KR20030056702A - 실리콘 웨이퍼 에칭장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼의 연삭 가공중 발생된 충격층을 균일하게 제거하고, 또한 표면 거칠기를 균일하게 하며, 실리콘 웨이퍼의 평탄도를 에칭과 동시에 조절할 수 있도록 하여 반도체 디바이스가 고 집적화됨에 따라 요구되는 높은 평탄도를 충족시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼 에칭장치에 관한 것으로서, 이를 위해 내조 및 내조를 둘러싸는 외조로 구성되고, 내조의 바닥으로부터 에칭액을 공급하여 내조의 상단에서 외조로 오버 플로우되면서 발생되는 에칭액의 상승 흐름에 의해 실리콘 웨이퍼가 에칭 처리되는 처리조와, 처리조의 내조 바닥으로부터 공급되는 에칭액이 내조 내부 전체에 균일하게 확산되면서 상승되도록 하는 에칭액 확산수단과, 에칭액 확산수단에 의해 확산 및 상승되는 에칭액과 내조 내부로 입조된 실리콘 웨이퍼의 반응을 활성화시키도록 기포를 발생시키는 기포 발생수단을 포함하여 실리콘 웨이퍼 에칭장치를 구성한다.

Description

실리콘 웨이퍼 에칭장치{An etching apparatus of silicon wafer}

본 발명은 실리콘 웨이퍼 에칭장치에 관한 것으로서, 특히 실리콘 잉곳에서 슬라이싱된 실리콘 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼 에칭장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자 등의 전자부품을 생산하기 위해 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는, 봉형의 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 얇게 절단하는 슬라이싱 공정(slicing), 절단된 웨이퍼의 두께와 평탄도를 유지하도록 하는 래핑공정(lapping process), 불순물이나 결함 등의 제거를 위한 식각 공정(etching), 표면의 손상이나 평탄도를 향상시키기 위한 폴리싱 공정(polishing)과 후속 세정 공정(cleaning) 등의 공정단계를 거쳐 제조된다.

그외 실리콘 웨이퍼를 제조하기 위한 공정 중에서 래핑 공정 또는 폴리싱 공정 이전 단계에서 슬라이싱된 실리콘 웨이퍼의 표면을 그라인딩하여 실리콘 웨이퍼의 두께와 평탄도를 제어하기 위한 그라인딩 공정(grinding)이 추가적으로 이루어진다.

이러한 래핑공정, 폴리싱 공정, 그라인딩 공정, 식각공정 등은 반도체 디바이스가 고집적화됨에 따라 요구되는 높은 평탄도를 충족시키기 위해 필수 공정이다.

즉, 웨이퍼의 평탄도란 웨이퍼의 두께 최고치와 최소치 사이의 차를 나타내는 TTV(total thickness variation)와 국소 두께 차이를 나타내는 STIR(Site-total indicator reading )로 정의되는데, 반도체 디바이스가 미세 선폭 기술이 발달함에 따라 제조되는 256 메가 또는 1기가급 반도체 디바이스의 경우 기존의 래핑공정과 폴리싱 공정만으로는 TTV와 STIR에 대한 요구를 충족시킬 수 있는 고품질 실리콘 웨이퍼의 개발이 어렵기 때문에 그 외 공정들이 추가적으로 이루어지는 것이다.

따라서, 모든 공정에서는 평탄도의 개선 요구가 중요한 공정 변수로 작용하게 된다.

도 1은 래핑된 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 에칭될 실리콘 웨이퍼가 입조되고, 내부에 에칭액이 채워진 내조(10a) 및 내조의 외주연에 형성되어 채워진 에칭액이 오버 플로우(over flow)되는 외조(10b)로 구성된 처리조(chemical bath,10)가 있다.

그리고, 처리조의 내조(10a)와 외조(10b)에는 에칭액을 계속적으로 내조와 외조 사이에서 순환시키기 위한 에칭액 순환계(점선으로 도시된 부분)가 연결 형성된다.

에칭액 순환계는 에칭액 탱크(20)와, 에칭액 탱크에 저장된 에칭액을 순환시키기 위한 펌프(22)그리고 에칭액에 포함된 이물질을 제거하는 필터(24), 에칭액의 온도를 조절하는 열교환기(26)로 구성되고, 에칭액 탱크(20)는 외조(10b)와 배관으로 연결 형성되며 열교환기(26)는 내조(10a)와 배관으로 연결 형성된다.

또한, 처리조의 내조(10a)바닥에는 내조의 상부로 유동하면서 외조로 오버 플로우되는 에칭액이 입조된 실리콘 웨이퍼와 접촉이 활발하게 이루어지도록 기포를 발생시키는 기포 발생관(30)이 외부의 기체 발생장치(32)에 연결 형성된다.

이러한 구성으로 된 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 래핑 공정이 끝난 실리콘 웨이퍼가 별도의 캐리어(carrier)에 다수개 장착된 상태에서 내조(10a)로 입조되면 에칭이 진행된다.

이때, 처리조는 에칭액 순환계를 통해 내조(10a)에서 외조(10b)로 계속적인 에칭액의 오버플로우가 되고 있는 상태이다.

이 상태에서 내조(10a)로 입조된 실리콘 웨이퍼는 오버플로우되는 에칭액과 서로 화학적으로 반응하여 표면을 에칭한다.

여기서, 기포 발생관(30)에서 계속적으로 기포를 발생시켜 실리콘 웨이퍼와 에칭액의 반응을 활성화시킨다.

그리고, 일정 시간동안 에칭이 진행되면 입조된 케리어를 에칭액에서 들어올린다.

이와 같은 과정을 통해 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 이전 래핑 공정단계에서 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 충격층과 이물질을 제거하게 된다.

그러나, 이러한 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 에칭액을 이용하여 웨이퍼 표면을화학 반응에 의해 충격층을 에칭하여 평탄도를 조절하는 것으로서, 에칭액과 웨이퍼가 서로 균일하게 반응하도록 조절하기가 어렵고, 특히 처리조 내부에서의 에칭액의 유동을 제어하기가 어렵다.

또한, 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 에칭액과 실리콘 웨이퍼 사이에 반응을 활성화시키도록 기포 발생관에서 계속적으로 기포를 발생시키고 있으나, 발생된 기포량을 조절하거나 또는 발생 위치를 조절하기가 어렵다.

따라서, 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 처리조 내에 장착된 실리콘 웨이퍼의 장착 위치에 따라 서로 다른 에칭률을 가지게 되어 불균일한 에칭을 유발시켜 실리콘 웨이퍼의 연삭 가공중 발생된 충격층의 제거 및 표면 거칠기가 불균일하게 된다.

그리고, 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 실리콘 웨이퍼의 연삭 가공중 발생된 충격층을 일정하게 제거하고, 실리콘 웨이퍼 표면의 거칠기를 일정 수준으로 개선하는데 중점을 두고 있을 뿐 평탄도의 조절에는 취약한 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 연삭 가공중 발생된 충격층을 균일하게 제거하고, 또한 표면 거칠기를 균일하게 할 수 있는 실리콘 웨이퍼 에칭장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 평탄도를 에칭과 동시에 조절할 수 있도록 하여 반도체 디바이스가 고 집적화됨에 따라 요구되는 높은 평탄도를 충족시킬 수 있는 실리콘 웨이퍼 에칭장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 상기 목적들을 이루기 위해, 내조 및 내조를 둘러싸는 외조로 구성되고, 내조의 바닥으로부터 에칭액을 공급하여 내조의 상단에서 외조로 오버 플로우되면서 발생되는 에칭액의 상승 흐름에 의해 실리콘 웨이퍼가 에칭 처리되는 처리조와, 처리조의 내조 바닥으로부터 공급되는 에칭액이 내조 내부 전체에 균일하게 확산되면서 상승되도록 하는 에칭액 확산수단과, 에칭액 확산수단에 의해 확산 및 상승되는 에칭액과 내조 내부로 입조된 실리콘 웨이퍼의 반응을 활성화시키도록 기포를 발생시키는 기포 발생수단을 포함하여 이루어진다.

도 1 은 종래 실리콘 웨이퍼 에칭장치의 구성을 간략하게 보인 도면.

도 2 는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치의 평면도.

도 3 은 도 2의 <Ⅲ-Ⅲ'> 방향 단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치에서 웨이퍼 캐리어를 제거한 상태의 평면도.

도 5 는 도 2의 <Ⅴ-Ⅴ'> 방향 단면도.

도 6 은 도 4의 <A> 부분 확대도.

도 7,8 은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치의 제1및 제2 다공판을 설명하기 위한 도면.

도 9 는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치에서 에칭액 확산공을 설명하기 위한 일부 단면도.

도 10 은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치에서 제1및 제2 다공판과 발포성 다공판의 배열구조를 설명하기 위한 일부 단면도.

도 11 은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치에서 기포 발생관을 설명하기 위한 단면도.

도 12 는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치에서 조절 노브를 설명하기 위한도면.

도 13은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치를 통한 실리콘 웨이퍼의 에칭결과를 설명하기 위한 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

10,110 : 처리조 30, 140a,140b : 기포 발생관

130 : 에칭액 확산관 135,137 : 제1,2다공판

139 : 발포성 다공판

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치의 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 도 2,3 및 도 5를 참조하면, 크게 실리콘 웨이퍼의 에칭 처리가 이루어지는 처리조(110)와, 처리조에 에칭액을 공급 및 순환시키는 에칭액 공급수단과, 처리조의 내부에 장착되어 에칭액 공급수단으로부터 공급된 에칭액이 균일하게 처리조 내부에 분포되도록 하는 에칭액 확산수단 및 에칭액의 순환을 활성화시키는 기포 발생수단으로 구성된다.

좀더 구체적으로 설명하면, 상기 처리조(110)는 내조(110a) 및 내조를 둘러싸는 외조(110b)로 구성되고, 내조의 벽면에는 에칭액 공급수단으로부터 공급된 에칭액과 마찰을 발생시켜 에칭액의 유속을 감속시키기 위해 유속 감속수단이 부가 형성된다.

여기서, 유속 감속수단은 내조(110a)의 벽면에 수직하게 연속적으로 주름부(112)를형성하여 이루어진 것으로, 에칭액과 내조의 벽면이 서로 마찰되는 표면적을 증가시키도록 하고, 평면 형태의 내조 벽면의 표면적에 비해 1.4 ~1.6 배의 표면적을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 내조의 내벽면에 주름부(112)를 형성하는 것은 내조의 벽면에서 에칭액 확산수단에 의해 확산되어 상승하는 에칭액의 유속을 내조의 중심부에서 상승하는 에칭액의 유속보다 느리게 하기 위한 것이다.

상기 에칭액 공급수단은 내조와 외조 사이에서 에칭액을 순환시키기 위한 에칭액 순환계(도3에 점선으로 도시됨)로서, 에칭액 탱크(120)와, 에칭액 탱크에 저장된 에칭액을 순환시키기 위한 펌프(122)그리고 에칭액에 포함된 이물질을 제거하는 필터(124), 에칭액의 온도를 조절하는 열교환기(126)로 구성되고, 에칭액 탱크(120)는 외조와 배관으로 연결 형성되며 열교환기(126)는 내조와 배관으로 연결 형성된다.

여기서, 펌프(122)는 320 l/ min 이하의 펌핑 용량을 갖는 펌프를 사용하고, 필터(124)는 5㎛ 이하의 필터링 용량을 갖는 필터를 사용한다.

미설명 도면 부호 128과 129는 각각 유량계와 개폐 밸브로서 한 쌍으로 형성된다.

따라서, 본 발명에서 처리조(110)는 내조(110a)의 바닥으로부터 에칭액 공급수단에 의해 공급된 에칭액이 내조의 상단에서 외조로 오버 플로우되면서 발생되는 에칭액의 상향 흐름에 의해 실리콘 웨이퍼의 에칭 처리가 이루어진다.

상기 에칭액 확산수단은 에칭액 순환계를 통해 내조(110a)로 유입된 에칭액이 내조 내부 전체에 균일하게 확산 분포되도록 하기 위한 것으로서, 내조의 바닥으로 에칭액 순환계와 연결된 에칭액 확산관(130)과, 에칭액 확산관에서 공급된 에칭액을 다중으로 확산시키는 확산부재(135 내지 139)로 구성된다.

여기서, 에칭액 확산관(130)은 도 6을 참조하면, 에칭액 확산관(130)의 직경 1/2 부분까지 에칭액 분사공(132)이 일정 간격으로 형성된다.

또한, 에칭액 분사공(132)는 에칭액 확산관으로 유입되는 에칭액이 각 분사공에서 균일한 유량으로 분사되도록 에칭액의 유입쪽에서 멀어지는 쪽으로 점차 직경이 줄어들게 형성된다.

즉, 에칭액 확산관으로 유입되는 에칭액의 압력이 높은 쪽은 에칭액 분사공의 직경을 크게 하여 분사속도를 감소시키고, 에칭액의 압력이 낮은 쪽은 에칭액 분사공의 직경을 작게 하여 분사속도를 증가시키도록 한다.

그리고, 에칭액 확산관(130)은 에칭액 분사공(132)을 내조(110a)의 바닥을 향하게 위치시켜 분사된 에칭액이 내조의 바닥에 부딪힌 다음 상승하도록 한다.

그리고, 에칭액 확산관(130)은 하나의 관으로 형성하여도 되지만, 관의 횡방향 중심 지점을 막아 좌우측으로 각각 분리되게 형성한 다음 에칭액 순환계를 분리된 좌우측에 각각 연결하여도 된다.

확산부재는 도7,8,10을 참조하면, 에칭액 확산관(130)의 에칭액 분사공(132)에서 분사된 에칭액을 1차 확산시키는 다수개의 제1 확산공(136)이 일정 간격으로 형성된 제1 다공판(135)과, 제1 다공판에서 확산된 에칭액을 2차 확산시키는 미세 확산공이 형성된 발포성 다공판(139)과, 발포성 다공판에서 확산된 에칭액을 3차 확산시키는 다수개의 제2확산공(138)이 일정 피치 간격으로 형성된 제2 다공판(137)으로 이루어진다.

여기서, 제1 확산공(136)은 도 9를 참조하면, 에칭액 유입측의 직경(d2)이 에칭액 유출측의 직경(d1)보다 크게 되도록 형성하여 에칭액이 유출되면서 높은 압력을 가지면서 빠른 속도로 확산되도록 한다.

즉, 제1 확산공은 단면의 형태가 콘(corn)형태가 되도록 하고, 경사면(136a)의 연장선이 서로 직교하도록 형성한다.

그리고, 도시되지는 않았지만 제2 확산공(138)도 제1 확산공과 동일하게 에칭액 유입측의 직경이 에칭액 유출측의 직경보다 크게 되도록 형성된다.

또한, 제1 및 제2 확산공(136,138)의 직경은 0.5 ㎜~3 ㎜ 범위 이내에서 형성하되, 제2 확산공에서의 에칭액 분사 속도와 압력이 제1 확산공에서의 에칭액 분사속도와 압력에 비해 크도록 제1 확산공과 제2 확산공의 직경이 3 : 1의 비율이 되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 제1 확산공(136)과 제2확산공(138)은 도 10에 도시된 바와 같이, 제1 확산공의 간격(h1)과 제2확산공의 간격(h2)은 7~18 ㎜ 범위 이내에서 형성하되, 동일선상에 놓이지 않도록 서로 엇갈리게 놓여지도록 형성한다.

발포성 다공판의 미세 확산공은 140~160 ㎛의 직경으로 형성한다.

이러한 제1및 제2 다공판(135,137), 발포성 다공판(139)은 에칭액에 의한 부식이 발생되지 않도록 내식성이 강한 PVDF, PTFE,PFA 등의 불소 수지계열의 재질로 형성한다.

상기 기포발생 수단은 에칭액 확산수단으로부터 내조(110a) 내부로 확산되어외조(110b)로 오버플로우되는 에칭액이 실리콘 웨이퍼와 활발하게 접촉되도록 기포를 발생시키는 것으로서, 도3,4 및 도 11을 참조하면 외부의 기체 공급장치(148)에서 공급되는 기체에 의해 기포를 분사시키는 다수개의 기포 분사공(142)이 일정 간격으로 형성된 제1및 제2 기포 발생관(140a,140b)과, 제1및 제2 기포발생관을 회전 이동시키는 조절 노브(knob,146)를 포함하여 이루어진다.

여기서, 제1및 제2 기포발생관(140a,140b)은 내조(110a)내부에서 움직이지 않도록 내조의 바닥면 또는 제2확산판(137) 표면에 고정편(144)을 통해 결합된다.

이때, 제1및 제2 기포발생관(140a,140b)은 고정편(140)에 고정하되 일정 각도로 회전 및 수평이동이 가능하게 결합된다.

즉, 고정편 자체가 수평이동 가능하게 구성되어 진다.

그리고, 제1 기포발생관(140a)은 내부의 빈공간을 최소화하여 기포의 분사 속도 및 압력을 증가시키기 위해 내부를 관 직경의 1/2 이상 채움재(144)를 채워 형성하고, 채움재가 채워지지 않은 빈공간에 해당되는 부분에 기포분사공(142)이 일정 간격으로 형성한다.

이때, 기포 분사공(142)의 형성 각도(θ)는 관의 중심을 기준으로 30~35°간격으로 3~4 개 형성한다.

그리고, 제1및 제2 기포 발생관(140a,140b)은 각각 하나의 관으로 형성하여도 되지만, 관의 횡방향 중심을 막아 좌우측이 각각 분리된 형태로 형성하고, 분리된 좌우측에 각각 기체 공급장치(148)를 연결하여도 된다.

조절 노브(146)는 도 4, 12를 참조하면, 외조(110b)의 표면에 일단이 회전 가능하게 결합되고, 타단이 제1및 제2 기포 발생관(140a,140b)에 연결 형성된다.

따라서, 조절 노브(146)가 정방향(+)으로 회전하거나 부방향(-)으로 회전함에 따라 고정편에 회전 가능하게 결합된 제1및 제2 기포발생관(140a,140b)이 연동하여 일정 각도로 회전하게 된다.

이러한 구성으로 된 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 래핑 공정이 끝난후 표면에 형성된 충격층과 이물질을 제거하기 위해 실리콘 웨이퍼를 캐리어에 담아 내조에 입조시키면 에칭액에 의한 에칭이 이루어지는데, 이 과정에서 실리콘 웨이퍼의 에칭률을 조절하기 위한 다수개의 공정 조절변수를 가짐으로써 실리콘 웨이퍼의 에칭률을 미세하게 조절할 수 있게 되어 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 충격층의 제거 및 표면 거칠기의 균일화, 그리고 이물질의 제거가 효율적으로 이루어진다.

좀더 구체적으로 설명하기 위해 에칭액의 유동을 기준으로 본 발명의 동작을 설명하면, 실리콘 웨이퍼 표면에 형성된 충격층 제거를 위해 캐리어(114)에 다수개 담아 내조(110a)에 입조시키면 에칭액에 의한 실리콘 웨이퍼의 에칭이 이루어진다.

먼저, 에칭액은 펌프(122)에 의해 분당 320 리터 이하의 용량으로 펌핑되면서 필터(124)에서 5 ㎛ 이하로 이물질이 필터링되고, 열교환기(126)에서 에칭에 적합한 온도로 조절된 다음, 처리조의 내조 바닥에 형성된 에칭액 확산관(130)으로 공급된다.

에칭액 확산관(130)으로 공급된 에칭액은 에칭액 분사공(132)을 통해 분사되면서 상승하는 흐름을 발생시킨다.

이때, 에칭액 분사공(132)을 통해 분사되어 상승하는 에칭액은 에칭액 확산관의분사공(132)을 통해 내조의 바닥면을 향해 방사형으로 분사된 에칭액이 바닥면에 부딪혀 상승하기 때문에 높은 분사압력과 속도를 가진 상태에서 상승하게 된다

그리고, 높은 분사압력과 속도를 가진 상태에서 상승하는 에칭액은 제1 다공판(135), 발포성 다공판(139) 및 제2 다공판(137)을 통과하면서 내조 내부 전체로 신속하며 균일하게 확산된다.

이는 상승하는 에칭액이 제1 다공판의 제1 확산공(136)을 통과하면서 1차 확산되고, 발포성 다공판(139)의 미세 확산공을 통과하면서 2차 확산된 다음, 다시 제2 다공판의 제2 확산공(138)을 통과하면서 3차 확산되기 때문이다.

또한, 제1및 제2 다공판의 제1 및 제2 확산공(136,138)을 통과하면서 확산되는 에칭액은 높은 압력과 속도가 계속 유지된다.

즉, 제1및 제2 확산공(136,138)은 에칭액 유출 측의 직경이 에칭액 유입측의 직경보다 좁아 에칭액이 높은 압력과 속도를 가진 상태에서 확산되기 때문이다.

따라서, 제2 다공판의 제2확산공(138)을 통과한 에칭액은 높은 압력과 속도를 가진 상태에서 내조의 내부 전체에 균일하게 분포되면서 내조의 상부로 상승하여 실리콘 웨이퍼를 에칭하게 된다.

그리고, 내조의 내부 전체에 균일하게 분포되어 상승하는 에칭액은 실리콘 웨이퍼의 표면과 접촉하면서 에칭을 하게 되는데, 제1 및 제2 기포 발생관(140a,140b)에서 계속적으로 기포가 발생되어 에칭액의 흐름이 가속됨과 동시에 반응이 활성화된다.

이때, 발생되는 기포는 제1및 제2 기포 발생관의 기체 분사공(142)을 통해내조(110a)의 상부 방향으로만 높은 분사 압력과 속도를 가진 상태에서 분사된다.

즉, 제1및 제2 기체 발생관은 내부가 채움재(144)로 관 직경의 1/2 이상 채워져 있어 공급되는 기체의 공급 압력이 높고, 또한 기체 분사공(142)을 통해 내조의 상부를 향해 분사되기 때문이다.

또한, 제1및 제2 기포 발생관(140a,140b)은 조절 노브(146)에 의해 일정 각도를 유지하면서 수평 이동되어 기포의 발생 위치를 가변시킬 수 있게 된다.

따라서, 내조(110a)의 내부 전체에 균일하게 분포된 에칭액은 에칭액의 자체 상승 흐름과 함께 기포의 높은 분사압력과 속도에 의해 신속하게 내조의 상부로 이동하면서 실리콘 웨이퍼와 활발하게 화학 반응한다.

그리고, 내조(110a)의 상부로 이동한 에칭액은 신속하게 외조(110b)로 오버 플로우된다.

여기서, 에칭액이 신속하게 오버 플로우되는 것은 내조의 중심부에서 상승한 에칭액의 유속이 내조의 벽면에서 상승한 에칭액의 유속보다 느리기 때문이다.

즉, 내조(110a)의 벽면을 평면 형태로 형성하는 경우, 내조의 벽면에서 상승하는 에칭액의 유속은 캐리어에 장착된 다수개의 실리콘 웨이퍼와 접촉되면서 상승하는 내조의 중심에서 상승하는 유속보다 빠르게 되지만, 본 발명에서는 내조의 벽면에 주름부(112)를 형성함으로써 내조의 벽면에서 상승하는 에칭액의 유속을 내조 중심에 비해 느리기 때문이다.

따라서, 직접적으로 실리콘 웨이퍼와 화학 반응하여 충격층과 이물질을 에칭하여 이물질이 다량 포함된 에칭액은 신속하게 내조에서 외조로 오버 플로우되고, 새로운 에칭액이 계속적으로 내조의 바닥에서 상승하게 되어 실리콘 웨이퍼는 항상 새로운 에칭액과 화학 반응하여 에칭률이 향상된다.

그리고, 외조(110b)로 오버 플로우된 에칭액은 다시 에칭액 순환계를 통해 에칭액 확산관(130)으로 재공급되어 상기의 과정을 반복하게 된다.

상술한 바와 같은 구성과 동작이 이루어지는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 실리콘 웨이퍼의 에칭률에 영향을 주는 변수인 에칭액의 분사 압력 및 유동속도, 에칭액의 분포도가 에칭액 확산관(130), 제1및 제2 다공판(135,137), 발포성 다공판(139) 그리고 제1및 제2 기포 발생관(140a,140b)에 의해 조절된다.

그리고, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 에칭액과 실리콘 웨이퍼의 반응을 활성화시키는 기포의 발생 위치가 제1및 제2 기포발생관(140a,140b)과 조절노브(146) 및 자체 이동되는 고정편(144)에 의해 조절되고, 에칭액이 내조 내부의 상승하는 유속이 내조 벽면에 형성된 주름부(112)에 의해 조절된다.

따라서, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 상기한 변수들을 조절함으로써 실리콘 웨이퍼의 에칭률을 미세하게 가변 제어하여 실리콘 웨이퍼의 에칭률 및 이물질 제거률이 향상된다.

또한, 실리콘 웨이퍼의 평탄도를 에칭과 동시에 조절할 수 있도록 하여 반도체 디바이스가 고 집적화됨에 따라 요구되는 높은 평탄도를 충족시킬 수 있게 된다.

즉, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치로 실리콘 웨이퍼의 에칭을 진행하는 경우, 실리콘 웨이퍼를 배치 방식의 30% 고형분 왁스를 적용하는 폴리싱 공정에 적용한 결과를 나타내는 도 13에 도시된 바와 같이, 종래의 실리콘 웨이퍼 에칭장치로 에칭하는 경우와 비교하여 보면, TTV는 1.0 ~ 1.5 ㎛ 이내로 개선되고, 에칭된 실리콘 웨이퍼를 폴리싱하는 경우 STIR 은 0.34 ㎛로 개선되며 수율이 83.80 % 로 향상된 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 에칭장치는 실리콘 웨이퍼의 에칭률을 조절하는 변수가 다양하게 조절됨으로써 실리콘 웨이퍼의 연삭 가공중 발생된 충격층을 균일하게 제거하고, 또한 표면 거칠기를 균일하게 할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 평탄도를 에칭과 동시에 조절할 수 있도록 하여 요구되는 높은 평탄도를 충족시킬 수 있게 된다.

Claims (17)

1. 내조 및 상기 내조를 둘러싸는 외조로 구성되고, 상기 내조의 바닥으로부터 에칭액을 공급하여 상기 내조의 상단에서 상기 외조로 오버 플로우되면서 발생되는 에칭액의 상승 흐름에 의해 실리콘 웨이퍼가 에칭 처리되는 처리조와;

   상기 처리조의 내조 바닥으로부터 공급되는 에칭액이 상기 내조 내부 전체에 균일하게 확산되면서 상승되도록 하는 에칭액 확산수단과;

   상기 에칭액 확산수단에 의해 확산 및 상승되는 에칭액과 상기 내조 내부로 입조된 실리콘 웨이퍼의 반응을 활성화시키도록 기포를 발생시키는 기포 발생수단을 포함하여 이루어진 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 처리조의 내조 벽면에는 상기 내조의 벽면을 따라 상승하는 에칭액의 유속을 감소시키기 위한 유속 감속수단이 부가 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 유속 감속수단은 상기 내조의 벽면에 수직하게 연속적으로 형성된 주름부인 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 주름부의 표면적은 상기 내조 벽면이 평면 형태인 경우에 비해 1.4 ~ 1.6 배의 표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 에칭액 확산수단은 상기 처리조의 내조 바닥을 향해 에칭액을 확산 공급하는 다수개의 에칭액 분사공이 일정 간격으로 형성된 에칭액 확산관과;

   상기 에칭액 공급관에서 확산 공급되어 상승하는 에칭액을 다중으로 확산시키는 확산부재로 구성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치
6. 제5항에 있어서,

   상기 에칭액 확산관은 관의 횡방향 중심을 막아 각각 분리된 공간을 갖는 관으로 형성하고, 분리된 각각의 관에 에칭액이 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 에칭액 분사공은 상기 에칭액 확산관의 직경 1/2 부분까지 일정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
8. 제5항 또는 제7항에 있어서,

   상기 에칭액 분사공은 상기 에칭액 확산관으로 유입되는 에칭액의 유입쪽에서 멀어지는 쪽으로 점차 직경이 줄어들게 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
9. 제5항에 있어서,

   상기 확산부재는 상기 에칭액 확산관에서 분사된 에칭액을 1차 확산시키는 다수개의 제1 확산공이 일정 간격으로 형성된 제1 다공판과;

   상기 제1 다공판에서 확산된 에칭액을 2차 확산시키는 미세 확산공이 형성된 발포성 다공판과;

   상기 발포성 다공판에서 확산된 에칭액을 3차 확산시키는 다수개의 제2확산공이 일정 간격으로 형성된 제2 다공판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 제1 확산공과 제2 확산공의 직경은 0.5 ~ 3 ㎜ 범위 내에서 3 :1 의 비율로 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,

    상기 제1확산공과 제2확산공은 에칭액의 유입측 직경이 에칭액의 유출측 직경보다 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
12. 제9항에 있어서,

    상기 제1확산공과 제2확산공은 상기 제1 다공판과 제2 다공판에 각각 7~18 ㎜ 범위 이내의 간격으로 형성되고, 동일선상에 아닌 서로 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
13. 제9항에 있어서,

    상기 미세 확산공은 140~160 ㎛ 범위의 직경으로 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
14. 제9항에 있어서,

    상기 제1및 제2 다공판, 발포성 다공판은 내식성을 갖는 불소 수지계열의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
15. 제1항에 있어서,

    상기 기포발생 수단은 기체를 공급받아 분사하는 다수개의 기포 분사공이 일정 간격으로 형성되고 상기 내조의 바닥에서 일정 각도로 회전 조정이 가능하며 수평 이동되게 결합된 제1및 제2 기포 발생관과;

    상기 외조에 형성되어 상기 제1및 제2 기포발생관을 회전 조정하는 조절노브와;

    상기 기포 발생관을 수평 이동시키는 고정편을 포함하여 이루어진 실리콘 웨이퍼에칭장치.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제1및 제2 기포 발생관은 관의 횡방향 중심을 막아 각각 분리된 공간을 갖는 관으로 형성되고, 분리된 각각의 관에 기체가 공급되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.
17. 제15항 또는 제16항에 있어서,

    상기 제1및 제2 기포발생관은 관의 1/2 직경 이상 채움재를 내부에 채워지고, 상기 채움재가 채워지지 않은 관의 일부에 상기 기포 분사공이 관의 중심을 기준으로 30~35° 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 에칭장치.