KR20220006879A - 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유전율을 향상시킨 세라믹 파우더 및 세라믹 부품과 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 반도체 에칭장치용 세라믹 부품 제조방법에 있어서, 
분말과 
분말을 볼밀기에 넣어 24시간 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합단계; 상기 혼합물을 건조기로 24시간 건조하는 건조단계; 상기 건조된 혼합물을 구비된 금형에 넣어 1350~1450kgf/
로 세라믹 부품 형상을 형성하는 세라믹 부품 형성단계; 상기 세라믹 부품을 1500~1700°의 온도로 2시간 소성하는 소성단계; 를 포함하여 최종적으로 세라믹 부품을 제조함으로써, 반도체 에칭공정 시 챔버의 내부에 구성되는 다양한 종류의 부품들을 플라즈마 가스로부터 유전율(저항력)이 높은 부품을 사용하여, 상기 챔버의 내부에 플라즈마 가스 확산 시, 상기 가스가 웨이퍼의 표면으로 집중될 수 있게 되어 작업의 효율성을 극대화시킬 수가 있고, 이렇게 제조된 세라믹 부품은 경향성이 없는 유용한 발명인 것이다.
Description
본 발명은 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 에칭공정 시 사용되는 챔버의 내부에 10~15의 유전율(저항력)을 갖는 세라믹 부품을 구성하여, 상기 챔버의 내부에 플라즈마 가스를 확산 시, 그 플라즈마 가스가 기타 다른 방향으로 이동을 억제하고 웨이퍼로 집중될 수 있도록 하는 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법에 관한 기술이다.
통상적인 반도체 웨이퍼 공정을 보면, 1) 웨이퍼를 제작하는 공정, 2) 웨이퍼 표면에 산화 막을 형성시키는 산화 공정, 3) 준비된 웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 포토공정, 4) 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하여 반도체 구조를 형성하는 패턴을 만드는 식각공정, 5) 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 단위의 물질을 박막의 두께로 입혀 전기적인 특성을 갖게 하는 증착공정, 6) 소자 동작 신호가 섞이지 않고 잘 전달되도록 선을 연결하는 금속 배선 공정, 7) EDS test(electrical die sorting) 웨이퍼 상태인 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달하는지를 체크하는 테스트 공정, (8)외부 환경으로부터 배선, 전력공급, 직접회로의 보호, 단자 간 연결을 위한 전기적 포장을 하는 패키징 공정으로 이루어진다.
여기서, 상기 식각공정(etching)은 웨이퍼에 etchant(액체 또는 기체)를 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해 반도체 회로 패턴을 만드는 웨이퍼 생산수율을 결정짓는 핵심 공정으로써, 식각방법으로는 화학용액을 사용하는 Wet Etch방법과 특정 Gas를 플라즈마 상태로 변환시키는 Dry Etch방법이 있으며, 대체적으로 90% 이상이 Dry Etch방법을 사용 하고 있다.
한편, 상기 식각공정(etching)을 보면 상하부에 고주파 RF전원으로부터 전원을 인가 받아 일렉트로드가 전기장을 발생시켜 내부로 유입되는 Gas를 해리시키며 웨이퍼의 표면으로 반응성 이온과 화학적 상호작용과 웨이퍼 표면에 부딪히는 이온의 운동량 전달에 의해 마스크 되지 않은 웨이퍼 영역에 충돌되어 웨이퍼로부터 원자를 제거할 수 있는 장치인 플라즈마 챔버를 이용하여 식각공정(etching)을 수행하게 된다.
이때, 챔버 내부의 플라즈마 가스가 확산되되, 그 가스가 실질적으로 웨이퍼의 표면으로 집중될 시, 작업속도를 높여 생산성을 증가시킬 수가 있으나, 현재의 기술력으로는 상기 챔버 내부의 플라즈마 가스가 확산 시, 웨이퍼를 지지하거나 그 지지하는 구성의 일부 구성품들이 플라즈마 가스에 대한 저항력을 많이 가지지 않아 상기 웨이퍼로 플라즈마 가스가 집중될 없는 문제점을 갖고 있다.
우선 종래의 기술들을 살펴보면,
등록번호 10-1383356호(특) 티탄산 바륨(Barium Titanate, BaTiO3)에 수 ㎛의 입자 크기를 가지는 니켈(Nickel, Ni), 구리(Cu), 은(Ag) 중 하나 이상의 금속 원소를 첨가하여 출발원료로 사용하는 제1단계와; 상기 금속원소는 조성비 x(0＜x≤20)wt% 범위 내에서 각 조성에 따른 시료를 증류수 또는 에탄올을 분산매로 하여 지르코니아볼을 사용하여 24시간 동안볼밀하여 혼합, 분쇄하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 볼밀하여 혼합, 분쇄된 시료를 건조시키는 제3단계와; 상기 건조된 시료에 PVA(Polyvinyl Alcohol: 5wt% 수용액)을 첨가하고 압력을 가하는 방법으로 성형하여 시편을 형성시키는 제4단계와; 상기 시편을 도가니에 질소 가스(N2 atmosphere) 분위기 전기로에서 1300 ~ 1350℃ 온도 범위 내에서 소결하는 제5단계;를 포함하여 구성되되, 상기 제5단계는 산화 방지를 위하여 하이드라이진(Hydrazine, H2N··이 첨가되는 고유전율을 갖는 복합 세라믹유전체 조성물 제조방법에 관한 기술이다.
공개번호 10-2012-0046389호(특) (a) 유전율이 3000 이상인 세라믹 분말 및 연화점이 650℃ 이하인 유리 분말을 혼합하는 단계; 및 (b) 상기 세라믹-유리 혼합물을 850 ~ 950℃에서 소성하는 단계;를 포함하는 저온 소성 세라믹 제조 방법에 관한 기술이다.
상기한 종래 기술들은 고유전율을 갖는 세라믹 조성물 및 그 제조방법을 설명하고 있으나, 반도체 에칭공정에 사용되는 세라믹 조성물 및 부품의 제조방법에 아닌 기타 다른 분야에 사용되는 기술을 중심적으로 기재하고 있어, 반도체 에칭공정에 적용하기 어려운 기술이다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로, 반도체 에칭공정에서 사용되는 챔버 내부에 구성되되 웨이퍼를 지지하는 지지부품 및 기타 다른 부품들을 플라즈마가 가스로부터 유전율(저항력)이 높은 부품으로 구성하여, 에칭공정 중 챔버 내부에 플라즈마 가스 확산 시, 상기 가스가 웨이퍼로 집중될 수 있도록 하여 작업능률을 향상시킬 수 있도록 하는 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로 완성해낸 것이다.
이에 본 발명은, 반도체 에칭장치용 세라믹 부품 제조방법에 있어서, 
분말과 
분말을 볼밀기에 넣어 24시간 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합단계; 상기 혼합물을 건조기로 24시간 건조하는 건조단계; 상기 건조된 혼합물을 구비된 금형에 넣어 1350~1450kgf/
로 세라믹 부품 형상을 형성하는 세라믹 부품 형성단계; 상기 세라믹 부품을 1500~1700°의 온도로 2시간 소성하는 소성단계; 를 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 혼합단계는, 
분말과 
분말을 50~95: 5~50wt%로 혼합하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 혼합단계의 혼합물에는, PVB 1중량부와 에탄올 150g이 각각 첨가 되는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 세라믹 부품은 
(YAG), 
(YAM), 
(YAP) 중 어느 하나의 결정구조인 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명의 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법에 의하면, 반도체 에칭공정 시 챔버의 내부에 구성되는 다양한 종류의 부품들을 플라즈마 가스로부터 유전율(저항력)이 높은 부품을 사용하여, 상기 챔버의 내부에 플라즈마 가스 확산 시, 상기 가스가 웨이퍼의 표면으로 집중될 수 있게 되어 작업의 효율성을 극대화시킬 수가 있고, 이렇게 제조된 세라믹 부품은 경향성이 없는 유용한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 
: 
분말의 혼합비가 50:50으로 하여 만들어진 소결체에 대한 XRD분석결과를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의
: 
분말의 혼합비가 65:35으로 하여 만들어진 소결체에 대한 XRD분석결과를 나타내는 도면
도 3은 본 발명의
: 
분말의 혼합비가 75:25으로 하여 만들어진 소결체에 대한 XRD분석결과를 나타내는 도면
도 4는 본 발명의
: 
분말의 혼합비가 85:15으로 하여 만들어진 소결체에 대한 XRD분석결과를 나타내는 도면
도 5는 본 발명의
: 
분말의 혼합비가 95:5으로 하여 만들어진 소결체에 대한 XRD분석결과를 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 2는 본 발명의
도 3은 본 발명의
도 4는 본 발명의
도 5는 본 발명의
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 9는 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예를 나타내는 시험성적서
통상적으로 반도체 웨이퍼 에칭공정에 사용되는 챔버에는 다양한 부품들로 이루어져 있고, 그 중에서도 웨이퍼를 지지하는 지지부품 및 그 지지부품을 잡아주거나 그 지지부품과 연결되는 부품들이 있는데, 이러한 부품들이 대부분 유전율이 낮아 에칭공정 시, 챔버 내부로 확산되는 플라즈마 가스가 상기 웨이퍼로 집중되지 못하고 기타 다른 방향으로 이동되는 경우가 자주 발생하여, 작업능률이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 반도체의 에칭공정 시 사용되는 챔버의 내부에 10~15의 유전율을 갖는 세라믹 부품을 구성하여, 상기 챔버의 내부에 플라즈마 가스를 확산 시, 그 플라즈마 가스가 기타 다른 방향으로 이동을 억제하고 웨이퍼로 집중될 수 있도록 하는 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
먼저, 본 발명에서는 세라믹 부품 제조방법과, 그 제조방법으로 제조된 세라믹 부품에 대해 설명하기로 한다.
 |
 |
PVB | 에탄올 | |
| 1 | 50 | 50 | 1 | 150 |
| 2 | 65 | 35 | 1 | 150 |
| 3 | 75 | 25 | 1 | 150 |
| 4 | 85 | 15 | 1 | 150 |
| 5 | 95 | 5 | 1 | 150 |
상기 표 1에 나타내는 바와 같이 본 발명의 세라믹 부품은 
분말과 
분말을 50~95 : 5~50wt%로 혼합 구성되어, 하기될 제조방법으로 제조할 경우, 하기된 표 2에 도시된 바와 같이 유전율 10~15, 밀도 4.447~4.639로 구성되어 종래의 세라믹 부품에 비해 유전율(저항력)이 높게 형성된다.
또한,
상기 세라믹 부품은 
(YAG), 
(YAM), 
(YAP) 중 어느 하나의 결정구조로 구성된다.
또한, 표 2에서 나타내는 바와 같이 
분말과 
분말이 75:25로 혼합되어 구성된 
(YAP)의 SEM 측정 결과 파단면(절단된 부분) 형상은 경향성이 거의 없는 것으로 나타났고, EDS결과 C의 함량이 50:50, 65:35 조성은 비슷하게 검출되었으나, 
의 함량이 증가할수록 C의 함량도 증가하는 것을 알 수가 있다.
  |
50:50 | 65:35 | 75:25 | 85:15 | 95:5 |
| 유전율 분석 결과 |
10.4125 | 12.0152 | 14.3347 | 12.8694 | 12.4882 |
| XRD 상 분석 결과 |
YAG( |
YAG( YAP(  |
YAP( |
YAM( |
YAM( |
한편, 표 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 세라믹 부품은 상기 혼합비율로 혼합되어 제조될 경우 
(YAG), 
, 
중 어느 하나의 결정구조를 갖는 세라믹 부품으로 구성된다.
상기한 바와 같은 세라믹 부품의 제조방법을 보면,
| 6시간 | 12시간 | 18시간 | 24시간 | |
| 혼합상태 | 불량 | 불량 | 불량 | 양호 |
표 4에 나타내는 바와 같이 각각의 분말을 혼합 시, 볼밀기에 넣어 혼합 하여 각 다른 시간을 부여하여 혼합한 결과, 6, 12, 18시간의 경우 혼합이 잘 이루어지지 않았고 24시간 동안 혼합하였을 시 원하는 형태의 혼합물을 얻을 수 있었다.
여기서, 상기 혼합단계는, 
분말과 
분말을 50~95: 5~50wt%로 혼합하여 구성되되 상기 혼합물에는, 결합재로써 PVB가 1중량부가 첨가되고, 에탄올 150g이 첨가 되도록 하여 혼합의 효율성을 높을 수가 있다.
즉, 본 발명의 혼합단계에서는 표 5에 나타내는 바와 같이 
분말과 
분말의 혼합비를 50:50, 65:35, 75:25, 85:15, 95:5로 5가지의 실험을 통해 각각의 혼합비에 유전율과 유전손실율이 확연한 차이가 있는 것을 알 수가 있었고, 특히, 유전율 값은 50:50에서 75:25조성까지 점차적으로 증가하다가 85:15, 95:5에 줄어들며 일정하게 측정되었음에 따라, 가장 바람직하게는 
분말과 
분말을 75:25로 혼합하게 될 경우 유전율이 높고 유전손실율이 낮다.
또한, 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 
분말과 
분말의 혼합비율에 따른 XRD분석결과이고, 도 6 내지 도 11에 도시된 바와 같이 
분말과 
분말의 혼합비율에 대한 시험성적서로써, 도시된 바와 같이 
분말과 
분말의 혼합비율을 75:25로 하였을 시, 유전율(저항력)이 높고 유전손실률 가장 적합한 것을 알 수 있다.
한편, 상기 혼합단계 후에는 상기 혼합물을 건조기로 24시간 건조하는 건조단계를 수행한다.
| 6시간 | 12시간 | 18시간 | 24시간 | |
| 혼합물 | 불량 | 불량 | 불량 | 양호 |
상기 건조단계 또한 각 시간별로 달리하여 건조한 결과 24시간의 건조가 가장 양호한 것을 알 수 있다.
상기 건조된 혼합물을 구비된 금형에 넣어 1350~1450kgf/
로 세라믹 부품 형상을 형성하는 세라믹 부품 형성단계를 수행한다.
1000kgf/ |
1250kgf/ |
1350kgf/ |
1400kgf/ |
1450kgf/ |
|
| 세라믹 부품 | 불량 | 불량 | 양호 | 양호 | 가장 양호 |
상기 세라믹 부품 형성단계에서는 건조된 혼합물을 구비된 금형에 넣어 가장 적합한 압력을 주어 제조하려는 세라믹 부품의 형상으로 형성하는 단계인데, 본 발명에서는 1000~1450kgf/
의 5가지 조건으로 각 조건당 10회에 걸친 평균값으로, 1450kgf/
의 조건으로 압력을 가할 시, 가장 양호(적합)한 세라믹 부품 형상이 제조되었다.
그 후에는 상기 세라믹 부품을 1500~1700°의 온도로 2시간 소성하는 소성단계를 수행한다.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
| Temp | 1500° | 1550° | 1600° | 1650° | 1700° |
| Time | 2hr | 2hr | 2hr | 2hr | 2hr |
| 상태 | 비양호 | 비양호 | 비양호 | 양호 | 비양호 |
상기 소성단계에서는, 5가지 조건을 서로 달리하여 소성하였으며, 1650°에서 2시간동안 소성하는 것이 가장 양호(적합)한 것으로 나타났으며, 최종적으로 상기한 방법들을 통해 유전율을 향상시킨 세라믹 부품이 제조하였다.
상기한 바와 같은 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법은 반도체 에칭공정에 사용되는 챔버의 내부에 다양한 부속품들에 적용할 경우 상기 챔버 내부에 플라즈마 가스가 확산될 시, 기타 다른 부분으로 누설 및 이동되는 것을 최대한 억제하는 한편, 웨이퍼의 표면으로 집적도를 향상시켜 집중되어, 작업능률을 향상시키고 불량률을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
Claims (5)
- 반도체 에칭장치용 세라믹 부품 제조방법에 있어서,
분말과
분말을 볼밀기에 넣어 24시간 혼합하여 혼합물을 형성하는 혼합단계;
상기 혼합물을 건조기로 24시간 건조하는 건조단계;
상기 건조된 혼합물을 구비된 금형에 넣어 1350~1450kgf/로 세라믹 부품 형상을 형성하는 세라믹 부품 형성단계;
상기 세라믹 부품을 1500~1700°의 온도로 2시간 소성하는 소성단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 혼합단계는,
분말과
분말을 50~95: 5~50wt%로 혼합하는 것을 특징으로 하는 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 혼합단계의 혼합물에는,
PVB 1중량부와 에탄올 150g이 각각 첨가 되는 것을 특징으로 하는 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 제조방법.
- 분말과
분말을 50~95 : 5~50wt%로 혼합되어 구성되고, 유전율 10~15, 밀도 4.447~4.639인 것을 특징으로 하는 유전율을 향상시킨 세라믹 부품.
- 제 4항에 있어서,
상기 세라믹 부품은(YAG),
(YAM),
(YAP) 중 어느 하나의 결정구조인 것을 특징으로 하는 세라믹 부품.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200084848A KR20220006879A (ko) | 2020-07-09 | 2020-07-09 | 유전율을 향상시킨 세라믹 부품 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20220006879A (ko) |
-
2020
- 2020-07-09 KR KR1020200084848A patent/KR20220006879A/ko not_active Application Discontinuation
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