KR20230137974A - 은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건식 펌프와 IBE 챔버를 연결하는 진공 튜브에 복수 그룹들의 필터스크린 그룹들을 제공하며, 인접한 필터스크린 그룹들의 크기는 50 내지500mm이고, 필터스크린 그룹의 각 그룹은 1 내지3층의 필터스크린으로 구성되며, 인접한 필터스크린들 사이의 간격은 0.5 내지5mm인 단계 1, 및 필터스크린들 사이에 화학흡착제를 채우는 단계2의 단계들을 포함한 은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 대부분의 은 부산물이 여과되거나 흡착될 수 있다.

Description

은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법
본 출원은 2021년 6월 25일자에 출원된 중국 특허 출원 제2021107097031호 명칭 "은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법"의 우선권 혜택을 주장하고, 개시 내용은 본원에 그 전문이 참조문헌으로 포함된다.
본 발명은 은 에칭 기술분야에 속하며, 특히 은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
귀금속 IBE는 에칭 후 독특한 나노규모의 이점을 가지며, 이는 광 반사, 산란 및 공명 측면에서 다른 나노물질과 구별된다. 그리고 표면 플라즈몬 공명은 가장 근본적인 특성이다.
기존의 은 에칭 나노소재 제조 방법은 건식 에칭과 습식 에칭으로 구분할 수 있다. 습식 에칭의 장점은 높은 에칭 속도, 높은 선택비 및 간단한 장비이다. 예를 들어 은 NO3, 구연산 나트륨, H2O2 및 NaBH4 용액을 채택하여 은 나노 시트를 실온에서 제조한다. 그러나 습식 에칭의 단점도 분명하며, 습식 에칭은 일반적으로 등방성이므로 에칭제 화학 물질이 마스크 재료 아래의 기판 재료를 제거하게 된다. 습식 에칭에는 기판 재료가 에칭액으로 덮여야 하므로 많은 양의 화학 물질이 추가로 필요하다. 또한, 동일한 초기 에칭 속도를 유지하기 위해서는 에칭액을 지속적으로 교체해야 한다. 이로 인해 습식 에칭과 관련된 생산 비용이 매우 높아진다.
이온빔 에칭(IBE)은 건식 에칭의 일종으로, 특정 에너지의 이온빔을 물질의 표면에 충돌시켜 물질의 표면을 스퍼터링시켜 에칭 효과를 구현하는 장치이다.
에칭 공정 흐름은 다음과 같다.
Ar, O2 등의 가스가 석영 튜브 방전챔버에 유입 → RF 코일에 의해 발생된 고주파가 Ar 및 O2를 이온화하여 플라즈마 생성 → 이온이 그리드 메쉬를 통해 양전하를 띤 이온빔으로 수집 → 이온빔 중화기에서 방출된 전자에 의해 양전하가 중화되어 중성 이온빔을 형성 → 중성 이온빔이 운반 플랫폼의 웨이퍼에 타격을 가하고 부산물은 진공 시스템에 의해 펌핑된다.
이온빔 에칭은 습식 에칭에 비해 재료 소모가 적고, 재료를 다른 방향에서 에칭할 수 있으며, 생산 비용이 저렴하다. 그러나 이온빔 에칭 작업 시 이온빔에 의해 타격을 받은 은은 전도성 응집체를 형성하고, 그 응집체는 에칭 물질의 표면에 남거나 진공 시스템에 의해 건식 펌프로 펌핑될 수 있으며, 이로 인해 장비의 서비스 수명이 단축된다.
현재 업계에서는 에칭 공정에서 발생하는 은 응집 및 부산물 문제를 해결하기 위해 진공 시스템의 진공 튜브에 필터 스크린을 추가하여 건식 펌프와 분자 펌프내부로 유입될 수 있는 입자를 차단하는 방안을 제시하고 있으며, 상기 방법의 한계는 필터 스크린의 크기가 충분히 작을 수 없으며 필터 스크린이 필터 스크린의 구멍 크기보다 작은 입자를 차단할 수 없다는 것이다.
본 발명의 실시예는 은 에칭 부산물의 대부분을 여과 또는 흡착할 수 있는 은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예는 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법을 제공한다. 이 방법에는 다음 단계가 포함된다.
단계 1에서는 건식 펌프와 IBE 챔버를 연결하는 진공관에 적어도 한 그룹의 필터스크린 그룹들이 제공되고, 필터스크린 그룹들 중 적어도 하나의 그룹 중 인접한 필터스크린 그룹들 사이의 간격은 50mm 내지 500mm이고, 필터스크린 그룹들의 각 그룹은 1 내지 3개의 필터스크린 층을 포함하며 인접한 필터스크린들 사이의 간격은 0.5mm~5mm이다.
단계 2에서는 상기 필터스크린들 사이에 화학흡착제가 충진된다.
일 실시예에서, 단계 1에서, 필터스크린 그룹들의 상기 그룹들에는 적어도 2개의 그룹들이 제공된다.
일 실시예에서, 단계 2에서, 화학흡착제는 활성성분과 담체(캐리어)를 포함하되, 상기 활성성분은 설프히드릴 화합물 30 중량% 내지 80 중량%, 바이오매스 활성탄 10 중량% 내지 30 중량% 및 알칼리 금속 화합물 10 중량% 내지 30 중량% 중 어느 하나 이상을 포함한다.
일 실시예에서, 단계 2에서, 상기 담체는 활성탄 20 중량% 내지 30 중량%, 분자체 5 중량% 내지 15 중량% 및 알루미나 40 중량% 내지 80 중량%를 포함하되, 활성성분의 담지량은 10 중량% 내지 50 중량%이다.
일 실시예에서, 상기 설프히드릴 화합물은 설프히드릴 변형된 글루타르알데히드를 기반으로 가교결합된 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 머캅토프로피온산, 머캅토에틸아민, 글루타티온 및 셀룰로스 PWP-OX-TSC 중 하나 이상을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 알칼리 금속 화합물은 산화마그네슘, 산화칼슘 및 크롬 헤미트리옥사이드 중 하나 이상을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 화학흡착제는 구형, 과립형, 원주형 또는 띠형이다.
일 실시예에서, 상기 필터스크린의 재질은 스테인레스 스틸, 석영 또는 세라믹이다.
일 실시예에서, 각 필터스크린 그룹의 상기 필터스크린들의 어퍼쳐(aperture) 크기는 외부 필터스크린에서 내부 필터스크린으로 순차적으로 감소되고, 가장 바깥쪽 필터스크린의 어퍼쳐 크기는 2mm 내지 5mm이고, 가장 안쪽 필터스크린의 어퍼쳐 크기는 0.5mm 내지 1.5mm이다.
일 실시예에서, 상기 인접한 필터스크린들의 메쉬는 엇갈린 방식으로 분포된다.
본 발명은 상기 기술적 해법을 채택함으로써 종래기술과 비교하여 다음과 같은 기술적 효과를 갖는다.
본 발명의 은 부산물을 필터 스크린을 통해 여과하고, 큰 입자는 차단되고, 작은 입자가 필터스크린을 통과한 후, 흡착제의 활성성분의 담지 용량이 증가하기 때문에 작은 은 입자에 대한 흡수 효과가 더 좋아진다. IBE 에칭 공정 중 생성되는 은 입자를 완전히 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에서 진공 시스템과 연결된 IBE 챔버의 개략도를 예시한다.
도 2는 도 1의 실시예의 필터스크린 구조의 개략도를 예시한다.
도 3은 도 1의 실시예의 PWP-OX-TSC 화학흡착 원리의 개략도를 예시한다.
도 4는 은 에칭 재료의 개략적인 구조도를 예시한다.
도 1에서, 참조번호 1은 IBE 챔버와의 연결을 나타내고, 참조번호 2는 건식 펌프와의 연결을 나타내며, 참조번호 3은 분자 펌프와의 연결을 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 결합하여 본 발명의 기술적 해법을 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 설명에 있어서, "왼쪽", "오른쪽", "상부", "하부" 등의 용어는 도 1에 도시된 것에 기초하여 방향 또는 위치 관계를 나타내는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면은 단지 본 발명을 설명의 편의와 단순화를 위한 것일 뿐, 언급된 장치 또는 구성요소가 특정 방향을 가져야 하거나, 특정 방향으로 구성되거나, 작동되어야 함을 나타내거나 암시하는 것은 아니며, "첫 번째", "두 번째" 등은 구성 부분의 중요한 정도를 나타내지 않으므로 본 개시를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예에서 사용된 구체적인 크기는 단지 기술적 방안을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호 범위를 제한하지 않는다.
도 1, 2 및 3에 도시된 실시예는 은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법을 제공한다. 이 방법은 다음 단계를 포함한다.
단계 1에서는 건식 펌프와 IBE 챔버를 연결하는 진공 튜브에 두 그룹의 필터스크린 그룹들(a 및 b)이 제공되며, 인접한 필터스크린 그룹들 사이의 간격은 50mm 내지 500mm이며, 필터스크린 그룹들의 각 그룹은 1내지3개의 필터스크린 층들로 구성되며, 인접한 필터스크린들 사이의 간격은 0.5mm내지5mm이다.
단계 2에서는 필터스크린 사이에 화학흡착제를 충진한다.
단계 2에서, 상기 화학흡착제는 활성성분과 담체를 포함하며, 활성성분은 설프히드릴 화합물 30 중량% 내지 80 중량%, 바이오매스 활성탄 10 중량% 내지 30 중량% 및 알칼리 금속 화합물의 10 중량% 내지 30 중량%를 포함한다. 담체는 활성탄 20 중량% 내지 30 중량%, 분자체 5 중량% 내지 15 중량% 및 알루미나 40 중량% 내지 80 중량%를 포함하고, 활성성분의 담지량은 임의의 하나 또는 1 0wt% 내지 50 wt%의 조합이다..
상기 설프히드릴 화합물은 설프히드릴 변형된 글루타르알데히드를 기반으로 가교결합된 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 머캅토프로피온산, 머캅토에틸아민, 글루타티온 및 셀룰로스 PWP-OX-TSC 중 하나 이상을 포함한다.
상기 알칼리 금속 화합물은 산화마그네슘, 산화칼슘 및 크롬 헤미트리옥사이드 중 하나 이상을 포함한다.
상기 화학흡착제는 구형, 과립형, 원주형 또는 띠형이다.
각 상기 필터스크린 그룹들의 필터스크린들의 어퍼쳐(aperture) 크기는 외부 필터스크린에서 내부 필터스크린으로 순차적으로 감소되고, 가장 바깥쪽 필터스크린의 상기 어퍼쳐 크기는 2mm 내지 5mm이고, 가장 안쪽 필터스크린의 상기 어퍼쳐 크기는 0.5mm 내지 1.5mm이다. 인접한 필터스크린들의 메쉬는 엇갈린 방식으로 분포된다. 상기 필터스크린들의 재질은 스테인레스 스틸, 석영 또는 세라믹이다.
상기 필터스크린의 목적은 진공 시스템에 의해 여과되는 큰 입자의 은 응집 부산물을 여과하는 것이다. 상기 필터스크린의 크기는 에칭 공정 중 은 부산물의 실제 크기에 따라 조정될 수 있다. 물리적 여과와 화학적 흡착을 결합한 방식으로 은 에칭 공정에서 발생하는 부산물을 효과적으로 제거할 수 있다. PWP-OX-TSC를 예로 들면, 화학흡착의 원리는 도 3과 같다.
흡착이 일어난 후에는 티오우레아기의 티올기의 호변이성질체 피크가 사라지는데, 그 주된 이유는 PWP-OX-TSC의 S 함유기가 흡착 과정에서 역할을 하기 때문이다. C-S기의 양성자화는 C-S기의 결합에너지를 증가시키고, S 리간드는 산성 조건에서 양성자화되어 양전하를 띤 PWP-OX-TSC와 은 사이의 정전기적 상호작용이 정전기적 역할을 하게 되므로, 은은 양전하를 띤 이온 형태로 PWP-OX-TSC 표면에 흡착된다.
다음은 본 개시의 더 나은 이해를 위해 편리한 본 개시의 혁신적인 점에 기초한 개선된 은 에칭 공정의 실시예를 제공한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 에칭될 은 나노물질의 표면 토폴로지를 설명하기 위해 다음의 세 가지 구현 사례를 예시한다.
사례 1
에칭되는 은 나노물질의 표면 토폴로지는 도 4에 도시된 바와 같다.
이온빔 A의 각도는 0°이고, 이온 에너지는 400V이며, 이온 가속 바이어스 전압은 400V이고, 에칭 캐비티의 압력은 2mT이며, 가스 흐름은 100sccm이며, 가스는 아르곤이며, SiO2층이 에칭되면 에칭을 중단한다.
이온빔 B 의 각도는 -75°이고, 이온 에너지는 400V이며, 이온 가속 바이어스 전압은 400V이고, 에칭 캐비티의 압력은 2mT이며, 가스 흐름은 100sccm이고, 가스는 아르곤이며, 은으로된 측벽이 가파르게 장식되어 있다.
상기 공정에서 발생되는 부산물인 은입자는 공기 펌핑 배관으로 펌핑될 수 있으며, 공기 펌핑 배관 내 필터스크린 및 화학흡착제의 사양은 다음과 같다.
필터스크린 그룹들은 각각 위치 a와 b에 배열되며, 상기 필터스크린의 두 그룹들 사이의 거리는 100mm이며, 각 필터스크린의 직경은 40mm(IBE 공기 배출 파이프라인의 내경과 동일)이고, 상기 필터스크린들의 재질은 석영이며, 필터스크린들의 각 그룹에는 두 개의 필터스크린 층들이 포함되어 있으며, 필터스크린의 두 층들 사이의 간격은 2mm이다. 외층 필터스크린의 어퍼쳐 크기는 2mm이며, 필터스크린의 내부 층 어퍼쳐 크기는 0.5mm이고(섀도우 부분에 근접한 필터스크린을 내부 층 필터스크린으로 간주함), 어퍼쳐의 면적은 전체 필터스크린 면적의 50%를 차지하며, 필터스크린들의 2개의 층은 엇갈리게 배열된다.
화학흡착제 조성 : 활성성분 3-메르캅토프로필트리메톡시실란 50wt%, 바이오매스 활성탄 15wt%, 산화칼슘 35wt%. 담체는 활성탄 40wt%, 분자체 15wt%, 알루미나 45wt%로 구성되며 상기 활성성분의 담지 용량은 20%이다.
상기 흡착제 프로파일은 직경 1mm의 구형을 포함한다.
상기 은 부산물을 필터스크린을 통해 여과하여 큰 입자를 차단하고, 상기 필터스크린을 통과한 후 작은 입자를 화학적으로 흡착시켜 은 에칭 부산물을 효과적으로 저감시킬 수 있다.
사례 2
상기 이온빔 A의 각도는 0°이고, 이온 에너지는 400V이며, 이온 가속 바이어스는 400V이고, 에칭 캐비티의 압력은 압력은2mT이며, 가스 흐름은 100sccm이고, 가스는 아르곤이며, SiO2층이 에칭되면 에칭을 중단한다.
상기 이온빔 B 의 각도는 -75°이고, 이온 에너지는 400V이며, 이온 가속 바이어스 전압은 400V이고, 에칭 캐비티의 압력은 2mT이며, 가스 흐름은 100sccm이고, 가스는 아르곤이며, 은으로된 측벽이 가파르게 장식되어 있다.
부산물인 은입자는 공기 펌핑 배관으로 펌핑될 수 있으며, 공기 펌핑 배관 내 필터스크린 및 화학흡착제의 사양은 다음과 같다.
(1) 필터스크린 그룹들은 각각 위치 a와 b에 배열되며, 필터스크린들의 두 그룹들 사이의 거리는 100mm이며, 각 필터스크린의 직경은 40mm(IBE 공기 배출 파이프라인의 내경과 동일)이고, 필터스크린들의 재질은 석영이며, 필터스크린들의 각 그룹에는 두 개의 필터스크린 층들이 포함되어 있으며, 필터스크린들의 두 층들 사이의 간격은 2mm이다. 외층 필터스크린의 어퍼쳐 크기는 2mm이며, 필터스크린의 내부 층 어퍼쳐 크기는 0.5mm이고(섀도우 부분에 근접한 필터스크린을 내부 층 필터스크린으로 간주함), 어퍼쳐의 면적은 전체 필터스크린 면적의 50%를 차지하며, 그리고 필터스크린들의 2개의 층들은 엇갈리게 배열된다.
(2) 화학흡착제 조성 : 활성성분 3-메르캅토프로필트리메톡시실란 50wt%, 바이오매스 활성탄 15wt%, 산화칼슘 35wt%. 담체는 활성탄 40wt%, 분자체 15wt%, 알루미나 45wt%로 구성되며 상기 활성성분의 담지 용량은 20%이다.
상기 흡착제 프로파일은 직경 1mm의 구형을 포함한다.
상기 은 부산물이 필터망을 통과하여 여과되고, 큰 입자는 차단되고, 작은 입자는 필터스크린을 통과 후 흡착제 충진량이 부족하여 불완전하게 흡착되어 소량의 작은 입자가 펌프로 펌핑된다.
사례 3
상기 이온빔 A의 각도는 0°이고, 이온 에너지는 400V이며, 이온 가속 바이어스는 400V이고, 에칭 캐비티의 압력은 압력은2mT이며, 가스 흐름은 100sccm이고, 가스는 아르곤이며, SiO2층이 에칭되면 에칭을 중단한다.
상기 이온빔 B 의 각도는 -75°이고, 이온 에너지는 400V이며, 이온 가속 바이어스 전압은 400V이고, 에칭 캐비티의 압력은 2mT이며, 가스 흐름은 100sccm이고, 가스는 아르곤이며, 은으로된 측벽이 가파르게 장식되어 있다.
상기 부산물인 은입자는 공기 펌핑 배관으로 펌핑될 수 있으며, 공기 펌핑 배관 내 필터스크린 및 화학흡착제의 사양은 다음과 같다.
(1) 필터스크린들 그룹들은 각각 위치 a와 b에 배열되며, 필터스크린들의 두 그룹들 사이의 거리는 100mm이며, 각 필터스크린의 직경은 40mm(IBE 공기 배출 파이프라인의 내경과 동일)이고, 상기 필터스크린들의 재질은 석영이며, 필터스크린들의 각 그룹에는 두 개의 필터스크린 층들이 포함되어 있으며, 필터스크린들의 두 층들 사이의 간격은 2mm이다. 외층 필터스크린의 어퍼쳐 크기는 2mm이며, 필터스크린의 내부 층 어퍼쳐 크기는 0.5mm이고(섀도우 부분에 근접한 필터스크린을 내부 층 필터스크린으로 간주함), 어퍼쳐의 면적은 전체 필터스크린 면적의 50%를 차지하며, 필터스크린들의 2개의 층들은 엇갈리게 배열된다.
(2) 화학흡착제 조성 : 활성성분 3-메르캅토프로필트리메톡시실란 50wt%, 바이오매스 활성탄 15wt%, 산화칼슘 35wt%. 담체는 활성탄 40wt%, 분자체 15wt%, 알루미나 45wt%로 구성되며 상기 활성성분의 담지 용량은 50%이다.
상기 흡착제 프로파일은 직경 1mm의 구형을 포함한다.
상기 은 부산물을 필터스크린을 통해 여과하고, 큰 입자를 차단한다. 작은 입자가 상기 필터스크린을 통과한 후 흡착제 활성 성분의 담지 용량이 증가하여 작은 은 입자에 대한 흡수 효과가 더 좋아진다. IBE 에칭 공정 중 생성된 은 입자를 완전히 제거할 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술적 및 과학적 용어를 포함함)는 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다는 것은 당업자에게 이해될 것이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 본 문서에서 명시적으로 정의되지 않는 한 선행 기술의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다는 것이 추가로 이해될 것이다.
이상의 실시예는 단지 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술사상에 따른 기술방안에 기초하여 이루어진 모든 변형은 본 발명의 보호범위에 속한다. 이상, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 지식 범위 내에서 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.

Claims (10)

  1. 건식 펌프와 IBE 챔버를 연결하는 진공 튜브에 적어도 한 그룹의 필터스크린 그룹들을 제공하되, 필터스크린 그룹들 중 적어도 한 그룹의 인접한 필터스크린 그룹들 간의 간격은 50 내지500mm 이고, 필터스크린 그룹들의 각 그룹은 1 내지3층의 필터스크린들로 구성되며, 인접한 필터스크린들 사이의 간격은 0.5 내지5mm인 단계 1; 및
    상기 필터스크린들 사이에 화학흡착제를 채우는 단계2를 포함하는
    은 에칭 부산물의 응집을 감소시키는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계 1에서 필터스크린 그룹들의 그룹들은 적어도 2개의 그룹들이 제공되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 단계2에서 화학흡착제는 활성성분과 담체(캐리어)를 포함하되, 상기 활성성분은 설프히드릴 화합물 30 중량% 내지 80 중량%, 바이오매스 활성탄 10 중량% 내지 30 중량% 및 알칼리 금속 화합물 10 중량% 내지 30 중량% 중 어느 하나 이상을 포함하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 단계2에서 상기 담체는 활성탄 20 중량% 내지 30 중량%, 분자체 5 중량% 내지 15 중량% 및 알루미나 40 중량% 내지 80 중량%를 포함하되, 상기 활성성분의 담지량은 10 중량% 내지 50 중량%인 방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 설프히드릴 화합물은 설프히드릴 변형된 글루타르알데히드를 기반으로 가교결합된 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 머캅토프로피온산, 머캅토에틸아민, 글루타티온 및 셀룰로스 PWP-OX-TSC 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 알칼리 금속 화합물은 산화마그네슘, 산화칼슘 및 크롬 헤미트리옥사이드 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 화학흡착제는 구형, 과립형, 원주형 또는 띠형인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 필터스크린의 재질은 스테인레스 스틸, 석영 또는 세라믹인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 각 필터스크린 그룹의 상기 필터스크린들의 어퍼쳐(aperture) 크기는 외부 필터스크린에서 내부 필터스크린으로 순차적으로 감소되고, 가장 바깥쪽 필터스크린의 어퍼쳐 크기는 2mm 내지 5mm이고, 가장 안쪽 필터스크린의 어퍼쳐 크기는 0.5mm 내지 1.5mm인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 인접한 필터스크린들의 메쉬는 엇갈린 방식으로 분포되는 방법
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