KR101257383B1 - 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그에 관한 것으로, 그라파이트 모재와, 상기 그라파이트 모재의 외경 또는 외경 및 내경에 접하여 위치하며, 상기 그라파이트 모재의 두께보다 더 두꺼운 두께의 가이드부를 포함한다. 본 발명은 고순도 알루미나를 이용하여 그라파이트 모재의 상부에 증착되는 SiC의 증착위치를 한정하여 정확한 실리콘 카바이드 구조물을 제작할 수 있어, 그 실리콘 카바이드 구조물의 외경 또는 외경 및 내경을 후가공하지 않아도 되기 때문에 생산성을 향상시키며, 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그{Jigs for manufacturing silicon carbide structures}

본 발명은 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외경 또는 외경 및 내경의 가공이 요구되지 않는 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에서 사용되는 건식식각장치는, 기체상의 식각가스를 사용하는 플라즈마식각 등이 있다. 이는 식각가스를 반응용기내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하며, 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 수십 nm 수준의 미세 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

플라즈마 식각에서의 균일한 식각을 위하여 고려되어야 할 변수(parameter)들로는 식각할 층의 두께와 밀도, 식각가스의 에너지 및 온도, 포토레지스트의 접착성과 웨이퍼 표면의 상태 및 식각가스의 균일성 등을 들 수 있다. 특히, 식각가스를 이온화시키고, 이온화된 식각가스를 웨이퍼 표면으로 가속시켜 식각을 수행하는 원동력이 되는 고주파(RF: Radio frequency)의 조절은 중요한 변수가 될 수 있으며, 또한 실제 식각과정에서 직접적으로 그리고 용이하게 조절할 수 있는 변수로 고려된다.

그러나, 실제로 식각이 이루어지는 웨이퍼를 기준으로 볼 때, 웨이퍼 표면 전체에 대한 균일한 에너지 분포를 갖도록 하는 고른 고주파의 적용은 필수적이며, 이러한 고주파의 적용시의 균일한 에너지 분포의 적용은 고주파의 출력의 조절만으로는 달성될 수 없으며, 이를 해결하기 위하여는 고주파를 웨이퍼에 인가하는데 사용되는 고주파 전극으로서의 스테이지와 애노우드의 형태 및 실질적으로 웨이퍼를 고정시키는 기능을 하는 포커스링 등에 의하여 크게 좌우된다.

상기 포커스링은 플라즈마가 존재하는 가혹한 조건의 반응챔버내에서 플라즈마의 확산을 방지하고, 식각 처리가 이루어지는 웨이퍼 주변에 플라즈마가 한정되도록 하는 역할을 하는 것이다.

이처럼 포커스링은 웨이퍼의 직경에 비해 더 큰 직경의 내경을 가지는 것이며, 종래에는 웨이퍼보다 더 큰 실리콘 포커스링을 제조하기 위하여 더 큰 직경의 실리콘 잉곳(ingot)을 성장시키고, 그 실리콘 잉곳을 소정 두께의 원판 형태로 절단 한 후, 그 실리콘 원판의 중앙부를 가공하여 제거하여 제조하였다.

그러나 웨이퍼의 대형화가 심화되면서 직경이 더 큰 포커스링의 사용이 필요하고, 대형의 포커스링을 제조하기 위한 잉곳의 형성 및 가공면적의 증가 등에 의하여 제조가 용이하지 않은 문제점이 발생하였다.

또한 앞서 설명한 바와 같이 포커스링은 그 역할이 웨이퍼의 주변에서 플라즈마의 확산을 방지하는 역할을 하기 때문에 항상 플라즈마에 노출되어 있다. 따라서 표면이 식각되어지며 그 식각에 의해 수명이 단축되어 빈번하게 교체를 해줘야 한다.

이와 같은 포커스링의 빈번한 교체는 그 포커스링의 교체를 위하여 건식식각공정을 중단해야 하기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있었으며, 그 포커스링의 식각에 따른 식각부산물의 양이 증가하여 식각공정의 원활한 진행이 어려운 문제점이 있었다.

또한 그 포커스링의 수명이 짧기 때문에 소모품으로서의 포커스링의 사용량이 많아 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.

아울러 종래 포커스링은 웨이퍼에 비해 직경이 더 큰 실리콘 잉곳을 형성하고, 그 잉곳을 절단하여 원판을 획득한 후, 그 원판의 중앙부를 제거하는 공정이 필요하기 때문에, 그 실리콘 잉곳의 대부분을 사용할 수 없어 재료의 낭비가 심하고, 그 버려지는 실리콘의 처리가 용이하지 않은 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 감안하여 본 발명의 출원인이 출원 공개한 공개특허 10-2011-0033355호에는 원판형의 그라파이트 베이스에 SiC를 증착하고, 그 그라파이트 베이스의 측면을 노출시키는 절단 가공을 수행하여, 그 베이스의 측면부에 위치하는 SiC링을 획득하여 포커스링으로 사용하도록 한 것입니다.

SiC 포커스링을 제조한 후, 그 포커스링의 내경부와 외경부를 다시 정밀하게 가공해야 하기 때문에 생산성이 저하되며, 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.

이와 유사하게 SiC 재질의 구조물의 예로, SiC 기판이 있다.

SiC 기판 역시 위의 포커스링의 제조와 유사하게 그라파이트 베이스에 SiC를 증착하고, 그 그라파이트 베이스의 측면 절단, 측면이 노출된 그라파이드 베이스를 상하로 분할 한 후, 그 그라파이트 베이스를 제거하여 SiC 기판을 제조하는 방법이 제안되었다.

그러나 이와 같은 SiC 기판 역시 외경부분을 후가공 처리해야 하기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는, 후가공이 요구되지 않는 SiC 구조물 제조용 지그를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그는, 그라파이트 모재와, 상기 그라파이트 모재의 외경 또는 외경 및 내경에 접하여 위치하며, 상기 그라파이트 모재의 두께보다 더 두꺼운 두께의 가이드부를 포함한다.

본 발명은, 고순도 알루미나, SiN, AlN 등의 그라파이트 모재와는 다른 열팽창계수를 가지는 지그를 이용하여 그라파이트 모재의 상부에 증착되는 SiC의 증착위치를 한정하여 정확한 실리콘 카바이드 구조물을 제작할 수 있어, 그 실리콘 카바이드 구조물의 외경 또는 외경 및 내경을 후가공하지 않아도 되기 때문에 생산성을 향상시키며, 제조비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그의 일실시 단면 구성도이다.
도 2는 도 1의 지그에 CVD법으로 SiC를 증착한 상태의 단면 구성도이다.
도 3은 도 2에서 지그를 제거한 상태의 SiC층의 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그의 단면 구성도이다.
도 5는 도 4의 지그에 CVD법으로 SiC를 증착한 상태의 단면 구성도이다.
도 6은 도 4에서 지그를 제거한 상태의 SiC층의 단면 구성도이다.
도 7은 도 1의 지그의 다른 예의 평면 구성도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그의 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그는, 원판형의 그라파이트 모재(10)와, 상기 원판형의 그라파이트 모재(10)의 주변을 감싸는 링 형태의 가이드부(20)를 포함하여 구성된다.

상기 가이드부(20)의 두께는 상기 그라파이트 모재(10)의 두께보다 더 크다.

상기 가이드부(20)는 SiC의 증착률이 상기 그라파이트 모재(10)에 비하여 현저하게 낮으며, SiC의 증착온도에서 불순물의 방출이 없는 고순도 알루미나(Al₂O₃)를 사용함이 바람직하다.

또한 고순도 알루미나 이외에 SiN, AlN 등의 세라믹을 사용할 수 있다.

상기 그라파이트 모재(10)와 가이드부(20)의 형상 및 배치는 원판형의 SiC구조물을 제조하기 위한 것으로, 플레이트나 SiC 기판을 제조하는데 적당한 것이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 지그를 증착로에 장입하고, SiC를 CVD법으로 증착하면 그라파이트 모재(10)의 상부에 더 두꺼운 SiC가 증착된다.

도 2는 상기 도 1에 도시한 본 발명의 일실시예에 따른 SiC 구조물 제조용 지그에 SiC를 증착한 상태의 단면 구성도이다.

도 2를 참조하면 증착되는 SiC층(30)은 상기 그라파이트 모재(10)의 상부에 더 두껍게 증착되며, 상기 가이드부(20)의 상부에는 얇은 두께로 증착된다.

이와 같은 상태에서 SiC층(30)으로 이루어진 원판형의 SiC 구조물을 획득하기 위해서는, 상기 그라파이트 모재(10)로부터 가이드부(20)를 분리한다.

이때 상기 그라파이트 모재(10)와 가이드부(20)의 상부에는 연속적인 SiC층(30)이 형성되어 있으나, 그 가이드부(20)의 상부에 증착된 SiC층(30)의 두께가 현저하게 얇기 때문에 쉽게 파단되어 그라파이트 모재(10)와 가이드부(20)를 분리할 수 있게 된다.

이와 같이 분리한 후에 그라파이트 모재(10)를 제거하여 SiC층(30)으로 이루어지는 SiC 구조물을 획득할 수 있게 된다.

상기 그라파이트 모재(10)를 제거하는 방법으로는 기계적인 연마나 절삭가공에 의해 가능하며, 또한 산소분위기에서 열처리하는 방법을 사용할 수 있다.

이와 같이 얻어진 SiC층(30)인 SiC 구조물의 외경은 상기 가이드부(20)의 측면에 의해 정의되는 형상과 크기에 의해 별도의 후가공이 요구되지 않는 상태로 얻어지게 된다.

도 3은 상기 도 2에서 가이드부(20)와 그라파이트 모재(10)를 제거한 상태의 SiC층(30)의 단면 구성도이다.

도 3을 참조하면 원판형의 실리콘 카바이드 구조물인 SiC층(30)을 얻을 수 있으며, 그 SiC층(30)은 상하 절단을 통해 한 쌍의 원판형 실리콘 카바이드 구조물을 얻을 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그의 단면 구성도이다.

도 4를 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그는, 원판형의 제1가이드부(40)와, 상기 원판형의 제1가이드부(40)의 외측에 밀착되는 고리형의 그라파이트 모재(50)와, 상기 그라파이트 모재(50)의 외측에 밀착되는 링형의 제2가이드부(60)를 포함하여 구성된다.

상기 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60)의 높이는 상호 동일하며, 상기 그라파이트 모재(50)의 두께보다는 더 두꺼운 것이다.

이와 같은 본 발명의 다른 실시예는 링형의 SiC 구조물을 제조하기 위한 지그의 형상이며, 링형의 SiC 구조물은 링으로 사용을 할 수 있다.

도 5는 상기 도 4에 도시한 본 발명의 다른 실시예의 SiC 구조물 제조용 지그에 SiC를 증착한 상태의 단면 구성도이다.

도 5에 도시한 바와 같이 상기 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60)는 모두 앞서 설명한 가이드부(20)와 같이 고순도 알루미나 등의 세라믹을 사용하며, 따라서 상기 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60)의 사이 그라파이트 모재(50) 상에 SiC층(30)이 증착된다.

앞서 설명한 바와 같이 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60)의 상부에도 SiC가 증착되기는 하나 이는 매우 얇은 두께로 증착되는 것이며, 따라서 상기 SiC층(30)의 증착 후 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60)를 용이하게 분리 제거할 수 있게 된다.

또한 물리적, 화학적 방법으로 상기 그라파이트 모재(50)를 제거하게 된다.

따라서 본 발명은 그라파이트 모재(50)의 상부에 그 그라파이트 모재(50)와 동일한 형상을 가지며, 내경이 제1가이드부(40)의 외측면에 접하고 외경이 제2가이드부(60)의 내측면에 접하여 그 내경과 외경을 후 가공할 필요가 없는 링 구조의 SiC 구조물을 제조할 수 있게 된다.

도 6은 도 5에서 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60) 및 그라파이트 모재(50)를 제거한 상태의 SiC층(30)의 단면 구성도이다.

도 6을 참조하면 상기 도 5에서 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60) 및 그라파이트 모재(50)를 제거하여 고리형 SiC층(30)을 얻을 수 있게 된다.

고리형 SiC층(30) 또한 상하로 분할하여 다수의 고리형 실리콘 카바이드 구조물을 얻을 수 있게 된다.

도 7은 상기 도 1에 도시한 지그의 일실시 평면도이다.

도 7을 참조하면 상기 원판형의 그라파이트 모재(10)의 둘레를 알루미나 재질의 링형 가이드부(20)가 에워싼 형태이나, 상기 그라파이트 모재(10)의 열팽창률과 알루미나 재질의 가이드부(20)의 열팽창률의 차이를 고려하여 그 링형 가이드부(20)를 분할된 다수의 가이드기재(21,22,23)로 구성할 수 있다.

즉, 가이드부(20)를 분할된 호형의 가이드기재(21,22,23)로 구성함으로써, 열팽창률 차이에 따른 균열 등의 발생을 방지할 수 있게 된다.

상기 분할된 가이드부(20)의 구조는 앞서 설명한 링형 SiC 구조물 제작을 위한 제1가이드부(40)와 제2가이드부(60)에도 동일하게 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

10,50:그라파이트 모재 20:가이드부
30:SiC층 40:제1가이드부
50:제2가이드부

Claims (4)

1. 원판형 또는 고리형의 그라파이트 모재와,
   상기 원판형의 그라파이트 모재의 외경 또는 상기 고리형의 그라파이트 모재의 외경 및 내경에 접하여 위치하며, 상기 원판형의 그라파이트 모재 및 상기 고리형의 그라파이트 모재의 두께보다 더 두꺼운 두께의 가이드부를 포함하는 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부는 알루미나, SiN 또는 AlN인 세라믹 재질인 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부의 두께와 상기 원판형의 그라파이트 모재의 두께의 차 또는 상기 가이드부의 두께와 상기 고리형의 그라파이트 모재의 두께 차는,
   제작하고자 하는 실리콘 카바이드 구조물의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그.
   
4. 제1항 내지 제3항에 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가이드부는,
   호형으로 다분할 된 것을 특징으로 하는 실리콘 카바이드 구조물 제조용 지그.

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