KR101631797B1 - 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 증착대상물과, 상기 증착대상물의 상부 전체에 증착되어 플라즈마에 노출되는 SiC 재질의 상부층을 포함하되, 상기 상부층은 SiC를 1100 내지 1300℃의 온도 조건에서 증착하여 된 것을 특징으로 한다. 본 발명은 SiC 증착시 하부층과 상부층을 구분하고, 공정조건을 변경하여 플라즈마에 접촉되는 상부층의 SiC 그레인사이즈를 줄여 입자를 조밀하게 배치함으로써, SiC 구조물의 플라즈마에 대한 내에칭성을 향상시켜 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법{SiC structure for dry etching apparatus and manufacturing method the SiC structure}

본 발명은 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마에 대한 내에칭성을 높일 수 있는 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에서 사용되는 건식식각장치는 플라즈마를 이용하여 특정한 박막을 에칭하는 장치이다. 이는 에칭가스를 반응용기내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하며, 에칭의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 수십 nm 수준의 미세 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

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

그러나, 실제로 에칭이 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.

이처럼 건식식각장치의 내에서 사용되는 포커스링, 전극 등의 구조물들은 실리콘을 이용하여 제조하였다.

그러나 이러한 실리콘 재질의 구조물들은 역시 플라즈마에 노출되어 있으며, 표면이 에칭되어지며 그 에칭에 의해 수명이 단축되어 빈번하게 교체를 해줘야 한다.

이와 같은 구조물들의 빈번한 교체는 그 포커스링의 교체를 위하여 건식에칭공정을 중단해야 하기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있었으며, 그 구졸물들의 에칭에 따른 에칭부산물의 양이 증가하여 에칭공정의 원활한 진행이 어려운 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.

이러한 SiC 원판을 이용하여 전극이나 포커스링을 제작할 수 있었다.

그러나 이와 같이 제조된 SiC 구조물들 역시 SiC 재질의 특징상 실리콘에 비해서는 플라즈마에 대한 내에칭성이 우수하기는 하지만 에칭이 진행된다. 따라서 시장에서는 SiC 구조물에 대한 내에칭성을 향상시킬 수 있는 기술이 요구되었으며, 이를 해소한 것이 등록특허 10-1447006호(2014년 9월 26일 등록, 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물)이다.

등록특허 10-1447006호는 그라파이트 원판에 SiC를 증착한 후, 그라파이트 원판을 제거하여 얻어진 SiC 구조물을 기재면이 플라즈마에 접촉되도록 구성함으로써, 성장면에 비하여 조밀하게 증착되는 기재면의 에칭률이 더 낮은 것을 이용하여 SiC 구조물의 수명을 연장시키는 것이다.

그러나 위의 방법은 방향성을 가지는 것이기 때문에 항상 기재면이 플라즈마에 접촉되는 방향으로 설치해야 효과가 있는 것으로, 설치시 주의가 요구되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플라즈마에 대한 내에칭성을 향상시킬 수 있으며, 방향성을 가지지 않는 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

또한 본 발명은 종래에 비하여 보다 적극적인 방법으로 SiC의 그레인의 크기를 줄여 플라즈마에 대한 내에칭성을 더 향상시킬 수 있는 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 건식식각장치의 SiC 구조물은, 증착대상물과, 상기 증착대상물의 상부 전체에 증착되어 플라즈마에 노출되는 SiC 재질의 상부층을 포함하되, 상기 상부층은 SiC를 1100 내지 1300℃의 온도 조건에서 증착하여 이루어진다.

상기 증착대상물은 그라파이트이며, 상기 증착대상물과 상기 상부층의 사이에 SiC 재질의 하부층을 더 포함할 수 있다.

상기 하부층은, 1300℃ 초과 1600℃이하의 온도 조건에서 증착된다.

상기 증착대상물은 1300℃ 초과 1600℃이하의 온도 조건에서 SiC를 증착하여 구성할 수 있다.

본 발명 건식식각장치의 SiC 구조물 제조방법은, 증착대상물을 준비하는 단계와, 상기 증착대상물의 표면에 SiC를 1100 내지 1300℃의 온도 조건에서 증착하여 상부층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 증착대상물은 그라파이트이며, 상기 증착대상물과 상기 상부층의 사이에, 1300℃ 초과 1600℃ 이하의 공정 온도에서 SiC를 증착하여 하부층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 증착대상물은, SiC를 1300℃ 초과 1600℃이하의 온도 조건에서 증착하여 이루어진다.

본 발명 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법은, SiC 증착시 하부층과 상부층을 구분하고, 공정조건을 변경하여 플라즈마에 접촉되는 상부층의 SiC 그레인사이즈를 줄여 입자를 조밀하게 배치함으로써, SiC 구조물의 플라즈마에 대한 내에칭성을 향상시켜 수명을 연장시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 SiC 구조물의 제조공정 순서도이다.
도 2는 본 발명 건식식각장치의 SiC 구조물의 일실시 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명 건식식각장치의 SiC 구조물의 다른 실시 단면 구성도이다.
도 4는 증착 온도에 따른 SiC층의 표면사진 및 그들의 에칭 후 사진이다.

이하, 본 발명의 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 SiC 구조물의 제조공정 순서도이고, 도 2는 도 1의 방법을 따라 제조된 본 발명 건식식각장치의 SiC 구조물의 단면 구성도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법은, 증착대상물(1)의 전면에 형성된 하부층(2)과, 상기 하부층(2)의 전면에 코팅된 상부층(3)을 포함하되,

상기 하부층(2)은 SiC의 증착 온도가 1300℃ 초과 1600℃ 이하이고, 상기 상부층(3)은 SiC의 증착 온도가 1100 내지 1300℃인 것을 특징으로 한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 건식식각장치의 SiC 구조물 및 그 제조방법의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, S1단계에서는 그라파이트 등의 증착대상물(1)을 가공하여 준비하고, 상기 증착대상물(1)의 표면에 SiC를 증착한다.

이때 SiC의 증착온도는 1300 초과 1600℃ 이하가 되도록 한다.

상기 도 1과 도 2에서는 증착대상물(1)을 그라파이트로 한 예를 도시하고 설명하였으나, 그라파이트 증착대상물(1)을 사용하지 않고 직접 SiC를 증착대상물(1)로 하는 경우에는 상기 1300 초과 1600℃ 이하의 온도에서 SiC를 증착하는 과정을 생략할 수 있다.

즉, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 건식식각장치의 SiC 구조물의 단면 구성도로서, SiC를 재료로 하는 증착대상물(10)에 직접 상부층(20)이 증착된 구조로 제작할 수 있다.

상기 SiC를 재료로 하는 증착대상물(10)의 경우에는 그라파이트에 SiC를 증착하고, 그라파이트를 제거한 종래의 방법으로 얻어질 수 있으며, 이때 상기 SiC 증착대상물(10) 역시 1300 초과 1600℃ 이하에서 증착된 것으로 한다.

여기서 그라파이트 재질에 직접 상기 1100 내지 1300℃의 온도에서 SiC를 증착하지 않는 이유는 크랙이 발생할 수 있으며, 상대적으로 저온에서 증착하기 때문에 SiC의 성장속도가 느려 충분한 두께의 구조물을 얻기 위해서는 공정시간이 매우 많이 소요되기 때문이다.

그 다음, S2 단계에서와 같이 상기 하부층(2)의 상부에 상부층(3)을 증착한다.

이때 상부층(3)은 SiC를 증착하되 증착온도를 1100 내지 1300℃의 온도에서 증착하며, 상기 상부층(3)의 그레인 크기는 하부층(2)의 그레인 크기에 비해 더 작으며, 조밀한 구조가 된다.

이는 도 3에서 SiC 증착대상물(10)의 표면에 상부층(20)을 증착하며, 이때의 상부층(20) 역시 SiC 증착대상물(10)에 비해 그레인 크기가 더 작은 층으로 형성된다.

도 4는 SiC의 증착온도에 따른 표면 사진 및 에칭 후 사진이다.

도 4를 참조하면 앞서 설명한 바와 같이 상부층(3 또는 20)의 증착온도인 1100 내지 1300℃에서는 1300℃ 초과 1500℃이하 또는 1500℃ 초과 1600℃ 이하의 증착온도에서 증착된 하부층(2) 또는 SiC 증착대상물(10)의 그레인 크기에 비하여 더 작은 그레인이 형성되며, 따라서 더 조밀한 면이 됨을 알 수 있다.

이러한 각 시료를 플라즈마에 노출시켜 에칭하는 경우, 그 에칭률은 상기 1100 내지 1300℃에서 증착한 상부층(3, 20)이 가장 낮은 특징이 있다.

따라서 1300℃ 초과 1600℃ 이하에서 증착한 SiC층이 표면에 노출되는 것에 비하여 SiC 구조물의 식각률을 줄여 수명의 단축을 방지할 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.

예를 들어 하부층과 상부층을 연속공정으로 형성할 수 있으며, 상기 그라파이트 재질의 증착대상물의 표면에 SiC층을 증착하되, 최초 증착온도는 1300℃ 초과 1600℃이하에서 출발하여 점차 온도를 낮춰 최종 증착온도가 1100℃ 초과 1300℃이하가 되도록 하여, 앞서 설명한 바와 같이 좀 더 조밀한 구조의 SiC층이 표면에 노출되도록 할 수 있다.

또한 증착대상물로 SiC 증착대상물을 사용하는 경우에는 SiC 증착대상물과 상부층을 동시에 형성할 수 있다. 즉, SiC층을 증착하되, 최초 증착온도는 1300℃ 초과 1600℃이하에서 출발하여 점차 온도를 낮춰 최종 증착온도가 1100℃ 초과 1300℃이하가 되도록 하여, 앞서 설명한 바와 같이 좀 더 조밀한 구조의 SiC층이 표면에 노출되도록 할 수 있다.

1:증착대상물 2:하부층
3, 20:상부층 10:SiC 증착대상물

Claims (11)

1. 증착대상물;
   상기 증착대상물의 전체에 증착되어 형성된 SiC를 포함하는 하부층; 및
   상기 하부층 상에 증착되어 형성되고 플라즈마에 노출되는 SiC를 포함하는 상부층을 포함하고
   상기 하부층은, SiC를 1300℃ 초과 1600℃ 이하의 온도 조건에서 증착 형성되고,
   상기 상부층은, SiC를 1100℃ 내지 1300℃의 온도 조건에서 증착 형성되고,
   상기 상부층의 SiC 그레인 크기는 상기 하부층의 SiC 그레인 크기에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 SiC 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 증착대상물은 그라파이트인 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 SiC 구조물.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 증착대상물은 그라파이트이며,
   상기 증착대상물에 1300℃ 초과 1600℃ 이하의 온도 조건에서 SiC를 증착하기 시작하여 최종 온도가 1100℃ 초과 1300℃ 이하가 되도록 하여, 상기 하부층과 상기 상부층을 연속 형성하여 된 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 SiC 구조물.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 증착대상물을 준비하는 단계;
   상기 증착대상물의 표면에 SiC를 1300℃ 초과 1600℃ 이하의 온도 조건에서 증착하여 하부층을 형성하는 단계; 및
   상기 하부층 상에 SiC를 1100℃ 내지 1300℃의 온도 조건에서 증착하여 상부층을 형성하는 단계;를 포함하고,
   상기 상부층의 그레인 크기는 상기 하부층의 그레인 크기에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 SiC 구조물 제조방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 증착대상물은 그라파이트인 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 SiC 구조물 제조방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 하부층의 형성하는 단계 및 상기 상부층을 형성하는 단계는,
   그라파이트 증착대상물의 상부에 SiC를 증착하되 1300℃ 초과 1600℃ 이하의 온도 조건에서 SiC를 증착하고, 최종 온도가 1100℃ 초과 1300℃ 이하가 되도록 하여, 상기 하부층과 상기 상부층을 연속 형성하는 것을 특징으로 하는 건식식각장치의 SiC 구조물 제조방법.
   
   
10. 삭제
11. 삭제

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