CaO-Al2O3-SiO2 유리의 열 특성 및 CF4 플라즈마 저항 특성에 대한 첨가물 혼합효과

Abstract

플라즈마를 이용한 식각 공정에서 챔버 내 세라믹 부품으로 부터 발생되는 입자오염을 줄이는 것은 반도체 산업에서 매우 중요한 주제가 되고 있다. 부품에는 다결정인 이트리아(Y2O3)와 알루미나(Al2O3) 적용되고 있으나 기공과 결정립계로부터 국부적인 식각의 영향을 받아 오염입자를 발생시킨다. 따라서, 낮은 식각 속도와 입자 발생이 적은 물질이 플라즈마 식각 챔버 내 부품의 소재로 요구되고 있다. 본 논문은 기존 소재를 대체하기 위한 CaO-Al2O3-SiO2 (CAS)계 plasma-resistant glass(PRG)의 연구결과를 정리한 것이다.

첫 번째 연구에서는 CaO-Al2O3-SiO2 계 내플라즈마 유리에서 CaO 함량의 일부를 2가이온 산화물로 치환함으로써 유리의 열적 특성 및 내플라즈마 특성에 미치는 효과에 대해 고찰하였다. 2가이온 혼합 효과를 적용한 RO-CaO-Al2O¬3-SiO2 (R: Mg, Sr, Ba, Zn) 유리의 열팽창계수와 유리 전이온도의 감소는 MgO와 ZnO가 혼합되었을 때 가장 효과적이었다. 불소계 플라즈마 하에서, 식각 속도는 2가이온 산화물 혼합 시 증가되었지만 쿼츠 글라스, 소결 알루미나, 사파이어 대비 내플라즈마 특성은 향상되었다. 또한 유리의 식각 속도는 혼합되는 2가이온 불화물의 boiling point에 비례하였다. 유리의 식각 전후 표면조도와 미세구조에는 큰 차이가 없었다.

두 번째 연구에서는 CaF2를 CaO-Al2O3-SiO2 유리에 첨가시켰을 때, CaF2 함량이 증가함에 따라 유리 전이 온도, 결정화 온도 및 액상 온도가 더 낮은 온도로 이동되었다. 이는 유리 구조 단위 인 Q2의 비가 감소하고 Q1의 비가 증가하여 F- 이온에 의한 유리 구조의 파괴와 관련된 것으로 생각한다. CaF2는 CF4/O2/Ar 혼합 가스에 대한 내침식성을 증가시켰다. 이는 F가 유리에 함유되어 유리 자체의 불소화 반응을 억제하는 것으로 추정된다. 식각 후 쿼츠 글라스 및 알루미나 소결체의 표면 거칠기가 증가함과 달리 F 함유 유리의 미세 구조는 변함없었고 PRG로의 상업적 응용성이 매우 높을 것으로 기대된다.

CaO-Al2O¬3-SiO2 계 내플라즈마 유리는 불소계 플라즈마 조건 하에서 조성 변화를 통해 식각 속도를 낮출 수 있음을 확인하였다. 또한 유리 특유의 비정질 구조는 식각 후에도 매끈한 표면 미세구조를 유지하는 장점이 있다. 이러한 특성은 반도체 및 디스플레이 산업에서 생산성의 핵심 요소가 될 수 있을 것으로 기대된다.