(57)【要約】【課題】高圧の蝕刻液の蒸気を高速で回転するウェハ表面に噴霧することで、ウェハの全面を均一に平坦化することができて、従来のＣＭＰ工程を取り替えることができるウェハの平坦化方法を提供する。【解決手段】液体窒素供給タンク２０と；液体窒素供給タンクとバルブで繋がれた窒素ガス移送管２１と；窒素ガス移送管と繋がれる蝕刻液の供給配管３３と；蝕刻液の供給配管と繋がれる蝕刻液の供給タンク３０と；液体窒素移送管２１と繋がれる噴射ノズル４０と；噴射ノズルが上部面に附着してウェハ回転装置４５が下部面に位したチャンバ５０とからなり、高圧の蝕刻液の蒸気を高速で回転するウェハ５１表面に噴霧することでウェハの全面を均一に平坦化する。【選択図】図４
2005184008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ平坦化装置において、
液体窒素供給タンクと；
前記液体窒素供給タンクとバルブで繋がれた窒素ガス移送管と；
前記窒素ガス移送管と繋がれる蝕刻液の供給配管と；
前記蝕刻液の供給配管と繋がれる蝕刻液の供給タンクと；
前記窒素ガス移送管と繋がれる噴射ノズル部の上部面に附着してウェハ回転装置が下部面に位したチャンバと；
を含むことを特徴とするウェハ平坦化装置。
【請求項２】
前記蝕刻液の供給タンクは、蝕刻液の残留量を感知するセンサーが附着していることを特徴とする請求項１に記載のウェハ平坦化装置。
【請求項３】
前記蝕刻液の供給配管は、出口側がノズルで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハ平坦化装置。
【請求項４】
前記噴射ノズル部は、複数個のノズルで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハ平坦化装置。
【請求項５】
前記ウェハ回転装置は、
モーターを具備した回転駆動部と；
前記回転駆動部の上部に位してウェハをローディング、アンローディングするリフトと；
前記リフトの上部に位してウェハが置かれるステージと；
前記ステージの上部わくに位してウェハの離脱を防止するクランプと；
ウェハに脱イオン水を供給する洗浄ノズルと；
を含んで成り立つことを特徴とする請求項１に記載のウェハ平坦化装置。
【請求項６】
ウェハの平坦化方法において、
窒素ガスを移送管へ放出する段階と；
前記放出された窒素ガスと蝕刻液が混合する段階と；
前記混合した蝕刻液がチャンバ内の噴射ノズル部からウェハの全面に噴射されてウェハを平坦化する段階と；
前記ウェハを洗浄する段階と；
を含むことを特徴とするウェハの平坦化方法。
【請求項７】
前記窒素ガスは、液体窒素供給タンクで高い圧力を持って移送管に放出されることを特徴とする請求項６に記載のウェハの平坦化方法。
【請求項８】
前記窒素ガスと蝕刻液の混合する段階は、
蝕刻液が蝕刻液の供給配管を具備した蝕刻液の供給タンクに脱イオン水と希釈されて保管されている途中、前記高い圧力の窒素ガス移送管と前記蝕刻液の供給配管が会う地点での圧力差によって前記蝕刻液が上昇移動する段階と；
ノズルで構成された蝕刻液の供給配管の端の部分を通じて細かい粒子形態で前記窒素ガスと混合することを特徴とする請求項６に記載のウェハの平坦化方法。
【請求項９】
前記ウェハを平坦化する段階は、
噴射ノズル部で噴射された蝕刻液が、窒素ガスの高圧とノズルの作用によって蒸気形態に変換される段階と；
前記蒸気形態の蝕刻液が、高速で回転するウェハの全面に均一に振り撤かれる段階と；
前記ウェハの表面でウェハの回転方向に異方性蝕刻が起きる段階と；
を含んで成り立つことを特徴とする請求項６に記載のウェハの平坦化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ（ｗａｆｅｒ）平坦化装置及び方法に関し、より詳しくは、高圧の蝕刻液の蒸気（ｆｕｍｅ）を高速で回転するウェハ表面に噴霧することで、ウェハの全面を均一に平坦化することができて、従来のＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈ）工程を取り替えることができるウェハの平坦化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術によるウェハ加工装置、例えば、ＣＭＰ装置を取り替えることができるスピン（ｓｐｉｎ）型ウェハ加工装置に対して説明すれば次のようである。
【０００３】
図１を参照すれば、従来技術によるスピン型ウェハ加工装置は、加工用ウェハがローディングされるウェハ尺１０と前記ウェハ尺の上部に蝕刻用ケミカル（ｃｈｅｍｉｃａｌ）溶液を供給するケミカル供給ライン１４で構成されている。図面に図示されたところのように、前記ウェハ尺の上にウェハ１２がローディングされれば、前記ウェハ尺が回転するようになって、回転されているウェハ上に前記ケミカル供給ラインからケミカルがドロップ（ｄｒｏｐ）方式に供給される。前記ケミカル供給ラインは、前記ウェハの上で前記ウェハを横切って往復に移動される。参照符号１４ａ及び１４ｂは、前記ウェハの中心と端の間に位したケミカル供給ラインを現わす。
【０００４】
図２を参照すれば、前記ケミカル供給ライン１４の移動線である仮想線１８が示されている。前記ウェハ上に供給されたケミカルは初期にウェハの回転によって相対速度を持つようになって遠心力を受けるようになる。これによって、ウェハ上に供給されたケミカルは最初供給された地点からウェハの外方へ急激に移動されて、前記ウェハの加工、すなわち蝕刻やストリップ（ｓｔｒｉｐ）または洗浄が前記ウェハの領域別で違うように現われるようになる。
【０００５】
具体的に、図３を参照すれば、ウェハが回転されている状態でウェハ加工用ケミカルは前記ウェハの一地点、例えば前記ウェハの中心に触れながら前記ウェハと相当な相対速度を持つようになって前記ウェハの外側を向く遠心力も受けるようになる。よって、ケミカルは最初供給された地点から半径ｒの第１領域（Ｒ１）まで急速に移動される。前記第１領域（Ｒ１）を脱しながら前記ケミカルとウェハ１２の相対速度は殆ど０になる。すなわち、前記ケミカルが遠心力を少し受けるが、前記ウェハ１２の端に移動される速度は非常にのろくなる。よって、前記第１領域（Ｒ１）と端の間の第２領域（Ｒ２）に到逹されたケミカルはウェハと一緒に動くように見做すことができる。このように、前記ケミカルは、ウェハの第１領域（Ｒ１）までは急速に移動される一方前記第２領域（Ｒ２）からは移動速度がのろくなるから、前記第１領域（Ｒ１）でケミカルとウェハが応じることができる時間は非常に短い一方、前記第２領域（Ｒ２）では相対的に長くなる。よって、ウェハの第１領域（Ｒ１）は充分に加工されない一方、前記第２領域（Ｒ２）は十分な加工が成り立つ。これによって、前記ウェハは、第１領域（Ｒ１）は厚くて第２領域（Ｒ２）は薄い形態に加工される。
【０００６】
前述したように、従来技術によるスピン型ウェハ加工装置は既存のＣＭＰ装置を使わないでウェハ表面を平坦化させるという長所を持っている。すなわち、ＣＭＰ装置のポリッシングパッドとの摩擦による機械的研磨を遂行しないことによってスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）等の欠陷を防止することができるし、またスラーリ（ｓｌｕｒｒｙ）を使わないことで、製造原価を低めて、副産物の処理費用が必要とならない長所を持っている。
【０００７】
しかし、上述したスピン型ウェハ加工装置は、蝕刻用ケミカルがウェハの限定された領域で十分な反応時間を持つからウェハの全領域を均一に加工することが難しいということをわかる。これを解消するためには、加工条件を変えて加工を繰り返さなければならない。例えば、前記酸化膜蝕刻工程で１次蝕刻の後、酸化膜の厚さが厚い第１領域（Ｒ１）で反応時間を長くして、酸化膜の厚さが相対的に薄い第２領域（Ｒ２）での反応時間は短くする条件で２次蝕刻をする。よって、ウェハ加工に必要となる時間が増加されて、半導体装置の生産性は低くなるようになる問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するものであり、高圧の蝕刻液の蒸気を高速で回転するウェハの表面に噴霧することで、ウェハの全面を均一に平坦化することができて、従来のＣＭＰ工程を取り替えることができるウェハの平坦化方法を提供するにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明のウェハ平坦化装置及び方法は、高圧の蝕刻液の蒸気を高速で回転するウェハ表面に噴霧することでウェハの全面を均一に平坦化する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、従来のＣＭＰ工程を取り替えることで、平坦化後残留の不純物によるスクラッチ問題、高価のスラーリ使用問題、廃液処理問題などを解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る好ましい実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
本発明の前記目的は  液体窒素供給タンクと；前記液体窒素供給タンクとバルブで繋がれた窒素ガス移送管と；前記窒素ガス移送管と繋がれる蝕刻液の供給配管と；前記蝕刻液の供給配管と繋がれる蝕刻液の供給タンクと；前記窒素ガス移送管と繋がれる噴射ノズル部の上部面に附着してウェハ回転装置が下部面に位したチャンバで成り立ったウェハ平坦化装置によって逹成される。
【００１３】
また、本発明の前記目的は、窒素ガスを移送管で放出する段階；前記放出された窒素ガスと蝕刻液が混合する段階；前記混合した蝕刻液がチャンバ内の噴射ノズル部からウェハの全面に噴射されてウェハを平坦化する段階；及び前記ウェハを洗浄する段階で成り立ったウェハの平坦化方法によって逹成される。
【００１４】
本発明の前記目的と技術的構成及びそれによる作用・効果に関する詳しい事項は、本発明の望ましい実施例を図示している図面を参照した以下詳細な説明によって、明確に理解されるはずである。
【００１５】
先ず、図４は、本発明によるウェハ平坦化装置の概路図を示したものである。ウェハ平坦化装置は、高圧の蝕刻液を供給する供給部と、ウェハ平坦化が成り立つチャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）部５０で構成されている。より詳しくよく見れば、前記蝕刻液供給部は液体窒素（ＬＮ２）供給タンク２０と蝕刻液の供給タンク３０そして噴射ノズル４０で構成され、前記チャンバ部はウェハ回転装置４５と洗浄装置（未図示）で構成されている。
【００１６】
前記それぞれの装置部によってウェハが平坦化される方法に対して図面を参照して詳らかに説明すれば次のようである。
【００１７】
前記図４で、液体窒素供給タンク２０には、極低温の液体窒素が高圧の供給タンクに保存されている途中タンクのバルブが開かれれば圧力が急激に減少して液体、気体、固体が同時に存在する三重点（ｔｒｉｐｌｅ  ｐｏｉｎｔ）が形成されながら高い圧力が発生する。この際、発生する高い圧力を持って液体窒素で気化された窒素ガスが、移送管２１に放出される。前記移送管２１は、蝕刻液が保存されているタンク３０と繋がれた蝕刻液の供給配管３３と繋がれる。前記窒素ガス移送管２１と蝕刻液の供給配管３３が会う部位には移送される窒素ガスの高い速度によって低気圧が形成されて大気圧状態の蝕刻液の供給配管３３との高い圧力差が発生する。前記圧力差によって蝕刻液の供給タンク３０に保管されている蝕刻液３１が前記蝕刻液の供給配管３３を通じて上昇移動して前記窒素ガスと混合する。この際、前記蝕刻液３１は、脱イオン水と所定の濃度に希釈された状態に保管されて、蝕刻液の残留量は、前記蝕刻液の供給タンク３０に附着したセンサー３２によって感知される。また、前記蝕刻液の供給配管３３は、前記窒素ガス移送管２１と会う部位で前記蝕刻液の供給配管３３の端の部分がノズルを成していて、供給配管を通じて上昇された蝕刻液が微細な粒子形態で窒素ガスと混合する。
【００１８】
以後、前記窒素ガスと混合した微細な蝕刻液は、前記窒素ガスを移送ガス（ｃａｒｒｉｅｒ  ｇａｓ）にしてチャンバ５０と繋がれる移送管を通じてチャンバ内部に附着している噴射ノズル４０に移動する。前記噴射ノズル４０は、チャンバ内部の上部面に位置と、複数個のノズルで構成されていて、蝕刻が行われるウェハの全面に蝕刻液を均一に振り撤く。この際、前記噴射ノズル４０によって振り撤かれる蝕刻液は、ノズルの微細穴と窒素ガスの高い圧力によって蝕刻液の粒子がもっと微細化されて蒸気（ｆｕｍｅ）形態でチャンバ内部に振り撤かれて、高速で回転している蝕刻が行われるウェハの上部面に高い圧力を持って到逹するようになる。
【００１９】
以後、前記ウェハの表面で蝕刻が進行される段階を一例を持って説明すれば次のようである。前記ウェハの表面にシリコーン酸化膜（ＳｉＯ２）が形成されていて前記蝕刻液として弗酸（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ  ａｃｉｄ；  ＨＦ）を使うと、前記シリコーン酸化膜では蒸気形態の弗酸と応じて下記の化学反応が起きる。
【００２０】
ＳｉＯ２  ＋  ＨＦ  →ＳｉＦ４↑＋  Ｈ２Ｏ↑
しかし、前記の化学反応によってだけではシリコーン酸化膜が等方性蝕刻されるので平坦化が成り立たない。したがって、本発明では表面方向だけで異方性蝕刻が起きて平坦化が成り立つように前記ウェハを高速で回転させる。前記ウェハ高速回転の作用と蒸気形態で微細にウェハの全面に均一に振り撤かれた蝕刻液の作用でウェハは平坦化される。
【００２１】
図５はウェハ回転装置４５を示している。平坦化が行われるウェハ５１は、ウェハをローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）、アンローディング（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）するリフト５４によってウェハステージ５３の上部とウェハの離脱を防止するクランプ５２の間に置かれる。クランプ５２は、ウェハを固定するステージ５３の上部に置かれて、前記ステージ５３は、ウェハ５１が位置したリフトの上部に置かれる。前記リフト５４は、回転駆動部の上部に置かれる。前記ウェハ５１はモーター（ｍｏｔｏｒ）で作動される高速回転駆動部５５によって高速で回転する。蒸気形態の蝕刻液によって平坦化が成り立った後には、洗浄ノズル（未図示）で噴霧される脱イオン水で濯ぐことが成り立つ。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術によるスピン型ウェハ加工装置を示す図である。
【図２】従来技術によるスピン型ウェハ加工装置を示す図である。
【図３】従来技術によるスピン型ウェハ加工装置を示す図である。
【図４】本発明による高圧の蝕刻液の蒸気を利用したウェハ平坦化装置を示す図である。
【図５】本発明による高圧の蝕刻液の蒸気を利用したウェハ平坦化装置を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
２０  液体窒素供給タンク
２１  窒素ガス移送管
３０  蝕刻液の供給タンク
３１  蝕刻液
３２  センサー
３３  蝕刻液の供給配管
４０  噴射ノズル
４５  ウエハ回転装置
５０  チャンバ
５１  ウエハ
５２  クランプ
５３  ウエハステージ
５４  リフト
５５  高速回転駆動部
【図１】
2005184008.tif 000003
【図２】
2005184008.tif 000004
【図３】
2005184008.tif 000005
【図４】
2005184008.tif 000006
【図５】
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