KR19990081118A - 반도체소자 제조용 식각장치의 배플과 그 재생방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 반도체소자 제조용 식각장치의 배플 및 그 재생방법에 관한 것이다.

본 발명의 배플은, 식각챔버로 균일한 식각가스를 분사시킬 수 있도록 상기 식각가스가 유입되는 복수개의 홀들이 형성되는 반도체소자 제조용 식각장치의 배플에 있어서, 상기 홀들의 내면을 포함하는 배플의 표면에 아노다이징처리를 이용한 피보호막이 형성된 것을 특징으로 하고, 그 재생방법은, 식각챔버로 균일한 식각가스를 분사시킬 수 있는 배플을 라이프타임까지로 사용한 반도체소자 제조용 식각장치의 배플의 재생방법에 있어서, 상기 배플을 재사용할 수 있도록 상기 배플의 표면을 아노다이징처리하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 배플로 인한 불량을 최소화시킬 수 있고, 또한 배플을 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체소자 제조용 식각장치의 배플과 그 재생방법

본 발명은 반도체소자 제조용 식각장치의 배플과 그 재생방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배플(Baffle)의 표면을 아노다이징(Anodizing)처리하는 반도체소자 제조용 식각장치의 배플과 그 재생방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체소자의 제조에서는 상기 반도체소자로 제조할 수 있는 웨이퍼(Wafer) 상에 소정의 막을 형성시킨 후, 상기 반도체소자의 특성에 따라 상기 소정의 막을 패턴(Pattern)으로 형성시키는 식각공정을 수행한다.

이러한 식각공정은 상기 반도체소자의 고집적화에 따라 케미컬(Chemical)을 이용한 식각공정에서 플라즈마(Plasma)를 이용한 식각공정으로 발달되는 추세이다.

여기서 상기 플라즈마를 이용한 식각공정을 수행할 수 있는 일반적인 식각장치를 도1을 참조하여 살펴보면 먼저, 웨이퍼(W)가 안착되는 척(Chuck)(주로 정전척)(10)이 구비되고, 상기 척(10)의 주연부에는 상기 웨이퍼(W)를 척(10)에 지지시킬 수 있는 클램프링(Clamp Ring)(12)이 구비된다.

그리고 식각챔버를 플라즈마 상태로 형성시키기 위하여 고주파의 전극이 인가되는 캐소우드(Cathode)(14)가 구비된다.

여기서 상기 캐소우드(14)에는 상기 식각챔버로 식각가스를 유입시킬 수 있도록 복수개의 홀(Hole)(도시되지 않음)들이 형성되어 있고, 그 재질은 다양하게 이용할 수 있으나, 최근에는 실리콘재질을 주로 선택한다.

또한 상기 캐소우드(14) 상에는 배플(16)이 구비되고, 이러한 배플(16)에는 상기 식각챔버로 균일하게 식각가스를 분사시킬 수 있도록 도2에 도시된 바와 같이 상기 식각가스가 유입되는 복수개의 홀(20)들이 형성되어 있다.

여기서 상기 배플(16)은 3개의 배플이 하나의 배플부로 이루어지도록 구성되는 것이 일반적인 것으로써, 도3에 도시된 바와 같이 각각의 배플(16)들은 소정의 이격거리(약 1 내지 2mm)를 두고 적층된다.

또한 각각의 배플(16)에 형성되는 홀(20)들은 그 크기 및 개수가 서로 다르게 제작되고, 이에 따라 상기 배플(16)을 순차적으로 적층할 경우 상기 홀(20)들의 위치는 서로 어긋나도록 구성된다.

즉, 도3에 도시된 바와 같이 하단에 구비되는 배플(16)의 홀이 상단에 구비되는 배플(16)의 홀보다 그 개수는 많고, 그 크기는 작게 형성된다.

그리고 상기 배플(16)은 마그네슘(Mg) 및 철(Fe)을 포함하는 알루미늄합금의 재질로써 일반적인 Al-6061 시리즈 재질이다.

여기서 상기 배플(16)을 알루미늄합금의 재질로 선택하는 것은 상기 배플(16)의 경도 및 가공성 등을 고려하기 때문이다.

이러한 구성으로 이루어지는 종래의 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서는 상기 식각공정의 특성, 즉 반도체소자의 특성에 따른 패턴을 형성시키는 공정이기 때문에 그 공정조건 등의 관리 뿐만 아니라 웨이퍼(W) 상에 흡착되어 패턴의 변형을 초래할 수 있는 파티클(Particle) 등의 관리를 철저하게 수행하고 있다.

그러나 상기 파티클의 철저한 관리에도 불구하고, 공정수행시 상기 웨이퍼(W)를 지지하는 클램프링(12)에는 상기 파티클을 발생시킬 수 있는 폴리머(Polymer)가 다량으로 적층되었다.

이러한 폴리머가 공정수행시 식각챔버에 형성되는 진공 또는 플라즈마 등에 의하여 박리되어 상기 식각챔버에서 부유하다가 전기력 또는 중력 등에 의하여 상기 웨이퍼(W)의 표면에 흡착되어 불량을 유발시켰다.

이에 따라 상기 폴리머의 발생을 종래에는 공정수행시 유입되는 식각가스와 상기 클램프링(12) 자체의 반응에 의해 기인한 것으로 판단하고, 상기 클램프링(12)의 세정공정을 정기적 또는 비정기적으로 철저하게 수행하였다.

이러한 세정공정에도 불구하고, 상기 폴리머는 클램프링(12)에 반복적으로 적층되었고, 이에 따라 상기 폴리머로 인한 불량 또한 빈번하게 발생하였다.

전술한 바와 같이 종래에는 상기 폴리머의 발생을 단지 식각가스와 클램프링(12)에 의한 것으로만 판단하였기 때문에 상기 폴리머로 인한 불량의 발생에 근원적으로 대처하지 못하였다.

본 발명의 목적은, 폴리머로 인한 불량을 근원적으로 대처하기 위한 반도체소자 제조용 식각장치의 배플과 그 재생방법을 제공하는 데 있다.

도1은 일반적인 반도체소자 제조용 식각장치를 나타내는 모식도이다.

도2는 도1의 식각장치의 구비되는 배플을 나타내는 평면도이다.

도3은 도1의 'A'영역을 확대한 상세도이다.

도4는 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치에 구비되는 배플의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.

도5는 일반적인 반도체소자 제조용 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서 웨이퍼 상에 흡착되는 파티클의 성분을 설명하기 위한 그래프이다.

도6은 일반적인 반도체소자 제조용 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서 클램프링에 적층되는 폴리머의 성분을 설명하기 위한 그래프이다.

도7 및 도8은 일반적인 반도체소자 제조용 식각장치에 구비되는 배플의 표면에 적층되는 폴리머의 성분을 설명하기 위한 그래프이다.

도9 및 도10은 배플의 세정공정의 수행을 결과를 설명하기 위한 단면도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

W : 웨이퍼 10 : 척

12 : 클램프링 14 : 케소우드

16, 40, 50, 60 : 배플 18 : 가스공급단

20 : 홀 42 : 피보호막

62 : 돌기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치의 배플은, 식각챔버로 균일한 식각가스를 분사시킬 수 있도록 상기 식각가스가 유입되는 복수개의 홀들이 형성되는 반도체소자 제조용 식각장치의 배플에 있어서, 상기 홀들의 내면을 포함하는 배플의 표면에 아노다이징처리를 이용한 피보호막이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 피보호막은 그 재질이 마그네슘 및 철을 함유하는 알루미늄합금인 배플에 황산수용액 또는 옥살산수용액을 이용한 아노다이징처리하여 형성시킨 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치의 배플의 재생방법은, 식각챔버로 균일한 식각가스를 분사시킬 수 있는 배플을 라이프타임까지로 사용한 반도체소자 제조용 식각장치의 배플의 재생방법에 있어서, 상기 배플을 재사용할 수 있도록 상기 배플의 표면을 아노다이징처리하는 것을 특징으로 한다.

상기 식각공정을 수행할 수 있는 공정조건 또는 식각장치 등에 따라 다소의 차이는 있을 수 있으나, 상기 라이프타임은 실공정을 수행하는 시간을 기준으로 약 3,000시간 이상인 것이 바람직하다.

상기 배플의 재생은 아노다이징처리가 이루어진 배플을 라이프타임까지로 사용한 후 다시 아노다이징처리하는 재생을 반복하는 것으로써, 상기 아노다이징처리를 통하여 상기 배플을 계속해서 재생할 수 있기 때문에 상기 배플을 반영구적으로 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도4는 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 식각장치에 구비되는 배플의 일 실시예를 나타내는 단면도이고, 도5는 일반적인 반도체소자 제조용 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서 웨이퍼 상에 흡착되는 파티클의 성분을 설명하기 위한 그래프이며, 도6은 일반적인 반도체소자 제조용 식각장치를 이용한 식각공정의 수행에서 클램프링에 적층되는 폴리머의 성분을 설명하기 위한 그래프이고, 도7 및 도8은 일반적인 반도체소자 제조용 식각장치에 구비되는 배플의 표면에 적층되는 폴리머의 성분을 설명하기 위한 그래프이고, 도9 및 도10은 배플의 세정공정의 수행을 결과를 설명하기 위한 단면도이다.

도4는 본 발명에 따른 일 실시예를 나타내는 배플로써, 전술한 도1의 일반적인 식각챔버로써 본 발명의 배플이 구비되는 것을 제외한 동일부분에 대한 구성 및 동작에 중복되는 설명은 생략하며, 동일부품은 동일부호로 표시한다.

먼저, 도4는 일반적인 식각장치에 구비되는 배플(40)을 나타내는 것으로써, 특히 식각챔버에 식각가스를 분사시킬 수 있도록 식각챔버의 캐소우드(14)의 상측에 구비되는 배플(40)이다.

이러한 배플(40)에는 전술한 바와 같이 상기 식각챔버로 균일하게 식각가스를 분사시킬 수 있도록 상기 식각가스가 유입되는 복수개의 홀들이 형성되어 있다.

그리고 상기 캐소우드(14)의 상측에 구비되는 배플(40)은 주로 홀의 개수 및 크기를 달리하는 3개의 배플(40)을 순차적으로 적층하여 하나의 배플부로 구비되어 진다.

또한 상기 배플(40)은 주로 마그네슘 및 철이 소정량 함유되는 알루미늄합금으로 형성시키고, 상기 마그네슘이 약 1 내지 2%, 상기 철이 약 0.5% 내외로 함유되는 Al-6061 시리즈의 알루미늄합금을 주로 이용한다.

이러한 구성으로 이루어지는 상기 배플(40)을 본 발명에서는 황산(H₂SO₄)수용액 또는 옥살산(C₂H₂O₄)수용액 등을 이용한 아노다이징처리를 수행한다.

이에 따라 도4에 도시된 바와 같이 상기 홀들의 내면을 포함하는 배플(40)의 표면에 피보호막(42)이 형성된다.

상기와 같은 아노다이징처리는 상기 배플(40)의 재생시에도 수행할 수 있고, 또한 상기 배플(40)의 제조시에도 수행할 수 있다.

즉, 상기 배플(40)을 라이프타임(Life Time)까지로 사용한 배플(40)을 재사용할 수 있도록 재생하기 위하여 전술한 구성의 아노다이징처리를 수행하여 피보호막(42)을 형성시키는 것이다.

여기서 상기 라이프타임은 상기 식각공정의 수행시 공정조건 또는 식각장치 등에 따라 다소의 차이는 있을 수 있느나, 일반적으로 실공정을 수행하는 시간을 기준으로 약 3,000시간 이상이다.

특히, 본 발명의 배플(40)의 재생은 아노다이징처리가 이루어진 배플(40)을 라이프타임까지로 사용한 후, 다시 아노다이징처리하는 재생을 반복하여 사용할 수 있기 때문에 상기 배플(40)을 반영구적으로 이용할 수 있다.

즉, 상기 라이프타임까지로 사용한 배플(40)을 재생하여 다시 사용한 후, 또 재생시켜 사용하는 것을 반복할 수 있는 것이다.

또한 홀의 가공 및 표면의 폴리싱(Polishing) 등으로 이루어지는 공지의 배플을 제조하는 단계를 수행한 후, 상기 배플(40)을 전술한 구성의 아노다이징처리를 수행하여 피보호막(42)을 형성시키는 것이다.

이러한 구성으로 이루어지는 본 발명의 배플(40), 즉 아노다이징처리가 이루어진 배플(40)을 이용한 식각공정의 수행에서는 전술한 종래의 폴리머의 발생을 최소화시킬 수 있고, 이에 따라 상기 폴리머가 클램프링(12)에 적층되는 것을 최소화함으로써 상기 폴리머로 인한 불량을 억제할 수 있다.

여기서 본 발명의 상기 배플(40)의 아노다이징처리는 상기 폴리머, 폴리머로 인하여 발생하는 파티클 또는 웨이퍼(W) 상에 흡착되는 파티클 등을 분석한 결과로 이루어진 산물이다.

이러한 폴리머 및 파티클 등을 이디엑스(EDX : Energy Dispersive X-Ray)를 이용하여 분석한 결과 먼저, 웨이퍼(W) 상에 흡착된 파티클의 경우 도5에 도시된 바와 같이 알루미늄 및 플루오르(F) 성분이 다량으로 검출되었다.

여기서 종래의 상기 파티클을 발생시키는 소스(Source)가 주로 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 포토레지스트(Photoresist)(도시되지 않음)에 기인하고 있다는 생각과는 다소 의외의 결과이다.

다시 말해 상기 분석의 결과 상기 포토레지스트로 인한 탄소(C) 성분이 거의 검출되지 않았기 때문이다.

그리고 상기 클램프링(12)에 적층되어 있는 폴리머를 분석한 결과 또한 도6에 도시된 바와 같이 알루미늄 및 플로우르 성분이 다량으로 검출되었다.

여기서 상기 식각장치, 즉 식각챔버 내에 구비되는 구성요소들의 재질을 살펴보면 상기 클램프링(12)의 제질이 세라믹(Ceramic)이고, 캐소우드(14)의 재질은 주로 실리콘 재질이며, 상기 식각챔버의 벽면은 그 표면을 아노다이징처리한 알루미늄재질이다.

전술한 식각챔버를 구성하는 구성요소들의 재질의 특성으로는 상기와 같은 성분이 검출되지 않는다.

이에 따라 마그네슘 및 철이 함유된 알루미늄재질의 배플의 표면 및 배플의 표면에 부착된 폴리머를 검출한 결과 도7 및 도8에 도시된 바와 같이 알루미늄 및 플로오루 성분이 다량으로 검출되었다.

여기서 도7 및 도8의 배플은 다소 시간적인 차이를 두고 분석한 결과로서 상기 배플을 식각챔버에 구비시킨 후, 분석을 수행한 결과가 도7이고, 상기 도7에 따른 분석을 수행한 후, 다소의 시간적인 차이를 두고 분석한 결과가 도8이며, 그 분석결과는 알루미늄 및 플로우르 성분이 다량으로 검출되었다.

이에 따라 상기 배플이 전술한 불량의 원인이라는 결론을 얻을 수 있었다.

이러한 배플은 종래에는 상기 식각챔버 내의 웨이퍼에 직접적으로 노출되지 않기 때문에 그 취급을 소홀히 하였다.

일예로 상기 배플의 유지보수를 위한 세정공정에서는 알루미늄재질의 수세미 등을 이용하였다.

그러나 상기 유지보수에 따른 결과 도9에 도시된 바와 같이 배플(50)의 표면에는 거칠기 등이 형성되고, 또한 알루미늄의 연성인 성질로 인하여 도10에 도시된 바와 같이 돌기(62) 등이 형성되어 상기 배플(60)의 표면을 세정하여도 용이하게 제거되지 못하였다.

따라서 도9에 도시된 바와 같이 배플(50)의 표면이 거칠기로 형성되어 식각공정의 수행시 식각가스와 반응하여 폴리머를 형성하였다.

즉, 일반적인 식각공정의 수행시 유입되는 CHF₃가스로 인한 폴리머의 발생 뿐만 아니라 상기 CHF₃가스가 식각챔버에서 해리되어 활성레디컬인 F*가 상기 배플(40)이 구비되는 위치까지로 역유입됨으로써 상기 폴리머의 발생 및 적층을 가속화시켰다.

이에 따라 상기 식각가스의 배기시 클램프링(14)에 적층되었고, 또한 상기 돌기(62) 등은 상기 배플(60)에서 박리되어 폴리머가 아닌 파티클로써 웨이퍼(W) 상에 흡착되었다.

따라서 본 발명과 같이 상기 배플(40)의 표면을 보호할 수 있는 피보호막(40)을 아노다징처리를 수행하여 형성시킴으로써 전술한 결함을 최소화시킬 수 있다.

여기서 상기 아노다이징처리가 이루어진 배플(40)을 이용하여 종래와 동일한 공정조건으로 식각공정을 수행한 결과 선폭, 식각율 등에는 지장을 주지 않았다.

그리고 본 발명의 배플(40)이 구비되는 식각장치를 이용한 식각공정의 수행시 폴리머로 인한 파티클의 발생을 최소화시킴으로써 이로 인한 불량을 최소화할 수 있어 반도체소자의 제조에 따른 수율이 향상된다.

또한 아노다이징처리를 수행하여 형성된 피보호막은 연성인 알루미늄 재질의 배플의 표면의 강도를 향상시킴으로써 상기와 같은 세정공정을 수행하여도 그 표면이 손상되는 정도가 미약하여 거칠기 또는 돌기 등이 형성되지 않는다.

그리고 본 발명의 배플(40) 또한 계속적인 사용으로 수행되는 세정공정의 결과 아노다이징처리하여 형성시킨 피보호막(42)이 점진적으로 박리되지만, 상기 배플(40)을 라이프타임까지로 사용한 후, 다시 아노다징징처리하여 재사용할 수 있도록 재생시킴으로써 상기 배플(40)을 반영구적으로 사용할 수 있다.

본 발명은 아노다이징처리를 함으로써 배플에 피보호막을 형성시킴으로써 상기 배플의 수명을 연장시킬 수 있고, 또한 상기 배플로 인한 불량을 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라 그 재생의 측면을 고려할 경우에는 반영구적으로 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 배플로 인한 불량을 최소화시킬 수 있고, 또한 배플을 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

1. 식각챔버로 균일한 식각가스를 분사시킬 수 있도록 상기 식각가스가 유입되는 복수개의 홀(Hole)들이 형성되는 반도체소자 제조용 식각장치의 배플에 있어서,

   상기 홀들의 내면을 포함하는 배플(Baffle)의 표면에 아노다이징(Anodizing)처리를 이용한 피보호막이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 식각장치의 배플.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 피보호막은 황산(H₂SO₄)수용액을 이용하여 아노다이징처리하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치의 배플.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 피보호막은 옥살산(C₂H₂O₄)수용액을 이용하여 아노다이징처리하여 형성시킨 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치의 배플.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 배플은 그 재질이 마그네슘(Mg) 및 철(Fe)을 함유하는 알루미늄합금인 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치의 배플.
5. 식각챔버로 균일한 식각가스를 분사시킬 수 있는 배플을 라이프타임(Life Time)까지로 사용한 반도체소자 제조용 식각장치의 배플의 재생방법에 있어서,

   상기 배플을 재사용할 수 있도록 상기 배플의 표면을 아노다이징처리하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 식각장치의 배플의 재생방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 라이프타임은 실공정을 수행하는 시간을 기준으로 약 3,000시간 이상인 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치의 배플의 재생방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 배플의 재생은 아노다이징처리가 이루어진 배플을 라이프타임까지로 사용한 후 다시 아노다이징처리하는 재생을 반복하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 식각장치의 배플의 재생방법.