KR101324763B1

KR101324763B1 - 반도체 제조장비용 부품의 코팅장치 및 그 코팅방법

Info

Publication number: KR101324763B1
Application number: KR1020110089018A
Authority: KR
Inventors: 이도형
Original assignee: 이도형
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2013-11-05
Also published as: KR20130025607A

Abstract

본 발명은 코팅될 모재의 양측에 각각 특징화된 펄스 RF 및 DC 전압을 공급하여 형성된 플라즈마를 모재에 침투시키는 방식으로 코팅층을 형성함으로써 모재의 특성을 개선시키는 장치 및 그 코팅방법에 관한 것이다. 본 발명의 코팅장치는, 챔버내에 N2 가스를 유입한 후 온도를 올리지 않고 저온에서 N2, NH3및 N2O 중 어느 하나의 가스로 질화처리가 가능하게 하는, 플라즈마 밀도를 높이기 위해 ICP source, 대면적을 위해 CCP source 또는 CCP+ICP source 또는 리모트 플라즈마를 사용하는 펄스타입의 플라즈마소스; 및 플라즈마소스에 의해 플라즈마를 형성시키는 것과 동시에 모재가 재치된 서셉터쪽에 5KeV~100KeV의 전압을 인가하는 DC전압부또는 이온주입이 용이하도록 하는 펄스전압부로 이루어진다. 본 발명의 코팅방법은, 플라즈마에 의해 여기된 N⁺ 이온들이 모재쪽으로 끌려오면서 모재 내부로 침투하면 모재내로 침투한 N⁺ 이온들이 모재의 재질과 반응하여 AlN 화합물을 형성하게 됨에 따라 100nm~1㎛의 코팅층을 형성하도록 한다.

Description

반도체 제조장비용 부품의 코팅장치 및 그 코팅방법{Coating device of element of semiconductor manufacturing apparatus and method thereof}

본 발명은 반도체 제조장비용 부품의 코팅장치 및 그 코팅방법에 관한 것으로써, 특히 코팅될 모재의 양측에 각각 특징화된 펄스 RF 및 DC 전압 공급에 의해 형성된 플라즈마를 모재 내에 침투시키는 방식으로 코팅층을 형성함으로써 모재의 특성이 개선되도록 한 장치 및 그 코팅방법에 관한 것이다

일반적인 반도체 제조장비는 도 1에 도시된 바와 같이 반응챔버(10)내에 히터(20)와 샤워헤드(40)가 구성된 상태에서 반도체 제조를 위해 웨이퍼(30)가 배치되면, 배관(50)을 통해 유입된 반응가스가 샤워헤드(40)를 통해 웨이퍼(30)에 공급됨과 동시에 히터(20)에 의해 일정온도의 가열에너지가 공급되면서 반도체가 제조되는 공정을 거치도록 되어 있다.

이와 같이 반도체용 박막을 증착하기 위해서는 대부분 진공챔버를 사용하며, 박막 공정의 특성 향상 및 생산성 향상을 위해 챔버 내에 RF 또는 부식성 가스를 사용하기 때문에 챔버 재질 및 챔버내 부품의 재질로서는 전기 전도도가 좋고 내부식 특성이 좋은 알루미늄(Al) 재질을 많이 사용하는 것이 일반적이다.

그러나 Al재질의 부품을 가공하면서 발생되는 핀홀(Pin hole)이나 버(Bur)등에 의해 내부식 특성이 나빠지거나 반응 부산물이 쉽게 부착되어 공정 특성이 변하거나 불순물입자(Particle)가 발생하게 된다.

따라서 이러한 문제를 개선하기 위해 기존에는 아노다이징(Anodizing) 방법을 이용하여 챔버내 부품에 대해 코팅하는 기술이 개시되어 있으나, 고온을 사용하는 박막 증착 환경에서는 알루미늄과 아노다이징 막의 열팽창계수 차이에 의해 일정 기간이 지나면 아노다이징 막이 박리되어 오히려 불순물입자가 발생하고 공정이 틀어지는 등의 문제가 발생하였다.

최근에는 기존의 문제점들을 그대로 가지고 Al bare 상태로 이용하고 있어, Al 열팽창계수는 23.03 × 10^-6/℃로 큰 반면, 아노다이징 막은 20℃~100℃에서 6.87x10⁶,20℃~500℃에서 8.33x10⁶로 비록 온도에 비례하면서 열팽창계수가 증가하기는 하나 Al과의 차이가 심하여 이것에 의해 막질 박리가 발생되는 문제를 여전히 개선하지 못하고 있는 실정이다.

구체적인 반도체장비의 코팅 대상 모재로 들 수 있는 반도체용 진공 챔버내 부품 소재로는 Al, Ni 및 Ni 합금의 일종인 Hastelloy 및 inconel등을 사용하는데 최근 반응 가스에 의한 부식 및 반응 부산물의 누적에 의한 파티클 문제로 이를 개선하기 위해 많은 노력이 이루어졌다.

그러나 기존에 일반적으로 사용되는 아노다이징 및 융사코팅의 경우 금속 모재와의 열팽창계수 차이로 인해 시간 경과에 따라 막질 박리가 발생되어 2차적인 문제를 유발시킴으로써 다른 대안이 필요하게 되었다.

특히 반도체용 진공 챔버내 부품인 샤워헤드의 경우는 박막을 증착하기 위한 웨이퍼 바로 윗면에 위치되므로 부식에 의해 표면 상태가 변하거나 반응 부산물이 누적 증착되게 되면 파티클이 쉽게 발생되고 공정 특성 재현성 없는 결과를 나타내게 되어 개선이 시급한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 반도체장비의 반도체 제조효율 향상을 위한 부품 코팅에 관련된 문제점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 코팅될 모재의 양측에 각각 특징화된 펄스 RF 및 DC 전압을 공급하여 플라즈마를 형성시키고, 이 플라즈마를 모재 내에 침투시키는 방식으로 코팅층을 형성함으로써 특성이 개선된 모재를 얻을 수 있도록 한 반도체 제조장비용 부품의 코팅장치 및 그 코팅방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조장비용 부품의 코팅장치는, 챔버내에 N2 가스를 유입한 후 온도를 올리지 않고 저온에서 N2, NH3및 N2O 중 어느 하나의 가스로 질화처리가 가능하게 하는, 펄스타입의 플라즈마소스, 플라즈마 밀도를 높이기 위해 ICP(Inductively Coupled Plasma) 소스, 대면적을 위해 CCP(Capacitively Coupled Plasma) 소스, CCP+ICP 소스, 리모트 플라즈마를 사용하는 플라즈마소스 중 어느 하나의 소스; 및 상기 소스에 의해 플라즈마를 형성시킴과 동시에 모재가 재치된 서셉터쪽에 5KeV~100KeV의 전압을 인가하는 DC전압부 또는 이온주입이 용이하도록 하는 펄스전압부로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 제조장비용 부품의 코팅방법은, 플라즈마에 의해 여기된 N⁺ 이온들이 모재쪽으로 끌려오면서 모재 내부로 침투하면 모재내로 침투한 N⁺ 이온들이 모재의 재질과 반응하여 AlN 화합물을 형성하게 됨에 따라 100nm~1㎛의 코팅층을 형성하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 모재는 Al, Ni 및 Ni 합금 모재로써 이온들이 잘 침투할 수 있도록 불소 전처리를 시행한 후 300~650℃ 분위기하에서 질화시키거나 플라즈마를 이용한다.

본 발명의 불소 전처리는, 전처리 온도를 300~650℃로 올린 상태에서 fluorine을 포함하는 가스를 주입하여 표면을 처리하고, 상기 불소화합물은 NF3, F2, BF3, CF4, HF, SF6, WF6, CHF3, SiF4로 구성되는 군으로부터 선택된 1종류 이상의 불소화합물 가스이고, 불소화합물 가스를 열분해 또는 플라즈마를 이용하여 생성한 F2 가스이며, HF+SC1등 fluorine을 포함하는 용액에 담가 표면을 처리하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 반도체 제조장비용 부품의 코팅장치 및 그 코팅방법에 따르면, 플라즈마에 의해 발생된 이온이 모재내에 침투함으로써 생성된 AlN 화합물에 의한 코팅층이 형성되므로 코팅된 모재의 열전도성이 뛰어나고 내부식 특성이 강해 반도체 제조효율을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 모재에 침투해 화합물을 만드는 방식이므로 모재가 열팽창하여도 모재와 같이 열팽창하므로 생성된 피막이 박리되거나 떨어져 나가는 문제는 발생되지 않아 반도체 제조효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 반도체 제조장비의 진공챔버 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조장비용 부품 코팅 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 코팅에 따라 인가전압과 코팅두께에 대한 그래프도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 제조장비용 부품의 코팅 개념도, 도 3은 본 발명에 따른 코팅에 따라 인가전압과 코팅두께에 대한 그래프도이다.

본 발명의 모재 코팅은 기존의 방법과는 달리, 챔버 내 샤워헤드에 기존의 아노다이징 코팅 대신에 플라즈마를 공급하여 N2 가스를 이온화한 후 하부에 바이어스전압을 걸어주어 N⁺ 이온들이 Al, Ni, Ni 합금인 하스텔로이, 인코넬, Si 중 어느 하나의 재질로 된 모재내로 확산 침투하게 됨으로써, 모재내에서 예를 들어 Al과 N이 결합하여 AlN 화합물을 형성하게 한 것으로, 금속 모재에 원하는 물질을 직접 침투시켜 모재내에서 화합물이 형성되도록 하는 기술이다.

도면을 참조하여 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(10)내에 N2 가스를 유입한 후 온도를 올리지 않고 저온에서 질화처리가 가능하도록 상부에 장착된 펄스타입의 플라즈마소스(80)를 인가하여 플라즈마를 형성시킨 후 목적하는 소재인 Al이 있는 서셉터(60)쪽에 DC전압(90)을 인가한다.

따라서 플라즈마에 의해 여기된 N⁺ 이온들이 Al 모재(70)쪽으로 끌려오면서 그 내부로 침투하게 되고 Al 모재(70)내로 침투한 N+ 이온들은 모재(70)의 Al과 반응하여 AlN 화합물을 형성하게 된다.

본 발명에서는 Ni 및 Ni 합금 모재에 이온들이 잘 침투할 수 있도록 불소 전처리를 시행한 후 300~650℃ 분위기하에서 질화시키거나 플라즈마를 이용하며, 이때 전처리 온도를 300~650℃로 올린 상태에서 fluorine을 포함하는 가스를 주입하여 표면을 처리한다.

상기 불소화합물은 NF3, F2, BF3, CF4, HF, SF6, WF6, CHF3, SiF4로 구성되는 군으로부터 선택된 1종류 이상의 불소화합물 가스이고, 불소화합물 가스를 열분해 또는 플라즈마를 이용하여 생성한 F2 가스이며, HF+SC1등 fluorine을 포함하는 용액에 담가 표면을 처리한다.

한편, 본 발명에서는 플라즈마 밀도를 높이기 위해 펄스 RF외에 ICP source를 사용하거나 대면적을 위해 CCP source를 사용하거나 CCP+ICP source 또는 리모트 플라즈마를 사용할 수도 있다.

또한 이온 주입 효과 향상을 위해 DC 전압 대신 펄스전압을 걸어주어도 된다.

또한 질화시키기 위한 가스는 N2 또는 효율 향상을 위해 NH3를 사용하며 그 외에 복합 화합물 형성을 위해 N2O를 사용할 수도 있다.

본 발명에서는 원하는 코팅 두께를 얻기 위해 챔버(10)의 하부에 인가되는 전압을 1KeV~120KeV 까지 split 평가하여 두께를 측정한 결과 도 3에 도시된 바와 같이 1KeV에서 96nm의 두께를 얻었고 5KeV부터 두께가 선형적으로 증가하는 것을 확인하였다.

또한 120KeV에서 795nm로 최고의 결과를 얻었지만 80KeV부터는 두께가 선형적으로 증가하지 않고 포화되는 것을 확인하였다. 따라서 코팅 두께를 얻기 위한 최적의 조건은 5KeV ~ 80KeV로 밝혀졌다.

10 : 챔버 60 : 서셉터
70 : 모재 80 : 플라즈마소스
90 : DC 전압부

Claims

챔버(10)내에 N2 가스를 유입한 후 N2, NH3 및 N2O 중 어느 하나의 가스로 질화처리가 가능하게 하는, 펄스타입의 플라즈마 소스, 플라즈마 밀도를 높이기 위해 ICP 소스, 대면적을 위해 CCP 소스, CCP+ICP 소스 리모트 플라즈마를 사용하는 플라즈마 소스 중 어느 하나의 소스(80); 및
상기 소스(80)에 의해 플라즈마를 형성시킴과 동시에 알루미늄 재질의 모재(70)가 재치된 서셉터(60)쪽에 5KeV~100KeV의 전압을 인가하는 DC전압부(90) 또는 이온주입이 용이하도록 하는 펄스전압부로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 부품의 코팅장치.
플라즈마에 의해 여기된 N+ 이온들이 모재(70)쪽으로 끌려오면서 모재(70) 내부로 침투하여 모재의 재질과 반응함으로써 AlN 화합물을 형성하면서 100nm ~ 1㎛의 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 부품의 코팅방법.
제2항에 있어서,
상기 모재(70)에 대한 코팅은 이온침투가 용이하도록 코팅 전 불소 전처리 또는 코팅 후 불소 전처리 후 재코팅으로 이루어지며, 모재(70)의 재질은 Al, Ni 및 Ni 합금모재 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 부품의 코팅방법.
제3항에 있어서,
상기 불소 전처리는 fluorine을 포함하는 가스를 주입하여 표면을 처리하는 것으로, 불소화합물은 NF3, F2, BF3, CF4, HF, SF6, WF6, CHF3, SiF4로 구성되는 군으로부터 선택된 1종류 이상의 불소화합물 가스이고, 불소화합물 가스를 열분해 또는 플라즈마를 이용하여 생성한 F2 가스를 이용하여 전처리를 하거나, 불소 전처리의 다른 방법으로 HF+SC1등 fluorine을 포함하는 용액에 담가 표면을 처리하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장비용 부품의 코팅방법.