KR20020091336A - 희생층을 이용한 티타늄 콜리메이터 모재상에 증착된 티타늄계 오염층의 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 공정중 티타늄(Ti) 콜리메이터상에 증착된 티타늄, 질화티타늄을 콜리메이터 손상 없이 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은 티타늄 콜리메이터와 식각 선택성이 매우 큰 Mo, Al 등의 재료를 콜리메이터상에 희생층으로 코팅한 후, 모재 손상 없이 희생층만을 선택적으로 식각 함으로써 티타늄을 박리하여 제거토록 하며, 이로써 콜리메이터의 획기적인 수명의 연장으로 생산원가를 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 제조 공정 중 티타늄(Ti) 콜리메이터(collimator)상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄(TiN)을 모재 손상 없이 선택적으로 제거토록하기 위한 희생층을 이용한 티타늄 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법에 관한 것이다.
통상, 티타늄 콜리메이터는, 반도체 제조장비인 스퍼터에 사용되는 부품으로 스퍼터링되는 입자 중 직진성이 높은 입자만을 선별적으로 통과시켜, 증착되는 막의 스텝 커버리지를 높이는 역할을 한다. 첨부한 도면 도 1은 티타늄 콜리메이터의 실물을 보인 사진이다.
티타늄 콜리메이터는 반도체 제조 공정중 증착되는 티타늄 및 질화티타늄과 접착성이 우수해 공정중 입자(par티타늄cle)를 형성시키지 않는 장점이 있지만, 상대적으로 증착된 티타늄, 질화티타늄을 선택적으로 제거하기가 매우 어렵다는 단점이 있다.
콜리메이터를 재사용하기 위하여 화학 약품을 이용해 증착된 티타늄, 질화티타늄을 제거하는 시도가 있었다. 그러나 이러한 방법은, 모재와 증착 물질이 유사한 조성물로 되어있어 선택적인 제거가 어려우므로 화학적 방법에 의한 콜리메이터 재생은 어렵다.
콜리메이터 재생을 위한 기술 중에서 티타늄 콜리메이터에 화학 반응성이 적은 재료(Pt, Pd,.....)를 코팅한 후, 티타늄, 질화티타늄을 화학 약품으로 제거하는 방법이 제안되어 있다(대한민국 특허출원, 출원번호 2001-009556호). 그러나 이러한 방법은 코팅되는 재료가 대부분 귀금속 계열로 가격이 매우 고가이며, 특히 코팅 재료가 콜리메이터 전면에 코팅되지 않으면 완전한 보호층 역할을 할 수 없는 단점이 있다. 그러므로 코팅재료가 콜리메이터 전면에 균일하게 코팅되어야 하는데, 구조적 특성상 코팅 공정이 복잡해져 비용이 증가하게 되며, 보호층 코팅시 막에 핀 홀이나 결함 등이 발생하면 일부 모재가 화학 약품에 노출되어 집중적으로 손상될 우려가 발생한다.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래 티타늄 콜리메이터 재생시 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,
본 발명의 목적은, 티타늄과 식각 선택성이 매우 큰 재료를 콜리메이터상에 희생층으로 코팅한 후, 희생층만을 선택적으로 식각 함으로써, 증착된 티타늄 및 질화티타늄을 모재의 손상 없이 선택적으로 제거토록 하는 희생층을 이용한 티타늄 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 "희생층을 이용한 티타늄 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법"은,
티타늄 콜리메이터 재생을 위한 티타늄, 질화티타늄 제거방법에 있어서,
상기 티타늄 콜리메이터 모재 상에 소정 두께로 식각 선택성이 우수한 재료를 코팅하여 희생층을 증착하는 제1공정과;
상기 티타늄 콜리메이터 재생시 상기 희생층만을 선택적으로 식각하여 증착된 물질을 박리시키는 제2공정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기 희생층 증착공정은, 스퍼터링, 진공증착, 스프레이, 도금 공정중 하나의 공정을 취하여 희생층을 증착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 기계가공 및 연마 공정으로 상기 티타늄 콜리메이터상에 두껍게 증착된 물질을 가공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 식각 선택성이 우수한 재료는 Mo, Al인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 화학약품은 Mo의 경우 과산화수소(H2O2), Al의 경우 염화철
(Fecl3)인 것을 특징으로 한다.
도 1은 티타늄 콜리메이터의 실제 사진이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 희생층을 식각하여 콜리메이터상의 티타늄, 질화티타늄을 박리하는 개념도이고,
도 3은 본 발명에서 코팅된 콜리메이터의 단면 모식도이고,
도 4는 본 발명에서 희생층이 코팅된 콜리메이터의 재생 순서도이고,
도 5는 본 발명에서 희생층의 식각후 박리되는 티타늄, 질화티타늄의 실물도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 ..... 티타늄, 질화티타늄
2 ..... 희생층
3 ..... 콜리메이터 모재
4 ..... 가공에의한 제거부분
이하 상기와 같은 기술적 사상에 따른 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에서 희생층을 식각하여 콜리메이터상의 티타늄, 질화티타늄을 박리하는 개념도이다. 여기서 도 2a는 희생층을 적용한 콜리메이터의 단면도이고, 도 2b는 희생층의 식각후 증착된 티타늄, 질화티타늄의 박리 상태를 보인 도면이다.
도 2a 및 도 2b에서 참조부호 1은 콜리메이터 상에 증착되는 티타늄, 질화티타늄을 나타내고, 참조부호 2는 식각을 위한 희생층을 나타내고, 참조부호 3은 콜리메이터 모재를 나타낸다.
희생층(2)으로 선택되는 재료는 티타늄과 접착력이 우수하여야 하며, 열팽창 계수의 차이가 적어야 한다. 이는 외부의 물리적, 열적 변화 등에 의해 희생층이 모재에서 박리되지 않아야 하기 때문이다. 콜리메이터(3)는 고 진공에서 사용되므로 아웃개싱(outgassing)을 발생시키지 않는 방법으로 코팅이 되어야 하며, 티타늄, 질화티타늄을 제거하기 위해서는 두께가 충분하여야 한다. 콜리메이터(3)는 반도체 소자 제조시 사용되므로, 희생층(2)으로 사용되는 재료는 소자 형성에 문제를 발생시키지 않는 재료를 사용하여야 된다.
한편, 콜리메이터(3)상에 증착되는 티타늄, 질화티타늄(1)는 도 3과 같이 증착되므로, 희생층(2)으로 사용되는 재료는 콜리메이터(3) 전면에 코팅할 필요 없이 티타늄, 질화티타늄이 증착되는 부분만 코팅하면 된다.
이렇게 함으로써 희생층(2)을 증착시키는 방법이 매우 간편하고 용이하며, 소요되는 재료의 양도 절감할 수 있으며, 본 발명에서는 선택적인 식각성이 뛰어난 Mo 혹은 Al을 희생층의 재료로 사용한다. Mo 혹은 Al 희생층(2)은 귀금속에 비해 저렴하고 전면 코팅이 필요 없으며, 증착된 티타늄, 질화티타늄을 박리하는 데 있어 뛰어난 실용성을 제공한다. 제 3도에서 도시된 바와 같이 참조번호 4는 기계가공에 의해 처리되는 가공에의한 제거부분을 나타내고 있다.
희생층(2)의 재료로 Mo를 사용하는 경우, Mo의 코팅방법은 스퍼터링 방법을 사용한다. 코팅 두께는 윗면에 코팅되는 막의 두께가 최소 1㎛이상은 되어야 박리하여 제거하기 쉽다. Mo 코팅이 스퍼터링 방법으로 코팅되므로 Mo가 코팅되는 부분이 티타늄, 질화티타늄이 증착되는 부분과 일치하게 된다. 따라서 증착물질 보다 더 효율적으로 제거할 수 있으며, 경제성도 뛰어나다.
Mo와 티타늄의 식각 선택성이 큰 화학약품으로 과산화수소(H2O2)를 제안하는 데, 티타늄은 과산화수소에서 식각이 없는 반면, Mo의 반응성은 매우 크다. 이러한반응은 과산화수소의 농도가 높아질수록, 반응 온도가 높을수록 증가하지만 최적의 조건은 60 ~ 70℃로 유지된 30% 과산화수소용액에서 진행하는 것이 바람직하다.
다음으로 희생층(2)의 재료로 Al을 사용하는 경우로서, Al은 스퍼터링 및 진공증착 방법으로 코팅을 할수 있는데, 이때 콜리메이터(3)에 약 500 ~ 2000Å의 두께로 코팅한 후, 200 ~ 400℃에서 열처리를 한다. 열처리를 하면 표면의 Al은 모재인 티타늄과 반응하여 고융점 금속간 화합물을 만들게 된다. Al이 티타늄과 화합물을 형성하게 되므로 안정해지며, 이런 금속간 화합물은 염화철(Fecl3)에서 티타늄과 선택적으로 제거가 가능하게 된다.
도 4는 본 발명에서 희생층이 코팅된 콜리메이터를 이용해 티타늄 및 질화티타늄을 제거하는 공정(콜리메이터 재생 공정)을 보인 도면이다.
이에 도시된 바와 같이, 콜리메이터를 세정하는 공정(S100), 희생층을 코팅하는 공정(S200), 반도체공정 중 희생층위에 증착물질을 증착하는 스퍼터링 공정(S300), 윗부분의 증착물질을 기계 가공 및 연마하는 공정(S400), 화학약품 침적에 의한 희생층박리를 유도시키는 공정(S500), 수세에 의한 증착물질의 완전 박리시키는 수세 공정(S600)과 세정 완료(S700) 공정으로 이루어진다.
여기서 기계 가공 및 연마하는 공정(S400)은, 증착된 물질이 두꺼울 경우에만 수행하는 것이 바람직하며, 증착된 물질이 아주 얇을 경우에는 생략 가능하다.
희생층위에 증착물질이 증착된 콜리메이터를 특정 화학약품에 침적하여 일정시간을 유지하면 티타늄, 질화티타늄이 얇게 증착된 부분부터 희생층이 식각되면서 박리되기 시작한다(도 5참조). 여기서 박리된 티타늄을 고압수세 등으로 제거하여세정을 완료하면 공정시간을 단축할 수가 있다. 화학약품 침적은 희생층박리를 유도하여 티타늄, 질화티타늄이 완전히 제거될 때까지 반복할 수 있다. 티타늄 콜리메이터가 화학약품에서 식각이 없으므로 공정이 반복됨에 따른 모재의 손상은 없다.
통상 반도체 제조회사에서는 생산성을 높이기 위해 콜리메이터를 장시간에 걸쳐 사용하므로 티타늄, 질화티타늄의 두께가 최대 1㎜가 넘는 경우가 빈번하다. 증착되는 티타늄, 질화티타늄은 콜리메이터 위 부분에 집중되고 콜리메이터의 중심부분으로 갈수록 두께는 더욱 증가하게 된다. 두껍게 증착된 티타늄, 질화티타늄로 인해 계면에서의 희생층의 식각 속도가 늦어지게 되어 박리에 의한 제거시간이 길어진다. 또한, 콜리메이터의 사용온도가 높을 경우 계면 등에서의 부분 확산에 의해 증착된 티타늄, 질화티타늄의 제거가 더욱 어렵게 된다.
따라서 본 발명에서는 콜리메이터 윗면에 두껍게 증착된 티타늄, 질화티타늄을 기계가공 및 연마로 제거하는 방법을 제안한다. 두껍게 쌓인 윗부분을 제거하면 희생층과 티타늄, 질화티타늄의 계면이 노출되어 이 부분에서도 희생층 식각이 이루어지므로 공정시간을 단축할 수 있다. 콜리메이터는 구조상 부분 가공시에는 콜리메이터의 변형이나 부분 응력의 집중으로 손상을 입힐 수 있으므로 적절한 지그를 사용하여 가공한 후 연마로 마무리를 해야 한다. 콜리메이터를 고정시키고 최대한 저속으로 윗부분의 증착물질을 제거하면 모재의 손상 없이 가공할 수 있다. 기계가공후 모재가 노출된 콜리메이터는 도 4와 동일한 방법으로 공정을 진행하여 증착된 티타늄, 질화티타늄을 제거하게 된다.
이상에서 상술한 본 발명 "희생층을 이용한 티타늄(Ti) 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법"에 따르면, 티타늄 콜리메이터를 Mo 또는 Al 희생층 코팅과 부분 기계가공을 통하여 모재의 손상 없이 티타늄 및 질화티타늄을 제거할 수 있으므로, 콜리메이터의 수명을 획기적으로 연장시킬 수 있으며, 생산 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
Claims (5)
- 티타늄 콜리메이터 재생을 위한 티타늄, 질화티타늄 제거방법에 있어서,상기 티타늄 콜리메이터 모재 상에 소정 두께로 식각 선택성이 우수한 재료를 코팅하여 희생층을 증착하는 제1공정과;상기 티타늄 콜리메이터 재생 시 상기 희생층만을 선택적으로 식각하여 증착된 물질을 박리시키는 제2공정으로 티타늄 콜리메이터상의 티타늄 및 질화티타늄을 제거하는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 티타늄(Ti) 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법.
- 제1항에 있어서, 상기 식각 선택성이 우수한 재료 Mo 혹은 Al을 사용하는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 티타늄(Ti) 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법.
- 제1항에 있어서, 상기 화학약품은 Mo의 경우 과산화수소(H2O2), Al의 경우 염화철(Fecl3)인 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 티타늄(Ti) 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법.
- 제1항에 있어서, 상기 희생층 증착공정은,스퍼터링, 진공증착, 스프레이, 도금 공정중 하나의 공정을 취하여 희생층을증착하는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 티타늄(Ti) 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법.
- 제1항에 있어서, 상기 희생층 식각 공정은,기계가공 및 연마 공정으로 상기 티타늄 콜리메이터상에 두껍게 증착된 물질을 가공하는 것을 특징으로 하는 희생층을 이용한 티타늄(Ti) 콜리메이터상에 증착된 티타늄 및 질화티타늄 제거방법.
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