KR20150123078A - 포커스 링 제조 방법 - Google Patents

Abstract

포커스 링 제조 방법은 그래파이트 원판을 준비하는 단계와, 상기 그래파이트 원판의 상하면 및 측면을 감싸도록 SiC층을 형성하는 단계와, 상기 SiC층이 형성된 그래파이트 원판을 수평 방향으로 절단하여 상기 그래파이트 원판의 일면이 노출되는 한 쌍의 제1 적층 구조물을 획득하는 단계와, 상기 제1 적층 구조물들에서 상기 그래파이트 원판의 측면이 노출되도록 상기 SiC층을 원형으로 상하로 절단하여 상기 그래파이트 원판과 상기 SiC층이 적층된 한 쌍의 제2 적층 구조물을 획득하는 단계와, 상기 제2 적층 구조물들에서 상기 그래파이트 원판을 제거하여 한 쌍의 원판형 SiC층을 획득하는 단계 및 상기 원판형 SiC층 각각을 원형으로 상하 절단하여 포커스 링과 더미 웨이퍼를 동시에 획득하는 단계를 포함한다. 상기 포커스 링의 재질을 플라즈마의 식각에 잘 견디는 SiC 재질로 형성할 수 있으므로, 상기 포커스 링의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

포커스 링 제조 방법{Method of manufacturing a focus ring}

본 발명은 포커스 링 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포커스 링의 수명을 연장시킬 수 있으며, 제조공정을 단순화할 수 있는 포커스 링 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정에서 사용되는 건식 식각 장치는 기체 형태의 식각 가스를 플라즈마 상태로 하여 대상물을 식각한다. 구체적으로, 상기 건식 식각 장치는 상기 식각 가스를 반응 챔버 내부로 공급하여 이온화시킨 후, 상기 대상물인 웨이퍼 표면으로 가속시켜 상기 웨이퍼 표면의 최상층을 물리적, 화학적으로 제거한다. 상기 건식 식각 장치는 식각의 조절이 용이하고, 생산성이 높으며, 수십 nm 수준의 미세 패턴형성이 가능하여 널리 사용되고 있다.

상기와 같은 플라즈마 식각에서의 균일한 식각을 위하여 고려되어야 할 변수(parameter)들 중 하나로 포커스 링을 들 수 있다. 상기 포커스 링은 상기 반응 챔버 내에서 상기 웨이퍼를 고정하면서 상기 플라즈마의 확산을 방지하고, 식각 공정이 이루어지는 상기 웨이퍼 주변에 상기 플라즈마가 집중되도록 한다. 따라서, 상기 포커스 링은 상기 웨이퍼의 직경보다 더 큰 직경을 가질 수 있다.

종래에 상기 포커스 링은 상기 웨이퍼 보다 큰 직경의 실리콘 잉곳(ingot)을 성장시키고, 상기 실리콘 잉곳을 소정 두께의 원판 형태로 절단 한 후, 상기 실리콘 원판의 중앙부를 가공하여 제거하여 제조한다.

그러나, 상기 웨이퍼의 대형화가 이루어지면서 직경이 큰 대형의 포커스 링이 필요하고, 대형의 포커스 링을 제조하기 위한 잉곳의 형성 및 가공면적의 증가 등으로 인해 상기 대형의 포커스 링 제조가 어려운 점이 있다.

또한, 상기 포커스 링은 항상 플라즈마에 노출되어 식각되므로, 상기 포커스 링의 수명이 단축된다. 따라서, 상기 포커스 링은 빈번하게 교체해야 한다. 상기 포커스 링의 빈번한 교체로 인해 상기 식각 공정의 생산성이 저하될 수 있다.

본 발명은 잉곳의 형성 등 시간이 많이 소요되는 공정을 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있는 포커스 링 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 포커스 링 제조 방법은 그래파이트 원판을 준비하는 단계와, 상기 그래파이트 원판의 상하면 및 측면을 감싸도록 SiC층을 형성하는 단계와, 상기 SiC층이 형성된 그래파이트 원판을 수평 방향으로 절단하여 상기 그래파이트 원판의 일면이 노출되는 한 쌍의 제1 적층 구조물을 획득하는 단계와, 상기 제1 적층 구조물들에서 상기 그래파이트 원판의 측면이 노출되도록 상기 SiC층을 원형으로 상하로 절단하여 상기 그래파이트 원판과 상기 SiC층이 적층된 한 쌍의 제2 적층 구조물을 획득하는 단계와, 상기 제2 적층 구조물들에서 상기 그래파이트 원판을 제거하여 한 쌍의 원판형 SiC층을 획득하는 단계 및 상기 원판형 SiC층 각각을 원형으로 상하 절단하여 포커스 링과 더미 웨이퍼를 동시에 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 SiC층을 형성하는 단계는, 증착 온도 1000 내지 1500℃에서, 성막속도를 20 내지 400㎛/hour로 하고, 원료가스의 체류시간을 7 내지 110 초로 하는 조건으로 상기 SiC층을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 원료 가스는, CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, (CH3)4Si, CH3SiHCl2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합된 가스를 사용하거나, 또는 SiCl4 가스에 CH4, C3H8, C6H14, C7H8, CCl4 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택적으로 조합된 가스일 수 있다.

본 발명의 일 실시예들에 따르면, 상기 SiC층을 형성하는 단계는, 증착 온도 1000 내지 1500℃에서, 성막속도를 성막 속도를 20 내지 400㎛/h로 하고, 원료가스의 체류시간을 7 내지 110초로 하는 조건으로 상기 SiC층을 형성하되, 상기 원료가스의 유량 30 내지 99.9%에 대하여 하이드로카본의 유량이 70 내지 0.1%가 되도록 함께 공급할 수 있다.

본 발명의 포커스 링 제조 방법에 따르면, 그래파이트 원판에 화학적 기상 증착을 이용하여 SiC층을 형성하고 가공하여 포커스 링을 제조한다. 따라서, 웨이퍼의 크기보다 큰 잉곳을 형성하는 과정을 생략할 수 있어 상기 포커스 링 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 포커스 링의 재질을 변경하여 플라즈마에 의해 상기 포커스 링이 식각되는 식각율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 포커스 링의 수명을 연장하여 상기 포커스 링의 교체 비용을 절감할 수 있으며, 상기 포커스 링 교체에 따른 식각 공정 중단을 감소시켜 상기 식각 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 포커스 링 제조 공정에서 상기 포커스 링에서 분리되는 원판을 더미 웨이퍼로 사용할 수 있으므로, 재료의 낭비를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스 링 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2 내지 도 7은 도 1에 도시된 포커스 링 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 포커스 링 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스 링 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2 내지 도 7은 도 1에 도시된 포커스 링 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1 및 도 7을 참조하면, 포커스 링 제조방법은 그래파이트 원판(10)을 준비하는 단계(S110)와, 상기 그래파이트 원판(10)의 상하면 및 측면에 SiC층(20)을 형성하는 단계(S120)와, SiC층(20)이 형성된 그래파이트 원판(10)을 수평 방향으로 절단하여 그래파이트 원판(10)의 일면이 노출되는 한 쌍의 제1 적층 구조물(30)을 획득하는 단계(S130)와, 제1 적층 구조물들(30)에서 그래파이트 원판(10)의 측면이 노출되도록 SiC층(20)을 원형으로 상하로 절단하여 그래파이트 원판(10)과 SiC층(20)이 적층된 한 쌍의 제2 적층 구조물(40)을 획득하는 단계(S140)와, 제2 적층 구조물들(40)에서 그래파이트 원판(10)을 제거하여 한 쌍의 원판형 SiC층(20)을 획득하는 단계(S150)와, 원판형 SiC층(20)들을 각각 원형으로 상하 절단하여 포커스 링(50)과 더미 웨이퍼(60)를 동시에 획득하는 단계(S160)를 포함한다.

이하에서는 상기 포커스 링 제조 방법을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이 S110단계에서는 그래파이트를 원판형으로 압축 가공한 그래파이트 원판(10)을 준비한다. 이때 그래파이트 원판(10)의 직경은 건식 식각 장치에서 식각되는 웨이퍼의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 왜냐하면, 포커스 링(50)의 직경이 상기 웨이퍼의 직경보다 커야하기 때문이다.

도 3에 도시한 바와 같이 S120단계에서는 그래파이트 원판(10)의 외부면 전체에 화학적 기상 증착 공정을 이용하여 SiC를 증착하여 SiC층(20)을 형성한다. 따라서, SiC층(20)은 그래파이트 원판(10)의 상면, 하면 및 측면에 증착된다.

SiC층(20)은 화학적 기상 증착 공정으로 형성되므로 충분한 내식성과 강도를 가지며 기공이 발생하지 않는 균질한 표면을 이루게 된다. 따라서, SiC층(20)은 상기와 같은 내식성 및 표면의 균질성으로 인해 플라즈마에 대한 식각률이 낮은 특징이 있다.

SiC층(20)을 증착하는 구체적인 방법으로는, 증착 온도 1000 내지 1500℃에서, 성막 속도를 20 내지 400㎛/h로 하고, 원료가스의 체류시간을 7 내지 110초로 하는 조건으로 증착한다.

상기 원료가스는 CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, (CH3)4Si, CH3SiHCl2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합된 가스를 사용하거나, 또는 SiCl4 가스에 C2H2, CH4, C3H8, C6H14, C7H8, CCl4 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택적으로 조합된 가스를 사용할 수 있다.

상기 원료가스는 불활성가스인 캐리어가스와 혼합되어 공급되며, 이때 원료가스와 캐리어가스의 혼합유량은 캐리어 가스 100%의 부피에 대하여 원료가스를 5 내지 15부피%가 되도록 한다. 이와 같은 부피의 비는 일정한 온도에서 이루어지기 때문에 부피비를 이용하여 중량비를 산출할 수 있음은 당연하다.

상기 SiC층(20)은 굴곡강도가 450MPa 이상으로 300MPa 이하인 Si에 비하여 강도가 높으며, 내마모성 및 내화학성이 우수한 공유결합을 하고 있어 Si보다 2배 이상 플라즈마에 대한 내식성이 우수하다.

또한, 상기 SiC층(20)을 증착할 때 하이드로카본을 첨가할 수 있다.

상기 하이드로 카본은 CxHy의 화학식을 가지는 것으로, x가 1이상, y가 2 이상의 정수인 것을 사용할 수 있다.

상기 SiC의 증착 온도는 1000 내지 1500℃로 하고, 성막 속도를 20 내지 400㎛/h로 하고, 원료 가스의 체류시간을 7 내지 110초로 하는 조건으로 증착한다. 이때, 상기 원료가스와 하이드로 카본의 유량은 원료가스 30 내지 99.9%에 대하여 하이드로 카본의 유량이 70 내지 0.1%가 되도록 한다.

상기 원료가스와 하이드로 카본의 비는 유량의 비이며, 통상의 기술자에게 이를 원자비로 변환실시하는 것은 용이한 것이다.

상기 하이드로 카본이 0.1% 유량 미만인 경우에는 상기 하이드로 카본의 첨가에 의하여 이루어지는 저저항, 윤활성 및 투과도 감소의 효과가 적으며, 70%를 초과하는 경우에는 실리콘 카바이드의 특성 발현이 잘 이루어지지 않게 된다.

상기와 같이 SiC층(20)을 형성하기 위한 원료가스인 CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, (CH3)4Si, CH3SiHCl2, SiCl4 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합된 가스, 또는 상기 원료가스에 C2H2, CH4, C3H8, C6H14, C7H8, CCl4 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택적으로 조합된 가스를 사용할 수 있으며, 상기 하이드로 카본은 C2H2를 사용할 수 있다.

이와 같은 공정을 통해 증착되는 SiC층(20)은 상기 SiC의 그레인들 사이에, 하이드로 카본 원료의 열분해에 의한 열분해 카본이 충진되는 물리적인 결합이 이루어진다.

상기 열분해 카본(pyrocarbon)은 실리콘 카바이드의 그레인들 사이에 충진되어 저항 및 투과도를 낮출 수 있게 된다. 이는 그레인의 경계와 그 경계 사이에 저항과 투과도가 낮은 열분해 카본을 물리적으로 충진하여 저항 및 투과도를 줄인 결과이다.

이와 같이 열분해 카본을 물리적으로 결합시킨 SiC층(20)은 순수한 SiC에 비하여 저항이 낮고, 윤활성이 우수해져 더미 웨이퍼(60)로의 특성이 보다 향상될 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이 S130단계에서는 SiC층(20)이 외부면 전체에 증착된 그래파이트 원판(10)을 수평 방향으로 절단하여 그래파이트 원판(10)의 일면이 노출되는 한 쌍의 제1 적층 구조물(30)을 획득한다.

이때, 제1 적층 구조물(30)에서 그래파이트 원판(10)은 노출된 일면을 제외한 나머지 면과 측면에는 SiC층(20)이 증착되어 있다.

도 5에 도시한 바와 같이 S140단계에서는 제1 적층 구조물들(30)에서 그래파이트 원판(10)의 측면이 노출되도록 SiC층(20)을 원형으로 상하로 절단한다. 따라서, 그래파이트 원판(10)과 SiC층(20)이 적증된 한 쌍의 제2 적층 구조물(40)을 획득할 수 있다.

그 다음, 도 6에 도시한 바와 같이 S150단계에서는 제2 적층 구조물들(40)에서 일면과 측면이 노출된 그래파이트 원판(10)을 제거하여, 원판 형상을 갖는 한 쌍의 SiC층(20)을 얻게 된다.

이후, 도 7에 도시한 바와 같이 S160단계에서는 원판형 SiC층(20)들을 원형으로 상하 절단가공한다. 이 때의 가공위치는 SiC층(20)의 중심으로부터 반경이 반도체 웨이퍼의 직경과 동일한 위치가 되며, 그 가공으로 SiC 재질의 링과 SiC 재질의 원판을 동시에 획득할 수 있다.

상기 SiC 재질의 링은 포커스 링(50)이 되고, 상기 SiC 재질의 원판은 더미 웨이퍼(60)로 활용이 가능하다.

상기 SiC 재질의 포커스 링(50)은 식각률이 낮아 웨이퍼 식각 공정시 이물질의 발생이 적다. 따라서, 포커스 링(50)을 이용하는 식각 공정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 포커스 링(50)의 수명이 길어짐에 따라 포커스 링(50)의 교체주기를 연장할 수 있다. 따라서, 포커스 링(50)의 교체로 인해 상기 건식 식각 공정이 중단되는 것을 줄일 수 있다. 그러므로, 상기 건식 식각 공정의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 포커스 링 제조 방법에 따르면, 포커스 링의 재질을 SiC로 변경함으로써 플라즈마에 의한 포커스 링의 식각율을 감소시킬 수 있다. 따라서, 상기 포커스 링의 수명을 연장하여 상기 포커스 링의 교체 비용을 절감할 수 있으며, 상기 포커스 링 교체에 따른 식각 공정 중단을 감소시켜 상기 식각 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.

그리고, 상기 포커스 링 제조 공정에서 상기 포커스 링에서 분리되는 원판을 더미 웨이퍼로 사용할 수 있으므로, 재료의 낭비를 방지할 수 있다.

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

10 : 그래파이트 원판 20 : SiC층
30 : 제1 적층 구조물 40 : 제2 적층 구조물
50 : 포커스 링 60 : 더미 웨이퍼

Claims (4)

1. 그래파이트 원판을 준비하는 단계;
   상기 그래파이트 원판의 상하면 및 측면을 감싸도록 SiC층을 형성하는 단계;
   상기 SiC층이 형성된 그래파이트 원판을 수평 방향으로 절단하여 상기 그래파이트 원판의 일면이 노출되는 한 쌍의 제1 적층 구조물을 획득하는 단계;
   상기 제1 적층 구조물들에서 상기 그래파이트 원판의 측면이 노출되도록 상기 SiC층을 원형으로 상하로 절단하여 상기 그래파이트 원판과 상기 SiC층이 적층된 한 쌍의 제2 적층 구조물을 획득하는 단계;
   상기 제2 적층 구조물들에서 상기 그래파이트 원판을 제거하여 한 쌍의 원판형 SiC층을 획득하는 단계; 및
   상기 원판형 SiC층 각각을 원형으로 상하 절단하여 포커스 링과 더미 웨이퍼를 동시에 획득하는 단계를 포함하는 포커스 링 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 SiC층을 형성하는 단계는,
   증착 온도 1000 내지 1500℃에서, 성막속도를 20 내지 400㎛/hour로 하고, 원료가스의 체류시간을 7 내지 110 초로 하는 조건으로 상기 SiC층을 형성하는 것을 특징으로 하는 포커스 링 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 원료 가스는, CH3SiCl3, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, (CH3)4Si, CH3SiHCl2 중 어느 하나 또는 둘 이상의 조합된 가스를 사용하거나, 또는 SiCl4 가스에 CH4, C3H8, C6H14, C7H8, CCl4 중 어느 하나 또는 둘 이상이 선택적으로 조합된 가스인 것을 특징으로 하는 포커스 링 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 SiC층을 형성하는 단계는,
   증착 온도 1000 내지 1500℃에서, 성막속도를 20 내지 400㎛/h로 하고, 원료가스의 체류시간을 7 내지 110초로 하는 조건으로 상기 SiC층을 형성하되, 상기 원료가스의 유량 30 내지 99.9%에 대하여 하이드로카본의 유량이 70 내지 0.1%가 되도록 함께 공급하는 것을 특징으로 하는 포커스 링 제조 방법.

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