KR20050070995A - 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 농도의 식각액을 이용하는 습식 식각 장치에서 식각액의 농도를 제어하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법은 탈이온수와 불산으로 구성된 식각액을 다수의 농도로 이용하는 습식 식각 장치에서 상기 식각액의 농도를 제어하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 있어서, 잔류된 습식 식각의 식각액의 농도와 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과 상기 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도가 상기 잔류된 식각액의 농도보다 높은 경우에 상기 식각액의 농도 설정치를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

습식 식각의 식각액 농도 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING CONCENTRATION OF ETCHANT OF WET ETCHING}

본 발명은 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 농도의 식각액을 이용하는 습식 식각 장치에서 식각액의 농도를 제어하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 장치는 좁은 실리콘 기판에 다수의 반도체 소자들(예를 들면 모스 트랜지스터, 캐패시터, 저항)을 형성하여 이루어진다. 특히 반도체 장치의 소자가 고집적화됨에 따라 좁은 면적의 기판에 정상적인 동작 특성을 가지는 다수의 소자들을 형성하기 위하여 많은 기술들이 개발되어 사용되고 있다.

다수의 소자들을 하나의 기판에 형성하기 위해서는 기판에서의 소자 분리가 정확하게 이루어져야 한다. 소자와 소자 사이의 분리가 정확하게 이루어지지 않고 소자 사이에 전기적인 전류 경로가 형성되는 경우에는 다수의 소자들은 정확한 특성을 가지고 동작할 수 없으므로 반도체 장치는 불량을 유발할 위험을 가지게 된다.

반도체 장치에서 소자 분리에 많이 사용되는 것은 주로 실리콘 산화막이다. 실리콘 기판의 표면을 산화시켜 쉽게 형성할 수 있고 절연성도 양호하기 때문이다.

실리콘 산화막은 식각 공정을 이용하여 필요한 부분만 남기고 필요없는 부분이 화학적 또는 물리적 방법으로 제거된다. 이러한 식각 공정에는 건식 식각과 습식 식각의 두 종류가 있다.

건식 식각은 반응 챔버 내에 반응 가스를 주입하고 고주파 전력 또는 마이크로 웨이브 전력을 인가시켜 플라즈마 상태를 형성하면 반응 가스의 자유 전자 또는 이온이 발생되어 실리콘 산화막을 식각하는 방법이다.

습식 식각은 화학 약품을 사용하여 식가시키고자 하는 부분과 화학 반응을 일으켜 용해시키는 방법으로 불필요한 부분을 선택하여 용해시킬 수 있다. 습식 식각은 한번에 대량의 실리콘 기판을 처리할 수 있으므로 건식 식각보다 저렴한 비용이 드는 장점이 있다.

습식 식각은 일반적으로 탈이온수(DeIonized Water; DI Water)와 불산(HF)으로 구성된 식각액(Etchant)을 이용하여 수행되며, 실리콘 산화막이 식각되는 식각 속도(Etch Rate)는 식각액의 불산 농도에 비례한다. 즉 상기 식각액 중에서 불산의 비율이 증가되면 상기 식각 속도는 증가된다. 그러므로 상기 식각 속도를 조절하기 위하여 다수의 농도의 식각액이 습식 식각을 수행하는데 이용되고 있다.

종래에는 하나의 습식 식각 장치에서 다수의 농도의 식각액을 이용하여 습식 식각을 수행하는 경우와 하나의 농도의 식각액을 이용하여 습식 식각을 수행하는 경우에 구별없이 식각액의 농도를 조절하였다.

그러나 하나의 습식 식각 장치에서 다수의 농도의 식각액을 이용하여 습식 식각을 수행하는 경우에 낮은 농도의 식각액으로 습식 식각을 수행한 후에 그 보다 높은 농도의 식각액으로 습식 식각을 수행한 때에는 상기 낮은 농도의 식각액이 습식 식각 장치 내의 배관 등에 잔존하여 상기 그 후의 식각액의 농도를 설정치보다 낮추는 문제점을 유발하였다.

이는 하나의 습식 식각 장치에서 다수의 농도의 식각액을 이용하는 경우와 하나의 농도의 식각액을 이용하는 경우에 구별없이 식각액의 농도를 조절하기 때문이다.

따라서 본 발명은 다수의 농도의 식각액을 이용하는 습식 식각 장치에서 식각액의 농도를 제어하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법은 탈이온수와 불산으로 구성된 식각액을 다수의 농도로 이용하는 습식 식각 장치에서 상기 식각액의 농도를 제어하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 있어서, 잔류된 습식 식각의 식각액의 농도와 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도를 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과 상기 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도가 상기 잔류된 식각액의 농도보다 높은 경우에 상기 식각액의 농도 설정치를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법은 상기 증가된 농도 설정치에 따라 1% 내지 10%의 불산을 더 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법을 상세히 설명한다.

도 1은 습식 식각 장치의 구조를 나타내는 도면이다. 습식 식각 장치는 불산 공급부(100), 혼합 탱크(200), 항온조(300), 필터(400), 펌프(500), 에어 밸브(601, 602), 배관(700) 및 습식 식각 배쓰(800)를 포함한다.

상기 불산 공급부(100)는 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도에 해당되는 불산(HF)을 상기 혼합 탱크(200)로 공급하고, 상기 혼합 탱크(200)에서는 상기 불산 공급부(100)로부터 제공된 불산과 탈이온수를 소정의 온도(일반적으로 25 ℃)에서 혼합하여 상기 설정된 식각액의 농도를 유지한다.

예를 들면 탈이온수와 불산의 중량비가 1000:1인 식각액을 사용하려고 하는 경우에는 상기 중량비 1000:1에 해당하는 불산이 상기 불산 공급부(100)를 통해서 상기 혼합 탱크(200)로 제공된다.

상기 항온조(300)는 상기 혼합 탱크(200)의 온도를 상기 소정의 온도로 유지하도록 제어하고, 상기 혼합 탱크(200)에서 혼합된 식각액은 상기 배관(700)을 통해서 상기 펌프(500)로 전달되고, 상기 펌프(500)는 상기 혼합된 식각액을 에어 밸브(601)를 통해서 상기 필터(400)에 전달한다.

상기 필터(400)는 상기 에어 밸브를 통해서 전달된 상기 혼합된 식각액에서 미세한 파티클(particle)을 제거하고 상기 항온조(300)에 상기 혼합된 식각액을 전달한다.

그럼으로써 상기 혼합된 식각액은 상기 항온조(300), 상기 혼합 탱크(200), 상기 펌프(500), 상기 에어 밸브(601) 등을 순환하여 전달되어, 상기 소정의 온도를 유지할 수 있다.

상기 순환되어 전달된 식각액은 에어 밸브(602)를 통해서 상기 습식 식각 배쓰(800)로 전달되어 상기 습식 식각 배쓰(800)에서 습식 식각이 수행된다.

상기 습식 식각 장치에서 탈이온수와 불산의 중량비가 1000:1인 식각액을 이용하여 습식 식각을 수행한 후에 상기 중량비가 200:1인 식각액을 이용하여 습식 식각을 수행하는 경우에, 상기 배관(700)이나 상기 필터(400)에 상기 1000:1 식각액이 잔류하게 되어 상기 200:1 식각액의 농도가 낮아지게 된다.

그러므로 상기 1000:1 식각액을 이용하지 않고 상기 200:1 식각액만을 이용하여 습식 식각을 수행하는 경우와 상기 1000:1 식각액으로 습식 식각을 수행한 후에 상기 200:1 식각액으로 습식 식각을 수행하는 경우를 구별하여 불산의 중량을 제공하는 것이 필요하다.

도 2는 종래의 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 따른 식각액 농도 의 산포를 나타내는 그래프이다.

상기 200:1 식각액만으로 습식 식각을 수행하는 경우와 상기 1000:1 식각액으로 습식 식각을 수행한 후에 상기 200:1 식각액으로 습식 식각을 수행하는 경우의 구별없이 불산의 중량을 제공하여 습식 식각을 수행하면서 상기 200:1 식각액과 1000:1 식각액의 농도를 실리콘 기판의 배치(batch)별로 측정하였다.

상기 200:1 식각액의 농도의 평균은 0.25 중량%이고, 상기 농도의 분포 범위는 0.25%였다. 그러므로 상기 200:1 식각액의 농도가 상기 배관(700)이나 상기 필터(400)에 잔존해 있던 상기 1000:1 식각액에 의해서 상기 200:1 식각액의 농도가 200:1 식각액만을 이용하여 습식 식각을 수행하는 경우에 비해서 낮아지고 상기 200:1 식각액의 농도가 넓은 범위에 퍼져 있음을 알 수 있다.

상기 200:1 식각액의 농도가 낮아지고 그 산포가 커지면, 습식 식각의 속도가 낮아지고 그 산포가 커지므로, 결국에는 습식 식각 공정의 균일성(uniformity)이 나빠진다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법을 나타내는 플로차트이다.

탈이온수와 불산으로 구성된 식각액을 다수의 농도로 이용하는 습식 식각을 수행하는 경우에 잔류된 식각액의 농도가 습식 식각을 수행하려고 하는 식각액의 농도보다 낮은 경우가 문제되므로, 먼저 잔류된 습식 식각의 식각액의 농도와 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도를 비교한다.

다음으로, 상기 비교 결과 상기 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도가 상기 잔류된 식각액의 농도보다 높은 경우에 상기 식각액의 농도 설정치를 증가시킨다.

상기 증가된 농도 설정치에 따라 1% 내지 10% 정도의 불산을 더 공급하여 상기 설정된 식각액의 농도를 증가시킨다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 습식 식각의 식각액 농도의 산포를 나타내는 그래프이다.

탈이온수와 불산의 중량비가 1000:1인 식각액을 이용하여 습식 식각을 수행한 후에 상기 중량비가 200:1 식각액을 이용하여 습식 식각을 수행 하면서 상기 200:1 식각액과 1000:1 식각액의 농도를 실리콘 기판의 배치(batch)별로 측정하였다.

상기 200:1 식각액에는 탈이온수와 불산의 중량비가 200:1인 식각액만을 이용하여 습식 식각을 수행하는 경우에 비해서 불산의 중량을 6.7% 더 공급하였다.

상기 200:1 식각액의 농도의 평균은 0.25 중량%이고, 상기 농도의 분포 범위는 0.23%였다. 상기 200:1 식각액만으로 습식 식각을 수행하는 것과 상기 1000:1 식각액으로 습식 식각을 수행한 후에 상기 200:1 식각액으로 습식 식각을 수행하는 것의 구별없이 불산의 중량을 제공하여 습식 식각을 수행한 경우에 비해서 상기 200:1 식각액의 농도의 산포가 감소함을 알 수 있다.

그럼으로써 습식 식각의 속도의 산포가 작아지므로, 결국에는 습식 식각 공정의 균일성(uniformity)이 향상되어 반도체 장치의 균일을 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자(통상의 지식을 가진 자)는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구의 범위 및 그 균등 개념(Equivalents)으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따르면, 다수의 농도의 식각액을 이용하는 습식 식각 장치에서 식각액의 농도를 제어하여 식각액의 농도의 산포를 최소화할 수 있는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 습식 식각 장치의 구조를 나타내는 도면이다.

도 2는 종래의 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 따른 식각액 농도 의 산포를 나타내는 그래프이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법을 나타내는 플로차트이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 습식 식각의 식각액 농도의 산포를 나타내는 그래프이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

100: 불산 공급부

200: 혼합 탱크

300: 항온조

400: 필터

500: 펌프

601, 602: 에어 밸브

700: 배관

800: 습식 식각 배쓰

Claims (2)

1. 탈이온수와 불산으로 구성된 식각액을 다수의 농도로 이용하는 습식 식각 장치에서 상기 식각액의 농도를 제어하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법에 있어서,

   잔류된 습식 식각의 식각액의 농도와 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도를 비교하는 단계; 및

   상기 비교 결과 상기 습식 식각을 위해 설정된 식각액의 농도가 상기 잔류된 식각액의 농도보다 높은 경우에 상기 식각액의 농도 설정치를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 증가된 농도 설정치에 따라 1% 내지 10%의 불산을 더 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 식각의 식각액 농도 제어 방법.