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KR102744090B1 - 플라즈마 에칭용 전극 및 그 제조방법 - Google Patents

플라즈마 에칭용 전극 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102744090B1
KR102744090B1 KR1020220039567A KR20220039567A KR102744090B1 KR 102744090 B1 KR102744090 B1 KR 102744090B1 KR 1020220039567 A KR1020220039567 A KR 1020220039567A KR 20220039567 A KR20220039567 A KR 20220039567A KR 102744090 B1 KR102744090 B1 KR 102744090B1
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plasma etching
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gas
sic
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(주)삼양컴텍
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Abstract

본 발명은 플라즈마 에칭 장비에서 웨이퍼의 위쪽에 위치되며 원판 형상에 복수의 미세 관통공이 형성된 플라즈마 에칭용 전극에 관한 것으로, SiC와 B4C가 50:50 내지 90:10의 중량비를 이루고 있으며, SiC 결정상과 B4C 결정상을 포함하고 비저항이 50Ω·㎝이하이며, 미세 관통공은 직경이 0.4mm~0.6mm 이고 내부 조도가 0.3㎛이하인 것을 특징으로 한다.
플라즈마 에칭용 전극은 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 CVD로 제조된 탄화규소 재질의 전극 대비 동일하거나 향상된 내플라즈마 특성을 나타내는 것이 바람직하다.

Description

플라즈마 에칭용 전극 및 그 제조방법{ELECTRODE FOR PLASMA ETCHING AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 플라즈마 에칭용 전극에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 플라즈마에 대한 내식성이 향상되면서도 저항이 낮아서 전극 특성이 향상된 플라즈마 에칭용 전극에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 집적 회로를 제조할 때에, 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 층간 절연막을 제거하는 과정을 수행하며, 층간 절연막을 제거하는 방법으로 플라즈마 에칭을 수행하고 있다.
웨이퍼 에칭을 위한 플라즈마 에칭 장치는 진공용기의 내부 하단에 웨이퍼가 설치되고 그 위쪽으로 미세한 관통공이 형성된 전극판이 배치된다. 이러한 플라즈마 에칭용 전극판은 실리콘 단결정 재질을 주로 사용하였으나, 플라즈마 에칭 과정에서 플라즈마 에칭용 전극판이 함께 식각되거나 세공에 증착이 발생하는 문제가 있다. 플라즈마 내식성이 향상된 실리콘 단결정 재질의 전극판을 제작하는 기술(대한민국 등록특허 10-0786050)이 개발되었으나, 실리콘 재질로는 내식성을 높이는 것에 한계가 있다.
한편, 기존에 실리콘 재질을 사용하던 플라즈마 장치의 부품에 플라즈마 내식성이 높은 탄화규소(SiC)를 적용하려는 시도가 계속되고 있다. 반응소결이나 액상소결 방식으로 제조된 탄화규소는 미반응 실리콘이나 비정질 이차상 때문에 발생한 미세 파티클이 관통 세공을 막는 문제로 인하여 플라즈마 에칭용 전극에는 적용할 수 없다. CVD 방식으로 제조된 탄화규소(대한민국 등록특허 10-2150510)는 미세 파티클에 의한 문제는 없지만, 제조비용이 높고 저항을 제어하기 어려운 문제로 인하여 플라즈마 에칭용 전극에는 적용하기 어렵다.
이에 따라서 플라즈마에 대한 내식성이 뛰어나면서도 저항이 낮은 플라즈마 에칭용 전극에 대한 요구가 계속되고 있다.
대한민국 등록특허 10-0786050 대한민국 등록특허 10-2150510
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 새로운 재질의 플라즈마 에칭용 전극을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 플라즈마 에칭용 전극은, 플라즈마 에칭 장비에서 웨이퍼의 위쪽에 위치되며 원판 형상에 복수의 미세 관통공이 형성된 플라즈마 에칭용 전극으로서, SiC와 B4C가 50:50 내지 90:10의 중량비를 이루고 있으며, SiC 결정상과 B4C 결정상을 포함하고 비저항이 50Ω·㎝이하이며, 미세 관통공은 직경이 0.4mm~0.6mm 이고 내부 조도가 0.3㎛이하인 것을 특징으로 한다.
플라즈마 에칭용 전극은 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 CVD로 제조된 탄화규소 재질의 전극 대비 동일하거나 향상된 내플라즈마 특성을 나타내는 것이 바람직하다.
구체적으로 플라즈마 에칭용 전극은 1cm×1cm×2mm(가로×세로×두께)의 규격에 대한 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 중량 변화율이 1.3% 이하인 내플라즈마 특성을 나타내는 것이 바람직하다.
미세 관공통의 진원도가 0.05 이하인 것이 바람직하다.
플라즈마 에칭용 전극의 직경이 300mm 이상이고, 두께가 15mm 이상인 것이 바람직하다.
플라즈마 에칭용 전극은 SiC 분말과 B4C 분말을 혼합한 슬러리를 분무건조(spray drying) 하여 수득된 과립분말을 열간 가압 소결하여 얻어진 SiC 복합체에 상하부의 이중 관통 방식으로 미세 관통공을 형성하여 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 형태에 의한 플라즈마 에칭용 전극의 제조방법은,
SiC 분말과 B4C 분말을 50:50 내지 90:10의 중량비로 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계; 슬러리를 분무건조(spray drying)하여 과립분말을 수득하는 단계; 과립분말을 열간 가압 소결하여 SiC 결정상과 B4C 결정상을 포함하고 비저항이 50Ω·㎝이하인 SiC 복합체를 제조하는 단계; 및 상하부의 이중 관통 방식으로 직경이 0.4mm~0.6mm 이고 내부 조도가 0.3㎛이하인 미세 관통공을 형성하는 단계를 포함한다.
미세 관통공을 형성하는 단계에서 미세 관공통의 진원도가 0.05 이하가 되도록 미세 관통공을 형성하는 것이 바람직하다.
SiC 복합체를 제조하는 단계에서 제조된 직경이 300mm 이상이고 두께가 15mm 이상인 SiC 복합체를 제조하는 것이 바람직하다.
미세 관통공을 형성한 뒤에 표면에 대하여 연삭 가공을 수행하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
연삭 가공을 수행한 플라즈마 에칭용 전극은, CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 CVD로 제조된 탄화규소 재질의 전극 대비 동일하거나 향상된 내플라즈마 특성을 나타내는 것이 바람직하다.
구체적으로 연삭 가공을 수행한 플라즈마 에칭용 전극은, 1cm×1cm×2mm(가로×세로×두께)의 규격에 대한 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 중량 변화율이 1.3%이하인 내플라즈마 특성을 나타내는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명은, 플라즈마 에칭용 전극에 새로운 재질의 탄화규소 복합체를 적용함으로써, 뛰어난 내플라즈마 특성을 나타내면서도 저항이 낮아서 전극으로서의 기능이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 기계적 특성이 뛰어난 탄화규소 복합체에 내부 조도가 낮고 진원도가 뛰어난 미세 관통공을 형성함으로써, 플라즈마 에칭 장치의 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭용 전극의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미 한다.
또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭용 전극의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
본 실시예에서는 먼저 SiC 분말과 B4C 분말을 준비하고 혼합하여 슬러리 상태로 만든다.
B4C는 SiC와 복합체를 형성하면서 저항을 제어하여 전기저항을 낮추어 준다. 또한, 강도와 내마모성이 우수하여 SiC와 복합체를 형성 시에 순수한 SiC 보다 기계적 특성을 향상시킬 수 있으며, 소결조제의 역할도 하여 입계의 표면에너지를 낮추어 입자의 물질 이동을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다.
SiC 분말과 B4C 분말의 혼합 비율은 이후에 제작되는 복합체 및 전극의 함량에 반영되며, 50:50 내지 90:10의 중량비(B4C 분말에 대한 SiC 분말의 중량분율(SiC/B4C)이 50/50 내지 90/10)로 혼합하는 것이 바람직하다. SiC 분말과 B4C 분말의 입경은 복합체의 밀도, 기계적 특성 등에 영향을 미치므로 이를 고려하여 SiC 분말과 B4C 분말의 입경을 선택한다. 바람직하게는 탄화규소 복합체가 고강도, 고경도, 고내마모성, 낮은 전기저항성이 요구되는 점 등을 고려하여 입경이 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 3㎛ 이하, 가장 바람직하게는 1㎛ 이하인 구형 분말을 사용하는 것이 좋다.
SiC 분말과 B4C 분말의 혼합 과정은 볼 밀링(ball milling)이나 어트리션 밀링(attrition milling) 등을 이용할 수 있다. SiC 분말과 B4C 분말을 포함하는 출발원료를 물, 에탄올 등의 용매와 함께 볼 밀링기나 어트리션 밀링기에 장입하여 혼합하는 습식 혼합 공정을 수행하면, SiC 분말과 B4C 분말이 미분화되어 슬러리(slurry) 상태를 이루게 되어, 혼합과 슬러리 형성 공정을 동시에 수행할 수 있다.
볼 밀링에 사용되는 볼은 알루미나, 지르코니아, SiC와 같은 세라믹 재질의 볼을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 복합체에 불순물 등이 함유되는 것을 억제하기 위하여 SiC 볼을 사용하며, 볼은 모두 같은 크기의 것일 수도 있고 2가지 이상의 크기를 갖는 볼을 함께 사용할 수도 있다. 볼의 크기, 밀링 시간, 볼 밀링기의 분당 회전속도 등을 특별히 제한되지 않으며, 목적에 맞추어 조절한다. 예를 들면, 볼의 크기는 1㎜∼50㎜ 정도의 범위로 설정하고, 볼 밀링기의 회전속도는 50∼500rpm 정도의 범위로 설정할 수 있다. 볼 밀링은 균일한 혼합 등을 위해 10분∼48시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.
다음으로 SiC 분말과 B4C 분말을 포함하는 슬러리를 분무 건조하여 과립분말을 수득한다.
분무건조는 슬러리 투입속도 1∼100㎖/min, 유입구(Inlet) 온도 85∼270℃, 배출구(Outlet)의 온도 60∼120℃, 회전속도 6000∼15000 rpm 정도로 설정하는 것이 바람직하다. 분무건조 공정은 본 발명의 특성을 해치지 않는 범위에서 일반적으로 알려진 기술적 사항을 모두 적용할 수 있다.
그리고 수득된 과립분말을 열간 가압 소결하여 SiC 복합체를 제조한다.
전극의 외형에 맞춰 준비된 몰드에 수득된 과립분말을 채워서 퍼니스에 장입하고, 퍼니스의 온도를 승온하고 과립분말에 압력을 가함으로써 열간 가압 소결시킨다.
열간 가압 소결은 높은 압력을 가하면서 소결하는 방법으로써 상압소결보다는 낮은 온도에서도 소결이 가능하며, 소결 시간도 짧아지는 장점이 있다. 상압소결에 의해 소결된 탄화규소 복합체(소결체)는 상대 밀도가 낮고, 열간 가압 소결에 의한 경우에 비하여 기계적 특성이 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 상압소결을 이용할 경우 SiC 및 B4C의 융점 근처까지 온도를 올려 소결하여야 하므로 에너지 소모가 많고 소결 시편에 열적 스트레스(thermal stress)를 너무 많이 가하는 문제가 있다. 본 실시예에서는 열간 가압 소결을 이용함으로써, 입자 사이의 간격이 매우 조밀해져서 기공이 거의 형성되지 않는 고밀도 탄화규소 복합체가 제조될 수 있다.
몰드는 실린더 또는 각기둥 형상 등으로 구비될 수 있다. 몰드 내에 과립분말을 장입한 후 몰드 상부에서 일방향 압축 등을 실시하여 성형할 수도 있다. 이때, 과립 분말에 가해지는 압력(상기 몰드에 의해 압축되는 압력)은 10∼60MPa 정도인 것이 바람직한데, 가압 압력이 너무 작은 경우에는 과립분말 입자 사이에 공극이 많게 되므로 원하는 밀도의 탄화규소 복합체를 얻기 어렵다. 가압 압력이 너무 큰 경우에는 가압에 의한 효과는 증대되지 않으며 고압에 따른 몰드, 유압장치 등의 설계가 추가됨으로써 설비 제작비용이 증가할 수 있으며, 소결 공정이 완료된 후의 소결체에 균열 등이 발생할 수 있다. 몰드는 경도가 크고 고융점을 갖는 그라파이트(graphite) 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
퍼니스 내에 존재하는 불순물 가스를 제거하여 퍼지(purge)하기 위하여 로터리 펌프를 작동시켜 진공 상태(예컨대, 1×101∼1×10-3 Torr 정도)로 될 때까지 배기한다. 이때, 퍼니스의 둘레를 감싸고 있는 가열 수단에 전원을 공급하여 퍼니스를 가열하면 퍼니스 내에 잔존하는 불순물 가스가 효율적으로 배기될 수 있다. 퍼니스의 온도를 목표하는 소결 온도(예컨대, 1750∼2100℃)로 상승시킨다. 이때, 소결 시의 분위기 안정화를 위해 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 비활성 가스를 공급하여 주며, 퍼니스의 가스 분위기가 충분히 비활성 가스 분위기를 띠게 공급하는데, 예컨대 200∼2000sccm 정도의 유량으로 비활성 가스를 공급하는 것이 바람직하다.
소결 온도는 입자의 확산, 입자들 사이의 네킹(necking) 등을 고려하여 1750~2100℃ 정도인 것이 바람직하다. 소결 온도가 너무 높은 경우에는 과도한 입자의 성장으로 인해 기계적 물성이 저하될 수 있고, 소결 온도가 너무 낮은 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 특성이 좋지 않을 수 있으므로 상기 범위의 소결 온도에서 소결시키는 것이 바람직하다. 이때, 퍼니스의 승온 속도는 1∼50℃/min 정도인 것이 바람직하며, 퍼니스의 승온 속도가 너무 느린 경우에는 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고 퍼니스의 승온 속도가 너무 빠른 경우에는 급격한 온도 상승에 의해 소결체의 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
퍼니스의 온도가 목표하는 소결 온도로 상승하면, 일정 시간(예컨대, 10분∼6시간)을 유지하여 소결시킨다. 소결 온도에 따라 소결체의 미세구조 등에 차이가 있는데, 소결 온도가 낮은 경우 표면 확산이 지배적인 반면 소결 온도가 높은 경우에는 격자 확산 및 입계 확산까지 진행되기 때문이다. 소결 시간은 일반적인 열처리를 위한 퍼니스를 사용하는 경우에는 10분∼6시간 정도인 것이 바람직하다. 소결 시간이 너무 긴 경우에는 에너지의 소모가 많으므로 비경제적일 뿐만 아니라 추가적인 소결 효과의 상승을 기대하기 어렵고 소결체 입자의 크기가 커지게 되며, 소결 시간이 작은 경우에는 불완전한 소결로 인해 소결체의 특성이 좋지 않을 수 있다.
소결 공정을 수행한 후, 상기 퍼니스 온도를 하강시켜 탄화규소 복합체(소결체)를 언로딩한다. 퍼니스 냉각은 퍼니스 전원을 차단하여 자연적인 상태로 냉각되게 하거나, 임의적으로 온도 하강률(예컨대, 10℃/min)을 설정하여 냉각되게 할 수도 있다. 퍼니스 온도를 하강시키는 동안에도 퍼니스 내부의 압력은 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.
이상의 소결 과정을 통해 제조된 SiC 복합체는 SiC와 B4C가 50:50 내지 90:10의 중량비를 이루고 있으며, SiC 결정상과 B4C 결정상을 포함하고 비저항이 50Ω·㎝이하인 물성을 가진다. 그리고 SiC 복합체는 직경이 300mm 이상이고, 두께가 15mm 이상인 것이 바람직하다.
열간 가압 소결로 제조된 SiC 복합체에 대하여 미세 관통공을 형성한다.
본 실시예에서 미세 관통공을 형성하는 공정은 SiC 복합체의 상하부에서 각각 홀을 형성하여 관통공을 형성하는 이중 관통 방식을 적용한다.
열간 가압 소결로 제조된 SiC 복합체의 기계적 특성이 뛰어나기 때문에, 상하부의 이중 관통 방식을 적용하여 0.4~0.6mm의 직경을 갖는 미세 관통공을 형성한다. 미세 관통공을 형성하는 과정에서 발생하는 진동에 의해 SiC 복합체가 유동되는 것을 방지하는 슬라이드 클램프 구조와 전용 스테이지와 지그를 통해서, 내부 조도가 0.3㎛이하이고 진원도가 0.05 이하인 미세 관통공을 형성할 수 있다.
마지막으로 초정밀 연삭 가공을 통해서 SiC 복합체의 표면을 가공하여 플라즈마 에칭용 전극을 완성한다.
초정밀 연삭 가공은, 열간 가압 소결 과정에서 형성된 표면 결함이나 미세 관통공 형성 과정에서 발생한 표면 손상 등을 제거함으로써 전극이 전체 표면에서 고른 내플라즈마 특성을 나타내도록 하며, 최종적으로 플라즈마 에칭용 전극의 전체적인 내구성이 향상되도록 한다. 초정밀 연삭 가공을 끝낸 플라즈마 에칭용 전극은 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 탄화규소 대비 동일하거나 향상된 내플라즈마 특성을 나타낸다.
다음의 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭용 전극 샘플과 비교예로서 CVD 방식으로 제조된 탄화규소 재질의 플라즈마 에칭용 전극 샘플의 플라즈마에 대한 식각량을 확인한 실험 결과이다.
샘플 1과 2는 SiC와 B4C가 50:50의 중량비를 이루는 플라즈마 에칭용 전극의 샘플이고, 샘플 3과 4는 SiC와 B4C가 70:30의 중량비를 이루는 플라즈마 에칭용 전극의 샘플이며, 비교예 1과 2는 CVD 방식으로 제조된 100% 탄화규소 재질의 플라즈마 에칭용 전극의 샘플이다.
플라즈마 처리전 중량(g) 플라즈마 처리후 중량(g) 중량 변화량(g)
샘플 1 0.2848 0.28182 0.00298
샘플 2 0.28385 0.28085 0.003
샘플 3 0.28516 0.28176 0.0034
샘플 4 0.28655 0.28318 0.00337
비교예 1 0.32655 0.32301 0.00354
비교예 2 0.32803 0.32447 0.00356
1cm×1cm×2mm(가로×세로×두께)의 동일한 크기로 제조된 4개의 샘플과 2개의 비교예에 대하여, CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건으로 플라즈마 처리를 수행하였다.
그 결과, CVD로 제조된 탄화규소 재질인 비교예의 식각 중량인 0.00354g 및 0.00356g에 비하여, 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 샘플들의 식각중량이 더 적은 것을 확인할 수 있다. 식각된 중량을 비교하였을 때에, 샘플 1과 2는 비교예들에 비하여 118%와 119%의 특성 향상이 있는 것으로 평가할 수 있고, 샘플 3과 4는 비교예들에 비하여 104%와 105%의 특성 향상이 있는 것으로 평가할 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따라서 제조된 플라즈마 에칭용 전극은 CVD로 제조된 탄화규소 재질의 플라즈마 에칭용 전극에 비하여 내플라즈마 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
중량의 변화량으로 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭용 전극의 내플라즈마 특성을 표현하면, 1cm×1cm×2mm의 샘플에 대하여 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 1.3% 이하의 중량감소율을 나타낸다. 샘플의 크기는 대면적의 플라즈마 에칭 전극과 차이가 있지만, 상하면의 표면적과 두께 비율이 유사하기 때문에 중량이 변화하는 비율면에서는 비슷한 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
이상의 방법에 따르면, SiC와 B4C가 50:50 내지 90:10의 중량비를 이루고 있으며 SiC 결정상과 B4C 결정상을 포함하며, 직경이 0.4mm~0.6mm 이고 내부 조도가 0.3㎛이하인 미세 관통공이 형성된 플라즈마 에칭용 전극을 얻을 수 있다.
이상의 방법으로 제조된 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 에칭용 전극은 비저항이 50Ω·㎝이하를 나타냄으로써 종래의 단결정 실리콘 재질의 플라즈마 에칭용 전극과 유사한 기능적 특성을 얻을 수 있으면서, 순수한 탄화규소와 비교할 때에 동일하거나 향상된 내플라즈마 특성을 나타내어 내구성이 크게 향상되는 효과가 있다.
슬러리를 형성하는 과정에서 SiC 분말과 B4C 분말에 알루미늄 나이트레이트 수화물(aluminium nitrate hydrate)을 추가할 수 있다. 알루미늄 나이트레이트 수화물은 Al(NO3)3·9H2O(aluminium nitrate nonahydrate) 등을 그 예로 들 수 있다. 알루미늄 나이트레이트 수화물은 SiC 분말과 B4C 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부, 더욱 바람직하게는 1∼7중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 알루미늄 나이트레이트 수화물은 후속의 소결공정에서 액상을 형성하여 소결온도를 낮추어 주고, 탄화규소 복합체의 열전도도를 증진하고 비저항을 낮추는 역할도 한다. 또한, 알루미늄 나이트레이트 수화물은 Al2O3 결정상을 형성하는 소스로 작용할 수도 있으며, 그 결과 소결된 SiC 복합체 및 플라즈마 에칭용 전극에 Al2O3 결정상이 포함된다.
또한, 슬러리를 형성하는 과정에서 SiC 분말과 B4C 분말에 이트륨 나이트레이트 수화물(yttrium nitrate hydrate)을 추가할 수 있다. 이트륨 나이트레이트 수화물은 Y(NO3)3·6H2O(yttrium nitrate hexahydrate) 등을 그 예로 들 수 있다. 이트륨 나이트레이트 수화물은 SiC 분말과 B4C 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부, 더욱 바람직하게는 1∼7중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 이트륨 나이트레이트 수화물은 후속의 소결 공정에서 액상을 형성하여 소결온도를 낮추어 주고, 탄화규소 복합체의 열전도도를 증진하고 비저항을 낮추는 역할도 한다. 또한, 이트륨 나이트레이트 수화물은 Y2O3 결정상을 형성하는 소스로 작용할 수도 있으며, 그 결과 소결된 SiC 복합체 및 플라즈마 에칭용 전극에 Y2O3 결정상이 포함된다.
그리고 슬러리를 형성하는 과정에서 SiC 분말과 B4C 분말에 알루미늄 나이트레이트 수화물과 이트륨 나이트레이트 수화물을 함께 추가할 수도 있다. 알루미늄 나이트레이트 수화물과 이트륨 나이트레이트 수화물의 전체 함량은 SiC 분말과 B4C 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부, 더욱 바람직하게는 1∼7중량부 혼합하는 것이 바람직하다. 이 경우, 알루미늄 나이트레이트 수화물과 이트륨 나이트레이트 수화물은 1:9 내지 9:1의 중량비(이트륨 나이트레이트 수화물에 대한 알루미늄 나이트레이트 수화물의 중량분율(알루미늄 나이트레이트 수화물/이트륨 나이트레이트 수화물)이 1/9 내지 9/1), 더욱 바람직하게는 2:8 내지 8:2의 중량비, 가장 바람직하게는 3:7 내지 7:3의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하다. 알루미늄 나이트레이트 수화물과 이트륨 나이트레이트 수화물은 후속의 소결 공정에서 액상을 형성하여 소결온도를 낮추어 주고, 탄화규소 복합체의 열전도도를 증진하고 비저항을 낮추는 역할도 한다. 또한, 알루미늄 나이트레이트 수화물과 이트륨 나이트레이트 수화물은 YAG(Yttrium aluminium garnet, Y3Al5O12) 결정상을 형성하는 소스로 작용할 수도 있으며, 그 결과 소결된 SiC 복합체 및 플라즈마 에칭용 전극에 YAG 결정상이 포함된다.
슬러리를 형성하는 과정에서 SiC 분말과 B4C 분말에 Al(OH)3 분말을 추가할 수 있다. Al(OH)3 분말은 SiC 분말과 B4C 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부, 더욱 바람직하게는 1∼7중량부 혼합하는 것이 바람직하다. Al(OH)3 분말은 Al2O3 결정상을 형성하는 소스로 작용할 수 있으며, 그 결과 소결된 SiC 복합체 및 플라즈마 에칭용 전극에 Al2O3 결정상이 포함된다.
슬러리를 형성하는 과정에서 SiC 분말과 B4C 분말에 Y2O3 분말을 추가할 수 있다. Y2O3 분말은 SiC 분말과 B4C 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.1∼10중량부, 더욱 바람직하게는 1∼7중량부 혼합하는 것이 바람직하다. Y2O3 분말은 Y2O3 결정상을 형성하는 소스로 작용할 수 있으며, 그 결과 소결된 SiC 복합체 및 플라즈마 에칭용 전극에 Y2O3 결정상이 포함된다.
나아가 슬러리를 형성하는 과정에서 SiC 분말과 B4C 분말에 액상 규산소다(sodium silicate)를 추가할 수도 있다. 액상 규산소다를 혼합하게 되면, 수득된 과립분말의 유동성이 높아질 수 있고, 과립분말을 몰드에 충진 시에 충진율이 높아질 수 있다. 또한, 액상 규산소다는 후속의 소결 공정에서 액상을 형성하여 소결온도를 낮추어 줄 수도 있다. 액상 규산소다는 SiC 분말과 B4C 분말의 전체 함량 100중량부에 대하여 0.01∼1 중량부 범위로 혼합하는 것이 바람직하며, 0.01 중량부 미만일 경우에는 과립분말의 유동성 개선 효과가 미약하고 소결온도를 낮추는 효과도 미약할 수 있고, 1 중량부를 초과하는 경우에는 열전도도 및 기계적 특성이 나빠질 수 있다.
물유리라 불리는 액상 규산소다는 점성질의 알칼리성을 나타내는 투명한 용액으로, 액상 규산소다는 R2O(여기서, R은 Li, Na 및 K로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질)와 SiO2의 몰비에 따라 여러 가지 조성을 가질 수 있다. 액상 규산소다는 Li2O·mSiO2·nH2O(여기서, m은 1~5, n은 1~10)를 포함할 수 있다. 액상 규산소다는 Na2O·mSiO2·nH2O(여기서, m은 1~5, n은 1~10)를 포함할 수 있다. 액상 규산소다는 K2O·mSiO2·nH2O(여기서, m은 1~5, n은 0.1~10)를 포함할 수 있다. 액상 규산소다는 Li2O·mSiO2·nH2O(여기서, m은 1~5, n은 1~10), Na2O·mSiO2·nH2O(여기서, m은 1~5, n은 1~10) 및 K2O·mSiO2·nH2O(여기서, m은 1~5, n은 0.1~10)로 이루어진 군에서 선택된 2종 이상의 물질을 포함할 수도 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 플라즈마 에칭 장비에서 웨이퍼의 위쪽에 위치되며 원판 형상에 복수의 미세 관통공이 형성된 플라즈마 에칭용 전극으로서,
    SiC와 B4C가 50:50 내지 90:10의 중량비를 이루고 있으며,
    SiC 결정상과 B4C 결정상을 포함하고 비저항이 50Ω·㎝이하이며,
    미세 관통공은 직경이 0.4mm~0.6mm 이고 내부 조도가 0.3㎛이하로 형성되어, 전체 전극의 내플라즈마 특성을 향상시킴으로써,
    플라즈마 에칭용 전극은 1cm×1cm×2mm(가로×세로×두께)의 규격에 대한 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 중량 변화율이 1.3% 이하인 내플라즈마 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극.
  2. 청구항 1에 있어서,
    플라즈마 에칭용 전극은 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 CVD로 제조된 탄화규소 재질의 전극 대비 동일하거나 향상된 내플라즈마 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극.
  3. 청구항 1에 있어서,
    미세 관통공을 형성한 뒤에 표면에 대하여 연삭 가공을 수행하여 전체 전극의 내플라즈마 특성을 향상시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극.
  4. 청구항 1에 있어서,
    미세 관통공의 진원도가 0.05 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극.
  5. 청구항 1에 있어서,
    플라즈마 에칭용 전극은 직경이 300mm 이상이고, 두께가 15mm 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극.
  6. 청구항 1에 있어서,
    플라즈마 에칭용 전극은 SiC 분말과 B4C 분말을 혼합한 슬러리를 분무건조(spray drying) 하여 수득된 과립분말을 열간 가압 소결하여 얻어진 SiC 복합체에 상하부의 이중 관통 방식으로 미세 관통공을 형성하여 제조된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극.
  7. 플라즈마 에칭 장비에서 웨이퍼의 위쪽에 위치되며 원판 형상에 복수의 미세 관통공이 형성된 플라즈마 에칭용 전극을 제조하는 방법으로서,
    SiC 분말과 B4C 분말을 50:50 내지 90:10의 중량비로 혼합하여 슬러리를 형성하는 단계;
    슬러리를 분무건조(spray drying)하여 과립분말을 수득하는 단계;
    과립분말을 열간 가압 소결하여 SiC 결정상과 B4C 결정상을 포함하고 비저항이 50Ω·㎝이하인 SiC 복합체를 제조하는 단계;
    상하부의 이중 관통 방식으로 직경이 0.4mm~0.6mm 이고 내부 조도가 0.3㎛이하인 미세 관통공을 형성하는 단계; 및
    표면에 대하여 연삭 가공을 수행하는 단계를 포함하며,
    내부 조도가 특정된 미세 관통공 형성 및 표면 연삭 가공에 의해 전체 전극의 내플라즈마 특성을 향상시킴으로써, 연삭 가공을 수행한 플라즈마 에칭용 전극은, 1cm×1cm×2mm(가로×세로×두께)의 규격에 대한 CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 중량 변화율이 1.3%이하인 내플라즈마 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극을 제조하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    미세 관통공을 형성하는 단계에서 미세 관공통의 진원도가 0.05 이하가 되도록 미세 관통공을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극을 제조하는 방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    SiC 복합체를 제조하는 단계에서 직경이 300mm 이상이고 두께가 15mm 이상인 SiC 복합체를 제조하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극을 제조하는 방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 7에 있어서,
    연삭 가공을 수행한 플라즈마 에칭용 전극은, CF4 가스 120sccm와 Ar 가스 60sccm 및 O2 가스 20sccm를 공급하고 10mTorr의 진공압력에서 13.56MHz RF 코일에 1000W를 1시간 동안 인가한 플라즈마 식각 조건에서 CVD로 제조된 탄화규소 재질의 전극 대비 동일하거나 향상된 내플라즈마 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭용 전극을 제조하는 방법.
  12. 삭제
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