KR20030010338A - Apparatus for wafer etching with xenon difluoride - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼 에칭장치에 관한 것으로, 특히 이플루오르화크세논(XeF2)을 이용한 웨이퍼 에칭장치에 관한 것이다.The present invention relates to a wafer etching apparatus, and more particularly to a wafer etching apparatus using xenon difluoride (XeF 2 ).
이플루오르화크세논은 일반적으로 사용되는 식각제들, 예컨대 EDP, KOH,cl2, SF6에 비하여 몇가지 장점이 있는 건조한 기상의 식각제이다. 이플루오르화크세논은 실온의 대기압에서는 흰색의 고체이며, 상온(25℃)에서 3.8Torr 이하의 압력에서 승화되는 특성이 있다. 승화된 이플루오르화크세논을 이용한 에칭방법은 알루미늄이나 산진감광제, 산화막 등의 물질에 대하여 높은 선택도를 가지며, 기상에서 웨이퍼를 식각하므로 구현된 구조물이 바닥에 붙는 부착의 문제를 최소화할 수 있다. 또한, 등방적 에칭 특성과 수십 ㎛/분의 빠른 에칭율을 가지는 특성으로 큰 구조물을 빨리 에칭할 수 있다. 또한, 이플루오르화크세논만을 사용하므로 중합체 막이 형성되지 않으며 기타의 오염 요소가 없다.Xenon difluoride is a dry gaseous etch that has several advantages over commonly used etchants such as EDP, KOH, cl 2 , SF 6 . Xenon difluoride is a white solid at atmospheric pressure at room temperature, and has a characteristic of subliming at a pressure of 3.8 Torr or less at room temperature (25 ° C). Etching method using sublimated xenon difluoride has a high selectivity for materials such as aluminum, acid photosensitizer, oxide film, etc., and by etching the wafer in the gas phase can minimize the problem of the adhesion of the structure to the floor. In addition, a large structure can be etched quickly by the isotropic etching characteristic and the fast etching rate of several tens of micrometers / minute. In addition, since only xenon difluoride is used, no polymer film is formed and there are no other contaminating elements.
이와 같은 이플루오르화크세논을 이용하여 웨이퍼를 에칭하는 장치는, 이플루오르화크세논을 적재하는 적재챔버, 승화된 이플루오르화크세논 가스를 모으는 확장챔버 및 에칭을 수행하는 에칭챔버를 구비한다.An apparatus for etching a wafer by using such xenon difluoride includes a loading chamber for loading xenon difluoride, an expansion chamber for collecting sublimated xenon difluoride gas, and an etching chamber for performing etching.
이러한 일반적인 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치가 도 1에 개략적으로 도시되어 있는 바, 이를 간단히 살펴보면 다음과 같다.A wafer etching apparatus using such a general xenon difluoride is schematically illustrated in FIG. 1, which is briefly described as follows.
도 1에서 참조부호 1은 적재챔버, 2는 확장챔버 그리고, 3은 에칭챔버이다.In Fig. 1, reference numeral 1 denotes a loading chamber, 2 an expansion chamber, and 3 an etching chamber.
도시된 바와 같이, 적재챔버(1)와 확장챔버(2)와 에칭챔버(3)는 배관(4)에 의해 연결되어 있다. 그리고, 확장챔버(2)의 하측에는 제 2 배관(4')에 의해 연결되는 제 1 진공펌프(5)가 배치되어 있으며, 에칭챔버(3)의 하측에는 제 3 배관(4")에 의해 연결되는 제 2 진공펌프(6)가 배치되어 있다.As shown, the loading chamber 1, the expansion chamber 2, and the etching chamber 3 are connected by a pipe 4. In addition, a first vacuum pump 5 connected by a second pipe 4 ′ is disposed below the expansion chamber 2, and a third pipe 4 ″ is provided below the etching chamber 3. A second vacuum pump 6 to be connected is arranged.
상기 적재챔버(1)와 확장챔버(2) 사이의 배관, 그리고, 상기 확장챔버(2)와 에칭챔버(3) 사이의 배관에는 이 배관을 통한 가스 흐름을 제어하기 위한 제 1 및 제 2 밸브(7)(8)가 각각 설치되어 있다. 여기서, 상기 제 1 밸브(7)는 가스의 흐름을 단속하는 역할을 하며, 상기 제 2 밸브(8)는 가스의 흐름을 단속함과 동시에 에칭챔버(3)로 이송되는 이플루오르화크세논 가스량을 측정하는 역할을 겸한다. 상기 제 2 밸브(8)로는 매스 플로우 컨트롤 밸브로 구성된다.The piping between the loading chamber 1 and the expansion chamber 2 and the piping between the expansion chamber 2 and the etching chamber 3 include first and second valves for controlling the gas flow through the piping. (7) (8) are provided, respectively. Here, the first valve 7 serves to control the flow of gas, and the second valve 8 controls the flow of gas and simultaneously controls the amount of xenon difluoride gas transferred to the etching chamber 3. It also serves as a measure. The second valve 8 is composed of a mass flow control valve.
또한, 상기 확장챔버(2)에는 질소가스 유입관(9)이 연결되어 있고, 상기 에칭챔버(3)에는 질소가스 배출관(10)이 연결되어 있다. 도면에서 미설명부호 11은 적재챔버 배관라인이며, 12는 오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브이다.In addition, a nitrogen gas inlet pipe 9 is connected to the expansion chamber 2, and a nitrogen gas discharge pipe 10 is connected to the etching chamber 3. In the figure, reference numeral 11 denotes a loading chamber pipe line, and 12 denotes an automatic pressure control valve.
이와 같이된 일반적인 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치는 진공의 적재챔버(1)에서 승화된 이플루오르화크세논 가스가 확장챔버(2)로 이송되며, 확장챔버(2)에는 질소가스 유입관(9)을 통하여 질소가 유입된다. 이에 따라 확장챔버(2)는 상압이 되고, 상압의 확장챔버(2)에서 이플루오르화크세논 가스가 에칭챔버(3)로 이송되게 되는데, 이 때, 제 2 밸브(8)에 의해 가스 흐름량이 제어되면서 일정량의 이플루오르화크세논 가스가 에칭챔버(3)로 주입되어 에칭이 진행되게 된다. 여기서, 질소가스를 사용하는 이유는, 이플루오르화크세논 가스 자체는 특성상 정확한 양을 측정하는 것이 어렵기 때문에, 질소가스의 통과량을 측정하여 에칭챔버로 주입되는 이플루오르화크세논 가스의 양을 측정하기 위하여 사용된다. 그리고, 에칭챔버(3)로 주입된 가스 중에 포함된 질소가스는 질소가스 배출관(10)을 통해 배출된다.In the wafer etching apparatus using a general xenon difluoride as described above, the sublimed xenon difluoride gas is transferred to the expansion chamber 2 in the vacuum loading chamber 1, and the expansion chamber 2 has a nitrogen gas inlet pipe ( Nitrogen is introduced through 9). As a result, the expansion chamber 2 is at atmospheric pressure, and the xenon difluoride gas is transferred to the etching chamber 3 from the expansion chamber 2 at normal pressure, and at this time, the amount of gas flow by the second valve 8 is increased. While controlled, a certain amount of xenon difluoride gas is injected into the etching chamber 3 so that the etching proceeds. Here, the reason for using nitrogen gas is that it is difficult to measure the exact amount of the xenon difluoride gas itself due to its characteristics, so the amount of xenon difluoride xenon injected into the etching chamber is measured by measuring the amount of nitrogen gas passing through. To be used. In addition, the nitrogen gas contained in the gas injected into the etching chamber 3 is discharged through the nitrogen gas discharge pipe 10.
그러나, 상기한 바와 같은 일반적인 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치는, 매스 플로우 컨트롤 밸브를 이용하여 확장챔버에서 에칭챔버로 이송되는 가스량을 측정하기 때문에, 확장챔버에 이를 상압으로 만들기 위한 질소가스를 주입하여야 하고, 또한, 에칭챔버에서 질소가스를 배출시켜야 하는 등 작업이 불편하다고 하는 문제가 있다.However, since the wafer etching apparatus using a general xenon difluoride as described above measures the amount of gas transferred from the expansion chamber to the etching chamber using a mass flow control valve, nitrogen gas for making it at atmospheric pressure is supplied to the expansion chamber. There is a problem that the operation is inconvenient, such as injection and nitrogen gas discharged from the etching chamber.
또한, 확장챔버에서 에칭챔버로 이송되는 이플루오르화크세논 가스량을 질소가스의 통과량을 측정하여 추측하기 때문에, 그 정밀도가 떨어진다고 하는 문제도 있다.In addition, since the amount of xenon difluoride xenon transferred from the expansion chamber to the etching chamber is estimated by measuring the amount of nitrogen gas passing through, there is also a problem that the accuracy is lowered.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 질소가스를 사용하지 않고 확장챔버에서 에칭챔버로 주입되는 이플루오르화크세논 가스양을 정확히 제어할 수 있는 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made in view of the above, and provides a wafer etching apparatus using xenon fluoride which can accurately control the amount of xenon difluoride gas injected into the etching chamber from the expansion chamber without using nitrogen gas. Its purpose is to.
도 1은 종래 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치를 개략적으로 나타낸 도면, 그리고,1 is a view schematically showing a wafer etching apparatus using a conventional xenon difluoride, and
도 2는 본 발명에 의한 이플루로르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a schematic view of a wafer etching apparatus using an fluoride xenon according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100;적재챔버200;확장챔버100; loading chamber 200; expansion chamber
110,210;압력게이지300;에칭챔버110, 210; Pressure gauge 300; Etching chamber
400,410;배관500;오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브400, 410; Piping 500; Automatic pressure control valve
610;개폐밸브620;오리피스관610; opening and closing valve 620; orifice tube
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치는, 이플루오르화크세논을 적재하는 적재챔버, 승화된 이플루오르화크세논 가스를 모으는 확장챔버 및 에칭을 수행하는 에칭챔버가 배관에 의해 연결되어 이루어지는 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치에 있어서, 상기 적재챔버와 확장챔버 사이의 배관에는 양 챔버의 압력에 따라 개폐제어되면서 적재챔버에서 확장챔버로 이송되는 이플루오르화크세논 가스양을 조절하는 오토매틱 플로셔 컨트롤 밸브가 설치되며, 상기 확장챔버와 에칭챔버 사이의 배관에는 확장챔버에서 에칭챔버로 주입되는 이플루오르화크세논 가스의 흐름을 단속하기 위한 수단이 설치되어 구성된 것을 특징으로 한다.The wafer etching apparatus using xenon difluoride according to the present invention for achieving the above object is a loading chamber for loading xenon difluoride, an expansion chamber for collecting the sublimed xenon difluoride gas and an etching chamber for performing etching In a wafer etching apparatus using xenon fluoride connected by a pipe, the amount of xenon fluoride xenon transferred from the loading chamber to the expansion chamber in the pipe between the loading chamber and the expansion chamber is controlled according to the pressure of both chambers. An automatic flow control valve for controlling the pressure is provided, and the pipe between the expansion chamber and the etching chamber is characterized in that the means for controlling the flow of xenon fluoride gas injected into the etching chamber from the expansion chamber is installed. .
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 확장챔버와 에칭챔버 사이의 배관이 2개로 분기되고, 이 2개의 분기관에 가스흐름 단속수단이 각각 구비되어 구성된다.According to a preferred embodiment of the present invention, two pipes between the expansion chamber and the etching chamber are branched into two, and the two branch pipes are each provided with gas flow control means.
상기 가스흐름 단속수단은, 가스의 흐름을 단속하는 개폐밸브와, 이 개폐밸브의 후단부에 연결된 오리피스관으로 구성되며, 상기 오리피스관의 직경과 개폐밸브의 개방시간을 조절하는 것으로 일정량의 가스가 에칭챔버로 주입될 수 있다.The gas flow control means includes an on / off valve for controlling gas flow and an orifice tube connected to the rear end of the on / off valve, and by adjusting the diameter of the orifice tube and the opening time of the on / off valve, It can be injected into the etching chamber.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 설명한다.Best Mode for Carrying Out the Invention Preferred embodiments of the present invention will now be described based on the accompanying drawings.
첨부한 도 2는 본 발명에 의한 이플루오르화크세논을 이용한 웨이퍼 에칭장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도면에서 참조부호 100은 적재챔버, 200은 확장챔버, 그리고, 300은 에칭챔버이다.2 is a view schematically showing a wafer etching apparatus using xenon difluoride according to the present invention. In the drawings, reference numeral 100 denotes a loading chamber, 200 an expansion chamber, and 300 an etching chamber.
상기한 적재챔버(100)는 이플루오르화크세논을 적재하는 챔버이고, 확장챔버(200)는 승화된 이플루오르화크세논 가스를 모으는 챔버이며, 에칭챔버(300)는 에칭이 수행되는 챔버로서, 이들 챔버의 구조 및 작용은 일반적인 웨이퍼 에칭챔버와 동일하므로, 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.The loading chamber 100 is a chamber for loading xenon difluoride, the expansion chamber 200 is a chamber for collecting sublimated xenon difluoride gas, and the etching chamber 300 is a chamber in which etching is performed. Since the structure and operation of the chamber are the same as those of a general wafer etching chamber, detailed description thereof is omitted here.
상기 적재챔버(100)와 확장챔버(200)를 연결하는 배관(400)에는 이들 양 챔버의 압력차에 의해 개폐가 제어되는 오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브(500)가 설치되어 있으며, 상기 적재챔버(100)와 확장챔버(200)에는 이 챔버의 압력을 측정하는압력게이지(110)(210)가 각각 설치되어 있다. 여기서, 상기 오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브(500)와 압력게이지(110)(210)는 도시되지 않은 제어반에 연결되어 있다.The piping 400 connecting the loading chamber 100 and the expansion chamber 200 is provided with an automatic pressure control valve 500 which is controlled to be opened and closed by the pressure difference between the two chambers. The loading chamber 100 And pressure gauges 110 and 210 for measuring the pressure of the chamber are provided in the expansion chamber 200. Here, the automatic pressure control valve 500 and the pressure gauges 110 and 210 are connected to a control panel not shown.
또한, 상기 확장챔버(200)와 에칭챔버(300)를 연결하는 배관(410)에는 이 배관을 통하여 에칭챔버(300)로 주입되는 이플루오르화크세논 가스를 제어하기 위한 개폐밸브(610)와 오리피스관(620)으로 구성된 가스흐름 단속수단이 설치되어 있다.In addition, the pipe 410 connecting the expansion chamber 200 and the etching chamber 300 has an on / off valve 610 and an orifice for controlling the xenon fluoride gas injected into the etching chamber 300 through the pipe. The gas flow control means consisting of the pipe 620 is provided.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 배관(410)은 2개로 분기될 수 있으며, 이 분기관(410a)(410b)에는 각각 가스흐름 단속수단이 설치됨이 바람직하다. 여기서, 하나의 분기관(410a)은 예컨대, 펄스에칭을 위한 분기관이고, 다른 하나의 분기관(410b)는 연속에칭을 위한 분기관이다. 이에 대해서는 후술한다.On the other hand, according to a preferred embodiment of the present invention, the pipe 410 may be divided into two, it is preferable that the gas flow control means is provided in each of the branch pipe (410a, 410b). Here, one branch pipe 410a is, for example, a branch pipe for pulse etching, and the other branch pipe 410b is a branch pipe for continuous etching. This will be described later.
도면에서 참조부호 700 및 710은 진공펌프이다.In the drawings, reference numerals 700 and 710 denote vacuum pumps.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 웨이퍼 에칭장치에서 적재챔버(100)와 확장챔버(200)의 압력은 이플루오르화크세논의 특성상 대략 3∼5Torr의 진공을 유지하도록 되어 있다. 따라서, 본 발명의 특징에 따라, 확장챔버(200)의 가스가 에칭챔버(300)로 일정량 주입되어 확장챔버(200)의 압력이 변하게 되면, 이를 압력게이지(210)가 측정하여 제어반으로 송신하게 되고, 제어반은 오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브(500)를 제어하여 이 밸브(500)가 개방되면서 적재챔버(100)의 가스가 확장챔버(200)로 이송되게 된다. 이와 같은 가스의 이송은 적재챔버(100)와 확장챔버(200)의 압력이 동일하게 될때까지 이루어지며, 적재챔버와 확장챔버의 압력이 동일하게 되면, 오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브(500)가 닫히게 된다.In the wafer etching apparatus according to the present invention configured as described above, the pressure of the loading chamber 100 and the expansion chamber 200 is such that the vacuum of approximately 3 to 5 Torr is maintained due to the characteristics of xenon fluoride. Therefore, in accordance with a feature of the present invention, when the gas of the expansion chamber 200 is injected into the etching chamber 300 by a certain amount and the pressure of the expansion chamber 200 is changed, the pressure gauge 210 measures and transmits the pressure to the control panel. The control panel controls the automatic pressure control valve 500 so that the gas in the loading chamber 100 is transferred to the expansion chamber 200 while the valve 500 is opened. The gas is transferred until the pressures of the loading chamber 100 and the expansion chamber 200 are equal, and when the pressures of the loading chamber and the expansion chamber are the same, the automatic pressure control valve 500 is closed.
한편, 확장챔버(200)에서 에칭챔버(300)로의 공정가스의 주입은개폐밸브(610)가 개방되는 것에 의해 이루어지는데, 이 때, 개폐밸브(610)의 개방시간과 오리피스관(620)의 직경을 조절하는 것에 의해 일정량의 공정가스가 주입되도록 제어할 수 있다. 여기서, 확장챔버(200)에서 에칭챔버(300)로 가스가 주입됨으로 인해 확장챔버(200)의 압력이 변하게 되면, 다시 오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브(500)가 작동하여 적재챔버(100)에서 확장챔버(200)로 가스가 이송되므로, 확장챔버(200)에는 항상 일정 밀도의 가스가 존재하게 된다. 더욱이 양 챔버의 압력 차이에 의해 가스주입 및 이송량이 결정되기 때문에, 정확한 가스량의 측정이 가능하게 된다.On the other hand, the injection of the process gas from the expansion chamber 200 to the etching chamber 300 is made by opening and closing the valve 610, at this time, the opening time of the on-off valve 610 and the orifice tube 620 By adjusting the diameter, it is possible to control to inject a certain amount of process gas. Here, when the pressure of the expansion chamber 200 is changed due to the injection of gas from the expansion chamber 200 into the etching chamber 300, the automatic pressure control valve 500 is operated again to expand the expansion chamber ( Since the gas is transferred to 200, the gas having a constant density is always present in the expansion chamber 200. Furthermore, since the gas injection and transfer amount are determined by the pressure difference between the two chambers, accurate gas amount measurement is possible.
한편, 이러한 본 발명에 의한 웨이퍼 에칭장치를 이용한 에칭방법은, 펄스 에칭과 연속에칭이 있는데, 펄스 에칭은 스텝별로 가스를 주입하면서 에칭을 수행하는 것이고, 연속에칭은 연속적으로 가스를 주입 및 배기하면서 에칭을 수행하는 것이다.On the other hand, the etching method using the wafer etching apparatus according to the present invention, there is a pulse etching and a continuous etching, the pulse etching is to perform the etching while injecting a gas step by step, the continuous etching while continuously injecting and exhausting gas Etching is performed.
본 발명에 의한 웨이퍼 에칭장치는 두 개의 분기관을 이용하여 펄스에칭과 연속에칭을 각각 별개로 진행할 수 있을 뿐만 아니라 종래에는 불가능하였던 소정의 펄스에칭후 마지막 단계를 연속에칭함으로써 에칭 정밀도를 보다 높일 수 있는 펄스 및 연속 혼합에칭이 가능하다고 하는 큰 장점도 있다.In the wafer etching apparatus according to the present invention, not only can the pulse etching and the continuous etching be performed separately using the two branch pipes, but also the etching precision can be further improved by continuously etching the last step after the predetermined pulse etching, which was not possible in the past. There is also a significant advantage of being capable of pulse and continuous mixed etching.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 적재챔버에서 에칭챔버로의 가스 이송을 양 챔버의 압력차에 의해 개폐 제어되는 오토매틱 프레셔 컨트롤 밸브를 이용하기 때문에, 종래와 같이, 별도의 질소가스를 확장챔버로 주입하거나 에칭챔버에서 질소가스를 배출시켜야 하는 과정을 없앨 수 있으므로, 작업이 매우 편리하게 이루어질 수 있다.According to the present invention as described above, since the automatic pressure control valve which is controlled to open and close the gas transfer from the loading chamber to the etching chamber by the pressure difference between the two chambers, a separate nitrogen gas is expanded as in the prior art. The process can be made very convenient because it eliminates the process of injecting into or releasing nitrogen gas from the etching chamber.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 양 챔버의 압력차이에 의해 정확한 가스량 제어가 가능하기 때문에, 에칭챔버로 주입되는 가스량을 정확하게 조절할 수 있고, 또한, 펄스에칭과 연속에칭을 적절히 이용할 수 있기 때문에, 에칭의 정밀도를 향상시킬 수 있음은 물론 보다 양호한 평탄도를 얻을 수 있다.In addition, as described above, since the precise gas amount control is possible by the pressure difference between the two chambers, the amount of gas injected into the etching chamber can be precisely adjusted, and the pulse etching and the continuous etching can be appropriately used. It is possible to improve the accuracy and to obtain better flatness.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 일 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 권리에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the invention has been described and illustrated in connection with a preferred embodiment for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the configuration and operation as such is illustrated and described. Rather, those skilled in the art will appreciate that many modifications and variations of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such suitable changes, modifications, and equivalents should be considered to belong to the rights of the present invention.
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| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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