JP2009545874A - シリコン単一材質のプラズマチャンバーカソード及びアウトリング - Google Patents
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Abstract
本発明はシリコン単一材質のプラズマチャンバーカソード及びアウトリングに係り、半導体ウェーハのプラズマ工程に用いられる電圧装置であるアノードがＲ．Ｆガスの圧力により変形をもたらし、アノードの下部に連結構成されたカソードも同様に連動して変形しなければならないが、前記カソードの材質はシリコンとグラファイトをエラストマーボンディングして構成されてアノードの変形に伴う有機的な連動がなされず、アノードとカソード及びアウトリングと結合するボルトが割れて離脱するなどの毀損が容易に起こり、グラファイトの素材は容易にパーチクルが発生するなどの不良現象を解消するために、カソードをシリコンの単一材質に構成し、内部に円形の溝及び溝線を構成、プレート及びリングを挿入して溝とプレート及びリングの間に所定の空間部を構成してアノードの変形に伴いカソードの連動が容易になされ、パーチクルの発生を抑えるように構成されたことを特徴とするカソードに関する。
【選択図】図２
【選択図】図２
Description
本発明はシリコン単一材質のプラズマチャンバーカソード及びアウトリングに係り、さらに詳しくは、半導体ウェーハのプラズマ工程に用いられる電圧装置であるアノードとカソードを構成するに当たって、アノードの変形に伴い容易に連動して変形される構造に構成されるカソードを提供して作業の不良を減らし、効率性を高めるシリコン単一材質のプラズマチャンバーカソード及びアウトリングに関する。
従来の技術を調べてみると、韓国特許出願番号１０−２００５−００１４３２４は、処理基板の上に順次に積層したカソード電極層、絶縁層及びゲート電極層を備え、この絶縁層に形成したホールの底部にカーボン系の（黒鉛）エミッターを設けると共に、前記ゲート電極層にゲートホール開口部を形成したカソード基板であって、前記ゲートホール開口部を絶縁層のホールの開口面積よりも小さな面積を有する複数の開口で構成し、各開口をカーボン系の（黒鉛）エミッターに対抗して絶縁層のホールの真上に密集、好ましくは、均一に密集させたことを特徴とするものである。
すなわち、半導体ウェーハのエッチング工程に用いられるカソードの材質は黒鉛とシリコンをエラストマーボンディングするものであって、上記の黒鉛は炭素からなり、炭素そのものは電流を増大する性質を有しているが、ウェーハの表面にパーチクルの要素となって不良及び生産歩留まりを低下させるだけではなく、アノードとカソードを通じたプラズマの量と質の低下をもたらしていた。そこで、カソードの材質をシリコンから一体に製作すれば問題ないが、シリコンの性質は柔軟性が低く変形が容易になされずに連結結着されるアノードがガスの圧力により変形されるときカソードがこれに対応して連動されず、アノードとカソードに締結されたボルトが離脱及び破損したり、あるいは、カソードの損傷があることがあり、不可であった。そこで、パーチクルを引き起こさない材質であるシリコンによりカソードを構成しながらも、アノードの変形に伴い容易に連動変形される構造に構成されるカソードの開発が強く望まれている。
そこで、本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、通常、カソードの材質はシリコンと黒鉛がエラストマーボンディングされて構成されるので、黒鉛及びエラストマーがウェーハの表面にパーチクルを引き起こす要素となり歩留まりが落ち、カソードを経たプラズマの質の低下をもたらした。そこで、カソードをシリコン一体形に構成し、シリコンの単一材質は弾性が極めて低くて変形しない点を補完するためにカソードに円形の溝及び溝線を構成、プレート及びリングを挿入して溝とプレート及びリングの間に所定の空間部ができるように構成し、前記空間部によりカソードとボルト締結されたアノードの変形によりカソードの連動が容易になされるように構成されたものであり、弾性を維持しながらも、パーチクルの発生要素を除去してウェーハ工程の歩留まりを高めるのにその技術的課題をおいて発明した。
上記の目的を達成するための本発明の構成及び作用を調べてみると、カソード１０の上部に多数の円形溝及び溝線を構成し、前記溝及び溝線にプレート６０及びリング７０を構成して挿入して前記カソード１０の溝、溝線とプレート６０及びリング７０の間に所定の空間部が生成されて隙間によりカソード１０とボルト１１０締結されたアノード１２０の変形によりパーチクルが発生しないながらも、カソード１０の連動が容易になされるように構成されたことを特徴とする。
本発明はシリコン単一材質のプラズマチャンバーカソード及びアウトリングに係り、半導体ウェーハのプラズマ工程に用いられるカソード及びアウトリングにおいて、既存のカソード及びアウトリングの材質はウェーハの材質とは異なる黒鉛により構成されてウェーハの表面にパーチクルを引き起こして歩留まりが低下し、カソードを経たプラズマの質の低下をもたらしていた。そこで、カソードをシリコン一体形に構成しながらも、カソードに円形の溝を構成、プレート及びリングを挿入して溝とプレート及びリングの間に所定の隙間を構成し、隙間によりカソード及びアウトリングが弾性を有しながらもパーチクルが生成される要素を除去して半導体ウェーハ工程の歩留まりを高められるなどその効果が多大な発明であるといえる。
図１は従来のカソードの変形を示す断面図であり、図２は本発明の好適な実施形態を示す断面図であり、図３は本発明のカソードの好適な結合状態を示す斜視図であり、図４は本発明のアウトリングの好適な結合状態を示す斜視図であり、図５は本発明の好適な実施形態を示す斜視図であり、図６は本発明の他の形態のアウトリングの構成を示す斜視図。
以下、本発明を詳述すると、図１に示すように、通常のエッチングの工程はチャンバー内にＨ．Ｆガスを供給し、ボルト１１０により締結されたアノード１２０とカソード１０の上下電極に電圧をかけてアノード１２０とカソード１０の貫通孔４０を通過するプラズマを形成し、そのプラズマとして金ウェーハの表面を選択的に必要な部分だけを除去する工程であって、前記カソード１０の材質はシリコン１０ａと黒鉛１０ｂをボンディングしたものであり、黒鉛は優れた電気的な特性によりカソード１０の材質として用いられてきたが、ウェーハの表面にパーチクルを引き起こして歩留まりを低下して不良率を高め、生産性が落ちるという欠点があった。
そこで、カソード１０をシリコン一体形に構成するが、図１に示すように、前記アノード１２０の主材質はアルミニウムとなっており、アルミニウムは弱い圧力及び温度であっても反り易い軟性の機械的な性質を帯びている。シリコン材質だけからなる単純円板状のカソードを構成する場合、チャンバー内に流れ込まれるＨ．Ｆガスの圧力にアノード１２０は変動され、アノード１２０の下部にボルト１１０締結されたカソード１０はシリコンの特性上弾性率が極めて低くてアノード１２０のように連動変形できず、アノード１２０とカソード１０に締結されたボルト１１０が割れたり隙間が生じてアノード１２０やカソード１０の内部損傷があった。
本発明は上記の如き問題点を解消するために、図３に示すように、一定の間隔と厚さを有するシングルクリスタル素材のシリコン円板に一定の間隔をおいて貫通孔４０が稠密に構成されたカソード１０に所定の広さと深さを持った多数の円形のリング溝線２０及びプレート溝３０を構成する。これは、溝線及び溝を構成することにより溝線及び溝の空間のためにアノード１２０の反りによりカソード１０も容易に連動可能にするためである。しかしながら、エッチング工程において、チャンバー内の真空には精度良さが求められるので、カソード１０の溝線及び溝ができることにより真空の空間が増えて真空圧力を落とし、ガスの移動を低下させてプラズマの質が落ちる現象が発生することもあるため、これを補完するためには、カソードに構成される溝及び溝線と同じ形状にプレート６０及びリング７０を構成して前記プレート６０及びリング７０の表面にカソード１０の表面と同じ貫通孔４０を形成してカソード溝及び溝線に挿入、載置して構成する。また、図２及び図４に示すように、カソード溝及び溝線よりもプレート６０及びリング７０の広さと厚さを小さく構成してカソード溝にプレート６０及びリング７０が挿入、載置されるとしても所定の空間部が構成されるようにしてカソードが連動するときにおける反りの発生を容易にする。
すなわち、前記アノード１２０とカソード１０は通常の結着方法であるボルト１１０により結着構成するため、カソードの溝、溝線の空間部によりアノード１２０変形に同様にカソード１０も連動変形可能に構成した。また、カソードリング溝線２０及びプレート溝３０により生成された空間にリング７０及びプレート６０を挿入載置することにより、既存のチャンバー内の最適化した真空圧力の変化を極力抑えるように構成された。
前記カソード１０の外部に位置してアノード１２０を介して移動されるＲ．Ｆガスをカソード１０内に投入し、且つ、外部に排出することを助長するアウトリング８０の構成においても、その材質はシングルクリスタル材質のシリコンとポリクリスタル材質のシリコンにより構成するが（ポリクリスタル材質のシリコンとしては加工上４００φ以上の場合、円板状にし難い）、シングルクリスタル材質のシリコンは一体形に構成し、下部に結着されるポリクリスタル材質のシリコンは分割して構成して互いに結着するため、全体としてリングになるように構成し、アウトリング８０が形成される位置はカソード１０の外部に跨って取り囲む形態でアノード１２０円板の中心にＲ．Ｆガスの圧力を集中して受けてアノード１２０円板の中心で反りが起こるが、円の周縁に位置するアウトリング８０はさらに激しく反りが起きていた。このため、前記カソード１０のリング溝２０のように全体的に円形に溝を構成しながら前記カソード１０のプレート６０のように表面にアウトリングプレート溝９０を構成し、アウトリングプレート溝９０にアウトリングプレート１００が挿入、載置できるように溝を構成する。
図５は、上記のカソード１０及びアウトリング８０がアノード１２０に結合されて締結される形状を示すものであり、前記カソード１０の溝にプレート６０及びリング７０が挿入構成され、カソード１０の外部にアウトリング８０が形成されるが、アウトリング８０の上部にもアウトリングプレート１００が挿入、載置され、カソード１０とアウトリング８０の上部にアノード１２０が載置してカソード１０及びアウトリング８０に構成されたボルト溝５０をして多数のボルト１１０を締結固定する。上記の工程を経てアノード１２０の上端からＨ．Ｆガスが注入され、Ｈ．Ｆガスの圧力によるアノード１２０の反り作用に対応するために、カソード１０及びアウトリング８０の溝及び溝線とプレート及びリング間の空間部により弾性が極めて小さなシリコン材質だけで構成されたカソード１０及びアウトリング８０がアノード１２０のように連動変形できるように構成し、上記の溝及び溝線とプレート及びリング間の空間部は既存のチャンバー内の真空圧力に変化を与えない範囲内で構成される。
図６に示すように、アウトリング８０の場合、基板に溝とプレートを別々に構成せず、アウトリング８０の上部に円形の小溝１３０を多数連続して構成して同じ効果を奏することもできるが、この連続した小溝１３０はアウトリングの中央に一定の間隔において構成して小溝１３０の所定の隙間により変形が起こり得、チャンバー内の真空圧力の変化を極力抑えられるように構成した。
１０：カソード
２０：リング溝線
３０：プレート溝
４０：貫通孔
５０：ボルト溝
６０：プレート
７０：リング
８０：アウトリング
９０：アウトリングプレート溝
１００：アウトリングプレート
１１０：ボルト
１２０：アノード
１３０：小溝
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Claims (6)
- 半導体エッチング工程に用いられ、一定の間隔をおいて貫通孔（４０）が稠密に構成されたカソードにおいて、
シングルクリスタル材質のシリコンにより単一構成し、アノードと結着される部分であって円形の溝線（２０）及び溝（３０）により構成されるシリコン単一材質のカソード。 - 前記リング溝線（２０）及びプレート溝（３０）に挿入、載置され、表面に貫通孔（４０）が稠密に構成され、リング溝線（２０）及びプレート溝（３０）の広さと厚さよりも小さく構成し、材質はシリコン一体形に構成されるプレート（６０）及びリング（７０）により構成される請求項１に記載のシリコン単一材質のカソード。
- 半導体エッチング工程に用いられ、一定の間隔をおいて貫通孔（４０）が稠密に構成されたカソードのアウトリングにおいて、
一定の直径のリング状を有し、材質は上部に一つのシングルクリスタル材質のシリコン円板に分割されたポリクリスタル材質のシリコンを結着させて構成し、表面に一定の間隔をおいて貫通孔（４０）が稠密に構成され、前記上部にアウトリングプレート溝（９０）が構成されるシリコン単一材質のアウトリング。 - 前記アウトリングプレート溝（９０）に挿入、載置され、アウトリングプレート溝（９０）の広さと厚さよりも小さく構成し、材質はシングルクリスタルシリコンまたはポリクリスタルシリコンにより構成されるアウトリングプレート（１００）により構成される請求項３に記載のシリコン単一材質のアウトリング。
- 半導体エッチング工程に用いられるカソードのアウトリングにおいて、
一定の直径のリング状を有し、材質は上部に一つのシングルクリスタル材質のシリコン円板に分割されたポリクリスタル材質のシリコンを結着させて構成し、表面に一定の間隔をおいて貫通孔（４０）が稠密に構成され、
アノードと結着される上部面の全体に亘って円形の小溝（１３０）が多数連続して構成された帯を等間隔にて連続して構成されているシリコン単一材質のアウトリング。 - 円形の小溝（１３０）は広い面を有する凹設された溝ではなく、線形に構成される請求項５に記載のシリコン単一材質のアウトリング。
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