KR102124738B1 - 성막 구조체의 재생 방법 및 재생 성막 구조체 - Google Patents

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Abstract

간단하고 저비용으로 성막 구조체의 재생을 실시할 수 있는 방법 및 이 방법으로 제조한 재생 성막 구조체를 제공한다. 성막 구조체의 재생 방법으로서, 손상을 받은 능동면(10a)과 반대에 위치하는 비능동면(10b)에 신SiC층(16)을 적층하는 신성막층 적층 공정과, 능동면(10a)을 가공하여 포커스 링(10)을 얻는 능동면 가공 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

성막 구조체의 재생 방법 및 재생 성막 구조체
본 발명은 SiC를 포함하는 성막으로 구성되는 구조체의 재생과 관련되며, 이들 성막 구조체의 재생 비용 저감에 적합한 재생 방법 및 재생 구조체에 관한 것이다.
플라즈마 에칭 처리 등에 의해서 반도체 제조를 실시할 때, 제조용 챔버 내에 구비되는 SiC 부재(치구 등)는 플라즈마 에칭 처리의 영향을 받아, 그 표면의 일부가 부식된다(손상을 받는다). SiC 부재는 염가인 Si 부재에 비하여 파티클이 생기기 어렵고, 내구성도 높은 반면, 고가이다. 이 때문에, 손상을 받은 SiC 부재를 재생함으로써, SiC 부재를 사용할 때의 러닝 코스트(running cost)를 저감시키는 것이 검토되어, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술이 제안되고 있다.
특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 기술은 모두 사용에 의해 손상을 받은 SiC 부재의 피손상면에 CVD(Chemical Vapor Deposition: 화학기상성장법)에 의해서 새로운 SiC층을 적층하고, 이 새로운 SiC층을 기계 가공함으로써, 본래의 부재 형상을 얻는다는 기술이다.
일본공개특허공보 특개 2012－49220호 일본공개특허공보 특개 2017－212427호
특허문헌 1, 2에 개시되어 있는 기술에 의하면, 확실히 사용 전의 SiC 부재와 동등한 품질의 재생 부재를 얻을 수 있다. 그러나, 특허문헌 1이나 2에 나타나 있는 기술에서는, 손상부의 전가공 처리나 세정 처리, 새로운 SiC층을 적층하지 않는 부분에의 마스킹 처리 등, 각종 전처리 공정을 실시한 후에 새로운 SiC층의 적층 및 가공이 이루어진다. 이 때문에, 재생에 드는 비용은 상승하여, 신규 제품의 제조 비용과 비교했을 때의 이점을 찾아내는 일이 어렵다는 실정이 있었다.
그래서 본 발명에서는, 간단하고 저비용으로 성막 구조체의 재생을 실시할 수 있는 방법 및 이 방법으로 제조한 재생 성막 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명과 관련되는 성막 구조체의 재생 방법은 성막 구조체의 재생 방법으로서, 손상을 받은 면과 반대의 면이 주체 형성면이 되도록 하여 상기 손상의 깊이 이상 두께의 새로운 성막층을 적층하는 신성막층 적층 공정과, 상기 손상을 받은 면을 가공하여 원하는 형상을 얻는 능동면 가공 공정을 포함하며, 상기 능동면 가공 공정에서는, 상기 손상을 받은 개소를 완전히 제거할 수 있는 깊이까지 가공을 실시하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 특징을 갖는 성막 구조체의 재생 방법에서는, 2개의 성막 구조체의 능동면을 접촉 혹은 근접시킨 상태에서, 상기 신성막층 적층 공정을 실시하도록 해도 좋다. 이러한 특징을 갖는 것에 따르면, 2개의 성막 구조체의 비능동면 측에 한꺼번에 새로운 성막층을 적층시키는 것이 가능해진다.
더욱이, 상기와 같은 특징을 갖는 성막 구조체의 재생 방법에서는, 상기 성막 구조체는 SiC 부재로 할 수 있다. 제조 비용이 비싼 SiC 부재에 적용함으로써, 제조 비용의 저감이라는 면에서 높은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 재생 성막 구조체는 손상을 받은 구성막층에서 손상을 받은 개소를 가공에 의해 완전히 제거함으로써 얻어지는 능동면과, 상기 구성막층이 받은 손상의 깊이 이상 두께의 신성막층에 의해 얻어지는 비능동면을 표리 일체로 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 성막 구조체의 재생 방법에 따르면, 간단하고 저비용으로 성막 구조체 재생을 실시하는 것이 가능해진다.
도 1은 사용에 의해 손상을 받은 포커스 링의 형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 포커스 링의 외주에 신SiC층을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 비능동면에 형성된 신SiC층을 절삭하여 기준면을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 가구(架構)에 의해서 포커스 링의 재생을 이룬 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 신SiC층의 성막에 사용하는 CVD 성막 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 제1 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법을 실시하기 위한 구성을 나타내는 흐름도이다.
도 7은 제2 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법을 실시하기 위한 포커스 링의 배치 형태를 나타내는 단면도이다.
도 8은 쌍을 이루는 포커스 링에서 각각의 비능동면을 주체로 하여 신SiC층이 형성되어 있는 것을 나타내는 단면도이다.
도 9는 제2 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법을 실시할 경우에, 포커스 링을 수평 배치할 때의 구체예를 나타내는 도면이다.
도 10은 제2 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법을 실시할 경우에, 포커스 링을 수직 배치할 때의 구체예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 성막 구조체의 재생 방법 및 재생 성막 구조체와 관련되는 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법은 플라즈마 에칭 처리 등을 실시하는 반도체 제조에서 챔버 내에 구비되는 치구 등의 SiC 부재를 주체로 하여 적용하는 것이 효과적이다.
[제1 실시형태]
이하, 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 일례로서, 플라즈마 에칭 처리를 실시할 때에 도시하지 않은 웨이퍼를 지지하기 위해서 사용되는 SiC 부재로서의 포커스 링(10)을 들기로 한다. 포커스 링(10)은 플라즈마 에칭을 실시할 때에, 챔버 내에서 하부 전극과 웨이퍼의 사이에 개재되는 지지 부재이다. 이 때문에, 포커스 링(10)에는 적어도 웨이퍼를 재치하기 위한 자리 파기(스텝, 12)와, 정전 척을 개입시키기 위한 관통공(14)이 구비되어 있다. 또한, 포커스 링(10)의 형태는 한정적인 것은 아니지만, 도 1에서 도 4에 나타내는 예에서는, 이른바 도넛 형상으로 되어 있다.
이러한 구성의 포커스 링(10)에서는, 플라즈마 에칭 처리의 영향에 의해서, 웨이퍼를 재치하는 면(능동면(10a))이 플라즈마에 의해서 침식되어 손상을 받는다(부식). 능동면(10a)에서의 손상 상태는 균일하지는 않지만, 도 1에 손상을 받은 포커스 링의 단면 형상을 나타내는 바와 같이, 웨이퍼의 외주 근방에 접하고 있던 스텝 12의 외연부의 손상이 커지는 경향이 있다. 또한, 도 1에서 2점 쇄선으로 나타내는 외형선은 손상을 받기 전의 포커스 링(10)의 외형을 나타내는 것이다.
본 실시형태에서는, 이와 같이 능동면(10a)에 손상을 받은 성막 구조체(포커스 링(10))를 재생하는 방법에 대해서, 도 1부터 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, CVD법, 특히 플라즈마 CVD법에 의해서 능동면(10a)에 손상을 받은 성막 구조체의 표면에 새로운 성막층인 SiC층(이하, 신SiC층(16)이라 부른다)을 형성하여 재생을 도모한다. 또한, 성막 방법에 관해서는, 열 CVD법이나 광 CVD법 등, 다른 CVD법에 따른 것이어도 좋지만, 플라즈마 CVD법에 따르면, 고속 성막이 가능해진다.
여기서, 본 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법을 실시하기 위한 CVD 성막 장치 개략 구성을 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타내는 CVD 성막 장치(50)는 챔버(52)와 원료 가스 용기(60) 및 고주파 전원(62)을 기본으로 하여 구성되어 있다. 챔버(52)에는 원료 가스를 플라즈마화하여 분출하는 샤워 헤드(54)와, 피성막체(본 실시형태에서는 포커스 링(10))가 재치되는 재치대(56)가 구비되며, 진공 펌프(58)가 부대(附帶)되어 있다. 또한, 챔버의 입구 측(원료 가스 공급 측)과 출구 측(진공 펌프 배치 측)에는 각각 밸브(52a, 52b)가 구비되고, 챔버 내에 진공 형성이 가능하게 구성되어 있다. 또한, 재치대(56)에는 피성막체를 가열하기 위한 히터(56a)가 구비되어 있다.
고주파 전원(62)은 원료 가스 용기(60)로부터 공급되는 원료 가스를 플라즈마화하기 위한 전압을 인가하는 요소이며, 정합 회로(64)가 개재되어 있다.
[신성막층 적층 공정]
실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법에서는, 우선, CVD 성막 장치(50)의 챔버(52) 내 재치대(56)에 성막 구조체로서의 포커스 링(10)을 재치한다. 이 때, 포커스 링(10)의 비능동면(10b)이 신SiC층(16)의 주체 형성면이 되도록 한다. 예를 들면, 도 5에 나타내는 바와 같은 CVD 성막 장치(50)의 재치대(56)에 대하여 포커스 링(10)을 재치할 경우, 능동면(10a)이 재치대(56)와 대향하도록 배치한다. 이러한 재치 형태로 함으로써, 재치대(56)와 접한 능동면(10a) 측에는 신SiC층(16)의 성막이 되기 어려워지기 때문이다.
다음으로, 손상을 받은 포커스 링(10)을 구성하고 있는 SiC층(이하, 구SiC층(18)이라 부른다)의 상면에 신SiC층(16)을 형성한다. 신SiC층(16)의 적층 두께(d)는 한정되는 것은 아니지만, 적어도 포커스 링(10)이 받은 손상의 깊이(s) 이상의 두께로 한다(도 2 참조). 여기서, 신SiC층(16)은 장치 상면 측, 즉 비능동면(10b) 측에 가장 두껍게 형성되게 된다(S10: 도 6 참조).
[능동면 가공 공정]
구SiC층(18)의 외주에 신SiC층(16)을 형성한 후, CVD 성막 장치(50)로부터 포커스 링(10)을 꺼낸다. 꺼낸 포커스 링(10)의 외주를 절삭 혹은 연삭하여 형상을 정돈한다. 절삭이나 연삭의 수법은 한정되는 것은 아니지만, 기계 가공을 실시할 경우에는, 기준면 형성을 실시한 후, 해당 기준면을 기점으로 하여 치수를 측정하고, 절삭 여유를 정해서 기타 면의 절삭이나 연삭을 실시하는 것을 기본으로 한다.
본 실시형태의 경우, 도 3에 나타내는 바와 같이, 비능동면(10b) 측에 적층한 신SiC층(16)을 최소한의 범위에서 절삭 혹은 연삭함으로써 기준면을 형성한다. 또한, 도 3에서 2점 쇄선으로 나타내는 외형선이 원하는 포커스 링(10)의 외형 형상을 나타내고 있다.
기준면을 형성한 후, 외측면과 능동면(10a) 및 내측면(관통공(14))의 가공을 실시함으로써, 도 4에 나타내는 새로운 포커스 링(10)(재생 성막 구조체)이 구성된다. 여기서, 능동면(10a)의 가공에 관해서는, 손상을 받은 개소(부식부)를 완전히 제거할 수 있는 깊이(두께)까지 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 재생한 포커스 링(10)을 사용함에 있어서, 취성(脆性)화된 부식부에서 기인한 파티클 발생을 방지하기 위함이다(S20: 도 6 참조).
[세정 공정]
가공을 마친 후 세정을 실시하여, 가공에 의해 포커스 링(10)의 표면에 부착된 불순물 등을 제거한다. 재생된 포커스 링(10)에는 구SiC층(18)과 신SiC층(16)이 혼재하게 되지만, 능동면에는 구SiC층(18)만이 잔존하게 된다(S30: 도 6 참조).
[효과]
이러한 특징을 갖는 성막 구조체의 재생 방법에 따르면, 신성막층(실시형태에서의 신SiC층(16))을 형성하기 전에, 구성막층(실시형태에서의 구SiC층(18))에서 손상을 받은 개소의 가공이나 세정이 불필요해진다. 이 때문에, 가공은 신성막층을 구성한 후의 형상 형성시만으로 할 수 있다. 따라서, 간단하고 저비용으로 재생 성막 구조체를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 비능동면(10b) 측에 신성막층인 신SiC층(16)을 형성한 후에 가공을 실시함으로써, 손상이 깊고, 예비 가공을 실시할 수 없는 경우라도 성막 구조체(실시형태에서의 포커스 링(10)) 재생을 실시하는 것이 가능해진다. 종래에는 손상 개소가 평활화될 때까지 예비 가공에 의한 절삭이나 연삭을 실시하였었지만, 가공 후의 부재 두께가 극단적으로 얇아질 경우에는, 부재가 파손되거나 변형이 생기거나 하기 때문에, 예비 가공을 실시할 수 없다고 여겨져 왔다. 그러나, 본 실시형태와 같이, 가공 전에 신성막층(신SiC층(16))을 형성하는 공정을 거치게 되면, 구성막층(구SiC층(18))의 손상이 깊은 경우라도 부재 두께를 확보할 수 있기 때문에, 재생 성막 구조체(포커스 링(10))를 형성할 수 있다.
또한, 상기와 같이 형성한 재생 성막 구조체(포커스 링(10))는 단체의 성막 구조체(본 실시형태에서는 SiC로 구성된 부재)로서의 품질을 확보하면서, 신규로 제조하는 것보다 염가로 작성할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 신SiC층(16)의 형성 수단의 일례로서 CVD법을 채택한다고 기재하였다. 그렇지만, 신SiC층(16)의 형성에 관해서는, 진공 증착법이나 스퍼터링법 등의 물리기상성장법(PVD: Physical Vapor Deposition)을 채택할 수도 있다. 구SiC층(18)의 비능동면(10b) 측에 신SiC층(16)을 형성할 수 있으면, 본 발명과 관련되는 성막 구조체의 재생 방법을 실시하는 것이 가능해지기 때문이다.
[제2 실시형태]
다음으로, 도 7, 도 8을 참조하여, 본 발명과 관련되는 성막 구조체의 재생 방법과 관련되는 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 본 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법도 그 기본적인 공정은 상술한 제1 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법과 동일하다.
본 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법과, 제1 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법의 차이점은 2개의 성막 구조체를 1쌍으로 하여 신성막층을 형성하는 공정을 실시하는 점에 있다.
구체적으로는, 성막 구조체인 2개의 포커스 링(10, 10)의 능동면(10a, 10a)을 대향시켜 배치한다. 이 때, 2개의 포커스 링(10, 10)의 능동면(10a, 10a)은 접촉 상태 혹은 근접 상태로 한다.
이러한 상태로 한 1쌍의 포커스 링(10, 10)을 CVD 성막 장치(50)의 챔버에 배치하고, 신SiC층(16)의 형성을 실시한다. 이러한 방법을 채택함으로써, 각각의 포커스 링(10, 10)에 형성되는 신SiC층(16)은 도 8에 나타내는 바와 같이, 능동면(10a)에 형성되는 신SiC층(16)보다 비능동면(10b)에 형성되는 신SiC층(16) 쪽을 두껍게 할 수 있다.
신SiC층(16)의 적층 공정 이후의 가공 공정 및 세정 공정은 상술한 제1 실시형태와 관련되는 성막 구조체의 재생 방법과 동일하며, 각각의 포커스 링(10)에 대하여 가공 공정, 세정 공정을 실시하는 것으로 한다.
여기서, 포커스 링(10)의 재치 형태에 대해서는, 예를 들면 다음과 같은 것으로 하면 좋다. 우선, 2개의 포커스 링(10, 10)을 수평 배치할 경우, 도 9에 나타내는 바와 같이, 하측에 배치하는 포커스 링(10)의 외측면을 부분적으로 지지하는 것이 가능한 외측면 지지 치구(70) 등을 통해 적층 배치한 포커스 링(10)을 재치대로부터 띄운 상태에서 재치하면 좋다. 또한, 하측에 배치한 포커스 링(10)과, 상측에 배치한 포커스 링(10)을 약간 이간시켜 배치할 경우에는, 2개의 포커스 링(10, 10)의 능동면(10a, 10a) 사이에 이간 지지 치구(72)를 배치하면 좋다.
이러한 재치 형태로 함으로써, 하측에 배치하는 포커스 링(10)의 비능동면(10b)에도 플라즈마화된 원료 가스가 돌아 들어가, 신SiC층(16)이 형성되게 되기 때문이다.
또한, 포커스 링(10)을 수직 배치할 경우, 도 10에 나타내는 바와 같이, 2개의 포커스 링(10, 10) 사이에 배치되는 걸이부(74a)와, 이 걸이부(74a)로부터 포커스 링(10, 10) 배치 측에 돌출 마련되어 있는 내측면 지지부(74b) 및 능동면 지지부(74c) 등을 갖는 걸이용 치구(74)를 사용하여 지지하면 좋다. 이러한 재치 방법이라도, 2개의 포커스 링(10, 10)에서 비능동면(10b, 10b) 측에 신SiC층(16)을 적층할 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 재치 형태를 채택할 경우, 어떠한 방법으로 포커스 링(10)을 가열하거나, 핫 월형 CVD 성막 장치를 채택하거나 PVD법에 따른 성막 방법을 채택함으로써, 신SiC층(16)을 형성할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
상기 실시형태에서는, 성막 구조체의 일례로서, 반도체 제조에 사용하는 치구인 포커스 링(10)을 들어 해당 포커스 링(10)의 재생에 대해서 설명하였다. 그렇지만, 본 발명과 관련되는 성막 구조체의 재생 방법은 표면에 손상을 받는 일이 있는 각종 성막 구조체에 적응시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 비용면에서의 유용성에 입각하여 SiC 부재를 예로 들어 설명하고 있지만, Si 등의 성막 구조체에 대해서도 적용할 수 있다.
10 포커스 링
10a 능동면
10b 비능동면
12 스텝
14 관통공
16 신SiC층
18 구SiC층
50 CVD 성막 장치
52 챔버
52a, 52b 밸브
54 샤워 헤드
56 재치대
56a 히터
58 진공 펌프
60 원료 가스 용기
62 고주파 전원
64 정합 회로
70 외측면 지지 치구
72 이간 지지 치구
74 걸이용 치구
74a 걸이부
74b 내측면 지지부
74c 능동면 지지부

Claims (4)

  1. 성막 구조체의 재생 방법으로서,
    손상을 받은 면과 반대의 면이 주체 형성면이 되도록 하여 상기 손상의 깊이 이상 두께의 새로운 성막층을 적층하는 신성막층 적층 공정과,
    상기 손상을 받은 면을 가공하여 원하는 형상을 얻는 능동면 가공 공정을 포함하며,
    상기 능동면 가공 공정에서는, 상기 손상을 받은 개소를 완전히 제거할 수 있는 깊이까지 가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 성막 구조체의 재생 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    2개의 성막 구조체의 능동면을 접촉 혹은 근접시킨 상태에서, 상기 신성막층 적층 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 성막 구조체의 재생 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성막 구조체는 SiC 부재인 것을 특징으로 하는 성막 구조체의 재생 방법.
  4. 손상을 받은 구성막층에서 손상을 받은 개소를 가공에 의해 완전히 제거함으로써 얻어지는 능동면과,
    상기 구성막층이 받은 손상의 깊이 이상의 두께의 신성막층에 의해 얻어지는 비능동면을 표리 일체로 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 재생 성막 구조체.
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