KR100668034B1 - 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법은, 링의 외주면을 따라 일정 간격으로 복수 개의 체결홈을 형성하는 제 1가공 단계; 상기 체결홈을 코일의 형상과 일치하도록 정밀 절삭을 시행하는 제 2가공 단계; 액체 질소 내지 헬륨을 냉매제로 하는 냉각 챔버에 코일을 투입하여 상기 코일의 외경이 상기 체결홈의 내벽에 맞닿지 않을 직경을 가질 때까지 냉각 응축시키는 응축 단계; 응축된 코일을 상기 체결홈에 끼움 결합하는 수용 단계; 코일이 결합된 링을 상온에서 방치하여 응축된 코일을 원상태로 환원하는 화원 단계; 관통구가 형성된 전극 플레이트를 링의 일 측단에 밀착시키고 관통구와 체결홈의 위치를 일치시킨 다음, 스크류를 관통구와 체결홈에 삽입하여 링과 전극 플레이트의 나사산 결합을 이루는 결합 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법에 따르면, 링에서 전극 플레이트의 교체가 자유롭기 때문에 원가 절감 및 교체 작업의 편리성을 제공할 수가 있고, 일반적으로 투피스로 이루어진 제품에서 예측될 수 있는 간극 발생의 문제점을 원천적으로 방지하여 고전도 상태 및 적절한 플라즈마 상태를 유지할 수가 있다는 효과를 가진다.

Description

플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법{METHOD OF FORMATING ASSEMBLY OF ELECTRODE FOR PRODUCING PLASMA ION FOR PLASMA CLEANING OF SEMICONDUCTOR}

도 1은 일반적인 플라즈마 챔버 내에 구비된 전극 어셈블리에서 에칭공정이 일어나는 상태를 도시한 개념도.

도 2는 종래의 전극 어셈블리에 대한 구조를 도시한 측단면도.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리의 구조에 대한 개략적인 결합구성을 나타내는 측단면도와 부분확대 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리의 구조의 구체적인 결합구성을 나타내는 분해 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리의 구체적인 결합구성을 나타내는 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 링에 대한 세부 구성을 나타내는 평면도 및 측단면도.

도 7은 본 발명에 따른 전극 어셈블리의 링의 체결홈에 결합되는 코일의 구조를 도시한 정면도 및 평면도 및 체결홈에 삽입된 상태를 도시한 체결상태도.

도 8은 본 발명에 따른 전극 플레이트의 구체적인 구성을 나타내는 평면도 및 부분확대도.

도 9는 본 발명에 따른 스크류를 도시한 측단면도와 평면도, 사시도.

도 10은 본 발명에 따른 전극 어셈블리 구조를 형성하는 방법에 대한 개략적인 프로세스를 나타내는 순서도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 전극어셈블리 41c: 단턱

20: 링 42: 유통구

21: 체결홈 50: 완충 필름

22: 유통홈 60: 스크류

23a: 제 1리세스 61: 헤드

23b: 제 2리세스 63: 가이드

30: 코일 64: 나사산

40: 전극플레이트 70: 오링

41: 관통구

본 발명은 반도체 웨이퍼 제조공정에서 옥사이드 에칭용 제조장치의 플라즈마 이온을 발생시키는 플라즈마 챔버 내에 장착되어 있는 실리콘 전극이 상단의 흑연 링과 함께 결합되어 있는 구조를 형성하는 방법을 개선한 것으로, 보다 상세히는 흑연 링과 실리콘 전극 플레이트가 원 피스로 이루어진 기존 구조의 문제점을 해결하여 미세먼지에 따른 오염을 방지하고 원가절감을 이룰 수 있는 실리콘 전극 체결 구조를 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서 에칭(etching)은 원형 플레이트 형상의 웨이퍼 상에 배선을 만들어 주기 위하여 원하는 부분만 남기고 나머지는 깎아 내는 것을 말하는데, 이 때 플라즈마를 웨이퍼 상에 생성시켜 이로부터 발생한 이온과 반응성 가스를 노출함으로 웨이퍼를 식각할 수 있도록 한다.

에칭 공정은 플라즈마 에칭 챔버(미도시) 내에서 수행이 되며, 에칭 챔버는 RF 파워가 인가되는 상부 전극과 하부에 형성된 전극 사이에 전기장을 형성하고 반응성 가스에 에너지를 가하여 플라즈마 이온을 발생시키는 동시에, 플라즈마 이온 내의 대전입자 및 반응성 가스를 웨이퍼 표면에 충돌시킴으로 물리적, 화학적으로 웨이퍼의 식각을 이루는 기능을 수행하도록 하는 것으로 잘 알려져 있고, 이러한 에칭 공정은 옥사이드(oxide) 건식 에칭 공정, 니트라이드(nitride) 에칭 공정, 메탈 에칭 공정 등으로 널리 시행되고 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마 챔버 내에 구비된 전극 어셈블리에서 에칭공정이 일어나는 상태를 도시한 개념도이다.

에칭 챔버는 중공 구조로 이루어져 내부 공간 하단에지지 수단을 통하여 웨이퍼(3)가 위치하고 그 상단에 플라즈마 이온(4)을 발생시키기 위한 전극 어셈블리 가 위치하는데, 전극 어셈블리는 일반적으로 흑연(graphite)으로 이루어진 링(1)과 실리콘으로 이루어진 전극 플레이트(2)로 구성이 되어 있다.

전극 어셈블리의 상부전극을 이루는 링(1)은 고주파전력(RF 파워)을 인가받아 반응성 가스(etcahnt), 즉 산화식각가스를 통해 에칭에 필요한 플라즈마 이온(4)을 만드는 과정에서 고주파전력을 하부로 적절히 전도할 수 있는 역할을 하는 것으로, 이러한 전도성을 위해 바람직하게는 고순도 카본, 즉 흑연으로 이루어져 있다.

전극 플레이트(2)는 상기 링(1)으로부터 전도된 고주파전력으로 인해 발생한 플라즈마 이온(4) 및 라디칼(순수 식각이온)을 공정 중인 웨이퍼(3) 표면에 전달할 때 웨이퍼와 이온 등이 반응 시 이온 전위에 따른 물리적인 변형력에 적절히 내성을 가지고 공정 중에 발생되는 부산물과 2차적인 화학반응이 이루어지지 않도록 초순수 실리콘으로 제작되어지는 것이 바람직하다.

이러한 전극 어셈블리를 구성하는 링(1)과 전극 플레이트(2)는 챔버의 내벽 내지 별도의 링 어셈블리에 나사 내지 스크류로 고정이 되어 있고 자체적으로는 하나의 유닛으로 결합되어 있는 원피스(one-piece)구조를 이루고 있다.

도 2는 종래의 전극 어셈블리에 대한 구조를 도시한 측단면도이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 에칭 챔버에 구비된 전극 어셈블리는 중앙에 대직경을 가지고 외주면을 따라서는 작은 직경으로 형성된 복수 개의 통구가 구비된 링(1)과 그 하단에 위치한 전극 플레이트(2)가 서로 밀착하여 일체형으로 이루어져 있는 것을 알 수 있다. 또한, 링(1)과 전극 플레이트(2) 사이에는 인듐(5)이 띠 형 태로 링(1)의 외주면을 따라 형성이 되어 있을 수가 있다.

그런데, 이러한 일체형 전극 어셈블리는 적지 않은 문제점을 가지고 있는데 이러한 문제점은 다음과 같다.

먼저, 에칭 프로세스 도중 다량의 반응성 가스가 전극 어셈블리 중앙 통구로 유출입이 되다보니 일정 시간 사용하다보면 링(1)과 전극 플레이트(2)가 분리되어 프로세스 중인 웨이퍼에 악영향을 미치고 이로 인해 미세먼지(particle)가 발생하여 챔버 내를 오염시켜 생산성이 저하되고 복구를 위해 많은 비용과 인력이 소모되는 경우가 많게 된다.

또한, 상기 발생한 미세먼지가 링(1)과 전극 플레이트(2) 사이에 들어가면 인듐(5)이 프로세스 중 RF 파워와 플라즈마 이온과 불필요한 화학적인 반응을 이루게 되어 휘발이 일어나는 현상 등으로 손상이 되는 문제점이 존재한다.

또한, 이러한 원피스 형태의 전극 어셈블리에서 어느 하나의 링(1) 또는 전극 플레이트(2)만 문제가 발생해도 반드시 전체를 모두 교체해야 하여, 특히 전극 어셈블리가 소모품이면서도 상당한 고가라는 점을 인식한다면 이는 크나큰 경제적인 손실이나 반도체 완성품의 원가 상승이 따른다는 악영향을 발생한다.

그렇다고, 링(1)과 전극 플레이트(2)를 밀착 부착하지 않고 서로 안착하는 정도로 결합을 하게 되면 가스의 유출입에 쉽사리 유동이 일어나 구조적인 취약점을 발생함과 동시에 링(1)과 전극 플레이트(2)의 미세한 틈으로 상기 서술한 미세먼지의 유입이 발생하여 원활한 공정을 이룰 수 없게 되고 RF 파워의 전도율이 현격하게 떨어진다는 문제도 따른다.

현재, 국내 특허공보를 살펴보면, 공개특허 제 2006-0056216호와 같이 전극 어셈블리를 부수적인 링과 체결하는 구조를 제시함으로 원가절감의 효과를 거둘 수 있다고 개시되어 있으나, 이 역시 전극 어셈블리는 일체형으로 이루어진 것에 기반을 두고 있고 전극 어셈블리 자체를 편리하게 교환할 수 있도록 하는 새로운 결합 구조를 제시하지 못하는 한계를 가지고 있다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 전극어셈블리를 이루는 링과 전극 플레이트를 서로 탈부착이 가능한 투피스(two-piece)로 제공하되, 탈착이 용이하고 결합 시에 완벽한 결합 구조를 가져 미세 틈이 발생하지 않도록 하는 새로운 전극 어셈블리 구조를 형성하는 방법을 제공하는 것이 주요 목적이다.

본 발명의 다른 목적은 특히 플라즈마 이온 발생에 직접적인 영향을 미치는 전극 플레이트가 링에서 용이하고 견고하게 탈부착을 이루도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 링에 전극 플레이트를 결합하기 위한 체결 수단을 제공하되 체결 수단이 연성의 무른 상태로 이루어진 링에 타이트하고 안전하게 결합되어 링 자체의 손상을 주는 것이 방지되도록 하는 체결 방법을 제시하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법은, 링의 외주면을 따라 일정 간격으로 복수 개의 체결홈을 형성하는 제 1가공 단계; 상기 체결홈을 코일의 형상과 일치하도록 정밀 절삭을 시행하는 제 2가공 단계; 액체 질소 내지 헬륨을 냉매제로 하는 냉각 챔버에 코일을 투입하여 상기 코일의 외경이 상기 체결홈의 내벽에 맞닿지 않을 직경을 가질 때까지 냉각 응축시키는 응축 단계; 응축된 코일을 상기 체결홈에 끼움 결합하는 수용 단계; 코일이 결합된 링을 상온에서 방치하여 응축된 코일을 원상태로 환원하는 화원 단계; 관통구가 형성된 전극 플레이트를 링의 일 측단에 밀착시키고 관통구와 체결홈의 위치를 일치시킨 다음, 스크류를 관통구와 체결홈에 삽입하여 링과 전극 플레이트의 나사산 결합을 이루는 결합 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

삭제

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리(10)의 구조에 대한 개략적인 결합구성을 나타내는 측단면도와 부분확대 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10)의 구조의 구체적인 결합구성을 나타내는 분해 사시도, 도 5는 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10)의 구체적인 결합구성을 나타내는 평면도이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10)는 링(20)과 전극 플레이트(40)가 밀착하여 이루어져 있되, 일체형이 아니라 서로 분리가 가능한 투피스 구조를 취하고 있다.

즉, 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10) 구조의 핵심은 링(20)의 외주면을 따라 일정 간격으로 복수 개의 체결홈(21)을 형성하고 이 체결홈(21)에 코일(30)을 삽입 고정하여 체결 수단이 결합될 수 있는 나사산이 구비된 공간을 형성하며, 체결홈(21)에 상응하도록 전극 플레이트(40)의 외주면을 따라 일정 간격으로 복수 개의 관통구(41)가 형성되어 있으며, 전극 플레이트(40)의 관통구(41)에 나사산(64)이 구비된 스크류(60)를 삽입하여 스크류(60)가 관통구(41)를 관통하고 체결홈(21)의 내측 단부까지 나사산(64)을 따라 진입하여 링(20)과 전극 플레이트(40)를 긴밀하게 결합하는 구조를 가진다는 것이다.

이러한 전극 어셈블리(10)의 투피스 체결구조는 반응성 가스가 주입될 경우 플라즈마 상태에서 이온 내지 래디컬 입자의 누설을 방지하고 RF 파워의 용이한 전달과 고농도 플라즈마의 고전도성을 보장하기 위함이며, 이에 대한 구체적인 구조 및 각 구성의 상세 내용은 아래의 설명과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 링(20)에 대한 세부 구성을 나타내는 평면도 및 측단면도이다.

본 발명에 따른 링(20)은 공지의 링과 마찬가지로 중앙에 대 직경을 가지는 원형형상으로 이루어져 있으며, 최외각 외주면에는 가스의 흐름을 위한 유통홈(22)이 일정 간격을 두고 복수 개로서 형성되어 있고 그 내측에는 둘레를 따라 내측으로 약간 함입되어 있는 리세스(23a,23b)가 구비되어 있으며, 리세스에는 그 둘레를 따라 일정 간격으로 복수 개로서 체결홈(21)이 형성되어 있다.

링(20)은 RF 파워의 원활한 전도를 위하여 가장 바람직하게는 고순도의 흑연(graphite)으로 이루어져 있고, 이 외에 SIC(Silicon carbide) 내지 SIC와 Al₃O₃의 혼합물질, 니트라이드와 Al₂O₃의 혼합물질과 같은 전도성 물질이 사용되어 질 수도 있다.

리세스는 구체적으로 제 1리세스(23a)와 제 2리세스(23b)로 형성이 되어 있는데, 제 1리세스(23a)는 단턱과 같은 구조를 가진 것으로서 이에 전극 플레이트(40)의 바깥 둘레 부위가 안착되고, 제 2리세스(23b)는 제 1리세스(23a)의 내측 둘레에 홈과 같은 구조로 이루어진 것으로 이에는 본 발명에 따른 추가적인 구성인 오링(70)이 안착되어 진다.

리세스, 구체적으로는 제 1리세스(23a)에 형성된 체결홈(21)은 후술할 스크류(60)가 삽입되는 공간으로서, 스크류(60)의 체결에 의해 전극 플레이트(40)와 결합을 위한 결합공간을 제공하는 역할을 한다. 체결홈(21)은 일반적인 원통형 스크류(60)가 결합되기 용이하도록 역시 원통형상을 가지고 있다.

그런데, 링(20)이 흑연으로 제조되었을 경우 흑연 특유의 연성의 무른 성질로 인하여 체결홈(21) 자체를 링(20)에 형성하는 것이 용이하지 않을 뿐더러, 특히 나사산과 같은 구조를 가진 체결홈을 형성하게 되면 스크류(60)가 나사산을 따라 체결되는 과정에서 나사산 주변 벽체가 무너지거나 파손될 우려가 상당히 높다는 제작 및 구조상의 문제점이 있다.

따라서 체결홈(21) 자체에는 스크류(60)와의 체결을 위한 나사산을 직접적으로 형성하는 것은 문제가 있기 때문에 울퉁불퉁한 굴곡 구조 정도로만 내벽을 이루게 한 다음 나사산 형태를 구비한 별도의 수단을 체결홈(21)에 삽입 고정하여 나사산의 기능을 대체할 수 있도록 할 필요가 있다.

이를 위해, 체결홈(21) 내에는 체결홈(21)의 직경과 깊이에 상응하는 크기를 가진 코일(30)을 삽입한다.

도 7은 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10)의 링(20)의 체결홈(21)에 결합되는 코일(30)의 구조를 도시한 정면도 및 평면도, 체결홈(21)에 삽입된 상태를 도시한 체결상태도이다.

코일(30)은 일반적인 형태를 갖춘 것이라면 얼마든지 사용이 가능하나, 보다 완전한 나사산 형상을 자체적으로 보유한 헬리카 코일인 것이 가장 바람직하다.

코일(30)은 견고성을 보장하기 위하여 공지의 코일과 같이 금속재로 이루어져 있으며, 본 발명에서는 무른 성질을 가진 흑연 재질의 링(20)에 형성된 체결홈(21)에 나사산을 구비할 경우 나사산 주변 벽체가 쉽사리 파손되거나 손상될 우려가 있는 것을 인식하여 체결홈(21)의 나사산 기능을 대신할 수 있는 역할을 한다.

도 7(c)에 도시된 바와 같이, 코일(30)은 체결홈(21)에 밀착 결합되어 스크류(60)와의 나사산 결합을 보장할 수가 있다.

코일(30)은 링(20)과 전극 플레이트(30)의 결합완료 시에 고주파전도, 즉 RF 파워의 전도를 좋게 하기 위한 밀착 결합력, 즉 본 발명에서 요구하는 5kg/cm² 이상의 결합력을 가지게 하도록 하는 결합 매개체로서 기능을 하고, 더불어 체결홈(21) 형성 공정으로 인하여 연성의 흑연, 즉 카본 입자가 외부로 방출되거나 스크류(60)가 결합될 당시 발생하는 카본 입자의 외부 방출 및 미세 틈을 없애기 위해 사용되어지는 것이다.

또한, 무엇보다 코일(30)과 체결홈(21) 사이에 불필요한 공간이 발생하면 부수적 반응물 내지 노폐물에 의하여 체결홈(21) 내벽체가 손상되거나 스크류(60)와의 견고한 결합관계를 보장받을 수가 없다. 따라서 이러한 문제를 방지하기 위해 양자는 서로 타이트한 결합관계를 이루도록 특별한 방식에 의한 결합을 이루게 되 는데, 이러한 결합 방법은 하기에서 보다 구체적으로 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 전극 플레이트(40)의 구체적인 구성을 나타내는 평면도 및 부분확대도이다.

전극 플레이트(40)는 원판형상을 띠고 있으며, 링(20)의 일측단, 구체적으로는 하단에 위치한다. 상기 설명한 바와 같이, 전극 플레이트(40)는 플라즈마 이온 내지 부수 반응물과 추가적인 반응으로 인한 변질을 방지하기 위해서 가장 바람직하게는 초순도를 가진 실리콘으로 이루어져 있다.

다만, 재질은 이에 한정되는 것은 아니고, SIC 플레이트로 이루어지는 것도 가능하다.

도 8(a)을 참조하면, 전극 플레이트(40)는 중앙 부위에 일정 간격으로 중심에서 바깥 방향으로 일정 간격을 두고 형성된 복수 개의 원주둘레를 따라 미세 직경으로 이루어진 유통구(42)가 형성되어 있다. 이러한 유통구(42)는 반응성 가스의 흐름을 보장하는 것으로, 이렇게 미세 직경으로 무수히 이루어진 이유는 반응성 가스가 하방에 위치한 웨이퍼에 보다 안정되고 균일한 속도와 밀도로 전달되기 위함이다.

이러한 전극 플레이트(40)의 유통구(42)가 형성된 외주 면 둘레에는 원형 형상으로서 일정 간격을 두고 복수 개로 형성된 관통구(41)가 형성되어 있다. 관통구(41)는 상기 링(20)의 체결홈(21)에 상응하는 구조로서 링(20)과 전극 플레이트(40)가 결합되었을 때 일직선으로 관통구(41)와 체결홈(21)이 이루어져 이에 스 크류(60)를 삽입 결합할 수가 있다.

도 8(b)을 참조하면, 관통구(41)는 단턱(41c)이 진 제 1,2 관통구(41a,41b)로 이루어져 있음을 알 수 있는데, 제 1 관통구(41a)는 제 2 관통구(41b)보다 직경이 작으며 제 1관통구(41a)의 직경이 코일(30)이 삽입된 후의 체결홈(21)의 내경과 일치한다.

이렇게 단턱(41c)에 의하여 서로 다른 직경을 가지게 한 이유는 스크류(60)가 삽입되었을 때 스크류(60)의 단부가 단턱(41c)에 결려 더 이상 내측으로 진입하지 못하게 함으로써, 행여 발생할 수 있는 과도한 스크류(60)의 진입으로 인한 링(20), 구체적으로는 체결홈(21)의 상부 내벽체가 파손되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

또한, 다시 도 4를 참조하면, 단턱(41c)의 표면에는 완충 필름(50)이 도포되어 있는 것을 확인할 수가 있다.

완충 필름(50)은 박막의 합성수지 재질로 이루어진 것으로서, 스크류(60)의 결합 시 스크류(60)의 단부와 단턱(41c) 사이에 위치하고, 스크류(60)의 단부 주위 부분과 관통구(41)의 내벽 사이에 스크류(60)의 체결 및 해제를 수차례 반복하는 경우로 인하여 기계적인 마모가 이루어짐에 따라 불필요한 틈이 발생하고 이러한 틈에 미세 입자, 특히 스크류(60)가 삽입되는 과정에서 전극 플레이트(40) 자체에서 발생될 수 있는 미세 실리콘 입자의 발생 및 내부 유입을 방지하도록 하는 것으로서, 단턱(41c)의 표면을 따라 링 형태로 형성되어 있다.

이러한 완충 필름(50)은 스크류(60)가 체결된 상태에서 에칭 프로세스 중 발 생하는 압력의 변화, 즉 50mtorr 내지 10torr의 압력 변화에 따른 물리적인 외부 압력이 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10)의 체결 구조에 전달될 때, 전극 플레이트(40)와 스크류(60)와의 접촉 부위에 압력이 갑작스럽게 증가하는 것을 방지하는 완충 역할을 하고, 또한 스크류(60)가 외압으로 인해 내측 수직 방향으로 밀리는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

완충 필름(50)은 고농도의 플라즈마 상태에서도 내구성, 내열성 및 절연 상태를 가질 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직한데, 특히 폴리이미드 계열로 이루어진 듀퐁사의 캡톤(kapton)필름을 사용하는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명에 따른 스크류(60)에 대한 상세구성을 도시한 측단면도와 평면도, 사시도이다.

스크류(60)는 링(20)과 전극 플레이트(40)의 결합을 이루게 하는 직접적인 결합 수단으로서, 특히 베스펠 스크류(vespel screw)로 이루어진 것이 바람직하다.

스크류(60)의 헤드(61) 부위에는 드라이버가 삽입되어 회전력을 전달받을 수 있는 홈(62)이 형성되어 있고 헤드(61) 부위는 헤드(61) 부위의 연장 라인과 수직하게 연장되어 있는 가이드(63) 부위보다 폭이 넓어 상기 헤드(61) 부위의 내측 단부가 단턱(41c), 구체적으로는 완충 필름(50)에 맞닿게 된다. 가이드(63)의 외측벽에는 나사산(64)이 형성되어 있어 링(20)의 체결홈(21)에 결합되어 있는 코일(30)과 나사산 결합을 이룰 수가 있다. 스크류(60)의 전체 길이는 관통구(41)를 지나 체결홈(21)의 상단부에 이르기까지의 길이와 상응하도록 이루어져 있다.

다시 도 3 내지 5를 참조하면, 링(20)의 리세스, 구체적으로는 제 2리세스(23b)에는 추가적으로 오링(O-Ring)(70)이 삽입되어 질 수 있다.

오링(70)은 링(20)과 전극 플레이트(40)가 체결된 상태에서 에칭 공정에 사용되는 반응성 가스와 RF 파워로 인한 플라즈마 이온 발생시에 링(20)과 전극 플레이트(40) 사이에 행여 발생할 수 있는 미세 틈으로 누설/유입됨으로써 불규칙한 플라즈마 상태가 발생되는 것을 방지하기 위한 밀폐 수단으로서, 링(20)과 전극 플레이트(40)의 접촉부위를 완벽하게 실링(sealing)하기 위한 기능을 제공하는 것이다.

오링(70)은 링(20)과 전극 플레이트(40)의 결합으로 인한 마찰력을 흡수할 수 있는 완충기능과 외압으로 인해 변형되는 것을 방지할 수 있는 기능을 동시에 제공하기 위하여 일정 탄성력과 강성을 보유한 고무(rubber) 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 따른 전극 어셈블리(10)는 특정한 결합 방식에 의하여 형성이 되는데, 하기에는 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10) 구조를 형성하는 방법에 대해 서술하기로 한다.

도 10은 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10) 구조를 형성하는 방법에 대한 개략적인 프로세스를 나타내는 순서도이다.

먼저, 링(20)의 제 1리세스(23a)에 일정 간격으로서 체결홈(21)의 형성을 위한 제 1 가공 단계로 시작한다. 즉, 링(20)의 제 1가공 단계는 코일(30)이 삽입될 수 있는 정도의 공간을 만들기 위해 링(20)에 절삭 작업을 하는 것으로, 바람직 하게는 코일(30)의 형상보다 작은 체적을 가진 홈을 대략적으로 형성하는 단계를 의미한다. 코일(30)의 형상보다 홈의 형상이 일단 작을 필요가 있는 것은 만일 홈이 벌크하게 가공되어 코일(30)의 형상보다 크게 이루어지게 되면 이를 보정해야 하는 별도의 작업이 이루어지거나 아예 보정 작업이 이루어지지 않게 되기 때문이다.

그 다음, 제 1가공 단계에 의해 형성된 홈을 정밀 가공하는 제 2 가공단계로 진입을 하여, 코일(30)의 외관 규격과 동일하게 절삭을 하여, 즉 울퉁불통한 나사산 구조를 가지는 코일(30)을 형상에 맞게 나사산을 형성한 체결홈(21)을 완성시킨다. 이 때, 체결홈(21)의 직경과 코일(30)의 외경은 오차범위 0.01 mm 이내로 정밀 제작되는 것이 중요하다.

제 2가공 단계를 통해 형성된 체결홈(21)은 코일(30)의 외경과 꼭 맞아떨어지도록 제작이 되기 때문에 물리적으로 체결홈(21)의 입구로 코일(30)을 밀어 넣으면 코일(30)이 원활하게 체결홈(21) 내에 들어가지 않거나 억지로 넣다가 체결홈(21) 주변 벽이 파손될 우려가 있다. 그렇다고 코일(30)의 외경보다 체결홈(21)의 직경이 약간이라도 더 크게 될 경우 코일(30)과 체결홈(21)이 견고하게 결합되지 못해 코일(30)이 체결홈(21)에서 이탈될 우려가 있다. 또한 공지의 화학 접착제를 사용한다 하더라도 연성의 링(20)과 강성의 코일(30)을 제대로 접착하지 않게 된다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 링(20)과 코일(30)의 결합 방법은 코일(30)을 상당히 낮은 온도로 냉각을 시켜 응축하게 한 다음 냉각응축 코일(30)을 체결홈(21)에 넣어 다시 상온으로 온도를 상승시켜 응축 상태를 해제하는 방식으로 체결홈(21)과 코일(30)의 밀착 결합관계를 이루도록 한다.

이를 구체적인 단계별로 설명하면, 냉매제로서 액체질소, 고체헬륨이 충진된 냉각 챔버 내에 코일(30)을 넣어 응축을 시킨다. 헬륨 내지 질소의 녹는점 내지 끊는점은 -150℃ 이하에서 형성이 되어 있기 때문에 충분히 낮은 온도에서 코일(30)은 냉각되기 시작하며, 물론 고체로 이루어진 코일(30)이 이러한 낮은 온도에서 눈에 띠게 수축 내지 응축이 되는 것은 아니지만 0.01mm 단위로 변이되는 수준으로 바라본다면 충분히 응축 효과를 볼 수가 있게 된다.

코일(30)이 냉각되는 냉각 챔버 내에는 코일(30)은 직경을 계측할 수 있는 계측기가 구비되어 있고, 계측기의 계측 표시는 바람직하게는 냉각 챔버 주변의 모니터 상에 출력되도록 하는 것이 작업자의 외부 확인 작업을 위해 필요하다.

이러한 계측기의 주변에는 코일(30)이 장착이 되어 있어 냉각 과정 중에 코일(30)이 응축되면서 변화된 응축 직경을 외부에서 확인하도록 한다.

응축 단계는 코일(30)의 외경이 체결홈(21)의 내벽에 절대 맞닿지 않을 정도, 즉 0.01 내지 0.05 mm 정도의 응축 효과를 볼 수 있을 정도까지 이루어진 다음, 미리 계측된 체결홈(21)과 맞닿지 않는 수치범위까지 코일(30)이 응축을 하면 곧바로 냉각 챔버에서 코일(30)을 조심스럽게 빼어 내어 체결홈(21)에 삽입을 시킨다.

이 때, 이미 코일(30)은 체결홈(21)의 내벽에 맞닿지 않을 정도로 응축이 되었기 때문에 원활하게 삽입이 이루어지게 되고, 체결홈(21) 내의 코일(30) 위치를 보정한 다음 상온에서 코일(30)이 체결된 링(20)을 보관한다. 이 경우, 냉각이 되었던 코일(30)은 자연적으로 원래 온도를 갖게 되며 억지로 가열수단이나 히터로 코일(30)이 결합된 링(20)을 가열하지 않는 것이 링(20)에 불필요한 열을 가하지 않는다는 이유로 바람직하다.

상온에 이른 코일(30)은 원래의 형상으로 팽창 복원이 되어 체결홈(21) 내에서 타이트한 밀착 결합을 이룰 수가 있게 된다.

이 후, 상온에 이른 링(20)을 초음파 세척기를 이용하여 증류수 내지 초순수 물로 적어도 10분 동안 세정을 시키고 건조한다.

링(20)을 세정하는 것은 코일(30)이 상온에 이르는 과정에서 주변의 습기와 결합이 되어 코일(30)의 표면에 결합되어 있는 수분의 증발 현상을 야기하여 불필요한 습기 내지 이물질이 남을 수 있기 때문이다.

코일(30)과 링(20)의 결합을 완료하면, 스크류(60)를 수용할 준비를 마치게 된다.

전극 플레이트(40)에는 미리 유통구(42) 및 관통구(41)와 완충 필름(50)이 형성되어 있고 이러한 공정은 공지 방식을 따르기 때문에 별도의 구멍 형성과정 내지 필름 적층 공정에 대한 설명은 생략하기로 한다.

링(20)과 전극 플레이트(40)의 결합을 위하여, 먼저 링(20)의 제 2 리세스(23b)에 오링(70)을 안착한 다음 제 1리세스(23a)에 전극 플레이트(40)를 안착시키고 전극 플레이트(40)의 관통구(41)과 링(20)의 체결홈(21)의 위치를 일치시킨다.

이 후, 전극 플레이트(40)의 관통구(41)를 통해 스크류(60)를 체결하여 나사산(64)을 따라 드라이버 등으로 조이기 시작하여 스크류(60)의 헤드(61) 하단이 관통구(41)의 완충 필름(50)에 맞닿을 때까지 조임 작업을 하면 최종적으로 링(20)과 전극 플레이트(40)의 체결이 완료된다.

이러한 구조와 형성 방법을 가진 본 발명에 따른 전극 어셈블리(10)는 전극 플레이트(40)가 링(20)에서 용이하게 탈착이 가능하여, 주로 플라즈마 상태에 직접적인 영향을 받는 전극 플레이트(40)가 제 기능을 발휘하지 않을 때 전극 플레이트(40)만을 스크류(60)를 해제하여 교체할 수 있기 때문에 원가 절감을 이룰 수가 있고 더불어 투피스의 문제점인 미세 틈 발생 우려 문제를 완벽하게 해결하여 원피스로 이루어진 전극 어셈블리와 동등한 기능을 발휘할 수가 있다.

본 발명에 따른 전극 어셈블리(10)는 미국 Lam 사 반도체 산화막 제거 설비인 Alliance 6 Oxide Body의 EXELAN 내지 EXELAN HPT 타입과 HP 타입 Alliance Body, 미국 AMAT 사 의 에칭 설비에 적용이 가능하고 기본적으로 고순도의 카본과 실리콘이 결합된 부품과 적용설비, 더불어 반동체 공정설비 내지 LCD, LED 제조설비에도 적용이 가능하다.

또한, 옥사이드 에칭공정에 사용되는 챔버 이외에, 니트라이드 에칭공정, 메탈 에칭 공정에서도 적용이 가능한 것도 물론이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리의 구조 및 전극 어셈블리를 형성하는 방법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리의 구조 및 전극 어셈블리를 형성하는 방법에 따르면,

1) 링에서 전극 플레이트의 교체가 자유롭기 때문에 원가 절감 및 교체 작업의 편리성을 제공할 수가 있고,

2) 연성의 링과 강성의 전극 플레이트를 화학 접착제를 사용하지 않고 물리적인 체결 방식에 의하여 견고하게 결합할 수 있어 화학적 변이 과정과 링의 손상이 없는 안전한 결합 상태를 보장할 수가 있으며,

3) 일반적으로 투피스로 이루어진 제품에서 예측될 수 있는 간극 발생의 문제점을 원천적으로 방지하여 고전도 상태 및 적절한 플라즈마 상태를 유지할 수가 있고,

4) 전극 어셈블리에서 이상 현상이 발생하였을 경우, 원인 분석 작업이 용이하다는 효과를 가진다.

Claims (11)

1. 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법으로서,

   링의 외주면을 따라 일정 간격으로 복수 개의 체결홈을 형성하는 제 1가공 단계;

   상기 체결홈을 코일의 형상과 일치하도록 정밀 절삭을 시행하는 제 2가공 단계;

   액체 질소 내지 헬륨을 냉매제로 하는 냉각 챔버에 코일을 투입하여 상기 코일의 외경이 상기 체결홈의 내벽에 맞닿지 않을 직경을 가질 때까지 냉각 응축시키는 응축 단계;

   응축된 코일을 상기 체결홈에 끼움 결합하는 수용 단계;

   코일이 결합된 링을 상온에서 방치하여 응축된 코일을 원상태로 환원하는 환원 단계;

   관통구가 형성된 전극 플레이트를 링의 일 측단에 밀착시키고 관통구와 체결홈의 위치를 일치시킨 다음, 스크류를 관통구와 체결홈에 삽입하여 링과 전극 플레이트의 나사산 결합을 이루는 결합 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는, 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 환원 단계 이후에는, 코일이 결합된 링을 초음파 세척기를 통해 증류수로 10분동안 세정하는 세정 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 에칭을 위한 이온 발생용 전극 어셈블리를 형성하는 방법.
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