KR100727672B1 - 플라즈마 에칭 장치용 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching

Abstract

본 발명은, 석영유리, 알루미늄, 알루마이트 또는 그것들의 조합으로 된 부재의 표면에 두께가10㎛이상, 두께 편차가 10%이하, 바람직하게는 면거칠기Ra가 1㎛이하인 산화이트륨 또는 YAG 피막이 형성된 플라즈마 에칭 장치용 부재, 및 이 부재 표면에, 산화이트륨이나 YAG를 플라즈마 용사하는 방법, 산화이트륨이나 YAG분말을 산수소화염으로 용융하여, 피복하는 방법, 이트륨이나 이트륨 화합물 또는 YAG를 용해하는 용액을 도포해, 가열 용융하는 방법 또는 그것들의 조합중 어느 하나의 방법으로 두께가 10㎛이상, 두께의 편차가 10%이하, 바람직하게는 면거칠기 Ra가 1㎛이하인 산화이트륨 또는 YAG 피막을 형성하는 제조 방법이다. 그리고, 본발명의 플라즈마 에칭 장치용 부재는, 내플라즈마성이 높게 유지되어, 부분적인 전기적 특성의 변화에 의한 비정상적 에칭도 없고, 장시간 사용이 가능하다. 특히, 12인치 실리콘 웨이퍼의 대형반도체 디바이스의 처리에 있어서도 상기 특성이 유지되어 장시간 사용이 가능하다.
플라즈마, 에칭, 피막, 실리콘 웨이퍼

Description

플라즈마 에칭 장치용 부재 및 그 제조 방법{Member for Plasma Etching Device and Method for Manufacture Thereof}
본 발명은, 반도체 디바이스의 플라즈마 에칭 장치에 이용하는 부재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산화 이트륨 또는 YAG의 피막으로 피복된 플라즈마 에칭 장치용 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래부터 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 플라즈마 내에서 발생한 이온이나 래디칼을 이용해, Si웨이퍼 표면의 박막을 에칭 처리하는 것이 행하여 지고 있다. 이 플라즈마 에칭 처리법으로는 Si웨이퍼 표면의 박막을 화학적인 에칭 메카니즘으로, 또는 물리적인 에칭 메카니즘으로, 또는 전기적으로 이온의 스피드를 가속시켜, Si웨이퍼 표면으로 끌어 들여 박막을 이방적으로 에칭하는 방법 등이 있다. 플라즈마 에칭 처리에 있어서, 석영 유리, 알루미늄, 알루마이트 등으로 된 부품이나 용기(이하 부재라고도 함)를 이용하는 것이 일반적이나, 이 때, 부재 자체의 표면도 에칭되어, 파티클이 발생하여, 반도체 디바이스를 오염시키는 문제가 있었다. 그래서, 부재 표면에 불소 수지나 엔지니아링 플라스틱제 테잎을 간이적으로 붙이는 방법이나 상기 수지의 피막을 형성하는 방법이 제안되고 있다. 그러나, 테잎을 붙이는 방법으로는, 테잎 자체의 두께가 얇아, 내에칭성이 충분하지 않거 나, 테잎을 붙이는 것에 의해 이음새가 형성되어, 이 부분의 틈새에 플라즈마 이온이 스며들어 부재를 부분적으로 에칭시키거나, 또는 테잎을 균일하게 표면에 붙이기가 어려워, 부분적으로 부재와 테잎 사이에 틈이 생기게 되어, 이 틈에 의해 표면에 요철이 형성되어 표면에서의 전기적 특성에 불균일이 발생하여, 그것이 원인이 되어 부분적인 절연 파괴가 일어나고, 테잎에 핀홀이 발생하는 등의 문제가 있었다. 더욱이, 테잎의 접착재에서 오염 물질이 방출되어, Si웨이퍼의 특성을 열화시키는 결점도 있었다.
한편, 종래의 불소수지나 엔지니아링 플라즈마를 피복한 부재는, 표면이 거칠어지기 쉽고 플라즈마가 잘 발생하지 않거나, 막에 핀홀이 형성되는 등의 결점이 있었다.
이러한 석영 유리, 알루미늄, 알루마이트 등으로 된 부재의 결점을 해결하기 위해 내플라즈마성이 뛰어난 세라믹으로 된 부재가 일본 특개 2001-118910호 공보 등에서 제안 되고 있다. 그러나, 전기 세라믹으로 된 부재는, 소성시에 크랙이나 휨이 발생해 대형 부재의 제작이 곤란한 데다가, 고비용으로 이어지는 등의 문제가 있다.
그래서, 본 발명은, 첫번째로, 내플라즈마성이 높고, 또한 부분적인 전기적 특성의 변화에 의한 비정상적 에칭이 없으며, 장시간의 사용이 가능한 플라즈마 에칭 장치용 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 두번째로, 12인치 Si웨이퍼라고 하는 대형의 반도체 디바이스에도 대응할 수 있는 플라즈마 에칭 장치용 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 세 번째로, 상기 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 석영 유리, 알루미늄, 알루마이트 또는 그것들의 조합으로 된 부재의 표면에 두께가 10㎛이상, 두께의 편차가 10%이하, 바람직하게는 면 거칠기Ra가 1㎛이하인 산화 이트륨 또는 이트륨 알루미늄 가닛(이하YAG라 함)의 피막이 형성된 플라즈마 에칭 장치용 부재, 및 석영 유리, 알루미늄, 알루마이트 또는 그것들의 조합으로 된 플라즈마 에칭 장치용 부재의 표면에, 산화이트륨이나 YAG를 플라즈마 용사하는 방법, 산화 이트륨이나 YAG분말을 산수소화염으로 용융해 피복하는 방법, 이트륨이나 이트륨 화합물 또는 YAG를 용해하는 용액을 도포해, 가열용융하는 방법 또는 그것들의 조합중 어느 하나의 방법으로 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명을 이하에서 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 플라즈마 에칭 장치용 부재는 석영 유리, 알루미늄, 알루마이트 또는 그것들의 조합으로 되어, 그 표면에 두께가 10㎛이상, 피막의 편차가 10%이하, 바람직하게는 면 거칠기Ra가 1㎛이하인 산화 이트륨 또는 YAG 피막이 형성된 부재이다. 상기 산화 이트륨 또는 YAG피막의 두께가 10㎛ 미만에서는 핀홀이 발생하기 쉽고, 부재의 모서리부가 극단으로 얇아져 크랙이 발생한다. 또한, 표면 거칠기Ra가 1㎛를 넘으면, 피막 표면의 전기 특성에 부분적인 변화가 일어나, 비정상적 에칭이 일어난다. 더욱이, 두께의 편차가 10%를 넘으면, 피막의 표면 거칠기Ra가 1㎛이하라도 커다란 파장이 발생해, 이 파장에 의해 피막의 전기적 특성이 열화해, 플라즈마에 의한 핀홀의 발생이 용이하게 된다. 바람직하게는, 상기 부재의 모서리부를 R0.5mm이상으로 곡면가공한 뒤, 산화 이트륨 또는 YAG피막을 피복하는 것이 좋다. 이 곡면가공에 의해 피막의 박화를 방지할 수 있고 핀홀 발생이 적어 진다. 상기 곡면가공으로는, 석영 유리로 된 부재인 경우에는, 산수소화염으로 모서리부를 가공하는 방법, 글라인더 등으로 모서리부를 기계적으로 가는 방법, 결정질이산화규소분, 탄화규소분 등을 모서리부에 내뿜는 방법이, 또한, 알루미늄, 알루마이트로 된 부재인 경우에는 글라인더 등으로 기계적으로 가는 방법이나 결정질이산화규소분, 탄화규소분 등을 내뿜는 방법 등이 채용된다.
상기 플라즈마 에칭 장치용 부재에 있어서, 석영 유리로 되어 있는 부재 상에 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 미리 산화 이트륨 또는 YAG를 1~10중량%의 범위에서 함유시킨 석영 유리로 부재를 작성하고, 그 위에 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성한 부재가 좋다. 이것에 의해 부재와 산화 이트륨 또는 YAG의 피막과의 열팽창계수의 차가 작아져, 막박리가 감소해 내플라즈마성이 한층 더 증가하게 되고, 파티클의 발생도 억제되어 사용 시간을 길게 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법의 양태를 기술한다. 즉, 석영 유리, 알루미늄, 알루마이트 또는 그것들의 조합으로 된 소재를 기계가공으로 플라즈마 에칭 장치용 부재로 형성해, 그 표면에, (i)산화 이트륨 또는 YAG를 플라즈마 용사하는 방법, (ii)산화 이트륨 또는 YAG분을 산수소화염 중에서 용융해 그것으로 피복하는 방법, (iii)이트륨이나 이트륨 화합물 또는 YAG를 용해한 용액을 부재에 도포하고, 건조시킨 다음, 산수소화염으로 가열용융하는 방법(이하 용액도포법이라함), 또는 그것들의 조합으로 된 방법의 어느 하나의 방법으로, 산화 이트륨 또는 YAG의 피막을 형성해 제조하는 방법이 있다. 그 중에서도 용액 도포법으로 산화 이트륨 또는 YAG의 피막을 형성한 다음, 그 위에 산화 이트륨 또는 YAG를 플라즈마 용사하면, 막 두께가 두꺼우면서도 균질한 산화 이트륨 또는 YAG피막을 형성 할 수 있어 바람직하다. 상기 산화 이트륨 또는 YAG 피막의 두께는 10㎛이상, 피막의 편차는 10%이하, 바람직하게는 여기에 면 거칠기 Ra는 1㎛이하인 것이 좋다. 특히 부재가 알루미늄, 알루마이트로 제작된 경우에는, 이 부재의 내열성이 떨어지게 되므로 플라즈마 용사, 용액도포법 또는 그것들의 조합으로 산화 이트륨 또는 YAG를 피복하는 것이 좋다. 상기 용액도포법에서 사용하는 이트륨 화합물로는, 수산화물, 질산염, 탄산염, 황산염, 옥살산염 등을 들 수 있다. 이 이트륨이나 이트륨 화합물 또는 YAG를 용해하는 용매로서는 순수 또는 유기용매를 들 수 있고, 이것들의 용매에 이트륨이나 이트륨 화합물 또는 YAG를 용해하여 도포액이 조제된다. 상기 용액 도포법에 있어서는 핀홀이 발생하지 않도록 3회이상 도포하는 것이 좋다.
상기 플라즈마 에칭 장치용 부재에 있어서, 부재가 석영 유리로 된 경우에는, 산화 이트륨 또는 YAG피복 전에 부재 표면을 프로스트 처리로 조면화하는 것이 좋다. 이것에 의해 피막이 잘 미끄러지지 않게 되어 막박리를 방지할 수 있다. 상기 프로스트 처리라는 것은, 물리적 수단이나 화학적 수단으로 석영 유리 표면에 요철을 마련하는 것을 말하지만, 물리적 수단으로는, 결정질이산화규소분, 탄화규소분 등을 가압 공기로 내뿜는 이른바 샌드 블라스트 법, 브러쉬에 결정질이산화규소분, 탄화규소분등을 붙여 물에 적셔서 광택을 내는 방법 등이 있다. 또, 화학적 수단으로는 불화수소, 불화암모늄의 혼합 시약에 침적시키는 약액처리 방법 등이 있다. 특히 화학적 수단에서는 표면에 마이크로크랙의 발생이 없고, 표면에서의 석영 유리의 기계적 강도가 저하되지 않으므로 적합하다. 상기 프로스트 처리에서 형성되는 표면 거칠기 Ra는 0.1~10㎛의 범위가 좋다. 상기 범위를 벗어나면, 산화 이트륨 또는 YAG피막과 석영 유리와의 밀착성이 충분히 개선되지 않아 바람직하지 않다.
이하, 본 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
12인치의 Si웨이퍼의 드라이 에칭 장치용의 석영 유리 챔버를 만들었다. 이 석영 유리 챔버의 내표면에 결정질이산화규소분을 내뿜어, 챔버의 모서리부를 R2mm로 곡면가공하였다. 거기에, 챔버내 표면 전체에도 결정질이산화규소분(입경 100~300㎛)를 내뿜어, 표면 거칠기 Ra 2.5㎛, Rmax 20㎛인 요철면으로 하였다. 얻 어진 석영 유리 챔버의 내표면에 Y2O3을 플라즈마 용사해 두께 40㎛의 Y2O3피막을 형성했다. 그 피막의 표면 거칠기 Ra는 0.2㎛로, 두께의 편차는 12%였다.
상기 석영 유리 챔버 안에서, CF4 + 02의 가스를 플라즈마화하여, 12인치 Si웨이퍼의 산화막을 에칭하였다. 5주간 이 챔버를 사용하였으나, Y2O3피막이 에칭되어 석영 유리가 노출되지 않고, Si웨이퍼 표면에도 비정상적인 파티클이 발생하는 일이 없었다.
실시예 2
실시예1과 같이, 12인치의 석영 유리 챔버를 석영 유리로 만들었다. 이 챔버의 모서리부를 산수소화염으로 가열해서, R 1mm로 곡면가공 하였다. 그리고, 석영 유리 챔버를 불산과 불화암모늄과의 약액으로 에칭 처리하여, 내표면에 Ra 1.5㎛, Rmax 13㎛의 요철면을 형성했다. 이 챔버 내표면에 YAG를 플라즈마 용사해, 50㎛의 YAG피막을 형성하였다. 이 때의 YAG피막의 표면 거칠기Ra는 0.5㎛로, 막 두께의 편차는 8%였다.
상기 석영 유리 챔버 내에서, CF4 + 02의 가스를 플라즈마화시켜, 12인치 웨이퍼의 산화막을 에칭하였다. 5주간 이 챔버를 사용했으나, YAG피막이 에칭되어 석영 유리가 노출 되지 않고, Si웨이퍼 표면에도 비정상적인 파티클이 발생하는 일이 없었다.
실시예 3
12인치의 Si웨이퍼의 드라이 에칭 장치용의 알루미 커버를 만들었다. 알루미늄 커버의 표면을 알루마이트 처리하였다. 이 커버의 모서리부를, R 1mm로 곡면 가공하여, 그 외표면에 Y2O3를 용사하고, 200㎛의 Y2O3피막을 형성했다. 이 때의 Y2O3피막의 표면 거칠기 Ra는 0.1㎛로, 두께의 편차는 15%였다.
상기 알루미 커버를 구비한 에칭 장치내에서, CF4 + 02의 가스를 플라즈마화 하여, 12인치 웨이퍼의 산화막을 에칭시켰다. 5주간 이 커버를 사용했으나, Y2O3피막이 에칭되어 알루미늄이 노출되지 않고, Si웨이퍼 표면에도 비정상적인 파티클이 발생하는 일이 없었다.
실시예 4
석영분에 5중량%의 Y2O3분을 혼합하고, 볼밀로 충분히 균일하게 혼합하였다. 이 원료를 산수소화염중에서 용융해 석영 유리의 덩어리를 제작하였다. 이 모재에서 12인치 Si웨이퍼의 드라이 에칭 장치용 석영 유리 챔버를 제작하였다. 이 챔버의 내표면에 결정질이산화규소분(100~300㎛)을 내뿜어, 표면 거칠기 Ra 2.5㎛, Rmax 20㎛의 요철면을 형성하였다. 얻어진 챔버의 내표면에 Y2O3을 플라즈마 용사하여, 두께 150㎛의 Y2O3피막을 얻었다. 이 피막의 표면 거칠기 Ra는 0.5㎛, 막두께의 편차는 10%였다.
상기 석영 유리 챔버 안에서, CF4 + 02의 가스를 플라즈마화시켜, 12인치 Si웨이퍼의 산화막을 에칭했다. 12주간 이 챔버를 사용하였으나, Y2O3피막이 에칭되어 석영 유리가 노출되는 일이 없고, Si웨이퍼 표면에도 비정상적인 파티클이 발생하는 일도 없었다.
실시예 5
12인치 Si웨이퍼의 드라이 에칭 장치용 석영 유리 챔버를 제작하였다. 이 챔버의 모서리부를 산수소화염으로 가열해, R1mm로 곡면가공하였다. 그리고 챔버 내를 불산과 불화암모늄의 약액으로 에칭 처리 하여, 표면 거칠기 Ra 2.5㎛, Rmax 20㎛의 요철면을 형성하였다. 얻어진 챔버 내표면에 질산이트륨 용액을 4회 도포하고, 건조시킨 다음 산수소화염으로 가열용융하여 50㎛의 Y2O3피막을 얻었다. 이 피막의 표면 거칠기 Ra는 0.5㎛, 피막 두께의 편차는 8%였다.
상기 석영 유리 챔버 내에서, CF4 + 02의 가스를 플라즈마화시켜, 12인치 Si웨이퍼의 산화막을 에칭하였다. 12주간 이 챔버를 사용하였으나, Y2O3피막이 에칭되어 석영 유리가 노출되지 않고, Si웨이퍼 표면에도 비정상적인 파티클이 발생하는 일이 없었다.
비교예 1
12인치 Si웨이퍼의 드라이 에칭 장치용의 석영 유리 챔버를 제작하였다. 이 석영 유리 챔버 내에서, CF4 + 02의 가스를 플라즈마화시켜, 12인치 Si웨이퍼의 산화막을 에칭하였다. 2주간 이 챔버를 사용한 결과, Si웨이퍼 표면에 비정상적인 파티클이 발생하여, 일주일 만에 사용을 중지하였다.
비교예 2
12인치 Si웨이퍼의 드라이 에칭 장치용 알루미 커버를 제작하였다. 그 표면을 알루마이트 처리하였다. 이 알루미 커버의 외표면에 125㎛의 폴리이미드 테잎을 붙여, 이 알루미 커버를 사용한 에칭 장치로 CF4 + 02의 가스를 플라즈마화시켜, 8인치 웨이퍼의 산화막을 에칭하였다. 2주일간 사용한 결과, 폴리이미드 테잎의 틈새가 비정상적으로 에칭되어 알루미가 노출되고, 또 표면에 요철이 생겨 부분적으로 에칭이 가속화되어, 폴리이미드 테잎에 핀홀이 발생하였다. 2주일 후, 폴리이미드 테잎을 박리하여, 다시 폴리이미드 테잎을 붙여 장치에 세팅한 결과, 비정상적인 오염이 웨이퍼에 확인되어, 사용을 중지하였다.
비교예 3
12인치 Si웨이퍼의 드라이 에칭 장치용 알루미 커버를 제작하였다. 이 알루미 커버의 표면을 알루마이트 처리하였다. 이 알루미 커버를 사용한 에칭 장치로, CF4 + 02의 가스를 플라즈마화시켜, 12인치 Si웨이퍼의 산화막을 에칭하였다. 2주간 이 커버를 사용한 결과, 일주일 후부터 알루마이트가 박리되어, 웨이퍼 표면에 파티클이 발생하는 것이 확인되어, 사용을 중지하였다.
본 발명의 플라즈마 에칭 장치용 부재는, 내플라즈마성이 높고, 또한 부분적인 전기적 특성의 변화에 의한 비정상적 에칭이 없고, 장시간 사용이 가능하다.
특히, 12인치Si에 대응 가능한 대형 부재라 하더라도 상기 특성이 유지되어 장시간 사용이 가능하다. 이 플라즈마 에칭 장치용 부재는, Y2O3나 YAG를 용사하는 방법, 이트륨이나 YAG화합물의 용액을 도포한 후 산수소화염으로 산화하는 방법, 또는 Y2O3나 YAG분을 용융해 그것으로 피복하는 방법, 또는 그것들의 조합 중 어느 것 하나의 방법 등, 간편한 방법으로 제조가 가능해, 공업적 가치가 높은 것이다.

Claims (12)

  1. 산화 이트륨 또는 YAG를 1~10중량% 함유하는 석영 유리부재의 표면에 피막의 두께가 10㎛이상, 두께 편차가 15%이하인 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재.
  2. 제1항에 있어서, 산화이트륨 또는 YAG 피막의 면거칠기 Ra가 1㎛이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 기재된 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조방법에 있어서,
    산화 이트륨 또는 YAG를 1~10중량% 함유하는 석영 유리부재의 표면에, 산화 이트륨이나 YAG를 플라즈마 용사하는 방법, 산화 이트륨이나 YAG 분말을 산수소화염으로 용융해 피복하는 방법, 이트륨이나 이트륨 화합물 또는 YAG를 용해한 용액을 도포하고 가열 용융하는 방법 또는 그것들의 조합중 어느 하나의 방법으로 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 산화 이트륨 또는 YAG를 1~10중량% 함유하는 석영 유리부재의 표면을 프로스트 처리한 다음, 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 프로스트 처리가 약액에 의한 표면 처리임을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법.
  8. 제5항에 있어서, 산화 이트륨 또는 YAG를 1~10중량% 함유하는 석영 유리부재의 모서리부를 R 0.5mm이상으로 곡면가공한 다음, 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 산화 이트륨 또는 YAG를 1~10중량% 함유하는 석영 유리부재의 표면을 프로스트 처리한 다음, 산화 이트륨 또는 YAG 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 프로스트 처리가 약액에 의한 표면 처리임을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법.
  11. 제5항에서 제10항 중의 어느 한 항에 있어서, 산화 이트륨 또는 YAG피막의 형성에 있어서, 이트륨이나 이트륨 화합물 또는 YAG를 용해한 용액을 도포하고, 가열 용융하여 산화 이트륨 또는 YAG피막을 형성한 다음, 그 위에 산화 이트륨이나 YAG를 플라즈마 용사하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 장치용 부재의 제조 방법.
  12. 삭제
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