KR940010507B1 - 플라즈마 에칭용 전극판 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

플라즈마 에칭용 전극판

본 발명은 반도체 집적회로의 제조에 있어서 웨이퍼의 플라즈마 에칭 가공에 사용하는 전극판에 관한 것이다.

근래에, 반도체 집적회로의 미세화 및 고밀도화에 대한 요구가 증대하고 있다. 그러한 요구의 증대와 더블어, 평행 평판형 플라즈마 에칭 기법은 그것이 고정밀도의 미세한 패턴을 형성할 수 있기 때문에 더욱더 중요해지고 있다. 평행 평판형 플라즈마 에칭은 위 아래에서 대향하는 한 쌍의 평활판의 전극 간에 고주파 전력을 부가하여 플라즈마를 발생시키는 방법이며, 그에의해 하부 전극에 놓인 웨이퍼에 소정의 패턴을 형성하는 것이다. 상기에 기술한 플라즈마 에칭에서, 플라즈마에 존재하는 할로겐계 반응 가스의 프리래티컬(free radical) 및 이온이 전극의 전계에 이끌려 하부 전극에 놓인 웨이퍼에 대하여 수직으로 입사하고 포토레지스트(photo resist)가 없는 부분을 식각(etch)한다.

상술한 플라즈마 에칭에 사용하는 전극의 재료는 도전성 뿐만아니라 고순도성 및 화학적 안정성 따위의 각종 특성이 요구되며, 금속판 및 고순도성 흑연판이 전극으로서 사용돼 왔다.

그렇지만, 금속전극판은, 화학적 안정성이 만족스럽지 못하고, 재질의 순도성을 높이는 데 매우 어려움이 뒤따르는 결점이 있다.

다른 한편으로, 고밀도 흑연 전극판은 본질적으로 우수한 도전성과 화학적 안정성을 가지고 있고, 더욱이 순도를 용이하게 높일수 있는 잇점을 가지고 있다. 그렇지만, 이같은 전극판은 입체집합상(cluster odparticles)의 구조를 가지고 있기 때문에, 플라즈마 발생중, 조직을 구성하는 미세한 입자가 파티클이 되어 탈락하게 되어 전극판의 소모를 가속시키고, 웨이퍼의 상부면을 오손하는 현상을 야기하는 문제점이 있다.

본 발명인은 앞서, 그러한 고밀도 탄소전극의 사용에서 생기는 분리 파티클로 인한 전극판의 과도한 소모현상을 제거하는 목적으로 고순도 유리상 카번제의 전극판을 제안한 바 있다(일본 특허공개 공보 62-252942) 참조).

유리상 카번제의 플라즈마 에칭 전극판은 고밀도 흑연재료에 발전되는 입체집합상과는 매우 상이한 삼차원 망목구조(three-dimensional network structure)의 균질의 밀접구조이다. 더욱이, 그것은 카번재의 도전성과 화학적 안정성을 가지고 있고, 그의 순도는 용이하게 높일수 있다. 그러므로, 상술한 전극판의 실용성능은 종래의 금속 및 고밀도 흑연의 전극판을 능가한다.

그렇지만, 유리상 카번재의 조직에는 클로즈 된 미세한 기포가 내재해 있고, 이 기포내부에는 전극판 제조중 출발(starting) 수지중의 저휘발성분의 탄화로 생성된 미세 탄화물이 유리형태(free form)로 존재한다. 이 유리 탄화물을 플라즈마 에칭중 전극소모에 동반하여 분리 파티클의 형태로 전락한다.

더욱이, 상술한 재료는 조직중에 내재하는 기포의 대소에 의해 전극판 표면의 소모 정도가 변동하고 에칭의 균일성을 기대할 수 없는 문제점도 있다.

한편, 플라즈마 에칭에 대한 요구가 증대되기 때문에 플라즈마 에칭용 전극판은 고성능 요구를 만족시켜야 한다. 특히, 분리 파티클수(1에칭 시간중 6인지 웨이퍼의 표면에 떨어지는 0.3㎛ 이상의 파티클수)가 30개 이하 이어야하고 에칭 변동률이 3%의 범위이내어야하는 성능요구를 만족시켜야 한다. 이러한 이유로 해서, 종래의 조직의 유리상 카번재로 구성한 전극판으로는 요구성능을 충분히 만족시키지는 못해 왔다.

본 발명의 목적은 플라즈마 에칭용 전극에 대한 요구성능, 즉 분리 파티클의 수(1에칭 기간 중 6인지 웨이퍼의 표면에 떨어지는 0.3㎛이상의 파티클수)가 30개 이하이어야 하고 에칭 변동률이 ±3%의 범위이내어야 하는 성능을 만족시키는 플라즈마 에칭용 전극판을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적은 최대 기공경 1㎛ 이하, 평균 기공경 0.7㎛ 이하 그리고 기공률 1% 이하를 가지고 있는 고순도 유리상 카번으로 이루어지는 플라즈마 에칭용 전극으로 달성할 수가 있다.

본 발명의 플라즈마 에칭용 전극판(이하, 전극판 이라고만 한다.)에 있어서, 최대기 공경이 1㎛ 이하인 한 그것이 바람직하게 0.02 내지 1㎛ 이라할지라도, 최대 기공경에 대한 제한은 없다.

본 발명의 전극판에 있어서, 평균기공경은 0.7㎛ 이하 바람직하게는 0.01 내지 0.7㎛이고, 나아가, 기공률은 1% 이하 바람직하게는 0.04 내지 1%이다.

본 발명의 전극판은 유리상 카번으로 이루어져 있다. 여기의 "유리상카번"이라는 용어는 고경도와 가스불침투성에 의해 특징지어지고, 페놀수지 또는 푸란수지, 당, 셀류로스 또는 폴리 염화 비닐리덴 따위 열경화성 수지의 탄화에 의해 일반적으로 제조된 것의 의미에 사용된다. 유리상 카번은 통상의 유리와 같이 그의 분쇄에 있어 패각상 패턴을 가지며, 혹 카번분은 손가락으로 접촉하면 접착하지 않고, 폴리싱(polishing)으로 거울면을 획득할 수 있다.

본 발명의 전극판의 기공특성, 즉, 최대 기공경, 평균 기공경 및 기공률은 종래의 유리상 카번으로 이루어지는 전극의 그것보다 더 균질이고 치밀한 구조이며, 이제 그 제조방법을 설명한다.

출발원료로는 푸란수지, 페놀수지 및 그들의 혼합이 포함되며, 이들 수지는 평판 성형 하기 위하여 주형성형, 인몰드(inmold) 성형 또는 압출성형한다.

그다음, 몰딩은 푸란 수지의 경우 50°내지 90℃에서 그리고 페놀수지의 경우 150° 내지 190℃에서 경화한다. 그렇게 얻은 수지판은 그 다음에, 불활성분 위기하에서 약 1000℃의 온도로 소성탄화한다. 약 2000℃로 온도를 올리고, 판은 순도의 증대와, 열처리를 위하여 적절한 시간동안 염소가스 분위기에 유지된다. 예를 들어, 푸란 수지의 경우, 소정의 모양을 한 유리상 카번의 전극판은 예축합에 경화촉매의 부가, 혼합물을 주형성형 경호, 경화된 몰딩의 소성 및 소성한 몰디의 열처리에 의하여 제조될 수 있다.

일반적으로, 유리상카번은 그의 구조에 열리고 막힌 미세기공을 가진다. 이들 기공은, 응축에 의해 형성된 수분과 분해 가스가 경화된 몰딩내에 남아 있게되기 때문에, 중축합에 의해 수지의 예축합이 경화될 때 형성되며, 그들을 몰딩으로부터 완전히 제거하기가 어렵기 때문에 소성 중 카번재의 조직에 퍼진다.

따라서, 기공의 형성을 예방하기 위하여, 응축으로 생긴 물과 분해가스는 몰딩을 가능한 한 차례로 경화함에 의해 제거할 필요가 있다. 이러한 이유로 해서, 수지의 양에 기초하여 1 내지 3중량%의 트리클로르초산, 트리플루오르 초산 또는 피크린산 따위 산이 부가된다.

경화는 가능한 한 가장 낮은 온도에서 가능한 긴 시간동안에 행해진다. 몰딩은 폴리응축이 알맞게 진행하게 각각 긴 시간동안 3단계의 온도 즉, 50°, 70°, 및 90℃에 유지되며, 그에 의해 몰딩을 점차적으로 경화한다. 이어서, 경화된 몰딩은 소정의 모양으로 제조되어, 불활성 분위기에서 소성되고 열처리된다. 소성은 예를 들어 몰딩을 온도 상승률 50℃/hr로 가열함에 의하여, 그리고 몰딩을 소성의 시간동안 900 내지 1100℃로 유지함에 의해 행해진다. 결과의 소성탄화 몰딩은 염소가스가 흐르는 중에 적당한 시간동안 약 2000℃에서 열처리된다.

이 처리로 염화물 형태의 기화를 통하여 금속불순물이 제거되게 하므로 고순도의 전극판이 생산될 수 있다. 위에 언급한 바와 같이, 유리상 카번재로 제조되는 본 발명의 플라즈마 에칭용 전극판은 본질적으로 우수한 도전성과 화학적 안정성을 가진다.

그리하여 기공성상(氣孔性狀)으로 선택된, 평균기공경 0.7㎛ 이하 및 기공률 1% 이하의 특성은 1에칭기간에 있어서의 파티클 수를 30개 이하로 하는데 유효하게 기여하고, 최대기공경 1㎛ 이하 및 기공률 1% 이하의 특성은 전극면의 소모를 균등화하여 에칭 레이트의 균일성을 ±3% 이내로 유지하는데 기여한다.

이들의 작용이 서로 조합하여 장기간에 걸쳐 웨이퍼를 오손함이 없이 안정된 폴라즈마 에칭을 행할 수 있게 한다.

이제 본 발명이 기공특성의 측정방법을 설명한다.

A. 최대 기공경 :

시료를 절단하고 그의 단면을 거울 폴리싱하여 광 현미경(×100) 및 전자주사현미경(SEM)(×2000)으로 관찰하여 각 현미경의 전망의 10분야에 대해 단위 구역당 기공경을 측정하고 최대 기공경을 산정한다.

B. 평균 기공경 :

상기 A방법에 의해 측정한 각 기공경의 평균치를 평균기공경으로 한다.

C. 기공률 :

직경 50㎜, 길이 230㎜의 둥근 막대 시료를 에어 바스안에 105°내지 110℃의 온도로 2시간 동안 유지한다. 시료를 건조기 내에서 실내온도에 냉각하고, 시료의 질량을 즉시 측정한다. 그런다음, 시료를 다시 에어바스에 옮기고, 에어바스에 옮긴 한시간 뒤에 다시 데시케이터 내에서 실내온도에 냉각하여 시료의 질량을 측정한다. 이 과정을 시료의 질량이 일정(불변)하게 될 때까지 반복한다. 그다음, 시료의 길이와 직경을 4군데에서 측정하고, 시료의 부피를 평균길이와 평균직경으로부터 계산한다.

벌크(bulk)의 비중을 하기의 식에 의해 결정한다.

다만, db는 벌크 비중 : m은 건조 시료질량(g) : 그리고 v는 부피(㎤)이다.

그다음 상기 시료를 분쇄하여 얻은 알갱이를 충분이 섞고 전체가 149-㎛ 철선체를 통해 통과할 수 있을때까지 절구로서 분쇄한다.

사이드튜드가 장비되고 내부용적이 약 40㎖인 미리 충분히 건조시킨 비중 병의 질량을 정확히 측정한다.

그 다음에, 105°내지 110℃에서 약 2시간 동안 건조시키어, 건조기 내에서 실내온도에 냉각시킨 시료를 병의 밑바닥에 약 10㎜의 두께(상용 중량 7 내지 12g)로 넣고, 시료의 질량을 정확히 측정한다. 15 내지 20㎜Hg(2.0 내지 2.7k ㎩)의 감압하에서 20분이상 유지한, JIS K 8810 규정의 1-부탄올을 병의 밑바닥으로부터 약 20㎜의 높이로 조용히 부가하고, 병을 조용히 흔든다.

큰 기포의 생성이 멎은 것을 확인한후, 병을 진공 건조기에 넣고 점차로 15 내지 20㎜Hg(2.0 내지 2.7k ㎩)되게 한다. 이 압력하에서 병을 20분 이상 유지하고, 기포의 발생이 멎은 후 건조기에서 꺼내서 1-부탄올을 부어, 마개를 하고(30±0.03℃로 조정된) 온도조절한 수조에 15분이상 가라앉히며, 1-부탄올의 액체표면이 표시한 선과 일치하게 한다.

그런 다음, 동일한 비중 병을 1-부탄올만으로 채우고 상기 언급의 동일 방법으로 온도 조절된 수조에 가라 앉힌다. 액체 표면이 표시한 선과 일치하게 병의 질량을 측정한다. 이 절차를 네 번 반복하여 평균치를 산정한다.

사용하기 바로전에 끊여서 그안의 용해된 가스를 제거한 증류수를 비중 병에 넣고, 그병을 상기 논급의 동일방법으로 온도조절된 수조에 가라앉힌다. 액체 표면이 표시한 선과 일치하게 하고, 병의 질량을 측정한다. 이 절차를 네 번 반복하여 평균치를 산정한다. 시료의 진비중은 하기 식에 의해 계산되며 소수 세자리로 마무리한다.

다만, d_t는 진비중 ; m₁은 비중병의 질량(g) ; m₂는 시료충전 비중병의 질량(g) ; m₃는 1-부탄올 만을 표시된 선까지 충전한 비중병의 질량(g) ; m₄는 시료와 1-부탄올을 표시된 선까지 충전한 비중병의 질량이다. m₅는 증류수만을 표시된 선까지 충전한 비중병의 질량(g) ; 그리고 d는 물의 비중(30℃에서 0.9946)이다.

마지막으로, 기공률은 하기의 식으로 계산한다.

다만, p는 기공률 ; d_t는 진비중 ; 그리고 d_b는 벌크 비중이다.

본 발명을 하기의 실시예에서 더 상세히 설명한다.

[실시예 1-4 및 비교예 1-3]

에틸 알코올 3중량부에 분상 트리클로르 초산 1중량 부가 용해된 용액을 액상의 푸란수지(hitaran VF-303, 일본 히타치 화학사 제)와 다양한 비율로 혼합하였다.

그 결과의 혼합물을 모울드에 부어 평판으로 성형하였다. 푸란 수지는 각각 소정의 시간동안 50, 70 및 90℃에 혼합물을 유지하여 경화하였다.

경화된 평판을 다양한 조건하에서 소성탄화하였다. 특히, 평판을 900 내지 1100℃ 범위의 온도로 온본안에서 온도 상승률 2 내지 10℃/hr로 가열하고, 소정의 시간동안 그 온도로 유지하고 나서 1900 내지 2100℃의 범위의 온도로 소정의 시간동안 유지하였다.

더욱이, 평판을 염소가스가 흐르는 동안 2000℃로 유지하여 불순물을 제거하고 깨끗하게 하였다.

이와 같이 하여, 상이한 기공특성을 갖는 3㎜ 두께의 유리상 카번판을 경화 촉매의 양의 다양한 조건하에 제조하고 소성 탄화하였다.

각 평탄면에 방전 가공에 의해 3㎜의 등간격으로 직경 0.8㎜의 관통 소공을 형성하고, 다음에 염소가스를 이용하여 탈회 고순도화하였다. 고순도화 처리수의 모든 유리상 카번판의 불순물량은 3ppm 이하이었다.

상기의 고순도 유리상 카번 판을 평행 평판 플라즈마에칭 장치에 전극으로서 설치하고 반응 가스로서 트리플루오로에탄올 사용, 반응 체임버내의 가스 압 0.05Torr 전원 주파수 380KHZ의 에칭 가공을 행하였다.

각 전극판의 성능을 측정하고, 기공 특성과 대비하여 표1에 나타내었다.

표 1의 전극성능에 있어서, 분리 파티클의 수는 1에칭 기간 중에 6인치 웨이퍼 면에 낙하한 0.3㎛ 이상의 카번 입체의 수로, 균일성은, 에칭률 7000A°/min에 대한 변동률(%)로, 표면 거칠기는 방전 소모부분의 면 거칠기로 하여 각각 표시하였다.

분리 파티클의 수, 균일성 및 표면 거칠기는 하기의 방법으로 측정하였다.

분리 파티클의 수 :

웨이퍼에 존재하는 분리파티클의 수는 표면 오염 분석기(surfscan 4500, TEN COR인 스트루먼츠 사제)를 사용하여 카운트 하였다. 이 게기의 사용은 헬륨-네온 레이저 빔의 수단에 의해 웨이퍼 표면에 주사되게 하고 파티클의 이중 카운트를 배제하는 한편 파티클의 진수를 카운트하는 가능성을 준다.

균일성 :

에칭 처리에 의해된 웨이퍼표면의 박막 두께는 램더 A°STM-603-PS(광학 막 두께 측정기, 다이니혼스크린 제조사 제)를 사용하여 측정하였고, 두께의 변동을 측정하였다.

표면 거칠기 :

코사카 리서치 사 제의 표면 거칠기 측정기(모델 SE-3C)로 측정하였다.

표 1의 결과에서, 실시예 1-4는 본 발명의 특성요건을 벗어나는 비교예 1-3과 비교하여 전극성능이 향상하고 있고 분리 파티클의 수가 30개 이하, 균일성은 ±3% 이내의 본 발명의 특성요건을 만족시킴이 분명해진다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 플레즈머 에칭용 전극판은 특정된 기공성상을 갖는 유리상 카번 조직에 의해 구성돼 있고, 그의 특성이 에칭 과정에 있어서의 분리 파티클수의 현저한 저감과 전극판 표면의 균일한 소모를 초래할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 전극판의 사용으로, 근래의 엄한 요구성능을 만족시키고 항시 어떤 트러블 없이 안정한 에칭을 행할 수가 있다.

[표 1]

Claims (2)

1. 최대 기공경 1㎛ 이하, 평균 기공경 0.7㎛ 이하, 기공률 1% 이하의 조직특성을 갖는 고순도 유리상 카번으로 이루어지는 플라즈마 에칭용 전극판.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 고순도 유리상 카번이 최대기공경 0.02 내지 1㎛, 평균 기공경 0.01 내지 0.7㎛ 및 기공률 0.04 내지 1%의 조직 특성을 갖는 플라즈마 에칭용 전극판.