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KR20010086993A - 스핀형 웨이퍼 가공 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공 방법 - Google Patents

스핀형 웨이퍼 가공 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공 방법 Download PDF

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KR20010086993A
KR20010086993A KR1020000011045A KR20000011045A KR20010086993A KR 20010086993 A KR20010086993 A KR 20010086993A KR 1020000011045 A KR1020000011045 A KR 1020000011045A KR 20000011045 A KR20000011045 A KR 20000011045A KR 20010086993 A KR20010086993 A KR 20010086993A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
chemical
reaction chamber
processing
rotation
Prior art date
Application number
KR1020000011045A
Other languages
English (en)
Inventor
박상오
Original Assignee
윤종용
삼성전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 윤종용, 삼성전자 주식회사 filed Critical 윤종용
Priority to KR1020000011045A priority Critical patent/KR20010086993A/ko
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Abstract

스핀형 웨이퍼 가공 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공 방법에 관해 개시되어 있다. 드롭(drop)이나 스프레이 또는 광역 분사가 가능한 분사 노즐을 구비하는 웨이퍼 가공 장치를 제공하고 이를 이용하여 회전 상태에서 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공 방법을 제공한다. 웨이퍼 가공을 위한 케미컬은 입자 형태로 광역 분사된다. 이에 따라 케미컬이 웨이퍼의 전면에 걸쳐 균일하게 분사될 뿐만 아니라 입자 간의 상대 속도차에 의한 상호 작용등으로 케미컬이 최초 접촉된 영역에서 다른 영역으로 급격히 이동되는 대신, 웨이퍼의 자전 또는 공전 속도를 선택적으로 조절함으로써 웨이퍼와 반응하는 시간을 공정별로 조절할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 전면을 균일하게 가공하면서 가공 효율도 높일 수 있다. 또한, 상기 가공은 전, 후의 다른 가공 공정과 인-시츄로 진행할 수 있다. 아울러, 본 발명을 배치형 웨이퍼 가공 장치에 적용하여 다량의 웨이퍼를 짧은 시간에 균일하게 가공할 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 균일한 가공과 함께 가공에 소요되는 시간이 단축되어 반도체 장치의 생산성이 높아진다.

Description

스핀형 웨이퍼 가공 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공 방법{Spin type wafer fabrication apparatus and method for fabricating a wafer using the same}
본 발명은 반도체 장치의 제조 설비 및 이를 이용하는 방법에 관한 것으로서, 자세하게는 스핀형 웨이퍼 가공 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공 방법에 관한 것이다.
반도체 장치를 생산함에 있어서, 반도체 장치의 신뢰성 확보는 생산성 증가와 함께 중요한 화두가 되었고, 반도체 장치의 생산성을 증가 시키기 전에 반드시 해결해야할 선행 과제가 되고 있다. 이러한 추세는 반도체 장치의 고집적화에 따라 제조 공정이 복잡해지면서 더욱 그러하다.
반도체 장치의 제조 공정은 여러개의 단위 공정으로 이루어져 있으므로, 반도체 장치의 신뢰성을 높인다는 것은 단위 공정의 신뢰성을 높이는 것으로 귀결된다.
단위 공정의 대부분은 웨이퍼 가공과 관련되어 있으므로, 단위 공정의 신뢰성은 웨이퍼 가공의 신뢰성, 곧 웨이퍼 가공의 균일성에 달려있다.
웨이퍼 가공 균일성이 높다는 것은 전 영역에 걸쳐 웨이퍼가 고르게 가공되었다는 것을 의미한다. 예컨대, 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 식각하는 경우에 있어서, 웨이퍼 가공의 균일성이 높다는 것은 상기 물질막이 상기 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일하게 식각되었다는 것을 의미한다.
웨이퍼 가공의 균일성은 그 전 단계의 공정에도 어느 정도 영향을 받기는 하지만, 웨이퍼 가공에 사용된 장치의 특성에 의해 결정된다.
이와 관련하여 종래 기술에 의한 웨이퍼 가공 장치, 예컨대 스핀형 웨이퍼 가공 장치에 관해 설명한다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치는 가공용 웨이퍼가 로딩되는 웨이퍼 척(10)과 상기 웨이퍼 척(10) 위로 가공용 케미컬을 공급하는데 사용되는 케미컬 공급 라인(14)으로 구성되어 있다. 상기 케미컬 공급라인(14)은 상기 웨이퍼 척(10) 위로 이격되어 있다. 상기 웨이퍼 척(10)은 회전성이 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 척(10) 상에 웨이퍼(12)가 로딩되면, 상기 웨이퍼 척(10)이 회전하게 되고, 회전되고 있는 웨이퍼(12) 상에 상기 케미컬 공급 라인(14)으로부터 케미컬이 드롭 방식으로 공급된다. 상기 케미컬 공급 라인(14)은 상기 웨이퍼(12) 위에서 상기 웨이퍼(12)를 가로지르는 가상 선(미도시)을 따라 왕복으로 이동된다. 참조 부호 14a 및 14b은 상기 웨이퍼(12)의 중심과 가장자리 사이에 위치한 케미컬 공급 라인들을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 상기 케미컬 공급 라인(14)의 이동선인 가상 선(18)을 볼 수 있다.
웨이퍼 가공시 케미컬은 상기한 바와 같이 드롭 방식으로 공급되나, 일정시간 동안 연속적으로 공급된다. 상기 웨이퍼(12) 상에 공급된 케미컬은 초기에 상기 웨이퍼(12)의 회전에 의해 상기 웨이퍼(12)과 상당한 상대 속도를 갖게 되고 원심력을 받게 된다. 이에 따라, 상기 웨이퍼(12) 상에 공급된 케미컬은 최초 공급된 지점에서 상기 웨이퍼(12)의 바깥쪽으로 급격이 이동되어, 상기 웨이퍼(12)의 가공, 곧 식각이나 스트립 또는 세정이 상기 웨이퍼(12)의 영역별로 다르게 나타나게 된다.
구체적으로, 도 3을 참조하면, 웨이퍼가 회전되고 있는 상태에서 웨이퍼 가공용 케미컬은 상기 웨이퍼(12)의 한 지점, 예컨대 상기 웨이퍼(12)의 중심에 닿으면서 상기 웨이퍼(12)와 상당한 상대 속도를 갖게 되고 상기 웨이퍼(12)의 바깥쪽을 향하는 원심력도 받게 된다. 따라서, 케미컬은 최초 공급된 지점에서 반경 r인 제1 영역(R1)까지 급속히 이동된다. 상기 제1 영역(R1)을 벗어나면서 상기 케미컬과 웨이퍼(12)의 상대속도는 거의 0이 된다. 즉, 상기 케미컬이 원심력을 받기는 하지만, 상기 웨이퍼(12)의 가장자리로 이동되는 속도는 매우 느려진다. 따라서, 상기 제1 영역(R1)과 가장자리 사이의 제2 영역(R2)에 도달된 케미컬은 상기 웨이퍼(12)와 함께 움직이는 것으로 간주할 수 있다.
이와 같이, 상기 케미컬이 상기 웨이퍼(12)의 제1 영역(R1)까지는 급속히 이동되는 반면 상기 제2 영역(R2)에서부터는 이동 속도가 느려지기 때문에, 상기 제1 영역(R1)에서 상기 케미컬과 상기 웨이퍼(12)가 반응할 수 있는 시간은 매우 짧은 반면, 상기 제2 영역(R2)에서 상대적으로 길어진다. 따라서, 상기 웨이퍼(12)의 제1 영역(R1)은 충분히 가공되지 않는 반면, 상기 제2 영역(R2)은 충분한 가공이 이루어진다. 이에 따라, 상기 웨이퍼(12)은 상기 제1 영역(R1)은 두껍고 상기 제2 영역(R2)은 얇은 형태로 가공된다.
구체적인 예로써, 3,000Å 정도의 산화막이 형성된 웨이퍼를 식각하는 웨이퍼 가공의 경우, 상기 제1 영역(R1) 상에 2,400Å정도의 산화막이 남은 반면, 상기 제2 영역(R2) 상에 340Å 정도의 산화막이 남아 있었다. 결국, 상기 웨이퍼(12)의 두 영역(R1, R2) 사이에 2,060Å에 해당하는 단차가 발생되었다.
이 처럼, 종래 기술에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치의 경우, 웨이퍼 가공용 케미컬이 웨이퍼의 한정된 영역에서 충분한 반응 시간을 갖기 때문에 웨이퍼의 전영역을 균일하게 가공하는 것이 어렵다는 것을 알 수 있다. 이를 해소하기 위해서는 가공 조건을 바꿔서 가공을 반복 해야한다. 예컨대, 상기 산화막 식각 공정에서 1차 식각후, 산화막 두께가 두꺼운 제1 영역(R1)에서 반응 시간을 길게하고, 산화막 두께가 상대적으로 얇은 제2 영역(R2)에서의 반응시간은 짧게하는 조건으로 2차 식각을 하게된다. 따라서, 웨이퍼 가공에 소요되는 시간이 증가되고, 반도체 장치의 생산성은 낮아지게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상술한 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 웨이퍼 가공에 소요되는 시간을 짧게하여 반도체 장치의 생산성은 높이면서도 균일하게 할 수 있는 스핀형 웨이퍼 가공 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기 웨이퍼 가공 장치를 이용한 웨이퍼 가공 방법을 제공함에 있다.
도 1은 웨이퍼가 로딩되어 있는 종래 기술에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 기술에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 종래 기술에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치를 이용한 웨이퍼 가공에서 가공 속도 별로 영역을 구분한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치에서 분사 노즐이 웨이퍼 중심에 위치했을 때의 케미컬 분사 모양을 나타낸 평면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치에서 분사 노즐이 웨이퍼의 중심과 가장자리사이에 위치했을 때의 케미컬 분사 모양을 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치의 단면도이다.
도 9는 도 8을 9-9'방향으로 자른 평면도이다.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치에서 웨이퍼에 대한 분사 노즐의 위치에 따른 웨이퍼 가공 정도를 나타낸 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 가공 방법을 단계별로 나타낸 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호설명>
12:웨이퍼. 38, 56:분사 수단.
40, 66:케미컬 공급관. 41:분사 노즐.
50:반응챔버. 52:웨이퍼 홀더.
54:웨이퍼 장착대. 58:스테이지.
60:회전축. 62:캡.
64:챔버 뚜껑. 56a, 56b:노즐 지지대 및 노즐.
R3, R4:제3 및 제4 영역. L:가상 선.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 회전성 반응 챔버와 상기 반응 챔버에 구비된 직립 분사 수단 및 상기 직립 분사 수단과 이격되어 있고, 측면이 상기 분사 수단과 대향하는 회전성 웨이퍼 홀더(wafer holder)를 구비하는 스핀형 웨이퍼 가공 장치를 제공한다.
여기서, 상기 분사 수단은 상기 웨이퍼 홀더의 측면 모두와 대향하고 있으며, 상기 웨이퍼 홀더가 복수개 구비되어 있을 경우, 그 대칭 중심에 직립하며, 모든 웨이퍼 홀더의 측면과 대향하도록 구비되어 있다.
이러한 상기 분사 수단은 상기 반응챔버 바닥에 직립된 노즐 지지대와 상기 노즐 지지대에 설치된 노즐로 구성되어 있는데, 상기 노즐은 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식 노즐이다.
이때, 상기 노즐은 상기 노즐 지지대의 상단 및 하단 사이에서 상기 노즐 지지대 둘레에 사방으로 균일하게 분포되어 있다.
한편, 상기 분사 수단은 상기 반응챔버 아래의 케미컬 공급관에 연결되어 있고, 양자는 상기 분사 수단을 둘러싸는 베이링이 내재된 캡을 통해 연결되어 있다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 반응 챔버에 웨이퍼를 로딩한 다음, 상기 웨이퍼를 회전시키면서 그 위에 케미컬을 분사하여 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공 방법을 제공한다.
이 과정에서, 상기 웨이퍼 회전은 자전 및 공전에 의한 것이다.
상기 반응 챔버에 상기 웨이퍼가 로딩될 웨이퍼 홀더가 구비되어 있는데, 상기 웨이퍼를 상기 웨이퍼 홀더에 로딩한 다음, 상기 웨이퍼 홀더를 회전시키면서 이와는 독립적으로 상기 반응챔버을 회전시켜 상기 웨이퍼를 자전 및 공정시킨다.
이때, 상기 반응챔버 및 웨이퍼 홀더의 회전 속도는 다르게 하는 것이 바람직하다. 곧, 상기 웨이퍼 홀더의 자전 속도를 상기 반응 챔버의 회전으로 인한 공전 속도보다 크게 하거나 작게하는 것이 바람직하며, 양자를 동일하게 하는 것은 지양하는 것이 바람직하다.
상기 케미컬은 상기 분사 수단을 이용하여 분사한다.
상기 웨이퍼 가공 단계는 상기 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 식각하는 단계,상기 물질막 식각 단계에서 식각 마스크로 사용된 감광막 패턴을 제거하는 단계 또는 상기 감광막 패턴을 제거한 후의 그 결과물을 세정하는 단계이다.
본 발명을 이용함으로써 웨이퍼 가공을 전면에 걸쳐 균일하게 실시할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 전면에 걸쳐 균일하게 식각할 수 있고, 상기 물질막의 식각에 사용된 감광막을 전면에 걸쳐 균일하게 스트립할 수 있으며, 상기 감광막이 제거된 웨이퍼 전면을 균일하게 세정할 수 있다. 또한, 다량의 웨이퍼를 동시에 균일하게 가공할 수도 있다. 따라서, 웨이퍼를 균일하게 가공하면서도 가공에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 아울러, 반도체 장치의 생산성도 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 가공 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으므로, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 한정되는 것으로 해석되는 것은 바람직하지 않다. 본 발명의 실시예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 또한, 도면상에서 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
첨부된 도면들 중, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치에서 분사 노즐이 웨이퍼 중심에 위치했을 때의 케미컬 분사 모양을 나타낸 평면도이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치에서 분사 노즐이 웨이퍼의 중심과 가장자리사이에 위치했을 때의 케미컬 분사 모양을 나타낸 평면도이다.
또한, 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치의 단면도이고, 도 9는 도 8을 9-9'방향으로 자른 평면도이며, 도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 제1 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치에서 웨이퍼에 대한 분사 노즐의 위치에 따라 웨이퍼 가공 정도를 나타낸 평면도이다. 그리고 도 12는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 가공 방법을 단계별로 나타낸 블록도이다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치에 대해 상세하게 설명한다.
<제1 실시예>
제1 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치는 매엽식 웨이퍼 가공 장치에 관한 것이다.
도 4를 참조하면, 회전성 웨이퍼 척(10)이 있고 상기 웨이퍼 척(10)의 흡착면에 웨이퍼(12)가 흡착되어 있다. 상기 웨이퍼(12) 상에 가공하고자 하는 가공물이 존재한다. 상기 가공물은 식각하고자 하는 절연막이나 도전막 또는 이들 막의 식각에 식각 마스크로 사용된 감광막 패턴이나 상기 물질막을 제거한 후의 세정해야할 잔류물 등이다. 여기서 상기 절연막은 활성 영역 및 비 활성 영역을 구분짓기 위한 산화막 및 질화막으로 구성되는 복층 절연막이거나 콘택홀 형성에 사용되는 단층 또는 복층 층간 절연막이고, 상기 도전막은 게이트 라인이나 비트 라인 또는셀 간의 소자 연결을 위한 도전성 라인 등과 같이 금속 배선 형성을 위한 도전성 물질막이다.
상기 웨이퍼 척(10)과 대향하는 쪽에 분사 수단(38)이 구비되어 있다. 상기 분사 수단(38)은 상기 웨이퍼(12) 가공용 케미컬이 공급되는 케미컬 공급관(40)과 상기 케미컬 공급관(40)으로부터 공급되는 케미컬을 상기 웨이퍼(12) 상에 분사하는 분사 노즐(41)로 구성된다. 상기 분사 노즐(41)은 드롭 방식과 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식이 혼합된 노즐이다. 즉, 상기 분사 노즐(41)은 드롭 방식으로 상기 케미컬을 상기 웨이퍼(12) 상에 공급할 수도 있고, 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식으로 웨이퍼의 넓은 영역에 케미컬을 분사할 수도 있는 노즐이다. 상기 분사 노즐(41)의 최대 분사 영역은 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식 일 때 상기 웨이퍼(12)의 전 영역이며, 최소 분사 영역은 드롭 방식 일 때 케미컬과 상기 웨이퍼(12)가 최초로 접촉되는 영역이다. 따라서, 상기 분사 노즐(41)의 분사 영역은 분사 방식을 조절함으로써 조절할 수 있다. 케미컬 분사량은 선택한 분사 방식에서 가공 조건 또는 웨이퍼의 가공 상태, 예컨대 웨이퍼의 두께 분포등을 파악하여 조절할 수 있다. 웨이퍼 가공 상태는 상기 분사 노즐(41)과 함께 구비되어 있는 EPD(Etch Point Detection, 미도시)를 사용하여 파악할 수 있다.
웨이퍼 가공 중에 상기 분사 노즐(41)은 상기 웨이퍼(12) 위를 이동할 수 있다. 상기 분사 노즐(41)의 이동은 상기 웨이퍼(12)의 중심을 가로지르는 가상선(미도시)을 따라 왕복으로 이루어진다. 따라서, 웨이퍼 가공 중에 케미컬 분사 위치를 변경할 수 있다. 그러므로, 상기 분사 노즐(41)의 위치 조정과 분사 방식을 조합하고, 여기에 분사량을 조절하면 상기 웨이퍼(12)를 짧은 시간에 균일하게 가공하는 것이 가능하다. 참조부호 40a 및 40b는 상기 가상선을 따라 위치가 이동된 분사 수단을 나타낸다.
도 5는 상기 분사 노즐(41)이 웨이퍼(12)의 중심에 있을 때의 분사 형태를, 도 6 및 도 7은 상기 분사 노즐(41)이 웨이퍼(12)의 중심과 가장자리 사이에 있을 때의 분사 형태를 각각 나타낸다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 분사 노즐(41)의 위치에 따라 상기 웨이퍼(12)의 가공 영역이 상이함을 알 수 있다.
먼저, 도 5를 참조하면, 상기 분사 노즐(41)이 상기 웨이퍼의 중심에 위치하는 경우, 케미컬 분사 형태는 상기 분사 노즐(41)을 중심으로 하는 방사 대칭이 된다. 이때, 상기 케미컬이 상기 웨이퍼(12)와 초기에 접촉되는 영역은 도 10에 도시한 바와 같이, 중심이 상기 웨이퍼(12)의 중심과 일치하는 반경이 r'인 원형의 제3 영역(R3)이다. 상기 제3 영역(R3)은 종래의 제1 영역(R1)에 비해 넓다. 즉, 짧은 시간에 더 넓은 영역에서 가공을 진행시킬 수 있다. 케미컬 분사가 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식으로 이루어지는 경우, 상기 케미컬은 스모그(smog)형태로 분무된다. 이것은 상기 케미컬을 구성하는 입자들 하나하나가 분리되어 상기 웨이퍼(12)와 접촉된다는 것을 의미한다. 상기 케미컬이 분사된 후, 분사된 입자들 사이의 상대 속도가 달라진다. 즉, 상기 웨이퍼(12)의 중심근처에 분사된 케미컬('제1 케미컬'이라 함)과 중심으로부터 다소 멀리 분사된 케미컬('제2 케미컬'이라 함)간에 상대 속도가 달라진다. 상기 제1 케미컬은 웨이퍼와 접촉되면서 원심력을받아 웨이퍼 바깥쪽으로 급격히 이동되나, 상기 제2 케미컬은 상기 웨이퍼와 함께 회전하면서 서서히 웨이퍼 바깥쪽으로 이동된다. 이에 따라, 상기 제1 케미컬의 이동이 상기 제2 케미컬에 의해 제지되어 상기 제1 케미컬이 상기 웨이퍼의 중심근처에 머무르는 시간이 길어져서 웨이퍼와 충분히 반응할 수 있게 된다. 이러한 이유로 상기 웨이퍼의 제3 영역(R3)은 종래에 비해 충분히 가공된다.
상기 제3 영역(R3)에 분사된 케미컬은 시간이 지나면서 상기 제3 영역(R3)과 상기 웨이퍼(12)의 가장자리 사이의 제4 영역(R4)으로 서서히 이동된다. 상기 제4 영역(R4)에서 상기 케미컬과 상기 웨이퍼(12) 사이의 상대속도는 거의 0이 된다. 따라서, 상기 제4 영역(R4)은 상기 제3 영역(R3)에 비해 더 가공된다.
예컨대, 3,000Å정도의 산화막이 형성된 웨이퍼를 가공하기 위해 상기 분사 노즐(41)을 상기 웨이퍼의 중심에 위치시켰을 때, 가공 후, 상기 제3 영역(R3) 상에 1,145Å정도의 산화막이 남았고, 상기 제4 영역(R4) 상에 980Å정도의 산화막이 남았다. 상기 제3 및 제4 영역(R3, R4) 상에 남아 있는 산화막간의 두께 차는 165Å정도였다. 이 값은 동일한 산화막에 대해 2,100Å정도의 두께 차를 나타내는 종래 기술에 비하면 무시할 수 있을 정도로 작은 값이다.
상기 분사 노즐(41)이 이동되더라도 분사 방식이나 분사량을 변경하지 않는 한, 상기 분사 노즐(41)에서 케미컬이 분사되는 모양은 변하지 않는다. 즉, 분사 모양은 방사 대칭이 된다. 또한, 분사 영역도 상기 제3 영역(R3)과 동일한 영역이 된다.
따라서, 도 6 또는 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 분사 노즐(41)이 상기 웨이퍼(12)의 중심과 가장자리 사이에 위치하는 경우에 상기 가상선(L)을 따르는 상기 웨이퍼(12)의 중심과 가장자리 사이의 영역이 상기 케미컬과 접촉된다. 그런데, 상기 웨이퍼(12)는 회전되고 있으므로, 상기 웨이퍼(12)의 전 영역은 자연히 상기 케미컬과 접촉된다. 이때, 상기 웨이퍼(12)의 전면이 상기 분사된 케미컬과 접촉되는 양상은 상기 분사 노즐(41)이 웨이퍼 중심에 위치할 때와 다르다.
즉, 상기 분사 노즐(41)이 웨이퍼 중심에 위치하는 경우 상기 웨이퍼(12)의 제3 영역(R3)이 케미컬과 최초로 접촉된 후 상기 제3 영역(R3)을 둘러싸는 상기 제4 영역(R4)으로 이동되면서 결국 상기 웨이퍼(12)의 전면이 상기 케미컬과 접촉된다. 따라서 상기 웨이퍼(12)의 제3 영역(R3)과 상기 제4 영역(R4) 사이에 종래에 비해 무시할 수 있을 정도로 작지만 영역별로 가공의 균일하지 않는 점이 있다.
그러나, 상기 분사 노즐(41)이 웨이퍼 중심외의 다른 곳에 위치하는 경우, 상기 가상 선(L)을 따르는 상기 제3 및 제4 영역(R3, R4)이 상기 케미컬에 동시에 접촉된다. 이때, 상기 웨이퍼(12)의 회전에 의해 상기 웨이퍼(12)와 접촉되는 케미컬이 상기 웨이퍼(12)의 가장자리로 이동되는 것을 생각할 수 있으나, 상술한 바와 같이, 상기 분사된 케미컬이 입자 상태로 웨이퍼(12)와 접촉되고 상기 웨이퍼(12)의 중심 근처에 분사된 케미컬과 더 먼곳에 분사된 케미컬 간의 상대 속도차에 의해 케미컬이 웨이퍼의 가장자리로 급격히 이동되지는 않는다. 따라서, 상기 웨이퍼(12)의 중심과 가장자리 사이의 상기 가상 선(L)을 따르는 상기 제3 및 제4 영역(R3, R4)은 상기 분사된 케미컬과 균일하게 접촉된다고 간주해도 무방하다. 상기 웨이퍼(12)의 회전으로 이와 같은 균일한 접촉은 상기 웨이퍼(12)의 전 영역,곧 상기 제3 및 제4 영역(R3, R4) 전체에서 일어난다. 그 결과, 상기 웨이퍼(12)는 전면이 고르게 가공된다. 이것은 마치 도 11에 도시한 바와 같이 상기 웨이퍼(12)의 전 영역이 상기 제4 영역(R4)으로 되는 것과 같다.
예컨대, 상기 예에서, 상기 웨이퍼 가공을 위해 상기 분사 노즐(41)을 웨이퍼 중심과 가장자리 사이에 위치시켰을 때, 상기 웨이퍼(12) 상에 남은 산화막은 전 영역에 걸쳐 1,050Å정도였다.
결과적으로, 상기 분사 노즐(41)을 상기 웨이퍼(12)의 중심에 위치시켰을 때와 달리 중심과 가장자리 사이에 위치 시켰을 때, 상기 웨이퍼(12) 상에 형성된 산화막은 전 영역에 걸쳐 동일한 두께로 식각되었다. 또한, 상기 산화막의 남은 두께는 종래 기술의 평균치보다 훨씬 얇았을 뿐만 아니라 상기 분사 노즐(41)이 상기 웨이퍼(12)의 중심에 위치했을 때의 평균 두께에 해당되었다.
다시 말하자면, 상기 분사 노즐(41)을 상기 웨이퍼(12)의 중심과 가장자리 사이에 두는 경우, 상기 웨이퍼(12)의 전 영역에 걸쳐 균일한 가공을 이룰 수 있을 뿐만 아니라 가공율도 높일 수 있다.
<제2 실시예>
본 발명의 제2 실시예에 의한 스핀형 웨이퍼 가공 장치는 배치(Batch)식 웨이퍼 가공 장치에 대한 것으로써, 한번에 여러장의 웨이퍼를 동시에 가공할 수 있는 웨이퍼 가공 장치에 대한 것이다.
도 8을 참조하면, 반응 챔버(50) 안에 웨이퍼 홀더(52)가 구비되어 있다. 상기 반응 챔버(50)는 회전성이 있다. 곧, 하부의 스테이지(58)에 연결된 회전축(60)을 회전시킴으로써 상기 반응챔버(50)는 회전된다. 상기 웨이퍼 홀더(52) 또한 회전될 수 있으며, 이는 상기 반응챔버(50)의 회전과 독립된 회전이다. 상기 반응 챔버(50) 안에는 복수개의 웨이퍼 홀더가 구비되어 있다. 예컨대 상기 반응챔버(50) 안에는 상기 웨이퍼 홀더(52)가 4개 구비되어 있다. 상기 반응챔버(50)에 구비된 복수개의 웨이퍼 홀더(52)는 모두 동일한 형태이며 대칭을 이루고 있다. 상기 반응 챔버(50)에 구비될 수 있는 웨이퍼 홀더(52)는 4개로 제한되지 않으며, 한 개 또는 2개 이상 구비될 수 있다. 상기 웨이퍼 홀더(52)에 웨이퍼가 로딩될 수 있는 복수개의 웨이퍼 장착대(54)가 구비되어 있다. 상기 웨이퍼 홀더(52)는 자체 회전에 의해 자전된다. 그리고 상기 반응 챔버(50)의 회전에 의해 공전도 된다. 곧, 상기 웨이퍼 홀더(52)는 자전성과 공전성을 모두 갖고 있다. 상기 웨이퍼 홀더(52) 둘레에 상기 웨이퍼 홀더(52)의 상단 및 하단 사이의 측면을 향하는 분사 수단(56)이 구비되어 있다. 상기 반응 챔버(50)의 바닥에 상기 반응챔버(50)의 회전동안에 상기 분사 수단(56)을 고정시킬 수 있도록 상기 분사 수단(56) 둘레를 감싸는 베어링이 내재된 캡(62)이 구비되어 있다. 상기 분사 수단(56)은 상기 캡(62)을 통해서 상기 반응 챔버(50)아래로 설치된 케미컬 공급관(66)과 연결된다. 상기 분사 수단(56)은 상기 반응챔버(50) 바닥에 직립된 형태로 구비되어 있으며, 상기 반응챔버(50)에 구비된 웨이퍼 홀더(52)의 측면과 대향하고 있다. 또한, 상기 분사 수단(56)은 상기 복수개의 웨이퍼 홀더(52)의 중심에 위치해 있다. 상기 분사 수단(53)은 노즐 지지대(56a)와 노즐(56b)로 구성되어 있다. 상기 노즐(56b)은 상기 노즐 지지대(56a)를 타고 상단에서 하단까지 고루 분포되어 있다. 또한, 상기 웨이퍼 홀더(52)를 향해 사방으로 구비되어 있다. 상기 노즐(56b)은 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식의 노즐이다. 상기 노즐(56b)은 케미컬 분사 모양이나 분사량을 조절할 수 있는 노즐이다. 상기 노즐(56b)의 최대 분사 영역은 상기 웨이퍼 홀더(52)에 적대된 웨이퍼의 전영역이 될 수 있지만, 상기 웨이퍼 홀더(52)가 회전되고 있으므로, 상기 웨이퍼 홀더(52)에 적재된 웨이퍼의 중심영역까지가 바람직하다. 상기 노즐(56b)은 케미컬의 분사 모양이나 분사량을 조절할 수 있는 노즐이다. 참조번호 64는 상기 반응챔버(50)의 뚜껑이다. 상기 뚜껑(64)은 개폐가 가능한 뚜껑이다.
도 9를 참조하면, 상기 웨이퍼 홀더(52)의 자전과 상기 반응챔버(50)의 자전에서 비롯되는 공전, 곧 상기 웨이퍼 홀더(52)에 적재된 웨이퍼(12)의 자전과 공전을 보다 명확히 알 수 있다. 또한, 네 개의 웨이퍼(12)가 도시되어 있는데, 상기 네 개의 웨이퍼(12)는 상기 반응 챔버(50)에 구비된 네 개의 웨이퍼 홀더에 각각 적재된 웨이퍼들이다. 따라서, 상기 네 개의 웨이퍼(12)는 상기 반응 챔버(50)에 구비된 네 개의 웨이퍼 홀더(52)를 대신한다고 할 수 있다. 편의 상, 상기 웨이퍼(12)는 원형으로 도시하였다. 상기 분사 수단(56)이 상기 네 개의 웨이퍼(12)의 대칭 중심에 구비되어 있다.
웨이퍼 가공이 시작되면, 상기 반응 챔버(50)가 회전되고 동시에 상기 네 개의 웨이퍼(12)도 각각 회전되면서 상기 분사 수단(56)로부터 상기 웨이퍼(12)를 향해 웨이퍼 가공용 케미컬, 예컨대 웨이퍼 상에 형성된 산화막과 같은 절연막을 식각하기 위한 케미컬이나 감광막을 스트립하기 위한 케미컬 또는 세정을 위한 케미컬등이 분사된다. 상기 제1 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치와 달리 상기 분사 수단(56)은 고정된 상태이나, 상기 웨이퍼(12)가 자전 또는 공전됨으로써, 상기 웨이퍼(12)의 전 영역은 상기 케미컬과 고르게 접촉된다. 따라서, 상기 웨이퍼(12)는 상기 케미컬에 의해 전 영역이 고르게 가공된다. 도 9에 도시한 상기 웨이퍼(12)는 상기 웨이퍼 홀더(52)에 적재된 웨이퍼중의 하나이나, 도 8에 도시한 바와 같이 상기 분사 수단(56)은 상기 웨이퍼 홀더(52)을 따라 직립 형태로 구비되어 있으므로, 상술한 내용은 상기 웨이퍼 홀더(52)에 적재된 모든 웨이퍼에 적용될 수 있다.
따라서, 제2 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치를 사용하는 경우, 한 장의 웨이퍼 가공 시간에 다량의 웨이퍼를 균일하게 가공할 수 있으므로, 웨이퍼 가공 시간도 줄일 수 있다. 따라서, 반도체 장치의 생산성이 증가된다.
특히, 상기 반응 챔버(50)의 자전에 의한 상기 웨이퍼(12)의 공전 유발로, 상기 웨이퍼(12)의 상기 분사 수단(56)에 가까운 쪽 및 먼 쪽에 접촉되는 케미컬이 상기 웨이퍼(12)와 접촉되는 시간이 길어져서 전체적으로 웨이퍼의 가공 균일성은 상기 웨이퍼(12)를 자전만 시킬 때 보다 향상되는데, 그 이유는 다음과 같다.
즉, 상기 웨이퍼(12)의 상기 분사 수단(56)에 가까운 쪽은 먼 쪽에 비해 상대적으로 분사되는 케미컬 양이 많아진다. 따라서, 상기 웨이퍼(12)의 자전만 있는 경우, 상기 웨이퍼(12) 상에 분사된 케미컬은 모두 동일한 원심력을 받게 될 것이나 상기 웨이퍼(12)의 상기 분사 수단(56)에 가까운 쪽에 접촉된 케미컬의 양이 많으므로, 상기 분사 수단(56)에 먼 쪽에 접촉된 케미컬에 비해 상기 웨이퍼(12)의 가장자리로 이동되는 속도는 빨라질 수 있다. 이때, 상기 반응 챔버(50)를 회전시켜 상기 웨이퍼(12)를 공전시키면 상기 웨이퍼(12)의 상기 분사 수단(56)의 가까운쪽에 접촉된 케미컬은 상기 반응 챔버(50)를 향한 공전에 의한 원심력을 받게 된다. 상기 공전에 의한 원심력은 상기 웨이퍼(12)의 자전에 의한 원심력과 방향이 정반대가 된다. 따라서, 상기 웨이퍼(12)의 상기 분사 수단(56)에 가까운 쪽에 접착된 케미컬이 상기 웨이퍼(12)의 가장자리로 이동되는 속도가 느려져서 상기 케미컬과 상기 웨이퍼(12)가 접촉되는 시간이 길어지며 그 결과 웨이퍼와 케미컬 사이에 충분한 반응이 이루어진다.
한편, 상기 웨이퍼(12)의 상기 분사 수단(56)에 먼 쪽, 즉 상기 반응 챔버(50)의 벽에 가까운 쪽 분사량은 상기 분사 수단(56)에 가까운 쪽에 비해 상대적으로 작으므로, 상기 웨이퍼(12)의 자전에 의한 원심력만으로 상기 웨이퍼(12)의 가장자리로 이동되는데 시간이 오래 걸린다. 그런데, 상기 공전에 의한 원심력 방향이 상기 웨이퍼(12)의 상기 반응 챔버(50)의 벽에 가까운 쪽에서 상기 웨이퍼(12) 자전에 의한 원심력과 동일하다. 즉, 원심력이 증가된다. 따라서, 상기 웨이퍼(12)의 상기 반응 챔버(50)의 벽에 가까운 쪽에 접촉된 케미컬이 상기 웨이퍼(12)의 가장자리로 이동되는 속도가 증가된다. 이것은 상기 웨이퍼(12)의 상기 반응챔버(50)의 벽에 가까운 쪽에 보다 많은 케미컬을 공급하는 결과와 동일하다. 이렇게 되면, 상기 웨이퍼(12)의 상기 분사 수단(56)에 가까운 쪽이나 먼 쪽 모두에 동일한 양의 케미컬을 분사시키는 효과를 가져온다. 따라서, 상기 웨이퍼(12)의 가공 균일성이 향상된다.
다음에는 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼 가공 방법에 관해 상세하게 설명한다.
도 12를 참조하면, 제1 단계(70)는 가공하고자 하는 웨이퍼를 반응챔버에 로딩하는 단계이다.
이때, 상기 반응챔버는 웨이퍼를 낱장으로 처리하는 매엽식이거나 다량의 웨이퍼를 동시에 처리하는 배치식 반응챔버이다. 상기 웨이퍼는 이러한 반응챔버의 웨이퍼 척이나 웨이퍼 홀더내 웨이퍼 장착대에 로딩된다. 또한,상기 반응챔버는 웨이퍼 상에 존재하는 물질막, 예컨대 도전성 플러그 또는 소자분리막을 형성하기 위해 웨이퍼 상에 형성된 콘택홀 또는 트랜치를 채우는 절연막을 식각하기 위한 식각용 반응챔버이거나 사진 식각 공정 후에 웨이퍼 상에 존재하는 포토레지스트막과 같은 감광막을 제거하기 위한 스트립용 반응챔버 또는 상기 식각이나 스트립 공정 이후의 웨이퍼 세정용 반응챔버이다. 상기 반응챔버의 선택은 로딩되는 웨이퍼 상에 형성된 가공물이 무엇이냐에 따라 달라진다. 예컨대, 상기 웨이퍼 상에 산화막이나 질화막과 같이 절연막이 형성되어 있고, 상기 절연막을 식각하여 특정한 형태의 패턴을 형성하고자 하는 경우, 상기 웨이퍼는 식각용 반응챔버에 로딩되고, 상기 웨이퍼 상에 형성된 가공물이 상기 절연막의 식각후의 결과물중에서 상기 절연막 식각에서 마스크로 사용된 감광막과 같은 스트립성 물질막이라면, 상기 웨이퍼는 스트립용 반응챔버에 로딩되며, 상기 가공물이 상기 식각 공정이나 스트립 공정등과 같은 공정을 거친후에 남는 세정으로 제거해야할 잔류물인 경우 세정 챔버에 로딩된다.
제2 단계(72)는 웨이퍼를 회전시키는 단계이다. 상기 웨이퍼의 회전은 자전에 의한 것과 공전에 의한 것을 모두 포함한다. 자전에 의한 웨이퍼 회전은 매엽식반응챔버의 경우, 웨이퍼 척의 회전에 의한 것이고, 배치식 반응챔버의 경우 웨이퍼 홀더의 회전에 의한 것이다. 공전에 의한 회전은 웨이퍼가 로딩된 반응챔버의 회전에 의한 것이다. 매엽식 반응챔버의 경우 반응챔버내에 한 개의 웨이퍼 척만 존재하는 경우, 반응챔버의 회전은 웨이퍼 척의 회전과 구별되지 않는다. 따라서,상기 반응챔버가 매엽식인 경우, 웨이퍼의 공전은 필요하지 않게 된다. 이와 같이, 공전이 배제된 자전만에 의한 웨이퍼 회전은 상기 제1 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치를 이용하는 경우로써, 웨이퍼 척을 회전시켜 상기 웨이퍼를 자전시킨다.
자전 및 공전에 의한 웨이퍼 회전은 상기 제2 실시예에 의한 웨퍼 가공 장치를 이용하는 경우로써, 웨이퍼 홀더(52)의 회전으로 웨이퍼를 자전시키고, 상기 웨이퍼 홀더(52)가 구비된 반응챔버(50)를 회전시킴으로써 웨이퍼를 공전시킨다. 상기 웨이퍼 홀더(52)가 복수개 구비되어 있을 때, 상기 웨이퍼 홀더(52)는 모두 동일한 방향으로 회전시키는 것이 바람직하다. 상기 제2 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치를 이용하는 경우에도 상기 웨이퍼 홀더(52)에 반드시 공전을 유발할 필요는 없다. 이것은 상기 웨이퍼 홀더(52)의 자전만으로도 웨이퍼 가공이 균일하게 이루어진다면, 상기 반응챔버(50)를 회전시켜 상기 웨이퍼를 공전시킬 필요가 없다는 의미이다. 따라서, 상기 반응 챔버(50)의 회전은 선택적일 수 있다. 상기 웨이퍼 홀더(52)의 자전 및 공전 속도는 서로 다른 것이 바람직하다. 곧, 상기 반응챔버(50)의 회전수가 상기 웨이퍼 홀더(52)의 회전수보다 크거나 작은 것이 바람직하고, 같은 경우는 지양하는 것이 바람직하다.
웨이퍼 가공 공정에 따라 상기 반응챔버(50)의 회전수가 상기 웨이퍼홀더(52)의 회전수보다 커야 바람직한 경우와 그 반대의 경우가 있다. 상기 반응챔버(50)의 회전수가 상기 웨이퍼 홀더(52)의 회전수보다 큰 제1의 경우, 웨이퍼 홀더(52)의 회전이 상대적으로 느리게 되므로, 상기 분사 수단(56)으로부터 분사된 케미컬은 상기 웨이퍼 홀더(52) 표면에 상대적으로 오랫동안 머무르게 된다. 따라서, 케미컬은 웨이퍼 상에 존재하는 가공 대상 물질과 충분히 반응을 할 수 있게 된다. 상기 반응챔버(50)의 회전이 상대적으로 빠르다는 것은 상기 분사 수단(56)을 중심으로 상기 웨이퍼 홀더(52)를 빠르게 회전시킨다는 것을 의미한다. 곧, 상기 웨이퍼 홀더(52)의 공전속도가 자전속도보다 빠르다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 분사수단(56)으로부터 분사되는 케미컬이 상기 반응챔버(50)에 구비된 복수개의 웨이퍼 홀더(52)에 고르게 분사되어 상기 웨이퍼 홀더(52)간의 분사 균일도가 높아진다. 아울러, 상대적으로 느린 웨이퍼 홀더(52)의 회전으로, 상기 케미컬은 상기 웨이퍼 홀더(52)에 적재된 웨이퍼의 중심과 가장자리 또는 상기 웨이퍼의 가장자리 사이의 영역에 고르게 분사된다. 이 결과, 상기 복수개의 웨이퍼 홀더(52)간에 웨이퍼 가공 균일도가 높아질 뿐만 아니라, 상기 복수개의 웨이퍼 홀더(52)중 선택된 어느 하나의 웨이퍼 홀더에 적재된 웨이퍼의 가공 균일도도 더불어 높아진다.
웨이퍼 가공 공정중 배치 방식의 포토레지스트 스트립 공정에 상기 제1의 경우를 적용하는 경우, 웨이퍼 홀더간의 스트립 균일도 뿐만 아니라 선택된 어느 한 웨이퍼 홀더에 적재된 웨이퍼의 전면에 걸친 스트립 균일도도 높아진다.
상기 반응 챔버(50)의 회전수가 상기 웨이퍼 홀더(52)의 회전수보다 작은제2의 경우, 곧 상기 웨이퍼 홀더(52)의 자전 속도가 공전 속도보다 빠른 경우, 상기 웨이퍼 홀더(52)내에 적재된 웨이퍼의 자전 속도도 빨라지므로, 상기 분사 수단(56)으로부터 상기 웨이퍼 상으로 분사된 케미컬은 상기 제1의 경우보다 큰 원심력을 받아 상기 웨이퍼 상에 존재하는 가공 대상 물질과 충분히 반응할 수 없게 된다. 따라서, 상기 케미컬과 상기 가공 대상 물질의 반응은 상기 가공 대상 물질의 표면에서만 일어나게 되고 심층에서는 일어나기 어려워진다. 곧, 상기 가공 대상 물질의 특정 부위만 심하게 가공되는 것이 방지된다. 따라서, 콘택홀에 도전성 플러그를 형성하기 위해, 콘택홀이 형성된 층간 절연막 상에 상기 콘택홀을 채우는 도전성 물질막을 형성한 후, 그 전면을 식각하는 경우나 트랜치형 소자분리막을 형성하기 위해 상기 트랜치가 형성된 기판 상에 상기 트랜치를 채우는 절연막을 형성한 후, 그 전면을 식각하는 경우, 상기 제2의 경우를 적용할 수 있다. 이때, 상기 도전성 물질막이나 상기 절연막은 상기 제2의 경우의 특성 상, 어느 한 부분, 예컨대 콘택홀이나 트랜치에 대응하는 부분이 심하게 식각되지 않는다. 따라서, 기존의 딥 배치(dip batch) 방식처럼 상기 콘택홀을 채우는 도전성 플러그나 상기 트랜치를 채우는 소자분리막의 표면이 심하게 오목해지는 현상이 방지된다.
한편, 상기 제2의 경우에서 상기 웨이퍼의 공전 효과는 상기 반응챔버(50)내에 케미컬 분사 사각 지대가 있을 경우, 상기 반응챔버(50)에 구비된 복수개의 웨이퍼 홀더(52)에 대해 동일한 가공 조건이 되게 한다. 곧, 상기 반응챔버(50) 내에 구비된 배기구나 배출구등과 같은 부속 설비들에 의해, 상기 케미컬이 상기 웨이퍼 홀더(52) 동일한 조건으로 분사되기 어려운데, 상기 반응챔버(50)의 느린 회전, 곧상기 웨이퍼의 자전보다 느린 공전으로 상기 웨이퍼 홀더(52) 모두에 대해 동일한 분사 조건이 이루어진다.
제3 단계(74)는 광역 분사 방식의 분사 노즐을 이용하여 웨이퍼를 가공하는 단계이다.
반응챔버가 배치식인 경우, 웨이퍼 가공은 자전 및 공전 속도가 서로 다른 웨이퍼를 대상으로 진행된다. 상기 제2 단계(72)에서 웨이퍼의 가공 공정에 따라 자전 속도가 공전 속도보다 큰 경우와 그 반대의 경우가 있음을 언급한 바 있다. 따라서, 상기 웨이퍼 가공은 가공의 성격에 따라, 곧 식각 공정이냐 스트립 공정이냐에 따라 다르게 진행된다.
상기 웨이퍼 가공이 스트립 공정과 같이, 케미컬을 웨이퍼 상에 존재하는 가공 대상 물질막과 충분히 반응하게 할 필요가 있는 공정이면, 상기 웨이퍼는 상기 제2의 경우로 두는 것이 바람직하다. 곧, 웨이퍼의 공전 속도를 크게한다.
한편, 상기 웨이퍼 가공이 CMP등과 같이 물질막의 전면에 걸쳐 고른 식각을 필요로 하는 식각 공정이면, 상기 웨이퍼는 제1의 경우로 두는 것이 바람직하다. 곧, 웨이퍼의 자전속도를 크게한다.
웨이퍼 가공은 웨이퍼가 상기 제1 또는 제2의 경우로 회전되고 있는 상태에서, 웨이퍼 가공의 성격에 따라 웨이퍼 위로 선택된 케미컬을 분사함으로써 이루어진다. 즉, 상기 가공물이 절연막인 경우 상기 선택된 케미컬로써 상기 절연막의 하지막에 대한 식각 선택비가 우수한 식각용 에쳔터를 분사하고, 상기 가공물이 상기한 감광막 패턴과 같은 마스크류이면 상기 선택된 케미컬로써 감광물질막을 쉽게녹일 수 있는 스트립액을 분사하며, 상기 가공물이 세정해야할 공정후의 잔류물이면 세정액을 분사함으로써 상기 웨이퍼 가공이 이루어진다. 이때, 상기 케미컬은 상기 제1 또는 제2 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치에 설명한 바와 같이 케미컬 공급관 및 그 종단에 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식 노즐이 구비된 분사 수단을 이용하여 분사한다. 이때, 분사되는 영역에 케미컬이 동시에 도달되도록 분사한다. 케미컬 분사량은 웨이퍼에 대한 상기 분사 수단의 위치 변화나 분사 방식의 변화 또는 상기 가공물의 양에 따라 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 케미컬의 최대 분사영역은 웨이퍼 전면이나, 상기 웨이퍼가 회전되고 있으므로, 상기 웨이퍼의 중심에서 가장자리사이의 영역에만 케미컬이 도달될 수 있도록 분사량을 조절할 수 있다. 실질적으로, 상기 웨이퍼 가공은 웨이퍼의 회전과 동시에 진행되므로, 상기 제2 단계(72)와 제3 단계(74)는 동일한 단계로 볼 수 있다. 그리고 웨이퍼의 자전 또는 자전 및 공전의 효과는 상기 제1 및 제2 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치의 설명과 관련하여 상세하게 설명하였으므로 여기서는 생략한다. 상기 제1 및 제2 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치는 기능상 웨이퍼 가공에 필요한 케미컬만 변경하면, 식각 공정이나 스트립 공정 또는 세정 공정에 모두 사용될 수 있다. 따라서, 상기 서로 다른 웨이퍼 가공, 즉 절연막을 식각하기 위한 웨이퍼 가공이나 마스크를 스트립하기 위한 웨이퍼 가공 또는 세정을 위한 웨이퍼 가공은 동일한 반응챔버에서 인-시츄로 진행할 수도 있다. 다만, 웨이퍼 가공에 사용되는 케미컬이 정반대의 성격을 갖는 것이면, 한 가공이 종료된 후 그에 사용된 케미컬을 반응챔버에서 완전히 제거한 후 다음 가공을 계속한다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에 의한 웨이퍼 가공 장치에 웨이퍼 가공 효율을 높이거나 웨이퍼 가공 과정에서 반응챔버 자체의 오염 또는 손상을 방지할 수 있는 부가적인 설비, 예컨대 분사된 케미컬이 반응챔버 내벽이나 웨이퍼 뒷면과 반응하는 것을 방지하는 설비나 케미컬의 배출을 위한 설비나 웨이퍼의 자전 또는 공전과 관련된 부가 설비를 더 구비하거나 구비되어 있는 설비를 개선시킬 수 있을 것이다. 또한, 배치식 웨이퍼 가공 장치에 제2, 제3의 분사 노즐을 추가할 수도 있고, 상기 분사 노즐의 형태도 웨이퍼 홀더의 형태와 관련하여 케미컬 분사 효율을 높일 수 있는 모양으로 변경할 수 있다. 예컨대, 상기 웨이퍼 홀더를 향한 면이 오목한 분사 노즐이 있을 수 있다.
한편, 웨이퍼 가공 과정에서 웨이퍼의 자전 속도에 변화를 주거나, 배치식 웨이퍼 가공 장치를 이용한 웨이퍼 가공 과정에서 구비된 웨이퍼 홀더의 자전 속도를 각각 다르게 하거나, 일부 다르게 할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 본 발명에 의한 실시예의 다양함은 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼 가공에 필요한 케미컬 분사를 위해 필요에 따라 드롭 기능을 가지는 스프레이 방식 또는 광역 분사 방식인 노즐을 구비하는 분사 수단을 구비하는 웨이퍼 가공 장치를 제공하고 이를 이용하여 회전 상태의 웨이퍼를 가공하는 웨이퍼 가공 방법을 제공한다.
본 발명을 이용함으로써 웨이퍼 가공을 전면에 걸쳐 균일하게 실시할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼 상에 형성된 물질막을 전면에 걸쳐 균일하게 식각할 수 있고, 상기 물질막의 식각에 사용된 감광막을 전면에 걸쳐 균일하게 스트립할 수 있으며, 상기 감광막이 제거된 웨이퍼 전면을 균일하게 세정할 수 있다. 또한, 이 모든 가공은 인-시츄로 진행할 수 있다. 그리고 본 발명은 배치형 웨이퍼 가공 장치에도 적용될 수 있으므로 다량의 웨이퍼를 동시에 균일하게 가공할 수 있다. 따라서, 웨이퍼를 균일하게 가공하면서도 가공에 소요되는 시간을 단축할 수 있다. 아울러, 반도체 장치의 생산성도 높일 수 있다.

Claims (6)

  1. 회전성 반응 챔버;
    상기 반응 챔버에 구비된 직립 분사 수단; 및
    상기 직립 분사 수단과 이격되어 있고, 측면이 상기 분사 수단과 대향하는 회전성 웨이퍼 홀더(wafer holder)를 구비하는 것을 특징으로 하는 스핀형 웨이퍼 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 웨이퍼 홀더에 복수개의 웨이퍼 장착대가 설치되어있는 것을 특징으로 하는 스핀형 웨이퍼 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반응 챔버에 상기 복수개의 웨이퍼 장착대가 설치된 복수개의 웨이퍼 홀더가 대칭적으로 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 스핀형 웨이퍼 가공 장치.
  4. 반응 챔버에 웨이퍼를 로딩하는 단계; 및
    상기 웨이퍼를 회전시키면서 그 위에 케미컬을 분사하여 웨이퍼를 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가공 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 회전은 자전에 의한 회전인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가공 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 웨이퍼 회전은 공전에 의한 회전인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가공 방법.
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