KR20150044695A - 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, a) 그라파이트 원판의 표면에 SiC를 증착하여 SiC 베이스 구조물을 형성하는 단계와, b) 상기 그라파이트 원판을 제거하여 SiC 베이스 구조물을 분리하는 단계와, c) 상기 SiC 베이스 구조물의 전면에 SiC를 코팅하여 실리콘 카바이드 구조물을 획득하는 단계를 포함한다. 본 발명은 그라파이트판에 SiC를 화학기상 증착법으로 1차 증착하고, 그라파이트판과 SiC층을 분리하여, SiC 베이스 구조물을 제조한 후, SiC 베이스 구조물의 전면을 다시 SiC로 증착하여 양면이 동일 또는 유사한 결정 크기를 갖도록 함으로써, 플라즈마에 노출되는 면에 무관하게 수명이 단축됨을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 및 그 제조방법{Silicon carbide structures for plasma processing device and manufacturing method thereof}

본 발명은 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 실리콘 카바이드 구조물의 수명을 연장시킬 수 있는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에서 사용되는 건식식각장치는, 기체상의 식각가스를 사용하는 플라즈마식각 등이 있다. 이는 식각가스를 반응용기내로 인입시키고, 이온화시킨 후, 웨이퍼 표면으로 가속시켜 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거하며, 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 수십 nm 수준의 미세 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

플라즈마 식각에서의 균일한 식각을 위하여 고려되어야 할 변수(parameter)들로는 식각할 층의 두께와 밀도, 식각가스의 에너지 및 온도, 포토레지스트의 접착성과 웨이퍼 표면의 상태 및 식각가스의 균일성 등을 들 수 있다. 특히, 식각가스를 이온화시키고, 이온화된 식각가스를 웨이퍼 표면으로 가속시켜 식각을 수행하는 원동력이 되는 고주파(RF: Radio frequency)의 조절은 중요한 변수가 될 수 있으며, 또한 실제 식각과정에서 직접적으로 그리고 용이하게 조절할 수 있는 변수로 고려된다.

그러나, 실제로 식각이 이루어지는 웨이퍼를 기준으로 볼 때, 웨이퍼 표면 전체에 대한 균일한 에너지 분포를 갖도록 하는 고른 고주파의 적용은 필수적이며, 이러한 고주파의 적용시의 균일한 에너지 분포의 적용은 고주파의 출력의 조절만으로는 달성될 수 없으며, 이를 해결하기 위하여는 고주파를 웨이퍼에 인가하는데 사용되는 고주파 전극으로서의 스테이지와 애노우드의 형태 및 실질적으로 웨이퍼를 고정시키는 기능을 하는 포커스링 등에 의하여 크게 좌우된다.

종래에는 이와 같이 플라즈마 처리장치 내에 설치되는 구조물들의 수명을 연장시키기 위하여 Si재질 대신 SiC 재질의 포커스링이나 전극을 제조하는 방법에 대한 연구가 진행되었다.

본 발명의 출원인의 등록특허 10-1178184가 대표적인 예라 할 수 있다.

상기 등록특허 10-1178184호에 기재된 바에 따르면, 그라파이트 원판의 전체에 SiC를 증착하여 SiC 코팅층을 형성하고, 절단을 통해 플라즈마 처리장치에 사용되는 SiC 소재의 구조물을 획득하는 방법이 기재되어 있다.

그러나 이와 같이 제조된 SiC 소재의 구조물은 상기 그라파이트 원판에 접하는 면인 기재면과 그 기재면의 반대면인 성장면의 차이에 의해 수명에 큰 차이를 보인다.

도 1은 종래와 같이 제조된 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 결정크기를 비교한 사진이다.

도 1을 참조하면 이러한 성장면의 결정 크기가 기재면의 결정 크기에 비해 더 큰 것을 알 수 있으며, 결정 크기의 차이에 의해 식각 경향에 차이가 발생하게 된다.

도 2는 종래와 같이 제조된 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 식각 경향의 차이를 비교한 도면이다.

도 2를 참조하면 SiC 구조물의 성장면은 일부에서 깊이가 깊은 그루브 형상으로 식각이 일어나는 경향이 있으며, 기재면은 상대적으로 식각이 균일하게 일어나는 경향이 있다.

이처럼 기재면과 성장면의 차이에 의하여 SiC 구조물이 플라즈마 처리장치에 설치될 때 성장면이 플라즈마에 노출되는 방향으로 설치되는 경우, 위의 식각경향의 차이에 의해 기재면이 노출될 때에 비해 상대적으로 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 적어도 기재면과 성장면의 결정 크기의 차를 최소화하여 플라즈마 처리장치의 SiC 구조물의 방향성과 무관하게 수명의 단축을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, SiC 구조물의 제조에 소요되는 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 플라즈마 처리장치의 SiC 구조물은, 기재면과 성장면이 구분되는 0.05 내지 0.1mm 두께의 SiC 베이스 구조물과, 상기 SiC 베이스 구조물의 상면과 저면에 각각 증착된 SiC 코팅층을 포함한다.

또한 본 발명 플라즈마 처리장치의 SiC 구조물 제조방법은, a) 그라파이트 원판의 표면에 SiC를 증착하여 SiC 베이스 구조물을 형성하는 단계와, b) 상기 그라파이트 원판을 제거하여 SiC 베이스 구조물을 분리하는 단계와, c) 상기 SiC 베이스 구조물의 전면에 SiC를 코팅하여 실리콘 카바이드 구조물을 획득하는 단계를 포함한다.

본 발명은, 그라파이트판에 SiC를 화학기상 증착법으로 1차 증착하고, 그라파이트판과 SiC층을 분리하여, SiC 베이스 구조물을 제조한 후, SiC 베이스 구조물의 전면을 다시 SiC로 증착하여 양면이 동일 또는 유사한 결정 크기를 갖도록 함으로써, 플라즈마에 노출되는 면에 무관하게 수명이 단축됨을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 SiC 구조물을 제조할 때 SiC 베이스 구조물을 먼저 제작하고, 양면에 SiC 코팅층을 성장시킴으로써 종래의 일방향 성장에 비하여 원하는 두께의 SiC 구조물을 보다 빠르게 제조할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 제조방법으로 제조된 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 결정크기를 비교한 사진이다.
도 2는 종래의 제조방법으로 제조된 SiC 구조물의 성장면과 기재면의 식각 경향을 비교한 도면이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 실리콘 카바이드 구조물의 제조공정 수순 단면도이다.

이하, 본 발명 플라즈마 처리장치의 SiC 구조물 제조방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 SiC 구조물 제조방법에 따른 제조공정 수순 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 SiC 구조물 제조방법은, 그라파이트 원판(10)을 준비하는 단계(도 3)와, 상기 그라파이트 원판(10)의 양면에 SiC를 증착하여 SiC 베이스 구조물(20)을 형성하는 단계(도 4)와, 상기 SiC 베이스 구조물(20)을 상기 그라파이트 원판(10)으로부터 분리하는 단계(도 5)와, 상기 분리된 SiC 베이스 구조물(20)의 전면에 SiC를 증착하여 SiC 코팅층(30)을 형성하는 단계(도 6)를 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 3에 도시한 바와 같이 증착의 베이스 기재로서 그라파이트 원판(10)을 준비한다. 상기 그라파이트 원판(10)은 표면의 조도가 낮은 것으로 한다.

그 다음, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 그라파이트 원판(10)의 전체면에 화학기상증착법(CVD)으로 SiC를 증착하여 SiC 베이스 구조물(20)을 형성한다.

이때 상기 SiC 베이스 구조물(20)은 상기 그라파이트 원판(10)의 상면과 저면에 증착되며, 각각 그라파이트 원판(10)에 접하는 면인 기재면(21)과 기재면(21)의 반대편 면인 성장면(22)으로 구분된다.

이때 상기 SiC 베이스 구조물(20)의 증착 두께가 얇을수록 상기 기재면(21)과 성장면(22)의 결정 크기의 차이가 적으며, 그 증착 두께가 두꺼울수록 상기 기재면(21)과 성장면(22)의 결정 크기의 차이가 크게 나타난다.

통상 SiC 구조물의 최종 두께는 2mm인 것이 보통이며, 종래와 같이 2mm의 SiC 구조물을 증착하는 경우에 그 두께에 의해 기재면(21)과 성장면(22)의 결정 크기에 큰 차이가 발생하게 된다.

상기 SiC 베이스 구조물(20)의 두께를 0.05 내지 0.1mm 정도로 증착하는 경우에는 기재면(21)과 성장면(22)의 결정 크기의 차가 거의 나타나지 않으며, 0.1 내지 1mm의 두께에서도 기재면(21)과 성장면(22)의 결정 크기의 차가 크지 않다.

상기 0.05mm를 최소값으로 설명한 것은 SiC 베이스 구조물(20)을 그라파이트 원판(10)으로 분리하거나 취급할 때의 최소 두께로 이해될 수 있다.

본 발명에서는 상기 SiC 베이스 구조물(20)의 두께가 0.05 내지 0.1mm의 두께로 증착하는 것으로 한다.

그 다음, 도 5에 도시한 바와 같이 상기 그라파이트 원판(10)으로부터 SiC 베이스 구조물(20)을 분리한다. 이때 상기 도 4에서 가로방향으로 그라파이트 원판(10)을 절단하여 노출되는 그라파이트 원판(10)을 물리적으로 연마하여 제거하거나, 화학적으로 산화시켜 제거하는 방법을 사용할 수 있다.

이와 같은 방법을 통해 한 쌍의 SiC 베이스 구조물(20)을 얻을 수 있으며, 그 SiC 베이스 구조물(20)의 기재면(21)과 성장면(22)의 결정차이는 거의 발생하지 않게 된다.

그 다음, 도 6에 도시한 바와 같이 상기 SiC 베이스 구조물(20)의 전면에 SiC를 증착하여 SiC 코팅층(30)을 형성한다.

이때 SiC 코팅층(30)은 SiC 베이스 구조물(20)의 상면과 저면에서 각각 성장하게 되며, 상면과 저면에서 각각 성장되는 SiC 코팅층(30)의 성장두께는 일방으로 성장하는 종래의 방법에 비하여 성장두께가 절반 이하가 된다.

따라서 상기 SiC 코팅층(30)의 기재면(31)과 성장면(32)의 결정차이가 상대적으로 감소하게 된다.

예를 들어 최종 SiC 구조물의 두께를 2mm로 하였을 때, 상기 SiC 베이스 구조물(20)의 두께를 0.1mm로 형성한 경우 상기 SiC 베이스 구조물(20)의 상면과 저면에 각각 증착되는 SiC 코팅층(30)의 두께는 0.95mm가 되며, 이는 SiC 구조물의 제조에 소요되는 시간을 단축하여 생산성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 SiC 코팅층(30)의 기재면(31)과 증착면(32)의 결정 크기의 차이를 줄일 수 있다.

상기 SiC 코팅층(30)의 증착면(32)은 본 발명에 따른 SiC 구조물의 표면이 되며, 방향성을 가지지 않기 때문에 어느 면이건 플라즈마에 노출되어도 동일한 정도의 식각률과 식각 양상을 나타내게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

10:그라파이트 원판 20:SiC 베이스 구조물
21:기재면 22:성장면
30:SiC 코팅층 31:기재면
32:성장면

Claims (5)

1. 기재면과 성장면이 구분되는 0.05 내지 0.1mm 두께의 SiC 베이스 구조물; 및
   상기 SiC 베이스 구조물의 상면과 저면에 각각 증착된 SiC 코팅층을 포함하는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 SiC 코팅층은,
   기재면이 상기 SiC 구조물에 접하며, 외면이 성장면인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물.
   
3. a) 그라파이트 원판의 표면에 SiC를 증착하여 SiC 베이스 구조물을 형성하는 단계;
   b) 상기 그라파이트 원판을 제거하여 SiC 베이스 구조물을 분리하는 단계; 및
   c) 상기 SiC 베이스 구조물의 전면에 SiC를 코팅하여 실리콘 카바이드 구조물을 획득하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 제조방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 a) 단계에서 상기 SiC 베이스 구조물은,
   0.05 내지 0.1mm의 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 제조방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 SiC 코팅층은,
   상기 SiC 베이스 구조물의 두께와의 합이 2mm가 되도록 상기 SiC 베이스 구조물의 상면과 저면에서 성장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치의 실리콘 카바이드 구조물 제조방법.
   

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