KR20140128166A - 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

상대적으로 회전하는 제1 부재 및 제2 부재, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 사이에 충전되는 도전성 액체를 포함하는 반도체 장치가 개시된다.

Description

반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은 wafer 및 LCD용 유리기판 등 플라즈마를 사용하여 가공하는 식각장치(Etching, Ashing)나 증착 장치( PECVD ; Plasma Enhenced Chemical Vapor Deposition, HDP_CVD;High Density Plasma Chemical Vapor Deposition, PEALD) 등의 반도체 장치에 대한 것이다.
반도체에 사용되는 wafer나 LCD에 사용되는 유리기판등의 표면에 미세패턴을 형성하는 표면 처리 기술에 있어서 플라즈마(Plasma)의 생성 기술은, 반도체에서는 미세 회로 선폭에 따라서, 유리기판을 사용하는 LCD분야에서는 크기에 따라서, 플라즈마 생성원의 발전을 이루어왔다.
반도체용 wafer 처리 기술에 사용되는 플라즈마 소오스의 대표적인 방법으로는 평행 평판형 형태의 플라즈마 방식인 용량 결합 플라즈마 (capacitive coupling Plasma, CCP)와 안테나 코일에 의해 유도되는 유도 결합 플라즈마 ( Inductive coupling Plasma, ICP)방식으로 발전되어 왔다. 전자는 일본의 TEL(Tokyo electron)사와 미국의 LRC( Lam Research )사 등에 의해서 발전되어 왔으며, 후자는 미국의 AMT(Applied Materials)사와 LRC사에 의해 발전, 적용되고 있는 상황이다.
회로 선폭이 미세해짐에 따라, 안테나 코일을 사용하는 방식은, 낮은 압력에서 플라즈마를 발생시키거나, 플라즈마의 밀도면에서는 우수하나, 플라즈마 소오스 자체가 가지는, 안테나 구조적인 문제에서 비롯된 균일하지 않는 플라즈마를 발생함에 따라 가공물인 wafer에 많은 문제점을 야기하여, 점차적으로 배제되어 가는 추세이나 회로 선폭이 초미세 공정으로 진행됨에 따라 다시 그 중요성이 대두 되고 있다.
유리기판을 사용하는 LCD분야에서도 유리 기판의 크기가 작은 size에서는 시도를 해 보았으나, 유리기판이 커짐에 따라 균일한 플라즈마를 발생시키지 못하기 때문에, 미국의 AMT, 일본의 TEL사, 한국의 ADP Engineering, 주성 엔지니어링등은 평행 평판형 방식의 용량 결합 플라즈마를 발생시켜 증착장비나 식각장치를 제조하고 있다.
반면에 용량 결합 플라즈마 방식은 균일한 플라즈마를 발생하는데 있어서는 유리하지만, 가공물인 wafer나 유리기판등에 전기장이 직접 영향을 미치기 때문에, 가공물의 미세 패턴 형성에 손상을 주기 쉬울 뿐만 아니라, 밀도에 있어서 ICP 소오스에 비하여 상대적으로 낮은 밀도를 가지고 있기 때문에, 웨이퍼에 있어서는 회로 선폭이 좁아짐에 따라 패턴 형성에 불리하고, 유리 기판에 있어서는 넓은 면적(7세대,8세대)에, 높은 power를 인가함에 따라, 전극에 균일한 power전달이 어려울 뿐만 아니라, 높은 power에 따른 가공물 및 장치에 많은 손상을 발생시키며 이로 인한 가격 상승과 제작상의 많은 어려움에 직면하고 있다.
한국등록특허공보 제0324792호에는 고주파 전력에 저주파 전력에 의한 변조를 가하는 기술이 개시되고 있으나, 균일한 플라즈마를 신뢰성 있게 생성하는 방안은 개시되지 않고 있다.
한국등록특허공보 제0324792호
본 발명은 플라즈마를 생성/회전시키는 목적으로 플라즈마 소오스에 전력이 전달될 때 액체 금속을 통한 표면 접촉을 통해 전력이 전달되도록 함으로써, 전기 저항과 전력 손실을 최소화시킨 슬립링과 회전 조립체를 제공한다.
본 발명은 챔버 내에 삽입되고 영구 자석이 구비된 라이너를 통하여, 가공 대상물 상의 제한된 영역에 밀도가 높고 균일한 플라즈마를 얻을 수 있는 챔버를 제공한다.
본 발명의 반도체 장치는 상대적으로 회전하는 제1 부재 및 제2 부재, 상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 사이에 충전되는 도전성 액체를 포함할 수 있다.
본 발명은 공정 챔버 내에서 기존의 유도 결합형 플라즈마 소오스에 구비된 전압차를 갖는 안테나 코일 구조를 개선하여 전압 강하에 따른 축전 전자기장에 대한 손실을 최소화하였으며, 기존의 고정 방식 안테나 코일이 갖는 플라즈마 밀도 분포의 불균일성을 개선하기 위하여 안테나 코일을 회전시킴으로써 균일한 플라즈마 밀도 분포를 얻을 수 있다.
따라서 종래의 안테나 코일이 갖는 플라즈마 발생 공간을 최소화하여, RF 전원의 전력 전달 효율을 극대화하였으며, 제한된 작업 공간 내에서 안테나 코일 구조의 기하학적인 구조를 손쉽게 변경 조정이 가능하여, 플라즈마 밀도를 높이고 플라즈마 생성 밀도를 균일화할 수 있다.
또한, 안테나 코일의 회전시 안테나 코일의 주변 또는 베어링에 도전성 액체를 충전시킴으로써 안테나 코일에 신뢰성 있게 전력을 공급할 수 있다. 이에 따라 플라즈마를 신뢰성 있게 생성할 수 있다.
또한, 플라즈마가 회전되는 상태로 생성되므로, 챔버 주변에 설치한 고정 라이너에 영구 자석을 고정 설치하는 것으로, 플라즈마의 밀도 및 균일성을 증대시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 회전 안테나를 구비한 반도체 장치를 도시한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 회전 안테나의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2에 대한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 회전 안테나의 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 회전 안테나의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이다.
도 6은 도 1의 가스 공급 부분을 확대하여 도시한 부분 상세도이다.
도 7은 본 발명의 가스판을 도시한 평면도이다.
도 8은 도 7의 정면도이다.
도 9는 본 발명의 회전 안테나를 구비한 다른 반도체 장치를 도시한 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 회전 안테나를 구비한 다른 반도체 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명의 회전 안테나를 구비한 다른 반도체 장치의 다른 일부를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명의 반도체 장치를 구성하는 라이너를 나타낸 개략도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 발명은 원형의 형상을 가지는 기판 가공에 대응되는 대면적용 플라즈마 소오스로서, 원형 형상의 크기에 대한 확장성이 용이하며, 특히 웨이퍼를 사용하는 반도체 가공 공정에 적합한 플라즈마 소오스이며, 플라즈마를 사용하여 가공하는 증착(PECVD, HDPCVD, PEALD)장치 또는, 애싱(Ashing)을 포함한 식각(Etching)장치 등에 사용되는 플라즈마를 독립적으로 발생시킬 수 있는 유도 결합형 플라즈마 소오스이다.
더욱이 면적에 구속받지 않아 확장성이 용이하므로 LCD용 유리기판이나, 탄소나노튜브(CNT)등의 가공 공정에도 적합하게 사용할 수 있다. 고주파 전원(RF전원)에서 임피던스 정합기를 통하여 한 개의 전극으로 유입된 RF전원은 2개 이상의 병렬 연결된 안테나 코일에 연결되어 있다. 안테나 코일은 수 RPM ~ 수백 RPM의 회전 속도로 회전되어 원운동을 하면서 플라즈마를 발생하게 된다.
본 발명은 가공물인 기판의 크기에 따라서, 안테나 코일의 길이를 늘이거나 안테나 코일의 기하학적 형상을 손쉽게 변형할 수 있는 유도 결합형 플라즈마 소오스로서, 증착 장치나 식각 장치 상부에 마련되는 플라즈마 소오스를 제공한다.
도 1은 본 발명의 회전 안테나를 구비한 반도체 장치를 도시한 측단면도이다. 도 2는 본 발명의 회전 안테나의 일 실시예를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하며 본 발명의 회전 안테나 및 이를 구비한 반도체 장치의 구조 및 작용을 상세히 설명한다.
챔버(20)의 상부에 플라즈마 소오스로서 회전 안테나(100), 회전 안테나(100)가 조립되는 로테이터(200), 로테이터(200)를 회전 가능하게 지지하는 하우징(300)이 마련된다. 챔버(20)의 하부에 펌프가 연결되어 챔버(20) 내부를 진공으로 만든다. 챔버(20)의 상부는 오링(40)이 개재되며 덮개(30)로 덮여 밀봉된다. 덮개(30)는 석영 유리판이 바람직하다. 챔버(20)의 내부에는 기판(10) 및 반응 가스의 균일한 공급을 위한 가스판(500)이 배치되며, 챔버(20) 상부의 플라즈마 소오스에 의하여 상기 반응 가스는 플라즈마 상태로 여기된다.
도시되지 않은 실시예로서, 회전 안테나 및 로테이터가 챔버 내부에 삽입되는 실시예도 가능하다. 냉각제 공급부 및 냉각제 배출부가 마련되는 하우징은 챔버 외부에 위치하는 것이 바람직하므로, 챔버 외부의 하우징과 챔버 내부의 로테이터 사이는 밀봉됨으로써 챔버 내부의 진공 상태가 유지된다.
도 6 내지 도 8에 대한 설명 부분에서 다시 언급하겠지만, 플라즈마 소오스 외곽에서 가스 인렛(50)을 통하여 아르곤(Ar) 가스와 같이 플라즈마를 활성화시키는데 적당한 반응 가스를 가스 채널(55) 및 가스판(500)을 통하여 고르게 분사시켜 챔버(20) 내에 공급한다.
고주파 전원(400)은 예를 들어 임피던스 정합기를 구비한 고주파 전원 연결부(410)를 거쳐, 슬립 링(420)을 통하여 회전 안테나(100)로 인가된다. 회전 안테나(100)에서 발생한 유도 전자기장은 석영 유리판으로 된 덮개(30)를 통과하여 챔버(20) 내부에 여기됨으로써 플라즈마가 형성되고, 기판 받침대에 올려진 기판(10)이 플라즈마에 의하여 가공된다. 이때, RF 전원은 수백 KHz부터 수백 MHz까지 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이 상용하는 유도 결합형 플라즈마 소오스와 본 발명의 가장 큰 차이점은 회전 안테나(100)가 마련되는 점이다. 코일을 회전시키는 본 발명의 특징은 종래의 고정된 안테나 코일을 가진 유도 결합형 플라즈마 소오스에서 구현하기가 어려운, 원주 방향으로 균일한 플라즈마를 생성하기 위한 것이다. 회전 안테나(100)는 절연 부재(280)를 사이에 두고 로테이터(200)에 조립되어 함께 회전된다. 회전 안테나(100)가 조립된 로테이터(200)는 하우징(300)에 회전 가능하게 끼워진다. 하우징(300) 및 로테이터(200)의 회전 접촉면에는 베어링(350)이 삽입된다. 하우징(300) 측에 마련된 모터(380) 및 로테이터(200)는 벨트 풀리(290,390)로 연결되며, 모터(380)의 회전에 따라 로테이터(200) 및 회전 안테나(100)가 회전력을 얻게 된다. 이때 고주파 전원 연결부(410)도 회전해야 하므로 슬립 링(420)을 사용하여 RF 전원을 연결하였다.
일 실시예로서, 본 발명의 코일은 회전 중심이 되는 중심 코일(130a)과 중심 코일(130a)에 병렬 연결된 3개의 브랜치 코일(130b,130c,130d)로 구성된다. 브랜치 코일(130b,130c,130d)은 중심 코일(130a)에 연결되는 시작 부분과 전원 접지부(140)가 마련되는 종단 부분이 실질적으로 동축 상에 위치할 수 있도록 'U'자형 또는 'C' 자형 등의 일측이 개구된 폐곡선 형상을 갖는다. 브랜치 코일(130b,130c,130d) 및 중심 코일(130a)의 조립을 위하여 커넥터(150)가 개재된다.
슬립 링(420)을 통하여 고주파 전원(400)에 연결된 전원 입력부(120)는 중심 코일(130a)의 단부에 마련된다. 브랜치 코일(130b,130c,130d)의 말단부는 전원 접지부(140)를 구비하며 로테이터(200)와 접촉됨으로써 접지되어 있다.
하우징(300)의 냉각제 공급부(310)를 통하여 공급된 냉각제는 하우징(300)과 로테이터(200)의 회전 접촉면에 형성된 그루브(312)를 거쳐 냉각제 채널(220)로 유입된다.
냉각제 채널(220)로 유입된 냉각제는 냉각제 연결부(210)에 도달한다. 로테이터(200)는 접지되고 중심 코일(130a)에는 고주파 전원(400)이 인가되므로 절연을 위하여 냉각제 연결부(210) 및 중심 코일(130a)의 냉각제 인렛(110)은 절연 호스(215)로 연결된다.
코일은, 내부에 냉각제가 유동되며 고주파 전원(400)이 도통하기 위하여 도체 파이프로 이루어진 것이 바람직하다. 코일에 냉각제가 흐르지 않게 해도 되지만, 냉각제의 사용은 RF 전원이 코일에 인가될 때 발생하는 열 손실을 방지하기 위함이다. 냉각제 인렛(110)을 통하여 유입된 냉각제는 중심 코일(130a)을 거쳐 중심 코일(130a)에 병렬 연결된 각각의 브랜치 코일(130b,130c,130d)로 흐르며, 전원 접지부(140)에 형성된 냉각제 아웃렛(141)을 통하여 빠져나간다.
전원 접지부(140)는 로테이터(200)와 접촉하며 함께 회전되므로 전원 접지부(140)의 냉각제 아웃렛(141)은 로테이터(200)에 형성된 냉각제 채널(240)과 연결된다. 따라서 브랜치 코일(130b,130c,130d)에서 배출된 냉각제는 냉각제 아웃렛(141)을 거쳐 냉각제 채널(240)로 유입되며, 시일(345)로 밀봉된 그루브(342)를 거쳐 냉각제 배출부(340)로 배출된다. 그루브(312,342)는 하우징(300)의 원주 방향을 따라 형성된 홈이며, 그루브(312,342)의 주위는 하우징(300)과 로테이터(200)의 회전을 방해하지 않는 구조로 된 시일(315,345)에 의하여 밀봉된다. 냉각제의 공급 및 배출 경로는 도 1에 화살표로 도시되었다.
도 3은 도 2에 대한 개략도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 안테나(100)의 또 다른 특징은 전원 입력부(120)와 전원 접지부(140)가 거의 동축상에 위치하는 점이다. 안테나(100)의 회전축이 되는 도 2의 가상선 C-C' 를 살펴보면, 중심 코일(130a)의 전압이 예를 들어 V 이고 가상선 C-C' 에 인접하게 위치한 전원 접지부(140)의 전압이 0 이다. 또한, 각각의 브랜치 코일(130b,130c,130d)에 대하여 반지름 방향을 따른 임의의 위치에서 두 가닥의 코일에 걸리는 전압의 합에 해당하는 평균 전압은 V로서 일정하게 된다. 여기서 반지름 방향이란 회전 중심이 되는 부분인 중심 코일(130a)을 시작점으로 할 때, 중심 코일(130a)에 수직한 방향을 따라 중심 코일(130a)로부터 멀어지는 방향을 의미하며, 예를 들면 도 2의 중심 코일(130a)부터 참조부호 A 방향 또는 중심 코일(130a)부터 참조 부호 A' 방향을 의미한다. 이와 같이 본 발명은 중심 코일(130a)과 동일축상에 전원 입력부(120)를 배치하고 중심 코일(130a)과 인접한 위치에 전원 접지부(140)를 배치함으로써 코일에 걸리는 전압차를 최소화하였다.
도 3을 참조하면, 'U'자형으로 휘어지며 시작 부분과 종단 부분이 서로 인접한 3개의 브랜치 코일은, 중심 코일과 연결되는 Ain지점에서 예를 들어 RF 입력 전압 1이 인가되면, 전압 강하가 일어나므로 전원 접지 지점인 Aout에서는 전압 V=0가 된다. 또한, 2개의 가닥으로 이루어진 브랜치 코일에 있어서, 한 가닥에 인가되는 전압이 1/4 이면 다른 가닥에 인가되는 전압은 3/4이며 이들의 총합인 평균 전압은 1 이 된다. 뿐만 아니라, 브랜치 코일의 최외곽 부분에 있어서 각 가닥의 전압은 1/2이므로 평균 전압은 1이 된다.
즉, 코일 아래에 위치한 가공물인 기판(10) 입장에서는 한 개의 브랜치 코일(130b,130c,130d)마다 반지름 방향을 따라서 평균 전압 Vave = 1이 균일하게 걸리는 효과를 받으므로 종래와 같이 안테나(100) 구조에서 발생되는 전압차가 최소화된다. 이는 전원 입력부(120)와 전원 접지부(140)의 위치가 서로 인접하도록 'U'자형 또는 'C'자형 코일 구조를 갖기 때문이다.
또한 종래의 고정된 안테나(100) 코일에서는 고주파 전원(400) 인가시 코일 사이의 빗금친 빈 공간(도 3 참조)이 존재하는데, 이 공간에서 플라즈마 밀도가 불균일하게 분포된다. 본 발명에서는 코일 조립체가 회전함으로써 빗금친 부분이 상쇄되므로 서로 다른 브랜치 코일(130b,130c,130d) 사이의 빗금친 빈 공간(도 3 참조)에서 발생하는 전압차가 상쇄된다.
이와 같이 코일이 회전하고 전원 입력부(120)와 전원 접지부(140)의 위치가 인접한 'U'자형 또는 'C'자형 코일을 구비한 본 발명의 유도 결합형 플라즈마 소오스는, 종래의 유도 결합형 플라즈마 소오스가 구현하기 어려운, 반지름 방향이나 원주 방향으로 플라즈마 분포를 균일하게 얻을 수 있다.
균일한 플라즈마 분포는 챔버(20)의 체적을 줄일 수 있게 해준다. 한편, 기판(10)의 크기가 대형화되더라도 'U'자형 또는 'C'자형 코일의 길이를 늘이기만 하면 균일한 플라즈마를 얻을 수 있기 때문에 300mm, 450mm, 및 그 이상으로 커지는 차세대 웨이퍼에 대해서도 확장성이 양호하다.
도 4는 본 발명의 회전 안테나의 다른 실시예를 도시한 개략도이다. 도 5는 본 발명의 회전 안테나의 또 다른 실시예를 도시한 개략도이다. 도 4는 브랜치 코일이 1개일 경우이고, 도 5는 브랜치 코일(130b,130c,130d) 2개가 병렬 연결된 것을 도시한 것이다. 브랜치 코일이 1개인 경우는 직렬 연결과 병렬 연결의 구분이 불필요하다. 안테나가 회전하며 중심 코일과 연결되는 Ain 지점에서 예를 들어 RF 입력 전압 1이 인가되면, 전압 강하가 일어나므로 전원 접지 지점인 Aout에서는 전압 V=0가 된다. 코일 아래에 위치한 가공물인 기판(10) 입장에서는 반지름 방향을 따라서 평균 전압 Vave = 1이 균일하게 걸리는 효과를 받으므로 종래의 안테나 구조에서 발생하는 전압차가 최소화된다.
도 6은 도 1의 가스 공급 부분을 확대하여 도시한 부분 상세도이다. 도 7은 본 발명의 가스판(500)을 도시한 평면도이다. 도 8은 도 7의 정면도이다. 도 6 내지 도 8을 참조하며, 본 발명의 반도체 장치의 가스판(500)을 상세하게 설명한다.
먼저 도 6을 참조하면, 챔버(20)에 마련된 가스 인렛(50)을 통하여 유입된 반응 가스는 가스 채널(55)을 거쳐 가스판(500)의 가스 홈(520) 및 가스 구멍(510)을 통하여 챔버(20) 내부로 공급된다.
다음으로 도 7 및 도 8을 참조하면, 가스판(500)의 원주 방향 및 반지름 방향을 따라 형성된 가스 홈(520)을 통하여 기판(10)에 전면적에 걸쳐 균일하게 분배되는 가스는 가스 구멍(510)을 통하여 챔버(20) 내부로 분사된다.
가스판(500)의 미소한 가스 홈(520)과 가스 구멍(510)에서는 가스의 부분 압력이 높기 때문에 RF전원에 의해 인가된 유도 전자기장에 의해 플라즈마가 발생하지 않는다. 따라서, 챔버(20) 내부에서만 플라즈마가 생성되며 가스 공급 통로에서의 원하지 않는 플라즈마 발생은 억제된다.
한편, 이상에서 살펴본 안테나(100)가 정상적으로 동작하기 위해서는 전원이 신뢰성 있게 공급되어야 한다.
안테나(100)의 전원 공급은 고주파 전원이 슬립 링(420)과 전원 접지부(140) 사이에 인가되는 것일 수 있다. 전원 공급 라인 중 하나는 슬립 링(420)과 전기적으로 연결되며, 다른 하나는 전원 접지부(140)에 연결되어야 한다.
그러나 슬립 링(420)의 공차 등으로 인하여 안테나(100)의 회전 과정에서 일시적으로 슬립 링(420)이 전원 공급 라인에 전기적으로 연결되지 않는 상태가 있을 수 있다.
마찬가지로 전원 접지부(140)에 대해서도 이러한 상태가 발생할 수 있다. 전원 접지부(140)는 로테이터(200), 베어링(350), 하우징(300)에 전기적으로 연결되는데, 안테나(100)와 함께 로테이터(200)가 회전하는 과정에서 베어링(350)의 공차 등으로 인하여 일시적으로 베어링(350)이 로테이터(200) 또는 하우징(300)에 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
도 9는 본 발명의 회전 안테나를 구비한 다른 반도체 장치를 도시한 측단면도이다.
도 9에 도시된 반도체 장치는 상대적으로 회전하는 제1 부재 및 제2 부재, 제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전되는 도전성 액체(690, 790)를 포함할 수 있다.
제1 부재와 제2 부재는 서로 전기적으로 연결될 필요가 있는 부재로, 일예로 제1 부재는 슬립 링(620), 로테이터(200)일 수 있으며, 제2 부재는 고주파 전원 연결부(610), 하우징(700)일 수 있다.
하우징(700) 측에 마련된 모터(380) 및 로테이터(200)는 벨트 풀리(290,790)로 연결되며, 모터(380)의 회전에 따라 로테이터(200) 및 회전 안테나(100)가 회전력을 얻게 된다.
제1 부재와 제2 부재의 제작 공차, 조립 공차 등에 의해 상대 회전시 제1 부재와 제2 부재가 전기적으로 연결되지 않을 수 있다. 이러한 현상을 신뢰성 있게 방지하기 위해 도전성 액체(690, 790)가 이용될 수 있다.
도전성 액체(690, 790)는 전기를 흐를 수 있는 액체 상태의 물질로 제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전될 수 있다. 도전성 액체(690, 790)는 수은 등과 같은 액체 금속일 수 있다. 제1 부재와 제2 부재가 기구적 관점에서 전기적으로 떨어진 상태가 되더라도 도전성 액체(690, 790)에 의하면 제1 부재와 제2 부재는 전기적으로 연결된 상태로 유지될 수 있다.
도 10은 본 발명의 회전 안테나를 구비한 다른 반도체 장치의 일부를 나타낸 단면도이다. 도 10은 도 9의 슬립 링(620) 부분을 확대한 것일 수 있다.
도 10에는 제1 부재로 슬립 링(620)이 개시되고, 제2 부재로 고주파 전원 연결부(610)가 개시되고 있다.
제2 부재인 고주파 전원 연결부(610)는 슬립 링(620)에 대해 고정된 상태를 유지하고, 전원 공급 라인 중 하나가 연결될 수 있다.
고주파 전원 연결부(610)에는 안테나와 함께 회전하는 슬립 링(620)이 수용되는 중공이 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 부재인 슬립 링(620)은 제2 부재인 고주파 전원 연결부(610)의 내부에 수용될 수 있다. 또한, 슬립 링(620)의 회전을 보장하기 위해 중공과 슬립 링(620)의 사이에는 베어링이 마련될 수 있다.
도면 상으로 고주파 전원 연결부(610)의 중공과 슬립 링(620)은 거의 붙어있는 것으로 표시되고 있으나, 상대 회전을 위해 중공과 슬립 링(620)은 실질적으로 이격된 상태일 수 있다. 따라서, 고주파 전원 연결부(610)와 슬립 링(620) 간의 전기적 연결은 둘 사이에 마련된 베어링에 의존하게 된다.
베어링은 구체적으로 슬립 링(620)에 접촉되는 내륜, 고주파 전원 연결부(610)에 접촉되는 외륜, 내륜과 외륜 사이의 볼을 포함할 수 있다. 따라서, 고주파 전원 연결부(610)와 슬립 링(620)이 전기적으로 연결되기 위해서는 베어링을 구성하는 내륜, 볼, 외륜이 모두 전기적으로 연결된 상태를 유지해야 한다. 즉, 볼은 내륜과 외륜에 동시에 접촉되고 있어야 한다. 그러나, 베어링의 공차, 슬립 링(620) 회전시의 충격 등에 의해 볼이 내륜 또는 외륜에 접촉되지 않을 수 있으며 이는 곧 고주파 전원 연결부(610)와 슬립 링(620) 간의 전기적 연결이 단절됨을 의미한다.
본 발명에 따르면 도전성 액체(690)가 제1 부재인 슬립 링(620)의 외면과 제2 부재인 고주파 전원 연결부(610)의 내면 사이에 충전될 수 있다. 이에 따르면 베어링의 상태와 상관없이 슬립 링(620)과 고주파 전원 연결부(610)의 전기적 연결을 신뢰성 있게 유지시킬 수 있다.
제1 부재와 제2 부재의 사이에 도전성 액체(690, 790)를 충전시키는 다양한 방법이 있을 수 있다.
예를 들어 도전성 액체(690, 790)는 제2 부재에 형성된 통공(611, 710)을 통해 제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전될 수 있다.
구체적으로, 제2 부재의 내면에는 제2 부재의 외면과 연결되는 통공(611, 710)이 마련될 수 있다. 이 통공(611, 710)을 통하여 도전성 액체(690, 790)가 제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전될 수 있다. 제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전된 도전성 액체(690, 790)가 통공(611, 710)을 통해 유출되는 것을 방지하기 위해 통공(611, 710)을 폐쇄하는 제1 폐쇄부(630, 730)가 마련될 수 있다.
제1 폐쇄부(630, 730)는 통공(611, 710)을 통하여 도전성 액체(690, 790)가 충전된 후 통공(611, 710)을 폐쇄하는 패킹 등을 포함할 수 있다. 제1 폐쇄부(630, 730)는 제2 부재 내면의 통공(611, 710) 입구 가까이에 배치될 수 있다.
한편, 제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전되는 도전성 액체(690, 790)가 반도체 장치를 구성하는 다른 요소 또는 외부로 유출되는 것을 방지할 필요가 있다. 이를 위해 제2 폐쇄부(650, 750)가 마련될 수 있다.
제2 폐쇄부(650, 750)는 통공(611, 710)을 내부에 포함하는 폐루프의 형태로 제2 부재의 내면에 설치될 수 있다. 제2 폐쇄부(650, 750)는 소위 오링(O-ring)일 수 있다. 통공(611, 710)을 통해 제1 부재와 제2 부재의 사이로 유입된 도전성 액체(690, 790)는 제1 부재의 외면 또는 제2 부재의 내면을 따라 확산된다. 제2 폐쇄부(650, 750)에 의하면 도전성 액체(690, 790)의 확산 범위는 제2 폐쇄부(650, 750)가 형성하는 폐루프의 영역으로 제한될 수 있다.
제2 폐쇄부(650, 750)에 따르면 제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전되는 도전성 액체(690, 790)의 양을 제한할 수 있으므로 생산비를 절감할 수 있다. 또한, 제2 폐쇄부(650, 750)에 의하면 도전성 액체(690, 790)를 실링할 수 있는 구조로 제1 부재와 제2 부재를 형성하지 않아도 무방하다.
베어링에도 도전성 액체가 충전될 수 있다. 베어링에 충전되는 도전성 액체는 전도성을 가질 뿐만 아니라 베어링의 기능을 저해하지 않아야 하며 베어링에서 발생하는 열에 강건해야 한다. 일예로 베어링에 충전되는 도전성 액체는 전도성 내열 그리스일 수 있다. 베어링에 충전되는 도전성 액체는 내륜과 외륜 사이에 충전될 수 있다. 이때, 베어링에는 도전성 액체가 유출되는 것을 방지하는 실링부가 마련될 수 있다.
도 11은 본 발명의 회전 안테나를 구비한 다른 반도체 장치의 다른 일부를 나타낸 단면도이다. 도 11은 도 9의 하우징(700) 부분을 확대한 것일 수 있다.
도 11에는 제1 부재로 로테이터(200)가 개시되고, 제2 부재로 하우징(700)이 개시되고 있다.
제2 부재인 하우징(700)은 로테이터(200)에 대해 고정된 상태를 유지하고, 전원 공급 라인 중 다른 하나(접지단)가 연결될 수 있다.
하우징(700)에는 안테나와 함께 회전하는 로테이터(200)가 수용되는 중공이 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 부재인 로테이터(200)는 제2 부재인 하우징(700)의 내부에 수용될 수 있다. 또한, 로테이터(200)의 회전을 보장하기 위해 하우징(700)과 로테이터(200)의 사이에는 베어링이 마련될 수 있다. 하우징(700)과 로테이터(200) 사이의 전기적 연결은 둘 사이에 마련된 베어링에 의존하게 된다.
베어링에 의한 전기적 연결의 신뢰도가 떨어지는 문제를 해소하기 위해 제1 부재인 로테이터(200)의 외면과 제2 부재인 하우징(700)의 내면 사이에 도전성 액체(790)가 충전될 수 있다. 이에 따르면 베어링의 상태와 상관없이 로테이터(200)와 하우징(700)의 전기적 연결을 신뢰성 있게 유지시킬 수 있다.
이때, 하우징(700)에는 고주파 전원 연결부(610)와 마찬가지로 수은 등의 도전성 액체(790)가 유입되는 통공(710)이 형성되고, 제1 폐쇄부(730) 및 제2 폐쇄부(750)가 마련될 수 있다.
또한, 로테이터(200)와 하우징(700)의 사이에 배치되는 베어링에도 전도성 내열 그리그 등의 도전성 액체가 충전될 수 있다.
제1 부재와 제2 부재의 사이에 충전되는 도전성 액체(690, 790), 베어링에 충전되는 도전성 액체로 인하여 제1 부재와 제2 부재 간의 전기적 연결이 신뢰성 있게 이루어질 수 있다.
다시 도 9로 돌아가서, 본 발명의 반도체 장치는 기판이 수용되는 챔버(20), 챔버(20)의 일측에 형성되며 상기 챔버(20)로 유입된 상기 기판의 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소오스를 포함할 수 있다.
플라즈마 소오스는 제1 부재인 슬립 링(620) 또는 로테이터(200), 제2 부재인 고주파 전원 연결부(610) 또는 하우징(700)을 포함할 수 있다. 플라즈마 소오스는 이외에도 주파 전원에 병렬 연결되는 복수의 코일이 축대칭으로 배치된 회전 안테나를 포함할 수 있다. 회전 안테나는 제1 부재인 로테이터(200)에 조립될 수 있다. 이때, 하우징(700)은 로테이터(200)를 회전 가능하게 지지할 수 있다.
이상의 플라즈마 소오스에 의하면 안테나가 회전함으로써 챔버(20) 내부의 반응 공간에 대해 플라즈마가 균일하게 공급된다.
챔버(20) 내부로 유입된 플라즈마는 기판을 타격함으로써 기판의 세척, 식각, 증착 등이 이루어지도록 한다. 이러한 효과는 기판 뿐만 아니라 챔버(20) 내 내벽에 대해서도 이루어진다. 플라즈마에 의해 챔버(20) 내벽이 영향을 받는 현상을 최소화하기 위해 챔버(20)의 내부에는 라이너(800)가 설치될 수 있다. 라이너(800)는 챔버(20)의 내벽에 대면하여 설치되는 것으로 플라즈마에 의해 훼손된 경우 새로운 라이너(800)로 교체될 수 있다.
이때, 라이너(800) 또는 챔버(20)의 외부에 영구 자석(810)을 배치함으로써 플라즈마에 의해 여기된 입자들이 라이너(800) 또는 챔버(20) 내벽을 타격하는 것을 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 반도체 장치를 구성하는 라이너(800)를 나타낸 개략도이다.
도 12에는 라이너(800)에 영구 자석(810)을 배치한 경우가 개시된다.
살펴보면, 평면상으로 원형의 라이너(800)가 마련되고 있으며, 라이너(800)에 등각도로 +극(811)과 -극(812)이 착자되고 있다.
이러한 구성에 따르면 자기력선이 도 12의 화살표와 같이 발생하고 극성을 갖는 플라즈마 입자는 자기력선에 의해 라이너(800) 또는 챔버(20)로 접근하지 못하고 튕겨나가게 된다.
그런데, 평면상 라이너(800)의 중심에서 생성된 플라즈마 입자가 방사상으로 진행할 경우 각 자기력선의 틈(화살표가 들어가거나 나가는 지점)으로 라이너(800) 또는 챔버(20)를 타격할 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 본 발명의 반도체 장치는 회전하는 안테나를 구비함으로써 플라즈마 입자가 방사상으로 진행하지 않고 방사상 방향에 대해 기울어진 방향으로 진행한다. 따라서, 자기력선의 틈으로 플라즈마 입자가 진입하는 것을 원천적으로 차단할 수 있다.
그 결과 라이너(800) 또는 챔버(20) 외부에 마련된 자력 극성을 회전시키지 않고 고정시켜도 플라즈마 입자가 라이너(800) 또는 챔버(20) 내벽을 타격하지 못하도록 할 수 있다.
정리하면, 본 발명의 반도체 장치는 제1 부재 및 제2 부재가 일측에 설치되고 기판이 수용되는 챔버(20), 챔버(20)의 내부에 설치되는 라이너(800)를 포함하고, 라이너(800) 또는 챔버(20)의 외부에는 영구 자석(810)이 고정 설치될 수 있다.
한편, 제1 부재 및 제2 부재는 비자성체를 포함할 수 있다. 제1 부재 및 제2 부재가 자성체를 포함하는 경우 플라즈마 입자가 제1 부재 또는 제2 부재를 향해 진행할 수 있으며, 이에 따라 제1 부재 및 제2 부재의 훼손, 기판의 공정 신뢰도 저하 문제가 발생될 수 있다. 제1 부재 및 제2 부재를 비자성체로 구성할 경우 이러한 문제를 원천적으로 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...기판 20...챔버(chamber)
30...덮개 40...오링(O-ring)
50...가스 인렛(gas inlet) 55...가스 채널(gas channel)
100...안테나(antenna) 110...냉각제 인렛(coolant inlet)
120...전원 입력부 130a...중심 코일(center coil)
130b,130c,130d...브랜치 코일(branch coil)
140...전원 접지부 141...냉각제 아웃렛(coolant outlet)
150...커넥터(connector) 200...로테이터(rotator)
210...냉각제 연결부 215...호스
220,240...냉각제 채널(coolant channel)
280...절연 부재 290,390...풀리(pulley)
300, 700...하우징(housing) 310...냉각제 공급부
312,342...그루브(groove) 315,345...시일(seal)
340...냉각제 배출부 350...베어링
380...모터 400...고주파 전원
410, 610...고주파 전원 연결부 420, 620...슬립 링(slip ring)
500...가스판 510...가스 구멍
520...가스 홈 611, 710...통공
630, 730...제1 폐쇄부 650, 750...제2 폐쇄부
690, 790...도전성 액체 800...라이너

Claims (6)

  1. 상대적으로 회전하는 제1 부재 및 제2 부재;
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재의 사이에 충전되는 도전성 액체;
    를 포함하는 반도체 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재는 상기 제2 부재의 내부에 수용되고,
    상기 도전성 액체는 상기 제1 부재의 외면과 상기 제2 부재의 내면의 사이에 충전되며,
    상기 제2 부재의 내면에는 상기 제2 부재의 외면과 연결되는 통공이 마련되고,
    상기 통공을 통하여 상기 도전성 액체가 충전된 후 상기 통공을 폐쇄하는 제1 폐쇄부;
    상기 통공을 내부에 포함하는 폐루프의 형태로 상기 제2 부재의 내면에 설치되는 제2 폐쇄부;를 포함하는 반도체 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재의 사이에 삽입되는 베어링;을 포함하고,
    상기 베어링에는 도전성 액체가 충전되는 반도체 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재가 일측에 설치되고 기판이 수용되는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치되는 라이너;를 포함하고,
    상기 라이너 또는 상기 챔버의 외부에는 영구 자석이 고정 설치되는 반도체 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
    기판이 수용되는 챔버;
    상기 챔버의 일측에 형성되며 상기 챔버로 유입된 상기 기판의 반응 가스를 플라즈마 상태로 여기시키는 플라즈마 소오스;
    상기 챔버의 내부에 설치되는 라이너;를 포함하고,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 상기 플라즈마 소오스에 포함되며,
    상기 플라즈마 소오스는 고주파 전원에 병렬 연결되는 복수의 코일이 축대칭으로 배치된 회전 안테나, 상기 회전 안테나가 조립되는 로테이터, 상기 로테이터를 회전 가능하게 지지하는 하우징을 포함하고,
    상기 라이너에는 영구 자석이 설치되는 반도체 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
    상기 제1 부재 및 상기 제2 부재는 비자성체를 포함하는 반도체 장치.
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