KR200305884Y1 - 웨이퍼 에칭용 전극 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 집적회로를 제조할 때 웨이퍼를 에칭(식각)하기 위해 사용하는 전극을 종래의 탄소로 된 지지 링과 규소로 된 전극분사 판을 따로 만들어 접착하는 방법으로 사용하지 않고 실리콘카바이드(SiC)로 직접 일체화되게 소결 성형시켜 제조된 웨이퍼 에칭(Etching)용 전극을 제조하여 제공하고자 하는 것으로, 상기 전극의 구성은 하부 면에 다수의 가스분사 공(23)이 일정간격으로 형성된 전극분사 판(22)과 그 전극분사 판(22)의 가장자리에 연이어지는 지지 링(21)으로 구성된 웨이퍼 에칭용 전극(20)에 있어서, 상기 전극분사 판(22)과 지지 링(21)은 실리콘카바이드(SiC)로 형성되고, 그 실리콘카바이드(SiC)로 형성된 상기 전극분사 판(22)과 지지 링(21)은 성형하여 일체로 형성된 것이다.

Description

웨이퍼 에칭용 전극{Cathode for wafer etching}

본 고안은 웨이퍼 에칭(Etching)용 전극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 반도체 집적회로를 제조할 때 웨이퍼를 에칭(식각)하기 위해 사용하는 전극을 종래의 탄소로 된 지지 링과 규소로 된 전극분사 판을 따로 만들어 접착하는 방법으로 사용하지 않고 실리콘카바이드(SiC)로 직접 일체화되게 소결 성형시켜 제조된 웨이퍼 에칭(Etching)용 전극을 제공하고자 하는 것이다.

일반적으로 반도체의 집적회로는 웨이퍼의 표면을 에칭(Etching)(식각)하여제조하는 것이고, 이와 같이 웨이퍼를 에칭하는 장치로는 주로 에칭용 가스를 이용한 플라즈마 에칭장치을 사용하고 있으며, 이러한 플라즈마 에칭장치 구성을 살펴보면 도 1에 나타낸 바와 같이 대개 진공용기 내부의 하단에는 웨이퍼(50)가 상치되는 가공대(51)를 설치하고 플랜지가 있는 지지링(11)과 전극분사 판(12)으로 복합실리콘 전극을 구성한 후 상기 복합실리콘 전극(10)을 상기 가공대의 웨이퍼(50) 상부에 설치한 구성으로 되어 있다.

상기 플라즈마 에칭장치는 진공용기 내부를 진공으로 유지시킨 상태에서 복합실리콘 전극에 알에프(RF) 전원을 가하면서 에칭용 가스를 주입하면 에칭용 가스는 전극분사 판(12)의 분사 공(13)으로 분사되면서 가공대(51)의 웨이퍼(50) 사이에서 플라즈마(plasma :전리상태)를 이루게 되며, 이와 같이 이루어지는 플라즈마가 웨이퍼(50)의 표면에 부딪힘에 따라 웨이퍼(50)의 표면에 에칭이 이루어지도록 되어있다.

즉, 플라즈마 상태에서의 에칭은 집적회로 웨이퍼의 근처에서 가스 혼합물체 속에서 크롬방전을 시키면 그것에 의해 원자핵과 이온이 발생하면서 웨이퍼 표면상에 물질의 에칭이 행하여지는 것을 말한다. 이러한 에칭은 이온 충격에 의해 행하여지지만 상기 이온 충격의 강도는 전 가스압과 전극의 구조 및 기타 여러 가지 인자에 의하여 변하며, 또한 어떠한 재료에 대하여 에칭을 행하는지에 따라서 수 밀리(mm)부터 수십 밀리의 넓은 범위 내에서 압력을 선정하는 것도 가능하다.

그리고 상기와 같이 지지 링과 전극분사 판을 납으로 부착하여 구성하는 종래의 복합실리콘 전극은 주로 전극분사 판을 단결정의 실리콘(Si)으로 형성하고 플랜지가 형성되는 지지 링은 카본(C)으로 형성하는데, 이러한 종래의 복합실리콘 전극은 방전을 하여 플라즈마 에칭을 행할 때 규정치 이상으로 발생되는 파티클로 인해 도전성이 높은 카본제 지지 링과 웨이퍼 사이에 이상 방전현상이 발생하게 된다.

즉, 일반적으로 전극분사 판으로 가스를 분사시켜 웨이퍼 표면을 플라즈마 에칭할 때 전극분사 판으로 분사되는 가스는 주로 불소가스를 사용하며, 이러한 불소가스를 기체로 하는 플라즈마를 사용하여 스파터링 할 경우 발생되는 파티클은 0.2㎛ 이하 크기에서 20개 이하의 개수로 발생되어야만 양질의 웨이퍼를 제공할 수가 있다.

그런데 상기와 같이 플라즈마 에칭을 행할 때 카본제의지지 링은 표면이 깎이면서 카본입자 파티클이 발생하게 되며, 또한 상기와 같이 복합실리콘 전극을 이루는 지지 링과 전극분사 판을 납으로 접착시킬 때 납액이 지지 링과 전극분사 판의 접착 면을 벗어나 전극분사 판의 테두리 부위에 있는 분사공을 막음으로 인해 분사 공으로 에칭용 가스를 분사시킬 때에도 파티클(Particle)이 상당량 발생하여 결국 파티클이 규정치 이상으로 발생하게 된다.

그리고 상기와 같이 규정치 이상으로 발생되는 다량의 파티클이 플라즈마 에칭시 웨이퍼 표면에 그대로 떨어지게 되면 지지 링과 웨이퍼 사이에 이상 방전현상이 발생함은 물론 웨이퍼 표면이 잔류된 파티클로 심하게 오염됨으로 인해 플라즈마 에칭된 웨이퍼의 집적회로 성능이 크게 저하되어 결국 품질 경쟁력이 약화되는 문제점이 되었다. 따라서 종래에는 파티클의 발생을 줄이기 위해 지지 링과 카본에비해 상당히 비싼 실리콘 재질로 형성하기도 하는데, 이와 같은 실리콘 재질의 지지 링은 카본 재질의 지지 링에 비해 내마모성이 약하여 수명이 상당히 짧음에 따라 웨이퍼 가공에 따른 원가부담이 많아서 가격 경쟁력이 떨어지는 문제점이 있다.

즉, 실리콘은 가공에 있어서도 카본보다 취핑(Chipping)에 의한 불량률이 많이 발생하면서도 가공후의 표면조도가 카본보다 좋지 않고, 실리콘 재질의 지지 링이나 전극분사 판은 라이프 타임이 짧은 반면 대구경인 12" 이상의 경우 한정된 물량으로 인해 구하기가 힘들어 교체 작업을 원활하게 행할 수 없는 문제점이 있다.

또한 파티클의 발생에 있어서도 지지 링의 표면이 깎여서 발생하는 파티클 수 보다 납액이 전극분사 판의 분사공을 막음으로 인해 발생되는 파티클의 수가 더 많은 비중을 차지하므로 결국 지지 링과 적극분사 판을 모두 실리콘 재질로 한다 하더라도 웨이퍼의 품질을 향상시키기에는 한도가 있다.

따라서 본 고안자는 상기의 문제점을 해소하고자 복합실리콘 전극을 이루는 지지 링과 전극분사 판을 서로 접착시킬 때 접착제인 납액이 지지 링과 전극분사 판의 접착 면을 벗어나지 않도록 하여 전극분사 판의 분사공이 납액으로 막히지 않도록 함으로써 웨이퍼의 에칭을 행할 때 파티클의 발생률을 최대한 줄여 웨이퍼의 품질 향상을 기할 수 있으면서도 웨이퍼의 생산원가를 저렴하게 유지시킬 수 있는 플라즈마 에칭 장치용 복합실리콘 전극을 고안하여 특허출원(특허출원번호 제1996-29987호)하고 등록된 기술이 있다.

상기 등록된 기술의 특징적인 구성을 살펴보면, 차양 형태로 플랜지가 형성된 지지 링(11)과 다수의 분사공(13)이 뚫려 있는 전극분사 판(12)을 납으로 열 융착하여 복합실리콘 전극을 구성함에 있어서, 지지 링(11)의 접면부 중앙에 납액 수납용으로 형성하는 납액홈(14)의 내측으로 누출방지홈(15)을 형성하여 지지링(11)과 전극분사 판(12)의 열 융착시 전극분사 판(12)의 분사 공(13)이 납액으로 막히지 않도록 한 것이다.

그리고 상기 납액홈(14)과 누출방지홈(15)이 구비되는 지지 링(11)을 카본 재질로 형성하고 상기 전극분사 판(12)을 단결정 실리콘의 재질로 형성하여 열 융착시 전극분사 판(12)의 분사 공(13)이 납액으로 막히지 않도록 한 것과, 상기 납액홈(14)과 누출방지홈(15)이 구비되는 지지 링(11)을 단결정이나 다결정의 실리콘재질로 형성하고 상기 전극분사 판(12)을 단결정 실리콘의 재질로 형성하여 열 융착시 전극분사 판(12)의 분사 공(13)이 납액으로 막히지 않도록 하였다.

그러나 상기의 기술은 지지 링(11)과 전극분사 판(12)을 납액(14)으로 열 융착하여 복합실리콘 전극을 구성할 때 지지 링(11)과 전극분사 판(12)의 접지면 내 측으로 누출되는 납액(14)이 납액홈(15) 내 측에 형성된 누출방지홈에 의해 효과적으로 차단되므로 전극분사 판의 분사공이 납액으로 막힐 우려가 없고, 이로 인해 웨이퍼(50)의 에칭을 행할 때 파티클의 발생률을 최대한 줄일 수 있어 고품질이면서도 가격이 저렴한 웨이퍼를 제공할 수 있는 장점은 있으나, 사용 중에 납액으로 열융착 된 부분 즉 접착부분이 열과 압에 의해 전극분사 판(12)과 지지 링(11)이 떨어지는 결정적인 문제점이 발생하여 웨이퍼는 물론, 고가의 웨이퍼 에칭장치가 훼손되는 문제점이 발생하였다.

또 다른, 기술의 종래 웨이퍼 에칭장치는 박막의 형성 또는 에칭을 수행하는공정 챔버에 장착되는 캐소드용 전극을 초음파 기술로써 천공하여 유입 가스를 분산 공급시키기 위한 많은 수의 미세 구멍을 형성하고 부수적인 공정으로 표면의 평탄도와 경도를 개선시킨 것으로, 특허출원 제1998-5185호가 있고, 그 구성을 살펴보면 다음과 같다.

복수 개의 팁들이 돌출 형성된 드릴링 플레이트에 실리콘 재질의 원판을 대향시키고, 상기 드릴링 플레이트 및 원판에 제 1연마제를 공급하고, 상기 드릴링 플레이트에 초음파를 인가하여 상기 초음파에 대한 상기 드릴링 플레이트 및 팁의 연속되는 진동으로 상기 연마제 입자를 상기 원판에 충돌시켜서 상기 원판을 천공하는 단계; 상기 천공된 원판을 제 2 연마제로 거칠게 표면 연마하는 단계; 거칠게 표면 연마된 상기 원판 상의 손상을 제거하도록 에칭액으로 에칭하는 단계; 에칭된 원판을 제 3 연마제로 미세하게 표면 연마하는 단계; 및 미세하게 표면 연마된 상기 원판을 세정하는 단계로 이루어진다.

그러나 상기의 기술은 초음파 기술을 이용하여 전극의 가스 분사용 홀을 형성하고, 표면 및 홀 내벽의 파티클 발생원을 제거한 플라즈마 챔버의 전극 제조방법을 제공한 것으로, 이는 가스를 챔버 내부로 분사 공급하는 전극의 표면을 미세하게 경면 처리하여, 파티클의 발생 요소를 제거하는 효과는 있으나, 본인이 선 고안하여 특허출원하고 등록된 기술과 마찬가지로 사용 중에 전극분사 판과 지지 링이 떨어지는 결정적인 문제점이 발생하여 웨이퍼는 물론, 웨이퍼 에칭장치가 훼손되는 문제점이 발생하였다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이를 해소하고자 고안한 것으로서, 그 목적은, 상기 종래 문제점으로 제기되고 있는 사용 중에 전극분사 판과 지지 링이 떨어지는 결정적인 문제점을 해소하도록 상기 전극분사 판과 지지 링을 일체로 형성시킴과 동시에 가공성을 향상시키고 표면을 미려하게 할 수 있도록 재질을 실리콘카바이드로 한 웨이퍼 에칭(Etching)용 전극을 제공함에 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 에칭용 전극이 설치된 상태의 단면 구성도,

도 2는 종래의 웨이퍼 에칭용 전극 발췌 단면도,

도 3은 본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극이 설치된 상태의 단면 구성도,

도 4는 본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극 발췌 단면도.

※도면의 주요부분에 대한 부호 설명※

20 : 웨이퍼 에칭용 전극 21 : 지지 링

22 : 전극분사 판 23 : 가스분사 공

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극에 대한 특징적인 기술적 구성은, 하부 면에 다수의 가스분사 공이 일정간격으로 형성된 전극분사 판과 그 전극분사 판의 가장자리에 연이어지는 지지 링으로 구성된 웨이퍼 에칭용 전극에 있어서, 상기 전극분사 판과 지지 링은 실리콘카바이드(SiC)로 형성되고, 그 실리콘카바이드로 형성된 상기 전극분사 판과 지지 링은 성형하여 일체로 형성된 것이다.

이와 같은 특징으로 갖는 본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극의 제조과정을 각 단계별로 나누어 상세하게 설명하면 다음과 같다.

(제1단계)

본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극(20)을 제조하기 위한 제 1단계는, 실리콘카바이드(SiC) 분말을 전극 성형 몰드에 공급하는 단계로서, 상기 실리콘카바이드 분말은 통상의 실리콘카바이드 분말로서 시중에서 유통되는 것을 구입하여 사용하면 된다.

그리고 상기 실리콘카바이드 분말을 공급하는 몰드(금형)는 전극의 하부 면즉 전극분사 판(22)과 그 전극분사 판(22)의 가장자리에 형성되는 지지 링(21)을 형성할 수 있는 상기 실리콘카바이드 분말 충입부가 형성되어 있어 이에 상기 실리콘카바이드 분말을 충입한다.

(제2단계)

본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극(20)을 제조하기 위한 제2단계는, 상기 제1단계의 몰드에 충입된 분말을 프레스기를 이용하여 프레스 하는 단계로서, 이는 본 고안의 전극형태를 취하는 성형 체를 만들기 위함이다. 이때 상기 전극의 형태는 저면은 소정의 너비와 두께를 갖는 전극분사 판(22)과 그 전극분산 판의 가장자리에 소정의 높이로 지지 링(21)이 연이어지게 형성되어 있다.

(제3단계)

본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극(20)을 제조하기 위한 제3단계는, 상기 제2단계의 프레스 과정이 완료되면 그 프레스 완료된 성형 체를 2000∼2500℃ 가열하는 단계로서, 상기 2000∼2500℃로 가열이 이루어지면 표면 확산 또는 증발-응축시키도록 구성된 구성에 의하여 입자의 결합을 일으킨다. 또, 상기 성형 체의 가열온도가 2000℃ 이하이면 입자의 결합이 정상적으로 이루어지지 않는 문제점이 발생하고, 2500℃ 이상이 되면 실리콘카바이드 분말이 탄화되는 문제점이 발생한다. 따라서 상기 성형 체의 가열온도는 2000∼2500℃가 바람직하다.

(제4단계)

본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극(20)을 제조하기 위한 제4단계는, 상기 제3단계의 가열작업이 완료되면 그를 냉각시킨 후 전극분사 판(22)에 가스분사 공(23)을천공시키는데, 상기 가스분사 공(23)의 직경 크기는 공급되는 가스압에 따라 달라지나 평균 0.5∼1mm 이면 된다. 또 상기 가스분사 공(23)을 천공하는 방법은 드릴을 사용하거나 초음파 천공기를 이용하여 천공한다.

이상의 방법으로 제조된 웨이퍼 에칭용 전극은 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이 가스분사 공(23)이 일정간격으로 형성된 전극분사 판(22)과 그 전극분사 판(22)의 가장자리에 지지 링(21)이 일체로 성형 형성되기 때문에 종래에 문제시되던 사용도중 전극분사 판(22)과 지지 링(21)이 분리되는 문제점이 발생하지 않아 챔버(40)오염 및 웨이퍼(50)는 물론, 고가의 웨이퍼 에칭장치 훼손이 이루어지지 않는 장점과 웨이퍼 에칭장치의 가동 중단이 없어 생산성을 높일 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 고안에 따른 웨이퍼 에칭용 전극을 이용하여 웨이퍼(50)를 에칭하는 방법은, 종래 도 1의 방법과 마찬가지로 진공용기 내부를 진공으로 유지시킨 상태에서 전극(20)에 알에프(RF) 전원을 가하면서 에칭용 가스를 주입하면 에칭용 가스는 전극분사 판(22)의 가스분사 공(23)으로 분사되면서 가공대(51)의 웨이퍼(50) 사이에서 플라즈마(plasma :전리상태)를 이루게 되며, 이와 같이 이루어지는 플라즈마가 웨이퍼(50)의 표면에 부딪힘에 따라 웨이퍼(50)의 표면에 에칭이 이루어진다.

이상과 같은 본 고안의 웨이퍼 에칭용 전극은 전극분사 판과 그 전극분사 판의 가장자리에 지지 링이 일체로 성형 형성되기 때문에 종래 전극분사 판과 지지링간의 결합과정이 필요 없고, 또 사용도중 전극분사 판과 지지 링이 분리되는 문제점이 없으며, 사용수명이 연장되는 효과가 있어 생산단가를 다운시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 하부 면에 다수의 가스분사 공(23)이 일정간격으로 형성된 전극분사 판(22)과 그 전극분사 판(22)의 가장자리에 연이어지는 지지 링(21)으로 구성된 웨이퍼 에칭용 전극(20)에 있어서,

   상기 전극분사 판(22)과 지지 링(21)은 실리콘카바이드(SiC)로 형성되고, 그 실리콘카바이드로 형성된 상기 전극분사 판(22)과 지지 링(21)은 성형하여 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭용 전극.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극분사 판(22)에 일정간격으로 형성된 가스분사 공(23)의 직경은 0.5∼1mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 에칭용 전극.