KR100710704B1 - 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정 두께의 규소 원판으로 형성되고 0.5mm 이하의 미세한 다수의 관통 구멍들이 형성되는 플라즈마 챔버의 캐소드에 관한 것으로 반도체 웨이퍼의 플라즈마 공정에 사용되는 챔버 내부에 구성되는 캐소드의 내주면을 균일하게 가공하여 플라즈마 챔버의 내부로 가스를 안정적으로 유입시킬 수 있는 캐소드를 제공코자 하는 것으로, 캐소드의 상기 관통구멍 내주면을 가공하기 위한 것으로, 상기 캐소드(20)의 관통 구멍들의 배열과 같은 모양의 구멍배열을 가지며 마모성이 강한 지그를 구성하여 캐소드 상하부에 밀착 고정시킨 후, 착탈 가능하게 덮이도록 상부가 개방되고 내주면에 복수개의 분사노즐(31)이 일정 경사를 두고 내부로 향하여 형성되는 복수개의 분사기(30)가 본체(40) 상부에 소정 간격을 두고 설치되고, 상기 각 분사기(30)의 분사노즐(31)들이 콤프레셔(50)와 펌프(60)에 연통되게 연결되며, 각 분사기(30)의 하부에 연마용액이 저장되는 탱크(70)가 상기 펌프(60)에 연통되게 연결되어, 상기 캐소드(20)를 분사노즐(31)이 형성되는 분사기(30) 상부에 고정시키고, 상기 분사노즐(31)을 통해 일정 압력의 연마용액을 공기와 함께 분사시켜 연마용액이 상하 지그(a)를 통해 상기 캐소드의 관통구멍(21)들 내주면을 관통하며 내주면 표면을 연마하도록 하는 반도체 웨이퍼 가공용 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱방법과 장치이다.

지그, 분사기, 분사노즐, 연마용액, 탄화규소파우다, 펌프, 탱크

Description

플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱 방법과 장치{Method and Device for Polishing Plasma Chamber Cathode Holes}

본 발명은 반도체 웨이퍼의 플라즈마 공정 때 사용하는 플라즈마 챔버의 캐소드(cathode)에 관한 것으로서, 특히 에칭을 위한 플라즈마 공정시 가스가 관통되도록 되는 캐소드의 관통구멍 내주면을 정밀하게 가공하여 플라즈마를 이용한 반도체 웨이퍼의 에칭 공정 수율을 높임과 동시에 캐소드의 수명이 연장되도록 하는 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱방법과 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 에칭에 사용되는 캐소드는 도1과 도2에 도시되는 바와 같이, 일정 직경과 두께를 갖는 규소(si) 원판(10)으로 형성되고, 원판(10)에 원판(10)의 상면과 저면을 관통하는 관통구멍(hole)(11)들이 일정 간격을 두고 조밀하게 형성되어 있다.

이와 같이 구성되는 캐소드는 원형 단면의 기둥과 같이 제조되는 규소 선제를 절단기에 의해 일정 두께로 절단한 다음 표면과 외경을 가공하여 원판을 형성하고, 이렇게 가공된 원판을 다이아몬드 드릴을 사용하는 드릴링머신에 의해 0.5mm이내 직경의 관통구멍(11)들을 천공하며, 이렇게 형성된 원판(10)을 산이 저장된 탱크에 넣고 관통구멍(11)의 내주면을 부식시켜 완성한다.

상기와 같은 방법으로 제공된 캐소드는 원판(10)을 플라즈마 챔버에서 반도체소자의 상부에 설치하고 캐소드의 관통구멍(11)으로 가스를 관통시켜, 관통구멍으로 관통되는 가스가 반도체소자의 표면을 에칭을 하도록 한다.

이러한 종래의 플라즈마 챔버용 캐소드는 관통구멍(11)의 내주면을 산에 넣고 화학적인 반응에 의해 내주면을 부식시키는 방법을 사용하므로 인해, 도2에 도시된 바와 같이 일반적으로 내주면(21a)이 거칠게 형성된다. 이로 인해, 먼저 관통구멍(11)으로 관통되는 가스의 저항이 커지게 되고 가스의 유동상태가 횡방향으로 확산되게 되어 에칭을 정밀하게 완성할 수가 없었을 뿐만아니라 캐소드의 불균등한 관통구멍의 내주면에서 가스유입시 파티클이 발생하여 프라즈마 내부에 이물질이 유입되어 공정 수율을 높이는데 있어 문제점이 되고 있는 실정이다.

이러한 드릴링을 통한 연마의 문제점을 해결하고자 특허등록 제0299975호 ‘플라즈마 챔버의 전극 제조 방법’의 경우에는 다이아몬드드릴을 이용하지 아니하고 초음파를 이용하여 실리콘 재질의 캐소드 원판을 천공하는 것으로 자세히 설명하면 복수개의 팁들이 돌출 구성된 들릴링 플레이트에 실리콘재질의 원판을 대향시키고, 드릴링 플레이트 및 원판에 연마제를 공급하여 드릴링 플레이트에 초음파를 인가시키도록 하여 천공하는 방법으로서 드릴링에 사용되는 팁들의 연속되는 진동에 연마제 입자들이 원판을 천공하게 되는 것이다. 이상 초음파를 이용한 드릴링 기술은 드릴과는 분리되는 새로운 방법으로 기존의 다이아몬드드릴 사용자들의 경우 새로운 기자재와 기술을 사용하기 위한 자금의 투자가 선행되어야 하는 문제점 이 있다.

따라서 기존의 다이아몬드 드릴 기술을 사용하여도 미세하고 정밀한 플라즈마 챔버용 캐소드의 천공방법 또는 관통부를 미세하고 정밀하게 폴리싱 할 수 있는 기술과 방법이 절실히 필요한 실정이다.

도1은 일반적인 캐소드를 도시한 사시도 및 단면도

도2는 플라즈마 챔버의 캐소드를 통한 가스의 주입상태를 도시한 단면도

도3은 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드와 지그의 결합상황 단면도

도4는 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드 홀 가공장치를 도시한 개략도

도5는 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드홀 가공장치의 분사기를 나타내는 부분 단면도

도6은 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드 홀의 내주면을 확대한 사진
도7은 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 1차 드릴링 관통후의 캐소드 홀의 내주면을 확대한 사진

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20 : 캐소드 21:캐소드관통구멍 30 : 분사기

31 : 분사노즐 32 : 뚜껑 40 : 본체

50 : 콤프레셔 60 : 펌프 70: 탱크

a: 지그 1a : 지그관통구멍 21a : 내주면

도1은 일반적인 캐소드를 도시한 사시도 및 단면도이며, 도2는 플라즈마 챔버의 캐소드를 통한 가스의 주입상태를 도시한 단면도이고, 도3은 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드와 지그의 결합상황 단면도이고, 도4는 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드 홀 가공장치를 도시한 개략도이고, 도5는 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드홀 가공장치의 분사기를 나타내는 부분 단면도이고, 도6은 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 캐소드 홀의 내주면을 확대한 사진이며, 도7은 본 발명의 올바른 실시예를 보여주는 1차 드릴링 관통후의 캐소드 홀의 내주면을 확대한 사진으로서 본발명 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱방법과 장치를 상세히 설명하면,

도 4, 5에 도시되는 바와 같이 우선 드릴링머신에 의해 1차로 천공된 캐소드(20)를 분사노즐(31)이 형성된 홀가공장치의 분사기(30) 상부에 지그(a)를 통하여 고정시키는데, 이러한 지그(a)는 캐소드의 구멍 보다 크고, 구멍 위치, 배열, 구조 및 구멍수가 동일하게 맞대응 되도록 구멍이 천공된 내마모성이 강한 금속재로 구성되는 것으로, 1차 가공된 캐소드의 상하부에 각각의 구멍이 대응하게 하여 밀착시켜 분사기(30) 상에 구성시킨 다음, 안쪽 내부로 일정공간이 있고 지그(a)를 눌러 고정시키는 역할과 함께 분사액의 유출을 막을 수 있도록 본체 뚜껑(32)을 구성한다.

이상과 같이 캐소드(20)와 지그(a)가 착탈가능하게 덮이도록 상부가 개방되고 하부 내주면에 복수개의 분사노즐(31)이 일정 경사를 두고 내부로 향하여 형성되는 복수개의 분사기(30)가 본체(40)에 설치되고, 각 분사기(30)의 분사노즐(31)들이 각기 콤프레셔(50)와 펌프(60)에 연동되게 연결되며, 각 분사기(30) 하부의 본체(40) 내부에 연마용액이 저장되는 탱크(70)가 펌프(60)에 연동되게 설치되고, 지그관통구멍(1a)의 안내를 통해 캐소드(20)의 관통구멍(21)을 관통하여 외부로 누출된 연마용액이 회수용 유로에 의해 탱크(70)로 회수되도록 되어 있다.

여기에서, 분사기(30)는 상부에 투명한 커버가 결합되고 하부에 회수용 유로가 형성되는 외곽통이(도시생략) 본체(40) 내부에 설치되고, 분사기(31)의 상단부 외주면에 캐소드(20)를 고정시키는 지그(a) 외곽부를 고정하기 위한 클램프(도시생략)들이 결합되며, 상기 외곽통의 회수용 유로가 탱크(70)에 연동되게 연결된다.

이와같이 구성되는 본 발명의 폴리싱 방법을 설명하면 드릴링머신에 의해 관통구멍(21)들을 천공한 캐소드(20)를 분사기(30) 상부에 지그(a)를 통해 구멍을 일치시켜 클램프로 그 외곽부를 고정시킨 후 전원을 인가하면, 펌프(70)와 프레셔(50)가 구동되어 탱크(70)에 저장된 연마용액이 일정 압력으로 분사노즐(31)들을 관통하여 분사기(30) 내부로 압송되게 되며, 콤프레셔(50)에서 압송되는 고압의 공기가 분사노즐(31)들을 관통하며 압송되는 연마용액을 분사기(30) 내부를 향해 소정각도 상향으로 분사되게 된다.

한편, 이렇게 분사되는 연마용액은 분사기(30) 상부에 고정된 지그(a)의 관통구멍(1a)의 안내로 캐소드(20)의 관통구멍(21)들을 관통하며 그 내주면(21a)에 마찰에 의한 연마작용을 하게 되며, 관통구멍(21)을 관통한 용액은 외곽통으로 수집된 후 회수용 유로를 통해 탱크(70)로 유동되어 다시 순환하게 된다. 이러한 캐소드의 관통구멍(21)의 폴리싱 작업 시 지그(a)는 분사기(30)를 통해 분사되는 용액이 캐소드(20)의 관통구멍(21)으로 용이하게 안내되도록 할 뿐만 아니라, 연마가 필요없는 캐소드의 부분은 지그(a)자체가 결합되어 고정됨으로 불필요한 연마가 이루어지지 않도록 보호하는 작용도 하는 것이다.

또한 본 발명은 연마용액의 입자가 상이한 동일한 복수 단계에 의해 관통구멍 내주면을 보다 정밀하게 연마할 수 있도록 다수의 반복공정이 가능하여, 입자 크기가 점점 미세한 연마제가 포함된 연마용액에 의해 정밀한 내주면 가공을 하여 도 7에 도시되는 바와 같이 내주면이 아주 매끄러운 상태가 되도록 구성할 수 있는 것이다.

한편 상기 홀 가공장치의 공정은 통상 4단계 이상의 다수단계로 하고 연마용액은 물과 탄화규소 (SIC)파우다 및 절삭유를 10:2:1 정도의 비율로 혼합하여 만드는 일반적인 연마용액으로, 반복공정시 연마제 입자의 크기를 단계별로 조절하여 최종적인 폴리싱 작업의 탱크(70)에 투입되는 탄화규소파우다의 입자 크기는 6000메쉬 이상의 미세연마제를 선택하여 도 6에서 보여 지는 것과 같은 완벽한 폴리싱 공정이 이루어지도록 하는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해,

덮개로 상부가 개방되는 본체의 내부공간의 하부에 콤프레셔(50)와 펌프(60)에 연동되는 분사기(30)에 다수의 분사노즐(31)들을 설치하고, 각 분사기(30)의 하부에 연마용액이 저장되는 탱크(70)가 상기 펌프(60)에 연동되게 연결하고, 다이아몬드 드릴로 1차로 천공된 캐소드(20)를 지그(a)로 고정시킨 후, 분사노즐(31)이 형성되는 분사기(30) 상부에 고정하여 일정 압력의 연마용액을 공기와 함께 분사시켜 연마용액이 상하 고정 지그(a)를 통해 상기 캐소드의 관통구멍(21)의 내주면(21a)을 관통하며 폴리싱 할 수 있는 장치와 방법을 통하여 캐소드를 통한 가스의 분사 시 저항을 최소화하여 반도체 웨이퍼의 에칭을 정밀하게 할수 있도록 함과 동시에 캐소드의 수명을 연장시키고 챔버 내부의 오염을 최소화 할 수 있는 캐소드를 제공함에 기술적 과제를 두고 창안하였다.

상기와 같은 방법과 구성으로 이루어진 본 발명을 통하여 플라즈마 챔버용 캐소드에 형성되는 관통구멍의 내주면을 상기와 같이 구성되는 장치와 방법으로서 연마용액에 의해 정밀하게 가공하여 그 내주면이 매끄럽도록 하므로 플라즈마 챔버의 가스 유입시 유체의 유동상태가 안정되고 저항이 줄어들도록 하여 반도체소자에 형성되는 에칭상태가 정밀하도록 하고, 관통구멍 내경의 변형이 억제되어 캐소드의 수면이 연장되도록 하며, 그 설비가 간단하고 공해물질 발생을 억제시켜 원가를 절감할 수 있도록 하고 환경오염 원인도 줄이는 과히 그 기대되는 효과가 큰 발명이라 하겠다.

Claims (6)

1. 일정 두께의 규소 원판으로 형성되고 0.5mm이내 직경의 관통구멍(21)들이 형성되는 반도체 웨이버 가공용 플라즈마 챔버의 캐소드의 관통 내주면을 가공함에 있어서,

   상기 캐소드(20)를 분사노즐(31)이 형성되는 분사기(30) 상부에 지그(a)를 이용하여 고정시키고, 상기 분사노즐(31)을 통해 일정압력의 연마용액을 공기와 함께 분사시켜 연마용액이 상기 캐소드의 관통구멍(21)의 내주면(21a)을 관통하며 내주면 표면을 연마하도록 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱방법.
2. 일정 두께의 규소 원판으로 형성되고 0.5mm이내 직경의 관통구멍(21)들이 형성되는 반도체 웨이버 가공용 플라즈마 챔버의 캐소드의 관통 내주면을 가공하는 장치에 있어서,

   상기 캐소드(20)가 착탈 가능하게 덮이도록 상부가 개방되고 내주면에 복수개의 분사노즐(31)이 일정 경사를 두고 내부로 향하여 형성되는 복수개의 분사기(30)가 본체(40) 상부에 소정 간격을 두고 설치되고, 착탈이 가능한 지그(a)와 상기 각 분사기(30)의 분사노즐(31)들이 콤프레샤(50)와 펌프(60)에 연동되게 연결되며, 각 분사기(30)의 하부에 연마용액이 저장되는 탱크(70)가 상기 펌프(60)에 연동되게 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱장치
3. 제1항에 있어서,

   연마용액은 물과 탄화규소(SiC)파우다 및 절삭유를 혼합하여 만드는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱방법
4. 제1항에 있어서,

   지그(a)는 다이아몬드드릴로 천공된 캐소드(20)의 구멍(21)과 지그의 관통부(1a)가 일치하도록 하여 상하부면으로 일착 대응시켜 캐소드(20)를 고정시키는 것으로 구멍의 크기가 캐소드의 관통면보다 크게 구성되는 구멍(1a)을 가지는 원판형의 금속제인 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱방법
5. 제1항에 있어서,

   연마제의 크기를 다르게 하여 반복하여 캐소드의 내주면을 폴리싱하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 챔버 캐소드의 관통구멍 폴리싱방법
6. 삭제

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