KR100470224B1 - 매칭박스 고정장치를 가지는 척 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 챔버(chamber) 내에 설치되어 반도체 제조공정 중 웨이퍼(wafer)를 지지 및 온도 제어하는 척(chuck)에 관한 것으로, 내부에 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(chamber)와, 알에프(RF : Radio Frequency) 전력을 출력하는 알에프 전원공급장치와, 상기 알에프 전력을 매칭하는 매칭(marching)장치와, 상기 매칭장치를 내부에 실장하는 박스 형상의 매칭박스(matching box)를 포함하는 반도체 제조장치에 있어서, 상기 매칭장치와 연결되는 알에프 전극이 내부에 실장된 상태로 상기 챔버의 일면을 관통하여, 상기 반응영역 내로 인입된 일단 및 외부에 노출되는 타단을 가지는 척(chuck)으로서, 상기 매칭박스가 상기 척의 타단 상에 고정되도록, 상기 척의 타단에 부설되는 매칭박스 고정장치를 포함하는 척을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 챔버(chamber) 내에 설치되어 반도체 제조공정 중 웨이퍼(wafer)를 지지 및 온도 제어하는 척(chuck)에 관한 것이다.
근래에 들어 과학이 발달함에 따라 새로운 물질의 개발 및 처리를 가능하게 하는 신소재 분야가 급속도로 발전하였고, 이러한 신소재 분야의 개발 성과물은 반도체 산업의 비약적인 발전 원동력이 되고 있다. 반도체 소자란 기판인 웨이퍼(wafer)의 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 처리공정을 통해 구현되는 고밀도 집적회로(LSI: Large Scale Integration)로서, 이들 반도체 제조공정은 통상 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber)에서 이루어진다.
이에 낱장으로 공급되는 웨이퍼를 고정하기 위해 챔버 내에 척(chuck)이 설치되는데, 이러한 척으로는 현재 중심부에서 진공을 가해 웨이퍼를 고정하는 배큠척(vacuum chuck)이나 직류전압을 인가하여 정전장을 형성하고, 이 정전장과 웨이퍼와의 정전상호 작용을 통해 웨이퍼를 고정하는 정전척(electrostatic chuck)등이 널리 활용되고 있다.
한편 반도체 산업에 있어서 기판인 웨이퍼의 대면적화와 함께 반도체 소자 패턴의 미세화 시도노력이 계속되어 왔고, 이에 반도체 제조공정에플라즈마(plasma)를 사용하는 방법이 개발된 바 있다. 이의 일례가 유도결합 플라즈마라 지칭되는 아이씨피(ICP : Inducted Coupled Plasma) 플라즈마 발생방법으로, 이는 고주파 알에프(RF : Radio Frequency)전압을 사용하여 기체물질이 존재하는 챔버 내로 시간에 따라 변화하는 전기장을 유도하고, 이 전기장을 통해 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 처리하는 방법이다. 이때 척 내부로 알에프 전극을 실장시켜 플라즈마 이온의 임팩트(impact) 에너지를 제어하게 된다.
또한 챔버 내에서 진행되는 반도체 제조공정에 있어서 웨이퍼의 온도제어는 완성소자의 특성, 특히 균일도(Uniformity)나 선폭(critical dimension), 프로파일(profile) 또는 재현성(repeatability) 등에 중요한 영향을 미치게 되고, 이에 효과적인 웨이퍼의 온도제어를 위해 척의 내부로 다수의 온도제어부가 더욱 포함될 수 있는데, 이외에 특히 정전척일 경우에는 웨이퍼 파지를 위한 직류전극이 설치될 수도 있다.
도 1은 일반적인 척(30)의 일례를 도시한 저면 사시도로서, 이는 상면에 웨이퍼가 안착될 수 있도록 챔버(미도시) 내로 수평하게 배열되는 판(plate) 상의 척 몸체(30a)와, 이 척 몸체(30a)를 지지하도록 챔버 내로 일단이 관통 삽입되는 파이프(pipe) 형상의 척 지지대(30b)를 포함하고 있다. 이때 도시되지는 않았지만, 척 몸체(30a) 내로 전술한 알에프 전극과 온도제어부 또는 직류전극 등 기타 필요한 장치들이 실장될 수 있으며, 이들을 포함하는 척 몸체(30a)는 척 지지대(30b) 일 끝단 상단에 수평하게 결합된다. 또한 척 지지대(30b)의 타단은 챔버 외부로 노출되어 있는데, 이 끝단에는 판상의 베이스 리드(30c)로 폐변하여 챔버 내로 외부의 불순물 기타 기체물질이 유입되는 것을 차단하게 된다.
전술한 구성을 가지는 척은 특히 외부의 모터 등의 구동회로(M)를 통해 챔버의 일면에 관통 설치된 상태로 상하 승강 가능한 구성을 가지고 있는데, 이때 척 몸체(30a) 내에 실장된 알에프 전극 또는 직류전극과 온도제어부는 각각 그 구동을 위해 외부의 장치와 연결되어야 한다. 이에 이들 각각의 요소와 연결되는 다수의 연결단자(32)가 베이스 리드(30c)의 저면으로 돌출되는 바, 이들 다수의 연결단자(32)는 목적에 따라 척 지지대(30b)의 타단 외면에 설치될 수도 있다.
이때 도시한 다수의 연결단자(32) 중 척 몸체(30a) 내에 설치된 알에프 전극과 연결된 하나는 외부의 알에프 전원공급장치(76)와 연결됨으로서 알에프 인입단자(32a)를 구성하게 되는데, 통상 이들 알에프 인입단자(32a)와 알에프 전원공급장치(76)의 사이에는 알에프 전압의 임피던스를 조절하는 임피던스 정합장치 등이 매개되는 것이 일반적이다. 또한 이들 임피던스 정합장치등의 매칭장치는 사각 케이스 형상의 외장을 가지는 매칭박스(matching)(74) 내에 실장하여 보호하게 되는 바, 이에 척(30)이 가지는 알에프 인입단자(32a)는 전선(78) 등을 통해 매칭박스(74)와 전기적으로 연결된다.
그러나 전술한 구성을 가지는 일반적인 척(30)은, 그 사용에 있어서 몇 가지 문제점을 가지고 있는데 이는 척(30)과 매칭박스(74)가 서로 이격되도록 독립적 구성을 가짐에 따라 연결에 신뢰성을 기대하기가 어렵고, 특히 매칭박스(74)에서부터 알에프 인입단자(32a) 까지의 알에프 전력이 이동하는 경로가 길어져 알에프 전력의 손실을 피할 수 없는 단점을 가지고 있다.
즉, 일반적인 척(30)은 외부의 모터(M) 등의 구동회로에 의해서 챔버를 관통한 상태로 승강되는 것과 달리, 매칭박스(74)는 이 척(30)과 떨어져 챔버의 외부에 고정되므로 이들의 연결에 신뢰성이 떨어지는 단점을 가진다. 또 척의 알에프 인입단자(32a)와 매칭박스(74)를 연결하는 전선(78)은 알에프 전력의 효율적인 전달을 위하여 가급적 짧은 것이 유리한데 반해, 독립적으로 승강하는 척(30)을 방해하지 않기 위해 전선(78)의 길이는 일정정도 이상 단축하는 것이 불가능한 바, 알에프 전력의 손실을 피할 수 없는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 척의 승강에 방해받지 않고 신뢰성 있게 알에프 전원을 공급하는 것이 가능하고, 특히 척의 내부에 실장되는 알에프 전극와 매칭박스 사이의 알에프 전력 이동경로를 최단화 할 수 있는, 보다 개선된 척을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 일반적인 척의 저면 사시도
도 2는 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치가 부설된 척의 저면사시도
도 3은 본 발명에 따른 커넥터의 사시도
도 4는 본 발명에 따른 커넥터의 분해사시도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
130 : 척 130a : 척 몸체
130b : 척 지지대 130c : 베이스 리드
132 : 연결단자 174 : 매칭박스
174a : 알에프 공급단자 176 : 알에프전원공급장치
200 : 매칭박스 고정장치 201 : 결합단
202 : 알에프 인입단자 204 : 지지 프레임
250 : 커넥터 M : 모터
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 내부에 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(chamber)와, 알에프(RF : Radio Frequency) 전력을 출력하는 알에프 전원공급장치와, 상기 알에프 전력을 매칭하는 매칭(marching)장치와, 상기 매칭장치를 내부에 실장하는 박스 형상의 매칭박스(matching box)를 포함하는 반도체 제조장치에 있어서, 상기 매칭장치와 연결되는 알에프 전극을 내부에 실장한 상태로 상기 챔버의 일면을 관통하여, 상기 반응영역 내로 인입된 일단 및 외부에 노출된타단을 가지는 척(chuck)으로서, 상기 매칭박스가 상기 척의 타단 상에 고정되도록, 상기 척의 타단에 부설되는 매칭박스 고정장치를 포함하는 척을 제공한다.
이때 상기 매칭박스는 상기 매칭장치와 통전된 상태로 상기 척의 타단 방향으로 돌출된 핀 형상의 알에프 공급단자를 포함하고, 상기 매칭박스 고정장치는, 상기 척의 타단 외면에 수평하게 돌출 고정된 판 상의 결합단과; 상기 알에프 전극과 통전된 상태로 상기 결합단의 배면으로 돌출된 핀 형상의 알에프 인입단자와; 내부에 상기 매칭박스가 끼워져 고정되도록 상기 결합단의 배면에 설치된 사각형의 프레임과; 상기 알에프 공급단자와 상기 알에프 인입단자를 전기적으로 연결하는 커넥터(connector)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 커넥터는, 상기 알에프 공급단자를 내부에 수용하도록 관통된 제 1 삽입구를 가지고, 상기 매칭박스를 향한 제 1 면과; 상기 알에프 인입단자를 내부에 수용하도록 관통된 제 2 삽입구를 가지고, 상기 결합단의 저면을 향한 제 2 면을 포함하는 금속 블록단자인 것을 특징으로 한다.
또한 특히 상기 커넥터는 구리재질인 것을 특징으로 하며, 상기 커넥터는, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 제외한 외면에 씌워지는 절연재질의 제 1 커버와; 상기 제 1 커버의 외면에 씌워지는 알루미늄 재질의 제 2 커버를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 바, 이하 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치(200)가 부설된 척(130)의 저면 사시도로서, 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치(200)가 부설될 수 있는 척(130)으로는 일반적인 챔버, 특히 내부에 웨이퍼가 놓이는 반응영역을 정의한 상태에서 이반응영역으로 플라즈마를 발생시켜 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 처리방식의 챔버(미도시)에 장착되어, 웨이퍼 처리공정 중 웨이퍼를 지지하고 이의 온도를 제어하는 모든 종류의 척에 범용적으로 적용 가능한 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 있어서 척(130)은 그 종류나 기능에 있어 특별히 제한되지 않는 바, 이의 일례로 도시한 바와 같이, 일반적인 플라즈마 처리 챔버의 반응영역 내에 수평하게 설치되어 그 상면에 웨이퍼가 안착되는 판 상의 척 몸체(130a)와, 이 척 몸체(130a)를 지지하도록 챔버의 일면을 관통하는 파이프 형상의 척 지지대(130b)를 포함하고 있다.
이때 척 지지대(130b) 중 챔버 내로 인입된 부분을 일단이라 하면 원판형상의 척 몸체(130a)는 이 척 지지대(130b)의 일끝단 상에 결합되어 지지되고, 타단은 챔버 외로 노출된 상태로 그 끝단에 베이스 리드(130c)가 결합되어 폐변함은 일반적인 경우와 동양(同樣)이라 할 수 있을 것이다.
또한 척 몸체(130a) 내에는 챔버 내에서 발생된 플라즈마 이온의 임팩트 에너지를 조절하는 알에프 전극이 실장되고, 목적에 따라 다수의 온도제어부 또는 정전척일 경우에 웨이퍼를 파지하기 위한 직류전극 등이 설치될 수 있는데, 이들 각각은 척 지지대의 타단 외면으로 돌출된 다수의 연결단자를 통하여 외부로 레이아웃(loy out)된다.
이에 도면부호 132 로 도시한, 베이스 리드(130c)의 배면으로 돌출된 다수의 연결단자들이 바로 그것인데, 이들 다수의 연결단자(132)들은 각각 척(130) 내의 해당장치에 필요요소를 공급하는 외부의 장치로 연결된다. 이에 이들연결단자(132)는 편의상 척 지지대(130b) 타단 외면에 설치되는 것도 얼마든지 가능하다 할 것이다.
그러나 특히 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치(200)가 부설되는 척이 가지는 다수의 연결단자(132) 중 척 몸체의 알에프 전극과 연결되는 알에프 인입단자(202)는, 일반적인 경우와 달리, 후술하는 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치(200) 상에 설치되는 것을 특징으로 하는데, 이 알에프 인입단자(202)를 통해서 외부로부터 알에프 전력이 인가되는 것이다.
이에 알에프 전원공급장치(176)가 구비되어 알에프 인입단자(202)와 연결되는데, 바람직하게는 이 알에프 인입단자(202)와 알에프 전원공급장치(176) 사이에 알에프 전력을 척 내부의 알에프 전극까지 최대로 전달되도록 하는 하나 이상의 매칭회로가 설치되는 것이 유리하며, 이들 매칭회로는 사각형상의 외장을 가지는 매칭박스(174)에 실장되어 보호될 수 있다.
이 매칭장치(174)는 일례로 알에프 전력의 임피던스를 정합하는 임피던스 정합회로일 수 있는데, 특히 본 발명은 이들 매칭회로와 연결되는 핀 형상의 알에프 공급단자(174a)를 매칭박스(174) 외면에 부여하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은 매칭박스(174)의 일면에 핀 형상으로 돌출되어, 매칭장치가 매칭한 알에프 전력을 출력하는 알에프 공급단자(174a)를 부여하고, 이 매칭박스(174)를 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치(200)로 척의 타단 상에 고정시키는 것을 특징으로 하는데, 이 매칭박스 고정장치(200)는 척 지지대(130b)의 타단 외면에 수평하게 돌출 고정된 판 상의 결합단(201)과, 척 몸체(130a)에 실장된 알에프 전극과 통전된 상태로 상기 결합단(201)의 배면에 돌출 설치된 핀 형상의 알에프 인입단자(202)와, 내부에 매칭박스(174)가 끼워져 고정될 수 있도록 결합단(201)의 배면에 설치되는 사각형상의 프레임(204)과, 알에프 공급단자(174a)와 알에프 인입단자(202)를 전기적으로 연결하는 커넥터(connector : 250)를 포함하고 있다.
좀더 상세히, 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치(200)는 척 지지대(130b)의 타단 외면에서 실질적으로 수직하게 돌출되는 수평한 판 형상의 결합단(201) 및 이의 배면에 결합되는 사각형상의 지지 프레임(204)을 포함하게 되는데, 이 지지프레임(204)은 그 내부로 매칭박스(174)가 끼워져 고정될 수 있는 정도의 크기를 가지고 있게 된다.
또한 결합단(201)의 배면, 바람직하게는 지지프레임(204)과 척 지지대(130b) 사이 부분에서는 척 몸체(130a) 내의 알에프 전극과 통전된 핀 형상의 알에프 인입단자(202)가 돌출 설치되는 바, 매칭박스(174)의 일면에 설치된 알에프 공급단자(174a)가 척 방향을 향하도록 지지프레임(204)에 끼워 고정되면, 매칭박스(174)의 알에프 공급단자(174a)와 결합단(201) 배면의 알에프 인입단자(202)를 본 발명에 따른 커넥터(250)가 연결하게 된다.
본 발명에 따른 커넥터(250)의 결합사시도를 도시한 도 3을 참조하면, 이는 알에프 공급단자(174a)가 끼워질수 있도록 설치된 제 1 삽입구(252a)를 가지고 매칭박스의 일면을 향하는 제 1 면(251a)과, 알에프 인입단자(202)가 끼워질수 있도록 설치된 제 2 삽입구(252b)를 가지고 결합단(201)의 저면을 향한 제 2 면(251b)을 포함하는 금속 블록체 사용될 수 있다.
즉, 척지지대(130b)의 타단을 향해 돌출된 매칭박스(174)의 알에프 공급단자(174a)와, 결합단(201) 배면에 돌출된 알에프 인입단자(202)를 서로 연결하기 위해 본 발명에 따른 커넥터(250)는 엘보우(elbow) 형상을 가지는 금속 블록체가 사용될 수 있는데, 이때 이 커넥터(250)에는 매칭박스(174)를 향하는 제 1 면(251a)에 알에프 공급단자(174a)가 끼워질 수 있는 제 1 인입구(252a)를 가지고, 결합단(202)의 배면을 향하는 제 2 면(251b)에 알에프 인입단자(202)가 끼워질 수 있는 제 2 인입구(252b)를 가지는 것이다. 따라서 제 1 인입구(252a)에 알에프 공급단자(174a)가, 제 2 인입구(252b)에 알에프 인입단자(202)가 각각 끼워짐으로서 이들은 서로 통전되는 바, 이러한 커넥터의 재질로는 바람직하게는 전기 전도성이 뛰어난 구리(Cu) 등의 재질을 사용하는 것이 유리하다.
이때 보다 용이한 연결을 위하여 이 커넥터(250)는 두 개의 피스(piece)로 분리될 수 있도록 구성 할 수도 있는데, 이는 제 1 및 제 2 인입구(252a, 252b)가 반분되도록 분리되는 제 1 및 제 2 커넥터 피스(250a, 250b)를 구비하여, 이들을 서로 대응되는 방향에서 결합함으로써 커넥터를 구성하게 된다.
또한 본 발명은 특히 이 커넥터(250) 외면으로 절연물질과 알루미늄을 차례로 코팅하는 것을 특징으로 하는데, 이때 각각 바람직하게는 절연물질로 테프론을 사용하여 커넥터(250)의 외면을 절연시키게 되며, 특히 커넥터(250)를 흐르는 전력이 고주파수를 가지는 알에프 전력임을 감안하면 커넥터(250) 외면의 절연물질 상에 알루미늄을 코팅하여 알에프 전력의 손실을 신뢰성 있게 차단하기 위함이다.
이에 컨넥터의 외면에 코팅되는 테프론 또는 알루미늄은 상기 커넥터의 제 1 면(251a)과 제 2 면(251b)을 제외 모든면에 코팅되는 바, 도 4에 도시한 바와 커넥터(250)의 외면에 차례로 결합되는 형상을 가질 수도 있을 것이다.
즉, 커넥터(250)가 서로 대응되는 두 개의 제 1 및 제 2 커넥터 피스(250a, 250b)로 분리되어 이들의 결합으로 하나의 커넥터를 구성하는 경우에 있어서, 제 1 커넥터 피스(250a)를 내부에 수용하는 제 1 절연물질 피스(260a) 및 제 1 절연물질 피스(260a)를 내부에 수용하는 제 1 알루미늄 피스(270a)와, 제 2 커넥터 피스(250b)를 내부에 수용하는 제 2 절연물질 피스(260b) 및 제 2 절연물질 피스(260b)를 내부에 수용하는 제 2 알루미늄 피스(270b)로 각각 분리되고, 제 1 커넥터 피스(250a)와 제 2 커넥터 피스(250b)가 결합되어 하나의 커넥터(250)를 구성하고, 이의 외면으로 각각 제 1 절연물질 피스(260a)와 제 2 절연물질 피스(260b)가 결합되어 하나의 절연물질 커버를 구성하며, 또한 이의 외면으로 각각 제 1 알루미늄 피스(270a)와 제 2 알루미늄 피스(270b)가 결합되어 하나의 알루미늄 커버를 구성하게 되는 것이다.
본 발명은 매칭박스가 고정될 수 있는 매칭박스 고정장치를 척에 부설함으로서, 알에프 전력이 이동하는 경로를 최소화하여 보다 높은 효율을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.
이때 본 발명에 따른 매칭박스 고정장치는, 척의 승강운동을 방해하지 않도록 처 지지대의 타단에 결합되는 바, 이를 통해 매칭박스는 척과 연동하여 같이 승강하므로 매칭박스와 연결단자의 연결에 보다 높은 신뢰성을 부여할 수 있다.
또한 매칭박스에 돌출된 알에프 공급단자를 부여하고, 매칭박스 고정장치에 이와 대응되도록 돌출된 알에프 인입단자를 부여한 후 이들을 각각 그 내부에 수용하여 통전하는 커넥터를 제공함으로서 보다 효과적으로 알에프 전력을 이동되도록 하는데, 이 커넥터로는 전도성이 뛰어난 구리재질을 사용하고, 이의 외면으로 절염물질과 알루미늄 물질을 차례로 코팅함으로써 보다 개선된 반도체 제조공정을 가능하게 한다.
Claims (5)
- 내부에 밀폐된 반응영역을 정의하는 챔버(chamber)와, 알에프(RF : Radio Frequency) 전력을 출력하는 알에프 전원공급장치와, 상기 알에프 전력을 매칭하는 매칭(marching)장치와, 상기 매칭장치를 내부에 실장하는 박스 형상의 매칭박스(matching box)를 포함하는 반도체 제조장치에 있어서, 상기 매칭장치와 연결되는 알에프 전극이 내부에 실장된 상태로 상기 챔버의 일면을 관통하여, 상기 반응영역 내로 인입된 일단 및 외부에 노출되는 타단을 가지는 척(chuck)으로서,상기 매칭박스가 상기 척의 타단 상에 고정되도록, 상기 척의 타단에 부설되는 매칭박스 고정장치를 포함하는 척
- 청구항 1에 있어서,상기 매칭박스는상기 매칭장치와 통전된 상태로 상기 척의 타단 방향으로 돌출된 핀 형상의 알에프 공급단자를 포함하고,상기 매칭박스 고정장치는,상기 척의 타단 외면에 수평하게 돌출 고정된 판 상의 결합단과;상기 알에프 전극과 통전된 상태로 상기 결합단의 배면으로 돌출된 핀 형상의 알에프 인입단자와;내부에 상기 매칭박스가 끼워져 고정되도록 상기 결합단의 배면에 설치된 사각형의 프레임과;상기 알에프 공급단자와 상기 알에프 인입단자를 전기적으로 연결하는 커넥터(connector)를 포함하는 척
- 청구항 2에 있어서,상기 커넥터는,상기 알에프 공급단자를 내부에 수용하도록 관통된 제 1 삽입구를 가지고, 상기 매칭박스를 향한 제 1 면과;상기 알에프 인입단자를 내부에 수용하도록 관통된 제 2 삽입구를 가지고, 상기 결합단의 저면을 향한 제 2 면을 포함하는 금속 블록단자인 척
- 청구항 3에 있어서,상기 커넥터는 구리재질인 척
- 청구항 3에 있어서,상기 커넥터는,상기 제 1 면과 상기 제 2 면을 제외한 외면에 씌워지는 절연재질의 제 1 커버와;상기 제 1 커버의 외면에 씌워지는 알루미늄 재질의 제 2 커버을 더욱 포함하는 커넥터
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