KR20180011241A - 다이아몬드 전극 및 다이아몬드 전극의 제조 방법 - Google Patents

다이아몬드 전극 및 다이아몬드 전극의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은. a) 제조될 다이아몬드 전극 (22)의 치수보다 더 큰 치수를 갖는, 실리콘으로 구성된 주 몸체 (2)를 제공하는 단계, b) 상기 주 몸체 (2)의 표면으로 적어도 하나의 오목부 (10)를 에칭하는 단계, c) 상기 주 몸체 (2)에 미리 결정된 파단점 (18)을 도입하는 단계, d) 상기 주 몸체 (2)를 다이아몬드로 코팅하는 단계, e) 상기 주 몸체 (2)로부터 미리 결정된 파단점 (18)을 따라 다이아몬드 전극 (22)을 파단시키는 단계를 포함하는, 다이아몬드 전극의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

다이아몬드 전극 및 다이아몬드 전극의 제조 방법
본 발명은 다이아몬드 전극을 제조하는 방법 및 이 방법으로 제조 가능한 다이아몬드 전극에 관한 것이다.
오늘날, 다이아몬드 전극은 특히 다수의 다른 적용들에 사용된다. 프로세서 제작 (processor fabrication)에서, 복잡한 구조를 갖는 다수의 다른 층들은 현재 적용된다. 적절한 기능을 보장하기 위해, 코팅될 표면은, 일반적으로 세정되고 및 컨디셔닝되어야 한다. 적용될 각 층에 대해, 평균 2 내지 3회의 세정 및 표면 컨디셔닝 작업은 수행된다. 다른 종류의 불순물은 다른 종류의 세정액 (cleaning fluids)을 사용하여 제거되어야 한다. 유기 불순물의 경우, 예를 들어, 오존화된 물이 사용되는 반면, 표면상에 배치된 입자는, 음극수 (cathodic water)를 사용하여 제거된다. 양극수 (cathodic water)는, 예를 들어, 금속 불순물을 제거하는 데 사용된다. 표면 및 최종 불순물을 제거하기 위해, 특별한 양극수에 대해 묽은 불화수소산 및 오존의 혼합물을 함유한 것을 사용하는 것이 또한 가능하다.
모든 이러한 세정 용액의 생산을 위해, 요즘에는 상응 전극 배열에서 다이아몬드 전극이 사용될 수 있다.
다이아몬드 전극은, 고체 단결정의 다이아몬드로 이루어질 수 있지만, 이 구체 예의 경우에서는 매우 고가이다. 따라서, 종래 기술에서 알려진 관례는, 얇은 층의 다이아몬드로 코팅된 기초 물질로부터 다이아몬드 전극을 생산하는 것이다. 여기에 사용된 기초 물질은 종종 금속이어서, 다양한 세정 용액을 생산하는데 필요한 전류가 전극 표면에 효과적으로 전도될 수 있다.
그러나, 단점은, 다이아몬드의 층으로 단지 코팅된 금속 전극이 세정 용액에서 발생하는 금속성 불순물의 위험을 제공한다는 점이다. 게다가, 금속성 물질은, 상대적으로, 비용-집약적인 매우 정교한 방법을 사용하여야만 필요한 정확도로 기계 가공될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 저렴하고 정밀하게 수행될 수 있고 및 대량으로 다이아몬드 전극을 제조하는데도 적합할 수 있은, 다이아몬드 전극의 제조 방법을 제안하는 데 있다.
본 발명은, 하기 단계들을 포함하는, 다이아몬드 전극을 제조하는 방법에 의해 상기 목적을 달성한다:
a) 제조될 다이아몬드 전극의 치수보다 더 큰 치수를 갖는, 실리콘의 기초 몸체 (base body)를 제공하는 단계,
b) 상기 기초 몸체의 표면으로 적어도 하나의 오목부 (recess)를 에칭하는 단계,
c) 상기 기초 몸체에 미리 결정된 파단점 (breaking points)을 만드는 단계,
d) 상기 기초 몸체를 다이아몬드-코팅하는 단계,
e) 상기 기초 몸체로부터 미리 결정된 파단점을 따라 다이아몬드 전극을 파단시키는 단계.
본 발명의 대표적인 구체 예는, 첨부된 도면의 도움으로 좀 더 상세히 설명되며, 여기서,
도 1은 본 발명의 제1 대표적인 구체 예에 따른 방법의 실행에서 다양한 단계를 나타내며,
도 2는 아직 분리되지 않은 다수의 다이아몬드 전극을 나타내고, 및
도 3은 확대된 다이아몬드 전극의 상세도를 나타낸다.
놀랍게도, 실리콘이, 반도체이고, 따라서 밴드 갭 (band gap)을 가지고 있음에도 불구하고, 다이아몬드 전극의 기초 몸체용으로 적절한 물질인 것으로 알려졌다. 이 갭은, 특히, 저전압에서, 전류 흐름을 보통 방해하므로. 실리콘은 우선 기초 물질로서 적절하지 않은 것으로 보인다. 도핑에 의해 실리콘의 전도도를 증가시키는 것은 알려진 관례이다. 그러나, 이러한 고도로 도핑된 실리콘은, 제어된 에칭에 적용되기 매우 어렵고, 그래서 전도도를 개선하는 것은, 공정 품질 (processing qualities)의 저하를 결과한다. 그러나, 놀랍게도, 이러한 도핑이 필요가 없다. 기초 몸체의 외부에 도포된 다이아몬드 코팅은, 필수 전기 전류를 이동시키기에 충분한 것으로 알려졌다. 이러한 놀랄만한 발견으로, 반도체 기술로부터 알려지고, 대량 생산에 대해 이미 매우 최적화되고 적절한 공정 및 제작 작업을 사용하는 것이 이제 가능하다.
유리하게는, 먼저, 약 50nm의 두께를 갖는 이산화규소 (SiO2)의 접착층은, 실리콘의 기초 몸체에 도포된다. 이 층은, 예를 들어, 150㎚의 두께일 수 있고, 및 질화규소 (Si3N4)로 바람직하게 이루어지는, 후속 적용용 절연 층을 위한 접착 촉진제로서 역할을 한다. 이 층 맨 위에, 공지된 방법으로, 광활성 층 (photoactive layer)은 적용되고, 나중에 노출된다. 이러한 노출은, 예를 들어, 마스크 노출 방법과 같은 당업자에게 공지된 종류의, 종래의 방법을 통해 발생할 수 있다.
비슷하게 공지된, 이온 에칭 방법은, 절연 층 및 접착층을 제거하는데 사용되고, 그래서 기초 몸체의 물질은 노출된 위치에서 자유롭게 접근할 수 있다. 이 모든 것은 방법 단계 b)에 적당한 에칭 공정을 위한 준비로서 역할을 한다. 에칭 자체는 유리하게는 수산화칼륨 (KOH)의 수용액으로 발생한다. 적용된 접착층 및 절연 층의 잔류물은 그 다음 제거된다. 이는, 예를 들어, 묽은 불화수소산 (HF)으로 에칭시켜, 수행될 수 있다. 에칭 작업이 종료되는 경우, 미리 결정된 파단점은, 다이아몬드-코팅되기 전에 기초 몸체에서 만들어진다. 기초 몸체가 다이아몬드층으로 코팅된 후에, 기초 몸체는 상기 미리 결정된 파단점을 따라 파단된다. 여기서, 동일한 기초 몸체로부터 하나 이상의 다이아몬드 전극을 동시에 생산하는 것이 가능하며, 따라서, 대량 생산을 단순화시키고, 및 상응하는 생산 방법을 좀 더 비용-효율적으로 수행하는 것을 가능하게 한다.
기초 몸체는 유리하게는 실리콘의 단결정이다. 이러한 종류의 단결정은 요즈음, 예를 들어, 반도체 산업에서 대량으로 사용되고 있으며, 상응하는 유리한 비용으로 시장에서 이용 가능하다.
하나의 바람직한 구체 예에서, 적어도 하나의 오목부 (recess)는, 기초 몸체의 미리 결정된 결정면 (crystal plane)을 따라 연장되는 적어도 하나의 플랭크 (flank)를 보유한다. 단-결정 실리콘에서 다른 결정 격자면 (crystal lattice planes)은, 다른 에칭 속도를 나타내는 것으로 알려졌다. 예를 들어, 모노결정질 (monocrystalline) 실리콘의 경우, (111) 면이 (100) 면보다 대략 400배 더 느리게 에칭될 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 방식으로, 사용된 물질의 결정 구조에 의해 확정적으로 미리 결정된 경사각 (angle of inclination)을 가지며, 및 따라서, 특히 간단한 방식으로 최고의 정확성으로 생산가능한 플랭크를 에칭하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 적어도 하나의 오목부는, 복수의, 바람직하게는, 모두, 미리 결정된 결정면을 따라 연장되는, 복수의, 바람직하게는 4개의 플랭크를 보유한다. 이러한 방식으로, 플랭크의 경사각뿐만 아니라, 오히려 경사각을 간단하고 정확하게 생산하는 것이 가능하다.
미리 결정된 결정면이 <111> 면인 것이 유리한 것으로 알려졌다. 이러한 표기법은, 결정 구조의 공간 대각선 면의 양을 설명하기 위해 현재 사용된다. 이렇게 지정된 각각의 결정면은, 따라서, 8개의 가능한 공간 대각선 면 중 하나이다. 실리콘의 단결정은, 다이아몬드 구조, 즉, 면-중심 입방 격자 (face-centered cubic lattice)에 존재한다. 그런 이유로, 결정학적인 관점에서, 8개의 공간 대각선 면은 균등하다. 따라서, 에칭 작업에 의해, 이들 면을 따라 연장되는 것과 같은 방법으로, 다른 방향으로 연장되는 오목부의 플랭크들도 생성하는 것이 가능하다.
적어도 하나의 오목부가 기초 몸체를 관통하여 구멍 (aperture)을 형성한다면 이는 유리한 것으로 알려졌다. 이러한 방식으로, 기초 몸체는 나중에 전극의 전기화학적 처리를 위해 사용되는 유체에 의해 주위가 잘 세척될 수 있다. 게다가, 특히 상부 측으로부터 시작하여, 에칭에 의해 구멍이 완성되는, 하부에서, 매우 작은 곡률 반경을 갖는 예리한 에지는 생성된다. 그런 이유로, 이 위치에서, 적어도 전기화학적 처리 및 수반되는 반응의 대부분은 발생한다. 적어도 하나의 오목부가 구멍으로 설계된다면, 전기화학적 처리를 위한 유체는, 이 위치에서도 쉽게 흐를 수 있다.
바람직하게는, 설계상 동일한 특별한 장점을 갖는, 다수의 오목부는, 기초 몸체의 표면으로 동시에 에칭된다.
상기 방법의 하나의 바람직한 구체 예에서, 미리 결정된 파단점들은 기초 몸체 내로 톱 자국을 낸다. 이런 이유로, 이들은 - 만약 원한다면 상당한 - 두께에서 감소로, 특히, 이루어진다. 미리 결정된 파단점에서 기초 몸체의 두께가, 미리 결정된 파단점이 만들어지기 전의 기초 몸체의 두께의, 최대 30%, 유리하게는 20%, 및 좀 더 유리하게는 10%로 감소는 경우, 유리한 것으로 밝혀졌다. 잔여 두께가 더 낮을수록, 다이아몬드 전극은 나중에 기초 몸체에서 파단되는 것이 더 쉬워진다. 그러나, 생산 공정 동안 진동 및 충격에 대한 민감성은 증가한다.
바람직하게는, 기초 몸체의 두께는, 기초 몸체가 다이아몬드-코팅되기 전에 미리 결정된 값으로 감소된다. 현 시점까지는, 반도체 산업에서 관습적으로 사용되는 두께에 상응하는 두께로 기초 몸체를 처리하는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 이러한 방식에서, 고가의 재개발, 맞춤제작 또는 다른 대안에 대한 필요없이, 반도체 기술에 대해 최적화된 방법, 및 상기 방법을 실행하는데 필요한 장치 및 기계를 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 가능한 대로, 다이아몬드 전극은 이의 두께가 기초 몸체의 원래 두께보다 더 얇은 것이 요구된다. 이 경우에서, 두께는 전체 면적에 걸쳐 미리 결정된 값으로 감소될 수 있다. 이는, 예를 들어, 그라인딩 공정에 의해 수행될 수 있다.
본 발명은 여기에 기재된 방법들 중 하나에 의해 생산 가능한 다이아몬드 전극에 의해 상술된 목적을 더욱 달성한다.
본 발명의 대표적인 구체 예는, 첨부된 도면의 도움으로 좀 더 상세히 설명되며, 여기서,
도 1은 본 발명의 제1 대표적인 구체 예에 따른 방법의 실행에서 다양한 단계를 나타내며,
도 2는 아직 분리되지 않은 다수의 다이아몬드 전극을 나타내고, 및
도 3은 확대된 다이아몬드 전극의 상세도를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 대표적인 구체 예에 따른 방법에 따른 실행에서 다양한 단계를 나타낸다. 나타낸 대표적인 구체 예에서, 광활성 층 (4)은 기초 몸체 (2)에 먼저 도포되어 있다. 이전에, 이것은, 예를 들어, 실리콘으로 이루어진, 기초 몸체 (2)에 도포될, 이산화규소 (SiO2)로 만들어진 접착층 및/또는 질화규소 (Si3N4)로 유리하게 이루어진, 절연층 같이, 추가 층을 위해 필요할 수 있다. 이들 추가 층들은, 사용된 광활성 층에 의존하여, 필요하거나 또는 유리하지만, 명확성의 이유로 도 1에 나타내지 않는다. 광활성 층 (4)이 도포된 기초 몸체 (2)는 도 1에서 좌측 상단 이미지에 나타낸다.
그 아래에 나타낸 이미지에서, 광활성 층 (4)은, 예를 들어, 노출에 의해 가공된다. 따라서, 기초 몸체 (2)의 표면 (8)이 자유롭게 접근할 수 있는 갭 (6)을 갖는다.
도 1의 좌측 하단 묘사는, 적어도 하나의 오목부 (10)가 기초 몸체 (2) 내로 에칭된 후의 상황을 나타낸다. 이는, 예를 들어, 수산화칼륨 수용액 (KOH)에 의해 달성될 수 있다. 실리콘으로 만들어진 기초 몸체 (2)의 특정 특성 때문에, 오목부 (10)는 미리 결정된 결정면을 따라 연장되는 플랭크 (12)를 보유한다. 실리콘의 경우에서, 다른 결정면은 에칭에 의해 다른 정도의 용이성으로 제거될 수 있다. 플랭크 (12)가 미리 결정된 결정면을 따라 연장되기 때문에, 기초 몸체 (2)의 상부 표면 (8) 또는 대립하는 밑면에 대한 플랭크 (12)의 경사각은 매우 정밀하게 제작되고 재생될 수 있다. 나타낸 대표적인 구체 예에서, 오목부 (10)는 연속적이고, 따라서 기초 몸체 (2)를 관통하는 구멍 (14)을 발생시킨다.
그 다음 방법 단계에서, 그 결과는 도 1의 우측 상단에 나타내며, 기초 몸체 (2)에 도포된 층들은 제거된다. 이는, 예를 들어, 묽은 불화수소산 (HF)으로 에칭하는 작업에 의해 수행될 수 있다. 이에 부가적으로, 표면 (8)과 대립하는 밑면 (16) 사이의 거리에 의해 한정되는, 기초 몸체 (2)의 높이 또는 두께는, 원하는 정도로 감소되는 것이 가능하다. 이는, 예를 들어, 그라인딩 장치 (grinding devices)를 통해 달성될 수 있다.
뒤이어, 미리 결정된 파단점 (18)은 기초 몸체 (2)에서 만들어지고, 따라서, 도 1의 우측 중간 묘사에 나타낸 상태를 생성한다. 미리 결정된 파단점 (18)은, 예를 들어, 기초 몸체 (2)의 표면 (8)에 오목부로서 톱 자국이 내어질 수 있어, 기초 몸체 (2)의 실리콘의 작은 웹 (web: 20) 만을 남긴다. 이 단계 이후에 오직, 유리하게, 기초 몸체 (2)는 다이아몬드-코팅된다. 이것은 종래 기술로부터 알려지고 전통적인 방법에 의해 달성된다. 다이아몬드 전극 (22)은 미리 결정된 파단점 (18)에서 웹 (20)을 파단시켜, 나중에 분리될 수 있다. 결과적으로, 다이아몬드 전극 (22)은 파단되고 분리된다.
도 2는 아직 분리되지 않은 8개의 다이아몬드 전극 (22)의 묘사를 나타낸다. 이미 기재된 방법 단계들은, 예를 들어, 200 ㎜의 직경을 가질 수 있는, 실리콘 웨이퍼 상에서 수행될 수 있다. 다수의 전극은 이러한 종류의 웨이퍼로부터 생산될 수 있고, 미리 결정된 파단점 (18)의 파단에 의해 마지막 방법 단계까지 분리되지 않을 수 있다. 도 2에서, 나타낸 각각의 다이아몬드 전극은, 다수의 오목부 (10)를 갖는다는 것을 알 수 있다. 나타낸 대표적인 구체 예에서, 모든 다이아몬드 전극 (22)은, 동일한 수 및 배열의 오목부 (10)로 설계된다. 이는, 유리할 수 있지만, 필수적인 것은 아니다. 예를 들어, 광활성 층 (4)의 노출을 위해 다른 마스크를 사용함으로써 특별히 간단한 방식으로 달성될 수 있는 것인, 다른 다이아몬드 전극 (22)을 위한 다른 위치 및 다른 수의 오목부 (10)를 제공하는 것이 전적으로 가능하다. 도 2에 나타낸 다이아몬드 전극들 (22) 사이의 위치에, 웨이퍼의 표면 내로 톱 자국을 내거나 또는 달리 만들어진 미리 결정된 파단점 (18)은 이미 존재한다. 이들 미리 결정된 파단점 (18)을 따라, 기초 몸체 (2)는 파단될 수 있고, 개개의 다이아몬드 전극 (22)은 분리된다.
도 3은 다이아몬드 전극 (22)의 표면 (8)의 평면도의 확대된 상세를 나타낸다. 상기 도는, 오목부 (10)의 에칭에 의해 형성된, 4개의 플랭크 (12)를 각각 보유하는, 3개의 오목부 (10)를 나타낸다. 또한, 도 3에서 나타낸 대표적인 구체 예에서, 오목부 (10)의 깊이는, 플랭크들 (12) 사이의 중앙에 나타낸, 구멍 (14)을 형성한다. 상기 플랭크 (12)는, 다이아몬드 전극 (22)용 기초 몸체 (2)로서 유리하게 사용되는, 실리콘의 단결정의 미리 결정된 결정면을 따라 연장된다. 따라서, 경사각은 매우 정확하고 재현 가능하게 제작될 수 있으며, 그래서 대량으로 전극의 제작 및 생산은 또한, 매우 간단하면서도 정확한 방식으로 가능하다.
2: 기초 몸체
4: 광활성 층
6: 갭
8: 표면
10: 오목부
12: 플랭크
14: 구멍
16: 밑면
18: 미리 결정된 파단점
20: 웹
22: 다이아몬드 전극

Claims (10)

  1. a) 제조될 다이아몬드 전극 (22)의 치수보다 더 큰 치수를 갖는, 실리콘의 기초 몸체 (2)를 제공하는 단계,
    b) 상기 기초 몸체 (2)의 표면 (8)으로 적어도 하나의 오목부 (10)를 에칭하는 단계,
    c) 상기 기초 몸체 (2)에 미리 결정된 파단점 (18)을 만드는 단계,
    d) 상기 기초 몸체 (2)를 다이아몬드-코팅하는 단계,
    e) 상기 기초 몸체 (2)로부터 미리 결정된 파단점 (18)을 따라 다이아몬드 전극 (22)을 파단시키는 단계를 포함하는, 다이아몬드 전극 (22)의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기초 몸체 (2)는 실리콘의 단결정인, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 오목부 (10)는, 상기 기초 몸체 (2)의 미리 결정된 결정면을 따라 연장되는 적어도 하나의 플랭크 (12)를 갖는, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 적어도 하나의 오목부 (10)는, 미리 결정된 결정면을 따라 다수, 바람직하게는 모두, 연장되는, 복수의, 바람직하게는 4개의 플랭크 (12)를 갖는, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 미리 결정된 결정면은 <111> 면인, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  6. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 오목부 (10)는, 상기 기초 몸체 (2)를 관통하는 구멍 (14)을 형성하는, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  7. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    동일한 디자인의 복수의 오목부 (10)는, 상기 기초 몸체 (2)의 표면 (8)으로 동시에 에칭되는, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  8. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 파단점 (18)은, 상기 기초 몸체 (2)로 톱 자국을 낸, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  9. 전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기초 몸체 (2)가 다이아몬드-코팅되기 전에 또는 미리 결정된 파단점 (18)이 만들어지기 전에, 상기 기초 몸체 (2)의 두께는, 미리 결정된 값으로 감소되는, 다이아몬드 전극의 제조 방법.
  10. 전술한 청구항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조 가능한 다이아몬드 전극 (22).
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