KR20100000514U - 샤워헤드 전극 - Google Patents

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Abstract

샤워헤드 전극은, 샤워헤드 전극의 외주에 내측 단차 및 외측 단차를 포함하고, 외측 단차는 백킹 플레이트에 이 샤워헤드 전극을 기계적으로 부착하는 클램프 링과 협력한다.
샤워헤드 전극, 외측 에지, 단차, 가스 홀, 정렬 핀 홀

Description

샤워헤드 전극{SHOWERHEAD ELECTRODE}
본 고안은, 반도체 컴포넌트가 제조될 수 있는 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 전극으로서 사용된 샤워헤드 전극에 관한 것이다.
본 고안의 목적은, 외주에 단차를 두어 이 단차가 샤워헤드 전극을 백킹 플레이트에 기계적으로 부착하는 클램프 링과 협력하게 하는 샤워헤드 전극을 제공하는 것이다.
용량 결합형 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 전극으로 사용된 샤워헤드 전극은, 샤워헤드 전극의 하부면 상의 플라즈마 노출 표면 및 샤워헤드 전극의 상부면 상의 장착 표면을 포함한다. 하부면은 플레이트의 외주에 내측 단차와 외측 단차를 포함한다. 내측 단차는 외측 단차보다 작은 직경을 갖고, 외측 단차는 내측 단차와 장착 표면 사이에 위치한다. 외측 단차는 클램프 링의 내부로 연장되는 플랜지와 결합하도록 구성되고, 내측 단차는 샤워헤드 전극을 둘러싸는 외측 전극의 내측 단차와 결합하도록 구성되어, 외측 전극의 내부의 테이퍼링된 표면이 플라즈마 노출 표면의 외측 에지로부터 연장된다. 장착 표면은, 플레이트가 클램프 링에 의해 고정되는 백킹 플레이트에서의 정렬 핀 홀에 매칭하는 패턴으로 배열된 정렬 핀을 수용하도록 구성된 복수의 정렬 핀 리세스 (recess) 를 포함하고, 플레이트는 백킹 플레이트에서 가스 공급 홀에 매칭하는 패턴으로 배열된 프로세스 가스 출구를 포함한다.
본 고안은 외주에 내측 단차 및 외측 단차를 포함하며, 이 외측 단차는 백킹 플레이트에 샤워헤드 전극을 기계적으로 부착하는 클램프 링과 협력할 수 있는 샤워헤드 전극을 제공하는 것이다.
통상적으로, 집적 회로칩의 제조는 "웨이퍼" 라 지칭되는 (실리콘 또는 게르마늄과 같은) 고순도의 단결정 반도체 재료의 기판의 얇고, 폴리싱된 슬라이스에서 시작한다. 각 웨이퍼는, 웨이퍼 상에 각종 회로 구조체를 형성하는 물리적 프로세싱 단계와 화학적 프로세싱 단계의 시퀀스를 겪는다. 제조 프로세스 동안, 실리콘 디옥사이드 막을 생성하는데 열적 산화, 실리콘과 실리콘 디옥사이드와 실리콘 니트라이드막을 생성하는데 화학적 기상 증착, 및 다른 금속막을 생성하는데 스퍼터링이나 다른 기술과 같은 각종 기술을 이용하여, 웨이퍼 상에 각종 유형의 박막이 퇴적될 수도 있다.
반도체 웨이퍼 상에 막을 퇴적한 이후에는, 도핑이라 지칭된 프로세스를 이용하여 선택된 불순물을 반도체 결정 격자로 치환함으로써 반도체의 고유한 전기적 특성이 생성된다. 그 다음에, 도핑된 실리콘 웨이퍼는 "레지스트" 라 지칭된 감광성 박층 또는 감방사선성 재료로 균일하게 코팅될 수도 있다. 그 다음에, 리소그래피로 알려진 프로세스를 이용하여, 레지스트 위에는 회로에서의 전자 경로를 규정하는 작은 기하학적 패턴이 전사될 수도 있다. 리소그래피 프로세스 동안, 집적 회로 패턴은 "마스크" 로 지칭된 유리 플레이트 상에 그려진 다음에, 감광성 코팅 위에 광학적으로 분해 (reduced), 투사, 및 전사될 수도 있다.
그 다음에, 에칭으로 알려진 프로세스를 통해, 반도체 재료의 기반 결정체 표면 위에는 리소그래피된 레지스트 패턴이 전사된다. 일반적으로, 가스를 플라즈마 상태로 에너자이징 (energizing) 하기 위해 가스에 무선 주파수 (RF) 전계를 인가하고, 진공 챔버로 에칭 또는 퇴적 가스를 공급함으로써, 기판 상의 재료의 에칭 및 화학적 기상 증착 (CVD) 을 위해 진공 프로세싱 챔버가 사용된다.
통상적으로, 반응성 이온 에칭 시스템은, 그 안에 위치한 상부 전극이나 애노드, 및 하부 전극이나 캐소드를 갖는 에칭 챔버로 이루어진다. 캐소드는 애노드 및 콘테이너벽에 대해 네거티브로 바이어스된다. 에칭될 웨이퍼는 적절한 마스크로 덮이고, 캐소드 상에 직접 배치된다. CF4, CHF3, CClF3, HBr, Cl2 및 SF6 과 같은 화학적 반응성 가스, 또는 이들 가스와 O2, N2, He 이나 Ar 의 혼합물이 에칭 챔버로 도입되고, 통상적으로 밀리토르 (millitorr) 범위인 압력으로 유지된다. 상부 전극에는 가스 홀(들)이 제공되는데, 이 가스 홀은 가스가 전극을 통해 챔버 안으로 균일하게 분산되는 것을 허용한다. 애노드와 캐소드 사이에 확립된 전계는 플라즈마를 형성하는 반응성 가스를 해리한다. 활성 이온들과의 화학적 상호작용, 및 웨이퍼의 표면에 충돌하는 이온들의 운동량 전달에 의해 웨이퍼의 표면이 에칭된다. 전극에 의해 생성된 전계는 캐소드로 이온들을 끌어당겨, 이온들로 하여금 우세한 수직 방향으로 표면에 충돌하게 하므로, 이 프로세스는 윤곽이 뚜렷한 (well-defined) 수직으로 에칭된 측벽을 생성한다. 종종, 다양한 기능을 가능하게 하는, 기계적으로 동적이고/이거나 열적으로 전도성인 접착제로 2 개 이상의 다른 부재들을 접착함으로써, 에칭 반응기 전극이 제조될 수도 있다.
도 1a 내지 도 1d 는 샤워헤드 전극 (504) 의 상세를 나타낸다. 바람직하게는, 샤워헤드 전극 (504) 은, 정렬 핀 (524) 을 수용하는 상부면 (장착 표면; 522) 의 정렬 핀 홀 (520), 및 외측 전극 (미도시) 의 내측 립 (lip) 과 클램프 링 (미도시) 과 결합하는 외측 에지 (526) 의 단차를 갖는 (10 ppm 의 불순물보다 적은) 고순도이며 저저항률의 (0.005 내지 0.02 ohm-cm) 단결정 실리콘 플레이트이다. 적절한 직경 및/또는 구성의 가스 홀 (528) (예를 들어, 0.017 인치 직경의 홀) 은 상부면으로부터 하부면 (플라즈마 노출 표면; 530) 으로 연장되고, 임의의 적절한 패턴으로 배열될 수 있다. 본 실시형태에 나타난 바와 같이, 가스 홀은 13 개의 원주 방향으로 연장된 열로 배열되는데, 여기서 전극의 중심으로부터 약 0.25 인치에 위치한 제 1 열에는 4 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 0.7 인치에 위치한 제 2 열에는 10 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 1.25 인치에 위치한 제 3 열에는 20 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 1.95 인치에 위치한 제 4 열에는 26 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 2.3 인치에 위치한 제 5 열에는 30 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 2.7 인치에 위치한 제 6 열에는 36 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 3.05 인치에 위치한 제 7 열에는 40 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 3.75 인치에 위치한 제 8 열에는 52 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 4.1 인치에 위치한 제 9 열에는 58 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 4.5 인치에 위치한 제 10 열에는 62 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 5.2 인치에 위치한 제 11 열에는 70 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 제 5.45 인치에 위치한 제 12 열에는 74 개의 가스 홀이 있고, 중심으로부터 약 5.75 인치에 위치한 제 13 열에는 80 개의 가스 홀이 있다.
전극의 상부면은 6 개의 정렬 핀 홀 (520) 을 포함하는데, 여기서 3 개의 핀 홀은 중심 가까이에 있고, 3 개의 핀 홀은 전극의 외측 에지 가까이에 있다. 핀 홀은 약 0.116 인치의 직경을 가질 수 있다. 3 개의 중심 핀 홀은 방사상으로 정렬되고, 전극의 중심에 약 0.160 인치 깊이의 1 개의 핀 홀, 및 가스 홀의 제 3 열과 제 4 열 사이의 위치에서 중심 핀 홀로부터 약 1.6 인치에 위치한 약 0.200 인치 깊이의 2 개의 핀 홀을 포함한다. 외측 핀 홀은 약 0.100 인치의 깊이이며, 중심 핀 홀로부터 약 6 인치로 중심 핀 홀과 방사상으로 정렬된 1 개의 핀 홀, 및 이 핀 홀로부터 97.5°와 170°로 오프셋된 2 개의 다른 핀 홀을 포함하는데, 제 2 외측 핀 홀 및 제 3 외측 핀 홀은 중심 핀 홀로부터 동일한 거리만큼 떨어져 있으나 서로 92.5°오프셋되어 있다.
외측 단차들은, 실리콘 플레이트 주변에 완전히 연장되도록 실리콘 플레이트 로 기계가공된 (machined) 내측 단차 (532) 및 외측 단차 (534) 를 포함한다. 바람직한 실시형태에서, 실리콘 플레이트는 약 0.400 인치의 두께와 약 12.560 인치의 외경을 갖고, 내측 단차 (532) 는 약 12.004 인치의 내경과 약 12.135 인치의 외경을 가지며, 플라즈마 노출 표면 (530) 으로 약 0.13 인치 연장되고, 외측 단차 (534) 는 약 12.135 인치의 내경과 약 12.560 인치의 외경을 가지며, 플라즈마 노출 표면 (530) 으로 약 0.24 인치 연장된다. 내측 단차 (532) 는 약 0.13 인치 길이의 수직 표면 (532a) 과 약 0.065 인치 길이의 수평 표면 (532b) 를 갖고, 외측 단차 (534) 는 약 0.11 인치 길이의 수직 표면 (534a) 과 약 0.218 인치 길이의 수평 표면 (534b) 를 갖는다.
도 1a 는 13 개 열의 가스 홀을 갖는 샤워헤드 전극 (504) 의 플라즈마 노출 표면 (530) 을 나타내는 전면도이다. 도 1b 는 13 개 열의 가스 홀과 6 개의 핀 홀 (520) 을 갖는 상부면 (522) 의 전면도이다. 도 1c 는 전극의 상부면에 가장 가까운 외측 단차 및 플라즈마 노출 표면에 가장 가까운 내측 단차를 갖는 측면도이다. 도 1d 는 내측 단차 및 외측 단차를 나타내는 도 1c 의 D 의 상세 확대도를 나타내는데, 여기서 상부면 (522) 의 외측 에지, 하부면 (530) 의 외측 에지, 및 서로의 코너를 갖는 수평 및 수직 표면들 (532a, 532b, 534a, 534b) 과 상부 및 하부면 (522, 530) 사이의 변환점에 6 개의 라운딩된 코너가 제공된다 (예를 들어, 0.025 인치 반경으로 라운딩됨).
본 고안은 특정한 실시형태를 참조로 하여 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구항의 범위를 벗어나지 않고 각종 변경 및 수정이 이루어질 수 있으며, 등가물이 실현될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다.
도 1a 내지 도 1d 는 샤워헤드 전극의 상세를 나타내는데,
도 1a 는 13 개 열의 가스 홀을 갖는 전극 (504) 의 플라즈마 노출 표면을 나타내는 전면도.
도 1b 는 13 개 열의 가스 홀 및 6 개의 핀 홀 (520) 을 갖는 상부면 (522) 의 전면도.
도 1c 는 전극의 상부면에 인접한 외측 단차 및 플라즈마 노출 표면에 인접한 내측 단차를 갖는 측면도.
도 1d 는 도 1c 의 D 의 상세 확대도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
504: 샤워헤드 전극 520: 정렬 핀 홀
522: 상부면 528: 가스 홀
530: 하부면 532: 내측 단차
534: 외측 단차

Claims (7)

  1. 용량 결합형 플라즈마 프로세싱 챔버의 상부 전극으로 사용하기 위한 샤워헤드 전극으로서,
    원형 플레이트로서, 상기 원형 플레이트의 하부면 상에 플라즈마 노출 표면, 상기 원형 플레이트의 상부면 상에 장착 표면, 및 상기 원형 플레이트의 외주에 내측 단차 및 외측 단차를 포함하는 내부면을 갖는, 상기 원형 플레이트를 포함하고,
    상기 내측 단차는 상기 외측 단차보다 작은 직경을 갖고, 상기 외측 단차는 상기 내측 단차와 상기 장착 표면 사이에 위치하며, 상기 외측 단차는 클램프 링의 내부로 연장된 플랜지와 결합하도록 구성되고, 상기 내측 단차는 상기 샤워헤드 전극을 둘러싸는 외측 전극의 일부와 결합하도록 구성되어, 상기 외측 전극의 내측의 테이퍼링된 표면이 상기 플라즈마 노출 표면의 외측 에지로부터 연장되며,
    상기 장착 표면은, 상기 원형 플레이트가 상기 클램프 링에 의해 고정되는 백킹 플레이트에서 정렬 핀 홀들에 매칭하는 패턴으로 배열된 정렬 핀들을 수용하도록 구성된 복수의 정렬 핀 리세스들을 포함하고,
    상기 원형 플레이트는, 상기 백킹 플레이트에서 가스 공급 홀들에 매칭하는 패턴으로 배열된 프로세스 가스 출구들을 포함하고, 상기 프로세스 가스 출구들은 상기 상부면과 상기 하부면 사이에서 연장되는 가스 통로들과 연통하는, 샤워헤드 전극.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정렬 핀 리세스들은, 중심 핀 리세스, 상기 중심 핀 리세스의 반대측 의 적어도 하나의 중간 핀 리세스, 및 상기 내측 단차와 상기 외측 단차의 위에 있는 상기 상부면의 외측 영역에서 원주 방향으로 이격된 복수의 핀 리세스들을 포함하는, 샤워헤드 전극.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원형 플레이트는 단결정 실리콘으로 이루어지는, 샤워헤드 전극.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스 출구들은 원주 방향 열 (circumferential row) 들의 패턴으로 배열되는, 샤워헤드 전극.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프로세스 가스 출구들의 패턴은 3 개 또는 4 개의 열들의 그룹들로 배열된 13 개의 원주 방향 열들을 포함하고, 각 그룹의 인접한 열들 사이의 방사상 거리는 인접한 열들의 그룹들을 분리하는 방사상 거리보다 작은, 샤워헤드 전극.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 외측 단차는, 제 1 거리만큼 상기 외주로부터 내부로 연장되는 수평 표 면을 포함하고, 상기 내측 단차는, 제 2 거리만큼 상기 외측 단차로부터 내부로 연장되는 수평 표면을 포함하며, 상기 제 1 거리는 상기 제 2 거리보다 적어도 2 배가 큰, 샤워헤드 전극.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 원형 플레이트는 평행한 상부면과 하부면을 갖고, 상기 상부면과 하부면 사이의 두께는 0.5 인치 이하이고, 상기 외측 단차의 상기 수평 표면은 제 1 수직 거리만큼 상기 상부면으로부터 이격되며, 상기 내측 단차의 상기 수평 표면은 제 2 수직 거리만큼 상기 하부면으로부터 이격되며, 상기 외측 단차의 상기 수평 표면은 제 3 수직 거리만큼 상기 내측 단차의 상기 수평 표면으로부터 분리되고, 상기 제 1 수직 거리는 상기 제 2 수직 거리보다 크고, 상기 제 2 수직 거리는 상기 제 3 수직 거리보다 큰, 샤워헤드 전극.
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