KR20050011771A - 플라즈마 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 발생장치에 대해 개시한다. 본 발명은, 챔버 내에 마주보며, 전원공급부로부터 서로 다른 상이 각각 접속된 상, 하부전극 및 상기 상, 하부전극의 대향 면에 각각 압착되되, 압착면 중앙부에 공간부가 형성되도록 불규칙한 불꽃반응을 완충하는 가스를 이용하여 전개 균일도를 위한 요홈이 형성된 상, 하부유전체를 포함하며, 상기 요홈에 불활성 가스가 유입되도록 상기 상, 하부유전체 일측에 주입구가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극과 유전체 사이에 요홈을 형성시켜 그 내부에 불활성 가스를 주입함으로써, 전극표면의 굴곡에 의핸 부분적은 스파크발생을 완화할 뿐만 아니라, 전류의 인가에 따라 불규칙한 스파크 발생을 억제하는 장점이 있다.
Description
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 특히 불규칙한 아크방전을 방지하기 위해 대면된 상, 하부전극의 일면에 불규칙한 불꽃반응을 완충하는 가스를이용하여 전개 균일도를 위한 요홈이 형성된 유전체가 각각 압착 고정되고, 그 요홈에 불활성 가스를 유입시킨 플라즈마 발생장치에 에 관한 것이다.
1960년대 중반 이후, 반도체 접적회로는 대부분의 전자 시스템의 주요 구성요소가 되어 왔다.
이 집적전자소자들은 소형컴퓨터의 중앙처리장치의 기억 및 논리 시스템을 이루는 수많은 트랜지스터 및 다른 회로들을 포함할 수 있다.
이들 컴퓨터 칩의 저가성, 고 신뢰성 및 빠른 속도는 컴퓨터 칩이 현대 디지털공학의 어디에나 적용되는 특성을 갖도록 하였다.
집적회로 칩의 생산은 통상 웨이퍼라고 하는 고 순도, 단결정의 반도체 물질 기판(예컨대 실리콘 또는 게르마늄)의 얇은 연마 박편으로부터 시작된다.
각각의 웨이퍼는 그 위에 다양한 회로구조를 형성하는 일련의 물리, 화학적 공정을 거친다.
생산공정 동안에, 실리콘 이산화막을 형성하기 위한 열 산화공정; 실리콘, 실리콘 이산화막 및 실리콘 질화막을 형성하기 위한 화학 기상 증착; 및 다른 금속막을 형성하기 위한 스퍼터링;과 같은 다양한 기술을 사용하여 웨이퍼 상에 다양한 종류의 박막이 증착될 수 있다.
반도체 웨이퍼 상에 막을 증착하고 난 후에, 반도체의 독특한 전기적 특성은 도핑이라는 공정을 사용하여 반도체 결정격자를 선별된 불순물로 치환함으로써 만들어진다. 그 이후에 도핑된 실리콘 웨이퍼는 레지스트 라는 감광성, 또는 감방사성(radiation sensitive) 물질의 박층으로 균일하게 도포될 수 있다.
회로에 전자통로들은 정하는 작은 기하학적 패턴은 리소그라피로 알려진 공정을 사용하여 상기 레지스트 위에 전사된다.
리소그라피 공정 동안에 집적회로의 패턴은 마스트라는 유리판 위에 그려지며, 그 이후에 상기 레지스트를 포함하는 감광성 코팅 상에 광학적으로 축소, 투영 및 전사된다.
리소그라피가 완료된 레지시트 패턴은 그 이후에 식각으로 알려진 공정을 통하여 반도체 물질의 하부 결정 표면에 전사된다.
전통적인 식각공정은 웨이퍼 상에 형성될 수 있는 형상의 크기 및 그 어스팩트 비(aspect ratio)(즉, 결과적으로 형성되는 단차의 높이 대 폭의 비)의 견지에서 한계성이 입증된 습식 화학약품을 채용하였다.
그러나, 습식 식각된 단일 웨이퍼 상에 집적될 수 있는 회로의 수 및 이로 인한 전자 소자의 궁극적인 크기는 전통적인 화학약품에 의한 식각 공정에 의해서 제한되었다.
플라즈마 식각공정 중에, 플라즈마 저압에서 가스에 많은 양의 에너지를 가함으로써 웨이퍼의 마스크된 표면 위에 형성된다.
이는 일반적으로 약 0.001기압에서 가스에 전기 방전을 일으킴으로써 실현된다.
결과적으로 발생하는 플라즈마에는 높은 운동에너지를 가지는 이온, 자유 라디컬(radical) 및 중성 원자 총이 포함될 수 있다.
식각될 기판의 전위를 조절함으로써, 플라즈마 내의 하전입자들은 웨이퍼의 마스크되지 않은 영역에 충돌되도록 유도되고, 이에 따라 기판에서 원자들이 튀어나오게 된다.
그렇기 때문에 웨이퍼의 전 표면 상에 대해 균일한 식각률을 얻기 위해서는 웨이퍼 표면상의 플라즈마를 고르게 분포시키는 것이 바람직 할 것이다.
하지만 높은 균일도의 플라즈마를 발생시키기 위해서는 전극에서 고른 스파크가 일어나야 하나 전극표면의 굴곡에 의해 부분 스파크가 일어나거나, 전류의 인가에 따라 불규칙하게 스파크가 일어나게 되는 경우가 발생하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 불규칙한 아크방전을 방지하기 위해 챔버 내에 마주보도록 구비되며, 전원공급부로부터 서로 다른 상이 각각 접속된 상, 하부전극 및 상기 대면된 상, 하부전극의 일면에 불규칙한 불꽃반응을 완충하는 가스를 이용하여 전개 균일도를 위한 요홈이 형성된 유전체가 각각 압착되고, 상기 유전체 일측에 형성된 주입구를 통하여 상기 요홈으로 불활성 가스가 유입되도록 형성된 플라즈마 발생장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장비의 일부 분해사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장비의 부분사시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 부분사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
3 : 주입구 4 : 요홈
10 : 하부스테이지 11 : 상부스테이지
20 : 하부전극 21 : 상부전극
30 : 하부유전체 31 : 상부유전체
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 플라즈마 발생장치는, 플라즈마 발생장치에 있어서,
플라즈마 발생장치에 있어서, 상부전극과, 상기 상부전극과 대향되는 하부전극과, 상기 상부전극과 하부전극의 대향면에 설치되되, 불규칙한 불꽃반응을 완충하는 가스를 이용하여 전개 균일도를 위한 요홈을 형성시키고 상기 상부전극에 압착되는 상부유전체와, 상기 상부전극과 하부전극의 대향면에 설치되되, 요홈을 형성시키고 상기 하부전극에 압착되는 하부유전체를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하고,
상기 상, 하부유전체는 요홈의 형성에 따른 돌출면이 상기 상, 하부전극 일면에 압착되거나, 상기 요홈 내의 소정의 공간을 유지하며 상기 요홈에 상기 상, 하부전극이 삽입 고정된 것을 특징으로 하며,
상기 공간부에 불활성 가스가 유입되도록 상기 상, 하부유전체 일측에 주입구가 형성되되, 상기 불활성 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg) 중에서 선택적으로 사용하거나, 3 : 2 : 1 의 비율로 혼합됨이 바람직하겠다.
이러한 비율은 평판전극사이에 일어나는 방전개시전압이 균일하게 일어나는 최적의 조건이었으며, 상기한 비율이 벗어나는 경우에는 불균일한 방전이 발생됨을 알 수 있었다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장비의 일부 분해사시도로서, 하부스테이지(10) 상부에 안착된 하부전극(20)이 형성되고, 상기 하부전극(20) 상면에 하부유전체(30)가 압착되되, 하부전극(20)의 상면과 하부유전체(30)의 하면에공간부(40)가 형성되도록 하부유전체(30) 하부 중앙부에 요홈(4)이 형성된다.
또한, 이에 대응되도록 상부스테이지(11) 하부에 안착된 상부전극(21)이 형성되고, 상기 상부전극(21) 하면에 상부유전체(31)가 압착되되, 상부전극(21)의 하면과 상부유전체(31)의 상면에 소정의 공간이 형성되도록 상부유전체(31) 상부 중앙부에 요홈(40)이 형성된다.
상기와 같이 요홈(40)을 갖도록 형성된 상부유전체(31)와 하부유전체(30) 사이에는 반응가스가 유입되어 플라즈마가 발생되는데, 이는 공지의 기술을 적용하였기에 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 제조장비의 부분사시도로서, 하부스테이지(100) 상부에 내측으로 함몰되어 안착되는 하부전극(200)이 형성되고, 상기 하부전극(200) 상면에 하부유전체(300)가 압착되되, 하부전극(200)의 상면과 하부유전체(300)의 하면에 소정이 공간이 형성되도록 하부유전체(300) 하부 중앙부에 요홈(4)이 형성된다.
또한, 이에 대응되도록 상부스테이지(110) 하부에 내측으로 함몰되어 안착된 상부전극(210)이 형성되고, 상기 상부전극(210) 하면에 상부유전체(310)가 압착되되, 상부전극(210)의 하면과 상부유전체(310)의 상면에 소정의 공간이 형성되도록 상부유전체(310) 상부 중앙부에 요홈(4)이 형성된다.
상기 상부유전체(310)와 하부유전체(300)는 요홈의 형성에 따른 돌출면이 상기 상부전극(210)과, 하부전극(200) 일면에 압착된다.
상기와 같이 요홈(4)을 갖도록 형성된 상부유전체(310)와, 하부유전체(300) 사이에는 반응가스가 유입되어 플라즈마가 발생되는데, 상기 상부유전체(310)와, 하부유전체(300) 일측에는 요홈(4) 측으로 주입구(3)가 형성되어, 불활성 가스가 봉입된다.
상기 요홈(4)에 불활성 가스가 상부유전체(310)와, 하부유전체(300) 일측에 형성된 주입구(3)로 유입되는데, 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg) 중 어느 하나의 단일 가스를 주입하거나, 또는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg)이 혼합된 혼합 가스를 주입된다.
또한, 상기 혼합 가스일 경우에는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg)이 3 : 2 : 1 의 비율로 혼합됨이 바람직하겠다. 이러한 비율은 평판전극사이에 일어나는 방전개시전압이 균일하게 일어나는 최적의 조건이었으며, 상기한 비율이 벗어나는 경우에는 불균일한 방전이 발생됨을 알 수 있었다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 제조장비의 부분사시도로서, 하부스테이지(101) 상부에 내측으로 함몰되어 안착되는 하부전극(201)이 형성되고, 상기 하부전극(201) 상면에 하부유전체(301)가 압착되되, 하부전극(201)의 상면과 하부유전체(301)의 하면에 소정의 공간이 형성되도록 하부유전체(301) 하부 중앙부에 요홈(4)이 형성된다.
또한, 이에 대응되도록 상부스테이지(111) 하부에 내측으로 함몰되어 안착된 상부전극(211)이 형성되고, 상기 상부전극(211) 하면에 상부유전체(311)가 압착되되, 상부전극(211)의 하면과 상부유전체(311)의 상면에 소정의 공간이 형성되도록 상부유전체(311) 상부 중앙부에 요홈(4)이 형성된다.
상기와 같이 요홈을 갖도록 형성된 상, 하부유전체 사이에는 반응가스가 유입되어 플라즈마가 발생되는데, 상기 상부유전체(311)와, 하부유전체(301) 일측에는 요홈(4) 측으로 주입구(3)가 형성되어, 불활성 가스가 봉입된다.
이때, 상기 소정의 공간을 유지하며상기 요홈(4)에 상기 상부전극(211)과, 하부전극(201)이 삽입 고정된다.
상기 요홈(4) 내측으로 불활성 가스가 봉입되는데, 상기 상부유전체(311)와, 하부유전체(301) 일측에 형성된 주입구(3)에 주입되는 불활성 가스로는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg) 중 어느 하나의 단일 가스를 주입하거나, 또는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg)이 혼합된 혼합 가스를 주입가능하며, 또한, 상기 혼합 가스는 아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg)이 3 : 2 : 1 의 비율로 혼합됨이 바람직하며, 이러한 비율은 평판전극사이에 일어나는 방전개시전압이 균일하게 일어나는 최적의 조건이었으며, 상기한 비율이 벗어나는 경우에는 불균일한 방전이 발생됨을 알 수 있었다.
상기와 같이 형성된 상태에서의 실험조건으로는 상온상압에서 반응챔버 내에 상부전극과 하부전극과의 거리를 10mm로 유지하고, 상기 두 전극은 평판전극으로 형성하였으며, 분당 5kV의 전압으로 증가시켜 10회 정도 측정하였다.
이에 종래에 사용되던 전극과 유전체 사이에 공간을 갖지 않은 상태에서 실험한 결과 플라즈마 방전개시전압이 4300V로 되었지만, 스파크 발생으로 인한 플라즈마 발생은 4100 ~ 4200V에서 이루어진 것이 10회의 실험 중 6회에서 발생되었으며,
본 발명에서는 상기 동일 조건하에서 전극과 유전체사이의 공간을 0.5mm의 간격을 유지하고, 상기 공간부에 공기가 봉입된 상태에서 방전개시전압이 6400V로 나타났으나 불꽃반응에 의해 플라즈마 주방전 개시전압이 5800V ~ 6200V에서 부분적인 불꽃반응이 일어나는 현상이 10회의 시험 중 4회 발생되었음을 알 수 있었다.
또한, 상기 동일조건하에서 상기 공간부를 진공상태로 유지한 후, 760Hg의 기압이 되도록 헬륨(He), 아르곤(Ar), 수은(Hg)의 불활성가스 중 헬륨(He)을 선택하여 헬륨(He)만으로 충전하여 봉입한 후, 측정한 경우에는
방전개시전압이 4800V로 나타났으나 불꽃반응에 의해 플라즈마 주방전 개시전압이 4400V ~ 4600V에서 부분적인 불꽃반응이 일어나는 현상이 10회의 시험 중 1회 발생되었음을 알 수 있었다.
상기와 같은 실험 결과로 전극표면의 굴곡에 의한 부분적은 스파크발생을 완화할 뿐만 아니라, 전류의 인가에 따라 불규칙한 스파크 발생을 억제하는 것으로 판단된다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치는, 전극과 유전체 사이에 공간부를 형성시키고, 그 내부에 불활성 가스를 주입시킴으로써 전극표면의 굴곡에 의핸 부분적은 스파크발생을 완화할 뿐만 아니라, 전류의 인가에 따라 불규칙한 스파크 발생을 억제하는 장점이 있다.
Claims (6)
- 플라즈마 발생장치에 있어서,상부전극;상기 상부전극과 대향되는 하부전극;상기 상부전극과 하부전극의 대향면에 설치되되, 불규칙한 불꽃반응을 완충하는 가스를 수용하여 전계 균일도를 증대시키는 요홈을 형성시키고 상기 상부전극에 압착되는 상부유전체;상기 상부전극과 하부전극의 대향면에 설치되되, 불규칙한 불꽃반응을 완충하는 가스를 수용하여 전계 균일도를 증대시키는 요홈을 형성시키고 상기 하부전극에 압착되는 하부유전체;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부유전체와 하부유전체는요홈의 형성에 따른 돌출면이 상기 상부전극과 하부전극 일면에 각각 압착된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부유전체와 하부유전체는상기 요홈 내에 소정의 공간을 유지하며, 상기 상부전극과 하부전극이 각각 삽입 고정된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부유전체와 하부유전체는상기 요홈에 불활성 가스가 유입되도록 일측에 주입구가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 불활성 가스는아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg) 중에서 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
- 제 5 항에 있어서,아르곤(Ar), 헬륨(He), 수은(Hg)이 3 : 2 : 1 로 혼합된 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.
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