KR101849039B1 - Parts for plasma processing apparatus having tungsten base coating layer and method of manufacturing the parts - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라즈마 장치용 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마에 대한 내식성이 높은 텅스텐계 코팅층을 가진 플라즈마 장치용 부품 및 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a component for a plasma apparatus and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a component for a plasma apparatus having a tungsten-based coating layer having high corrosion resistance against plasma and a manufacturing method thereof.
플라즈마 처리장치는 챔버 내에 상부전극과 하부전극을 배치하고, 하부전극의 위에 반도체 웨이퍼, 유리 기판 등의 기판을 탑재하여, 양 전극 사이에 전력을 인가한다. 양 전극 사이의 전계에 의해서 가속된 전자, 전극으로부터 방출된 전자, 또는 가열된 전자가 처리가스의 분자와 전리 충돌을 일으켜, 처리가스의 플라즈마가 발생한다. 플라즈마 중의 래디컬이나 이온과 같은 활성종은 기판 표면에 원하는 미세 가공, 예를 들면 에칭 가공을 수행한다. 최근, 미세전자소자 등의 제조에서의 디자인 룰이 점점 미세화되고, 특히 플라즈마 에칭에서는 더욱 높은 치수 정밀도가 요구되고 있어서, 종래보다도 현격히 높은 전력이 이용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리장치에는 플라즈마에 영향을 받는 에지링, 포커스링, 샤워헤드 등의 부품들이 내장되어 있다.In the plasma processing apparatus, an upper electrode and a lower electrode are disposed in a chamber, and a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate is mounted on the lower electrode, and electric power is applied between both electrodes. Electrons accelerated by an electric field between the electrodes, electrons emitted from the electrodes, or heated electrons collide with molecules of the process gas to generate a plasma of the process gas. Active species such as radicals and ions in the plasma are subjected to desired microfabrication, for example etching, on the substrate surface. 2. Description of the Related Art Recently, design rules for the production of microelectronic devices and the like are becoming finer and, in particular, plasma etching is required to have higher dimensional accuracy. In such a plasma processing apparatus, components such as an edge ring, a focus ring, and a shower head influenced by plasma are built in.
상기 에지링의 경우, 전력이 높아지면, 정재파가 형성되는 파장 효과 및 전극 표면에서 전계가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대체로 기판 상에서 중심부가 극대로 되고 에지부가 가장 낮아져서, 기판 상의 플라즈마 분포의 불균일성이 심화된다. 기판 상에서 플라즈마 분포가 불균일하면, 플라즈마 처리가 일정하지 않게 되어 미세전자소자의 품질이 저하된다. 국내공개특허 제2009-0101129호는 서셉터와 에지부 사이에 유전체를 두어 플라즈마 분포의 균일성을 도모하고자 하였다. 하지만, 상기 특허는 구조가 복잡하고, 유전체 및 에지부 사이의 정밀한 설계가 어려운 문제가 있다.In the case of the above-mentioned edge ring, as the power increases, the central part becomes the maximum on the substrate and the edge part becomes the lowest by the wavelength effect where the standing wave is formed and the skin effect where the electric field concentrates on the central part on the electrode surface. The nonuniformity is increased. If the plasma distribution is uneven on the substrate, the plasma treatment is not constant and the quality of the fine electronic device is deteriorated. Korean Patent Laid-Open No. 2009-0101129 attempts to provide uniformity of plasma distribution by placing a dielectric between the susceptor and the edge portion. However, the above-mentioned patent has a complicated structure, and it is difficult to precisely design between the dielectric and the edge portion.
한편, 국내공개특허 제2014-0052899호는 내식성을 개선하기 위하여 최외곽 표면을 형성하도록 니켈 코팅 상에 또는 금속표면 상에 텅스텐카바이드 코팅된 반도체 프로세싱 장비의 컴포넌트를 제시하고 있다. 그런데, 텅스텐카바이드는 탄화물이므로, 불소(F) 또는 염소(Cl) 가스를 사용한 식각공정 중 탄소성분의 고체 불순물 입자(particle)이 발생할 가능성이 있다. 이러한 고체 불순물 입자는 반도체 소자를 제조하는 수율에 악영향을 끼친다. 이에 따라, 텅스텐카바이드의 문제점을 회피할 수 있는 새로운 재질의 개발이 필요한 실정이다. On the other hand, Korean Patent Publication No. 2014-0052899 discloses a component of a semiconductor processing equipment that is coated with tungsten carbide on or on a nickel coating to form an outermost surface to improve corrosion resistance. However, since tungsten carbide is a carbide, there is a possibility that solid impurity particles of a carbon component are generated in an etching process using fluorine (F) or chlorine (Cl) gas. These solid impurity particles adversely affect the yield of producing semiconductor devices. Accordingly, it is necessary to develop a new material capable of avoiding the problem of tungsten carbide.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 전기전도도 및 열전도도를 개선하고 구조가 간단하고, 텅스텐카바이드 이외의 재질로 이루어진 텅스텐계 코팅층을 가진 플라즈마 장치용 부품 및 제조방법을 제공하는 데 있다.A problem to be solved by the present invention is to provide a plasma having a tungsten-based coating layer made of a material other than tungsten carbide, which has excellent corrosion resistance against plasma, ensures uniformity of plasma distribution, improves electric conductivity and thermal conductivity, And to provide a component for a device and a manufacturing method thereof.
본 발명의 과제를 해결하기 위한 텅스텐계 코팅층을 가진 플라즈마 장치용 부품은 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버 및 상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품에 있어서, 상기 부품은 플라즈마 내식성이 있는 임계두께가 0.3mm인 텅스텐계 코팅층이 모재의 적어도 일면에 형성되고, 상기 텅스텐계 코팅층은 부피 비저항 103~10-6Ωㆍcm을 갖는다.SUMMARY OF THE INVENTION An aspect of the present invention is directed to a plasma processing apparatus having a chamber for forming a reaction space for plasma processing and a component disposed inside the chamber and in contact with the plasma, the plasma processing apparatus having a tungsten- A tungsten-based coating layer having a critical thickness of 0.3 mm is formed on at least one surface of the base material, and the tungsten-based coating layer has a volume specific resistance of 10 3 to 10 -6 Ω · cm.
본 발명의 부품에 있어서, 상기 텅스텐 및 텅스텐계 화합물은 단일상 또는 복합상일 수 있다. 상기 텅스텐계 화합물의 단일상은 화학양론적 상 및 상기 화학양론적 조성을 벗어난 비화학양론적 상을 포함할 수 있다. 상기 단일상 또는 복합상은 상기 단일상 또는 복합상에 불순물이 추가된 고용체를 포함할 수 있다. 상기 부품은 에지링, 포커스링 또는 샤워헤드 중에 선택된 어느 하나일 수 있다. 상기 텅스텐계 화합물은 텅스텐과 화학결합되는 결합원소를 포함하며, 상기 결합원소는 불소(F) 또는 염소(Cl)의 화합물과 반응하여 상온에서 기체가 되거나 또는 상기 결합원소 자체가 기체가 되는 화합물이다. 상기 텅스텐계 화합물은 텅스텐보라이드, 텅스텐옥사이드, 텅스텐실리사이드 및 텅스텐포스파이드 중에 선택된 어느 하나일 수 있다. In the component of the present invention, the tungsten and tungsten-based compounds may be single phase or complex phase. The single phase of the tungsten-based compound may comprise a stoichiometric phase and a non-stoichiometric phase deviating from the stoichiometric composition. The single phase or complex phase may include a solid solution added with impurities in the single phase or the composite phase. The part may be any one selected from an edge ring, a focus ring, or a showerhead. The tungsten compound includes a bonding element chemically bonded to tungsten, and the bonding element reacts with a compound of fluorine (F) or chlorine (Cl) to form a gas at room temperature or the bonding element itself becomes a gas . The tungsten-based compound may be any one selected from tungsten boride, tungsten oxide, tungsten silicide, and tungsten phosphide.
본 발명의 다른 과제를 해결하기 위한 텅스텐계 코팅층을 가진 플라즈마 장치용 부품의 제조방법은 플라즈마 처리를 위한 반응공간을 형성하는 챔버 및 상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하는 부품의 제조방법에 있어서, 상기 부품은 플라즈마 내식성이 있고, 임계두께가 0.3mm이고 부피 비저항 103~10- 6Ωㆍcm인 텅스텐계 코팅층이 모재에 형성된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a component for a plasma apparatus having a tungsten-based coating layer, the method comprising: forming a reaction space for plasma processing; the components and the plasma corrosion resistance, the critical thickness of 0.3mm and a volume resistivity of 10 3 to 10 - is 6 Ω cm and a tungsten-based coating layer is formed on the base material.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 텅스텐계 코팅층은 분사법 또는 용사법에 의한 코팅으로 이루어질 수 있다.In the method of the present invention, the tungsten-based coating layer may be formed by coating by spraying or thermal spraying.
본 발명의 텅스텐계 층을 가진 플라즈마 장치용 부품 및 제조방법에 의하면, 플라즈마 내식성이 우수하고 전기전도성이 부여된 텅스텐계를 포함하는 부품을 사용함으로써, 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 구조가 간단하다. 또한 텅스텐카바이드를 배제함으로써, 식각공정 중에 탄소성분의 고체 불순물 입자의 발생을 차단할 수 있다. According to the component for a plasma apparatus having the tungsten-based layer and the manufacturing method of the present invention, by using a component including a tungsten system excellent in plasma corrosion resistance and imparted with electrical conductivity, excellent corrosion resistance against plasma, It is easy to structure and secure. Further, by excluding tungsten carbide, generation of solid impurity particles of carbon component during the etching process can be prevented.
도 1 및 도 2는 본 발명에 의한 플라즈마 부품이 장착된 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 3은 본 발명에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제1 부품을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제2 부품을 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제3 부품을 나타내는 단면도이다.1 and 2 are views schematically showing a plasma processing apparatus equipped with a plasma part according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a first part applied to the plasma apparatus according to the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a second part applied to the plasma apparatus according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a third part applied to the plasma apparatus according to the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다음에서 설명되는 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.
본 발명의 실시예는 텅스텐계 코팅층을 사용함으로써, 플라즈마에 대한 내식성이 우수하고, 플라즈마 분포의 균일성을 확보하며, 구조가 간단한 플라즈마 장치용 부품(이하, 플라즈마 부품) 및 제조방법을 제시한다. 이를 통하여, 플라즈마 부품의 재질로써 텅스텐카바이드를 배제할 수 있다. 이러한 플라즈마 처리장치에는 플라즈마에 영향을 받는 에지링, 포커스링, 샤워헤드 등의 부품들이 있으며, 여기서는 그 중에서 에지링을 사례로 들어 설명하기로 한다. 이를 위해, 본 발명의 에지링을 중심으로 플라즈마 부품에 대하여 구체적으로 알아보고, 상기 플라즈마 부품을 제조하는 방법을 상세하게 설명하기로 한다.An embodiment of the present invention proposes a component (hereinafter referred to as a plasma part) and a manufacturing method for a plasma device which is excellent in corrosion resistance against plasma, ensures uniformity of plasma distribution, and has a simple structure by using a tungsten-based coating layer. As a result, tungsten carbide can be excluded as a material for plasma parts. Such a plasma processing apparatus includes components such as an edge ring, a focus ring, and a shower head that are affected by a plasma. Here, an edge ring will be described as an example. To this end, a plasma component will be specifically described with reference to the edge ring of the present invention, and a method for manufacturing the plasma component will be described in detail.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 부품이 장착된 플라즈마 처리장치를 개략적으로 도시한 도면들이다. 본 발명의 범주 내에서 제시된 장치의 구조 이외에도 다양한 구조의 플라즈마 처리장치에 적용될 수 있다. 1 and 2 are views schematically showing a plasma processing apparatus equipped with a plasma part according to an embodiment of the present invention. The present invention can be applied to a plasma processing apparatus having various structures in addition to the structure of the apparatus proposed within the scope of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 처리장치는 챔버(10), 서셉터(20), 샤워헤드(30) 및 에지링(40)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 서셉터(20), 샤워헤드(30), 에지링(40) 등이 플라즈마에 영향을 받는 플라즈마 부품(AP)이다. 챔버(10)는 반응공간을 정의하며, 서셉터(20)는 상면에 기판(50)을 탑재하고 상하운동을 한다. 경우에 따라, 서셉터(20)는 고정되어 움직이지 않을 수 있지만, 여기서는 상하운동을 하는 경우를 예로 들었다. 샤워헤드(30)는 서셉터(20)의 상부에 위치하며, 기판(50)으로 공정가스를 분사한다. 샤워헤드(30)는 가스공급관(12)이 챔버(10)를 관통하여 연결되어, 상기 공정가스를 외부로부터 유입시킨다. 샤워헤드(30)는 가스공급관(12)을 통해 유입된 공정가스가 분사되기 전에 샤워헤드(30) 내부에 균일하게 확산하도록 하는 버퍼공간(31)과, 수많은 관통홀로 구성되는 노즐부(32)를 포함한다. 에지링(40)은 챔버(10)의 내벽에 설치되며 링지지대(41) 위에 위치한다. 1 and 2, the treatment apparatus of the present invention comprises a
챔버(10)의 외부에는 플라즈마의 발생을 위해 RF전력을 공급하는 RF 전원(16)이 플라즈마전극이나 안테나에 연결된다. 상기 연결 방식은 다양하게 존재하며, 도시된 바와 같이, 플라즈마 전극을 샤워헤드(30)와 일체로 형성하고, 상기 RF전력이 전극의 중심에 인가되도록 하기 위해 가스공급관(12)에 RF전원(16)을 연결될 수 있다. 기판(50)에 입사하는 플라즈마의 에너지를 제어하기 위하여 서셉터(20)에도 별도의 RF전원을 인가되기도 한다. 도시되지는 않았지만, 서셉터(20)에는 기판(50)을 예열하거나 가열하는 히터, 기판(50)의 탑재를 위한 리프트 핀 등을 포함할 수 있다. An
기판(50)이 서셉터(20)에 안치되면, 서셉터(20)가 플라즈마 처리공정의 위치까지 상승한다. 에지링(40)은 기판(50)의 가장자리를 압착하면서 함께 상승한다. 서셉터(20)를 상승시켜 기판(50)이 공정위치에 놓이면, 샤워헤드(30)를 통해 공정가스를 분사한 후, RF전력을 인가하여 공정가스를 강력한 반응성을 가지는 플라즈마 활성종으로 변환시킨다. 상기 활성종이 기판(50)에 대한 증착, 식각 공정 등을 수행하며, 공정진행 중에 배기구(14)를 통해 공정가스를 일정한 유량으로 배출시킬 수 있다. 소정 시간동안 처리공정을 수행한 후, 배기구(14)로 잔류가스를 배출한다. 이어서, 서셉터(20)를 하강시키고 기판(50)을 챔버(10)로부터 외부로 반출한다. When the
본 발명의 실시예에 의한 텅스텐계 코팅층은 텅스텐을 기반으로 하는 텅스텐 및 텅스텐계 화합물로 이루어지며, 텅스텐(W; Tungsten), 텅스텐보라이드(WB; Tungsten Boride), 텅스텐옥사이드(WO; Tungsten Oxide), 텅스텐실리사이드(WSi; Tungsten Silicide), 텅스텐포스파이드(WP; Tungsten Phosphide) 등이 있다. 이때, 텅스텐카바이드(WC, Tungsten Carbide)는 식각공정 중에 탄화물의 불순물 입자가 발생할 가능성이 커서 배제된다. 탄화물 불순물 입자를 회피하기 위해서는, 금속 텅스텐 및 텅스텐계 화합물을 적용할 수 있다. 텅스텐계 화합물은 텅스텐과 화학결합되는 결합원소를 포함하며, 상기 결합원소는 불소(F) 또는 염소(Cl)의 화합물과 반응하여 상온에서 기체가 되거나 또는 상기 결합원소 자체가 기체가 되는 화합물이다. 이러한 결합원소에는 실리콘(Si), 붕소(B), 인(P), 산소(O) 등이 있다.The tungsten-based coating layer according to an embodiment of the present invention is made of a tungsten-based compound and a tungsten-based compound. The tungsten-based coating layer may be formed of tungsten (W), tungsten boride (WB), tungsten oxide , Tungsten silicide (WSi), and tungsten phosphide (WP). At this time, tungsten carbide (WC) is excluded because the possibility of generating impurity particles of carbide during the etching process is high. In order to avoid the carbide impurity particles, metal tungsten and tungsten-based compounds can be applied. The tungsten compound includes a bonding element chemically bonded to tungsten, and the bonding element reacts with a compound of fluorine (F) or chlorine (Cl) to form a gas at room temperature or the bonding element itself becomes a gas. These bonding elements include silicon (Si), boron (B), phosphorus (P), and oxygen (O).
상기 텅스텐(W)은 무겁고 매우 단단한 전이금속으로 철망가니즈중석과 회중석 등의 광석에서 산출된다. 순수한 텅스텐은 단단하면서도 연성이 뛰어나다. 상기 텅스텐보라이드(tungsten boride)는 붕소화텅스텐이라고도 하며, W2B, α-WB, β-WB, δ-WB, WB2 및 W2B5 등이 있다. 본 발명의 텅스텐보라이드는 상기 W2B, α-WB, β-WB, δ-WB, WB2 및 W2B5 이외에도, 본 발명의 범주 내에서도 다른 텅스텐보라이드 화합물을 포함할 수 있다. 즉, 텅스텐보라이드는 텅스텐 및 붕소를 기반(base)로 하는 모든 화합물이다. 상기 텅스텐옥사이드(WO)는 WO3 등이 있으며, 텅스텐 및 산소를 기반(base)로 하는 모든 화합물을 말한다. 상기 텅스텐실리사이드(WSi)는 W2Si3, WSi2, WSi3 등이 있으며, 텅스텐 및 실리콘을 기반(base)로 하는 모든 화합물을 지칭한다. 상기 텅스텐포스파이드(WP)는 WP, WP2, W3P5 등이 있으며, 텅스텐 및 인을 기반(base)로 하는 모든 화합물이다. The tungsten (W) is a heavy and very hard transition metal, and is produced from ore such as iron mesh needles and talc. Pure tungsten is solid and ductile. The tungsten boride is also referred to as tungsten boride and includes W 2 B,? WB,? WB,? WB, WB 2, and W 2 B 5 . The tungsten boride of the present invention may contain other tungsten boride compounds within the scope of the present invention in addition to the above-mentioned W 2 B,? WB,? WB,? WB, WB 2 and W 2 B 5 . That is, tungsten boride is all compounds with tungsten and boron as the base. The tungsten oxide (WO) is WO 3 or the like, and refers to all compounds having a base of tungsten and oxygen. The tungsten silicide (WSi) includes W 2 Si 3 , WSi 2 , WSi 3 , and the like, and refers to all compounds having tungsten and silicon as a base. The tungsten phosphide (WP) is WP, WP 2 , W 3 P 5 or the like, and is a compound having tungsten and phosphorus as a base.
본 발명의 텅스텐 및 텅스텐계 화합물은 단일상 또는 복합상 중의 어느 하나일 수 있다. 여기서, 상기 단일상은 화학양론적 상(phase)과 화학양론적 조성에서 벗어난 비화학양론적 상을 모두 포함하며, 복합상이란, 예를 들어 상기 텅스텐 및 텅스텐계 화합물 중의 적어도 2개가 소정의 비율로 혼합된 것을 말한다. 또한, 본 발명의 텅스텐 및 텅스텐계 화합물은 상기 단일상 또는 복합상에 불순물이 추가되어 고용체를 이루거나 또는 텅스텐 및 텅스텐계 화합물을 제조하는 공정에서 불가피하게 추가되는 불순물 등을 모두 포함한다. The tungsten and tungsten-based compounds of the present invention may be either single phase or complex phase. Here, the single phase includes both a stoichiometric phase and a non-stoichiometric phase deviating from a stoichiometric composition. The composite phase means that at least two of the tungsten and tungsten-based compounds have a predetermined ratio . In addition, the tungsten and tungsten-based compounds of the present invention include both impurities added to the single phase or the composite phase to form a solid solution or impurities which are inevitably added in the process of producing tungsten and tungsten-based compounds.
이하에서는 플라즈마 부품(AP) 중에서 에지링(40)을 중심으로 플라즈마의 영향을 살펴보기로 한다. 플라즈마를 형성하는 전력이 높아지면, 챔버(10) 내에 정재파가 형성되는 파장 효과나 전극 표면에서 전계가 중심부에 집중하는 표피 효과 등에 의해서, 대체로 기판(50)의 중심부가 극대로 되고 가장자리가 가장 낮아져서, 기판(50) 상의 플라즈마의 분포가 불균일하게 된다. 기판(50) 상에서 플라즈마 분포가 불균일하면, 플라즈마 처리가 일정하지 않게 되어 미세전자소자의 품질이 저하된다. 여기서, 플라즈마 분포는 기판(50) 및 텅스텐계 에지링(40) 상에 플라즈마가 인가되는 상태를 말하는 것으로, 상기 분포는 기판(50) 및 텅스텐계 에지링(40) 각 지점에서의 플라즈마 밀도 및 기판(50)을 향한 직진성과 연관이 있다. Hereinafter, the influence of plasma around the
기판(50)의 가장자리 근처(ED)에서, 텅스텐계 에지링(40)과의 부피 비저항 차이는 플라즈마 분포 균일성에 큰 영향을 준다. 여기서, 균일성은 플라즈마 분포의 변화 정도를 말하는 것으로, 균일성이 작으면 플라즈마 분포가 급격하게 변하고, 크면 플라즈마 분포의 변화가 완만하다. 이를 위해, 텅스텐계 에지링(40)의 부피 비저항은 기판(50)의 부피 비저항과 유사하거나 낮은 것이 바람직하다. 이렇게 되면, 플라즈마 분포는 기판(50)의 가장자리를 벗어나 텅스텐계 에지링(40)으로 확장되므로, 기판(50)의 가장자리는 상대적으로 높은 균일성을 가진다. 상기 균일성은 플라즈마 밀도 및 기판(50)을 향한 직진성이 우수하다는 것을 의미한다. 도면에서는 기판(50)의 가장자리를 벗어나는 상태를 가장자리 근처(ED)로 표현하였다. The difference in volume resistivity with the tungsten-based
본 발명의 실시예에 의한 텅스텐계 에지링(40)의 부피 비저항이 기판(50)과 유사하거나 작다는 것은 다음과 같은 관점에서 설명될 수 있다. 텅스텐계 에지링(40)의 부피 비저항이 기판(50)과 유사하거나 작으면, 플라즈마 분포는 기판(50)의 가장자리를 벗어나 텅스텐계 에지링(40)으로 확장된다. 이에 따라, 본 발명의 텅스텐계 에지링(40)의 부피 비저항은 기판의 가장자리로부터 텅스텐계 에지링(40)으로 확장되어, 기판(50) 전체에 대한 플라즈마 분포가 기판(50)의 가장자리에도 균일하다고 볼 수 있다. 이와 같은 부피 비저항은 플라즈마 분포를 기판(50)의 가장자리를 벗어나 텅스텐계 에지링(40)의 확장하는 것이라고 정의할 수 있다.The fact that the volume resistivity of the tungsten-based
본 발명의 텅스텐계 에지링(40)의 부피 비저항 103~10- 6Ωㆍcm은 기판(50)의 가장자리에서 플라즈마 분포를 균일하게 하기 위한 기술적 사상에 근거한다. 이에 따라, 상기 부피 비저항은 상기 기술적 사상을 고려하지 않고, 단순한 반복실험을 통하여 획득할 수 없는 것이다. 앞에서는, 텅스텐계 에지링(40)과 기판(50)의 부피 비저항의 관계는 에지링을 사례로 들어 설명하였다. 하지만, 샤워헤드와 같은 다른 부품의 경우에서, 텅스텐계의 부피 비저항은 플라즈마 내식성을 향상시킨다는 관점은 동일하다. Volume resistivity of 10 3 to 10 of tungsten-based
한편, 플라즈마 내식성은 부품의 밀도(g/㎤)에 영향을 받는다. 즉, 플라즈마 부품의 밀도가 클수록 플라즈마 내식성은 증가한다. 본 발명의 텅스텐(W)은 19.25(g/㎤), 텅스텐보라이드(WB)의 W2B는 16.0(g/㎤), 텅스텐옥사이드(WO)의 WO3는 7.16(g/㎤), 텅스텐실리사이드(WSi)의 WSi2는 9.3(g/㎤) 및 텅스텐포스파이드(WP)는 8.5(g/㎤)의 밀도를 가진다. 통상적으로 사용되는 실리콘카바이드(SiC)의 3.12(g/㎤) 및 알루미나(Al2O3)의 3.95(g/㎤)보다 현저하게 크다. 이에 따라, 본 발명의 텅스텐 및 텅스텐계 화합물은 종래의 실리콘카바이드 및 알루미나에 비해 플라즈마에 대한 내식성이 커진다.On the other hand, the plasma corrosion resistance is influenced by the density (g / cm 3) of the component. That is, the plasma corrosion resistance increases as the density of the plasma component increases. Tungsten (W) of the invention is 19.25 (g / ㎤), WO 3 of tungsten boride (WB) of W 2 B is 16.0 (g / ㎤), tungsten oxide (WO) is 7.16 (g / ㎤), tungsten WSi 2 of silicide (WSi) has a density of 9.3 (g / cm 3) and tungsten phosphide (WP) has density of 8.5 (g / cm 3). Significantly greater than the 3.95 (g / ㎤) of 3.12 (g / ㎤) and alumina (Al 2 O 3) of a typical silicon carbide (SiC) are used. Accordingly, the tungsten and tungsten-based compounds of the present invention have greater corrosion resistance to plasma than conventional silicon carbide and alumina.
본 발명의 실시예에 의한 에지링(40)을 포함한 플라즈마 부품(AP)은 임계두께를 가진다. 그 이유는 적어도 다음과 같다. 첫째, 에지링(40)이 최초에 식각장비에 장착되면, 에지링(40)의 표면은 기판(50)의 표면과 동일선상에 놓이게 된다. 추후의 식각공정마다 기판(50)은 교체되나 에지링(40)은 동일한 것으로 계속 유지된다. 이와 같은 식각공정이 반복됨에 따라, 기판(50)의 표면과 에지링(40)의 표면 사이에는 단차가 발생하며 지속적으로 단차가 증가한다. The plasma part AP including the
둘째, 소자의 패턴에 미세화됨에 따라 식각패턴의 종횡비가 지속적으로 증가하여 최근에는 거의 한계치에 다다르고 있다. 이러한 종횡비에 대응하는 식각을 위해서는 플라즈마 파워를 상승시켜야 한다. 플라즈마 식각에는 화학반응에 의한 화학적 식각과 물리적 이온 충돌에 의한 물리적 식각이 혼재되어 있다. 그런데, 플라즈마 파워가 커질수록 물리적 식각의 강도가 화학적 식각보다 상대적으로 커지며 소정 파워 이상에서는 압도적이 된다. 따라서 에지링(40)의 내식성을 유지하기 더욱 어려워진다. Second, the aspect ratio of the etch pattern has been increasing steadily as the device has been miniaturized. For etching corresponding to this aspect ratio, the plasma power must be increased. Plasma etching involves chemical etching by chemical reaction and physical etching by physical ion collision. However, as the plasma power increases, the intensity of the physical etching becomes relatively larger than the chemical etching, and becomes overwhelming at a predetermined power or higher. This makes it more difficult to maintain the corrosion resistance of the
셋째, 기판(50)의 표면과 에지링(40)의 표면 간의 단차가 소정두께 이상으로 벌어지면, 기판(50)의 가장자리부로 돌진하는 활성이온의 방향이 기판(50)의 표면에 수직방향으로부터 점차 사선방향으로 변하게 된다. 이러한 사선방향의 식각 이온에 의해 기판(50) 상에 식각 홀(hole) 또는 트렌치(trench)와 같은 식각 패턴 역시 사선방향으로 형성되게 된다. 사선방향은 식각막의 하지 층의 패턴으로부터 오정렬(misalignment) 현상이 발생하여 소자의 수율이 감소하게 된다. 따라서, 상기 오정렬이 허용되는 한계가 되는 최대 식각두께와 최대한 많은 수의 기판(50)을 식각 가공하여 장비의 생산성을 유지하기 위한 최소한의 식각두께 한계치를 설정하여야 한다. Thirdly, when the step between the surface of the
앞에서 설명한 이유를 감안한 일반적인 내식성을 위한 두께는 0.3mm 이상이어야 한다. 이러한 두께를 임계두께라고 한다. 물론, 텅스텐계 코팅층은 통상적으로 3mm 이내의 두께를 적용하나, 필요에 따라 그 이상의 두께도 적용할 수 있다. 왜냐하면, 플라즈마 부품(AP)의 두께는 내식성을 위한 최소한의 두께인 임계두께를 요구하기 때문이다. 상기 임계두께는 본 발명의 기술적 사상을 고려하여 설계된 것이며, 이는 플라즈마 부품(AP)의 반복실험으로 얻을 수 없다.Considering the reasons explained above, the thickness for general corrosion resistance should be 0.3mm or more. This thickness is called the critical thickness. Of course, the tungsten-based coating layer usually has a thickness of 3 mm or less, but more thickness can be applied if necessary. This is because the thickness of the plasma part AP requires a critical thickness which is the minimum thickness for corrosion resistance. The critical thickness is designed in consideration of the technical idea of the present invention, and can not be obtained by repeated experiments of the plasma part (AP).
이하, 텅스텐계 코팅층을 포함하는 플라즈마 부품(AP)을 제조하는 방법을 중심으로 설명하기로 한다. 상기 코팅에 의한 플라즈마 부품(AP)은 다양하게 변형될 수 있다. 코팅에 의해 생성되는 플라즈마 부품은 도 1 및 도 2에 설명한 플라즈마 부품(AP)이 변형된 변형예로 볼 수 있다. 이에 따라, 코팅에 의해 제조되는 플라즈마 부품을 제1 내지 제3 부품(AP1, AP2, AP3)로 명명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제1 부품(AP1)을 나타내는 단면도이다. 이때, 플라즈마 장치는 도 1 및 도 2를 참조하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing a plasma part AP including a tungsten-based coating layer will be described. The plasma component AP by the coating can be variously modified. The plasma part produced by the coating can be considered as a modified example in which the plasma part AP described in Figs. 1 and 2 is modified. Accordingly, the plasma parts produced by the coating will be referred to as first to third parts AP1, AP2 and AP3. 3 is a cross-sectional view showing a first component AP1 applied to a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention. Here, the plasma apparatus will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
도 3에 의하면, 제1 부품(AP1)은 모재(60) 및 모재(60)의 일면에 위치하는 텅스텐계 코팅층(61)을 포함하여 이루어진다. 모재(60)는 플라즈마에 내식성이 있는 세라믹 물질이 바람직하나, 금속 또는 금속과 세라믹의 복합물이어도 무방하다. 왜냐하면, 모재(60)는 플라즈마에 의해 영향을 받지 않는 환경에 위치하고 있기 때문이다. 본 발명의 텅스텐계 코팅층(61)의 두께는 0.3mm~3mm의 후막(thick film)이다. 본 발명에서 명시하고자 하는 텅스텐계의 코팅은 모재(60) 전체를 내식성 재료로 구성하여 플라즈마처리 장치를 구성하기 보다는 식각이 허용되는 최대두께 범위만을 내식성 재료로 구성한다. 이를 통하여, 제품의 제조원가를 절감하고 제조 공정을 용이하게 하기 위하여 실시하는 코팅이다. 이와 같이, 식각이 허용되는 최대 범위의 두께를 가진 코팅층(61)을 후막 코팅층(61)이라고 할 수 있다.Referring to FIG. 3, the first component AP1 includes a
텅스텐계 코팅층(61)을 후막으로 코팅하는 방법은 제한이 없으며, 화학기상증착법, 물리기상증착법, 상온분사법, 저온분사법, 에어졸 분사법, 플라즈마 용사법 등이 있다. 상기 화학기상증착법은 텅스텐(W)의 경우, WF6 가스 전구체를 열분해하여 제조하며, 이때 기판온도는 200~500℃가 바람직하다. 텅스텐보라이드(WB)의 화학기상증착은 WF6 가스 전구체와 B2H6(diborane) 가스를 200~600℃에서 반응시켜 증착한다. 텅스텐실리사이드(Si)는 WF6 가스 전구체와 실란(silane) 가스를 200~600℃에서 반응시켜 증착한다. 텅스텐옥사이드(WO)는 WF6 가스 전구체와 산소(O2) 또는 오존(O3) 가스를 200~600℃에서 반응시켜 증착한다. 텅스텐포스파이드(WP)는 WF6 가스 전구체와 PH3(phosphine) 가스를 200~600℃에서 반응시켜 증착한다. The method of coating the tungsten-based
앞에서는 텅스텐 및 텅스텐계 화합물을 제조하는 사례를 소결 및 화학기상증착을 중심으로 물리기상증착을 이용하여 만들 수 있다. 예를 들어, 텅스텐보라이드(WB)의 경우, 텅스텐 타겟(target)을 Ar과 같은 불활성 기체로 스퍼터(sputter)하고 붕소를 함유하고 있는 B2H6(diborane)와 같은 기체를 주입하여 텅스텐보라이드가 합성되어 성장되게 하거나, 타겟 자체를 텅스텐보라이드로 하여 스퍼터링할 수 있다. 화학기상증착법 및 물리기상증착법으로 형성된 코팅층(61)는 각각 후막 CVD 텅스텐계 코팅층(61) 및 후막 PVD 텅스텐계 코팅층(61)이라고 할 수 있다. In the previous example, tungsten and tungsten-based compounds can be prepared by physical vapor deposition, mainly for sintering and chemical vapor deposition. For example, in the case of tungsten boride (WB), a tungsten target is sputtered with an inert gas such as Ar and a gas such as B 2 H 6 (diborane) containing boron is injected to form a tungsten beam The ridges may be synthesized and grown, or the target itself may be sputtered with tungsten boride. The
상기 상온분사법은 상온에서 텅스텐계 분말에 압력을 가하여 복수개의 토출구를 통하여 모재(60)에 분사하여 텅스텐계 코팅층(61)을 형성한다. 이때, 텅스텐계 분말은 진공과립 형태를 사용할 수 있다. 상기 저온분사법은 대략 상온보다 60℃ 정도보다 높은 온도에서, 압축가스의 유동에 의해 텅스텐계 분말을 복수개의 토출구를 통하여 모재(60)에 분사하여 텅스텐계 코팅층(61)을 형성한다. 상기 에어졸 분사법은 폴리에틸렌글리콜, 이소프로필알코올 등과 같은 휘발성 용매에 텅스텐계 분말을 혼합하여 에어졸 형태로 만든 후, 상기 에어졸을 모재(60)에 분사하여 텅스텐계 코팅층(61)을 형성하는 것이다. 상기 플라즈마 용사법은 고온의 플라즈마 제트 속에 텅스텐계 분말을 주입시킴으로서 플라즈마 제트 속에서 용융된 상기 분말을 초고속으로 모재(60)에 분사하여 텅스텐계 코팅층(61)을 형성한다.In the normal-temperature spraying method, pressure is applied to the tungsten-based powder at room temperature and sprayed onto the
본 발명의 실시예에 의한 코팅층(61)의 제조방법은 화학기상증착법과 물리기상증착법보다 상온분사법, 저온분사법, 에어졸 분사법 및 플라즈마 용사법과 같이 분사법 또는 용사법이 보다 효율적이다. 왜냐하면, 화학기상증착법이나 물리기상증착법으로 0.3mm~3mm의 후막(thick film)을 형성하려면, 공정시간이 많이 소요되고 공정조건의 조절이 어려운 것과 같은 문제점이 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 의한 텅스텐계 코팅층(61)는 화학기상증착법이나 물리기상증착법으로 제조할 수 있으나, 공정시간이 짧고 공정조건의 조절이 상대적으로 용이한 분사법 또는 용사법을 적용하는 것이 바람직하다. The method of manufacturing the
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제2 부품(AP2)을 나타내는 단면도이다. 이때, 제2 부품(AP2)은 텅스텐계 코팅층(62)이 모재(60)에 덮는 형태가 다른 것을 제외하고, 제1 부품(AP1)과 동일하다. 이때, 플라즈마 장치는 도 1 및 도 2를 참조하기로 하고, 제2 부품(AP2)은 앞에서 설명한 플라즈마에 영향을 받는 부품 중의 하나로써, 에지링 등이 있다.4 is a cross-sectional view showing a second component AP2 applied to a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention. The second component AP2 is the same as the first component AP1 except that the tungsten-based
도 4에 의하면, 제2 부품(AP2)의 텅스텐계 코팅층(62)은 모재(60)를 밀봉한다. 상기 밀봉이란, 모재(60)가 플라즈마에 의해 손상을 받을 수 없는 정도로 모재(60)를 덮는 플라즈마 밀봉을 말한다. 예를 들어, 모재(60)의 단면이 상면, 저면 및 측면을 가진 사각 형태라고 하면, 상기 상면은 플라즈마에 직접 노출되는 플라즈마 노출면이고, 상기 저면은 상기 상면에 대향하는 면이며, 상기 측면은 상기 상면 및 저면을 연결하는 면이라고 볼 수 있다. 제2 부품(4b)의 텅스텐계 코팅층(62)은 상기 플라즈마 노출면, 상기 측면 및 상기 저면을 덮는다. 이렇게 하면, 모재(60)에서, 플라즈마에 의해 손상을 받을 수 있는 부분을 밀봉하게 된다. 모재(60)는 금속, 세라믹 또는 그들의 복합물 중에 선택된 어느 하나로 이루어질 수 있다. According to Fig. 4, the tungsten-based
한편, 모재(60)가 텅스텐계 코팅층(62)에 의해 밀봉되면, 모재(60)는 굳이 플라즈마 내식성을 가지지 않아도 좋다. 모재(60)는 플라즈마 내식성과는 상관없이 전기도전도성 및 열전도성이 좋은 재료, 예컨대 금속 재질을 자유롭게 적용할 수 있다. 또한, 모재(60)는 충격흡수성이 좋은 재질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 플라즈마와 반응하여 고체 상태의 찌꺼기가 형성되는 이트리아가 적용될 수 있고, 알루미늄이나 구리와 같이 전기전도성 및 열전도성이 좋은 재료를 적용할 수도 있다. 이에 따라, 플라즈마에 의해 부식될 가능성이 큰 금속의 경우, 이에 구애받지 않고 제2 부품(AP2)의 모재(60)로 채용할 수 있다. 이와 같이, 모재(60)를 텅스텐계 코팅층(62)으로 밀봉하면, 밀봉되지 않은 제1 부품(AP1)에 비해, 모재(60)의 선택 자유도를 크게 높일 수 있다.On the other hand, if the
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 장치에 적용되는 제3 부품(AP3)을 나타내는 단면도이다. 이때, 제3 부품(AP3)은 텅스텐계 코팅층(61)와 모재(60) 사이에 프라이머층(63)이 있는 것을 제외하고, 제1 부품(AP1) 및 제2 부품(AP2)과 동일하다. 이때, 플라즈마 장치는 도 1 및 도 2를 참조하기로 하고, 제3 부품(AP3)은 앞에서 설명한 플라즈마에 영향을 받는 부품 중의 하나로써, 에지링 등이 있다.5 is a cross-sectional view showing a third component AP3 applied to a plasma apparatus according to an embodiment of the present invention. The third component AP3 is the same as the first component AP1 and the second component AP2 except that the
도 5에 의하면, 제3 부품(AP3)의 프라이머층(63)은 텅스텐계 코팅층(61)과 모재(60)와의 결합력을 높인다. 프라이머층(63)는 텅스텐계 코팅층(61)과 모재(60)와의 결합력의 관계를 고려하여, 예컨대 텅스텐, 니켈, 코발트를 포함하는 물질 등이 적용될 수 있다. 예를 들어, 프라이머층(63)은 반드시 이에 한정하는 것이나, 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 분말을 결합재와 함께 코팅된 것일 수 있다. 프라이머층(63)은 반드시 이에 한정하는 것이나, 텅스텐, 텅스텐계 합금, 텅스텐이 포함된 세라믹 및 그들의 혼합물 중에서 선택된 적어도 어느 하나로 이루어진 물질이 단층 또는 복층으로 이루어질 수 있다. 상기 텅스텐이 포함된 세라믹은 텅스텐이 포함된 산화물 및 질화물일 수 있다. According to Fig. 5, the
제1 부품(AP1)의 경우 도시된 바와 같이 모재(60)와 텅스텐계 코팅층(61) 사이에 프라이머층(63)이 존재하고, 제2 부품(AP2)의 경우 모재(60)와 텅스텐계 코팅층(62) 사이에 존재한다. 이와 같이, 프라이머층(63)이 존재하면, 텅스텐계 코팅층(61, 62)과 모재(60)의 결합력이 증가되어, 플라즈마에 의한 충격에 의해 텅스텐계 코팅층(61, 62)이 손상되지 않도록 한다. The
이상, 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. It is possible.
10; 챔버 12; 가스공급관
20; 서셉터 30; 샤워헤드
40; 에지링 41; 링지지대
50; 기판 60; 모재
61, 62; 텅스텐계 코팅층
63; 프라이머층 AP; 플라즈마 부품
AP1, AP2, AP3; 제1 내지 제3 플라즈마 부품10;
20; A
40;
50; A
61, 62; Tungsten-based coating layer
63; Primer layer AP; Plasma parts
AP1, AP2, AP3; The first to third plasma parts
Claims (9)
상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하고 기판의 가장자리를 압착하는 에지링에 있어서,
상기 에지링은 플라즈마 내식성이 있는 임계두께가 0.3mm인 텅스텐계 코팅층이 모재의 적어도 일면에 형성되고, 상기 텅스텐계 코팅층은 부피 비저항 103~10-6Ω·cm을 갖고,
상기 부피 비저항은 상기 기판의 부피 비저항과 유사하거나 낮으며, 상기 기판의 표면은 상기 에지링의 표면과 동일선상에 놓이고,
상기 기판을 향한 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 상기 에지링으로 확장되는 것을 특징으로 하는 텅스텐계 코팅층을 가진 플라즈마 장치용 부품.A chamber forming a reaction space for plasma processing:
An edge ring positioned within the chamber and contacting the plasma and squeezing the edge of the substrate,
Wherein the edge ring is formed on at least one surface of the base material of a tungsten-based coating layer having a plasma-corrosion-resistant critical thickness of 0.3 mm, the tungsten-based coating layer has a volume resistivity of 10 3 to 10 -6 Ω · cm,
Wherein the volume resistivity is similar to or lower than the volume resistivity of the substrate and the surface of the substrate is collinear with the surface of the edge ring,
Wherein the distribution of the plasma toward the substrate extends beyond the edge of the substrate and into the edge ring.
상기 챔버의 내부에 위치하고 상기 플라즈마와 접촉하고 기판의 가장자리를 압착하는 에지링에 있어서,
상기 에지링은 플라즈마 내식성이 있고, 임계두께가 0.3mm이고 부피 비저항 103~10-6Ω·cm인 텅스텐계 코팅층이 모재에 형성되고,
상기 부피 비저항은 상기 기판의 부피 비저항과 유사하거나 낮으며, 상기 기판의 표면은 상기 에지링의 표면과 동일선상에 놓이고,
상기 기판을 향한 상기 플라즈마의 분포는 상기 기판의 가장자리를 벗어나 상기 에지링으로 확장되는 것을 특징으로 하는 텅스텐계 코팅층을 가진 플라즈마 장치용 부품의 제조방법.A chamber forming a reaction space for plasma processing:
An edge ring positioned within the chamber and contacting the plasma and squeezing the edge of the substrate,
The edge ring and the plasma corrosion resistance, the critical thickness of 0.3mm and a volume resistivity of 10 3 ~ 10 -6 Ω · cm in a tungsten-based coating layer is formed on the base material,
Wherein the volume resistivity is similar to or lower than the volume resistivity of the substrate and the surface of the substrate is collinear with the surface of the edge ring,
Wherein the distribution of the plasma toward the substrate extends beyond the edge of the substrate and into the edge ring. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
9. The method of claim 8, wherein the tungsten-based coating layer comprises a coating by a spraying method or a spraying method.
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115244209A (en) * | 2020-03-06 | 2022-10-25 | 东华隆株式会社 | Novel tungsten-based spray coating film and spray coating material for obtaining same |
Citations (2)
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| US5966585A (en) * | 1984-09-18 | 1999-10-12 | Union Carbide Coatings Service Corporation | Titanium carbide/tungsten boride coatings |
| US20150376760A1 (en) * | 2014-06-25 | 2015-12-31 | Fm Industries, Inc. | Emissivity controlled coatings for semiconductor chamber components |
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2017
- 2017-01-05 KR KR1020170001696A patent/KR101849039B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |