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KR-102959907-B1 - Weight Clamp Device for Cooling the Ring-Frame of Sputtering Equipment for EMI Thin Film Deposition

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Abstract

본 발명은 EMI 박막증착용 스퍼터링 장비의 링프레임 냉각을 위한 웨이트 클램프 장치에 관한 것으로, 필름이 부착된 링프레임을 자중에 의해 고정시키기 위한 웨이트 클램프 장치로서, 상기 링프레임의 프레임부 상면에 접촉하는 클램프부와, 상기 링프레임의 프레임부를 냉각시키기 위해 상기 클램프부의 내부에 형성되어 냉각유체가 흐르도록 하는 냉각유로와, 상기 냉각유로에 냉각유체를 유입하기 위해 냉각유로의 일단에 연통되는 유입배관과, 상기 냉각유로를 순환한 냉각유체를 외부로 배출하기 위해 냉각유로의 타단에 연통되는 유출배관과, 웨이트 클램프에 증착물 오염을 방지하기 위해 상기 클램프부의 상면을 커버하도록 설치되는 방착 쉴드를 포함함으로써, 링프레임(Ring-Frame)을 사용하는 박막증착 공정에서 쿨링 균일도와 효율을 최대한으로 높일 수 있는 효과가 있다.

Inventors

  • 장제식

Assignees

  • 주식회사 에이씨에스

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20231006

Claims (10)

  1. 쿨링 척의 중앙 영역에 필름부를 그리고 쿨링 척의 가장자리 영역에 프레임부를 접촉시키는 링프레임 상에 위치되어 필름이 부착된 링프레임을 자중에 의해 고정시키기 위한 웨이트 클램프 장치로서, 상기 링프레임에서 프레임부를 링 형상으로 둘러싸며 프레임부 상면에 접촉하는 클램프부; 상기 링프레임의 프레임부를 냉각시키기 위해 상기 클램프부의 내부에 그리고 프레임부 상에 형성되어 냉각유체가 흐르도록 하는 냉각유로; 상기 클램프부로부터 돌출하면서 상기 냉각유로에 냉각유체를 유입하기 위해 냉각유로의 일단에 연통되는 유입배관; 상기 클램프부로부터 돌출하면서 상기 냉각유로를 순환한 냉각유체를 외부로 배출하기 위해 냉각유로의 타단에 연통되는 유출배관; 및 상기 클램프부에 증착물 오염을 방지하기 위해 상기 클램프부의 상면을 커버하도록 설치되는 방착 쉴드; 를 포함하고, 상기 클램프부는, 상기 쿨링 척의 가장자리 영역에서 쿨링 척과 함께 프레임부를 샌드위치시키고, 상기 클램프부의 상면에 상기 냉각유로가 되는 홈을 형성하고, 상기 클램프부의 상면 아래에서 상기 홈의 상부를 덮고 상기 클램프부에 접합되는 커버를 포함하여, 상기 클램프부에 커버를 합착하면 상기 냉각유로가 형성되고, 상기 냉각유로의 유입경로는 90°이상을 유지하여 냉각유체 유속에 대한 저항 및 진동을 방지할 수 있도록, 상기 냉각유로와 유입배관의 연결부위는 적어도 90°이상의 각도를 갖도록 연결되는 것을 특징으로 하는 웨이트 클램프 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각유로는 상기 클램프부의 원주를 따라 원형띠 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이트 클램프 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각유로는 직사각형 단면형상을 갖도록 형성되며, 웨이트 클램프의 상부로부터 받는 열을 효율적으로 제거하기 위해 상기 냉각유로의 높이(h)는 상기 냉각유로의 폭(w)보다 작게 이루어지어 아래의 식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 웨이트 클램프 장치. h < w … (식 1)
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각유로는 상기 클램프부의 상단에 형성되고, 상기 클램프부의 하면에서부터 상기 냉각유로의 하면까지의 거리(D1)는 상기 냉각유로의 하면에서부터 상기 클램프부의 상면까지의 거리(D2)와 아래의 식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 웨이트 클램프 장치. D1 ≥ D2 … (식 2)
  7. 청구항 6에 있어서, 웨이트 클램프에 작용되는 압력에 의한 변형을 방지하기 위해, 상기 냉각유로의 상면에서 상기 클램프부의 상면까지의 거리(d)는 냉각유로의 폭(w)과 아래의 식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 웨이트 클램프 장치. d > 0.5 × w … (식 3)
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각유로의 단면적(A1)은 상기 유입배관의 내경 단면적(A2)과 아래의 식 4를 만족하는 것을 특징으로 하는 웨이트 클램프 장치. A1 ≥ A2 … (식 4)
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 냉각유로는 원형 단면형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이트 클램프 장치.
  10. 삭제

Description

EMI 박막증착용 스퍼터링 장비의 링프레임 냉각을 위한 웨이트 클램프 장치{Weight Clamp Device for Cooling the Ring-Frame of Sputtering Equipment for EMI Thin Film Deposition} 본 발명은 EMI 박막증착용 스퍼터링 장비의 링프레임 냉각을 위한 웨이트 클램프 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 링프레임(Ring Frame)을 사용하는 박막증착 공정에서 링프레임을 냉각하여 쿨링 균일도와 효율을 최대한으로 높일 수 있는 웨이트 클램프 장치에 관한 것이다. 최근 5G, IoT, AI, 자율주행차량 등 차량용 반도체가 확대되면서 칩간 전자파 간섭을 막기 위한 EMI 차폐 관련 시장 규모가 급속히 성장하고 있다. 반도체 패키지 EMI 차폐막 공정은 반도체 제조 공정과 달리 점착성 필름이 부착된 링프레임(Ring-Frame)에 반도체 칩을 부착하여 박막 증착 공정을 수행하게 되는데, 일반적인 실리콘 웨이퍼와 달리 점착성 필름 위에 부착한 반도체 패키지에 EMI 차폐박막 증착공정을 수행함에 있어서, 플라즈마에 의한 온도 상승문제로 필름의 아웃-게싱(Out-gassing) 및 탄화 발생으로 생산성을 높이는데 제약조건이 되고 있다. 따라서, 점착성 필름 위에 부착한 반도체 패키지의 증착공정 시 적합한 냉각기술은 EMI 차폐성능 뿐 아니라 생산성 향상에 중요한 요소이며 공정단계에서 반도체 패키지나 점착성 필름이 100℃이상 상승하지 않도록 냉각장치를 설치 운용해야 한다. 도 1은 종래 기술의 일예로서, (a)는 쿨링 척이 장착된 EMI 박막증착 챔버를 도시한 단면도이고, (b)는 일반적인 쿨링 척의 형상을 나타내는 사진이다. 종래의 일반적인 EMI 박막증착 챔버는 도 1의 (a)에서 보는 바와 같이, 진공 챔버, 진공펌프, 쉴드, 웨이트 클램프 등으로 구성되며, 이러한 EMI 박막증착 챔버에 적용되는 일반적인 쿨링 척은 상면이 평평하게 이루어지고, 냉각용 기체인 헬륨가스가 배출되어 유통되는 홀과 유로가 형성되어 있다. 그러나, 기존의 일반적인 스퍼터 장비는 점착성 필름이 부착된 링프레임(Ring-Frame)의 냉각에 최적화되어 있지 못하기 때문에, 증착률을 높이면 필름의 아웃-게싱(Out-gassing) 또는 탄화문제가 발생하여 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 한편, 이러한 링프레임을 사용하는 EMI 박막증착 공정에서, 링프레임을 고정하기 위한 웨이트 클램프가 사용되는데, 상기 웨이트 클램프는 링프레임의 가장자리에 걸쳐서 웨이트 클램프의 무게에 의해 링프레임을 고정시킨다. 통상, 링프레임의 필름부는 쿨링 척과 접촉하여 안착이 되어 공정 중 냉각이 이루어지지만, 필름이 부착된 프레임부(SUS)는 쿨링 척과 접촉이 되지 않는 상부에 위치해 있고, 공정 간 대기 시간에는 쿨링 척과 분리되어 있는 상태이기 때문에 효율적인 냉각이 이루어지지 않는다. 또한, 상기 웨이트 클램프는 공정단계에서 플라즈마로부터 발생되는 열에너지가 전도 및 복사되어 연속공정으로 인해 지속적으로 열에너지가 누적되고, 이로 인해 링프레임의 온도 상승을 초래하여 제품 불량이 발생될 수 있었던 바, 이에 대한 해결책이 요구되어 왔다. 도 1은 종래 기술의 일예로서, (a)는 쿨링 척이 장착된 EMI 박막증착 챔버를 도시한 단면도이고, (b)는 일반적인 쿨링 척의 형상을 나타내는 사진이다. 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치, 링프레임 및 쿨링 척을 도시한 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치가 링프레임과 쿨링 척에 설치되는 것을 나타내는 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치를 도시한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치를 도시한 부분 단면 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치를 도시한 단면도이다. 도 7 내지 도 10은 본 발명의 웨이트 클램프 장치의 다양한 실시예를 도시한 단면도이다. 도 11 내지 도 12는 본 발명과 종래 기술의 결과물을 나타내는 사진으로서, 도 11은 종래 기술의 링프레임의 사진이며, 도 12는 본 발명의 웨이트 클램프 장치를 적용한 링프레임의 사진이다. 이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치, 링프레임 및 쿨링 척을 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치가 링프레임과 쿨링 척에 설치되는 것을 나타내는 단면도이다. 본 발명은 링프레임(20)을 고정시키기 위한 웨이트 클램프(Weight Clamp) 장치(100)에 관한 것으로, EMI 박막증착 챔버에 적용되는 쿨링 척(10)의 상면에 위치하는 링프레임(20)에 접촉하도록 설치되어 링프레임(20)을 고정시키는 웨이트 클램프(Weight Clamp) 장치(100)에 관한 것이다. 통상, EMI 박막증착 챔버에 적용되는 쿨링 척(10)의 상면에는 점착성 필름(24)이 부착된 링프레임(20)이 위치하고, 상기 웨이트 클램프 장치(100)는 링프레임(20)의 가장자리에 걸쳐서 웨이트 클램프 장치(100)의 무게에 의해 링프레임(20)을 고정시킨다. 통상, 링프레임(20)의 필름부(24)는 쿨링 척(10)과 접촉하여 안착이 되어 공정 중 냉각이 이루어지지만, 필름이 부착된 프레임부(SUS)(22)는 쿨링 척(10)과 접촉이 되지 않는 상부에 위치해 있고, 공정 간 대기 시간에는 쿨링 척(10)과 분리되어 있는 상태이기 때문에 효율적인 냉각이 이루어지지 않는다. 또한, 상기 웨이트 클램프 장치(100)는 공정단계에서 플라즈마로부터 발생되는 열에너지가 전도 및 복사되어 연속공정으로 인해 지속적으로 열에너지가 누적되고, 이로 인해 웨이트 클램프 장치(100)가 접촉된 링프레임(20)의 온도 상승을 초래하여 제품 불량이 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 웨이트 클램프 장치(100)에 냉각을 위한 구조를 포함하여 링프레임(20)의 온도를 낮출 수 있는 방안을 제안하며, 구체적으로 웨이트 클램프 장치(100)의 지속적인 냉각을 위해 웨이트 클램프 장치(100) 내부에 냉각유로(120)를 구성하여 PCW 또는 쿨런트(coolant)를 이용한 수냉식 냉각을 통해 공정 중 링프레임(20)을 지속적으로 냉각시켜주는 구성을 갖는다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치를 도시한 부분 단면 사시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이트 클램프 장치를 도시한 단면도이다. 본 발명의 웨이트 클램프 장치(100)는 상기 링프레임(20)의 프레임부(22) 상면에 접촉하는 클램프부(110)와, 상기 링프레임(20)의 프레임부(22)를 냉각시키기 위해 상기 클램프부(110)의 내부에 형성되어 냉각유체가 흐르도록 하는 냉각유로(120)와, 상기 냉각유로(120)에 냉각유체를 유입하기 위해 냉각유로(120)의 일단에 연통되는 유입배관(130)과, 상기 냉각유로(120)를 순환한 냉각유체를 외부로 배출하기 위해 냉각유로(120)의 타단에 연통되는 유출배관(140)과, 웨이트 클램프 장치(100)에 증착물 오염을 방지하기 위해 상기 클램프부(110)의 상면을 커버하도록 설치되는 방착 쉴드(150)를 포함한다. 통상적으로, 웨이트 클램프 장치(100)의 재질은 SUS를 사용하지만 본 발명의 상기 클램프부(110)는 SUS 이외에도 열전도 특성에 유리한 알루미늄(Al)을 적용할 수도 있다. 또한, 웨이트 클램프 장치(100)에 증착물 오염을 방지하기 위한 방착쉴드(150)를 구비하여 플라즈마로부터 발생되는 열에너지로 인해 클램프부(110)에 열이 누적되는 것을 방지하도록 한다. 이때, 상기 방착쉴드(150)는 상기 클램프부(110)에 밀착되어 클램프부(110)가 100℃ 이하로 관리될 수 있도록 한다. 웨이트 클램프 장치(100)는 점착성 필름(24)이 하부에 부착된 링프레임(20)을 상부에서 누르는 구조이므로, 점착성 필름(24)으로 인하여 하부의 쿨링 척(10)과는 전기적으로 분리될 수 있으므로 반드시 접지가 유지될 수 있도록 해야 한다. 상기 웨이트 클램프 장치(100)에 접지를 유지하는 방법은 쿨링 벨로우즈(도시안함)를 전도체로 적용하거나 별도의 접지선을 구비하여 쿨링 척(10)과 연결하는 방법도 가능하며, 상기 웨이트 클램프 장치(100)에 접지를 유지하는 방법은 공지된 기술이 적용될 수 있으므로 본 발명에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다. 본 발명에서, 상기 냉각유로(120)는 상기 클램프부(110)의 원주를 따라 원형띠 형상으로 형성될 수 있다. 상기 냉각유로(120)는 상기 링프레임(20)의 프레임부(22)를 냉각시키기 위해 상기 클램프부(110)의 내부에 형성되어 냉각유체가 흐르는 유로를 형성하는 것이므로 지속적으로 냉각유체가 흐를 수 있는 구조로 이루어지며, 상기 클램프부(110)의 원주를 따라 원형띠 형상으로 형성되는 것이 가장 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 원형띠 형상 이외에도 냉각유체의 지속적인 흐름이 가능하면서 상기 링프레임(20)의 프레임부(22)를 냉각시키는 구조라면 굴곡이 형성되거나 지그재그 형태로 형성되는 것도 가능하다. 이는 냉각유체가 클램프부(110)의 내부를 흐르는 표면적이 넓을수록 냉각 효과가 상승되므로, 웨이트 클램프 장치(100)에 작용되는 압력에 의한 변형을 방지하는 범위 내에서 다양한 형상의 냉각유로(120)를 형성함이 가능하며, 본 발명에서는 이를 한정하지 않는다. 한편, 상기 냉각유로(120)는 가장 열을 많이 받는 웨이트 클램프 장치(100)의 상단에 구성하는 것이 바람직하며, 냉각유체의 Flow량이 최대가 될 수 있는 사각형의 단면형상으로 구성할 수 있다. 이러한 본 발명의 냉각유로(120)는 일단에 연