 위해 별도의 배관을 설치하는 부담을 줄여준다. 초순수가 3방향 밸브(20)를 통해 배관 라인 L2로 흐를 경우에 보충액 저장용기(30)에는 초순수가 오버 플로우 관(31)의 설치높이 까지 채워진다. 여기서, 저장량을 가감하려면 조정용 나사(32)를 조정하여 오버 플로우 관(31)의 높이를 낮게 또는 높인다. 오버 플로우 관(31)의 설치높이 까지 채워지고 그 이 후에 유입되는 초순수는 오버 플로우 관(31)을 통해 외부로 오버플로우된다.

따라서, 보충액 저장용기(30)는 3방향 밸브(20)를 통해 초순수 드레인 관(DT)으로부터 흐르는 초순수를 보충액으로서 받아 일정한 양만큼 내부에 저장하게 된다. 공급제어부는 밸브들을 전기적으로 제어하여 상기 보충액 저장용기(30)에 저장된 상기 초순수가 일정한 시간이 경과할 때 마다 공급용 배관 예컨대 라인 L3-L4-SV1을 통해 습식식각액 조(TA1)에 공급되게 한다. 상기 습식식각액 조(TA1)에 초순수를 공급하는 경우에 상기 공급제어부는 솔레노이드 밸브(SV1)를 개방상태로 제어하고, 나머지 솔레노이드 밸브(SV2-SV4)를 닫힘상태로 제어하여 상기 식각액 조(TA1)에 일정한 양의 초순수가 보충되어지도록 한다. 물론, 이 보충되는 때에 상기 3상태 밸브(20)도 함께 제어되어 A1방향으로는 초순수가 유입되지 못하고 A2방향으로 초순수가 드레인된다. 따라서, 상기 습식식각액 조(TA1)에 담겨진 식각액의 화학성분은 보충되는 초순수에 의해 변화가 종래에 비해 서서히 되므로 일정한 식각율이 더 오랫동안 보장된다. 결국, 습식식각액의 교체주기가 더 연장되는 것이다.

도 1에는 가로축을 시간으로 세로축을 HF의 농도로 설정한 경우에 종래와 본 발명의 기술에 따른 식각액의 화학성분의 농도변화 그래프를 대비하여 보인 것이다. 도면에서, 그래프 PA1은 종래기술을 나타내는 것으로서 SBOE계열의 식각액을 일정시간마다 보충한 경우이다. 그래프 PI1은 본 발명에 따라 일정한 시간마다 상기 도 4의 공급장치를 통해 초순수를 보충공급한 경우에 상기 HF의 농도의 변화를 보인 것이다. 여기서, 시간에 따라 상기 HF의 농도변화를 보인 이유는 상기 식각액의 주성분을 이루는 용액의 농도변화를 관찰함으로써 식각율의 변화를 추정할 수 있기 때문이다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서는 습식식각액을 셋업한 후 68시간이 지나도 농도는 큰 변화를 보이지 아니한다. 따라서, 종래에 비해 사용시간이 더 연장되어 습식식각액의 교체주기를 길게 할 수 있다. 종래의 경우를 보인 그래프 PA1에 따르면 시간의 경과에 따라 농도는 선형적으로 증가하여 식각율이 상당히 변화함을 알 수 있게 한다. 상기 도 1의 시뮬레이션은 상기 도 4의 습식식각액 조(TA1)에 담긴 식각액을 14리터()로 하고 4시간 마다 150밀리리터를 보충한 경우를 예로 한 것이다.

도 2에는 가로축을 시간으로 세로축을 NH₄F의 농도로 설정한 경우에 종래와 본 발명의 기술에 따른 식각액의 화학성분의 농도변화 그래프를 대비하여 보인 것이다. 도면에서, 그래프 PA2는 종래기술을 나타내는 것으로서 SBOE계열의 식각액을 일정시간마다 보충한 경우이다. 그래프 PI2는 본 발명에 따라 일정한 시간마다 상기 도 4의 공급장치를 통해 초순수를 보충공급한 경우에 상기 NH₄F의 농도의 변화를 보인 것이다. 여기서, 시간에 따라 상기 NH₄F의 농도변화를 보인 이유는 상기 식각액의 계면활성 성분을 이루는 용액의 농도변화를 관찰함으로써도 식각율의 변화를 추정할 수 있기 때문이다. 도 2에서도 도 1의 경우와 같이 식각율의 변화등을 알 수 있게 한다. 도 2의 시뮬레이션도 도 1의 경우와 같다.

도 3을 참조하면, 가로축을 시간으로 세로축을 산화막 식각율로 설정한 경우에 종래와 본 발명의 기술에 따른 식각율의 변화 그래프를 대비하여 보인 것이다. 도면에서, 그래프 PA3은 종래기술을 나타내는 것으로서 SBOE계열의 식각액을 일정시간마다 보충한 경우이다. 그래프 PI3는 본 발명에 따라 일정한 시간마다 상기 도 4의 공급장치를 통해 초순수를 보충공급한 경우에 산화막에 대한 식각율의 시간별 변화를 보인 것이다. 도 3을 통해, 본 발명자는 일정시간마다 초순수를 보충하는 본 발명의 경우에 식각율의 변화가 70시간 까지는 거의 변화가 없음을 확인하였다. 따라서, 종래에 비해 사용시간이 더 연장되어 습식식각액의 교체주기를 길게 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 도면을 참조하여 예를들어 설명되었지만, 사안이 허용하는 범위에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론이다.

상기한 본 발명의 장치에 따르면, 식각액의 식각율을 장시간 동안 일정하게 유지시켜 제품간의 균일한 신뢰성 확보를 도모하는 효과가 있다. 또한, 식각액의 교체주기가 연장되어 제조원가를 절감하는 이점 및 별도의 초순수 배관을 필요치 아니하는 장점을 가진다.

Claims (4)

1. 습식식각액의 수명연장을 위해 보충액을 공급하는 장치에 있어서:

   3방향 밸브를 통해 초순수 드레인 관에 흐르는 보충액으로서의 초순수를 받아 일정한 양만큼 저장하는 보충액 저장용기와, 상기 보충액 저장용기에 저장된 상기 초순수를 일정한 시간이 경과할 때 마다 공급용 배관을 통해 습식식각액 조에 공급하는 공급제어부를 가짐을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 습식식각액은 SBOE계열의 식각액임을 특징으로 하는 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급 제어부는 솔레노이드 밸브를 제어함에 의해 상기 공급용 배관을 통해 상기 초순수가 제공되도록 함을 특징으로 하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 보충액 저장용기는 내부에 오버플로우 관과 상기 오버플로우 관의 일측 높이를 일정하게 유지시키는 수량 조절용 나사를 가짐을 특징으로 하는 장치.