KR100708321B1 - 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 식각장비의 캐소드 전극 결합구조에 관한 것으로, 원판형상을 가지며, 그 원판상의 중앙부에 위치하는 다수의 가스 분배홀 및 그 주변부에 다수의 테이퍼 체결공을 구비하는 실리콘 전극과; 링 형상이며, 그 링의 일면에 상기 테이퍼 체결공과 대향하는 위치에 마련된 다수의 결속기재 삽입공을 구비하는 그라파이트 전극과; 일부가 노출되도록 상기 그라파이트 전극에 삽입 고정되고, 그 노출된 부분이 상기 실리콘 전극 또는 그라파이트 전극의 회전에 의해 테이퍼 체결공에 삽입 고정되는 결속기재를 포함하여 구성된다. 이와 같은 본 발명은 기계적인 체결수단을 이용하여 실리콘 전극과 그라파이트 전극을 체결하되, 실리콘 전극과 그라파이트 전극이 상호 평행하게 체결될 수 있도록 하여, 식각 가스를 균일하게 공급할 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조{Cathode electrode geometry for plasma etching device}

도 1은 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조의 일실시예에 따른 실리콘 전극의 평면도 및 A-A'방향 단면도이다.

도 2는 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조의 일실시예에 따른 그라파이트 전극의 평면도 및 A-A'방향 단면도이다.

도 3은 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조의 일실시예에 따른 체결기재의 정면 구성도이다.

도 4는 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조 일실시예의 단면 구성도이다.

도 5는 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조의 일실시예에 따른 실리콘 전극의 수평홈 구성도이다.

도 6은 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조의 일실시예에 따른 회전 결합 상태 모식도이다.

도 7은 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조의 다른 실시예 단면 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100:실리콘 전극 110:가스 분배홀

120:체결공 200:그라파이트 전극

300:체결기재

본 발명은 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조에 관한 것으로, 특히 균일한 식각 가스의 공급을 위한 실리콘 전극과 고주파 전력이 공급되는 그라파이트 전극을 기계적 결합수단에 의해 결합할 수 있는 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조에 관한 것이다.

일반적으로, 플라즈마 식각장치는 하부 전극인 애노드 전극(Anode Electrode)에 반도체 기판을 실장시키고, 상부 전극인 캐소드 전극(Cathode Electrode)측에서의 균일한 식각 가스의 공급과 두 전극 간의 전압차에 의해 플라즈마를 형성하고, 그 식각 플라즈마를 이용하여 반도체 기판의 식각 대상 막을 식각하는 장치이다.

상기 캐소드 전극은 링(Ring) 형상의 그라파이트 전극(Graphite Electrode)과, 다수의 가스 분배홀을 구비하는 원판 형상의 실리콘 전극(Silicon Electrode)을 포함한다.

상기 실리콘 전극은 순수한 Si일 수 있으며, SiC를 사용할 수 있다.

상기 그라파이트 전극에는 플라즈마의 형성을 위한 RF(Radio Frequency) 전력이 인가되며, 상기 실리콘 전극의 가스 분배홀을 통해 장비 내에 균일하게 식각 가스의 공급이 가능한 구조이다.

종래에는 실리콘 전극과 그라파이트 전극 간의 결합을 위하여 나사를 이용하 거나, 접착제를 이용하여 두 전극을 접합하였다.

그 예로 등록특허공보 제0329974호에는 탄성중합체를 이용하여 실리콘 전극과 그라파이트 전극을 접합한 기술이 기재되어 있다.

그러나 이와 같은 탄성중합체를 이용하여 두 전극을 결합하는 경우, 장시간 플라즈마에 노출된 탄성중합체의 결합력이 저하되어, 디본딩(Debonding) 현상이 발생될 수 있다.

상기 탄성중합체의 디본딩 부분으로 식각 가스가 유입되는 경우, 불균일한 식각 가스의 공급이 이루어지게 되며, 이는 식각공정의 균일도를 저하시키는 문제점이 있었다.

또한, 등록실용신안공보 제0157367호에는 볼트 체결을 통해 실리콘 전극과 그라파이트 전극을 결합시킨 기술이 기재되어 있다.

그러나 다수의 볼트를 이용하여 두 전극을 체결하는 경우, 두 전극을 완전히 평행하게 결합하는 것이 용이하지 않으며, 두 전극 사이로 식각 가스가 유출될 수 있다.

또한, 실리콘 전극이 평행하게 고정되지 않는 경우, 상기 애노드 전극과의 부분적인 전위차가 발생하며, 가스 분배홀이 경사지게 되어 균일한 식각 가스의 공급이 용이하지 않아, 플라즈마를 이용한 식각공정이 균일하지 않은 문제점이 있었다.

그리고, 다수의 볼트를 이용하기 때문에 실리콘 전극과 그라파이트 전극을 결합하는데 시간이 많이 소요되며, 실리콘 전극의 교체 등을 위해 해체작업의 시간 도 많이 소요된다.

이와 같은 소요시간의 증가는 전체 반도체 공정에 영향을 줄 수 있으며, 수율을 저하시키는 요인이 된다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 장시간 식각 플라즈마에 노출되어도 디본딩 현상이 발생하지 않으며, 실리콘 전극과 그라파이트 전극을 완전한 평형상태로 용이하게 결합할 수 있는 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 원판형상을 가지며, 그 원판상의 중앙부에 위치하는 다수의 가스 분배홀 및 그 주변부에 다수의 테이퍼 체결공을 구비하는 실리콘 전극과, 링 형상이며, 그 링의 일면에 상기 테이퍼 체결공과 대향하는 위치에 마련된 다수의 결속기재 삽입공을 구비하는 그라파이트 전극과, 일부가 노출되도록 상기 그라파이트 전극에 삽입 고정되고, 그 노출된 부분이 상기 실리콘 전극 또는 그라파이트 전극의 회전에 의해 테이퍼 체결공에 삽입 고정되는 결속기재를 포함한다.

또한 본 발명은 중앙부에 다수의 가스 분배홀이 마련되며, 외주면의 일부에 제1나사결합부재를 구비하는 실리콘 전극과, 상기 실리콘 전극의 외주면에 접하는 내주면 일부에 상기 외주면의 제1나사결합부재와 결합되는 제2나사결합부재를 구비하는 링(ring) 형상의 그라파이트 전극을 포함한다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시 예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예1>

도 1은 본 발명 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조에 따른 바람직한 실시예의 실리콘 전극의 평면 투시도 및 A-A'방향 단면도이다.

이를 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 실리콘 전극(100)은 원판 형상의 중앙부에 다수의 가스 분배홀(110)이 마련되어 있으며, 그 실리콘 전극(100)의 가장 자리에는 다수의 체결공(120)이 마련된다.

상기 체결공(120)은 그 실리콘 전극(100)의 전면으로부터 배면측으로 소정깊이 형성된 수직홈(121)과, 그 수직홈(121)의 끝에서 수직된 일방향으로 위치하는 수평홈(122)을 포함한다.

상기 수평홈(122)은 그 수직홈(121)으로부터 멀어질수록 면적이 감소하는 테이퍼(taper) 형상을 나타낸다.

상기 다수의 체결공(120)의 수평홈(122)들은 그 실리콘 전극(100)의 중앙을 중심으로 일측의 회전방향으로 마련된다.

상기 체결공(120)은 적어도 2개 이상이며, 바람직하게는 4개 또는 5개가 등간격으로 실리콘 전극(100)의 주변부에 구비된다.

상기 실리콘 전극(100)은 Si 또는 SiC를 사용할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 그라파이트 전극의 일실시 평면도 및 그 A-A'방향 단면도이다.

이를 참조하면 본 발명에 따르는 그라파이트 전극(200)은 링 형상이며, 배면부에 단차가 마련되고, 그 단차가 높은 부분에 상기 실리콘 전극(100)의 체결공(120)에 대향하는 체결기재 삽입공(210)을 구비한다.

상기 체결기재 삽입공(210)의 내주면에는 나사결합이 가능하도록 나사결합부재가 마련될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따르는 체결기재(300)의 정면도이다.

이를 참조하면 체결기재(300)는 상기 체결기재 삽입공(210)에 삽입되는 삽입부재(310), 그 삽입부재(310)의 중앙상부에 위치하며 삽입부재(310)에 비하여 직경이 작은 원주형상인 끼움부재(320), 상기 끼움부재(320)의 상부에 위치하며 그 끼움부재(320)에 비해 직경이 큰 원주형상인 이탈방지부재(330)를 포함한다.

상기 삽입부재(310)는 상기 체결기재 삽입공(210)의 직경과 동일한 직경을 가지며, 그 체결기재 삽입공(210)의 깊이와 동일한 높이를 가지는 것이 바람직하며, 체결기재 삽입공(210)과의 나사결합을 위해 외주면에 나사결합부재를 더 포함할 수 있다.

도 4는 상기 체결기재(300)를 이용하여 상기 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)을 결합한 상태의 단면도이다.

이를 참조하면 상기 그라파이트 전극(200)의 체결기재 삽입공(210)에 체결기재(300)의 삽입부재(310)를 삽입 고정시키고, 돌출되는 이탈방지부재(330) 및 끼움부재(320)가 상기 실리콘 전극(100)의 체결공(120)에 삽입되도록 한 후, 그 실리콘 전극(100)을 회전시켜, 상기 끼움부재(320)가 체결공(120)의 수평홈(122)에 끼워지 도록 한 상태이다.

이때, 이탈방지부재(330)에 의하여 체결된 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)은 상하로 분리되지 않으며, 상기 수평홈(122)의 형상이 테이퍼 형상이므로 회전에 의해서도 쉽게 이탈되지 않는다.

도 5는 수직홈(121) 측에서 본 수평홈(122)의 구조도이다.

이를 참조하면 수평홈(122)은 수직홈(121)에서 멀어질수록 그 홈의 면적이 감소하는 형상을 나타낸다.

상기 홈의 면적 감소는 실리콘 전극(100)의 전면부와 수평홈(122) 접하는 면, 즉 상기 끼움부재(320)가 끼워지는 수평홈(122)과 실리콘 전극(100)의 표면이 이루는 부분의 두께에 차이가 있기 때문이다.

상기와 같이 수평홈(122)이 테이퍼 형상을 가지기 때문에 상기 이탈방지부재(330)는 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)의 회전 결합에 의해 더욱 수평홈(122)에 견고하게 고정될 수 있다.

도 6은 상기 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)이 체결기재(300)에 의해 회전 결합되는 상태의 단면 모식도이다.

상기 체결기재(300)의 끼움부재(320)는 상기 실리콘 전극의 수평홈(122)에 끼워지며, 상기 이탈방지부재(330)은 그 수평홈의 내측에서 점차 면적이 줄어드는 테이퍼 홈에 의해 밀착 고정된다.

이때, 견고한 결합을 위하여 유압을 이용하는 기계적인 수단으로 상기 그라파이트 전극(200)을 고정한 상태로 실리콘 전극(100)을 회전시키도록 할 수 있다.

상기와 같은 테이퍼 결합에 의하여 상기 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)은 상호 완전한 수평을 이루어 밀착된 상태로 결합되어, 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)의 사이로 식각 가스가 유출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 실리콘 전극(100)이 수평을 이루어 가스 분배홀(110)을 통해 균일한 식각 가스를 공급할 수 있게 된다.

아울러 탄성중합체 등의 접착수단을 사용하지 않음으로써, 장시간 동안 사용하는 경우에도 디본딩 현상이 발생하지 않게 된다.

<실시예2>

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조 단면도이다.

이를 참조하면, 실리콘 전극(100)의 외주면 일부에는 나사결합부재(130)을 가지며, 이와 대향하는 그라파이트 전극(200)의 내주면 일부에도 나사결합부재(220)가 구비되어 있다.

상기 그라파이트 전극(200)의 단면 형상을 상기 나사결합부재(220) 부분의 단차가 다른 부분에 비하여 높게 위치한다.

또한, 상기 그라파이트 전극(200)과 실리콘 전극(100)의 체결위치를 고정하기 위하여 상기 나사결합부재(220)의 하측 내주면에는 단턱이 마련되어 있다.

즉, 상기 그라파이트 전극(200)이 고정된 상태로 실리콘 전극(100)을 회전시켜, 그 실리콘 전극(100)의 나사결합부재(130)와 그라파이트 전극(200)의 나사결합부재(220)를 체결하며, 그 실리콘 전극(100)의 가장자리 부분을 상기 그라파이트 전극(200)의 단턱에 밀착시켜, 상기 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)이 평행한 상태가 되도록 그 위치를 고정시킨다.

상기 실시예2의 구조는 다른 체결기재를 사용하지 않고도 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)을 밀착시켜 고정시킬 수 있는 장점이 있다.

이와 같이 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)을 나사결합으로 고정시킨 경우 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)은 상호 완전한 수평을 이루어 밀착된 상태로 결합되어, 실리콘 전극(100)과 그라파이트 전극(200)의 사이로 식각 가스가 유출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 실리콘 전극(100)이 수평을 이루어 균일한 식각 가스를 공급할 수 있게 된다.

아울러 탄성중합체 등의 접착수단을 사용하지 않음으로써, 장시간 동안 사용하는 경우에도 디본딩 현상이 발생하지 않게 된다.

상기 실시예1과 실시예2를 통해 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 접착수단을 이용하는 방식에 비하여 보다 장기간 동안 사용할 수 있다.

또한 나사를 이용한 기계적 체결방식에 비해 실리콘 전극을 수평인 상태로 체결 및 유지가 가능하며, 체결과 해체가 용이한 장점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 기계적인 체결수단을 이용하여 실리콘 전극과 그라파이트 전극을 체결하되, 실리콘 전극과 그라파이트 전극이 상호 평행하게 체결될 수 있도록 하여, 식각 가스를 균일하게 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 실리콘 전극과 그라파이트 전극을 회전시켜 체결하고, 그 체결방향과 반대의 방향으로 회전시켜 체결 상태를 해체할 수 있도록 구성되어, 실리콘 캐소드의 설치 및 해체 작업시간을 줄일 수 있으며, 장비의 유지 보수 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 기계적인 체결수단을 사용하여 장기간 식각 플라즈마에 노출이 되는 경우에도 그 실리콘 전극과 그라파이트 전극의 결합부분에서 식각 가스의 누설이 발생되지 않도록 함으로써, 보수 없이 연속적으로 사용할 수 있는 기간을 증가시키며, 장치 및 식각공정의 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 원판형상을 가지며, 그 원판상의 중앙부에 위치하는 다수의 가스 분배홀 및 그 주변부에 다수의 테이퍼(taper) 체결공을 구비하는 실리콘 전극;

   링(ring) 형상이며, 그 링의 일면에 상기 테이퍼 체결공과 대향하는 위치에 마련된 다수의 결속기재 삽입공을 구비하는 그라파이트 전극; 및

   일부가 노출되도록 상기 그라파이트 전극에 삽입 고정되고, 그 노출된 부분이 상기 실리콘 전극 또는 그라파이트 전극의 회전에 의해 테이퍼 체결공에 삽입 고정되는 결속기재를 포함하는 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조.
2. 제1항에 있어서, 실리콘 전극의 재질은 Si 또는 SiC인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조.
3. 제1항에 있어서, 실리콘 전극의 체결공은 상기 실리콘 전극의 전면 표면으로부터 중앙부측으로 마련된 수직홈; 및

   그 수직홈의 측면에서 일방향으로 그 실리콘 전극의 전면 표면과 평행한 방향으로 마련되며, 그 수직홈에서 멀어질수록 홈의 단면 면적이 감소하는 수평홈을 포함하는 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조.
4. 제1항에 있어서, 상기 체결기재는 상기 체결기재는 삽입공에 삽입되는 삽입 부재;

   그 삽입부재의 중앙상부에 위치하며 삽입부재에 비하여 직경이 작은 원주형상인 끼움부재; 및

   상기 끼움부재의 상부에 위치하며 그 끼움부재에 비해 직경이 커, 상기 체결공에 체결된 상태를 유지하는 이탈방지부재를 포함하는 플라즈마 식각장치의 캐소드 전극 결합구조.
5. 삭제
6. 삭제

Images