KR100788956B1 - 정전척을 포함하는 플라즈마 공정 장비 - Google Patents

정전척을 포함하는 플라즈마 공정 장비 Download PDF

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Abstract

정전척을 포함하는 플라즈마 공정 장비를 제공한다. 본 발명의 일 관점은, 플라즈마 반응실 내에 웨이퍼를 지지하기 위해 설치된 정전척의 정전기력 발생을 위한 전극에 인가될 직류 전압을 제공하는 직류 전압원, 및 직류 전압원으로부터 제공되는 직류 전압을 전극에 전달하기 위한 연결 도선 및 연결 도선에 삽입되어 전극으로부터 전도되는 노이즈(noise)를 차단하는 고주파 펄스 저항, 전극에 일단이 접촉하고 다른 일단이 고주파 펄스 저항에 전기적으로 연결되는 연결 프로브(probe), 및 연결 프로브를 잡아주는 연결 하우징(connector housing)을 포함하여 구성된 직류 전압 전달부를 포함하는 플라즈마 공정 장비를 제시한다.
정전척, 노이즈, 고주파 펄스 저항, 접촉 프로브

Description

정전척을 포함하는 플라즈마 공정 장비{Plasma process apparatus having electrostatic chuck}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 포함하는 플라즈마 공정 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정 장비의 직류 전압 전달부를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.
본 발명은 반도체 소자 제조 장비에 관한 것으로, 특히, 정전척(ESC: ElectroStatic Chuck)에 높은 직류(DC) 전압을 전달하는 직류 전압 전달부를 포함하는 플라즈마 공정 장비에 관한 것이다. 에 관한 것이다.
현재 반도체 소자를 제조하는 장비, 예컨대, 건식 식각 장비(dry etcher) 또는 증착 장비의 반응실 내에는 공정 중에 반도체 웨이퍼를 지지하기 위해서 정전척이 구비되고 있다. 정전척은 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 고정하는 기능을 한다. 이때, 정전기력을 발생하기 위해 정전척에는 높은 직류 전압이 인가되고 있다.
직류 전압은 직류 전압원(DC voltage supply)에 의해 높은 직류 전압으로 발 생되어, 케이블(cable) 도선으로 통해 정전척에 전기적으로 연결되고 있다. 그런데, 플라즈마 발생을 위해 높은 고주파 파워(RF power)가 반응실 내에 인가될 경우, 방사성 노이즈(noise)가 직류 전압용 도선으로 전도될 수 있다. 이러한 경우, 직류 전압 인가를 위해 설치되는 제어부(controller)나 게이지(gauge) 등과 같은 부품들에 영향을 주어 플라즈마 공정이 정상적으로 진행되기 어렵다.
또한, 직류 전압을 정전척에 전달하기 위한 수단으로 케이블 도선을 이용하므로, ESC 척 내의 DC 전압이 전달되는 전극들에 이러한 도선을 접촉 및 부작하는 과정이 요구된다. 이때, 이러한 도선을 전극에 접촉시켜 부착하는 작업은 수작업으로 진행되므로 상당히 어렵다.
또한, 직류 전압 접촉 전극에 직류 전압용 도선을 부착할 때 납땜 작업이 사용됨에 따라, 보호용 커버(cover)가 요구되나 실제 보호용 커버가 구비되지 못하고 또한 도선 유동 시 이러한 접촉 부착 부분이 손상될 수 있다. 이에 따라, 실제 정전척에 정전기력이 발생되지 않아 헬륨이 반응실 내로 누설되거나 또는 웨이퍼가 파손되는 불량이 발생될 수 있다.
따라서, 보다 용이하게 정전척의 전극에 높은 DC 전압을 전달할 수 있는 전달 수단의 개발이 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 정전척과 직류 전압원 사이를 보다 용이하게 전기적으로 연결시킬 수 있고, 플라즈마 접촉 또는 발생 시 수반되는 노이즈에 의한 영향을 방지할 수 있는 직류 전압 전달 수단을 포함하는 플라즈마 공 정 장비를 제시하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 플라즈마 반응실, 상기 반응실 내에 웨이퍼를 지지하기 위해 설치된 정전척, 상기 정전척의 정전기력 발생을 위한 전극에 인가될 직류 전압을 제공하는 직류 전압원, 및 상기 직류 전압원으로부터 제공되는 직류 전압을 상기 전극에 전달하기 위한 연결 도선 및 상기 연결 도선에 삽입되어 상기 전극으로부터 전도되는 노이즈(noise)를 차단하는 고주파 펄스 저항을 포함하는 직류 전압 전달부를 포함하는 플라즈마 공정 장비를 제시한다.
상기 직류 전압 전달부는, 상기 전극에 일단이 접촉하고 다른 일단이 상기 고주파 펄스 저항에 전기적으로 연결되는 연결 프로브(probe), 및 상기 연결 프로브를 잡아주는 연결 하우징(connector housing)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 연결 프로브를 잡아 상기 고주파 펄스 저항에 연결시키는 리셉터클(receptacle), 상기 리셉터클이 삽입되어 상기 연결 하우징에 삽입되는 프로브 하우징(probe housing), 상기 연결 프로브가 상기 리셉터클에서 이탈되는 것을 막아주게 상기 프로브 하우징에 체결되는 프로브 캡(probe cap), 상기 프로브 하우징이 삽입 체결되며 상기 고주파 펄스 저항이 삽입되는 주 하우징(main housing), 및 상기 직류 전압 전달부의 고정을 위한 홀 유니언(hall union)을 포함하여 상기 주 하우징의 말단에 체결되어 상기 연결 도선이 상기 고주파 펄스 저항에 전기적으로 연결되게 잡아주는 주 하우징 캡을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정전척과 직류 전압원 사이를 보다 용이하게 전기적으로 연결시킬 수 있고, 플라즈마 접촉 또는 발생 시 수반되는 노이즈에 의한 영향을 방지할 수 있는 직류 전압 전달 수단을 포함하는 플라즈마 공정 장비를 제시할 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
본 발명의 실시예에서는 정전척과 직류 전압원을 전기적으로 연결하는 직류 전압 전달 수단으로, 도선의 중간에 고주파 펄스 저항(high frequency pulses resistor)을 삽입하는 기술을 제시한다.
고주파 펄스 저항은 정전척에 RF 파워를 인가하거나 또는 플라즈마 발생을 위한 RF 파워를 인가할 때 수반되는 전도성 노이즈를 소멸 또는 차단시켜, 도선에 전기적으로 연결되는 다른 부품, 예컨대, 제어부나 직류 전압원, 게이지류 등이 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다. 이에 따라, 전도성 노이즈가 플라즈마 공정 장비를 구성하는 부품들에 영향을 미치는 것을 방지하여 플라즈마 공정이 원활하게 진행되게 유도할 수 있다.
정전척(ESC)은 두 평행판 도체 전극들 사이에 유전 물질을 개재하고, 전극에 전압을 인가함에 따라 두 도체 사이에 대전된 전하에 의해 생기는 정전기력을 이용하여 웨이퍼를 고정시키는 장치이다. 따라서, 웨이퍼와 정전척 사이의 정전기력은 인가 전압이 클수록 커지고, 웨이퍼와 정전척 사이의 간격이 작을수록 보다 큰 정전기력을 얻을 수 있다.
그럼에도 불구하고, 정전척에 인가되는 전압이 높을수록 반응실 내의 플라즈마와의 전기적 접촉 또는 전기적 회로 형성에 의해 웨이퍼에 손상이 발생할 수 있다. 이에 따라, 수율이 저하될 수 있다. 또한, 웨이퍼와 정전척 사이의 간격이 작을수록 유전체의 절연 파괴 위험도가 증가된다. 또한 정전척에 RF 파워를 인가할 때 케이블 도선으로 노이즈가 전도될 수 있다. 이러한 요인들은 정전척에 높은 직류 전압을 전달하는 장치를 설계할 때 제약 요소들로 이해될 수 있다. 이러한 제약 요소들의 영향을 본 발명의 실시예에서는 직류 전압 전달부를 도입함으로써 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전척을 포함하는 플라즈마 공정 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정 장비의 직류 전압 전달부를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들로서, 도 2는 직류 전압 전달부의 구성을 보여주는 단면도이고, 도 3의 결합도이고, 도 4는 투영 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 공정 장비는, 플라즈마 공정이 수행되도록 진공 챔버(chamber) 형태로 구성된 플라즈마 반응실(100), 반응 실(100) 내의 플라즈마(101)에 의해 가공될 웨이퍼(200)를 지지하기 위해 설치된 정전척(300)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 반응실(100)의 상측에는 플라즈마 발생부(400), 예컨대, 플라즈마 소스 코일(plasma source coil) 및 부싱(bushing) 등을 포함하여 플라즈마 여기시키는 플라즈마 발생부(400)가 설치되고, 플라즈마 소스 코일 및 부싱 등에 고주파 파워(RF power)를 인가하기 위한 고주파 전원(450)이 설치될 수 있다.
이때, 정전척(300)은 정전기력 발생을 위해 전기장을 유도하는 유전체막(310) 및 전극(330)을 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 전극(330)에 정전기력 발생을 위한 고압의 직류 전압을 제공하는 직류 전압원(500)이 반응실(100) 외부에 설치될 수 있다.
직류 전압원(500)으로부터 제공되는 직류 전압을 전극(330)에 전달하기 위해 연결 도선(601)이 도입되고, 이러한 연결 도선(601)에 삽입되어 전극(330)으로부터 전도되는 노이즈(noise)를 차단하는 고주파 펄스 저항(610)을 포함하여 직류 전압을 전달하는 수단으로서의 직류 전압 전달부(600)가 도입된다.
이때, 직류 전압 전달부(600)는, 도 2 내지 도 4에 제시된 바와 같이, 전극(330)의 접촉부(645)에 일단이 접촉하고 다른 일단이 고주파 펄스 저항(601)에 전기적으로 연결되는 연결 프로브(contact connector probe: 640)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 연결 프로브(640)는 예컨대 3핀 프로브일 수 있으며, 전극(330)에 마련된 접촉부(645)에 연결 프로브(640)가 접촉하여 직류 전압을 전극(330)에 전달하는 수단으로 이해될 수 있다. 이때, 접촉부(645)는 소켓(socket) 형태나 또는 접촉 패드(pad) 형태로 마련될 수 있다.
이러한 연결 프로브(640)의 접촉에 의한 직류 전류 인가 방식을 도입함에 따라, 전극(330)에 케이블 도선을 직접 납땜하는 작업의 수행을 배제할 수 있다. 따라서, 납땜 등과 같은 수작업에 의한 전기적 연결 과정이 개선되어, 보다 용이하게 전극(330)과 직류 전압원(500)을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 연결 프로브(640)를 잡아주는 바람직하게 아세탈 엔지니어링 플라스틱(acetal engineering plastic)과 같은 절연 재질로 형성된 연결 하우징(connector housing: 670)이 직류 전압 전달부(600)를 구성하도록 도입될 수 있다. 연결 프로브(640)는 리셉터클(receptacle: 650)에 삽입 체결되어 고주파 펄스 저항(610)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 리셉터클(650)이 삽입되어 연결 하우징(670)에 삽입되는 프로브 하우징(probe housing: 670)이 이러한 프로브의 보호 절연 등을 위한 하우징 부재로 도입될 수 있다. 프로브 하우징(670)은 구리(Cu)와 같은 전도성 부재로 형성될 수 있다. 또한, 연결 프로브(640)가 리셉터클(650)에서 이탈되는 것을 막아주게 프로브 하우징(670)의 끝단에 체결되는 프로브 캡(probe cap: 680)이 도입될 수 있다. 프로브 캡(680) 또한 아세탈 수지와 같은 절연 부재로 도입될 수 있다.
프로브 하우징(670)이 삽입 체결되며 고주파 펄스 저항(610)이 삽입되는 주 하우징(main housing)이 아세탈 수지와 같은 절연 부재로 도입될 수 있다. 주 하우징(620)의 끝단에 직류 전압 전달부(600)의 반응실(100) 등을 포함하는 플라즈마 공정 장비에 고정하기 위한 홀 유니언(hall union: 631)을 구비한 주 하우징 캡(630)이 체결된다. 주 하우징 캡(630)은 주 하우징(620)의 말단에 체결되어 연결 도선(도 1의 601)이 고주파 펄스 저항(610)에 전기적으로 연결되게 잡아주는 역할을 하는 것으로 이해될 수 있다. 이때, 주 하우징 캡(630)에는 연결 도선(601)의 고정을 위한 셋 스크류 홈(set screw hole: 633) 및 알루미늄 합금(SUS) 재질의 셋 스크류(635)가 구비될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 직류 전압 전달부(600)는 직류 전압원(500)에서 높은 직류 전압을 발생하고, 높은 전압이 직류용 고전압 주 하우징(620)의 고주파 펄스 저항(610)을 거치고, 직류 전압 전달용 접촉 연결 프로브(640)에 의해 정전척(300)의 전극(330)에 전달된다. 이에 따라, 정전척(300)은 정전기력을 발생시켜 반도체 웨이퍼(200)를 고정하게 된다.
이때, 고주파 펄스 저항(610)은 고주파 노이즈에 대한 저항 소자로 고주파 노이즈를 열로 소모시켜 소멸 또는 차단하는 소자로 이해될 수 있다. 이와 같이 고주파 펄스 저항(610)을 도입함으로써, 정전척(300)으로부터 고주파 노이즈가 연결 도선(601)으로 전도되는 것을 차단 방지할 수 있다. 정전척(300)에는 RF 파워에 의한 플라즈마가 접촉할 수 있고, 또한, 필요에 따라 웨이퍼(200)의 배후에 백 바이어스(back bias)를 위한 별도의 RF 파워가 인가될 수 있다. 이러한 정전척(300)에 인가되는 RF 파워 등에 의해서 전도성 노이즈가 발생될 수 있다.
이러한 전도성 노이즈는 연결 도선(601) 등으로 전도되어, 직류 전압원(500)이나 직류 전압 인가를 제어하는 제어부(도시되지 않음) 또는 다른 전기 회로적 제어부, 게이지 등과 같은 플라즈마 공정 장비를 구성하는 부품들에 영향을 미칠 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 연결 도선(601)과 접촉 연결 프로브(640)의 중간에 고주파 노이즈를 차단시키는 고주파 펄스 저항(610)을 도입함으로써, 이러한 고주파 노이즈가 전도되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고주파 노이즈의 전도에 따른 부품 손상 및 이에 따른 공정 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 연결 프로브(640)를 이용하여 전극(330)에 직류 전압을 접촉식 연결 방법으로 전달할 수 있다. 따라서, 전극(330)에의 케이블 도선의 연결을 위한 납땜 작업 등이 배제 생략될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 연결 프로브(640)를 포함하는 직류 전압 전달부(600)를 보다 용이하게 교체할 수 있어, 플라즈마 공정 장비의 유지 보수 등에 보다 유리한 효과를 구현할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 정전척에 직류 전압을 인가하는 케이블 도선의 경우, 플라즈마 공정 장비의 플라즈마 발생부 또는 정전척 등에 고주파 파워(RF power)를 인가할 때 수반 발생되는 전도성 노이즈를 차단하기 어렵다. 이에 따라, 이러한 고주파 노이즈가 다른 기타 부품들에 영향을 주어 플라즈마 공정 장비에 손상을 발생시키거나 플라즈마 공정에 불량을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 고주파 펄스 저항을 내장한 직류 전압 전달부를 도입하여 이러한 취약점들을 개선할 수 있다. 고주파 펄스 저항이 고주파 노이즈에 대해 저항 소자로 작용하여 노이즈를 열로 소산시켜 소멸하거나 차단하므로, 노이즈가 기타 장치나 다른 부품들에 전도되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연결 프로브를 포함하는 직류 전압용 연결부 및 고주파 펄스 저항을 보호하는 하우징을 도입 하여, 직류 전압 전달부의 탈 부착 및 조립을 보다 용이하게 수행할 수 있다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 플라즈마 반응실;
    상기 반응실 내에 웨이퍼를 지지하기 위해 설치된 정전척;
    상기 정전척의 정전기력 발생을 위한 전극에 인가될 직류 전압을 제공하는 직류 전압원; 및
    상기 직류 전압원으로부터 제공되는 직류 전압을 상기 전극에 전달하기 위한 연결 도선, 상기 연결 도선에 삽입되어 상기 전극으로부터 전도되는 노이즈(noise)를 차단하는 고주파 펄스 저항, 상기 전극에 일단이 접촉하고 다른 일단이 상기 고주파 펄스 저항에 전기적으로 연결되는 연결 프로브(probe), 및 상기 연결 프로브를 잡아주는 연결 하우징(connector housing)을 포함하는 직류 전압 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 직류 전압 전달부는
    상기 연결 프로브를 잡아 상기 고주파 펄스 저항에 연결시키는 리셉터클(receptacle);
    상기 리셉터클이 삽입되어 상기 연결 하우징에 삽입되는 프로브 하우징(probe housing);
    상기 연결 프로브가 상기 리셉터클에서 이탈되는 것을 막아주게 상기 프로브 하우징에 체결되는 프로브 캡(probe cap);
    상기 프로브 하우징이 삽입 체결되며 상기 고주파 펄스 저항이 삽입되는 주 하우징(main housing); 및
    상기 직류 전압 전달부의 고정을 위한 홀 유니언(hall union)을 포함하여 상기 주 하우징의 말단에 체결되어 상기 연결 도선이 상기 고주파 펄스 저항에 전기적으로 연결되게 잡아주는 주 하우징 캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 공정 장비.
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