KR20020019610A - 정전기적 척용 커넥터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제 1 부재가 제 1 연결 부재를 가지고, 제 2 부재가 제 2 연결 부재를 가지며, 제 1 또는 제 2 연결 부재중 어느 하나에 릴리프가 제공된다는 점에서 제 1 부재를 제 2 부재를 연결시키는 장치에 관한 것이다. 장치는 커넥터이고, 제 1 부재는 전력 공급원이며 제 2 부재는 정전기적 척이다. 제 1 연결 부재는 상단부에 제공된 보어를 갖는다. 제 2 연결 부재는 제 1 연결 부재를 수용하기 위한 나사산 개구를 갖는다. 선택적으로, 제 2 연결 부재에는 나사산 개구의 외측 방사 방향으로 배치된 그루브가 제공된다. 릴리프가 제공된 연결 부재는 반도체 웨이퍼 처리 중에 열팽창에 의해 야기된 힘을 수용하고 견딘다.
Description
반도체 웨이퍼를 반도체 웨이퍼 처리 시스템의 처리 챔버 내에 유지시키기 위한 많은 정전기적 척이 본 발명의 기술 분야에서 공지되어 있다. 반도체 웨이퍼 처리 시스템은 1989년 6월 27일 데이비드 쳉(David Cheng) 등에게 허여되어 본 발명의 동일 양수인에게 양도된 "자기장 강화 플라즈마 에칭 반응실"이란 명칭의 미국 특허 제 4,842,683호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 완전히 재구성되어 본원에 참조되었다. 전술된 척은 미리 부착된 연결 부재(즉, 전력 공급원을 척 내의 다양한 전극에 연결시킴)로 제조된다. 이러한 연결 부재는 배면으로부터 연장하여 처리 챔버 내로 선적 또는 설치 중에 연속적으로 손상된다.
손상된 케넥팅 부재 및 척의 문제점을 해결하기 위해, 도 1에 도시된 정전기적 척(100)이 개시된다. 이러한 척(100)은 1998년 12월 14일에 출원된 미국 특허 출원 제 09/212,000호에 개시되며, 본원에 참조되었다. 척(100)은 세라믹 재료(예를 들어, 질화알루미늄)의 척 몸체(102)를 포함하며 또한 척 몸체(102) 내에 배열된(즉, 내장된) 전극(104)을 포함한다. 전극(104)은 커넥터(106)를 통해 전력 공급원(도시 않음)에 연결된다. 커넥터(106)는 제 1 수 커넥터 부재(108)와 제 2 암 커넥터 부재(110)를 포함한다. 척(100)은 예를 들어 적절한 접착제 또는 볼트(도시 않음) 등에 의해 척 몸체(102)의 바닥에 적절히 장착된 냉각판(112)에 부착된다. 냉각판(112)은 예를 들어 스테인레스 강 또는 알루미늄으로 제조될 수도 있고 척(100)을 냉각시키는 냉각액을 수송하기 위한 복수의 냉각 채널(114)이 제공될 수도 있다.
제 1 커넥터 부재(108)는 제 2 커넥터 부재(110) 내에 형성된 보어(118)를 통해 연장하는 상부 고체 원통부(116)와 냉각판(112) 내에 형성된 보어(122)를 통해 연장하는 일체식으로 형성된 하부 고체 원통부(120)를 포함한다. 보어(118)와 상부(116)는 선적 및 설치 목적을 위해 신속한 조립 및 분해를 허용하도록 이러한 부재의 연결을 용이하게 하기 위해 각각 암수 나삿니 방향으로 제공된다. 제 2 커넥터 부재(110)는 척 몸체(102) 내에 있는 내측으로 연장하는 계단식 원통형 보어(124) 내에 배열된다. 전극(104)은 계단식 원통형 보어(124)를 통해 제 2 커넥터 부재(110)와 접촉한다. 적절한 전기전도성 접착제(126)가 제 2 커넥터 부재(110)의 상부와 전극(104)을 기계적 및 전기적으로 상호연결시킨다. 이처럼, 제 1 및 제 2 커넥터 부재(108 및 110)는 각각 전극(104)을 전력 공급원(도시 않음)에 기계적 및 전기적으로 상호연결시킨다.
제 2 커넥터 부재(110)는 일반적으로 몰리브덴으로 제조되고 RF 전류 전도를 위해 금, 은 또는 니켈과 같은 전기전도성 재료로 적절히 도금된다. 제 1 커넥터부재(108)는 일반적으로 RF 전류 전도를 위해 금, 은 또는 니켈과 같은 전기전도성 재료로 도금된 스테인레스 강 또는 티타늄으로부터 제조된다. 제 1 커넥터 부재(108)와 제 2 커넥터 부재(110) 사이의 RF 전류 전도를 개선시키기 위해 이들 두 부재가 만나는 곳에 RF 개스킷이 제공된다. 그러나, 전력 공급원으로부터 제 1 및 제 2 커넥터 부재와 전극(104)으로 전력을 전달하는 중에 소정량의 열이 생성된다. 부가적으로, 척이 작동되는 공정은 일반적으로 약 350 내지 400℃의 범위에 있다. 이러한 상승된 온도에서, 제 1 및 제 2 커넥터 부재의 열 팽창으로 인해 이러한 부재에 상당한 응력을 생성시켜 제 2 커넥터 부재(110) 및/또는 척 몸체(102)를 파단시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 몰리브덴(제 2 커넥터 부재가 몰리브덴으로 제조됨)은 약 5ppm/℃의 팽창율을 가지며, 스테인레스 강과 티타늄(제 1 커넥터 부재가 스테인레스 강과 티타늄으로 제조됨)은 상당히 더 높은 약 9 및 8.6ppm/℃의 팽창율을 각각 가진다. 이처럼, 제 1 커넥터 부재는 제 2 커넥터 부재 보다 훨씬 더 팽창한다. 이들 두 부재는 고체이기 때문에, 이들 부재의 파단을 야기하는 열적 유도력의 경향은 실제적이다.
제 1 및 제 2 커넥터 부재의 결정적인 파단 영역은 보어(118)와 상부(116)의 나사산 부분에 있다. 커넥터 부재의 열팽창이 증가함에 따라, 크랙은 제 2 커넥터 부재(110)의 나사산 부분을 따라 진행된다. 도 5는 제 1 및 제 2 커넥터 부재(106 및 110)의 응력 주사의 윤곽을 각각 도시한다. 응력은 Mpa 단위로 측정되며 각각의 응력 정도가 400℃에서 티타늄으로부터 제조된 제 1 커넥터와 몰리브덴으로부터 제조된 제 2 커넥터 부재에 대해 특정 회색톤으로 지정된다. 상이한 열 팽창율이결정적인 나사산 접촉점에서 응력 차이(상이한 회색톤의 근접하게 이격된 영역으로 표시됨)를 야기하는 것은 이미 공지되어 있다.
그러므로, 이러한 커넥터와 관련된 열 응력으로 인한 파단 가능성을 감소시키는 정전기적 척 전력 커넥터의 개선된 설계가 필요하다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 처리 중에 반도체 웨이퍼를 처리 시스템 내에 유지시키기 위한 정전기적 척에 관한 것이며, 보다 구체적으로 DC 처킹 전압 및 RF 바이어스 전력을 척 내에 배치된 전극에 연결시키기 위한 커넥터에 관한 것이다.
본 발명의 개시 내용은 첨부된 도면과 상세한 설명을 고려하여 용이하게 이해될 수 있다.
도 1은 선행 기술의 정전기적 척과 커넥터 조립체의 부분 횡단면도이다.
도 2는 본 발명에 따라 개선된 커넥터 조립체를 갖는 정전기적 척의 부분 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 정전기적 척의 부분 횡단면도이다.
도 4a는 도 3의 4-4선을 따라 취한 본 발명에 따른 부재의 상면도이다.
도 4b는 도 3의 4-4선을 따라 취한 부재의 제 2 실시예의 상면도이다.
도 5는 선행 기술의 정전기적 척의 응력 주사를 도시한다. 그리고,
도 6은 본 발명에 따른 정전기적 척의 응력 주사를 도시한다.
본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 도면에서 공통된 동일한 부재를 표시하기 위해 가능한 한 동일한 도면 부호를 사용하였다.
선행 기술과 관련된 단점은 제 1 부재가 제 1 부재에 부착된 제 1 연결 부재를 갖고, 제 2 부재가 제 2 부재에 부착된 제 2 연결 부재를 가지며 제 1 또는 제 2 연결 부재 중 어느 하나에 릴리프(relief)가 제공된다는 점에서 제 1 부재를 제 2 부재에 연결시키는 본 발명에 따른 장치에 의해 극복된다. 본 발명에 따른 장치는 커넥터이고, 제 1 부재는 전력 공급원이며 제 2 부재는 정전기적 척이다. 제 1 연결 부재는 예를 들어 전력 공급원에 연결되기 위해 하나 이상의 다른 연결 하드웨어에 연결된 RF 핀이다. 이러한 핀은 상단부에 제공된 보어를 갖는다. 제 2 연결 부재는 예를 들어 정전기적 척 내에 장착된 보스이다. 보스는 핀을 수용하기 위한 나사산 개구를 갖는다. 부가적으로, 보스에는 나사산 개구의 외측 방사 방향으로 배치된 그루브가 제공된다. 제 1 연결 부재는 스테인레스 강, 티탄, 코바 또는 다른 유사한 열적 비전도성 재료일 수도 있다. 제 2 연결 부재는 몰리브덴 또는 다른 유사한 전기적 및 열적 전도성 재료일 수도 있다.
릴리프가 제공된 연결 부재는 반도체 웨이퍼 처리 중에 열팽창에 의해 야기된 힘을 수용하고 견딘다. 이처럼, 개선된 커넥터를 형성하는 정전기적 척의 크랙, 파단, 아킹 또는 다른 파괴 가능성이 실질적으로 감소된다.
도 2는 본 발명을 구체화한 반도체 웨이퍼 정전기적 척(200)의 제 1 실시예를 도시한다. 척(200)은 전극(204)이 내장된 척 몸체(202)를 포함한다. 척 몸체(202)는 질화알루미늄과 같은 적절한 세라믹 재료로 제조될 수도 있고, 전극(204)은 몰리브덴 메시 전극일 수도 있다. 척 몸체(202)는 부가적으로 척 바닥(228)과 척 상부(230)를 갖는다. 척(200)은 예를 들어 적절한 접착제 또는 볼트(도시 않음) 등에 의해 척 몸체(202)의 바닥에 적절히 장착된 냉각판(222)에부착된다. 냉각판(222)은 예를 들어 스테인레스 강 또는 알루미늄으로 제조될 수도 있고 척(200)을 냉각시키기 위한 냉각액을 수송하기 위한 복수의 냉각 채널(232)이 제공될 수도 있다. 척(200)은 또한 본 발명을 구체화한 DC처킹 전압 및/또는 RF 바이어스 전력을 전극(204)에 연결시키기 위한 커넥터(206)를 포함한다.
커넥터(206)는 제 1 커넥터 부재(208)와 제 2 커넥터 부재(210)를 포함한다. 제 1 커넥터 부재(208)와 제 2 커넥터 부재(210) 모두 일반적으로 원통형이다. 제 1 커넥터 부재(208)는 RF 전류 전도에 적합하지만 용이하게 열전달하지 않는 재료로 제조된다. 바람직하게, 제 1 커넥터 부재(208)는 스테인레스 강이며 RF 전도 특성을 향상시키고 제 1 커넥터 부재(208)를 부식으로부터 보호하기 위해 금, 은, 니켈 및 구리로 구성된 군으로부터 선택된 적절한 도금 재료로 도금될 수도 있다. 선택적으로, 도금 재료는 니켈, 구리, 니켈 및 금의 연속층일 수도 있다. 부가적으로, 소정의 형태의 RF 도전 재료는 응용상의 특정 요구사항에 따라 제 1 커넥터 부재(208)를 제조하는데 사용될 수도 있으며 소정의 경우에 스테인레스 강은 티타늄 및 코바(Kovar)로 구성된 군으로부터 선택된 재료로 대체된다.
제 2 커넥터 부재(210)는 RF 전류 전도에 적합한 재료로 제조될 수도 있으며 바람직하게 몰리브덴이다. 제 2 커넥터 부재(210)는 일반적으로 척 몸체(202)의 중앙에 형성되고 척 바닥(228)으로부터 척 상부(230)를 향하여 상부로 연장되어 내장된 전극(204)에서 개방되는 블라인드 보어(224) 내에 존재한다. 보어(224)는 원통형이며 또한 가능하게 계단식 구조를 갖는다. 제 2 커넥터 부재(210)는 선행 기술에서 공지된 소정의 수단에 의해 척 몸체(202)에 고정되며 바람직하게 납땜에 의해 고정된다. 부가적으로, 적절한 전기전도성 접착제(226)가 제 2 커넥터 부재(210)와 전극(204)을 기계적 및 전기적으로 상호연결시킨다.
또한 제 1 커넥터 부재(208)에 나사산 부분(212)이 제공된다. 유사하게, 제 2 커넥터 부재(210)에 나사산 부분(214)이 제공된다. 제 1 커넥터 부재(208)의 나사산 부분(212)은 제 2 커넥터 부재(210)의 나사산 부분(214)과 접촉(즉, 암-수 방향)되는데, 이는 이들 부재를 해제 가능하게 견고히 상호연결시키기 위함이다. 부가적으로, RF 개스킷(218)이 RF 전류 전도를 개선하기 위해 제 1 커넥터 부재(208)와 제 2 커넥터 부재(210) 사이에 배치된다. 보다 구체적으로, RF 개스킷(218)은 제 1 커넥터 부재(208) 상의 시이트(220) 내에 배치된다. 나사산 부분(212 및 214)은 서로 결합되기 때문에, 개스킷(218)은 당겨져 부재(208 및 210)와 접촉된다. 척(200)이 속해 있는 소정의 처리 조건(즉, 350 내지 400℃ 범위의 온도) 하에서, 열 응력은 각각의 나사산 부분(212 및 214)에서 제 1 커넥터 부재(208)와 제 2 커넥터 부재(210)에 작용한다. 척(200)의 크랙, 파괴 또는 다른 결함을 야기하지 않도록, 릴리프가 척(200) 내에 제공된다. 특히, 그루브(216)가 제 2 커넥터 부재(210) 내에 제공된다. 그루브(216)는 제 2 커넥터 부재(210)의 나사산 부분(214)의 주위에 배치된다. 이러한 실시예에서, 그루브는 깊이가 약 2 내지 3㎜이며 폭이 약 1 내지 2㎜이다. 이처럼, 소정의 열팽창은 제 1 커넥터 부재(208)가 팽창할 때, 그루브(216)가 제 2 커넥터 부재(210)의 잔류부 또는 척 몸체(202) 상에 부가적인 열 응력을 나타내지 않고 팽창을 위한 공간을 허용한다는 점에서 수용될 수 있다.
도 3에 도시된 본 발명의 선택적인 실시예에서, 도 2와 관련해서 설명된 것처럼 필요한 모든 소자를 구비한 정전기적 척(200)이 제공된다. 커넥터(206)의 제 1 및 제 2 커넥터 부재(208 및 210)의 나사산 부분(212 및 214) 상에 작용하는 열 응력이 릴리프를 통해 다시 설명된다. 특히, 릴리프는 제 1 커넥터 부재(208) 내에 보어(302)로 제공된다. 보어는 제 1 커넥터 부재(208)의 축상에 형성된다. 바람직하게, 보어(302)는 나사산 보다 작은 약 1 내지 2㎜의 직경을 가지며 약 3 내지 5㎜의 깊이를 갖는다. 제 1 커넥터 부재(208)의 열팽창의 대부분은 내측 방사 방향으로 발생한다. 즉, 팽창은 제 2 커넥터 부재(210)의 외측 방사 방향 대신 보어(302) 내에서 주로 발생한다. 이처럼, 제 2 커넥터 부재(210)에 인가된 열 응력이 실질적으로 감소되어 결국 열에 의해 야기된 이러한 부재의 손상 가능성도 감소된다. 보어(302)는 전술된 것처럼 제 1 커넥터 부재(208)의 축상에 제공된 단일 원형 개구와 같은 다양한 구조를 가질 수 있다. 도 4a는 도 3의 4-4선을 따라 취한 전술한 실시예의 상면도를 도시한다. 선택적으로, 릴리프에는 상기와 같이 취해질 때 "C" 형상의 핀을 형성하기 위해 외측 방사 방향으로 제 1 커넥터 부재(208)로부터 제거된 단면이 제공된다. 이러한 실시예는 도 4b에 도시된다. 당업자는 원형 릴리프를 갖는 장방형의 제 1 커넥터 부재와 같이 상이한 형태를 갖는 제 1 또는 제 2 커넥터 부재 내에 다른 유사한 형태의 릴리프를 설계 및 제조할 수 있다. 이러한 다른 설계는 열팽창과 결과적인 응력을 해결하기 위해 커넥터 내에 릴리프를 제공하는 본 발명의 범위 내에 있다고 고려된다.
개선된 커넥터(206)의 결과가 400℃에서 티타늄 기저 제 1 커넥터 부재(208)와 몰리브덴 기저 제 2 커넥터 부재(210)의 응력 주사를 도시하는 도 6에 나타나며 도 6에서 보어(302, 도시 않음) 형태의 릴리프를 갖는다. 두 부재는 결정적인 나사산 접촉점(502)에서 거의 동일한 응력 수준(동일한 회색톤 수준으로 표시됨)에 있다. 소정의 응력 차이가 제 2 커넥터 부재(210)에서 외측 방사 방향에서 나타난다. 그러나, 이러한 수준은 균일하게 위치되며 이러한 부재의 허용가능한 응력 주사 프로파일을 표시하는 상대적으로 큰 영역을 포함한다. 이처럼, 열 응력은 수용될 수 있으며 열 응력에 의해 야기될 수 있는 커넥터 파괴 가능성은 상당히 감소된다.
본 발명의 개시 내용을 형성하는 다양한 실시예가 상세히 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 개시 내용을 형성하는 많은 다른 변형예를 용이하게 고안할 수 있다.
Claims (21)
- 제 1 부재를 제 2 부재에 연결시키는 장치로서,상기 제 1 부재와 관련된 제 1 커넥터, 및상기 제 2 부재와 관련된 제 2 커넥터를 포함하며,상기 제 1 및 제 2 커넥터 중 하나에 릴리프가 제공된 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 부재가 정전기적 척인 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 커넥터가 원통형 부재인 장치.
- 제 3 항에 있어서,상기 릴리프가 상기 제 1 커넥터 내에 배치된 보어인 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 보어가 상기 제 1 커넥터 내로 약 3 내지 5㎜ 연장하는 장치.
- 제 4 항에 있어서,상기 제 1 커넥터가 C 형태의 단면을 갖는 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 커넥터가 상기 제 2 부재를 전력 공급원에 연결시키는 핀인 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 커넥터가 열적으로 비전도성인 재료로부터 선택되는 장치.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 커넥터가 스테인레스 강과 티탄으로 구성된 군으로부터 선택된 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 커넥터가 상기 제 2 부재 내에 배치된 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 커넥터가 개구를 갖는 원통형 부재인 장치.
- 제 11 항에 있어서,상기 릴리프가 상기 개구를 둘러싸는 그루브인 장치.
- 제 12 항에 있어서,상기 그루브의 깊이가 약 2 내지 3㎜인 장치.
- 제 10 항에 있어서,상기 제 2 커넥터가 상기 제 1 커넥터를 수용하는 보스인 장치.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 커넥터가 몰리브덴으로부터 제조된 장치.
- 정전기적 척을 전력 공급원에 전기적으로 연결시키는 장치로서,제 1 전력 공급 커넥터, 및제 2 정전기적 척 커넥터를 포함하며,상기 제 1 및 제 2 커넥터 중 하나에 릴리프가 제공된 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 릴리프가 상기 제 1 커넥터 내에 제공된 보어인 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 1 커넥터가 티탄으로부터 제조된 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 릴리프가 상기 제 2 커넥터 내에 형성된 그루브인 장치.
- 제 16 항에 있어서,상기 제 2 커넥터가 몰리브덴으로부터 제조된 장치.
- 제 19 항에 있어서,상기 그루브가 상기 제 1 커넥터를 수용하도록 개구의 외측 방사 방향으로 배치된 장치.
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