KR20030077883A

KR20030077883A - 반도체 제조장치용 접지케이블

Info

Publication number: KR20030077883A
Application number: KR1020020016851A
Authority: KR
Inventors: 권기청
Original assignee: 주성엔지니어링(주)
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-04
Also published as: CN1447346A; TW200304658A; US20030183906A1; US20040177992A1

Abstract

본 발명은 반도체 제조장치용 접지케이블(ground cable)에 관한 것으로, 금속재질의 원기둥 형상인 제 1 접지와이어(wire)와; 상기 제 1 접지와이어의 외면을 둘러싸는 절연물질의 제 1 외피와; 다수의 금속선이 얽힌 메쉬(mesh) 조직을 가지고, 상기 제 1 외피의 외면을 둘러싸는 튜브(tube)형상의 제 2 접지와이어와; 상기 제 2 와이어의 외면을 둘러싸는 절연물질의 제 2 외피를 포함하는 접지케이블을 제공한다.

Description

반도체 제조장치용 접지케이블{ground cable for semiconductor manufacturing apparatus}

본 발명은 반도체 제조장치용 접지케이블(ground cable)에 관한 것으로, 좀 더 자세하게는 고주파 및 저주파 전력을 사용하는 반도체 제조장치에 있어서 접지전위의 상승을 억제함과 동시에 반도체 제조장치에 상기 접지전위와 같은 등전위를 부여하고, 특히 고주파 및 저주파 전력의 노이즈(noise)를 제거할 수 있는 반도체 제조장치용 접지케이블에 관한 것이다.

반도체 소자란, 기판인 웨이퍼(wafer) 상면에 수 차례에 걸친 박막의 증착 및 이의 패터닝(patterning) 등의 공정을 통해 구현되는 고밀도 집적(LSI: Large Scale Integration)회로로서, 이들 반도체 제조공정은 통상 밀폐된 반응용기인 챔버(chamber) 내에서 이루어지는 것이 일반적이다.

한편 반도체 제조에 있어서 전통적으로 웨이퍼의 면적을 확대함과 동시에 구성요소를 보다 미세화 하여 개량된 품질의 구현 및 제조 수율을 증가시키려는 노력이 끊임없이 이어져왔고, 이에 반도체 제조공정에 플라즈마(plasma)를 사용하는 방법이 개발되어 초고집적(ULSI : Ultra Large Scale Integration) 회로의 개발을 가능하게 하고 있다.

이에 반도체 제조용 챔버에는 목적에 따라 전력을 사용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생소스와 기타 다수의 전기적 장치가 포함되는 바, 도 1은 이의 일례로 플라즈마를 사용하여 웨이퍼를 처리하는 플라즈마 처리 챔버의 개략 단면도이다.

먼저 챔버(20)는 내부에 밀폐된 반응영역(21)을 정의하는 반응용기로서, 외부로부터 유입되는 기체물질의 화학반응을 통해 반응영역(21)에 안착된 웨이퍼(1)의 직접적인 처리 공정이 진행되는 부분이다. 이에 챔버(20)는 외부로부터 웨이퍼(1) 처리에 필요한 기체물질이 유입될 수 있도록 분기된 유입관(22)과, 내부의 기체물질을 배출할 수 있는 배출관(24)을 포함하고 있으며, 내부 반응영역(21)에는 웨이퍼(1)를 지지할 수 있도록 웨이퍼 척(chuck : 30)이 설치되는 것이 일반적이다.

또한 전술한 챔버(20)에는 특히 플라즈마를 발생시킬 수 있는 플라즈마 발생소스(40) 및 다수의 전기적 장치가 부설됨으로써, 반응영역(21) 내로 플라즈마를 발생시켜 이를 웨이퍼(1) 처리에 이용하게 되는데, 이를 위해 챔버(20)의 상면(20a)은 통상 쿼츠(quartz) 등의 절연재질로 이루어지고, 이의 상면에 제 1 전극(42)이 위치하게 된다.

이때 제 1 전극(42)은 일례로, 도시한 바와 같이 도전성 물질의 관을 갈수록 넓은 반경을 가지도록 감은 안테나 형상을 가질 수 있다.

또한 제 1 전극(42)에는 제 1 전원공급장치(46)를 통해 고주파수의 알에프(RF : Radio Frequency) 전력이 인가되는데, 이 제 1 전원공급장치(46)와 제 1 전극(42) 사이에는 알에프 파워의 임피던스를 정합할 수 있도록 제 1 임피던스 정합장치(44)가 설치되는 것이 일반적인 바, 이들 제 1 전극(42)과, 제 1 임피던스 정합장치(44)와, 제 1 알에프 전원공급장치(46)를 포함하여 플라즈마 발생소스(40)를 구성하고 있다.

또한 챔버(20)에는 이 플라즈마 발생소스(40)와 웨이퍼(1)를 사이에 두고 서로 대응되도록 설치됨으로써, 플라즈마 발생소스(40)가 유도한 플라즈마 이온의 웨이퍼(1)로의 임팩트(impact) 에너지를 조절하는 바이어스(bias) 소스(50)가 설치되는데, 이 바이어스 소스(50)는 각각 제 2 전극(52)과, 제 2 임피던스 정합장치(54)와, 제 2 알에프 전원공급장치(56)를 포함하고 있고, 이때 제 2 전극(52)은 통상 척(30)의 내부로 매설되는 것이 일반적이다.

따라서 최초 웨이퍼(1)가 이송되어 척(30) 상면에 로딩(loading)되면 챔버(20)가 밀폐되고, 이어 배출관(24)을 통해 챔버(20) 내의 기체물질을 배출시켜 반응영역(21)을 반도체 제조 공정에 적합한 압력으로 조절한다. 이후 유입관(22)을 통해 웨이퍼(1) 처리에 필요한 기체물질이 챔버(20) 내 반응영역(21)으로 인입되는데, 이와 동시에 플라즈마 발생소스(40)가 구동하여 반응영역 내로 시간에 따라 변화하는 전자기장을 유도함에 따라 기체물질은 플라즈마로 여기되고, 이들 플라즈마 이온은 바이어스 소스(50)의 구동으로 가속되어 웨이퍼와 충돌하게 된다. 이때 이들 플라즈마 소스(40)와 바이어스 소스(50)의 구동은 전자제어회로(미도시)에 의하여 제어되는 것이 일반적이다.

플라즈마 처리 챔버(20)는 이와 같은 플라즈마 이온의 웨이퍼(1)와의 충돌현상을 통해 웨이퍼(1)를 처리하게 되는데, 이때 특히 제 1 및 제 2 전원공급장치(46, 56)와, 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(44, 54)와, 챔버(20)에는 각각 제 1 내지 제 5 접지단(62, 64, 66, 68, 70)이 설치되어 등전위를 형성하고, 제 1 및 제 2 전원공급장치(46, 46)로부터 발생될 수 있는 알에프 노이즈(noise)를 제거하게 된다.

이때 이들 다수의 접지단(62, 64, 66, 68, 70)은 각각 접지점과 해당부분을 연결하는 접지케이블(ground cable)로 이루어지는 바, 이들에 의해 전술한 각 요소들간의 전위차이가 해소되고 알에프 노이즈가 제거되는 것이다.

도 2는 전술한 일반적인 플라즈마 처리 챔버에 포함되는 접지구조를 설명하기 위해 불필요한 요소를 생략하여 도시한 단순 회로도로서, 이는 결국 도 1 과 동일 대상을 도시한 것이므로 동일요소에 대해서는 동일부호를 부여하였다.

이에 제 1 및 제 2 전원공급장치(46, 56)와, 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(44, 54)와, 챔버(20)에는 각각 제 1 내지 제 5 접지단(62, 64, 66, 68, 70)이 설치되어 접지됨을 확인할 수 있을 것이다. 이때 이러한 각각의 접지단(62, 64, 66, 68, 70)은 각각의 요소를 접지점에 연결하는 접지케이블로 구성됨은 전술한 바 있는데, 이러한 일반적인 접지케이블의 분해사시도를 도 3 에 도시하였다.

이는 금속재질로 이루어지는 기둥 형상의 제 1 접지와이어(82a)와, 이 제 1 접지와이어(82a)의 외면을 튜브(tube)형상으로 감싸는 제 1 외피(84a)로 구성되는 것이 일반적으로, 이때 제 1 접지와이어(82a)를 구성하는 금속으로는 통상 전기전도성이 뛰어난 구리(Cu) 또는 이의 외면으로 니켈(Ni) 등을 코팅처리 한 것이 사용되고 있으며, 제 1 외피(84a)로는 피브이씨(PVC) 등의 절연재질 고분자물질이 사용되고 있다.

그러나 이러한 일반적인 제 1 접지케이블(80a)을 사용할 경우 고주파 성분의전류를 효과적으로 제어하기 어려운 단점을 가지는데, 이는 도선 표면을 흐르는 고주파 전류 특성에 의해 임피던스가 증가하여 접지전위 및 등전위를 상승되는 것이 그것이다.

따라서 제 1 및 제 2 알에프 전원공급장치(46, 56)의 출력 알에프 파워가 증가되면 제 1 임피던스 정합장치(44)와 제 2 임피던스 정합장치(54), 챔버(20)와 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(44, 54), 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(44, 54)와 전자제어회로 간의 알에프 노이즈에 의한 간섭이 커져 원활한 반도체 제조공정을 구현하기 어려운 문제점을 가지고 있다.(도 3 참조)

또한 주파수가 증가함에 따라 커지는 제 1 접지와이어(82a)의 인덕턴스(inductance)에 의해 접지전위 및 시스템의 등전위 상승을 억제하기에는 한계가 있다.

이에 도전물질의 표면을 따라 흐르는 고주파수 전력의 특성을 감안하여 표면적을 확대시킨 도 4와 같은 제 2 접지케이블(80b)이 개발되기도 하였는데, 이는 다수의 가는 금속선을 직물처럼 얽은 메쉬(mesh) 조직을 가지고, 튜브형상으로 이루어진 제 2 접지와이어(82b)가 사용됨이 특이하다 할 것이다.

이때 이 제 2 접지와이어(82b)의 재질로는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)과 주석(Sn)의 합금물질이 사용될 수 있고, 튜브형상을 가지는 제 2 접지와이어(82b) 외면에는 피브이씨(PVC) 등의 절연재질 고분자물질로 이루어지는 튜브형상의 제 2 외피(84b)가 감싸고 있는데, 이때 제 2 접지와이어(82b) 내부로는 제 1 외피(84b)와 동일재질의 절연 내피(86b)가 삽입될 수 있다. 한편 도 3과 도 4에 있어서 각각단면이 원형과 사각형을 가지는 케이블을 도시하였지만 이는 목적에 따라 다양한 형상을 가질 수 있는 바, 도 3의 접지케이블이 동일구조를 가지는 한 그 단면이 사각형으로 될 수 있고, 마찬가지로 도 4의 접지케이블 역시 원형 단면을 가질 수 있을 것이다.

그러나 이러한 제 2 접지케이블(80b) 역시 몇 가지 문제점을 가지고 있는데, 이는 저주파 성분의 전류에 의한 접지전위의 상승 및 이에 따른 전체 시스템의 등전위 상승이 일어나게 되는 문제점과 함께 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(44, 54)와, 챔버(20)와, 전자제어회로 간에 발생되는 알에프 노이즈 간섭을 최소화하기 어려운 단점을 가지고 있다.(도 3 참조)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 고주파 및 저주파에 의한 노이즈를 제거함과 동시에 접지전위의 상승을 효과적으로 방지하며, 특히 반도체 제조장치를 상기 접지전위와 동일한 등전위로 구현할 수 있는 보다 개선된 접지라인을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 일반적인 플라즈마 처리 챔버의 개략단면도

도 2는 일반적인 플라즈마 처리 챔버의 접지구조를 도시한 회로도

도 3 과 도 4는 각각 일반적인 접지케이블의 분해사시도

도 5는 본 발명에 따른 접지케이블의 분해사시도

도 6은 본 발명에 따른 접지케이블을 포함하는 플라즈마 처리 챔버의 접지구조를 개략적으로 도시한 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

180 : 접지케이블182 : 제 1 접지와이어

184 : 제 1 외피186 : 제 2 접지와이어

188 : 제 2 외피

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 금속재질의 기둥 형상인 제 1 접지와이어(wire)와; 상기 제 1 접지와이어의 외면을 둘러싸는 절연물질의 제 1 외피와; 다수의 금속선이 얽힌 메쉬(mesh) 조직을 가지고, 상기 제 1 외피의 외면을 둘러싸는 튜브(tube)형상의 제 2 접지와이어와; 상기 제 2 와이어의 외면을 둘러싸는 절연물질의 제 2 외피를 포함하는 접지케이블을 제공한다. 이때 상기 제 1 접지와이어 또는 제 1 접지와이어는 구리, 구리의 표면에 니켈을 코팅한 것, 니켈과 구리의 합금 중 선택된 하나이고, 상기 제 1 외피 또는 제 2 외피 중 선택된 하나는 피브이씨(PVC)인 것을 특징으로 하는 바, 이하 본 발명에 대한 올바른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 접지케이블(180)의 분해 단면을 도시한 것으로, 이는 금속재질로 이루어진 기둥 형상의 제 1 접지와이어(182)와, 이의 외면을 둘러싸도록 절연물질로 이루어지는 튜브형상의 제 1 외피(184)와, 다수의 가는 금속선을 직물처럼 얽어 제 1 외피(184)의 외면을 둘러싸도록 튜브형상으로 구성된 메쉬(mesh) 조직의 제 2 접지와이어(186)와, 이의 외면을 둘러싸는 절연재질의 제 2 외피(188)를 포함하고 있다.

따라서 본 발명에 따른 접지케이블(180)의 단면은 중심으로부터 각각 제 1 접지와이어(182)와, 제 1 외피(184)와, 제 2 접지와이어(186)와, 제 2 외피(188)가 동심원 형상으로 펼쳐 배열되는 것으로, 이때 바람직하게는 제 1 접지와이어(182)와 제 2 접지와이어(186)는 각각 구리(Cu) 또는 구리의 외면으로 니켈(Ni) 등의 금속을 코팅한 것이나 니켈(Ni)과 구리(Cu)의 합금이 사용될 수 있다. 또한 제 1 및 제 2 외피(184, 188)는 각각 피브이씨(PVC) 등의 고분자 절연재질이 사용될 수 있을 것이다.

이때 본 발명에 따른 접지케이블(180)은 비록 별도의 도면으로 도시하지는않았지만 동일구조를 가지는 한 그 단면이 원형이 될 수도 있음은 당업자에게는 자명한 사실일 것이다. 이러한 본 발명에 따른 접지케이블(180)은 일반적인 그것과 유사하게 접지가 필요한 부분과 접지단을 연결하는 전선역할을 하게 되는데, 특히 본 발명에 따른 접지케이블(180)은 각각 제 1 접지와이어(182)와 제 2 접지와이어(186)를 포함하고 있는 바, 이들 제 1 접지와이어(182)와 제 2 접지와이어(186)는 각각 접지될 부분과 접지단을 병렬로 연결함에 있어 상이하다 할 것이다.

즉, 도 6은 전술한 본 발명에 따른 접지케이블(180)이 사용된 일례로 플라즈마 처리 챔버의 접지구조를 개략적으로 도시한 회로도로서, 이 플라즈마 처리 챔버는 내부에 웨이퍼(1)가 안착되는 밀폐된 반응영역(121)을 정의하는 반응용기인 챔버(120)와, 이러한 챔버(120)의 반응영역 내로 플라즈마를 유도하기 위한 플라즈마 발생소스(140)와, 상기 플라즈마 발생소스(140)로부터 발생된 플라즈마를 웨이퍼(1)로 가속하여 충돌시키는 바이어스 소스(150)를 포함하고 있다. 이때 플라즈마 발생소스(140)는 반응영역(121)을 향하는 제 1 전극(142)과, 제 1 임피던스 정합장치(144)와, 제 1 전원공급장치(146)를 포함하고 있고, 바이어스 소스(150)는 전술한 제 1 전극(142)과 웨이퍼(1)를 사이에 두고 서로 대향되도록 설치되는 제 2 전극(152)과 제 2 임피던스 정합장치(154)와, 제 2 전원공급장치(156)를 포함하고 있으며, 이들 플라즈마 소스(140)와 바이어스 소스(150)의 구동은 전자제어회로(미도시)에 의하여 제어됨은 일반적인 경우와 동양(同樣)이라 할 것이다.

이때 전술한 구성을 가지는 플라즈마 처리 챔버(20)는 본 발명에 따른 접지케이블(180)로 구성되는 다수의 제 1 내지 제 5 접지단(162, 164, 166, 168, 170)을 포함함으로써 등전위를 형성함과 동시에 알에프 노이즈(noise)를 제거하게 되는 바, 이와 같이 접지가 요구되는 부분으로는 제 1 및 제 2 전원공급장치(146, 156)와, 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(144, 154)와, 챔버(120)이다.

이에 각각 본 발명에 따른 접지케이블(180)은 전술한 요소와 접지단을 연결하게 되는데, 이때 특히 본 발명에 따른 접지케이블(180)은 제 1 접지와이어(182)와 제 2 접지와이어(186)로 구분되는 바, 이들 접지가 필요한 제 1 및 제 2 전원공급장치(146, 156)와, 제 1 및 제 2 임피던스 정합장치(144, 154)와, 챔버(120)에는 각각 제 1 접지와이어(182)와 제 2 접지와이어(186)의 일단이 연결되고, 각각의 타단은 접지단에 연결됨으로서 병렬적으로 접지된다.

즉, 도면에서 각각 162, 164, 166, 168, 170으로 표시된 것이 본 발명에 따른 접지케이블(180)이 구성하는 접지단이고, 162a, 164a, 166a, 168a, 170a 는 각각 본 발명에 따른 접지케이블(180)에 포함되는 제 1 접지와이어(182)이며, 162b, 164b, 166b, 168b, 170b 는 각각 본 발명에 따른 접지케이블(180)에 포함되는 제 2 접지와이어(186)를 표시한 것이다.

이때 본 발명에 따른 접지케이블(180)에 포함되는 제 1 접지와이어(182)는 저주파수 영역을 접지하게 되고, 제 2 접지와이어(186)는 고주파수 영역은 제 2 접지와이어(186)를 통해 접지하게 되는데, 이러한 본 발명에 따른 접지케이블(180)에 의하여 저주파 및 고주파 파워에 의한 유도장애 및 접지전위의 상승 등으로 인한 노이즈를 감쇄시킬 수 있게 된다. 따라서 이들 노이즈에 의해 논리회로에 오동작신호를 유발하는 전압 레벨을 현저히 줄일 수 있다.

이에 저주파수 영역의 신뢰성 있는 접지와 장비보호 및 노이즈 제거를 위해 제 1 접지와이어(182)는 기둥 형상의 금속재질이 사용되는 것이며, 제 2 접지와이어(186)는 다수의 금속선을 얽은 메쉬조직을 부여함으로써 고주파용 접지 및 장비의 보호와 고주파 노이즈를 제거하게 된다.

일반적으로 고주파 전류는 전선의 표면에 흐르는 특징을 가지고 있는 바, 주파수가 증가할수록 유도기전력 및 유도자기장에 의해 형성된 와류로 인해 전선 중앙부에 흐르는 전류는 상쇄되어 표면에만 전류가 흐르게 된다. 이때 전류가 흐를 수 있는 또는 침투할 수 있는 깊이 및 거리를 표피거리 또는 표피깊이(: skin depth)라 하는데, 이는로 정의될 수 있다.

여기서는 전선의 전기전도도를, f 는 인가주파수를,는 전선의 투자율을 표시하는 것으로, 통상 직경 1cm 정도의 구리선일 경우 인가주파수가 60Hz 이면 전기전도도는 1.256×10-6Ωcm, 표피깊이는 0.86cm 이고, 1MHz 일때는 0.007cm, 13.56MHz의 경우 18 ㎛ 정도가 된다.

즉, 13.56MHz 주파수가 인가될 경우 직경 1cm 정도의 구리선에서 전류는 표면에서 18m 까지 공간으로 흐르게 되고, 60Hz 정도의 주파수는 구리선 전체에 걸쳐 균일하게 전류가 흐르게 됨을 알 수 있다.

이에 본 발명은 60Hz 이하의 저주파수 영역의 접지를 위해 기둥 형상의 금속재질을 제 1 접지와이어(182)로 사용하고, 고주파수 영역의 잡음 전압 및 전류의임피던스를 감소시키기 위해 표면적이 큰 제 2 접지와이어(186)를 구비하는 것으로, 제 1 접지와이어(182)는 저주파용 접지로, 제 2 접지와이어(186)는 고주파용 접지 역할을 하여 접지전위 및 시스템의 등전위의 상승을 감쇄시키고, 노이즈를 제거할 수 있다.

또 이들 제 1 및 제 2 접지와이어(186)는 각각 접지될 부분과 접지점을 병렬로 연결함에 따라 리액턴스 인덕턴스 값을 줄이는 효과를 동시에 가질 수 있고 이를 통해 접지전위 및 시스템의 등전위의 상승을 더욱 감쇄시켜 효과적으로 노이즈를 제거할 수 있는 장점을 가지고 있다.

본 발명은 하나의 접지케이블 내에 각각 기둥 형상의 제 1 접지와이어와, 메쉬조직의 제 2 접지와이어를 구비함으로써, 신뢰성 있는 접지를 가능하게 하는 장점을 가지고 있다.

또한 이러한 제 1 및 제 2 접지와이어는 각각 저주파 영역의 접지와 고주파영역의 접지를 함으로써 접지전위 및 시스템의 등전위의 상승현상을 효과적으로 억제할 수 있는데, 이때 제 1 및 제 2 접지와이어는 서로 접지될 부분과 접지점을 병렬로 연결함에 따라 임피던스를 감소시키게 되고, 이에 접지전위 및 시스템 등전위를 감쇄는 물론 고주파 노이즈 제거에 보다 큰 효과가 있다.

따라서 본 발명은 고주파 및 저주파 전력을 사용하는 반도체 제조장치에 있어서 접지전위의 상승을 억제함과 동시에 반도체 제조장치에 상기 접지전위와 같은등전위를 부여하고, 특히 고주파 및 저주파 전력의 노이즈(noise)를 제거할 수 있는, 보다 개선된 반도체 제조장치용 접지케이블을 제공하게 된다.

Claims

금속재질의 기둥 형상인 제 1 접지와이어(wire)와;

상기 제 1 접지와이어의 외면을 둘러싸는 절연물질의 제 1 외피와;

다수의 금속선이 얽힌 메쉬(mesh) 조직을 가지고, 상기 제 1 외피의 외면을 둘러싸는 튜브(tube)형상의 제 2 접지와이어와;

상기 제 2 와이어의 외면을 둘러싸는 절연물질의 제 2 외피

를 포함하는 접지케이블
청구항 1에 있어서,

상기 제 1 접지와이어 또는 제 1 접지와이어는 구리, 구리의 표면에 니켈을 코팅한 것, 니켈과 구리의 합금 중 선택된 하나이고, 상기 제 1 외피 또는 제 2 외피 중 선택된 하나는 피브이씨(PVC)인 접지케이블