KR20040110845A - 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법 - Google Patents

Abstract

금속물에 대한 접착력을 향상시킬 수 있는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법이 개시되어 있다. 챔버 내부에 장착되는 부품들을 세정하여 오염원을 제거하고 상기 부품 표면에 비드를 분사하여 제1 처리한다. 상기 부품 표면에 금속 아크를 분사하여 제2 처리한다. 이와 같이, 챔버 내부의 부품표면의 금속물에 대한 접착력을 향상시킴으로써, 공정을 반복적으로 수행하여도 금속물이 박리되는 가능성을 줄일 수 있다.

Description

기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법{METHOD FOR PROCESSING SURFACE OF PARTS INSIDE OF CHAMBER}

본 발명은 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 표면의 금속물에 대한 접착력을 향상시킬 수 있는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법에 관한 것이다.

반도체 소자는 다양한 종류의 막을 기판 상에 형성하는 증착(deposiiton) 공정 및 상기 막들을 원하는 형상으로 패터닝하는 식각(etch) 공정을 반복하여 이루어진다. 또한, 필요에 따라 증착된 막 및 패터닝된 패턴들에 대해 다양한 처리를 진행하게 된다. 상기 막들은 얻고자 하는 반도체 소자의 성능을 확보하기 위해 모든 공정이 종결될 때까지 청정 분위기에서 처리되어야 한다.

상기 증착 공정으로는 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition; PVD) 방법 및 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 방법 등을 들 수 있다. 상기 물리적 기상 증착 방법 중 스퍼터링에 의한 증착방법은 금속 타겟을 제공하고, 이온화된 플라즈마 방전을 형성하여 상기 타겟으로부터 이온을 이탈시켜 기판 상에 금속막을 형성하는 방법이다.

일반적으로, 플라즈마 방전은 DC(Direct Current) 또는 RF(Radio Frequency) 전압, 마이크로웨이브, 플라즈마 마그네트론 및 이들의 조합을 이용하여 생성된다.

예컨대, 반도체 소자의 제조 과정 중 콘택 등을 형성할 때, 콘택홀 내부를 금속물로 완전히 매립하기 전에, 불순물의 확산 및 접촉능력을 확보하기 위해 상기 콘택홀 측면 및 저면에 스퍼터링 공정에 의해 베리어 금속막이라 불리우는 얇은 금속막을 형성한다. 상기 베리어 금속막으로는 Ti/TiN의 이중막으로 사용할 수 있다.

즉, 상기 베리어 금속막을 형성할 반도체 기판을 챔버 내에 장착하고, 베리어 금속막 형성공정을 진행한다. 이때, 상기 챔버의 저면에는 반도체 기판이 장착되고, 상기 저면과 마주하는 챔버의 상면에는 Ti으로 이루어진 타겟이 위치한다. 상기 Ti은 스퍼터링되어 상기 반도체 기판 뿐만 아니라, 상기 챔버 내부 전면에 도포된다. 이때, 상기 챔버 내부에 각종 부품이 장착되어 상기 챔버 내부를 전체적으로 차폐하고 있다. 따라서, 상기 스퍼터링된 금속은 대부분 상기 챔버 내부에 장착된 부품에 도포된다. 그러나, 상기 챔버 내부에 장착된 부품은 스테인레스 재질로 이루어졌으므로, 상기 부품을 도포하고 있던 Ti은 접착력이 부족하여 박리될 수 있다.

따라서, 상기 박리된 Ti은 가루 형태로 상기 반도체 기판 내에 잔류하여 오염원으로 작용하므로 반도체 소자의 불량을 유발할 수 있다.

일반적으로, 상기 Ti의 박리 현상을 예방하기 위해 상기 부품의 표면을 비드 블러스터(bead blaster)로 처리함으로써, 상기 부품 표면의 거칠기를 증가시켜 Ti의 흡착능력을 향상시키고 있다. 그러나, 상기 비드 블러스터로 처리하더라도 상기 부품을 도포하고 있는 Ti막은 일정 시간 경과 후 박리되어, 리프팅(lifting) 및 아킹(arcing)과 같은 문제를 발생시킨다. 따라서, 상기 문제를 예방하기 위해서 진행되는 세정 공정의 주기가 단축되어 공정 비용의 증가를 초래한다.

따라서, 본 발명의 목적은 증착 챔버 내부의 오염원을 감소시켜 세정주기를 증가시킬 수 있는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법을 제공하는데 있다.

도 1은 스퍼터링 챔버의 내부 단면도이다.

도 2는 도 1의 플레이튼 링의 확대도이다.

도 3은 본 발명의 기판 처리 챔버 내부용 부품의 가공방법을 나타낸 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 챔버 110 : 측벽

115 : 이온 리플렉터 120 : 베이스 플레이트

125 : 반도체 기판 130 : 탑 플레이트

135 : 타겟 140 : 가이드링

145 : 오링 150 : 정전척

155 : 플레이튼 링 155a : 박리된 금속물

160 : 쉴드

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 챔버 내부에 장착되어 상기 챔버 내부를 차폐하고 있는 부품들을 세정하여 오염원을 제거하는 단계, 상기 부품들 표면에 비드를 분사하여 상기 부품들 표면을 제1 처리하는 단계 및 상기 부품들 표면에 금속 아크를 분사하여 상기 부품들 표면을 제2 처리하는 단계로 이루어진 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

챔버 내부에 장착되어 상기 챔버 내부를 차폐하고 있는 부품들을 세정용액 및 탈이온수 내에서 초음파 세정하여 오염원을 제거한다.

이때, 상기 부품들은 표면의 일부가 반도체 기판과 맞닿는 부품을 포함한다.

상기 부품들 표면에 비드를 약 5psi 이상의 압력으로 분사하여 상기 부품들 표면을 표면조도가 약 100 마이크로 인치가 되도록 제1 처리하여 거칠게 한다.

상기 부품들 표면에 금속을 용융 상태에서 약 50psi 이상의 압력으로 금속 아크 분사하여 상기 부품들 표면을 표면조도가 약 150 내지 300 마이크로 인치로 제2 처리하여 거칠게 한다.

이어서, 상기 부품들을 세척, 건조 및 진공 보관한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 스퍼터링 챔버의 내부 단면도이다.

도 1을 참조하면, 접지된 측벽(110)을 포함하는 스퍼터링 챔버(100)는 상기측벽의 하단을 실링하는 베이스 플레이트(120) 및 상단을 실링하는 탑 플레이트(130)를 구비한다. 상기 챔버 내부를 향하는 상기 탑 플레이트의 일면에는 형성하고자 하는 박막의 재료가 되는 타겟(target)(135)이 장착된다. 예컨대, 베리어 금속막을 형성하고자 하는 경우에는 Ti으로 이루어진 타겟이 위치한다.

상기 챔버의 측벽과 접하는 상기 타겟이 장착된 탑 플레이트의 가장자리에는 가이드 링(guide ring)(140) 및 오링(o-ring)(145)이 구비되어 상기 챔버를 외부와 격리시킨다.

상기 베이스 플레이트 상에는 반도체 기판(125)이 장착되는 정전척(electrostatic chuck)(150)이 위치한다. 상기 정전척의 가장자리에는 플레이튼 링(platen ring)(155)이 위치하여 상기 반도체 기판의 가장자리를 지지한다. 따라서, 상기 반도체 기판은 상기 정전척 상에 정전기적으로 고정된다.

상기 챔버의 내부 측면에는 타겟으로부터 이탈한 이온을 상기 반도체 기판으로 모아주는 이온 리플렉터(reflector)(115)가 장착된다. 상기 리플렉터의 일단으로부터 상기 반도체 기판의 가장자리(edge) 방향으로는 쉴드(shield)(160)가 위치하여 상기 타겟으로부터 이탈한 이온이 반도체 기판 외부로 이동하여 불필요하게 챔버 내부에 도포되는 것을 방지한다.

챔버 내에 플라즈마가 형성되고, 상기 플라즈마에 의해 가속된 이온은 상기 타겟을 가격하여 상기 타겟을 이루고 있는 금속의 이온을 외부로 이탈시키고 상기 이탈된 금속 이온은 상기 반도체 기판으로 가속되어 박막이 형성된다. 그러나, 상기 이탈된 금속은 상기 반도체 기판 상으로만 제공되지 않고 상기 챔버 내부를 이루고 있는 각종 부품에 전체적으로 제공되어 도포된다.

따라서, 반복적으로 반도체 공정을 진행하면, 상기 챔버 내부에 위치한 각종 부품 표면에 도포된 금속이 박리되어 상기 챔버 내부를 오염시킨다. 예컨대, 상기 박리된 금속물이 반도체 기판 주위에 존재하는 경우에는 아크(arc) 등을 발생시켜 이상 현상을 유도하고, 상기 박리된 금속물이 상기 반도체 기판 상부에 존재하는 경우에는 불순물로 작용하여 후속에 완성된 반도체 소자의 불량을 초래하게 된다.

도 2는 도 1의 플레이튼 링의 확대도이다.

도 2를 참조하면, 상기 플레이튼 링(155)은 정전척(150)의 가장자리로부터 일정간격 이격되어 위치한다. 상기 정전척에 의해 반도체 기판(125)이 로딩되면, 상기 플레이튼 링은 상기 로딩된 반도체 기판을 지지한다. 즉, 상기 플레이트 링은 상기 반도체 기판 가장자리의 뒷면과 접촉하게 된다.

상기 플레이튼 링을 타겟으로부터 이탈된 금속이온으로부터 보호하기 위해, 상기 플레이트 링 상에는 쉴드에 의해 쉐도우를 형성하지만, 공정을 반복하는 가운데 상기 플레이트 링은 금속 이온에 의해 코팅된다.

따라서, 상기 반도체 기판과 상기 플레이트 링의 접촉과정에서 상기 플레이트 링으로부터 금속물이 박리될 수 있으며, 상기 박리된 금속물(155a)은 상기 반도체 기판 내로 이동할 가능성이 높다. 또한, 반복적인 공정에 의해 상기 반도체 기판 보다 높은 위치의 챔버 내부 부품에 도포되었던 금속물이 박리되어 상기 반도체 기판 상으로 떨어질 수 있다.

도 3은 본 발명의 기판 처리 챔버 내부용 부품의 가공방법을 나타낸 순서도이다.

도 3을 참조하면, 반도체 소자의 제조 공정라인에 설치하려는 챔버 및 각종부품의 이상유무를 점검한다.(S300) 상기 부품들은 사용하기 전 제조과정 중 발생한 오염물을 제거하기 위해 1차 세정된다.(S310) 이때, 세정 용액 및 탈이온수의 혼합액 내에 상기 부품을 침지시키고 일정시간 초음파 세정(sonication)한다.

반도체 기판의 위치를 기준으로 상기 반도체 기판 및 상기 반도체 기판 보다 높은 곳의 챔버 내부에 장착되는 부붚들을 비드 블라스터에 의해 제1 처리함으로써 거칠게 처리한다.(S320) 이때, 비드 파우더는 #24 내지 40을 이용하며, 약 5psi 이상의 압력으로 분사함으로써, 상기 챔버 내부의 표면조도는 약 100 마이크로 인치가 된다.

상기 제1 처리된 부품에 대해, 상기 챔버 내에서 증착되는 금속과 동일한 금속을 용융시켜 약 50psi 이상의 압력으로 상기 제1 처리된 부분과 동일한 부분에 대해 분사함으로써, 상기 부품들을 제2 처리한다.(S330) 상기 제2 처리된 챔버 내부의 표면조도는 약 150 내지 300 마이크로 인치이다.

상기 제1 및 제2 처리에 의해 잔류할 수 있는 오염물을 제거하기 위해, 상기 부품들을 상기 1차 세정과 동일한 방법에 의해 2차 세정한다.(S340)

상기 세정에 의해 잔류하는 세정액을 제거하기 위해 상기 부품들을 건조시킨다.(S350)

상기 제1 및 제2 처리된 부품들의 표면조도를 측정한다.(S360)

상기 부품들의 표면조도가 기준을 만족하면, 진공 포장하여 상기 부품들이오염되지 않도록 관리한다.(S370)

상기 부품들은 챔버 내에 장착되어 사용되므로, 상기 부품들이 챔버에 체결되는 체결부에는 상기 처리공정을 진행하지 않는다.

상기 부품들을 챔버 내에 장착하여 사용하며, 상기 과정들을 주기적으로 반복하여 상기 챔버 내부에 오염원이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이때, 상기 부품들의 표면조도는 일반적인 부품의 표면조도 보다 약 1.5배 이상 높으므로, 상기 과정의 반복 주기는 일반적인 세정 주기보다 길어진다.

따라서, 세정 주기가 증가되어 상기 세정에 소요되는 비용 및 상기 세정을 위해 공정을 중단하여 상승되는 비용을 절감할 수 있을 뿐 아니라, 상기 챔버 내부에서 반도체 기판 상에 형성할 박막과 동일한 재질의 금속으로 상기 챔버 내부용 부품들을 코팅함으로써, 상기 금속물의 접착력을 향상시킬 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반도체 기판을 처리하는 챔버 내부에 장착되는 부품들을 비드 블라스터 및 금속 아크 스프레이로 처리하여 상기 부품들의 거칠기를 증가시킴으로써 금속의 접착력을 향상시킨다.

이와 같이, 챔버 내부용 부품의 금속물에 대한 접착력을 향상시킴으로써, 공정을 반복적으로 수행하여도 상기 부품으로부터 금속물이 박리되는 가능성을 줄일 수 있다. 따라서, 상기 박리된 금속물에 의해 반도체 기판의 오염을 방지함으로써 반도체 소자의 불량을 예방할 수 있다.

또한, 오염을 방지하기 위한 세정 주기가 길어지므로, 세정에 의해 소요되는비용 및 공정 중단에 따른 비용을 절감할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 챔버 내부에 장착되어 상기 챔버 내부를 차폐하고 있는 부품들을 세정하여 오염원을 제거하는 단계;

   상기 부품들 표면에 비드를 분사하여 상기 부품들 표면을 제1 처리하는 단계; 및

   상기 부품들 표면에 금속 아크를 분사하여 상기 부품들 표면을 제2 처리하는 단계로 이루어진 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 부품들은 표면의 일부가 반도체 기판과 맞닿는 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 처리에서 상기 금속은 용융 상태에서 50psi 이상의 압력으로 분사되어 상기 부품들 표면을 거칠게 함으로써 상기 부품들 표면의 표면조도가 150 내지 300 마이크로 인치 인 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 처리에서 상기 비드는 5psi 이상의 압력으로 분사되어 상기 부품들 표면을 거칠게 함으로써 상기 부품들 표면의 표면조도가 100 마이크로 인치인 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 오염원을 제거하는 단계는 상기 부품들을 세정용액 및 탈이온수 내에서 초음파 세정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 부품들 표면을 제2 처리한 후, 세척, 건조 및 진공 보관하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 챔버 내부 장착용 부품표면 가공방법.