KR20080078209A - 실리콘 링의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 링의 제조 방법에 관한 것으로, 실리콘 원통을 마련하는 단계와, 코어링 공정을 통해 상기 실리콘 원통의 중심부에 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 원통을 절단하여 내부가 비어 있는 실리콘 판을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 판의 내외측면을 가공하여 실리콘 링 부재를 형성하는 단계 및 상기 실리콘 링 부재의 표면을 폴리싱하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법을 제공한다. 이와 같이 잉곳 상태의 실리콘 원통의 내측 중심에 관통홀을 형성하여 실리콘 링의 제작 원가를 절감시킬 수 있고, 폴리싱을 통해 실리콘 링의 표면 특성을 웨이퍼와 동일한 특성을 갖도록 하여 웨이퍼 상측 영역의 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있으며, 실리콘 링의 커프로스를 1mm 이하로 가공이 가능하여 원가를 절감시킬 수 있다.

실리콘링, 포커스링, 잉곳, 코어링, 크로핑, 플라즈마, 웨이퍼

Description

실리콘 링의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SILICON RING}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 링의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도.

도 2 내지 도 8은 일 실시예에 따른 실리콘 링의 제조 방법을 설명하기 위한 도면.

도 9는 일 실시예에 따른 코어링 공정을 설명하기 위한 흐름도.

도 10은 일 실시예에 따른 폴리싱 공정을 설명하기 위한 흐름도.

도 11은 본 실시예에 따른 실리콘 링을 포함하는 플라즈마 처리 장치의 단면 개념도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 잉곳 120 : 실리콘 원통

130 : 실리콘 판 140 : 실리콘 링 부재

150 : 실리콘 링 200 : 챔버

201 : 웨이퍼 210 : 하부 전극

220 : 상부 전극 230, 240 : 전원 공급부

본 발명은 실리콘 링의 제조 방법에 관한 것으로, 플라즈마 처리 장치에 사용되는 포커스 링의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판(즉, 실리콘 웨이퍼)상에 반도체성 박막, 도전성 박막 또는 절연성의 박막을 형성하고, 이들의 일부를 식각하여 제작한다. 최근들어, 박막의 형성 공정과 식각 공정시 플라즈마 기술을 이용하여 공정 효율을 증대시키고 있다. 식각 공정을 예를 들면, 플라즈마 식각 챔버에 반응 가스를 공급하고, 챔버에 고주파 전원을 인가하여 반응 가스를 여기된 플라즈마 상태가 되도록 한다. 이와 같이 반응 가스를 플라즈마화시켜 웨이퍼 상의 박막들과의 반응성을 높일 뿐만 아니라, 플라즈마화된 반응 가스의 물리적인 충돌에 의해 박막이 제거됨으로 인해 박막의 제거 성능을 향상시킬 수 있다.

플라즈마 처리 장치의 경우 웨이퍼 상부에 형성되는 플라즈마의 분포가 균일하게 유지되어야 하는 문제가 있다. 따라서, 웨이퍼의 가장자리 부위에 원형의 링을 배치시켜 웨이퍼 상의 플라즈마 분포의 균일도를 향상시켰다. 즉, 플라즈마를 웨이퍼의 외측까지 확대시켜 웨이퍼 상측의 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있었다.

종래의 실리콘 링의 제조를 간략히 살펴보면 다음과 같다. 와이어 소 잉(sawing) 공정을 통해 절단된 실리콘 원판을 마련한다. 실리콘 원판에 관통홀을 형성하는 코어링 공정을 수행하여 실리콘 링 몸체를 형성한다. 코어링된 실리콘 링 몸체는 연삭기 또는 MCT를 이용하여 내경 및 외경을 가공하여 실리콘 링을 형성한다. 그리고, 실리콘 링의 표면 평탄화를 위해 로터리 연삭기를 이용하여 실리콘 링의 표면 및 이면을 그라인딩 한다.

그라인딩 후의 폴리싱은 왁스 공정을 사용하는 매엽식 단면 폴리싱이므로 실리콘 링 표면의 평탄도가 나쁘며, 생산성이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 실리콘 링의 표면이 고르지 못하기 때문에 식각 공정시 웨이퍼에 비하여 더 많은 파티클을 생성하게 되는 파티클 소스로 작용하는 문제가 발생한다. 그리고, 상술한 바와 같이 제작된 종래의 실리콘 링의 경우 커프 로스(Kerf Loss)가 1mm 이상으로 많아 생산 원가가 높은 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 실리콘 링의 표면이 웨이퍼와 유사한 경면을 갖도록 제작하여 실리콘 링의 표면 및 에지의 파티클 발생원을 감소시키고, 커프로스를 1mm 이하로 줄일 수 있어 생산 원가를 절감할 수 있는 실리콘 링 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 실리콘 원통을 마련하는 단계와, 코어링 공정을 통해 상기 실리콘 원통의 중심부에 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 원통을 절단하여 내부가 비어 있는 실리콘 판을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 판의 내외측면을 가공하여 실리콘 링 부재를 형성하는 단계 및 상기 실리콘 링 부재의 표면을 폴리싱하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법을 제공한다.

상기 실리콘 원통을 마련하는 단계는, 실리콘 단결정 잉곳을 성장하는 단계 및 크로핑 공정을 통해 실리콘 단결정 잉곳의 양 끝단의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘 원통을 마련하는 단계는, 실리콘 단결정 잉곳을 성장하는 단계 및 로드 그라인딩 공정을 통해 상기 실리콘 단결정 잉곳의 외경을 가공하는 단계를 포함하는 것이 효과적이다.

상기 실리콘 원통의 외경은 상기 실리콘 링 부재의 외경에 비하여 1 내지 10% 큰고, 상기 실리콘 원통의 관통홀의 직경은 상기 실리콘 링 부재의 내경에 비하여 1 내지 10% 작은 것이 바람직하다.

상기 코어링 공정은, 상기 실리콘 원통의 상부면, 하부면 또는 상부면 및 하부면에 카본 지그를 본딩하는 단계와, 상기 카본 지그가 본딩된 상기 실리콘 원통의 중심부의 일부를 제거하는 코어링을 실시하는 단계 및 상기 카본 지그 및 상기 코어링 중 발생한 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 카본 지그를 본딩하는 단계 전에 상기 실리콘 원통을 다수의 블록으로 절단하는 단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.

상기 실리콘 판의 내외측면의 가공은, 그라인딩 공정을 통해 상기 내부가 비 어있는 실리콘 판의 외측면 및 내측면 중 적어도 어느 한면의 일부를 제거하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘 링 부재는 내측면에 계단형 단차를 갖는 것이 바람직하다.

상기 폴리싱은 상기 실리콘 링 부재의 상부면과 하부면을 동시에 폴리싱하는 더블 사이드 폴리싱 공정을 이용하는 것이 효과적이다.

상기 실리콘 원통의 절단은 와이어를 이용한 소잉 공정을 수행하고, 상기 실리콘 판을 형성하는 단계 이후, 상기 실리콘 판 표면 평탄화를 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 실리콘 링 부재를 형성하는 단계 이후, 열처리 공정을 통해 상기 실리콘 링 부재의 저항을 조절하는 단계를 더 포함하는 것이 효과적이다.

또한, 본 발명에 따른 실리콘 잉곳을 마련하는 단계와, 상기 실리콘 잉곳의 중심부에 관통홀을 형성하는 단계와, 상기 관통홀을 갖는 상기 실리콘 잉곳을 절단하여 실리콘 링 부재를 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법을 제공한다.

상기 실리콘 링 부재를 가공 및 폴리싱 하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하 도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 링의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 2 내지 도 7은 일 실시예에 따른 실리콘 링의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 8은 일 실시예에 따른 코어링 공정을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 9는 일 실시예에 따른 폴리싱 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 대구경(8인치 이상)의 잉곳(110)을 제작한다(S10). 잉곳(110)은 쵸크랄스키(Czochralski; CZ)법을 이용하여 성장되는 것이 바람직하다. 물론, 이에 한정되지 않고 용융 대역(Float Zone; FZ)법 등의 다양한 제작 방법을 통해 대구경의 잉곳(Ingot)을 성장시킬 수 있다.

잉곳(110)의 제작은 먼저, 석영 도가니 내에 다결정 실리콘(Poly Silicon)을 포함한 원부자재를 넣고, 가열한다. 약 1412도 이상이 온도로 가열하여 다결정 실리콘을 용융시킨다. 바람직하게는 1400 내지 1500도의 온도에서 가열을 수행하는 것이 효과적이다. 이어서, 목표로 하는 결정 방향과 동일한 결정 방향을 가진 단결정 씨드(Seed)를 용융액 표면 중심부에 접촉시킨다. 이후, 씨드를 천천히 들어 올려 실리콘 단결정 잉곳(110)을 성장시킨다. 이때, 씨드와 석영 도가니를 반대 방향으로 회전시킨다. 씨드가 단결정 용융액 상측으로 인상되는 경우 씨드와 용육액 표면 사이에는 표면 장력이 발생하게 되어 얇은 실리콘 막들이 씨드 표면으로 지속 적으로 달라 붙게 되고, 동시에 냉각된다. 씨드 표면에서 냉각되는 동안 용융액 속의 실리콘 원자들은 씨드와 동일 방향의 결정 방향성을 갖게 된다.

여기서, 용융액의 흐름을 원활하고 안정되게 하기 위해 자기장을 인가할 수도 있다. 물론 통상의 자기장을 사용하는 것이 가능하다. 본 실시예에서는 대면적의 잉곳을 성장시키기 위해 수평 자장을 인가하여 결정성을 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 수평 자장으로 1000가우스 이상을 인가한다. 수평 자장은 잉곳의 성장 방향과 수직한 방향으로 인가된 자장을 지칭한다.

도 3에 도시된 바와 같이 크로핑(Cropping) 공정을 통해 단결정 잉곳 상하부의 불필요한 부분을 절단하여 잉곳(110)이 원 통 형상이 되도록 한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 초크랄스키법을 통해 성장된 단결정 잉곳(110)은 상하부에 뾰족하게 돌출된 통 형상으로 제작된다. 이에 크로핑 공정을 실시하여 잉곳(110)의 상하부의 돌출부를 절단하여 원형 단결정 실리콘 원통(120a)을 제작한다. 이를 통해 후속 가공이 용이하도록 할 수 있다.

물론 이때, 단결정 잉곳을 복수의 블럭 단위로 절단할 수도 있다. 그리고, 크로핑 공정은 필요에 따라 생략될 수 있다.

이어서, 로드 그라인딩 공정을 통해 잉곳(110)의 외측면을 가공하여 잉곳(110)의 외경을 조절한다(S20).

이때, 잉곳(110)의 외경은 제작하고자 하는 실리콘 링의 외경에 맞게 조절하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 후속 폴리싱 공정과 그라인딩 공정에 의해 제거될 두께를 고려하여 목표로 하는 실리콘 링의 외경보다 크게 제작한다. 예를 들어 실리콘 링의 최대 외경 길이를 1이라고 할 경우 원통 형상의 잉곳(110)(즉, 단결정 실리콘 원통(120a))의 외경은 1.01 내지 1.10인 것이 바람직하다. 이때, 상기 범위를 벗어나는 경우 폴리싱 및 그라인딩 공정의 공정 조건 조절이 어려운 문제가 발생한다. 로드 그라인딩 공정은 필요에 따라 생략 가능하고, 로드 그라인딩 공정을 생략하는 경우, 후속 공정인 CNC 설비를 이용하여 외경 가공을 수행할 수 있다.

로드 그라인딩 공정 후, 단결정 실리콘 원통(120a)의 품질을 검사한다. 이러한 품질 검사로 단결정 실리콘 원통(120a)의 외경 평가 및 에지칩 평가 등을 수행할 수 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 코어링 공정을 통해 실리콘 원통(120a)의 중심부를 제거하여 관통홀(121)을 형성하여 중심부가 비어 있는 실리콘 원통(120b)을 제작한다(S30). 도 4는 코어링 공정을 설명하기 위한 단면도이고, 도 5는 코어링 공정 후의 중심이 비어 있는 실리콘 원통(120b)의 사시도이다.

이때, 관통홀(121)의 지름(즉, 중심이 비어 있는 실리콘 원통(120b)의 내경)은 제작하고자 하는 실리콘 링의 내경에 맞게 조절하는 것이 바람직하다. 실리콘 링의 경우 서로 다른 지름을 갖는 복수의 내경을 가질 수 있다. 따라서, 상기 관통홀(121)의 지름은 가장 작은 크기의 내경의 지름을 고려하여 제작된다. 실리콘 링의 최소 외경 길이를 1이라고 할 경우 실리콘 원통(120b)의 관통홀(121)의 지름은 0.90 내지 0.99인 것이 바람직하다. 이는 후속 내경 폴리싱 및 그라인딩 공정이 수행될 경우 내경의 일부가 증가할 수 있기 때문이다. 그리고, 상기 범위를 벗어나는 경우 폴리싱 및 그라인딩 공정의 공정 조건 조절이 어려운 문제가 발생한다. 관통홀(121)은 잉곳의 성장 방향으로 형성된다. 즉 실리콘 원통(120a)의 길이 방향과 평행한 방향으로 마련된다.

코어링 공정에 관해 도 4 및 도 9를 참조하여 좀더 상세 설명하면 다음과 같다.

크로핑 공정 및 로드 그라인딩 공정과 검사가 끝난 실리콘 원통(120a)의 하측면 및/또는 상측면에 카본 지그(30)를 본딩한다(S100). 도 4에서는 실리콘 원통(120a)의 하측면에 카본 지그(30)를 부착하였다. 대략 사각 판 형태의 카본 지그(30)를 코어링 공정을 수행하기 위한 장비의 스테이지(10) 상에 고정 부재(20)를 이용하여 고정시킨다. 이를 통해 코어링 공정시 실리콘 원통(120a)의 이동을 자유롭게 수행할 수 있고, 실리콘 원통(120a)을 코어링 장치에 고정시킬 수 있어 코어링 공정의 수행 능력을 향상시킬 수 있다.

코어링을 실시하여 카본 본딩된 실리콘 원통(120a) 내측 중심의 일부를 제거한다(S110). 도 4에 도시된 바와 같이 그 끝단에 절단부재(예를 들어, 다이아몬드)를 구비하는 코어링 휠(40)을 회전시키면서 실리콘 원통(120a) 방향으로 하강시키면, 코어링 휠(40)에 의해 실리콘 원통(120a)의 내측 중심의 단결정 실리콘이 제거되면서, 단결정 실리콘 원통(120a) 즉, 실리콘 잉곳의 중심이 비어 있는 실리콘 원통(120b)과, 잉곳보다 직경이 작은 중심 원통이 제작된다. 도 4의 도면상에서의 코어링 휠(40)의 길이는 실리콘 원통(120a)에 따라 다양하게 변화될 수 있다. 그리고, 코어링 휠(40)(절단 부재)의 두께(또는 폭)는 0.1mm 내지 5mm 인 것이 바람직 하다. 이는 코어링 휠(40)의 절단 부재의 두께가 두껍게 되는 경우 실리콘 원통(120a)이 제거되는 양이 많아지게 되고, 코어링을 통해 제작된 중심 원통의 직경이 작아지게 되는 경향이 있기 때문이다.

상기 코어링시 실리콘 원통(120a) 하측에 마련된 카본 지그(30)의 일부도 함께 제거되는 것이 바람직하다.

이때, 코어링 전에 로드 그라인딩 공정을 통해 실리콘 원통(120a)을 복수의 블록으로 절단한 다음 각 실리콘 블록별로 코어링을 수행할 수도 있다. 그리고, 코어링은 실리콘 원통(120a)의 상면에서 하면까지 한번에 코어링을 수행할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 실리콘 원통(120a)의 상면에서 하면 방향으로 1차 코어링을 수행한 다음 실리콘 원통(120a)을 뒤집어 하면에서 상면 방향으로 2차 코어링을 수행할 수도 있다. 이는 실리콘 원통(120a)(또는 실리콘 블록)의 길이와 코어링 휠(40)의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

코어링을 통해 그 중심이 비어 있는 실리콘 원통(120b)을 형성한 다음 카본 제거 공정을 수행하여 실리콘 원통(120b)에 본딩된 카본 지그(30)를 제거한다(S120). 그리고, 세정 공정을 통해 코어링 공정시 발생한 파티클 및 이물질을 제거한다. 이때, 카본 제거 공정과 세정 공정이 단일 공정으로 수행될 수도 있다.

이와 같이 본 실시예에서는 슬라이싱(slicing) 되기 전의 잉곳 상태(실리콘 원통(120b) 상태)에서 그 중앙에 링 제작을 위한 내부 관통홀(121)을 형성하여 원가 절감의 효과가 있다. 즉, 종래에는 잉곳이 슬라이싱된 복수의 원판을 각기 코어링하여 중앙의 관통홀을 형성하였다. 따라서, 예를 들어 단일의 잉곳(즉, 실리콘 통)에서 100개의 실리콘 원판이 제작되는 경우, 종래에는 100개의 실리콘 원판 각각에 코어링을 실시하였다. 즉, 100번의 코어링 공정을 수행하였다. 하지만, 본 실시예에서는 슬라이싱 되기 전의 실리콘 원통(120)을 코어링 하기 때문에 한번의 코어링 공정만으로 100개에 해당하는 원판 코어링 공정을 대신할 수 있게 된다. 따라서, 종래에 비하여 코어링 공정 수를 절감할 수 있다. 또한, 종래에는 얇은 원판을 사용하기 때문에 코어링 공정 후 잘려진 원판 중심부(즉, 중심 원통)는 버려지게 되었다. 하지만, 본 실시예의 경우 실리콘 원통(120)의 코어링을 통해 잘려진 중심부가 직경이 작은 원통이 되고, 이를 다른 용도로 사용할 수 있게 된다. 예를 들어 실리콘 웨이퍼, 실리콘 전극 또는 작은 사이즈의 실리콘 링으로 사용될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 코어링되어 중심이 비어 있는 실리콘 원통(120b)(중심에 원형의 관통홀(121)이 마련됨)을 절단(slicing)하여 중심이 비어 있는 실리콘 판(130)을 제작한다(S40).

실리콘 판(130)은 와이어를 이용한 소잉 공정을 통해 실리콘 원통(120b)을 얇은 두께의 판 형상으로 절단하여 제작된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다이아몬드를 이용한 절단 방법을 사용할 수도 있다. 본 실시예에서는 상기 절단 공정시 제작되는 실리콘 판(130)의 두께를 다양하게 조절할 수 있어 다양한 제품의 실리콘 링을 제작할 수 있다. 즉, 종래에는 복수의 원판이 동일 두께를 갖게 되어 다양한 제품에 대응되기 어려운 문제가 있었다. 하지만, 본 실시예에서는 실리콘 원통(120)의 절단시 두께 조절이 가능하기 때문에 다양한 두께의 실리콘 판(130)을 제작할 수 있고, 이를 통해 다양한 제품의 실리콘 링을 제작할 수 있게 된다. 단일 의 실리콘 원통(120b)에서 각기 그 두께가 동일한 실리콘 판(130)을 제작할 수 있고, 각기 그 두께가 서로 다른 실리콘 판(130)을 제작할 수도 있다. 물론 단일의 실리콘 원통(120b)에서 다양한 두께의 실리콘 판(130)이 제작될 수 있다.

그리고, 실리콘 판(130) 제작을 위한 절단 공정은 앞선 코어링 공정과 같이 실리콘 통의 외주면에 카본 지그를 본딩하여 절단 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

도 7에 도시된 바와 같이 실리콘 판(130) 각각의 외측 표면의 평탄화를 위한 평탄화 공정을 수행한다(S50). 평탄화 공정은 중심이 비어 있는 실리콘 판(130)의 상부면과 하부면을 그라인딩 한다. 물론 중심이 비어 있는 실리콘 판(130)의 내측벽면과 외측벽면도 함께 그라인딩하여 실리콘 판(130)의 표면을 평탄화한다.

그라인딩 공정을 통해 와이어를 통해 절단된 실리콘 판(130)의 상부면과 하부면을 그라인딩 한다. 이때, 실리콘 판(130)의 내측면과 외측면도 함께 그라인딩을 수행할 수도 있다. 이러한, 그라인딩 공정을 통해 와이어 소잉에 의한 소 마크를 제거하고, 표면 평탄도를 향상시킬 수 있다. 그라인딩 공정은 거친(rough) 그라인딩 휠과, 고운(fine) 그라인딩 휠을 장착할 수 있는 2축 그라인더를 이용하여 수행하는 것이 바람직하다. 거친 그라인딩 휠의 경우 200 내지 1000 메쉬를 갖고, 고운 그라인딩 휠의 경우 1000 내지 3000메쉬를 갖는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게 거친 그라인딩 휠은 250 내지 400메쉬를 갖고, 고운 그라인딩 휠은 1500 내지 2000메쉬를 갖는다.

이때, 거친 그라인딩 휠에 의한 그라인딩은 와이어 소 마크 및 평탄도 향상 효과가 있고, 고운 그라인딩 휠에 의한 그라인딩은 표면 거칠기를 줄여 후속 공정을 용이하게 수행할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 그라인딩 공정을 위해 웨이퍼 가공시 사용되는 다양한 그라인더가 사용될 수 있다. 그라인딩 공정 후, 그라인딩 공정시 발생한 파티클 및 슬러지를 제거하기 위한 불순물 제거 세정 공정을 더 수행할 수 있다. 이때, 불순물 제거 세정공정은 더블 스크러버 공정을 이용하는 것이 바람직하다. 즉, 상하부 영역에 브러시가 마련된 더블 스크러버 장비를 이용하여 웨이퍼 상하면의 불순을 동시에 제거할 수 있다.

그라인딩 공정 후에 그라인딩 데미지를 제거하기 위한 에칭 공정을 실시한다. 에칭 공정으로는 습식 에칭을 수행하고, 이때 사용되는 케미컬로는 KOH 및/또는 NaOH를 포함하는 알칼리계 케미컬을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 HNO₃와 같은 산성 케미컬을 사용할 수도 있다.

도 8에 도시된 바와 같이 실리콘 판(130)의 내측벽면 및/또는 외측벽면을 가공하여 실리콘 링 부재(140)를 제작한다(S60).

실리콘 링이 사용되는 용도에 따라 다양한 형태의 가공 공정이 가해질 수 있다. 본 실시예에서는 실리콘 판(130)의 내측벽면의 일부를 제거하여 계단형의 단차(도 8의 A 영역 참조)를 갖는 실리콘 링 부재(140)를 제작하였다. 즉, 본 실시예에 따른 실리콘 링 부재(140)는 그 내측 중앙에 제 1 지름을 갖는 관통홀과, 관통홀 상측에 제 1 지름보다 큰 제 2 지름을 갖는 홈을 포함한다. 물론 이에 한정되지 않고, 가공 공정에 의해 실리콘 링 부재(140)는 필요에 따라 연장 돌기, 오목홈 을 포함하는 다양한 패턴을 포함할 수도 있다.

중심이 비어 있는 실리콘 판(130)의 내외측면의 가공은 그라인딩 공정을 통해 수행되는 것이 바람직하다. 이때, 실리콘 판(130)의 가공은 CNC 장비 또는 MCT 장비를 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 가공 공정 후에 가공 공정시 발생한 파티클 및 슬러지를 제거하기 위한 세정 공정을 수행할 수 있다. 그리고, 가공 공정 후에 제작된 실리콘 링 부재(140)의 불량 검사를 수행할 수도 있다.

상기 가공 공정 후에 가공 공정의 데미지를 제거하기 위한 에칭 공정을 실시한다. 에칭 공정은 KOH 및/또는 NaOH를 포함하는 알칼리계 케미컬 또는 HNO₃와 같은 산성 케미컬을 사용한다. 에칭 공정 후에는 DI 또는 SC1을 이용한 세정 공정을 수행하여 실리콘 링 부재(140)의 표면에 흡착되었던 불순물과 케미컬을 제거하는 것이 바람직하다. 가공 공정 후에 수행되는 에칭 공정과 세정 공정은 미세 먼지가 발생되지 않는 크린 룸 내에서 수행되는 것이 바람직하다. 이는 후속되는 공정이 크린룸 내에서 수행되기 때문이다. 물론 상기 에칭과 세정 공정이 일반 룸에서 수행될 수도 있다.

이어서, 도너 킬링 공정을 수행하여 실리콘 링 부재(140) 내의 저항을 안정화시킨다(S70).

즉, 도너 킬링 공정은 실리콘 링 부재(140)의 열처리를 통해 실리콘 링 부재(140) 내의 도펀트를 제거한다. 열처리시 퍼니스 타입 또는 오븐 타입 및 벨트 타입을 포함하는 열처리 기구가 사용된다. 그리고, 열처리는 400도 이상의 온도에서 수행한다. 400 내지 1000도의 온도에서 열처리하는 것이 바람직하다. 이때, 열처리시 실리콘 링 부재(140)가 오염되는 것을 방지하는 것이 효과적이다.

상기 도너 킬링 공정에 의해 실리콘 링 부재(140)의 저항을 안정화시킨 다음 실리콘 링 부재(140)의 저항을 측정하고, 실리콘 링의 이력 관리를 위해 레이저 마킹을 실시한다.

이어서, 폴리싱 공정을 통해 실리콘 링 부재(140)의 외부 표면을 평탄화시키고 표면 거칠기를 줄여 실리콘 링을 제작한다(S80).

상기의 폴리싱 공정은 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

폴리싱 공정은 먼저, 단차 폴리싱 공정을 통해 실리콘 링 부재(140)의 단차 영역의 폴리싱을 실시하여 평탄도를 향상시킬 수 있고, 표면 거칠기를 5Å이하로 유지할 수 있다(S200). 즉, 실리콘 링 부재(140)의 내측면 및 단차 표면(관통홀과 홈 영역)을 폴리싱한다. 이후, 세정 공정을 수행한다(S210).

세정 공정 후에 더블 사이드 폴리싱 공정을 통해 실리콘 링 부재(140)의 상측면(표면)과 하측면(이면)을 동시에 폴리싱한다(S220).

더블 사이드 폴리싱을 수행하는 장비는 하부 폴리싱 패드부와 상부 패드부 그리고, 이들 사이에 소정의 관통홀을 갖고 관통홀 내측에 실리콘 링 부재(140)를 위치시켜 이의 이탈을 방지하는 복수의 캐리어를 구비한다. 이때, 하부 폴리싱 패드와 상부 패드가 각기 다른 방향으로 회전하면서 실리콘 링 부재(140)의 상하면을 동시에 폴리싱한다. 그리고, 복수의 캐리어도 회전하는 것이 바람직하다.

그리고, 더블 사이드 폴리싱 공정용 장비는 실리콘 링 부재(140)의 사이즈 및 두께에 관계없이 캐리어만을 변경하여 폴리싱을 수행할 수 있기 때문에 폴리싱 공정이 용이할 수 있다. 그리고, 폴리싱 공정시 주입되는 슬러리 및 서펙턴트를 조절하여 실리콘 링 부재(140)의 상측면 및 하측면의 표면 거칠기를 제어할 수 있다. 즉, 일반적인 폴리싱은 단면 폴리싱으로 실리콘 판의 한면에 왁스를 코팅하고 폴리싱 헤드에 접착하여 사용하였다. 이로인해 왁스 코팅의 균일도에 따라 평탄도가 달라질 수 있었다. 하지만, 더블 사이드 폴리싱의 경우 왁스 코팅 공정을 수행하지 않는다. 이는 가공하고자 하는 실리콘 링 부재(140)의 두께에 맞는 캐리어를 제작하고 실리콘 링 제품의 사이즈에 맞게 캐리어 홀을 만들어 공정을 진행하기 때문이다.

이와 같은 더블 사이드 폴리싱 공정을 통해 실리콘 링 부재(140)의 상측면과 하측면의 평탄도를 향상시킬 수 있고, 표면 거칠기를 5Å이하로 유지할 수 있다. 표면 거칠기를 1 내지 5Å으로 유지하여 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기인 2Å과 유사하게 유지할 수 있다. 이와 같이 실리콘 링의 표면 거칠기를 웨이퍼의 표면 거칠기와 유사하게 하여 웨이퍼 상측의 플라즈마 균일도를 높여 플라즈마 처리 효율을 향상시킬 수 있다.

더블 사이드 폴리싱 공정 후 세정 공정을 실시하여 슬러리 및 파티클을 제거한다(S230). 이를 통해 본 실시예에 따른 실리콘 링을 제작한다.

이와 같이 제작된 실리콘 링은 커프로스를 1mm 이하로 가공할 수 있어 원가를 절감시킬 수 있다. 본 실시예에서는 200㎛이하로 가공하는 것이 효과적이다. 커 프로스를 10 내지 200㎛로 가공하는 것이 바람직하다.

이어서, 제작 완료된 실리콘 링의 규격을 측정하고, 파이널 세정을 수행한다. 실리콘 링의 규격 측정을 3D 인스펙션을 실시하는 것이 바람직하다. 그리고, 파이널 세정 후에 육안 검사를 실시한다. 육안 검사로는 표면 검사 및 에지 칩핑 검사를 수행하고, 이를 통해 파티클 및 딥 스크레치를 검사할 수 있다.

도 11은 상술한 본 실시예의 제작 방법에 따라 제조된 실리콘 링을 구비하는 플라즈마 식각 장치의 단면 개념도이다.

도 11에 도시된 바와 같이 플라즈마 식각 장치는 챔버(200)와, 웨이퍼(201)가 안치되는 하부 전극(210)과, 하부 전극(210) 상에 안치된 웨이퍼(201)의 가장자리 영역에 마련된 실리콘 링(150)과, 하부 전극(210)에 상측에 마련된 상부 전극(220)과, 하부 전극(210)과 상부 전극(220)에 전원을 공급하는 제 1 및 제 2 전원 공급부(230, 240)를 구비한다.

실리콘 링(150)은 링의 중심에 마련된 웨이퍼(201) 상측에 플라즈마가 균일하게 위치되도록 한다. 더욱이 본 실시예에서는 상기 실리콘 링(150)의 상측면의 거칠기를 웨이퍼(201) 상측면의 거칠기와 유사하게 하여 플라즈마의 균일도를 더욱 증대시킬 수 있다. 이를 통해 웨이퍼(201) 에지 영역의 식각 균일도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 실리콘 링(150)을 통해 하부 전극(210)이 플라즈마에 노출되어 오염되는 것을 방지할 수 있다. 하부 전극(210)으로 정전척을 사용할 수 있고, 상부 전극(220)은 반응 가스를 공급받아 제공하는 샤워헤드와 일체화되어 제작되는 것이 바람직하다.

본 실시예의 제작 방법에 따라 제조된 실리콘 링(150)의 사용처가 상술한 식각 장치에 한정되지 않고, 다양한 플라즈마 처리 장치에 적용될 수 있다. 그리고, 상술한 설명에서는 상기 실리콘 링(150)이 플라즈마 처리 장치에서 웨이퍼 상부의 플라즈마를 균일하게 하는 포커스 링으로 사용됨을 설명하였지만, 이에 한정되지 않고, 실리콘 링(150)의 내외측면의 가공에 따라 다양한 기능을 갖는 링으로 사용될 수 있다. 예를 들어 기판을 고정시키는 고정 링 등으로 사용될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명은 슬라이싱 전의 잉곳 상태의 실리콘 원통의 내측 중심에 관통홀을 형성하여 실리콘 링의 제작 원가를 절감시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 실리콘 링의 표면 특성을 웨이퍼와 유사한 특성을 갖도록 하여 웨이퍼 상측 영역의 플라즈마 균일도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 실리콘 링의 커프로스를 1mm 이하로 가공이 가능하여 원가를 절감시킬 수 있다.

본 발명은 상기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 상기의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

Claims (13)

1. 실리콘 원통을 마련하는 단계;

   코어링 공정을 통해 상기 실리콘 원통의 중심부에 관통홀을 형성하는 단계;

   상기 실리콘 원통을 절단하여 내부가 비어 있는 실리콘 판을 형성하는 단계;

   상기 실리콘 판의 내외측면을 가공하여 실리콘 링 부재를 형성하는 단계; 및

   상기 실리콘 링 부재의 표면을 폴리싱하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 실리콘 원통을 마련하는 단계는,

   실리콘 단결정 잉곳을 성장하는 단계; 및

   크로핑 공정을 통해 실리콘 단결정 잉곳의 양 끝단의 일부를 제거하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 실리콘 원통을 마련하는 단계는,

   실리콘 단결정 잉곳을 성장하는 단계; 및

   로드 그라인딩 공정을 통해 상기 실리콘 단결정 잉곳의 외경을 가공하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 실리콘 원통의 외경은 상기 실리콘 링 부재의 외경에 비하여 1 내지 10% 큰고,

   상기 실리콘 원통의 관통홀의 직경은 상기 실리콘 링 부재의 내경에 비하여 1 내지 10% 작은 실리콘 링의 제조 방법.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 코어링 공정은,

   상기 실리콘 원통의 상부면, 하부면 또는 상부면 및 하부면에 카본 지그를 본딩하는 단계;

   상기 카본 지그가 본딩된 상기 실리콘 원통의 중심부의 일부를 제거하는 코어링을 실시하는 단계; 및

   상기 카본 지그 및 상기 코어링 중 발생한 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 카본 지그를 본딩하는 단계 전에 상기 실리콘 원통을 다수의 블록으로 절단하는 단계를 더 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 실리콘 판의 내외측면의 가공은, 그라인딩 공정을 통해 상기 내부가 비어있는 실리콘 판의 외측면 및 내측면 중 적어도 어느 한면의 일부를 제거하는 실 리콘 링의 제조 방법.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 실리콘 링 부재는 내측면에 계단형 단차를 갖는 실리콘 링의 제조 방법.
9. 청구항 1에 있어서,

   상기 폴리싱은 상기 실리콘 링 부재의 상부면과 하부면을 동시에 폴리싱하는 더블 사이드 폴리싱 공정을 이용하는 실리콘 링의 제조 방법.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 실리콘 원통의 절단은 와이어를 이용한 소잉 공정을 수행하고,

    상기 실리콘 판을 형성하는 단계 이후,

    상기 실리콘 판 표면 평탄화를 수행하는 단계를 더 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 실리콘 링 부재를 형성하는 단계 이후,

    열처리 공정을 통해 상기 실리콘 링 부재의 저항을 조절하는 단계를 더 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
12. 실리콘 잉곳을 마련하는 단계;

    상기 실리콘 잉곳의 중심부에 관통홀을 형성하는 단계; 및

    상기 관통홀을 갖는 상기 실리콘 잉곳을 절단하여 실리콘 링 부재를 형성하는 단계를 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 실리콘 링 부재를 가공 및 폴리싱 하는 단계를 더 포함하는 실리콘 링의 제조 방법.

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