KR910004039B1 - 기판으로부터 박막을 제거하는 가스처리방법 및 그 장치 - Google Patents

기판으로부터 박막을 제거하는 가스처리방법 및 그 장치 Download PDF

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에프_에스_아이 코포레이션
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
기판으로부터 박막을 제거하는 가스처리방법 및 그 장치
[도면의 간단한 설명]
도면에서, 제 1 도는 본 발명의 방법을 실시하는 장치의 개략 다이어그램.
제 2 도는 상기 방법에 따라 박막의 일부를 에칭하여 제거한 기판의 개략적인 설명도.
제 3 도는 상기 방법에 따라 박막을 에칭하여 제거한 면을 가진 기판의 개략적인 설명도이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 반응가스를 이용하여 기판재료로부터 박막을 제거하는 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 무수반응가스, 예를 들면 무수 플루오르화 수소의 작용에 의하여 표면으로부터 그의 층 또는 박막(예를들면, 산화물 또는 실리콘 및 폴리실리콘의 질화물)을 제거하도록 기판(예를들면 실리콘 또는 폴리실리콘)을 에칭하는 것에 관한 것이다. 본 발AUD에 따른 방법은 반도체 집적회로 칩의 제조에서 사용되는 실리콘 웨이퍼 (wafer)의 처리에서는 물론 그 밖의 다른 산업에 있어서의 에칭 및 세척공정에서 매우 중요하다.
근래에 이르러 반도체 집적회로 칩과 박막회로의 제조에서 에칭처리는 습식산 에칭 공정으로 수행되거나 플라즈마(plasma)기술에 의하여 수행된다. 습식에칭의 한가지 방법은 에칭하고자 하는 표면을 어느 적당한 감광성 내식막 마스크로 피복하여 ,이렇게 마스크된 회로를 에칭하고자 하는 표면을 부식시키는 화학약품 용액내에 잠기도록 하는 동시에 이 마스크를 다른 방식으로 본래 상태로 되게 한다. 또한 에칭하고자 하는 표면상에 산을 분무한다. 이러한 종래의 습식에칭공정에 있어서, 에칭공정은 분당 약 50 내지 2000옹그스트롬의 속도로 진행되고, 이들 범위내에서 조정될수 있다. 이러한 종래의 화학적 에칭방법에 의하여서는 에칭표면상에 잘 마무리된 에지(edge)를 얻기가 어렵다. 또한 습식 부식제의 화학작용이 등방성으로 에칭하는 경향으로, 마스크를 일정거리씩 이격하여 절단시키므로 부식제를 하층에 침투되게 하고 그에 따라 최종의 특정 규격을 격하시켜 왔다. 그러므로 습식화학에칭을 사용하여서는 정교한 구조로 하기가 매우 어렵다.
습식에칭에서의 또다른 문제는 에칭처리의 종료시 잔여 부식제와 그밖의 다른 불순물을 제거하기 위하여 웨이퍼의 철저한 세정이 요구된다는 것이다. 따라서 웨이퍼가 에칭된후 웨이퍼들을 별도의 단계에서 세척하여야 하며, 이러한 세척으로 말미암아 특별한 문제를 야기하는데, 특히 중금속들이 웨이퍼의 표면상에 남아 있다는 것이다. 이 단계에서는 염화수소와 과산화수소 또는 수산화암모늄 및 과산화수소와 같은 화학약품을 사용하여 에칭한 후에 웨이퍼를 세척하여야 한다. 이들 세척제들은 세척 후에 웨이퍼 표면으로부터 세정되어야만 한다.
또한 웨이퍼의 습식에칭은 다루기가 어렵다는 또다른 문제가 있다. 예를들면, 액체 부식제와 세정매체는 심각한 환경 폐기물의 문제를 야기한다. 중요한 예로서 이들 부식제와 세정매체는 엄격한 정부의 법령에 따라 수집되고 폐기되어야 한다.
이러한 종래 습식의 액체 에칭기술에 관련된 이러한 문제를 해소하려는 목적으로 여러 연구소에서는 가스의 부식제 매체를 사용하는 가스상 처리공정을 개발하고자 많은 노력을 기울여 왔다. 웨이퍼 에칭에 대한 잘 알려진 가스상 처리방법은 플라즈마에칭 또는 반응이온에칭(RIE)이며, 여기서 진공콘테이너는 저압가스로 충진된다. 에칭하고자 하는 표면 또는 기판은 감광성 내식막 마스크에 의하여 피복되고, 반응부식제 가스와 함께 콘테이너내에 넣는다. 에칭공정을 수행하기위하여 가스를 가하도록 전압이 인가되며, 그에 의하여 가스를 해리시켜 여러 가지 종류의 정부(正負)이온, 반응중성자 및 전자를 발생시킨다. 이와같이 해리된 것들은 에치하고자 하는 표면과 상호반응하여 여러 가지의 가스상 반응 생성물을 생성한다.
가스를 사용하여 에칭하고자 하는 그 밖의 다른 노력들도 시도되어 왔으나 극단적이거나 바람직하지 않은 조건이었고, 실용적인 방법의 개발에는 성공하지 못하였다.
[발명의 요지]
본 발명의 목적은 여러 가지의 반응가스에 의하여 부식되기 쉬운 박막 또는 층을 제거하기 위하여 기판의 가스상 에칭또는 세척방법을 제공하여, 대기상태하에서도 작용하는 경제적이고 효과적인 바람직한 특징을 가지는 동시에 제어 가능하고 반복가능하며 균일한 결과를 얻을수 있는 것이다.
기본적으로 본 발명의 방법은 건조한 불활성가스와 수증기를 기판위로 흐르게 한후에 대략 통상의 대기압과 실내온도로 무수플루오르화 수소가스의 연속적인 흐름분위기에 기판을 노출시키는 단계로 이루어진다.
흡습성을 갖지 않은 박막을 제거하기 위하여 플루오르화 수소가스의 흐름중에 증기를 계속 흐르게 하고, 그후 플루오르화 수소가스의 공급을 중지하는 동시에 증기의 공급을 중지하면서 에칭을 중단하며, 이후 불활성가스는 계속 흐르게 한다. 흡습성 각막을 제거하는데 있어서 이 방법은 플루오르화 수소가스가 흐르기 시작하기 전에 일시적으로 증기흐름을 중단시키는 것 이외에는 동일하다.
본 발명에 따르면 무수반응가스를 불활성가스 및/또는 수분함유 불활성가스와 혼합시키므로써 대략 대기상태에서 반복 가능하며, 균일하고 제어가능한 에칭을 할수 있음을 발견하였다. 본 발명에 따른 방법은 집적회로칩의 제조에서 여러 가지 재질의 기판상에 산화물 또는 질화물층이거나, 실리콘, 폴리실리콘, 갈륨아스나이드, 천이금속, 알루미늄의 박막 또는 여러 가지 규화물 박막을 에칭하는데 사용된다.
본 발명에 따르면, 에칭시키고자한 기판은 쳄버의 압력을 "대략 통상의 대기압"으로 유지시키도록 대기와 계속하여 통기된 처리쳄버내에 삽입된다. 처리쳄버의 대략 통상의 대기압으로 실제의 대기압일 수도 있고 또는 쳄버는 통기구에 스로틀밸브와 같은 제어장치를 사용하여 대기압보다 다소 높은 압력일수도 있다. 처리쳄버의 압력은 만족한 결과를 얻기 위하여서는 대기압보다 높은 약 35인치의 수대기압(water atmosphere)까지일 수도 있다. 처리쳄버는 대략 실내온도로 유지되고 ,처리쳄버의 가열은 그다지 효과가 없다. 제거하고자 한 박막 또는 층을 가지거나 에칭하고자 한 기하학적 패턴을 가진 기판은 처리쳄버내에 위치된다. 처리쳄버와 시스템가스 플로라인은 건조불활성가스의 흐름에 의하여 모두 세정된다. 이때 무수 반응가스, 건조 불활성가스와 추가의 수분함유 불활성가스들의 혼합물은 처리쳄버내로 흐른다.반응가스를 흐르게 하여 박막을 에칭하거나 제거한다. 이러한 흐름은 5내지 30초의 시간동안 매우 순간적으로 수행된다. 에칭이 완료된때 반응가스의 흐름은 중지되고, 처리쳄버로부터 반응가스가 세정되고, 에칭을 중지한다.
반응가스처리의 구체적 실시예에서는 이산화규소 박막 또는 다른 에칭가능한 박막을 에칭하기 위하여 무수플루오르화 수소를 이용한다. 조절된 습도를 가진 질소와 같은 불활성가스는 무수플루오르화 수소가스와 혼합된다. 이러한 가스혼합물은 대략 실내온도와 대략 통상의 대기압으로 유지된 처리쳄버내로 흐른다. 처리쳄버는 계속하여 통기되며,따라서 대략 대기압으로 유지된다. 처리쳄버의 압력은 통기의 제한으로 발생된 작은 배압에 대항하여 연속적인 흐름을 유지시키도록 하는데 필요한 대기압보다 다고 높은 압력으로 해도 좋다. 또한 통기구에 설치한 제어장치에 의하여 처리쳄버의 압력을 25내지 35인치의 수대기압까지 높일수도 있다. 불활성가스내에 수분을 함유시켜 무수플루오르화 수소와 에칭하고자 한 기판상의 박막간에 상호 작용을 일으키도록 한다.
기판상의 박막 또는 층의 에칭에 있어서 일련의 기판 또는 각각의 기판의 에칭은 반복될 수도 있고 제어될 수 있으며, 이러한 에칭은 기판의 표면 전반에 걸쳐 대략 균일하게 이루어진다. 또한 이러한 에칭은 필요로 하는 넓은 에칭속도의 범위에 걸쳐 제어될수 있다. 실예로서, 이산화규소의 기판상에서 분당 100옹그스트롬 내지 14000옹그스트롬의 속도로 박막을 제거할수 있다. 처림쳄버는 하나의 웨이퍼 또는 여러개의 웨이퍼를 동시에 처리할수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 여기에 기술된 방법에 의하여 개선된 생성물을 제공하는 것이다. 이 개선된 생성물은 종래 제품에서 발견되지 않은 여러 가지 특성을 가진다.
이와 같이 중요한 특성 가운데에는 에칭의 완료시 실리콘기판의 표면을 평활하게 하고 에칭으로 인하여 표면을 손상시키거나 거칠게 하지 않고도 기하학적 에칭에서의 선폭을 좁게 하며 에칭의 완료후 실리콘의 표면상에 플루오르 자유원자의 레벨을 증가시킨다는 것이다.
이 개선된 생성물은 대략 실내온도와 대략 통상의 대기압의 수분 분위기에서 무수반응가스에 기판을 노출시키므로써 박막의 일부 또는 전부가 제거된 박막기판으로 이루어진다. 특히 개선된 생성물은 수분, 바람직하기로는 건조한 질소가스 또는 불활성가스에 의하여 운반된 수증기의 존재하에서 무수플루오르화 수소와 같은 무수할로겐화 수소에 기판과 박막을 노출시키므로써 자체의 산화물또는 질화물 박막의 일부또는 전부가 제거된 실리콘 웨이퍼로 이루어진다.
이러한 개선된 생성물과 그 특성은 고 품질의 집적회로 칩의 제조에 매우 적합하다는 이점을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태는 기판으로부터 박막을 제거하는 처리장치에 관한 것이다. 본 발명의 특징은 대략 실내온도로 유지되고 계속적으로 통기되며 개방 가능한 처리쳄버를 구비하여 처리하고자 한 기판을 수납하는데 있다. 이 처리쳄버에는 무수플루오르화 수소와 같은 반응가스의 밸브를 설치한 공급원과 건조질소와 같은 불활성가스를 세정하는 밸브를 설치한 공급원이 접속된다. 또한 밸브를 설치한 수증기 공급원은 불활성가스의 적어도 일부에 의하여 처리쳄버내로 운반되도록 접속된다. 무수반응가스 공급원 및 그 흐름의 제어를 위하여 확실하게 가스가 응축되지 않도록 가열하는 것이 바람직하다.
이러한 처리장치는 최소의 기구만으로 최소의 제어만을 하는 상태하에서 기판으로부터 박막의 선택적 에칭을 용이하게 하는 이점을 가진다. 이 장치를 사용한 에칭에 의하여 고품질의 집적회로 칩의 제품을 위한 개선된 생성물을 얻을수 있다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 방법에 의하여 처리될수 있는 기판재료는 일반적으로 할로겐함유 가스상의 부식제 매질에 의하여 영향을 받지 않는 어떠한 유형의 기판재료라도 좋다. 이 기판재료가 집적회로 칩의제조에서 처리하고자 한 웨이퍼일 경우, 이는 실리콘, 폴리 실리콘, 석류석(garnet),비화갈륨,인화인듐과 같은 이원소(binary)또한 CdHgTe,GaAlAs,및 GaInP와 같은 3원소(ternary)와 GaInAsP와 같은 4원소(quaternary)들로 구성될수 있다. 또 이러한 에칭, 세척 및 /또는 연마공정에 의하여 처리할수 있는 그밖의 다른 기판재료로는 스테인레스강, 수정, 알루미늄, 게르마늄, 갈륨과 셀레늄이 있다.
이러한 웨이퍼 기판은 한번에 하나씩 에칭하거나 도면의 도시와 같이 다수개를 동시에 에칭할수도 있다. 웨이퍼 지지체 또는 25개 웨이퍼의 캐리어를 비교적 큰 처리쳄버내에서 동시에 에칭할 수 있다.
이들 여러 가지 상이한 기판들은 다양한 특성의 박막을 가질수 있다. 실리콘 웨이퍼상의 산화막은 높은 온도하에서 산소를 공급하므로 열적으로 성장될수 있거나, 상승된 온도에서 증기와 산소에 의하여 발생된 증기일수도 있고, 또는 이 박막은 화학증착법에 의하여 형성될수 있다. 또한 실리콘 웨이퍼상의 산화막은 인, 비소 또는 불소와 같은 물질에 의하여 도프(dope)될 수 있다. 이들 여러 가지 상이한 박막은 본 발명에 따라 에칭될수 있다. 특히 인으로 도포된 박막을 본 발명에 따라 에칭하는 것이 좋다는 것을 발견했다. 본 발명에 따른 대부분의 작업과 에칭은 산소와 증기성장박막과 관련되어 수행된다.
열적으로 성장된 박막이 고밀도이고, 에칭처리시 그속도가 대단히 느리므로 반응가스의 농도를 어느정도 조절할 필요가 있다는 것을 발견했다. 상승온도로 증기 및 산소분위기하에서 성장된 증기생성박막은 실리콘 웨이퍼를 에칭하는데 있어서 통상의 박막이며, 에칭 박막의 전형적인 것이라 할수 있다. 이와 같이 증기에 의하여 생성된 박막은 열적으로 성장된 박막을 에칭하는데 필요하기보다 비교적 낮은 농도의 반응가스에서 더욱 용이하게 에칭된다. 화학증착법에 의하여 생성된 박막은 통상의 박막보다 밀도가 낮고, 낮은 농도의 반응가스에 의하여서도 신속히 에칭된다.
도프된 박막은 무수플루오르화 수소가스와 같은 무수반응가스에 의하여 우수한 에칭이 가능하며, 단지 소정의 에칭을 달성하도록 낮은 농도의 반응가스를 필요로 한다. 이렇게 도프된 박막은 흡습성이 있으므로 불활성가스에 수분을 첨가하지 않아도 용이하게 에칭될수 있다.
실리콘 기판은 그위에 폴리실리콘층을 가질수 있고, 폴리실리콘은 이산화 규소가 에칭되는 동일 방식으로 부분적이거나 또는 전체적으로 에칭될 수 있는 산화막을 그위에 가진다.
또한 이러한 가스상으로 처리하는 본 발명은 상기 어떠한 물질을 제거하는데 있어서도 적합하다. 집적회로 칩의 제조에서 여러 가지 처리공정중에 다수의 웨이퍼를 지지하도록 사용되는, 예를들면 수정지지체는 바람직하지 못한 산화물과 질화물층을 성장시키므로 정상으로 지지된 상태에서 이를 제거하여야 한다. 상당수의 지지체를 세척하는 한가지 방법으로서 약50내지 60개의 지지체를 수용할수 있는 상당히 큰 스테인레스강 쳄버를 필요로 한다. 이 쳄버를 비운 다음 약 400℃까지 가열하고, 무수플루오르화 수소를 주입하여, 축적된 산화물과 질화물을 제거한다. 이러한 종래 기술의 방법은 속도가 매우 느리고, 장비가 매우 고가이며, 플루오르화 수소가 진공펌프내로 역류되어 장비들을 열화시키고, 유지보수 관리에 문제점이 많다. 그러나, 본 발명의 방법에서는 이들 수정지지체를 수용하기에 상당히 큰 처리쳄버를 사용하므로, 지지체를 효과적으로 세척하는데 용이하게 사용될 수 있다.
본 발명이 방법은 상기 기판 어느 것이든 에칭, 세척 및/또는 연마하는데 이용될수 있다. 예를들면 이 방법은 광하도파관의 제조에 있어서 피복하고자 한 유리 또는 실리카기판 튜브의 내측 표면을 제조하는데 이용될수 있다.
본 발명의 방법에서 사용된 불활성가스는 처리하고자 한 물질에 대하여 불활성이고, 본 발명의 처리상태하에서 가스상으로 유지되는 어떤 기체라도 좋다. 적합한 가스로는 질소, 아르곤, 네온, 헬륨, 크립톤과 제논이다. 본 발명에 따른 특히 바람직한 불활성가스는 질소이다. 바람직한 것은 본 발명의 방법에서 다음 규격에 부합하는 질소또는 크로마토그래픽 질소와 같은 순수 질소를 사용하는 것이 좋다. 질소의 규격은 다음과 같다.
Figure kpo00001
제안된 입자레벨은
Figure kpo00002
입자/입방피트
Figure kpo00003
0.2pm직경이다.
불활성가스는 반응공정의 전후에 처리쳄버와 그에 연결된 시스템가스라인을 세정하고, 반응가스를 희석하며, 부식제 매질을 생성하도록 반응가스와 혼합된 수분함유 불활성가스를 제조하는 모든 공정에서 사용된다. 불활성가스는 상기 가스와 동일하거나 상이한 불활성가스일수 있다. 특히 본 발명의 방법에서는 건조한 불활성가스와 수분함유 불활성가스를 모두 질소로 하는 것이 바람직하다.
반응가스는 공급원으로부터 공급되며 , 무수할로겐 함유가스의 흐름을 안정시키고, 반응시스템 전반에 걸쳐 전체를 가스상태로 유지한다. 플루오르화 수소는 이 방법에서 사용하는데 바람직한 할로겐 함유 가스이다. 예를들면 순수한 무수플루오르화 수소를 공급원으로 사용할 수 있다. 플루오르화 수소가스의 그 밖의 다른 공급원으로는 다음의 두가지가 있다. (1)플루오르화 수소와 물의 희석 액체 혼합물 (플루오르화 암모늄이 있던 없던)을 사용하여 가스상으로 용이하게 휘발되는 가스상의 플루오르화 수소의 공급원으로 할수 있다. 대체로 이러한 희석 액체 혼합물은 49%의 플루오르화 수소와 51%의 수분이지만, 비교적 낮은 비율의 플루오르화 수소를 함유한 액체혼합물은 상업적으로 구득 가능하다. (2)여러가지의 농도와 온도의 플루오르화 수소산 및/또는 완충제의 용액에 의하여 담체가스(즉, 질소)를 기포화하여 공급원으로 할수 있다.
특히 바람직한 공급원은 자체의 증기압하에서 액체로서 저장된 무수 플루오르화 수소이다. 이는 웨이퍼표면에 대한 반응속도의 제어와 제거의 균일성으로 인하여 바람직하다.
도면에서 에칭하고자 한 웨이퍼는 (W)로 표시되며, 에칭또는 세척반응되는 웨이퍼의 표면은 (F)로 표시된다. 상기와 같이 웨이퍼(W)의 표면(F)상에서 완전히 제거하거나 선택적으로 일부 제거하고자 한 박막은 웨이퍼(W)를 실리콘 또는 폴리실리콘으로 형성한 경우의 이미 언급된 이산화규소, 폴리실리콘 디옥사이드, 질화규소 또는 그밖의 다른 물질로 이루어진다.
제 1 도에는 본 발명에 따른 방법을 실시하는 적합한 장치가 도시되어 있으며, 여기서 에칭하고자 한 기판은 웨이퍼(W)의 하나의 표면(F)로서 반도체 집적회로 칩으로 나중에 처리된다. 하우징(10)은 개방될수 있으며, 에칭하고자 하는 웨이퍼(W)를 넣고 꺼낼수 있고, 밀폐될 수 있으므로 밀폐처리쳄버(12)를 형성한다. 배기구(13)는 처리쳄버(12)의 하우징(10)에 형성되어, 통상 대기에 개방상태로 되는 통기구로 되므로 여러 가지 상의 처리중에 세정가스와 에칭가스를 배출한다. 배기구(13)는 처리쳄버에서 상당한 배압이 발생되지 않도록 충분히 개방되나, 가스흐름을 다소간 저지하여 쳄버(12)내에 압력을 다소높일수 있도록 하는 조절가능한 스로틀밸브(13a)가 배설될수 있다. 하우징(10)은 처리상태하에서 부식제 가스에 불활성인 재료로 제조될수 있다.적당한 재료로는 예를 들면 스테인레스강, 초고분자량의 폴리에틸렌, 폴리프로필렌,테프론 PFA,과플루오르알콕시로 알려진 플라스틱용의 월밍톤 델라웨어에 주소를 둔 이,아이, 듀퐁데네모어스(E.I.DuPont DeNemours)의 상표의 상품들이 있다. 하우징을 위한 특히 바람직한 재료는 테프론 PFA또는 초고분자량 폴리에틸렌이다.
웨이퍼(W)는 수평의 턴테이블(14)상에 지지되며, 따라서 세척되거나 에칭되는 그 상부면(F)은 개방된 상태로 된다. 턴테이블(14)는 변속모터(15)에 의하여 구동되며, 각각의 처리상태에 따라 조절될수 있다.
이는 분당 약 1 내지 약 15회전 (rpm)의 속도가 적당하며, 약 6rpm의 속도가 바람직하다. 점선으로 도시된 또다른 웨이퍼(W')는 턴테이블상에 올려 놓고 동시에 에칭할수 있다.
건조 질소공급원(16)이 설치되며, 이것을 초고순도, 예를들면 병에 넣은 크로마토그래픽 등급의 건조질소이어야 한다는 것이 중요하다. 질소공급원(16)은 실내온도로 유지된다.
또한 가스상의 플루오르화 수소공급원(17)이 설치된다. 플루오르화 수소공급원(17)은 실린더내에 액체로서 공급될수 있고, 그 다음 이는 공급원으로부터 가스상의 플루오르화 수소의 자유로운 흐름을 보장하는데 충분한 온도에서 증발된다. 또한 99.99% 순도로써의 특수한 플루오르화 수소를 사용하는 대신 49% 플루오르화 수소와 51%물로 이루어진 병에 넣은 플루오르화 수소로부터 유도될수 있는 무수플루오르화 수소를 적당히 가열하여 본 발명의 방법에서 사용되는 공급원으로부터 공급받는다.가열기(18)는 플루오르화 수소(17)의 병아래에 설치되거나 ,가열소자가 플루오르화 수소의 병(여기서는 실린더)둘레를 가열기로 둘러싼다. 가열기(18)는 전기적 에너지를 가열기에 공급하는 제어회로(18.1)에 접속되어 그 온도를 조절할 수 있다. 플루오르화 수소의 공급원은 플루오르화 수소가 무수의 가스상태로 유지되도록 보장하는 적당한 온도로 유지된다. 따라서 무수플루오르화 수소는 약 43℃로 유지되어 공급된다.
증기발생용 물의 공급원(19)가 설치된다. 물의 공급원(19)는 예를 들면 고순도의 탈이온수 공급원이어야 한다.
증기발생장치의 중요한 구성품은 증기쳄버(20)이다. 구체적인 실시예에서 증기쳄버(20)는 약 1000ml의 용적을 가지며 스테인레스강으로 제조된다. 이 증기쳄버(20)의 외측둘레에는 증기쳄버(20)를 소정의 처리온도까지 가열하는 가열기 (21)가 설치된다. 일반적으로 증기쳄버(20)의 가열온도는 약 45℃내지 120℃범위이다. 가열기는 그로부터 전기접속부(21.1)에 연결되어 전기에너지를 그에 인가하고, 그 가열정도를 조정하여 증기쳄버내를 소정온도로 유지한다.
증발시키고자 한 물은 솔레노이드(23)에 의하여 작동되는 계량 다이어프램펌프(22)를 경유하여 증기쳄버(20)내로 공급된다. 계량 다이어프램 펌프의 작동을 제어하는 솔레노이드(23)는 제어회로(23.1)에 접속되며, 다이어프램펌프의 작동을 이 장치의 다른 부분의 작동과 연관하여 조정할수 있다. 탈이온수용 플로라인(24)은 필터(25)를 경유하고, 그 다음 제어밸브(26)까지 계량된 물을 운반한다. 플로라인(24)은 증기쳄버(20)의 내부와 연통되며, 다이어프램펌프(22)의 개별적인 작동에 의하여 물의 분무 또는 분사가 증기쳄버(20)내로 지향되도록 한다. 물이 증기쳄버(20)내로 분무되거나 분사되면, 이 물은 작은 물방울로 되고 가열기(21)로부터의 열에 의하여 가열된다. 플로라인 (27)을 경유하여 증기쳄버(20)내로 운반된 소량의 질소는 증기쳄버(20)내에서 생성된 수증기와 혼합하고, 증기 챔버로 부터 수증기를 플로라인(28)내로 운반하여 공급원(16)로부터의 건조 질소와 혼합시킨다. 물을 분무하므로 즉시 증기상으로 되지 않는 일부분은 순환과정중에 쳄버(20)의 저부에 수집되고 플로라인(27)으로부터의 질소는 증기를 흐름내에 첨가시키도록 쳄버를 통과하면서 기포화된다.
질소는 매니폴드라인(30)에 접속된 질소공급원(16)로부터 플로라인(27)내로 공급된다. 이 질소는 매니폴드라인(30)을 경유하여 증기쳄버(20)용 분기라인(27)까지 공급되고, 또한 다른 분기라인(31)을 경유한다. 질소플로제어부(32) 및 (33)는 플로라인 (31) 및 (27)사이에 설치되어 이들라인을 통과하는 질소흐름을 조절한다. 이러한 플로제어는 0%내지 100%범위내에서 여러 가지 비의 정격용량으로 작도하도록 조절될수 있고, 직렬로 설치된 온-오프 밸브에 의하여 보완될수 있다. 플로제어부(32)는 플로제어회로(32.1)에 접속되어 그를 통과하는 흐름을 조정하며 또한 플로제어부(33)는 플로제어회로(33.1)에 접속되어 그를 통과하는 흐름을 조정한다. 플로제어부(32)는 0 내지 30slm(표준 분당 ι)넓은 플로범위에 걸쳐 작동한다. 플로제어부(33)는 0내지 2.0slm의 낮은 질소가스 플로범위내에서 작동한다.
증기쳄버(20)로부터의 플로라인(28)은 표준 T자형 피팅(fitting)(34)상에 있는 플로라인(31)에 접속되며, 증기쳄버(20)로부터의 수분함유 질소를 플로제어부(32)로부터 플로라인(31)을 경유하여 흐르는 건조한 질소와 혼합시킨다.
T자형 피팅(34)에서 플로제어부(32)로부터의 건조질소는 증기쳄버(20)로부터의 수분함유증기와 혼합된다. 혼합된 건조하고 수분이 함유된 질소는 플로라인(35)을 통하여 혼합장치(36)내로 공급된다. 혼합장치(36)는 여러유형의 장치중 어느 것이라도 좋으나, 증기를 운반하는 불활성가스를 이에 접속된 플로라인(37)을 경유하여 공급된 무수반응가스와 혼합시키는데는 아스피레이터(aspirator)(36)가 만족스럽게 작동함을 알수 있다.
플로라인(37)에서의 반응가스는 어느 경우 공급원(17)로부터의 무수플루오르화 수소일 수도 있다. 공급원(17)로 부터의 플로라인 (38)에 의하여 무수플루오르화 수소가 온/오프 밸브(39)와 필터(40)를 통하여 플로 제어부(41)로 흐르고, 여기에서 계량된 양의 무수플루오르화 수소가스가 또 다른 온/오프 밸브(42)를 구비한 플로라인 (37)내로 흐른다. 플로제어부(41)는 0내지 1.0slm범위내에서 작동하도록 조절되는 것 이외에는 플로제어부(32) 및 (33)와 동일하다. 플로제어부(41)는 제어회로(41.1)에 접속되어 플로라인(37) 및 (38)을 경유하는 가스의 흐름을 제어한다.
플로제어부(41)와, 무수플루오르화 수소의 공급원(17)사이에 있는 필터(40)및 플로라인(38)은 무수플루오르화 수소가스를 가스상의 무수상태로 유지하도록 모두가열된다. 이들 구성품들의 가열을 위하여 가열기판(43)이 설치되고 그 위에 플로제어부(41)와 필터(40)가 설치되어 있다. 필터(40)와 플로제어부(41)는 가열되며 플루오르화 수소가스를 소정온도로 유지시키도록 플로라인(38)으로 열을 전도한다. 플로라인(37)및(38)은 가급적 짧게 하여 무수플루오르화 수소가스의 응축 가능성을 최소로 한다.
내부에 온/오프밸브(45)를 구비한 질소플로라인(44)은 증기쳄버(20)와 플로제어부(33)사이의 플로라인(27)에 접속되며 또한 플로제어부(33)주위의 세정분로를 형성하는 질소매니폴드라인(30)에 접속된다.
플로라인(46)은 필터(40)와 밸브(39)사이의 플로라인 (38)에 접속되고 또한 질소매니폴드(30)에 접속되며 온/오프밸브(47)가 배설되므로 실질용적의 질소가 플루오르화 수소플로시스템의 상기부분을 세정하기 위하여 플로제어부(41)와 플로라인(37)을 경유하도록 분로로 공급될수 있다.
증기쳄버(20)에서 수증기를 발생시키는 다른방법도 동일한 소정결과를 얻으면 이용될수 있다. 예를들면 고주파 진동을 이용하여 노즐을 통과하는 물의 흐름을 매우 미세한 물방울로 만드는 초음파 노즐을 사용하여 소정증기를 발생시킬수가 있다. 수증기를 발생시키는 또다른 방법은 고압의 물의흐름을 매우작은 오리피스노즐(orifice nozzle)을 통하여 증기쳄버(20)내로 흡입시키는 것이다. 이렇게 다른 방법으로 발생된 수증기는 상기의 예와 같이 가열될 필요가 없음을 이해할수 있다. 증기를 생성하는 또다른 방법은 가열되지 않거나 45℃내지 120℃까지 가열된 탈이온화 수조를 설치하고, 그 다음 소량의 건조 질소가 수조를 경유하면서 분무상태로 하거나 기포를 일으키게 하여, 수조위를 통과하면서 수분을 함유하고, 이 수분을 혼합장치(36)까지 운반한다. 이러한 수조는 약 24평방인치 또는 더 큰 표면적을 가진 길고 좁은 것을 사용할수 있다.
일반적으로 에칭처리는 무수플루오르화 수소가스를 위한 희석제로써 작용하는 실질양의 건조한 불활성질소가스와 소량의 무수플루오르화 수소가스와를 혼합시키고 또한 소량의 증기함유 질소를 혼합시키므로써 수행된다. 혼합가스는 처리쳄버(12)내로 흘러서, 웨이퍼(W)의 표면(F)상의 박막을 희석반응 가스에 노출시키도록 하며, 소량의 수증기는 에칭중 산화막과 무수반응가스간의 반응을 일으키고 지속되도록 한다. 에칭은 5내지 30초간 계속되며, 배기구(13)는 환기되도록 계속 개방상태로 되므로 가스가 처리쳄버로부터 계속외부로 배출함은 물론 처리쳄버 내부로도 흐른다. 소량의 무수반응가스와 증기함유질소가 실내온도보다 다소 높은 온도로 모두 유지되고 있지만 플로제어부(32)로부터 상당량의 건조질소는 대략 실내온도로 유지되며 처리쳄버내의 온도도 에칭처리중 대략 실내온도로 유지된다. 웨이퍼가 에칭공정중에 회전되는 것이 필수적인 것이라 생각되는 것은 아니지만 쳄버를 경유하여 흐르는 가스의 완전한 확산이 다른방법으로 보장되지 않는 경우 웨이퍼를 회전시키는 것이 바람직하다.
특히 처리의 초기에 웨이퍼(W)는 밀폐되는 처리쳄버내에 위치되나 통기구에 대하여 계속 개방상태로 유지된다. 세정된 일정량의 건조 질소는 혼합장치(36)와 처리쳄버(12)를 경유하여 흘러서 처리쳄버의 다른 가스와 불순물을 세척한다. 또한 세정된 질소는 온/오프밸브(47),필터(40),플로제어부 (41)와 플로라인 (37)을 경유하여 흐르며, 이 시스템의 상기부분으로부터 모든 플루오르화 수소가스를 세정하고 , 이 시스템내에 액체방울이 남아있지 않도록 보장한다. 동시에 일정량의 세정된 건조 질서는 플로제어부(33)를 경유하여 흐르고 또 분기라인(44)을 경유하여 증기쳄버(20)내로 흘러 증기쳄버(20)의 수분과 증기를 모두 세정하며 물론 질소에 의한 세정이 계속됨에 따라 모든 수분과 불순물은 처리쳄버(12)로부터 제거된다.
라인 세정이 완료된때 밸브(47) 및 (45)는 밀폐되고 소량의 질소는 계속 증기쳄버(20)를 경유하여 흐른다. 계량 다이어프램(22)은 단일 주기로 작동되어 소량의 탈이온수를 증기쳄버(20)내로 분무하고, 가열하여 증기로 만들며, 내부의 건조질소와 혼합하여 증기쳄버로부터 T자형 피팅(34)까지 운반하여 플로제어부(32)로 부터의 건조 질소와 혼합시킨다.
다이어프램 펌프(22)가 증기쳄버(20)내에 증기의 발생을 개시하도록 작동된후 바로 온/오프 밸브(39)가 개방되어 가열된 플로라인과 가열된 플로제어부(41)를 경유하여 무수플루오르화 수소를 흐르게 하며, 그에 의하여 무수플루오르화 수소가스를 혼합장치(36)내로 공급하고 이때 무수플루오르화 수소가스가 소량의 수분과 혼합되고 실질양의 건조 희석 질소와 혼합된다. 이러한 가스 혼합물은 처리쳄버(12)내로 유입되고 쳄버를 경유하는데 따라 웨이퍼가 회전하는 상태에서 웨이퍼 위로 가스를 흐르게 하므로 웨이퍼의 표면상에 혼합가스가 가해진다. 어느정도 시간 경과후 대략 통상의 대기압에서 에칭이 계속되는 동안 밸브(39) 및 (42)를 밀폐하므로 플루오르화 수소와 수증기의 흐름은 중단되어 플루오르화 수소가스의 흐름을 중지시키고 밸브(29)를 밀폐하므로 증기흐름을 중지시키며, 반면 플로제어부(32)로부터 건조 질소의 흐름은 계속된다. 처리쳄버(12)는 플루오르화 수소로 세정되며, 에칭공정을 신속히 중지시킨다. 그리고 밸브(45)가 개방되어 증기쳄버(20)의 증기를 세정한다.
특히 플로제어부(32),(33) 및 (41)가 모두 대용량의 플로제어기이며, 대량으로 흐름을 제어하는 것임을 이해할 것이다.
상기 장치에 의하여 본 발명의 방법을 실시하고 본 발명 장치에 의하여 생성된 산화물을 에칭하는데 있어서, 플로제어부(33)는 통상 자체 용량의 40%에서 작동되어 약 0.8slm의 플로속도를 발생시킨다. 각각의 에칭처리에서, 한 웨이퍼의 표면이 부식제 혼합물에 노출되는 동안 다이어프램 펌프(22)에 의하여 약 0.25cc내지 2.0cc의 탈이온수를 계량하여 증기쳄버(20)내로 분무한다. 통상 다이어프램 펌프에 의하여 약 0.5cc내지 약 1.5cc의 탈이온수를 계량하여, 각각의 에칭주기중에 증기쳄버내로 분무한다. 증기쳄버(20)로부터 증기 함유 질소의 흐름은 무수 반을 가스가 흐르는 동안 내내 계속되어야 한다는 것이 중요하며, 따라서 증기 함유 질소가 증기쳄버로부터 흘러 무수플루오르화 수소 가스가 처음 흐르기 전부터 플루오로화 수소가스의 흐름이 종료되기까지 한번에 건조 질소와 혼합한느 것을 보장하도록 주의가 기울어져야 한다.
에칭속도와 전체 에칭에서의 개선된 제어방법은 무수플루오르화 수소를 처리쳄버내로 유입시키기전에 증기로써 실리콘 웨이퍼를 전처리하므로써 달성될수 있음을 발견하였다. 바람직하기로는 증기함유 질소가 수조위 밀폐된 공간을 경유하여 질소를 통과시키므로써 증기함유 질소를 만드는 것이 좋다. 처리쳄버는 먼저 건조질소 가스에 의하여 세정되고, 세정중에 증기 함유 질소가 처리쳄버내로 유입되어, 기판 또는 실리콘 웨이퍼상에 박막을 전처리한다. 증기함유 질소에 의한 박막의 전처리에 의하여 박막이 흡습성이 아닐지라도 소량의 수분이 박막내로 흡수된다. 웨이퍼와 박막의 전처리에 의하여 박막의 전체 표면은 균일한 상태로 된다. 웨이퍼의 전처리후 무수플루오르화 수소의흐름이 개시되어 에칭을 시작한다. 적당한 에칭시간이 경과된후 무수플루오르화 수소의 흐름과 수분함유 질소의 흐름을 동시에 중지하고, 반면에 건조질소의 흐름은 계속되어 에칭을 중지시키고 처리쳄버를 세정한다.
웨이퍼상의 박막이 상당량의 수분을 흡수할 정도의 통상의 흡습성을 갖는 경우의 전처리는 상기 기재된 바와 같은 통상의 산화막의 전처리와는 어느 정도 다르다 . 흡습성 박막을 가진 웨이퍼를 처리하는데 있어서, 처리쳄버는 먼저 건조질소로써 세정되고 세정중에 증기함유질소가 처리쳄버내로 유입되어 흡습성 박막에 수분을 갖게 한다. 증기함유 질소는 소량의 초과수분을 박막의 표면상에 가한다. 수분함유 질소의 유입에 의한 전처리의 수초후 수분함유 질소의 흐름은 중지되고, 반면에 건조질소의 흐름은 계속되며, 이에따라 박막의 표면상에 과잉 수분은 분산되며, 흡수수분은 흡습성 박막에 남아 있게 된다. 건조 질소 가스만의 흐름 수초 후에 무수플루오르화 수소가스의 흐름이 개시되어 에칭을 시작한다. 흐르는 도중의 무수플루오르화 수소가스는 흡습성 박막에 흡수된 수분과 작용하고 또한 박막에 있는 산화물과 작용하여 박막의 적어도 일부를 제거한다. 적당한 에칭시간이 경과된후 무수플루오르화 수소의 흐름은 중지되고 반면에 건조질소의 흐름은 계속되어 에칭을 중지시키고 다시 처리쳄버를 세정한다.
건조질소 플로제어부(32)는 0내지 30slm범위내에서 흐르게 하고, 플로는 10내지 20slm범위내에서 제어하는 것이 바람직하다. 통상적으로 플로제어부(32)는 자체 용량의 약 50%에서 작동하여 15slm로 흐르게 한다.
상기와 같이 일정량의 탈이온수는 플로라인(35)에서 5내지 25%상대습도의 습윤상태를 형성하도록 증기를 발생한다. 통상습도는 혼합장치(36)내로 유입되기 전에 7내지 10%상대습도의 범위에 있게된다. 이러한 범위내의 습도에 의하면 양호한 에칭결과를 달성할 수 있다.
무수플루오르화 수소가스의 흐름을 조절하는 플로제어부(41)가 0내지 1.0slm범위내에서 작동하므로 이 플로제어부(41)는 통상 자체 용량의 30%내지 90%범위내에서 작동하며, 그에 의하여 0.3내지 0.9slm범위에서 무수플루오르화 수소가스를 흐르게 한다.
에칭반응의 속도는 부식제 혼합물의 플루오르화 수소의 상대 농도에 따라서 이산화규소, 폴리실리콘 디옥사이드, 질화규소 또는 다른 박막이 제거되는 전체량이 변화한다. 여기서 지적된 매개변수를 가지며 박막상에 무수플루오르화 수소가스를 이용한 에칭속도는 분당 100내지 1400옹그스트롬 범위에 있다. 분당 5000옹그스트롬까지의 속도에서 에칭은 고도로 제어될 수 있고 유용하다.
플푸오르화 수소가 수분함유 질소가스와 혼합장치내에서 완전히 혼합된다고 가정하면 이 가스가 처리쳄버내에 유입됨에 따라 가스혼합물의 농도는 질량으로 플루오르화 수소 1부에 대하여 질량으로 습윤질소 약 15 내지 300부이며, 농도는 질량으로 플루오르화 수소 1부에 대하여 수소함유 질소 약 30부가 바람직하다.
상기와 같이 에칭방법은 건조질소 가스에 의한 사전 세정, 반응가스가 유입되고 처리쳄버를 경유하는 동안 웨이퍼(W)로부터 박막의 실질적인 에칭과 반응가스의 흐름이 중지된후 최종적인 후 세정으로 이루어져 있다.
실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 이산화규소를 제거하는 에칭방법에서 최종 생성물은 증기 형태로 되어 남아 있다. 실제의 에칭방법은 매우 복잡하며 여러단계로 이루어진다. 반응의 정식 메카니즘은 분명치 않으나, 이 방법에 있어서 수행되는 실험치는 다음과 같다.
I. 표면을 에칭하는 과정에서, 플루오르화 수소증기는 고체 SiO2를 가스상, 바람직하게는 SiF4로 변환시키는 화학반응에 의하여 이산화규소를 제거한다.
Figure kpo00004
주 : 반응순서로서, 정확한 화학반응 메카니즘을 나타내지 않음.
물은 어느 중간체의 생성에 의한 반응촉매로서 작용한다.
* 이 증기는 이합체(dimer)(HR)2,육합체(hexamer)(HF)6등의 형태로 될 수 있다.
이러한 반응의 증기생성물은 불활성가스에 의하여 쳄버로부터 세정되어 이산화규소를 제거한다. 수증기는 에칭속도를 균일하게 하는데 필요하다.
실리콘 산화막을 가진 다수의 실리콘 웨이퍼를 에칭하여 웨이퍼의 표면으로부터 박막의 전부 또는 일부를 제거한다. 또한 질화물의 박막을 에칭할 수 있고, 이것은 이산화규소의 에칭속도보다 훨씬 느린 에칭속도, 즉 산화규소 에칭속도의 약 10%에 해당하는 속도를 갖는다.
박막의 제거된 부분은 이 기술에 숙련된 자에게 이미 공지된 장치에 의하여 옹그스트롬 단위로 측정된다. 이후 기술되는 모든 실시예에서, 무수플루오르화 수소가스의 흐름을 조절하는 플로제어기는 플루오르화 수소가스의 응축을 플루오르화 수소공급원도 가열되어 플루오르화 수소증가를 발생시키고, 플로라인에서 어떠한 방지하는데 충분한 온도, 약 43℃로 유지되고, 마찬가지로 플루오르화 수소의 응축도 피한다. 또한 처리쳄버는 통기되도록 계속적으로 개방되며, 처리챔버내를 대략 통상의 대기압으로 유지되도록 하며, 그 내부로 흐르는 가스로부터 이격되어 있는 처리쳄버에는 어떠한 열도 가해지지 않는다.
에칭방법에서, 부식제 혼합물은 처리쳄버(12)를 경유하여 흐르고, 대기에 개방상태로 유지되거나 처리쳄버내에 압력을 다소 증가시키도록 조절된 배기구(13)를 통하여 통기된다. 본 발명의 방법은 극히 높은 에칭속도를 실현시켜서 처리쳄버(12)내에 부식제 혼합물의 보유시간을 필요로 하지 않고 공정을 완료한다. 처리쳄버(12)의 충진후 밸브(47) 및 (28)은 밀폐되고 반면에 건조질소의 흐름은 계속되어 이 장치, 세정라인(24),(25) 및 (28), 증기쳄버(20), 혼합쳄버(36)와 부식체 혼합물의 처리쳄버(12)를 경유하여 계속 흐른다.
[실시예 I]
이 실시예에서, 산화규소막을 가진 실리콘 웨이퍼가 처리중에 에칭되었고, 여기서 모든 매개변수는 점진적으로 증가된 무수플루오르화 수소의 플로속도를 제외하고 일정하게 유지되며, 그에 의하여 웨이퍼에 가해지는 무수플루오르화 수소가스의 농도를 점진적으로 증가되게 하였다. 건조질소의 흐름은 분당 15ℓ의 속도로 유지되며, 처리된 각 웨이퍼를 위하여 1cc의 탈이온수를 증기쳄버내로 분사하였고, 증기챔버는 120℃로 유지되었으며, 증기쳄버를 경유하는 질소는 분당 0.8ℓ의 속도로 흐르게 하였다. 물의 분사 및 플로속도에 의하여 증기쳄버를 통과한 플로라인(35)내의 상대습도는 약 9%임을 알았다. 웨이퍼는 6rpm의 속도로 회전되었다. 증기쳄버로부터 투명한 플로라인을 사용하여, 각각의 순환 주기에서 무수플루오르화 수소의 흐름중 처리쳄버를 위해 가스혼합물내에 증기가 공급되도록 충분한 증기가 이용될 수 있음이 관찰되었다. 처리쳄버의 압력은 대기압이거나 쳄버를 경유하여 연속 흐르게 하므로써 발생되는 대기압보다 다소 높은 압력이었다. 배기구는 의도적으로 스로틀 조절되지 않았다. 에칭시간 또는 무수플루오르화 수소가스의 플로기간은 에칭될 웨이퍼마다 8초 정도로 유지되었다. 다음의 표 I은 24가지 에칭주기로 하여 에칭의 제어성과 재현성을 나타낸다.
Figure kpo00005
[실시예 II]
이 실시예에서, 에칭처리의 모든 매개변수는 에칭시간을 제외하고 일정하게 유지되었다. 질소 플로속도는 분당 15ℓ로 유지되고, 무수플루오르화 수소가스의 플로속도는 분당 0.5ℓ로 유지되며, 물은 각 웨이퍼를 위한 에칭주기마다 1cc의 탈이온수를 계량하여 증기쳄버내로 공급하고, 증기쳄버는 120℃로 유지되고 증기쳄버를 경유하는 질소의 흐름은 분당 0.8ℓ의 속도로 유지되었다. 웨이퍼는 6rpm으로 회전되었다. 증기쳄버로부터 투명한 폴로라인을 사용하여 각 주기에서 무수플루오르화 수소의 흐름중 모든 처리쳄버를 위해 가스혼합물 내에 증기가 공급되도록 충분한 증기가 이용될 수 있음이 관찰되었다.
표 II는 27번의 에칭주기의 결과를 나타내며, 처리의 제어성과 재현성을 나타낸다.
Figure kpo00006
[실시예 III]
이 실시예에서 산화막 또는 제거량은 각 웨이퍼상의 5군데에서 측정되었으며, 상부, 중간부, 저부와 좌우 측부로서 중심부, 변부에 인접하고 주변부 둘레에 대략 등간격으로 떨어져 있는 4곳의 위치에서 측정되었다. 모든 매개변수는 일정하게 유지되고, 일련의 웨이퍼들은 에칭되고 각 웨이퍼상에 5위치에서의 박막제거량이 측정되었다. 무수플루오르화 수소가스의 플로제어는 50%의 용량 또는 0.5slm으로 조정되었다. 에칭은 12초동안 계속되었고, 수증기도 12초동안 발생되었다. 무수플루오르화 수소가스 공급원은 30℃까지 가열되었다. 무수플루오르화 수소가스의 플로제어부는 40℃로 가열되었다. 건조 질소의 플로제어부는 50% 용량 또는 15slm으로 조정되고, 증기쳄버를 경유하는 질소플로는 40% 또는 0.8slm으로 조정되었다. 증기플로는 무수플루오르화 수소가스의 플로 중 쭉 계속되었다.
표 III은 웨이퍼 표면상에 에칭하고자 한 여러 위치의 제어성, 재현성과 균일성을 나타낸다.
Figure kpo00007
[기타실시예]
무수플루오르화 수소가스를 희석제 질소가스 없이 사용하며 작동주기마다 또는 웨이퍼마다 적어도 0.3cc의 탈이온수를 분무하여 생성된 일정량의 수증기를 함유한 상태에서 0.6 내지 0.7slm의 속도로 증기발생기를 경유하는 질소플로에 의한 방법으로 할 경우 산화막은 매우 신속히 제거됨을 경험하였다. 산화물은 에칭 3초후 즉시 5000 내지 6000 옹그스트롬의 두께의 양이 웨이퍼로부터 제거되었다. 처리쳄버에 공급된 무수플루오르화 수소가스의 온도는 플로제어부에서 약 40℃이었다.
또 다른 실시예에서, 흡습성을 나타내고 박막내로 흡수된 수분을 가진 도프된 박막을 구비한 웨이퍼는 희석 건조질소가스에 대하여 10 내지 15%의 무수플루오르화 수소가스 농도로써 에칭되었으며, 증기를 더 추가하지 않고 에칭되었다, 에칭시간은 20 내지 30초이며 1000옹그스트롬 이상이 웨이퍼로부터 제거되었다.
또 다른 실시예에서 플로제어부(33)를 질소가 0.5slm으로 흐르도록 25%로 일정하고, 플로제어부(32)를 건조질소가 15slm으로 흐르도록 50% 설정하며, 증기가 플로라인(35)에서 7% 상대습도를 달성하도록 발생되게하여 이러한 범위의 분위기에서 무수플루오르화 수소의 플로로 양호한 에칭 결과를 얻었다.
마찬가지로 상기와 같이 무수플루오르화 수소의 플로범위를 갖도록 한 상태에서 증기쳄버를 경유하여 0.6slm의 질소 플로속도로 플로속도가 변화되고, 15slm의 건조 질소의 플로속도가 되게 하며, 플로라이(35)에서 상대습도가 7%로 측정되게 한 경우 만족스러운 에칭결과를 얻었다.
또 다른 실시예에서 스트롤밸브(13a)는 배기구를 통한 흐름을 제한하도록 조정되며 그에 의하여 약 23인치 수대기압까지 처리챔버내의 압력을 증가시키고, 질소플로 대 무수플루오르화 수소가스의 플로비를 35 내지 40대 1의 범위로 하며, 가열되지 않은 수조를 경유하는 가스를 기포화하도록 증기를 발생시켜 처리쳄버내로 유입되는 혼합가스에서 상대습도를 22 내지 23%로 하고, 에칭속도를 18초 내지 약 3000옹그스트롬으로 하거나 분당 약 10000옹그스트롬으로 한다.
에칭처리된 웨이퍼(W)가 제 2 도 및 제 3 도에 도시되어 있다. 웨이퍼의 초기표면(F)은 점선으로 표시되어 있다. 웨이퍼의 기판(8)은 어떠한 재료로 제조해도 좋으나 대부분의 경우 실리콘으로 제조된다. 기판상에 에칭가능한 박막(9)는 제 2 도에 도시된 바와 같이 에칭에 의하여 부분적으로 제거되어 새로운 표면(9.1)을 형성하거나 박막(9)은 에칭에 의하여 전부 제거되어 기판의 표면(8.1)을 노출시킬 수 있다. 상기와 같이 표면(8.1) 및 (9.1)은 에칭완료시 에칭으로 인하여 표면이 손상되거나 거칠게 되지 않고 매끈하게 된다. 에칭완료 후 표면(8.1) 및 (9.1)위에는 과잉의 자유 플루오르원자가 남아있게 된다. 더구나 기하학적 에칭에서 좁은 선폭이 형성된다.

Claims (21)

  1. 기판을 할로겐화 수소가스에 노출시키고, 수분에 노출시켜 기판으로부터 박막의 일부 또는 전부를 제거 하는 방법에 있어서, 무수할로겐화 수소가스와 수분을 분리되어 별개로 제어되는 공급원으로부터 공급하여 서로 반응시키므로써 박막의 일부를 제거하고, 계속하여 기판을 흐르는 무수할로겐화 수소가스에 노출전, 노출중 및 노출후에 기판과 박막위로 건조한 불활성 희석가스를 흐르게 한 것을 특징으로 하는 기판으로부터 박막을 제거하는 가스처리방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가스가 무수플루오르화 수소가스인 것을 특징으로 하는 상기 가스처리방법.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 수분이 흐르는 증기로서 무수플루오르화 수소가스와 동시에 공급되지만, 무수플루오르화 수소가스와 분리된 별개의 공급원으로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 박막이 흡습성을 가지며, 수분이 무수플루오르화 수소가스의 공급전에 박막에 의하여 흡수되는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 기판의 노출 및 불활성가스의 흐름이 대략 실내온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  6. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 기판의 노출이 대략 통상의 대기압에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  7. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 기판의 노출이 35인치의 수대기압 이하의 압력하에서 행하여지는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  8. 제 3 항에 있어서, 박막을 전처리 하기 위하여 기판을 무수플루오르화 수소가스에 노출시키기 전에 증기를 기판위로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 박막을 전처리 하고 기판을 무수플루오르화 수소가스에 노출시키는 동안 계속하여 증기를 기판위로 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  10. 제 3 항에 있어서, 무수플루오르화 수소가스의 흐름과 증기의 흐름을 대략 동시에 중지하여 박막의 제거를 중지하는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리 방법.
  11. 제 4 항에 있어서, 기판을 무수플루로화 수소가스에 노출시키는 동안을 제외하고, 노출되기 전 기판위로 증기를 흐르게하여 수분을 공급하는 것을 특징으로하는 상기 가스처리방법.
  12. 제 1 항에 또는 2 항에 있어서, 무수플루오르화 수소가스의 흐름을 중지시키고, 반면 희석불활성가스를 계속흐르게 하면서 박막의 제거를 중지하는 것을 특징으로하는 상기 가스처리방법.
  13. 제 1 항에 또는 2 항에 있어서, 불활성가스가 건조질소로 이루어지는 것을 특징으로하는 상기 가스처리방법.
  14. 제 1 항에 또는 2 항에 있어서, 기판이 복수의 면상에 박막을 가진 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리방법.
  15. 제 3 항에 있어서, 다수의 기판을 상기 건조 희석 불활성가스의 존재하에 상기 무수플루오르화 수소가스에 동시에 노출시키는 것을 특징으로하는 상기 가스처리방법.
  16. 제 3 항에 있어서, 수증기를 불활성가스에 의하여 무수플루오르화 수소가스에 운반하여 수증기를 함유시키는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리방법.
  17. 제 1 항 또는 2 항에 있어서 기판이 5초내지 30초의 시간동안 계속 노출되는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리방법.
  18. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 무수플루오르화 수소가스와 건조 희석 불활성가스의 상대비를 변화시켜 박막의 제거속도를 변화시키는 것을 특징으로 하는 상기 가스처리방법.
  19. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 기판이 노출되는 동안 기판을 회전시키는 것을 특징으로하는 상기 가스처리방법.
  20. 기판을 수용하고 대기에 통하는 배기구를 가진 처리쳄버로 이루어지는 기판으로부터 박막을 제거하는 기판의 처리장치에 있어서, 가스혼합수단이 처리쳄버에 유체 연통되도록 접속되어 처리쳄버에 혼합가스를 공급하고, 무수플루오르화 수소가스의 제 1공급원, 건조 불활성가스의 제 2 공급원, 수증기의 제 3공급원 및 상기 제 2 및 제 3공급원이 가스혼합수단에 접속되는 수단으로 불활성가스와 수증기를 무수플루오르화 수소가스와 혼합하여 이것을 처리챔버에 공급하여 기판위의 박막과 반응시키는 것을 특징으로 하는 기판의 처리장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 수증기의 공급원이 수조를 가지며, 수조위로 불활성가스를 흐르게 하는 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 상기처리장치.
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