KR20020005965A - 드라이에칭 디바이스 - Google Patents

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KR20020005965A
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야마구찌아키라
나까야마후미츄구
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켄조 야마모토
닛씬보 인더스트리즈 아이엔씨
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Abstract

본 발명의 목적은 불순물에 의한 오염을 방지하고 축받이와 실리콘 전극판 사이에 충분한 접착력을 가지며 하부 전극과 높은 정밀도의 평형성을 보장하여 그에따라 에칭 특성 및 실리콘웨이퍼 생산률을 향상시키는 상부 전극을 제공하는 것이다. 본 발명의 또다른 목적은 이러한 상부 전극을 포함하는 드라이에칭 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명은 실리콘 전극판이 축받이에 의해 지지되어 있고,
(a) 상기 축받이가 그라파이트로 만들어지며,
(b) 상기 실리콘 전극판이 6 ×109내지 68 ×109N/㎡의 영률(Young's modulus)을 가진 충진제를 함유하고 있는 유기 접착제에 의해 축받이에 결합되어 있는 것으로 구성되어 있는 드라이에칭 디바이스용 상부 전극을 제공한다.

Description

드라이에칭 디바이스 {Dry Etching Device}
본 발명은 반도체 디바이스의 제조를 위한 드라이에칭 디바이스의 상부 전부 및 그것을 포함하고 있는 드라이에칭 디바이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불순물의 오염을 방지하고 실리콘 축받이와 전극판 사이에 충분한 접착 강도를 가지고 있어서 하부 전극과 높은 정밀도의 평형성을 보장하며, 그에따라 에칭 특성과 실리콘웨이퍼 생산성을 향상시킬 수 있는 상부 전극과, 그것을 포함하고 있는 드라이에칭 디바이스에 관한 것이다.
컴퓨터의 발전으로 대표되는 정보 장치에 있어서, 이들 장치의 주요 구성요소인 반도체 집적회로는 점점 더 높은 집적도를 요구하고 있다. 반도체 디바이스의 생산시, 디바이스는 불순물에 의한 오염에 매우 민감하기 때문에, 그것의 재료뿐만 아니라 그것의 요소들은 실행성 요구를 담보하기 위해 청정 대기, 예를 들어, 클린룸하에서 처리되고 있다. 각 요소는 두말할 것 없이 불순물을 생산하지 않을 것이 요구되고 있다.
이온 주입, 드라이에칭 및 스퍼터링으로 대표되는 웨이퍼 처리공정은 고진공으로 될 수 있는 반응로(reation chamber)(이는 종종 챔버로 불리기도 함)에서 실행된다. 반도체 집적회로의 집적도가 증가함에 따라, 더욱 높은 청정도가 챔버에 요구되고 있다.
일 예로, 드라이에칭을 함에 있어서, 챔버 내부의 구성 요소들이 도 3에 도시되어 있다. 통상 챔버는 한 쌍의 전극, 즉, 서로 대면하고 있는 상부 전극과 하부 전극을 포함하고 있고, 하부 전극은 RF 전원에 연결되어 있어서 대응 전극과의 사이에 플라즈마를 형성한다. 실리콘웨이퍼는 탑재부를 경유하여 하부 전극 바로위에 놓임으로써 플라즈마 대기하의 에칭 가스(etchant gas)에 의해 에칭된다.
통상적인 드라이에칭용 상부 전극은 인듐 등으로 용접한 금속 또는 금속 산화물의 축받이(또는 지지 링)에 결합되어 있는 실리콘 전극판으로 구성되어 있다.
그러나, 금속 또는 금속 산화물의 축받이는 불순물에 의해 오염되는 경향이 있고, 그러한 금속 또는 금속 산화물의 대체용으로 그라파이트가 연구된바 있다. 전극판을 인듐 등으로 용접하여 그라파이트 축받이에 결합(joint)하는 것은, 충분한 접착력을 보장한다고 할지라도, 시간 소모적인 전처리를 필요로 하고 생산 기간동안에 고온에서 작업해야 할뿐만 아니라, 균일한 에칭처리에 필요한 상부 및 하부 전극 사이에 충분한 평형성을 가지기 어렵도록 결합층 두께의 분포를 야기시키므로, 높은 정밀도의 평형성을 가지는 것이 요구되는 결합부용으로는 적합하지 않다. 용접금속 자체는 실리콘웨이퍼의 오염을 야기시킬 수도 있다. 따라서, 그러한 결합 방법은 드라이에칭에 있어서 우수한 에칭 특성을 부여하기 어렵고 반도체 디바이스 또는 실리콘웨이퍼의 낮은 생산률을 초래하는 경향이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 시도가 있어왔다. 예를 들어, 미국특허 제5,074,456호는 금속 충진 에폭사이드를 사용하여 상부 전극을 결합하는 것을 제안하였고, 미국특허 제6,073,577호는 금속입자 함유 탄성소재를 사용하여 상부 전극을 결합하는 것을 제안하였다.
이들 발명에 따라면, 접착층의 두께를 금속입자 수준으로 줄임으로써 전극판과 축받이가 서로 매우 정밀하게 결합될 수 있어서 상부 전극과 하부 전극 사이의 우수한 평형성을 유지하고 불순물에 의한 오염을 피할 수 있다.
그러나, 이들 발명은 접착층내에 존재하는 금속 충진제에도 불구하고 용접 재료에 의한 결합의 경우보다 전극판과 축받이 사이에 더 낮은 전기 전도성을 가지고, 전극판의 주변과 중심 사이에 온도 분포를 야기시킬 수 있으며, 그에 따라 에칭 특성을 열화시키는 가능성이 있다.
따라서, 본 발명은 불순물에 의한 오염을 방지하여 하부 전극과 매우 높은 정밀도의 평형성 뿐만 아니라 전극판과 축받이 사이의 우수한 열전도성을 보장하고, 그럼으로써 드라이에칭 디바이스용의 통상적인 상부 전극에서의 문제점을 해결하여 에칭 특성과 실리콘웨이퍼 생산률을 향상시키는 상부 전극을 제공하고, 또한 그것을 포함하는 드라이에칭 디바이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 문제점을 해결하기 위하여 드라이에칭 디바이스용의 최적 상부 전극을 개발하기 위한 심도있는 연구 끝에, 불순물에 의한 오염을 방지하는 그라파이트가 축받이용 재료로 사용되고, 그것이 특정 충진제를 함유한 유기 접착제에 의해 실리콘 전극판에 결합될 때, 전극과 축받이 사이에 우수한 열 전도성이 실현될 수 있다는 것을 발견함으로써 본 발명에 이르게 되었다.
도 1은 상부 전극의 개략적 구성도이고;
도 2는 상부 전극의 사시도이고;
도 3은 드라이에칭 디바이스의 구성도이다.
도면의 주요 부호에 대한 설명:
1 에칭가스 주입구 2 배출구
3 상부 전극 4 하부 전극
5 실리콘웨이퍼 6 플라즈마
7 RF 전원 8 실리콘 전극판
9 그라파이트 축받이(링) 10 결합부(결합면)
11 에칭가스 분출구
본 발명의 첫 번째 발명은 드라이에칭 디바이스용 상부 전극을 제공하는바, 상부 전극은 축받이에 의해 지지되는 실리콘 전극판(electrode plate)으로 구성되어 있고, 여기서,
(a) 축받이는 그라파이트로 만들어지며,
(b) 실리콘 전극판은 6 ×109내지 68 ×109N/㎡의 영률(Young's modulus)을 가진 충진제를 함유하고 있는 유기 접착제에 의해 축받이에 결합되어 있다.
두 번째 발명은 실리콘 전극판과 결합되지 않은 부위에서 유리상 카본(glass carbon)으로 축받이가 코팅되어 있다는 점을 제외하고는 첫 번째 발명과 동일한 상부 전극을 제공한다.
세 번째 발명은, 균일한 두께로 결합층을 조절하기 위하여, 접착 압력과 충진제 입자크기 사이의 관계에 의해 결정되는 압력하에서, 균일한 입자 크기를 가지고 전기 및 열적으로 전도성인 충진제를 미리 함유하고 있는 유기 접착제를 경유하여 실리콘 전극판이 축받이에 가압되어 있는 첫 번째 발명과 동일한 상부 전극을 제공한다.
네 번째 발명은 충진제가 그라파이트로 되어있고, 그것이 상기 유기 접착제에 5 내지 30 중량%로 함유되어 있다는 첫 번째 내지 세 번째 발명 중의 어느 하나에 동일한 상부 전극을 제공한다.
다섯 번째 발명은 유기 접착제가 실리콘계인 첫 번째 내지 네 번째 발명 중의 어느 하나에 동일한 상부 전극을 제공한다.
여섯 번째 발명은 첫 번째 내지 네 번째 발명 중의 어느 하나에 따른 상부 전극을 포함하고 있는 드라이에칭 디바이스를 제공한다.
본 발명은 하부 전극과 매우 정밀한 평형성뿐만 아니라 전극판과 축받이 사이에 우수한 열전도도를 보장하여 에칭 특성과 실리콘웨이퍼 생산성을 향상시키는, 불순물에 의한 오염을 방지한 상부 전극에 관한 것이고, 또한 상기 기재의 상부 전극을 포함하는 드라이에칭 디바이스를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 하기 내용을 포함한다.
(1) 유기 접착제가 에폭시 또는 실리콘계인 청구항 1 내지 5 중의 어느 하나에 따른 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
(2) 유기 접착제가 6 ×109내지 68 ×109N/㎡의 영률을 가진 적어도 하나의 유형의 충진제가 포함되어 있는 에폭시 또는 실리콘계 접착제인 상기 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
(3) 유기 접착제가 단일 팩 타입(one-pack type)인 상기 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
(4) 축받이가 유리상 카본에 의해 적어도 1 내지 3㎛의 두께로 코팅되어 있는 제 2 항에 따른 상기 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
1. 전극판(Electrode Plate)
드라이에칭 디바이스는 보통 판의 표면에 에칭 가스가 분출되는 다수의 홈(분출구)을 가진 디스크 형태의 실리콘 전극판으로 구성되어 있다. 에칭 가스는 상부 전극에서 홈을 통과하면서 플라즈마로 되고, 하부 전극상에 설장되어 있는 실리콘웨이퍼는 플라즈마로부터 이끌려온 반응성 이온들에 의해 에칭된다.
전극판의 기재로 사용되는 실리콘은 특별히 한정되는 것은 아니지만 바람직하게는 단결정(single-crystalline), 고순도 및 고밀도의 실리콘이다. 그러한 실리콘의 하나의 예로는 <100>의 결정배향을 가지며 보론(B)으로 도핑된 P형 단결정 실리콘을 들 수 있다. 그것의 저항도(resistivity)는 보통 1μΩ·㎝ 내지 30Ω·㎝이다.
2. 축받이(Pedestal)
본 발명의 드라이에칭 디바이스용 상부 전극은 실리콘 전극판의 후면과 접촉되어있는 그라파이트 축받이(또는 지지 링)에 의해 지지되어 있다. 그라파이트 축받이는 에칭 공정동안에 실리콘웨이퍼내의 불순물에 의한 오염을 방지하면서 상부 전극에서 발생하는 열을 냉각시키는 효과를 유발한다.
냉각 링으로서의 역할도 하는 그라파이트 축받이는 바람직하게는 높은 열 저도성(높은 열전도도)이어야 하고, 실리콘 전극판과 열팽창계수의 차이가 적어야 한다. 그렇지 않으면, 전극의 디스크 중심과 주변 사이에 불균일한 에칭 특성을 유발하는 하나의 원인이 될 수 있는 온도 기울기(temperature gradient)가 생긴다. 낮은 열전도도를 가지며 열팽창계수에 있어서 전극판으로부터 차이가 큰 축받이는 요구 사항들, 예를 들어, 실리콘웨이퍼 크기를 늘리고, 처리 온도를 높이거나 또는 빠른 열/냉각 사이클을 채택하는 것 등을 해결할 수 없다.
축받이의 기재로서 사용되는 그라파이트는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 바람직하게는 실리콘웨이퍼 에칭공정 동안에 불순물에 의한 오염을 야기시키지 않고 높은 열전도도를 가지며 실리콘 전극판과의 열팽창계수 차이가 적은 고순도의 그라파이트이다. 그러한 그라파이트의 하나의 예로는 반도체 등급 그라파이트를 들 수 있고, 상업적인 제품으로는 CX-2123, CX-2114, CX-2206 및 E+25(LE-CARBONE), EGF-262와 EGF-264(Nippon Carbon)를 포함한다.
그라파이트 축받이는 그라파이트와 유리상 카본의 복합체일 수 있다.
그라파이트의 표면은 드라이에칭 공정중에 적어도 에칭 가스에 노출된 부위,즉, 실리콘의 전극판에 연결된 곳 이외의 부위에서 유리상 카본으로 코팅되는 것이 바람직하다. 그러한 부위는 축받이의 측면과 배면을 포함한다.
그라파이트 표면은 보통 1 내지 3㎛ 두께의 유리상 카본으로 코팅된다. 코팅 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상적인 방법들에서 적절하게 선택될 수도 있다. 특히, 바람직한 방법은 특정한 타입의 수지, 예를 들어, 폴리카르보디이미드(Polycarbodiimide) 또는 페놀 수지를 가지고 분사(spraying) 또는 침지(impregnation)에 의해 그라파이트를 코팅하고 이들 수지를 유리상 카본으로 화염(fire)하는 것을 포함한다.
침지 처리법을 채택할 경우에는, 유리상 카본이 축받이 표면으로부터 내면까지에도 형성될 수 있으며, 전체 유리상 카본의 두께는 3㎛ 이상으로 증가할 수 있다.
유리상 카본은 그라파이트로부터의 분진을 제어하고 더 큰 내식성을 부여함으로써 그라파이트 보호층으로서의 역할도 한다. 특히, 유리상 카본은 드라이에칭 공정 동안에 플라즈마 대기에서 그라파이트로부터의 가스 이탈을 제어하고, 웨이퍼의 오염, 예를 들어, 산화물층을 구성하는 기재의 입자들이 그라파이트 표면으로부터 분리되어 웨이퍼상에 침적되는 것과 같은 오염을 방지한다.
유리상 카본은 또한 난흑연성 탄소(non-graphitizable carbon or hard carbon)로 명칭된다. 유리상 카본은, 유기 기재의 고상 카본화(solid-phase carbonization)에 의해 생산되기만 한다면, 원료 또는 제조방법 측면에서 특별히 한정되는 것은 아니다. 유리상 카본의 원료는 셀룰로우즈, 열경화성 수지, 예를들어, 푸르푸릴 알코올, 및 열가소성 수지를 포함한다. 이들 원료 물질로부터 유리상 카본을 제조하는 다양한 방법들이 이미 제안되어 있다.
3. 결합(Joint)
본 발명의 드라이에칭 디바이스용 상부 전극은 상기 기재의 실리콘 전극판과 그것의 배면에 결합되어 있는 그라파이트 축받이(지지 링)로 구성되어 있다.
결합층은, 균일한 입자 크기를 가지며 전기 및 열적으로 전도성인 충진제를 포함하고 있고 접착 압력과 충진제 입자크기 사이의 관계에 의해 결정되는 균일한 두께를 가지도록 조절된 유기 접착제로 구성되어 있다.
본 발명의 유기 접착제는 보통 열경화성 에폭시계 또는 실리콘계 접착제이다. 전극판이 열적으로 팽창될 때에도 접착력을 잃지 않는 실리콘계 접착제가 더욱 바람직하다. 유기 접착제에 합체된 충진제는 열적 및 전기적으로 전도성을 가지며, 6 ×109내지 68 ×109N/㎡의 영률(Young's modulus)을 가지고 있다. 그러한 충진제의 합체에 의해 유기 접착제는 에폭시 또는 실리콘 수지보다 대략 10배 정도 높은 열전도성을 가지게 된다. 동시에, 전극판이 축받이에 결합될 때에 충진제가 붕괴되어 전극과 축받이 사이의 2차원적 접촉을 보장하고, 상부 전극의 열에 의해 접착제가 팽창할 때조차도 충진 입자들 사이의 2차원적 접촉을 보장함으로써, 전극과 축받이 사이의 열전도성을 향상시킨다.
본 발명에 유용한 충진제 물질의 구체적인 예로는 그라파이트, 인듐, 주석, 납 및 솔더(solder)를 포함한다. 결합에 필요한 금속 용접재료는 일반적으로 불순물에 의한 오염을 야기시킨다. 그러나, 그것은 접착제내에 포함되어 있는 입자들로 구성되기 때문에 심각한 오염을 유발하는 경우는 드물다. 이들 중, 그라파이트 축받이의 영률(20 ×109N/㎡ 이하)에 필적하거나 그보다 작은 인듐 및 그라파이트가 더 바람직하고, 접착제에 상용성이 좋고 접착제의 접착력을 크게 열화시키지 않는 그라파이트(카본)가 더욱 바람직하다. 충진제의 입자 크기는 1 내지 100㎛이고, 바람직하게는 10 내지 50㎛이며, 입자 크기의 분포는 상대적으로 좁은 것이 바람직하다. 충진제는 그라파이트의 경우 접착제에 대해 5 내지 30 중량%이고, 금속의 경우 17 내지 70 중량%이다.
축받이는 프라이머(primer)로 프리코팅(pre-coating)한 것이 바람직하다. 본 발명에 유용한 프라이머는 그라파이트 축받이에 대한 접착제의 접착력을 향상시키는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 특히, 실리콘 화합물 용액으로 구성된 프라이머는 실리콘계 접착제가 축받이용 그라파이트의 내부로 침투하는 것을 도움으로써, 전극판과 축받이 사이의 접착력과 열전도성을 향상시킨다.
균일한 입자 크기의 충진제가 합체된 유기 접착제는 결합 압력하에서 경화되고, 결합층의 두께는 압력과 충진제 입자크기 사이의 관계로부터의 입자크기와 동일하여, 결합층의 두께를 균일하게 만들고 상부 및 하부 전극들 사이의 본래 평형성을 보장한다.
충진제 입자크기(반경) 및 충진제 입자수와 압력의 관계는 결합시 탄성 접촉 원리(elastic contact theorem)에 의해 유도된다.
얼마나 많은 충진제 입자들이 결합을 위한 접착 하중(adhesion load)에 필요한 지는 충진제와 실리콘 판 사이 및 충진제와 그라파이트 사이에서 발생하는 최대 표면 압력을 계산하고 압력이 충진제, 실리콘 또는 그라파이트의 허용 압력을 초과하지 않도록 함으로써 결정할 수 있다.
헤르쯔(Hertz)의 탄성 접촉 이론에 따르면, 서로 접촉하게 될 두 물체 사이에 발생하는 최대 표면 압력(Pmax)은 식(1)으로서 주어진다.
Pmax= 1.5 ×P0/(πa2) (1)
여기서, P0는 각 충진제 입자에서 발생하는 접촉 하중이고, "a"는 하기 식(2)으로 주어지는 접촉면 반경이다.
a = 0.88 ×(4P0R*/E*)1/3(2)
여기서, E*는 등가(equivalent) 영률이고, R*는 등가 반경이며, 이들은 각각 하기 식에 의해 표현된다.
1/E*= (1/E1) + (1/E2) (3)
1/R*= (1/R1) + (1/R2) (4)
여기서, E1및 E2는 각각 물체 1 및 2의 영률이고 R1및 R2는 각각 물체 1 및 2의 반경이다.
접착 하중(P)과 충진제 입자수(N)의 관계는 다음 식(5)에 의해 주어진다.
P = P0×N (5)
이들 식(1) 내지 (5)는 접착 공정에서 결합층 두께를 충진제 크기와 같게 하기 위한 접착 하중에 요구되는 충진제의 입자수를 제공한다.
예들 들어, 50㎛의 수평균 입자 크기를 가짐으로써 50㎛ 두께의 결합층을 가지는 충진제를 가지고 그라파이트 축받이에 의해 지지되는 실리콘 판의 상부면에 10㎏의 가압 하중이 가해진다고 가정할 때, 50㎜보다 큰 입자크기를 가지는 그라파이트 충진제 입자들은 붕괴될 것이고, 10㎏의 하중을 지지하는데 요구되는 그라파이트 충진제 입자의 수는 거의 9.7 ×105로 계산된다. 다시 말하면, 그라파이트 충진제 입자가 대략 9.7 ×105로 분산된 두께 50㎛의 결합층이 얻어질 수 있다.
그라파이트 축받이를 사용하고 결합층에서 균일한 두께를 보장하면, 불순물에 의한 오염을 방지하고 상부 및 하부 전극 사이에 매우 정밀한 평형성을 실현할 수 있으며, 그로 인해 에칭 특성이 향상되고 실리콘웨이퍼 생산율이 증가하게 된다.
(실시예)
도면을 참조하여 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만 그것에 의해 본 발명의 범주가 제한되는 것은 아니다.
(실시예 1 : 상부 전극 및 결합 방법의 개요)
본 발명의 상부 전극은 실리콘웨이퍼 생산용 드라이에칭 디바이스의 하나의구성요소이다. 에칭 디바이스의 개요도가 도 3에 도시되어 있고, 상부 전극의 개요도는 도 1 및 2에 도시되어있다.
도 1 및 2를 참조하면, 실리콘 전극판(8)은 223.5㎜의 직경과 6.3㎜의 두께, 3249개의 에칭가스 주입구(직경 0.84㎜) 및 0.01의 평형도를 가지고 있다. 그라파이트 링(축받이: 9)은 외경이 223.5㎜이고 내경이 203.2㎜이며 68㎠의 접촉면적, 19㎜의 두께를 가지며, 하부는 245㎜의 외경과 8.9㎜의 두께 및 0.02의 평형도를 가진다.
실리콘 전극판(8)은 그라파이트 링(9)에 결합부(10)를 경유하여 결합됨으로써 상부 전극을 형성한다.
결합부(10)는 유기 접착제로서, 단일 팩 타입(one-pack type), 상온 경화성(room-temperature curable: RTV), 수분 경화성(공기중의 수분과 반응하여 경화됨)이고, 충진제로서 그라파이트 입자(ASBURY GRAPHITE MILLS, 상표: #4424, 평균 입자크기: 40㎛, 비중: 1.8)가 합체되어 있는 높은 전도성(Shin-Etsu Kagaku Kogyu, 상표: KE3490)의 실리콘 접착제로 구성되어 있다. 충진제의 제조를 위하여, 가능한 한 공기가 없는 상태로 유지하며, 실리콘계 접착제 500g과 그라파이트 150g을 10분간 비이커에서 교반하였다. 축받이 그라파이트 표면을 프라이머(Shin-Etsu Kagaku Kogyo, 상표: 프라이머 C)로 프리코팅하였고, 그라파이트를 25 중량%로 함유하고 있는 혼합 접착제 0.6g으로 실리콘 전극판(8)을 그라파이트 링(9)에 결합하는데 사용하였으며, 결합체 위에 10㎏을 2일간 올려놓았다. 접착된 결합부는 70㎛의 두께와 0.02의 평형도를 가지고 있었다.
이렇게 준비된 상부 전극을 실리콘웨이퍼 생산을 위한 드라이에칭 디바이스용 구성요소로서 사용하였다.
(비교예)
그라파이트 대신에, 실리콘을 15% 함유하고 있는 알루미늄 합금(비중 2.7)의 충진제를 27 중량%로 포함하고 있는 혼합 접착제를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상부 전극을 만들었다(충진제의 부피 비율은 실시예 1의 혼합 접착제과 동일하였다).
(실시예 2 및 3)
그라파이트를 각각 2 중량% 및 10 중량%로 하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 및 3을 준비하였다.
(실시예 4 내지 6)
프리코팅을 행하지 않았다는 점을 제외하고는 각각 실시예 1 내지 3과 동일한 방법으로 실시예 4 내지 6을 준비하였다.
(실시예 7)
그라파이트 대신에, 인듐(비중: 7.3) 충진제를 50 중량%로 함유하고 있는 혼합 접착제를 사용하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상부 전극을 만들었다 (충진제의 부피 비율은 실시예 1의 혼합 접착제와 동일하다).
(실시예 8)
실리콘계 접착제를 에폭시계 접착제로 대신하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 상부 전극을 만들었다.
표 1에는 상기 실시예들과 비교예들에 의해 만들어진 상부 전극의 열전도도, 인장 강도 및 에칭 특성이 개시되어 있다. 평가 항목들은 다음의 과정에 의해 측정 및 평가되었다.
[열전도도]
전극 실리콘과 축받이 그라파이트가 각각 2㎜의 두께를 가지도록 제작된 각 상부 전극으로부터 결합부를 잘라내어, 열상수 분석기(Shinku Riko, TC-3000)를 사용하는 레이저 플레쉬 방법(100℃에서 측정)에 의해 실리콘과 그라파이트 사이의 열전도도를 측정하였다.
[인장 강도]
인장 강도는 오토그래프(Shimazu, AG-1)를 사용하여 측정하였다.
[에칭 특성]
실시예 1에서 제작된 상부 전극을 가진 실리콘웨이퍼 중앙에 7520Å/분의 속도로 에칭하는 조건하에서 플라즈마 에칭 디바이스(Ram Research, 4520XLE)에 의해 실리콘웨이퍼를 에칭하는데 각각의 상부 전극을 사용하였고, Unif = [(Max.-Min.)/(2×Ave.)]×100의 관계에 의해 최대(Max.), 최소(Min.) 및 평균(Ave.) 속도로서 에칭 속도의 균일성(Unif)을 결정하기 위하여, 실리콘웨이퍼의 5 지점에서 에칭 속도를 측정하였다. 이들 샘플은 Unif 값이 줄어들에 따라 더욱 균일한 에칭 속도를 갖는 것이다.
실시예 비교예
1 2 3 4 5 6 7 8 1
충진제 그라파이트 그라파이트 그라파이트 그라파이트 그라파이트 그라파이트 인듐 그라파이트 Si-Al
평균 입자크기(㎛) 40 40 40 40 40 40 40 40 40
접착제 함량(중량%) 25 20 10 25 20 10 20 20 27
접착제 실리콘 실리콘 실리콘 실리콘 실리콘 실리콘 실리콘 에폭시 실리콘
프라이머 Yes Yes Yes No No No Yes Yes Yes
열전도도(W/m·K) 22 20 14 20 18 13 16 20 8
인장강도(N/㎡) 1.8x106 2.2x106 2.4x106 1.6x106 1.8x106 2.0x106 1.4x106 2.2x106 1.3x105
에칭 특성(%) 2 3 5 3 7 8 6 3 10
본 발명의 상부 전극은 알루미늄 합금 충진제를 함유하고 있는 접착제를 사용하는 것에 비해 더욱 높은 열전도도를 가진다. 또한, 상업적 실리콘웨이퍼의 드라이에칭 테스트에 의해 드러난 것처럼 우수한 에칭 특성을 가진다. 그렇기 때문에, 이것은 칩 생산률을 높일 수 있는 우수한 상부 전극이다.
본 발명의 드라이에칭 디바이스의 상부 전극은 불순물에 의한 오염을 방지하고, 하부 전극과 높은 정밀도의 평형성을 보장하며,그에 따라 에칭 특성을 향상시키는 효과를 가진다. 그 결과, 반도체 디바이스의 생산률을 향상시킬 수 있고, 제조 비용을 줄이는데 기여할 수 있다.

Claims (6)

  1. 실리콘 전극판이 축받이에 의해 지지되어 있고,
    (a) 상기 축받이가 그라파이트로 만들어지며,
    (b) 상기 실리콘 전극판이 6 ×109내지 68 ×109N/㎡의 영률(Young's modulus)을 가진 충진제를 함유하고 있는 유기 접착제에 의해 축받이에 결합되어 있는 것으로 구성되어 있는 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 축받이가 상기 실리콘 전극판이 결합되지 않은 부위에서 유리상 카본(glass like carbon)으로 코팅되어 있는 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 실리콘 전극판은, 균일한 두께로 결합층을 조절하기 위하여 접착 압력과 충진제 입자크기의 상호 관계에 의해 결정되는 압력하에서 균일한 입자크기의 전기 및 열적 전도성 충진제를 미리 함유하고 있는 유기 접착제를 경유하여 상기 축받이에 가압되어 있는 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 충진제가 그라파이트로 되어있고 5 내지 30 중량%로 상기 유기 접착제에 포함되어 있는 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유기 접착제가 실리콘계 접착제인 드라이에칭 디바이스용 상부 전극.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 따른 상부 전극을 포함하는 드라이에칭 디바이스.
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