KR100417926B1 - 플라즈마에칭전극 - Google Patents

Abstract

저가이고 더스트의 발생을 줄이고 고성능인 전극을 유지할 수 있는 플라즈마 에칭용 전극을 개시한다. 전극은 플라즈마에 의해 소모되는 부분과 나머지 부분을 포함하며, 여기서 플라즈마에 의해 소모되는 부분은 금속규소나 유리상 탄소재료로 형성되고, 나머지 부분은 유리상 탄소재료의 막으로 피복된 탄소재료로 형성된다.

Description

플라즈마 에칭 전극

본 발명은 LSI나 IC와 같은 반도체 집적회로나 광통신용 도파관의 제조에 사용되는 플라즈마 에칭용 전극에 관한 것이다.

최근에는 반도체 집적회로의 미세화 기술과 고밀도화 기술이 진보함에 따라 고정밀도로 웨이퍼(wafer)상에 미세한 패턴을 형성할 수 있는 플라즈마 에칭 기술의 중요성이 높아지고 있다.

이런 플라즈마 에칭 방법에서, 알루미늄, 흑연, 유리상 탄소, 금속규소, 석영 등으로 형성된 전극이 사용되어 왔다. 이들 전극 중에서, 특히 규소 및 유리상탄소로 형성된 전극이 미세가공 및 고집적의 반도체 제조를 위해 사용되어 왔다.

그러나 금속규소 및 유리상 탄소로 형성된 전극이 고가이므로 이런 고가 전극을 대신하는 저가의 전극을 개발하는 것이 요구되어 왔다.

본 발명의 목적은 고성능인 전극을 유지하면서 코스트를 줄이는 플라즈마 에칭용 전극을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전극의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 전극의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 전극의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 전극의 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제5실시예에 따른 전극의 평면도이다.

도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 전극의 단면도이다.

본 발명자는 상기 목적을 이루기 위해 예의 검토하여 플라즈마에 의해 소모되는 부분이 금속규소나 유리상 탄소재료로 형성되고 나머지 부분이 유리상 탄소재료 막으로 피복된 탄소재료로 형성되는 방법에 의해 고정밀도인 에칭이 가능하면서 코스트를 줄이는 플라즈마 에칭용 전극을 얻을 수 있는 것을 발견하였다.

에칭 전극에서, 그 모양이 적용에 따라 변하지만, 실제로 소모되고 예컨대 더스트의 발생에 의해 에칭 특성상에 효과가 직접적으로 미치는 부분은 플라즈마와 접촉되는 부분이다. 그러나, 현재 전극에서는 전극이 장착된 부분과 같은 나머지 부분은 또한 금속규소나 유리상 탄소재료와 같은 고가의 단일 재료로 형성된다. 이런 에칭 전극은 전극의 일부 표면만이 소모될 때 교환되고 사용된 전극은 버려진다. 즉, 고가의 재료 전체가 전극의 일부분 만이 소모된 후 버려져, 이런 전극을 사용하는 플라즈마 에칭의 운전비(running cost)가 증가함에 따라 플라즈마 에칭으로 제조된 반도체의 코스트가 증가하게 된다.

이런 단점을 해결하기 위해서는, 플라즈마에 의해 소모되는 전극의 부분을종래 전극에서와 같이 금속 규소나 유리상 탄소재료로 형성하고, 나머지 부분을 전극에 있어서 필요한 도전성을 갖는 저가의 재료로 형성하는 것을 고려할 수 있고, 이 관점으로부터, 플라즈마에 의해 소모되는 부분 이외의 부분을 형성하는 재료로서 탄소재료 예컨대 흑연을 사용하는 것이 본 발명자에 의해 검토되어 왔다. 그러나, 플라즈마에 의해 소모되는 부분 이외의 부분이 단순히 탄소재료로 형성된 경우에, 플라즈마 에칭에 의해 가공되는 동안 탄소재료로 형성된 부분에서 입자(또는 더스트)가 떨어져 웨이퍼와 같은 워크피스의 표면에 부착되는 문제가 발생하는 것을 발견하게 되었다. 따라서, 본 발명자는 더스트의 발생 감소의 측면에서 플라즈마 에칭 전극을 더욱더 검토하여, 충분한 도전성을 나타내는 유리상 탄소재료로 탄소재료의 표면을 피복하여 입자의 탈락을 방지할 수 있고 유리상 탄소재료로 피복된 재료와 금속 규소나 유리상 탄소재료의 조합에 의해 고성능을 유지하면서 코스트를 줄이는 플라즈마 에칭용 전극을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 지식을 기초로 하여, 본 발명을 완성하였다.

그러므로 상기 목적을 이루기 위해, 본 발명에 따라, 금속규소나 유리상 탄소재료로 형성되는 플라즈마에 의해 소모되는 부분과 유리상 탄소재료 막으로 피복된 탄소재료로 형성되는 나머지 부분을 포함하는 플라즈마 에칭용 전극을 제공한다.

여기에 개시된 본 발명은 하기 도면을 참고로 하여 더욱 잘 이해될 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참고로 하여 기술될 것이다.

본 발명에 따른 플라즈마 에칭용 전극은 도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같은모양으로 형성될 수 있다. 이러한 모양을 갖는 전극에서, 플라즈마와 접촉하고 플라즈마에 의해 소모되는 부분(1)은 금속규소나 유리상 탄소재료로 형성되고, 플라즈마와 직접적으로 접촉하지 않는 나머지 부분(2)은 유리상 탄소재료로 피복된 탄소재료로 형성된다. 더욱이, 본 발명의 전극의 모양은 도면에 나타낸 것으로 한정되지 않는다.

플라즈마에 의해 소모되는 부분(1)이 금속규소로 형성되는 경우에, 금속규소는 단결정형이나 아니면 다결정형일 수도 있다. 반면에, 부분(1)이 유리상 탄소재료로 형성된 경우에, 유리상 탄소재료는 셀룰로스, 푸르푸릴알코올, 페놀수지, 아세톤, 폴리카르보디이미드수지, 푸란수지, 푸르푸랄수지, 다른 열경화수지 및 그것들의 혼합물로부터 선택된 원료로부터 제조될 수도 있다.

반면에, 소모되지 않는 부분(2)을 형성하는 탄소재료로서, 흑연과 같은 일반적인 탄소재료를 사용할 수도 있다. 유리상 탄소재료로 이런 탄소재료를 피복하는 것은 진공함침(vacuum impregnation), 초음파 함침, 브러시코팅 또는 스프레이에 의해 용제에 용해된 공급원 재료의 용액으로 탄소재료의 표면을 피복한 후 소성하는 식으로 실시될 수 있다. 이 경우에, 유리상 탄소재료의 상기 공급원 재료로서 셀룰로스, 푸르푸릴알코올, 페놀수지, 아세톤, 폴리카르보디이미드수지, 푸란수지, 푸르푸랄수지, 다른 열경화수지 및 그것들의 혼합물로부터 선택된 재료; 및 추가로 피치 및 분해수지를 사용할 수도 있다. 다른 방법으로는, 스퍼터링이나 플라즈마 CVD에 의해 유리상 탄소재료의 피복을 실시할 수 있다. 유리상 탄소재료로 탄소재료 표면을 피복하는 상술한 방법은 다만 설명을 목적으로 하고 많은 변형이 본 발명의 범위내에서 이루어질 수도 있다는 것을 주목해야만 한다. 유리상 탄소재료의 막두께는 강도 및 마모 저항성의 측면에서 0.1 내지 500㎛ 범위이내, 바람직하게는 0.5 내지 200㎛ 범위이내 일 수도 있다.

금속 규소나 유리상 탄소재료로 형성된 부분(1)은 유리상 탄소재료로 피복된 탄소재료로 형성된 부분(2)과 볼트-체결; 납땜 충전금속을 사용하는 납땜; 나사식; 또는 유기접착제, 탄소접착제나 도전성 접착제를 사용하는 접착결합에 의해 접합될 수 있다. 부분(2)과 부분(1)의 접합은 특별히 제한하지는 않지만, 전극에 대하여 필요한 도전성이 가능한 방식으로 실시될 수도 있다.

본 발명의 전극에 관하여, 표면, 특히 플라즈마와 접촉하는 표면은 연마재를 사용한 래핑, 버핑 또는 전해 연마에 의해 연마될 수 있지만 한정하지는 않는다. 이 경우에서, 표면거칠기는 JIS-B0601에서 규정된 Ra가 0.001 내지 0.5㎛ 범위내, 바람직하게는 0.001 내지 0.015㎛ 범위내이고, Rmax가 0.001 내지 2㎛ 범위내, 바람직하게는 0.01 내지 0.15㎛ 범위내이도록 명시될 수도 있다. 이런 표면거칠기는 더스트의 발생을 억제하는데 상당히 효과적이다.

본 발명의 플라즈마 에칭 전극에는 반응가스가 플라즈마 부위에 원활하게 흐르도록 적당한 수의 관통구멍을 형성할 수도 있다. 이런 관통구멍은 초음파가공, 방전가공, 드릴링 가공, 레이저가공 또는 워터제트 가공에 의해 형성될 수도 있다.

본 발명의 플라즈마 에칭 전극은 평행 판형 플라즈마 에칭용으로 가장 적합하지만, 일반적인 플라즈마 에칭 공정에 대해서 사용될 수 있고; 이런 전극을 사용하는 플라즈마 에칭은 정상상태에서 실시될 수 있다.

실시예

본 발명은 하기 실시예를 참고로하여 더 명확히 이해될 수 있지만, 이런 실시예는 단지 설명을 목적으로 하고 본 발명을 제한하는 의미가 아닌 것을 주목해야만 한다.

실시예 1 및 2

P형 보론(저항값: 15Ωcm)으로 도핑된 단결정 규소부재를 크기(두께: 7mm, 직경: 223.5mm)로 가공하고, 드릴로 부재의 표면에 3025개의 구멍(직경: 0.84mm)을 형성한 후 래핑가공기로 표면을 연마하여 도 5 및 도 6에 도시된 플라즈마에 의해 소모되는 전극샘플의 부분(1)을 제조하였다. 또한 상술한 것과 동일한 방식으로 유리상 탄소판(불순물 농도: 2ppm, 두께: 5mm)을 사용하여 플라즈마에 의해 소모되는 부분(1)을 제조하였다.

반면에, 등방성 흑연부재(밀도: 1.82g/㎤)를 고리형상(외경: 241.5mm, 두께: 19.05mm)으로 가공하고, 고리형상 흑연부재의 표면 전체를 진공함침 및 스프레이에 의해 폴리카르보디이미드수지로 코팅하고, 생성물을 소성로에 넣어, 2000℃ 온도에서 비활성 분위기에서 폴리카르보디이미드수지를 소성하여 도 6에 도시된 플라즈마에 의해 소모되지 않은 전극샘플의 부분(2)을 제조하였다. 유리상 탄소재료의 두께는 5㎛였다.

부분(1) 각각을 인듐충전재를 사용한 납땝으로 부분(2)에 접합하여 전극샘플을 얻었다.

비교예 1, 2 및 3

유리상 탄소재료로 피복되지 않은 등방성 흑연부재를 플라즈마에 의해 소모되지 않는 부분(2)으로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1 및 2의 프로시저를 반복하여 전극샘플을 제조하였다. 추가로, 완전히 규소로 형성되는 전극 샘플을 제조하였다.

다음에, 상기 전극 샘플 각각을 플라즈마 에칭 시스템에 설치하고, 반응가스로서 트리플로로메탄; 아르곤 및 산소의 혼합가스를 사용한 플라즈마로 실리콘 웨이퍼(직경: 8인치)상의 산소막을 에칭시켰다. 이 에칭후에 웨이퍼의 표면에 부착한 입자(입자크기: 0.3㎛이상)의 수를 세었다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타낸 결과로부터, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭 전극은 저가이고 전극성능이 우수하다는 것을 알수 있다.

[표 1]

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고성능인 전극을 유지하면서 코스트를 줄이는 플라즈마 에칭용 전극을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 플라즈마에 의해 소모되는 부분과 나머지 부분으로 구성되는 플라즈마 에칭 전극으로서,

   플라즈마에 의해 소모되는 부분은 금속규소 또는 유리상 탄소재료로 형성되고, 나머지 부분은 유리상 탄소재료의 막으로 피복된 탄소재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 전극.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유리상 탄소재료 막의 두께가 0.1 내지 500㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 전극.

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