KR101515373B1 - Preparation Method of Single Crystal Silicon Componet with Improved Durability for Plasma Appratus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 사용되는 단결정 실리콘 부품 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플라즈마 처리 장치에 사용되는 실리콘 링 또는 실리콘 전극판의 제작에 사용되는 단결정 실리콘 부품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a single crystal silicon component used in a plasma processing apparatus and a manufacturing method thereof, and more particularly to a single crystal silicon component used for manufacturing a silicon ring or a silicon electrode plate used in a plasma processing apparatus and a manufacturing method thereof.
본 발명에서는 플라즈마 처리 장치에서 부품으로 사용되는 단결정 실리콘의 결정 방향을 변화시킴으로써, 플라즈마 처리 장치에 장착되어 사용될 때, 사용 수명 및 내구 연한이 증가하고, 부품 교체 주기를 늘려 플라즈마 장비의 유지 보수비용과 부품 사용량을 감소시킬 수 있는 효과가 있는 단결정 실리콘 부품을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. In the present invention, by changing the crystal orientation of the single crystal silicon used as a component in the plasma processing apparatus, it is possible to increase the service life and durability of the plasma processing apparatus, And it is an object of the present invention to provide a single crystal silicon component having an effect of reducing component usage.
또한, 본 발명에서 제공하는 플라즈마 처리 장치에 사용되는 단결정 실리콘 부품은 기존에 널리 사용되는 단결정 실리콘과는 달리 결정성장 방향이 변화됨으로써 사용 중 내구성이 증가되어 사용 수명이 증가될 뿐만 아니라, 플라즈마 처리 장치 내에 실리콘 링 또는 실리콘 전극판의 형태로 가공되어 사용될 때 불순물이 발생되지 않아 공정 수율이 증가하는 장점을 갖는다. In addition, the single crystal silicon component used in the plasma processing apparatus provided in the present invention is different from conventional monocrystalline silicon in that the crystal growth direction is changed, so that durability during use is increased and service life is increased, There is an advantage that process yield is increased because impurities are not generated when the electrode is processed and used in the form of a silicon ring or a silicon electrode plate.
일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판 상부에 반도체막, 도전막 또는 절연막을 형성하고, 이러한 다양한 종류의 막들을 반도체 소자의 설계 구조에 따라 식각 및 증착 공정이 반복되어 제조된다. 이러한 반도체 소자의 제조 공정에서 박막의 형성 공정과 식각 공정에 사용되는 플라즈마 설비는 필수적인 핵심 설비로서, 반도체 제조 공정 중에서 널리 사용되고 있다. In general, a semiconductor device is formed by forming a semiconductor film, a conductive film, or an insulating film on a semiconductor substrate, and repeating etching and deposition processes according to the design structure of the semiconductor device. Plasma equipment used in the thin film forming process and etching process in the manufacturing process of semiconductor devices is an essential core equipment and widely used in semiconductor manufacturing processes.
이러한 플라즈마 설비를 사용하는 식각 공정에 대해 예를 들어 설명하면, 소정 두께의 박막이 증착된 반도체 기판을 플라즈마 식각 챔버내에 로딩한 후 식각 챔버에 반응 가스를 공급하고, 식각 챔버에 고주파 전원을 인가하여 반응 가스를 플라즈마 상태가 되도록 한다. 플라즈마 상태의 반응 가스에 의해 반도체 기판 상부의 증착된 박막이 식각된다. 이때, 상기 플라즈마 상태의 반응 가스에 의해 식각되지 않은 장벽층을 선택적으로 박막 위에 형성함으로써, 원하는 형태와 구조로 상기 증착된 박막의 식각이 가능해진다. For example, a semiconductor substrate having a thin film deposited thereon is loaded into a plasma etching chamber, a reactive gas is supplied to the etching chamber, a high frequency power is applied to the etching chamber, Let the reaction gas be in a plasma state. The deposited thin film on the semiconductor substrate is etched by the reactive gas in the plasma state. At this time, by forming the unetched barrier layer selectively on the thin film by the reactive gas in the plasma state, the deposited thin film can be etched in a desired shape and structure.
이러한 플라즈마 식각 공정에 사용되는 플라즈마 처리 장치는 웨이퍼가 안치되는 하부 전극, 웨이퍼의 에지 영역에 마련된 포커스링, 하부 전극 상측에 마련되어 샤워헤드 기능을 갖는 상부 전극 등을 포함한다. 이때, 상기 포커스링과 상부 전극과 같은 부품은 일반적으로 단결정 실리콘을 이용하여 제작되는데, 가장 널리 쉽게 제조되는 단결정의 결정성장방향이 [100] 방향인 단결정 실리콘이 사용되는 것이 일반적이다. 이는 반도체 제조공정에 사용되는 실리콘 웨이퍼의 단결정 방향이 [100]인 것이 일반적이며, 가장 널리 사용되며 물성과 특성이 널리 알려져 있으므로 가공과 관리가 용이하다는 장점으로 인해 현재까지 [100] 결정면으로 성장된 실리콘 부품만이 사용되어 왔다. The plasma processing apparatus used in the plasma etching process includes a lower electrode on which a wafer is placed, a focus ring provided on an edge region of the wafer, and an upper electrode provided on the upper side of the lower electrode and having a showerhead function. At this time, the parts such as the focus ring and the upper electrode are generally fabricated using single crystal silicon. Single crystal silicon having a crystal growth direction [100] is generally used. This is because the direction of the single crystal of the silicon wafer used in the semiconductor manufacturing process is generally [100], and since it is most widely used and its physical properties and characteristics are well known, Only silicon parts have been used.
일반적으로 단결정 실리콘은 잉곳을 용융 대역(FloatZone; FZ)법, 쵸크랄스키(Czochralski; CZ)법 등의 다양한 제작 방법을 이용하여 성장시켜 제조될 수 있다. 통상적인 잉곳 제작 방법은 석영 도가니 내에 다결정 실리콘(Polysilicon)을 포함한 원부자재를 넣고 가열하여 상기 다결정 실리콘을 용융시킨다. 이어서, 단결정 시드(seed)를 용용융액 표면 중심부에 접촉시키고, 상기 시드를 천천히 들어올려 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨다. Generally, single crystal silicon can be produced by growing an ingot by various fabrication methods such as a FloatZone (FZ) method and a Czochralski (CZ) method. In a typical ingot manufacturing method, a raw material including polysilicon is placed in a quartz crucible and heated to melt the polycrystalline silicon. Then, a single crystal seed is brought into contact with the central portion of the surface of the melt, and the seed is slowly lifted to grow a silicon single crystal ingot.
플라즈마 처리 장치에 사용되는 포커스링을 제작하기 위해서는, [100] 방향으로 성장된 단결정 실리콘 잉곳을 절단하여 원형의 실리콘 판을 제작한 후, 원형의 실리콘 판의 중심에 중심홀을 형성하여 실리콘 링을 형성하고, 로터리 연삭기 등을 이용하여 실리콘 링의 표면을 그라인딩한 후 실리콘 링의 일면을 매엽식 단면 폴리싱을 통해 폴리싱한다. In order to manufacture a focus ring used in a plasma processing apparatus, a single-crystal silicon ingot grown in the [100] direction is cut to form a circular silicon plate, a center hole is formed in the center of the circular silicon plate, After grinding the surface of the silicon ring by using a rotary grinder or the like, one surface of the silicon ring is polished through the single-leaf cross-sectional polishing.
또한, 상부 전극을 제작하기 위해서는, 원형의 실리콘 판에 복수의 관통홀을 균일하게 형성하고 연삭기 등으로 실리콘 판을 그라인딩한 후, 단면 폴리싱을 통해 플라즈마 처리 장치에 설치될 때 노출되는 일면에 폴리싱을 수행한다. In order to manufacture the upper electrode, a plurality of through-holes are uniformly formed on a circular silicon plate, a silicon plate is ground by a grinder or the like, and then polished on one surface of the plasma processing apparatus, .
등록특허 제0918076호에서는 적어도 2회의 그라인딩 공정을 사용하여 실리콘 판 및 실리콘 전극판의 표면에 발생되는 그라인딩 휠 마크를 감소시킴으로써 표면 평탄도를 더욱 향상시킬 수 있고 내부의 데미지를 감소시킬 수 있으며, 플라즈마 처리시 파티클 발생을 방지하는 효과를 제시하고 있다. Japanese Patent Application No. 0918076 discloses a method of reducing grinding wheel marks generated on the surface of a silicon plate and a silicon electrode plate using at least two grinding processes to further improve surface flatness and reduce internal damage, And the effect of preventing particle generation during processing is proposed.
또한, 등록특허 제0922620호에는 플라즈마 처리용 장치에 사용되는 실리콘 링 또는 실리콘 판을 가공하는 평탄화 단계 후에 다단계로 열처리 공정을 수행하여 단결정 실리콘 판의 저항을 안정화시키는 방법이 제시되어 있다.In addition, Japanese Patent No. 0922620 discloses a method of stabilizing the resistance of a single crystal silicon plate by performing a multi-step heat treatment process after a planarization step of processing a silicon ring or a silicon plate used in a plasma processing apparatus.
그리고 등록특허 제0867389호에는 더블 사이드 폴리싱 공정을 사용하여 단결정 실리콘 판의 양면을 동시에 폴리싱 함으로써 폴리싱 공정의 생산성을 향상시킬 수 있고, 표면 평탄도를 향상시킬 수 있어 플라즈마 공정의 진행시에 파티클 소스를 제거함으로써 플라즈마 공정의 신뢰성을 향상시키는 효과가 제시되어 있다. In addition, in the patent No. 0867389, the double side polishing process is used to simultaneously polish both sides of the single crystal silicon plate, thereby improving the productivity of the polishing process and improving the surface flatness, so that the particle source So that the reliability of the plasma process can be improved.
하지만 상기 등록된 특허에 제시된 플라즈마 처리 설비용 부품인 실리콘 링과 실리콘 전극판은 모두 결정성장 방향이 [100]인 단결정 실리콘을 사용한 것으로, 플라즈마 공정 수율의 향상과 실리콘 부품의 수명 향상을 위한 부품 제조공정 중의 개선 방식은 여전히 한계가 존재한다. However, both the silicon ring and the silicon electrode plate, which are parts for the plasma processing equipment disclosed in the above registered patents, use single crystal silicon having a crystal growth direction of [100], and the production of parts for improving the yield of the plasma process and improving the lifetime of the silicon component There is still a limit to the improvement method in the process.
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 사용되는 단결정 실리콘 부품 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 플라즈마 처리 장치에 사용되는 실리콘 링 또는 실리콘 전극판의 제작에 사용되는 단결정 실리콘 부품의 수명을 연장시키고, 사용 중의 불순물 발생을 감소시킴으로써, 원가 절감과 반도체 공정 수율을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.The present invention relates to a single crystal silicon component used in a plasma processing apparatus and a method of manufacturing the same. More particularly, the present invention relates to a single crystal silicon component used for manufacturing a silicon ring or a silicon electrode plate used in a plasma processing apparatus, Thereby reducing the cost and improving the semiconductor process yield.
좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명은 플라즈마 처리 장치에 사용되는 단결정 실리콘 부품을 제조할 때 사용되는 단결정 실리콘 재료를 [111] 방향으로 결정 성장시킨 단결정 실리콘을 사용함으로써, 플라즈마 처리 장치에 장착되어 사용될 때 기존의 [100] 방향으로 결정 성장된 단결정 실리콘을 사용한 부품에 비해 사용 수명 및 내구 연한이 증가되고, 부품 교체 주기가 증가되어 플라즈마 장비의 유지 보수비용과 부품 사용량을 감소시킬 수 있다. More specifically, the present invention uses monocrystalline silicon in which a single crystal silicon material used for manufacturing a single crystal silicon component used in a plasma processing apparatus is crystal-grown in the [111] direction, The service life and durability are increased and components replacement cycle is increased as compared with the parts using single crystal silicon grown in the crystal orientation in the [100] direction, thereby reducing the maintenance cost of the plasma equipment and the parts usage.
또한, 본 발명에서 제공하는 플라즈마 처리 장치에 사용되는 단결정 실리콘 부품은 기존에 널리 사용되는 단결정 실리콘과는 달리 결정성장 방향이 변화됨으로써 사용 중 내구성이 증가되어 사용 수명이 증가될 뿐만 아니라, 플라즈마 처리 장치 내에 실리콘 링 또는 실리콘 전극판의 형태로 가공되어 사용될 때 불순물이 발생되지 않으므로, 공정 수율을 향상시킬 수 있다. In addition, the single crystal silicon component used in the plasma processing apparatus provided in the present invention is different from conventional monocrystalline silicon in that the crystal growth direction is changed, so that durability during use is increased and service life is increased, Impurities are not generated when used in the form of a silicon ring or a silicon electrode plate in the process of the present invention, so that the process yield can be improved.
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 웨이퍼 주면의 면방위가 (111)인 단결정 실리콘 잉곳을 준비하는 단계; 실리콘 잉곳으로부터 실리콘 원기둥과 속이 빈 실리콘 실린더(hollow cylinder)를 제조하는 코어링 단계; 상기 코어링 단계를 통해 제조된 실리콘 원기둥을 절단하여 실리콘 판을 형성하고, 상기 속이 빈 실리콘 실린더를 절단하여 내부가 빈 실리콘 링을 형성하는 슬라이싱 단계; 상기 슬라이싱 단계에서 제조된 실리콘 판과 실리콘 링의 표면을 평탄화하는 다단계 그라인딩 단계; 상기 실리콘 판에 복수의 관통 홀을 형성하여 실리콘 전극판을 제조하고, 상기 실리콘 링의 안쪽에 계단형 단차를 형성하여 실리콘 링부재를 제조하는 가공 단계; 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 가공 단계에서 발생된 손상을 제거하기 위해 알칼리 또는 산 용액을 사용하여 상기 실리콘 전극판과 실리콘 링부재를 습식 에칭하는 단계; 상기 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 내부에 존재하는 불순물을 제거하는 열처리 단계; 및 불순물이 제거된 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 표면을 경면화 하는 표면 연마 단계;를 포함하고, 상기 웨이퍼 주면의 면방위가 (111)인 단결정 실리콘 잉곳을 준비하는 단계는, 결정방위가 <111>인 실리콘 종결정을 실리콘 용용융액에 담그어 회전시키면서 끌어올려 결정방위가 <111>인 실리콘 단결정을 성장시키는 단계; 및 상기 결정방위가 <111>인 실리콘 단결정 잉곳의 양 끝단의 일부를 제거하는 크로핑 단계;를 포함하며, 상기 결정방위가 <111>인 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 과정 중에서, 네킹부 직경의 1.5배의 직경이 될 때까지의 잉곳 성장 초기 단계는 상기 실리콘 종결정을 4~6 mm/min의 속도로 끌어 올려지면서 동시에 상기 네킹부와 연결되는 실리콘 단결정 잉곳의 숄더부 내각의 크기가 80 ~ 140 도의 범위로 유지되는 것을 특징으로 하고 있다. In order to solve the problems of the prior art, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: preparing a single crystal silicon ingot having a plane orientation of (111) A coring step of fabricating a silicon cylinder and hollow cylinder from the silicon ingot; A slicing step of cutting the silicon cylinder manufactured through the coring step to form a silicon plate, cutting the hollow silicon cylinder to form a hollow silicon ring therein; A multistage grinding step of smoothing a surface of the silicon plate and the silicon ring manufactured in the slicing step; Forming a plurality of through holes in the silicon plate to produce a silicon electrode plate and forming a stepped step inside the silicon ring to produce a silicon ring member; Wet etching the silicon electrode plate and the silicon ring member using an alkali or an acid solution to remove damage generated in the processing step of the silicon electrode plate and the silicon ring member; A heat treatment step of removing impurities existing inside the silicon electrode plate and the silicon ring member; And a surface polishing step of mirror-polishing the surfaces of the silicon electrode plate and the silicon ring member from which the impurities have been removed, wherein the step of preparing the single crystal silicon ingot having the plane orientation of the wafer main surface of (111) 111> is immersed in a melt for silicon and is pulled up while rotating to grow a silicon single crystal having a crystal orientation of <111>; And a curing step of removing a part of both ends of the silicon single crystal ingot having the crystal orientation of < 111 >, wherein in the process of growing the silicon single crystal ingot having the crystal orientation of < 111 & The silicon seed crystal is pulled up at a speed of 4 to 6 mm / min while the size of the shoulder portion of the silicon single crystal ingot connected to the necking portion is 80 to 140 mm And is maintained in the range of degrees.
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상기 열처리 단계 후, 상기 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 표면에 생성된 산화막을 제거하기 위해 불산을 사용한 추가 세정단계;를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 다단계 그라인딩 단계는, 제1차 그라인딩 단계와 상기 제1차 그라인딩 단계보다 낮은 거칠기와 높은 회전 속도 및 낮은 압력으로 제2차 그라인딩 단계를 포함하는 것이 바람직하다.The method may further include, after the heat treatment step, a further cleaning step using hydrofluoric acid to remove the oxide film formed on the surface of the silicon electrode plate and the silicon ring member, wherein the multistage grinding step comprises: And a secondary grinding step with a lower roughness, a higher rotation speed and a lower pressure than the primary grinding step.
상기 열처리 단계는, 산소와 불활성 가스의 혼합 분위기 또는 질소와 불활성 가스의 혼합분위기에 진행되고, 적어도 제1온도에서 제1시간 동안 진행된 후, 제2온도에서 제2시간 동안 진행되는 다단계 열처리 공정을 포함하는 것이 바람직하고, 상기 표면 연마 단계는, 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 상면과 하면을 동시에 폴리싱하는 더블 폴리싱 단계를 포함하고, 서로 다른 방향으로 회전하는 상부 폴리싱 패드부와 하부 폴리싱 패드부 사이에 복수의 캐리어가 위치되어, 상기 캐리어 각각에 상기 실리콘 전극판 또는 실리콘 링이 고정되는 것을 특징으로 한다.The heat treatment step is a step of performing a multi-step heat treatment process that proceeds in a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas or a mixed atmosphere of nitrogen and inert gas, proceeds at least at a first temperature for a first time, and then proceeds at a second temperature for a second time And the surface polishing step includes a double polishing step of simultaneously polishing the upper surface and the lower surface of the silicon electrode plate and the silicon ring member, and the upper polishing pad portion and the lower polishing pad portion, which are rotated in different directions, And the silicon electrode plate or the silicon ring is fixed to each of the carriers.
본 발명의 다른 실시형태로는, 이와 같은 실리콘 부품의 제조방법으로 제조되어, [111] 결정방향을 갖는 단결정 실리콘 재질을 갖는 내구성이 향상된 플라즈마 처리장치용 단결정 실리콘 상부 전극 또는 [111] 결정방향을 갖는 단결정 실리콘 재질을 갖는 내구성이 향상된 플라즈마 처리장치용 단결정 실리콘 포커스링을 포함한다..In another embodiment of the present invention, a single crystal silicon upper electrode or a single crystal silicon upper electrode for a plasma processing apparatus manufactured by such a method for manufacturing a silicon part and having a single crystal silicon material having a [111] And a single crystal silicon focus ring for a plasma processing apparatus having improved durability having a single crystal silicon material having a single crystal silicon material.
본 발명의 또 다른 실시형태로는, 이러한 [111] 결정방향을 갖는 단결정 실리콘 재질의 내구성이 향상된 플라즈마 처리장치용 단결정 실리콘 상부 전극과 단결정 실리콘 포커스링을 포함하는 플라즈마 처리 장치를 들 수 있다.Another embodiment of the present invention is a plasma processing apparatus including a single crystal silicon upper electrode for a plasma processing apparatus having improved durability of a single crystal silicon material having such a [111] crystal orientation and a single crystal silicon focus ring.
본 발명의 실리콘 부품의 제조방법에 의해 제조된 [111] 방향의 단결정 실리콘 전극과 [111] 방향의 단결정 실리콘 링은 기존의 [100] 방향의 단결정 실리콘 부품에 비해 사용 수명 및 내구 연한이 증가하고, 부품 교체 주기가 증가하여 플라즈마 장비의 유지 보수비용과 부품 사용량을 감소시킬 수 있는 효과가 있다. The single crystal silicon electrode of the [111] direction and the single crystal silicon ring of the [111] direction manufactured by the method for producing a silicon part of the present invention have an increased service life and durability compared to the conventional single crystal silicon component of the [100] , The parts replacement cycle is increased, and the maintenance cost of the plasma equipment and the parts usage amount can be reduced.
또한, 본 발명에서 제공하는 플라즈마 처리 장치에 사용되는 단결정 실리콘 부품은 기존에 널리 사용되는 단결정 실리콘과는 달리 결정성장 방향이 변화됨으로써 사용 중 내구성이 증가되어 사용 수명이 증가될 뿐만 아니라, 플라즈마 처리 장치 내에 실리콘 링 또는 실리콘 전극판의 형태로 가공되어 사용될 때 불순물이 발생되지 않아 공정 수율이 증가하는 장점을 갖는다. In addition, the single crystal silicon component used in the plasma processing apparatus provided in the present invention is different from conventional monocrystalline silicon in that the crystal growth direction is changed, so that durability during use is increased and service life is increased, There is an advantage that process yield is increased because impurities are not generated when the electrode is processed and used in the form of a silicon ring or a silicon electrode plate.
그리고, 제조과정 중에서 실리콘 판을 서로 다른 거칠기로 적어도 2회의 그라인딩 공정을 실시함으로써 실리콘 판의 표면에 발생되는 그라인딩 휠 마크를 감소시켜 평탄도를 향상시킬 수 있고, 내부의 데미지를 감소시킬 수 있으며, 그라인딩 공정 후 에칭 및 클리닝 공정을 실시함으로써 표면 평탄도를 더욱 향상시킬 수 있고, 내부의 데미지를 제거할 수 있다.By performing the grinding process at least two times with different roughness in the manufacturing process, it is possible to reduce the grinding wheel marks generated on the surface of the silicon plate to improve the flatness, reduce the internal damage, By performing the etching and cleaning processes after the grinding process, the surface flatness can be further improved and the internal damage can be removed.
또한, 다단계 열처리 공정을 실시하여 실리콘 포커스링 또는 실리콘 전극 내부의 불순물 함유량을 줄여 비저항을 정확하게 제어하고, 위치에 따라 균일한 비저항을 갖도록 함으로써 높은 밀도와 고른 밀도로 플라즈마를 생성하도록 하여 플라즈마를 이용한 공정 수율을 향상시킬 수 있다.In addition, by performing the multi-step heat treatment process, it is possible to control the resistivity accurately by reducing the impurity content in the silicon focus ring or the silicon electrode and to have a uniform resistivity depending on the position, thereby generating plasma with high density and uniform density, The yield can be improved.
따라서, 본 발명의 방법으로 제조된 단결정 실리콘 부품을 플라즈마 처리 장치의 실리콘 포커스링 및 상부 전극을 이용함으로써 플라즈마 처리시 파티클 발생을 방지할 수 있고, 이에 따라 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 플라즈마 공정 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, by using the silicon focus ring and the upper electrode of the plasma processing apparatus, the single crystal silicon part manufactured by the method of the present invention can prevent the generation of particles during the plasma processing, thereby improving the reliability of the semiconductor element, The process yield can be improved.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 부품의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 종결정 실리콘을 사용하여 [111] 결정 방향을 갖는 단결정 실리콘을 제조하는 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 3는 본 발명의 단결정 실리콘 포커스링과 단결정 실리콘 상부 전극을 제조하는 과정을 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에서 사용되는 다단계 그라인딩 장비를 도식적으로 나타낸 그림이다.
도 5은 본 발명에서 사용되는 더블 사이드 폴리싱 장비의 하부면 쪽을 도식적으로 나타낸 그림이다.
도 6은 본 발명의 [111] 방향의 고품질 단결정 실리콘을 제조하기 위해, 종결정의 상승속도와 크라운 앵글(Crown angle)의 크기를 변화시켜 관찰한 단결정 사진이다.
도 7은 본 발명의 방법으로 제조된 단결정 실리콘 포커스링과 단결정 실리콘 상부 전극이 설치된 플라즈마 처리 장치를 도식적으로 나타낸 그림이다.
도 8과 도 9는 본 발명의 방법으로 제조된 [111] 방향의 단결정 실리콘 포커스링과 단결정 실리콘 상부 전극의 단위 시간당 식각 속도를 기존의 [100] 방향의 단결정 실리콘 포커스링과 단결정 실리콘 상부 전극의 경우와 비교한 측정 결과 그래프이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a silicon part according to an embodiment of the present invention.
2 schematically shows an apparatus for producing single crystal silicon having a [111] crystal orientation by using the seed crystal used in the present invention.
3 schematically illustrates the process of manufacturing the single crystal silicon focus ring and the single crystal silicon upper electrode of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a multi-stage grinding apparatus used in the present invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating the lower side of the double side polishing equipment used in the present invention.
FIG. 6 is a photograph of a single crystal obtained by varying the magnitude of the crown angle and the rising speed of the termination definition in order to produce the high-quality single crystal silicon of the [111] direction of the present invention.
FIG. 7 is a diagram schematically showing a plasma processing apparatus equipped with a single-crystal silicon focus ring and a single-crystal silicon upper electrode manufactured by the method of the present invention.
FIGS. 8 and 9 show the etching rate per unit time of the [111] direction single crystal silicon focus ring and the single crystal silicon upper electrode manufactured according to the method of the present invention as compared with the conventional [100] single crystal silicon focus ring and the single crystal silicon upper electrode This is a graph of measurement results compared with the case.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 부품의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 흐름도이고, 도 2 내지 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 소재의 제조 방법을 설명하기 위한 참고 도면이다. 이하에서는 도 1의 흐름도를 기준으로 도 2 내지 도 9의 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하고자 한다.
FIG. 1 is a process flow chart for explaining a method of manufacturing a silicon part according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 9 are reference drawings for explaining a method of manufacturing a silicon material according to an embodiment of the present invention . Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the flow chart of FIG. 1 with reference to FIGS. 2 to 9.
일반적으로, 단결정 실리콘의 결정 방향으로는 [100] 및 [111] 방향이 존재하는데, 상기 단결정 실리콘의 [111]면은 상기 [100]면에 비해 낮은 표면에너지와 높은 원자밀도 및 유효 결합 밀도를 갖는다. 따라서 본 발명에서는 이러한 [111] 결정 방향의 특징에 착안하여 플러즈마 처리장치의 부품에 사용되는 단결정 실리콘의 재질을 변화시키는 것을 주요한 기술적 특징으로 하고 있다. Generally, there are [100] and [111] directions in the crystal direction of the single crystal silicon, and the [111] plane of the single crystal silicon has a lower surface energy and higher atom density and effective bonding density than the [100] . Therefore, in the present invention, attention is focused on the feature of the [111] crystal direction and the main technical feature is to change the material of the single crystal silicon used in the parts of the plasma processing apparatus.
이러한 [111] 방향의 결정면을 갖도록 성장된 단결정 실리콘 잉곳의 제조 방법으로는 미끄럼 전위를 제거하는 제조방법이 알려져 있다. 즉, 결정 방위가 종결정의 축방향과 일치하도록, 종결정을 인상할 때에는 종결정(seed crystal)을 실리콘 용용융액 내에 착액시킨 후에 단결정 실리콘의 직경을 서서히 줄이는 네킹(necking)부 처리를 실시한다. 이때, 상기 종결정을 끌어올리는 이동 속도와 상기 네킹부와 단결정 실리콘 잉곳과 연결되는 숄더부의 내각(Crown angle)의 크기를 조절함으로써, 미끄럼 전위를 단결정 실리콘으로부터 용이하게 제거하여 고품질의 단결정 실리콘을 제조할 수 있다. A manufacturing method of removing a sliding potential is known as a manufacturing method of a single crystal silicon ingot grown to have a crystal face in the [111] direction. That is, when the seed crystal is pulled up so that the crystal orientation coincides with the axial direction of the seed crystal, a seed crystal is subjected to a necking treatment in which the diameter of the single crystal silicon is gradually reduced after the seed crystal is immersed in the silicon melt. At this time, by adjusting the moving speed of pulling up the seed crystal and the size of the crown angle of the neck portion and the shoulder portion connected to the single crystal silicon ingot, the sliding potential is easily removed from the single crystal silicon to produce high quality single crystal silicon can do.
도 2를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 본 발명의 단결정 성장장치(15)는 실리콘 단결정이 성장되는 성장로(16) 안의 실리콘 용융액(5)을 인상로(17)로 끌어올리는 방식을 포함하는데, 상부 인상로(17) 위에는 실리콘 단결정을 성장시킬 때 사용되는 시드(seed)인 종결정(a)을 회전시키기 위한 상부 회전부(18)에 연결된 케이블(19) 선단에 종결정 홀더(20)가 있다. 필요에 따라 상기 인상로(17)에는 직경 감지 센서(14)를 구비할 수도 있다.2, the single
성장로(16) 내부에는 실리콘 용융액(5)이 담긴 석영 도가니(11)가 있고, 그 둘레에는 고온의 실리콘 용융액(5)에 의해 형태가 변할 수 있는 석영 도가니(11)를 지지하기 위한 흑연 도가니(12)로 구성되어 있다. 그 하부에는 흑연 도가니(12)를 받치고 있는 흑연 도가니 지지축(21)을 승하강 및 회전시킬 수 있도록 하부구동부(13) 및 하부 회전부(22)가 있으며, 그 둘레에는 실리콘을 녹이고 공정 중에 열을 공급하기 위한 히터(7)가 설치되어있다. 성장로(16) 내의 단열을 위해 히터(7)의 바깥쪽에는 상부 단열재(8), 측면 단열재(9) 및 하부 단열재(10)가 구성되어 있다.In the
또한, 고온에서 상온으로 될 때까지 성장로(16) 내의 구조물의 산화를 방지할 목적으로 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 흘려보내기 위해 인상로(17)에 불활성 기체의 유량을 조절할 수 있는 불활성 기체 유입 장치(23)가 있고, 성장로(16) 내부의 압력을 조절하기 위한 압력 조절장치(24)가 하부 단열재(10) 아래에 구성되어져있다. 이러한 결정방위가 <111>인 단결정 실리콘 잉곳의 성장 장치(15)를 이용한 실리콘 단결정 성장 방법을 설명하면 다음과 같다. In order to prevent the oxidation of the structure in the
먼저, 원료인 다결정 실리콘을 석영 도가니(11)에 넣은 다음 히터(7)를 발열시켜 다결정 실리콘을 용융하여 실리콘 용용융액(5)을 만든다. 다결정 실리콘이 융해되어 실리콘 용융액(5)으로 될 때, 실리콘 용융액을 실리콘 단결정 성장이 가능한 온도로 낮추어 일정 시간 동안 온도 안정화를 실시한다.First, the raw polysilicon is put into the
실리콘이 용융액으로 유지되기 위해서 그 주위를 둘러싸고 있는 히터(7)에 의해 지속적인 열 에너지를 받게 되고, 이로 인해 실리콘 용융액(5)은 열대류를 가지게 되어 끊임없이 온도가 미묘하게 변하게 된다. 열대류에 의한 온도 변화가 너무 크면, 실리콘 용융액의 온도에 맞추어 종결정을 가온하여 착액시켜도, 종결정의 선단부에 열충격이 가해져 슬립전위가 발생할 수도 있으며, 종결정의 선단부를 실리콘 용융액 중에 담가 넣어도, 선단부를 담가넣는 도중에 종결정 근방의 실리콘 용융액온도가 크게 변화하면, 종결정과 용융액온도의 온도차에 의해 종결정에 열적인 변형이 생기고, 슬립 전위가 종결정에 들어와서, 그 이후, 무전위에서 실리콘 단결정을 성장시키는 것이 어렵게 된다. In order to keep the silicon as a melt, it is subjected to continuous heat energy by the
특히, <111> 결정방위의 실리콘 단결정처럼 일단 슬립 전위가 발생하면 전위 소멸이 어려워지게 되는 경우에는 종결정과 용융액 온도의 온도 차이에 의해 종결정의 열적 변형이 발생하게 되어 슬립 전위가 종결정 내로 쉽게 들어와서 결국에는 실리콘 단결정 성장 가능성을 저하시키는 원인이 된다. 이러한 이유로 네킹 형성 단계에서 주요 공정 변수를 제어하여 슬립 전위를 제거하는 것이 매우 중요하다.In particular, when the slip dislocation once occurs as in a silicon single crystal of the <111> crystal orientation, dislocation becomes difficult, the thermal deformation of the termination definition occurs due to the temperature difference between the seed crystal and the melt temperature, And eventually causes the possibility of growth of the silicon single crystal to deteriorate. For this reason, it is very important to control slip dislocations by controlling main process variables in the necking step.
본 발명에서는 종결정(1)을 종결정 홀더(20)에 결합한 후에는 상부 회전부(18)에 연결된 케이블(19)을 내려, 종결정(1)을 용융액면(6)으로부터 일정 거리에서 일정 시간 동안 예열을 하여 용융액 온도와의 차이에 의한 열충격을 최소화한다. 이후에는, 종결정(1) 선단의 일정 길이만큼 용융액면(6) 아래로 침지하고, 용융액 온도와 비슷해 질 시점에 종결정(1)을 석영 도가니(11) 회전방향과 반대방향으로 회전시켜가며 4~6 mm/min의 속도로 상승킴으로써 슬립 전위가 제거된 네킹(nedcking)부를 형성한다. In the present invention, after the seed crystal 1 is bonded to the
상기 네킹부 형성 단계에서는 종결정(1)의 인상 속도를 조정하여 최종적으로 약 3~6 mm 직경의 네킹부(2)을 형성하여 슬립전위를 제거하게 되는데, 본 발명에서는 최종 네킹 직경의 1.5배 이상의 직경이 될 때까지 상승 속도를 4~6 mm/min의 속도로 제어하면서 3~6 mm의 일정한 최종 네킹부 직경으로 가늘게 성장시키는데, 이러한 방법을 통해 네킹부의 직경을 서서히 감소시키는 종래의 대쉬 네킹법에 비하여 슬립 전위를 보다 빠르게 제거할 수 있다.In the necking portion formation step, the pulling speed of the seed crystal 1 is adjusted to finally form a
네킹부의 형성이 완료되면, 일정한 직경으로 수평방향 성장을 시켜 숄더부(3)를 형성한 후에 균일한 직경으로 수직 성장시켜 실제 <111> 결정방위로 몸통(4)을 만들어 무전위 실리콘 단결정을 성장시키게 된다. 이때 상기 네킹부와 연결되는 숄더부의 내각(θ)의 크기를 80~140 도의 범위로 유지시킴으로써, 고품질의 단결정 실리콘을 제조할 수 있게 된다.
After the formation of the necking portion is completed, the
이러한 방법으로 제조된 [111] 결정 방향을 갖는 단결정 실리콘 잉곳을 코어링하여 속이 빈 실리콘 실린더 및 실리콘 원기둥을 제작한 후 절단하여 실리콘 포커스링 또는 실리콘 판을 형성할 수도 있고, 다른 예로서 실리콘 잉곳을 절단하여 실리콘 판을 형성한 후 실리콘 판을 이용하여 실리콘 포커스링 또는 실리콘 전극판을 형성할 수도 있는데, 이하에서는 전자의 방법을 예로 설명하기로 한다.A single crystal silicon ingot having a [111] crystal orientation prepared in this way may be cored to form a hollow silicon cylinder and a silicon cylinder and then cut to form a silicon focus ring or a silicon plate. Alternatively, a silicon ingot The silicon plate may be cut to form the silicon plate, and then the silicon focus ring or the silicon electrode plate may be formed. Hereinafter, the former method will be described as an example.
앞서 설명한 바와 같은 방법으로, [111] 결정 방향을 갖는, 8인치 이상의 대구경 단결정 실리콘 잉곳을 준비한 후(S110), 필요에 따라 크로핑(Cropping)을 통해 단결정 잉곳 상하부의 불필요한 부분을 절단하여 원통 형상의 [111] 방향의 단결정 실리콘 잉곳(120)을 제조할 수 있으며, 코어링 공정을 실시하여 도 4에 도시된 바와 같이 내부가 비어 있는 실리콘 실린더(120b)을 제작하고, 실리콘 원기둥(120c)을 제작한다(S120).A large-diameter single-crystal silicon ingot of 8 inches or more having a [111] crystal orientation is prepared (S110), and an unnecessary portion of the upper and lower portions of the single crystal ingot is cut through a cropping process, A
본 실시 예에서는 [111] 방향의 단결정 실리콘 잉곳을 코어링하여, 실리콘 링을 제작하기 위해 배부가 비어 있는 실리콘 실린더(120b)과 실리콘 전극판을 제조하기 위한 실리콘 원기둥(120c)을 제조하는 방법을 구체적으로 설명한다. In this embodiment, a method of manufacturing a
실리콘 원기둥(120c)은 실리콘 상부 전극(230)의 재료로 사용될 수 있는데, 상기 실리콘 원기둥(120c)을 다시 코어링함으로써, 실리콘 링을 제조하기 위한 내부가 비어 있는 실리콘 원통과 실리콘 원기둥을 다시 제조할 수도 있다. 즉, 필요에 따라 실리콘 중심 원통을 반복적으로 코어링함으로써 사이즈가 작은 실리콘 원통과 실리콘 중심 원통을 반복적으로 제작할 수도 있다.The
코어링 공정을 통해 제작되는 실리콘 원기둥(120c)의 지름과 실리콘 실린더(120b)의 내경은 제작하고자 하는 실리콘 부품의 치수에 맞게 조절되는 것이 바람직하다. 예를들어 실리콘 링의 최소 내경이 1이라고 할 경우 실리콘 실린더의 내경 지름은 0.90∼0.99인 것이 바람직하다. 이는 후속 그라인딩 공정 및 내경 폴리싱 공정이 수행될 경우 내경이 증가할 수 있기 때문이다. 상기 범위를 벗어나는 경우 그라인딩 공정 및 폴리싱 공정의 공정 조건 조절이 어려울 수 있다. It is preferable that the diameter of the
또한, 코어링 전에 실리콘 잉곳을 복수의 블록으로 절단한 다음 각 실리콘 블록별로 코어링을 수행할 수도 있으며, 상기 코어링 공정은 실리콘 잉곳의 상면에서 하면까지 한번에 수행하거나, 실리콘 잉곳의 상면에서 하면 방향으로 1차 코어링을 수행한 후 실리콘 잉곳을 뒤집어 하면에서 상면 방향으로 2차 코어링을 수행할 수도 있다. 또한, 상기 코어링 단계 후, 클리닝 공정을 실시하여 코어링 공정시 발생한 파티클 및 이물질을 제거하는 것이 바람직하다. The coring may be performed from the top surface to the bottom surface of the silicon ingot at one time, or may be performed at a time from the top surface of the silicon ingot to the bottom surface of the silicon ingot , The silicon ingot may be inverted to perform the secondary coring in the direction from the lower surface to the upper surface. Further, after the coring step, it is preferable to carry out a cleaning step to remove particles and foreign substances generated in the coring step.
코어링되어 중심에 내부가 비어있는 실리콘 실린더(120b)을 절단(slicing)하여 중심이 비어 있는 실리콘 링(130)을 제작하고, 상기 실리콘 원기둥(120c)을 슬라이싱하여 실리콘 판(140)을 제작한다(S131 및 S132) The
실리콘 링(130)과 실리콘 판(140)은 와이어를 이용한 소잉 공정 또는 다이아몬드를 이용한 절단 공정으로 실리콘 실린더(120b)과 실리콘 원기둥(120c)을 얇은 두께로 절단되어 제조되는데, 슬라이싱 단계를 통해 제조되는 실리콘 링(130)과 실리콘 전극판(140)의 두께는 다양하게 조절될 수 있어, 다양한 제품의 실리콘 포커스링과 실리콘 전극을 제작할 수 있다. 즉, 단일의 실리콘 잉곳(120)에서 동일 두께의 실리콘 링(130)과 실리콘 전극판(140)이 제작될 수 있을 뿐만 아니라, 슬라이싱 단계를 포함한 제조 공정 중에서 공정 변수를 변화시켜 다양한 두께의 실리콘 링(130)과 실리콘 전극판(140)을 제작할 수 있다.The
이후 적어도 2회의 그라인딩 공정을 실시하여 실리콘 링(130) 및 실리콘 판(140)의 표면을 평탄화한다(S141 및 S142). 도 5에 제시된 바와 같이 상기 그라인딩 공정은 회전 가능한 테이블(70)과, 테이블 상에 마련되며 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)을 고정하며 회전 가능한 적어도 세 개의 스테이지(71,72,73)와, 상기 스테이지들 중에서 적어도 두개 이상의 스테이지상에 고정된 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)을 서로 다른 거칠기로 그라인딩하는 적어도 두개 이상의 그라인딩 휠(74,75)을 포함한다.Thereafter, at least two grinding processes are performed to planarize the surfaces of the
테이블은 예를들어 시계 방향으로 회전 가능하며, 바람직하게는 원형 형상으로 제작된다. 상기 복수의 스테이지들은 서로 등간격으로 이격되어 테이블 상에 마련되며, 바람직하게는 시계 방향으로 회전된다. The table is rotatable in the clockwise direction, for example, and is preferably formed in a circular shape. The plurality of stages are provided on the table at equal intervals from each other, and are preferably rotated clockwise.
또한 상기 복수의 스테이지는 테이블상에 원형으로 오목부가 형성되어 마련될 수 있으며, 원형으로 돌출부가 형성되어 마련될 수 있다. 복수의 스테이지는 그라인딩 공정을 실시하기 위한 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)이 로딩된 후 시계 방향으로 회전하면서 그라인딩 휠을 이용하여 상대적으로 거친 제 1 그라인딩 공정과 상대적으로 고운 제 2 그라인딩 공정을 실시하고, 그라인딩 공정이 완료된 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)을 언로딩하게 된다. Also, the plurality of stages may be provided with a circular concave portion formed on the table, or may be provided with a protruding portion formed in a circular shape. The plurality of stages may include a relatively rough first grinding process and a relatively fine second grinding process using a grinding wheel rotating clockwise after the
또한, 복수의 스테이지내에는 복수의 진공홀이 각각 형성되거나, 포러스 척이 사용될 수 있다. 상기 진공홀을 통해서 스테이지상에 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)이 로딩되어 안착된 후 진공 펌프(미도시)에 의해 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)과 스테이지 사이의 공기가 상기 복수의 진공홀을 통해 배기되어 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)이 스테이지 상에 진공 고정된다. Further, a plurality of vacuum holes may be formed in each of the plurality of stages, or a porous chuck may be used. After the
이때, 실리콘 링(130)의 경우에는 진공홀이 실리콘 링(130)에 대응하는 부분에만 형성되는 것이 더욱 바람직하다. 이렇게 진공홀을 이용하면 다양한 사이즈의 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)을 진공 고정할 수 있는데, 이러한 진공 고정 뿐만 아니라 기계적인 방법 등 다양한 방법으로도 고정될 수 있다.In this case, in the case of the
그라인딩 휠(74,75) 각각은 스테이지(72,73)와 일부만 접촉되고 약간의 기울기를 갖도록 설치되는 것이 바람직하다. 예를 들어 그라인딩 휠(74,75)은 스테이지(72,73)의 중앙부를 중심으로 반만 접촉되고, 스테이지(72,73)와 접촉되는 부분쪽으로 기울어지도록 설치될 수 있다. 그리고, 그라인딩 휠(74,75)은 스테이지(72,73)의 직경보다 작은 직경으로 마련되며, 예를들어 시계 방향으로 회전하는 것이 바람직하다. It is preferable that each of the grinding
또한, 그라인딩 휠(74,75) 각각의 하면에는 서로 다른 사이즈의 그라인딩 부재, 예를들어 다이아몬드 세그먼트가 설치된다. 그라인딩 휠의 하면에는 200∼400 메쉬(mesh)를 갖는 거친(rough) 다이아몬드 입자가 부착된 세그먼트가 설치되고, 또 다른 그라인딩 휠의 하면에는 1000∼3000 메쉬를 갖는 고운(fine) 다이아몬드 입자가 부착된 세그먼트가 설치되는 것이 바람직하다. Further, grinding members of different sizes, for example, diamond segments, are provided on the lower surfaces of the grinding
따라서, 하나의 그라인딩 휠(74)에 의해 거친 그라인딩 공정이 실시되고, 또 다른 그라인딩 휠(75)에 의해 고운 그라인딩 공정이 실시된다. 여기서, 거친 다이아몬드 세그먼트는 325 메쉬를 갖고, 고운 다이아몬드 세그먼트는 2000 메쉬를 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라 한 장비내에서 두 개의 그라인딩 휠(74,75)에 의해 거친 그라인딩과 고운 그라인딩이 가능하게 된다. 또한, 그라인딩 휠 각각은 회전 속도, 제거량 및 압력 등이 상이한데, 각각의 그라인딩 조건을 설명하면 다음과 같다. Thus, a rough grinding process is performed by one grinding
먼저, 그라인딩 휠은 2300∼2700 rpm의 속도로 회전하고, 그라인딩 대상물, 즉 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)이 50∼70 ㎛의 두께로 제거되도록 한다. 예를 들어 4.06 ㎜ 두께의 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)이 4 ㎜의 두께가 되도록 그라인딩한다. First, the grinding wheel is rotated at a speed of 2300 to 2700 rpm, and the grinding object, that is, the
그라인딩 휠은 2단계의 압력으로 그라인딩 될 수 있는데, 초기 130∼160 ㎛/min의 하강 압력으로 소정 두께 그라인딩한 후 90∼120 ㎛/min의 하강 압력으로 그라인딩하며, 이때 스테이지는 170∼230 rpm의 속도로 회전한다. 또 다른 그라인딩 휠은 2800∼3200 rpm의 속도로 회전하고, 그라인딩 대상물이 10∼30 ㎛의 두께로 제거되도록 한다. The grinding wheel can be ground at a pressure of two stages. Grinding is performed at a down pressure of 90 to 120 占 퐉 / min after grinding a predetermined thickness at an initial lowering pressure of 130 to 160 占 퐉 / min. Speed. Another grinding wheel rotates at a speed of 2800 to 3200 rpm, and the grinding object is removed to a thickness of 10 to 30 mu m.
예를 들어 설명하면, 1차 그라인딩된 4 ㎜ 두께의 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)이 3.98 ㎜의 두께가 되도록 그라인딩 한다. 추가로 그라인딩 휠은 3단계의 압력으로 그라인딩하는데, 초기 25∼35 ㎛/min의 하강 압력으로 소정 두께 그라인딩한 후 15∼20 ㎛/min의 하강 압력으로 그라인딩하며, 압력을 가하지 않고 그라인딩 휠만을 회전하여 그라인딩 면을 다듬는다. 이때 스테이지는 100∼130 rpm의 속도로 회전한다. 그리고, 압력을 가하지 않고 그라인딩 면을 다듬는 공정은 약 10초 정도로 실시하고, 그라인딩 후 그라인딩 휠을 50∼70 ㎛/min의 속도로 약 10초 정도의 시간 동안 상승시킨다. 물론, 이때 다른 그라인딩 휠들의 상기 그라인딩 조건은 다양하게 변형 가능하다. 즉, 실리콘 링(130) 또는 실리콘 판(140)의 두께를 고려하여 그라인딩하여 제거하려는 두께에 따라 회전 속도, 제거량 및 그라인딩 압력 등을 조절할 수 있다.For example, the primary grinding 4 mm
상기한 그라인딩 장비를 이용한 적어도 2회의 그라인딩 공정에 의해 와이어에 의해 절단된 실리콘 링(130)과 실리콘 판(140)의 상부면과 하부면의 표면을 평탄화시킨다. 즉, 그라인딩 휠를 이용한 거친 그라인딩 공정에 의해 와이어 소잉에 의한 와이어 소우 마크(wire saw mark)를 제거하여 표면 평탄도를 향상시키고, 그라인딩 휠를 이용한 고운 그라인딩 공정에 의해 거친 그라인딩 공정에 의해 발생될 수 있는 그라인딩 휠 마크(grinding wheel mark)를 제거하여 표면 거칠기를 줄이게 된다.The surfaces of the upper and lower surfaces of the
그라인딩 공정 후, 그라인딩 공정시 발생한 파티클 및 슬러지를 제거하기 위한 세정 공정을 더 수행할 수 있다. 이때, 세정 공정은 더블 스크러버 공정 또는 롤러타입 스크러버 브러시를 이용할 수 있다. 즉, 더블 스크러버 공정은 상하부 영역에 브러시가 마련된 더블 스크러버 장비를 이용하여 웨이퍼 상하면의 불순물을 동시에 제거할 수 있다.After the grinding process, a cleaning process for removing particles and sludge generated in the grinding process can be further performed. At this time, a double scrubber process or a roller type scrubber brush can be used for the cleaning process. That is, in the double scrubber process, impurities on the upper and lower surfaces of the wafer can be simultaneously removed by using a double scrubber device provided with brushes in the upper and lower areas.
실리콘 링(130)의 내측벽면 및/또는 외측벽면을 가공하여 실리콘 링 부재(150)를 제작하고, 실리콘 판(140)의 홀 천공을 통해 복수의 관통홀(141)을 갖는 실리콘 전극판(160)을 제조한다(S151,S152).The
실리콘 링 부재(150)는 실리콘 포커스링이 사용되는 용도에 따라 다양한 형태의 가공 공정에 의해 제작될 수 있다. 본 실시 예에서는 실리콘 링(130)의 내측벽면의 일부를 제거하여 계단형의 단차(A)를 갖는 실리콘 링 부재(150)를 제작하였다. 즉, 본 실시 예에 따른 실리콘 링 부재(150)는 그 내측 중앙에 제 1 지름을 갖는 관통홀과 관통홀 상측에 제 1 지름보다 큰 제 2 지름을 갖는 홈을 포함한다. 물론 이에 한정되지 않고, 가공 공정에 의해 실리콘 링 부재(150)는 필요에 따라 연장 돌기, 오목홈을 포함하는 다양한 패턴을 포함할 수도 있다. 중심이 비어 있는 실리콘 링(130)의 내외측면의 가공은 그라인딩 공정을 통해 수행되는 것이 바람직하다. The
이때, 실리콘 링(130)의 가공은 CNC(Computer Numerical Control) 장비 또는 MCT(Machining Center Tool) 장비를 이용하는 것이 바람직하며, 가공 공정 후에 가공 공정시 발생한 파티클 및 슬러지를 제거하기 위한 세정 공정을 수행할 수 있다. 또한, 가공 공정 후에 제작된 실리콘 링 부재(150)의 불량 검사를 수행할 수도 있다.At this time, it is preferable to use CNC (Machine Numerical Control) equipment or MCT (Machining Center Tool) equipment for the processing of the
또한, 실리콘 판(140)에 복수의 관통홀(141)을 형성하여 실리콘 전극판(160)을 형성하기 전에 실리콘 판(140)의 외경을 규격에 맞게 재그라인딩하는 것이 바람직하다. 이는 앞선 코어링에 의해 제작된 실리콘 원기둥(120c)의 외경은 실리콘 링에 의해 제한되기 때문에 원하는 외경에 맞도록 실리콘 판(140)의 외경을 다시 가공하는 것이 바람직하다. 물론 실리콘 판(140) 외경의 그라인딩은 코어링 공정후 실리콘 원기둥(120c) 단계에서 수행될 수도 있는데, 이때, 실리콘 판(140)의 외경의 가공은 CNC 장비를 사용하는 것이 바람직하다. It is also preferable that a plurality of through
이러한 외경의 가공 후에 실리콘 판(140)을 세정하고, 검사를 수행할 수 있다. 실리콘 판(140)의 외경을 가공한 후 실리콘 판(140)을 천공 장비의 기판 상에 본딩시킨다. 즉, 홀 천공을 위한 유리 기판 상에 실리콘 판(140)을 본딩한다. 그리고, 드릴 또는 초음파를 이용한 천공 공정을 통해 복수의 관통홀(141)을 형성한다. After the outer diameter machining, the
여기서, 초음파를 이용한 천공 공정은 수백개 이상의 홀을 동시에 천공할 수 있기 때문에 생산성을 향상시킬 수 있으며, 상기 천공 공정을 통해 실리콘 판(140) 전체에 홀을 형성할 수 있다. 물론 실리콘 판(140)의 직경이 클 경우에는 실리콘 판(140)을 복수의 영역으로 분할한 다음 각 영역 별로 천공 공정을 수행할 수 있다. 이후,천공 공정 후에 천공 공정시 발생한 파티클 및 슬러지를 제거하기 위한 세정 공정을 수행하게 되며, 복수의 관통홀(141)이 형성된 실리콘 전극판(160)의 불량 검사를 수행할 수도 있다.Here, since the hole drilling process using the ultrasonic wave can drill several hundred or more holes at the same time, the productivity can be improved and holes can be formed in the
실리콘 링에 단차(A)를 형성한 실리콘 링부재(150)을 형성하고, 실리콘 판(140)에 복수의 관통홀(141)을 형성시킴으로써 실리콘 전극판(160)을 제조한 후, 상기 실리콘 링부재(150) 및 실리콘 전극판(160)의 그라인딩 휠 마크를 더욱 완화하고 데미지를 제거하기 위해 에칭 공정 및 클리닝 공정을 수행한다(S160).After the
상기 에칭 공정은 KOH 및/또는 NaOH를 포함하는 알칼리계 케미컬 또는 HNO3와 같은 산성 케미컬을 사용한다. 그리고,에칭 공정 후에는 SC1(NH4O+H2O2+H2O)을 이용한 클리닝 공정을 수행한다. 또한, 에칭 공정과 클리닝 공정 사이에는 린싱 공정을 실시하는 것이 바람직한데, 이러한 에칭 공정 및 클리닝 공정에 의해 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 그라인딩 휠 마크가 더욱 완화되고 데미지가 제거된다.The etching step is an acidic chemical, such as alkali chemical or HNO 3 containing KOH and / or NaOH. Then, the etching step after the cleaning step is performed using SC1 (NH 4 O + H 2
실리콘 링 부재(150) 및 실리콘 전극판(160)의 에칭 공정 및 클리닝 공정을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.The etching process and the cleaning process of the
먼저, 초순수(Deionized Water)를 이용하여 실리콘 링 부재(150) 및 실리콘 전극판(160)을 상온에서 300 초 정도 린싱(rinsing)한 후 KOH, H2O2 및 초순수가 1:1:15 정도로 혼합된 혼합 용액을 이용하여 65∼75 ℃의 온도에서 약 300 초 동안 1차 에칭 공정을 수행한다. 이어서 초순수를 이용하여 상온에서 300초 정도 1차 에칭 용액을 린싱한 후, 45 %의 KOH 용액을 이용하여 60∼70 ℃의 온도에서 300 초 정도 2차 에칭 공정을 수행한다. 이후 초순수를 이용하여 상온에서 300 초 정도 2차 에칭 용액을 린싱하고, NH4O, H2O2 및 H2O가 1:1:10으로 혼합된 SC1 용액을 이용하여 65∼75 ℃의 온도에서 300 초 정도 클리닝 공정을 수행한다. 계속하여, 초순수를 이용하여 상온에서 약 300 초 동안 클리닝 용액을 린싱하고, 35∼55 ℃의 초순수에 30 초 정도 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)을 담근 후 서서히 들어올려 건조시킨 후 70∼90 ℃의 온도에서 100 초 정도 에어 드라이 공정을 수행한다. 이러한 에칭 공정과 클리닝 공정은 미세 먼지가 발생되지 않는 클린 룸 내에서 수행되는 것이 바람직하다.First, the
이렇게 에칭 및 클리닝 공정을 거친 후에, 열처리 공정에 의한 도너 킬링 공정을 수행하여 실리콘 링 부재(150) 및 실리콘 전극판(160) 내의 저항을 안정화시키는 것이 바람직한데, 상기 열처리 공정은 다단계 열처리 공정 또는 고온 열처리 공정으로 실시할 수 있다(S170).After the etching and cleaning processes, it is preferable to perform the donor killing process by the heat treatment process to stabilize the resistance in the
도너 킬링 공정은 실리콘 링 부재(150) 및 실리콘 전극판(160)의 열처리를 통해 이들 내부의 불순물, 특히 산소를 제거하는 공정이다. 열처리는 퍼니스 타입, 오븐 타입 또는 벨트 타입을 포함하는 다양한 열처리 기구가 사용될 수 있다. 열처리 기구는 온도 및 시간을 세팅할 수 있는 프로그램이 가능한 기구를 이용하여 정확한 열처리가 가능하도록 한다. 그리고, 열처리 온도 및 시간은 프로그램에 의해 디지털 또는 아날로그 등으로 결과물을 기록할 수 있는 것이 바람직하다.The donor killing process is a process for removing impurities, particularly oxygen, from the inside through the heat treatment of the
다단계 열처리 공정은 온도를 상승시키면서 다단계로 실시하는데, 일 예로서 3단계로 온도를 상승시키면서 실시한다. 즉, 상온에서 1∼100 ℃/min의 온도 상승률로 제 1 온도까지 상승시킨 후 1∼60 분간 열처리하고, 이어서 상기 제 1 온도에서 1∼100 ℃/min의 온도 상승률로 제 2 온도까지 상승시킨 후 1∼60 분간 열처리를 진행한 후, 상기 제 2 온도에서 1∼100 ℃/min의 온도 상승률로 제 3 온도까지 상승시킨 후 1∼180 분간 열처리할 수 있다. 이후 상기 제 3 온도에서 1∼100 ℃/min의 온도 하강률로 상온까지 온도를 낮추게 된다. 여기서, 제 1 온도는 바람직하게 100∼300℃이고, 제 2 온도는 300∼500 ℃가 바람직하며, 제 3 온도는 600∼1000 ℃인 것이 바람직하다. The multistage heat treatment process is carried out in multiple stages while raising the temperature. For example, the multistage heat treatment process is carried out while raising the temperature in three stages. That is, the temperature is raised to a first temperature at a temperature rise rate of 1 to 100 ° C / min at room temperature, and then heat-treated for 1 to 60 minutes. Thereafter, the temperature is raised from the first temperature to the second temperature at a rate of 1 to 100 ° C / After the heat treatment is performed for 1 to 60 minutes, the temperature is increased from the second temperature to the third temperature at a rate of 1 to 100 ° C / min, and then the heat treatment is performed for 1 to 180 minutes. Then, the temperature is lowered to room temperature at a temperature lowering rate of 1 to 100 ° C / min at the third temperature. Here, the first temperature is preferably 100 to 300 ° C, the second temperature is preferably 300 to 500 ° C, and the third temperature is preferably 600 to 1000 ° C.
또한, 상기 열처리 공정은 산소 및 불활성 가스 또는 질소 및 불활성 가스를 공급하여 실시하는 것이 바람직한데, 이렇게 열처리 공정을 실시한 후 공급된 가스에 따라 산화막 또는 질화막이 실리콘 링부재(150) 또는 실리콘 전극판(160) 상에 성장될 수 있으며, 이렇게 성장된 산화막 또는 질화막은 추후 진행될 수 있는 그라인딩, 불화 수소를 이용한 습식 식각 또는 폴리싱에 의해 제거된다.The annealing process is preferably performed by supplying oxygen and an inert gas or nitrogen and an inert gas. After the annealing process, an oxide film or a nitride film is formed on the
상기 열처리는 다단계 열처리 공정뿐만 아니라 고온 열처리 공정을 실시할 수도 있는데, 이 경우 상온에서 1∼100 ℃/min의 온도 상승률로 600∼1000 ℃ 까지 상승시킨 후 1∼180 분간 열처리한다. 이후 1∼100 ℃/min의 온도 하강률로 상온까지 온도를 낮추게 된다.The heat treatment may be performed not only in a multistage heat treatment process but also in a high temperature heat treatment process. In this case, the temperature is raised to 600 to 1000 ° C at a temperature rise rate of 1 to 100 ° C / min at room temperature and then heat treated for 1 to 180 minutes. Then, the temperature is lowered to room temperature at a temperature lowering rate of 1 to 100 ° C / min.
이렇게 다단계 열처리 공정과 같은 도너 킬링 공정에 의해 실리콘 링 부재(150) 및 실리콘 전극판(160)의 저항을 안정화시킨 다음 실리콘 링 부재(150) 및 실리콘 전극판(160)의 저항을 측정하고, 실리콘 소재의 이력 관리를 위해 레이저 마킹을 실시한다.The resistances of the
다음 단계로, 더블 사이드 폴리싱 공정을 실시하여 실리콘 링부재(150) 및 실리콘 전극판(160)의 양면을 평탄화시키고, 표면 거칠기를 줄여 단결정 실리콘 포커스링(220) 및 실리콘 상부 전극(230)을 제작한다(S180).In the next step, the double side polishing process is performed to planarize both surfaces of the
폴리싱 공정은 먼저, 단차 폴리싱 공정으로 실리콘 링 부재(150)의 단차 영역의 평탄도를 향상시킬 수 있고, 표면 거칠기를 5Å이하로 유지할 수 있다. 즉, 실리콘 링 부재(150)의 내측면 및 단차 표면(관통홀과 홈 영역)을 폴리싱하며, 이후, 세정 공정이 수행된다. 상기 세정 공정 후에는 더블 사이드 폴리싱 장비를 이용하여 실리콘 링부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 상면 및 하면을 동시에 폴리싱한다(도 6 참조).The polishing process can first improve the flatness of the stepped region of the
더블 사이드 폴리싱 장비는 상부 폴리싱 패드부와 하부 폴리싱 패드부(90)를 포함한다. 상기 하부 폴리싱 패드부는 원형의 하부 플레이트(91)와, 하부 플레이트 상에 설치된 하부 폴리싱 패드(92)와, 하부 폴리싱 패드 상에 소정의 관통홀을 갖는 복수의 캐리어(93)를 포함한다. 캐리어(93)의 관통홀(94)내는 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)이 위치 고정되고, 이에 따라 이들의 이탈을 방지한다. The double side polishing equipment includes an upper polishing pad portion and a lower
여기서, 상부 폴리싱 패드(미도시)와 하부 플레이트(90)는 서로 다른 방향으로 회전하면서 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 상면 및 하면을 동시에 폴리싱한다. 또한, 복수의 캐리어(93)도 회전하는 것이 바람직하다. 한편, 하나의 캐리어(93) 내에 복수의 관통홀(94)이 형성될 수 있다. 즉, 하나의 캐리어(93) 내에 2 내지 4개의 관통홀(94)이 형성되어 한번에 더블 사이드 폴리싱 공정을 실시하는 실리콘링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 수를 증가시킬 수 있다.Here, the upper polishing pad (not shown) and the
그리고, 더블 사이드 폴리싱 공정용 장비는 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 형상, 사이즈 또는 두께에 관계없이 캐리어(93)만을 변경하여 폴리싱을 수행할 수 있다. 그리고, 폴리싱 공정시 주입되는 슬러리및 계면 활성제를 조절하여 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 상면 및 하면의 표면 거칠기를 제어할 수 있다. The apparatus for double side polishing process can perform polishing by changing only the
즉, 일반적인 폴리싱은 단면 폴리싱으로 실리콘 판의 한면에 왁스를 코팅하고 폴리싱 헤드에 접착하여 사용하였다. 이로 인해 왁스 코팅의 균일도에 따라 평탄도가 달라질 수 있었다. 그러나, 본 발명에 따른더블 사이드 폴리싱의 경우 왁스 코팅 공정을 수행하지 않는다. 이는 가공하고자 하는 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 두께에 맞는 캐리어를 제작하고 실리콘 링 제품의 사이즈에 맞게 캐리어 홀을 만들어공정을 진행하기 때문이다.In other words, general polishing was performed by coating a wax on one surface of a silicon plate with a cross-section polishing and adhering to a polishing head. As a result, the flatness can be varied depending on the uniformity of the wax coating. However, in the case of the double side polishing according to the present invention, the wax coating process is not performed. This is because a carrier suitable for the thickness of the
상기 더블 사이드 폴리싱 공정의 구체적인 공정 조건을 예를 들어 살펴보면, 0.1∼1.0 ㎏/㎠의 압력으로 상부 폴리싱 패드부(미도시)는 약 10∼20 rpm의 회전수로 반시계 방향으로 회전하고, 하부 폴리싱 패드부(90)는 약 30∼40 rpm의 회전수로 시계 방향으로 회전한다. 이때, 캐리어(92)도 약 10∼20 rpm의 회전수로 시계 방향으로 회전한다. 또한, 제 1 슬러리를 3∼5 ℓ/min의 양으로 유입시켜 폴리싱한 후 필요에 따라 제 2 슬러리를 2∼3 ℓ/min의양으로 유입시켜 폴리싱한다. 여기서, 제 1 슬러리는 제 2 슬러리보다 연마 입자의 사이즈가 큰 슬러리이고, 제1 슬러리를 이용한 폴리싱에 의해 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)이 폴리싱되고, 제 2 슬러리를이용한 폴리싱에 의해 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 표면 거칠기를 더욱 향상시킨다. 또한,제 2 슬러리를 이용한 폴리싱 이후에 케미컬을 유입시킬 수도 있는데, 이는 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160) 표면의 파티클 부착을 방지하여 이후 클리닝 공정을 완벽하게 할 수 있도록 한다.For example, the upper polishing pad portion (not shown) rotates counterclockwise at a rotation speed of about 10 to 20 rpm at a pressure of 0.1 to 1.0 kg /
이와 같은 더블 사이드 폴리싱 공정을 통해 실리콘 링 부재(150) 또는 실리콘 전극판(160)의 상면과 하면의 평탄도를 향상시킬 수 있고, 표면 거칠기를 5Å이하로 유지할 수 있다. 표면 거칠기를 1 내지 5 Å으로 유지하여 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기인 2 Å과 유사하게 유지할 수 있다. 이와 같이 실리콘 링의 표면 거칠기를 웨이퍼의 표면 거칠기와 유사하게 하여 웨이퍼 상측의 플라즈마 균일도를 높여 플라즈마 처리 효율을 향상시킬 수 있다.The double side polishing process can improve the flatness of the upper surface and the lower surface of the
상기 더블 사이드 폴리싱 공정 후 클리닝 공정을 실시하여 슬러리 및 파티클을 제거한다. 이를 통해 본 실시예에 따른 실리콘 포커스링을 제작한다. 이어서, 제작 완료된 실리콘 포커스링의 규격을 측정하고, 파이널 세정을 수행한다. 실리콘 포커스링의 규격 측정을위하여 3D 인스펙션을 실시하는 것이 바람직하다. 그리고, 파이널 세정 후에 육안 검사를 실시한다. 육안 검사로는 표면 검사 및 에지 칩핑 검사를 수행하고, 이를 통해 파티클 및 딥 스크레치를 검사할 수 있다.After the double side polishing process, a cleaning process is performed to remove slurry and particles. Thus, a silicon focus ring according to the present embodiment is fabricated. Then, the standard of the manufactured silicon focus ring is measured, and final cleaning is performed. It is preferable to perform a 3D inspection to measure the size of the silicon focus ring. Then, visual inspection is performed after final cleaning. Visual inspection includes surface inspection and edge chipping inspection, which allows inspection of particles and deep scratches.
물론 본 발명의 일 실시 예에 따른 실리콘 전극은 이에 한정되지 않고, 실리콘 전극의 전체 직경이 상기 실리콘중심 원통의 직경보다 클 경우에는 복수의 몸체를 이용하여 실리콘 전극을 제작할 수 있다.Of course, the silicon electrode according to an embodiment of the present invention is not limited to this, and in the case where the total diameter of the silicon electrode is larger than the diameter of the silicon central cylinder, a silicon electrode can be manufactured using a plurality of bodies.
한편, 상기 실시 예에서는 적어도 2회의 그라인딩 공정과 에칭 및 클리닝 공정을 실시하는 것으로 설명되었으나, 에칭 및 클리닝 공정은 선택적으로 실시할 수도 있는데, 이는 그라인딩 공정 후 표면 평탄화 및 결함 양상에 따라 에칭 및 클리닝 공정을 선택적으로 실시할 수 있음을 의미한다.Although the grinding step and the etching step and the cleaning step are performed at least two times in the above embodiment, the etching and cleaning steps may be selectively performed. This may be performed after the grinding step by etching and cleaning according to surface planarization and defect patterns Quot; can be selectively performed.
또한, 상기 실시 예에서는 다단계 열처리에 의한 도너 킬링 공정을 실리콘 링 부재(150) 및 실리콘 판(140)에 복수의 관통홀(141)을 형성한 후 실시하였으나, 이에 국한되지 않고 실리콘 실린더(120b) 및 실리콘 원기둥(120c)를 절단한 후 실시할 수도 있고, 평탄화 공정 후에 실시할 수도 있다. 다른 예로서 실리콘 잉곳을 절단하여 실리콘 판을 형성한 후 실리콘 판의 중심에 중심홀 또는 복수의 관통홀을 형성하여 실리콘 포커스링 또는 실리콘 전극판을 형성하는 경우에는 다단계 열처리에 의한 도너 킬링 공정을 실리콘 판을 형성한 후, 실리콘 판에 중심홀 또는 복수의 관통홀을 형성한 후, 또는 그라인딩 공정 후에 실시할 수도 있다.In the above embodiments, the donor killing process by the multi-stage heat treatment is performed after the plurality of through
도 7은 상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 방법에 따라 제작된 실리콘 포커스링(220)과 실리콘 상부 전극(230)을 구비하는 플라즈마 식각 장치를 도식적으로 나타낸 그림이다.7 is a diagrammatic view illustrating a plasma etching apparatus including a
상기 플라즈마 식각 장치는 앞서 설명한 제조 방법으로 제작된 실리콘 링으로 제조된 실리콘 포커스링(220)과 실리콘 전극판으로 제조된 실리콘 상부 전극(230)을 구비한다. 도 7에 도시된 바와 같이 플라즈마 식각 장치는 챔버(200)와, 웨이퍼(201)가 안치되는 하부 전극(210)과, 하부전극(210) 상에 안치된 웨이퍼(201)의 가장자리 영역에 마련된 실리콘 포커스링(220)과, 하부 전극(210)에 상측에 마련되고 샤워헤드 일체형의 실리콘 상부 전극(230)과, 하부 전극(210)과 실리콘 상부 전극(230)에 전원을 공급하는 제 1 및 제 2 전원 공급부(240, 250)를 구비한다.
The plasma etching apparatus includes a
이하에서는 고품질 단결정 실리콘의 제조 방법와 이렇게 제조된 단결정 실리콘을 재질로 사용하여 제조된 [111] 방향의 단결정 실리콘 상부 전극과 실리콘 포커스링의 내구성에 대하여 실시예와 비교예를 통해 구체적으로 설명하고자 한다.
Hereinafter, the durability of the [111] single crystal silicon upper electrode and the silicon focus ring manufactured using the monocrystalline silicon fabricated by the method for manufacturing high-quality single crystal silicon will be described in detail with reference to examples and comparative examples.
[[ 실시예Example 1] 고품질 단결정 실리콘의 제조 1] Manufacture of high quality single crystal silicon
주면의 면방위가 (111)인 고품질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조하기 위해, 결정방위가 <111>인 종결정을 사용하여 단결정 실리콘 잉곳을 제조하였으며, 상기 종결정의 상승속도와 네킹부와 연결되는 숄더부의 내각의 크기를 변화시켜 제조된 단결정 실리콘 잉곳의 품질을 확인하기 위해 광학현미경을 사용하여 단결정 실리콘의 표면을 관찰하였다.In order to produce a high quality single crystal silicon ingot having a principal plane orientation of (111), a single crystal silicon ingot was produced using a seed crystal having a crystal orientation of < 111 >, and a shoulder The surface of the single crystal silicon was observed using an optical microscope to confirm the quality of the single crystal silicon ingot manufactured by varying the size of the internal cavity.
슬립 전위의 발생으로 인한 네킹부의 파단 정도 및 결정 낙하 정도를 세가지 단계로 구분(X: 불량 3곳 이상, ○: 불량 3곳 미만, ◎: 불량 1곳 이하)하여 실험 조건별로 관찰한 결과는 다음의 표 1 및 표 2와 같다.
(X: defective at least three points, O: defective at three points, ⊚: defective at one point or less), and the results of observation by experimental conditions were as follows: As shown in Table 1 and Table 2, respectively.
상기 표 1과 표 2의 결과에서 확인할 수 있듯이, 종결정의 상승 속도는 4~6 mm/min의 범위가 바람직하고, 네킹부와 연결되는 숄더부의 내각의 크기인 크라운 앵글의 범위는 80~140°의 범위를 갖도록 결정 성장 조건을 제어하는 것이 주면의 면방위가 (111)인 고품질의 단결정 실리콘 잉곳을 제조하는데 바람직함을 알 수 있었다.As can be seen from the results of Table 1 and Table 2, the rising speed of the termination definition is preferably in the range of 4 to 6 mm / min, and the range of the crown angle, which is the size of the internal angle of the shoulder portion connected to the neck portion, It is preferable to control the crystal growth conditions so as to have a range of (111) plane orientation of the main surface, which is preferable for producing a single crystal ingot of high quality.
실제 종결정 상승속도를 3 mm/min 또는 4 mm/min으로 고정한 후, 크라운 앵글의 크기를 각각 75, 90, 145°로 변화시켜 제조한 주면의 면방위가 (111)인 고품질의 단결정 실리콘을 관찰한 결과는 도 6과 같다.
After fixing the actual seed crystal growth rate to 3 mm / min or 4 mm / min, high quality monocrystalline silicon with a plane orientation of 111 (111), which is produced by changing the crown angle size to 75, 90, The results are shown in Fig.
[[ 실시예Example 2] 2] 에칭식각량의Etching etching amount 측정 Measure
이상의 방법으로 제조된 [111] 방향의 단결정 실리콘 상부 전극과 실리콘 포커스링을, 동일한 조건으로 형성된 [100] 방향의 단결정 실리콘 상부 전극과 실리콘 포커스링의 플라즈마 처리 장치에 장착한 후, 45 mTorr, 800 W의 RF power 및 20 W의 BAIS 조건에서 운전한 후, 단위 시간당 상기 단결정 실리콘 상부 전극과 실리콘 포커스링의 식각량을 측정하였다.The single crystal silicon upper electrode of the [111] direction and the silicon focus ring manufactured by the above method and the silicon focus ring were attached to the [100] single crystal silicon upper electrode and the silicon focus ring plasma processing apparatus formed under the same conditions, W RF power and a 20 W BAIS condition, the etching amount of the upper silicon single crystal silicon electrode and the silicon focus ring per unit time was measured.
단결정 실리콘 포커스링을 외주 방향으로 21 point에 대하여 측정하여, 본 발명의 [111] 방향의 단결정 실리콘 포커스링과 [100] 방향의 단결정 실리콘 포커스링의 단위 시간당 식각량의 측정 결과를 아래의 표 3과 도 8에 나타내었다. 이때 측정된 단결정 실리콘 포커스링의 단위시간당 식각량의 단위는 mm/hr이다. The measurement results of the etching rate per unit time of the single crystal silicon focus ring in the [111] direction and the single crystal silicon focus ring in the [100] direction according to the present invention were measured as shown in Table 3 And FIG. 8, respectively. The unit of etching amount per unit time of the measured single crystal silicon focus ring is mm / hr.
상기 단결정 실리콘 포커스링의 측정 방법과 동일하게 [111] 방향의 단결정 실리콘 상부 전극에 대해서도 동일한 실험을 진행하였으며, 상부 전극의 지름을 따라 41point에 대해서 기존의 [100] 방향의 실리콘 상부전극과 식각량을 비교하여 측정하였으며, 이때의 식각량의 단위는 mm이고, 150시간의 공정 진행 후 측정된 식각량의 값을 의미한다. 그 결과를 다음의 표 4와 도면 9에 나타내었다.The same experiment was carried out for the [111] direction single crystal silicon upper electrode in the same manner as the above-mentioned single crystal silicon focus ring measurement method. For the 41 points along the diameter of the upper electrode, And the unit of the etching amount is mm, which means the value of the etching amount measured after 150 hours of the process. The results are shown in Table 4 and FIG.
상기 표 1과 표 2의 측정 결과에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 제조 방법으로 제조된 [111] 방향의 단결정 실리콘으로 제조된 플라즈마 설비용 단결정 실리콘 링과 실리콘 상부 전극은 기존의 [100] 방향의 단결정 실리콘 제품에 비해 단위 시간당 식각량이 약 30% 감소 되었으며, 이에 따라 사용 수명 및 내구 연한이 적어도 30% 이상 연장되는 효과가 있음을 확인할 수 있다. As can be seen from the measurement results of Tables 1 and 2, the single crystal silicon ring and the silicon upper electrode for a plasma facility made of single crystal silicon in the [111] direction manufactured by the manufacturing method of the present invention, The etching amount per unit time was reduced by about 30% as compared with the monocrystalline silicon product, and thus, the service life and durability were prolonged by at least 30%.
또한, 본 발명에서 제공하는 플라즈마 처리 장치에 사용되는 단결정 실리콘 부품은 기존에 널리 사용되는 단결정 실리콘과는 달리 결정성장 방향이 변화됨으로써 사용 중 내구성이 증가로 인한 사용 수명의 증가뿐만 아니라, 플라즈마 처리 장치 내에서 실리콘 포커스링 또는 실리콘 상부 전극의 형태로 사용될 때 불순물이 발생되지 않으므로, 공정 수율을 향상시킬 수 있다. In addition, the single crystal silicon component used in the plasma processing apparatus of the present invention has a crystal growth direction different from that of monocrystal silicon widely used in the prior art, thereby increasing service life due to increase in durability during use, The impurity is not generated when used in the form of a silicon focus ring or a silicon upper electrode, and thus the process yield can be improved.
본 실시예의 제작 방법에 따라 제조된 실리콘 포커스링 및 실리콘 상부 전극은 그 사용처가 상술한 식각 장치에 한정되지 않고, 다양한 플라즈마 처리 장치에 적용될 수 있으며, 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.
The silicon focus ring and the silicon upper electrode manufactured according to the manufacturing method of the present embodiment are not limited to the above-described etching apparatus but may be applied to various plasma processing apparatuses, and the present invention is not limited to the above- And may be implemented in various other forms. In other words, the above-described embodiments are provided so that the disclosure of the present invention is complete, and those skilled in the art will fully understand the scope of the invention, and the scope of the present invention should be understood by the appended claims .
1: [100] 방향으로 결정 성장된 잉곳 2: 네킹(necking)부
3: 숄더 7: 히터
8: 단열재 9: 측면단열재
10: 하부단열재 11: 석영도가니
12: 흑연도가니 13: 하부구동부
14: 직경 감지센서 15: 단결정 성장 장치
16: 성장로 17: 인상로
18: 상부회전부 19: 케이블
21: 흑연도가니 지지축 22: 하부 회전부
23: 불활성 기체 유입 장치 24: 압력 조절 장치
71, 72, 73 : 스테이지 74, 75 : 그라인딩 휠
90 : 하부 폴리싱 패드부 91 : 하부 플레이트1: ingot crystal-grown in [100] direction 2: necking
3: Shoulder 7: Heater
8: Insulation 9: Side Insulation
10: lower insulating material 11: quartz crucible
12: Graphite crucible 13: Lower drive part
14: Diameter sensor 15: Single crystal growth device
16: Growing by 17: Impression
18: upper rotating part 19: cable
21: Graphite crucible supporting shaft 22: Lower rotating part
23: inert gas inlet device 24: pressure regulator
71, 72, 73:
90: lower polishing pad part 91: lower plate
Claims (10)
실리콘 잉곳으로부터 실리콘 원기둥과 속이 빈 실리콘 실린더(hollow cylinder)를 제조하는 코어링 단계;
상기 코어링 단계를 통해 제조된 실리콘 원기둥을 절단하여 실리콘 판을 형성하고, 상기 속이 빈 실리콘 실린더를 절단하여 내부가 빈 실리콘 링을 형성하는 슬라이싱 단계;
상기 슬라이싱 단계에서 제조된 실리콘 판과 실리콘 링의 표면을 평탄화하는 다단계 그라인딩 단계;
상기 실리콘 판에 복수의 관통 홀을 형성하여 실리콘 전극판을 제조하고, 상기 실리콘 링의 안쪽에 계단형 단차를 형성하여 실리콘 링부재를 제조하는 가공 단계;
실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 가공 단계에서 발생된 손상을 제거하기 위해 알칼리 또는 산 용액을 사용하여 상기 실리콘 전극판과 실리콘 링부재를 습식 에칭하는 단계;
상기 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 내부에 존재하는 불순물을 제거하는 열처리 단계; 및
불순물이 제거된 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 표면을 경면화 하는 표면 연마 단계;를 포함하고,
상기 웨이퍼 주면의 면방위가 (111)인 단결정 실리콘 잉곳을 준비하는 단계는, 결정방위가 <111>인 실리콘 종결정을 실리콘 용용융액에 담그어 회전시키면서 끌어올려 결정방위가 <111>인 실리콘 단결정을 성장시키는 단계; 및
상기 결정방위가 <111>인 실리콘 단결정 잉곳의 양 끝단의 일부를 제거하는 크로핑 단계;를 포함하며,
상기 결정방위가 <111>인 실리콘 단결정 잉곳을 성장시키는 과정 중에서, 네킹부 직경의 1.5배의 직경이 될 때까지의 잉곳 성장 초기 단계는 상기 실리콘 종결정을 4~6 mm/min의 속도로 끌어 올려지면서 동시에 상기 네킹부와 연결되는 실리콘 단결정 잉곳의 숄더부 내각의 크기가 80 ~ 140 도의 범위로 유지되는 것을 특징으로 하는, 높은 내구성을 갖는 플라즈마 장비용 단결정 실리콘 부품의 제조방법.Preparing a single crystal silicon ingot having a plane orientation of the wafer principal plane of (111);
A coring step of fabricating a silicon cylinder and hollow cylinder from the silicon ingot;
A slicing step of cutting the silicon cylinder manufactured through the coring step to form a silicon plate, cutting the hollow silicon cylinder to form a hollow silicon ring therein;
A multistage grinding step of smoothing a surface of the silicon plate and the silicon ring manufactured in the slicing step;
Forming a plurality of through holes in the silicon plate to produce a silicon electrode plate and forming a stepped step inside the silicon ring to produce a silicon ring member;
Wet etching the silicon electrode plate and the silicon ring member using an alkali or an acid solution to remove damage generated in the processing step of the silicon electrode plate and the silicon ring member;
A heat treatment step of removing impurities existing inside the silicon electrode plate and the silicon ring member; And
And a surface polishing step of mirror-polishing the surfaces of the silicon electrode plate and the silicon ring member from which the impurities have been removed,
The step of preparing the single crystal silicon ingot having the plane orientation of the main surface of the wafer (111) is a step of immersing the silicon seed crystal having a crystal orientation of < 111 > in a silicon melt, rotating the silicon seed crystal while rotating the silicon single crystal, Growing step; And
A step of removing a part of both ends of the silicon single crystal ingot having the crystal orientation of < 111 >
In the initial stage of the ingot growth until the diameter of the silicon single crystal ingot having the crystal orientation <111> is increased to 1.5 times the diameter of the necking portion, the silicon seed crystal is pulled at a speed of 4 to 6 mm / min And the size of the shoulder inner angle of the silicon single crystal ingot connected to the neck portion is maintained in a range of 80 to 140 degrees.
상기 열처리 단계 후, 상기 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 표면에 생성된 산화막을 제거하기 위해 불산을 사용한 추가 세정단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 높은 내구성을 갖는 플라즈마 장비용 단결정 실리콘 부품의 제조방법.The method according to claim 1,
Further comprising: a further cleaning step using hydrofluoric acid to remove the oxide film formed on the surfaces of the silicon electrode plate and the silicon ring member after the heat treatment step. Gt;
상기 다단계 그라인딩 단계는, 제1차 그라인딩 단계와 상기 제1차 그라인딩 단계보다 낮은 거칠기와 높은 회전 속도 및 낮은 압력으로 제2차 그라인딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 높은 내구성을 갖는 플라즈마 장비용 단결정 실리콘 부품의 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein said multistage grinding step comprises a primary grinding step and a secondary grinding step with a lower roughness and a higher rotational speed and lower pressure than said primary grinding step, A method of manufacturing a silicon component.
상기 열처리 단계는, 산소와 불활성 가스의 혼합 분위기 또는 질소와 불활성 가스의 혼합분위기에 진행되고, 적어도 제1온도에서 제1시간 동안 진행된 후, 제2온도에서 제2시간 동안 진행되는 다단계 열처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 높은 내구성을 갖는 플라즈마 장비용 단결정 실리콘 부품의 제조방법.The method according to claim 1,
The heat treatment step is a step of performing a multi-step heat treatment process that proceeds in a mixed atmosphere of oxygen and an inert gas or a mixed atmosphere of nitrogen and inert gas, proceeds at least at a first temperature for a first time, and then proceeds at a second temperature for a second time Wherein the method comprises the steps of: preparing a single crystal silicon component for a plasma device having a high durability.
상기 표면 연마 단계는, 실리콘 전극판과 실리콘 링부재의 상면과 하면을 동시에 폴리싱하는 더블 폴리싱 단계를 포함하고, 서로 다른 방향으로 회전하는 상부 폴리싱 패드부와 하부 폴리싱 패드부 사이에 복수의 캐리어가 위치되어, 상기 캐리어 각각에 상기 실리콘 전극판 또는 실리콘 링부재가 고정되는 것을 특징으로 하는, 높은 내구성을 갖는 플라즈마 장비용 단결정 실리콘 부품의 제조방법.The method according to claim 1,
The surface polishing step includes a double polishing step of simultaneously polishing the upper surface and the lower surface of the silicon electrode plate and the silicon ring member, and a plurality of carriers are disposed between the upper polishing pad portion and the lower polishing pad portion, Characterized in that the silicon electrode plate or the silicon ring member is fixed to each of the carriers. ≪ Desc / Clms Page number 13 >
A single crystal silicon upper electrode for a plasma processing apparatus and a single crystal silicon focus ring made of a single crystal silicon material having a [111] crystal orientation, which is manufactured by the manufacturing method of a silicon part according to any one of claims 1 and 4 to 7, And the plasma processing apparatus.
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