KR101592124B1 - 건식식각장치의 포커스링 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건식식각장치의 포커스링 제조방법에 관한 것으로, a) 단면의 형상이 H형인 링구조의 그라파이트 기재를 준비하는 단계와, b) 상기 그라파이트 기재의 전면에 SiC를 증착하여 SiC층을 형성하는 단계와, c) 상기 증착된 SiC층의 상면과 저면을 절단가공하여 상기 그라파이트 기재의 수직측부의 상하면을 노출시키는 단계와, d) 산소 분위기에서 열처리를 통해 상기 그라파이트 기재를 산화시켜 제거하여, 한 쌍의 SiC 포커스링을 획득하는 단계를 포함한다. 본 발명은 그라파이트 원판의 구조를 변경하여 SiC의 가공 회수를 줄여 제조시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

건식식각장치의 포커스링 제조방법{Manufacturing method for focus ring of dry etching apparatus}

본 발명은 건식식각장치의 포커스링 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 제조에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 건식식각장치의 포커스링 제조방법에 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.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여 실리콘 카바이드(SiC)를 이용하여 포커스링을 제조하는 방법이 제안되었다. 특히 본 발명의 출원인의 등록특허 10-1178184호(2012년 8월 23일 등록, 건식식각장치의 포커스링 및 그 제조방법)에는 그라파이트 원판의 전면에 SiC를 증착한 후, 그라파이트 원판의 측면이 노출되도록 SiC층의 가장자리 둘레를 절단하고, 노출된 그파라이트 원판을 가로방향으로 절단가공한 다음, 그라파이트 원판을 제거함으로써, 한 쌍의 SiC 원판을 획득하는 방법이 기재되어 있다.

여기서 SiC 포커스링을 다시 얻기 위해서는 SiC 원판을 상하 절단가공하여 내측을 제거하여 링형태로 제조해야 한다.

이처럼 상기 등록특허는 SiC 포커스링과 더미 웨이퍼를 동시에 제조할 수 있는 특징이 있는 것이지만, 강도가 매우 높은 SiC를 기계적으로 가공해야 하는 과정이 많기 때문에 제조 공정에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 포커스링을 제조한 후에도 내경부분과 외경부분을 다시 정밀하게 가공할 필요가 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 강도가 높은 SiC의 가공 회수를 줄일 수 있는 건식식각장치의 포커스링 제조방법에 관한 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, a) 단면의 형상이 H형인 링구조의 그라파이트 기재를 준비하는 단계와, b) 상기 그라파이트 기재의 전면에 SiC를 증착하여 SiC층을 형성하는 단계와, c) 상기 증착된 SiC층의 상면과 저면을 절단가공하여 상기 그라파이트 기재의 수직측부의 상하면을 노출시키는 단계와, d) 산소 분위기에서 열처리를 통해 상기 그라파이트 기재를 산화시켜 제거하여, 한 쌍의 SiC 포커스링을 획득하는 단계를 포함한다.

상기 a) 단계의 그라파이트 기재는, 링형상이며 수직방향으로 두께를 가지는 제1수직측부와, 상기 제1수직측부에 비해 직경이 작은 링형상이며 수직방향으로 두께를 가지는 제2수직측부와, 상기 제1수직측부의 내경면 중앙부와 상기 제2수직측부의 외경면 중앙부를 연결하는 수평연결부를 포함할 수 있다.

상기 c) 단계는, 산소가 공급되는 조건에서 400~1800℃로 승온시켜 상기 그라파이트 기재를 제거할 수 있다.

본 발명 건식식각장치의 포커스링 제조방법은, 그라파이트 원판의 구조를 변경하여 SiC의 가공 회수를 줄여 제조시간을 단축하여 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 포커스링 제조공정 순서도이다.
도 2는 본 발명에 적용되는 그라파이트 기재의 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 포커스링 제조공정 수순 단면도이다.

이하, 본 발명의 건식식각장치의 포커스링 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 포커스링 제조공정 순서도이고, 도 2는 본 발명에 적용되는 그라파이트 기재의 구성도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 포커스링 제조공정 수순 단면도이다.

도 1 내지 도 5를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 포커스링 제조방법은, 링형상이며 단면의 형상이 H형인 그라파이트 기재(10)를 준비하는 단계(S11)와, 상기 그라파이트 기재(10)의 전면에 SiC를 증착하여 SiC층(20)을 형성하는 단계(S12)와, 상기 증착된 SiC층(20)의 상면과 저면을 절단가공하여 상기 그라파이트 기재(10)의 수직측부의 상하면을 노출시키는 단계(S13)와, 산소 분위기에서 열처리를 통해 상기 그라파이트 기재(10)를 산화시켜 제거하여, 한 쌍의 SiC 포커스링(31,32)을 획득하는 단계(S14)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 포커스링 제조방법의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, S11단계에서는 그라파이트 기재(10)를 준비한다. 상기 그라파이트 기재(10)는 전체적으로 링형상이며, 수직단면이 'H'형상을 갖는다.

즉, 외경부를 이루는 제1수직측부(11)와, 내경부를 이루는 제2수직측부(12)와, 상기 제1수직측부(11)의 안쪽 측면의 중앙과 상기 제2수직측부(12)의 외측 측면의 중앙부를 수평방향으로 연결하는 수평연결부(13)를 포함하여 구성된다.

이와 같은 그라파이트 기재(10)는 그라파이트괴를 가공하여 제조할 수 있다. 그라파이트는 가공성이 매우 우수하기 때문에 도 2의 구성과 같은 구조의 그라파이트 기재(10)를 제조하는 것은 매우 용이하며, 제조에 소요되는 시간도 상대적으로 매우 짧다.

상기 수평연결부(13)의 상면측으로부터 상기 제1수직측부(11) 및 제2수직측부(12)의 상면까지의 높이는 실질적으로 제조하고자 하는 포커스링의 두께와 동일하거나 좀 더 높게 되도록 제작한다. 이와 동일하게 수평연결부(13)의 저면측으로부터 제1수직측부(11) 및 제2수직측부(12)의 저면까지의 높이 역시 포커스링의 두께와 동일하거나 좀 더 높게 된다.

포커스링의 두께보다 좀 더 높게 제작하는 이유는 포커스링 제작을 위하여 SiC층의 표면을 가공해야 할 수 있기 때문이다.

그 다음, S12단계에서는 상기 그라파이트 기재(10)의 전체 표면에 SiC를 증착한다. 이때의 단면은 도 3에 도시하였다.

상기 전체적인 형상이 링형상인 그라파이트 기재(10)의 상면, 저면, 외경면, 내경면에 SiC가 증착되어 SiC층(20)이 형성된다.

그 다음, S13단계에서는 도 4에 도시한 바와 같이 상기 형성된 SiC층(20)의 상면일부와 저면일부를 제거한다. 이 제거는 절단 또는 연마의 방법을 사용할 수 있다.

상기 SiC층(20)의 상면일부와 저면일부의 제거에 의하여 상기 그라파이트 기재(10)의 제1수직측부(11) 및 제2수직측부(12)의 상면과 저면이 노출된다.

즉, 상기 제1수직측부(11)와 제2수직측부(12)의 외면에 SiC층(20)의 일부가 위치하며, 상기 제1수직측부(11), 제2수직측부(12) 및 수평연결부(13)가 이루는 공간에 SiC층(20)이 위치하게 된다.

그 다음, S14단계에서는 상기 노출된 그라파이트 기재(10)를 제거한다. 이 상태는 도 5에 도시하였다.

상기 그라파이트 기재(10)를 제거하는 방법으로는 산소를 이용하여 탄소성분인 그라파이트 기재(10)를 산화시켜 제거하는 방법을 사용한다. 산화를 위하여 산소가 공급되는 조건에서 400~1800℃로 승온시켜 상기 그라파이트 기재(10)를 산화시킨다.

이러한 산화에 의해 이산화탄소가 발생되며, 그라파이트 기재(10)는 빠르게 제거된다.

이처럼 그라파이트 기재(10)를 제거하면, 상기 그라파이트 기재(10)의 표면에 증착된 SiC층(20)만 남게 되며, 상기 SiC층(20) 중 상기 제1수직측부(11), 제2수직측부(12) 및 수평연결부(13)가 이루는 공간에 위치하는 SiC층(20)이 포커스링(31,32)이 된다.

이처럼 본 발명은 SiC를 증착한 후, 그라파이트 기재(10)를 노출시키기 위해서만 SiC층을 기계적으로 가공하는 과정을 거치게 됨으로써, 강도가 높은 SiC층을 기계적으로 가공하기 위한 공정시간을 단축할 수 있게 된다.

또한 포커스링(31,32)의 내경면과 외경면은 상기 그라파이트 기재(10)의 제1수직측부(11)와 제2수직측부(12)에 접하여 그 면이 정의되기 때문에 내경면과 외경면을 별도로 정밀가공할 필요가 없어 공정시간을 단축하고 제조비용을 줄일 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10:그라파이트 기재 11:제1수직측부
12:제2수직측부 13:수평연결부
20:SiC층 31,32:포커스링

Claims (3)

1. a) 링형상이며 수직방향으로 두께를 가지는 제1수직측부와, 상기 제1수직측부에 비해 직경이 작은 링형상이며 수직방향으로 두께를 가지는 제2수직측부와, 상기 제1수직측부의 내경면 중앙부와 상기 제2수직측부의 외경면 중앙부를 연결하는 수평연결부를 포함하여, 단면의 형상이 H형인 링구조의 그라파이트 기재를 준비하는 단계;
   b) 상기 그라파이트 기재의 전면에 SiC를 증착하여 SiC층을 형성하는 단계;
   c) 상기 증착된 SiC층의 상면과 저면을 절단가공하여 상기 그라파이트 기재의 수직측부의 상하면을 노출시키는 단계; 및
   d) 산소 분위기에서 열처리를 통해 상기 그라파이트 기재를 산화시켜 제거하여, 한 쌍의 SiC 포커스링을 획득하는 단계를 포함하는 건식식각장치의 포커스링 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 c) 단계는,
   산소가 공급되는 조건에서 400~1800℃로 승온시켜 상기 그라파이트 기재를 제거하는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 포커스링 제조방법.
   

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