KR20190003038A - 웨이퍼 식각 장치 및 이를 사용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 웨이퍼를 습식 식각하는 웨이퍼 식각 장치에 있어서, 웨이퍼에 빛을 비추는 적어도 하나 이상의 광원; 웨이퍼 하부에 구비되며, 적어도 하나 이상의 광원이 구비된 판; 판 위에 구비되며, 판을 내부공간으로 분할하는 벽;그리고, 웨이퍼를 지지하는 지지대;를 포함하며, 적어도 하나 이상의 광원은 세기가 조절될 수 있는 웨이퍼 식각 장치에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 식각 장치 및 이를 사용하는 방법{APPARATUS FOR ETCHING WAFER AND METHOD FOR USING THE SAME}
본 개시(Disclosure)는 전체적으로 웨이퍼 식각 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 효율적으로 웨이퍼를 식각하는 웨이퍼 식각 장치 및 방법에 관한 것이다.
여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
도 1은 일본 공개특허공보 제2015-503240호에 제시된 매엽식 웨이퍼 에칭 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼(1)가 태워지는 회전판(11)과, 회전판(11)을 회전시키는 구동부(20)와 회전판(11)에 실을 수 있는 웨이퍼(1)의 표면에 에칭액을 분사하는 분사 수단(13)과, 회전판(110)을 가열하는 가열 수단(14)과, 회전판(11)을 진동시키는 진동자(15)를 포함한다. 회전판(11)은 원판형이며, 웨이퍼(1)를 진공흡착하기 쉬울 뿐만 아니라 웨이퍼(1) 위에 떨어뜨려진 에칭액이 비산하기 쉬워 회전판(11)의 직경은 웨이퍼(1)의 직경보다 작게 구성된다.
분사 수단(13)은 분사노즐(31), 이동 기구(32), 에칭액제공부(33) 및, 가이드(34a, 34b)를 포함한다.
구동부(20)는 회전판(11)의 하면 중심으로 연결한 회전축(21)과 회전축(21)에 동력을 제공하는 모터(22), 회전축(21), 및 모터(22) 사이에 동력을 전달하는 풀리 및 벨트(23) 등을 포함한다.
가열 수단(14)은 열전달 효율이 높은 전도 방식으로 웨이퍼(1)를 가열하고, 웨이퍼(1)의 영역별에 다른 온도로 가열하여, 웨이퍼(1)가 균일한 온도가 되도록 하고, 열공급기판(14a, 14b, 14c, 14d, 14e), 전선(15a, 15b, 15c, 15d, 15e) 및 전원공급부(15)를 포함한다.
도 2는 한국 등록특허공보 제10-0604035호에 제시된 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 평탄화 방법 및 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
화학 기계적 폴리싱 장치는 웨이퍼(W)를 고정시키기 위한 웨이퍼 캐리어(45)를 포함한다. 모터(47)는 캐리어(45)를 회전시키기 위하여 사용된다. 폴리싱 패드(35)를 지지하는 폴리싱 플래튼(30)은 모터(37)에 의해 회전될 수 있다. 폴리싱 슬러리는 도관(40)을 통하여 폴리싱 패드(35)에 제공된다. 웨이퍼(W)는 일정한 압력으로 폴리싱 패드(35) 쪽으로 눌려진다.
일단 가열 테이프(48, 49)가 활성화되면, 열은 웨이퍼 캐리어(45)를 통하여 전도되고 차별적인 가열이 웨이퍼(W)에서 발생될 것이다. 그래서, 예를 들어 웨이퍼(W)의 부분(40a)은 가열 테이프(49)에 의해 영향을 받을 인접 부분(40b) 보다 더 차가울 것이다. 유사하게, 웨이퍼(W)의 부분(40b)은 가열 엘리먼트(48, 49) 어느 쪽에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 인접한 부분(40c)과 비교하여 비교적 따뜻할 것이다. 가열 테이프(48)의 효과로 인해, 부분(40d)은 부분(40c 또는 40e)의 어느 쪽 보다 비교적 높은 온도에서 유지될 것이다.
일반적으로 도 2의 공정을 화학 기계적 평탄화(CMP:Chemical Mechanical Planarization)공정이라고 한다. 이 방법은 웨이퍼(W)를 고르게 마찰시켜 웨이퍼(W)의 두께를 전체적으로 평탄하게 하는 방법이다. 그러나, 웨이퍼(W)가 비대칭적으로 두께가 고르지 않을 경우에는 화학 기계적 평탄화 공정 이후에도 평탄도 개선에는 한계가 있다.
도 1과 도 2의 발명에서는 웨이퍼(W)가 회전하면서 식각 및 연마되는데, 웨이퍼(W)가 비대칭적으로 두께가 다를 때에 도 1과 도 2의 방법을 사용하면, 두께가 얇은 부분도 식각 및 연마 되기 때문에 웨이퍼(W) 두께가 두꺼운 부분만을 선택적으로 더 식각할 수 없다. 따라서, 초점심도(DOF:Depth of focus) 차이를 감소시켜 미세 패턴 형성에 문제점을 유발시키고, 패턴 마스크 로스 차이 유발, 및 폴리머 발생량 차이를 유발하는 문제점이 있다.
본 개시는 웨이퍼의 두께에 따라서 두께가 두꺼운 부분과 얇은 부분을 각각 다른 온도로 가열하여 웨이퍼의 두께를 평탄하게 하는 웨이퍼 식각 장치를 제공하고자 한다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
여기서는, 본 개시의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 개시의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 본 개시에 따른 일 태양에 의하면(According to one aspect of the present disclosure), 웨이퍼를 습식 식각하는 웨이퍼 식각 장치에 있어서, 웨이퍼에 빛을 비추는 적어도 하나 이상의 광원; 웨이퍼 하부에 구비되며, 적어도 하나 이상의 광원이 구비된 판; 판 위에 구비되며, 판을 내부공간으로 분할하는 벽;그리고, 웨이퍼를 지지하는 지지대;를 포함하며,적어도 하나 이상의 광원은 세기가 조절될 수 있는 웨이퍼 식각 장치가 제공된다.
이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.
도 1은 일본 공개특허공보 제2015-503240호에 제시된 매엽식 웨이퍼 에칭 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 2는 한국 등록특허공보 제10-0604035호에 제시된 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 평탄화 방법 및 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 3은 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치의 일 예를 나타내는 도면,
도 4는 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치의 다른 예를 나타내는 도면,
도 5는 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치의 또 다른 예를 나타내는 도면,
도 6은 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법을 나타내는 순서도,
도 7 내지 도 8은 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법의 일 예를 나타내는 도면.
이하, 본 개시를 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다(The present disclosure will now be described in detail with reference to the accompanying drawing(s)).
도 3은 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치의 일 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼(W)를 습식 식각하는 웨이퍼 식각 장치(100)에 있어서, 웨이퍼 식각 장치(100)는 적어도 하나 이상의 광원(110), 판(120), 벽(130) 및 지지대(140)를 포함한다. 적어도 하나 이상의 광원(110)은 웨이퍼(W)에 빛을 비춘다. 판(120)은 웨이퍼(W) 하부에 구비되며, 적어도 하나 이상의 광원(110)이 구비된다. 적어도 하나 이상의 광원(110)은 직진성이 뛰어난 것이 바람직하다. 예를 들면, 램프, LED(light emitting diode), LD(laser diode:레이저 다이오드) 등 일 수 있다. 또한, 광원(110)은 광원(110)으로부터 나가는 빛의 세기가 여러 단계로 조절될 수 있다. 또한, 광원(110)은 적외선 파장으로 빛이 나갈 수 있다.
판(120)의 크기는 웨이퍼(W) 크기와 같거나 웨이퍼(W) 크기보다 큰 것이 바람직하다. 판(120)은 웨이퍼(W)와 평행하게 구비되는 것이 바람직하다. 웨이퍼(W)와 평행해야 판(120)의 적어도 하나 이상의 광원(110)으로부터 나간 빛이 웨이퍼(W)에 일정한 시간에 입사될 수 있다. 벽(130)은 판(120) 위에 구비되며, 벽(130)은 판(120)을 격자형식으로 분할한다. 이때, 벽(130)은 내부공간(170)으로 나눠진다. 내부공간(170)은 벽(130)과 판(120)으로 둘러싸인다. 내부공간(170)은 복수개 구비될 수 있다. 내부공간(170) 내부에 각각 적어도 하나 이상의 광원(110)이 들어갈 수 있도록 한다. 내부공간(170)의 크기가 작을수록 세분화하여 웨이퍼(W)를 차등하게 부분 가열하여 웨이퍼(W)의 두께가 평평해지도록 조정할 수 있다. 벽(130)은 일 예로 단열재질로 형성될 수 있다. 단열재질의 예로는 피크, 테프론 등 100℃ 이내에서 단열특성을 보이는 재료를 포함할 수 있다.
적어도 하나 이상의 광원(110)에서 나오는 빛으로 인해 웨이퍼(W)만 가열되고 벽(130)은 가열되지 않는 것이 바람직하다. 벽(130)이 가열되면 열이 벽(130)으로 전달되어 벽(130) 위의 웨이퍼(W)가 가열되어 사용자가 가열되기 원하지 않는 웨이퍼(W)의 두께가 얇은 곳이 가열될 수 있기 때문이다. 지지대(140)는 웨이퍼(W)를 지지하고, 웨이퍼(W)가 움직이지 않도록 고정한다. 지지대(140)는 일 예로 웨이퍼 척일 수 있다. 판(120)의 위치는 지지대(140)와 웨이퍼(W) 사이, 지지대(140)의 하부, 지지대(140)와 일체인 것일 수 있다. 도 3의 판(120)은 지지대(140)와 웨이퍼(W) 사이에 구비되는 것을 나타낸다. 또한, 도시되지 않았지만, 판(120)이 지지대(140)와 일체인 것 일 수 있고, 지지대(140)가 벽(130)을 형성하고, 광원(110)이 지지대(140)에 구비될 수 있다.
도 3(b)는 웨이퍼(W), 판(120), 벽(130) 및 광원(110)을 위에서 내려다본 도면이다. 웨이퍼(W)와 내부공간(170)간의 위치를 설명하기 위해서 웨이퍼(W)를 점선으로 표시하였다. 웨이퍼(W)의 크기는 판(120)의 크기와 같거나 판(120)의 크기보다 웨이퍼(W)가 작게 형성될 수 있다.
내부공간(170) 내부에는 광원(110)이 구비되어 웨이퍼(W)에 빛을 비추는데, 웨이퍼(W)에 비춰지는 빛의 면적은 내부공간(170) 크기만큼이다. 이것은 웨이퍼(W)를 나누어 가열하기 위한 것이다. 예를 들면, 내부공간(170)는 제1 내부공간(171), 제2 내부공간(172)을 포함한다. 제1 내부공간(171)에 대응되는 웨이퍼(W)가 사용자가 원하는 두께보다 두꺼운 경우, 웨이퍼(W) 두께에 따라서 제1 내부공간(171)에서 나오는 제1 광원(111)의 세기가 조절된다. 이때에는 사용자가 원하는 두께보다 두껍기 때문에 광원(111)이 켜져서(ON) 제1 내부공간(171)에 대응되는 웨이퍼(W)가 가열되도록 하는 것이 바람직하다. 제2 내부공간(172)에 대응되는 웨이퍼(W)가 사용자가 원하는 두께인 경우, 웨이퍼(W) 두께에 따라서 제2 내부공간에서 나오는 제2 광원(112)의 세기가 조절된다. 이때에는 사용자가 원하는 두께이기 때문에 더 가열할 필요가 없으므로, 제2 광원(112)은 꺼짐(OFF) 상태인 것이 바람직할 것이다.
본 예에서 내부공간(170)은 사각형이다. 그러나 내부공간(170)은 사각형에 한정되지 않는다.
도 4는 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
지지대(140) 하부에 판(120)이 구비된다. 이때의 지지대(140)는 빛이 투광하도록 형성된다. 지지대(140)는 광원(110)에서 나온 빛이 투광하는 투광재료로 형성되며, 빛이 퍼지지 않고 직진할 수 있는 재료인 것이 바람직하다.
도 5는 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
벽(130) 위에 투광판(150)이 구비된다. 빛이 퍼지지 않고 직진할 수 있는 재료인 것이 바람직하다. 투광판(150)으로 인해 내부공간(170)이 밀봉되어 외부의 수분, 먼지 등으로부터 적어도 하나 이상의 광원(110)과 벽(130)이 보호될 수 있다.
도 6은 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법을 나타내는 순서도이다.
웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법에 있어서, 먼저, 웨이퍼(W)를 준비한다(S1). 이후, 웨이퍼(W) 두께를 측정한다(S2). 이후, 웨이퍼(W)에 식각액을 도포한다(S3). 이후, 웨이퍼(W)의 두께에 따라 웨이퍼 하부에 광원의 세기가 조절된다(S4).
도 7 내지 도 8은 본 개시에 따른 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법의 일 예를 나타내는 도면이다.
웨이퍼 식각 장치(100)를 사용하는 방법에 있어서, 먼저, 도 7(a)와 같이 웨이퍼(W)를 준비한다. 웨이퍼(W)는 화학 기계적 평탄화 공정을 거치지 않은 웨이퍼(W)일 수 있다. 비대칭적으로 일정하지 않은 두께(160)를 가지는 웨이퍼(W)가 구비되는 것이 바람직하다.
이후, 도 7(b)와 같이 웨이퍼(W) 두께를 측정한다. 웨이퍼(W)의 위치에 따른 웨이퍼(W)의 두께(d)를 측정한다. 웨이퍼(W)의 두께(d)는 각각 다르게 형성될 수 있다. 웨이퍼(W) 하부에는 도 8(b)와 같이 벽(130)이 구비된다. 벽(130)은 판(120)을 복수의 내부공간(170)으로 나누며, 복수의 내부공간(170)의 위치는 웨이퍼(W) 위치별 두께와 연동된다.
복수의 내부공간(170)에는 적어도 하나의 광원(110)이 구비된다. 내부공간(170)의 크기가 작을수록 미세하게 웨이퍼(W)를 가열할 수 있기 때문에 내부공간(170)의 크기는 작은 것이 바람직하다.
예를 들면, 웨이퍼(W)의 두께(d) 중 사용자가 원하는 두께(d3)보다 두꺼운 제1 두께(d1) 부분, 제1 두께(d1)보다 얇은 제2 두께(d2) 부분이 웨이퍼(W) 상에 비대칭적으로 형성될 수 있다. 이를 웨이퍼(W) 전체를 사용자가 원하는 두께(d3)로 평탄하게 만들기 위해 제1 두께(d1) 부분을 가장 세게 가열하고, 제2 두께(d2) 부분을 제1 두께(d1) 부분보다 약하게 가열할 수 있다. 이때, 사용자가 원하는 두께(d3) 부분에는 가열하지 않는다.
이후, 도 8(a)와 같이 웨이퍼(W)에 식각액(180)을 도포한다. 웨이퍼(W) 위에 식각액(180)이 일정한 양이 도포된다. 식각액(180)은 각각의 같은 크기의 웨이퍼(W)에는 일정한 양이 도포되는 것이 바람직하다. 식각액(180)의 종류나 양에 따라서 웨이퍼(W)가 식각되는 양이 달라질 수 있기 때문이다.
이후, 도 8(b)와 같이 웨이퍼(W)의 두께에 따라 웨이퍼(W) 하부에 광원(110)의 세기가 조절된다. 예를 들면, 웨이퍼(W)의 두께(d) 중 두꺼운 두께의 부분(d1), 중간 두께의 부분(d2), 두껍지 않은 부분(d3)이 있을 때, 두꺼운 두께와 중각 두께의 부분(d1, d2) 하부에 구비된 광원(110)은 웨이퍼(W)를 가열한다. 이때, 두꺼운 두께의 부분(d1)과 중간 두께의 부분(d2)의 하부에서 켜지는 광원(110)의 세기(화살표의 길이)는 다르고, 두꺼운 두께의 부분(d1)의 광원(110)의 세기가 중간 두께의 부분(d2)보다 더 세다. 그리고, 두껍지 않은 부분(d3)은 식각되지 않아도 되기 때문에 하부의 광원(110)은 켜지지 않는다. 웨이퍼(W) 하부의 적어도 하나 이상의 광원(110)이 웨이퍼(W)의 두꺼운 두께의 부분(d1)을 가열하면 가열된 부분의 웨이퍼(W)와 에칭액이 빠르게 반응하여 가열된 부분이 식각이 빠르게 된다. 이때, 웨이퍼(W)의 두께(d)를 정확하게 파악하여 웨이퍼(W)를 정확하게 가열하는 것이 가능하기 때문에 웨이퍼(W)는 정지하고 있는 것이 바람직하다.
이하 본 개시의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.
(1) 웨이퍼를 습식 식각하는 웨이퍼 식각 장치에 있어서, 웨이퍼에 빛을 비추는 적어도 하나 이상의 광원; 웨이퍼 하부에 구비되며, 적어도 하나 이상의 광원이 구비된 판; 판 위에 구비되며, 판을 내부공간으로 분할하는 벽;그리고, 웨이퍼를 지지하는 지지대;를 포함하며, 적어도 하나 이상의 광원은 세기가 조절될 수 있는 웨이퍼 식각 장치.
(2) 벽은 단열재질인 웨이퍼 식각 장치.
(3) 내부공간은 복수개 구비되는 웨이퍼 식각 장치.
(4) 지지대와 웨이퍼 사이에 판이 구비되는 웨이퍼 식각 장치.
(5) 지지대와 판이 일체형인 웨이퍼 식각 장치.
(6) 지지대 하부에 판이 구비되는 웨이퍼 식각 장치.
(7) 지지대는 빛이 투광하는 웨이퍼 식각 장치.
(8) 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법에 있어서, 웨이퍼를 준비하는 단계; 웨이퍼 두께를 측정하는 단계; 웨이퍼에 식각액을 도포하는 단계;그리고, 웨이퍼의 두께에 따라 웨이퍼 하부에 광원의 세기가 조절되는 단계;를 포함하는 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
(9) 웨이퍼의 두께에 따라 웨이퍼 하부에 광원의 세기가 조절되는 단계에서, 웨이퍼의 두께가 두꺼운 부분에서 웨이퍼의 두께가 얇은 부분보다 광원의 세기가 강한 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
(10) 웨이퍼 두께를 측정하는 단계;에서, 웨이퍼의 위치에 따른 두께가 측정되는 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
(11) 웨이퍼의 두께에 따라 웨이퍼 하부에 광원의 세기가 조절되는 단계에서, 웨이퍼는 정지한 상태인 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
본 개시에 의하면, 효율적으로 웨이퍼의 두께를 평탄화하는 웨이퍼 식각 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법을 제공한다.
또 다른 본 개시에 의하면, 비대칭적인 두께를 가진 웨이퍼를 평탄화하는 웨이퍼 식각 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법을 제공한다.
W:웨이퍼 100:웨이퍼 식각 장치 110:적어도 하나 이상의 광원
120:판 130:벽 140:지지대 150:투광판 170:내부공간

Claims (11)

  1. 웨이퍼를 습식 식각하는 웨이퍼 식각 장치에 있어서,
    웨이퍼에 빛을 비추는 적어도 하나 이상의 광원;
    웨이퍼 하부에 구비되며, 적어도 하나 이상의 광원이 구비된 판;
    판 위에 구비되며, 판을 내부공간으로 분할하는 벽;그리고,
    웨이퍼를 지지하는 지지대;를 포함하며,
    적어도 하나 이상의 광원은 세기가 조절될 수 있는 웨이퍼 식각 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    벽은 단열재질인 웨이퍼 식각 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    내부공간은 복수개 구비되는 웨이퍼 식각 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    지지대와 웨이퍼 사이에 판이 구비되는 웨이퍼 식각 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    지지대와 판이 일체형인 웨이퍼 식각 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    지지대 하부에 판이 구비되는 웨이퍼 식각 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    지지대는 빛이 투광하는 웨이퍼 식각 장치.
  8. 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법에 있어서,
    웨이퍼를 준비하는 단계;
    웨이퍼 두께를 측정하는 단계;
    웨이퍼에 식각액을 도포하는 단계;그리고,
    웨이퍼의 두께에 따라 웨이퍼 하부에 광원의 세기가 조절되는 단계;를 포함하는 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    웨이퍼의 두께에 따라 웨이퍼 하부에 광원의 세기가 조절되는 단계에서,
    웨이퍼의 두께가 두꺼운 부분에서 웨이퍼의 두께가 얇은 부분보다 광원의 세기가 강한 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    웨이퍼 두께를 측정하는 단계;에서,
    웨이퍼의 위치에 따른 두께가 측정되는 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    웨이퍼의 두께에 따라 웨이퍼 하부에 광원의 세기가 조절되는 단계에서,
    웨이퍼는 정지한 상태인 웨이퍼 식각 장치를 사용하는 방법.
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