KR101685553B1 - 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재 - Google Patents

반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 쿼츠 소재의 표면을 처리함에 있어 종래 샌드 블라스팅에 의한 물리적 에칭 공정에서의 문제점을 해소하여, 쿼츠 소재 튜브 내측 처리와 대형물 처리 그리고 다품 생산이 가능한 화학적 에칭을 통해 균일하고 미세한 음각 요철 형태를 용이하게 도출할 수 있는 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 표면 처리용 조성물 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은, 쿼츠 소재의 표면을 처리하는 방법에 있어서, 마련된 쿼츠 소재에 대하여 구연산을 포함하는 에칭용 조성물을 마련하는 에칭용 조성물 마련 단계; 상기 에칭용 조성물을 통해 쿼츠 소재를 에칭하는 에칭 처리 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 세정 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면에 대해 표면 조도를 조정하는 표면 조도 조정 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 최종 세정 단계; 및 상기 쿼츠 소재를 건조시키는 최종 건조 단계를 포함하는 쿼츠 소재의 표면 처리 방법을 제공한다.

Description

반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재{SURFACE TREATMENT METHOD OF QUARTZ MATERIALS FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS, AND QUARTZ MATERIALS MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쿼츠 소재의 표면을 처리함에 있어 종래 샌드 블라스팅에 의한 물리적 에칭 공정에서의 문제점을 해소하여, 튜브 내측 처리와 대형물 처리 그리고 다품 생산이 가능한 화학적 에칭을 통해 균일하고 미세한 음각 요철 형태를 용이하게 도출할 수 있는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재에 관한 것이다.
쿼츠(석영)제품은 고순도(99.999%)와 화학적 안정성, 내산성, 내열성(연화점 온도 1683℃), 빛 투과성이 우수하며, 열팽창이 적으며, 전기절연성이 우수하여 반도체, 광통신, 전기, 전자 등의 산업 전반에 광범위하게 적용된다.
예를 들어, 일반적으로 실리콘 웨이퍼의 처리공정에 있어서, 실리콘 웨이퍼는 CVD, 에칭, 애싱(ashing) 등과 같은 공정으로 처리되며, 이러한 공정들에서는 웨이퍼를 지지하거나, 배치시키기 위하여 석영 제품이 사용된다.
이 경우, 그러한 공정들에서는 1000℃ 이상의 고온이 가해지기 때문에, 상기 웨이퍼와 쿼츠 표면이 접하는 부분에는 쿼츠와 실리콘 웨이퍼 사이의 열 팽창계수의 차이로 인한 응력이 야기되며, 웨이퍼의 상기 접촉 부분에 접촉 마크(mark)를 만들 수 있다.
더욱이, 실리콘 웨이퍼의 처리공정에서 생성되는 물질이 쿼츠 소재 제품의 표면에 부착되어 얇은 막(film)을 형성하는 경우, 상기 쿼츠 소재 제품이 처리공정 후 냉각될 때, 상술한 바와 같은 얇은 막과 유리 사이의 열 팽창계수의 차이로 인하여 상기 쿼츠 소재 제품에 균열이나 부스러짐(breaking)이 발생할 수 있다.
또한, 상기 쿼츠 소재 제품이 상술한 바와 같이 냉각될 경우, 쿼츠 표면상의 물질의 부착상태가 약하다면 상기 물질은 그 표면으로부터 떨어져 나갈 것이지만, 쿼츠 표면의 거칠기(roughness)가 작다면 그 부착상태는 보다 강해지게 되어 상기 얇은 막은 실리콘 웨이퍼의 후속 처리공정까지 남아있게 되고, 쿼츠 소재 제품에 균열이나 부스러짐이 발생하지 않더라도 상기 막이 표면으로부터 떨어지기 전에 입자들을 생성시키게 된다.
상기 접촉 마크의 발생을 피하고 웨이퍼 상에 접촉 영역을 감소시키기 위하여, 쿼츠 소재 제품의 표면을 거칠게 하고 평탄하지 않은 샌드 블라스트 처리면을 형성할 수 있도록 샌드 블라스트(sand blast) 처리가 쿼츠 소재 제품의 표면에 행해진다.
또한, 샌드 블라스트 처리면을 형성하면, 상기 샌드 블라스트된 쿼츠 표면상에서 실리콘 웨이퍼를 처리한 후의 냉각단계에서 발생되는 응력이 여러 방향으로 흩어지게 되어, 상기 쿼츠 표면에 부착된 물질이 냉각 시에 상기 표면으로부터 떨어지는 것을 막을 수 있다.
그러나 상기 샌드 블라스트 처리된 쿼츠 표면은, 도리어 샌드 블라스트 처리면이 웨이퍼와 접촉할 때 상기 웨이퍼로부터 실리카 입자들이 긁혀져 나가게 하든가, 그렇지 않으면 제품의 샌드 블라스트 처리면 내에 실리카 입자들을 붙잡아 둔 채, 쿼츠 소재 제품의 성형단계에서 샌드 블라스트 처리에 의하여 표면 영역 안에서 팽창되어, 웨이퍼 처리공정 동안 상기 표면으로부터 그 입자들을 떠오르게 하고 패턴이 형성된 웨이퍼 표면 위로 떨어지게 함으로써, 패턴 결함을 야기할 수 있다.
상기 생성된 입자의 크기는 0.2㎛ 내지 5㎛의 범위 내에 있으며, 비록 입자 크기가 0.3㎛나 그보다 작은 미소한 크기의 것이라 할지라도, 심각한 문제가 될 수 있는데, 특히 요즈음에는 미세 반도체 공정상 0.18㎛ 이하의 와이어링 패턴(wiring pattern)이 요구되며, 이러한 미세 반도체 공정상에서는 상기 미소 입자들이 생성되지 않도록 하는 것이 중요한 문제이며, 그렇지 않으면 반도체 칩 제조에 있어서 성공률(yield) 감소를 야기할 수 있다.
다시 말해서, 기존 샌드 블라스팅 공정을 통한 쿼츠의 표면 처리는 쿼츠 소재의 특성상 취성이 높아 샌드 블라스팅 처리시 발생된 응력으로 인하여 크랙이 발생할 수 있고, 표면에 스파크가 발생할 수 있으며, 미세 구간 및 형상이 복잡한 쿼츠 소재는 작업에 어려움이 따르는 문제점이 있다. 또한, 1회 작업시 제품 1개만 처리할 수 있어 작업성 및 생산성이 떨어지고, 대형물에는 적용이 어려움이 있는 문제점이 있다.
(문헌1) 대한민국 등록특허 제10-0473705호(2005.02.18.) (문헌2) 대한민국 등록특허 제10-0787350호(2007.12.12.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 발명자는 거듭한 연구와 실험 결과로, 쿼츠 소재의 표면을 처리함에 있어 종래 샌드 블라스팅 공정에서의 문제점을 해소하며, 나아가 쿼츠의 표면처리에 유리한 화학적 에칭을 통해 쿼츠 소재 튜브 내측 처리와 대형물 처리 그리고 다품 생산이 가능하면서도, 균일하고 미세한 음각 요철 형태를 용이하게 도출할 수 있고, 세밀한 표면 조도 조절이 가능한 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은, 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면을 처리하는 방법에 있어서, 마련된 쿼츠 소재에 대하여 구연산을 포함하는 에칭용 조성물을 마련하는 에칭용 조성물 마련 단계; 상기 에칭용 조성물을 통해 상기 쿼츠 소재의 표면을 요철(엠보싱) 형태로 에칭하는 에칭 처리 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 세정 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면에 대해 평균 조도 0.5~2.0um 범위로 조정하는 표면 조도 조정 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 최종 세정 단계; 및 상기 쿼츠 소재를 건조시키는 최종 건조 단계를 포함하고, 상기 에칭용 조성물은 불산(HF 50% solution): 1~10 중량%; 탈이온수(18MΩ 이상): 5~15 중량%; 산성불화암모늄(NH4HF2): 25~35 중량%; 포름산(HCOOH): 40~60 중량%; 및 구연산(C6H8O7): 0.1~5 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면을 처리하는 방법에 있어서, 마련된 쿼츠 소재에 대하여 구연산을 포함하는 에칭용 조성물을 마련하는 에칭용 조성물 마련 단계; 상기 에칭용 조성물을 통해 쿼츠 소재의 표면을 요철(엠보싱) 형태로 에칭하는 에칭 처리 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 세정 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면에 대해 평균 조도 0.5~2.0um 범위로 조정하는 표면 조도 조정 단계; 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 최종 세정 단계; 및 상기 쿼츠 소재를 건조시키는 최종 건조 단계를 포함하고, 상기 에칭용 조성물은 불산(HF 50% solution): 1~7 중량%; 탈이온수(18MΩ 이상): 15~25 중량%; 산성불화암모늄(NH4HF2): 25~35 중량%; 포름산(HCOOH): 40~50 중량%; 및 구연산(C6H8O7): 0.1~5 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
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바람직하게는, 상기 세정 단계 후, 상기 쿼츠 소재를 건조시키는 건조 단계; 상기 제1 에칭용 조성물을 통해 상기 쿼츠 소재를 에칭하는 2차 에칭 처리 단계; 및 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 재 세정 단계를 더 포함하고, 상기 에칭 처리 단계는 상기 제1 에칭용 조성물을 통하여 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 세정 단계 후, 상기 쿼츠 소재를 건조시키는 건조 단계; 상기 제2 에칭용 조성물을 통해 상기 쿼츠 소재를 에칭하는 2차 에칭 처리 단계; 및 상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 재 세정 단계를 더 포함하고, 상기 에칭 처리 단계는 상기 제1 에칭용 조성물을 통하여 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 세정 단계에서 탈이온수로 세정하고, 상기 표면 조도 조정 단계에서 BOE(buffered oxide etchant) 희석액 또는 HF(불산) 희석액으로 표면 조도를 조정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 세정 단계 및 상기 최종 세정 단계에서 탈이온수로 세정할 수 있다.
바람직하게는, 상기 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에서 표면 처리된 표면의 엠보싱 형태의 사이즈는 10um ~ 100um일 수 있다.
바람직하게는, 상기 표면 조도 조정 단계에서 조정된 표면의 평균 조도는 0.5~2.0um 범위일 수 있다.
바람직하게는, 상기 에칭액 조성물에서 (NH4)2SiF6 를 제거하기 위한 필터링 단계; 및/또는 계면활성제 첨가 단계를 더 포함할 수 있다.
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본 발명에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법, 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재에 의하면, 쿼츠 소재의 표면에 균일하고 미세한 음각 요철 형태를 신뢰성 있게 구현할 수 있음과 동시에, 미세 구간 및 형상이 복잡한 소재에 대한 표면 처리가 가능하고, 세밀한 표면 조도 조절 및 대형물 처리 그리고 다품 생산이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 대한 플로차트,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제조 방법에 의해 처리된 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재 표면의 광학현미경사진을 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 대한 플로차트,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법에 의해 처리된 쿼츠 표면의 광학현미경사진을 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 대한 플로차트,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조 방법에 의해 반도체 제조 장비용 처리된 쿼츠 소재 표면의 광학현미경사진을 나타내는 도면,
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제조 방법에 따른 제조 방법에 의해 처리된 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재 표면의 광학현미경사진을 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 쿼츠 소재의 표면 처리 방법 및 그에 의해 제조된 쿼츠 소재에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 대한 플로차트이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법은, 쿼츠 소재의 표면을 처리(즉, 엠보싱 처리)하는 방법에 있어서, 마련된 쿼츠 소재에 대하여 에칭용 조성물을 마련하는 제1 에칭용 조성물 마련 단계(S100); 상기 마련된 제1 에칭용 조성물을 통해 쿼츠 소재를 에칭하는 에칭 처리 단계(S200); 상기 에칭 처리 단계 이후 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 1차 세정 단계(S300); 상기 세정된 쿼츠 소재의 표면에 대해 표면 조도를 조정하는 표면 조도 조정 단계(S400); 상기 표면 조도 조정 단계 이후 표면을 세정하는 2차 세정 단계(S500); 및 세정이 완료된 쿼츠 소재를 건조시키는 건조 단계(S600)를 포함한다.
제1 에칭용 조성물 마련 단계(S100)에서 제1 에칭용 조성물은 불산(HF 50% solution), 탈이온수(18MΩ 이상), 산성불화암모늄(NH4HF2), 포름산(HCOOH) 및 구연산(C6H8O7)을 소정 비율 혼합하여 마련된다.
본 발명의 일실시예에 따른 제1 에칭용 조성물은 다음과 같은 비율로 조성된다.
- 불산(HF 50% solution): 1~10 중량%
- 탈이온수(18MΩ 이상): 5~15 중량%
- 산성불화암모늄(NH4HF2): 25~35 중량%
- 포름산(HCOOH): 40~60 중량%
- 구연산(C6H8O7): 0.1~5 중량%
여기에서, 불산이 1 중량% 미만인 경우에는 후속 공정인 에칭 처리 단계에서 에칭 현상이 저감하는 문제가 있으며, 10 중량% 초과인 경우에는 과에칭 현상이 발생하게 된다. 또한, 산성불화암모늄이 25 중량% 미만인 경우에는 미에칭 영역이 발생하며, 35 중량% 초과인 경우에는 산성불화암모늄이 용해되지 않고 석출되는 문제점이 있다.
또한, 포름산이 40 중량% 미만인 경우에는 쿼츠 소재의 표면에 형성되는 음각형태(엠보싱 형태)가 100um 이상으로 증가하는 문제점이 있고, 60 중량% 초과인 경우에는 음각 형태(엠보싱 형태)가 10um 이하로 감소하는 문제가 있다. 여기에서, 쿼츠 표면에 형성되는 음각 형태의 사이즈(입자형태 사이즈)는 쿼츠 소재 이용분야에서 적합하게 이용될 수 있도록 10um ~ 100um이 바람직하며, 10~60um인 것이 더욱 바람직하다.
이때, 제1 에칭용 조성물을 마련함에 있어서 점도 조절을 위하여 슈가 포도당 일수화물을 소정 비율로 포함시킬 수 있다.
이와 같이 마련된 제1 에칭용 조성물을 통해 화학 에칭 방법(완전 침적 또는 완전 담금)을 통해 쿼츠 소재의 표면을 에칭 처리하게 된다(S200).
다음으로, 에칭 처리한 후 1차 세정 단계(S300)는 에칭 처리 이후 쿼츠 표면을 세정하기 위한 것으로, 탈이온수를 이용하여 세정할 수 있다.
계속해서, 상기 세정된 쿼츠 소재의 표면에 대해 표면 조도를 조정하는 표면 조도 조정 단계(S400)는 에칭 후 쿼츠 소재의 표면이 균일한 조도를 갖도록 하기 위한 것으로, BOE(buffered oxide etchant) 희석액으로 표면 조도를 조정하거나 HF(불산) 희석액으로 표면 조도를 조정하는 것 중 적어도 하나를 포함한다.
이러한 표면 조도 조정 단계(S400)를 거친 쿼츠 소재는 평균 조도(Ra)가 0.5~3.0um 범위를 갖도록 조정되는 것이 바람직하다.
상기 표면 조도 조정 단계 이후 표면을 세정하는 2차 세정 단계(S500)는 상기 표면 조도 조정 단계에서 이용된 희석액을 세정하기 위한 것으로, 탈이온수를 이용하여 세정한다.
마지막으로, 세정이 완료된 쿼츠 소재를 건조시키는 건조 단계(S600)는 세정 후 잔여 수분을 제거하기 위한 것으로, 예를 들어 건조 공기 또는 오븐을 통해 건조하게 된다.
이러한 공정에서 각 공정의 공정 시간은 표면 조도 조절을 적절히 고려하여 가변적으로 조정될 수 있고, 상온(예를 들어, 15도~25도 사이) 및 대기중의 상압 분위기에서 진행된다.
본 발명의 발명자는 상기한 쿼츠 소재의 표면 처리 방법을 통해 실험을 진행하였다.
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아래의 표1은 본 발명의 일실시예에 따른 표면 처리 방법을 통해 얻은 결과물에 대해 정리한 표이고, 표 2는 비교예에 대해 얻은 결과물을 정리한 표로서, 공정 조성물과 작업시간 그리고 표면 조도 간의 관계를 정리한 표이다.
불산 산성불화암모늄 포름산 탈이온수 구연산 작업시간
(min)		 표면 조도
(Ra: um)		 외관
실시예1 5 32 49 10 4 60 0 → 1.5 반투명/
전체 에칭
불산 불화 암모늄 탈이온수 작업시간
(min)		 표면 조도
(Ra: um)		 외관
비교예1 8 32 60 60 0 → 5 부분 얼룩/부분 에칭
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 제조 방법에 의해 처리된 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재 표면의 광학현미경사진으로서, 실시예1의 표면 상태를 나타낸 도면이다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 제2 에칭용 조성물은 다음과 같은 비율로 조성된다.
- 불산(HF 50% solution): 1~7 중량%
- 탈이온수(18MΩ 이상): 15~25 중량%
- 산성불화암모늄(NH4HF2): 25~35 중량%
- 포름산(HCOOH): 40~50 중량%
- 구연산(C6H8O7): 0.1~5 중량%
표3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표면 처리 방법을 통해 얻은 결과물에 대해 정리한 표이다.
불산 산성불화암모늄 포름산 탈이온수 구연산 작업시간
(min)		 표면 조도
(Ra: um)		 외관
실시예2 5 30 40 20 5 60 0 → 1.2 반투명/
전체 에칭
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 제조 방법에 의해 처리된 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재 표면의 광학현미경사진으로서, 실시예2의 표면 상태를 나타낸 도면이다.
에칭용 조성물에 구연산이 첨가되면, 에칭액의 열화를 줄일 수 있고, 동일한 조성에서도 온도 변화를 통하여 에칭 정도를 세밀하게 조절할 수 있다.
표4는 본 발명에 따른 표면 처리 방법을 통해 얻은 결과물에 대해 정리한 표로서, 쿼츠 소재 에칭 시 에칭용 조성물의 온도 변화에 따른 표면 조도 차이를 나타낸 것이다. 여기서, 작업 시간은 60분으로서, 실시예1은 제1 에칭용 조성물에 대한 것이고, 실시예2는 제2 에칭용 조성물에 대한 것이며, 표면 조도의 단위는 Ra이다. 또한, 표 5는 비교예에 대해 얻은 결과물을 정리한 표로서, 본 발명의 에칭액 조성물의 온도 변화를 통하여 더욱 세밀한 조도 조절이 가능하다.
15℃ 17℃ 19℃ 20℃ 22℃ 24℃ 25℃
실시예1 0.4 0.5 0.7 1.0 1.2 1.5 1.7
실시예2 0.4 0.5 0.6 0.7 1.0 1.2 1.4
15℃ 17℃ 19℃ 20℃ 22℃ 24℃ 25℃
비교예 0.6 0.7 0.9 1.2 1.5 1.9 2.4
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 대한 플로차트로서, 제1 에칭용 조성물을 통해 쿼츠 소재를 에칭하는 1차 에칭 처리 단계(S10); 상기 1차 에칭 처리 단계 이후 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 1차 세정 단계(S20); 세정이 완료된 쿼츠 소재를 건조시키는 1차 건조 단계(S30); 제1 에칭용 조성물을 통해 쿼츠 소재를 에칭하는 2차 에칭 처리 단계(S40); 상기 2차 에칭 처리 단계 이후 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 2차 세정 단계(S50); 상기 세정된 쿼츠 소재의 표면에 대해 표면 조도를 조정하는 표면 조도 조정 단계(S60); 상기 표면 조도 조정 단계 이후 표면을 세정하는 3차 세정 단계(S70); 및 세정이 완료된 쿼츠 소재를 건조시키는 2차 건조 단계(S80)를 포함한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 방법에 의해 처리된 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재 표면의 광학현미경사진을 나타낸 도면으로서, 표면이 균일하게 에칭된 것을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 대한 플로차트로서, 제1 에칭용 조성물을 통해 쿼츠 소재를 에칭하는 1차 에칭 처리 단계(S10); 상기 1차 에칭 처리 단계 이후 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 1차 세정 단계(S20); 세정이 완료된 쿼츠 소재를 건조시키는 1차 건조 단계(S30); 제2 에칭용 조성물을 통해 쿼츠 소재를 에칭하는 2차 에칭 처리 단계(S40'); 상기 2차 에칭 처리 단계 이후 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 2차 세정 단계(S50); 상기 세정된 쿼츠 소재의 표면에 대해 표면 조도를 조정하는 표면 조도 조정 단계(S60); 상기 표면 조도 조정 단계 이후 표면을 세정하는 3차 세정 단계(S70); 및 세정이 완료된 쿼츠 소재를 건조시키는 2차 건조 단계(S80)를 포함한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제조 방법에 의해 처리된 쿼츠 표면의 광학현미경사진을 나타낸 도면으로서, 표면이 균일하게 에칭된 것을 확인할 수 있다.
또한, 에칭 시 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 가 발생하여 쿼츠 표면의 균일한 에칭이 어려워지는데, 이는 에칭용 조성물의 재사용 회수가 많아질수록 정도가 심해진다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제조 방법에 따른 제조 방법에 의해 처리된 쿼츠 표면의 광학현미경사진을 나타낸 도면이다. 도 8은 3회 재사용된 제1 에칭용 조성물에 의해 에칭 처리된 쿼츠 표면을 나타내는 사진이고, 도 9는 15회 재사용된 제1 에칭용 조성물에 의해 에칭 처리된 쿼츠 표면을 나타내는 사진으로서, 도 8의 표면이 도 9의 표면보다 균일하게 에칭 처리된 것으로 나타난다.
따라서, 에칭용 조성물로부터 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 를 제거해야 하는데, 본 발명의 일실시예에 따르면, 필터를 이용하여 에칭용 조성물을 필터링함으로써 에칭용 조성물로부터 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 를 제거하거나, 에칭용 조성물에 음이온 계면 활성제를 첨가하여 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 를 제거할 수 있다. 또는, 두 가지를 모두 이용하여 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 를 제거할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제조 방법에 따른 제조 방법에 의해 처리된 쿼츠 표면의 광학현미경사진을 나타낸 도면이다. 도 10은 15회 재사용된 후 필터링 처리된 제1 에칭용 조성물에 의해 에칭 처리된 쿼츠 표면을 나타내는 사진이고, 도 11은 15회 재사용된 음이온 계면 활성제가 첨가된 제1 에칭용 조성물에 의해 에칭 처리된 쿼츠 표면을 나타내는 사진으로서, 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 가 제거된 후 균일하게 에칭 처리된 것으로 나타난다.
한편, 필터링은 복수의 단계로 이루어질 수 있는데, 1차 필터(100㎛), 2차 필터(50㎛) 및 3차 필터(1㎛)로 이루어질 수 있다. 이 중 1차 필터는 주로 조성물 내의 이물질 제거를 위한 것이고, 2차 필터 및 3차 필터는 주로 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 를 제거하기 위한 것으로서, 필요에 따라 필터링 단계를 추가하거나 또는 줄일 수 있다.
이와 같이 본 실험을 통해 본 발명에 따른 쿼츠 소재의 표면 처리 방법은, 쿼츠 소재의 표면에 균일하고 미세한 음각 요철 형태를 신뢰성 있게 구현할 수 있음과 동시에, 미세 구간 및 형상이 복잡한 소재에 대한 표면 처리가 가능하고, 온도에 따른 표면 조도의 미세한 조절이 가능하며, 파워 대형물 처리 그리고 다품 생산이 가능함을 확인하였다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S100: 제1 에칭용 조성물 마련 단계
S200: 에칭 처리 단계
S300: 1차 세정 단계
S400: 표면 조도 조정 단계
S500: 2차 세정 단계
S600: 건조 단계

Claims (15)

  1. 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면을 처리하는 방법에 있어서,
    마련된 쿼츠 소재에 대하여 구연산을 포함하는 에칭용 조성물을 마련하는 에칭용 조성물 마련 단계;
    상기 에칭용 조성물을 통해 상기 쿼츠 소재의 표면을 요철(엠보싱) 형태로 에칭하는 1차 에칭 처리 단계;
    상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 세정 단계;
    상기 쿼츠 소재의 표면에 대해 평균 조도 0.5~2.0um 범위로 조정하는 표면 조도 조정 단계;
    상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 최종 세정 단계; 및
    상기 쿼츠 소재를 건조시키는 최종 건조 단계를 포함하고,
    상기 에칭용 조성물은 제1 에칭용 조성물을 포함하고, 상기 제1 에칭용 조성물은 불산(HF 50% solution): 1~10 중량%; 탈이온수(18MΩ 이상): 5~15 중량%; 산성불화암모늄(NH4HF2): 25~35 중량%; 포름산(HCOOH): 40~60 중량%; 및 구연산(C6H8O7): 0.1~5 중량%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 세정 단계 후,
    상기 쿼츠 소재를 건조시키는 건조 단계;
    상기 제1 에칭용 조성물을 통해 상기 쿼츠 소재를 에칭하는 2차 에칭 처리 단계; 및
    상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 재 세정 단계
    를 더 포함하고,
    상기 1차 에칭 처리 단계는 상기 제1 에칭용 조성물을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에칭용 조성물은 제2 에칭용 조성물을 더 포함하고, 상기 제2 에칭용 조성물은 불산(HF 50% solution): 1~7 중량%; 탈이온수(18MΩ 이상): 15~25 중량%; 산성불화암모늄(NH4HF2): 25~35 중량%; 포름산(HCOOH): 40~50 중량%; 및 구연산(C6H8O7): 0.1~5 중량%로 이루어지며,
    상기 세정 단계 후,
    상기 쿼츠 소재를 건조시키는 건조 단계;
    상기 제2 에칭용 조성물을 통해 상기 쿼츠 소재를 에칭하는 2차 에칭 처리 단계; 및
    상기 쿼츠 소재의 표면을 세정하는 재 세정 단계
    를 더 포함하고,
    상기 1차 에칭 처리 단계는 상기 제1 에칭용 조성물을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세정 단계에서 탈이온수로 세정하고,
    상기 표면 조도 조정 단계에서 BOE(buffered oxide etchant) 희석액 또는 HF(불산) 희석액으로 표면 조도를 조정하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세정 단계 및 상기 최종 세정 단계에서 탈이온수로 세정하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에서 표면 처리된 표면의 엠보싱 형태 사이즈는 10um ~ 100um인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법.
  10. 삭제
  11. 제1항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭용 조성물에서 헥사플루오로규산암모늄 (NH4)2SiF6 를 제거하기 위한 필터링 단계; 또는
    음이온 계면활성제 첨가 단계
    를 더 포함하는 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 제1항 및 제5항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 반도체 제조 장비용 쿼츠 소재의 표면 처리 방법에 의해 제조되는 쿼츠 소재.
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