KR101818351B1 - Plasma processing apparatus having electro conductive parts and method of manufacturing the parts - Google Patents

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Abstract

플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 구조가 간단한 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 부품의 제조방법을 제시한다. 그 장치 및 방법은 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버의 내부에 위치하고 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함하고, 부품은 플라즈마 내식성이 있는 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로의 상변태 또는 금속산화물에의 카본 도핑 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 조합에 의해 이루어지고, 비저항 103~10-6Ωcm을 갖는다.A plasma processing apparatus having excellent corrosion resistance to plasma, ensuring uniformity of plasma distribution, and including an electrically conductive part having a simple structure, and a method of manufacturing the component are disclosed. The apparatus and method include a component located within a chamber forming a reaction space for plasma processing and in contact with the plasma, wherein the component comprises at least a portion of the plasma-etch resistant metal oxide to a phase change to metal carbide or to a metal oxide Carbon doping, or a combination thereof, and has a resistivity of 10 3 to 10 -6 Ωcm.

Description

전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 부품의 제조방법{Plasma processing apparatus having electro conductive parts and method of manufacturing the parts}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus including an electrically conductive part and a method of manufacturing the same,

본 발명은 플라즈마 처리장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마에 대한 내식성이 높으며 도전성이 부여된 부품들이 장착된 플라즈마 처리장치 및 그 부품의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus and a method of manufacturing the plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus having a plasma processing apparatus and a plasma processing apparatus.

플라즈마 처리장치는 챔버 내에 상부전극과 하부전극을 배치하고, 하부전극의 위에 반도체 웨이퍼, 유리 기판 등의 기판을 탑재하여, 양 전극 사이에 전력을 인가한다. 양 전극 사이의 전계에 의해서 가속된 전자, 전극으로부터 방출된 전자, 또는 가열된 전자가 처리가스의 분자와 전리 충돌을 일으켜, 처리가스의 플라즈마가 발생한다. 플라즈마 중의 래디컬이나 이온과 같은 활성종은 기판 표면에 원하는 미세 가공, 예를 들면 에칭 가공을 수행한다. 최근, 미세전자소자 등의 제조에서의 디자인 룰이 점점 미세화되고, 특히 플라즈마 에칭에서는 더욱 높은 치수 정밀도가 요구되고 있어서, 종래보다도 현격히 높은 전력이 이용되고 있다. 이에 따라, 이트리아와 같이 플라즈마 내식성이 높은 금속산화물이 적용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리장치에는 플라즈마에 영향을 받는 에지링, 포커스링, 샤워헤드 등의 부품들이 내장되어 있다.In the plasma processing apparatus, an upper electrode and a lower electrode are disposed in a chamber, and a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate is mounted on the lower electrode, and electric power is applied between both electrodes. Electrons accelerated by an electric field between the electrodes, electrons emitted from the electrodes, or heated electrons collide with molecules of the process gas to generate a plasma of the process gas. Active species such as radicals and ions in the plasma are subjected to desired microfabrication, for example etching, on the substrate surface. 2. Description of the Related Art Recently, design rules for the production of microelectronic devices and the like are becoming finer and, in particular, plasma etching is required to have higher dimensional accuracy. As a result, a metal oxide having high plasma corrosion resistance such as yttria has been applied. In such a plasma processing apparatus, components such as an edge ring, a focus ring, and a shower head influenced by plasma are built in.

상기 에지링의 경우, 전력이 높아지면, 정재파가 형성되는 파장 효과 및 전극 표면에서 전계가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대체로 기판 상에서 중심부가 극대로 되고 에지링이 가장 낮아져서, 기판 상의 플라즈마 분포의 불균일성이 심화된다. 기판 상에서 플라즈마 분포가 불균일하면, 플라즈마 처리가 일정하지 않게 되어 미세전자소자의 품질이 저하된다. 국내공개특허 제2009-0101129호는 서셉터와 에지링 사이에 유전체를 두어 플라즈마 분포의 균일성을 도모하고자 하였다. 하지만, 상기 특허는 구조가 복잡하고, 유전체 및 에지링 사이의 정밀한 설계가 어려운 문제가 있다.In the case of the above-mentioned edge ring, when the power is increased, the center effect is maximized on the substrate and the edge ring becomes the lowest by the wavelength effect where the standing wave is formed and the skin effect where the electric field concentrates on the center portion of the electrode surface. The degree of non-uniformity of the film is increased. If the plasma distribution is uneven on the substrate, the plasma treatment is not constant and the quality of the fine electronic device is deteriorated. Korean Patent Laid-Open No. 2009-0101129 attempts to provide uniformity of plasma distribution by placing a dielectric between the susceptor and the edge ring. However, the above-mentioned patent has a complicated structure, and it is difficult to precisely design between the dielectric and the edge ring.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 전기전도도 및 열전도도를 개선하고 구조가 간단한 전기도전성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 부품의 제조방법을 제공하는 데 있다.A problem to be solved by the present invention is to provide a plasma processing apparatus which has excellent corrosion resistance to plasma, ensures uniformity of plasma distribution, improves electric conductivity and thermal conductivity and includes a simple electrically conductive part, Method.

본 발명의 과제를 해결하기 위한 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버 및 상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함한다. 이때, 상기 부품은 플라즈마 내식성이 있는 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로의 상변태 또는 상기 금속산화물에의 카본 도핑 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 조합에 의해 이루어지고, 비저항 103~10-6Ωcm을 갖는다.A plasma processing apparatus including an electrically conductive part for solving the problems of the present invention includes a chamber forming a reaction space for plasma processing and a part located inside the chamber and in contact with the plasma. At this time, the part is formed by any one or a combination of at least a part of the metal oxide having plasma corrosion resistance or a carbon doping to the metal oxide, or a combination thereof, and has a specific resistance of 10 3 to 10 -6 Ωcm .

본 발명의 장치에 있어서, 상기 부품은 에지링, 포커스링 또는 샤워헤드 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 부품은 서셉터에 안치된 기판의 가장자리를 압착하는 에지링이고, 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 확장된다. 상기 금속산화물은 단일의 금속산화물 또는 2종이상의 금속산화물이 혼합될 수 있다. 상기 금속산화물은 이트리아 또는 지르코니아를 포함한 이트리아가 바람직하다. 상기 금속탄화물은 상기 금속산화물의 산소원자가 탄소원자로 치환되거나 상기 금속산화물의 침입형 자리에 도핑될 수 있다. In the apparatus of the present invention, the part may be at least one selected from an edge ring, a focus ring, or a shower head. The part is an edge ring for pressing the edge of the substrate held in the susceptor, and the distribution of the plasma extends beyond the edge of the substrate. The metal oxide may be a single metal oxide or a mixture of two or more metal oxides. The metal oxide is preferably yttria containing yttria or zirconia. The metal carbide may be doped with an oxygen atom of the metal oxide with a carbon atom or with an interstitial site of the metal oxide.

본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 플라즈마 처리장치의 전기전도성 부품의 제조방법은 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버 및 상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 부품은 플라즈마에 내식성이 있는 금속산화물을 진공 또는 불활성기체 분위기와 같이 산소 분압이 대기압보다 낮은 분위기 또는 환원성 가스 분위기에서 800℃~2,000℃의 소결온도에서 소결하여 상기 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로의 상변태되거나 상기 금속산화물에의 카본 도핑된 것 중에 선택된 어느 하나의 방법 또는 그 방법들의 조합에 의해 형성되고, 상기 부품의 비저항은 103~10-6Ωcm이다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an electrically conductive part of a plasma processing apparatus, the method including: forming a reaction space for plasma processing; The component is produced by sintering a metal oxide having corrosion resistance to plasma in an atmosphere having an oxygen partial pressure lower than atmospheric pressure or a reducing gas atmosphere such as a vacuum or an inert gas atmosphere at a sintering temperature of 800 ° C to 2,000 ° C, Or a carbon doped to the metal oxide, or a combination of the methods, and the specific resistance of the part is 10 3 to 10 -6 ? Cm.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 부품은 에지링, 포커스링 또는 샤워헤드 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 부품은 서셉터에 안치된 기판의 가장자리를 압착하는 에지링이고, 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 확장된다. 상기 금속산화물의 전부가 상변태되어 상기 금속탄화물로 될 수 있다. 상기 불활성 가스는 아르곤, 헬륨, 네온, 질소 중에 선택된 적어도 어느 하나일 수 있다. 상기 환원성 분위기는 수소 가스, 암모니아 가스, 일산화탄소 및 이산화탄소 중에 선택된 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. In the method of the present invention, the part may be at least one selected from an edge ring, a focus ring, or a shower head. The part is an edge ring for pressing the edge of the substrate held in the susceptor, and the distribution of the plasma extends beyond the edge of the substrate. All of the metal oxide may be transformed into a metal carbide. The inert gas may be at least one selected from the group consisting of argon, helium, neon, and nitrogen. The reducing atmosphere may be formed of at least one selected from hydrogen gas, ammonia gas, carbon monoxide and carbon dioxide.

본 발명의 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치 및 그 부품의 제조방법에 의하면, 플라즈마 내식성이 우수한 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로의 상변태(phase transformation) 또는 금속산화물에의 카본 도핑으로 전기전도성이 부여된 부품을 사용함으로써, 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 구조가 간단하다. 또한, 금속산화물을 소결하는 조건을 변경하여, 금속산화물의 전기전도도 및 열전도도를 자유롭게 조절할 수 있다. According to the plasma processing apparatus including the electrically conductive part of the present invention and the method of manufacturing the part, at least a part of the metal oxide having excellent plasma corrosion resistance is subjected to phase transformation into metal carbide or carbon doping to metal oxide, By using the component to which the plasma is applied, the corrosion resistance to plasma is excellent, the uniformity of the plasma distribution is ensured, and the structure is simple. Further, by changing the conditions for sintering the metal oxide, the electric conductivity and the thermal conductivity of the metal oxide can be freely controlled.

도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 에지링이 장착된 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 3은 본 발명에 의한 에지링에 적용되는 금속산화물이 금속탄화물로 상변태(phase transformation)되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 에지링에 적용되는 금속산화물의 격자구조에 카본이 도핑되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 에지링에 적용되는 금속산화물이 소결되어 완성된 C-doped Y2O3와 ZrC 복합체의 투과전자현미경 사진 및 성분분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 에지링에 적용되는 금속산화물이 소결되어 완성된 C-doped Y2O3와 ZrC 복합체의 X선 회절 분석 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 금속산화물 소결체와 종래의 CVD 탄화규소(CVD SiC) 소결체 및 반응소결 탄화규소(Reaction Bonded Silicon Carbide; RBSC) 소결체의 플라즈마 식각율(Etching ratio, %)을 중량비로 환산한 그래프이다. 1 and 2 are views schematically showing a plasma processing apparatus equipped with an edge ring according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view for explaining a process of phase transformation of a metal oxide applied to an edge ring according to the present invention to a metal carbide. FIG.
4 is a schematic view for explaining a process of doping carbon in a lattice structure of a metal oxide applied to an edge ring according to the present invention.
5 is a diagram showing a transmission electron microscope photograph and a component analysis result of a C-doped Y 2 O 3 and ZrC composite completed by sintering a metal oxide applied to an edge ring according to the present invention.
6 is a graph showing the X-ray diffraction analysis results of the C-doped Y 2 O 3 and ZrC composite obtained by sintering the metal oxide applied to the edge ring according to the present invention.
7 is a graph showing the relationship between the plasma etching rate (%) of the sintered metal oxide according to the present invention and the conventional sintered CVD silicon carbide (CVD SiC) sintered body and reaction sintered silicon carbide (RBSC sintered body) Graph.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.

본 발명의 실시예는 플라즈마 내식성이 우수한 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로의 상변태(phase transformation) 또는 금속산화물에의 카본 도핑으로 전기전도성이 부여된 부품을 사용함으로써, 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 구조가 간단한 플라즈마 처리장치 및 그 전기전도성 부품의 제조방법을 제시한다. 이러한 플라즈마 처리장치에는 플라즈마에 영향을 받는 에지링, 포커스링, 샤워헤드 등의 부품들이 있으며, 여기서는 그 중에서 에지링을 사례로 들어 설명하기로 한다. 이를 위해, 본 발명의 에지링이 적용되는 플라즈마 처리장치에 대하여 구체적으로 알아보고, 상기 금속산화물에 전기전도성을 부여하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다. 한편, 상기 금속산화물의 전기전도도가 커지면, 열전도도도 함께 증가한다. The embodiment of the present invention uses a part in which at least a part of metal oxide having excellent plasma corrosion resistance is imparted with electric conductivity by phase transformation into metal carbide or carbon doping to metal oxide, , A uniformity of plasma distribution is ensured, and a plasma processing apparatus having a simple structure and a method of manufacturing the electrically conductive part thereof are presented. Such a plasma processing apparatus includes components such as an edge ring, a focus ring, and a shower head that are affected by a plasma. Here, an edge ring will be described as an example. To this end, a plasma processing apparatus to which the edge ring of the present invention is applied will be described in detail, and a method for imparting electrical conductivity to the metal oxide will be described in detail. On the other hand, as the electrical conductivity of the metal oxide increases, the thermal conductivity also increases.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 에지링이 장착된 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면들이다. 본 발명의 범주 내에서 제시된 장치 이외에도 다양한 플라즈마 처리장치에 적용될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 에지링은 기판의 가장자리에 위치하여 상기 기판을 압착하는 것을 모두 포함하며, 여기서는 하나의 예를 제시한 것에 불과하다.1 and 2 are views schematically showing a plasma processing apparatus equipped with an edge ring according to an embodiment of the present invention. But may be applied to various plasma processing apparatuses other than the apparatuses presented within the scope of the present invention. Specifically, the edge ring of the present invention includes both the edge of the substrate and the pressing of the substrate, which is merely an example.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 처리장치는 챔버(10), 서셉터(20), 샤워헤드(30) 및 에지링(40)을 포함하여 이루어진다. 챔버(10)는 반응공간을 정의하며, 서셉터(20)는 상면에 기판(50)을 탑재하고 상하운동을 한다. 경우에 따라, 서셉터(20)는 고정되어 움직이지 않을 수 있지만, 여기서는 상하운동을 하는 것을 예로 들었다. 샤워헤드(30)는 서셉터(20)의 상부에 위치하며, 기판(50)으로 공정가스를 분사한다. 샤워헤드(30)는 가스공급관(12)이 챔버(10)를 관통하여 연결되어, 상기 공정가스를 외부로부터 유입시킨다. 샤워헤드(30)는 가스공급관(12)을 통해 유입된 공정가스가 분사되기 전에 샤워헤드(30) 내부에 균일하게 확산하도록 하는 버퍼공간(31)과, 수많은 관통홀로 구성되는 노즐부(32)를 포함한다. 에지링(40)은 챔버(10)의 내벽에 설치되며 링지지대(42) 위에 위치한다. 1 and 2, the treatment apparatus of the present invention comprises a chamber 10, a susceptor 20, a showerhead 30, and an edge ring 40. The chamber 10 defines a reaction space, and the susceptor 20 mounts the substrate 50 on its upper surface and moves up and down. In some cases, the susceptor 20 may be stationary and not move, but here, the up and down movement is taken as an example. The showerhead 30 is located above the susceptor 20 and injects the process gas into the substrate 50. The showerhead 30 is connected through a gas supply pipe 12 to the chamber 10 to introduce the process gas from the outside. The showerhead 30 has a buffer space 31 for uniformly diffusing the process gas introduced through the gas supply pipe 12 into the showerhead 30 before being injected into the showerhead 30 and a nozzle unit 32 composed of a number of through holes, . The edge ring 40 is mounted on the inner wall of the chamber 10 and is located above the ring support 42.

챔버(10)의 외부에는 플라즈마의 발생을 위해 RF전력을 공급하는 RF 전원(16)이 플라즈마전극이나 안테나에 연결된다. 상기 연결 방식은 다양하게 존재하며, 도시된 바와 같이, 플라즈마 전극을 샤워헤드(30)와 일체로 형성하고, 상기 RF전력이 전극의 중심에 인가되도록 하기 위해 가스공급관(12)에 RF전원(16)을 연결될 수 있다. 기판(50)에 입사하는 플라즈마의 에너지를 제어하기 위하여 서셉터(20)에도 별도의 RF전원을 인가되기도 한다. 도시되지는 않았지만, 서셉터(20)에는 기판(50)을 예열하거나 가열하는 히터, 기판(50)의 탑재를 위한 리프트 핀 등을 포함할 수 있다. An RF power supply 16, which supplies RF power for generation of plasma, is connected to the plasma electrode or the antenna outside the chamber 10. As shown, a plasma electrode is integrally formed with the showerhead 30, and an RF power source 16 (not shown) is connected to the gas supply pipe 12 so that the RF power is applied to the center of the electrode. Can be connected. A separate RF power source is also applied to the susceptor 20 in order to control the energy of the plasma incident on the substrate 50. Although not shown, the susceptor 20 may include a heater for preheating or heating the substrate 50, a lift pin for mounting the substrate 50, and the like.

기판(50)이 서셉터(20)에 안치되면, 서셉터(20)가 플라즈마 처리공정의 위치까지 상승한다. 에지링(40)은 기판(50)의 가장자리를 압착하면서 함께 상승한다. 서셉터(20)를 상승시키면, 배기구(14)가 공정균일도에 악영향을 미치는 것을 방지한다. 기판(50)이 공정위치에 놓이면, 샤워헤드(30)를 통해 공정가스를 분사한 후, RF전력을 인가하여 공정가스를 강력한 반응성을 가지는 플라즈마 활성종으로 변환시킨다. 상기 활성종이 기판(50)에 대한 증착, 식각 공정 등을 수행하며, 공정진행 중에 배기구(14)를 통해 공정가스를 일정한 유량으로 배출시킬 수 있다. 소정 시간동안 처리공정을 수행한 후, 배기구(14)로 잔류가스를 배출한다. 이어서, 서셉터(20)를 하강시키고 기판(50)을 챔버(10)로부터 외부로 반출한다. When the substrate 50 is placed on the susceptor 20, the susceptor 20 is raised to the position of the plasma treatment process. The edge ring 40 rises together while squeezing the edge of the substrate 50. Raising the susceptor 20 prevents the vent 14 from adversely affecting process uniformity. When the substrate 50 is in a process position, the process gas is injected through the showerhead 30, and RF power is applied to convert the process gas into a plasma reactive species having strong reactivity. The active paper substrate 50 may be subjected to a deposition process, an etching process, and the like, and the process gas may be discharged at a constant flow rate through the exhaust port 14 during the process. After the treatment process is performed for a predetermined period of time, the residual gas is discharged to the discharge port (14). Subsequently, the susceptor 20 is lowered and the substrate 50 is taken out from the chamber 10 to the outside.

본 발명의 실시예에 의한 에지링(40)은 플라즈마 내식성이 우수한 금속산화물을 채용한다. 상기 금속산화물은 플라즈마 내식성의 요건을 만족하면, 모든 종류의 산화물이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 금속산화물은 희토류 산화물, 지르코니아, 알루미나, 실리카, 텅스텐산화물(WO3) 등에서 선택된 어느 하나 또는 그들의 혼합물이 있다. 희토류 원소는 란탄(lanthanum)계열 원자번호 57~71번의 15개 원소(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu)와 Sc, Y을 합친 17개 원소를 지칭하며, 특히 Y, Gd, Er이 바람직하다. 희토류 원소는 2종 이상의 원소를 혼용하여도 무방하다. 예를 들어, 플라즈마 내식성이 좋은 이트리아와 기계적 굽힘강도가 좋은 지르코니아가 혼합된 이트리아를 적용하여, 우수한 내식성 및 기계적 강도를 동시에 얻을 수 있다. 또한, 상기 금속산화물은 LaNiO3와 같이 다원계 금속산화물도 가능하다. The edge ring 40 according to the embodiment of the present invention employs a metal oxide having excellent plasma corrosion resistance. If the metal oxide meets the requirements for plasma corrosion resistance, all kinds of oxides can be applied. For example, the metal oxide may be any one selected from rare earth oxides, zirconia, alumina, silica, tungsten oxide (WO 3 ), or a mixture thereof. The rare earth element includes 15 elements (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) of lanthanum series , And Y, and Y, Gd and Er are particularly preferable. The rare earth element may be mixed with two or more kinds of elements. For example, yttria having good plasma corrosion resistance and yttria mixed with zirconia having good mechanical bending strength can be applied to obtain excellent corrosion resistance and mechanical strength at the same time. The metal oxide may be a multi-component metal oxide such as LaNiO 3 .

본 발명의 실시예에 의한 에지링(40)의 비저항은 기판(50)과 유사하다. 한편, 플라즈마를 형성하는 전력이 높아지면, 챔버(10) 내에 정재파가 형성되는 파장 효과나 전극 표면에서 전계가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대체로 기판(50)의 중심부가 극대로 되고 가장자리가 가장 낮아져서, 기판(10) 상의 플라즈마의 분포가 불균일하게 된다. 기판(50) 상에서 플라즈마 분포가 불균일하면, 플라즈마 처리가 일정하지 않게 되어 미세전자소자의 품질이 저하된다. 여기서, 플라즈마 분포는 기판(50) 및 에지링(40) 상에 플라즈마가 인가되는 상태를 말하는 것으로, 상기 분포는 기판(50) 및 에지링(40) 각 지점에서의 플라즈마 밀도 및 플라즈마 이온의 기판(50)을 향한 직진성과 연관이 있다. The resistivity of the edge ring 40 according to an embodiment of the present invention is similar to the substrate 50. On the other hand, when the electric power for forming the plasma is increased, the central part of the substrate 50 is generally maximized due to the wavelength effect in which the standing wave is formed in the chamber 10, the skin effect in which the electric field concentrates at the central part of the electrode surface, The distribution of the plasma on the substrate 10 becomes uneven. If the plasma distribution on the substrate 50 is nonuniform, the plasma treatment is not constant and the quality of the fine electronic device is deteriorated. Herein, the plasma distribution refers to a state in which plasma is applied on the substrate 50 and the edge ring 40, and the distribution is a ratio of the plasma density at each point of the substrate 50 and the edge ring 40, (50). ≪ / RTI >

기판(50)의 가장자리 근처(ED)에서, 에지링(40)과의 비저항 차이는 플라즈마 분포 균일성에 큰 영향을 준다. 여기서, 균일성은 플라즈마 분포의 변화 정도를 말하는 것으로, 균일성이 작으면 플라즈마 분포가 급격하게 변하고, 크면 플라즈마 분포의 변화가 완만하다. 에지링(40)과 기판(50)의 비저항 차이가 크면, 플라즈마 분포는 기판(50)의 가장자리에 한정되므로 기판(50)의 가장자리는 상대적으로 낮은 균일성을 가진다. 에지링(40)과 기판(50)의 비저항 차이가 작으면, 플라즈마 분포는 기판(50)의 가장자리를 벗어나 에지링(40)으로 확장되므로, 기판(50)의 가장자리는 상대적으로 높은 균일성을 가진다. 상기 균일성은 플라즈마 밀도 및 플라즈마 이온의 기판(50)을 향한 직진성이 우수하다는 것을 의미한다. 도면에서는 기판(50)의 가장자리를 벗어나는 상태를 가장자리 근처(ED)로 표현하였다.The difference in resistivity with the edge ring 40 at the edge ED of the substrate 50 greatly affects the plasma distribution uniformity. Here, the uniformity refers to the degree of change of the plasma distribution. If the uniformity is small, the plasma distribution abruptly changes, and if the uniformity is large, the plasma distribution changes slowly. If the difference in resistivity between the edge ring 40 and the substrate 50 is large, the plasma distribution is limited to the edge of the substrate 50, so that the edge of the substrate 50 has a relatively low uniformity. If the difference in resistivity between the edge ring 40 and the substrate 50 is small the plasma distribution will extend beyond the edge of the substrate 50 and into the edge ring 40 so that the edge of the substrate 50 will have a relatively high uniformity I have. This uniformity means that the plasma density and the straightness of the plasma ions toward the substrate 50 are excellent. In the drawing, the state of leaving the edge of the substrate 50 is represented by the edge ED.

소재의 비저항은 다수 자유전하 캐리어(majority free charge carrier)들의 농도 및 이들 캐리어들의 이동도(μ)에 따라 달라지며, 경우에 따라 불순물의 도핑농도에 의해 조절된다. 20℃에서 도핑되지 않은 실리콘의 비저항은 대략 6.40×102Ωcm, 도핑되지 않은 유리의 비저항은 대략 10.0×1010~10.0×1014Ωcm이다. 본 발명의 에지링(40)의 비저항은 103~10- 6Ωcm이 바람직하며, 이에 따라 에지링(40)은 실리콘과 같은 반도체 기판의 플라즈마 처리에 적용되는 것이 좋다. 에지링(40)의 비저항 103~10-6Ωcm은 기판(50)의 가장자리에서 플라즈마 분포를 균일하게 하기 위한 기술적 사상에 근거한다. 이에 따라, 상기 비저항은 상기 기술적 사상을 고려하지 않고, 단순한 반복실험을 통하여 획득할 수 없는 것이다. The resistivity of the material depends on the concentration of the majority free charge carriers and the mobility (μ) of these carriers, and is sometimes controlled by the doping concentration of impurities. The resistivity of undoped silicon in 20 ℃ is about 6.40 × 10 2 Ωcm, the specific resistance of an undoped glass is approximately 10.0 × 10 10 ~ 10.0 × 10 14 Ωcm. The specific resistance of the edge ring 40 of the present invention is 10 3 to 10 6 Ωcm, and preferably, so that the edge ring 40 may be applied to plasma processing of semiconductor substrates such as silicon. The resistivity of the edge ring 40 of 10 < 3 > to 10 < -6 > cm is based on a technical idea for uniforming the plasma distribution at the edge of the substrate 50. [ Accordingly, the resistivity can not be obtained through simple repetitive experiments without considering the technical idea.

본 발명의 실시예에 의한 에지링(40)의 비저항이 기판(50)과 유사하다는 것은 다음과 같은 관점에서 설명될 수 있다. 에지링(40)의 비저항이 기판(50)과 유사하면, 플라즈마 분포는 기판(50)의 가장자리를 벗어나 에지링(40)으로 확장된다. 이에 따라, 본 발명의 에지링(40)의 비저항(ρ)은 기판의 가장자리로부터 에지링(40)으로 확장되어, 기판(50) 전체에 대한 플라즈마 분포가 기판(50)의 가장자리에도 균일하다고 볼 수 있다. 이와 같은 비저항은 플라즈마 분포를 기판(50)의 가장자리를 벗어나 에지링(40)의 확장하는 것이라고 정의할 수 있다.The fact that the resistivity of the edge ring 40 according to the embodiment of the present invention is similar to the substrate 50 can be explained from the following viewpoints. If the resistivity of the edge ring 40 is similar to that of the substrate 50, the plasma distribution extends beyond the edge of the substrate 50 and into the edge ring 40. The resistivity p of the edge ring 40 of the present invention extends from the edge of the substrate to the edge ring 40 so that the plasma distribution across the substrate 50 is uniform over the edge of the substrate 50 . Such a resistivity can be defined as the expansion of the edge ring 40 beyond the edge of the substrate 50 by the plasma distribution.

본 발명의 금속산화물의 전기전도도가 증가하면, 열전도도도 함께 커진다. 열전도도이 커지면, 플라즈마 처리과정에서 기판(50)에서 발생하는 열이 용이하게 제거되어, 기판(50)의 열적 충격을 줄일 수 있다. As the electrical conductivity of the metal oxide of the present invention increases, the thermal conductivity also increases. When the thermal conductivity is increased, the heat generated in the substrate 50 during the plasma processing can be easily removed, thereby reducing the thermal shock of the substrate 50.

본 발명의 에지링(40)은 진공 또는 불활성기체 분위기 같이 산소 분압이 대기압보다 낮은 분위기 또는 환원성 가스분위기에서 소결한다. 상기 불활성 가스는 공지의 불활성 가스이면 모두 가능하며, 바람직하게는 질소, 아르곤 등이 있다. 상기 환원성 가스는 공지의 환원성 가스이면 모두 가능하며, 바람직하게는 수소, 암모니아, 일산화탄소, 이산화탄소 등이 있다. 이때, 상기 소결하는 시간이 늘어나면, 본 발명의 금속산화물의 전기전도도 및 열전도도가 커진다.The edge ring (40) of the present invention is sintered in an atmosphere having a partial pressure of oxygen lower than atmospheric pressure or a reducing gas atmosphere, such as a vacuum or an inert gas atmosphere. The inert gas may be any known inert gas, and preferably nitrogen or argon. The reducing gas may be any known reducing gas, and preferably hydrogen, ammonia, carbon monoxide, carbon dioxide, or the like. At this time, if the sintering time is increased, the electrical conductivity and the thermal conductivity of the metal oxide of the present invention are increased.

이하에서는 열처리 또는 소결을 통하여, 본 발명의 에지링(40)의 비저항을 조절하는 기구(mechanism)를 상세하게 알아보고, 에지링(40)의 비저항을 감소시키는 과정을 구체적으로 살펴보기로 한다. 에지링(40)의 비저항을 조절하는 기구는 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 첫째, 도 3과 같이, 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로 상변태(phase transformation)되는 것이다. 즉, 금속산화물은 그 일부 또는 전부가 금속탄화물로 상변태(phase transformation)된다. 여기서, M은 금속원자, O는 산소원자, C는 탄소원자를 지칭한다. 둘째, 도 4와 같이, 카본 원자를 도핑하는 것이다. 이때, 플라즈마 처리장치에 적용되는 에지링(40)은 도 1 및 도 2를 참조하기로 한다. Hereinafter, a mechanism for adjusting the resistivity of the edge ring 40 of the present invention will be described in detail through heat treatment or sintering, and a process for reducing the resistivity of the edge ring 40 will be described in detail. The mechanism for adjusting the resistivity of the edge ring 40 can be roughly classified into two types. First, as shown in FIG. 3, at least a part of the metal oxide is phase-transformed into a metal carbide. That is, a part or all of the metal oxide is phase-transformed into a metal carbide. Here, M is a metal atom, O is an oxygen atom, and C is a carbon atom. Second, as shown in Fig. 4, the carbon atoms are doped. Here, the edge ring 40 applied to the plasma processing apparatus will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 3에 의하면, 격자구조에 상기 금속탄화물을 형성하기 위해서, 소결 공정에서 산소(O)가 탄소(C)로 치환되어 금속탄화물(MC)을 형성한다. 금속탄화물(MC)은 에지링(40)의 전기전도도를 증가시키고 비저항은 떨어뜨린다. 금속탄화물(MC)의 분율(금속탄화물/금속산화물)은 금속산화물을 제조하는 분위기, 온도 등의 공정조건을 달리하여 결정할 수 있다. 금속탄화물(MC)의 분율이 클수록 금속산화물의 전기전도도와 함께 열전도도는 상승한다. 금속탄화물(MC)의 분율은 본 발명의 에지링의 지향하는 비저항 103~10-6Ωcm을 구현하는 정도이면 충분하다. According to Fig. 3, in order to form the metal carbide in the lattice structure, oxygen (O) is substituted with carbon (C) in the sintering process to form metal carbide (MC). The metal carbide (MC) increases the electrical conductivity of the edge ring (40) and lowers the resistivity. The fraction (metal carbide / metal oxide) of the metal carbide (MC) can be determined by varying the process conditions such as the atmosphere for producing the metal oxide, the temperature, and the like. The larger the fraction of metal carbide (MC), the higher the thermal conductivity as well as the electrical conductivity of the metal oxide. It suffices that the fraction of the metal carbide (MC) to realize the specific resistivity of 10 3 to 10 -6 Ωcm directed to the edge ring of the present invention.

도 4에 의하면, 에지링(40)을 이루는 격자구조의 침입형 자리(interstitial site)에 카본(C)이 도핑된다. 카본(C)은 에지링(40)의 전기전도도를 증가시키고 비저항을 떨어뜨린다. 본 발명의 금속산화물의 전기전도도는 카본(C) 도핑의 함량에 의해 좌우된다고 볼 수 있다. 카본(C) 도핑의 함량은 금속산화물을 제조하는 분위기, 온도 등의 공정조건을 달리하여 결정할 수 있다. 카본(C) 도핑의 함량이 개수가 많을수록 금속산화물의 전기전도도와 함께 열전도도는 상승한다. 이러한 카본 도핑의 함량은 본 발명의 에지링이 지향하는 비저항 103~10-6Ωcm을 구현하는 정도이면 충분하다. Referring to FIG. 4, carbon (C) is doped in the interstitial site of the lattice structure constituting the edge ring 40. Carbon (C) increases the electrical conductivity of the edge ring (40) and lowers the resistivity. It can be seen that the electrical conductivity of the metal oxide of the present invention depends on the content of carbon (C) doping. The content of the carbon (C) doping can be determined by changing the process conditions such as the atmosphere for producing the metal oxide and the temperature. The greater the number of carbon (C) doping, the higher the electrical conductivity and the thermal conductivity of the metal oxide. It is sufficient that the content of such carbon doping realizes a resistivity of 10 3 to 10 -6 ? Cm which is directed by the edge ring of the present invention.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 에지링은 금속탄화물로의 상변태(phase transformation) 또는 카본 도핑 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 조합에 의해 비저항이 감소된다. 다시 말해, 진공 또는 환원성 가스분위기에서 소결을 거친 금속산화물은 금속탄화물 및 카본 도핑이 공존할 수 있다. On the other hand, the edge ring according to the embodiment of the present invention is reduced in resistivity by any one selected from phase transformation or carbon doping to a metal carbide or a combination thereof. In other words, the metal oxide sintered in a vacuum or reducing gas atmosphere can coexist with metal carbide and carbon doping.

이하, 본 발명을 아래와 같은 실시예에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다. 단 아래의 예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이므로, 이에 한정되지는 않는다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and thus the present invention is not limited thereto.

이트리아 분말과 지르코니아 분말을 혼합하고 탄소를 공급하여 소결함으로써, 탄소에 의하여 지르코니아는 탄화지르코늄으로 상변태하고 이트리아는 탄소가 도핑된 이트리아로 변하여 소결체가 형성되었으며, 이 소결체의 비저항은 4탐침법으로 측정한 결과 10-1Ωcm을 나타내었다. 이를 도 5에서 소결되어 완성된 C-doped Y2O3와 ZrC 복합체의 투과전자현미경 사진 및 성분분석 결과 및 도 6에서 소결되어 완성된 C-doped Y2O3와 ZrC 복합체의 X선 회절 분석 결과로 나타내었다. The zirconia was transformed into zirconium carbide and the yttria was transformed into a carbon-doped yttria to form a sintered body. The specific resistance of the sintered body was determined by 4-probe method The results showed 10 -1 Ωcm. This transmission electron micrographs and the component analysis results and X-ray diffraction analysis of the C-doped Y 2 O 3 and ZrC composite finished and sintered in Figure 6 of the C-doped Y 2 O 3 and ZrC composite finished and sintered at 5 Respectively.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 금속산화물 소결체와 종래의 CVD 탄화규소(CVD SiC) 소결체 및 반응소결 탄화규소(Reaction Bonded Silicon Carbide; RBSC) 소결체의 플라즈마 식각율(Etching ratio, %)을 중량비로 나타낸 그래프이다. 이때, 전력은 900W, 노출시간은 30분(min), 사용가스는 CF4 50sccm, Ar 100sccm, O2 20sccm, 시편크기는 17×17×2T이었다. 여기서, CVD 탄화규소(CVD SiC) 소결체 및 반응소결 탄화규소(RBSC) 소결체는 기존의 플라즈마 처리장치에 많이 사용하는 물질이다. 7 is a graph showing the plasma etching rate (%) of the sintered metal oxide sintered body according to the embodiment of the present invention, the conventional sintered CVD silicon carbide (CVD SiC) sintered body and the reaction sintered silicon carbide (RBSC sintered body) . At this time, the power was 900 W, the exposure time was 30 minutes (min), the gas used was CF 50 50 sccm, Ar 100 sccm, O 2 20 sccm, and the sample size was 17 × 17 × 2T. Here, CVD sintered silicon carbide (CVD SiC) sintered body and reaction sintered silicon carbide (RBSC) sintered body are materials used in conventional plasma processing apparatuses.

도 7에 의하면, CVD 탄화규소의 식각율은 0.64%, RBSC의 식각율은 0.67%이었으나, 본 발명의 실시예에 의한 금속산화물의 식각율은 0.005%이었다. 이에 따라, 본 발명의 금속산화물 식각율은 종래의 VD 탄화규소(CVD SiC) 소결체 및 반응소결 탄화규소(RBSC) 소결체의 식각율에 비해 현저하게 떨어지는 것을 알 수 있었다. 일례로, 본 발명의 금속산화물 식각율은 CVD SiC에 비해 거의 128배 정도로 작았다. According to FIG. 7, the etch rate of CVD silicon carbide was 0.64% and the etch rate of RBSC was 0.67%, but the etching rate of the metal oxide according to the embodiment of the present invention was 0.005%. Accordingly, it can be seen that the metal oxide etching rate of the present invention is remarkably lower than that of the conventional VD silicon carbide (CVD SiC) sintered body and the reaction sintered silicon carbide (RBSC) sintered body. For example, the metal oxide etch rate of the present invention is as low as 128 times that of CVD SiC.

이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 실시예는 에지링을 중심으로 설명하였으나, 플라즈마에 영향을 받는 다른 부품인 포커스링, 샤워헤드 등에도 적용될 수 있다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is possible. For example, although the embodiment of the present invention has been described mainly with respect to the edge ring, the present invention can also be applied to a focus ring, a shower head, and the like, which are other parts affected by plasma.

10; 챔버 12; 가스공급관
20; 서셉터 30; 샤워헤드
40; 에지링 42; 링지지대
50; 기판10; Chamber 12; Gas supply pipe
20; A susceptor 30; Shower head
40; Edge ring 42; Ring support
50; Board

Claims (14)

플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버: 및
상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 포함하고,
상기 부품은 플라즈마 내식성이 있는 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로의 상변태 또는 상기 금속산화물에의 탄소 도핑 중에 선택된 어느 하나 또는 그들의 조합에 의해 이루어지고, 비저항 103~10-6Ωcm을 갖고,
상기 금속탄화물은 상기 금속산화물의 격자에 위치하는 산소원자의 일부가 탄소원자로 치환되어 이루어지거나, 상기 금속산화물의 침입형 자리에 상기 탄소가 도핑되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치.A chamber forming a reaction space for plasma processing:
And a component located within the chamber and in contact with the plasma,
Wherein the part is made of any one or a combination of at least a part of the metal oxide having plasma corrosion resistance selected from a phase transformation to a metal carbide or carbon doping to the metal oxide and has a specific resistance of 10 3 to 10 -6 ? Cm,
Wherein the metal carbide is formed by substituting a part of oxygen atoms located in the lattice of the metal oxide with carbon atoms or by implanting the carbon in an intrusive place of the metal oxide. Device. 제1항에 있어서, 상기 부품은 에지링, 포커스링 또는 샤워헤드 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치.The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the part is any one selected from an edge ring, a focus ring, and a showerhead. 제1항에 있어서, 상기 부품은 서셉터에 안치된 기판의 가장자리를 압착하는 에지링이고, 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 확장되는 것을 특징으로 하는 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치.2. The plasma processing apparatus of claim 1, wherein the component is an edge ring for pressing the edge of the substrate held in the susceptor, and the distribution of the plasma extends beyond an edge of the substrate. . 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 단일의 금속산화물 또는 2종이상의 금속산화물이 혼합된 것을 특징으로 하는 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치.The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the metal oxide is a mixture of a single metal oxide or two or more metal oxides. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 이트리아인 것을 특징으로 하는 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치.2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the metal oxide is yttria. 제1항에 있어서, 상기 금속산화물은 지르코니아를 포함한 이트리아인 것을 특징으로 하는 전기전도성 부품을 포함하는 플라즈마 처리장치.2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the metal oxide is yttria containing zirconia. 삭제delete 삭제delete 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버: 및
상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품을 제조하는 방법에 있어서,
상기 부품은 플라즈마에 내식성이 있는 금속산화물을 진공 또는 불활성기체 분위기와 같이 산소 분압이 대기압보다 낮은 분위기 또는 환원성 가스 분위기에서 800℃~2,000℃의 소결온도에서 소결하여 상기 금속산화물의 적어도 일부가 금속탄화물로의 상변태되거나 상기 금속산화물에의 탄소 도핑된 것 중에 선택된 어느 하나의 방법 또는 그 방법들의 조합에 의해 형성되고, 상기 부품의 비저항은 103~10-6Ωcm이고,
상기 금속탄화물은 상기 금속산화물의 격자에 위치하는 산소원자의 일부가 탄소원자로 치환되어 이루어지거나, 상기 금속산화물의 침입형 자리에 상기 탄소가 도핑되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전기전도성 부품의 제조방법.A chamber forming a reaction space for plasma processing:
A method of manufacturing a component located within a chamber and in contact with the plasma,
The component is produced by sintering a metal oxide having corrosion resistance to plasma in an atmosphere having an oxygen partial pressure lower than atmospheric pressure or a reducing gas atmosphere such as a vacuum or an inert gas atmosphere at a sintering temperature of 800 ° C to 2,000 ° C, Or a carbon doped to the metal oxide, or a combination of the methods, wherein the specific resistance of the component is 10 3 to 10 -6 ? Cm,
Wherein the metal carbide is formed by replacing a part of oxygen atoms located in the lattice of the metal oxide with carbon atoms or by doping the carbon in the intrusive site of the metal oxide. Gt; 제9항에 있어서, 상기 부품은 에지링, 포커스링 또는 샤워헤드 중에 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전기전도성 부품의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the part is any one selected from an edge ring, a focus ring, or a showerhead. 제9항에 있어서, 상기 부품은 서셉터에 안치된 기판의 가장자리를 압착하는 에지링이고, 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 확장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전기전도성 부품의 제조방법.10. The plasma processing apparatus of claim 9, wherein the component is an edge ring for pressing the edge of the substrate held in the susceptor and the distribution of the plasma extends beyond the edge of the substrate. Way. 삭제delete 제9항에 있어서, 상기 불활성 기체는 아르곤, 헬륨, 네온, 질소 중에 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전기전도성 부품의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the inert gas is at least one selected from the group consisting of argon, helium, neon, and nitrogen. 제9항에 있어서, 상기 환원성 가스 분위기는 수소 가스, 암모니아 가스, 일산화탄소 및 이산화탄소 중에 선택된 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 전기전도성 부품의 제조방법.
10. The method of claim 9, wherein the reducing gas atmosphere is formed of at least one selected from hydrogen gas, ammonia gas, carbon monoxide, and carbon dioxide.
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