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본 연구에서는 반도체 회로선폭 극미세화를 위해 점차 가혹화되고 있는 식각환경 내에서 금속불순물, particle 등을 현저히 감소시키면서 공정에 장시간 적용할 수 있는 quartz glass의 선정을 아래와 같이 비교 분석 진행하였다.
- 소재 종류
: 금속불순물 함량 20ppm 이하 천연 Quartz glass
: 금속불순물 함량 1ppm 이하 합성 Quartz glass
: 내식성 향상용 기능성 첨가제 적용 제품
- 제조방법 및 공통 분석
: 1650℃이상의 대기 전기용융
: CF4 ...

본 연구에서는 반도체 회로선폭 극미세화를 위해 점차 가혹화되고 있는 식각환경 내에서 금속불순물, particle 등을 현저히 감소시키면서 공정에 장시간 적용할 수 있는 quartz glass의 선정을 아래와 같이 비교 분석 진행하였다.
- 소재 종류
: 금속불순물 함량 20ppm 이하 천연 Quartz glass
: 금속불순물 함량 1ppm 이하 합성 Quartz glass
: 내식성 향상용 기능성 첨가제 적용 제품
- 제조방법 및 공통 분석
: 1650℃이상의 대기 전기용융
: CF4 플라즈마 환경에서 식각특성 비교분석.
: 플라즈마 RIE 식각 장치적용
: CF4 반응가스, O2 혼합가스
: RF power 150W
상기의 식각 분석을 통해 천연, 합성 quartz glass는 입자오염도, 표면조도 값과 불소등의 잔존여부가 동일한 수준으로 확인되었다.
Quartz glass의 내식각 특성은 금속불순물과 plasma 반응에 따른 arcing 현상이 식각량을 증대시키는 주요인으로 작용한다. 금속불순물 함량이 1ppm이하인 합성 quartz glass는 arcing 현상이 극도로 낮아 천연 quartz glass 대비 우수한내식각성을 보였다.
천연, 합성 quartz glass의 미세조직 분석결과 1um 크기를 지닌 pit형상 식각 표면과 pit이 응집된 형상인 valley 식각 표면을 확인할 수 있었고, 입자오염 분석결과 Al2O3가 첨가된 제조시편은 천연·합성 quartz glass 대비 1.8~4배 높은 particle을 확인할 수 있었다.
Al2O3를 10, 20wt% 첨가한 quartz glass는 AlF3가 surface에 coating층을 형성하고 있어서 plasma로부터 base material을 보호하는 작용을 하고 있다. 이에 따라 etching test 종단부에서 중량감소가 거의 발생하지 않았고, 합성, 천연 quartz glass와 비교하여 3~4배 우수한 plasma 내식각성을 확인하였다.
본 연구를 통해 Al2O3 20wt% 첨가제를 용융한 quartz glass가 플라즈마 내식성, 표면조도 변화, 미세구조 면에서 천연, 합성 quartz glass보다 우수함을 확인하였다. 그러나 etching 후 세정시 0.5㎛이상의 particle과 같은 오염입자 문제는 지속적으로 발생되고 있어서 향 후 균일분산이나 화합물 조성물 형성 등과 같은 오염입자 감소 연구가 필요하다.
이와 같은 연구를 통해 반도체 식각공정에 적용되는 천연, 합성 quartz 소재와 기능성 첨가제를 투입하여 제조한 소재에 식각특성, 미세구조, 오염입자 등을 각각 비교 검토하였고, 분석결과 가혹한 환경내 장시간 적용가능한 소재는 첨가제 투입소재가 적당하였으나, 오염입자 등의 문제점이 나타나고 있어서 향 후 개선 연구가 필요함을 확인할 수 있었다.