KR20060012021A - 석영 유리 표면을 마감하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된컴포넌트 - Google Patents

석영 유리 표면을 마감하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된컴포넌트 Download PDF

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KR20060012021A
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Abstract

플라즈마 프로세싱 장치에 유용한 컴포넌트의 표면 마감 방법이 제공된다. 컴포넌트는 하나 이상의 플라즈마 노출된 석영 유리 표면을 포함한다. 상기 방법은 바람직한 표면 형태를 달성하기 위해 플라즈마 노출된 표면을 기계적 연마, 화학적 에칭 및 세정하는 단계를 포함한다. 또한, 컴포넌트의 석영 유리 밀봉 표면은 상기 방법에 의해 마감될 수도 있다. 동일한 컴포넌트의 플라즈마 노출된 표면 및 밀봉 표면이 서로 상이한 표면 형태로 마감될 수 있다.
플라즈마 프로세싱 장치, 석영 유리 표면 마감, 기계적 연마, 화학적 에칭, 세정

Description

석영 유리 표면을 마감하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 컴포넌트{METHODS OF FINISHING QUARTZ GLASS SURFACES AND COMPONENTS MADE BY THE METHODS}
배경기술
플라즈마 프로세싱 장치는 반도체, 유전체 및 금속 재료로 제조된 기판의 플라즈마 에칭, 물리 기상 증착, 화학 기상 증착 (CVD), 이온 주입 및 레지스트 제거를 포함하는 프로세스를 수행하는데 사용된다.
플라즈마 프로세싱 장치는 플라즈마 환경에 노출된 컴포넌트를 포함한다. 프로세스 수율을 증가시키기 위한 바람직한 견지에서, 플라즈마 노출된 컴포넌트는 그러한 플라즈마 환경에서 감소된 파티클 오염을 제공하는 것이 필요하다.
요약
석영 유리 표면을 마감하는 방법이 제공된다. 본 방법은 플라즈마 프로세싱 장치에 사용될 때, 석영과 금속 미립자의 발생율과 분자 금속 오염을 감소시키는 석영 유리 표면 마감재를 제조할 수 있다. 그렇게 마감된 석영 유리 표면을 갖는 컴포넌트 또한 제공된다.
하나 이상의 석영 유리 표면을 포함하는 컴포넌트의 표면 마감 방법의 바람직한 실시형태는 컴포넌트의 하나 이상의 석영 유리 표면을 기계적으로 연마하는 단계, 기계적으로 연마된 석영 유리 표면을 화학적으로 에칭하는 단계, 및 에칭된 석영 유리 표면을 세정하여 그 표면으로부터 금속 오염물을 제거하는 단계를 포함한다.
본 방법의 바람직한 실시형태에 의해 마감된 컴포넌트는 하나 이상의 플라즈마 노출된 석영 유리 표면을 포함한다. 상기 컴포넌트는 진공 밀봉 표면과 같은 하나 이상의 플라즈마 노출되지 않은 석영 유리 표면도 포함할 수 있다. 컴포넌트의 플라즈마 노출 표면은 플라즈마 노출되지 않은 표면과 상이한 표면 형태로 마감될 수 있다. 마감된 컴포넌트는 기판의 감소된 오염물을 제공하는 플라즈마 프로세싱 장치에 사용될 수 있다.
컴포넌트의 표면 마감 방법은 바람직하게 석영 유리 표면상의 금속 오염물의 저레벨을 달성한다. 컴포넌트는 플라즈마 프로세싱 장치에 사용될 때 바람직하게 기판의 감소된 금속 미립자 및 분자 금속 오염물을 제공할 수 있다.
상기 방법의 바람직한 실시형태는 플라즈마 프로세싱 장치에서 플라즈마에 이전에 노출된 또는 이전에 노출되지 않은 컴포넌트 중 하나를 마감하는 데 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 마감된 하나 이상의 컴포넌트를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 챔버 내의 반도체 기판을 에칭하는 바람직한 실시형태가 또한 제공된다.
도면의 간단한 설명
도 1은 슬러리 연마된 석영 유리 표면의 SEM 사진 (1000 배) 이다.
도 2는 슬러리 연마되고 플라즈마 컨디셔닝된 석영 유리 표면의 SEM 사진 (1000 배) 이다.
도 3은 석영 유리 마감 프로세스의 제 1 바람직한 실시형태의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 4는 석영 유리 마감 프로세스의 바람직한 실시형태에 따라 처리된 석영 유리 표면의 SEM 사진 (1000 배) 이다.
도 5는 바람직한 실시형태에 따라 프로세스된 석영 유리 윈도우 ("□") 및 슬러리 연마된 석영 유리 윈도우 ("◆") 에 대한 플라즈마 에칭 프로세스 동안 실리콘 웨이퍼에 첨가된 파티클들의 수 사이의 관계를 도시한 도면이다.
도 6은 플라즈마에 노출되지 않은 슬러리 연마된 석영 유리 컴포넌트 ("A"), 플라즈마에 노출된 슬러리 연마된 석영 유리 컴포넌트 ("B"), 및 바람직한 실시형태에 따라 프로세스된 석영 유리 컴포넌트 ("C") 에 대한 다양한 금속의 수를 원자/㎠ 으로 나타낸 도면이다.
도 7은 석영 유리 마감 프로세스의 제 2 바람직한 실시형태의 흐름도를 도시한 도면이다.
도 8은 석영 유리 컴포넌트의 슬러리 그라운드 밀봉 표면을 도시한 도면이다.
도 9는 석영 유리 마감 방법에 의해 처리될 수 있는 플라즈마 노출된 표면 및 밀봉 표면을 포함하는 유전체 윈도우를 도시한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시한 유전체 윈도우의 확대 부분도이다.
도 11은 석영 유리 마감 방법에 의해 처리될 수 있는 플라즈마 노출된 표면 및 밀봉 표면을 포함하는 가스 인젝터를 도시한 도면이다.
상세한 설명
파티클 성능은 플라즈마 프로세싱 장치에서 반도체 재료, 유전체 재료 및 금속과 같은 다양한 재료의 프로세스에 관련된다. 플라즈마 반응기에서 프로세스된 기판에 부착된 미립자 오염물은 제품 수율을 감소시킬 수 있다. 플라즈마 반응기 내의 미립자 오염원의 하나는 컴포넌트의 플라즈마 노출된 표면이다.
플라즈마 노출된 표면을 포함하는 컴포넌트는 컴포넌트의 하나 이상의 표면의 소결 및/또는 기계가공을 포함하는 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 이러한 단계들은 표면에 손상을 초래하고 표면에 균열 및 단절을 남긴다. 이러한 균열은 플라즈마 프로세스 동안 파티클 발생의 잠재적인 원인이다. 슬러리 연마는 파티클의 사이즈를 감소시킬 수 있지만, 파티클을 제거하지는 않는다. 도 1은 슬러리 연마된 석영 유리 유전체 윈도우의 표면의 주사 전자 현미경 (SEM) 사진이다. 다른 테크닉에 의해 기계가공된 석영 유리 표면은 도 1에 도시한 것과 유사한 손상을 받는다.
석영 유리로 제조된 컴포넌트는 플라즈마 반응기에 설치될 수 있으며, 기판의 석영-관련 미립자 오염의 발생을 감소시키기 위해 플라즈마 반응기 내의 반도체 기판에 대한 생산 조건이 달성되기 전에 컨디셔닝될 수 있다. 컨디셔닝 웨이퍼는 컨디셔닝 동안 플라즈마 반응기에 설치될 수도 있다. 플라즈마는 에칭에 의해 컴포넌트의 플라즈마 노출된 표면으로부터 재료를 제거한다. 플라즈마 노출된 표면은 바람직하게 석영 및 금속 미립자를 감소시키는 형태를 갖는다. 결 국, 수용가능한 표면 석영 미립자 레벨을 성취하기 위한 컨디셔닝 처리에 의해 충분한 석영 재료가 제거된다. 도 2는 슬러리 연마된 후 플라즈마 노출 (50 시간) 에 의해 플라즈마 반응기에서 컨디셔닝된 석영 유리 유전체 윈도우의 표면의 SEM 사진이다.
그러나, 컨디셔닝 처리는 플라즈마 프로세스에 사용하기 위한 컴포넌트의 플라즈마 노출된 표면상에 적절한 표면 마감을 제조하기 위해, 쓸데없이 많은 생산 시간을 필요로 하며, 10일 이상을 필요로 할 수 있다. 따라서, 그러한 컨디셔닝 처리는 컴포넌트에 의해 적절한 파티클 성능을 달성하기 위해 플라즈마 반응기의 시간을 상당히 줄일 것을 요구한다. 또한, 컨디셔닝 처리는 웨이퍼를 컨디셔닝하는 비용, 오퍼레이터 모니터링 및 중재를 포함한 관련 비용을 요구한다.
또한, 플라즈마 반응기 내에 플라즈마 프로세싱 챔버 내의 공기 흐름 경로를 차단하기 위한 진공 밀봉을 제공할 필요가 있는 석영 유리 컴포넌트의 표면, 즉, 밀봉 표면 (예를 들어, O-링 밀봉 표면) 은 적절한 진공 밀봉 성능을 제공하는 마감을 필요로 한다. 그러한 밀봉 표면은 플라즈마 노출된 표면이 아니다. 그러나, 바람직한 진공 밀봉 표면 마감은 바람직한 플라즈마 노출된 표면과 상당히 상이할 수 있다. 플라즈마 노출된 표면 및 진공 밀봉 표면을 모두 갖는 컴포넌트는 바람직하게 동일한 컴포넌트 상의 이들 상이한 위치에서 상당히 상이한 표면 마감을 가져야 한다.
도 3은 석영 유리의 표면 마감 방법의 제 1 바람직한 실시형태의 흐름도를 도시한 도면이다. 상기 방법은 플라즈마 프로세스에 유용한 컴포넌트의 하나 이상의 석영 유리 표면을 마감하는데 실용화될 수 있다. 하나 이상의 마감된 표면은 바람직하게 컴포넌트가 플라즈마 반응기에 설치될 때 플라즈마에 노출된 하나 이상의 표면을 포함한다. 컴포넌트는 가스 인젝터, 유전체 윈도우, 전극, 뷰 포트, 에지 링, 포커스 링, 컨파인먼트 링 등일 수 있다.
석영 유리를 마감하는 방법의 바람직한 실시형태는 석영 유리 이외의 재료를 포함할 수도 있는 컴포넌트의 석영 유리 표면 (예를 들어, 코팅) 뿐만 아니라 석영 유리로 제조된 컴포넌트의 석영 유리 표면을 마감하는데 사용될 수도 있다.
상기 방법은 바람직하게 컴포넌트 상에 바람직한 표면 마감을 생산하기 위한기계적 연마, 화학적 에칭, 및 세정 단계를 포함한다. 상기 방법에 의해 프로세스될 수 있는 컴포넌트는 판형, 디스크형, 링 (ring) 형 (예를 들어, 유전체 윈도우, 뷰 포트, 에지 링 등), 및 원통형과 같은 다양한 형상 및 다양한 형상의 조합을 갖는 표면을 가질 수도 있다. 컴포넌트는 다양한 사이즈를 가질 수 있다.
석영 유리 컴포넌트는 바람직하게 불꽃 용해된 (flame-fused) 천연 석영으로 제조된다. 불꽃 용해된 천연 석영은 통상적으로 불 (boule) 의 형태로 이용가능하며, 바람직한 형상 및 사이즈로 프로세스될 수 있다. 석영 유리는 대안으로서, 예를 들어, 아크 용해된 (arc-fused) 천연 석영, 또는 합성 석영일 수 있다.
마감 처리를 수행하기 이전에, 석영 유리 재료는 바람직하게 약 10 ppm 미만의 임의의 금속의 벌크 (bulk) 순도 레벨을 갖는다. 석영 유리에서 이러한 금속 순도 레벨은 표면 금속 레벨보다 훨씬 낮은 벌크로부터 초래된 금속 레벨을 제공할 수 있다. 석영 유리 재료에서의 금속의 불순물 레벨의 감소는 파티클 및/ 또는 금속에 관련된 기판 결함의 발생률을 감소시킨다.
상기 방법의 바람직한 실시형태에 의해 마감될 수 있는 석영 유리 컴포넌트는 기계 가공 및/또는 소결 조건에 있을 수 있다. 예를 들어, 판형 석영 유리 컴포넌트는 불로부터 절단되어 바람직한 형상으로 기계가공될 수 있다. 기계가공 및/또는 소결된 컴포넌트는 다이아몬드 그라인딩 등과 같은 임의의 적절한 프로세스를 사용하는 바람직한 구성 및 표면 조건으로 기계가공될 수 있다.
석영 유리 컴포넌트는 바람직한 표면 마감으로 바람직하게 기계적으로 연마된다. 기계적 연마는 바람직하게 컴포넌트의 하나 이상의 표면을 바람직한 표면 마감으로 슬러리 연마하는 것을 포함한다. 슬러리는, 예를 들어, 알루미늄 옥사이드, 실리콘 카바이드, 다이아몬드, 세륨 옥사이드, 지르코늄 옥사이드 등을 포함하는 적절한 연마재를 포함할 수 있다. 연마재는 바람직하게 컴포넌트의 슬러리 연마된 표면 상에 바람직한 표면 마감 레벨을 생산하는 파티클 사이즈를 갖는다.
석영 유리 컴포넌트의 기계적 연마는 바람직하게 컴포넌트의 상이한 표면 위치에서 동일한 표면 마감을 달성할 수 있거나 또는 대안적으로 상이한 표면 마감을 달성할 수 있다. 예를 들어, 컴포넌트의 하나 이상의 플라즈마 노출된 표면은 하나 이상의 플라즈마 노출되지 않은 표면 (예를 들어, 밀봉 표면) 과 상이한 표면 마감으로 기계적으로 연마될 수 있다.
기계적 연마는 바람직하게 에칭이 플라즈마 노출된 표면과 유사한 표면 형태를 달성하도록 화학적 에칭 이전에 바람직한 석영 유리 표면 형태를 달성한다. 예를 들어, 에칭된 표면은 바람직하게 동일한 유효 표면적을 가지며, 본질적으로 무손상 및 무균열이다. 기계적 연마된 표면 형태는 예를 들어, 산술 평균 조도 (Ra) 에 의해 정량화될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 기계적 연마된 표면의 Ra는 바람직하게 약 5 내지 30 마이크로인치 (약 0.125 내지 0.75 미크론) 이며, 보다 바람직하게 12 내지 20 마이크로인치 (약 0.3 내지 0.5 미크론) 이다. 주어진 컴포넌트에 대해, 다양한 표면이 다양한 마감으로 기계적 연마될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 노출된 표면은 플라즈마 노출되지 않은 표면보다 낮은 Ra 값 (즉, 더 매끄러운 마감) 으로 기계적 연마될 수 있는데, 그 이유는 플라즈마 프로세스 동안의 미립자 제거가 덜 중요하기 때문이다.
기계 가공 및 기계적 연마 단계는 균열된 표면을 초래할 수 있으며, 이는 컴포넌트의 기계가공된 및/또는 기계적 연마된 표면 상의 석영 유리 및/또는 금속의 파티클의 소스이다. 부착된 파티클은 기판의 플라즈마 프로세스 동안의 파티클 오염의 소스가 될 수 있다. 따라서, 플라즈마 반응기에 존재하는 컴포넌트를 갖는 기판의 프로세스 이전에 적절히 적은 수로 부착된 파티클의 수를 감소시키는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 부착된 파티클은 플라즈마 컨디셔닝 테크닉에 의해 플라즈마 반응기 컴포넌트로부터 제거될 수 있지만, 이러한 테크닉들은 완벽하게 만족스러운 것은 아니다.
따라서, 에칭 단계는 바람직하게 처리된 컴포넌트 표면으로부터 부착된 석영 유리 및 금속 오염 파티클을 제거하며, 바람직하게 플라즈마 노출된 표면의 형태와 유사한 표면 형태를 달성한다. 에칭 단계는 바람직하게, 석영 유리를 에칭하는데 효과적인 플루오르 함유 에칭액을 사용한다. 예를 들어, 플루오르 함유 에칭액은 하이드로플루오르산 (HF), 암모늄 플루오라이드 (NH3HF), 암모늄 바이플루오라이드 (NH4FHF), 또는 이들의 혼합물을 함유하는 에칭액일 수 있다. 에칭액은 또한 질산 (HNO3) 또는 다른 산과 같은 첨가제를 함유할 수 있다. 에칭액의 농도, 온도 및 pH, 에칭액 및 에칭 프로세스의 에칭 시간 및 다른 파라미터는 컴포넌트로부터 표면 재료를 바람직한 레이트 및 깊이로 제거하도록 선택될 수 있다,
에칭된 표면의 표면형태는 예를 들어, 표면의 Ra 값에 의해 특징지어질 수 있다. 에칭 단계는 바람직하게 컴포넌트의 하나 이상의 선택된 표면에서 1-100 마이크로인치 (약 0.025 내지 2.5 미크론) 의 Ra 값을 달성한다. 하기에 설명한 것과 같이, 주어진 컴포넌트 표면에 대한 바람직한 Ra 값은 마감된 표면의 형태 (예를 들어, 플라즈마 노출된 표면 대 플라즈마 노출되지 않은 표면) 뿐만 아니라 컴포넌트의 타입에 따라 변할 수 있다.
에칭에 의해 컴포넌트의 표면 형태를 바꿈으로써, 컴포넌트의 실제 표면적이 변경된다. 컴포넌트의 명목 표면적은 그 물리적 치수에 의해 결정된다. 컴포넌트의 실제 표면적은 부가적으로 표면 조도를 포함한다. 표면 조도를 증가시키면 컴포넌트의 실제 표면적이 증가한다. 화학적 에칭 단계는 바람직하게 플라즈마 노출된 (또는 플라즈마 컨디셔닝된) 컴포넌트가 가질 수 있는 비율에 근 사한 컴포넌트의 실제 표면적/명목 표면적의 비를 달성한다. 화학적 에칭 단계는 바람직하게 약 1.1 내지 4, 더욱 바람직하게 1.2 내지 1.5의 컴포넌트의 실제 표면적/명목 표면적의 비를 달성한다.
에칭 단계로부터 초래되는 컴포넌트의 표면 형태는 표면 형태의 피쳐 (feature) 길이에 의해 특징지어질 수 있으며, 이는 표면 조도의 공간적 빈도의 측정을 제공한다. 컴포넌트의 에칭된 표면의 피쳐 길이는 바람직하게 약 1 내지 50 미크론이다. 주어진 표면에 대한 바람직한 피쳐 길이의 값은 표면의 타입 (예를 들어, 플라즈마 노출된 표면 대 플라즈마 노출되지 않은 표면) 뿐만 아니라 마감되는 컴포넌트의 타입에 의존할 수 있다.
세정 단계는 에칭된 석영 유리 컴포넌트의 표면으로부터 금속 오염물을 제거한다. 세정 단계는 석영 유리 컴포넌트를, 만약 존재한다면 세정에 의해 컴포넌트로부터 제거되는 것이 바람직한 금속에 대해 적절히 큰 용해도를 갖는 액체에 접촉시키는 단계를 포함한다. 그러한 금속은 Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Ni, K, Na, Ti 및/또는 Zn을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 이러한 금속을 제거하기 위한 석영 유리를 세정하기 위해 사용될 수 있는 적절한 용매는 질산 (HNO3), 하이드로플루오르산 (HF), 인산 (H3PO4), 옥살산 (COOH)2, 포름산 (HCOOH), 과산화수소 (H2O2), 염산 (HCl), 아세트산 (CH3COOH), 구연산 (C6H8O7), 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
또한, 석영 유리 부품의 바람직한 청결도를 달성하기 위해, 신중한 부품 관 리, 매우 순수한 용매 (예를 들어, 약 10 ppb 미만의 금속 불순물을 함유하는 용매) 의 사용, 건조 및 패키징을 위한 클래스 100 클린룸의 사용과 같은 환경 제어가 바람직하다.
세정 단계는 Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Ni, K, Na, Ti 및/또는 Zn 중 하나 이상에 대한 석영 유리 컴포넌트의 표면 금속 오염 레벨을 바람직하게 낮은 레벨로 감소시키며, 이는 바람직하게 약 1000×1010 원자/㎠ 미만이며, 더욱 바람직하게 약 100×1010 원자/㎠ 미만이며, 가장 바람직하게는 약 10×1010 원자/㎠ 미만이다.
도 4는 바람직한 실시형태에 따라 기계적 연마, 에칭 및 세정 단계에 의해 처리된 석영 유리 유전체 윈도우의 표면의 SEM 사진이다
도 5는 슬러리 연마된 석영 유리 윈도우 ("◆") 에 비해 바람직한 실시형태에 따라 프로세스된 석영 유리 윈도우 ("□") 에 대한 파티클 오염 (플라즈마 에칭 프로세스 동안 실리콘 웨이퍼에 첨가된 0.16 ㎛ 보다 크게 사이즈된 파티클의 수) 의 레벨을 나타내는 테스트 결과를 도시한다. 곡선에서, 0의 RF 시간은 플라즈마 반응기 내의 윈도우의 설치에 상응한다. 곡선은 전체 테스트 주기에 걸쳐, 바람직한 실시형태에 의해 마감된 석영 유리 윈도우에 의해 첨가된 파티클의 수가 슬러리 연마된 석영 유리 윈도우에 의해 첨가된 파티클의 수보다 훨씬 적다는 것을 보여준다. 처음 약 2의 RF 시간 동안 슬러리 연마된 석영 유리 윈도우에 의해 첨가된 파티클의 대부분은 석영 파티클이었다. 슬러리 연마된 석영 유리 윈도 우에 의해 첨가된 파티클의 수는 플라즈마 노출에 의해 감소되었지만, 이들 파티클의 수는 테스트 주기 동안에 바람직한 실시형태에 의해 마감된 석영 유리 윈도우에 의해 첨가된 파티클의 더 적은 수에 도달하지는 않았다.
따라서, 도 5에 도시된 테스트 결과는, 마감 처리가 슬러리 연마된 석영 유리 윈도우에 비해 플라즈마 환경에서 사용될 때, 첨가된 파티클의 훨씬 작은 수로 특징지어지는 마감된 표면을 갖는 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트를 생산할 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 테스트 결과는 정상 상태 파티클 레벨 (예를 들어, 첨가된 0.16 ㎛보다 큰 약 10 파티클) 을 달성하기 위해 본 방법의 바람직한 실시형태에 따라 처리된 컴포넌트에 대해 짧은 RF 처리 (예를 들어, 약 1/2 시간) 만이 바람직할 수도 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 장치 중단시간 및 플라즈마 컨디셔닝에 관련된 비용은 본 방법의 바람직한 실시형태에 의해 마감된 컴포넌트를 사용함으로써 상당히 감소할 수 있다.
도 6은 플라즈마에 노출되지 않고 슬러리 연마된 석영 유리 컴포넌트 ("A"), 플라즈마에 노출된 슬러리 연마된 석영 유리 컴포넌트 ("B"), 및 바람직한 실시형태에 따라 프로세스된 석영 유리 컴포넌트 ("C") 상에 각각 존재하는 Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Ni, K, Na, Ti 및 Zn의 수를 원자/㎠으로 나타낸 테스트 결과를 나타낸다. 슬러리 연마된 석영 유리 컴포넌트, 및 슬러리 연마되고 플라즈마 노출된 석영 유리 컴포넌트에 비해, 바람직한 실시형태에 따른 마감 처리는 각각의 금속에 대한 표면 금속 오염 레벨을 상당히 감소시킨다. 금속 오염물은 웨이퍼 표면에 증착된 파티클로서, 또는 웨이퍼로 확산하여 바람직하지 않은 웨이 퍼 특성 뿐만 아니라 도핑 프로파일에 의도하지 않은 영향을 미치는 불순물을 유발하는 분자 오염으로서, 오염된 석영 유리를 함유하는 플라즈마 반응기 챔버 내에서 프로세스된 집적 회로에 결함을 발생시킬 수 있기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 석영 유리를 처리하는 방법의 바람직한 실시형태는 이러한 문제를 감소시킬 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라, 마감 처리는 플라즈마 반응기 챔버 내에서 플라즈마에 이전에 노출된 부품 (즉, "중고 부품") 을 리컨디셔닝하여 새로운 부품, 즉, 마감 처리에 의해 처리되었지만 플라즈마 프로세스 동안에 플라즈마 반응기 챔버 내에서 사용되지 않은 부품을 마감 처리함으로써 얻을 수 있는 레벨에 필적하는 표면 금속 레벨을 달성할 수 있다. 그러한 실시형태에서, 부품은 바람직하게 세정 단계에만 영향을 받는다.
도 7은 석영 유리를 표면 마감하는 방법의 제 2 바람직한 실시형태의 단계를 도시한다. 상기 방법은 플라즈마 반응기를 위한 석영 유리 컴포넌트의 하나 이상의 플라즈마 노출된 석영 유리 표면과 하나 이상의 석영 유리 진공 밀봉 표면을 마감하기 위해 수행될 수 있다. 플라즈마 노출된 표면 및 진공 밀봉 표면을 가질 수도 있는 컴포넌트는, 예를 들어, 가스 인젝터, 뷰 포트, 및 플라즈마 반응기를 위한 유전체 윈도우를 포함한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제 2 바람직한 실시예는 상술한 제 1 바람직한 실시형태와 같이 석영 유리 컴포넌트의 하나 이상의 표면을 기계적 연마하는 단계를 포함한다.
제 2 바람직한 실시형태에서, 하나 이상의 석영 유리 밀봉 표면은 바람직한 마감으로 마감된다. 도 8은 기계적 연마 (예를 들어, 슬러리 그라인딩) 에 의해 석영 유리 컴포넌트 상에 형성될 수 있는 표면의 예시적인 마감을 도시한다. 기계적 연마 프로세스는 동심원 패턴의 홈 (groove) 을 갖는 밀봉 표면을 제조한다. 동심원 홈은 밀봉 표면에서 바람직한 진공 완전성을 유지하기 위해 공기의 통로를 축소시키며, 바람직하게 차단한다.
제 2 바람직한 실시형태에 따르면, 밀봉 표면도 에칭되는 것을 방지하기 위해 석영 유리 컴포넌트의 하나 이상의 기계적 연마된 밀봉 표면을 에칭 단계 이전에 마스킹한다. 따라서, 에칭 단계는 밀봉 표면(들) 이외의 컴포넌트의 표면을 에칭하도록 수행된다. 무오염 테이프 및/또는 왁스와 같은 임의의 적절한 마스킹 재료를 이용하여 석영 유리 컴포넌트의 밀봉 표면(들)을 마스킹할 수 있다.
제 2 바람직한 실시형태에서, 에칭 단계 후, 제 1 바람직한 실시형태에 대해 상술한 바와 같이 마스크를 밀봉 표면(들)으로부터 제거하고 컴포넌트를 세정한다. 세정 단계는 밀봉 표면들 및 밀봉되지 않은 표면들 (즉, 플라즈마 노출된 표면들) 을 모두 포함하여 에칭된 석영 유리 컴포넌트의 표면으로부터 금속 오염물을 제거한다.
도 9 및 도 10은 평행 평면 표면 (22), 측면 (24) 및 통로 (26) 를 포함하는 예시적인 유전체 윈도우 (20) 를 도시한다. 도 10은 진공 밀봉 표면 (28) 과 플라즈마 노출된 평면 표면 (22) 을 도시한, 통로 (26) 의 확대도이다. 예를 들어, 진공 밀봉 표면 (28) 은 O-링 밀봉 표면이다. 유전체 윈도우 (20) 는 둘 이상의 밀봉 표면을 가질 수 있다, 유전체 윈도우 (20) 와 같은 석영 유리로 제조된 유전체 윈도우는 다음의 바람직한 과정에 의해 마감될 수 있다.
유전체 윈도우 (20) 의 플라즈마 노출된 평면 표면 (예를 들어, 평면 표면 (22)) 은 기계가공되고 기계적 연마될 수 있다. 기계적 연마되고, 플라즈마 노출된 표면은 바람직하게 약 5 내지 20 마이크로인치 (0.125 내지 0.5 미크론), 보다 바람직하게 약 12 내지 20 마이크로인치 (0.3 내지 0.5 미크론) 의 Ra 값을 갖는다. 밀봉 표면 (28) 을 마스킹한다.
플라즈마 노출된 표면들은 플루오르 함유 에칭액을 사용하여 습식 에칭되어 바람직한 표면 형태를 달성한다. 예를 들어, HF 에칭액은 플라즈마 노출된 표면에 대해 약 20 내지 100 마이크로인치 (약 0.5 내지 2.5 미크론), 더욱 바람직하게 30 내지 50 마이크로인치 (약 0.75 내지 1.25 미크론) 의 Ra 값을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 에칭된 플라즈마 노출된 표면들은 바람직하게 약 1.1 내지 4, 더 바람직하게 1.2 내지 1.5 의 명목 표면적에 대한 실제 표면적의 비를 갖는다. 플라즈마 노출된 표면의 표면 형태의 특성 피쳐 길이는 바람직하게 약 2 내지 30 미크론, 더욱 바람직하게 5 내지 20 미크론이다. 예를 들어, 평균 피쳐 길이는 플라즈마 노출된 표면에 대해 약 10 미크론일 수 있다.
에칭되지 않은 밀봉 표면 (28) 은 약 10 내지 20 마이크로인치 (0.25 내지 0.5 미크론) 의 바람직한 Ra 값으로 연마된다. 밀봉 표면의 표면적은 플라즈마 노출된 표면이 아니기 때문에 중요하지 않다. 밀봉 표면의 특성 피쳐 길이는 바람직하게 약 5 내지 25 미크론이다.
마스크를 밀봉 표면 (28) 으로부터 제거하고 유전체 윈도우 (20) 를 세정하여 플라즈마 노출된 표면 및 다른 표면들로부터 금속 오염물을 제거한다. 세정 단계는 Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Ni, K, Na, Ti 및 Zn 중 하나 이상에 대한 유전체 윈도우의 세정된 표면의 금속 레벨을 바람직하게 약 1000×1010 원자/㎠ 미만, 더욱 바람직하게 약 100×1010 원자/㎠ 미만, 가장 바람직하게 약 10×1010 원자/㎠ 미만으로 감소시킨다.
다른 예로서, 도 11은 진공 밀봉 표면 (42, 44) 및 플라즈마 노출된 표면 (46) 을 포함하는 가스 인젝터 (40) 를 도시한다. 가스 인젝터 (40) 는 또한 내부 구멍 (미도시) 과 같은 내부 플라즈마 노출된 표면을 포함한다. 진공 밀봉 표면들 (42, 44) 은, 예를 들어, O-링 밀봉 표면일 수 있다. 가스 인젝터는 다른 밀봉 표면들 (미도시) 을 포함할 수 있다. 가스 인젝터 (40) 와 같은 석영 유리로 제조된 가스 인젝터는 다음의 바람직한 과정에 의해 마감될 수 있다.
플라즈마 노출된 표면 (46) 은 기계가공되고 기계적 연마되어 약 7 내지 20 마이크로인치 (0.025 내지 0.5 미크론), 더욱 바람직하게 7 내지 12 마이크로인치 (0.075 내지 0.3 미크론) 의 Ra 값을 달성한다. 가스 인젝터 (40) 의 플라즈마 노출된 표면 (46) 은 플라즈마 화학에 크게 영향을 주지 않도록 충분히 작다. 따라서, 플라즈마 노출된 표면 (46) 은 바람직하게 낮은 HF 농도에서 손상된 표면 재료를 제거하도록 하는 기계가공 및 에칭 단계 동안의 에칭 시간 후에 가능한한 매끈한 것이 바람직하다.
플라즈마 노출된 표면 (46) 은 HF 에칭액과 같은 플루오르 함유 에칭액을 사용하여 에칭되어 바람직한 표면 마감을 달성할 수 있다. 예를 들어, 표면은 1 내지 100 마이크로인치 (약 0.025 내지 2,5 미크론), 더욱 바람직하게 40 내지 60 마이크로인치 (약 1 내지 1.5 미크론) 의 Ra 값을 가질 수 있다. 가스 인젝터의 외부 표면은 에칭 후 가능한한 매끈하다. HF 농도 및 에칭 시간은 바람직한 플라즈마 노출된 표면 매끈함을 달성하기 위해 변화될 수 있다.
밀봉 표면 (42, 44) 은 바람직하게 약 12 내지 20 마이크로인치 (0.3 내지 0.5 미크론) 의 Ra 값으로 연마된다. 밀봉 표면 (42, 44) 의 특성 피쳐 길이는 바람직하게 약 5 내지 25 미크론이다.
마스크를 밀봉 표면 (42, 44) 으로부터 제거하고 가스 인젝터 (40) 를 세정하여 외부 표면으로부터 금속 오염물을 제거한다. 세정 단계는 Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Ni, K, Na, Ti 및 Zn 중 하나 이상에 대한 가스 인젝터의 표면 금속 오염물 레벨을 바람직하게 약 1000×1010 원자/㎠ 미만, 더욱 바람직하게 약 100×1010 원자/㎠ 미만, 가장 바람직하게 약 10×1010 원자/㎠ 미만으로 감소시킨다.
따라서, 석영 유리를 마감하는 방법의 바람직한 실시형태는 다양한 사이즈 및 형상을 갖는 플라즈마 프로세싱 장치에 대한 컴포넌트를 마감하는 데 사용될 수 있으며, 컴포넌트의 다양한 표면에서 다양한 표면 마감을 제공하는데 사용될 수 있 다. 본 방법의 바람직한 실시형태는 동일한 컴포넌트에 대해 높은 진공 완전성을 갖는 밀봉 표면뿐만 아니라 플라즈마 반응기에 대한 개선된 파티클 성능을 갖는 플라즈마 노출된 표면을 제공할 수 있다.
본 발명을 그 구체적인 실시형태를 참조하여 상세하게 설명하였지만, 첨부된 청구의 범위의 범주를 벗어나지 않고 다양한 변화 및 변경이 만들어질 수 있으며 균등물이 사용될 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (28)

  1. 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 하나 이상의 석영 유리 표면을 기계적 연마하는 단계;
    상기 기계적 연마된 석영 유리 표면을 플루오르 함유 에칭액으로 화학적 에칭하는 단계; 및
    표면으로부터 금속 오염물을 제거하기 위해 상기 에칭된 석영 유리 표면을 세정액으로 세정하는 단계를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 석영 유리 표면은 불꽃용해된 (flame-fused) 천연 석영, 아크용해된 (arc-fused) 천연 석영, 및 합성 석영으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 재료인, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 석영 유리 표면은 기계가공된 및/또는 소결된 표면인, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 석영 유리 표면은 플라즈마 노출된 표면인, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계적 연마 이전에 상기 석영 유리 표면은 약 10 ppm 미만의 금속 불순물 레벨을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계적 연마된 석영 유리 표면은 약 5 내지 30 마이크로인치, 또는 약 12 내지 20 마이크로인치의 산술 평균 조도 (Ra) 를 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭액은 하이드로플루오르산, 암모늄 플루오라이드, 암모늄 바이플루오라이드, 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 플루오르 함유 화학약품을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 에칭된 석영 유리 표면은 약 1 내지 100 마이크로인치의 산술 평균 조도 (Ra), 및 약 1.1 내지 4, 또는 약 1.2 내지 1.5의 실제 표면적/명목 표면적의 비율을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세정액은 (ⅰ) 질산, 하이드로플루오르산, 인산, 옥살산, 포름산, 하이드로클로로산, 아세트산, 구연산 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 산, 및/또는 (ⅱ) 과산화수소를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 오염물은 Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Ni, K, Na, Ti 및 Zn으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, 상기 세정된 석영 유리 표면은 약 1000×1010 원자/㎠ 미만, 또는 약 100×1010 원자/㎠ 미만, 또는 약 10×1010 원자/㎠ 미만 중 하나 이상의 금속 오염물의 레벨을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기계적 연마는 (ⅰ) 하나 이상의 플라즈마 노출된 석영 유리 표면을 제 1 표면 형태로 기계적으로 연마하는 단계, 및 (ⅱ) 컴포넌트의 하나 이상의 진공 밀봉 석영 유리 표면을 상기 제 1 표면 형태와 상이한 제 2 표면 형태로 기계적 연마하는 단계를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 진공 밀봉 석영 유리 표면은 상기 기계적 연마 후 동심원 패턴의 홈 (groove) 을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 화학적 에칭 전에 상기 진공 밀봉 석영 유리 표면을 마스킹하는 단계;
    상기 에칭 후 상기 진공 밀봉 석영 유리 표면으로부터 마스크를 제거하는 단계; 및
    상기 진공 밀봉 석영 유리 표면을 상기 세정액으로 세정하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 유전체 윈도우이고;
    상기 플라즈마 노출된 석영 유리 표면은 화학적 에칭되어 (ⅰ) 약 5 내지 20 마이크로인치, 또는 약 12 내지 20 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra, (ⅱ) 약 1.1 내지 4, 또는 약 1.2 내지 1.5의 실제 표면적/명목 표면적의 비율, 및 (ⅲ) 약 2 내지 30 미크론, 또는 약 5 내지 20 미크론의 특성 피쳐 (feature) 길이 중 하나 이상을 생성하며; 그리고
    상기 진공 밀봉 석영 유리 표면은 화학적으로 에칭되지 않고, 기계적 연마 후 (ⅰ) 약 10 내지 20 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra 및 (ⅱ) 약 5 내지 25 미크론의 특성 피쳐 길이 중 하나 이상을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 가스 인젝터이고;
    상기 플라즈마 노출된 석영 유리 표면은 화학적 에칭되어 약 1 내지 100 마이크로인치, 또는 약 40 내지 60 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra를 생성하며; 및
    상기 진공 밀봉 석영 유리 표면은 화학적으로 에칭되지 않고, 기계적 연마 후 약 12 내지 20 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra를 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  16. 청구항 1 항에 따른 방법에 의해 표면 마감된 하나 이상의 컴포넌트를 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 챔버 내에 설치하는 단계; 및
    상기 플라즈마 챔버 내에서 하나 이상의 반도체 기판을 플라즈마 에칭하는 단계를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 에칭하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 반도체 기판을 플라즈마 에칭하기 전에 약 1/2 시간 미만 동안 상기 컴포넌트를 플라즈마 컨디셔닝하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 에칭하는 방법.
  18. 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 하나 이상의 플라즈마 노출된 석영 유리 표면을 기계적 연마하는 단계;
    상기 컴포넌트의 하나 이상의 진공 밀봉 석영 유리 표면을 기계적 연마하는 단계;
    상기 진공 밀봉 석영 유리 표면을 마스킹하는 단계;
    상기 기계적 연마되고 플라즈마 노출된 석영 유리 표면을 플루오르 함유 에칭액으로 화학적 에칭하는 단계; 및
    금속 오염물을 제거하기 위해 상기 에칭된 석영 유리 플라즈마 노출된 표면 및 상기 진공 밀봉 석영 유리 표면을 세정액으로 세정하는 단계를 포함하며,
    상기 석영 유리 플라즈마 노출된 표면은 상기 세정하는 단계 후 상기 진공 밀봉 표면의 표면 형태와 상이한 표면 형태를 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트의 표면 마감 방법.
  19. 청구항 18 항에 따른 방법에 의해 표면 마감된 하나 이상의 컴포넌트를 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 챔버 내에 설치하는 단계; 및
    상기 플라즈마 챔버 내에서 하나 이상의 반도체 기판을 플라즈마 에칭하는 단계를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 에칭하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 반도체 기판을 플라즈마 에칭하기 전에 약 1/2 시간 미만 동안 상기 컴포넌트를 플라즈마 컨디셔닝하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 에칭하는 방법.
  21. 제 1 산술 표면 조도 Ra 를 갖는 하나 이상의 플라즈마 노출된 석영 유리 표면; 및
    상기 제 1 산술 표면 조도 Ra 와 상이한 제 2 산술 표면 조도 Ra 를 갖는 하나 이상의 진공 밀봉 석영 유리 표면을 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라즈마 노출된 석영 유리 표면 및 상기 진공 밀봉 석영 유리 표면은 불꽃 용해된 천연 석영, 아크 용해된 천연 석영, 및 합성 석영으로 구성된 그룹으 로부터 선택되는 재료인, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라즈마 노출된 석영 유리 표면은 (ⅰ) 약 1 내지 100 마이크로인치의 산술 평균 조도 (Ra), 및 (ⅱ) 약 1.1 내지 4, 또는 약 1.2 내지 1.5의 실제 표면적/명목 표면적의 비율을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라즈마 노출된 석영 유리 표면은 약 1000×1010 원자/㎠ 미만, 또는 약 100×1010 원자/㎠ 미만, 또는 약 10×1010 원자/㎠ 미만의, Al, B, Ca, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Ni, K, Na, Ti 및 Zn으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 금속의 레벨을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 유전체 윈도우이고;
    상기 플라즈마 노출된 석영 유리 표면은 (ⅰ) 약 5 내지 20 마이크로인치, 또는 약 12 내지 20 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra, (ⅱ) 약 1.1 내지 4, 또는 약 1.2 내지 1.5의 실제 표면적/명목 표면적의 비율, 및 (ⅲ) 약 2 내지 30 미크 론, 또는 약 5 내지 20 미크론의 특성 피쳐 길이 중 하나 이상을 가지며; 그리고
    상기 진공 밀봉 석영 유리 표면은 (ⅰ) 약 10 내지 20 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra 및 (ⅱ) 약 5 내지 25 미크론의 특성 피쳐 길이 중 하나 이상을 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 컴포넌트는 가스 인젝터이고;
    상기 플라즈마 노출된 석영 유리 표면은 1 내지 100 마이크로인치, 또는 약 40 내지 60 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra를 가지며; 그리고
    상기 진공 밀봉 석영 유리 표면은 약 12 내지 20 마이크로인치의 산술 평균 조도 Ra를 갖는, 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트.
  27. 청구항 21 항에 따른 플라즈마 프로세싱 장치용 컴포넌트를 플라즈마 프로세싱 장치의 플라즈마 챔버 내에 설치하는 단계; 및
    상기 플라즈마 챔버 내에서 하나 이상의 반도체 기판을 플라즈마 에칭하는 단계를 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 에칭하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 반도체 기판을 플라즈마 에칭하기 전에 약 1/2 시간 미만 동안 상기 컴 포넌트를 플라즈마 컨디셔닝하는 단계를 더 포함하는, 플라즈마 프로세싱 장치 내에서 반도체 기판을 에칭하는 방법.
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