KR100906987B1

KR100906987B1 - 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극의 재생을 위한 세정방법

Info

Publication number: KR100906987B1
Application number: KR1020070127658A
Authority: KR
Inventors: 박상빈; 하굉호
Original assignee: (주)제니스월드
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-07-08
Also published as: KR20090060733A

Abstract

본 발명은 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극의 재생을 위한 세정 방법에 관한 것이며, 하부전극(16)의 소정 부위의 치수를 측정하는 입고검사 단계(51)와; 수산화칼륨(KOH) : 과산화수소(H2O2) : 정제수를 7 내지 13 중량부 : 7 내지 13 중량부: 42 내지 78 중량부로 혼합한 용액으로 10 내지 60분 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 전처리 단계(52)와; 불산(HF) : 질산(HNO3) : 정제수를 7 내지 13 중량부: 7 내지 13 중량부: 210 내지 390 중량부로 혼합한 용액으로 10분 내지 60분간 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 세정처리 단계(53)와; 산중화제 : 정제수를 7 내지 13 중량부: 7 내지 13 중량부로 혼합한 용액으로 10 내지 60분간 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 중화처리 단계(54)와; 알코올로 30분 내지 60분 세척하는 후처리 단계(55)와; 상온의 에어를 10 내지 30분간 블로잉하고, 이후 20 내지 60도에서 3 내지 10시간 동안 방치하는 베이킹 단계(56); 및 단계(51)에서 측정된 부위의 치수를 재측정하여 서로 비교하는 출고검사 단계(57)를 포함한다. 이에 따라 하부전극의 원래 표면을 그대로 유지하면서 이물질을 효과적으로 제거하고 하부전극 재생에 소요되는 시간을 단축시키며 재생 작업 비용이 저감될 수 있다.

세정, 엠보싱, 하부전극, 식각, 반도체

Description

반도체 장비 식각챔버 내 하부전극의 재생을 위한 세정 방법{Cleansing Method for Maintenance of Lower Electrode in Etching Chamber}

본 발명은 일반적으로 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극 재생 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 엠보싱이 형성되어 있는 표면을 가지는 하부전극의 표면 상의 이물질을 제거하기 위하여 액상의 화학물질을 사용함으로써, 하부전극의 원래 표면을 그대로 유지하면서 이물질만을 효과적으로 제거하고 하부전극 재생에 소요되는 시간을 단축시키며 재생 작업 비용이 저감될 수 있는 새로운 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극 재생을 위한 세정 방법에 관한 것이다.

예컨대 액정디스플레이(LCD)와 같은 반도체 장치를 제조하기 위해서는 피처리물에 대하여 산화, 마스킹, 포토레지스트 도포, 식각, 확산 및 적층 등과 이들 공정들의 전, 후에 보조적으로 수행되는 세척, 건조 및 검사 등의 여러 공정이 수행되어야 하며, 각각의 공정에는 대응하는 특별한 장비들이 사용된다. 이중 식각 공정에서는 피처리물의 최상단층에 원하는 패턴을 얻기 위하여 부분적으로 제거하는 공정으로서, 화학물질을 이용하는 습식식각, 기체상의 식각 가스를 플라즈마식각, 이온빔식각, 반응성이온식각 등의 건식식각을 포함한다.

일반적으로 식각공정은 식각가스를 예컨대 도 1에 도시된 바와 같은 식각챔버(10) 내로 인입시켜 상부전극(14) 및 하부전극(16)에 인가된 전압에 의하여 가속되어 피처리물(12) 상으로 인도되게 하고 피처리물(12) 표면 상의 막질과 반응되도록 함으로써 피처리물(12)의 표면을 식각하는 구성을 한다. 종래 식각챔버(10) 내의 하부전극(16)은, 예컨대 대한민국 실용신안 등록번호 20-0359870 (등록일 2004년 8월 12일) “반도체 및 액정패널 제조설비용 하부전극”의 공보에도 개시되어 있는 바와 같이, 식각가스가 피처리물(12)에 균일하게 공급되어 균일한 식각이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 표면상에 무수한 돌기 즉 엠보싱(20)을 가지는 형상을 한다(도 2 참조).

이러한 식각챔버(10)는 주기적으로 유지보수를 위해 해체되어 보수를 하게 된다. 이중 하부전극(16)에는 챔버 내의 O링에서 떨어져 나온 이물질 또는 식각용액 중 몰리브덴(Mo) 등의 이물질이 엠보싱(20) 구조 사이 사이에 끼여 있으므로 이들 이물질을 제거하고 원래의 엠보싱 구조를 재생하는 작업이 필요하게 된다. 이러한 하부전극(16)의 재생 작업은, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래에는 스프레이 건 방식을 사용하고 있었다. 통상적으로 하부전극(16)은 알루미늄 모재의 표면을 아노다이징(양극산화법)하여 표면에 산화알루미늄 피막(22)을 입힌 상태로서 세라믹 코팅을 이용하여 엠보싱을 형성한 제품이 널리 사용되고 있다. 종래에는 이러한 하부전극(16)의 상부에서 스프레이 건(40)으로 산화알루미늄 입자를 분사시키는 방식을 이용하여 이물질(30)을 제거한 수 재사용하게 된다.

그런데, 이러한 스프레이 건 방식의 재생 방법에 있어서는, 한 번의 재생작 업에 드는 기간이 약 2주 정도로 매우 길 뿐만 아니라, 스프레이 건으로 산화알루미늄 입자를 분사시킨 후에는 엠보싱 구조에 변화가 발생하는 등의 손상 위험이 있는 등의 단점이 있었다. 이에 따라 예비 하부전극을 준비하여야 하며 재생 작업에 따르는 비용이 매우 과다하다는 문제가 있었다. 따라서 하부전극의 재생시 엠보싱 구조에 변화를 주지 않으면서도 재생 작업시 소요되는 기간을 단축할 수 있는 새로운 기술에 대한 절실한 요구가 존재한다.

본 발명은 상술한 종래 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극의 재생 방식의 문제를 개선하기 위하여 고안된 것으로서, 엠보싱이 형성되어 있는 표면을 가지는 하부전극의 표면 상의 이물질을 제거하기 위하여 액상의 화학물질을 사용함으로써, 하부전극의 원래 표면을 그대로 유지하면서 이물질만을 효과적으로 제거하고 하부전극 재생에 소요되는 시간을 단축시키며 재생 작업 비용이 저감될 수 있는 새로운 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극 재생을 위한 세정 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극 재생을 위한 세정 방법에 의하여 달성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극 재생을 위한 세정 방법은, 식각챔버에서 분리된 하부전극의 소정 부위의 치수를 측정하는 입고검사 단계와; 입고검사된 하부전극의 표면을 수산화칼륨(KOH) 7 내지 13 중량부에 대하여 과산화수소(H₂O₂) 7 내지 13 중량부 그리고 정제수(DIW: deionized water) 42 내지 78 중량부로 혼합한 용액으로 10 내지 60분 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 전처리 단계와; 전처리된 하부전극의 표면을 불산(HF) 7 내지 13 중량부에 대하여 질산(HNO₃) 7 내지 13 중량부 그리고 정제수 210 내지 390 중량부로 혼합한 용액으로 10분 내지 60분간 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 세정처리 단계와; 세정처리된 하부전극의 표면을 산중화제 7 내지 13 중량부에 대하여 정제수 7 내지 13 중량부로 혼합한 용액으로 10 내지 60분간 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 중화처리 단계와; 중화처리된 하부전극의 표면을 알코올로 30분 내지 60분 세척하는 후처리 단계와; 후처리된 하부전극의 표면을 상온의 에어를 10 내지 30분간 블로잉하고, 이후 20 내지 60도의 팬 플로우(fan flow) 환경에서 3 내지 10시간 동안 방치하는 베이킹 단계; 및 베이킹된 하부전극의 표면에 대하여 상기 입고검사 단계에서 측정된 부위의 치수를 재측정하여 서로 비교하는 출고검사 단계를 포함한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 입고검사 및 출고검사 단계에서 검사하는 것은 상기 하부전극의 선택된 엠보스 부위의 높이, 선택된 부위의 표면 거칠기, 엠보싱이 없는 하부전극의 가장자리 부위 즉 댐의 거칠기, 엠보싱 및 댐의 손상 부위를 포함한다.

본 발명에 따르면, 엠보싱이 형성되어 있는 표면을 가지는 하부전극의 표면 상의 이물질을 제거하기 위하여 액상의 화학물질을 사용함으로써, 하부전극의 원래 표면을 그대로 유지하면서 이물질만을 효과적으로 제거하고 하부전극 재생에 소요되는 기간이 종래 2주에서 3 ~ 4일로 대폭 단축될 수 있고, 예비 하부전극을 별도로 준비할 필요가 없고, 재생 작업 비용이 약 50%이상 저감될 수 있으므로, 식각챔버의 운영비용이 절감되는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극 재생을 위한 세정 방법을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버 하부전극의 재생을 위한 세정 방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버 하부전극의 재생을 위한 세정 방법의 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명은, 도 4에서 약품용액(100)이 하부전극(16)의 표면에 작용하는 모습이 도시되며, 도 5에 흐름도로서 도시한 바와 같은 단계를 가지는, 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극(16)의 재생을 위한 세정 방법(50)에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서는 하부전극의 예로서 TEL 하부전극으로서 ESC(electrostatic control) 전극으로 쓰이는 제품을 기초로 하고 있으나, 유사한 엠보싱 구조를 가지는 하부전극이라면 모두 적용가능하다는 것을 당업자라면 쉽게 이해할 것이다.

본 방법(50)은 입고검사 단계(51) 이후 3번의 약품처리 단계 즉, 전처리 단계(52), 세정처리 단계(53), 중화처리 단계(54)를 거치며, 이후 약품 잔여물을 세척하기 위한 후처리 단계(55)를 거친 후, 비교적 저온에서 건조하는 베이킹 단 계(56)를 거친다. 모든 단계를 마친 하부전극(16)은 출고검사 단계(57)에서 그 결과가 검사된다.

입고검사 단계(51)는 식각챔버에서 분리된 하부전극(16)의 소정 부위의 치수를 측정하는 단계이다. 바람직한 실시예에 있어서, 입고검사 단계(51)에서 검사는 상기 하부전극(16)의 엠보싱(20) 구조를 구성하는 다수의 엠보스들 중 예컨대 16개 지점의 선택된 엠보스 부위의 높이, 예컨대 16개 지점의 선택된 부위의 표면 거칠기, 엠보싱이 없는 하부전극(16)의 가장자리 부위 즉 댐 중 예컨대 8개 지점의 거칠기, 그외에 엠보싱 및 댐의 손상 부위의 위치 및 상태 등을 각각 측정할 수 있다. 이러한 측정 데이터는 이후 출고검사단계(157)에서 검사된 데이터와 비교될 수 있다.

전처리 단계(52)는 입고검사된 하부전극(16)의 표면을, 예비적으로 약품처리하는 단계로서, 수산화칼륨(KOH) 7 내지 13 중량부에 대하여 과산화수소(H₂O₂) 7 내지 13 중량부 그리고 정제수(DIW: deionized water) 42 내지 78 중량부로 혼합한 용액, 또는 바람직하게는 10:10:60 중량비율로 혼합한 용액을 예컨대 와이퍼에 묻혀서 10분 내지 60분간, 바람직하게는 30분간 세척하고 이후 정제수로 30분이상, 바람직하게는 30분 내지 60분간 세척하는 단계이다. 수산화칼륨(KOH)과 과산화수소(H₂O₂)의 양이 과다한 경우이거나 세척시간이 더 긴 경우에는 불필요하게 하부전극의 표면에 스트레스를 주게되어 엠보스 구조에 파손을 일으킬 염려가 있고, 반대로 수산화칼륨(KOH)과 과산화수소(H₂O₂)의 양이 부족한 경우이거나 세척시간이 더 짧은 경우에는 이후 약품처리의 효율성이 떨어진다는 단점이 있다.

세정처리 단계(53)는, 강산 용액으로 이물질을 제거하는 단계로서, 전처리된 하부전극(16)의 표면을 불산(HF) 7 내지 13 중량부에 대하여 질산(HNO₃) 7 내지 13 중량부 그리고 정제수 210 내지 390 중량부로 혼합한 용액, 바람직하게는 10:10:300 중량비율로 혼합한 용액을 예컨대 와이퍼에 묻혀서 30분 이상 바람직하게는 30분 내지 60분간 세척하고, 이후 정제수로 10분 30분 더 세척한다. 필요한 경우, 미세한 홀과 같은 구조가 있는 경우, 이 미세한 구조를 정제수로 더 세척할 수 있다. 여기서 불산(HF)이나 질산(HNO₃)의 양이 과다하거나 세척 시간이 더 긴 경우에는, 하부기판의 이물질뿐만 아니라 엠보스 구조까지 손상을 일으킬 위험이 증가하며, 반대로 불산(HF)이나 질산(HNO₃)의 양이 부족하거나 세척 시간이 더 짧은 경우에는, 하부기판의 이물질이 원하는 정도로 제거되지 않을 위험이 크다.

중화처리 단계(54)는, 상기 세정처리 단계에서 강산에 의해 처리된 표면을 중화시키는 단계로서, 세정처리된 하부전극(16)의 표면을 산중화제 7 내지 13 중량부에 대하여 정제수 7 내지 13 중량부로 혼합한 용액, 바람직하게는 1:1 중량비율로 혼합한 용액으로 10 내지 60분간 세척하고 이후 정제수로 30분 이상, 바람직하게는 30분 내지 60분 세척하는 단계이다. 여기서 산중화제는 일반적으로 산을 중화시키는 알칼리성분이라면 모두 사용가능하다. 중화처리 단계(54)에서 산중화제의 양이 과다하거나 세척시간이 더 긴 경우, 하부전극의 표면이 알칼리성으로 지나치게 기울어지게 되므로 이후 하부기판의 표면 처리 마무리 작업이 불완전하게 될 염려가 있으며, 반대로 산중화제의 양이 부족하거나 세척시간이 더 짧은 경우에는, 하부전극의 표면이 완전히 중화되지 않게 되어 산성을 여전히 나타나게 되므로 역시 이후 하부기판의 표면 처리 마무리 작업이 불완전하게 되어, 하부기판 표면에 얼룩의 발생 등의 부작용이 나타날 수 있다.

후처리 단계(55)는, 앞선 단계들에서 약품처리된 표면을 깨끗하게 세척하는 단계로서, 중화처리된 하부전극(16)의 표면을 예컨대 이소프로필알콜(IPA)과 같은 알코올을 예컨대 스프레이건으로 뿌린 후 예컨대 와이퍼를 사용하여 30분 이상, 바람직하게는 30분 내지 60분간 세척하는 단계이다. 이 단계에서는 앞선 단계들에서 혹시라도 남겨져 있을지 모르는 산성 또는 알칼리성의 약품 성분을 완전히 제거하는 것을 보장하려는 것으로서, 세척시간이 지나치게 짧을 경우에는 이러한 제거 작업이 불완전할 염려가 있고, 세척시간이 더 긴 경우에는 불필요하게 작업시간이 길어질 염려가 있다.

베이킹 단계(56)는 세척된 표면을 건조시키는 단계로서, 후처리된 하부전극(16)의 표면을 상온의 에어를 10 내지 30분간, 바람직하게는 20분간 블로잉하고, 이후 40도의 팬 플로우(fan flow) 환경에서 3 내지 10시간 동안 방치하여 건조시키는 단계이다. 이 단계는 비교적 저온 환경에서 하부기판을 건조시키는 단계로서, 온도가 더 높거나 시간이 더 긴 경우에는 불필요하게 작업시간이나 작업비용이 과다해질 염려가 있으며, 온도가 더 낮거나 시간이 더 짧을 경우에는 원하는 정도의 건조가 이루어지지 않을 염려가 있다.

출고검사 단계(57)를 베이킹된 하부전극(16)의 표면에 대하여 상기 입고검사 단계(57)에서 측정된 부위의 치수를 재측정하여 서로 비교하는 단계이다. 바람직한 실시예에 있어서, 본 단계(57)에서 검사는 입고검사시 측정된 것과 마찬가지로 상 기 하부전극(16)의 엠보싱(20) 구조를 구성하는 다수의 엠보스들 중 예컨대 16개 지점의 선택된 엠보스 부위의 높이, 예컨대 16개 지점의 선택된 부위의 표면 거칠기, 엠보싱이 없는 하부전극(16)의 가장자리 부위 즉 댐 중 예컨대 8개 지점의 거칠기, 그외에 엠보싱 및 댐의 손상 부위의 위치 및 상태 등을 각각 측정할 수 있다. 이러한 측정 데이터는 이후 입고검사단계(51)에서 검사된 데이터와 비교될 수 있다.

상술한 방법을 통하여 하부전극(16)의 이물질을 제거하는 방식을 본 발명자들이 실시하여 본 결과, 기간은 통상 3~4일 정도 걸리며, 표면의 엠보싱 구조에 거의 손상을 주지 않으면서도, 이물질이 만족스럽게 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 이것은 종래 산화알루미늄 분말을 스프레이건으로 분사시켜 이물질을 제거하는 작업이 통상 2주의 기간이 걸릴 뿐만 아니라 표면 엠보싱 구조에 손상의 위험이 있음에 비하여 비용이 저렴할 뿐만 아니라 추가로 예비 하부전극을 투입할 필요가 없게 되므로 매우 경제적이라는 것이 쉽게 이해된다.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 예컨대 액정디스플레이(LCD)와 같은 반도체 장치를 제조하기 위해서 피처리물을 식각하기 위한 식각챔버의 엠보싱 구조 를 가지는 하부전극의 이물질을 제거하고 재사용하기 위한 재생작업 분야에서 이용가능하다.

도 1은 일반적인 반도체 제조설비의 식각챔버의 구성을 보여주는 개략도.

도 2는 종래 식각챔버 하부전극의 엠보싱 구조를 설명하기 위한 개략도.

도 3은 종래 식각챔버 하부전극의 재생을 위한 스프레이 건 방법을 설명하기 위한 설명하기 위한 개략도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버 하부전극의 재생을 위한 세정 방법을 설명하기 위한 개략도.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식각챔버 하부전극의 재생을 위한 세정 방법의 과정을 설명하기 위한 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 식각챔버

12 : 피처리물

14 : 상부전극

16 : 하부전극

20 : 엠보싱

22 : 피막

30 : 이물질

40 : 스프레이건

100 : 세정액

Claims

반도체 장비 식각챔버 내 하부전극(16)의 재생을 위한 세정 방법(50)으로서,

식각챔버에서 분리된 하부전극(16)의 소정 부위의 치수를 측정하는 입고검사 단계(51)와;

입고검사된 하부전극(16)의 표면을 수산화칼륨(KOH) 7 내지 13 중량부에 대하여 과산화수소(H₂O₂) 7 내지 13 중량부 그리고 정제수(DIW: deionized water) 42 내지 78 중량부로 혼합한 용액으로 10 내지 60분 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 전처리 단계(52)와;

전처리된 하부전극(16)의 표면을 불산(HF) 7 내지 13 중량부에 대하여 질산(HNO₃) 7 내지 13 중량부 그리고 정제수 210 내지 390 중량부로 혼합한 용액으로 10분 내지 60분간 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 세정처리 단계(53)와;

세정처리된 하부전극(16)의 표면을 산중화제 7 내지 13 중량부에 대하여 정제수 7 내지 13 중량부로 혼합한 용액으로 10 내지 60분간 세척하고 이후 정제수로 30분 내지 60분 세척하는 중화처리 단계(54)와;

중화처리된 하부전극(16)의 표면을 알코올로 30분 내지 60분 세척하는 후처리 단계(55)와;

후처리된 하부전극(16)의 표면을 상온의 에어를 10 내지 30분간 블로잉하고, 이후 20 내지 60도의 팬 플로우(fan flow) 환경에서 3 내지 10시간 동안 방치하는 베이킹 단계(56); 및

베이킹된 하부전극(16)의 표면에 대하여 상기 입고검사 단계(51)에서 측정된 부위의 치수를 재측정하여 서로 비교하는 출고검사 단계(57)를

포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극의 재생을 위한 세정 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 입고검사 및 출고검사 단계(51, 57)에서 검사하는 것은 상기 하부전극(16)의 선택된 엠보스 부위의 높이, 선택된 부위의 표면 거칠기, 엠보싱이 없는 하부전극(16)의 가장자리 부위 즉 댐의 거칠기, 엠보싱 및 댐의 손상 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 장비 식각챔버 내 하부전극의 재생을 위한 세정 방법.