KR20200124175A - 식각챔버를 이용한 식각장치 - Google Patents

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KR20200124175A
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etching apparatus
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모성원
이양호
배정현
박성환
조현동
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Abstract

본 발명은 식각챔버를 이용한 식각장치에 관한 것으로, 식각액이 저장되는 식각액 저장챔버와, 식각액 저장챔버와 연통되는 연결부와, 식각액 저장챔버와 상기 연결부를 통해 연동되며, 대상체가 식각되는 식각챔버 및, 식각액 저장챔버와 식각챔버 중 적어도 어느 하나를 가압 분위기로 유지하는 가압유지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

식각챔버를 이용한 식각장치{ETCHING APPARATUS USING ETCHING CHAMBER}
본 발명은 식각챔버를 이용한 식각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식각 성능을 향상시킬 수 있는 식각챔버를 이용한 식각장치에 관한 것이다.
실리콘 질화막은 반도체 공정에서 대표적인 절연막으로 사용되고 있다. 실리콘 질화막은 실리콘 산화막, 폴리 실리콘막, 실리콘 웨이퍼 표면 등과 접촉하는 구조를 이루고 있으며, CVD (Chemical vapor deposition) 공정에 의해 증착되며, 이는 건식 식각 및 습식 식각을 통해서 제거된다.
건식 식각은 주로 불소계가스와 비활성 기체 등을 넣고 진공 하에서 진행하는데, 건식 식각을 수행하기 위한 장비가 고가이므로 상업적으로 이용하기에는 한계가 있다. 이에, 건식 식각 보다는 인산을 이용한 습식 식각이 널리 이용되고 있다. 구체적으로, 상기 습식 식각은 식각액의 화학 반응에 의해 대상체(기판 등)에서 원하는 대상층을 선택적으로 식각하는 것으로서, 요구되는 특성이나 식각도 등에 따라 이에 부합하는 조성비를 가지는 식각액을 간편하게 혼합 조성하여 작업을 진행할 수 있어 건식 식각에 비하여 한층 향상된 작업 호환성을 제공한다. 또한 한번에 다량의 대상체를 처리할 수 있으며, 장치의 가격이 저렴하다. 그러나, 상기 습식 식각은 식각 진행 시 식각액의 일부가 기화되어 기화열에 의해 대상체의 온도가 저하될 수 있고, 상기 식각액의 기화에 의하여 식각액의 농도 컨트롤이 어려워 CD 로스가 발생하였다. 따라서, 상기 식각액의 농도를 일정하게 유지시켜 주기 위하여 현재는 다량의 탈이온수 및 식각액을 식각조에 투입시켜 대상체의 식각을 수행하고 있으며, 이 경우 다량의 탈이온수 및 식각액의 투입으로 인하여 경제적인 손실이 큰 것이 사실이다.
이에, 본 발명자들은 상기 식각액의 농도를 일정하게 유지시켜 주기위하여 연구하던 중, 식각액 저장챔버 및/또는 식각챔버를 가압할 경우 식각액의 기화 현상을 방지할 수 있어 식각액의 농도가 일정하게 유지되며, 이에 따라 실리콘 산화막에 대한 실리콘 질화막의 선택비가 현저히 향상될 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이와 관련하여, 대한민국 등록특허 제10-0691479호(등록공고일: 2007년 3월 12일)는 대면적 기판의 식각장치에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 식각 성능을 향상시킬 수 있는 식각챔버를 이용한 식각장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치는, 식각액이 저장되는 식각액 저장챔버와, 상기 식각액 저장챔버와 연통되는 연결부와, 상기 식각액 저장챔버와 상기 연결부를 통해 연동되며, 대상체가 식각되는 식각챔버 및, 상기 식각액 저장챔버와 상기 식각챔버 중 적어도 어느 하나를 가압 분위기로 유지하는 가압유지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 가압유지부는 상기 식각액 저장챔버의 압력을 조절하는 제1가압유지부와 상기 식각챔버의 압력을 조절하는 제2가압유지부 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.
또한 상기 제1가압유지부는 상기 식각액 저장챔버를 설정된 압력으로 유지시키는 제1가압부와, 상기 식각액 저장챔버 내부의 온도를 제어하는 온도 제어부 및, 상기 식각액 저장챔버 내부의 기체를 외부로 배출시키는 제1배기부를 구비할 수 있다.
또한 상기 제2가압유지부는 상기 식각챔버를 설정된 압력으로 유지시키는 제2가압부 및, 상기 식각챔버 내부의 기체를 외부로 배출시키는 제2배기부를 구비할 수 있다.
또한 상기 제2배기부는 상기 식각챔버 내부의 기체를 외부로 배출시켜 상기 식각액 저장챔버의 내부와 압력 차이를 발생시킬 수 있다.
또한 상기 연결부는 상기 식각액 저장챔버에서 상기 식각챔버로 식각액이 이동되는 식각액 이동부와, 상기 식각액이동부에 구비되어 상기 식각액 이동부를 선택적으로 차단하는 선택적 차단부 및, 상기 식각액의 이동을 촉진하는 식각액 공급부를 구비할 수 있다.
또한 상기 식각챔버는 상기 대상체가 안착되는 거치대 및, 상기 거치대에 구비되어 상기 대상체의 식각 성능을 향상시키는 식각성능향상부를 구비할 수 있다.
또한 상기 식각챔버는 내부에 수용부가 형성되는 컵부를 구비할 수 있으며, 상기 거치대는 상기 컵부의 상부에서 회전 가능하게 구비할 수 있다.
또한 상기 식각챔버는 상기 컵부가 내부의 압력실에 배치되는 제1챔버 및, 상기 제1챔버의 일측에 개폐 가능하게 구비되며, 내부로 상기 식각액이 공급되도록 식각액 투입구가 형성되는 제2챔버를 구비할 수 있다.
또한 상기 컵부는 상기 압력실의 바닥면에 안착되는 지지대를 구비할 수 있다.
또한 상기 거치대의 하부에는 수직 회전중심을 형성하며, 회전 구동부로부터 회전 구동력이 전달되는 회전축을 구비할 수 있다.
또한 상기 회전축은 상기 제1챔버의 제1체결부에 수직하게 관통될 수 있으며, 상기 제1체결부에 삽입되어, 상기 회전축의 회전 방향을 밀착된 상태로 감싸는 제1씰링부재를 구비할 수 있다.
또한 상기 제1씰링부재는 내주면으로부터 돌출되어 상기 회전축의 반경 방향에 경사지게 밀착되며, 상하 방향을 따라 하나 이상이 배열되는 제1립부를 구비할 수 있다.
또한 상기 식각성능향상부는 상기 대상체가 삽입된 상태로 안착되어 상기 식각액에 잠기도록 오목하게 구비될 수 있다.
또한 상기 식각성능향상부는 상기 대상체가 안착되도록 가장자리를 따라 형성되는 안착면 및, 상기 안착면의 가장자리를 따라 형성되어, 상기 대상체의 상부에 상기 식각액을 수용하는 단턱을 구비할 수 있다.
또한 상기 거치대는 상하로 통과되도록 통로를 구비할 수 있다.
또한 상기 대상체를 승강시키기 위한 승강부를 더 구비할 수 있으며, 상기 승강부는 상승시 상기 대상체를 상기 거치대의 상부에 위치시키고, 하강시 상기 대상체를 상기 식각성능향상부에 안착시킬 수 있다.
또한 상기 승강부는 상기 컵부의 하부에서 승강 가능한 몸체 및, 상기 몸체로부터 상부로 돌출되어 상기 통로를 통해 승강 가능하며, 상기 대상체의 하부를 지지하는 지지핀을 구비할 수 있다.
또한 상기 몸체는 승강 구동부로부터 승강 구동력이 전달되는 승강핀을 구비할 수 있다.
또한 상기 승강핀은 상기 제1챔버의 제2체결부에 수직하게 관통될 수 있으며, 상기 몸체의 하부로 돌출되어 상기 제2체결부에 삽입되며, 상기 승강핀의 폭 방향을 밀착된 상태로 감싸는 제2씰링부재를 구비할 수 있다.
또한 상기 제2씰링부재는 내주면으로부터 돌출되어 상기 승강핀의 폭 방향에 경사지게 밀착되며, 상하 방향을 따라 하나 이상이 배열되는 제2립부를 구비할 수 있다.
또한 상기 식각챔버에는 식각 완료 후 상기 식각액을 세척하기 위한 세척부를 구비할 수 있다.
또한 상기 세척부는 상기 식각챔버의 내부로 연결되는 공급라인 및, 상기 공급라인을 통해 세척수를 공급하는 세척수 공급부를 구비할 수 있다.
또한 상기 식각액 저장챔버와 상기 식각챔버는 외부와 밀폐된 식각 처리부의 내부에 연통된 상태로 배치될 수 있으며, 상기 식각 처리부는 내부가 가압 분위기로 유지될 수 있다.
또한 상기 가압 분위기는 0.1 bar 내지 10 bar로 유지될 수 있으며, 상기 식각챔버는 내부로 공급된 상기 식각액을 외부로 배출시키기 위한 배출부를 구비할 수 있다.
또한 상기 식각챔버를 이용한 식각장치는 상기 대상체를 저장하는 저장부를 더 포함할 수 있으며, 상기 저장부는 식각이 수행되지 않은 상기 대상체를 하나씩 연속적으로 상기 식각챔버로 이동시켜 식각을 수행하고, 식각이 종료된 대상체를 연속적으로 상기 식각챔버 외부로 이동시킬 수 있다.
또한 상기 식각챔버는 상기 대상체가 상기 복수로 배치되어 동시에 식각되는 배치식일 수 있으며, 상기 식각챔버는 상기 대상체의 상부에 상기 식각액이 분무되어 식각되는 매엽식일 수 있다.
또한 상기 식각액은 HF, NHO3, H2O2, IPA, NH4OH, H2O, H3PO4, H2SO4 중 적어도 하나 또는 하나 이상의 혼합물을 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치는 식각액 저장챔버 및/또는 식각챔버를 가압함으로써, 식각액의 기화 현상을 방지할 수 있기 때문에 식각액의 농도가 일정하게 유지되며, 이에 따라 식각 선택비를 현저히 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명은 가압으로 인하여 식각액의 농도가 일정하게 유지되기 때문에 농도를 유지시키기 위한 별도의 탈이온수 및 식각액의 추가 투입이 요구되지 않아 제품 수율을 향상시킬 수 있고, 식각액의 소모를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 식각챔버를 매엽식으로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 3은 도 2에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치에 식각 처리부가 적용된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 식각챔버를 배치식으로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 5는 도 4에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치에 식각 처리부가 적용된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 사시도이다.
도 7은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 저면 사시도이다.
도 8은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 정단면도이다.
도 9는 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 측단면도이다.
도 10은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 거치대를 보여주기 위한 사시도이다.
도 11은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 승강부를 보여주기 위한 사시도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다. 덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 도면이다. 또한 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 식각챔버를 매엽식으로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치에 식각 처리부가 적용된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 식각챔버를 배치식으로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치에 식각 처리부가 적용된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 사시도이고, 도 7은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 저면 사시도이며, 도 8은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 정단면도이다.
도 9는 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 측단면도이고, 도 10은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 거치대를 보여주기 위한 사시도이며, 도 11은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 승강부를 보여주기 위한 사시도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각액 저장챔버(110)와, 연결부(120)와, 식각챔버(130) 및, 가압유지부를 포함한다.
먼저, 식각액 저장챔버(110)는 식각액(L)이 저장되는 것으로, 식각액 저장챔버(110)의 내부에는 식각액 수용공간이 형성된다. 여기서, 식각액 저장챔버(110)는 금속(스테인레스 등) 소재 등으로 제작할 수 있고, 식각액 저장챔버(110)의 내부에는 별도의 소재(테프론: Teflon 등)가 코팅될 수 있다.
연결부(120)는 일단이 식각액 저장챔버(110)의 내부와 연통되는 반대되는 타단이 후술 될 식각챔버(130)의 내부로 연통되는 것으로, 식각 공정시 연결부(120)를 통해 식각액(L)이 이동된다. 연결부(120)는 식각액 저장챔버(110)에서 후술 될 식각챔버(130)로 식각액(L)이 이동되는 식각액 이동부(121)와, 식각액 이동부(121)에 구비되어 식각액 이동부(121)를 선택적으로 차단하는 선택적 차단부(122) 및, 식각액(L)의 이동을 촉진하는 식각액 공급부(123)를 구비할 수 있다.
식각챔버(130)는 식각액 저장챔버(110)와 연결부(120)를 통해 연동되는 것으로, 식각챔버(130)의 내부에는 식각 대상체(기판 등, W)가 배치되는 수용공간이 형성된다. 식각챔버(130)의 내부에는 거치대(131)가 구비될 수 있으며, 거치대(131)의 상부에는 대상체(W)의 식각 성능을 향상시키기 위한 식각성능향상부가 형성될 수 있다.
거치대(131)는 식각챔버(130)는 상부에 대상체(W)가 안착되는 것으로, 식각챔버(130)의 내부에 수평회전 가능하게 설치될 수 있으며, 거치대(131)는 구동부(미도시)의 구동력에 의해 일정 속도로 회전될 수 있다.
식각성능향상부는 거치대(131)의 상면에 형성되는 대상체(W)의 식각 성능을 향상시키기 위한 것으로, 식각성능향상부는 거치대(131)의 상단에 돌출되게 형성될 수 있다. 더 상세하게 설명하면, 식각성능향상부는 거치대(131)의 둘레를 따라 형성될 수 있고, 식각성능향상부는 거치대(131)의 상부로 돌출될 수 있다. 식각성능향상부는 대상체(W)의 상하 두께보다 더 두꺼운 폭으로 형성될 수 있다. 이와 같은 식각성능향상부는 거치대(131)의 상부에 수용공간을 형성하므로, 거치대(131)의 상부에 안착된 대상체(W)는 식각성능향상부의 상단보다 낮게 위치될 수 있다.
이 상태에서, 거치대(131)의 상부로 식각액(L)이 공급되는 경우, 식각성능향상부가 형성하는 수용공간에 식각액(L)이 수용되고, 식각 대상체(W)는 일정 수위를 갖는 식각액(L)에 잠긴 상태로 식각이 이루어질 수 있다.
또한, 식각챔버(130)는 내부로 공급된 식각액(L)을 외부로 배출시키기 위한 배출부(미도시)를 더 구비할 수 있으며, 배출부는 식각챔버(130)의 내부로 연결되는 배출 라인 및, 배출 라인과 연결되어 배출 압력을 제공하기 위한 배출 구동부가 구비될 수 있다.
아울러, 식각챔버(130)와 식각액 저장챔버(110)의 외부에는 내부의 압력 또는 온도 등을 외부로 표시하기 위한 정보 표시용 게이지가 설치될 수 있다.
그리고, 식각챔버(130)는 식각 완료 후 식각액(L)을 세척하기 위한 세척부(160)가 구비될 수 있으며, 세척부(160)는 식각챔버(130)의 내부로 연결되는 공급라인(151) 및, 공급라인(151)을 통해 세척수(L)를 공급하는 세척수 공급부(152)를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치는 대상체(W)를 저장하는 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
저장부는 식각이 수행되지 않은 대상체(W)를 하나씩 연속적으로 식각챔버(130)로 이동시켜 식각을 수행하고, 식각이 종료된 대상체(W)를 연속적으로 식각챔버(130) 외부로 이동시킬 수 있다.
아울러, 식각챔버(130)는 대상체(W)가 복수로 배치되어 동시에 식각되는 배치식 또는 대상체(W)의 상부에 식각액(W)이 분무되어 식각되는 매엽식 구조를 가질 수 있다.
가압유지부는 식각 공정시 식각액 저장챔버(110)와 식각챔버(130) 중 적어도 어느 하나를 가압 분위기로 유지시키기 위한 것으로, 식각액 저장챔버(110)의 압력을 조절하는 제1가압유지부와, 식각챔버(130)의 압력을 조절하는 제2가압유지부 중 적어도 어느 하나를 구비할 수 있다.
이 경우, 제1가압유지부는 도 1에서처럼 식각액 저장챔버(110)를 설정된 압력으로 유지시키는 제1가압부(141)와, 식각액 저장챔버(110) 내부의 온도를 제어하는 온도 제어부(142) 및, 식각액 저장챔버(110) 내부의 기체(공기 등)를 외부로 배출시키는 제1배기부(143)를 구비할 수 있다. 여기서, 제1가압부(141)는 식각액 저장챔버(110)의 내부로 압축된 기체를 공급할 수 있는 구조를 갖고, 온도 제어부(142)는 식각액 저장챔버(110)의 내부 온도를 상승시킬 수 있는 구조를 갖는다.
제1가압부(141)는 식각챔버(130)의 내부 압력이 설정된 공정 압력을 유지하도록 압력 조절 기능을 가질 수 있으며, 이를 위해 제1가압부(141)에는 식각액 저장챔버(110)의 내부 압력을 측정하기 위한 압력 감지수단(미도시)이 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 온도 제어부(142)에는 내부 압력이 설정된 공정 온도를 유지하도록 온도 조절 기능을 가질 수 있으며, 이를 위해 온도 제어부(142)에는 식각액 저장챔버(110)의 내부 온도를 측정하기 위한 온도 감지수단(미도시)이 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 온도 제어부(142)는 식각액 저장챔버(110)의 내부 공간에 설치되는 발열부재(142a)와, 발열부재(142a)에 전력을 인가하는 전원 공급부(미도시)를 구비할 수 있다. 이 경우, 식각액 저장챔버(110)의 내부에는 식각액(L)을 수용하는 용기가 배치될 수 있고, 발열부재(142a)는 용기의 외부와 접하는 상태로 설치될 수 있다.
제2가압유지부는 식각챔버(130)를 설정된 압력으로 유지시키는 제2가압부(151) 및, 식각챔버(130) 내부의 기체를 외부로 배출시키는 제2배기부(152)를 구비할 수 있다.
제2가압부(151)는 식각챔버(130)의 내부로 압축된 기체를 공급할 수 있는 구조를 갖고, 식각챔버(130)의 내부 압력이 설정된 공정 압력을 유지하도록 압력 조절 기능을 가질 수 있다.
제1가압부(141)는 식각챔버(130)의 내부 압력이 설정된 공정 압력을 유지하도록 압력 조절 기능을 가질 수 있으며, 이를 위해 제1가압부(141)에는 식각액 저장챔버(110)의 내부 압력을 측정하기 위한 압력 감지수단(미도시)이 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 온도 제어부(142)에는 내부 압력이 설정된 공정 온도를 유지하도록 온도 조절 기능을 가질 수 있으며, 이를 위해 온도 제어부(142)에는 식각액 저장챔버(110)의 내부 온도를 측정하기 위한 온도 감지수단(미도시)이 전기적으로 연결될 수 있다.
제2배기부(152)는 식각 공정시 식각챔버(130) 내부의 기체를 외부로 배출시켜 식각액 저장챔버(110)의 내부와 압력 차이를 발생시킬 수 있다.
이와 같은 가압유지부는 식각 공정시 식각액 저장챔버(110)와 식각챔버(130)의 내부를 가압 부위기로 형성시킬 수 있으며, 이때 가압 분위기는 0.1 bar 내지 10 bar로 유지될 수 있다.
한편, 식각액 저장챔버(110)와 식각챔버(130)는 외부와 밀폐된 식각 처리부의 내부에 연통된 상태로 배치될 수 있으며, 식각 처리부는 내부가 가압 분위기로 유지될 수 있다.
이하, 도 1을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제1가압부(141)와 온도 제어부(142)를 구동시켜 식각액(L)이 수용된 식각액 저장챔버(110)의 내부를 설정된 공정 압력으로 가압함과 동시에 공정 온도로 유지시킨다.
이와 같이, 식각액 저장챔버(110)의 내부를 설정된 공정 온도로 상승시키는 과정에서, 제1배기부(143)를 구동시켜 식착액 저장챔버(110)의 내부 기체를 외부로 배기시킬 수 있다.
이후, 제2가압부(151)를 구동시켜 대상체(W)가 배치된 식각챔버(130)의 내부는 설정된 공정 압력으로 가압하여, 식각챔버(130)의 내부 압력을 식각액 저장챔버(110)의 내부 압력과 동일하게 맞춘다.
식각액 저장챔버(110)와 식각챔버(130)의 내부 압력이 설정된 압력에 도달되는 경우, 식각액 이동부(121)의 선택적 차단부(122)를 개방시켜 식각액 이동부(121)를 개방시킨다. 이때, 식각액 이동부(121)의 개방에 의해 식각액 저장챔버(110)의 내부와 식각챔버(130)의 내부가 상호 연통되고, 제2배기부(152)를 구동시켜 식각챔버(130)의 내부 기체를 외부로 배기시킬 수 있다. 이 과정에서, 제2배기부(152)의 배기 동작에 의해 식각액 저장챔버(110)와 식각챔버(130)의 내부는 압력 차이가 발생하고, 압력 차이에 의해 식각액 저장챔버(110)의 내부에 수용된 식각액(L)이 식각액 이동부(121)를 통해 식각챔버(130)의 내부로 유입되어 대상체(W)를 식각한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 식각챔버를 매엽식으로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 도면이고, 도 3은 도 2에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치에 식각 처리부가 적용된 상태를 보여주기 위한 도면이다. 또한 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 식각챔버를 배치식으로 적용시킨 상태를 보여주기 위한 도면이고, 도 5는 도 4에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치에 식각 처리부가 적용된 상태를 보여주기 위한 도면이다.
도 2 내지 5를 참조로 본 발명의 다른 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 설명하면 다음과 같다.
식각액(L)을 저장하는 식각액 저장챔버(300) 및, 식각 대상체(W)의 식각이 수행되는 매엽식 또는 배치식 식각챔버(400)를 포함하고, 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)는 식각액(L)이 이동되도록 서로 연결되어 있으나, 외부와는 밀폐되어 있고, 대상체(W)의 식각 수행시 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400) 중 적어도 하나 이상의 내부는 가압 분위기로 유지될 수 있다.
도 2는 식각 처리부(200)를 포함하지 않는 식각장치(100)를 개략적으로 나타내며, 도 3은 식각 처리부(200)를 포함하는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)를 개략적으로 나타낸다.
우선, 식각 처리부(200)를 포함하지 않는 식각챔버를 이용한 식각장치를 도 2를 참조하여 설명한다. 다만, 도 2는 예시적인 식각챔버를 이용한 식각장치(100)의 형태일 뿐 식각 처리부(200)를 포함하지 않는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)가 도 2와 같은 형태에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각챔버를 이용한 식각장치는 식각액(L)을 저장하는 식각액 저장챔버(300) 및 대상체(W)의 식각이 수행되는 매엽식 식각챔버(400)를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)는 식각액(L)이 이동되도록 서로 연결되어 있는 것일 수 있으며, 외부와는 밀폐되어 있는 것일 수 있다. 한편 연결은 연결부(500)를 통하여 연결되어 있는 것일 수 있으며, 이때 연결부(500)는 식각액(L)이 이동할 수 있는 형태이면 제한이 없으며, 식각액 저장챔버(200) 및 식각챔버(400)가 밀착되어 밀착된 면의 일부가 개폐를 통하여 연결되어 있는 것일 수 있고, 바람직하게는 도 3에 나타낸 바와 같이 배관의 형태를 가지는 것일 수도 있다. 이때 연결부(500)가 배관의 형태를 가지는 것일 경우 배관에 밸브가 설치되어 있어 식각액(L)의 이동을 용이하게 제어할 수 있는 것일 수 있다.
또한, 외부는 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)의 내부를 제외한 모든 공간을 의미하는 것일 수 있고, 외부와의 밀폐 형태는 제한이 없으나, 바람직하게 도 3에 나타낸 바와 같이 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400) 각각이 외부와 밀폐되어 있는 형태인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각 처리부(200)를 포함하지 않는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각액 저장챔버(300) 및/또는 식각챔버(400) 각각을 가압하는 것일 수 있으며, 이때, 가압을 위하여 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 가압부(700) 및 가압된 공기를 배출하기 위한 배기부(800)를 더 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 가압부(700) 및 배기부(800)는 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)와 각각 연결되어 있는 것일 수 있고, 연결은 바람직하게 배관을 통하여 연결되어 있는 것일 수 있으며, 배관에는 밸브가 설치되어 있어 가압 정도를 용이하게 제어할 수 있는 것일 수 있다.
다음으로, 식각 처리부(200)를 포함하는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)를 도 3을 참조하여 설명한다. 다만 도 3은 예시적인 식각챔버를 이용한 식각장치(100)의 형태일 뿐 식각 처리부(200)를 포함하는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)가 도 3과 같은 형태에 제한되는 것은 아니다.
이하, 식각 처리부(200)를 포함하지 않는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)와 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 상기에 설명한 내용은 식각 처리부(200)를 포함하는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각액 저장챔버(300)와 식각챔버(400)를 수용하는 외부와 밀폐된 식각 처리부(200)를 더 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)는 일방이 개방되어 있는 것일 수 있으며, 대상체(W)의 식각 수행시 식각 처리부(200) 내부 전체가 가압 분위기로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가압을 위하여 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 가압부(700) 및 가압된 공기를 배출하기 위한 배기부(800)를 더 포함하는 것일 수 있다. 이 경우, 가압부(700) 및 배기부(800)는 각각 식각 처리부(200)와 연결되어 있는 것일 수 있고, 연결은 바람직하게 배관을 통하여 연결되어 있는 것일 수 있으며, 배관에는 밸브가 설치되어 있어 가압 정도를 용이하게 제어할 수 있는 것일 수 있다. 즉, 식각 처리부(200)를 포함하는 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)가 식각 처리부(200)에 수용되어 하나의 계로서 형성되어 있어 식각 처리부(200) 내부 전체를 가압시키는 구성을 가지고 있기 때문에 식각액(L)을 가압하기 위하여 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)의 일방이 개방되어 있는 형태인 것일 수 있다.
한편, 식각액(L)은 액체의 성질을 갖기 때문에 바람직하게 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400)는 상부가 개방되어 있는 형태인 것일 수 있다.
이하에서는, 식각 처리부(200)를 포함하지 않는 식각챔버를 이용한 식각장치(100) 및 식각 처리부(200)를 포함하는 식각챔버를 이용한 식각장치(100) 모두에 적용될 수 있는 내용에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각액 저장챔버(300)에 저장된 식각액(L)이 식각챔버(220)로 이동되어 식각챔버(400) 내부에서 대상체(W)의 식각이 수행되는 것일 수 있다. 즉, 식각액(L)은 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400) 양 방향으로 이동되는 것일 수도 있으나, 바람직하게는 식각액 저장챔버(300)로부터 식각챔버(400)로 일방향으로 이동되는 것일 수 있다. 한편, 식각챔버(400)는 도 2와 3에서처럼 매엽식으로서 대상체(W)의 상부에 식각액이 분무되어 대상체(W)가 식각되는 것일 수 있다. 구체적으로, 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 대상체(W)를 저장하는 저장부(미도시)을 더 포함함으로써, 저장부에 저장된 식각이 수행되지 않은 대상체(W)를 하나씩 연속적으로 식각챔버(400)로 이동시켜 식각을 수행하고, 이와 동시에 식각이 종료된 대상체(W)는 연속적으로 식각챔버(400) 외부로 이동시켜 따로 저장하는 것일 수 있다. 이 경우, 대상체(W)는 도 2 및 3에 나타낸 바와 같이 식각챔버(400) 내에 설치된 거치대(410)에 거치되어 있는 형태일 수 있으며, 거치대(410)가 회전함으로써 상부에서 분무되는 식각액(L)이 대상체(W)에 고르게 분무되어 식각 효율이 높아지는 것일 수 있다. 이때 회전속도는 100 rpm 내지 2000 rpm일 수 있고, 바람직하게는 100 rpm 내지 200 rpm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거치대(410)에는 대상체(W)를 지지핀(미도시)에 안착시킨 후, 척(미도시)을 이용해 대상체(W)를 고정(척킹)시키는 방식을 사용할 수 있다.
한편, 식각챔버(400)는 도 4와 5에서처럼 배치식으로서, 복수의 대상체(W)가 동시에 식각되는 것일 수 있다. 구체적으로 복수의 대상체(W)는 도 4와 5에 나타낸 바와 같이 식각챔버(400) 내에 설치된 거치대(410)에 거치되어 있는 형태일 수 있으며, 거치대(410)에 거치된 복수의 대상체(W)의 높이보다 높은 수위로 식각액(L)을 채워 식각을 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 대상체(W)의 식각 수행시 가압 분위기로 유지되는 것일 수 있으며, 이때 가압 분위기는 0.1 bar 내지 10 bar의 압력으로 유지되는 것일 수 있다.
상기와 같이 식각챔버를 이용한 식각장치(100)의 내부를 가압 분위기로 유지시킴으로써, 식각액(L)의 기화 현상을 방지(식각액에 포함된 수분 및/또는 첨가제의 기화 방지)할 수 있기 때문에 식각액(L)의 농도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이에 따라 대상체(W)의 식각 선택비를 현저히 향상시킬 수 있다. 이때, 식각 선택비는 대상체(W)에 형성된 막 중에 식각을 수행하지 않는 막의 식각 속도 대비 식각을 수행하기 위한 막의 식각 속도의 비율로 표현될 수 있으며, 예를 들어 반도체 칩의 주요 제조 공정 중 하나인 실리콘질화막 식각 공정의 경우, 실리콘산화막의 식각 속도 대비 실리콘질화막의 식각 속도의 비율로 표현되는 것일 수 있다.
일반적으로, 실리콘질화막을 식각할 때 주로 인산 및 인산에 특성을 부여한 인산조성물이 사용된다. 인산 또는 인산 조성물의 특징은 실리콘질화막은 특정 조건에서 잘 식각되나, 실리콘질화막의 측면 및 하부에 형성 되어 있는 실리콘 산화막의 식각 속도는 현저히 낮은 특성이 있다.
이와 같은 식각 선택비를 나타내는 주요 요인으로, 일반 인산에서는 주성분인 인산과 함께 포함된 수분을 들 수 있고, 인산조성물에서는 주성분인 인산과 수분 외에 주요 첨가제 성분인 Si 계열의 또는 Si를 함유하고 있는 첨가제와 저분자량의 글리콜(glycol) 계열의 실리콘산화막 식각방지제나 암모늄 염 계열의 수화(hydrous) 실리카 용해제 등을 들 수 있다.
그러나, 순수 인산과 무기성분인 Si계열의 첨가제를 제외하고 수분, 저분자량의 실리콘산화막 식각방지제, hydrous 실리카 용해제 등은 높은 온도 조건에서 쉽게 기화되는 특징을 갖고 있다. 이로 인해 고온 (100℃ 이상) 조건에서 장시간(1분 이상) 동안 식각되는 과정에서 조성물에 포함된 성분이 기화하여 식각액의 특성이 변해버리는 문제점이 있다. 이와 같은 문제를 해결하기 위해, 실리콘질화막을 제거하는 장치는 약액을 가열하는 저장탱크 혹은 인-라인 가열장치나 식각이 일어나는 챔버 내에서 기화되는 수분을 끊임없이 보충해 주도록 설계 되어 있거나, 신액을 끊임없이 보충해 주도록 설계되어 있다.
이로 인해, 식각액의 보관이나 식각 공정 조건을 잘 관리하지 않으면, 제품의 불량률이 높아지고, 이를 피하기 위해 사용량을 증가시키면 식각액의 소모량이 많아져 제품 단가가 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 고온의 식각 공정에서 식각액을 가열(예열)하는 저장탱크나, 실제 식각이 일어나는 식각챔버(400)를 가압하게 되면, 가압으로 인하여 식각액(L)의 농도가 일정하게 유지되기 때문에 식각액(L)의 특성이 변하지 않아 해당 공정의 불량률을 낮출 수 있고, 농도를 유지시키기 위해 종래에 별도로 투입하였던 탈이온수 및 식각액의 투입이 요구되지 않아 경제적인 측면에서 비용을 크게 절감시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가압 분위기가 0.1 bar 미만의 압력으로 유지되는 경우 압력이 너무 낮아 상기한 바와 같은 식각액(L)의 기화 현상을 방지할 수 없으며, 10 bar 초과의 압력으로 유지되는 경우 압력이 너무 높아 장비의 구성이 어렵고, 미세한 압력 차이에 의해 오히려 식각 특성이 쉽게 변할 수 있어 경제성 측면에서 바람직하다고 볼 수 없다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각액 저장챔버(300) 내부의 식각액(L) 온도를 제어하는 온도 제어부(600)를 더 포함하는 것일 수 있다.
온도 제어부(600)는 식각액(L)을 가열하기 위한 가열 수단 또는 냉각하기 위한 냉각 수단일 수 있으며, 식각액 저장챔버(300) 내부의 식각액(L) 온도를 제어할 수 있는 장치이면 제한이 없으며, 식각액(L)의 종류에 따라 적절한 온도를 유지시키기 위한 장치일 수 있다. 더불어 온도 제어부(600)는 식각챔버(400) 내부의 온도 또한 제어하는 것일 수 있으며, 이 경우 하나의 온도 제어부(600)가 식각액 저장챔버(300) 및 식각챔버(400) 모두의 온도를 제어하는 것일 수도 있고, 각각의 챔버(300, 400)에 온도 제어부(600)가 따로 설치되어 있는 것일 수도 있다. 즉, 식각챔버를 이용한 식각장치(10)는 식각액 저장챔버(300) 내부의 식각액(L)의 온도를 미리 가열 또는 냉각시킴으로써, 이를 식각챔버(400)에 즉시 분무시킬 수 있어 공정시간을 단축시킬 수 있고, 연속적인 공정이 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각액(L)이 인산을 포함하는 실리콘질화막 식각액일 경우 상기 온도는 150℃ 내지 250℃로 제어되는 것일 수 있으며, 바람직하게 150℃ 내지 210℃로 제어되는 것일 수 있다. 온도가 상기 범위를 벗어나서 150℃ 미만으로 제어되는 경우 실리콘질화막과 실리콘산화막의 식각 속도가 낮아 효과를 확인하기 어렵고, 250℃ 초과(바람직하게는 210℃)로 제어되는 경우 실리콘질화막과 실리콘산화막의 식각 속도가 극단적으로 높아지고, 또한 기화되는 수분의 증기압이 높아 효과를 확인하기 어려울 수 있다. 다만 상기에는 실리콘질화막 식각액을 예시로 하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 다른 식각액
을 사용할 경우 이에 적합한 온도로 제어되는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 식각액(L)은 HF, NHO3, H2O2, IPA, NH4OH, H2O, H3PO4, H2SO4 중 적어도 하나 또는 하나 이상의 혼합물을 선택적으로 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각챔버(400) 하부에 식각액(L)을 배출하는 배출부(미도시)를 더 포함하는 것일 수 있다. 배출부는 식각이 종료된 후 식각챔버(400) 내에 있는 식각액(L)을 외부로 배출시키기 위한 것으로서, 식각액(L)을 외부로 배출시키는 형태이면 제한이 없으나, 바람직하게는 배관을 통하여 배출되는 것일 수 있다.
또한, 배출부는 식각액 저장챔버(300)의 하부에도 설치되어 있는 것일 수 있으며, 이는 식각 종료 후 식각액 저장챔버(300)에도 잔여하는 식각액(L)이 존재할 수 있어 이를 외부로 배출시키기 위함일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각챔버를 이용한 식각장치(100)는 식각챔버(400) 내부를 세척하는 세척액(L)을 저장하는 세척액 저장챔버(미도시)를 더 포함할 수 있고, 세척액 저장챔버는 식각챔버(400)와 연결되어 있는 것일 수 있다.
세척액 저장챔버는 식각이 종료된 후, 식각챔버(400) 내부를 세척하기 위한 세척액을 저장하기 위한 것으로서, 바람직하게 식각이 종료되면 식각챔버(400) 내에 있는 식각액(L)을 외부로 배출시킨 후, 세척액을 식각챔버(400) 내로 투입하여 세척을 수행하는 것일 수 있다. 이때, 상기 세척액은 식각챔버(400) 내에 잔여하는 식각액(L)을 세척하기 위한 물질이면 제한이 없으며, 예를 들어 탈이온수를 사용하는 것일 수 있다.
한편, 세척액은 식각액 저장챔버(300) 내부를 세척하는 것일 수도 있으며, 이 경우 상기 세척액 저장챔버는 식각액 저장챔버(300)와도 연결되어 있는 것일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 사시도이고, 도 7은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 저면 사시도이며, 도 8은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 정단면도이다. 도 9는 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 보여주기 위한 측단면도이고, 도 10은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 거치대를 보여주기 위한 사시도이며, 도 11은 도 6에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치의 승강부를 보여주기 위한 사시도이다.
도 6 내지 11을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치를 설명하면 다음과 같으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 식각장치(100)는 식각챔버(900)와, 컵부(940)와, 거치대(950) 및, 승강부(960)를 포함한다.
식각챔버(900)는 개폐 가능하게 구비될 수 있고, 식각액 저장챔버(300)와 연결부(500)를 통해 연동되고, 식각 공정시 폐쇄된 상태에서 내부의 압력실(901)로 식각액(L)이 공급되며, 압력실(901)은 가압부(700)에 의해 가압 분위기로 유지된다.
식각챔버(900)는 내부에 압력실(901)이 형성되는 제1챔버(910) 및, 제1챔버(910)의 상부에 개폐 가능하게 구비되는 제2챔버(920)로 구비될 수 있다. 제1챔버(910)의 압력실(901)은 상방으로 개방될 수 있고, 제1챔버(910)의 하부에는 후술 될 회전축(953)이 결합되도록 제1체결부(911) 및, 후술 될 승강핀(963)이 결합되도록 제2체결부(912)가 상하로 관통 형성될 수 있다. 제2챔버(920)는 제1챔버(910)의 상부에 결합 및 분리되어 압력실(901)을 개폐시킬 수 있으며, 제1챔버(910)와 결합시 압력실(901)의 내부로 식각액(L)이 공급되도록 식각액 투입구(921)가 형성된다. 식각액 투입구(921)에는 식각액 저장챔버(300)가 연결부(500)에 의해 연결될 수 있다.
또한, 제2챔버(920)는 외부에서 세척수가 공급되도록 세척수 투입구(922)가 형성될 수 있고, 세척수 투입구(922)에는 공급라인(161)에 의해 세척수 공급부(162)에 연결될 수 있으며, 식각챔버(900)에는 압력실(901)의 내부를 가압시키기 위한 가압부(700) 및, 압력실(901)의 내부 압력을 외부로 배출시키기 위한 배기부(800)가 연결될 수 있다.
컵부(940)는 압력실(901)의 내부에 배치되며, 컵부(940)의 상부에는 식각액(L) 및 세척수를 수용하기 위한 수용부(941)가 오목하게 형성될 수 있고, 컵부(940)에는 식각액(L)을 제1챔버(910)의 외부로 배출시키기 위한 배출부(942)가 형성될 수 있다.
컵부(940)의 하부에는 하나 이상의 지지대(943)가 돌출될 수 있고, 지지대(943)는 압력실(901)의 바닥면에 안착되어 컵부(940)를 일정 높이로 지지할 수 있으며, 이때 컵부(940)는 압력실(901)의 바닥면으로부터 상부로 이격 위치될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거치대(950)는 거치대(410)의 지지핀에 대상체(W)를 안착시킨 후 척을 이용해 대상체(W)를 고정시키는 방식과 다르게, 거치대(950)에 식각성능향상부를 형성시켜 대상체(W)를 안착시키는 방식을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 거치대(950)는 컵부(940)의 내부 또는 상부에서 수직 회전중심을 기준으로 회전 가능하게 배치될 수 있다. 거치대(950)의 상부에는 식각 대상체(W)가 안착되는 식각성능향상부가 형성된다. 거치대(950)는 원판 형상을 가질 수 있고, 거치대(950)의 하부에는 수직 회전중심을 형성하는 회전축(953)이 수직하게 돌출될 수 있으며, 회전축(953)은 제1챔버(910)의 제1체결부(911)를 통해 수직하게 관통 결합될 수 있다.
회전축(953)에는 회전 구동부(955)가 기계적으로 연결될 수 있으며, 회전 구동부(955)로부터 회전축(953)으로 전달되는 회전력에 의해 거치대(950)가 회전될 수 있다.
제1체결부(911)에는 회전축(953)의 회전 방향을 밀착된 상태로 감싸는 링 형상의 제1씰링부재가 더 구비될 수 있으며, 제1씰링부재는 테프론(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 등의 소재를 사용할 수 있다.
제1씰링부재의 내주면에는 제1립부가 돌출될 수 있으며, 제1립부는 제1씰링부재의 내주면을 따라 연속적으로 형성될 수 있다. 제1립부는 상부 또는 하부로 경사지게 돌출되어 회전축(953)의 반경 방향(회전 방향)에 경사지게 밀착될 수 있고, 제1립부는 제1씰링부재의 상하 방향을 따라 하나 이상이 배열될 수 있다.
이와 같은 제1씰링부재는 제1립부가 회전축(953)의 외면에 긴밀하게 밀착되므로, 제1체결부(911)와 회전축(953)의 사이에 대한 기밀 성능을 확보할 수 있다.
또한, 제1체결부(911)에는 회전축(953)의 반경 방향을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 결합될 수 있고, 베어링은 제1씰링부재의 상부와 하부에 위치될 수 있으며, 베어링와 제1씰링부재의 사이에는 회전축(953)의 반경 방향을 감싸는 와셔부재가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식각성능향상부는 대상체(W)가 삽입된 상태로 안착되어 식각액(L)에 잠기도록 오목하게 형성되며, 식각성능향상부는 대상체(W)가 안착되도록 가장자리를 따라 형성되는 안착면(951) 및, 안착면(951)의 가장자리를 따라 형성되어 대상체(W)의 상부에 식각액(L)을 수용하는 단턱(952)을 구비할 수 있다.
안착면(951)은 거치대(950)의 내주면을 따라 연속적으로 형성되고, 단턱(952)의 상단은 안착면(951)보다 높게 위치되며, 단턱(952)은 안착면(951)의 가장자리를 따라 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 거치대(950)에는 상하로 공기가 통과되도록 통로(954)가 상하로 관통될 수 있으며, 통로(954)는 상하로 공기를 통과시키므로, 안착면(951)에 대상체(W)의 가장자리를 안착시 대상체(W)가 부력에 의해 상승하는 것을 방지할 수 있다.
승강부(960)는 압력실(901)의 내부에서 대상체(W)를 승강시키기 위한 것으로, 상승시 대상체(W)를 거치대(950)의 상부에 위치시키고, 하강시 대상체(W)를 식각성능향상부에 안착시킨다. 승강부(960)는 컵부(940)의 하부에서 승강 가능한 몸체(961) 및, 몸체(961)로부터 상부로 돌출되어 통로(954)를 통해 승강 가능하며, 대상체(W)의 하부를 지지하는 지지핀(962)이 구비될 수 있다.
몸체(961)의 하부에는 승강핀(963)이 수직하게 돌출될 수 있고, 승강핀(963)은 제1챔버(910)의 제2체결부(912)를 통해 수직하게 관통 결합될 수 있으며, 승강핀(963)에는 승강 구동부(964)가 기계적으로 연결될 수 있다.
제2체결부(912)에는 승강핀(963)의 폭 방향을 밀착된 상태로 감싸는 링 형상의 제2씰링부재가 더 구비될 수 있고, 제2씰링부재는 테프론(PTFE, Polytetrafluoroethylene) 등의 소재를 사용할 수 있다.
제2씰링부재의 내주면에는 제2립부가 돌출될 수 있으며, 제2립부는 제2씰링부재의 내주면을 따라 연속적으로 형성될 수 있다. 제2립부는 상부 또는 하부로 경사지게 돌출되어 승강핀(963)의 폭 방향에 경사지게 밀착될 수 있으며, 제2립부는 제2씰링부재의 상하 방향을 따라 하나 이상이 배열될 수 있다.
이와 같은 제2씰링부재는 제2립부가 승강핀(963)의 외면에 긴밀하게 밀착되므로, 제2체결부(912)와 승강핀(963) 사이의 기밀 성능을 확보할 수 있다.
아울러, 제1씰링부재의 외주면과 제1체결부(911)의 사이에는 링 형상의 제1오링부재가 결합될 수 있고, 제2씰링부재의 외주면과 제2체결부(912)의 사이에는 링 형상의 제2오링부재가 결합될 수 있다.
제1오링부재와 제2오링부재는 고무 등의 소재를 이용해 제작할 수 있고, 제1씰링부재와 제2씰링부재의 외주면에는 제1오링부재와 제2오링부재의 내주면이 삽입되도록 설치부가 오목하게 형성될 수 있다.
한편, 제2체결부(912)에는 승강핀(963)의 폭 방향을 회전 가능하게 지지하는 베어링이 결합될 수 있고, 베어링은 제2씰링부재의 상부와 하부에 위치될 수 있으며, 베어링과 제2씰링부재의 사이에는 승강핀(963)의 폭 방향을 감싸는 와셔부재가 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 식각액(L)은 실리콘질화막 식각액인 것을 특징으로 하는 것일 수 있고, 실리콘질화막 식각액은 인산 및 물을 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 실리콘질화막 식각액의 조성은 인산 100 중량부 대비 물의 함량이 10 중량부 내지 20 중량부 일 수 있으며, 바람직하게 15 중량부 내지 20 중량부일 수 있고, 가장 바람직하게는 인산 85 wt% 및 물 15 wt%의 함량으로 혼합되어 있는 것일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
제조예 1. 실릴포스핀 옥사이드계 화합물을 포함하는 실리콘질화막 식각액 조성물의 제조
(1) 실릴포스핀 옥사이드계 첨가제 화합물의 제조
본 발명의 일측면에 따른 실릴포스핀 옥사이드계 화합물을 제조하였다.
먼저, H3PO4 무수물(100%, 300g)과 Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate(TEOS, 99%, 30g)를 혼합한 뒤 10 분 동안 60 rpm으로 교반시키며 혼합하였다.
다음으로, 상기 혼합물을 60℃의 온도에서 8 시간 동안 60 rpm으로 교반시키며 1차 반응시켰다.
다음으로, 상기 1차 반응이 종료된 후 반응기의 온도를 120℃까지 승온시켜 12 시간 동안 60 rpm으로 교반시키며 2차 반응시켰다.
다음으로, 상기 2차 반응이 종료된 후 반응기의 온도를 260℃까지 승온시켜 3 시간 동안 60 rpm으로 교반시키며 3차 반응시켰다.
마지막으로, 상기 3차 반응이 종료된 후 반응기의 온도를 상온까지 냉각시켜 실릴포스핀 옥사이드계 화합물을 수득하였다.
(2) 실릴포스핀 옥사이드계 화합물을 포함하는 실리콘질화막 식각액 조성물의 제조
(1)에서 제조된 실릴포스핀 옥사이드계 화합물(SiP, 0.1 wt%), 인산(H3PO4, 85 wt%), 물(H2O, 14.8 wt%) 및 억제제(inhibitor, 0.1 wt%)를 상온에서 3 시간 동안 60 rpm으로 혼합하여 실릴포스핀 옥사이드계 화합물을 첨가제로 포함하는 인산 식각액 조성물을 제조하였다.
제조예 2. 노말 인산(normal phosphoric acid) 실리콘질화막 식각액
조성물의 제조
제조예 1의 (1) 실릴포스핀 옥사이드계 화합물을 혼합하지 않고, 인산(H3PO4, 85 wt%) 및 물(H2O, 15.0 wt%)만을 혼합하여 인산 식각액 조성물을 제조하였다.
제조예 3. 실릴포스페이트계 화합물을 포함하는 실리콘질화막 식각액 조성물의 제조
(1) 실릴포스페이트계 첨가제 화합물의 제조
본 발명의 일측면에 따른 실릴포스페이트계 화합물을 제조하였다.
먼저, H3PO4 무수물(100%, 300g)과 Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate(TEOS, 99%, 30g)를 혼합한 뒤 10 분 동안 60 rpm으로 교반시키며 혼합하였다.
다음으로, 상기 혼합물을 80℃의 온도에서 8 시간 동안 60 rpm으로 교반시키며 1차 반응시켰다.
다음으로, 상기 1차 반응이 종료된 후 반응기의 온도를 120℃까지 승온시켜 12 시간 동안 60 rpm으로 교반시키며 2차 반응시켰다.
마지막으로, 상기 2차 반응이 종료된 후 반응기의 온도를 상온까지 냉각시켜 실릴포스페이트계 화합물을 수득하였다.
(2) 실릴포스페이트계 화합물을 포함하는 실리콘질화막 식각액 조성물의 제조
(1)에서 제조된 실릴 포스페이트 계 화합물(SiOP, 0.05 wt%), 인산(H3PO4, 85 wt%), 물(H2O, 14.85 wt%) 및 억제제(inhibitor, 0.1 wt%)를 상온에서 3 시간 동안 60 rpm으로 혼합하여 실릴포페이트계 화합물을 첨가제로 포함하는 인산 식각액 조성물을 제조하였다.
실시예. 매엽식 식각챔버를 이용한 식각장치를 이용한 웨이퍼 식각
본 발명에 따른 매엽식 식각챔버를 이용한 식각장치(100)의 성능을 평가하기 위하여, 제조예 1 내지 3에서 제조한 식각액 조성물을 식각액으로서 사용하여 하기 표 1과 같이 조건을 바꿔가며 실리콘 질화막 250 nm이 형성된 웨이퍼를 식각하였다. 이때, 웨이퍼 식각은 각각 3 분씩 수행하였으며, 회전속도는 150 rpm으로 하였다.
[표 1]
Figure pat00001
실험예. 매엽식 식각챔버를 이용한 식각장치의 성능 평가
실시예 1 내지 13 및 비교예 1 내지 5의 조건으로 웨이퍼 식각을 수행 시 실리콘질화막 식각 속도 및 실리콘산화막 식각 속도를 측정하고, 실리콘산화막에 대한 실리콘질화막의 식각 선택비(실리콘질화막 식각 속도/실리콘산화막 식각 속도)를 계산하여 이를 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure pat00002
표 2에 나타낸 바와 같이 본 발명의 매엽식 식각챔버를 이용한 식각장치를 이용하여 가압 조건 하에서 식각을 수행한 실시예 1 내지 13의 경우 0 bar에서 식각을 수행한 비교예 1 내지 5에 비하여 압력 이외의 다른 조건이 동일할 경우, 월등히 우수한 실리콘산화막에 대한 실리콘질화막의 선택비를 나타냄을 확인할 수 있었다.
실시예. 배치식 식각챔버를 이용한 식각장치를 이용한 웨이퍼 식각
본 발명에 따른 배치식 식각챔버를 이용한 식각장치의 성능을 평가하기 위하여 제조예 1 내지 4에서 제조한 식각액 조성물을 식각액으로서 사용하여 하기 표 3과 같이 조건을 바꿔가며 실리콘 질화막 250 nm이 형성된 웨이퍼를 식각하였다. 이때, 웨이퍼 식각은 각각 20 분씩 수행하였다.
[표 3]
Figure pat00003
실험예. 배치식 식각챔버를 이용한 식각장치의 성능 평가
실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 7의 조건으로 웨이퍼 식각을 수행 시 실리콘질화막 식각 속도 및 실리콘산화막 식각 속도를 측정하고, 실리콘산화막에 대한 실리콘질화막의 식각 선택비(실리콘질화막 식각 속도/실리콘산화막 식각 속도)를 계산하여 이를 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
Figure pat00004
상기 표 4에 나타낸 바와 같이 본 발명의 배치식 식각챔버를 이용한 식각장치를 이용하여 가압 조건 하에서 식각을 수행한 실시예 1 내지 12의 경우 0 bar에서 식각을 수행한 비교예 1 내지 7에 비하여 압력 이외의 다른 조건이 동일할 경우 월등히 우수한 실리콘산화막에 대한 실리콘질화막의 선택비를 나타냄을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 식각챔버를 이용한 식각장치는 식각액 저장챔버(110)(300) 및/또는 식각챔버(130)(400)를 가압함으로써, 식각액(L)의 기화 현상을 방지할 수 있기 때문에 식각액(L)의 농도가 일정하게 유지되며, 이에 따라 식각 선택비를 현저히 향상시킬 수 있다.
또한, 가압으로 인하여 식각액(L)의 농도가 일정하게 유지되기 때문에 농도를 유지시키기 위한 별도의 탈이온수 및 식각액의 추가 투입이 요구되지 않아 제품 수율의 향상과 더불어, 식각액(L) 소모량의 감소 등을 달성할 수 있어 경제적인 측면에서 비용을 크게 절감시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 식각장치 110: 식각액 저장챔버
120: 연결부 121: 식각액 이동부
122: 선택적 차단부 123: 식각액 공급부
130: 식각챔버 131: 거치대
141: 제1가압부 142: 온도 제어부
142a: 발열부재 143: 제1배기부
151: 제2가압부 152: 제2배기부
160: 세척부 161: 공급라인
162: 세척수 공급부 200: 식각 처리부
300: 식각액 저장챔버 400: 식각챔버
410: 거치대 500: 연결부
600: 온도 제어부 700: 가압부
800: 배기부 900: 식각챔버
901: 압력실 910: 제1챔버
911: 제1체결부 912: 제2체결부
920: 제2챔버 921: 식각액 투입구
922: 세척수 투입구 940: 컵부
941: 수용부 942: 배출부
943: 지지대 950: 거치대
951: 안착면 952: 단턱
953: 회전축 954: 통로
955: 회전 구동부 960: 승강부
961: 몸체 962: 지지핀
963: 승강핀 964: 승강 구동부
W: 대상체 L: 식각액

Claims (21)

  1. 식각액이 저장되는 식각액 저장챔버;
    상기 식각액 저장챔버와 연통되는 연결부;
    상기 식각액 저장챔버와 상기 연결부를 통해 연동되며, 대상체가 식각되는 식각챔버; 및
    상기 식각액 저장챔버와 상기 식각챔버 중 적어도 어느 하나를 가압 분위기로 유지시키는 가압유지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가압유지부는,
    상기 식각액 저장챔버의 압력을 조절하는 제1가압유지부와 상기 식각챔버의 압력을 조절하는 제2가압유지부 중 적어도 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1가압유지부는,
    상기 식각액 저장챔버를 설정된 압력으로 유지시키는 제1가압부;
    상기 식각액 저장챔버 내부의 온도를 제어하는 온도 제어부; 및
    상기 식각액 저장챔버 내부의 기체를 외부로 배출시키는 제1배기부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2가압유지부는,
    상기 식각챔버를 설정된 압력으로 유지시키는 제2가압부; 및
    상기 식각챔버 내부의 기체를 외부로 배출시키는 제2배기부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2배기부는,
    상기 식각챔버 내부의 기체를 외부로 배출시켜 상기 식각액 저장챔버의 내부와 압력 차이를 발생시키는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연결부는,
    상기 식각액 저장챔버에서 상기 식각챔버로 식각액이 이동되는 식각액 이동부;
    상기 식각액이동부에 구비되어 상기 식각액 이동부를 선택적으로 차단하는 선택적 차단부; 및
    상기 식각액의 이동을 촉진하는 식각액 공급부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 식각챔버는,
    내부에 수용부가 형성되는 컵부를 구비하며,
    상기 거치대는, 상기 컵부의 상부에서 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 식각챔버는,
    상기 컵부가 내부의 압력실에 배치되는 제1챔버 및,
    상기 제1챔버의 일측에 개폐 가능하게 구비되며, 내부로 상기 식각액이 공급되도록 식각액 투입구가 형성되는 제2챔버를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 컵부는,
    상기 압력실의 바닥면에 안착되는 지지대를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 거치대의 하부에는,
    수직 회전중심을 형성하며, 회전 구동부로부터 회전 구동력이 전달되는 회전축을 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 회전축은, 상기 제1챔버의 제1체결부에 수직하게 관통되며,
    상기 제1체결부에 삽입되어, 상기 회전축의 회전 방향을 밀착된 상태로 감싸는 제1씰링부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1씰링부재는,
    내주면으로부터 돌출되어 상기 회전축의 반경 방향에 경사지게 밀착되며, 상하 방향을 따라 하나 이상이 배열되는 제1립부를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  13. 제7항에 있어서, 상기 거치대는,
    상하로 통과되도록 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 승강부는,
    상기 컵부의 하부에서 승강 가능한 몸체 및,
    상기 몸체로부터 상부로 돌출되어 상기 통로를 통해 승강 가능하며, 상기 대상체의 하부를 지지하는 지지핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 식각장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 몸체는,
    승강 구동부로부터 승강 구동력이 전달되는 승강핀을 구비하는 것을 특징으로 하는 식각장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 승강핀은, 상기 제1챔버의 제2체결부에 수직하게 관통되며,
    상기 몸체의 하부로 돌출되어 상기 제2체결부에 삽입되며, 상기 승강핀의 폭 방향을 밀착된 상태로 감싸는 제2씰링부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 식각장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제2씰링부재는,
    내주면으로부터 돌출되어 상기 승강핀의 폭 방향에 경사지게 밀착되며, 상하 방향을 따라 하나 이상이 배열되는 제2립부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식각장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 식각챔버에는,
    식각 완료 후 상기 식각액을 세척하기 위한 세척부가 구비되는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 세척부는,
    상기 식각챔버의 내부로 연결되는 공급라인; 및
    상기 공급라인을 통해 세척수를 공급하는 세척수 공급부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 가압 분위기는,
    0.1 bar 내지 10 bar로 유지되는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 식각액은,
    HF, NHO3, H2O2, IPA, NH4OH, H2O, H3PO4, H2SO4 중 적어도 하나 또는 하나 이상의 혼합물을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 식각챔버를 이용한 식각장치.
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