KR101447006B1 - 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 식각장치의 실리콘 카바이드 구조물에 관한 것으로, 플라즈마 식각장치의 내부에 적용되는 SiC 구조물에 있어서, 상기 SiC 구조물은 그라파이트 원판에 SiC를 증착하여 SiC층을 형성한 후, 상기 SiC층을 가공하여 얻어진 판상 또는 링형상이며, 상기 그라파이트 원판에 접촉되는 SiC층의 면이 상기 기재면이고, 상기 기재면의 반대면이 성장면인 것을 특징으로 한다. 본 발명은 그라파이트판에 SiC를 화학기상 증착법으로 증착하고, 그라파이트판과 SiC층을 분리하여, SiC 구조물을 제조한 후, SiC 구조물을 플라즈마 식각장치에 적용할 때 입자가 작은 기재면이 플라즈마에 접촉되는 방향으로 설치되도록 함으로써, 입자가 상대적으로 큰 성장면측이 플라즈마에 접촉되는 구조에 대하여 보다 균일한 식각 경향을 나타내도록 하며, 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물{Silicon carbide structures for plasma processing device}

본 발명은 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 카바이드 구조물의 성능을 향상시키고 수명을 연장시킬 수 있는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물에 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.

종래에는 이와 같이 플라즈마 식각장치 내에 설치되는 구조물들의 수명을 연장시키기 위하여 Si재질 대신 SiC 재질의 포커스링이나 전극을 제조하는 방법에 대한 연구가 진행되었다.

본 발명의 출원인의 등록특허 10-1178184가 대표적인 예라 할 수 있다.

상기 등록특허 10-1178184호에 기재된 바에 따르면, 그라파이트 원판의 전체에 SiC를 증착하여 SiC 코팅층을 형성하고, 절단을 통해 플라즈마 식각장치에 사용되는 SiC 소재의 구조물을 획득하는 방법이 기재되어 있다.

그러나 상기와 같이 제조된 SiC 소재의 구조물을 플라즈마 식각장치에 적용할 때의 방법에 대해서는 기재되어 있지 않다.

본 발명의 과제는, SiC 소재의 구조물을 제조한 후, 플라즈마 식각장치에 적용할 때 SiC 소재의 구조물의 설치 방향에 따라 구조물 자체의 식각 경향에 차이가 있음을 밝히고, 바람직한 설치 방향을 제공할 수 있는 플라즈마 식각장치의 SiC 구조물을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 플라즈마 식각장치의 SiC 구조물은, 플라즈마 식각장치의 내부에 적용되는 SiC 구조물에 있어서, 상기 SiC 구조물은 플라즈마에 접하는 면이 기재면이 되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 SiC 구조물은, 그라파이트 원판에 SiC를 증착하여 SiC층을 형성한 후, 상기 SiC층을 가공하여 얻어진 판상 또는 링형상이며, 상기 그라파이트 원판에 접촉되는 SiC층의 면이 상기 기재면이고, 상기 기재면의 반대면이 성장면인 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 그라파이트판에 SiC를 화학기상 증착법으로 증착하고, 그라파이트판과 SiC층을 분리하여, SiC 구조물을 제조한 후, SiC 구조물을 플라즈마 식각장치에 적용할 때 입자가 작은 기재면이 플라즈마에 접촉되는 방향으로 설치되도록 함으로써, 입자가 상대적으로 큰 성장면측이 플라즈마에 접촉되는 구조에 대하여 보다 균일하게 식각이 진행되어 안정한 건식식각 공정을 진행할 수 있는 효과가 있으며 보다 장기간 SiC 구조물을 장착하여 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 SiC 구조물의 설치상태도이다.
도 2 내지 도 5는 상기 도 1의 SiC 구조물을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 수순 단면도이다.
도 6은 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 결정 크기를 비교한 사진이다.
도 7은 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 식각경향의 비교도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SiC 구조물의 설치상태도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 SiC 구조물에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 SiC 구조물의 설치 상태도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 SiC 구조물인 식각 가스를 공급하는 전극(10)은, 통상 플라즈마 식각장치(1)의 내부 상부측에 위치하게 된다.

상기 전극(10)는 다수의 홀이 마련되어 있으며, 외부에서 플라즈마 식각장치(1)의 내부로 공급되는 식각 가스를 고르게 분산시켜 플라즈마 식각장치(1)의 내부로 공급하는 역할을 한다.

상기 SiC 구조물인 전극(10)의 하부측에는 공급된 식각 가스가 플라즈마화되어 기판의 특정 박막을 식각하게 된다. 따라서 전극(10)의 저면(11)이 플라즈마에 접하게 된다.

상기 전극(10)의 저면(11)은 SiC의 입자의 크기가 상대적으로 더 작은 기재면이 되도록 한다. 전극(10)의 상면(12)은 SiC 입자의 크기가 상기 저면(11)인 기재면보다 큰 성장면이 된다.

도 2 내지 도 5는 상기 전극(10)을 제조하는 방법을 설명하기 위한 공정 수순 단면도이다.

도 2 내지 도 5를 각각 참조하면, 도 2에 도시한 바와 같이 그라파이트 원판(50)의 전면에 화학기상증착법(CVD)으로 SiC를 증착하여 SiC층(60)을 형성한다.

이때 증착되는 SiC층(60)은 상기 그라파이트 원판(50)에 접하는 면에는 SiC 입자의 크기가 상대적으로 작고, 조밀하게 증착되며 증착이 진행될수록 SiC 입자의 크기가 커지게 된다.

상기 SiC층(60)의 그라파이트 원판(50)에 접촉되는 면을 기재면이라 하고, 그 기재면의 반대편의 면을 성장면이라 한다.

상기 기재면과 성장면은 SiC 입자의 크기에 차이가 있으며, 그 차이에 의하여 플라즈마에 대한 식각경향에 차이가 발생하게 된다. 즉, SiC 입자가 작고 조밀한 기재면이 균일한 표면상태로 식각 되는 특징이 있다.

그 다음, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 그라파이트 원판(50)의 측면측 SiC층(60)을 절단하여 제거하여, 그라파이트 원판(50)의 측면을 노출시킨다.

그 다음, 측면이 노출된 그라파이트 원판(50)의 중앙부를 절단하여, 한 쌍의 그라파이트 원판(50)의 일면에 증착된 SiC층(60)을 획득한다.

이때 SiC층(60)에 마킹을 통해 노출된 SiC층(60)의 일면이 성장면임을 표시할 수 있다.

그 다음, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 한 쌍의 그라파이트 원판(50)과 SiC층(60)의 결합구조에서, 그라파이트 원판(50)을 제거하여 한 쌍의 원판형의 SiC층(60)을 획득한다.

이때 그라파이트 원판(50)을 제거하는 방법은 물리적인 절단 또는 화학적인 처리를 통해 제거할 수 있다.

그 다음, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 SiC층(60)에 다수의 홀을 가공하여 전극(10)을 제작하게 된다. 이때의 홀 가공은 초음파가공 또는 물리적인 홀 가공일 수 있다.

이처럼 제작된 전극(10)은 앞서 설명한 기재면과 성장면을 가지고 있으며, 상기 마킹을 통해 성장면임이 표시된 일면이 상면(12)이 되도록 상기 도 1과 같이 플라즈마 식각장치(1) 내에 설치한다.

이처럼 플라즈마 식각장치(1) 내에서 기재면이 플라즈마에 접촉되는 방향으로 설치함으로써, 성장면이 플라즈마에 접촉되는 방향으로 설치된 경우에 비하여 플라즈마에 대한 식각불균일을 더욱 낮춰 전극(10)의 성능을 보다 향상 시킬 수 있게 된다.

샤워헤드(10)의 균일한 식각은 장치 내에서 식각공정시 안정한 플라즈마를 발생하게 하여 공정의 신뢰도를 높일 수 있으며, 오랫동안 사용할 수 있게 하여 전극(10) 등의 SiC 구조물을 교체할 때 공정이 중단되는 것을 고려할 때 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

도 6은 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 결정크기를 비교한 사진이다.

도 6을 참조하면 이러한 성장면의 결정 크기가 기재면의 결정 크기에 비해 더 큰 것을 알 수 있으며, 결정 크기의 차이에 의해 식각 경향에 차이가 발생하게 된다.

도 7은 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 식각 경향의 차이를 비교한 도면이다.

도 7은 참조하면 SiC 구조물의 성장면은 일부에서 깊이가 깊은 그루브 형상으로 식각이 일어나는 경향이 있으며, 기재면은 상대적으로 식각이 균일하게 일어나는 경향이 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 SiC 구조물의 설치 상태도로서, 포커스링의 설치상태를 나타낸다.

도 8을 참조하면 SiC 구조물인 포커스링(20)은 플라즈마 식각장치(1)의 내부 하부측에 위치한다. 도면에는 구체적으로 도시하지 않았으나, 처리대상물인 기판의 외측 둘레에 위치하게 된다.

이때 포커스링(20)은 상면(22)측이 플라즈마에 접촉되는 면이 되며, 상면이 기재면이 되도록 설치한다.

상기 포커스링(20)을 제작하는 방법은, 앞서 설명한 도 4에서 얻어진 그라파이트 원판(50)의 일면에 접한 SiC층(60) 구조에서, SiC층(60)에 마킹을 통해 성장면을 표시하고, 그라파이트 원판(50)을 제거하여 SiC층(60)을 얻는다.

그 다음, 그라파이트 원판(50)의 중앙부를 절단하여 제거하여 링형상의 포커스링(20)을 제조할 수 있다.

그 다음, 상기 링형상의 포커스링(20)을 플라즈마 식각장치 내에 설치할 때 기재면이 상면(22)이 되고, 성장면이 저면(21)이 되도록 설치한다.

따라서 포커스링(20)의 식각 균일성을 성장면이 상면(22)으로 배치되는 경우에 비하여 보다 낮출 수 있으며, 성장면이 상면으로 배치되는 경우보다 포커스링(20)의 수명을 보다 연장할 수 있게 된다.

상기 포커스링(20)과 전극(10)은 필요에 따라 열처리를 수행할 수 있다. 상기 열처리에 의하여 포커스링(20)과 샤워헤드(10)의 전기 전도도를 변경할 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:전극 11,21:저면
12,22:상면 20:포커스링
50:그라파이트 원판 60:SiC층

Claims (4)

1. 플라즈마 식각장치의 내부에 적용되는 SiC 구조물에 있어서,
   상기 SiC 구조물은,
   그라파이트 원판에 SiC를 증착하여 SiC층을 형성하고, 상기 그라파이트 원판을 제거한 후, 상기 SiC층을 가공하여 얻어진 판상 또는 링형상이며,
   상기 그라파이트 원판에 접촉되는 SiC층의 면이 기재면이고, 상기 기재면의 반대면이 성장면이 되며,
   플라즈마에 접하는 면이 상기 기재면이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치의 실리콘 카바이드 구조물.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 SiC 구조물은 전극이며,
   상기 전극의 설치상태에서 저면이 상기 기재면이고, 상면이 상기 성장면인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치의 실리콘 카바이드 구조물.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 SiC 구조물은 포커스링이며,
   상기 포커스링의 설치상태에서 상면이 상기 기재면이고, 저면이 상기 성장면인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치의 실리콘 카바이드 구조물.
   

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