KR20130059763A - 기판 지지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판 지지 모듈은 기판이 안착되는 지지 블럭, 지지 블럭 내에 삽입 장착된 삽입 부재, 일부가 상기 지지 블럭 내로 삽입되어, 상기 삽입 부재와 전기적으로 접속된 로드, 지지 블럭 내에서 상기 삽입 부재와 로드 사이에 배치되어, 일단이 상기 삽입 부재와 접속되는 접속 부재 및 로드 내에 삽입되어, 상기 일단이 상기 접속 부재의 타단과 접속되는 완충 부재를 포함한다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 의하면, 완충 부재는 온도 변화에 따라 로드와 접속 부재 사이에서 발생되는 응력을 완충시키는 역할을 한다. 즉, 완충 부재는 로드와 접속 부재 간의 열팽창 계수의 차이로 인한 상호간이 충격을 상쇄 또는 완충시키는 역할을 한다. 이에, 온도 변화에 따라 로드와 완충 부재, 완충 부재와 접속 부재 및 로드와 접속 부재의 접속이 분리되는 문제를 방지할 수 있다.

Description

기판 지지 모듈{Substrate holder module}
본 발명은 기판 지지 모듈에 관한 것으로, 기판이 안치되는 지지 블럭 내에 설치된 삽입 부재와 상기 삽입 부재에 전원을 공급하는 로드 간의 접합 불량 문제를 최소화할 수 있는 기판 지지 모듈에 관한 것이다.
기판을 지지하는 서셉터의 내부에는 삽입 부재가 매설되며, 상기 삽입 부재와 전기적으로 접속되어 전원을 공급하는 로드(road)가 구비된다. 통상적으로 서셉터의 바디(body)는 세라믹스 기재로 이루어지며, 로드는 니켈(Ni), 삽입 부재는 몰리브덴(Mo)으로 이루어 진다. 또한, 서셉터의 하부에는 상기 서셉터를 지지하는 샤프트가 마련되고, 로드가 상기 샤프트를 통해 서셉터 내로 삽입 장착되며, 통상적으로 샤프트 내부는 대기 상태이다.
전술한 바와 같이 로드는 내부 공간이 대기 상태인 샤프트를 통해 삽입되기 때문에, 산화(oxidation) 정도가 낮으며 전기 전도성이 우수한 니켈(Ni)을 이용한다. 그리고 서셉터의 바디는 세라믹스 재료로 이루어지고, 상기 서셉터 내에 삽입 부재가 매설되면, 이를 1800℃ 내지 1900℃의 온도에서 함께 소성하는 공정을 거친다. 이에, 삽입 부재로 사용되는 재료는 소성 공정 시 용융되지 않도록, 1800℃ 내지 1900℃의 소성 온도 이상의 녹는점을 가지는 것이 바람직하다. 따라서, 서셉터 내에 매설되는 삽입 부재로 몰리브덴(Mo)을 주로 사용하고 있다.
한편, 로드로 사용되는 니켈(Ni)과 삽입 부재로 사용되는 몰리브덴(Mo) 간의 열팽창 계수의 차이가 커, 다수번의 공정 이후 로드와 삽입 부재 간의 접합이 떨어지는 문제가 발생된다. 즉, 기판 처리 공정을 위해 로드에 전력을 공급하거나, 다시 전력 공급을 종료하면, 로드 및 삽입 부재가 가열되거나 냉각되며, 이로 인해 상기 로드 및 삽입 부재가 팽창하거나 수축하는 일이 발생한다. 그런데, 로드와 삽입 부재 간의 열팽창 계수의 차이가 커, 상기 로드 및 삽입 부재 각각이 팽창 또는 수축되는 정도의 차이가 크며, 이는 로드와 삽입 부재 사이에서 응력을 발생시키는 원인이 된다. 따라서, 일정 횟수의 공정이 진행되면 로드와 삽입 부재 사이의 접합부에 응력에 의한 충격이 가중되어, 상기 로드와 삽입 부재가 분리되는 문제가 발생된다. 이에, 일정 횟수의 공정 이후, 로드와 삽입 부재를 다시 접합시키는 보수 작업을 실시해야 하며, 이는 장비 가동율 및 생산율을 저하시키는 요인으로 작용한다.
한국공개특허 제2007-0096892호에는 세라믹스 기재(11), 세라믹스 기재(11) 내에 매설된 삽입 부재(12) 및 Ni로 이루어지며, 삽입 부재(12)과 연결되어 상기 삽입 부재(12)에 전원을 공급하는 급전재(13)를 포함하고, 급전재(13)와 삽입 부재(12)은 납땜, 용접 등으로 접합되는 기술이 기재되어 있다.
한국공개특허 제2007-0096892호
본 발명의 일 기술적 과제는 기판이 안치되는 지지 블럭 내에 설치된 삽입 부재와 상기 삽입 부재에 전원을 공급하는 로드간의 접합 불량 문제를 최소화할 수 있는 기판 지지 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 일 기술적 과제는 온도 변화에 따라 삽입 부재와 로드 사이에 발생되는 응력을 최소화할 수 있는 기판 지지 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 기판 지지 모듈은 기판이 안착되는 지지 블럭, 상기 지지 블럭 내에 삽입 장착된 삽입 부재, 일부가 상기 지지 블럭 내로 삽입되어, 상기 삽입 부재와 전기적으로 접속된 로드, 상기 지지 블럭 내에서 상기 삽입 부재와 로드 사이에 배치되어, 일단이 상기 삽입 부재와 접속되는 접속 부재 및 상기 로드 내에 삽입되어, 상기 일단이 상기 접속 부재의 타단과 접속되는 완충 부재를 포함한다.
상기 삽입 부재는 플라즈마 발생을 위한 전극, 정전척용 전극 및 히터 중 어느 하나이다.
상기 삽입 부재는 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 접속 부재는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 기판 지지 모듈.
상기 로드는 니켈(Ni)로 이루어진다.
상기 완충 부재는 코바(kovar) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나로 이루어진다.
상기 지지 블럭의 내측에는 상기 로드가 삽입되는 로드 삽입홈이 마련되고,
상기 로드 삽입홈을 둘러싸는 지지 블럭의 내벽에 나사홈이 형성된다.
상기 지지 블럭의 로드 삽입홈으로 삽입되는 로드에 나사산이 형성되며, 상기 로드의 나사산이 상기 지지 블럭의 나사홈과 체결된다.
상기 완충 부재의 일측면이 상기 접속 부재가 위치한 로드의 외측으로 노출되도록 상기 로드 내에 삽입 설치된다.
상기 로드의 외주면에 산화막으로 이루어진 코팅막이 형성된다.
상기 코팅막은 산화니켈(NiO)이다.
상기 로드의 타단은 접지(ground) 되거나, AC 전원 공급원 및 DC 전원 공급원 중 어느 하나와 연결된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 모듈에 의하면, 삽입 부재와 로드 사이에 접속 부재가 위치하여 상기 삽입 부재와 로드를 전기적으로 접속시킨다. 이에, 전원을 공급하는 로드와 삽입 부재 간의 전기적 접속 면적을 확장시킬 수 있으며, 상기 로드와 삽입 부재가 직접 접합되지 않고 접속 부재에 의해 접합되기 때문에, 접합 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 로드 내에 완충 부재가 삽입되고, 상기 완충 부재의 일단이 삽입 부재와 접속된 접속 부재와 연결된다. 여기서 완충 부재는 온도 변화에 따라 로드와 접속 부재 사이에서 발생되는 응력을 완충시키는 역할을 한다. 즉, 완충 부재는 로드와 접속 부재 간의 열팽창 계수의 차이로 인한 상호간이 충격을 상쇄 또는 완충시키는 역할을 한다. 이에, 온도 변화에 따라 로드와 완충 부재, 완충 부재와 접속 부재 및 로드와 접속 부재의 접속이 분리되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 외주면에 나사산이 형성된 로드를 나사홈이 형성된 지지 블럭 내로 삽입하여 체결시킴으로써, 상기 지지 블럭의 나사홈과 로드의 나사산이 상호 밀착된다. 이에, 로드와 접속 부재 사이의 접합부 및 접속 부재와 삽입 부재 사이의 접합부가 대기에 의해 노출되지 않아, 접합부가 산화되어 접합 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 모듈이 설치된 기판 처리 장치를 도시한 단면도
도 2는 도 1의 'A'부분의 확대도로써, 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 유닛과 삽입 부재가 연결된 모습을 도시한 단면도
도 3은 실시예의 변형예에 따른 전원 공급 유닛과 삽입 부재가 연결된 모습을 도시한 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 모듈이 설치된 기판 처리 장치를 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 'A'부분의 확대도로써, 본 발명의 실시예에 따른 전원 공급 유닛과 삽입 부재가 연결된 모습을 도시한 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에서 플라즈마를 발생시켜, 기판(S) 상에 박막을 형성하거나, 기판(S) 또는 박막을 식각하는 플라즈마 발생 처리 장치일 수 있다. 이러한 기판 처리 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 내부 공간을 가지는 챔버(100), 챔버(100) 내에 위치하여 기판(S)을 지지하며, 내부에 삽입 부재(220)가 설치된 기판 지지 모듈(200), 적어도 일부가 기판 지지 모듈(200) 내로 삽입되어 삽입 부재(220)에 전원을 공급하는 전원 공급 유닛(400), 챔버(100) 내에서 기판 지지 모듈(200)의 상측에 대향 배치되어 기판(S) 상에 공정 원료를 분사하는 원료 분사부(500), 원료 분사부(500)에 원료 물질을 공급하는 원료 공급부(600), 기판 지지 모듈(200)의 일단에 연결되어 상기 기판 지지 모듈(200)을 지지하는 샤프트(300) 및 샤프트(300)와 연결되어 상기 샤프트(300)에 승하강 및 회전 동력을 제공하는 구동부(700)를 포함한다. 또한, 원료 분사부(500)에 전원 예컨데 RF 전원을 공급하는 전원 공급원(600)을 포함한다.
여기서, 원료 분사부(500)는 다수의 분사홀(미도시)을 가지는 샤워 헤드(shower head)일 수 있다. 또한 샤프트(300)의 일부는 진공 분위기의 챔버(100) 내에 위치하여 기판 지지 모듈(200)을 지지하며, 일부는 챔버(100) 외부로 돌출되어 구동부(700)와 연결된다. 그리고 샤프트(300)이 내부로는 후술되는 전원 공급 유닛(400)의 로드(410)가 삽입되는데, 상기 샤프트(300)의 내부 공간은 대기 상태이다.
챔버(100)는 내부가 비어있는 사각통 형상으로 제작되며, 내부에는 기판(S)을 처리할 수 있는 소정의 반응 공간이 마련된다. 실시예에서는 챔버(100)를 사각 통 형상으로 제작하였으나, 이에 한정되지 않고, 기판(S)의 형상에 대응되는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 챔버(100)의 일측에는 기판(S)이 출입하는 출입구(미도시)가 마련되며, 챔버(100) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 수단(미도시) 및 챔버(100)의 내부를 배기하는 배기 수단(미도시)을 구비할 수도 있다. 그리고 챔버(100) 내부에서 기판 지지 모듈(200)과 대향 배치되어 기판(S)을 처리하는 소정의 원료 물질 예를 들어, 식각 가스를 분사하는 원료 분사부(500)가 마련된다.
기판 지지 모듈(200)은 원료 분사부(500)와 대향 배치되며 그 상부에 기판(s)이 안치되는 지지 블럭(210) 및 지지 블럭(210) 내에 삽입 장착된 삽입 부재(220)를 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 지지 블럭(210) 내에는 가열된 지지 블럭(210)을 냉각시키는 냉각 수단이 장착될 수 있으며, 상기 냉각 수단은 그 내부로 냉매가 흐르는 수단일 수 있다.
실시예에 따른 지지 블럭(210)은 세라믹스 재료 중 하나인 질화알루미늄(AlN)으로 이루어지며, 그 단면이 원형인 플레이트 형상으로 제작된다. 하지만 이에 한정되지 않고, 질화알루미늄(AlN) 이외에 다양한 세라믹스 재료를 이용하여, 기판(s) 형상에 대응되는 다양한 형상으로 제작될 수 있다. 이러한 지지 블럭(210) 내부에는 후술되는 로드(410)의 일단이 삽입되는 공간이 마련되는데, 하기에서는 설명의 편의를 위하여 로드(410)의 일단이 삽입되는 지지 블럭(210) 내 공간을 '삽입홈(211a)'이라 명명한다. 삽입홈(211a)은 기판 지지 블럭(210) 내부에서 상하 방향으로 연장되며 상측이 접속 부재(420)에 의해 폐쇄되고, 하측은 로드(410)가 삽입될 수 있도록 개방되도록 제작된다. 또한, 삽입홈(211a)을 둘러싸는 지지 블럭(210)의 내벽 중 상측 영역의 내벽에는 나사홈(212)이 마련되는데, 상기 나사홈(212)은 로드(410)에 형성된 나사산(411)이 체결되는 부분이다.
상기에서는 지지 블럭(210)이 질화알루미늄(AlN)으로 이루어지는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 지지 블럭(210)은 다양한 재료로 제작될 수 있는데, 예컨데 지지 블럭(210)이 정전기력으로 기판(s)을 지지하는 정전척일 경우, 알루미나(Al2O3)를 이용하여 지지 블럭(210)을 형성할 수 있다.
삽입 부재(220)는 지지 블럭(210) 내에 매설되어, 플라즈마 발생을 위한 그라운드 삽입 부재로써, 몰리브덴(Mo)으로 이루어지고, 메쉬(mesh) 형상으로 제작된다. 예컨데, 삽입 부재(200)은 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 약 0.4 파이의 다수의 와이어(Wire)가 상호 교차하도록 엮인 격자 형상이다. 그리고 격자 형상으로 엮인 와이어(wire)를 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 지지 블럭(210) 내에 매설시킨 후, 상기 지지 블럭(210)을 약 1800℃ 내지 1900℃의 온도로 소성시킨다. 이에, 지지 블럭(210) 내에 격자 형상으로 역인 와이어(wire) 즉, 메쉬(mesh) 형상의 삽입 부재가 매설된다. 이때, 전술한 바와 같이 삽입 부재(220)로 몰리브덴(Mo)을 이용하는데, 이는 지지 블럭(210)의 소성시 약 1800℃ 내지 1900℃의 소성 온도에서 녹지 않도록 하기 위함이다. 예를 들어, 삽입 부재(220)로 니켈(Ni)을 사용하는 경우, 상기 니켈(Ni)의 녹는점이 약 1450℃ 이기 때문에, 지지 블럭(210)의 소성시 니켈(Ni)이 녹는 문제가 발생한다. 이에, 본 발명의 실시예에서는 삽입 부재로 몰리브덴(Mo)을 사용한다. 또한, 삽입 부재(220)는 상부에 기판(s)이 안치되는 지지 블럭(210)의 상부면에 가깝게 위치하도록 설치되는 것이 바람직하다. 이는 세라믹제로 이루어진 지지 블럭(210)의 상부면과 삽입 부재(220) 간의 거리가 너무 멀면, 상기 지지 블럭(210)의 상측에 유전체가 형성되지 않거나, 너무 얇은 문제가 발생되며, 이는 플라즈마 발생의 문제로 이어진다. 이에, 실시예에서는 지지 블럭(210)의 상부면으로부터 0.5 mm 내지 2mm 내 하측에 삽입 부재(220)가 위치하도록 설치한다.
상기에서는 삽입 부재(220)가 메쉬(mesh) 형상으로 제작되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 다양한 형상으로 변경이 가능하다. 예컨데, 몰리브덴(Mo) 페이스트를 도포하여 패턴(pattern)화하여 형성할 수 있다. 또한, 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 다수의 얇은 벌크(bulk)를 상호 이격 배치시키거나, 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 박막을 패턴화하여 증착하는 방법으로 삽입 부재(220)를 형성할 수 있다.
그리고, 삽입 부재(220)를 이루는 재료는 몰리브덴(Mo)에 한정되지 않고, 텅스텐(W)을 사용할 수도 있다.
전원 공급 유닛(400)은 일단이 지지 블럭(210) 내로 삽입되며, 타단이 접지된 로드(410), 삽입 부재(220)와 로드(410) 사이에 위치한 접속 부재(420) 및 지지 블럭(210) 내에 삽입된 로드(410)의 내부에 삽입 설치되며, 일단이 접속 부재(420)와 연결되는 완충 부재(430)를 포함한다.
로드(410)는 니켈(Ni)로 이루어진 라인(line) 형상으로 제작되고, 일단이 샤프트(300)를 관통하여 지지 블럭(210) 내로 삽입되며, 타단이 샤프트(300)로 돌출되어 접지(ground)된다. 삽입 부재(220)로 전원을 공급하는 로드(410)는 통상적으로 5 내지 6 파이의 직경을 가지도록 제작된다. 이러한 로드(410)의 일부 즉, 지지 블럭(210) 내로 삽입되는 영역의 외주면에는 나사산(411)이 형성되며, 상기 나사산(411)은 지지 블럭(210)에 마련된 나사홈(212)과 체결된다. 즉, 로드(410)가 삽입홈(211a)을 통해 지지 블럭(210) 내로 삽입되며, 이때 로드(410)에 마련된 나사산(411)이 지지 블럭(210)의 나사산(411)과 체결되어, 상기 로드(410)가 지지 블럭(210)에 고정된다. 이러한 로드(410)의 나사산(411) 및 지지 블럭(210)의 나사홈(212)에 의해 로드(410)와 지지 블럭(210)이 용이하게 체결될 수 있다. 따라서, 로드(410)와 지지 블럭(210) 내벽 사이에 별도의 결합 부재를 구비하지 않아도, 지지 블럭(210) 내에 로드(410)를 용이하게 결합할 수 있다. 또한, 지지 블럭(210)의 나사홈(212)과 로드(410)의 나사산(411)이 밀착되어 결합되기 때문에, 샤프트(300) 내이 대기가 로드(410)와 접속 부재(420)의 접합부까지 침입하는 것을 방지할 수 있다. 이에, 로드(410)와 접속 부재(420) 간의 접합부위가 샤프트(300) 내의 대기에 노출되지 않아 산화 반응이 최소화됨으로써, 접합 강도가 약해지는 것을 방지할 수 있다. 본 실시예에 따른 로드(410)의 표면에는 코팅막이 형성되는데, 이는 로드(410)의 산화를 방지하기 위함이다. 실시예에서는 코팅막으로 니켈산화막(NiO)를 형성하며, 이는 니켈(Ni)로 이루어진 로드(410)를 산화 분위기에 노출시킴으로써, 상기 로드(410) 표면에 형성할 수 있다. 코팅막은 니켈산화막(NiO)에 한정되지 않고, 로드(410)의 산화를 방지할 수 있는 다양한 재료의 코팅막이 가능하다. 그리고 로드(410)가 지지 블럭(210) 내로 삽입되면, 상기 로드(410)와 후술되는 접속 부재(420) 사이 및 완충 부재(430)와 접속 부재(420) 사이를 접합시키는데, 실시예에서는 브레이징(brazing)의 방법으로 접합시킨다. 즉, 로드(410)와 접속 부재(420) 사이 및 완충 부재(430)와 접속 부재(420) 사이에 접합제인 필러(filler) 예컨데 금(Au)을 위치시킨 후, 상기 금(Au)을 녹임으로써 로드(410)와 접속 부재(420) 간을 접합시킨다.
상기에서는 로드(410)의 외주면에 나사산(411)이 형성되고, 지지 블럭(210) 내에 나사홈(212)이 형성되는 것을 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 반대의 경우도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 기판 지지 모듈(200) 내에 설치된 삽입 부재(220)가 접지(ground) 전극의 역할을 수행하도록 로드(410)가 접지(ground)되는 것을 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고, 기판 지지 모듈(200)이 정전기력을 이용하여 기판(s)을 지지하는 정전척일 경우, 샤프트(300) 외부로 돌출된 로드(410)의 타단은 DC bias 전원과 연결될 수 있다.
접속 부재(420)는 지지 블럭(210) 내에서 완충 부재(430)가 삽입된 로드(410)와 삽입 부재(220) 사이에 위치하여, 일단이 로드(410) 및 완충 부재(430)와 접속되고, 타단이 삽입 부재(220)와 접속 된다. 접속 부재(420)는 삽입 부재(220) 및 완충 부재(430)와 유사한 또는 동일한 열팽창 계수를 가지는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 각각이 삽입 부재(200)과 완충 부재(430) 사이에서 열팽창 계수의 차이로 인한 응력이 발생되는 것을 최소화하여, 접촉 불량이 발생되는 것을 방지하기 위함이다. 이에, 실시예에서는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 벌크(bulk)를 접속 부재(420)로 이용한다. 그리고 지지 블럭(210) 소성 시에 벌크(bulk) 형태인 접속 부재(420)를 질화알루미늄(AlN)으로 이루어진 지지 블럭(210) 내에 위치시킨 후, 함께 소성한다. 이에 지지 블럭(210) 내에 접속 부재(420)가 용이하게 결합 고정된다. 이러한 접속 부재(420)는 로드(410)와 삽입 부재(220) 간의 전기적인 접속 면적을 확장시키는 역할을 한다. 이를 위해, 접속 부재(420)의 직경은 로드(410)의 직경에 비해 작고, 메쉬(mesh) 형상으로 제작된 삽입 부재(220)의 개구부의 폭(즉, 와이어와 와이어 사이의 간극)에 크도록 제작되는 것이 바람직하다. 이에, 실시예에 따른 접속 부재(420)는 직경이 3 내지 4 파이가 되도록 제작된다.
한편, 예를 들어, 삽입 부재(220)와 로드(410) 사이에 접속 부재(420)가 없고 상기 삽입 부재(220)와 로드(410)가 직접 연결되는 경우, 삽입 부재(220)와 로드(410)의 접촉되는 표면적이 작다. 이는, 삽입 부재(220)가 다수의 개구부를 가지는 메쉬(mesh) 형태로 제작되기 때문에, 로드(410)의 직경이 과도하게 클 경우, 상기 삽입 부재(220)를 이루는 와이어(wire)와 로드(410)가 직접 접촉되는 면적이 작기 때문이다. 또한, 삽입 부재(220)와 로드(420) 사이에 접속 부재(420)가 없을 경우, 상기 로드(420)와 삽입 부재(220)가 직접 접합되기 위해서는 브레이징(brazing) 방법을 사용해야 한다. 이에, 삽입 부재(220)와 로드(410) 사이에 접합제가 위치되기 때문에, 상기 삽입 부재(220)가 수평으로 배치되지 않는다. 이에, 삽입 부재(220)와 로드(410)가 접합되는 부분에 해당하는 지지 블럭(210)의 상측 영역의 유전체의 두께가 다른 영역에 비해 두꺼워지고, 이로 인해 균일한 플라즈마를 형성할 수 없다. 그리고, 삽입 부재(220)는 약 0.4 파이의 작은 직경을 가지는 와이어(wire)로 이루어지기 때문에, 브레이징(brazing) 공정 시 고온의 열에 의해 삽입 부재(220)가 파손되기가 쉬우며, 상기 로드(410)와 삽입 부재(220) 간의 접합부에 크랙(crack)이 발생될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 삽입 부재(220)의 개구부의 폭에 비해 크고, 로드(410)에 비해 작은 직경을 가지는 접속 부재(420)를 마련하여, 상기 삽입 부재(220)와 로드(410) 사이에 위치시킨다. 이에, 삽입 부재(220)와 로드(410) 간의 전기적 접속 영역을 종래에 비해 확장할 수 있으며, 삽입 부재(220)와 접속 부재(420) 및 접속 부재(420)와 로드(410) 간의 접합력이 우수하다.
상기에서는 접속 부재(420)의 단면의 형상이 사각형인 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 삽입 부재(220)와 로드(410) 사이에 배치되어 상기 삽입 부재(220)와 로드(410) 및 삽입 부재(220)와 완충 부재(430)를 전기적으로 연결시킬 수 있는 다양한 형상으로 제작될 수 있다.
완충 부재(430)는 니켈(Ni)로 이루어진 로드(410)와 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 접속 부재(420)의 열팽창 계수 차이로 인한 응력을 줄이는 역할을 한다. 이러한 완충 부재(430)는 지지 블럭(210) 내에 위치하는 로드(410) 내부에 삽입되고, 적어도 일측면이 로드(410)의 외측으로 노출되어, 접속 부재(420)와 접촉되도록 설치된다. 그리고, 완충 부재(430)는 접속 부재(420)와 유사한 또는 동일한 열팽창 계수를 가지는 재료를 이용하여 제작되는 것이 바람직하다. 이에, 실시예에서는 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co)로 이루어진 합금인 코바(kovar) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나로 이루어진 벌크(bulk)를 완충 부재(430)로 이용한다. 그리고 코바(kovar) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나로 이루어진 벌크(bulk) 형태의 완충 부재(430)를 로드(410) 내에 삽입 장착시킨다. 이후, 브레이징(brazing) 방법으로 상기 완충 부재(430)가 삽입된 로드(410)와 접속 부재(420) 간을 접합시킨다. 이에, 로드(410)의 상부로 노출된 완충 부재(430)의 상부면이 접속 부재(420) 하부의 중심 영역과 접속되고, 상기 완충 부재(430) 상부면 주위에 해당하는 영역인 로드(410) 상부면의 가장자리 영역은 접속 부재(420) 하부의 가장 자리 영역과 접속된다. 이때, 접속 부재(420)의 하부면과 완충 부재(430)의 상부면이 접속되는 영역이 상기 접속 부재(420)의 하부면과 로드(410)의 상부면과 접속되는 영역에 비해 크다. 또한, 완충 부재(430)는 로드(410) 내에 삽입되는 것으로, 상기 로드(410) 내에 기계적으로 결합되어 있다.
따라서, 완충 부재(430)와 접속 부재(420) 간에는 열팽창 계수 차이가 거이 없기 때문에, 상기 완충 부재(430)와 접속 부재(420) 사이에서 응력이 최소화 된다. 또한, 접속 부재(420) 하부면의 대부분의 영역이 완충 부재(430)와 접속되고, 상기 접속 부재(420)의 가장자리 영역인 국소 영역이 로드(410)의 상부면과 접속되기 때문에, 상기 접속 부재(420)와 로드(410) 사이에서 발생되는 응력은 작다. 즉, 로드(410)와 접속 부재(420)의 접합을 분리시킬 만큼의 응력은 발생되지 않는다. 그리고 완충 부재(430)가 로드(410) 내에 삽입되어 기계적으로 결합되어 있기 때문에, 상기 로드(410)로부터 완충 부재(430)가 이탈되지 않는다. 이로 인해, 다수번의 공정 이후에도 온도 변화에 의한 전원 공급 유닛(400)과 삽입 부재(220) 간의 접합이 떨어지는 문제를 최소화할 수 있다.
도 3은 실시예의 변형예에 따른 전원 공급 유닛과 삽입 부재가 연결된 모습을 도시한 단면도이다.
상기 실시예에서는 완충 부재(430)가 접속 부재(420)에 비해 작게 제작되어, 상기 접속 부재(420) 하부면 중심이 완충 부재(430) 상부면과 접속되고, 상기 접속 부재(420) 하부면의 가장자리 영역이 로드(410)의 상부면과 접속되는 것을 설명하였다.
하지만, 도 3에 도시된 변형예에 서와 같이, 완충 부재(430)가 접속 부재(420)에 비해 크게 제작되어, 상기 접속 부재(420) 하부면 전체가 완충 부재(430)의 상부면과 접속될 수 있다.
상기에서는 접지 전극으로서의 역할을 수행하는 삽입 부재(220) 및 상기 삽입 부재(200)와 접합되는 전원 공급 유닛(400)에 대해 설명하였다. 하지만, 실시예에 따른 삽입 부재(220)는 공급되는 전원에 의해 저항 가열되는 발열체로 이루어진 히터일 수 있으며, 상기 발열체는 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이와 같이 삽입 부재(220)가 히터로서의 역할을 할 때, 로드(410)의 타단은 샤프트(300) 외부로 돌출되어 예컨데, AC 전원을 공급하는 전원 공급부(미도시)와 연결될 수도 있다. 또한 전술한 바와 같이 기판 지지 모듈(200)이 정전기력을 이용하여 기판(s)을 지지하는 정전척일 수 있다. 이때, 로드(410)의 타단은 DC 전원을 제공하는 전원 공급부(미도시)와 연결될 수 도 있다.
하기에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여, 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 기판(s)을 챔버(100) 내에 인입시켜, 지지 블럭(210) 상에 안착시킨다. 실시예에서는 기판(s)으로 실리콘 웨이퍼(si wafer)를 사용하나, 이에 한정되지 않고 다양한 재료 예컨데 유리(glass)를 기판으로 사용할 수 있다. 기판(s)이 지지 블럭(210) 상에 안착되면, 전원 공급원(600)을 이용하여 원료 분사부(500)에 RF 전원을 인가한다. 이때 삽입 부재(220)는 로드(410)에 의해 접지(ground)된 상태이다. 또한 이때 원료 분사부(500)를 이용하여 기판(s)을 향해 원료를 분사하면, 상기 원료 분사부(500)와 지지 블럭(210) 사이에 플라즈마가 발생되며, 기판(s) 상에 박막이 증착된다.
상기에서는 기판(s) 상에 박막을 증착하는 공정을 설명하였으나, 챔버(100) 내에서 다양한 공정 예컨데, 식각 공정이 실행될 수도 있다.
한편, 상기와 같은 기판(s) 처리 공정 동안 로드(410)를 통해 삽입 부재(220)로 전력 공급되면, 로드(410), 완충 부재(430) 및 접속 부재(420)가 소정의 온도로 가열되며, 이로 인해 상기 로드(410), 완충 부재(430) 및 접속 부재(420)가 팽창될 수 있다. 또한, 기판(s) 처리 공정이 종료되어 전원 공급이 중단되면, 로드(410), 완충 부재(430) 및 접속 부재(420)가 냉각되는데, 이때 상기 로드(410), 완충 부재(430) 및 접속 부재(420)가 다시 수축될 수 있다. 로드(410), 완충 부재(430) 및 접속 부재(420)가 팽창 또는 수축되는 정도는 상기 각각의 로드(410), 완충 부재(430) 및 접속 부재(420)의 재료에 따라 달라진다. 그러나 본 발명의 실시예 및 변형예에 따른 로드(410) 내에는 코바(kovar) 또는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 완충 부재(430)가 삽입된다. 따라서, 완충 부재(430)와 접속 부재(420) 간에는 열팽창 계수 차이가 거이 없기 때문에, 상기 완충 부재(430)와 접속 부재(420) 사이에서 응력이 최소화 된다. 또한, 접속 부재(420) 하부면의 대부분의 영역이 완충 부재(430)와 접속되고, 상기 접속 부재(420)의 가장자리 영역인 국소 영역이 로드(410)의 상부면과 접속되기 때문에, 상기 접속 부재(420)와 로드(410) 사이에서 발생되는 응력은 작다. 즉, 로드(410)와 접속 부재(420)의 접합을 분리시킬 만큼의 응력은 발생되지 않는다. 그리고 완충 부재(430)가 로드(410) 내에 삽입되어 기계적으로 결합되어 있기 때문에, 상기 로드(410)로부터 완충 부재(430)가 이탈되지 않는다. 따라서, 다수번의 공정 이후에도 열팽창 계수 차이로 인해 삽입 부재(220)와 전원 공급 유닛(400) 간의 접합이 분리되는 문제를 최소화할 수 있다. 이로 인해 삽입 부재와 전원 공급 유닛(400) 간의 전기적 접속 수명이 종래에 비해 연장되며, 장비를 보수하는 작업 횟수 및 시간을 줄일 수 있다.
본 실시예에 따른 기판 처리 장치에 마련된 기판 지지 모듈(200)은 플라즈마 발생을 위한 접지(ground) 전극으로서의 역할을 수행하기 위해, 삽입 부재(220)에 접지(ground)된 전원 공급 유닛(400)이 접합되는 구조를 설명하였다. 하지만 이에 한정되지 않고 기판 지지 모듈(200)은 정전기력으로 기판(s)을 지지하는 정전척일 수 있으며, 이때 전원 공급 유닛(400)은 DC 전원을 제공하는 전원 공급부(미도시)와 연결될 수 있다. 또한 다른 예로, 기판 지지 모듈(200)은 기판(s)을 가열하는 히터의 역할을 수행할 수 있으며, 이때 전원 공급 유닛(400)은 AC 전원을 제공하는 전원 공급부(미도시)와 연결될 수 있다.
200: 지지 블럭 220: 삽입 부재
410: 로드 420: 접속 부재
430: 완충 부재

Claims (12)

  1. 기판이 안착되는 지지 블럭;
    상기 지지 블럭 내에 삽입 장착된 삽입 부재;
    일부가 상기 지지 블럭 내로 삽입되어, 상기 삽입 부재와 전기적으로 접속된 로드;
    상기 지지 블럭 내에서 상기 삽입 부재와 로드 사이에 배치되어, 일단이 상기 삽입 부재와 접속되는 접속 부재; 및
    상기 로드 내에 삽입되어, 상기 일단이 상기 접속 부재의 타단과 접속되는 완충 부재를 포함하는 기판 지지 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입 부재는 플라즈마 발생을 위한 전극, 정전척용 전극 및 히터 중 어느 하나인 기판 지지 모듈.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 삽입 부재는 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W) 중 어느 하나로 이루어진 기판 지지 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 접속 부재는 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 기판 지지 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드는 니켈(Ni)로 이루어진 기판 지지 모듈.
  6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 완충 부재는 코바(kovar) 및 몰리브덴(Mo) 중 어느 하나로 이루어진 기판 지지 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 지지 블럭의 내측에는 상기 로드가 삽입되는 로드 삽입홈이 마련되고,
    상기 로드 삽입홈을 둘러싸는 지지 블럭의 내벽에 나사홈이 형성된 기판 지지 모듈.
  8. 청구항 1 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 지지 블럭의 로드 삽입홈으로 삽입되는 로드에 나사산이 형성되며,
    상기 로드의 나사산이 상기 지지 블럭의 나사홈과 체결되는 기판 지지 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 완충 부재의 일측면이 상기 접속 부재가 위치한 로드의 외측으로 노출되도록 상기 로드 내에 삽입 설치되는 기판 지지 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드의 외주면에 산화막으로 이루어진 코팅막이 형성된 기판 지지 모듈.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 코팅막은 산화니켈(NiO)인 기판 지지 모듈.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드의 타단은 접지(ground) 되거나, AC 전원 공급원 및 DC 전원 공급원 중 어느 하나와 연결되는 기판 지지 모듈.
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