KR100632643B1

KR100632643B1 - 내플라즈마 부재 및 그것을 사용한 플라즈마 처리장치

Info

Publication number: KR100632643B1
Application number: KR1020007013016A
Authority: KR
Inventors: 미야자키아키라; 모리타게이지; 나가사카사치유키; 모리야슈지
Original assignee: 동경 엘렉트론 주식회사
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: WO2000012446A1; US6834613B1; EP1114805B1; KR20010034878A; EP1114805A4; TWI223645B; EP1114805A1; JP4213790B2; DE69925138T2; JP2000072529A; DE69925138D1

Abstract

플라즈마 처리장치의 반응실내에서 사용되는 내플라즈마 부재는, 평균결정입자지름이 18∼45㎛, 표면거칠기(Ra)가 0.8∼3.0㎛, 부피 밀도가 3.90 g/㎤ 이상의 치밀질알루미나 소결체로 형성되어 있다.

Description

내플라즈마 부재 및 그것을 사용한 플라즈마 처리장치{PLASMA-RESISTANT MEMBER AND PLASMA TREATMENT APPARATUS USING THE SAME}

본 발명은, 내플라즈마 부재 및 그것을 사용한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

피처리체에 형성한 실리콘산화막(SiO₂)이나 인실리카유리(PSG)를 에칭하기 위한 평행평판형 에칭장치에서는, CF₄, C₂F₆, CHF₃등 불소화합물계의 에칭가스가 플라즈마로 여기되어 사용되고 있다. 이들 가스로부터 발생하는 불소함유활성화학종은 석영유리나 탄화규소와 같은 Si계 화합물을 부식시킨다. 이를 방지하기 위해, 여기에 사용하는 에칭장치의 구성부품에는 알마이트알루미늄이나 알루미나세라믹스가 사용되어 왔다. 미세한 가공을 하는 공정이나 절연성이 요구되는 경우는, 보다 신뢰성이 높은 알루미나세라믹스가 많이 사용되어 왔다.

이러한 에칭장치에서 사용되는 불소플라즈마에 대한 내식성에 뛰어난 알루미나세라믹은, 일본특허공개 평8-81258호나 평8-231266호 등에서 제안되고 있다. 또한, 반도체집적회로의 미세화가 진전됨에 따라, 보다 미세한 가공을 생산수율이 양호하게 행해야한다. 그 때문에 평행평판형 에칭장치에 대신하여 여러 가지의 저압고밀도 플라즈마가 제안되어 있다. 마이크로파를 플라즈마 여기원으로 사용하는 장치에 있어서, 마이크로파 투과재로서 사용되는 알루미나는, 일본특허공개 평5-217946호, 평6-345527호에 제안되어 있다. 이들 반도체 프로세스장치용 알루미나세라믹스부품에 관한 제안은, 불소플라즈마에 대한 내식성을 발현시키기 위해서, 알루미나의 순도와 결정입자지름을 주로 규정하고 있는 것이다.

그러나, 최근에는 반도체집적회로의 미세화에 따라, 에칭프로세스에 있어서는 고에스펙트비의 이방성(異方性) 에칭이 때때로 요구되고 있다. 이것에 대응하기 위해서, 언더커트를 최소한으로 억제하고, 작은 개구가 깊은 구멍을 가공하기 위한 측벽보호막을 형성하는 방법이 채택되도록 되고 있다.

도 2는, 이 상태를 원리적으로 확대하여 나타낸다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 에칭된 깊은 홈의 측벽에 보호막을 형성하기 위해서는 CClF₃등의 염소를 포함하는 가스나 C₃F₈, C₄F₈과 같은 탄소-불소계(C-F계) 가스를 사용하여 측벽에 폴리머막을 퇴적시킨다. 여기서 말하는 폴리머란, 플루오우카본중합물, 알루미나미립자 및/또는 알루미나불화생성물을 함유하는 플루오우카본중합물이다.

상술한 바와 같은 가스를 사용하여 에칭처리를 하면, 반응실의 전극표면이나 반응실의 내벽, 클램프링, 전극절연부재 등에도 반응가스의 분해중합물(폴리머)이 퇴적하여 막을 형성한다. 이 막은 점차로 두껍게 되면, 벗겨져 떨어지고, 반도체 웨이퍼표면에 재부착하여 생산수율을 저하시킨다. 이 때문에, 에칭조작으로서는 일정시간마다 장치(반응실)를 개방하여 폴리머를 제거하는 크리닝을 해야만 한다. 이 크리닝싸이클이 짧은 것이 생산성을 저하시키는 원인이 되어 있었다.

알루미나부품을 사용함에 따른 반응실내의 폴리머 생성 대책에 관련하여 일본특허공개 소61-289634호가 제안되고 있다. 이에 따르면, 알마이트알루미늄에 비해, 알루미나재에는 폴리머를 생성하지 않은 것을 찾아내었다고 기재되어 있다. 이것을 사용하면, 에칭가스로서, C₂F₆, CHF₃ 외에도, C₃F₈ 와 CHF₃, C₂F₆ 와 C₂H₄F₂등의 혼합가스를 사용하더라도 폴리머 생성을 억제하는 효과가 있다고 기재되어 있다.

그렇지만, 본 발명자 등이 평행평판형 에칭장치로 여러 가지의 실험을 한 바, 알루미나세라믹스부품의 표면에도 상당한 양의 폴리머가 생성되는 것이 확인되었다. 따라서, 일본특허공개 소61-289634호는 극히 한정된 조건으로 실시된 결과라고 추정된다.

또한, 일본특허공개 평10-32237호에는, 평균결정지름이 20㎛ 이상의 다공질알루미나소결체로 이루어지는 클램프링이 제안되고 있다. 이 클램프링은, 퇴적된 폴리머의 박리억제에 대하여 종래에 비하여 큰 효과를 얻을 수 있는 것이었다. 그러나, 다공질이기 때문에 에칭에 있어서의 이온충격이나 그 외의 기계적인 충격에 의해서 알루미나입자가 탈락하거나, 강도가 불충분하여 파손 등의 문제가 생겼다.

특히, 강도의 문제는 클램프링으로서는 피처리체를 고정하기 위해 하부전극 에 억압할 때에, 또는 전극절연부재에서는 나사 등으로 설치할 때에, 문제가 된다. 또한, 전극에 가까운 클램프링이나 전극절연부재, 포커스링, 덮개체 등에는, 폴리머가 많이 퇴적하고, 폴리머의 박리의 문제가 보다 심각하였다.

본 발명의 목적은, 알루미나입자의 탈락이 없고, 더구나 기계적 강도에도 뛰어나며, 그 위에 퇴적된 폴리머의 박리를 억제할 수 있는 내플라즈마 부재 및 그것을 사용한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 퇴적된 폴리머를 제거하기 위한 장치크리닝의 싸이클을 길게 할 수 있는 내플라즈마 부재 및 그것을 사용한 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 내플라즈마 부재는, 바람직하게는 플라즈마 처리장치의 반응실내에서 사용된다. 내플라즈마 부재는, 평균 결정입자 지름이 18∼45㎛, 표면거칠기(Ra)가 0.8∼3.O㎛, 부피 밀도가 3.90 g/㎤ 이상의 치밀질 알루미나소결체이다. 치밀질 알루미나소결체의 순도가 99.8% 이상, Si의 함유량이 200ppm 이하, 알카리금속의 함유량이 100ppm 이하인 것이 바람직하다.

플라즈마 처리장치는, 상부전극 및 하부전극의 적어도 한쪽과 반응실을 절연하기 위한 전극절연부재, 피처리체의 처리면의 둘레가장자리부를 억압하여 이것을 하부전극에 유지하는 클램프링, 상부전극 또는 하부전극의 근방에 설정되어 반응성 이온을 상기 피처리체의 처리면에 효과적으로 입사시키기 위한 포커스링, 및 상기 반응실의 내벽을 덮도록 설치되는 피복부재를 구비한다. 상기 전극절연부재, 상기 클램프링, 상기 포커스링, 및 상기 피복부재의 적어도 1개가, 상술한 내플라즈마 부재로서 구성된다.

또한, 플라즈마 처리장치는, 상부전극과 반응실을 절연하기 위한 전극절연부재, 도전부재에 고전압을 인가함으로써 피처리체를 정전적으로 흡착유지하는 정전척, 상부전극 또는 하부전극의 근방에 설정되어 반응성이온을 상기 피처리체의 처리면에 효과적으로 입사되기 위한 포커스링, 및 상기 반응실의 내벽을 덮도록 설치되는 피복부재를 구비한다. 상기 전극절연부재, 상기 정전척, 상기 포커스링, 및 상기 피복부재의 적어도 1개가, 상술한 내플라즈마 부재로서 구성된다.

또한, 플라즈마 처리장치는, 상부전극 및 하부전극의 적어도 한쪽과 반응실을 절연하기 위한 전극절연부재, 도전부재에 고전압을 인가함으로써 피처리체를 정전적으로 흡착유지하는 정전척, 상부전극 또는 하부전극의 근방에 설치되어 반응성이온을 상기 피처리체의 처리면에 효과적으로 입사시키기 위한 포커스링, 상기 반응실의 내벽을 덮도록 설치되는 피복부재, 및 상기 피처리체의 처리면의 둘레가장자리부를 비접촉으로 덮는 덮개체를 구비한다. 상기 전극절연부재, 상기 정전척, 상기 포커스링, 상기 피복부재, 및 상기 덮개체의 적어도 1개가, 상술한 내플라즈마 부재로서 구성된다.

본 발명은, 내플라즈마 부재를 개량한 것이다. 그 예를 들면, 플라즈마 처리장치의 전극절연부재, 포커스링, 클램프링, 정전척, 반응실내벽을 덮는 피복부 재, 덮개체 등이다. 이들은, 반응실내에서 사용하는 치밀질 알루미나소결체로 이루어지는 내플라즈마 부재이다. 그 평균결정입자지름, 표면거칠기 등을 아래와 같이 특정한다.

우선, 평균결정입자지름의 측정방법에 대하여 설명한다. 즉, 1987년 7월25일 발행의「세라믹스의 캐릭터리제이션기술(Charaterization Techniques of Ceramics)」, 발행소: 사단법인 요업협회의 7 페이지에 개시되어 있는 방법에 따랐다. 사용한 방법은 플래니메트릭법(Planimetric Techniques)이라 칭하는 방법으로, 제트. 제프리스(Z.Jeffries)에 의해서「Chem. Met. Engrs., 16, 503-504 (1917); ibid., 18, 185(1918)」에 보고되어 있고, 이 측정방법이 인용기재된 것이다. 이 방법이 이하 기술된다.

조직사진상에서 면적(A)이 주지인 원을 그리고, 원내의 입자수(n_c)와 원주에 걸린 입자수(n_i)에서 다음 식에 의해서 단위면적당 입자수를 구한다.

N_G= {n_c+(1/2)n_i}/(A/㎡)

m은 배율이다. 1/N_G가 1개가 차지하는 면적이므로 원상당 지름은 2/(πN_G)^1/2로서 얻어진다.

다음에, 표면거칠기(surface roughness)의 측정방법에 관해서 설명한다. 즉, JIS B 0601에 개시된 방법에 의해서 측정하였다.

Ra는, 거칠기 곡선으로부터 그 평균선의 방향으로 기준길이만큼 빼어내어, 그 빼어낸 부분의 평행선의 방향으로 x축을, 세로배율의 방향으로 y축을 잡고, 거칠기 곡선을 y = f(x)로 나타내었을 때, 다음 식에 의해서 요청되는 값을 마이크로미터(㎛)로 나타낸 것을 말한다.

여기서, ℓ: 기준길이.

본 발명의 내플라즈마 부재(알루미나소결체)는, 그 평균결정입자지름을 18∼45㎛으로 하는 것이 바람직하다. 알루미나소결체의 평균결정입자지름이 18㎛ 미만이면, 부재에 퇴적된 폴리머의 부착막이 벗겨지기 쉽게 된다. 이것이 18㎛ 이상이면, 이 퇴적물이 벗겨지기 어렵게 된다.

알루미나소결체를 연삭하면, 알루미나입자의 입자경계파괴와 입자내파괴가 생긴다. 그 부분에 폴리머가 퇴적할 때, 알루미나소결체표면에 나타난 입자경계파괴와 입자내파괴의 양쪽에 따라 퇴적한다. 입자경계파괴면은 매끄럽기 때문에, 이 부분의 막의 부착력은 작다. 입자내파괴면은 미세하게 쪼개져 있으므로, 이 부분을 보면, 막의 부착력은 크다.

알루미나소결체의 평균결정입자지름이 18㎛ 미만이면, 연삭면에 차지하는 입자경계파괴면의 비율이 크고, 따라서 입자의 파괴면과 폴리머의 밀착성이 뒤떨어져 용이하게 박리한다. 알루미나소결체의 평균결정입자지름이 18㎛ 이상이고, 입자내파괴면의 비율이 크고, 입자의 파괴면부분에 폴리머가 견고하게 밀착하여, 박리하기 어렵게 되기 때문이라고 생각된다.

또한, 상술한 부착력은 막을 수직으로 잡아 당겨 벗기기 위해서 요하는 힘이다. 열충격 등에 의한 열응력은 막과 알루미나소결체의 계면에서 가장 크고, 그 계면과 수평인 방향으로 발생한다. 평균결정입자지름이 18㎛ 이상과 큰 경우에는, 입자경계파괴에 의해서 형성되는 구덩이가 크고, 그 큰 구덩이에 매립된 폴리머막이 「앵커(anchor)」로서 기능하여, 열응력에 대한 큰 저항을 나타내며, 폴리머막이 벗겨지기 어려워지는 요인의 하나로 되어 있다고 생각된다.

또한, 부재의 평균결정지름이 45㎛을 넘는 큰 경우는 부재의 강도가 저하한다. 또한, 입자지름이 45㎛을 넘는 경우에는, 치밀한 알루미나소결체를 안정하게 제조하는 것은 곤란하다. 이러한 이유에서, 본 발명에서는, 알루미나소결체의 평균결정지름을 18∼45㎛으로 하는 것이다.

또한, 알루미나소결체의 표면거칠기(Ra)는 0.8∼3.0㎛으로 한다. 표면거칠기(Ra)가 0.8㎛보다 작은 경우는 열싸이클에 따라 발생하는 열응력을 완화할 수 없고 부착막은 용이하게 박리한다.

플라즈마에칭장치는, 방전과 피처리체로서의 반도체웨이퍼의 교환을 되풀이하여 운전된다. 또한, 웨이퍼의 레지스트막이나 측벽보호막을 지키기 위해서 반도체웨이퍼는 항상 냉각되어 있다. 따라서, 장치내의 반도체웨이퍼주변의 부재는, 방전과 그에 따르는 이온충격에 의한 가열, 방전정지, 웨이퍼의 이동 및 재치에 의한 온도강하 등의 열싸이클을 반복하여 받는 것이다. 이러한 열싸이클에 의한 응력을 완화하여, 폴리머부착막의 박리를 막기 위해서는 알루미나소결체의 표면거칠기(Ra)의 하한을 0.8㎛으로 하는 것이 바람직하다.

에칭중에 있어서, 클램프링 등의 부재에 퇴적하는 폴리머와 같은 막의 부착은, 주로 반데르 발스력(van der Waals force)에 기인하는 분산력에 의한 것이고, 부착막과 부재와의 사이에는 화학결합은 없다. 이 때문에 폴리머의 부착은 표면의 청정도나 그 물리적 특성에 크게 의존하는 것으로 생각된다.

발명자 등은 여러 가지의 실험을 거듭한 결과, 부재의 평활도와 폴리머부착막의 박리의 관계를 발견, 표면거칠기(Ra)를 0.8∼3㎛로 완성한 것으로, 알루미나소결체의 평균결정지름이 18㎛ 이상이면, 폴리머부착막이 가장 벗겨지기 어렵게 된다는 것을 발견한 것이다.

알루미나소결체의 표면거칠기(Ra)의 상한은, 바람직하게는 3.0㎛으로 한다. Ra에서 3.0㎛을 넘으면, 부재가 기계적충격을 받은 경우 등, 표면의 요철면에서 알루미나입자가 탈락할 우려가 있음과 동시에, 알루미나소결체 그 자체의 기계적강도도 저하한다. 알루미나소결체의 표면거칠기를 상기 범위의 값으로 하기 위해서는 통상의 다이아몬드 연삭가공으로 완성할 수 있다.

또한, 알루미나소결체는, 치밀질이 아니면, 강도가 저하하여, 에칭일 때의 이온충격에 의해 알루미나입자의 탈락이 생기기도 한다. 그 때문에, 알루미나소결체의 부피 밀도는 3.90 g/㎤ 이상인 것이 바람직하다.

또한, 알루미나소결체는 순도가 99.8% 이상의 고순도의 것을 사용한다. 또한, Si가 200ppm 이하, 알카리금속이 100ppm 이하인 것이 바람직하다. Si가 200ppm을 넘고, 또한 알카리금속이 100ppm을 넘는 큰 경우는, 불소계화학종에 대한 내식성이 나빠진다.

이상은, 적어도 도 1에 나타내는 플라즈마 처리장치의 반응실에서 사용하는 클램프링(1), 포커스링(17), 전극과 반응실을 절연하기 위한 전극절연부재(10b), 반응실의 내벽을 덮는 피복부재(6) 등의 부재(폴리머가 퇴적할 우려가 있는 부재)에 관해서 말할 수 있는 것이다.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 의한 플라즈마 처리장치를 나타내는 개략단면도,

도 2는, 반도체집적회로의 에칭프로세스의 가공방법을 나타내는 설명도,

도 3은, 방전시간과 웨이퍼에 부착한 파티클수의 변화의 관계를 나타내는 그래프,

도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리장치를 나타내는 단면도,

도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리장치를 나타내는 단면도이다.

이하에, 본 발명의 복수의 실시예를 설명한다.

[실시예1]

알루미나소결체를 다음과 같이 하여 제작하였다. 순도 99.9%의 알루미나원료가루에 소결조제로서 MgO, SiO₂, Na₂O 를 첨가하고, 유기 바인더와 이온 교환수를 부가하여 잘 혼합하여 현탁액을 얻었다. 이 현탁액을 스프레이 드라이어로 건조하고, 조립(造粒)하여, 이것을 금형 프레스로 소정의 형상으로 성형하였다. 이어서, 이것을 콜드 아이소스테틱 프레스(cold isostatic press : CIP)에 의해 1.0t/㎠의 압력으로 성형하였다. 이것을 1000℃에서 가소하여, 수소분위기속에서 1800℃에서 3∼6시간 유지하여 소성하였다.

이렇게 하여 얻어진 알루미나소결체는, Si가 22ppm, Na가 4ppm, Mg이 500ppm 포함되고 있었다. 부피 밀도는 3.99 g/㎤이었다. 이제부터 잘라낸 시험조각을 경면에 연마한 후, 서멀에칭을 하여, 광학현미경으로 조직을 관찰하여, 플래니메트릭법(Planimetric method)으로 평균결정입자지름을 구한바 24㎛이었다.

다음에, 이것을 지름 250mm, 두께 12mm에서 중앙에 지름 200mm의 실리콘웨이퍼를 누르는 톱니부착구멍이 뚫린 링 모양의 형상으로 연삭 가공하여, 반도체에칭장치용 내플라즈마 부재인 클램프링을 얻었다. 최종의 마무리단계의 연삭가공은, 입자지름 200의 다이아몬드 고운숯돌을 사용하여 행하고, 그 표면거칠기를 Ra=1.3㎛으로 하였다. 또한, 3점 굽힘강도는 300MPa이며, 강도는 충분하였다.

이 클램프링의 효과를 조사하기 위해서 사용한 반도체에칭장치의 개요는 도 1에 나타낸 바와 같다.

도 1에 나타내는 에칭장치는, 반도체웨이퍼(2)에 에칭처리를 실시하는 반응화로(10)를 구비하고 있다. 이 반응실(10)내에는 반도체 웨이퍼(2)의 재치대를 겸한 하부전극(5)과 상부전극(4)이 배치되어 있다. 참조부호(6)는 반응실(10)의 내벽을 덮는 피복부재이다. 하부전극(5)과 반응실(10)의 바닥면은 절연부재(10a)에 의해서 절연되어 있고, 상부전극(4)과 반응실(10)의 위벽은 절연부재(10b)에 의하여 절연되어 있다.

하부전극(5)의 주위에는, 고리형상의 포커스링(17) 및 본 발명에 의한 클램프링(1)이 설치된다. 포커스링(17)은, 반응성이온을 접근시키지 않는 절연성재질로 이루어지며, 반응성이온을 내주측의 피처리체인 반도임웨이퍼(2)에 효과적으로 입사시키는 기능을 하는 것이다. 또한, 클램프링(1)은, 반도체웨이퍼(2)의 둘레가장자리부를 억압하여 웨이퍼(2)를 하부전극(5)에 유지하기 위한 것이며, 로드(12a)를 통해 반응실(10)의 윗쪽에 설치된 한 쌍의 실린더기구(12b)에 연결되어 있다. 실린더기구(12b)에 의해서 로드(12a)를 통해 클램프링(1)이 억압되는 것에 의해, 반도체웨이퍼(2)가 하부전극(5)으로 클램프된다.

상부전극(4)은 하부전극(5)에 대향하도록 하부전극(5)의 윗쪽에 설치되어 있고, 그 중에는 중공부(11)를 갖고, 원반형상을 이루고 있다. 이 상부전극(4)의 윗면에는 에칭가스를 공급하는 가스공급관(13)이 연결되고, 또한 그 아래면에는 다수의 세공(9)이 형성되어 있다. 에칭가스공급원(14)에서 가스공급관(13)을 통해 상부전극(4)내에 공급된 에칭가스가, 세공(9)을 통해 반응실(10)내로 공급된다.

상기의 상부전극(4)과 하부전극(5)에는, 각각 고주파전원(3A 및 3B)이 접속 되어 있다. 이들 고주파전원으로부터 각 전극에 고주파전압이 인가된다. 또한, 상기 반응실의 측부의 하단근방에는 진공배기관(15)이 연결되어 있다. 이 진공배기관(15)을 통해 배기장치(16)에 의해서 반응실(10)내가 소정의 진공도가 된다.

상기 에칭장치에 있어서, 반도체웨이퍼(2)는 하부전극(5)에 본 발명의 내플라즈마 부재로 이루어지는 클램프링(1)에 의해서 고정되고, 상부전극(4)과 하부전극(5)과의 사이에서 고주파전원(3A,3B)에서 공급되는 고주파전력에 의해서 방전이 생기고, 반응가스가 플라즈마화한다. 일정시간의 반응프로세스를 마치면, 웨이퍼(2)는 웨이퍼출입구(7)로부터 반응실(10)의 밖으로 추출되어, 새로운 웨이퍼가 그곳으로 이동되어 재치된다. 그 후, 같은 반응프로세스가 개시된다. 또한, 이러한 조작을 되풀이해나가면, 클램프링(1)에 폴리머부착막이 형성된다. 도 1에서는 이것을 참조부호(8)로 나타내었다.

상술한 여러가지공정을 다음 조건에서 반복하여 행하고, 지름 200mm(8인치)의 반도체웨이퍼상에 부착한 0.2㎛ 이상의 파티클의 개수를 조사하였다.

반응가스의 조성 CHF₃:CF₄:Ar=30:30:600(sccm)

가스압력 300mTorr

고주파전력 1300w(13.56MHz)

이 결과를 도 3에, 방전시간과 웨이퍼상에 부착한 파티클 개수의 관계로 나타내었다. 그리고, 여기서 방전시간과는 고주파전력공급의 적산시간을 말한다. 파티클의 관리치는 30개로 하였다. 실제의 생산시 에칭장치의 가동에서는, 파티클 수가 30개를 넘기 전에 반응실을 열고, 크리닝을 해야한다. 또한, 이 결과는, 표1에 기재한 실시예1에도 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의한 내플라즈마 부재로 이루어지는 클램프링(1)을 사용한 경우는, 파티클이 관리치를 넘기까지의 시간은 약 80시간이다. 이와 같이, 본 발명에 의하면, 부착하는 폴리머의 피막이 쉽게 벗겨지지 않게 되어, 에칭장치의 크리닝빈도를 적게 하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 되었다.

[비교예1]

실시예1과 같은 방법으로 얻은 가소체(calcined product)에 대하여, 소결조건을 실시예1과 달리 수소분위기중 1700℃, 유지시간 1.5시간으로 소성하고, 평균결정입자지름이 13㎛인 알루미나소결체를 얻었다. 이것을 사용하여 실시예1과 동일하게 하여 같은 싸이즈의 클램프링을 얻었다. 이것을 사용하여, 실시예1과 같이 하여 파티클이 관리치 30을 넘기까지의 방전시간을 구하였다. 그 결과 및 알루미나순도, Mg 함유율, Si 함유율, Na 함유율, 표면거칠기, 부피 밀도, 굽힘강도를 표1중의 비교예1에 나타내었다.

비교예1은 Si 함유율, Na 함유율, 표면거칠기, 부피 밀도 등의 조건은 어느 것이나 만족하지만, 알루미나의 평균결정지름이 작기 때문에, 짧은 방전시간으로 폴리머부착막이 벗겨져 파티클이 발생하는 결과가 되어 있다.

[실시예2]

실시예2에서는 실시예1의 경우보다도 평균결정지름이 큰 알루미나소결체를 제작하였다. 즉, 원료는 실시예1과 같은 것을 사용하였지만, 실시예2의 경우는 더 욱 소결조재의 첨가량을 조절하여, 실시예1에 비교하여 MgO 량을 2할 줄이고, SiO₂량 및 Na₂O량을 2배로 하였다. 또한, 소결은 수소분위기중 1800℃, 유지시간 6∼20시간으로 소성하고, 평균결정입자지름이 40㎛의 알루미나소결체를 얻었다. 얻어진 알루미나소결체를 사용하여, 실시예1과 같이 하여 클램프링을 얻었다. 이것을 사용하여 실시예1과 동일하게 하여 파티클이 관리치 30을 넘기까지의 방전시간을 구하였다. 그 결과 및 알루미나순도, Mg 함유율, Si 함유율, Na 함유율, 표면거칠기, 부피 밀도, 굽힘강도를 표1 중의 실시예2에 나타내었다.

표1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예2의 것은 파티클발생까지의 방전시간이 70시간으로 길고, 부착하는 폴리머피막이 쉽게 벗겨지지 않으며, 에칭장치의 크리닝빈도를 적게 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.

[비교예2]

시판 중인 알루미나세라믹스재료의 알루미나순도, Si 함유율, Na 함유율, 표면거칠기, 부피 밀도, 평균결정입자지름 등을 표1에 나타낸다. 또한, 그 조직의 광학현미경 사진을 관찰하여, 평균결정지름을 구한 바, 12㎛로 작았다. 이것을 사용하여 실시예1과 같이 하여 클램프링을 얻었다. 이것을 사용하여 실시예1과 같이 하여 파티클이 관리치 30을 넘을 때까지의 방전시간을 구하였다. 그 결과를 표1중의 비교예2로 나타내었다.

[급냉열충격시험(실시예3∼6, 비교예3,4)]

표면거칠기, 평균결정입자지름을 변화시킨, 치수 10 ×10 ×1(mm)의 알루미나소결체의 시험편을 준비하였다. 이들 시험편은 모두, 부피 밀도가 3.92∼3.99 g/㎤, 알루미나순도가 99.9%, Mg 함유율이 350∼520ppm, Si 함유율이 22∼32ppm, Na 함유율이 4∼58ppm 이다.

이들 시험편을 실시예1에서 사용한 에칭장치의 클램프링상에 양면테잎으로 고정하고, 실시예1과 같은 조건에서 15시간 반응시키고, 폴리머막을 부착시키었다.

다음에, 이들 시험편을 열판상에 얹어 놓고 100℃로 예열하고, 즉시 드라이아이스-메탄올한제(dry ice/methanal freezing medium)(마이너스 72℃)에 투입하여 열충격을 주어, 폴리머막의 박리상태를 실체현미경에 의해 관찰하였다. 계속해서, 다시 열판으로 100℃에 예열하고, 즉시 액체질소(마이너스 197℃)에 투입하여 열충격을 주고, 폴리머막의 박리상태를 실체현미경에 의하여 관찰하였다. 그 결과를 표2에 나타낸다.

표2에 나타낸 바와 같이, 평균결정입자지름, 표면거칠기가 함께 본 발명의 범위내인 경우에는, 열충격을 가하더라도 열응력이 완화되고, 폴리머막이 박리하지 않았다. 그러나, 평균결정입자지름이 18㎛ 이상이더라도 표면거칠기(Ra)가 0.8㎛ 미만으로는 열응력을 완화할 수 없고 용이하게 막이 박리하는 것을 알 수 있었다.

또한, 도 1의 실시예에서는, 클램프링(1)을 본 발명의 내플라즈마도재로 형성한 예를 게시하였다. 본 발명은, 반응가스분위기중(반응실내)에서 사용하는, 세라믹스재료로써 구성가능한 부품(부재)에도 적용할 수 있다. 예를 들면, 반응실의 내벽의 피복부재(6), 전극절연부재(10a) 내지 (10b), 및 포커스링(17)을 본 발명의 내플라즈마 부재로서 형성할 수가 있다. 그와 같이 하면, 보다 효과적으로 폴리머의 박리를 방지하고, 크리닝싸이클을 길게 할 수 있다.

[도 4의 실시예]

도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 도 4의 실시예는 도 1의 실시예와는 이하의 점에서 상위하다. 도 1의 실시예와 동일 또는 유사하는 부분에는, 동일 또는 유사하다는 참조부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 4의 실시예는, 상술한 클램프링(1) 대신에, 정전척(18)을 사용한 구성이다. 하부전극(5)의 중앙윗면에 반도체 웨이퍼(2)를 유지하는 척부로서의 정전척 (18)이, 반도체웨이퍼와 대략 동일한 지름크기로 설치되어 있다. 이 정전척(18)은, 동박 등의 도전막(19)을 본 발명의 알루미나소결체로써 절연상태로 끼움으로써 구성된다. 그리고, 이 도전막(19)에 전압공급리드(20)를 통해 직류전압을 인가한다. 그에 따라, 정전척(18)의 윗면에 반도체 웨이퍼(2)를 클롱력에 의해 흡인유지할 수가 있다.

도 4의 실시예는, 정전 척(18)에 한정되지 않는다. 예를 들면, 반응실내벽의 피복부재(6), 전극절연부재(10a) 내지 (10b), 및 포커스링(17)의 적어도 1개를 본 발명의 내플라즈마 부재로서 형성할 수 있다. 그 경우, 반응실내의 구성부재상에 퇴적된 폴리머가 박리하는 것을 방지할 수가 있다.

또, 도 1의 실시예 및 도 4의 실시예로서는, 상부전극(4) 및 하부전극(5)의 각각에 고주파전압을 인가하는 형태를 나타내었지만, 상부전극(4) 및 하부전극(5)중 어느 한쪽의 전극에 고주파전압을 인가하는 형태에도 적용할 수 있다.

[도 5의 실시예]

도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 이것은 도 4에 나타내는 것에 반도체웨이퍼의 둘레가장자리부를 비접촉으로 덮는 덮개체(30)를 가한 점이 다를 뿐이다. 이 덮개체(30)는, 도 1에 나타낸 바와 같이 복수의 로드(12a)를 통해 반응화로(10)의 윗쪽에 설치된 실린더기구(12b)에 연결되어 있다.

피처리체[반도체웨이퍼(2)]의 처리면의 둘레가장자리부를 비접촉으로 덮는 덮개체를 구비하는 플라즈마 처리장치에 있어서는, 덮개체에 의해서 피처리체의 처리면의 둘레가장자리부의 플라즈마에 의한 처리의 진행을 억제할 수가 있고, 피처리체의 둘레가장자리부에 부착하는 파티클의 부착량을 억제할 수가 있다. 또한, 에칭처리로 생성되는 반응생성물이, 반도체웨이퍼의 둘레가장자리부와 덮개체의 사이에 부착되는 것을 억제할 수 있다. 또한 반도체웨이퍼가 덮개체와 접촉하였을 때에, 그 진동에 의해서 덮개체에 부착한 반응생성물이 반도체웨이퍼상에 낙하하는 것도 방지할 수가 있다.

[다른 실시예]

또한, 상술한 실시예에서는, 플라즈마 처리장치를 플라즈마에칭장치에 적용하였으나, 본 발명은, 이러한 장치에 한정되는 일없이, 반응생성물이 발생하는 다른 장치, 예를 들면 CVD 장치에도 적용가능하다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 알루미나입자의 탈락이 없고, 더구나 기계적강도에도 뛰어나며, 그 위에 퇴적된 폴리머부착막이 벗겨지기 어려워지고, 그 결과적으로 장치의 크리닝 싸이클을 길게 하는 것이 가능한 내플라즈마 부재 및 그것 을 사용한 여러 가지의 플라즈마 처리장치를 제공할 수가 있다.

표 1

실시예	알루 미나 순도 (%)	Mg 함유율 (ppm)	Si 함유율 (ppm)	Na 함유율 (ppm)	평균 결정 입자 지름 (㎛)	표면거칠기 Ra(㎛)	부피밀도 (g/㎤)	파티클이 관리치를넘을 때까지의방전시간 (h)	3점 굴곡 강도 (MPa)
실시예1	99.9	500	22	4	24	1.3	3.99	80	300
비교예1	99.9	520	25	4	13	1.0	3.98	22	300
실시예2	99.9	400	30	8	40	1.6	3.97	70	300
비교예2	99.9	350	32	58	12	1.1	3.89	18	300

표 2

	평균결정입자지름 (㎛)	표면거칠기 Ra(㎛)	박리상태
	평균결정입자지름 (㎛)	표면거칠기 Ra(㎛)	드라이아이스-메탄올한제 투입후	액체질소투입후
실시예3	27.0	2.20	박리없음	박리없음
실시예4	27.0	1.30	박리없음	박리없음
비교예3	27.0	0.02	박리	박리
실시예5	21.7	2.20	박리없음	박리없음
실시예6	21.7	1.34	박리없음	박리없음
비교예4	21.7	0.02	박리	박리

Claims

플라즈마 처리장치의 반응실내에서 사용되는 내플라즈마 부재에 있어서,

평균결정입자지름이 21.7∼40㎛, 표면거칠기(Ra)가 1.3∼2.2㎛, 부피 밀도가 3.92∼3.99g/㎤의 치밀질 알루미나소결체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내플라즈마 부재.
제 1 항에 있어서, 치밀질 알루미나소결체의 순도가 99.8% 이상, Si의 함유량이 200ppm 이하, 알카리금속의 함유량이 100ppm 이하인 것을 특징으로 하는 내플라즈마 부재.
상부전극 및 하부전극의 적어도 한쪽과 반응실을 절연하기 위한 전극절연부재, 피처리체의 처리면의 둘레가장자리부를 억압하여 이것을 하부전극에 유지하는 클램프링, 상부전극 또는 하부전극의 근방에 설치되어 반응성이온을 상기 피처리체의 처리면에 효과적으로 입사시키기 위한 포커스링, 및 상기 반응실의 내벽을 덮도록 설치되는 피복부재를 구비하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

상기 전극절연부재, 상기 클램프링, 상기 포커스링, 및 상기 피복부재의 적어도 1개를, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 내플라즈마 부재로서 구성하도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
상부전극 및 하부전극의 적어도 한쪽과 반응실을 절연하기 위한 전극절연부재, 도전부재에 고전압을 인가함으로써 피처리체를 정전적으로 흡착유지하는 정전척, 상부전극 또는 하부전극의 근방에 설치되어 반응성이온을 상기 피처리체의 처리면에 효과적으로 입사시키기 위한 포커스링, 및 상기 반응실의 내벽을 덮도록 설치되는 피복부재를 구비하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

상기 전극절연부재, 상기 정전척, 상기 포커스링, 및 상기 피복부재의 적어도 하나를 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 내플라즈마 부재로서 구성하도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
상부전극 및 하부전극의 적어도 한쪽과 반응실을 절연하기 위한 전극절연부재, 도전부재에 고전압을 인가함으로써 피처리체를 정전적으로 흡착유지하는 정전척, 상부전극 또는 하부전극의 근방에 설치되어 반응성이온을 상기 피처리체의 처리면에 효과적으로 입사시키기 위한 포커스링, 상기 반응실의 내벽을 덮도록 설치되어 있는 피복부재, 및 상기 피처리체의 처리면의 둘레가장자리부를 비접촉으로 덮는 덮개체를 구비하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

상기 전극절연부재, 상기 정전척, 상기 포커스링, 상기 피복부재, 및 상기 덮개체의 적어도 1개를, 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 내플라즈마 부재로서 구성하도록 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.