KR100773486B1 - 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어 및 이의 코팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어 및 이의 코팅 방법에 관한 것으로서, 특히 폴리쉬 캐리어를 챔버 내에 장입 후 챔버 내의 잔여 가스를 배출시켜 진공 상태로 배기시키는 진공 배기 단계와; 폴리쉬 캐리어의 표면에 형성된 산화막 또는 오염물질을 제거하는 세정 단계와; 상기 챔버 내에서 가스를 주입하여 일정 압력으로 유지하면서 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 버퍼층을 적층시키는 버퍼층 형성 단계; 및 상기 챔버 내에 가스를 주입하여 일정 압력을 유지하면서 상기 버퍼층이 증착된 폴리쉬 캐리어의 표면에 카본 박막층을 적층시키는 카본 박막층 형성 단계로 이루어짐으로써 상기와 같은 본 발명에 따르면 DLC 박막에 금속 또는 반응성 가스를 첨가하여 안정적인 구조를 유지하도록 하여 DLC 박막의 고유한 특성에 영향을 미치지 않으면서 마찰계수를 감소시킬 수 있으며, 열적 안정성을 증가시켜 높은 내구성을 갖도록 하며, 높은 습도에 대해서도 낮은 마찰계수 값을 유지할 수 있다.
폴리쉬 캐리어, 카본 박막, 플라즈마, 마찰계수, 내구성
Description
도 1은 본 발명에 따른 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법을 수행하기 위한 코팅 장비를 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법을 설명하기 위한 공정도,
도 3은 본 발명에 따라 제조된 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 단면도.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110 : 가스 공급부 120 : 직류 전원 공급부
130 : 교류 전원 공급부 140 : 챔버
150 : 이온건 160 : 스퍼터건
200 : 폴리쉬 캐리어 210 : 버퍼층
220 : 카본 박막층
본 발명은 실리콘 웨이퍼 폴리싱용 폴리쉬 캐리어 및 캐리어 표면 코팅 방법 에 관한 것으로서, 상세하게는 반응성 가스 또는 금속을 함유한 카본박막을 폴리쉬 캐리어의 표면에 코팅하여 폴리싱때 발생하는 접촉으로 인해 마찰이 일어나는 캐리어 면의 윤활성과 내마모성을 증진시키도록 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어 및 이의 코팅 방법에 관한 것이다.
폴리쉬 캐리어(POLISH CARRIER)는 실리콘 웨이퍼(SILICON WAFER)의 평탄도 제어에 가장 중요한 공정에 사용되는 장치이다.
그러나, 이러한 종래의 폴리쉬 캐리어는 빠른 회전 하에서 캐리어의 접촉면과의 마찰에 때문에 마모가 증대됨으로써, 캐리어의 마멸이 증가하며, 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 물질에 대한 폴리싱때 발생되는 중금속들이 캐리어 표면에 쌓이는 현상들로부터 캐리어의 내구성을 잃게 되어 수명이 단축되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 캐리어의 표면에 DLC(DIAMOND LIKE CARBON) 박막을 코팅하는 방법이 개발되었다.
그러나, 이러한 종래의 DLC 박막은 낮은 마찰력, 높은 마모저항 그리고 화학적 비활성의 특성을 갖지만, 마찰에 의한 마모 현상을 더욱 더 감소시키기 위해서는 DLC 박막의 마찰계수를 현저하게 감소시킬 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하여, DLC 박막에 금속 또는 반응성 가스를 첨가하여 안정적인 구조를 유지하도록 하여 DLC 박막의 고유한 특성에 영향을 미치지 않으면서 마찰계수를 감소시킬 수 있으며, 열적 안정성을 증가시켜 높은 내구성을 갖도록 하며, 높은 습도에 대해서도 낮은 마찰계수 값을 유지할 수 있도록 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어 및 이의 코팅 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
폴리쉬 캐리어를 챔버 내에 장입 후 챔버 내의 잔여 가스를 배출시켜 진공 상태로 배기시키는 진공 배기 단계와; 폴리쉬 캐리어의 표면에 형성된 산화막 또는 오염물질을 제거하는 세정 단계와; 상기 챔버 내에서 가스를 주입하여 일정 압력으로 유지하면서 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 버퍼층을 적층시키는 버퍼층 형성 단계; 및 상기 챔버 내에 가스를 주입하여 일정 압력을 유지하면서 상기 버퍼층이 증착된 폴리쉬 캐리어의 표면에 카본 박막층을 적층시키는 카본 박막층 형성 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 진공 배기 단계는 상기 10-6Torr의 초기 진공도를 갖는다.
여기에서 또한, 상기 세정 단계는 상기 챔버의 진공도를 0.1~1.0mTorr로 유지하도록 상기 챔버의 일측에 설치된 이온건에 아르곤 가스를 주입하면서 상기 이온건을 동작시켜 10~40분 동안 상기 폴리쉬 캐리어의 표면을 에칭하여 세정한다.
여기에서 또한, 상기 버퍼층 형성 단계는 상기 챔버 내의 진공도를 0.5~20mTorr로 유지하도록 상기 챔버의 타측에 설치된 스퍼터건에 아르곤 가스를 주입하면서 상기 스퍼터건을 동작시켜 10~100분 동안 금속을 스퍼터링하여 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 버퍼층을 적층시킨다.
여기에서 또, 상기 버퍼층 형성 단계는 상기 챔버 내의 진공도를 0.1~1.0mTorr로 유지하도록 상기 이온건에 실란 가스를 주입하면서 상기 이온건을 동작하여 10~100분 동안 실란 가스를 이온화시켜 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 버퍼층을 적층시킨다.
여기에서 또, 상기 버퍼층은 그 두께가 0.1~2㎛이다.
여기에서 또, 상기 카본 박막층 형성 단계는 상기 챔버 내의 진공도를 0.5~20mTorr로 유지하도록 상기 스퍼터건에 아르곤 가스를 주입하면서 상기 스퍼터건을 동작시킴과 동시에 상기 이온건에 탄화수소계열 가스를 주입하면서 상기 이온건을 동작시켜 금속과 카본을 동시에 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 증착시켜 금속을 함유한 카본 박막층을 형성한다.
여기에서 또, 상기 금속은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 실리콘(Si), 텅스텐(W)중 선택된 어느 하나이다.
여기에서 또, 상기 챔버 내의 진공도를 0.1~1.0mTorr로 유지하도록 상기 이온건에 질소 가스 또는 실란 가스중 어느 하나의 가스와 탄화수소계열 가스를 동시에 주입하면서 상기 이온건을 동작시켜 이온화된 가스와 탄화수소의 양이온들이 반응하여 질소 가스 또는 실란 가스인 반응성 가스를 함유한 카본 박막층을 형성한다.
여기에서 또, 상기 금속 또는 반응성 가스를 함유한 카본 박막층의 합성 속도는 시간당 0.2~5㎛이고, 상기 카본 박막층은 그 두께가 0.1~50㎛이며, 금속 또는 반응성 가스의 함유량이 1~50at%이다.
본 발명의 다른 특징은 상기의 방법으로 제조된 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어를 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법을 수행하기 위한 코팅 장비를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법을 수행하기 위한 코팅 시스템(100)은, 가스 공급부(110)와, 직류 전원 공급부(120)와, 교류 전원 공급부(130)와, 챔버(140)와, 이온건(150)과, 스퍼터건(160)으로 구성된다.
먼저, 가스 공급부(110)는 시스템에 필요한 각종 가스를 이온건(150)과, 스퍼터건(160)으로 공급하고, 배관(111)에는 밸브(113)가 구비된다.
그리고, 직류 전원 공급부(120)는 이온건(150)과, 스퍼터건(160)에 DC 전원(3~6kW)을 공급한다.
또한, 교류 전원 공급부(130)는 챔버(140)의 지그(141)에 AC 전원(-50~-500V)을 공급한다.
또, 챔버(140)는 캐리어(200)가 실장되고, 좌우 이동 및 회전이 가능한 지그(141)가 내부에 구비되고, 일측에 진공 펌프(143)를 구비한다.
한편, 이온건(150)은 가스 공급부(110)로부터 가스를 공급받고, 직류 전원 공급부(120)로부터 직류 전원을 인가받아 가스를 이온화시킨다.
그리고, 스퍼터건(160)은 가스 공급부(110)로부터 가스를 공급받고, 직류 전원 공급부(120)로부터 직류 전원을 인가받아 금속을 스퍼터링시킨다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법을 설명하기 위한 공정도이고, 도 3은 본 발명에 따라 제조된 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 챔버(140) 내에 지그(141)에 폴리쉬 캐리어(200)를 장입한 후, 플라즈마 공정을 위하여 초기 진공도 10-6Torr에 도달하도록 진공 펌프(143)를 가동하여 챔버(140) 내의 잔여 공정 가스들을 배출시켜 진공 상태로 배기한다(S100).
그리고, 폴리쉬 캐리어(200) 표면의 산화막 또는 오염물질을 제거하기 위하여 이온 빔 소스로서 선형의 이온건을 이용하여 세정하는 데, 직류 전원 공급 부(120)를 통해 이온건(150)에 DC 3kW를 공급하고, 가스 공급부(110)를 통해 이온건(150)에 아르곤 가스를 공급하면서 이온건(150)을 작동시킴과 동시에 챔버(140)의 지그(141)에 AC 전원을 공급하여 기판 바이어스 전압 -50~-500V에서 10~40분 동안 폴리쉬 캐리어(200)를 에칭한다(S110).
이때, 아르곤 가스의 량은 60~90sccm이며, 플라즈마 세정시 진공도는 0.1~1.0mTorr 이다. 이러한 아르곤 가스량과 진공도를 유지하지 못하면 플라즈마의 발생이 균일하지 못하게 되며, 바이어스 전압은 -50V이하이면 폴리쉬 캐리어(200) 표면에 있는 오염을 제거 할 수 없고, 화학적 습윤(chemical wetting) 상태를 만들 수 없으며, -500V이상이 되면 폴리쉬 캐리어(200) 표면이 아르곤 이온들에 의해서 손상을 받게 된다. 한편, 폴리쉬 캐리어(200)를 세정, 즉 에칭시에는 지그(141)를 이온건(150)측으로 이동시켜 이온건(150)의 정면에서 에칭이 이루어지도록 한다.
폴리쉬 캐리어(200)의 세정이 완료되면, 챔버(140) 내에서 가스를 주입하여 일정 압력으로 유지하면서 폴리쉬 캐리어(200)의 표면에 버퍼층(210)을 적층시킨다(S120).
이때, 버퍼층을 적층하는 방법은 2가지 방법이 있는데, 첫 번째 방법으로는 챔버(140) 내의 진공도를 0.5~20mTorr로 유지하도록 챔버(140)의 타측에 설치된 스퍼터건(160)에 가스 공급부(110)를 통해 아르곤 가스를 주입하면서 직류 전원 공급부(120)를 통해 스퍼터건(160)에 DC 6kW를 공급하면서 스퍼터건(160)을 작동시킴과 동시에 챔버(140)의 지그(141)에 AC 전원을 공급하여 기판 바이어스 전압 -50~-500V에서 10~100분 동안 폴리쉬 캐리어(200)의 표면에 금속(크롬(Cr), 티타늄(Ti), 실리콘(Si), 텅스텐(W))을 스퍼터링하여 버퍼층(210)을 적층시킨다. 한편, 첫 번째 방법으로 폴리쉬 캐리어(200)에 버퍼층(210)을 적층시에는 지그(141)를 스퍼터건(160)측으로 이동시켜 스퍼터건(160)의 정면에서 버퍼층(210)의 적층이 이루어지도록 한다.
두 번째 방법으로는 챔버(140) 내의 진공도를 0.1~1.0mTorr로 유지하도록 챔버(140)의 타측에 설치된 스퍼터건(160)에 가스 공급부(110)를 통해 실란 가스를 주입하면서 직류 전원 공급부(120)를 통해 이온건(150)에 DC 6kW를 공급하면서 이온건(150)을 작동시킴과 동시에 챔버(140)의 지그(141)에 AC 전원을 공급하여 기판 바이어스 전압 -50~-500V에서 10~100분 동안 폴리쉬 캐리어(200)의 표면에 실리콘(Si) 금속으로 이루어진 버퍼층(210)을 적층시킨다. 여기에서, 버퍼층 두께는 0.1~2㎛ 사이가 바람직한데, 버퍼층 두께가 0.1㎛ 미만이면, 버퍼층(210)이 깨지기 쉬우며, 2㎛ 초과되면, 버퍼층의 접합력이 저하되는 문제가 있다. 한편, 두 번째 방법으로 폴리쉬 캐리어(200)에 버퍼층(210)을 적층시에는 지그(141)를 이온건(150)측으로 이동시켜 이온건(150)의 정면에서 버퍼층(210)의 적층이 이루어지도록 한다.
버퍼층(210)의 적층이 완료되면, 챔버(140) 내에 가스를 주입하여 일정 압력을 유지하면서 버퍼층(210)이 증착된 폴리쉬 캐리어(200)의 표면에 카본 박막층(220)을 적층시킨다(S130).
이때, 카본 박막층을 적층하는 방법은 2가지 방법이 있는데, 첫 번째 방법으로는 챔버(140) 내의 진공도를 0.5~20mTorr로 유지하도록 스퍼터건(160)에 아르곤 가스를 주입하면서 스퍼터건(160)을 동작시킴과 동시에 이온건(150)에 탄화수소계열 가스를 주입하면서 이온건(150)을 동작시키고, 챔버(140)의 지그(141)에 AC 전원을 공급하여 기판 바이어스 전압 -50~-500V를 인가시켜 금속(크롬(Cr), 티타늄(Ti), 실리콘(Si), 텅스텐(W))과 카본을 동시에 폴리쉬 캐리어(200)의 표면에 증착시켜 금속을 함유한 카본 박막층(220)을 형성한다.
두 번째 방법으로는 챔버(140) 내의 진공도를 0.1~1.0mTorr로 유지하도록 이온건(150)에 질소 가스 또는 실란 가스와 탄화수소계열 가스를 동시에 주입하면서 이온건(150)을 동작시킴과 동시에 챔버(140)의 지그(141)에 AC 전원을 공급하여 기판 바이어스 전압 -50~-500V를 인가시켜 이온화된 가스와 탄화수소의 양이온들이 반응하여 질소 가스 또는 실란 가스인 반응성 가스를 함유한 카본 박막층(220)을 형성한다.
여기에서, 금속 또는 반응성 가스를 함유한 카본 박막층(220)의 합성 속도는 시간당 0.2~5㎛이고, 카본 박막층은 그 두께가 0.1~50㎛이며, 금속 또는 반응성 가스의 함유량이 1~50at%이다. 한편, 시간당 합성 속도가 시간당 0.2㎛ 미만이면 공정시간이 길어지는 단점이 있고, 시간당 합성속도가 5㎛를 초과하면 내마모성과 접합력이 저하되는 단점이 있다. 그리고, 금속 또는 반응성 가스를 함유한 카본 박막층(220)의 두께가 0.1㎛ 미만이면 박막층의 역할을 할 수 없는 단점이 있고, 두께가 50㎛를 초과하면 박막의 응력(스트레스)현상으로 인한 심한 박리 현상이 발생하게 되는 단점이 있다. 또한, 금속 또는 반응성 가스의 함유량이 1at% 미만이면 DLC가 되는 단점이 있고, 50at% 초과이면 금속성 특성을 갖는 단점이 있다.
따라서, 폴리쉬 캐리어의 표면에 1차적으로 금속 재질의 버퍼층을 형성하고, 버퍼층을 상면에 금속 또는 가스를 함유한 카본 박막층을 형성함으로써 카본 박막의 내구성을 확보하면서도 마찰계수를 감소시켜 내마모성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어 및 이의 코팅 방법에 따르면, 폴리쉬 캐리어에 반응성 가스 또는 금속을 함유한 카본 박막을 코팅함으로써, 마찰계수를 감소시켜 내마모성을 향상시키고 폴리쉬 캐리어의 내구성을 지속할 수 있도록 하여 캐리어의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (13)
- 폴리쉬 캐리어를 챔버 내에 장입 후 챔버 내의 잔여 가스를 배출시켜 진공상태로 배기시키는 진공 배기 단계와, 폴리쉬 캐리어의 표면에 형성된 산화막 또는 오염물질을 제거하는 세정 단계와, 상기 챔버 내에서 가스를 주입하여 일정 압력으로 유지하면서 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 버퍼층을 적층시키는 버퍼층 형성 단계와, 상기 챔버 내에 가스를 주입하여 일정 압력을 유지하면서 상기 버퍼층이 증착된 폴리쉬 캐리어의 표면에 카본 박막층을 적층시키는 카본 박막층 형성 단계로 이루어지는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법에 있어서,상기 버퍼층 형성단계는 상기 챔버 내의 진공도를 0.1~1.0mTorr로 유지하도록 상기 이온건에 실란 가스를 주입하면서 상기 이온건을 동작하여 10~100분 동안 실란 가스를 이온화시켜 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 버퍼층을 적층시키는 것을 특징으로 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 버퍼층은,그 두께가 0.1~2㎛인 것을 특징으로 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 카본 박막층 형성 단계는,상기 챔버 내의 진공도를 0.5~20mTorr로 유지하도록 상기 스퍼터건에 아르곤 가스를 주입하면서 상기 스퍼터건을 동작시킴과 동시에 상기 이온건에 탄화수소계열 가스를 주입하면서 상기 이온건을 동작시켜 금속과 카본을 동시에 상기 폴리쉬 캐리어의 표면에 증착시켜 금속을 함유한 카본 박막층을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법.
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- 제 1 항에 있어서,상기 챔버 내의 진공도를 0.1~1.0mTorr로 유지하도록 상기 이온건에 질소 가스 또는 실란 가스중 어느 하나의 가스와 탄화수소계열 가스를 동시에 주입하면서 상기 이온건을 동작시켜 이온화된 가스와 탄화수소의 양이온들이 반응하여 질소 가스 또는 실란 가스인 반응성 가스를 함유한 카본 박막층을 형성하는 것을 특징으로 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 반응성 가스를 함유한 카본 박막층의 합성 속도는,시간당 0.2~5㎛인 것을 특징으로 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 카본 박막층은,그 두께가 0.1~50㎛인 것을 특징으로 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 카본 박막층은,반응성 가스의 함유량이 1~50at%인 것을 특징으로 하는 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어의 코팅 방법.
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| KR1020070050482A KR100773486B1 (ko) | 2007-05-23 | 2007-05-23 | 표면이 코팅된 폴리쉬 캐리어 및 이의 코팅 방법 |
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| KR101045364B1 (ko) | 2009-05-20 | 2011-06-30 | 권민수 | 고방열 금속판을 이용한 피씨비 제조방법 |
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- 2007-05-23 KR KR1020070050482A patent/KR100773486B1/ko active IP Right Grant
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