KR100744639B1 - 실리콘 단일재질의 플라즈마 챔버 캐소드 및 아웃링 - Google Patents

실리콘 단일재질의 플라즈마 챔버 캐소드 및 아웃링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 단일재질의 플라즈마 챔버 캐소드 및 아웃링에 관한 것으로서,
반도체 웨이퍼의 플라즈마 공정에 사용되는 전압장치인 애노드가 R.F가스의 압력으로 인해 변형을 가져오고 애노드의 하부에 연결 구성된 캐소드도 같이 연동 변형하여야 하는데 상기 캐소드의 재질은 실리콘(Silicon)과 그레파이트(Graphite)를 엘라스토머 본딩하여 구성되어 애노드의 변형에 따른 유기적 연동이 이루어지지 않아 애노드와 캐소드 및 아웃링과 결합하는 볼트가 깨지고 이탈되는 등의 훼손이 쉽게 일어나고, 그레파이트의 소재는 쉽게 파티클이 발생하는 등의 불량현상을 해소하고자. 캐소드를 실리콘의 단일재질로 구성하고 내부로 원형의 홈 및 홈선을 구성, 플레이트 및 링을 삽입하여 홈과 플레이트 및 링의 사이에 소정의 공간부를 구성하여 애노드의 변형에 따라 캐소드의 연동이 쉽게 이루어지며 파티클의 발생을 억제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 캐소드에 관한 것이다.
캐소드, 애노드

Description

실리콘 단일재질의 플라즈마 챔버 캐소드 및 아웃링{Silicon one matter of plasma chamber cathode and outring}
도 1은 종래의 캐소드의 변형을 보여주는 단면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시의 예를 보여주는 단면도
도 3은 본 발명의 캐소드의 바람직한 결합상태를 보여주는 사시도
도 4는 본 발명의 아웃링의 바람직한 결합상태를 보여주는 사시도
도 5는 본 발명의 바람직한 실시의 예를 보여주는 사시도
도 6은 본 발명의 또 다른 형태의 아웃링의 구성을 보여주는 사시도
■ 도면의 주요부분에 사용된 주요부호의 설명 ■
10 : 캐소드 20 : 링 홈선
30 : 플레이트 홈 40 : 관통구멍
50 : 볼트 홈 60 : 플레이트
70 : 링 80 : 아웃링
90 : 아웃링 플레이트 홈 100 : 아웃링 플레이트
110 : 볼트 120 : 애노드
130 : 작은 홈
본 발명은 실리콘 단일재질의 플라즈마 챔버 캐소드 및 아웃링에 관한 것으로,
종래의 기술을 살펴보면 츨원번호 10-2005-0014324는 처리기판상에 차례로 적층한 캐소드 전극층, 절연층 및 게이트 전극층을 구비하고 이 절연층에 형성한 홀의 저부에 카본계(흑연) 에미터를 마련함과 아울러 상기 게이트 전극층에 게이트홀 개구부를 형성한 캐소드 기판으로써, 상기 게이트홀 개구부를 절연층의 홀의 개구 면적보다 작은 면적을 가지는 복수개의 개구로 구성하고 각 개구를 카본계(흑연) 에미터에 대향하여 절연층의 홀 바로 위에 밀집, 바람직하게는 균일하게 밀집시킨 것을 특징으로 하는 것이다.
즉 반도체 웨이퍼의 에칭공정에 사용되는 캐소드의 재질은 흑연과 실리콘을 엘라스토머 본딩되는 것으로써 상기의 흑연은 탄소로 이루어져 탄소 자체는 전류를 증가시키는 성질을 가지고 있지만 웨이퍼 표면에 파티클의 요소가 되어 불량 및 생산수율을 저하시킬 뿐 아니라 에노드와 캐소드를 통한 플라즈마의 양과 질의 저하 를 가져오게 하였다. 이에 캐소드의 재질을 실리콘으로 일체시켜 제작하면 좋겠지만 실리콘의 성질은 유연성이 낮고 변형이 쉽게 이루어지지 않아 연결 결착되는 에노드가 가스의 압력에 따라 변형될 때 캐소드가 이에 대응하여 연동 되지 않아 애노드와 캐소드에 체결된 볼트가 이탈 및 파손되거나 캐소드의 손상이 있을 수 있어 불가능하였다. 이에 파티클을 유발하지 않는 재질인 실리콘으로 캐소드를 구성하면서도 애노드의 변형에 따라 쉽게 연동 변형되는 구조로 구성되는 캐소드의 개발이 절실히 요구되고 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로,
통상적으로 캐소드의 재질은 실리콘과 흑연이 엘라스토머 본딩되어 구성되므로 흑연 및 엘라스토머가 웨이퍼의 표면에 파티클을 일으키는 요소가 되어 수율이 떨어지고 캐소드를 거친 플라즈마의 질의 저하를 가져왔다. 이에 캐소드를 실리콘 일체형으로 구성하고 실리콘의 단일재질은 탄성이 극히 적어 변형되지 않는 점을 보완하고자 캐소드에 원형의 홈 및 홈선을 구성, 플레이트 및 링을 삽입하여 홈과 플레이트 및 링의 사이에 소정의 공간부가 생기도록 구성하고 상기 공간부로 인해 캐소드와 볼트 체결된 애노드의 변형에 따라 캐소드의 연동이 쉽게 이루어지도록 구성된 것으로 탄성을 유지하면서도 파티클의 발생요소를 제거하여 웨이퍼공정의 수율을 높이는데 그 기술적 과제를 두고 발명하였다.
본 발명의 구성 및 작용을 살펴보면,
캐소드(10)의 상부에 다수의 원형 홈 및 홈선을 구성하고, 상기 홈 및 홈선에 플레이트(60) 및 링(70)을 구성하여 삽입하여 상기 캐소드(10)의 홈, 홈선과 플레이트(60) 및 링(70)의 사이에 소정의 공간부가 생성되어 틈으로 인해 캐소드(10)와 볼트(110) 체결된 애노드(120)의 변형에 따라 파티클이 발생하지 않으면서도 캐소드(10)의 연동이 쉽게 이루어지도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
도 1은 종래의 캐소드의 변형을 보여주는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시의 예를 보여주는 단면도이며, 도 3은 본 발명의 캐소드의 바람직한 결합상태를 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 아웃링의 바람직한 결합상태를 보여주는 사시도이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시의 예를 보여주는 사시도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 형태의 아웃링의 구성을 보여주는 사시도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 도 1에 보여지는 바와 같이 통상적인 에칭의 공정은 챔버내에 H.F 가스를 공급하고 볼트(110)로 체결되어진 애노드(120)와 캐소드(10) 상하전극에 전압을 걸어 애노드(120)와 캐소드(10)의 관통구멍(40)을 통과하는 플라즈마를 형성하고 그 플라즈마로 하여금 웨이퍼의 표면을 선택적으로 필요한 부분만 제거하는 공정으로써 상기 캐소드(10)의 재질은 실리콘(10a)과 흑 연(10b)을 본딩한 것으로 흑연은 뛰어난 전기적 특성으로 인해 캐소드(10)의 재질로 사용되어 왔지만 웨이퍼 표면에 파티클을 일으켜 수율을 떨어뜨려 불량률을 높이고 생산성이 떨어지는 단점이 있었다.
이에 캐소드(10)를 실리콘 일체형으로 구성하는바, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 애노드(120)의 주 재질은 알루미늄으로 되어있고 알루미늄은 약한 압력 및 온도라도 휘기 쉬운 연성의 기계적 성질을 띠고 있다. 실리콘재질만으로 이루어진 단순 원판형의 캐소드를 구성할 경우 챔버내로 흘러들어가는 H.F 가스의 압력에 애노드(120)는 변동되고 애노드(120) 하부에 볼트(110) 체결되어진 캐소드(10)는 실리콘의 특성상 탄성율이 극히 낮아 애노드(120)와 같이 연동 변형되지 못해 애노드(120)와 캐소드(10)에 체결되어진 볼트(110)가 깨지거나 공극이 발생되어 애노드(120)나 캐소드(10)의 내부 손상이 있어왔다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 탈피하고자 도 3에 도시된 바와 같이 일정 직경과 두께를 갖는 씽글크리스탈소재의 실리콘 원판으로 일정간격을 두고 관통구멍(40)이 조밀하게 구성된 캐소드(10)에 소정 넓이와 깊이를 가진 다수개의 원형의 링 홈선(20) 및 플레이트 홈(30)을 구성한다. 이는 홈선 및 홈을 구성함으로써 홈선 및 홈의 공간때문에 애노드(120)의 휨에 따라 캐소드(10)도 쉽게 연동될 수 있도록 하기 위한 것이다. 그러나 에칭공정에 있어 챔버내의 진공은 정밀함을 요구됨으로써 캐소드(10)의 홈선 및 홈이 생김으로 인해 진공의 공간이 늘어나 진공압력을 떨어뜨리고 가스의 이동을 저하시켜 플라즈마의 질이 떨어지는 현상이 발생할 수도 있으므로 이를 보완하기 위하여서는 캐소드에 구성되는 홈 및 홈선과 같은 형상으로 플레이트(60) 및 링(70)을 구성하여 상기 플레이트(60) 및 링(70) 표면에 캐소드(10)의 표면과 같은 관통구멍(40)을 형성하여 캐소드 홈 및 홈선에 삽입, 안착시켜 구성한다. 또한 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 캐소드 홈 및 홈선보다 플레이트(60) 및 링(70)의 넓이와 두께를 작게 구성하여 캐소드 홈에 플레이트(60) 및 링(70)이 삽입, 안착되더라도 소정의 공간부가 구성되게 하여 캐소드가 연동될 시 휨 발생이 용이하도록 한다. 즉, 상기 애노드(120)와 캐소드(10)는 통상의 결착방법인 볼트(110)로 결착 구성함으로 캐소드의 홈, 홈선의 공간부로 인해 애노드(120) 변형에 같이 캐소드(10)도 연동변형 될 수 있게 구성하였다. 또한 캐소드 링 홈선(20) 및 플레이트 홈(30)으로 인한 생성된 공간에 링(70) 및 플레이트(60)를 삽입 안착함으로써 기존의 챔버내의 최적화된 진공압력의 변화를 최소화하도록 구성되었다.
상기 캐소드(10)의 외부에 위치하여 애노드(120)를 통해 이동되는 R.F가스를 캐소드(10)내로 투입 및 외부로의 배출을 돕는 아웃링(80)의 구성에 있어서도 그 재질은 씽글크리스탈재질의 실리콘과 폴리크리스탈재질의 실리콘으로 구성하되(폴리크리스탈재질의 실리콘으로는 가공상 400파이 이상의 경우 원판형으로 만들기 어렵다.) 씽글크리스탈재질의 실리콘은 일체형으로 구성하고 하부로 결착되는 폴리크리스탈재질의 실리콘은 분할하여 구성하여 상호 결착함으로 전체적으로 링이 되도록 구성하고 아웃링(80)이 형성되는 위치는 캐소드(10)의 외부에 걸쳐 감싸는 형태 로 애노드(120) 원판의 중심에 R.F가스의 압력을 집중적으로 받아 애노드(120) 원판의 중심에서 휨이 일어나는데 원의 가장자리에 위치한 아웃링(80)은 더 심하게 휨이 일어났다. 이에 상기 캐소드(10)의 링 홈(20)과 같은 전체적인 원형의 형태로 홈을 구성하면서 상기 캐소드(10)의 플레이트(60)와 같이 표면에 아웃링 플레이트 홈(90)을 구성하고 아웃링 플레이트 홈(90)으로 아웃링 플레이트(100)가 삽입, 안착할 수 있게 홈을 구성된다. 도 5에 도시된 바와 같이 상기의 캐소드(10) 및 아웃링(80)이 애노드(120)에 결합되어 체결되는 형상을 나타낸 것으로 상기 캐소드(10)의 홈으로 플레이트(60) 및 링(70)이 삽입 구성되고 캐소드(10)의 외부로 아웃링(80)이 형성되는 바, 아웃링(80)의 상부에도 아웃링 플레이트(100)가 삽입, 안착되고 캐소드(10)와 아웃링(80)의 상부로 애노드(120)가 안착하여 캐소드(10) 및 아웃링(80)에 구성된 볼트홈(50)으로 하여금 다수개의 볼트(110)를 체결 고정한다. 상기의 공정을 거쳐 애노드(120) 상단으로 H.F가스가 주입되고 H.F가스의 압력에 의한 애노드(120)의 휨 작용에 대처하기 위해 캐소드(10) 및 아웃링(80)의 홈 및 홈선과 플레이트 및 링 사이의 공간부로 인해 탄성이 극히 적은 실리콘 재질로 만 구성된 캐소드(10) 및 아웃링(80)이 애노드(120)와 같이 연동 변형될 수 있게 구성하였으며 상기의 홈 및 홈선과 플레이트 및 링 사이의 공간부는 기존의 챔버내의 진공압력에 변화를 주지 않는 범위내에서 구성된다.
도 6에 도시된 바와 같이 아웃링(80)의 경우 기판에 홈과 플레이트를 따로 구성하지 않고 아웃링(80)의 상부로 원형의 작은 홈(130)을 다수개 연속적으로 구 성하여 동일한 효과를 이룰 수도 있는데, 이 연속적인 작은 홈(130)은 아웃링 중앙에 일정한 간격에 따라 구성하여 작은 홈(130)의 소정의 틈새로 인해 변형이 가능하고 챔버내의 진공압력의 변화를 최소화 할 수 있게 구성하였다.
본 발명은 실리콘 단일재질의 플라즈마 챔버 캐소드 및 아웃링에 관한 것으로,
반도체 웨이퍼의 플라즈마 공정에 사용되는 캐소드 및 아웃링에 있어, 기존의 캐소드 및 아웃링의 재질은 웨이퍼의 재질과 다른 흑연으로 구성되어 웨이퍼 표면에 파티클을 일으켜 수율이 떨어지고 캐소드를 거친 플라즈마의 질의 저하를 가져왔다. 이에 캐소드를 실리콘 일체형으로 구성하면서도 캐소드에 원형의 홈을 구성, 플레이트 및 링을 삽입하여 홈과 플레이트 및 링의 사이에 소정의 틈을 구성하고 틈으로 인해 캐소드 및 아웃링이 탄성을 가지면서도 파티클이 생성되는 요소를 제거하여 반도체 웨이퍼공정의 수율을 높일 수 있는 그 효과가 다대한 발명이라 하겠다.

Claims (6)

  1. 반도체 에칭공정에 사용되며 일정간격을 두고 관통구멍(40)이 조밀하게 구성되고 캐소드에 있어서,
    씽글크리스탈 재질의 실리콘으로 단일 구성하고, 애노드와 결착되는 부분으로 원형의 홈선(20) 및 홈(30)으로 구성되는 것을 포함하는 실리콘 단일재질의 캐소드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 링 홈선(20) 및 플레이트 홈(30)에 삽입, 안착되고 표면에 관통구멍(40)이 조밀하게 구성되고 링 홈선(20) 및 플레이트 홈(30)의 넓이와 두께보다 작게 구성하고 재질은 실리콘 일체형으로 구성되는 플레이트(60) 및 링(70)으로 구성되는 것을 포함하는 실리콘 단일재질의 캐소드.
  3. 반도체 에칭공정에 사용되며 일정간격을 두고 관통구멍(40)이 조밀하게 구성되고 캐소드의 아웃링에 있어서,
    일정 직경의 링의 형태를 가지며 재질은 상부로 하나의 씽글크리스탈재질의 실리콘 원판에 분할된 폴리크리스탈재질의 실리콘을 결착시켜 구성하고 표면에 일정간격을 두고 관통구멍(40)이 조밀하게 구성되고 상기 상부에 아웃링 플레이트 홈(90)이 구성되는 것을 포함하는 실리콘 단일재질의 아웃링.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 아웃링 플레이트 홈(90)에 삽입, 안착되고 아웃링 플레이트 홈(90)의 넓이와 두께보다 작게 구성하고 재질은 싱클크리스탈 실리콘 또는 폴리크리스탈 실리콘으로 구성되는 아웃링 플레이트(100)로 구성되는 것을 포함하는 실리콘 단일재질의 아웃링
  5. 반도체 에칭공정에 사용되는 캐소드의 아웃링에 있어서,
    일정 직경의 링의 형태를 가지며 재질은 상부로 하나의 씽글크리스탈재질의 실리콘 원판에 분할된 폴리크리스탈재질의 실리콘을 결착시켜 구성하고 표면에 일정간격을 두고 관통구멍(40)이 조밀하게 구성되고,
    애노드와 결착되는 상부 면 전체에 걸쳐 원형의 작은 홈(130)이 다수개 연속적으로 구성된 띠를 동일 간격으로 연속 구성한 것을 포함하는 실리콘 단일재질의 아웃링
  6. 제 5항에 있어서,
    원형의 작은 홈(130)은 넓은면을 가지는 파여진 홈이 아니라 선형으로 구성되는 것을 포함하는 실리콘 단일재질의 아웃링
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