KR20020010741A - 반도체 제조공정에 사용되는 웨이퍼 습식 에칭장치 - Google Patents

반도체 제조공정에 사용되는 웨이퍼 습식 에칭장치 Download PDF

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Abstract

반도체 제조공정에 사용되는 웨이퍼 습식 에칭장치가 개시되어 있다. 상기 습식 에칭장치는 웨이퍼를 습식 에칭하기 위한 에칭 챔버를 구비한다. 상기 에칭 챔버에는 화학 용액이 충전된다. 에칭 공정 수행시, 상기 에칭 챔버에 충전된 화학 용액은 상기 에칭 챔버의 바닥부에 설치되는 펄세이터에 의해 교란되어 그 농도가 에칭 챔버 내에 균일하게 분포되게 된다. 상기 에칭 챔버의 상부에는 화학 용액이 에칭 챔버의 외부로 오버 플로우되는 것을 방지하기 위한 상부 커버가 장착되어 있으며, 상기 에칭 챔버의 내벽부에는 화학 용액에 포함된 불순물을 여과시키기 위한 여과 장치가 설치되어 있다. 에칭 챔버 내의 화학 용액의 농도 차이에 의한 에칭 불균일성이 해소될 수 있으며, 에칭 불량률이 현저히 감소되므로 반도체 소자의 제조 비용이 절감될 수 있다.

Description

반도체 제조공정에 사용되는 웨이퍼 습식 에칭장치{WET ETCHING APPARATUS FOR A WAFER USED IN A SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS}
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정에 사용되는 웨이퍼 습식 에칭(wet etching) 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 처리 시스템은 웨이퍼를 가공하기 위한 가공 챔버를 구비한다. 상기 가공 챔버로 이송된 웨이퍼는 통상적으로 리소그래피, 화학 또는 물리적 증착 및 에칭 등과 같은 일련의 반도체 공정을 거쳐 반도체 소자 또는 반도체 칩으로 제조된다.
상기 반도체 공정 중에 에칭 공정은 웨이퍼의 표면층을 소정의 패턴으로 식각하기 위한 공정이다. 상기 에칭 공정은 플라즈마 등을 이용하여 수행하는 건식 에칭(DRY ETCHING) 공정과 액체, 기체 등을 이용하여 수행하는 습식 에칭 공정으로 분류된다.
본 발명은 습식 에칭 공정에 관한 것이므로, 건식 에칭 공정에 대해서는 미합중국 특허 제5,779,803호(issued to Kurono on Jul. 14, 1998), 제5,744,049호(issued to Hills et al, on April 28, 1998), 및 제5,587,039호(issued to Salimian on Dec. 14, 1996) 등에 기재된 내용을 참고하기로 하고, 여기서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
일반적으로, 습식 에칭 공정은 화학용액이 충전되어 있는 에칭 챔버 내에 웨이퍼를 담그고, 일정 시간이 지난 후에 웨이퍼를 에칭 챔버에서 꺼내는 방식을 사용하고 있다.
이러한 습식 에칭 공정의 일예들이 미합중국 특허 제 5,788,800호(issued to Lee et al., on Aug. 4, 1998), 제 5,788,871호(issued to Huh, on Aug. 4, 1998) 및 제 5,641,383호(issued to Jun, on June 24, 1997)에 개시되어 있다.
도1에는 이러한 종래 습식 에칭장치(100)가 도시되어 있다. 도1에 도시되어있는 바와 같이, 종래 습식 에칭장치(100)는 에칭 챔버(110)를 구비한다. 상기 에칭 챔버(110)에는 BOE(buffered oxide etching) 용액 등과 같은 화학 용액(C)이 충전되는데, 상기 화학 용액(C)의 용이한 충전을 위해 상기 에칭 챔버(110) 내에 화학 용액 공급라인이 설치될 수도 있다.
상기 에칭 챔버(110)에는 BOE(buffered oxide etching) 용액 등과 같은 화학 용액(C)이 충전되는데, 상기 화학 용액(C)의 용이한 충전을 위해 상기 에칭 챔버(110) 내에 화학 용액 공급라인이 설치될 수도 있다.
웨이퍼 습식 에칭공정이 개시되면, 다수개의 웨이퍼(W)가 정렬되어 있는 웨이퍼 번들(wafer bundle; 120)이 상기 화학 용액(C)이 충전되어 있는 에칭 챔버(110) 내로 안내된다. 이러한 안내 공정은 통상적으로 로봇 등과 같은 핸들러(130)에 의해 이루어지게 된다.
상기 웨이퍼 번들(120)이 상기 에칭 챔버(110) 내로 안내되면, 에칭 챔버(110) 내에 있는 화학 용액(C)이 웨이퍼(W)의 표면층과 반응하여 웨이퍼(W) 표면에 대한 에칭이 이루어지게 된다.
이어서, 소정 시간이 경과하면, 상기 핸들러(130)의 작동에 의해 상기 웨이퍼 번들(120)이 상기 에칭 챔버(110)로부터 인출되므로써 습식 에칭 공정이 완료된다. 습식 에칭 공정이 완료된 상기 웨이퍼(W)들은 차기 공정을 위한 스테이지로 이송되거나, 대기 상태를 유지하게 된다.
그러나, 이러한 구성을 갖는 종래 웨이퍼 습식 에칭 장치(100)는 개별 웨이퍼(W)에 대한 균일한 에칭을 수행할 수 없다는 문제를 안고 있다.
이러한 문제는, 웨이퍼(W)가 에칭 챔버(110)에 담궈질 때 웨이퍼(W)의 위치, 에칭 챔버(110)에 충전된 화학 용액(C)의 위치별 농도 차이, 및 상기 웨이퍼 번들(120) 내에서의 개별 웨이퍼(W)의 위치 차이 등으로 인하여 발생하게 된다.
상기 문제는 현재의 8인치 웨이퍼 생산 라인에서는 물론, 이보다 면적이 더 큰 12인치 웨이퍼 생산라인에서 심각한 에칭 불균일의 문제를 야기하고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점들을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼들을 균일하게 에칭시킬 수 있는 웨이퍼 습식 에칭장치를 제공하는 것이다.
도1은 종래 웨이퍼 습식 에칭장치의 개략도이다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 습식 에칭장치의 개략도이다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼 습식 에칭장치의 여과장치를 보여주는 개략도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
W : 웨이퍼 200 : 웨이퍼 습식 에칭장치
210 : 에칭 챔버 220 : 펄세이터
230 : 웨이퍼 번들 240 : 상부 커버
250 : 여과 장치 260 : 핸들러
270 : 펄세이터 구동부 C : 화학용액
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 용액이 충전되는 에칭 챔버; 및 상기 에칭 챔버에 충전된 화학 용액을 교란시켜 상기 화학 용액의 농도가 상기 에칭 챔버 내에 균일하게 분포될 수 있도록 하는 교란 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 에칭 장치를 제공한다.
상기 교란 수단은 상기 에칭 챔버의 바닥부에 설치되는 펄세이터 및 상기 펄세이터를 소정 방향으로 회전시키기 위한 펄세이터 구동부를 포함한다.
상기 에칭 챔버의 상부에는 화학 용액이 에칭 챔버의 외부로 오버 플로우되는 것을 방지하기 위한 상부 커버가 장착되어 있다. 상기 에칭 챔버의 내벽부에는 화학 용액에 포함된 불순물을 여과시키기 위한 여과 장치가 설치되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 습식 에칭 장치(200)가 도시되어 있다.
도2에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 습식 에칭 장치(200)는 에칭 챔버(210)를 구비한다. 상기 에칭 챔버(210) 내에는 BOE(buffered oxide etching) 용액 등과 같은 화학 용액(C)이 충전되는데, 상기 화학 용액(C)의 용이한 충전을 위해 상기 에칭 챔버(210) 내에 화학 용액 공급라인이 설치될 수도 있다.
이러한 경우, 상기 화학 용액 공급라인은 화학 용액 공급원으로부터 상기 에칭 챔버(210) 내로 화학 용액(C)을 공급하거나, 상기 에칭 챔버(210) 내에 충전된 화학 용액(C)을 배출시키는 통로 역할을 하게 된다.
상기 에칭 챔버(210)의 바닥부에는 상기 에칭 챔버(210)에 충전된 화학 용액(C)을 교란(Agitating)시키기 위한 펄세이터(pulsator; 220)가 설치되어 있다. 상기 펄세이터(220)는 에칭 공정시 펄세이터 구동부(270)에 의해 회전하여 상기 에칭 챔버(210) 내에 와류를 발생시키므로써, 상기 화학 용액(C)의 농도가 상기 에칭 챔버(210) 내에 균일하게 분포될 수 있도록 하는 기능을 한다.
따라서, 상기 펄세이터(220)는 상기 에칭 챔버(210)의 바닥 중심부에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 펄세이터 구동부(270)는 고정자와 회전자로 구성되는 통상의 모터가 사용될 수 있으며, 상기 모터의 모터축에 상기 펄세이터(220)가 회전가능하게 결합되는 구조를 갖고 있다.
또한, 상기 에칭 챔버(210)의 상부에는 상부 커버(240)가 장착된다. 상기 상부 커버(240)는 에칭 공정시 상기 펄세이터(220)의 회전에 의해 화학 용액(C)이 상기 에칭 챔버(220)의 외부로 오버 플로우(overflow)되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 다수개의 웨이퍼(W)들이 장착되어 있는 웨이퍼 번들(230)이 상기 에칭 챔버(210)에 들어간 상태에서 상기 상부 커버(270)를 상기 에칭 챔버(210)의 상부에 장착시키도록 되어 있다.
이때, 상기 웨이퍼 번들(230)은 반드시 펄세이터(220)의 회전에 의해 형성되는 와류의 유동방향에 순응할 수 있는 구조로 상기 에칭 챔버(210) 내에 배치되어야 한다. 즉, 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 에칭 챔버(210) 내에 형성되는 와류가 상기 웨이퍼 번들(230)에 장착되어 있는 웨이퍼(W)들에 고르게 접촉될 수 있도록, 상기 웨이퍼 번들(230)은 수직 방향으로 상기 에칭 챔버(210) 내에 배치되어야만 한다.
도면부호(260)는 핸들러로서, 상기 핸들러(260)는 에칭 공정이 개시될 때, 상기 웨이퍼 번들(230)을 상기 에칭 챔버(210) 내로 이송시키거나, 에칭 공정이 완료된 후 상기 웨이퍼 번들(230)을 상기 에칭 챔버(210)로부터 외부로 인출시키는 역할을 한다.
한편, 도3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 여과 장치(250)가 도시되어 있다. 상기 여과 장치(250)는 상기 펄세이터(220)에 의해 상기 에칭 챔버(210) 내에 와류가 형성될 때, 에칭 챔버(210)의 바닥에 침전되어 있는 침전물 또는 불순물들이 상부로 상승하여 웨이퍼(W)를 오염시키는 것을 방지하기 위한 것이다.
상기 여과 장치(250)는 대략 삼각 기둥 형태의 형상을 가지며 에칭 챔버(210)의 측벽에 설치되어 있다. 상기 여과 장치(250)의 개수 및 형상은 시스템에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 기본적으로 펄세이터(220)의 회전에 의해 에칭 챔버(210) 내에서 유동하는 화학용액(C)에 포함되어 있는 불순물 또는 침전물을 여과시킬 수 있는 구조를 가져야만 한다.
도3에 도시된 실시예에 따르면, 상기 여과 장치(250)는 상기 에칭 챔버(210)의 측벽에 일체로 형성되는 다수개의 삼각 기둥 형태로 구성되며, 각각의 삼각 기둥에는 화학 용액(C)의 유동 방향(도2 및 도3에서 화살표로 도시됨)과 마주보는 방향으로 다수개의 기공(252)이 형성되어 있는 구조를 갖는다. 상기 여과 장치(250)를 통과하여 필터링된 화학 용액(C)은 다시 에칭 챔버(210) 내로 피드백(feed-back)되는 구조를 갖는다.
그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 여과 장치(250)로서, 사각 형상의 메쉬 플레이트(mesh plate)를 사용할 수 있으며, 특수 합성 섬유재를 사용하는 것도 가능하다.
이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 습식 에칭 장치(200)는 다음과 같이 작동한다.
먼저, 웨이퍼 습식 에칭공정이 개시되면, 다수개의 웨이퍼(W)가 정렬되어 있는 상기 웨이퍼 번들(220)이 상기 화학 용액(C)이 충전되어 있는 에칭 챔버(210) 내로 안내된다. 이러한 안내 공정은 핸들러(260)에 의해 이루어지게 된다.
상기 웨이퍼 번들(220)이 상기 에칭 챔버(210) 내로 안내되면, 상부커버(240)를 사용하여 상기 에칭 챔버(210)의 상부를 밀폐시킨다.
이어서, 펄세이터 구동부(270)가 작동하여 상기 에칭 챔버(210)의 바닥부에 설치되어 있는 펄세이터(220)를 회전시킨다. 상기 펄세이터(220)가 회전함에 따라, 상기 에칭 챔버(210) 내에는 소정의 방향성을 갖는 화학 용액(C)의 와류가 형성되는데, 이러한 와류의 발생으로 인하여 화학 용액(C)의 국부적인 농도차이가 해소되게 된다.
상기 균일 농도를 갖는 화학 용액(C)은 수직적으로 배치된 웨이퍼 번들(230)에 장착되어 있는 웨이퍼(W)의 표면층과 골고루 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 대한 균일한 에칭이 이루어지게 된다.
상기 에칭 챔버(210) 내에 와류가 발생하는 동안, 상기 에칭 챔버(210)의 측벽에 일체로 형성되어 있는 여과 장치(250)는 상기 화학 용액(C)에 포함되어 있는 불순물을 여과시킨다. 즉, 에칭 챔버(210)의 바닥에 침전되어 있다가 와류 발생시 상기 와류를 따라 유동하게 되는 불순물을 여과시킨다.
이어서, 소정 시간이 경과하면, 상기 핸들러(240)의 작동에 의해 상기 웨이퍼 번들(230)이 상기 에칭 챔버(210)로부터 인출되므로써 습식 에칭 공정이 완료된다. 습식 에칭 공정이 완료된 상기 웨이퍼(W)들은 차기 공정을 위한 스테이지로 이송되거나, 대기 상태를 유지하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼 습식 에칭장치는 펄세이터의 회전에 의해 와류가 발생하여 화학 용액의 국부적인 농도차이를 해소시키기때문에, 화학 용액의 농도 차이로 인해 발생되어왔던 웨이퍼의 에칭 불균일성을 해소시킬 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면, 에칭 불량률이 현저하게 감소하게 되므로, 생산성이 향상될 수 있으며, 반도체 소자의 제조비용을 절감할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서 다양한 개량이나 변형이 가능하고, 이러한 개량이나 변형 또한 본 발명에 속한다는 것은 당업자라면 인지할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 화학 용액이 충전되는 에칭 챔버; 및
    상기 에칭 챔버에 충전된 화학 용액을 교란(Agitating)시켜 상기 화학 용액의 농도가 상기 에칭 챔버 내에 균일하게 분포될 수 있도록 하는 교란 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 에칭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 교란 수단은 상기 에칭 챔버의 바닥부에 설치되는 펄세이터 및 상기 펄세이터를 소정 방향으로 회전시키기 위한 펄세이터 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 에칭 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 에칭 챔버의 상부에는 화학 용액이 에칭 챔버의 외부로 오버 플로우되는 것을 방지하기 위한 상부 커버가 장착되어 있으며, 상기 에칭 챔버의 내벽부에는 화학 용액에 포함된 불순물을 여과시키기 위한 여과 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 습식 에칭 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100712472B1 (ko) * 2000-12-16 2007-04-27 엘지.필립스 엘시디 주식회사 식각장치 및 식각방법

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