KR100972110B1 - 반도체 제조 장치용 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 장치에 사용되는 전극에 관한 것으로서, 특히 RF 플라즈마를 이용한 화학 증착 공정, 에싱 공정 및 건식 식각 공정 등에 적용되는 전극에 관한 것이다. 스테인레스 강 등과 같은 비자성체 재료로 제작된 전극은 히터 복사열 또는 대류열에 의해 산화막이 쉽게 형성될 수 있어서 RF 플라즈마의 효율 및 밀도를 저하시킨다. 이로 인해 기판 상에 화학 기상 증착 등 원하는 공정의 속도가 저하되며, 기판 상에 증착 등의 공정이 불균일하게 수행될 수 있다. 본 발명은 기존의 스테인레스 강과 같은 반도체 제조 장치에 사용되는 전극이 갖는 이러한 문제점를 해결하고자, 종래의 전극에 산화 방지용 코팅층을 형성시킴으로써 전극의 표면 저항을 낮추어, RF 플라즈마의 효율 및 밀도를 높이는 반도체 제조 장치에 사용되는 전극을 제공한다.

전극, RF 플라즈마, 산화 방지 코팅, 니켈, 텅스텐

Description

반도체 제조 장치용 전극{ELECTRODE FOR APPARATUS OF FABRICATING SEMICONDUCTOR}

도1은 반도체 제조 장치의 반응 챔버의 단면도.

도2는 도1에 도시된 전극의 개략적 사시도이다.

도3는 전극 모재에 산화 방지 코팅을 한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 단면도.

도4은 전극 모재에 산화 방지 코팅을 한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 챔버

2: 냉각통로

3: 히터

4: 전극

5: 석영 벨자

6: 지지대

7: 반도체 기판

8: 하부 챔버

200, 300: 전극 모재

201: 텅스텐 코팅층

301: 1차 니켈 코팅층

302: 2차 니켈 코팅층

303: 3차 니켈 코팅층

304: 텅스텐 코팅층

305: 니켈 합금 코팅층

본 발명은 반도체 제조 장치에 사용되는 전극에 관한 것으로서, 특히 RF 플라즈마를 이용한 화학 증착 공정, 에싱 공정 및 건식 식각 공정 등에 적용되는 전극에 관한 것이다.

도1은 플라즈마 반도체 제조 장치의 반응 챔버(1)의 통상적인 구조를 도시한다. 도1에 도시된 RF 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치의 반응 챔버(1)는 냉각통로(2), 히터(3), 전극(4), 석영 벨자(5), 기판 지지대(6) 및 하부 챔버(8)로 구성된다. 냉각통로(2)는 챔버(1)의 최외곽에 형성되어 냉각수가 유동하게 된다. 냉각통로(2)의 하부(A)에는 대기 분위기에서 가열되는 히터(3)가 마련되어 석영 벨자(5)에 의해 둘러싸인 반응 공간(B)의 진공 분위기의 온도를 유지 및 보상한다. 히터(3) 하부에 위치된 전극(4)에 RF 전원이 인가되면 RF 플라즈마가 발생한다. 이때 발생한 플라즈마를 이용하여 기판 지지대(6) 상에 위치된 반도체 웨이퍼와 같은 기판(7) 상에 화학 증착, 에싱 및 건식 식각 등의 공정을 수행한다.

통상의 플라즈마 화학 기상 증착기의 전극은 외부자장에 의한 영향을 받지 않도록 니켈 합금 강판, 스테인레스 강 등과 같은 비자성체 재료로 제작된다. 특히, 스테인레스 강은 기계적 성질이 강하고 내열 내식성이 비교적 우수하고, 성형성 및 용접성도 양호하며, 열처리로의 구조물, 침탄용기, 고온로의 부품 등으로 이용된다. 그러나, 이러한 스테인레스 강 전극을 장기간 사용하였을 경우에 산화에 대한 저항력이 감소되는 문제가 발생한다. 즉, 이와 같은 전극은 히터 복사열 또는 대류열에 의해 산화막이 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 이와 같은 산화막은 전극의 표면 저항을 증가시켜 RF 플라즈마의 효율 및 밀도를 저하시키며, 이로 인해 기판 상에 화학 기상 증착 등 원하는 공정 속도가 저하되며, 증착 등의 공정이 기판 상에서 불균일하게 수행될 수 있다.

본 발명은 기존의 스테인레스 강과 같은 반도체 제조 장치에 사용되는 전극이 갖는 여러 문제점, 즉 고온에 대한 산화 저항력의 감소 및 표면 산화 등의 문제를 해결하고자 한다.

본 발명의 목적은 종래의 전극에 산화 방지용 코팅층을 형성시킴으로써 전극의 표면 저항을 낮추어, RF 플라즈마의 효율 및 밀도를 높이는 반도체 제조 장치에 사용되는 전극을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 제조 장치에 사용되는 전극은 표면에 산화 방지 코팅층을 포함한다. 이러한 산화 방지 코팅층은 다층으로 형성될 수 있으며, 더욱이 산화 방지 코팅층은 니켈 코팅층 및/또는 텅스텐 코팅층을 포함할 수 있다. 다층으로 형성된 상기 산화 방지 코팅층의 각 층이 형성된 후에는 후속 열처리가 수행될 수 있다. 산화 방지 코팅층은 1차 니켈 코팅층, 2차 니켈 코팅층, 3차 니켈 코팅층, 텅스텐 코팅층, 4차 니켈 합금 코팅층의 순서로 도포될 수 있다. 상기 산화 방지 코팅층은 상기 반도체 제조 장치 챔버의 반응 공간(B)을 향하는 면에 도포될 수 있다. 상기 전극의 모재는 스테인레스 강, 특히 STS304 또는 STS316일 수 있다. 상기 반도체 제조 장치는 화학 기상 반응기, 화학 증착 반응기, 에싱 장치 또는 건식 식각 장치일 수 있고, 특히 플라즈마를 이용할 수 있다.

도2는 도1에 도시된 전극(4)의 개략적 사시도이고, 도3은 도2에 도시된 화학 기상 증착기에 사용된 전극(4)의 일부(C)를 확대한 단면도이다. 도3에 도시된 전극(4)은 산화 방지 코팅층의 일 예인 텅스텐 코팅층(201)이 통상 STS304, STS316 등의 스테인레스 강으로 제조된 전극 모재(200)의 표면 상에 형성되어 있다. 이러한 텅스텐 코팅은 상온에서 무전해 방식으로 수행된다.

상기 실시예에서는 전극 모재의 표면 상에 산화 방지 코팅층을 단층으로 형성하였으나, 바람직하게는 다층으로 형성된다. 본 발명의 다른 실시예로서, 산화 방지 코팅층은 텅스텐 코팅층과 니켈 코팅층의 조합으로 이루어질 수 있다. 그 일례로서, 도4는 전극 모재에 산화 방지 코팅을 한 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.

도4에 도시된 전극의 산화 방지 코팅 과정은 상온에서 무전해 방식으로 니켈 코팅층을 형성한 후 후속 열처리를 하는 공정을 2회 반복하여 1차 및 2차 니켈 코팅층(301, 302)을 STS304, STS316 등의 스테인레스 강으로 제조된 전극 모재(200)의 표면 상에 형성한다. 그 다음, 3차 니켈 코팅층(303)과 그에 이어서 텅스텐 코팅층(304)을 형성한 후 후속 열처리를 실시하고, 마지막으로 니켈 합금 코팅층(305)을 형성한 후, 후속 열처리 한다. 상기 각각의 후속 열처리는 로(爐)에 넣어 400℃로 어닐링 한다. 이와 같이 다층으로 산화 방지 코팅층을 형성하는 경우, 각 층을 형성한 후 열처리를 수행하므로 밀착성이 뛰어난 보다 안정된 코팅층이 제조될 수 있다.

본 발명자는 STS304 스테인레스 강으로 제조된 전극과, 도3의 실시예와 같이 전극 모재에 텅스텐 코팅한 전극과, 도4의 실시예와 같이 전극 모재에 니켈 및 텅스텐 코팅한 전극에 대하여, 700℃의 대기 분위기에서 산화성 테스트를 실시하였다. 상기 세 가지 시료를 DVM(Digital Volt Meter)로 저항을 측정하였다. 각각의 시료의 초기 저항값은 거의 0Ω이었으나, 1시간 후에는 각기 다른 값이 측정되었다. STS304 스테인레스 강으로만 제조된 전극은 수MΩ의 저항이, 텅스텐 코팅한 전극은 수Ω의 저항이 측정되었다. 그러나, 니켈 및 텅스텐 코팅한 전극은 저항이 거의 0Ω으로 양호한 결과가 측정되었다. 결과적으로, STS304 스테인레스 강으로 제조된 전극이 전극 모재에 텅스텐 코팅한 전극보다 산화가 빠르고 심하게 일어났으며, 전극 모재에 니켈 및 텅스텐 코팅한 전극은 거의 산화되지 않은 것으로 나타났다.

상기 구성에 따른 본 발명의 반도체 제조 장치에 사용되는 전극은 전극 모재에 산화 방지용 코팅층을 형성함으로써 전극의 표면 저항을 낮추고 RF 플라즈마의 효율 및 밀도를 높일 수 있다. 따라서, 증착, 에싱 및 건식 식각 등의 공정 속도의 저하를 방지할 수 있으며, 기판 상에 이러한 공정들이 균일하게 진행된다. 또한, 이러한 본 발명에 의한 전극은 반도체 제조 장치에서 전극의 표면에 산화막이 형성되는 것을 방지할 수 있으므로, 전극을 장시간 안정적으로 사용할 수 있어 제품의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 반도체 제조 장치에 사용되는 전극이며,

   상기 전극의 표면은 텅스텐을 포함하는 산화 방지 코팅층을 포함하며,

   상기 산화 방지 코팅층의 하부는 스테인레스강인 것을 특징으로 하는 전극.
2. 제1항에 있어서, 상기 산화 방지 코팅층은 다층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극.
3. 제2항에 있어서, 다층으로 형성된 상기 산화 방지 코팅층의 각 층이 형성된 후에는 후속 열처리가 수행되는 것을 특징으로 하는 전극.
4. 삭제
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화 방지 코팅층은 니켈 코팅층과 텅스텐 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
6. 제5항에 있어서, 상기 산화 방지 코팅층은 1차 니켈 코팅층, 2차 니켈 코팅층, 3차 니켈 코팅층, 텅스텐 코팅층, 4차 니켈 합금 코팅층의 순서로 도포된 것을 특징으로 하는 전극.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화 방지 코팅층은 전극의 상기 반도체 제조 장치 챔버의 반응 공간을 향하는 면에 도포된 것을 특징으로 하는 전극.
8. 삭제
9. 삭제

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