KR101514420B1 - 캐소드 전극판 어셈블리 - Google Patents

Abstract

캐소드 전극판 어셈블리가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐소드 전극판 어셈블리는 다수개의 가스통과 홀이 형성된 가스 통과 부와, 상기 가스 통과 부의 원주 방향 외측으로 이격된 상면에서 하측 방향으로 단턱진 단턱부에 체결 홀이 형성된 캐소드 전극판; 상기 체결 홀에 결합된 체결 부재; 및 상기 단턱부의 상면에 안착된 캐소드 링을 포함한다.

Description

캐소드 전극판 어셈블리{cathode electric plate assembly}

본 발명은 캐소드 전극판과 캐소드 링이 상호 간에 결합된 상태로 플라즈마 챔버의 환경에서 장시간 노출될 경우 발생될 경우 생성되는 부산물(By product)로 인한 웨이퍼의 오염을 방지하기 위한 캐소드 전극판 어셈블리 에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 챔버(plasma chamber)는 웨이퍼 등의 반도체 부품을 생산하는 과정뿐만 아니라 공산품을 제조하는 과정에서 가공 중인 작업대상물(workpiece)에 식각(etching) 또는 플라즈마 화학 증착(plasma chemical vapor deposition) 공정이 수행되도록 하는 데 사용되는 설비들 중의 하나이다.

전술한 바와 같은 플라즈마 챔버는 작업 대상물(workpiece)에 따라서 그 구성 및 크기 등이 다양한 형태로 설비되는 것이 일반적인데, 웨이퍼와 같은 반도체 부품에 식각 또는 증착 공정을 수행하기 위해 플라즈마 챔버가 이용된다.

플라즈마 챔버는 내측 상부 및 하부에 각각 캐소드 전극과 애노드 전극이 설치된다. 플라즈마 챔버의 챔버 일측에는 챔버 내부의 공기를 빼내기 위한 진공펌프가 설치되고, 다른 일측에는 챔버 내부로 플루오르, 질소 등의 반응가스를 주입시키기 위한 가스주입구가 형성된다. 또한, 고온고압의 상태에 노출되는 플라즈마 챔버의 지속적인 냉각을 위해 캐소드 전극에는 냉각수의 순환이 가능한 냉각수 라인이 설치된다.

상기 플라즈마 챔버는 운전이 시작되면 챔버 내부가 진공 상태가 되도록 가스주입구를 통해 플루오르나 질소 등의 반응가스가 주입되고, 이와 동시에 전원으로부터 캐소드 전극판 및 애노드 전극에 고전압이 인가되면서 챔버 내부가 플라즈마 상태로 전환 된다. 이 과정에서 웨이퍼에는 플라즈마 상태의 반응가스에 의해서 식각 또는 증착 공정에 따른 가공이 이루어지게 된다.

첨부된 도 1을 참조하면, 예를 들어 캐소드 전극판(10)은 상면에 캐소드 링(20)이 설치되고, 상기 캐소드 전극판(10)과 캐소드 링(20) 사이에는 미세한 간격이 발생된 상태로 서로 간에 조립된다.

상기 간격은 고온 고압의 플라즈마 가스가 발생되는 플라즈마 챔버의 내부 환경에서 지속적으로 노출될 경우 특정 성분을 가지는 가스가 발생되고, 상기 가스에 의한 파티클이 발생되어 웨이퍼(미도시)의 표면에 적층되어 불량품을 유발할 수 있는 문제점을 유발시켰다.

이 경우 고가의 웨이퍼에 대한 불량률이 증가되어 재작업을 실시해야 하거나, 공정 정밀도가 저하되어 이에 대한 대책이 필요하게 되었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0054283호 (공개일: 2011년05월04일)

본 발명의 실시 예들은 캐소드 전극판 어셈블리가 플라즈마 챔버의 내부 환경에서 사용도중 불필요한 부산물의 발생을 방지하여 웨이퍼의 안정적인 생산을 도모하고자 한다

본 발명의 일 측면에 따르면, 다수개의 가스통과 홀이 형성된 가스 통과 부와, 상기 가스 통과 부의 원주 방향 외측으로 이격된 상면에서 하측 방향으로 ㄴ자 단면을 갖도록 단턱진 단턱부에 체결 홀 및 상기 체결 홀의 바깥쪽으로 접하여 상부를 향해 돌출된 돌출부를 포함하는 캐소드 전극판; 상기 체결 홀에 결합된 체결 부재; 및 상기 단턱부의 상면에 안착되며, 상기 돌출부에 대응되는 위치에 형성된 삽입부가 형성된 캐소드 링;을 포함하고, 상기 체결 부재는, 상기 체결 홀의 내측에 형성된 제1 나사산과 나사 결합되도록 외주면에 제2 나사산이 형성되고, 내주면에 제3 나사산이 형성된 부시;와 상기 부시의 제3 나사산과 나사 결합되도록 외주면에 제4 나사산이 형성된 볼트;를 포함한다.
상기 캐소드 링은 상기 캐소드 전극판과 조립된 상태에서 상기 가스 통과 부의 상면에서 하측으로 이격된 위치에 위치된 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 캐소드 링은 상기 캐소드 전극판과 조립된 상태에서 상면 위치가 상기 가스 통과 홀의 상면 위치보다 상대적으로 하측에 위치된 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 캐소드 링은 상기 체결 홀에 부분 삽입되어 상기 캐소드 전극판에 가 결합된 상태를 유지하는 돌기를 더 포함한다.

삭제

상기 체결 부재는 원 기둥 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 예들은 웨이퍼에 대한 식각 공정 중 부산물 발생으로 인한 불량 발생을 최소화하여 정밀도가 우수한 웨이퍼를 생산할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은 캐소드 전극판과 캐소드 링이 면접촉되는 부분을 서로 간에 밀착된 상태로 조립하여 불필요한 부산물의 발생을 방지할 수 있으며, 체결 부재의 안정적인 설치와 그라운드(ground)의 안전성과 캐소드 전극판 어셈블리의 내구성이 향상된다.

도 1은 종래의 캐소드 전극판 어셈블리에 부산물이 적층된 상태를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐소드 전극판 어셈블리의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐소드 전극판 어셈블리의 결합 종 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐소드 전극판 어셈블리이 조립된 상태의 부분 확대도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐소드 전극판 어셈블리의 평면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐소드 전극판 어셈블리의 사용 상태도.

본 발명의 일 실시 예에 따른 캐소드 전극판 어셈블리의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 실시 예에 의한 캐소드 전극판 어셈블리(1)는 캐소드 전극판(100)과 캐소드 링(300)을 포함하고, 상기 캐소드 링(300)은 캐소드 전극판(100)에 고정된 상태가 유지되며, 플라즈마 챔버에 설치하여 사용할 경우 파티클(particle)이 발생되지 않아 부산물(by product)로 인한 웨이퍼의 오염이 방지되며 이를 위해 본 실시 예에 의한 캐소드 전극판(100)은 다수개의 가스통과 홀(112)이 형성된 가스 통과 부(110)와, 상기 가스 통과 부(110)의 원주 방향 외측으로 이격된 상면에서 하측 방향으로 단턱진 단턱부(120)에 체결 홀(102)이 형성된다.

캐소드 전극판(100)은 중앙을 기준으로 방사 형태로 형성된 다수개의 가스통과 홀(112)에 플라즈마 가스가 통과하여 웨이퍼에 대한 식각을 실시하며, 상기 단턱부(120)의 상면에 캐소드 링(300)이 안착된다.

단턱부(120)는 ㄴ자 단면을 가지고 단턱지며, 상면 원주 방향을 따라 일정 간격으로 다수개의 체결 홀(102)이 형성되어 후술할 체결 부재(200)가 삽입된다.

체결 홀(102)은 단턱부(120)의 폭 방향 중앙에 형성되며, 내측에 제1 나사산(102a)이 형성되어 후술할 체결 부재(200)가 결합되며, 상기 체결 부재(200)는 원 기둥 형태로 이루어져 체결 홀(102)이 결합된다.

상기 체결 부재(200)가 원기둥 형태로 이루어지는 이유는 상기 체결 부재(200)가 체결 홀(102)에 결합될 경우 일측 방향으로 편심되거나 상기 체결 홀(102)에 완전히 밀착되지 않고 들뜨는 현상을 방지하기 위해서이다.

예를 들어 상기 체결 부재(200)가 체결 홀(102)에서 편심될 경우 플라즈마 챔버에 캐소드 전극판 어셈블리(1)를 설치하여 사용하는 도중에 파손되는 현상이 발생될 수 있으므로 상기 체결 부재(200)를 체결 홀(102)에 밀착된 상태로 설치하는 것은 매우 중요하다고 하겠다.

또한 상기 체결 부재(200)를 경유하여 고온의 플라즈마 가스가 이동되는 경우에도 안정적인 그라운드(ground)가 유지되어 이로 인한 문제 발생이 최소화된다.

본 실시 예에 의한 캐소드 전극판과 캐소드 링의 결합 상태에 대해 설명한다.

캐소드 전극판(100)은 원주 방향 외측 위치에서 상부를 향해 돌출된 돌출부(130)를 포함하고, 상기 캐소드 링(300)은 상기 돌출부(130)와 대응되는 위치에 형성된 삽입부(302)를 포함한다.

상기 돌출부(130)는 체결 홀(102)의 원주 방향 최 외곽 위치에 형성되어 삽입부(302)에 삽입되며, 상기 체결 홀(102)에 밀착된 상태가 유지되어 캐소드 링(300)과의 고정된 상태가 안정적으로 유지된다.

상기 돌출부(130)는 일정 간격으로 이격되어 다수개가 돌출되거나, 원주 방향을 따라 일체로 돌출되는 형태 중의 어느 한 형태가 선택적으로 제작되며, 상기 삽입부(302)는 돌출부(130)와 대응되는 형태로 제작되어 서로 간에 결합된다. 또한 상기 돌출부(130)와 삽입부(302)는 본 실시 예에서 도시되지 않은 다른 형태로 변경될 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에 대한 체결 부재에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

체결 부재(200)는 부시(210)와 볼트(220)를 포함하고, 상기 부시(210)는 체결 홀(102)의 내측에 형성된 제1 나사산(102a)과 나사 결합되도록 외주면에 제2 나사산(212)이 형성되고, 내주면에 제3 나사산(214)이 형성된다.

부시(210)는 캐소드 전극판(100)에 설치된 이후 고전압이 인가되는 조건에서도 상기 캐소드 전극판(100)과의 결합 상태가 불안정해지지 않고 안정적으로 결합된 상태가 장시간 유지되어야 하며, 본 실시 예에서는 부시(210)가 체결 홀(102)에 나사 결합 방식으로 서로 간에 결합된 것으로 한정하였으나, 다른 방식으로 변경될 수 있음을 밝혀둔다.

볼트(220)는 부시(210)의 제3 나사산(214)과 나사 결합되도록 외주면에 제4 나사산(222)이 형성되어 부시(210)와 서로 간에 결합되며, 참고로 부시(210)와 볼트(220)는 스테인리스 스틸이 사용되나 상기 재질로 반드시 한정하지 않는다.

볼트(220)는 상면에 일자 또는 십자 또는 다각 형태의 공구 결합부가 형성되어 드라이버와 같은 공구 또는 전동 공구의 헤드(미도시)가 손쉽게 결합되어 상기 볼트(220)를 부시(210)에 결합되고, 체결 홀(102)이 형성된 위치에 서로 마주보며 위치되고, 상기 체결 홀(102)에 밀착된 상태로 결합되어 캐소드 링(300)에 대한 고정을 실시할 수 있다.

상기 돌출부(130)는 체결 홀(102)의 내측을 향해 소정의 길이로 삽입된 상태가 유지되며 본 실시 예에서는 체결 부재(200)가 원 기둥 형태로 이루어지므로 상기 돌출부(130) 또한 원 기둥 형태로 이루어져 상호 간에 안정적으로 결합된다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 캐소드 링에 대해 설명한다.

캐소드 링(300)은 캐소드 전극판(100)과 조립된 상태에서 가스 통과 부(110)의 상면에서 하측으로 이격된 위치에 위치되고, 상기 캐소드 전극판(100)의 단턱진 수직면에 캐소드 링(300)의 내측 수직면이 완전 밀착된 상태로 서로 간에 조립되므로 상기 캐소드 전극판(100)과 캐소드 링(300) 사이에 간격이 발생되지 않아 플라즈마 챔버 내부에 설치된 이후 플라즈마 가스에 지속적으로 노출되는 조건에서도 부산물의 발생을 최소화시켜 웨이퍼의 오염을 예방한다.

캐소드 링(300)은 상기 캐소드 전극판(100)과 조립된 상태에서 상면 위치가 상기 가스 통과 홀(112)의 상면 위치보다 상대적으로 하측에 위치되어 있으며, 상기 가스 통과 홀(112)과 X축 방향으로 상대적으로 멀리 이격된 위치에 위치되므로 고전압 상태의 플라즈마에 인한 영향과 부산물의 생성을 최소화시킬 수 있다. 참고로 상기 가스 통과 홀(112)과 캐소드 링(300)과의 이격 거리는 특별히 한정하지 않으나, 상기 단턱부(120)의 L1을 1이라고 할 때, 상기 L2는 상기 L1의 1.5 ~2배 이상의 이격 거리를 가지고 이격되므로써 전술한 효과를 야기시킨다.

본 실시 예에 의한 캐소드 링(300)은 체결 홀(102)에 부분 삽입되어 상기 캐소드 전극판(100)에 결합된 상태를 유지하는 돌기(310)를 더 포함하고, 상기 돌기(310)는 체결 홀(102)의 내측 형상과 대응되는 형태로 이루어져 정확하게 상기 체결 홀(102)에 삽입된다.

상기 돌기(310)는 캐소드 전극판(100)에 개소드 링(300)을 결합시킬 때 전술한 돌출부(130) 및 삽입부(302)와 함께 캐소드 전극판(100)과의 결합된 상태를 안정적으로 유지시킨다.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 실시 예에 의한 캐소드 전극판 어셈블리(1)는 캐소드 전극판(100)에 캐소드 링(300)이 결합된 상태에서 상기 캐소드 링(300)의 상부에 핸들링 지그(400)를 설치하여 작업자가 상기 캐소드 전극판(100)에 직접적으로 접촉하지 않고 캐소드 전극판 어셈블리(1)에 대한 이동을 실시할 수 있다.

상기 핸들링 지그(400)는 열경화성 수지가 사용되며, 일 예로 테프론이 사용되고, 상기 테프론은 내열성, 화학적 불활성, 우수한 전기적 특성과 비 점착성과 같은 특징을 가지고 있으며 산(acid)과의 직접적인 접촉에도 부식이 발생되지 않는 특징을 가지고 있다. 참고로 핸들링 지그(400)는 전술한 테프론 이외에도 비슷한 성질을 가지고 있는 다른 재질로 변경 가능함을 밝혀둔다.

핸들링 지그(400)는 작업자가 손으로 파지되는 파지부(410)가 캐소드 링(300)의 반경 방향 외측으로 연장되고 외주면에 미끄럼 방지 부재(미도시)가 형성되어 있어서 작업자가 상기 파지부(410)를 손으로 파지할 때 미끄러지지 않고 안정적으로 파지한 상태가 유지된다.

미끄럼 방지 부재는 파지부(410)의 외주면에 코팅되거나 특정 영역에만 한정적으로 형성되며 소정의 마찰력이 발생되는 재질이 코팅된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 캐소드 전극판 어셈블리의 사용 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 2 또는 도 6을 참조하면, 작업자는 캐소드 전극판 어셈블리(1)를 조립하기 위해 캐소드 전극판(100)의 체결 홀(102)에 체결 부재(200)를 삽입한다.

작업자는 상기 체결 부재(200)의 부시(210)를 손쉽게 설치하기 위해 전동공구(미도시)를 이용하여 체결 홀(102)에 부시(210)를 삽입한 상태에서 체결 방향으로 회전시키면 제1 나사산(102a)에 제2 나사산(212)이 나사 결합되면서 상기 부시(210)가 체결 홀(102)에 결합된다. 그리고 볼트(220)를 부시(210)의 내주면에 형성된 제3 나사산과 나사 결합시키면 상기 체결 부재(200)에 대한 조립이 완성되고 캐소드 전극판(100)의 원주 방향을 따라 형성된 다른 체결 홀에 대해서도 동일한 방식으로 체결한다.

그리고 작업자는 캐소드 링(300)을 캐소드 전극판(100)의 상부에서 하부를 향해 결합시키면, 돌출부(301)가 삽입부(302)에 결합되고 돌기(310) 또한 체결 홀(102)에 삽입되면서 상기 캐소드 링(300)에 대한 가 결합된 상태가 유지된다.

확대도에 도시된 바와 같이 캐소드 링(300)은 캐소드 전극판(100)에 결합된 상태에서 캐소드 링(300)의 수직면(300a)이 캐소드 전극판(100)의 수직면(101)과 간격이 발생되지 않고 밀착된 상태가 유지되므로 플라즈마 챔버(미도시)에서 고온의 플라즈마 가스에 장시간 노출되는 조건에서도 부산물로 인한 웨이퍼의 불량 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 체결 부재(200)는 체결 홀(102)의 내측에서 일측 방향으로 편심되지 않고 위치되며, 고전압이 인가되는 경우에도 안정적인 그라운드(ground)가 이루어지므로 특정 위치에 고전압이 집중되지 않고 분산되게 분포되므로서, 캐소드 전극판 어셈블리(1)의 파손 및 손상 발생을 최소화 하여 내구성을 향상시킨다.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 캐소드 전극판
102 : 체결 홀
102a : 제1 나사산
110 : 가스 통과 부
112 : 가스통과 홀
120 : 단턱부
130 : 돌출부
200 : 체결 부재
210 : 부시
212 : 제2 나사산
214 : 제3 나사산
220 : 볼트
222 : 제4 나사산
300 : 캐소드 링
400 : 핸들링 지그
410 : 파지부

Claims (7)

1. 다수개의 가스통과 홀이 형성된 가스 통과 부와, 상기 가스 통과 부의 원주 방향 외측으로 이격된 상면에서 하측 방향으로 ㄴ자 단면을 갖도록 단턱진 단턱부에 체결 홀 및 상기 체결 홀의 바깥쪽으로 접하여 상부를 향해 돌출된 돌출부를 포함하는 캐소드 전극판;
   상기 체결 홀에 결합된 체결 부재; 및
   상기 단턱부의 상면에 안착되며, 상기 돌출부에 대응되는 위치에 형성된 삽입부가 형성된 캐소드 링;을 포함하고,
   상기 체결 부재는, 상기 체결 홀의 내측에 형성된 제1 나사산과 나사 결합되도록 외주면에 제2 나사산이 형성되고, 내주면에 제3 나사산이 형성된 부시;와 상기 부시의 제3 나사산과 나사 결합되도록 외주면에 제4 나사산이 형성된 볼트;를 포함하는 캐소드 전극판 어셈블리
2. 제1 항에 있어서,
   상기 캐소드 링은,
   상기 캐소드 전극판과 조립된 상태에서 상기 가스 통과 부의 상면에서 하측으로 이격된 위치에 위치된 것을 특징으로 하는 캐소드 전극판 어셈블리
3. 제1 항에 있어서,
   상기 캐소드 링은,
   상기 캐소드 전극판과 조립된 상태에서 상면 위치가 상기 가스 통과 홀의 상면 위치보다 상대적으로 하측에 위치된 것을 특징으로 하는 캐소드 전극판 어셈블리
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 캐소드 링은,
   상기 체결 홀에 부분 삽입되어 상기 캐소드 전극판에 가 결합된 상태를 유지하는 돌기를 더 포함하는 캐소드 전극판 어셈블리
6. 삭제
7. 제1 항에 있어서,
   상기 체결 부재는,
   원 기둥 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐소드 전극판 어셈블리
   

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