KR20070097246A - Upper electrode assembly for plasma etching - Google Patents

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KR20070097246A
KR20070097246A KR1020060028186A KR20060028186A KR20070097246A KR 20070097246 A KR20070097246 A KR 20070097246A KR 1020060028186 A KR1020060028186 A KR 1020060028186A KR 20060028186 A KR20060028186 A KR 20060028186A KR 20070097246 A KR20070097246 A KR 20070097246A
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Abstract

An upper electrode assembly for plasma etching is provided to prevent the generation of arc discharge or damage of an electrode by firmly assembling the assembly using only bolts. An upper electrode assembly includes a gas supply unit supplying a gas to generate plasma, an upper plate support applied with high-frequency power, and an intermediate support (20) coupled to the upper plate support and a silicon electrode(40). The silicon electrode is fastened to the intermediate support by a fastening member(70). The intermediate support is made of aluminum, and an inner portion and an outer portion of the intermediate support of the intermediate support are coated with insulating material(21), except for the portion contacting the upper plate support and the silicon electrode. The silicon electrode has a fastening part(42) engaged to the intermediate support by using a bolt.

Description

플라즈마 식각용 상부전극 조립체{UPPER ELECTRODE ASSEMBLY FOR PLASMA ETCHING}Upper electrode assembly for plasma etching {UPPER ELECTRODE ASSEMBLY FOR PLASMA ETCHING}

도 1은 플라즈마 식각 챔버의 구조를 개략적으로 표시한 구성도 1 is a schematic view showing a structure of a plasma etching chamber

도 2는 접착방식을 적용한 종래의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체의 단면도 Figure 2 is a cross-sectional view of a conventional plasma etching upper electrode assembly applying the adhesive method

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 식각용 상부전극 조립체의 일실시예의 구조를 설명하기 위한 단면도3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an embodiment of an upper electrode assembly for plasma etching according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 식각용 상부전극 조립체의 다른 실시예의 구조를 설명하기 위한 단면도4 is a cross-sectional view illustrating a structure of another embodiment of the upper electrode assembly for plasma etching according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 상판지지부 11 가스공급부10 Top plate support 11 Gas supply

20 중간지지부 21 절연물질20 Intermediate Support 21 Insulation Material

30 고정링 40 실리콘 전극30 retaining ring 40 silicon electrode

41 천공 42 체결부41 perforations 42 fasteners

50 버퍼플레이트 60 탄성중합체 50 Buffer Plate 60 Elastomer

70 볼트 71 캡70 bolts with 71 caps

80 체결부 90 오링80 Fastening 90 O-Ring

100 상부전극 조립체 200 하부전극100 Upper Electrode Assembly 200 Lower Electrode

300 반도체 웨이퍼 300 semiconductor wafers

본 발명은 플라즈마 식각용 상부전극 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 유입되는 가스공급부와 상기 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 고주파전원이 가해지는 상판지지부와 상기 상판지지부 및 하기 실리콘 전극과 결합되는 링(ring)형상의 중간지지부 및 상기 플라즈마를 하부에 수직으로 인가할 수 있도록 된 복수의 천공이 된 샤워헤드 형상의 실리콘 전극을 포함하며 상기 실리콘 전극의 중간지지부에의 결합이 금속재질의 체결구를 이용하여 체결되어지는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체에 있어서, 상기 중간지지부는 알루미늄 재질이고 상기 상판지지부 및 실리콘 전극과 맞닿는 부분을 제외한 내측 및 외측이 절연물질로 코팅되어 있으며, 상기 실리콘 전극은 주연부에 동심원상으로 상기 중간지지부와 볼트로 체결가능한 체결부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to an upper electrode assembly for plasma etching, and more particularly, a gas supply part into which a gas for generating plasma is introduced, and an upper plate support part and the upper plate support part to which high frequency power is applied to make the gas into a plasma state. A ring-shaped intermediate support coupled to the silicon electrode and a plurality of perforated showerhead-shaped silicon electrodes to vertically apply the plasma to the lower portion, and the coupling of the silicon electrode to the intermediate support In the upper electrode assembly for plasma etching, which is fastened by using a metal fastener, the intermediate support part is made of aluminum, and the inner and outer sides of the upper support part and the silicon electrode are coated with an insulating material. The silicon electrode supports the intermediate concentrically on the periphery And fastening a fastening bolt relates to the upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that comprises section.

반도체는 그 제조공정에서 기판을 가공하기 위하여 플라즈마 식각(etching)공정을 거치게 된다. 식각 과정은 종종 식각될 재료와 화학적으로 반응적인 가스들을 사용함으로써 보다 효율적으로 수행될 수 있다. 일명 '반응적 이온 식각(reactive ion etching)'은 플라즈마의 활동적인 식각 효과와 가스의 화학적인 식각효과가 결합되어 있다. 도 1은 플라즈마 식각 챔버의 구조를 개략적으로 표시한 구성도이다. 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 통상, 상기 플라즈마 식각용 전극은 반도체 웨이퍼(300)를 그 위에 수용하는 하부전극(200)과 플라즈마 상태의 가스증기를 살포하는 상부전극(100)으로 구성된다. 하지만, 많은 화학적인 반응제들(active agents)은 과도한 전극 마모를 초래한다는 것이 발견되었다. 웨이퍼의 전 영역에 걸쳐 고른 식각률을 얻기 위하여 웨이퍼의 표면에 걸쳐 플라즈마를 균등하게 분포시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 미합중국 특허 제4,595,484호, 제4,792,378호, 제4,820,371호, 제4.960,488호에서는 전극들내의 많은 구멍들을 통하여 가스를 분포시키기 위한 샤워헤드(showerhead) 전극들을 개시하고 있다. 이러한 특허들은 일반적으로 반도체 웨이퍼상에 가스증기를 고른 분포로 제공하도록 되어 있는 구멍들의 배열을 포함하는 가스 산란디스크들(gas dispersion disks)에 대하여 기술하고 있다. The semiconductor is subjected to a plasma etching process to process the substrate in the manufacturing process. The etching process can often be performed more efficiently by using gases that are chemically reactive with the material to be etched. Also known as 'reactive ion etching', the active etching effect of plasma and the chemical etching effect of gas are combined. 1 is a configuration diagram schematically showing a structure of a plasma etching chamber. As shown in FIG. 1, the plasma etching electrode generally includes a lower electrode 200 accommodating the semiconductor wafer 300 thereon and an upper electrode 100 spraying gas vapor in a plasma state. However, many chemical active agents have been found to cause excessive electrode wear. It is desirable to distribute the plasma evenly over the surface of the wafer in order to obtain an even etch rate over the entire area of the wafer. For example, US Pat. Nos. 4,595,484, 4,792,378, 4,820,371, and 4.960,488 disclose showerhead electrodes for distributing gas through many holes in the electrodes. These patents generally describe gas dispersion disks comprising an array of holes adapted to provide an even distribution of gas vapor on a semiconductor wafer.

상기 문헌에 개시된 종래의 전극조립체는 실리콘 재질의 샤워헤드 전극을 전극조립체에 부착하기 위하여 솔더링(soldering) 또는 브레이징(blazing)이나 탄성중합체 성분의 접착제를 사용하여 흑연재질의 고정링에 접착하거나 체결구 등을 이용하는 방식의 2가지로 대별된다. 대한민국 등록특허 제329974호의 등록공보에는 접착면을 가지는 지지부재; 한 쪽에 RF 전력 인가면을 가지고 반대쪽 외곽 모서리에 상기 지지부재의 접착면과 맞물리는 접착면을 가지는 RF 인가전극; 및 상기 전극의 외곽 모서리와 상기 지지부재 사이에 그 온도 사이클 동안에 상기 전극과 상기 지지부재 간의 이동을 허용할 수 있도록 상기 지지부재에 상기 전극을 탄력적으 로 부착시키는 탄성중합체 결합부를 포함하는 반도체 기판의 공정에 사용되는 플라즈마 반응챔버에 유용한 전극 어셈블리가 개시되어 있다. 그런데, 상기 문헌에 개시된 것과 같이 전극과 지지부재를 솔더링 등의 방식으로 접착하는 방법은 플라즈마 식각과정에서 발생하는 고열로 인한 각 부품간의 재질차이로 인하여 열팽창정도의 차이가 발생하고 이는 곧 접착계면에서의 균열로 인한 내구성 저하와 접착재료 등의 기화로 인한 오염 등의 염려가 있다. Conventional electrode assemblies disclosed in the above document adhere to or fasten to graphite retaining rings using soldering, brazing, or elastomeric adhesives to attach a showerhead electrode made of silicon to the electrode assembly. It is roughly divided into two ways of using. Korean Patent No. 329974 discloses a support member having an adhesive surface; An RF applying electrode having an RF power application surface on one side and an adhesive surface on an opposite outer edge thereof to engage the adhesive surface of the support member; And an elastomeric bonding portion for elastically attaching the electrode to the support member to allow movement between the electrode and the support member during the temperature cycle between the outer edge of the electrode and the support member. Disclosed are electrode assemblies useful for plasma reaction chambers used in the process. However, as disclosed in the above document, the method of bonding the electrode and the support member by soldering or the like causes a difference in the degree of thermal expansion due to the material difference between the parts due to the high heat generated during the plasma etching process, which is, Durability due to cracks and contamination due to vaporization of the adhesive material, etc. are feared.

한편, 대한민국 등록특허 제0399566호의 등록공보에는 반응 챔버내에서 처리되어질 웨이퍼와 마주보는 하부표면을 구비하는 지지부재; 상기 웨이퍼를 마주보는 하부표면과, 상기 지지부재의 상기 하부표면을 마주 보는 외부 모서리의 상부 표면을 구비하는 전극; 및 상기 전극의 상기 외부 모서리와 체결되고, 상기 지지부재에 대하여 상기 전극에 탄력적으로 압력을 가하는 클램핑부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리를 위한 플라즈마 반응챔버의 전극 어셈블리가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 공개특허공보 제2002-0078680호에는 전면에 다수개의 분사공들이 관통 형성되고, 가장자리를 따라 일정 간격으로 체결홈들이 형성된 전극 플레이트; 상기 전극 플레이트의 체결홈에 일단이 체결되어 고정되는 제 1 결합부재; 상기 체결홈에 대응하는 위치에 상기 제 1 결합부재를 수용하는 관통공이 형성된 링 형상의 플랜지; 상기 관통공에 수용된 제 1 결합부재와 결합되어 상기 전극 플레이트와 상기 플랜지를 결합시키는 제 2 결합부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 식각장치용 전극 어셈블리가 개시되어 있다. 또한, 대한민국 등록특허 제472410호의 등록공보에는 반도체 기판을 가공하기 위한 가스를 플라즈마 상태로 형성하기 위한 고주파 전원과 연결되는 제 1전극; 상기 제 1전극의 제 1면에 배치되는 제2전극; 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 결합시키고 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 접촉되는 부위가 상기 제1전극 및 상기 제2전극 중에서 전기전도율이 낮은 전극과 같거나 높은 제1전기 전도율을 갖는 제1물질로 이루어진 제1결합수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 가공하기 위한 전극조립체가 개시되어 있다. 상기 문헌에 개시된 바와 같은 체결구를 채용한 전극조립체의 경우 접착방식을 채용한 전극조립체에서와 같은 접착성분의 기화로 인한 오염 및 열전도율의 차이로 인한 접착면의 균열 등의 문제는 해결할 수 있지만, 체결부위에서의 아크방전으로 인한 반응챔버 및 반도체 기판의 오염과 열화의 문제가 있고, 특히 전술한 제2002-0078680호에 개시된 전극조립체의 경우 체결구조가 불안정해 실리콘 전극의 분리위험 및 체결구의 체결시 작업자의 부주의로 인해 조이는 힘조절을 잘 못하는 경우 전극이 균열이나 파손의 염려가 있다. 또한, 종래의 전극조립체는 상기 실리콘전극과 결합되는 링 부위의 소재가 탄소로 이루어진 그라파이트로 이루어진 것을 사용하여 결합방식과 무관하게 열팽창계수 차이로 인한 결합부분의 문제점이 있었다. On the other hand, the registered publication of Republic of Korea Patent No. 0399566 has a support member having a lower surface facing the wafer to be processed in the reaction chamber; An electrode having a lower surface facing the wafer and an upper surface of an outer edge facing the lower surface of the support member; And a clamping member fastened to the outer edge of the electrode and resiliently applying pressure to the electrode against the support member. In addition, the Republic of Korea Patent Publication No. 2002-0078680 has a plurality of injection holes formed in the front surface, the electrode plate formed with fastening grooves at regular intervals along the edge; A first coupling member whose one end is fastened and fixed to a fastening groove of the electrode plate; A ring-shaped flange having a through hole for receiving the first coupling member at a position corresponding to the coupling groove; Disclosed is an electrode assembly for an etching apparatus, comprising: a second coupling member coupled to a first coupling member accommodated in the through hole to couple the electrode plate to the flange. In addition, Korean Patent No. 472410 discloses a first electrode connected to a high frequency power supply for forming a gas for processing a semiconductor substrate in a plasma state; A second electrode disposed on the first surface of the first electrode; And a first electrical conductivity coupled to the first electrode and the second electrode and in contact with the first electrode and the second electrode, which is equal to or higher than an electrode having a low electrical conductivity among the first electrode and the second electrode. Disclosed is an electrode assembly for processing a semiconductor substrate comprising a first coupling means made of a first material. In the case of the electrode assembly employing the fastener as disclosed in the above document, problems such as contamination of the adhesive surface due to the difference in thermal conductivity and contamination due to vaporization of the adhesive component as in the electrode assembly employing the adhesive method can be solved. There is a problem of contamination and deterioration of the reaction chamber and the semiconductor substrate due to the arc discharge at the fastening part. In particular, in the case of the electrode assembly disclosed in 2002-0078680 described above, the fastening structure is unstable and the risk of separation of the silicon electrode and fastening of the fastener If the tightening force cannot be controlled due to carelessness of the operator, the electrode may be cracked or broken. In addition, the conventional electrode assembly has a problem in that the bonding portion due to the difference in thermal expansion coefficient regardless of the bonding method by using a graphite material made of carbon of the ring portion to be bonded to the silicon electrode.

본 발명자는 체결구를 적용한 플라즈마 식각용 상부전극조립체에 있어서 상기 아크방전 등의 염려가 없고, 체결시 전극의 파손 등의 염려가 없으면서도 재질 및 구조상의 차이로 인한 문제점을 해결한 상부전극 조립체를 개발하기 위하여 연구하던 중 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have an upper electrode assembly in which the upper electrode assembly for fastening the plasma is applied, which has no fear of arc discharge or the like, and which solves problems due to material and structural differences without fear of breakage of the electrode during fastening. The present invention was completed while studying for development.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 볼트만으로 체결이 이루어 지기 때문에 접착방식 등의 종래의 전극조립체보다 훨씬 경제적이고 간단하며 견고한 결합상태를 달성할 수 있으면서도 아크방전이나 전극의 파손 등의 염려가 없는 상부전극 조립체를 제공하는 것이다. Accordingly, the technical problem to be achieved by the present invention is that the fastening is performed only by bolts, which is much more economical and simpler than the conventional electrode assembly such as an adhesive method, and can be achieved while maintaining arcing or electrode breakage. It is to provide an upper electrode assembly without.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 유입되는 가스공급부와 상기 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 고주파전원이 가해지는 상판지지부와 상기 상판지지부 및 하기 실리콘 전극과 결합되는 링(ring)형상의 중간지지부 및 상기 플라즈마를 하부에 수직으로 인가할 수 있도록 된 복수의 천공이 된 샤워헤드 형상의 실리콘 전극을 포함하며 상기 실리콘 전극의 중간지지부에의 결합이 금속재질의 체결구를 이용하여 체결되어지는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체에 있어서, 상기 중간지지부는 알루미늄 재질이고 상기 상판지지부 및 실리콘 전극과 맞닿는 부분을 제외한 내측 및 외측이 절연물질로 코팅되어 있으며, 상기 실리콘 전극은 주연부에 동심원상으로 상기 중간지지부와 볼트로 체결가능한 체결부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, the present invention is a ring coupled with a gas supply portion into which a gas for generating plasma is introduced and a top plate support portion to which a high frequency power is applied to make the gas into a plasma state, the top plate support portion and a silicon electrode below. a ring-shaped intermediate support portion and a plurality of perforated showerhead-shaped silicon electrodes capable of vertically applying the plasma to the lower portion, wherein the coupling of the silicon electrodes to the intermediate support portions In the upper electrode assembly for plasma etching, which is fastened by using, the intermediate support part is made of aluminum, and the inner and outer surfaces of the upper electrode support part and the silicon electrode are coated with an insulating material except for the part contacting with the upper plate support part and the silicon electrode, and the silicon electrode is concentric with the peripheral part. Fastening with bolts A comprises providing the upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that.

또한, 본 발명은 상기 절연물질이 산화알루미늄 또는 산화이트륨, 실리콘, 세라믹, 불소로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체를 제공한다.The present invention also provides an upper electrode assembly for plasma etching, wherein the insulating material is at least one selected from the group consisting of aluminum oxide or yttrium oxide, silicon, ceramic, and fluorine.

또한, 본 발명은 상기 실리콘 전극과 상기 중간지지부와의 체결이 상기 중간지지부에서 상기 실리콘 전극방향으로 볼트를 삽입하여 이루어지는 경우 상기 체결 부가 암나사가 채용된 말단이 막힌 홈 형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체를 제공한다.In addition, the present invention is plasma etching, characterized in that the coupling between the end of the silicon electrode and the intermediate support portion is formed by inserting a bolt in the direction of the silicon electrode from the intermediate support portion is a closed end groove employing the internal thread of the coupling portion. It provides an upper electrode assembly for.

또한, 본 발명은 상기 실리콘 전극과 상기 중간지지부와의 체결이 상기 실리콘 전극에서 상기 중간지지부 방향으로 볼트를 삽입하여 이루어지는 경우 하부에서 상부방향으로 이루어지는 경우 상기 체결부가 상기 볼트의 헤드가 상기 실리콘 전극의 하부면보다 돌출되지 않도록 내측으로 볼트헤드 수용부를 구비한 통공형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체를 제공한다.In addition, when the fastening of the silicon electrode and the intermediate support portion is made by inserting a bolt in the direction of the intermediate support portion in the silicon electrode, when the fastening portion is made from the bottom to the upper direction of the head of the bolt of the silicon electrode It provides an upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that the through-hole having a bolt head receiving portion inward so as not to protrude from the lower surface.

또한, 본 발명은 상기 볼트헤드에 절연체로 이루어진 캡(cap)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체를 제공한다.In addition, the present invention provides an upper electrode assembly for plasma etching, further comprising a cap made of an insulator on the bolt head.

또한, 본 발명은 상기 캡이 폴리아미드, 실리콘, 테프론 및 베스펠로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체를 제공한다.The present invention also provides an upper electrode assembly for plasma etching, wherein the cap is made of at least one material selected from the group consisting of polyamide, silicon, Teflon, and Vespel.

또한, 본 발명은 상기 볼트가 설계치 이상의 토크가 가해지는 경우 더 이상 조여지지 않는 구조의 토크쉬어(torque shear)볼트인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체를 제공한다.In addition, the present invention provides an upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that the bolt is a torque shear (torque shear) bolt structure that is no longer tightened when a torque greater than the design value is applied.

이하에서 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 접착방식을 적용한 종래의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체의 단면도이다. 도 2에서 볼 수 있는 것과 같이, 종래의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체(100)의 경우 지지부재(20, 30)와 전극(40) 및 접착제(탄성중합체, 60) 재질의 열팽창률의 차이로 인해 식각 공정 수행 중 각각의 부품들이 늘어나는 정도의 차이가 발생하고 접착면에서의 균열이 발생할 수 있고, 내구성과 신뢰성이 저하될 수 있으며, 이로 인해 교체주기가 빨라지고 교체시에 링 형상의 지지부재(30)와 전극(40)을 동시에 교체하여야만 하기 때문에 비용이 많이 발생하게 된다. 그러나, 본 발명의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체의 경우 볼트 체결방식을 적용하여 상기 문제점을 해결하였다. 2 is a cross-sectional view of a conventional plasma etching upper electrode assembly to which an adhesive method is applied. As can be seen in Figure 2, in the case of a conventional plasma etching upper electrode assembly 100 due to the difference in the thermal expansion coefficient of the support member 20, 30, the electrode 40 and the adhesive (elastic polymer, 60) material During the etching process, a difference in the degree of stretching of each component may occur, cracks may occur on the adhesive surface, and durability and reliability may be degraded. Thus, the replacement cycle may be faster and the ring-shaped support member 30 may be replaced. ) And the electrode 40 must be replaced at the same time, so a lot of cost is generated. However, in the case of the plasma electrode upper electrode assembly of the present invention by applying a bolt fastening method solved the above problems.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 식각용 상부전극 조립체의 일실시예의 구조를 설명하기 위한 단면도이다. 도 3에서 볼 수 있는 것과 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 식각용 상부전극 조립체(100)의 일실시예는 플라즈마를 생성하기 위한 가스가 유입되는 가스공급부(11)와 상기 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 고주파전원이 가해지는 상판지지부(10)와 상기 상판지지부(10) 및 하기 실리콘 전극(40)과 결합되는 링(ring)형상의 중간지지부(20) 및 상기 플라즈마를 하부에 수직으로 인가할 수 있도록 된 복수의 천공(41)이 된 샤워헤드 형상의 실리콘 전극(40)을 포함한다. 또한, 상기 실리콘 전극(40)의 중간지지부(20)에의 결합이 금속재질의 체결구(70)를 이용하여 체결되어진다. 또한, 도 3 및 도 4에 별도의 표시를 하지는 않았지만, 도 2에서와 같이 상기 상판지지부(10)와 실리콘 전극(40) 사이에 균일한 플라즈마의 분포를 위하여 하나 이상의 버퍼플레이트(50)를 더 구비할 수 있음은 물론이다. 상기 전극조립체의 전체적인 구조 및 각각의 구성요소의 기능은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 모두 잘 알 수 있는 것이므로 본 명세서에서 더 이상의 상세한 설명은 하지 않기로 한다.3 is a cross-sectional view illustrating a structure of an embodiment of an upper electrode assembly for plasma etching according to the present invention. As can be seen in Figure 3, one embodiment of the upper electrode assembly 100 for plasma etching according to the present invention is a gas supply unit 11 and the gas supply unit 11 for introducing a gas for generating a plasma to make the gas into a plasma state The upper plate support 10 to which a high frequency power is applied, the ring-shaped intermediate support 20 coupled to the upper plate support 10 and the silicon electrode 40 below, and the plasma can be vertically applied to the lower portion. A showerhead shape silicon electrode 40 which has become a plurality of perforations 41. In addition, the coupling of the silicon electrode 40 to the intermediate support 20 is fastened using the fastener 70 made of metal. In addition, although not separately shown in FIGS. 3 and 4, at least one buffer plate 50 may be further added to distribute the plasma uniformly between the upper plate support 10 and the silicon electrode 40 as shown in FIG. 2. Of course, it can be provided. The overall structure of the electrode assembly and the function of each component are well known to those skilled in the art to which the present invention pertains, so no further detailed description will be provided herein.

본 발명의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체(100)는 상기 중간지지부(20)가 알루미늄 재질이고 상기 상판지지부(10) 및 실리콘 전극(40)과 맞닿는 부분을 제외한 내측 및 외측이 절연물질(21)로 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다. 종래의 플라즈마 식각용 전극조립체에 있어서, 본 발명과 같은 링 형상의 고정링(30)은 주로 탄소재질로 제조되는 것이 일반적이었으며, 따라서 금속재질로 된 상판지지부(10)와 실리콘 전극(40)과의 열팽창율 차이로 인해 전술한 문제가 발생하였다. 상기 열팽창율 차이로 인한 문제는 실리콘 전극(40)과 상기 고정링(30)과의 결합에 체결구를 적용한 방식에서도 문제가 된다. 즉, 열팽창율의 차이로 인해 체결구 등이 팽창할 때 그 재질상의 차이로 인하여 실리콘 전극과 클램핑부재와의 간극이 발생하여 기밀성이 떨어지는 문제가 발생한다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 중간지지부(20)의 재질을 금속인 알루미늄으로 제조하여 열팽창율 차이로 인한 문제를 해소하였다. 그런데, 상기 중간지지부(20)의 재질이 금속인 경우에 통전성이 뛰어나기 때문에 플라즈마 생성시 방해를 받을 수 있으며, 이러한 이유로 상부전극 조립체에 있어서 상기 중간지지부(20)의 재질로 금속재질을 사용하지 않았다. 본 발명은 상기 중간지지부(20)를 알루미늄 재질로 제조하여 상판지지부(10)와 실리콘 전극(40) 간의 통전이 가능하도록 하면서도 상기 상판지지부(10) 및 실리콘 전극(40)과 맞닿는 부분을 제외한 중간지지부(20)의 내측 및 외측을 절연물질(21)로 코팅하여 플라즈마를 안정된 상태로 격리할 수 있도록 하여 상기 문제를 해결할 수 있었다. 상기 절연물질(21)은 산화알루미늄 또는 산화이트륨, 실리콘, 세라믹, 불소로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것이 바람직하다. 상 기 절연물질은 전기를 통하지 않고 전기 및 가스 플라즈마와 접촉해도 성상의 변화가 거의 없고 내구성이 뛰어난 특징을 가진 재료들이며, 전술한 재질 외에도 상기 특성을 충족할 수 있는 것이면 본 발명의 중간지지부의 내측 및 외측의 코팅재료로 사용할 수 있음은 물론이다. The upper electrode assembly 100 for plasma etching according to the present invention has an inner material and an outer surface thereof except for a portion in which the intermediate support part 20 is made of aluminum and is in contact with the upper plate support part 10 and the silicon electrode 40. It is characterized by being coated. In the conventional electrode assembly for plasma etching, the ring-shaped fixing ring 30 as in the present invention was generally made mainly of carbon material, and thus, the upper plate support part 10 and the silicon electrode 40 made of metal material and Due to the difference in thermal expansion rate of the above-mentioned problem occurred. The problem due to the difference in thermal expansion rate also becomes a problem in a method in which a fastener is applied to the coupling between the silicon electrode 40 and the fixing ring 30. That is, a gap between the silicon electrode and the clamping member occurs due to a material difference when the fastener is expanded due to a difference in thermal expansion rate, thereby causing a problem of inferior airtightness. In the present invention, in order to solve this problem, the material of the intermediate support 20 is made of aluminum, which is a metal, to solve the problem due to the difference in thermal expansion rate. However, when the material of the intermediate support part 20 is made of metal, it may be disturbed when plasma is generated because of excellent electrical conductivity. For this reason, the metal material of the intermediate support part 20 is not used as the material of the intermediate support part 20 in the upper electrode assembly. Did. According to the present invention, the intermediate support part 20 is made of aluminum so that the top plate support part 10 and the silicon electrode 40 can be energized while the middle support part 10 and the silicon electrode 40 are not in contact with the middle part. The problem could be solved by coating the inner and outer sides of the support part 20 with the insulating material 21 to isolate the plasma in a stable state. The insulating material 21 is preferably at least one selected from the group consisting of aluminum oxide or yttrium oxide, silicon, ceramic, and fluorine. The insulating material is a material having almost no change in properties even though it is in contact with electricity and gas plasma without electricity, and having excellent durability, and in addition to the above materials, the insulating material may satisfy the above characteristics. And of course it can be used as a coating material on the outside.

상기 실리콘 전극(40)은 주연부에 동심원상으로 상기 중간지지부(20)와 볼트(70)로 체결가능한 체결부(42)를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체(100)는 체결구를 이용하여 각 주요 구성요소가 결합되는데, 상기 체결구는 주로 체결이 용이하고 결합이 상당히 강하게 이루어지며 비용이 저렴하기 때문에 볼트(70) 형태의 것이 사용된다. 상기 실리콘 전극(40)과 중간지지부(20)의 경우도 볼트(70)를 이용하여 체결이 이루어지며, 상기 실리콘 전극(40)은 그 주연부상에 동심원상으로 복수의 체결부(42)를 구비한다. 상기 체결부(42)의 형태는 볼트(70)의 삽입방향에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 체결부(42)는 상기 실리콘 전극(40)과 상기 중간지지부(20)와의 체결이 상기 중간지지부(20)에서 상기 실리콘 전극(40)방향으로 볼트(70)를 삽입하여 이루어지는 경우에는 암나사가 채용된 말단이 막힌 홈 형태일 수 있고, 반면 상기 실리콘 전극(40)과 상기 중간지지부(20)와의 체결이 상기 실리콘 전극(40)에서 상기 중간지지부(20) 방향으로 볼트(70)를 삽입하여 이루어지는 경우에는 상기 볼트(70)의 헤드가 상기 실리콘 전극(40)의 하부면보다 돌출되지 않도록 내측으로 볼트헤드 수용부를 구비한 통공형태일 수 있다. 특히, 상기 체결부(42)의 형태가 볼트헤드 수용부를 구비한 통공형태인 경우 상기 볼트(70)의 헤드 가 상기 실리콘 전극(40)의 하부면보다 돌출되지 않도록 하는 것이 바람직한데, 이는 상기 금속재 볼트(70) 헤드가 상기 실리콘 전극(40)의 하부면에서 돌출되는 경우에는 아크방전의 염려가 있기 때문이다.The silicon electrode 40 has a fastening portion 42 which can be fastened by the intermediate support portion 20 and the bolt 70 in a concentric manner on the peripheral edge thereof. As described above, the upper electrode assembly 100 for plasma etching of the present invention is coupled to each major component using a fastener, the fastener is mainly easy to fasten, because the coupling is made quite strong and low cost One in the form of a bolt 70 is used. In the case of the silicon electrode 40 and the intermediate support 20, the fastening is performed using the bolt 70, and the silicon electrode 40 has a plurality of fastening portions 42 concentrically on the periphery thereof. do. The shape of the fastening part 42 may vary depending on the insertion direction of the bolt 70. Specifically, when the fastening part 42 is fastened between the silicon electrode 40 and the intermediate support part 20 by inserting the bolt 70 in the direction of the silicon electrode 40 from the intermediate support part 20. The female screw may be in the form of a recessed end of the groove, while the connection between the silicon electrode 40 and the intermediate support part 20 is a bolt 70 toward the intermediate support part 20 in the silicon electrode 40. In the case of inserting the bolt 70, the head of the bolt 70 may have a hole shape provided with a bolt head accommodating portion inward so that the head of the bolt 70 does not protrude from the lower surface of the silicon electrode 40. Particularly, when the fastening portion 42 is a through-hole having a bolt head receiving portion, it is preferable that the head of the bolt 70 does not protrude from the lower surface of the silicon electrode 40, which is the metal bolt. This is because there is a fear of arc discharge when the head protrudes from the lower surface of the silicon electrode 40.

또한, 본 발명의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체(100)는 상기 볼트(70)헤드에 절연체로 이루어진 캡(cap, 71)을 추가로 포함할 수 있다. 상기 절연체로 이루어진 캡(71)은 아크방전을 방지하기 위하여 채용되는 것으로, 나사가 성형된 부분이 실리콘 전극 또는 중간지지부의 내부에 봉인되는 본 발명의 체결구조상 상기 캡(71)은 볼트(70)헤드에만 적용을 하면 된다. 상기 캡(71)은 폴리아미드, 실리콘, 테프론(Teflonⓡ) 및 베스펠(Vespelⓡ)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 캡(71)은 조립이 모두 이루어지고 난 후 볼트(70)헤드에 씌워지는 것이 일반적이다. In addition, the upper electrode assembly 100 for plasma etching according to the present invention may further include a cap 71 formed of an insulator on the head of the bolt 70. Cap 71 made of the insulator is adopted to prevent arc discharge, the cap 71 is a bolt 70 in the fastening structure of the present invention in which the screw-shaped portion is sealed in the silicon electrode or the intermediate support portion. You only need to apply it to the head. The cap 71 is preferably made of at least one material selected from the group consisting of polyamide, silicone, Teflon ® and Vespel ® . The cap 71 is generally put on the head of the bolt 70 after the assembly is completed.

본 발명의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체(100)에 사용되는 상기 볼트(70)는 그 형태나 길이 및 재질 등은 본 발명의 특성을 벗어나지 않는 범위내에서 조절 가능한 것임을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 잘 알 것이다. 본 발명의 바람직한 태양인 실시예에서는 상기 볼트(70)의 재질로서 열팽창율과 전기전도도 등을 고려하여 중간지지부(20)와 동일한 재질인 알루미늄 재질의 것을 사용할 수 있으나, 알루미늄과 비슷한 열팽창율을 나타내는 단일금속 또는 합금재질의 것도 당연히 사용 가능하다. 또한, 본 발명의 플라즈마 식각용 상부전극 조립체(100)에 적용되는 상기 볼트(70)는 설계치 이상의 토크가 가해지는 경우 더 이상 조여지지 않는 구조의 토크쉬어(torque shear)볼트일 수 있다. 토크쉬어(torque shear)볼트란 볼트가 조여지는 경우 볼트나 볼트로 체결되는 구성부품을 보호하기 위하여 일정한 토크이상의 힘이 가해지는 경우 더 이상 조여지지 않는 구조를 가진 볼트를 말한다. 볼트와 같은 체결구를 이용하여 체결을 수행하는 경우 무리한 힘으로 조이다가 부품이 망가지거나 나사산이 망가져 전체부품을 못쓰게 되는 경우가 발생한다. 특히, 본 발명의 전극조립체(100)와 같은 고가의 장치의 경우 전술한 상황은 치명적이다. 상기와 같은 경우를 방지하기 위하여 일반적으로 토크렌치를 사용하여 볼트의 체결이 이루어지는 일이 많지만 작업자가 토크렌치 없이 작업하는 경우에 안전하게 작업을 수행하기 위하여 상기 토크쉬어 볼트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 볼트의 토크상한값은 볼트제작시 조절가능하며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전극조립체의 크기나 기타 운전조건 및 재질을 고려하여 적절한 범위의 값을 정할 수 있을 것이다. 또한, 상기 볼트(70)를 이용한 체결에 있어서 탄성적인 체결과 풀림방지를 위한 와셔의 사용 등도 당연히 가능하며, 상기 실리콘 전극(40)과 중간지지부(20) 사이 및 상기 중간지지부(20) 및 상판지지부(10) 사이에 전극조립체(100)의 기밀성을 유지하기 위한 탄성재질의 오링(O-ring, 90)을 추가로 구비할 수 있다.The bolt 70 used in the plasma electrode upper electrode assembly 100 of the present invention is usually in the art that its shape, length, material, etc. can be adjusted within a range without departing from the characteristics of the present invention. Anyone with knowledge of the world will know well. In the preferred embodiment of the present invention, the material of the bolt 70 may be an aluminum material having the same material as that of the intermediate support 20 in consideration of thermal expansion rate and electrical conductivity. Of course, metal or alloy materials can also be used. In addition, the bolt 70 applied to the upper electrode assembly 100 for plasma etching of the present invention may be a torque shear bolt that is no longer tightened when a torque greater than a design value is applied. Torque shear bolt is a bolt that has a structure that can no longer be tightened when a force greater than a certain torque is applied to protect the bolt or the component to be fastened when the bolt is tightened. When fastening using fasteners such as bolts, tightening with excessive force may cause parts to be broken or threads to be broken, resulting in the failure of the entire part. In particular, in the case of an expensive device such as the electrode assembly 100 of the present invention, the above situation is fatal. In order to prevent the above case, in general, the bolt is often fastened using a torque wrench, but it is preferable to use the torque shear bolt to safely perform the work when the worker works without the torque wrench. The upper torque limit of the bolt is adjustable when manufacturing the bolt, and those skilled in the art will be able to determine an appropriate range of values in consideration of the size of the electrode assembly or other operating conditions and materials. In addition, in the fastening using the bolt 70, elastic fastening and the use of a washer for preventing loosening are naturally possible, and between the silicon electrode 40 and the intermediate support 20 and between the intermediate support 20 and the upper plate. An O-ring 90 made of an elastic material may be further provided between the support parts 10 to maintain the airtightness of the electrode assembly 100.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 볼트만으로 체결이 이루어지기 때문에 접착방식 등의 종래의 전극조립체보다 훨씬 경제적이고 간단하며 견고한 결합상태를 달성할 수 있으면서도 아크방전이나 전극의 파손 등의 염려가 없는 플라즈마 식 각용 상부전극 조립체를 제공한다.As described above, since the present invention is fastened only by bolts, the plasma type is more economical and simpler than the conventional electrode assembly such as the adhesive method, and can achieve a firm connection state, but there is no fear of arc discharge or electrode breakage. An upper electrode assembly for each is provided.

앞에서 설명된 본 발명의 일실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.One embodiment of the present invention described above should not be construed as limiting the technical spirit of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention, as will be apparent to those skilled in the art.

Claims (8)

플라즈마를 생성하기 위한 가스가 유입되는 가스공급부와 상기 가스를 플라즈마 상태로 만들기 위한 고주파전원이 가해지는 상판지지부와 상기 상판지지부 및 하기 실리콘 전극과 결합되는 링(ring)형상의 중간지지부 및 상기 플라즈마를 하부에 수직으로 인가할 수 있도록 된 복수의 천공이 된 샤워헤드 형상의 실리콘 전극을 포함하며 상기 실리콘 전극의 중간지지부에의 결합이 금속재질의 체결구를 이용하여 체결되어지는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체에 있어서, A gas supply part into which a gas for generating plasma is introduced, an upper plate support part to which a high frequency power is applied to make the gas into a plasma state, a ring-shaped intermediate support part coupled to the upper plate support part, and a silicon electrode, and the plasma An upper electrode assembly for plasma etching comprising a plurality of perforated showerhead-shaped silicon electrodes that can be vertically applied to the lower part, and the coupling of the silicon electrodes to the intermediate support part is fastened by using a metal fastener. To 상기 중간지지부는 알루미늄 재질이고 상기 상판지지부 및 실리콘 전극과 맞닿는 부분을 제외한 내측 및 외측이 절연물질로 코팅되어 있으며, The intermediate support part is made of aluminum, and the inner and outer sides of the upper support part and the silicon electrode except the contact portion is coated with an insulating material, 상기 실리콘 전극은 주연부에 동심원상으로 상기 중간지지부와 볼트로 체결가능한 체결부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체. The silicon electrode has a fastening portion which can be fastened to the intermediate support portion and the bolt concentrically on the peripheral edge of the plasma etching. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 절연물질은 산화알루미늄 또는 산화이트륨, 실리콘, 세라믹, 불소로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체.The insulating material is an upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that at least one selected from the group consisting of aluminum oxide or yttrium oxide, silicon, ceramic, fluorine. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 실리콘 전극과 상기 중간지지부와의 체결이 상기 중간지지부에서 상기 실리콘 전극방향으로 볼트를 삽입하여 이루어지는 경우 상기 체결부는 암나사가 채용된 말단이 막힌 홈 형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체. When the coupling between the silicon electrode and the intermediate support portion is made by inserting a bolt in the direction of the silicon electrode from the intermediate support portion, the fastening portion is an upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that the end of the groove is closed with female threads. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 실리콘 전극과 상기 중간지지부와의 체결이 상기 실리콘 전극에서 상기 중간지지부 방향으로 볼트를 삽입하여 이루어지는 경우 하부에서 상부방향으로 이루어지는 경우 상기 체결부는 상기 볼트의 헤드가 상기 실리콘 전극의 하부면보다 돌출되지 않도록 내측으로 볼트헤드 수용부를 구비한 통공형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체.When the connection between the silicon electrode and the intermediate support portion is made by inserting a bolt in the direction of the intermediate support portion from the silicon electrode, when the fastening is made from the bottom to the upper direction so that the head of the bolt does not protrude from the lower surface of the silicon electrode The upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that the through-hole having a bolt head receiving portion inwardly. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 상기 볼트헤드에 절연체로 이루어진 캡(cap)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체.An upper electrode assembly for plasma etching, further comprising a cap made of an insulator on the bolt head. 제5항에 있어서, The method of claim 5, 상기 캡은 폴리아미드, 실리콘, 테프론 및 베스펠로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 재질로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체.The cap is an upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that made of at least one material selected from the group consisting of polyamide, silicon, Teflon and Vespel. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 볼트는 설계치 이상의 토크가 가해지는 경우 더 이상 조여지지 않는 구조의 토크쉬어(torque shear)볼트인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체.The bolt is an upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that the torque shear (torque shear) bolt that is no longer tightened when a torque greater than the design value is applied. 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 볼트는 설계치 이상의 토크가 가해지는 경우 더 이상 조여지지 않는 구조의 토크쉬어(torque shear)볼트인 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각용 상부전극 조립체.The bolt is an upper electrode assembly for plasma etching, characterized in that the torque shear (torque shear) bolt that is no longer tightened when a torque greater than the design value is applied.
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KR200446268Y1 (en) * 2008-01-09 2009-10-13 김차열 Electrode assembly for etching apparatus

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