KR20090076623A - 버블 발생유닛 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치 - Google Patents

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KR20090076623A
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Abstract

평탄도 개선을 위한 버블 발생유닛 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치가 개시된다. 본 발명의 웨이퍼 에칭 장치는 웨이퍼를 에칭하기 위한 에칭액을 저장하는 베스(Bath), 베스의 내부공간에 위치하되 파이프 형태로 형성되고 에칭액에 버블을 생성하기 위한 기체를 제공하는 버블파이프(Bubble pipe), 베스의 외측에 위치하여 버블파이프와 연결되는 파이프홀더(Pipe holder), 파이프홀더와 결합하되 외면으로 나사산이 형성된 스크류 샤프트(Screw shaft) 및 스크류 샤프트의 일측에 결합되고 회전에 의해 파이프홀더를 스크류 샤프트를 따라 전진 또는 후진시키는 볼륨 다이얼(Volume dial)를 포함한다. 따라서, 최적의 위치로 버블파이프를 위치시킬 수 있어 웨이퍼의 모든 면을 향해 버블을 균일하게 공급할 수 있고, 웨이퍼의 모든 면이 균일하게 식각되게 할 수 있으며, 안전한 작업환경을 구축할 수 있다.
웨이퍼, 에칭, 베스, 파이프, 스크류, 다이얼

Description

버블 발생유닛 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치{Bubble generation unit and substrate etching apparatus including the same}
본 발명은 버블 발생유닛 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치에 관한 것으로서, 버블의 발생위치를 정밀하게 조절하여 웨이퍼의 평탄도 향상을 도모할 수 있으며, 작업자의 안전을 보호할 수 있는 버블 발생유닛 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스 제조에 이용되는 웨이퍼 제조 공정내의 에칭 공정에서 에치웨이퍼(Etched wafer)의 평탄도를 관리하기 위해 버블파이프를 미세하게 조정하는 시스템에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
에칭 공정은 에칭액으로 불산(HF), 질산(HNO3) 그리고 초산(CH3COOH)을 일정비율로 섞은 혼산(MAE Mixed Acid Etchant)을 사용함에 따라서 실리콘 웨이퍼와 에칭액이 반응 시에 매우 유독한 NOx 가스가 발생하는 매우 위험한 공정이다. 현재 웨이퍼의 평탄도는 반도체 공정의 디자인 룰(Design Rule)의 미세화로 인하여 매우 엄격해지고 있는 추세이며, 최종 폴리쉬드 웨이퍼(Polished Wafer)의 평탄도 개선 을 위해서는 반제품 상태인 에치웨이퍼의 평탄도 개선 및 유지가 매우 중요한 요건이 되고 있다.
이러한 에치웨이퍼의 평탄도를 개선하기 위해 웨이퍼가 저장된 베스(Bath) 내에서 버블을 발생하는 방법이 있다.
도 1은 종래의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 정면도이고, 도 2는 도 1의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 평면도이며, 도 3은 도 1의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 측면도이다.
이에 도시한 바와 같이, 종래의 에칭 장치(1)는 베스(2), 버블파이프(3) 및 파이프홀더(4)를 포함하여 구성된다. 상기 베스(2)의 내부공간에는 에칭액이 채워지고, 상기 에칭액으로 카세트(5)에 저장된 웨이퍼(w)가 담긴다. 그리고, 상기 버블파이프(3)는 상기 베스(2)의 내부공간에 버블파이프(3)로부터 버블이 상기 웨이퍼로 균일하게 공급되도록 할 수 있다. 그런 위치하여 상기 에칭액에 버블을 발생할 수 있다.
그런데, 상기 버블파이프(3)가 상기 베스(2)의 내부공간에서 제대로 위치하지 않으면, 에칭액에 담가진 웨이퍼에 불균일한 버블이 공급된다. 이로 인해 웨이퍼(w)의 표면은 에칭되지만, 균일한 에칭 효과를 얻기 어렵다.
따라서, 종래에는 상기 파이프홀더(4)를 조작하여 상기 버블파이프(3)의 위치를 변경하였다. 그러나, 종래에는 상기 파이프홀더(4)를 조작하기 위해서 먼저 상기 베스(2)에 저장된 에칭액을 다른 장소로 옮겨야 했고, 이후 엔지니어가 방독면과 내산복 등을 착용하고 상기 베스(2) 내부로 들어가서 옮겨야 하는 단점이 있 다.
즉, 종래의 에칭 장치는 다음과 같은 문제점이 있다. 첫째는, 에칭액이 사용되는 베스에서 작업을 해야 하는 위험이 있었다. 둘째는, 버블파이프의 위치를 변경하기 위해서는 베스 내부공간에 저장된 에칭액을 모두 다른 장소로 이송해야 하는데, 이송된 에칭액을 저장하는 에칭액 저장부를 별도로 마련해야 하고, 일일이 옮기는 과정에서 시간이 많이 소요된다. 셋째, 작업자에 의해 파이프홀더가 이동됨으로 미세 조정에 어려움이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 작업간 안전을 도모할 수 있는 버블 생성수단 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 베스의 내부공간에 에칭액이 저장된 가운데서도 버블파이프의 위치를 조정할 수 있는 버블 생성수단 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 최적의 버블 생성위치로 정확하게 버블파이프를 이송할 수 있는 버블 생성수단 및 이를 포함하는 웨이퍼 에칭 장치를 제공함에 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 버블 발생유닛은 에칭액이 저장된 베스에 결합하여 버블을 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 버블 발생유닛은 버블 생성수단 및 이송수단을 포함하다. 상기 버블 생성수단은 상기 베스의 내부 공간에 위치하여 상기 에칭액으로 상기 버블을 생성시킬 수 있다. 상기 버블 생성수단은 파이프 형태로 형성될 수 있으며, 또한 복수 개의 홀을 구비할 수 있다. 상기 버블 생성수단에는 기체가 유동하며, 상기 홀을 통해 기체가 토출할 수 있다. 상기 버블 생성수단은 상기 기체를 공급하기 위해 기체 공급부와 연결될 수 있다.
상기 이송수단은 상기 버블 생성수단을 이동시킬 수 있다. 즉, 상기 이송수단은 외면에 나사산이 형성된 축 형태로 이루어지고, 상기 버블 생성수단은 상기 이송수단의 축 방향으로 왕복 이송할 수 있다. 구체적으로, 상기 이송수단은 스크류 샤프트(Screw shaft)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 에칭 장치는 베스, 버블파이프, 파이프홀더, 스크류 샤프트 및 파이프홀더를 포함한다.
상기 베스는 상기 웨이퍼를 식각하기 위한 에칭액을 저장할 수 있다. 그리고, 상기 버블파이프는 상기 베스의 내부공간에 위치하되 파이프 형태로 형성되고, 상기 에칭액에 버블을 생성하기 위한 기체를 제공할 수 있다. 이러한 상기 버블파이프는 복수 개로 구성되어 상기 베스의 저면에 인접하도록 배치될 수 있다. 또는 상기 버블파이프는 한 쌍으로 구성되어 나란히 배치될 수 있다.
또한, 상기 버블파이프에는 복수 개의 홀이 형성될 수 있으며, 상기 홀을 통해 기체가 토출된다. 상기 버블파이프가 에칭액이 저장된 상기 베스의 내부공간에 위치하는 경우에 상기 홀을 통해 토출된 상기 기체는 상기 에칭액에 버블을 발생할 수 있다.
이러한 상기 기체는 질소(N2)를 사용할 수 있으며, 기타 상기 웨이퍼를 손상시키지 않고, 작업간에 안전을 유지시킬 수 있는 다른 기체들을 사용할 수 있다.
상기 파이프홀더는 상기 베스의 외측에 위치하여 상기 버블파이프와 연결될 수 있다. 상기 파이프홀더는 한 쌍으로 구성되어 상기 베스의 양측에 서로 대응하도록 결합될 수 있다. 여기서, 상기 파이프홀더는 상기 베스의 외측면에 각각 결 합될 수 있다.
상기 스크류 샤프는 상기 파이프홀더와 결합하고, 외면에는 나사산이 형성될 수 있다. 상기 볼륨 다이얼은 상기 스크류 샤프트의 일측에 결합되고 회전에 의해 상기 파이프홀더를 상기 스크류 샤프트를 따라 전진 또는 후진시킬 수 있다.
이와 같이, 에칭액에 저장된 웨이퍼로 균일한 버블을 제공할 수 있어 웨이퍼의 모든 표면이 균일하게 식각되도록 할 수 있으며, 작업자에게 안전한 작업환경을 제공할 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 버블을 생성하는 버블파이프의 위치를 스크류 나사를 이용하여 조정할 수 있어 미세하게 위치를 조정하는 효과가 있다.
또한, 최적의 위치로 버블파이프를 위치시킬 수 있어 웨이퍼의 모든 면을 향해 균일한 버블을 공급하는 효과가 있다.
또한, 종래의 버블파이프를 이동하기 위해 작업자가 직접 베스 안에 들어가는 것을 대신하여 베스 밖에서 버블파이프를 이동시킬 수 있어서 안전한 작업환경을 구현하는 효과가 있다.
또한, 작업자에 의한 조정을 대신하여 볼륨 다이얼을 조정함으로써 버블파이프의 위치 및 각도를 조절할 수 있어 버블파이프의 위치 및 각도 조정에 따른 셋팅 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 측면도이고, 도 5는 도 4의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 평면도이며, 도 6은 도 4에서 이송수단을 설명하기 위해 도시한 정면도이며, 도 7은 도 4에서 버블 생성수단 및 이송수단을 설명하기 위해 도시한 정면도이며, 도 8은 이송수단의 조작에 의한 버블 생성수단의 이동과정을 설명하기 위해 도시한 작동도이다.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 에칭 장치(100)는 베스(110), 버블 생성수단 및 이송수단을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 버블 생성수단은 버블파이프(120)를 포함하며, 상기 이송수단은 파이프홀더(130), 파이프연결부재(140), 스크류샤프트(150) 및 볼륨다이얼(160)을 포함한다.
상기 베스(110)는 내부에 수용공간을 구비하며, 상기 수용공간에는 에칭액이 채워진다. 그리고, 상기 수용공간에는 웨이퍼가 안착되는 카세트(112)가 설치된다. 본 실시예서, 상기 베스(110)는 대략 사각형으로 형성되나, 그 형태가 이에 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 여기서, 상기 에칭액은 불산(HF), 질산(HNO3) 그리고 초산(CH3COOH)을 일정비율로 섞은 혼산(MAE Mixed Acid Etchant)을 포함할 수 있다.
상기 버블파이프(120)는 상기 베스(110)의 수용공간 내에 위치한다. 상세하게는, 상기 버블파이프(120)는 상기 베스(110)의 저면에 근접하도록 위치한다. 상기 버블파이프(120)는 파이프 형태로 형성되고, 다수 개의 홀이 형성된다.
그리고, 상기 버블파이프(120)의 내측으로는 기체가 유동한다. 상기 기체를 공급하기 위해 상기 에칭 장치(100)는 기체 공급부를 더 포함할 수 있다. 본 실시예서 사용되는 상기 기체는 질소(N2)를 이용할 수 있으며, 이외에도 웨이퍼를 에칭 시에, 상기 웨이퍼 표면에 결함을 발생시키지 않고 안정된 형태의 버블을 형성할 수 있는 다양한 기체들을 사용할 수 있다.
본 실시예서 상기 버블파이프(120)는 한 쌍으로 구성된다. 한 쌍으로 구성된 상기 버블파이프(120)는 상기 수용공간에서 나란히 배치되는 것이 바람직하다. 이는 상기 에칭액에 잠긴 상기 웨이퍼에 균일한 버블을 제공하기 위함이다. 물론 상기 버블파이프(120)는 나란히 배치되는 것 이외에도, 상기 웨이퍼의 크기, 형태 및 위치에 따라 다른 배치 구조를 가질 수 도 있다. 또한 상기 버블파이프(120)는 3개 이상으로도 구성될 수 있으며, 상기 베스의 설계 요구조건 및 웨이퍼의 개수 등에 따라서 다양하게 구성될 수 있음은 물론이다.
상기 파이프홀더(130)는 상기 버블파이프(120)에 결합되어 상기 버블파이프(120)를 상기 수용공간에서 안정적으로 위치하도록 지지한다. 구체적으로, 상기 파이프홀더(130)는 상기 베스(110)의 외측면 양쪽에 각각 형성되고, 상기 버블파이프(120)와 연결되고, 상기 파이프홀더(130)를 이동시켜, 상기 파이프홀더(130)와 연결된 상기 버블파이프(120)를 이동시킬 수 있다.
한편, 상기 파이프홀더(130)와 상기 버블파이프(120)는 파이프연결부재(140)에 의해 연결된다. 상기 파이프연결부재(140)는 상기 버블파이프(120)의 양측에 각각 결합되고, 상기 베스(110)의 내면을 따라 상기 베스(110)의 외측부까지 연장 형성된다. 도 4를 참조하면, 상기 파이프연결부재(140)는 일부가 꺾여 형성되며, 상기 파이프연결부재(140)의 꺾인 부위는 상기 베스(110)의 테두리에 걸쳐진다. 상기 파이프연결부재(140)의 꺾인 부위에 의해 상기 파이프홀더(130) 및 버블파이프(120)는 안정적으로 전진 또는 후진할 수 있다.
상기 스크류샤프트(150)는 상기 파이프홀더(130)와 결합한다. 그리고, 상기 스크류샤프트(150)는 외면에 나사산이 형성된다. 상기 스크류샤프트(150)의 나사산의 피치 에 대응되어 상기 파이프홀더(130) 및 버블파이프(120)의 이동거리를 변화시킬 수 있다. 즉, 상기 나사산의 피치가 크다면, 상기 스크류샤프트(150)의 1회전당 상기 파이프홀더(130) 및 버블파이프(120)의 이동거리가 클 것이다. 반면, 상기 나사산의 피치가 작다면, 상기 스크류샤프트(150)의 1회전당 상기 파이프홀더(130) 및 버블파이프(120)의 이동거리가 작을 것이다. 여기서, 상기 스크류샤프트(150)의 1회전당, 상기 파이프홀더(130) 및 버블파이프(120)의 이동거리가 작으면 작을수록 보다 정밀하게 버블 생성위치를 변경할 수 있다. 본 실시예서 상기 나사산의 피치는 약 1 ~ 2㎜일 수 있으나, 그 수치가 이에 한정되는 것은 아니며, 설계 요구조건에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
상기 볼륨다이얼(160)은 상기 스크류샤프트(150)에 결합되어 상기 스크류샤프트(150)를 회전시킬 수 있다. 즉, 상기 볼륨 다이얼(160)을 회전시키면, 상기 스크류샤프트(150)가 회전되고, 상기 스크류샤프트(150)와 결합하는 파이프홀더(130)가 상기 스크류샤프트(150)의 길이방향을 따라 전진 또는 후진된다
이와 같이 상기 베스(110)의 외측에 위치하는 상기 볼륨 다이얼(160)을 간단히 조작함으로써 상기 버블파이프(120)의 위치를 용이하게 변경시킬 수 있으며, 그 조작이 매우 정밀하여 상기 버블파이프(120)로부터 생성되는 버블의 생성위치도 매우 정밀하게 조절할 수 있다.
도 9는 종래의 에칭 장치와 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 웨이퍼의 평탄도를 비교하여 도시한 그래프이다.
이에 도시한 바와 같이, 본 발명의 에칭 장치(100)를 이용하여 웨이퍼를 식각하는 경우에, 웨이퍼의 평탄도를 나타내는 TTV(Total Thickness Variation)가 종래의 2.4㎛에서 1.6㎛로 변화되어 웨이퍼의 품질이 약 33.3%정도 개선된다.
도 10(a) 및 도 10(b)은 종래의 에칭 장치와 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 각각의 웨이퍼 에지 상태를 비교하여 도시한 그래프이다.
도 10(a) 및 도 10(b)에서 가로축은 웨이퍼의 표면을 나타내며, 세로축은 웨이퍼의 두께(UMTR)를 나타낸다. 종래의 에칭 장치를 통해 에칭된 웨이퍼는 에지부분이 급격하게 함몰된다. 반면에, 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 웨이퍼는 종래에 비해 웨이퍼의 에지부분이 함몰되는 정도가 작다. 따라서, 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 에칭웨이퍼는 이후 연마공정을 수행하는 경우, 평탄도 향상 작업에 유리한 점을 제공할 수 있다.
도 11(a) 및 도 11(b)은 종래의 에칭 장치와 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 웨이퍼 표면 상태를 비교하여 도시한 개략도이다.
이에 도시한 바와 같이, 종래의 에칭장치에 공급되는 웨이퍼는 카세트(5a, 5b) 별로 웨이퍼의 표면상태가 균일하지 않다. 이는 작업자의 수작업에 의해 버블 파이프를 조작하여 버블 생성위치의 정밀한 조정이 어렵기 때문이다. 반면에, 본 발명의 에칭장치에서는 웨이퍼를 향하여 정확한 위치로 버블을 제공할 수 있어 각각의 카세트(12a, 12b)에 안착되는 웨이퍼는 그 표면 상태가 모든 카세트에서 동일하게 나타남을 알 수 있다.
도 1은 종래의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 정면도이다.
도 2는 도 1의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
도 3은 도 1의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 측면도이다.
도 5는 도 4의 에칭 장치를 설명하기 위해 도시한 평면도이다.
도 6은 도 4에서 이송수단을 설명하기 위해 도시한 정면도이다.
도 7은 도 4에서 버블 생성수단 및 이송수단을 설명하기 위해 도시한 정면도이다.
도 8은 이송수단의 조작에 의한 버블 생성수단의 이동과정을 설명하기 위해 도시한 작동도이다.
도 9는 종래의 에칭 장치와 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 웨이퍼의 평탄도를 비교하여 도시한 그래프이다.
도 10(a) 및 도 10(b)은 종래의 에칭 장치와 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 각각의 웨이퍼 에지 상태를 비교하여 도시한 그래프이다.
도 11(a) 및 도 11(b)은 종래의 에칭 장치와 본 발명의 에칭 장치를 통해 에칭된 웨이퍼 표면 상태를 비교하여 도시한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 에칭장치 110: 베스
120: 버블파이프 130: 파이프홀더
140: 파이프연결부재 150: 스크류샤프트
160: 볼륨다이얼

Claims (12)

  1. 에칭액이 저장된 베스(Bath)에 결합하여 버블을 발생시키는 버블 발생유닛에 있어서,
    상기 베스의 내부 공간에 위치하여 상기 에칭액으로 상기 버블을 생성시키는 버블 생성수단; 및
    상기 버블 생성수단을 이동시키는 이송수단;
    을 포함하는 버블 발생유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버블 생성수단은 파이프 형태로 형성되고, 복수 개의 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 버블 발생유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이송수단은 외면에 나사산이 형성된 축 형태로 이루어지고, 상기 버블 생성수단은 상기 이송수단의 축 방향으로 왕복 이송하는 것을 특징으로 하는 버블 발생유닛.
  4. 웨이퍼를 에칭하기 위한 에칭액을 저장하는 베스(Bath);
    상기 베스의 내부공간에 위치하되 파이프 형태로 형성되고, 상기 에칭액에 버블을 생성하기 위한 기체를 제공하는 버블파이프(Bubble pipe);
    상기 베스의 외측에 위치하여 상기 버블파이프와 연결되는 파이프홀더(Pipe holder);
    상기 파이프홀더와 결합하되, 외면으로 나사산이 형성된 스크류 샤프트(Screw shaft); 및
    상기 스크류 샤프트의 일측에 결합되고, 회전에 의해 상기 파이프홀더를 상기 스크류 샤프트를 따라 전진 또는 후진시키는 볼륨 다이얼(Volume dial);
    을 포함하는 웨이퍼 에칭 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버블파이프는 복수 개로 구성되어 상기 베스의 저면에 인접하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 버블파이프는 한 쌍으로 구성되어 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 파이프홀더는 한 쌍으로 구성되어 상기 베스의 양측에 서로 대응하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 버블파이프와 상기 파이프홀더를 연결하는 파이프연결부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파이프홀더는 상기 베스의 내면을 따라 상기 베스의 외측까지 연장 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 버블파이프에는 복수 개의 홀이 형성되며, 상기 홀을 통해 기체가 분사되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기체는 질소(N2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 나사산의 피치는 1 ~ 2㎜인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭 장치.
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