KR101131898B1 - 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 장치구조를 최대한 변경하지 않는 범위 내에서, 리드 플레이트가 산화이트륨으로 변경됨으로 인한 하중증가를 견딜 수 있는 새로운 클램핑 구조를 가지는 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치용 리드 어셈브리는 플라즈마 식각장치의 챔버 상단부에 체결되는 리드 어셈블리에 있어서, 평판 형상으로 형성되며, 챔버의 상단부에 결합되어 밀폐된 공간을 형성하며, 산화이트륨 재질로 이루어지는 리드 플레이트와, 리드 플레이트를 클램핑하는 클램프를 포함한다.

Description

플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리{Lid Assembly of plasma etching apparatus}

본 발명은 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마에 대한 내에칭성이 강한 산화이트륨 재질로 이루어진 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리에 관한 것이다.

반도체 공정은 웨이퍼 상에 가공막을 증착하는 증착(deposition) 공정에서부터, 포토리소그래피(photolithography), 식각(etching) 및 검사의 순서로 진행된다.

이때, 식각 공정은 습식 식각과 건식 식각으로 구분되는데, 최근에는 미세 패턴 형성을 위하여 건식 식각이 주로 사용되고 있다. 그리고, 건식 식각의 경우 불소계 또는 염소계 반응 가스가 채워진 챔버 내에 RF 전원 전압을 인가하여 반응 가스를 Plasma 상태로 만들어 증착막을 식각하며, 통상적으로 이러한 건식식각 공정은 플라즈마 반응을 유도하는 플라즈마 전극, 식각 공정 시 외부로부터의 오염원을 차단하기 위해 밀페된 공간을 제공하는 챔버, 웨이퍼를 평탄하게 고정하는 정전척, 고정된 웨이퍼에 반응가스를 균일하게 공급하는 노즐이 장착되어 있으며 챔버의 상단에 결합되는 리드 어셈블리(Lid Assembly)로 구성되어 있다.

도 1은 종래의 리드 어셈블리의 개략적인 구성도이며, 도 2는 리드 플레이트와 클램프의 결합구조를 설명하기 위한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 통상의 리드 어셈블리(1000)는 리드 플레이트(10)와, 클램프(20)와, 가스노즐(30) 등으로 구성된다. 리드 플레이트(10)는 평판 형상으로 형성되며, 챔버와의 결합시 챔버의 상단부를 막아서 챔버의 내부를 밀폐된 공간으로 형성한다. 그리고, 리드 플레이트(10)의 중앙부에는 가스 노즐(30)의 삽입을 위한 관통공(11)이 관통 형성되어 있다.

또한, 리드 플레이트(10)에는 클램프와의 결합을 위한 결합홈부(12), 즉 클램핑 조(clamping jaw)가 형성되어 있다. 결합홈부(12)는 리드 플레이트의 상면으로부터 하방으로 오목하게 형성되며, 전체적으로 원형의 고리 형상으로 형성된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 결합홈부(12)의 내측면은 단차지게 형성되어 있다. 클램프(20)는 리드 플레이트를 클램핑 하기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 클램프의 하단부에는 리드 플레이트의 결합홈부에 삽입되는 결합부(21)가 마련되어 있으며, 이 결합부(21)에는 리드 플레이트의 단차진 면에 대응되도록 내측 방향으로 단차지게 형성된 단차부(22)가 형성되어 있다. 그리고, 클램프의 단차부(22)가 결합홈부(12)의 단차진 면에 삽임됨에 따라 리드 플레이트(10)가 클램프(20)에 고정되게 되고, 이때 리드 플레이트(10)의 하중은 클램프의 결합부와 리드 플레이트의 결합홈부가 서로 맞닿는 부분(이하, '클램핑 영역'이라 함), 즉 도 2의 A부분에 집중된다.

한편, 상술한 리드 플레이트와 챔버 등은 종래에는 산화알루미늄(Al₂O₃)으로 제조되었다. 하지만, 산화알루미늄이 불소계 또는 염소계 반응 가스에 부식됨으로 인해, 공정 수율이 저해될 뿐 아니라, 짧은 교체 주기로 인하여 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 산화알루미늄(Al₂O₃) 대신 플라즈마에 대한 내에칭성이 강한 다른 물질로 재질을 바꾸려는 시도가 많이 이루어지고 있다. 하지만, 이와 같이 리드 플레이트의 재질을 변경할 때, 변경되는 물질의 밀도가 산화알루미늄보다 더 큰 경우, 기존과 동일한 구조로 클램핑 하면, 하중이 집중되는 부분 즉 클램핑 영역(A)에 기존보다 훨씬 더 큰 과도한 하중이 집중되고, 이에 따라 클램핑 영역이 파손되는 문제점이 있다.

따라서, 리드 어셈블리의 소재를 내에칭성이 강한 소재로 구성함과 동시에, 기존의 장치구조를 최대한 변경하지 않는 범위 내에서, 리드 플레이트의 재질이 변경됨으로 인한 하중증가를 견딜 수 있는 새로운 클램핑 구조를 가지는 장치의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 리드 플레이트의 재질 변경을 통해 플라즈마에 대한 내에칭성을 향상시키는데 있다.

또한, 본 발명의 목적은 기존의 장치구조를 최대한 변경하지 않는 범위 내에서, 리드 플레이트의 재질 변경으로 인한 하중증가를 견딜 수 있는 새로운 리드 어셈블리를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리는 플라즈마 식각장치의 챔버 상단부에 체결되는 리드 어셈블리에 있어서, 평판 형상으로 형성되며, 상기 챔버의 상단부에 결합되어 밀폐된 공간을 형성하며, 산화이트륨 재질로 이루어지는 리드 플레이트와, 상기 리드 플레이트를 클램핑하는 클램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 리드 플레이트의 상면에는 상기 클램프와의 체결을 위하여 고리 형상으로 하방으로 오목하게 형성되는 결합홈부가 마련되며, 상기 결합홈부는 하단부가 외측 방향으로 더 파진 형태로 단차지게 형성되며, 상기 클램프에는 상기 리드 플레이트의 결합홈부에 대응되도록 단차지게 형성되며, 상기 결합홈부에 삽입되는 결합부가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 리드 어셈블리의 내에칭성이 향상되며, 그 결과 종래와 같이 리드 어셈블리의 부식으로 인해 공정수율 및 생산성이 저하되는 것이 방지된다.

또한, 리드 어셈블리의 기본적인 구조에 대한 변경을 거의 하지 않고, 클램핑 되는 구조만을 변경함으로써 결합영역의 면적을 획기적으로 증가시킬 수 있으며, 그 결과 리드 플레이트의 재질 변경에 따른 하중증가에 의해 리드 플레이트의 결합영역이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 리드 어셈블리의 개략적인 분리사시도이다.
도 2는 종래의 리드 플레이트와 클램프의 결합구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리에서 리드 플레이트와 클램프의 결합구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 결합구조의 하중분산효과를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 식각장치에 관하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리에서 리드 플레이트와 클램프의 결합구조를 설명하기 위한 단면도이며, 도 4는 본 실시예에 따른 결합구조의 하중분산효과를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

먼저, 본 발명은 반도체 공정 중 식각 공정, 특히 건식 식각 공정에 이용되는 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리에 관한 것이다. 먼저, 플라즈마 식각장치는, 내부에 기판이 배치되는 공간부가 마련되어 있는 챔버와, 챔버의 상단부에 결합되는 리드 어셈블리(lid Assembly)와, 챔버의 내부에 설치되며 기판(웨이퍼)이 안착되는 정전척(서셉터)과, 플라즈마를 형성하기 위한 플라즈마 전극으로 구성된다.

한편, 앞서 설명한 도 1에 나타난 바와 같이, 리드 어셈블리는 리드 플레이트와, 식각 가스를 기판으로 분사하기 위한 가스 노즐과, 리드 플레이트를 클램핑 하기 위한 클램프를 포함한다.

한편, 상술한 플라즈마 식각장치의 구성, 즉 챔버, 리드 어셈블리, 정전척 및 플라즈마 전극은 이미 공지된 플라즈마 식각장치의 일반적인 구성과 대부분 동일내지 유사하며, 본 발명의 특징은 리드 플레이트의 재질과 리드 플레이트와 클램프의 결합구조에 있다. 따라서, 이하에서는 리드 플레이트와 클램프의 구성에 관해서 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리는 리드 플레이트와 클램프를 포함한다.

리드 플레이트(100)는 챔버의 상단에 결합되어 챔버와의 사이에 식각공정이 진행디는 밀폐된 공간을 형성하기 위한 것이다. 본 실시예의 경우 리드 플레이트(100)는 플라즈마에 대한 내에칭성이 강한 산화이트륨(Y₂O₃)으로 재질로 이루어진다. 그리고, 리드 플레이트(100)는 챔버에 대응되는 원형의 판 형상으로 형성되며, 관통공(110)과, 결합홈부(120)가 마련되어 있다.

관통공(110)은 리드 플레이트의 중앙부에 관통 형성되며, 이 관통공에 식각가스의 분사를 위한 가스 노즐(도면 미도시)이 설치된다. 결합홈부(120)는 클램프가 결합되기 위한 것으로, 관통공(110)의 둘레를 따라 하방으로 오목하게 형성된다. 이때, 결합홈부(120)의 외측면은 단차지게 형성된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 결합홈부(120)는 하단부가 외측 방향으로 더 파진 형태로 형성된다(즉, 외측면은 상단부 보다 하단부 측의 직경이 더 크게 형성된다).

클램프는 리드 플레이트를 클램핑 하기 위한 것으로, 클램프의 하단부에는 결합홈부(120)에 삽입되는 결합부(200)가 마련되어 있다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이 결합부는 결합홈부의 외측면에 대응되도록 단차지게 형성되어 있으며, 이 결합부의 단차진 부분(210)가 결합홈부에 삽입됨에 따라 리드 플레이트와 클램프가 서로 결합된다.

이하, 본 실시예에 따른 결합구조가 가지는 장점을 종래의 결합구조와 비교하여 설명하기로 한다.

먼저, 리드 플레이트와 클램프가 결합된 지점(결합영역)에서 리드 플레이트에 가해지는 압력은, (리드 플레이트의 무게) / (결합영역의 면적)이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 결합구조에서 결합영역(A)의 면적은,

0.25π( c² - b² ) = 0.25π( c + b )( c - b )이다.

그리고, 본 실시예에 따른 결합영역(121)의 면적은,

0.25π( e² - d² ) = 0.25π( e + d )( e - d )이다.

여기서, 클램핑을 위한 두께, 즉 결합홈부에서의 단차진 두께가 동일하다면, ( c - b ) = ( e - d )가 된다.

따라서, 리드 플레이트의 무게가 동일하다고 하였을 때, 종래의 결합구조에 비하여 본 실시예에서 결합영역에 가해지는 압력은 (c + b) / (e + d)로 감소하게 된다.

한편, 사용되고 있는 리드 어셈블리의 규격으로 이를 적용해보면,

기존 결합구조에서의 결합영역의 면적은 약 1,335mm²이고, 본 실시예에 따른 결합영역의 면적은 2,277mm²으로, 결합영역에 가해지는 압력의 크기가 약 41%정도 감소된다. 따라서, 기존의 산화알루미늄의 재질을 산화이트륨 재질로 변경하더라도, 리드 플레이트가 파손되는 것이 방지된다.

여기서, e = 150mm, d = 140mm, c = 90mm, b = 80mm이다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면 리드 어셈블리가 내에칭성이 강한 산화이트륨으로 이루어지므로, 종래와 같이 플라즈마에 의해 리드 어셈블리가 손상됨으로 인해, 식각장치의 공정 수율 및 생산성이 저하되는 것이 방지된다.

또한, 기존의 기본적인 구조를 거의 변경하지 않고, 단지 종래에 결합홈부의 내측면에서 클램핑 되었던 구조를, 결합홈부의 외측면에서 클램핑하도록 변경함으로써, 결합영역에 가해지는 압력을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 따라서, 기존의 구성을 거의 변경하기 않고, 리드 플레이트와 클램프의 구조만을 변경함으로써, 산화알루미늄 대신 산화이트륨으로 된 식각장치를 구성할 수 있으며, 리드 플레이트가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

1000...플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리
100...리드 플레이트 110...관통공
120...결합홈부 200...결합부

Claims (4)

1. 플라즈마 식각장치의 챔버 상단부에 체결되는 리드 어셈블리에 있어서,
   평판 형상으로 형성되며, 상기 챔버의 상단부에 결합되어 밀폐된 공간을 형성하며, 산화이트륨 재질로 이루어지는 리드 플레이트와,
   상기 리드 플레이트를 클램핑하는 클램프를 포함하며,
   상기 리드 플레이트의 상면에는 상기 클램프와의 체결을 위하여 고리 형상으로 하방으로 오목하게 형성되는 결합홈부가 마련되며,
   상기 클램프에는 상기 리드 플레이트의 결합홈부에 삽입되어 상기 리드 플레이트를 클램핑하는 결합부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리.
2. 삭제
3. 플라즈마 식각장치의 챔버 상단부에 체결되는 리드 어셈블리에 있어서,
   평판 형상으로 형성되며, 상기 챔버의 상단부에 결합되어 밀폐된 공간을 형성하는 리드 플레이트와,
   상기 리드 플레이트를 클램핑하는 클램프를 포함하며,
   상기 리드 플레이트의 상면에는 상기 클램프와의 체결을 위하여 고리 형상으로 하방으로 오목하게 형성되는 결합홈부가 마련되며,
   상기 결합홈부는 하단부가 외측 방향으로 더 파진 형태로 단차지게 형성되며,
   상기 클램프에는 상기 리드 플레이트의 결합홈부에 대응되도록 단차지게 형성되며, 상기 결합홈부에 삽입되는 결합부가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리.
4. 제3항에 있어서,
   상기 리드 플레이트의 중앙부에는 관통공이 형성되어 있으며,
   상기 리드 플레이트의 결합홈부는 상기 관통공의 둘레를 따라 고리 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 식각장치용 리드 어셈블리.

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