KR20100095284A

KR20100095284A - 반도체 제조장치의 상부전극

Info

Publication number: KR20100095284A
Application number: KR1020090014480A
Authority: KR
Inventors: 김종현
Original assignee: 주식회사 티씨케이
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-08-30

Abstract

본 발명은 반도체 제조장치의 상부전극에 관한 것으로, 링형의 중간지지체와, 상기 중간지지체의 하부에 체결되며, 다수의 공급홀을 구비하는 실리콘 전극과, 상기 실리콘 전극과 링형의 중간지지체를 결합하는 다수의 절연체 볼트와, 상기 중간지지체와 상기 실리콘 전극의 사이에 위치하는 절연체 오링 및 금속 실을 포함한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 중간지지체와 실리콘 전극을 볼트로 체결하되, 그 볼트를 절연체로 제조하여 볼트가 노출되더라도 이물이 발생되지 않도록 함으로써, 종래와 같이 볼트의 노출을 방지하는 별도의 수단을 사용하지 않아도 되기 때문에 제조비용을 절감하고 유지관리가 용이한 효과가 있다.

실리콘 전극, 볼트, 금속 실

Description

반도체 제조장치의 상부전극{Upper electrode for semiconductor manufacturing device}

본 발명은 반도체 제조장치의 상부전극에 관한 것으로, 접지전위를 용이하게 유지할 수 있는 반도체 제조장치의 상부전극에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조장치 중 플라즈마 식각이 이루어지는 챔버의 내측에는 공정가스가 공급되는 상부전극과 공정이 진행될 웨이퍼가 실장되는 하부전극을 포함하여 구성된다.

상기 상부전극은 공정가스의 균일한 공급을 위하여 다수의 공급홀이 마련되어 있으며, 상부전극과 하부전극의 전위차에 의해 발생되는 플라즈마에 의한 공정이 그 웨이퍼 상에서 이루어지게 된다.

일반적으로, 상기 상부전극은 다수의 공급홀을 구비하는 원판형의 실리콘전극을 사용하고 있으며, 그 실리콘 전극을 지지하기 위하여, 그 실리콘 전극의 상부 에 링형의 그라파이트(graphite)를 사용하였다.

실리콘 전극과 그라파이트간의 결합은 탄성 중합체를 이용한 접착방식이 사용되었으나, 공정 중에 상기 탄성 중압체가 플라즈마에 노출되면 이물이 발생하고, 내구성이 단축되어 사용 수명을 단축시킬 수 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국공개특허공보 10-2007-0097246호에 기재한 바와 같이 링형의 중간지지체와 원판형의 실리콘 전극간의 결합이 볼트의 체결에 의하여 이루어지도록 한 방식이 개발되었으며, 이와 같은 종래 반도체 제조장치의 상부전극를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 반도체 제조장치의 상부전극의 단면구성도이다.

도 1을 참조하면 종래 반도체 제조장치의 상부전극는,

플라즈마를 생성하기 위한 링(ring)형상의 중간지지부(1)와, 플라즈마를 하부에 수직으로 인가할 수 있도록 된 복수의 천공(3)이 마련된 샤워헤드 형상의 실리콘 전극(2)과, 상기 실리콘 전극(2)과 상기 중간지지부(1)의 맞닫는 부분 외측 일부에 마련된 체결홈(4)을 통해 체결되어 상기 실리콘 전극(2)과 중간지지부(1)를 체결하는 금속재질의 볼트(5)와, 상기 금속재질의 볼트(5)가 플라즈마에 노출되는 것을 방지하는 절연체캡(6)과, 상기 중간지지부(1)와 실리콘 전극(2)이 접하는 부분의 볼트(5)의 내외측에 이중으로 마련된 오링(7,8)을 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 종래 반도체 제조장치의 상부전극를 보다 상세히 설명한다.

먼저, 중간지지부(1)의 형상은 링의 형상이며, 도면에는 도시하지 않았지만 상판지지부에 나사로 체결되어 있다. 상기 중간지지부(1)의 재질은 절연체로 코팅된 알루미늄을 사용할 수 있다.

상기 중간지지부(1)의 저면에 체결되는 실리콘 전극(2)은 원판형의 형상에 중앙부에 다수의 천공(3)이 마련되어 플라즈마의 공급이 가능하게 된다.

상기 중간지지부(1)와 실리콘 전극(2)은 모두 접지전위를 나타내며, 도면에는 생략하였지만 웨이퍼가 실장되는 하부전극과의 전위차에 의해 플라즈마를 발생시키게 된다.

상기 실리콘 전극(2)의 가장자리인 상기 중간지지부(1)의 저면과 맞닿는 부분의 하부에는 상기 볼트(5)가 체결될 수 있는 체결홈(4)이 마련되어 있다.

상기 볼트(5)는 실리콘 전극(2)을 중간지지부(1)에 체결하는 역할을 하고 있으나, 그 재질이 알루미늄등의 금속재질이며, 따라서 그 볼트(5)가 노출되면 플라즈마와 반응하여 이물이 발생할 수 있다.

이와 같이 볼트(5)가 노출되는 것을 방지하기 위하여 그 볼트(5)의 체결 후 에는 상기 체결홈(4)을 절연체 캡(6)을 사용하여 밀폐시킨다.

또한 상기 실리콘 전극(2)과 중간지지부(1)의 사이로 가스의 누설을 방지함과 아울러 그 볼트(5)가 실리콘 전극(2)과 중간지지부(1)의 사이에서 노출되는 것을 방지하기 위하여 그 볼트(5)의 내측과 외측에 각각 오링(7,8)을 두어 가스의 누설과 이물의 발생을 방지하려 하였다.

그러나 플라즈마를 이용한 공정에서 전원의 공급과 공정의 진행에 따라 상부전극에 진동이 발생할 수 있다. 이와 같은 진동의 발생은 상기 볼트(5)의 풀림을 유발하며, 그 볼트(5)의 일부풀림이 발생하는 경우 오링(7,8)을 사용하고는 있지만 볼트(5)의 노출에 의하여 이물이 발생될 수 있다.

또한 발생하는 진동에 의하여 상기 절연체 캡(6)이 이탈되는 경우 볼트(5)의 머리부가 플라즈마에 노출되어 심각한 이물이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

또한 볼트(5)와 절연체 캡(6)을 별도로 가공 및 조립해야 하기 때문에 제조비용이 증가하며, 부품의 수 증가에 따른 점검항목이 증가하여 유지관리가 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 볼트를 사용하여 실리콘 전극과 중간지지체를 체결하되, 그 볼트가 노출되는 경우에도 이물이 발생하지 않는 반도체 제조장치의 상부전극를 제공함에 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 볼트의 노출을 방지하는 수단을 사용하지 않음으로써 제조비용을 절감하고, 유지관리가 용이한 반도체 제조장치의 상부전극를 제공함에 있다.

그리고 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 볼트의 일부 풀림이 발생하더라도 그 실리콘 전극과 중간지지체의 그라운드 상태를 유지할 수 있는 반도체 제조장치의 상부전극를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 링형의 중간지지체와, 상기 중간지지체의 하부에 체결되며, 다수의 공급홀을 구비하는 실리콘 전극과, 상기 실리콘 전극과 링형의 중간지지체를 결합하는 다수의 절연체 볼트와, 상기 중간지지체와 상기 실리콘 전극의 사이에 위치하는 절연체 오링 및 금속 실을 포함한다.

본 발명은 중간지지체와 실리콘 전극을 볼트로 체결하되, 그 볼트를 절연체 로 제조하여 볼트가 노출되더라도 이물이 발생되지 않도록 함으로써, 종래와 같이 볼트의 노출을 방지하는 별도의 수단을 사용하지 않아도 되기 때문에 제조비용을 절감하고 유지관리가 용이한 효과가 있다.

또한 본 발명은 볼트 풀림에 따라 그 볼트로 절연체를 사용할 때 발생할 수 있는 중간지지체와 실리콘전극의 이격에 따른 그라운드상태 변화를 금속실을 사용하여 유지할 수 있도록 함으로써, 볼트 풀림에 따른 공정불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명 반도체 제조장치의 상부전극의 단면 구성도고, 도 3은 도 2에서 실리콘 전극의 일부 평면도이다.

도 2와 도 3을 각각 참조하면 본 발명 반도체 제조장치의 상부전극는, 링형의 중간지지체(10)와, 상기 링형의 중간지지체 하부에 체결되며, 다수의 공급홀(21)이 마련된 실리콘 전극(20)과, 상기 실리콘 전극(20)과 상기 중간지지체(10)의 접하는 부분의 하부측에 마련된 결합홈(22)에 삽입되어 상기 실리콘 전극(20)과 상기 중간지지체(10)를 체결하는 절연체 볼트(30)와, 상기 중간지지체(10)와 실리콘 전극(20)이 접하는 부분의 상기 절연체 볼트(30)의 내측에 마련되어 가스의 누설을 방지하는 절연체 오링(40)과, 상기 중간지지체(10)와 실리콘 전극(20)이 접하는 부분의 상기 절연체 볼트(30)의 외측에 마련된 금속 실(metal seal, 50)을 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 반도체 제조장치의 상부전극를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 링형의 중간지지체(10)는 아노다이징 처리된 알루미늄이며, 상기 실리 콘 전극(20)은 실리콘 카바이드(silicon carbide, SiC)를 사용할 수 있다.

이와 같은 재질의 변경은 상부전극의 반응성을 더욱 줄여 수명을 증가시킬 수 있다.

상기 실리콘 전극(20)의 중앙부에는 다수의 공급홀(21)이 마련되어 있으며, 그 외측부의 일부에는 절연체 볼트(30)가 삽입될 수 있는 결합홈(22)이 마련되어 있다.

상기 절연체 볼트(30)의 재질은 엔지니어링 플라스틱 중 내열성이 뛰어난 것을 선택적으로 사용하거나, 세라믹 재질의 볼트를 사용할 수 있다.

상기 내열성이 뛰어난 엔지니어링 플라스틱의 예로는, 폴리이미드(PI, Vespel) 또는 폴리아미드이미드(PAI) 등을 사용할 수 있다.

상기 세라믹 재질의 볼트의 예로는, Al₂O₃, Si₃N₄, AlN 또는 Y₂O₃를 사용할 수 있다.

이와 같은 절연체 볼트(30)는 플라즈마에 노출이 되어도 이물이 발생하지 않기 때문에 종래와 같은 별도의 절연체 캡을 사용할 필요가 없어, 그 캡의 이탈에 따른 이물 발생의 염려가 전혀 없다.

또한, 그 재질이 알루미늄 등의 금속에 비하여 무르기 때문에 진동의 발생에 대한 완충작용을 할 수 있으며, 따라서 그 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10)간의 간격이 벌어지는 것을 보다 더 방지할 수 있게 된다.

즉, 진동이 발생하더라도 견고한 결합력을 나타내어 내구성을 향상시키고, 점검항목의 수를 줄여 유지관리가 보다 용이하게 된다.

상기 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10)가 접하는 부분에는 그 절연체 볼트(30)의 내측과 외측에 각각 절연체 오링(40)과 금속 실(50)이 위치한다.

상기 절연체 오링(40)은 그 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10)의 사이로 가스가 누설되지 않도록 방지하는 역할을 한다.

상기 금속 실(50)은 진동으로 인해 만약 발생할 수 있는 상기 절연체 볼트(30)의 풀림에 대한 대책으로서, 그 절연체 볼트(30)의 일부에 풀림이 발생하더라도 상기 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10) 사이의 전기적인 연결을 유지하는 역할을 한다.

상기 금속 실(50)은 상기 절연체 볼트(30)와 절연체 볼트(30)의 사이에만 위치하도록 형성하여 제조비용의 증가를 최소화 할 수 있으며, 특정한 절연체 볼트(30)의 일부 풀림이 발생한 경우에도 안정적으로 그 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10)를 접지전위로 유지할 수 있다.

상기 금속 실(50)로는 다양한 재질의 금속을 사용할 수 있으나, 제조가 용이하고 높은 전도성을 가지는 은(Ag)을 사용할 수 있다. 즉 은 페이스트를 사용하여 실리콘 전극(20)에 쉽게 패턴을 형성하고, 중간지지체(10)에 부착이 가능하다.

도 4는 상기 금속 실(50)에 의해 중간지지체(10)와 실리콘 전극(20)이 그라운드를 유지할 수 있는 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4를 참조하면 특정한 절연체 볼트(30)에 풀림이 발생한 경우 그 풀림이 발생한 절연체 볼트(30)의 주변에 위치하는 금속 실(50)은 상기 중간지지체(10)로부터 분리될 수 있으나, 그 실리콘 전극(20)의 중심을 기준으로 반대편에 위치하는 금속 실(50)은 상기 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10) 간의 전기적인 연결을 유지할 수 있다.

이와 같이 본 발명 반도체 제조장치의 상부전극는, 절연체 볼트(30)를 사용하여 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10)를 견고하게 체결하여 별도의 부품을 사용하지 않고도 볼트의 사용에 따른 이물발생의 문제점을 해결할 수 있으며, 또한 그 별도의 부품을 사용할 때의 제조비용 증가 및 관리요소의 증가를 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한 상기 절연체 볼트(30)를 적용할 때 발생할 수 있는 실리콘 전극(20)과 중간지지체(10)의 이격에 따른 그라운드의 유지가 안될 수 있는 점을 고려하여 금 속 실(50)을 적용함으로써, 공정의 불량 발생을 사전에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 반도체 제조장치의 상부전극의 단면 구성도이다.

도 2는 본 발명 반도체 제조장치의 상부전극의 단면 구성도이다.

도 3은 도 2에서 실리콘 전극의 일부 평면도이다.

도 4는 본 발명 반도체 제조장치에서 볼트의 일부 풀림이 발생된 경우에도 그라운드를 유지할 수 있는 구조를 설명하기 위한 단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10:중간지지체 20:실리콘전극

21:공급홀 22:결합홈

30:절연체 볼트 40:절연체 오링

50:금속 실

Claims

링형의 중간지지체;

상기 중간지지체의 하부에 체결되며, 다수의 공급홀을 구비하는 실리콘 전극;

상기 실리콘 전극과 링형의 중간지지체를 결합하는 다수의 절연체 볼트; 및

상기 중간지지체와 상기 실리콘 전극의 사이에 위치하는 절연체 오링 및 금속 실을 포함하는 반도체 제조장치의 상부전극.
제1항에 있어서,

상기 절연체 볼트는,

엔지니어링 플라스틱 중 내열성이 높은 재질인 폴리이미드(PI, Vespel) 또는 폴리아미드이미드(PAI)를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 상부전극.
제1항에 있어서,

상기 절연체 볼트는,

Al₂O₃, Si₃N₄, AlN 또는 Y₂O₃중 선택된 하나의 세라믹 볼트인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 상부전극.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 금속 실은 상기 중간지지체와 상기 실리콘 전극의 사이에 위치하되, 상기 절연체 볼트의 외측부에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 상부전극.
제4항에 있어서,

상기 금속 실은,

상기 다수의 절연체 볼트의 사이 영역에만 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 상부전극.
제5항에 있어서,

상기 금속 실의 재질은 은(Ag)인 것을 특징으로 하는 반도체 제조장치의 상부전극.