KR20020040825A - 플라즈마를 이용한 프로세스장치용의 석영유리지그 - Google Patents

Abstract

플라즈마를 이용한 프로세스장치용의 석영유리지그에 있어서, 지그표면에 연삭가공되어 표면거칠기 Ra가 2㎛∼0.05㎛이고, 그 연삭가공시에 형성된 연삭흔적의 마이크로균열의 깊이가 50㎛이하인 석영유리지그 및 지그표면이 샌드블라스트 가공되어 표먼거칠기Ra가 2㎛∼0.05㎛이고, 그 샌드블라스트가공시에 형성된 마르크로균열의 깊이가 50㎛이하인 석영유리지그.

Description

플라즈마를 이용한 프로세스장치용의 석영유리지그{QUARTZ GLASS JIG FOR PLASMA-USING PROCESS DEVICE}

최근, 실리콘웨이퍼등의 반도체소자의 표면의 처리에 플라즈마를 이용한 처리방법이 많이 이용되게되었다. 상기 플라즈마를 이용한 처리방법으로서는, 예를들면 플라즈마발생체임버에 불소계, 염소계등의 할로겐계부식가스를 도입하는 한편, 마이크로파 도입창을 개재해서 마이크로파를 도입하고 내재하는 상기 할로겐계부식가스를 플라즈마화해서 반도체소자를 처리하는 에칭방법이나 반도체소자표면에 2산화규소를 석출시키는 방법등을 들수있다. 이들 플라즈마를 이용한 처리방법에서는, 예를들면 일본국특개평8-106994호 공보나 동 특개평8-339895호 공보등으로 볼수있는 바와같이 프로세스장치가 사용되고, 그 프로세스장치에는 창재료나 실드용의 링등으로서 석영유리제의 지그가 장비되어있다. 상기 석영유리제지그의 소재로서는, 종래, 천연석영유리가 주로 사용되고, 플라즈마에 접하는 면이 기계적가공에 의해 조면화되어 에칭속도의 안정화나 부착물의 벗겨져 떨어짐방지가 도모되어 있었다. 기계적가공에는, 다이아몬드 등의 숫돌을 사용한 연삭가공이나 2산화규소분말, 세라믹스분말 등의 분체를 사용한 샌드블라스트가공법등, 석영유리표면을 깎아내는 가공이 사용되어있었었으나, 기계적가공방법에서는, 석영유리표면의 조면화와 동시에 마이크로균열이 발생하고, 그것이 플라즈마내에서 발생한 라디칼에 어택되어, 마이크로균열부분만이 에칭되어서 이상한 구멍으로 성장하고, 최악의 경우에는 그 부분에서부터 석영유리지그가 갈라진다는 결점이 있었다. 또, 최근, 플라즈마내에는 이온이나 라디칼과 함께 이상하게 강한 자외선이나 전자선이 방출되는것이 확인되고, 그것이 석영유리지그의 표면을 열악화시키고, 그 열악화부분이 파티클의 발생원이되고, 실리콘웨이퍼에 2차적인 악영향을 미치는 것도 알게되었다.

또, 상기 기계적가공에 의해 형성된 마이크로균열에는 불순물이 도입되는것이 있으며, 그것이 실리콘웨이퍼의 처리시에 발휘되어, 실리콘웨이퍼를 오염하는 문제도 있었다.

이러한 현상에 비추어, 본 발명자들은, 예의 연구를 거듭한 결과, 석영유리지그표면을 연삭가공이나 샌드블라스트 가공등의 기계적가공에 의해 표면거칠기Ra를 2㎛∼0.05㎛로 하는 한편, 마이크로균열의 깊이를 50㎛이하로 함으로써, 이상한 에칭이나 파티클의 발생이 없고, 또한 불순물에 의한 실리콘웨이퍼의오염이 적은 석영유리지그가 얻게되는것, 특히 유리가 합성석영유리라면 한층더 뛰어난 지그가 얻어지는것을 발견하였다. 또, 상기 연삭가공시에 형성되는 연삭흔적이 줄무늬형상의 연삭흔적의 경우, 그 개수가 연삭흔적에 수직에 대한 길이당 50개/㎜이하로 함으로써, 실리콘웨이퍼의 불순물에 의한 오염이 한층더 억제되는것도 발견하여, 본 발명을 완성한것이다. 즉,

본 발명은, 플라즈마를 이용한 프로세스장치에서 사용해도 이상한 에칭이나, 파티클 및 불순물에 의한 오염이 적어 반도체의 특성을 손상하는 일이 없는 석영유리지그를 제공하는것을 목적으로한다.

또, 본 발명은, 상기 특성이 한층더 뛰어난 합성석영유리로 이루어진 석영유리지그를 제공하는 것을 목적으로한다.

본 발명은, 플라즈마를 이용한 프로세스장치내에서 사용되는 석영유리지그에 관한것이며, 더욱 상세하게는 석영유리지그표면이 기계적가공에 의해 조면화(粗面化)되고, 그 기계적가공시에 형성되는 마이크로균열의 깊이가 얕은 석영유리지그에 관한것이다.

상기 목적을 달성하는 본 발명은, 플라즈마를 이용한 프로세스장치용의 석영유리지그에 있어서, 제 1의 발명으로서, 지그표면이 연삭가공되어 표면거칠기Ra가 2㎛∼0.05㎛이고, 그 연삭가공시에 형성된 연삭흔적의 마이크로균열의 깊이가 50㎛이하인 석영유리지그, 제 2의 발명으로서, 지그표면이 샌드블라스트 가공되어 표면거칠기Ra가 2㎛∼0.05㎛이고, 그 샌드블라스트가공시에 형성된 마이크로균열의 깊이가 50㎛이하인 석영유리지그에 관한것이다.

[도면의 간단한 설명]

도 1은, 실시예 1의 석영유리지그표면의 현미경사진이고, (a)는 지그의 안둘레쪽, (b)는 지그의 중앙부, (c)는 지그의 바깥둘레쪽을 표시한 도면.

도 2는, 앵글폴리쉬법에 있어서의 연마장치의 주요부의 개략도.

도 3은, 도 2의 연마장치에 의해 연마한 시료편의 확대단면도.

도 4는, 수염모양의 아미크로균열을 표시한 도면이고, 흰부분이 앵글폴리쉬하지않는부분, 검게 수염모양의줄무늬가 들어간부분이 앵글폴리쉬된부분을 표시한도면.

본 발명의 석영유리지그는, 천연 또는 합성석영유리로 제작된 지그로서, 그 플라즈마와 접촉하는 내부표면은, 에칭속도를 안정화하기위해, 또는 부착물의 박리를 방지하기 위해 표면거칠기Ra가 2㎛∼0.05㎛의 범위에 조면화된 지그이다. 표면거칠기Ra가 2㎛를 초과하면, 플라즈마내에서 발생한 라디칼이나 이온이 거칠은면의 오목한 부분에 극소적으로 어택하고, 이상한 에칭이 진행된다. 또, Ra가 0.05㎛미만에서는, 플라즈마에 의해서 생성된 2차생성물(예를들면 피티클등)이 표면으로부터 박리하기 쉽고, 반도체소자의 특성을 손상할 위험성이 있다.

상기 거칠은면은, 다이아몬드숫돌등의 숫돌을 사용한 연삭가공이나, 2산화규소분말, 세라믹스 분말등의 분체를 사용한 샌드블라스트가공등, 기계적가공법에 의해 석영유리표면을 깎아내는 가공법으로 형성되나, 표면에 마이크로균열이 발생한다. 형성된 마이크로균열의 깊이는 50㎛이하인것이 중요하다. 마이크로균열의 깊이가 50㎛을 초과하면 석영유리표면으로부터 석영유리의 입자가 박리하기쉬워지며, 플라즈마처리중에 파티클이 한층더 발생하고, 반도체의 전기특성을 현저하게 저해산다. 연삭가공에 있어서는 연삭흔적, 특히 다이아몬드숫돌을 사용한 연삭가공에 있어서는 줄무늬모양의 연삭흔적이 생긴다. 상기 연삭흔적의 개수가, 연삭흔적에 수직에 대한 길이당 50개/㎜이하인것이 좋다. 연삭흔적은, 도 1에 표시한것같이 현미경으로 관찰해서 측정되고, 이 연삭흔적이 50개/㎜를 초과하면, 연삭흔적에 많은 불순물이 도입되고, 그것이 반도체소자의처리시에 개방되어, 반도체소자의 특성을 현저하게 저하시킨다.

또, 상기한 바와같은 줄무늬모양의 연삭흔적을 없애기 위하여 표면을 샌드불라스트가공하는 경우가 있다. 샌드블라스트가공에서는 그린카본, 2산화규소분말, 세라믹스분말등의 분체를 사용하나, 그경우, 지그표면의 표면거칠기Ra는 2㎛∼0.05㎛인 동시에, 마이크로균열의 깊이가 50㎛이하인 것을 필수로한다. 이 가공방법에 의해 얻어진 석영유리지그의 마이크로균열의 깊이가 50㎛를 초과하면, 플라즈마내에서 발생한 라디칼에 의한 에칭의 진행이 빨라지며, 최악의 경우 지그가 파괴되는 일이 일어난다.

상기 마이크로균열의 깊이는, 앵글폴리쉬법에 의해 측정되나, 그 장치의 주요부분의개략도를 도 2에 표시한다. 도 2에 있어서, (1)은 실린더, (2)는 피스톤, (3)은 연마재, (4)는 시료편이다. 상기 연마장치의 실린더(1)에 선단부분에 경사면이 형성된 피스톤(2)를 삽입하는 한편, 그 피스톤의 경사면에는 기계적 가공되어 마이크로균열의 층을 가진 시료편(4)가 첩부된다. 그리고, 상기 마이크로균열층을 연마재(4)에 의해 각도 θ=0.1∼30°의 범위에서 앵글폴리쉬하고, 그 때의 연마길이 L을 측정하고, D=Ltanθ≒Lsinθ의 식에서 마이크로균열의 깊이D를 구한다. 상기 앵글폴리쉬의 각도θ가 0.1°미만에서는 오차가 커지게되고, 또 각도θ가 30°를 초과하면, 얕은 마이크로균열을 측정할수없다. 또, 상기 L은 스테이지마이크로미터부착의 현미경이나 현미경사진등으로 측정한다. 이 앵글폴리쉬법의적용에 있어서, 마이크로균열을 보기쉽게하기위해 미리 불산으로 마이크로균열을 넓히거나, 또는 앵글폴리쉬후에 불산으로 마이크로균열을 넓히는것이 좋다.

본 발명의 석영유리지그를 제작하는 소재로서는, 보다 바람직하게는 기포의 함유량이 적고, 또한 균질성에 뛰어난 합성석영유리가 좋다. 기포는 플라즈마중의 라디칼이나 이온에 대해서 이상한 구멍의 선도체가 되고, 에칭이 보다 빨리 진행하여 큰구멍을 형성한다. 또, 균질성이 낮으면 에칭처리가 균일하게 행해지지 않고, 이상한 에칭이 일어난다.

다음에 구체적 예를들어 본 발명을 상세히 설명하나, 이들 실시예는 예시적으로 표시되는것으로서, 본 발명은 그것에 의해 한정되는것은 아니다.

실시예 1

다이아몬드의 입자직경이 100㎛의 숫돌에 의해 석영유리표면을 가공해서, 표면거칠기Ra가 1㎛의 석영유리제실드용의 링을 얻었다. 이 실드용의 링의 표면을 현미경으로 관찰했던바 도 1에 볼수있는 바와같이 연삭흔적이 20개/㎜확인되었다. 또한, 도 1은 상기 실드용의 링표면의 100배의 현미경 사진에서 (a)는 안둘레쪽, (b)는 중앙부, (c)는 바깥둘레쪽이다. 마찬가지의 가공을 행한 샘플에 대해서 15%HF에 의해 30분간 세정한후, 도 2에 표시한 연마장치의 피스톤의 선단부에 첩부하고, 샘플의 표면을 5°경사지게해서 연마하고 마이크로균열층(5)를 도 3과 같이 노출하였다. 그때의 현미경사진을 도 4에 표시한다. 도 4에 있어서, 우측의 흰부분이 앵글폴리쉬된부분, 좌측이 유리의 표면(앵글폴리쉬하지 않는부분)이다. 앵글폴리쉬부분(투명한부분)에 있어서 수염모양으로 줄무늬가 들어가 있으나, 불산의 에칭에 의해서 넓어진 마이크로균열이다. 이와같이 깊이방향의 이크로균열은 위에서 용이하게 관찰할수있으나, 이 수염모양의 줄무늬의 길이L을, 투면부분과 표면부분(수염이 집합된 부분)의 경계로부터 구하고, 마이크로균열의 깊이(D)를 계산했던바 20㎛였다. 상기 석영유리제실드용의 링을, 출력1㎾에서 가스종류가 CF₄/O₂의 플라즈마장치에서 사용했다. 1개월간 사용하였으나 문제가 발생하지 않았다.

비교예 1

다이아몬드의 입자직경이 300㎛의 숫돌에 의해 표면을 가공해서 표면거칠기Ra가 3㎛의 석영유리제실드용의 링을 얻었다. 그 표면을 현미경에 의해 관찰했던바 200개/㎜의 연삭흔적이 확인되었다. 마찬가지로 다이아몬드 숫돌에 의한 가공을 행한 석영유리샘플에 대해서 15%HF에서 30분간 세정한후, 표면을 5°경사지게해서 연마했다. 얻게된 샘플에 대해서 앵글플레쉬법에 의해 마이크로균열의 깊이를 실시예 1과 마찬가지로 측정했던바 100㎛였다. 이 석영유리지그를, 플라즈마장치의 실드용의 링으로 사용했던바, 1주간의 사용에서 실드용의 링표면에 이상한 에칭부분이 발생하여, 웨이퍼를 처리할수 없었다.

실시예 2

비교예 1에서 표면에 줄무늬모양의 연삭흔적이 200개/㎜가 확인된 석영유리실드용의 링을, #240의 그린카본으로 샌드블라스트한후에, #400의 그린카본으로 샌드블라스트했다. 비교예 1에서는, 표면거칠기Ra가 3㎛, 마이크로균열의 깊이가 100㎛였으나, #400의 그린카본에 의해 샌드블라스트한후에는, 줄무늬모양의연삭흔적은 현미경에서도 관찰되지 않았다. 또, 표면거칠기Ra가 1.7㎛이고, 마이크로균열의 깊이는 40㎛였다. 이 석영유리지그를 플라즈마장치의 실드용의 링으로서 사용했던바, 3주간 가용한 정도에서, 약간의 파티클이 발생하였으나, 사내규격이하로 문제는 없고, 1개월 사용할수있었다.

본 발명의 석영유리지그는, 표면거칠기Ra가 2㎛∼0.05㎛이고, 기계적가공으로 형성된 마이크로균열의 깊이가 50㎛이하의 지그이며, 그것을 플라즈마프로세스장치용의 지그로서 사용함으로써 이상한 에칭이나 피티클의 발생이 없고, 또한 불순물에 의한 반도체소자의 오염이 없어, 고품위의 반도체소자를 저코스트로 제조할수있다.

Claims (4)

1. 플라즈마를 이용한 프로세스장치용의 석영유리지그에 있어서, 상기 지그표면이 연삭가공되어 표면거칠기Ra가 2㎛∼0.05㎛이고, 그 연삭가공시에 형성된 연삭흔적의 마이크로균열의 깊이가 50㎛이하인것을 특징으로하는 석영유리지그.
2. 제 1항에 있어서, 연삭가공시에 형성된 연삭흔적이 줄무늬모양의 연삭흔적이고, 또한 그 개수가, 연삭흔적에 수직에 대한 길이당 50개/㎜이하인 것을 특징으로하는 석영유리지그.
3. 플라즈마를 이용한 프로세스장치용의 석영유리지그에 있어서, 상기 지그표면이 샌드블라스트가공되어 표면거칠기Ra가 2㎛∼0.05㎛이고, 그 샌드블라스트가공시에 형성된 마이크로균열의 깊이가 50㎛ 이하인것을 특징으로하는 석영유리지그.
4. 제 1항∼제 3항의 어느 한 항에 있어서, 석영유리가 합성석영유리인것을 특징으로하는 석영유리지그.