KR20060092365A - 플라즈마 발생장치용 전극 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 발생장치용 전극에 관한 것으로, 소정의 영역에 복수의 통과공이 형성되어 있는 판상의 전극체와; 통과공에 삽입되어 있는 세라믹관과; 전극체 상에 형성된 세라믹 코팅층과; 세라믹관 내에 승강 가능하도록 수용되어 있는 리프트핀; 및 리프트핀을 승강시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 상기 리프트핀이 승강하는 통과공 주위에서 발생하는 아크를 감소시킬 수 있다.

Description

플라즈마 발생장치용 전극 및 그 제조방법{ELECTRODE FOR PLASMA GENERATING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치의 개략도,

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하부전극의 사시도,

도 3은 도2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도,

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하부전극의 단면도,

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 하부전극의 단면도,

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 하부전극의 제조과정을 나타낸 순서도이다.

* 도면의 주요부분의 부호에 대한 설명 *

1 : 플라즈마 식각장치 11 : 챔버

21 : 상부전극 30 : 하부전극

31 : 전극체 32 : 세라믹관

33 : 세라믹 코팅 41 : 구동부

51 : RF 전원 61 : 통과공

71 : 기판 81 : 리프트핀

본 발명은, 플라즈마 발생장치용 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 리프트핀이 승강하는 통과공 주위에서 발생하는 아크를 감소시킬 수 있는 플라즈마 발생장치용 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 또는 액정표시장치의 기판의 제조에 있어서 기판에 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 기판과 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. 여기서, 상부전극에는 반응가스의 유입을 위하여 가스통과공이 다수 형성되어 있다. 그리고, 하부전극에는 기판이 하부전극의 상면에 안착 될 수 있도록 돕는 리프트핀이 수용되어 있는 통과공이 다수 마련되어 있다.

그리고, 알루미늄으로 이루어진 상부전극과 하부전극의 표면 및 리프트핀이 수용되는 통과공의 내부표면에는 플라즈마 손상, 절연파괴 및 외부 오염 등으로부터 효과적인 보호를 위해 세라믹 용사 방법 또는 양극산화(anodizing) 방법에 의한 세라믹 코팅층이 형성되어 있다.

그러나, 외부오염물질 및 기판의 파편 등이 통과공과 리프트핀 사이의 미세틈으로 유입되어 승강운동하는 리프트핀에 휨을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 휘어진 리프트핀이 승강운동을 하면서 하부전극에 지속적으로 스트레스를 인가하게 되어 세라믹 코팅층이 파괴될 수 있다. 이에 의해, 이 부위에 아크가 발생하는 문제점이 있다. 아크가 발생한 부분은 절연이 파괴되어 하부전극 자체를 사용할 수 없게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 리프트핀이 승강하는 통과공 주위에서의 아크 발생을 감소시킬 수 있는 플라즈마 발생장치용 전극 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 소정의 영역에 복수의 통과공이 형성되어 있는 판상의 전극체와; 통과공에 삽입되어 있는 세라믹관과; 전극체 상에 형성된 세라믹 코팅층과; 세라믹관 내에 승강 가능하도록 수용되어 있는 리프트핀; 및 리프트핀을 승강시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극에 의하여 달성된다.

여기서, 세라믹 코팅층은 세라믹관 상으로 연장 형성되어 있을 수 있다.

그리고, 세라믹관과 세라믹 코팅층은 알루미나를 포함하여 이루어진 것이 절연을 위하여 바람직하다.

또한, 절연 및 충격완화를 위하여 세라믹관의 두께는 2mm 내지 5mm인 것이 바람직하다.

본 발명의 목적은, 소정의 영역에 복수의 통과공이 형성되어 있는 판상의 전극체를 마련하는 단계와; 통과공 내부에 세라믹관을 삽입하는 단계; 및 전극체와 세라막관을 세라믹 코팅 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극 제조 방법에 의하여도 달성된다.

여기서, 세라믹 코팅 처리는 세라믹 용사 방법 및 양극산화 방법 중 적어도 어느 하나로 이루어 지는 것이 바람직하다.

본발명에 따른 플라즈마 발생장치용 전극은, 챔버와, 상기 챔버 내에 위치하는 상부전극과 하부전극을 포함하는 플라즈마 발생장치에서 하부전극으로 사용되는 것이 바람직하다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 플라즈마 식각장치의 개략도이다. 플라즈마 식각장치(1)는 크게 챔버(11), 상부전극(21), 하부전극(30), RF전원(51) 및 구동부(41)로 구성된다. 상부전극(21)과 하부전극(30)은 챔버(11) 내에 상호 대향하여 이격되어 위치하며, 이 사이에 식각 대상인 기판(71)이 위치한다. 더 자세하게는 하부전극(30)의 상면에 기판(71)이 위치한다. 기판(71)상에는 식각될 금속층, 반도체층 및 절연층이 노출 되어 있다.

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

이하에서는 상기와 같은 플라즈마 식각장치(1) 중 하부전극(30)에 대하여 설명하겠다. 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 하부전극(30)의 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ을 따른 단면도이다.

본 발명에 따른 하부전극(30)은 하부전극(30)과 거의 유사한 형상을 가지고 있는 판형상의 전극체(31)와, 상기 전극체(31) 상의 소정의 영역에 형성된 복수의 통과공(61)과, 통과공(61)에 삽입되는 세라믹관(32) 및 상기 전극체(31)의 표면과 세라믹관(32)의 내부표면에 형성되어 있는 세라믹 코팅층(33)을 포함한다.

전극체(31)는 알루미늄으로 이루어져 있다. 그리고, 상기 전극체(31)의 가장자리에는 4개의 통과공(61)이 대칭을 이루며 형성되어 있으며, 통과공(61)에는 세라믹관(61)이 삽입되어 있다. 상기 세라믹관(61)에는 리프트핀(81)이 수용되어 하부전극(30)의 상면에 기판(71)이 안착 되도록 돕는다.

여기서, 통과공(61)은 3개, 5개, 6개 등 복수로 형성될 수 있으며, 리프트핀(81)이 기판(71)을 안정적으로 지지하면서 하부전극(30)의 상면에 안착 시킬 수 있는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

세라믹관(32)은 리프트핀(81)의 휨에 의하여 하부전극(30)에 직접적인 스트레 스가 인가되는 것을 방지하기 위한 충격완화 및 절연용 구성으로, 통과공(61)에 삽입되어 있다. 세라믹관(32)은 알루미나 등의 세라믹 재료를 압축 및 성형하여 관 형상으로 제조한 것이다. 그리고, 상술한 바와 같이, 리프트핀(81)은 통과공(61)에 수용되어 있다.

세라믹 코팅층(33)은 세라믹관(32)의 내부표면과, 전극체(31)의 외부표면에 형성되어 있다. 세라믹 코팅층(33)은 통상 알루미나로 이루어져 있으며, 하부전극(30)을 절연시킨다. 세라믹 코팅층(33)은 세라믹 용사 방법 또는 양극산화 방법으로 형성될 수 있다.

이러한 하부전극(30)에서 용사 방법에 의하여 형성된 세라믹 코팅층(33)의 두께(d1)는 통상 300㎛정도이다. 그리고, 세라믹관(32)의 두께 (d2)는 2mm 내지 5mm인 것이 바람직하다. 두께가 2mm보다 얇으면 충격완화의 효과가 미미하며, 두께가 5mm보다 두꺼우면 더 이상 충격완화의 효과가 개선되지 않는 반면 제조과정이 복잡해진다. 따라서, 통과공(61) 내부에 형성되어 있는 세라믹층(32, 33)의 총 두께는 2300 내지 5300㎛가 된다. 반면, 양극산화 방법에 의하여 세라믹 코팅층(33)이 형성된 경우에는 그 두께(d1)는 통상 50㎛내외이다.

여기서, 세라믹관(32)에 수용되는 리프트핀(81)에 의하여 기판(71)이 하부전극(30)의 상면에 안착 되는 구동원리를 간단히 설명하면 다음과 같다. 세라믹관(32) 내부에 리프트핀(81)이 수용되어 있는 상태에서, 로봇에 의하여 하부전극(30)의 상부공간으로 기판(71)이 이동되면 구동부(41)에 의하여 리프트핀(81)이 상기 기판(71)을 지지할 수 있도록 상승한다. 리프트핀(81)에 의하여 기판(71) 이 안정적으로 지지 되면, 구동부(41)에 의하여 리프트핀(81)이 점차 하강하면서 하부전극(30)의 상면에 기판(71)이 안정적으로 안착 되도록 한다.

종래에는, 기판의 파편이나, 기타 외부 오염물질이 리프트핀(81)과 통과공(61) 사이의 미세틈으로 유입될 수 있다. 이 경우, 구동하는 리프트핀(81)에 휨이 발생할 수 있고, 통과공(61)의 주위에서 휘어진 리프트핀(81)이 하부전극(30)에 스트레스를 지속적으로 가하게 된다. 스트레스가 가중되면, 세라믹 코팅층(33)이 파괴되어 이 부위에 아크가 발생하는 문제가 있다. 아크가 발생한 부분은 절연이 파괴되어 하부전극(30) 자체를 사용할 수 없게 된다. 이를 방지하기 위해, 본 발명에서는 리프트핀(81)과 통과공(61) 사이에 충격완화 및 절연용 세라믹관(32)을 삽입한다. 세라믹관(32)은 세라믹 코팅층(33)과 동일한 재질로 마련될 수 있으나, 리프트핀(81)의 휨에 의한 하부전극(30)으로의 스트레스의 인가를 방지하기 위해 세라믹 코팅층(33)보다 두껍게 형성됨이 바람직하다. 상술한 바와 같이, 2mm 내지 5mm의 두께로 형성하면 리프트핀(81)의 휨이 발생하더라도 하부전극(30)에 스트레스가 직접 인가되지 않아, 하부전극(30)의 손상이 방지된다. 이에 의해, 고가이면서, 제작 기간이 오래 걸리는 하부전극을 손상 없이 오래 사용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 하부전극(30)의 단면도이다.

도 4에 나타낸 제2실시예에 따른 하부전극(30)은 기판(71)과 대면하는 면에 돌기(34)가 형성되어 있다. 챔버(11) 내에서 하부전극(30)과 기판(71)이 면접촉을 한 상태에서 에칭이 진행되기 때문에, 온도 및 정전기로 인해 기판(71)에 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. 이러한 문제는 제2실시예와 같이 기판(71)과 대면하는 면에 돌기(34)를 형성하여, 하부전극(30)과 기판(41)의 접촉을 면접촉에서 점접촉으로 바꾸어 주면 해결 가능하다.

도 5는 본 발명의 제3실시예로, 세라믹관(32)의 내부표면에는 세라믹 코팅층(33)을 형성하지 않을 수도 있다. 이는, 세라믹관(32)이 세라믹 코팅층(33)의 역할을 대신할 수 있기 때문이다. 그리고, 앞에서 상술한 바와 같이, 세라믹 코팅층(33)은 세라믹 용사 방법 또는 양극산화 방법으로 형성될 수 있으나, 양극산화 방법에 의하여 세라믹관(32)의 내부표면에 세라믹 코팅층(33)을 형성하는 것은 제조공정상 쉽지 않다. 이 경우, 제조공정의 단순화 및 간편화를 위하여 세라믹 코팅층(33)을 전극체(31)의 표면에만 형성하더라도, 통과공(61) 주위의 전극체(31)에는 세라믹관(32)에 의하여 절연된다. 한편, 세라믹 용사방법의 경우에는 세라믹관(32) 내부에 세라믹 코팅층(33)을 형성할 수 있다.

도 6는 본발명의 제1실시예에 따른 하부전극(30)의 제조과정을 나타낸 순서도이다.

먼저, 하부전극(30)과 거의 유사한 형태를 가지고 있는 전극체(31)를 마련한다(S100). 전극체(31)는 소정의 영역에 복수의 통과공(61)이 형성되어 있으며, 통상 판상을 하고 있고 알루미늄으로 제조된다.

이후, 전극체(31)의 통과공(61)에 세라믹관(32)을 삽입한다(S200). 세라믹관(32)은 리프트핀(81)의 휨에 의하여 하부전극(30)에 직접적인 스트레스가 인가되는 것을 방지하기 위한 충격완화 및 절연용 구성이다. 세라믹관(32)은 알루미나 등의 세라믹 재료를 압축 및 성형하여 관 형상으로 제조된다. 세라믹관(32)의 두께는 다양하게 마련될 수 있으나 두께는 2mm 내지 5mm인 것이 충격완화를 위하여 바람직하다. 또한, 세라믹관(32)의 재질은 절연기능을 가지고 있다면 한정되지는 않으나, 알루미나를 포함하는 것이 바람직하다.

전극체(31)의 통과공(61)에 세라믹관(32)을 삽입한 후 세라믹 용사 방법 또는 양극산화 방법 등을 이용하여 하부전극(30)의 표면 그리고/또는 세라믹관(32)의 내부표면을 세라믹 코팅 처리한다(S300).

세라믹 용사 방법이란 분말 혹은 선형재료를 고온열원으로부터 용융액적으로 고속으로 기재에 충돌시켜 급냉응고 적층한 피막을 형성하는 기술이다. 재료의 가열, 용융을 위해 에너지 밀도가 높은 연소화염, 아크 및 플라즈마 등의 열원을 필요로 한다. 세라믹 용사 방법은 성질이 다른 재료로 기재표면에 피막을 형성하여 기재가 보유하고 있는 특성을 살리고, 결함을 보완할 수 있으며, 재료기능의 다양화 및 고도화를 가능하게 하는 표면처리법의 하나이다.

플라즈마를 이용한 세라믹 용사 방법에서는, 그 특성상 하부전극(30) 표면에 원하는 두께의 세라믹 코팅층(33)을 한번에 증착시키지 못한다. 즉, 한번에 증착시킬 수 있는 폭이 약 15mm로 제한되며 그 두께 역시 약 30㎛ 정도로 제한되는 것이다. 따라서 세라믹 용사 방법을 이용하여 원하는 두께의 세라믹 코팅층(33)을 얻으려면, 세라믹 코팅층(33)을 오버랩하며 하부전극(30) 표면에 1차 증착시키고, 원하는 두께가 될 때까지 이를 반복하게 된다. 이러한 과정을 약 10회 반복하면 300㎛ 정도의 두께를 가지는 세라믹 코팅층(33)을 얻을 수 있다.

세라믹 용사 방법을 사용하면 전극체(31)와 세라믹관(32) 모두의 표면에 세라믹 코팅층(33)이 형성된다. 세라믹 용사 방법에 의해 형성된 세라믹 코팅층(33)은 통상 알루미나를 포함하고 있다.

세라믹 코팅층(33)은 세라믹 용사 방법 외에 양극산화 방법을 이용할 수 있다. 양극산화 방법에서는 알루미늄으로 되어 있는 전극체(31)를 양극으로 하고 음극으로는 납 등의 불활성 재료를 사용한다. 전해액으로는 황산, 크롬산, 수산 등을 선택하여 사용한다. 이러한 양극산화 시스템에서 전압을 걸어 주면 전극체(31)에서는 알루미늄 이온이 발생하는데, 알루미늄 이온이 산소와 결합하여 알루미나층, 즉 세라믹 코팅층(33)을 이루게 된다. 양극산화 방법에 의한 세라믹 코팅층(33)의 두께는 통상 50㎛정도로 용사 방법에 의한 세라믹 코팅층(33)에 비해 다소 얇다. 양극산화 방법에 의하여 전극체(31)의 표면에 형성된 세라믹 코팅층(33)은 전극체(31)의 표면이 산화반응을 하여 형성된 것이다. 반면 세라믹 용사 방법에 의하여 전극체(31)의 표면에 형성된 세라믹 코팅층(33)은 전극체(31)표면에 별도로 부가되는 것이다.

여기서, 양극산화 방법을 사용할 경우에는 세라믹관(32)의 내부표면에는 세라믹 코팅층(33)을 형성하는 것이 쉽지 않다. 그러므로, 제 1 실시예와 같이 전극체(31)의 표면과 세라믹관(32)의 내부표면에 세라믹 코팅층을 형성하는 경우에는 세라믹 용상방법을 적용함이 바람직하다. 한편, 전극체(31)에만 세라믹 코팅층(33)을 형성하는 경우에는 세라믹 용사방법과 양극산화 방법이 모두 적용될 수 있다. 다른 실시예로, 전극체(31)의 표면은 양극산화 방법 또는 세라믹 용사방법에 의하여 세라믹 코팅층(33)을 형성하고, 세라믹관(32)의 내부표면은 세라믹 용사방법에 의하여 세라믹 코팅층(33)을 형성할 수 있다.

이상의 실시예에서는 하부전극(30)이 알루미늄으로 이루어지는 것으로 되어 있으나 알루미늄 합금이어도 무방하다. 또한 본 발명에서의 플라즈마 발생장치는 식각 장치에 한정되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 리프트핀이 승강하는 통과공 주위에서의 아크 발생을 감소시킬 수 있는 플라즈마 발생장치용 전극 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 소정의 영역에 복수의 통과공이 형성되어 있는 판상의 전극체와;

   상기 통과공에 삽입되어 있는 세라믹관과;

   상기 전극체 상에 형성된 세라믹 코팅층과;

   상기 세라믹관 내에 승강 가능하도록 수용되어 있는 리프트핀; 및

   상기 리프트핀을 승강시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹 코팅층은 상기 세라믹관 상으로 연장 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹관과 상기 세라믹 코팅층은 알루미나를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 세라믹관의 두께는 2mm 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극.
5. 소정의 영역에 복수의 통과공이 형성되어 있는 판상의 전극체를 마련하는 단계와;

   상기 통과공 내부에 세라믹관을 삽입하는 단계; 및

   상기 전극체와 상기 세라막관을 세라믹 코팅 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극 제조 방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 세라믹 코팅 처리는 세라믹 용사 방법 및 양극산화 방법 중 적어도 어느 하나로 이루어 지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치용 전극 제조 방법.
7. 챔버와, 상기 챔버 내에 위치하는 상부전극과 하부전극을 포함하는 플라즈마 발생장치에 있어서,

   상기 하부전극은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 플라즈마 발생장치용 전극인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.

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