KR100299975B1 - 플라즈마챔버의전극제조방법 - Google Patents

Abstract

복수 개의 팁들이 돌출 형성된 드릴링 플레이트에 실리콘 재질의 원판을 대향시키고, 드릴링 플레이트 및 원판에 연마제를 공급하고, 드릴링 플레이트에 초음파를 인가하여 초음파에 대한 드릴링 플레이트 및 팁의 연속되는 진동으로 연마제 입자를 원판에 충돌시켜서 원판을 천공하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법을 개시하였다.

따라서, 초음파로 가공함으로써 가스를 챔버 내부로 분사 공급하는 전극의 표면을 미세하게 경면 처리하여, 파티클의 발생 요소를 제거함으로서 플라즈마 챔버의 공정 수율을 극대화시키는 효과가 있다.

Description

플라즈마 챔버의 전극 제조 방법

본 발명은 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플라즈마 기술을 이용하여 박막의 형성 또는 식각을 수행하는 공정 챔버에 장착되는 캐소드용 전극을 초음파 기술로써 천공하여 유입 가스를 분산공급시키기 위한 많은 수의 미세 구멍을 형성하고 부수적인 공정으로 표면의 평탄도와 경도를 개선시킨 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법에 관한 것이다.

통상, 실리콘 웨이퍼로 고집적 반도체장치를 제조하기 위해서 산화, 확산, 증착, 식각, 사진 공정 및 이온 주입과 같은 복수의 제조 공정이 필수적으로 수행되어야 하며, 이 중 증착과 식각 공정에 플라즈마 기술이 이용되고 있다.

플라즈마 기술을 이용한 공정 챔버는 반응 가스를 고주파 전압 인가로써 여기된 상태의 플라즈마 상태의 반응 가스로 변환시키고 웨이퍼 표면과의 반응을 유도하도록 구성되며, 플라즈마 가스의 구성물에 따라 다르게 웨이퍼 상에 박막이 증착되거나 웨이퍼 상의 표면이 식각된다.

이 중 플라즈마 기술을 이용한 웨이퍼 식각 장치에 대하여 살펴보면, 도 1과 같이 공정챔버(10) 상부와 하부에 각각 전원(12)으로부터 고주파 전압이 인가되는 캐소드부(14)와 애노드부(18)가 설치되며, 애노드부(14)는 웨이퍼(16)를 고정시키는 척 역할을 수행한다.

캐소드부(14)에는 챔버(10) 내부로 유입시키기 위한 불소 계열의 식각 가스가 공급관(18)을 통하여 공급되며, 캐소드부(14)의 다른 일측에는 가열되는 캐소드부(14)의 전극을 냉각시키기 위한 냉각수가 순환될 수 있도록 순환 배관(20)이 구성된다. 그리고, 챔버(10) 일벽에 진공상태를 조절하기 위한 진공펌프(22)가 설치된다.

전술한 바와 같이 구성된 종래의 플라즈마 챔버의 내부에서 불소 계열의 공급가스는 캐소드부(14)와 애노드부(18) 사이에 인가되는 고주파(Radio Frequency) 전압에 의하여 플라즈마 상태로 변환되고, 플라즈마 상태로 변환된 불소 계열의 공급가스는 웨이퍼(16) 표면과 반응하여 식각 작용을 한다. 전술한 식각을 위한 공정챔버(10) 내부의 진공 환경은 진공 펌프(22)에 의하여 설정되며, 지속적인 냉각수의 순환 배관(20)을 통한 공급으로 캐소드부(14)의 냉각이 이루어진다.

도 1의 캐소드부(14)에는 공급가스의 분사를 위한 많은 수의 구멍(24)이 형성된 전극이 설치되며, 전극은 도 2와 같은 구성을 갖는다. 종래의 전극은 실리콘 원판에 통상적인 다이아몬드 드릴링으로 구멍(24)이 천공되어 제작된다.

반도체 제조 공정에 있어서 공정의 수율을 결정하는 가장 중요한 요소는 파티클이며, 파티클은 공정을 수행하는 전 설비에 대하여 주요(主要) 관리 대상으로 선정되고 있다.

전술한 종래의 전극은 다이아몬드 드릴링으로 구멍(24)이 천공되기 때문에 상면과 하면의 구멍이 형성된 부분과 구멍의 내벽이 거칠며, 다이아몬드 드릴링으로 천공되어 제작된 전극은 거칠게 처리된 각 면에 플라즈마 공정 중 파티클을 발생시킬 요소를 많이 포함하고 있다.

따라서, 전술한 다이아몬드 드릴링으로 구멍(24)이 천공된 전극은 플라즈마 챔버에서 오염원으로 작용되며, 실제 공정이 수행되는 과정에서 전극의 천공된 구멍을 통하여 가스가 분사 공급될 때 파티클이 전극에서 이탈되어 공정챔버 내부로 공급되며, 그로 인한 오염으로 공정 수율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 초음파 기술을 이용하여 전극의 가스 분사용 홀을 형성하고, 표면 및 홀 내벽의 파티클 발생원을 제거한 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 플라즈마 챔버를 나타내는 개략적 구성도이다.

도 2는 종래의 플라즈마 챔버에 설치되는 전극을 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법의 바람직한 실시예를 나타내는 공정도이다.

도 4는 본 발명에 따른 실시예에 펀칭을 위하여 이용되는 드릴링 플레이트를 나타내는 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 실시예의 초음파 구동을 위한 블록도이다.

도 6은 초음파 천공 메카니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 7은 종래의 천공된 구멍의 단면을 나타내는 사진이다.

도 8은 본 발명에 따른 실시예에 의하여 천공된 구멍의 단면을 나타내는 사진이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법은, 복수 개의 팁들이 돌출 형성된 드릴링 플레이트에 실리콘 재질의 원판을 대향시키고, 상기 드릴링 플레이트 및 원판에 연마제를 공급하고, 상기 드릴링 플레이트에 초음파를 인가하여 상기 초음파에 대한 상기 드릴링 플레이트 및 팁의 연속되는 진동으로 상기 연마제 입자를 상기 원판에 충돌시켜서 상기 원판을 천공하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 복수 개의 팁들이 돌출 형성된 드릴링 플레이트에 실리콘 재질의 원판을 대향시키고, 상기 드릴링 플레이트 및 원판에 제 1 연마제를 공급하고, 상기 드릴링 플레이트에 초음파를 인가하여 상기 초음파에 대한 상기 드릴링 플레이트 및 팁의 연속되는 진동으로 상기 연마제 입자를 상기 원판에 충돌시켜서 상기 원판을 천공하는 단계; 상기 천공된 원판을 제 2 연마제로 거칠게 표면 연마하는 단계; 거칠게 표면 연마된 상기 원판 상의 손상을 제거하도록 식각액으로 식각하는 단계; 식각된 원판을 제 3 연마제로 미세하게 표면 연마하는 단계; 및 미세하게 표면 연마된 상기 원판을 세정하는 단계를 포함하여 이루어짐을 다른 특징으로 한다.

상기 제 1 연마제는 경도 '9' 이상의 것이 이용됨이 바람직하다.

그리고, 상기 거친 표면 연마에 이용되는 상기 제 2 연마제의 입자 직경은 6㎛ 내지 7㎛ 범위 이내이며, 상기 제 2 연마제는 실리카, 탄화규소, 알루미나 또는 지르코늄 중 어느 하나가 이용될 수 있다.

그리고, 상기 식각액은 수산화칼륨, 질산, 염산 중 어느 하나를 이용될 수 있다.

그리고, 상기 미세 연마에 이용되는 제 3 연마제의 직경은 4.5㎛ 이하이며, 상기 제 3 연마제는 실리카, 탄화규소, 알루미나 또는 지르코늄 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

그리고, 상기 원판을 세정하는 단계는, 암모니아수를 가열한 상태에서 과산화수소수를 첨가한 세정액에 상기 원판을 넣어서 가열로 발생되는 기포로 상기 원판의 파티클을 포집하여 세정하는 단계; 황산을 가열한 후 과산화 수소수를 첨가한 세정액에 상기 세정된 상기 원판을 넣어서 가열로 발생되는 기포를 이용한 파티클 포집과 황산에 의한 화학적 식각력으로 세정하는 단계; 및 상기 기포 및 화학적 식각력으로 세정된 원판을 탈이온수에 넣어서 세정하는 단계를 구비할 수 있다.

이하, 첨부 도면에 의거하여 상기한 본 발명의 특징들, 그리고 장점들을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 초음파 기술을 이용하여 플라즈마 챔버에 장착되는 캐소드용 전극을 제조하는 것이다.

공급가스를 분사하기 위한 많은 수의 구멍이 형성된 전극은 도 3에 개시된 실시예와 같이 초음파 드릴링(S2), 거친 연마(S4), 식각(S6), 미세 연마(S8), 세정(S10), 지지링 접합(S12) 및 포장(S14)을 순차적으로 수행하여 제작되며, 초음파 드릴링(S2)을 위해서는 도 4에 개시된 바와 같은 천공을 위한 많은 수의 팁(30)들이 형성된 드릴링 플레이트(32)가 이용되고, 드릴링 플레이트(32)는 도 5에 개시된 바와 같은 시스템에 장착되어 천공을 위하여 이용된다.

도 4의 초음파 드릴링을 위한 드릴링 플레이트(32)의 하부에는 저면과 수직으로 소정 길이와 직경을 갖는 팁(30)들이 형성되며, 드릴링 플레이트(32)는 원판의 경도를 고려하여 소재가 선택되어 초음파 드릴링이 가능한 정도로 성형제작된 것이 이용됨이 바람직하다.

그리고,도 5의 천공을 위한 시스템은 드릴링 플레이트(32)의 하부에 원판(34)을 배치하고, 드릴링 플레이트(32)는 초음파 컨버터(36)에 장착되며, 초음파 컨버터(36)는 고주파 전력 공급부(38)에 연결된다. 따라서 전기적인 고주파 전력으로써 초음파 컨버터(36)에서 발진된 초음파가 드릴링 플레이트(32)로 인가된다.

도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법의 실시예에 대한 구체적 작용을 설명한다.

원판(34)은 붕소가 주입된 'P'형 단결정 실리콘으로 제작된 것을 이용하며, 그 형상은 실시예로써 식각 장비별로 직경은 150㎜ 내지 300㎜ 범위 내에서 결정되고, 두께는 0.5㎜ 내지 20㎜의 범위 내에서 결정될 수 있으며, 이에 국한되지 않고 직경 및 두께는 장비별로 다르게 결정될 수 있다.

그리고, 원판(34)은 연마제가 수용된 소정 용기(도시되지 않음)에 담기고, 연마제는 물과 혼합되어 용기에 수용되며, 콜로이드 상태의 연마제는 실리콘의 경도가 '8∼9'인 것을 감안하여 최소한 경도가 '9' 이상의 것을 이용한다.

고주파 전력 공급부(38)에서 약 20㎑의 주파수를 갖는 고주파 전력을 초음파 컨버터(36)로 제공되면, 초음파 컨버터(36)는 약 20㎑의 주파수를 갖는 고주파 전력을 이용하여 초음파 발진을 수행한다.

초음파 컨버터(36)가 초음파 발진되면 하부에 고정 장착된 드릴링 플레이트(32)는 이에 연동되어 진동되고, 드릴링 플레이트(32)의 하부 팁(30)들도 진동된다.

그러면, 연마제가 도 6과 같이 팁(30)의 상하 진동에 따라서 유동되고, 유동에 의하여 연마제 입자(40)는 원판(34)과 충돌되어 표면을 파쇄한다.

전술한 연마제 입자(40)의 원판(34) 표면 파쇄에 의하여 원판(34)에 미세 구멍이 가공되고, 이에 따라서 초음파 드릴링(S2)이 진행된다.

초음파 드릴링(S2)을 수행한 후 거친 연마(S4)가 표면의 연마를 위하여 수행된다. 거친 연마(S4)는 6㎛∼7㎛ 정도의 직경을 갖는 콜로이드 상태의 실리카, 탄화규소, 알루미나 또는 지르코늄 등을 연마제로 이용한 폴리싱(Polishing)이며, 그에 따라서 초음파 드릴링에서 생성된 원판(34) 표면의 돌출부나 흡착된 파티클이 물리적으로 연마 및 제거된다.

그리고, 물리적인 거친 연마(S4)를 수행한 상태에서 원판(34)의 표면에는 초음파 드릴링(S2) 또는 거친 연마(S4)에서 발생된 손상 부분이 잔류된다.

거친 연마(S4)를 수행한 후 원판(34)에 잔류된 손상 부분은 화학적인 식각(S6)에 의하여 제거된다.

이때 식각(S6)에 의하여 표면의 손상 부분은 완화되어 거친 부분이 제거되고, 그에 따라서 원판의 표면은 평탄해지며, 이때 원판(34)에 천공된 각 구멍의 내벽의 손상부 또는 돌출부도 화학적인 식각에 의하여 제거되거나 완화된다. 식각을 위한 식각액은 수산화칼륨이나 질산 또는 염산 중 어느 하나를 택일하여 이용된다.

식각 단계(S6)를 종료한 상태의 원판(34)은 표면 또는 구멍의 내벽이 어느 정도 평탄화되어 추후 파티클을 발생시킬 요인인 돌출부 또는 흡착 파티클이 제거된 상태이다.

전술한 식각을 수행한 원판(34)은 미세 연마(S8)를 통하여 표면과 구멍의 내벽을 광택 처리하며, 미세 연마(S8)는 4.5㎛ 이하의 직경을 갖는 콜로이드 입자를 이용한 폴리싱(Polishing)으로 이루어진다.

미세 연마(S8)를 완료한 후 원판(34)에 대한 세정(S10)이 이루어지며, 세정은 전술한 각 공정을 통하여 전극의 표면에 부착된 파티클을 제거하는 과정이다.

세정(S10)은 세부적으로 세 단계로 구분되어 진행된다.

일차 단계로 암모니아수를 가열한 상태에서 과산화수소수를 첨가한 세정액에 원판을 넣어서 전술한 공정을 수행하면서 원판(34)의 표면에 부착된 파티클을 제거한다. 이때 세정액은 50℃ 내지 90℃ 이상 가열되어 기포가 발생되며, 기포의 포착력에 의하여 원판(34)의 표면에 부착된 파티클이 포집되어 제거된다.

그리고, 이차 단계로 황산을 50℃ 이상 가열한 후 과산화수소수를 첨가한 세정액을 이용하여 원판(34)을 세정한다. 이때 황산에 의한 식각 작용과 과산화수소수가 가열됨에 의하여 발생되는 기포의 포착력에 의하여 원판(34)의 표면에 잔류된 파티클이 세정된다.

마지막으로, 삼차 단계로 탈이온수를 이용하여 세정한다.

전술한 세정(S10)을 거치면 원판의 제조가 완료되며, 필요한 경우 기종에 따른 선택적 적용을 위하여 환형 지지링을 하부에 접합시키고(S12), 최종적으로 완성된 제품이 포장된다(S14). 포장(S14)은 포장지 내부에 질소를 충진하여 외부의 파티클이 혼입되지 않도록 이루어진다.

종래의 다이아몬드 드릴링으로 천공된 전극의 구멍 부분 단면 사진이 도 7에 개시되어 있고, 본 발명에 따른 실시예에 따른 초음파 천공으로 형성된 전극의 구멍 부분의 단면 사진이 도 8에 개시되어 있다.

이들을 비교하면 도 7의 구멍 부분의 표면이 상당히 거칠게 나타난 반면에 도 8의 구멍 부분의 표면은 상당히 매끄러운 상태를 보이고 있다. 전술한 바와 같이 제작된 전극은 초음파 천공 방식으로 천공되어 구멍의 내벽과 표면의 평탄도가 뛰어나고, 반복적인 폴리싱을 이용한 연마와 세정액을 이용한 세정으로 파티클이 제거되어 공정 중에 웨이퍼를 오염시키는 파티클이 발생되지 않는다.

따라서 본 발명에 따른 실시예로 제작된 전극을 플라즈마 챔버에 장착하여 공정을 수행하면, 전극으로부터 파티클이 발생되지 않아서 수율이 향상된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면 초음파로 가공함으로써 가스를 챔버 내부로 분사 공급하는 전극의 표면을 미세하게 경면 처리하여, 파티클의 발생 요소를 제거함으로서 플라즈마 챔버의 공정 수율을 극대화시키는 효과가 있다.

Claims (9)

1. (삭제)
2. (정정) 복수 개의 팁들이 돌출 형성된 드릴링 플레이트에 실리콘 재질의 원판을 대향시키고, 상기 드릴링 플레이트 및 원판에 제 1 연마제를 공급하고, 상기 드릴링 플레이트에 초음파를 인가하여 상기 초음파에 대한 상기 드릴링 플레이트 및 팁의 연속되는 진동으로 상기 연마제 입자를 상기 원판에 충돌시켜서 상기 원판을 천공하는 단계; 상기 천공된 원판을 상기 제 1 연마제보다 미세한 제 2 연마제로 거칠게 표면 연마하는 단계; 거칠게 표면 연마된 상기 원판 상의 손상을 제거하도록 식각액으로 식각하는 단계; 식각된 원판을 상기 제 2 연마제보다 미세한 제 3 연마제로 미세하게 표면 연마하는 단계; 및 미세하게 표면 연마된 상기 원판을 세정하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 연마제는 경도 '9' 이상의 것이 이용됨을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 거친 표면 연마에 이용되는 상기 제 2 연마제의 입자 직경은 6㎛ 내지 7㎛범위 이내의 것임을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 연마제는 실리카, 탄화규소, 알루미나 또는 지르코늄 중 어느 하나임을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.
6. 제 2 항에 있어서, 상기 식각액은 수산화칼륨, 질산, 염산 중 어느 하나를 이용함을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 미세 연마에 이용되는 제 3 연마제의 직경은 4.5㎛ 이하의 것임을 특징으로 하나는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 3 연마제는 실리카, 탄화규소, 알루미나 또는 지르코늄 중 어느 하나임을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.
9. 제 2 항에 있어서, 상기 원판을 세정하는 단계는, 암모니아수를 가열한 상태에서 과산화수소수를 첨가한 세정액에 상기 원판을 넣어서 가열로 발생되는 기포로 상기 원판의 파티클을 포집하여 세정하는 단계; 황산을 가열한 후 과산화 수소수를 첨가한 세정액에 상기 세정된 상기 원판을 넣어서 가열로 발생되는 기포를 이용한 파티클 포집과 황산에 의한 화학적 식각력으로 세정하는 단계; 및 상기 기포 및 화학적 식각력으로 세정된 원판을 탈이온수에 넣어서 세정하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 플라즈마 챔버의 전극 제조 방법.