KR20000076861A - 웨이퍼 에칭방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 에칭 방법은 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스중 한 가스를 함유한 혼합 가스를 6불화 유황가스에 부가함으로써, 에칭시에서의 웨이퍼 표면의 백색 혼탁이 발생하는 것을 억제할 수 있으며 고품질의 웨이퍼 경면 연마가공을 가능하게 한다.
봄브(31)의 SF6가스와 봄브(32)의 H2가스(G2)를 소정 비율로 혼합한 혼합가스를 방전관(2)에 공급하고, 극초단파(M)를 극초단파발진기(4)로부터 발진하여 플라즈마 방전시킨다. 그리고, 노즐부(20)에서 분사하는 활성 종 가스(G)로 실리콘 웨이퍼(W) 표면을 국부적으로 에칭함으로써, 실리콘 웨이퍼(W) 표면 전체를 평탄화한다.
Description
본 발명은 웨이퍼 표면상에 존재하는 상대적으로 두꺼운 부분을 국부적으로 에칭하는 웨이퍼 에칭 방법에 관한 것이다.
최근, 실리콘 웨이퍼 등의 표면상에 존재하는 상대적으로 두꺼운 부분을 국부적으로 에칭하여 웨이퍼를 얇게 하고, 표면을 평탄화시킴으로써 형상의 변화를 감소, 즉, 전체 두께 변화(TTV) 또는 국부적 두께 변화(LTV)를 감소시키는 웨이퍼 에칭 방법이 개발되고 있다.
도 7은 종래 기술의 웨이퍼 에칭 방법의 개략도이다.
도 7에서, 참조부호 100은 플라즈마 발생기를 나타낸다. 상기 플라즈마 발생기(100)는 6불화 유황(SF6)의 플라즈마 방전을 유발하여 불소(F) 이온 및 라디컬을 함유하는 활성 종 가스(G; activated species gas)를 발생시킨다. 이 활성 종 가스(G)는 노즐(101)로부터 실리콘 웨이퍼(W)의 표면상에 분사된다.
실리콘 웨이퍼(W)는 스테이지(120)상에 고정된다. 상기 스테이지(120)는 수평방향으로 이동되도록 제조되어 있고, 노즐(101)은 실리콘 웨이퍼(W)의 전체 표면을 주사하도록 형성되어 있으며, 그에 의해, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면상에 존재하는 소정 두께보다 상대적으로 두꺼운 부분(Wa; 하기에는 "상대적으로 두꺼운 부분"이라 지칭한다)이 노즐(101) 바로 아래에 위치되게 된다.
이 때문에, 활성 종 가스(G)는 노즐(101)로부터 상대적으로 두껍게 돌출된 부분(Wa) 상에 분사되게 되고, 상대적으로 두꺼운 부분(Wa)이 국부적으로 에칭되며, 그에 의해, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면은 평탄화된다.
그러나, SF6가스를 사용한 웨이퍼 에칭 방법에서는 도 8에 음영으로 도시되어 있는 바와 같이, 에칭시에 노즐(101)의 주사선(A)을 따라 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 백색 혼탁(B; white turbidity)이 발생한다. 실리콘 웨이퍼(W) 표면의 오염 뿐만 아니라, 이 백색 혼탁은 균일한 에칭을 저해하며, TTV 및 LTV가 소망하는 바 보다 상황을 열악하게 되도록 유발할 수 있다.
이에 반하여, 4불화탄소(CF4)의 플라즈마 방전을 형성하는 웨이퍼 에칭 방법도 있다. 이 방법을 사용하면 실리콘 웨이퍼(W)의 표면상에 백색 혼탁(B)이 발생하지 않지만, 에칭 속도는 SF6가스를 사용할 때 보다 매우 느려지게 된다.
따라서, SF6가스를 사용하면서 백색 혼탁을 발생시키지 않는 웨이퍼 에칭 방법이 필요하다.
이런 기술의 일예가 도 9에 도시되어 있다.
이런 기술에서, 실리콘 웨이퍼(W)는 1Torr의 저기압 환경에 배치되게 된다. SF6가스로 충진되어 있는 전극으로서 기능하는 소형 방전 챔버(200)가 상대적으로 두꺼운 부분(Wa)에 근접하게 위치된다. 이 상태에서, SF6가스의 플라즈마 방전이 13.56MHZ의 고 주파수로 형성되며, 그에 의해, 상대적으로 두꺼운 부분(Wa)이 국부적으로 에칭되게 된다. 이때, 방전 챔버(200)내의 플라즈마가 상대적으로 두꺼운 부분(Wa)에 인접하게 배치되어 있기 때문에, 활성 종 가스(G)가 상대적으로 두꺼운 부분(Wa)을 에칭하는 것과 동시에, 활성 종 가스(G)내의 이온이 상대적으로 두꺼운 부분(Wa)에 충돌하게 된다. 따라서, 백색 혼탁이 다양한 형태의 이온의 충격에 의해 제거되게 되어 실리콘 웨이퍼(Wa)의 표면상에는 어떠한 백색 혼탁 남아있지 않게 된다.
그러나, 도 9 에 도시된 관련 기술의 웨이퍼 에칭 방법에서는 활성 종 가스(G)내의 이온이 실리콘 웨이퍼(W)의 표면을 가격하므로, 실리콘 웨이퍼(W)의 결정 구조가 교란되고, 여러 가지 형태의 이온의 충돌에 의해 야기되는 불순물이 실리콘 웨이퍼(W)내로 진입되며, 실리콘 웨이퍼(W)의 고품질 경면 연마(mirror polish)가 달성될 수 없다. 또한, 이 방법에 의하면 자연광 하에서 백색 혼탁을 눈으로 식별할 수 없지만, 백색 혼탁은 콘덴서 타입 램프 하에서 볼 수 있다. 이 방법에 의하면 백색 혼탁의 발생을 완전히 방지할 수 없다.
이와 반대로, 도 7 에 도시된 장치는 SF6가스를 사용하고, 실리콘 웨이퍼(W)로부터 먼 플라즈마 방전 위치를 가지며, 실리콘 웨이퍼(W)에 대해 활성 종 가스(G)만을 분사한다. 따라서, 실리콘 웨이퍼(W)가 이 장치로 에칭되는 한, 실리콘 웨이퍼(W)의 결정 구조에서는 일체의 교란이 일어나지 않는다.
그러므로, 본 발명의 발명자들은 상기 장치를 사용하여 수소(H2)가스를 SF6가스에 추가하여 실리콘 웨이퍼(W)를 국부적으로 에칭하였으며 이후 실리콘 웨이퍼(W)의 표면을 육안으로 검사하였으나 어떤 백색 혼탁을 식별하지 못하였다. 이는 백색 혼탁의 발생이 불소(F) 라디칼과 H2사이의 반응에 의해 발생되는 불화수소(HF)의 존재에 의해 억제되기 때문인 것으로 믿어진다. 또한, 이 발명에 의하면, 활성 종 가스(G)내의 이온이 실리콘 웨이퍼(W)를 가격하지 않으므로, 실리콘 웨이퍼(W)의 표면 부분의 결정 구조가 교란되지 않는다. 또한, 실리콘 웨이퍼(W)를 소정 온도까지 가열하므로써 실리콘 웨이퍼(W)상에 백색 혼탁이 발생하는 것을 완전히 방지할수 있다.
도 10 에 도시되어 있듯이, SF6가스에 H2가스를 추가하므로써 실리콘 웨이퍼(W)의 표면을 에칭하는 기술이 있음에 주목하여야 한다.
이 기술은 실리콘 웨이퍼(W)를 1500 Torr 의 높은 대기압 환경에 배치한다. 실리콘 웨이퍼(W)의 직경보다 긴 드럼 형상 전극(300)이 실리콘 웨이퍼(W)에 가까이 이동되며, 상기 전극(300)과 실리콘 웨이퍼(W) 사이의 약간의 간극내에는 추가된 H2가스와 함께 SF6가스가 개재된다. 이 상태에서 가스의 플라즈마 방전이 150 MHz 의 고주파에 의해 야기되므로써 실리콘 웨이퍼(W)의 표면이 에칭된다. 또한 역시 이 기술에서 상기 플라즈마 방전 위치는 실리콘 웨이퍼(W)에 가깝게 만들어지고 따라서 도 9 에 도시된 기술과 유사한 문제가 제기된다. 그 결과, 웨이퍼의 온도가 상승하며 웨이퍼의 휨과 같은 문제가 발생한다. 또한, 백색 혼탁의 발생을 억제할 수 없다.
본 발명의 목적은 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스중 하나를 함유하는 혼합 가스를 6불화 유황 가스에 추가하여 에칭시에 웨이퍼 표면에서의 백색 혼탁 발생을 억제하고 웨이퍼에 대한 고품질 경면 연마를 가능하게 하는 웨이퍼 에칭 방법을 제공하는 것이다.
이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 특징에 따르면, 6불화 유황 가스를 방전관 내의 방전 위치에서 플라즈마로 전환시켜 활성 종 가스를 발생시키는 플라즈마 발생 단계와, 상기 방전 위치에서 발생된 활성 종 가스를 웨이퍼 쪽으로 인도하는 방전관의 노즐 부분이 웨이퍼의 비교적 두꺼운 부분과 대면하도록 만들어지는 상태에서 비교적 두꺼운 부분에 활성 종 가스를 분사하여 비교적 두꺼운 부분을 국부적으로 에칭하는 단계를 포함하며, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스중 하나를 함유하는 혼합 가스가 상기 활성 종 가스에 소정 비율로 추가되는, 웨이퍼 에칭 방법이 제공된다.
이와 같은 구조 때문에, 플라즈마 생성 단계에서, 6불화 유황 가스는 방전관 내의 방전 위치에서 플라즈마로 전환되어 활성종 가스를 생성하게 된다. 또한, 분사 단계에서, 방전 위치에서 생성된 상기 활성종 가스는 노즐에 의해서 웨이퍼쪽으로 인도되며, 웨이퍼의 비교적 두꺼운 부분과 면하는 노즐부로부터의 활성종 가스는 상기 비교적 두꺼운 부분으로 분사되며, 여기에서 상기 비교적 두꺼운 부분은 부분적으로 에칭된다. 이 때, 웨이퍼가 주로 6불화 유황 가스를 포함하는 상기 활성종 가스에 의해서 에칭되기 때문에, 에칭 속도는 극단적으로 높다. 또한, 상기 활성종 가스는 플라즈마가 생성되는 방전 위치로부터 멀리 떨어진 노즐부로부터 분사되어 에칭시키므로, 웨이퍼 표면의 결정 구조는 교란되지 않는다. 또한, 소정의 비율로 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스를 상기 활성종 가스에 첨가하기 때문에, 웨이퍼 표면에서의 백색 혼탁의 발생을 억제할 수 있다.
수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스를 활성종 가스에 첨가하는 방법은 어떠한 것이라도 좋다. 한 가지 예로서, 본 발명의 한 형태에 따르면, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스가 소정의 비율로 혼합된 6불화 유황 가스를 포함하는 혼합 가스를 방전관 내의 방전 위치로 공급하여 활성종 가스를 포함하는 활성종 혼합 가스를 생성하고, 이 활성종 혼합 가스를 노즐부로부터 분사한다.
또한, 본 발명의 한 형태에 따르면, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스는 노즐부 부근에 연결된 가스 공급 파이프로부터 소정의 비율로 노즐부의 내부로 공급되어 활성종 가스를 포함하는 활성종 혼합 가스를 생성하고, 이 활성종 혼합 가스를 노즐부로부터 분사한다.
또한, 소정의 레벨로 에칭 속도를 유지하기 위해서는, 6불화 유황을 포함하는 활성종 가스만에 의한 에칭을 가능한 한 많도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 한 형태에 따르면, 상기 활성종 혼합 가스는 웨이퍼와 충돌하지 않도록 노즐부로부터 분사되며, 웨이퍼 주변 영역을 활성종 혼합 가스 분위기로 형성하기 위해서, 이후에 6불화 유황 가스 만을 플라즈마로 전환하여 웨이퍼를 에칭하기에 적합한 활성종 가스를 생성한다.
소정 비율의 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스를 사용할 수는 있지만, 양호한 실시예로서, 본 발명의 한 형태에 따르면, 혼합 가스 또는 활성종 혼합 가스에 대해서 0.1 내지 30 퍼센트 사이의 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스를 첨가한다.
또한, 노즐부로부터 분사된 활성종 가스의 분산을 억제하기에 충분하다면 고정밀도의 국부 에칭이 가능하다. 따라서, 본 발명의 한 형태에 따르면, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스는 노즐부로부터 분사되는 활성종 가스의 주위에 충전된다.
이와 같은 구조 때문에, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스에 의한 활성종 가스의 분산을 억제할 수 있으며, 활성종 가스에 의해서 에칭된 직경이 소정의 크기가 되도록 하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 한 형태에 따르면, 웨이퍼의 표면을 소정의 온도까지 가열하기 위한 가열 단계를 추가로 포함하고 있다.
이러한 형상으로 인해 흰색 혼탁이 콘덴서 형 램프 하에서도 가시적으로 분별할수 없는 경우에 흰색 혼탁의 발생을 완전히 방지할 수 있다.
또한 본 발명의 관점에 따른 웨이퍼 가열 온도의 양호한 예로서 가열단계에서의 웨이퍼의 가열 온도는 60℃ 내지 170℃의 온도로 설정된다.
본 발명의 상기및 다른 목적, 특징 및 잇점은 첨부된 도면과 관련하여 취한 본 발명의 적합한 실시예의 하기 설명으로 부터 더욱 명백해질 것이다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 에칭 방법을 실현하는 웨이퍼 에칭 장치의 구조도.
도2는 웨이퍼의 주사 패턴의 평면도.
도3은 상대적으로 두꺼운 부분의 국부적 에칭 상태의 단면도.
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 웨이퍼 에칭방법을 실현하기 위한 웨이퍼 에칭장치의 구조도.
도5는 본발명의 제4실시예에 따른 웨이퍼 에칭방법을 실현하기 위한 웨이퍼 에칭 방치의 구조도.
도6은 본 발명의 제5실시예의 작동 모드를 설명하는 개략도.
도7은 관련 기술의 웨이퍼 에칭방법의 개략도.
도8은 관련 기술의 웨이퍼 에칭 방법에 의해 에칭된 실리콘 웨이퍼의 표면상의 흰색 혼탁의 발생상태의 평면도.
도9는 다른 관련기술의 웨이퍼 에칭방법의 단면도.
도10은 SF6 와 H2 가스에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 표면을 에칭하기 위한 관련기술의 웨이퍼 에칭방법의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1. 플라즈마 발생기 2. 방전관
3. 가스 공급시스템 4. 극초단파 발진기
5. 도파관 7. 척
본 발명의 적합한 실시예가 도면을 참조로하여 하기에 설명된다.
(제 1 실시예)
도 1은 본발명의 제1실시예에 따른 웨이퍼 에칭방법을 실현하기 위한 웨이퍼 에칭 장치의 구조도이다.
웨이퍼 에칭 장치는 실리콘 웨이퍼(W)를 수용하기 위한 플라즈마 발생기(1)와 챔버(6)로 제공된다.
플라즈마 발생기(1)는 석영 또는 알루미나에 의해 형성된 방전관(2),가스 공급 시스템(3),극초단파 발진기(4) 및 도파관(5)을 가진다.
방전관(2)는 그 하단에서 노즐부(20)로서 작용하며 상단에 접속된 가스 공급 시스템(3)의 공급 파이프(30)를 가지는 원통형 몸체이다.
가스 공급 시스템(3)은 가스를 방전관(2)으로 공급하기 위한 시스템이며 SF6가스를 위한 봄브(31,bomb)과 H2가스를 위한 봄브를 가진다. 봄브(31,32)는 유량 제어장치(33,34)를 통해 공급 파이프(30)에 접속된다.
참조부호35는 밸브를 지시한다.
극초단파 발진기(4)는 마그네트론이며 소정주파수의 극초단파(M)를 발생한다.
도파관(5)은 극초단파 발진기(4)로 부터 발생된 극초단파(M)를 안내하기 위한 것이며 구멍(50)을 통해 방전관(2)에 접속된다.
도파관(5)의 좌측 단부의 내부에는 극초단파(M)를 반사하고 직립파를 형성하는 반사판(쇼트 플러전)(51)이 부착된다. 또한 도파관(5)의 중앙에는 극초단파(M)를 가지는 상 조정(phase adjustment)을 위한 3-스터브 튜너(52)와 극초단파(4) 쪽의 방향으로 반사된 극초단파(M)를 도1의 표면 방향으로 90도 굽히는 절연체(53)가 부착된다.
플라즈마 발생기(1)의 이러한 구조를 적용함으로써 가스가 가스 공급 시스템(3)으로부터 방전관(2)으로 공급되고 극초단파(M)가 극초단파 발진기(4)로부터 발생될때 플라즈마 방전은 구멍(50)에 대응하는 방전관(2)의 위치에서 발생되며 플라즈마 방전에 의해 발생된 가스는 노즐부(20)로부터 분사된다.
그러나, 웨이퍼 에칭 장치에서 극초단파 발진기(4)에 대한 도파관(5)의 삽입위치 즉 방전위치는 노즐부분(20) 훨씬 위에 설정된다. 그러므로, 방전 위치에서 발생된 플라즈마는 실리콘 웨이퍼(W)의 에칭 자체에 기여하지 않는다. 플라즈마 방전에 의해 발생된 활성 종 가스(G)만이 실리콘 웨이퍼(W)의 에칭에 기여한다.
반면에 챔버(6)는 실리콘 웨이퍼(W)를 수용하는 상자형 부재이며 진공펌프(60)에 의해 진공으로 된다.
챔버(6)의 상면의 중심에는 구멍(61)이 형성된다. 방전관(2)의 노즐부(20)는 구멍(61)을 통해 챔버(6)로 삽입된다. 구멍(61)과 방전관(2) 사이에는 O형링(62)이 결합된다. 구멍(61)과 방전관(2) 사이의 공간은 기밀식으로 유지되며 대체로 챔버(6)는 방전관(2)에 대해 수직으로 이동된다.
구멍(61)에 삽입된 노즐부분(20) 주위에는 덕트(63)가 제공된다. 진공펌프(64)는 챔버(6)의 에칭 외측부의 반응 생성가스를 방전하도록 구동된다.
또한, 척(7)이 챔버(6) 내부에 배치된다. 실리콘 웨이퍼(W)는 척(7)에 의해 유지된다.
척(7)은 정전기 척이며 정전기력에 의해 실리콘 웨이퍼(W)를 유지하는 기구이다. 또한 파선으로 도시된 바와 같이 척(7)의 내부에는 가열기(70)가 수용된다. 전원 공급부(71)를 "온"함으로서 실리콘 웨이퍼(W)를 소정 온도로 가열할 수 있다.
척(7)은 X-Y 구동기구(8)에 의해 지지된다. 또한 대체로 챔버(6)는 Z-구동 기구(9)에 의해 지지된다.
구체적으로 척(7)은 X-Y 구동기구(8)의 X-구동 모터(80)에 의해 도1에 측방향으로 이동된다. 척(7)과 X구동 모터(80)는 Y구동 모터(81)에 의해 도1에 도시하는 도면의 표면에 수직인 방향으로 함께 이동되도록 설계된다. 또한 챔버(6)는 대체로 Z-구동 기구(9)의 Z-구동 모터(90)에 의해 수직방향으로 이동되도록 설계된다.
즉, X-Y 구동기구(8)에 의해 X-Y방향으로 실리콘 웨이퍼(W)에 대해 노즐부분(20)이 이동될 수 있으며 Z구동 기구(9)에 의해 수직방향으로 이동 될수 있다.
X-Y 구동기구(8)의 X-구동 모터(80)및 Y-구동 모터(81)및 Z-구동 기구(9)의 Z-구동 모터(90)의 구동 작업은 소정계획에 근거한 제어 컴퓨터(89)에 의해 제어된다.
다음,상술한 배치의 웨이퍼 에칭장치를 사용하여 본 실시예의 웨이퍼 에칭방법을 수행하는 방법의 설명이 행해진다.
먼저,척(7)에 의해 유지된 실리콘 웨이퍼(W)를 가지는 상태에서 진공펌프(60)는 챔버(6)의 내부가 0.1Torr 내지 5.0Torr의 저 대기압 상태를 만들도록 구동되며, Z-구동 기구(9)는 대체로 챔버(6)를 상승시키도록 구동되며 실리콘 웨이퍼(W)를 노즐부분(20)의 약 5㎜ 아래로 가져온다.
상기 상태에서, 가스 공급 시스템(3)의 밸브(35)는 개방되고, 상기 봄브(31)에서의 SF6가스(G1)와, 상기 봄브(32)내부에서의 H2가스(G2)는 흐름 제어장치(33)와 공급 파이프(30)를 통하여 방전관(3)내로 공급된다.
동시에, 상기 밸브(35)의 개방도는 상기 SF6의 가스(G1)와, H2의 가스(G2)의 압력을 소정 레벨로 유지하도록 조정되고, 상기 흐름 제어 장치(33 및 34)는 방전 관(2)내로 공급되는 상기 SF6가스(G1)와 H2의 가스(G2)의 혼합 가스에 대한 H2가스(G2)의 비를 0.1 퍼센트 내지 30 퍼센트의 값으로 세트하기 위하여 상기 SF6의 가스(G1)와 H2의 가스(G2)의 흐름비를 조정하는데 사용된다.
상기 극초단파 발진기(4)가 혼합된 가스를 공급하는 작동과 평행하게 구동된다면, 상기 극초단파(M)는 혼합된 가스의 플라즈마 방전이 방전 위치에 존재하도록 할 것이며, 상기 활성 종 가스(G)와 HF 가스(G3)가 발생될 것이다(플라즈마 발생단계).
이러한 점이 발생할 때에, 상기 활성 종 가스(G)와 상기 HF가스를 포함하는 활성 종 혼합가스(G')는 노즐부(20)로 안내되어서, 상기 노즐부(20)의 개구로 부터 실리콘 웨이퍼(W) 쪽으로 분사된다.
이러한 상태에서, 상기 제어 컴퓨터(89)는 X-Y 방향에서 상기 실리콘 웨이퍼(W) 지그재그를 유지하는 척(7)을 이동하기 위하여 상기 X-Y 구동 매카니즘(8)을 구동한다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 노즐부(20)는 지그재그로 실리콘 웨이퍼(W)에 대하여 주사된다. 이 때에, 상기 실리콘 웨이퍼(W)에 대한 노즐부(20)의 상대속도는 비교적 두꺼운 부분의 두께에 대하여 거의 반비례하도록 세트된다.
이러한 점으로 인하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 노즐부(20)는 두껍지 않는 부분(Wb)바로 위에 고속으로 이동한다. 매우 두꺼운 부분(Wa)위에 도착할 때에, 상기 속도는 비교적 두꺼운 부분(Wa)의 두께에 따라서 하강된다. 결과적으로, 상기 매우 두꺼운 부분(Wa)에 대한 에칭 시간은 보다 길게 되고, 상기 매우 두꺼운 부분(Wa)은 평탄하게 깍이게 된다(분사 단계).
또한, 상기 에칭의 시간때에 발생되는 가스 반응물은 도 1에 도시된 진공 펌프(64)에 의하여 덕트(53)으로 부터 챔버(6)의 외부로 방전된다.
그러나, 상기 SF6가스(G1)와 H2가스(G2)의 혼합 가스의 플라즈마 방전이 에칭때에 발생되기 때문에, F 라디컬과 HF 가스를 포함하는 활성 종 가스(G)를 포함하는 활성 종 혼합가스(G')는 실리콘 웨이퍼(W)위로 불어넣어진다. 따라서, 상기 활성 종 혼합가스(G')에서의 HF 가스는 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 화학적이고 물리적으로 작용하며, 상기 실리콘 웨이퍼(W)의 표면의 백색 혼탁을 억제한다.
또한, 상기 실리콘 웨이퍼(W)가 SF6의 가스(G1)의 플라즈마 방전에 의하여 얻어지는 활성 종 가스(G)에 의하여 에칭되기 때문에, 상기 에칭비는 빠르게 된다.
또한, 상기 플라즈마의 방전 위치가 실리콘 웨이퍼(W)로 부터 먼 위치(예를 들면, 상기 실리콘 웨이퍼(W)의 표면위의 15 cm위치)로 세트되기 때문에, 상기 방전위치에서 발생되는 플라즈마는 실리콘 웨이퍼(W)의 에칭에 그 자체가 영향을 주지 않을 것이다. 즉, 상기 플라즈마는 단지 활성 종 가스(G)의 발생원으로서만 작용할 것이다. 상기 실리콘 웨이퍼(W)는 활성 종 가스(G)에 의해서만 에칭된다. 따라서, 도 9에 도시된 관련 기술에서와 같은 실리콘 웨이퍼(W)를 치는 활성 종 가스(G)에서 이온에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 표면의 결정 구조에 아무런 교란이 없게 될 것이다.
본원의 발명자는 상술된 장점의 영향을 명백하기 위하여 다음의 비교 실험을 하였다.
먼저, 제 1 실험에 있어서, 8인치 실리콘 웨이퍼(W)는 1Torr로 유지된 챔버(6) 내에 척(7)에 의해 고정되고, 가스 이송 시스템(3)의 밸브(35)는 개방되고, 유량 제어 장치(33)는 200 SCCM 즉, 봄브(31: bomb)로부터 방전관(2)까지의 분당 200리터의 SF6가스를 이송하도록 조절되어 있다. 300W 출력의 극초단파(M)는 SF6가스의 플라즈마 방전을 야기하도록 극초단파 발진기(4)로부터 발생되었다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐부(20)는 노즐부(20)로부터 분사되는 활성 종 가스(G)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 전체 표면을 에칭하기 위해 8mm 피치에서 지그재그로 표면을 주사하도록 이루어져 있다. 그 결과 도 8에 도시된 백색 혼탁(B)이 에칭 후에 실리콘 웨이퍼(W)의 표면상의 주사 라인(A)을 따라 발생되는 자연광하에서 가시적으로 확인되었다.
다음에, 본 발명자는 제 2 실험을 실행하였고, 그 실험에서 밸브(35)는 개방되어 있고 유량 제어 밸브(33, 34)는 봄브(31)로부터 SF6가스(G1) 200 SCCM을 출력하고 봄브(32)로부터 H2가스(G2) 10 SCCM을 출력하여 이러한 혼합 가스를 방전관(2)으로 이송하도록 조절되어 있다. 그 결과 백색 혼탁의 발생은 에칭 후에 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에서 자연광하에서 가시적으로 식별될 수 없었다. 또한, 액정 구조체의 교란 없이 양질의 경면을 획득하는 것이 가능했다.
(제 2 실시예)
상술된 제 1 실시예에 있어서, 자연광하에서 가시적으로 식별될 수 없을 정도로 백색 혼탁을 억제하는 것이 가능했다. 그러나, 에칭 후의 실리콘 웨이퍼(W)의 표면이 콘덴서형 램프하에서 관찰되는 경우, 박형의 백색 혼탁이 관찰된다. 그것은 상술된 CF4가스를 사용하는 웨이퍼 에칭 방법에서 사용된다.
상기 범위의 백색 혼탁을 갖는 실리콘 웨이퍼(W)는 완제품으로서 적용가능하지만, 고품질의 경면을 획득하기 위해서는 화학적 기계 연마(CMP) 장치에 의해 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 경면 연마를 해야한다. 그러므로, 이러한 경우에, 경면 연마 단계가 필요하므로, 장치 비용이 더욱 많이 들게 되고 작업 완료의 처리 시간이 더욱 길어지게 된다.
이점을 고려하여, 본 실시예에 있어서는, 장치등의 비용 상승 없이 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에서 백색 혼탁의 발생을 실질적으로 완전히 방지할 수 있는 가열 단계가 제공된다.
특히, 제 1 실시예의 웨이퍼 에칭 방법에서와 동일한 절차가 실행되고, 전원 공급기(71)는 실리콘 웨이퍼(W)를 60℃ 내지 170℃의 온도로 가열하기 위해 실리콘 웨이퍼(W)의 에칭시에 히터(70)를 작동시키도록 동작된다.
이로 인해, 실리콘 웨이퍼(W) 표면상의 백색 혼탁은 콘데서형 램프 환경하에서 조차 가시적으로 식별될 수 없는 범위로 감소된다.
본 발명자는 실리콘 웨이퍼(W)가 상기 제 2 실험과 유사한 조건하에서 에칭되고 히터(70)가 80℃의 온도로 실리콘 웨이퍼(W)를 가열하는데 사용된 실험을 실행함으로써 이러한 특징적인 효과를 입증했다.
그 결과, 실리콘 웨이퍼(W) 표면상의 백색 혼탁의 발생은 실질적으로 완전히 억제되었고 콘덴서형 램프 환경하에서 조차 백색 혼탁이 가시적으로 식별될 수 없었다.
이러한 방법에 있어서, 본 실시예의 웨이퍼 에칭 방법에 따르면, 단일편의 장치에 의해 상기 경면 연마와 동일한 처리를 실행하는 것이 가능하고, 장치 비용의 감소 및 처리 시간을 짧게 하는 것이 가능하다.
(제 3 실시예)
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 의한 웨이퍼 에칭방법을 실시하는 웨이퍼 에칭장치의 구조 도면이다.
상기 웨이퍼 에칭장치는 노즐부(20)에 연결된 L 형 수소가스 공급관(25)과, 이 수소가스 공급관(25)에 연결된 공급관(37), 및 이 공급관(37)에 밸브(35)와 유량 제어장치(34)를 통해 연결된 봄브(bomb:32)로서 구성되어 있다.
이로 인하여, SF6가스(G1)가 상기 봄브(31)로부터 공급관(30)을 거쳐 방전관(2)으로 공급되며 또 H2가스(G2)가 공급관(37)을 거쳐 수소가스 공급관(25)으로 공급될 때, 수소가스 공급관(25)에서 방전된 H2가스(G2)가 SF6가스(G1)의 플라즈마 방전에 의해 생성된 활성종 가스(activatated species gas: G)에 첨가되어 노즐부(20) 쪽으로 흐른다. 그 결과, H2가스(G2)의 첨가에 의해 생성된 활성종 혼합가스(G')가 노즐부(20)의 구멍에서 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 분사된다.
나머지 구성부분과, 작동 모드 및 유익한 효과는 상기 제1 및 제2 실시예와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
(제4실시예)
활성종 가스(G) 및 H2가스(G2)의 F 라디칼들의 반응에 의해 생성된 HF 가스는 백색 혼탁(turbidity)의 발생을 억제하는 것으로 생각되지만, 실리콘 웨이퍼의 에칭에 포함되지 않는다. 따라서, 이 실시예에서, 먼저 실리콘 웨이퍼(W)를 챔버(6)내에 놓기 전에, 제1 내지 제3 실시예와 동일한 방법으로, H2가스(G2)를 SF6가스(G1)에 첨가함으로써 구한 HF 가스를 함유한 활성종 혼합가스(G')(또는 활성종 가스 G)가 노즐부(20)에서부터 챔버(6)의 안쪽으로 분사되어 소정 농도의 HF 가스 분위기를 만들게 한다. 이로 인하여, 실리콘 웨이퍼(W) 주위에는 실리콘 웨이퍼(W)의 표면에 백색 혼탁의 발생을 방지할 수 있는 환경이 만들어진다.
그 후에 적절하게는, 실리콘 웨이퍼(W)가 챔버(6) 내로 운반되어 척(7)으로써 유지된다. 이 상태에서, 봄브(31)의 SF6가스(G1)만이 방전관(2)으로 공급되고, 플라즈마 방전에 의해 생성된 활성종 가스(G)만이 실리콘 웨이퍼(W)를 에칭한다.
이로 인하여, 실리콘 웨이퍼(W)의 에칭부가 활성종 가스(G)에 의해 직접 에칭되고, 에칭율이 향상된다.
나머지 구성부분과, 작동 모드 및 유익한 효과는 상기 제1 내지 제3 실시예와 동일하므로 그 설명은 생략한다.
(제5실시예)
도 5는 본 발명의 제5실시예에 의한 웨이퍼 에칭방법을 실시하는 웨이퍼 에칭장치의 구조 도면이고, 한편 도 6은 이 실시예의 작동 모드를 설명하는 개략도이다.
상기 웨이퍼 에칭장치는 도 5에 도시한 바와 같이, 공급관(37)을 통해 봄브(32)에 연결되고, 챔버(6)에 부착되어 챔버 내부로 개방되어 있는 직선형 수소가스 공급관(26)으로 구성되어 있다.
이 웨이퍼 에칭장치에서는, SF6가스(G1)가 봄브(31)에서부터 방전관(2)으로 공급되며, 플라즈마 방전에 의해 생성된 활성종 가스(G)이 노즐부(20)에서 분사된다.
이 상태에서, 도 6에 점선으로 도시한 바와 같이, 활성종 가스(G)는 넓게 퍼지고, 에칭 직경(D1)이 대단히 커진 후에 멈추게 된다.
따라서, H2가스(G2)가 봄브(32)에서부터 수소가스 공급관(26)으로 공급되고, 수소가스 공급관(26)에서 챔버(6)로 방전되어 이 챔버(6)를 H2가스(G2)로 채우게 된다.
그와 같이 수행됨에 따라, 활성 종 가스(G)의 분산이 H2가스(G2)의 압력에 의해 억제되고, 도 6의 실선으로 도시된 바와 같이, 에칭 직경(D2)은 더욱 작아진다.
따라서, 챔버(6) 내의 H2가스(G2) 압력을 소정 레벨로 설정하므로써, 소정의 에칭 직경(D2)을 얻을 수 있으며 그 결과 매우 정확한 국부적 에칭이 가능해진다.
상기 구성의 나머지, 작동 모드, 및 중요 효과는 제 1 내지 제 4 실시예의 경우와 유사하며, 따라서 그의 설명은 생략한다.
(제 6 실시예)
본 실시예의 웨이퍼 에칭 방법은 암모니아(NH3) 가스가 제 1 실시예에서 사용된 H2가스 대신에 웨이퍼를 에칭하기 위해 사용된다는 점에서 상기 제 1 실시예와는 다르다.
특히, NH3가스는 도 1에 도시된 봄브(32)에 이미 충전된다. 다음에, 혼합 가스의 공급 작업시, SF6가스(G1)의 혼합 가스에 대한 NH3가스와 방전관(2)으로 공급되는 NH3가스의 비는 0.1 내지 30% 사이의 값으로 설정된다. 혼합 가스의 공급 작업과 병행하여, 극초단파 발진기(4)는 플라즈마 발생 단계를 수행하기 위해 구동된다. 상기 작업이 발생할 때, 활성 종 가스(G)와 HF 가스를 포함하는 활성 종 혼합 가스(G')는 노즐부(20)의 개구로부터 실리콘 웨이퍼(W) 쪽으로 분사된다. 그후, 상기 제 1 실시예에서와 동일한 분사 단계를 수행하므로써, 상기 실리콘 웨이퍼(W)는 편평해질 수 있다. 또한, SF6가스(G1)와 NH3가스의 혼합 가스의 플라즈마 방전을 유발하므로써, 상기 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로, F 라디컬(radical)과 NH3가스 사이의 작용에 의해 생성된 HF 가스와 F 라디컬을 함유하는 활성 종 가스(G)를 포함하는 활성 종 혼합 가스(G')는 실리콘 웨이퍼(W)로 분출된다. 따라서, 상기 활성 종 혼합 가스(G')의 HF 가스는 실리콘 웨이퍼(W)의 표면상에서 화학적 및 물리적으로 작용하며, 상기실리콘 웨이퍼(W)의 표면상의 백색 혼탁을 억제한다. 반면, NH3가스의 N-H 결합력이 H2가스의 H-H 결합력보다 약하므로, H이온은 N 이온으로부터 용이하게 분리될 수 있다. 따라서, HF 가스가 신속하게 발생될 수 있으며, 그 결과 백색 혼탁 발생의 억제 효과는 H2가스를 사용하는 경우와 비교하여 상승된다.
또한, NH3가스는 공기중에 산소와 높은 반응을 하는 H2가스와 비교하여 용이하게 취급될 수 있다. 또한, H2가스가 무색 및 무취이므로, H2가스가 봄브(32) 및 다른 성분들로부터 누출될 때 H2가스의 검출이 어렵게 된다. 그와 대조적으로, NH3가스는 냄새를 가지고 있으므로, NH3가스는 상기 봄브(32) 및 다른 성분들로부터 누출될 때 즉시 검출될 수 있다.
또한, 상술된 편평 처리 후 챔버(6) 안으로 산소 가스를 공급하므로써 예정된 처리가 수행될 때, 배기 H2가스가 상기 챔버(6) 안에 충전된 후 상기 챔버(6) 내로 산소를 공급할 필요성을 갖게 된다. 그러나, NH3가스는 거의 산소와 반응을 하지 않으며, 산소 가스는 챔버(6) 내로 NH3가스를 방전하는 일 없이 상기 챔버(6) 내로 즉시 도입될 수 있다.
상기 구성의 나머지 및 작동 모드는 상술된 제 1 실시예의 경우와 유사하며, 따라서 그의 설명은 생략한다.
본 발명은 상술된 실시예에 한정되지 않음을 명기한다. 본 발명의 주요 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하다.
예를 들어, 제 1 실시예 내지 제 5 실시예에서, 플라즈마 발생 단계를 실행하기 위한 수단으로서는 플라즈마를 발생시키기 위하여 극초단파를 발생시키는 플라즈마 발생기(1)가 제작되어 사용되지만, 활성 종 가스(activated species gas)를 발생시킬 수 있는 임의의 수단이 사용될 수도 있다.
또한, 상기 제 2 실시예에서, 가열 단계를 실시하기 위한 수단으로서는 히터(70)가 제작되어 사용되지만, 본 발명에서는 이 수단만으로 제한하지는 않는다. 예를 들어, 가열 단계를 실시하기 위한 수단으로서는 적외선 램프 등이 사용될 수 있다.
제 3 실시예 내지 제 5 실시예에서, 우량의 실리콘 웨이퍼 W를 얻기 위하여 제 2 실시예에서처럼 가열 단계를 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 6 실시예에서, 제 1 실시예에서처럼 H2가스 대신에 NH3가 제조되어 사용되지만, 제 2 실시예 내지 제 5 실시예에서 NH3가스를 사용하는 경우에도 제 2 실시예 내지 제 5 실시예와 동일한 작업과 이로운 효과를 얻을 수 있다.
즉, NH3가스를 사용함으로써 제 6 실시예의 웨이퍼 에칭 방법을 수행할 때, 실리콘 웨이퍼 W는 도 1에 도시한 히터(70)를 작동시킴으로써 60 내지 170℃ 사이의 온도로 가열된다. 이로 인하여, 실리콘 웨이퍼 W의 표면상에서 콘덴서 타입의 램프하에서 조차도 가시적으로 식별할 수 없을 정도의 백색 혼탁(white turbidity)을 억제할 수 있다.
봄브(31)로부터 공급 파이프(30)를 거쳐 방전관(2)까지 SF6가스(G1)을 공급함으로써, 그리고 도 4에 도시한 가스 공급 파이프(25)에 NH3가스를 공급함으로써, 노즐 부분(20)으로부터 실리콘 웨이퍼 W의 표면까지 NH3가스가 첨가된 활성 종 혼합 가스 G'를 분사할 수 있다.
또한, SF6가스(G1)(또는 활성 종 가스 G)에 NH3 가스를 첨가하여 얻은 HF 가스를 함유하는 활성 종 혼합 가스(G')는 노즐 부분(20)으로부터 소정의 농도를 갖는 HF 가스 분위기의 챔버(5) 안쪽에 분사된다. 그후, 플라즈마 방전에 의해 생성된 활성 종 가스(G)만이 실리콘 웨이퍼 W를 에칭하며, 그 결과 에칭율을 개선시킬 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같은 구조에서, NH3가스는 가스 공급관(26)으로부터 챔버(6)로 방전되고 이 챔버(26)는 NH3가스로 채워진다. 이로 인해, 이 활성 가스(G)의 확산이 NH3가스의 압력에 의해 억제되어 에칭 직경이 작아질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 에칭 방법에 따라, 웨이퍼는 6불화 유황 가스로 주로 구성된 활성 종 가스에 의해 에칭되므로, 웨이퍼의 에칭률을 증가시킬 수 있다. 더욱이, 이 활성 종 가스는 에칭을 위해 플라즈마가 생성되는 방전 위치로부터 떨어진 노즐 부분으로부터 분사되므로, 웨이퍼 표면의 결정 구조에 장애가 발생하지 않으며 양호한 품질의 웨이퍼가 제조될 수 있다. 더욱이, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스를 첨가하여 와이퍼 표면의 백색 혼탁이 억제될 수 있으므로, 고품질의 와이퍼를 제조할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 와이퍼 에칭 방법에 따라, 6불화 유황가스만을 플라즈마로 전환하여 생산되는 활성 종 가스만이 웨이퍼의 에칭시에 분사되어, 활성 종류에 의한 에칭이 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나에 의해 그리 많이 방해받지 않는다. 결과적으로, 에칭률을 원하는 수준이 되게 할 수 있고 작업 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
더욱이, 본 발명에 따른 와이퍼 에칭 방법에 따라, 와이퍼 표면의 백색 혼탁 발생을 방지하는 것만이 아니라, 활성 종 가스에 의해 에칭 직경을 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스 중의 하나를 포함하는 혼합 가스에 의해 소정의 크기로 제어하는 것이 가능하며, 매우 높은 정밀도의 국지적 에칭이 가능해진다.
더욱이, 본 발명에 따른 와이퍼 에칭 방법에 따라, 백색 혼탁을 컨덴서 형 램프 아래서도 가시적으로 식별할 수 없는 정도로 와이퍼 표면의 백색 혼탁 발생을 거의 완전히 억제할 수 있으며, 더 높은 품질의 웨이퍼가 제조될 수 있다.
Claims (8)
- 6불화 유황가스를 방전관내의 방전위치에서 플라즈마로 전환하여 활성 종 가스를 생성하는 플라즈마 발생과정과,상기 방전위치에서 생성한 활성 종 가스를 웨이퍼쪽으로 인도하는 방전관의 노즐부를 웨이퍼의 상대적으로 두꺼운 부분으로 대향시킨 상태에서, 상기 활성 종 가스를 상기 상대적으로 두꺼운 부분으로 분사시킴으로써, 상기 상대적으로 두꺼운 부분을 국부적으로 에칭하는 분사과정을 포함하고,상기 활성 종 가스에 수소 가소, 암모니아가스, 또는 이들 가스중 한 가스를 함유한 혼합 가스를 소정 비율로 첨가하는 웨이퍼 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스중 한 가스를 함유한 혼합 가스를 소정 비율로 혼합한 6불화 유황가스를 함유하는 혼합가스를 상기 방전관내의 방전위치에 공급하여 상기 활성 종 가스를 함유한 활성 종 혼합 가스를 생성하고, 이 활성 종 혼합 가스를 상기 노즐부로부터 분사하는 웨이퍼 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 수소 가스, 암모니아 가스, 또는 이들 가스중 한 가스를 함유한 혼합 가스를 상기 노즐부의 부근에서 연결된 가스 공급관으로부터 상기 노즐부 내에 소정 비율로 공급하여, 상기 활성 종 가스를 함유한 활성 종 혼합 가스를 생성하고, 이 활성 종 혼합 가스를 상기 노즐부로부터 분사하는 웨이퍼 에칭방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 활성 종 혼합 가스를 상기 웨이퍼를 타격하지 않도록 상기 노즐부로부터 분사하여 웨이퍼의 주위 영역을 상기 활성 종 혼합 가스의 분위기로 만든 후, 상기 6불화 유황 가스 만을 플라즈마로 전환하여 상기 웨이퍼를 에칭하기 위한 활성 종 가스를 생성하는 웨이퍼 에칭방법.
- 제 2 항에 있어서, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스중 한 가스를 함유한 혼합 가스는 이 혼합 가스 또는 활성 종 혼합 가스에 대하여 0.1 내지 30 퍼센트의 비율로 첨가되는 웨이퍼 에칭방법.
- 제 1 항에 있어서, 수소 가스, 암모니아 가스 또는 이들 가스중 한 가스를 함유한 혼합 가스는 노즐부로부터 분사된 활성 종 가스 주위에 채워지는 웨이퍼 에칭방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면을 소정 온도로 가열하는 가열 과정을 부가로 포함하는 웨이퍼 에칭방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 과열 과정에서의 웨이퍼의 가열 온도는 60 내지 170℃ 사이의 온도로 세팅되는 웨이퍼 에칭방법.
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