KR20050116078A - 플라즈마 발생장치용 전극과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일면이 기판과 대면하며 플라즈마 발생장치에 사용되는 전극에 관한 것으로, 판상의 전극체와, 상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면에 형성된 복수의 돌기와, 양극산화법을 통하여 상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면과 상기 복수의 돌기의 표면에 형성된 금속산화물층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여 기판과 점접촉을 하면서도 기판의 얼룩발생을 방지할 수 있는 플라즈마 발생장치용 전극이 제공된다.

Description

플라즈마 발생장치용 전극과 그 제조방법{ELECTRODE FOR PLASMA GENERATING APPARATUS AND METHOD OF MAKING THE SAME}

본 발명은, 플라즈마 발생장치용 전극과 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기판과 대면하는 면에 돌기가 형성되어 있으며, 양극산화법을 통하여 형성된 금속산화물이 표면에 위치하는 플라즈마 발생장치용 전극과 그 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 압력 하에서 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 상부전극의 표면에는 양극산화를 통해 금속산화물, 즉 알루미늄 산화물이 형성되어 있다.

하부전극의 상부면은 기판과 면접촉하고 있으며, 기판과 면접촉하는 표면에는 상부전극과 마찬가지로 알루미늄 산화물이 형성되어 있다.

그런데 하부전극과 기판이 면접촉을 한 상태에서 에칭이 진행되기 때문에 온도 및 정전기로 인해 기판에 얼룩이 발생하는 문제가 있다. 이러한 불량을 방지하고자 정전기를 방지하는 정전기 척 및 온도상승을 방지하는 헬륨 플로우 등을 추가하는 기술이 사용되고 있으나, 이 기술에서는 아킹이 잘 발생되는 문제가 있다.

이에 따라 기판과 접하는 하부전극의 표면에 돌기를 형성하여, 기판과 하부전극의 접촉을 기존의 면접촉으로부터 점접촉으로 변경하는 기술이 제시되었다. 돌기를 형성하는 기술에서는 하부전극 표면의 알루미늄 산화물을 플라즈마 용사법을 이용하여 형성한다.

플라즈마 용사법에서는 그 특성상 하부전극 표면에 원하는 두께의 알루미늄 산화물을 한번에 증착시키지 못한다. 즉, 한번에 증착시킬 수 있는 폭이 약 15mm로 제한되며 그 두께 역시 약 30㎛ 정도로 제한되는 것이다. 따라서 플라즈마 용사법을 이용하여 원하는 두께의 알루미늄 산화물층을 얻으려면, 알루미늄 산화물층을 오버랩하며 하부전극 표면에 1차 증착시키고, 원하는 두께가 될 때까지 이를 반복하게 된다. 이렇게 증착된 알루미늄 산화물층은 단일층이 아니며, 또한 각 증착층이 서로 오버랩되는 부분이 생긴다. 여기서 증착층이 오버랩된 부분과 그렇지 않은 부분사이에는 전압인가 특성이 달라진다. 또한 이렇게 각 부분마다 달라진 전압인가 특성은 결국 기판에 얼룩을 발생시키는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 기판과 점접촉을 하면서도 표면에 형성된 금속산화물층의 특성이 균일한 플라즈마 발생장치용 전극과 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적은 일면이 기판과 대면하며 플라즈마 발생장치에 사용되는 전극에 있어서, 판상의 전극체와, 상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면에 형성된 복수의 돌기와, 양극산화법을 통하여 상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면과 상기 복수의 돌기의 표면에 형성된 금속산화물층을 포함하는 것에 의하여 달성된다.

상기 전극체는 알루미늄을 포함하여 이루어지며, 상기 금속산화물층은 알루미나를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 금속산화물층은 상기 전극체의 전체 표면에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한 상기의 목적은 일면이 기판과 대면하며 플라즈마 발생장치에 사용되는 전극에 있어서, 판상의 전극체와, 상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면에 형성된 복수의 돌기와, 상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면과 상기 복수의 돌기의 표면에 단일층으로 형성된 금속산화물층을 포함하는 것에 의하여도 이루어질 수 있다.

또한 본발명의 다른 분야에 따른 상기의 목적은, 일면이 기판과 대면하며 플라즈마 발생장치에 사용되는 전극을 형성하는 방법에 있어서, 상기 기판과 대면하는 면에 복수의 돌기가 형성되어 있는 판상의 전극재료를 마련하는 단계, 상기 전극재료를 폴리싱하는 단계, 상기 폴리싱된 전극재료를 양극산화처리하는 단계를 포함하는 것에 의하여도 이루어질 수 있다.

상기의 플라즈마 발생장치용 전극은 챔버와, 상기 챔버 내에 위치하는 상부전극과 하부전극을 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서, 하부전극으로 사용되는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본발명을 더욱 상세히 설명하겠다.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 식각장치의 개략도이다.

플라즈마 식각장치(1)는 크게 공정 챔버(11), 상부전극(21), 하부전극(30), RF전원(51)으로 구성된다. 상부전극(21)과 하부전극(30)은 챔버(11)내에 상호 이격되어 위치하며, 이 사이에 식각 대상인 기판(41)이 위치한다. 기판(41)은 하부전극(30)과 접촉하며 위치하는데, 더 자세히는, 하부전극(30)상의 돌기(31)과 점접촉하여 있다. 기판(41)상에는 식각될 금속층, 반도체층 및 절연층이 노출되어 있다.

상부전극(21)의 상부로부터 반응 가스가 유입되고 RF전원(51)으로부터 전원이 공급되면, 상부전극(21)과 하부전극(30) 사이에 플라즈마가 발생되면서 식각이 행해진다. 반응 가스로는 통상 아르곤이 사용된다. 식각공정이 끝나면 챔버 내의 공정가스는 진공장치에 의하여 공정 챔버(11) 외부로 배출된다.

도시하지는 않았지만 플라즈마 식각장치(1)는 대기압 상태와 진공상태가 번갈아 이루어지며 기판을 수용하는 로드락 챔버와, 진공상태에서 기판(41)을 로드락 챔버와 공정 챔버(11)의 사이에서 전달하는 트랜스퍼 모듈을 더 포함한다. 또한 트랜스퍼 모듈에는 진공상태에서 구동하는 로봇이 위치한다.

이하에서는 상기와 같은 플라즈마 식각장치(1) 중 하부전극(30)에 대하여 설명하겠다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하부전극(30)의 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'을 따른 단면도이다.

하부전극(30)과 거의 유사한 형상을 가지고 있는 전극체(32)는 대략 판상을 하고 있으며, 전극체(32)의 넓은 두 면 중 기판(41)과 접하는 면에는 복수의 돌기(31)가 형성되어 있다. 또한 전극체(32)와 돌기(31)의 표면에는 알루미늄 산화물층(33)이 위치하고 있다.

돌기(31)의 높이('h')는 200 내지 1200 ㎛정도이며 폭('w')은 2000 내지 18000 ㎛정도이다. 도2와 도3에서 돌기(31)의 형태를 원통형으로 나타내었으나, 이는 실시예에 불과하며 돌기(31)의 형태는 삼각기둥, 사각기둥 등 여러 가지가 가능하다. 여기서 돌기(31)는 균일한 간격으로 배치되는 것이 바람직하며, 기판(41)과 접하지 않는 면에 추가로 형성되어도 무방하다.

전극체(32)와 돌기(31)는 통상 알루미늄 모재를 페이싱, 폴리싱, 엠보싱 가공하여 제조되며, 일체로 형성된다.

알루미늄 산화물층(33)은 전극체(32)와 돌기(31)의 표면에 위치하는데, 기판(41)과 접하는 부분뿐만 아니라 하부전극(30)의 전체 표면에 위치하고 있다. 이는 알루미늄 산화물층(33)이 플라즈마 용사법이 아닌 양극산화법을 통하여 형성되었기 때문이다. 양극산화법을 통하여 형성되었기 때문에 전극체(32)와 돌기(31)가 알루미늄으로 이루어져 있다면 알루미늄 산화물층(33)은 알루미나로 이루어진다. 금속산화물층의 두께는 35 내지 55㎛정도이다.

알루미늄 산화물층(33)은 하부전극(30)을 안정하게 하며 절연의 역할을 한다.

도시하지는 않았지만 알루미늄 산화물층(33)의 상부에는 알루미늄 수화물층이 위치하는 것이 바람직하다. 알루미늄 수화물층은 하부전극(30)에 화학적 안정성과 내식성을 부여하며 2차적 오염으로부터 보호작용을 한다.

여기서 상기 전극체(32)와 돌기(31) 그리고 알루미늄 산화물층(33)은 서로 물리적, 화학적으로 연결되어 있다.

이하에서는 본발명의 실시예에 따른 하부전극(30)의 제조과정을 도 4를 참조로 하여 설명하겠다.

먼저, 돌기(31)가 형성된 전극재료를 마련한다(S10). 전극재료는 알루미늄으로 되어 있고 판상의 형태를 가지고 있다. 돌기(31)는 기판(41)과 접하는 면에 형성된다. 돌기(31)가 형성된 전극재료는 알루미늄 모재를 페이싱(facing)하고 폴리싱 한 후 엠보싱가공을 통하여 얻어진다.

돌기(31)가 형성된 전극재료가 마련되면, 이를 폴리싱(S20)한다. 폴리싱은 화학적 기계적 연마(CMP)방법으로 행해질 수 있다.

폴리싱(S20)이 완료된 전극재료는 양극산화 방법을 통하여 표면에 알루미늄 산화물층(33)이 형성된다. 양극산화 시스템에서는 알루미늄으로 되어 있는 전극재료를 양극으로 하고 음극으로는 납 등의 불활성 재료를 사용한다. 전해액으로는 황산, 크롬산, 수산 등을 선택하여 사용한다. 이러한 양극산화 시스템에서 전압을 걸어 주면 전극재료에서는 알루미늄 이온이 발생하는데, 알루미늄 이온이 산소와 결합하여 알루미늄 산화물층(33)을 이루게 된다.

알루미늄 산화물층(33)은 하부전극(30)을 안정하게 하며 절연의 역할을 한다.

양극산화를 통하여 산화되지 않은 전극재료는 전극체(32)가 되며, 표면에 위치하여 산화된 전극재료는 알루미늄 산화물층(33)이 된다. 또한 돌기(31)의 표면 역시 산화되어 알루미늄 산화물층(33)이 된다.

위와 같은 과정을 통하여 돌기(31)가 형성되어 있으면서 알루미늄 산화물층(33)이 단일의 층을 이루고 있는 하부전극(30)이 마련된다. 알루미늄 산화물층(33)이 단일층이기 때문에 플라즈마 용사법과 달리 오버랩부분이 생기지 않는다. 따라서 기판(41)에 발생하는 얼룩이 효과적으로 감소된다.

양극산화에 의해 형성된 알루미늄 산화물층(33)에는 다수의 포어가 형성된다. 알루미늄 산화물층(33)의 표면에 실링공정을 통하여 알루미늄 수화물층을 형성하여 주면 화학적 안정성과 내식성이 증가되며 2차적 오염으로부터 보호된다.

실링공정은 양극산화 처리된 전극재료를 DI 워터(deionization water)에 침적시키고 온도를 약 90℃이상으로 올림으로써 이루어 진다. 이 때 표면의 알루미늄 산화물층(33)이 물과 반응하여 알루미늄 수화물층이 형성되는 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 돌기가 형성되어 기판과 점접촉을 하는 동시에, 표면에 양극산화법을 통한 금속산화물이 일체로 형성되어 기판에 발생하는 얼룩이 방지되는 플라즈마 발생장치용 전극이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치의 개략도이고,

도 2는 본발명의 실시예에 따른 하부전극의 사시도이며,

도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ'을 따른 단면도이며,

도 4는 본발명의 실시예에 따른 하부전극의 제조과정을 나타낸 순서도이다.

* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *

11 : 공정 챔버 21 : 상부전극

30 : 하부전극 31 : 돌기

32 : 전극체 33 : 알루미늄 산화물층

41 : 기판 51 : RF전원

Claims (6)

1. 일면이 기판과 대면하며 플라즈마 발생장치에 사용되는 전극에 있어서,

   판상의 전극체와,

   상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면에 형성된 복수의 돌기와,

   양극산화법을 통하여 상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면과 상기 복수의 돌기의 표면에 형성된 금속산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 전극체는 알루미늄을 포함하여 이루어지며,

   상기 금속산화물층은 알루미나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 금속산화물층은 상기 전극체의 전체 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
4. 일면이 기판과 대면하며 플라즈마 발생장치에 사용되는 전극에 있어서,

   판상의 전극체와,

   상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면에 형성된 복수의 돌기와,

   상기 기판과 대면하는 상기 전극체의 면과 상기 복수의 돌기의 표면에 단일층으로 형성된 금속산화물층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
5. 일면이 기판과 대면하며 플라즈마 발생장치에 사용되는 전극을 형성하는 방법에 있어서,

   상기 기판과 대면하는 면에 복수의 돌기가 형성되어 있는 판상의 전극재료를 마련하는 단계

   상기 전극재료를 폴리싱하는 단계

   상기 폴리싱된 전극재료를 양극산화처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극 형성 방법.
6. 챔버와, 상기 챔버 내에 위치하는 상부전극과 하부전극을 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서,

   상기 하부전극은 제 1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 플라즈마 발생장치용 전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.