KR20050106785A - 플라즈마 발생장치용 전극의 제조방법과 이에 의한플라즈마 발생장치용 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 발생장치용 전극을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 가스통과공이 형성되어 있는 전극재료를 마련하는 단계와, 상기 전극재료를 양극산화처리하는 단계와, 상기 양극산화처리된 전극재료를 1차 실링처리하는 단계와, 상기 1차 실링처리된 전극재료에 대해 상기 가스통과공에 인접한 영역을 제외하고 마스킹하는 단계와,상기 마스킹된 전극재료를 2차 실링처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 가스통과공 주변의 실링 정도를 선택적으로 높일 수 있어 아크발생을 감소시킬 수 있다.

Description

플라즈마 발생장치용 전극의 제조방법과 이에 의한 플라즈마 발생장치용 전극{MAKING METHOD OF ELECTRODE FOR PLASMA GENERATING APPARATUS AND ELECTRODE THEREBY}

본 발명은, 플라즈마 발생장치용 전극의 제조방법과 이에 의한 전극에 관한 것이다. 보다 상세하게는 가스통과공과 이에 인접한 영역이 그 외의 부분에 비하여 실링처리가 충분히 되어 있는 전극의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 또는 액정표시장치의 기판의 제조에 있어서 금속막 등에 원하는 패턴을 형성하기 위하여 식각 공정이 사용된다. 식각 공정은 습식식각과 건식식각으로 나누어지는데, 건식식각에서는 통상 플라즈마를 사용한다.

플라즈마를 이용한 건식식각에서는 챔버에 반응 가스를 유입하고 일정 압력하에서 플라즈마 방전을 시켜준다. 플라즈마 방전에 의하여 유입된 가스는 이온이나 라디칼, 전자들로 분리된다. 이때 인가된 전기장에 의하여 충돌과 상호 반응이 일어나면서 이온은 전기장에 의하여, 라디칼은 확산에 의하여 금속막 등과 반응한다. 물리적 충돌과 화학적 반응에 의한 동시작용으로 식각을 하게 되는 것이다. 이러한 식각방법은 라디칼이 주로 식각에 참여하는 플라즈마 식각 방식과 이온이 주로 식각에 참여하는 반응성 이온 식각으로 나누어진다.

위와 같은 플라즈마 식각장치에서 플라즈마는 상부전극과 하부전극사이에 형성되며, 상부전극과 하부전극은 통상 알루미늄으로 만들어진다. 또한 상부전극에는 반응가스의 유입을 위하여 가스통과공이 다수 형성되어 있다. 알루미늄으로 이루어진 상부전극과 하부전극의 표면에는 양극산화를 통해 알루미늄 산화물이 형성되어 있다. 양극산화된 상부전극과 하부전극의 표면에는 실링 공정을 통해 알루미늄 수화물이 추가로 형성되는데, 실링공정을 거친 상부전극과 하부전극은 플라즈마 손상, 절연파괴, 외부 오염으로부터 효과적으로 보호된다.

그런데 하부전극은 충분히 실링처리(풀 실링 됨)되는 반면, 상부전극은 풀 실링처리될 경우 플라즈마 파라미터에 영향을 줄 수 있기 때문에 풀 실링처리할 수 없다(하프 실링 됨). 그런데, 하프 실링처리된 가스통과공 주변에서 절연이 파괴되어 아킹이 자주 발생하는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 플라즈마 파라미터에는 영향을 주지 않으면서도 가스통과공 주변이 충분히 실링처리되는 전극의 제조방법과 이에 의한 전극을 제공하는 것이다.

상기의 목적은 플라즈마 발생장치용 전극을 형성하는 방법에 있어서, 가스통과공이 형성되어 있는 전극재료를 마련하는 단계, 상기 전극재료를 양극산화처리하는 단계, 상기 양극산화처리된 전극재료를 1차 실링처리하는 단계, 상기 1차 실링처리된 전극재료에 대해 상기 가스통과공에 인접한 영역을 제외하고 마스킹하는 단계. 상기 마스킹된 전극재료를 2차 실링처리하는 단계를 포함하는 것에 의하여 달성될 수 있다.

상기 1차 실링처리 단계와 상기 2차실링처리 단계는 각각 상기 양극산화처리된 전극재료와 상기 마스킹된 전극재료를 DI위터(deionization water)에 침전시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전극 재료는 알루미늄을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기의 목적은, 플라즈마 발생장치용 전극에 있어서, 가스통과공이 형성되어 있는 전극체와 상기 전극체의 표면에 형성된 금속산화물과, 상기 금속산화물의 상부에 형성된 금속수화물을 포함하며, 상기 가스통과공 인접영역에 형성된 금속수화물의 평균 두께가 상기 금속수화물 전체의 평균 두께보다 두꺼운 것에 의하여도 달성될 수 있다.

상기 전극체는 알루미늄을 포함하여 이루어지고, 상기 금속산화물과 상기 금속수화물은 각각 알루미늄 산화물과 알루미늄수화물을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 전극체는 대략 판상인 것이 바람직하다.

상기의 전극은, 챔버와, 상기 챔버내에 위치하는 상부전극과 하부전극을 포함하는 플라즈마 발생장치의 전극으로 사용되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본발명을 더욱 상세히 설명하겠다.

도 1는 플라즈마 식각장치의 개략도이다.

플라즈마 식각장치(1)는 크게 챔버(11), 상부전극(20), 하부전극(31), RF전원(51)으로 구성된다. 상부전극(20)과 하부전극(31)은 챔버(11)내에 상호 이격되어 위치하며, 이 사이에 식각 대상인 기판(41)이 위치한다. 기판(41)상에는 식각될 금속층, 반도체층 및 절연층이 노출되어 있다. 도시하지는 않았지만 기판(41)을 지지할 리셉터도 챔버(11)내에 형성되어 있다.

상부전극(20)의 상부로 반응 가스가 유입되고 RF전원(51)으로부터 전원이 공급되면 상부전극(20)과 하부전극(31) 사이에 플라즈마가 발생되면서 식각이 행해진다. 반응 가스로는 통상 아르곤이 사용된다. 식각공정이 끝나면 챔버 내의 공정가스는 진공장치에 의하여 챔버(11)외부로 배출된다.

이하에서는 상기와 같은 플라즈마 식각장치(1) 중 상부전극(20)에 대하여 설명하겠다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상부전극(20)의 사시도이며 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'을 따른 단면도이다.

상부전극(20)과 거의 유사한 형상을 가지고 있는 전극체(25)는 대략 판상을 하고 있으며 판의 넓은 면 사이를 관통하는 복수의 가스통과공(21)이 형성되어 있다. 전극체(25)는 알루미늄으로 이루어져 있다.

전극체(21)의 표면에는 알루미늄 산화물층(22)이 형성되어 있다. 알루미늄 산화물층(22)은 상부전극(20)을 안정하게 하며 절연의 역할을 한다. 알루미늄 산화물층(22)에는 다수의 포어(23)가 형성되어 있다.

알루미늄 산화물층(22)의 상부에는 알루미늄 수화물층(24)이 위치한다. 알루미늄 수화물층(24)은 상부전극(20)에 화학적 안정성과 내식성을 부여하며 2차적 오염으로부터 보호작용을 한다.

여기서 상기 전극체(25)와 알루미늄 산화물층(22) 그리고 알루미늄 수화물층(24)은 서로 물리적, 화학적으로 연결되어 있다.

가스통과공(21)을 중심으로 알루미늄 수화물층(24)의 두께를 보면 가스통과공과 이에 인접한 영역인'A'부분이 가스통과공(21)과 인접하지 않은 'B'부분에 비하여 평균두께가 두꺼운 것을 알 수 있다. 상기 'A'부분의 길이는 약 5mm내외인 것이 바람직하며, 가스통과공(21)과 인접하여 알루미늄 수화물층(24)의 두께가 두꺼워지는 부분의 표면적은 상부전극(20)의 전체 표면적의 1%이하인 것이 바람직하다. 차지하는 비율이 1%이상이 될 경우에는 플라즈마 파라미터에 영향을 줄 가능성이 있기 때문이다. 플라즈마 파라미터가 변할 경우 식각 속도 등이 변경될 우려가 있다.

이하에서는 본발명의 실시예에 따른 상부전극의 제조과정을 도 4a 내지 도 4d를 참조로 하여 설명하겠다. 도 4a 내지 4d는 가스통과공(21)을 중심으로 하는 단면도이다.

이하에서 상부전극(20)의 출발물질이며 알루미늄으로 되어 있는 전극재료(26)는 제조공정에 따라 그 형태와 조성이 변해간다. 이하에서 전극재료(26)라 함은 제조단계에 따라서 알루미늄 산화물층(22)과 알루미늄 수화물층(24) 중 어느 하나 또는 모두를 포함한 것을 가리킬 수 있으며, 알루미늄산화물층(22)과 알루미늄 수화물층(24)이 형성되어 있지 아니한 것을 가리킬 수도 있다. 이들 각각은 공정순서에 따라 명확히 구별될 수 있다.

먼저 도 4a와 같이 가스통과공(21)이 형성되어 있는 전극재료(26)를 마련한다. 전극재료(26)의 전체적인 형상은 통상 판상이며 알루미늄을 포함하여 이루어진다.

다음으로 상기 전극재료(26)를 양극산화 방법을 통하여 표면이 알루미늄 산화물층(22)이 되도록 한다. 양극산화 시스템에서는 알루미늄으로 되어 있는 전극재료(26)를 양극으로 하고 음극으로는 납 등의 불활성 재료를 사용한다. 전해액으로는 황산, 크롬산, 수산 등을 선택하여 사용한다. 이러한 양극산화 시스템에서 전압을 걸어 주면 전극재료(26)에서는 알루미늄 이온이 발생하는데, 알루미늄 이온이 산소와 결합하여 알루미늄 산화물층(22)을 이루게 된다.

알루미늄 산화물층(22)은 상부전극(20)을 안정하게 하며 절연의 역할을 한다. 양극산화에 의해 형성된 알루미늄 산화물층(22)에는 다수의 포어(23)가 형성된다.

양극산화된 전극재료(26)에 제1차 실링공정을 통하여 도 4c와 같이 알루미늄 수화물층(24)을 형성한다.

실링공정은 양극산화 처리된 전극재료(26)를 DI 워터(deionization water)에 침적시키고 온도를 약 90℃ 이상으로 올림으로써 이루어 진다. 이 때 표면의 알루미늄산화물층(22)이 물과 반응하여 알루미늄 수화물층(24)을 형성한다. 알루미늄 수화물층(24)은 상부전극(20)에 화학적 안정성과 내식성을 부여하며 2차적 오염으로부터 보호작용을 한다.

그런데 여기서 실링처리의 정도는 통상 침적 시간으로 제어하는데 상기 제1차 실링공정에서는 풀 실링(full sealing)을 하지 않는다. 하부전극(31)의 경우에는 사용시 2차 오염을 이한 글라스 뒷면 얼룩과 같은 불량가능성이 있기 때문에 풀 실링하지만 상부전극(20)의 경우 플라즈마 발생 및 밀도의 유지, 식각 속도 등의 문제로 인하여 풀 실링 하지 않는다. 이를 통상 하프 실링(half sealing)이라 한다.

도 4c에서의 알루미늄 산화물층(22)과 알루미늄 수화물층(24)의 두께는 상부전극(20)의 전체면에 대하여 균일하다.

그러데 이 상태로 실제 플라즈마 전극으로 사용하면 상기 가스통과공(21) 주변에서의 실링처리가 충분하지 않으므로 절연파괴가 종종 일어난다. 절연파괴는 아크 발생으로 연결되어 식각공정이 불안정해진다. 이러한 문제를 해결하면서 상부전극(20)의 플라즈마 파라미터에 변화를 주지 않으려면, 상부전극(20)의 전체적인 실링 정도를 유지하면서 가스통과공(21) 주변만을 부분적으로 풀실링해 주어야 한다. 이를 수행하기 위한 방법이 도 4d에 제시되어 있다.

도 4d를 보면 풀 실링될 영역 즉, 가스통과공(21)과 이에 인접한 영역('A')을 제외한 영역('B')이 마스크(61)로 마스킹되어 있다. 마스크(61)는 플라스틱으로 만들어지는 것이 바람직하지만, 이어지는 국부적 풀 실링에서 DI 워터가 'B'영역으로 침투하는 것을 막을 수 있다면 그 재질이나 구체적인 형상이 한정되지 않는다. 마스크(61)로 마스킹되지 않는 영역의 표면적은 전체 표면적의 1%이하인 것이 바람직하다. 1%이상일 경우 플라즈마 파라미터에 영향을 줄 수 있기 때문이다.

상기와 같이 마스킹된 전극재료(26)를 제2차 실링처리한다. 제1차 실링처리와 같이 DI 워터에 침적시키고 가온하여 실링처리한다. 마스크(61)로 마스킹된 부분에는 DI 워터가 침투하지 못하기 때문에 실링처리가 제한되며, 마스킹되지 않은 부분에서만 실링처리가 이루어진다. 마스킹되지 않아 실링처리가 이루어지는 부분도1차 실링을 통하여 이미 하프 실링되어 있기 때문에 통상의 풀 실링에 비하여 온도, 시간 등의 조건을 다소 완화하는 것이 바람직하다.

이와 같이 2차 실링처리한 후 마스크(61)를 제거하면 도 3과 같이 'A' 영역과 'B'영역의 실링 정도, 즉 알루미늄 수화물(24)의 두께가 다른 상부전극(20)을 얻을 수 있다.

상기에서는 전극재료(26) 전체에 대한 하프 실링 후 가스통과공(21) 주변에 대한 국부적인 풀 실링이 행해졌으나 이는 편의에 따라 순서를 바꾸어서 실행될 수 도 있다. 즉 가스통과공(21) 주변에 대한 국부적인 실링을 마스크(61)를 이용하여 먼저 실행하고, 마스크(61)를 제거한 후 전극재료(26)전체에 대한 하프 실링을 행하여도 가스통과공(21)과 그 주변이 그 외 부분에 비하여 실링이 더 충분히 되도록 할 수 있다.

또한 실링의 방법은 상기에서 예로 들은 DI 워터를 이용하는 방법 외에 니켈을 이용하는 금속 실링도 있는데 본 발명의 개념은 금속 실링에도 적용될 수 있다.

이상의 실시예에서는 상부전극(21)이 알루미늄으로 이루어지는 것으로 되어 있으나 알루미늄합금이어도 무방하다. 또한 본 발명은 가스통과공(21)이 형성되어 있으며 전체적으로는 하프 실링된 플라즈마 전극에 모두 적용될 수 있다. 본 발명에서의 플라즈마 발생장치는 식각 장치에 한정되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 플라즈마 발생장치용 전극에 있어서, 가스통과공 주변만이 풀 실링된 플라즈마 발생장치용 전극을 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치용 전극을 사용한 플라즈마 발생장치는 가스통과공 주변의 절연파괴로 인한 아킹발생이 줄어들어 안정된 운전을 할 수 있다.

도 1은 플라즈마 식각장치의 개략도이고,

도 2는 본발명의 실시예에 따른 상부전극의 사시도이며,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'을 따른 단면도이며,

도 4a 내지 도 4d는 본발명의 실시예에 따른 상부전극의 제조과정을 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *

11 : 챔버 20 : 상부전극

21 : 가스통과공 22 : 알루미늄 산화물층 23 : 포어 24 : 알루미늄 수화물층

25 : 전극체 26 : 전극재료

31 : 하부전극 41 : 기판

51 : RF전원

Claims (7)

1. 플라즈마 발생장치용 전극을 형성하는 방법에 있어서,

   가스통과공이 형성되어 있는 전극재료를 마련하는 단계;

   상기 전극재료를 양극산화처리하는 단계;

   상기 양극산화처리된 전극재료를 1차 실링처리하는 단계;

   상기 1차 실링처리된 전극재료에 대해 상기 가스통과공에 인접한 영역을 제외하고 마스킹하는 단계;

   상기 마스킹된 전극재료를 2차 실링처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 1차 실링처리 단계와 상기 2차실링처리 단계는 각각 상기 양극산화처리된 전극재료와 상기 마스킹된 전극재료를 DI워터(deionization water)에 침전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극 형성 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 전극 재료는 알루미늄을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극 형성 방법.
4. 플라즈마 발생장치용 전극에 있어서,

   가스통과공이 형성되어 있는 전극체와,

   상기 전극체의 표면에 형성된 금속산화물과,

   상기 금속산화물의 상부에 형성된 금속수화물을 포함하며,

   상기 가스통과공 인접영역에 형성된 금속수화물의 평균 두께가 상기 금속수화물 전체의 평균 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 전극체는 알루미늄을 포함하여 이루어지고,

   상기 금속산화물과 상기 금속수화물은 각각 알루미늄 산화물과 알루미늄수화물을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
6. 제 4항에 있어서,

   상기 전극체는 대략 판상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
7. 챔버와, 상기 챔버내에 위치하는 상부전극과 하부전극을 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서,

   상기 상부전극은 제 4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 플라즈마 발생장치용 전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.