JP2010135450A - 電極部材及びこれを含む基板処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバー内部の温度を正確に調節できる電極部材及びこれを含む基板処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマを生成するための電極部材において、電極板と、前記電極板と熱接触する複数の熱電モジュール（１０）を備える冷却ユニットとを含んで電極部材を構成する。また、電極板は、プラズマが生成される生成空間と対向する前面及び前面と対向する後面を有し、各熱電モジュール（１０）は電極板の後面に配置される。電極板の後面には後面から陥没された設置ホールが形成され、各熱電モジュール（１０）は設置ホールに実装される
【選択図】図１

Description

本発明は、電極部材及びこれを含む基板処理装置に関するもので、より詳細には、熱電モジュールを含む電極部材及びこれを含む基板処理装置に関するものである。

ウエハー表面上に蒸着された各薄膜は、エッチングを通して選択的に除去され、ウエハー表面上には所望のパターンが形成される。このような工程は、半導体製造過程で反復的に行われる。また、蒸着された各膜のみならず、トレンチを生成するためにシリコン基板自体もエッチングされる。薄膜は、フォトレジスト、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの他の薄膜でもある。酸化膜または窒化膜は、フォトレジストに比べて良好なエッチング条件を提供する。

以下、基本的なプラズマエッチング装置に対して説明する。プラズマエッチング装置は、工程チャンバー内にウエハーを支持するサセプタと、サセプタの上部に提供され、複数のガス供給ホールを有するシャワーヘッドとを備えている。シャワーヘッドの下面は上部電極として使用され、サセプタは下部電極として使用される。上部電極と下部電極であるサセプタとの間に高周波発生器（１３．５６ＭＨｚで動作する）からプラズマ生成のための高周波を印加し、シャワーヘッドから工程チャンバー内にソースガスを供給することでプラズマを生成する。そして、生成されたプラズマを用いてエッチング（または蒸着）などのプラズマ処理を実行する。このとき、上記のような工程は、工程チャンバー内部の温度、上部電極及び下部電極の温度に依存し、プラズマ工程処理時に、ウエハーが置かれた下部電極及びプラズマに直接露出される上部電極の温度が上昇するので、これに対する対策が必要である。
特開２００４−３１１９３４

本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的は、チャンバー内部の温度を正確に調節できる電極部材及びこれを含む基板処理装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、上部電極または下部電極の温度を正確に調節できる電極部材及びこれを含む基板処理装置を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、上部電極または下部電極の温度分布を均一にできる電極部材及びこれを含む基板処理装置を提供することにある。
本発明の更に他の目的は、下記の詳細な説明及び添付された図面を通して一層明確になるだろう。

本発明によると、プラズマを生成するための電極部材は、電極板と、前記電極板と熱接触する複数の熱電モジュールを備える冷却ユニットとを含む。前記電極板は、前記プラズマが生成される生成空間と対向する前面及び前記前面と対向する後面を有し、前記各熱電モジュールは、前記電極板の後面に配置される。前記電極板の後面には、前記後面から陥没された設置ホールが形成され、前記各熱電モジュールは前記設置ホールに実装される。

前記電極部材は、前記電極板と前記各熱電モジュールをそれぞれ連結する複数のフィンをさらに含むことができる。

本発明によると、基板処理装置は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバーと、前記チャンバー内に提供され、前記内部空間でプラズマを生成する電極部材とを含み、前記電極部材は、電極板と、前記電極板と熱接触する複数の熱電モジュールを備える冷却ユニットとを含む。前記電極板は、前記プラズマが生成される生成空間と対向する前面及び前記前面と対向する後面を有し、前記各熱電モジュールは前記電極板の後面に配置される。前記電極板の後面には、前記後面から陥没された設置ホールが形成され、前記各熱電モジュールは前記設置ホールに実装される。前記装置は、前記電極板の後面と前記チャンバーの底面との間に提供されたシーリング部材をさらに含むことができる。

前記電極部材は、前記電極板を支持する支持台をさらに含むことができる。
また、前記電極部材は、前記電極板と前記各熱電モジュールをそれぞれ連結する複数のフィンをさらに含むことができる。前記電極部材は、前記電極板を支持し、前記各フィンがそれぞれ挿入設置される複数の貫通ホールを有する支持台をさらに含むことができる。

前記電極部材は、前記基板が置かれ、前記チャンバー内部の下部に設置される下部電極である。

前記電極部材は、前記チャンバー内部の上部に設置され、前記チャンバーの内部にソースガスを供給するシャワーヘッドである。前記シャワーヘッドは、前記プラズマが生成される生成空間と対向する前面及び前記前面と対向する後面を有し、前記各熱電モジュールは前記後面に配置される。前記シャワーヘッドの後面には、前記後面から陥没された設置ホールが形成され、前記各熱電モジュールは前記設置ホールに実装される。

本発明によると、チャンバー内部の温度を正確に調節することができる。特に、上部電極または下部電極の温度を正確に調節することができる。また、上部電極または下部電極の温度分布を均一にすることができる。

以下、本発明の好適な各実施例を添付された図１乃至図５に基づいて一層詳細に説明する。本発明の各実施例は多様な形態に変形可能であり、本発明の範囲は、下記で説明する実施例に限定されるものとして解析されてはならない。本実施例は、当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明を一層詳細に説明するために提供されるものである。したがって、図面には、より明確な説明を強調するために、各要素の形状が誇張されて図示される。

以下では、プラズマを用いる工程を例に挙げて説明するが、本発明の技術的思想及び範囲がこれに限定されることはなく、本発明は、チャンバー内部の温度を調節する必要のある多様な半導体製造装置に応用可能である。

図１は、本発明の第１実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。
図１に示すように、基板処理装置は、内部で工程処理が行われる工程チャンバー１２０と、上述した工程チャンバー１２０内の上部に設けられてソースガスを供給するシャワーヘッド１６０と、シャワーヘッド１６０と対向した下側に設けられ、基板Ｓが置かれる電極板１４０とを含む。

シャワーヘッド１６０の上部には供給ライン１８０が連結され、供給ライン１８０を通してシャワーヘッド１６０内部の空間にソースガスが供給される。供給ライン１８０は、バルブ１８２によって開閉される。シャワーヘッド１６０は、拡散板１６４を備えており、拡散板１６４は、シャワーヘッド１６０の内部を二つの空間に区画する。供給ライン１８０を通して供給されたソースガスは、拡散板１６４の上部に流入し、拡散板１６４に形成された複数の拡散ホール１６６を通して拡散板１６４の下部に拡散される。シャワーヘッド１６０の下面には複数の供給ホール１６２が形成され、拡散されたソースガスは、供給ホール１６２を通してシャワーヘッド１６０の下部及び電極板１４０の上部に供給される。

一方、シャワーヘッド１６０は、プラズマ生成のための上部電極として用いられ、高周波発生器（１３．５６ＭＨｚで動作する）から高周波がシャワーヘッド１６０に印加される。

図１に示すように、電極板１４０は工程チャンバー１２０の底面に設置され、電極板１４０の上部面には基板Ｓが置かれる。電極板１４０の底面には複数の設置ホール１４２が形成され、各設置ホール１４２には熱電モジュール１０が実装される。熱電モジュール１０に対する詳細な説明は、後述することにする。

電極板１４０の底面縁部には、電極板１４０の底面と工程チャンバー１２０の底面をシーリングするシーリング部材１４４が設置される。したがって、設置ホール１４２にそれぞれ実装された熱電モジュール１０は、電極板１４０の上部に形成されたプラズマから遮蔽される。設置ホール１４２の下部に位置した工程チャンバー１２０の底面には複数の貫通ホール１２４が形成され、熱電モジュール１０に電源を印加するワイヤーは、各貫通ホール１２４を通して連結される。

一方、電極板１４０は、プラズマ生成のための下部電極として用いられ、電極板１４０は接地される。したがって、シャワーヘッド１６０と電極板１４０との間には電界が形成され、シャワーヘッド１６０の供給ホール１６２を通して供給されたソースガスからプラズマが生成される。

図２は、図１の熱電モジュール１０を概略的に示した図である。上述したように、熱電モジュール１０は、設置ホール１４２に挿入設置され、電極板１４０の温度を調節する。

熱電モジュール１０は、複数の熱電素子Ｎ，Ｐを含む。各熱電素子Ｎ，Ｐは、ペルチェ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ ｅｆｆｅｃｔ）によって加熱または冷却される。ペルチェ効果とは、２個の互いに異なる金属からなる回路に電流が流れるとき、一側の接合部は冷却され、他の部位は加熱される現象を意味し、このとき、電流の方向を変えると、冷却及び加熱される方向が変わる。各熱電素子Ｎ，Ｐは、上下に並んで配置された絶縁板１６，１８と平行な方向に配列され、Ｎ型素子ＮとＰ型素子Ｐが交互に配置される。Ｎ型素子ＮとＰ型素子Ｐは、第１電熱板１２及び第２電熱板１４を通して互いに連結される。

図２に示すように、第１電熱板１２は各熱電素子Ｎ，Ｐの上側に連結され、第２電熱板１４は各熱電素子Ｎ，Ｐの下側に連結される。第１電熱板１２の一側にはＮ型素子Ｎの上端が連結され、第１電熱板１２の他側にはＰ型素子Ｐの上端が連結される。第１電熱板１２の他側に連結されたＰ型素子Ｐの下端は第２電熱板１４の一側に連結され、第２電熱板１４の他側には新しいＮ型素子Ｎが連結される。絶縁板１６，１８と平行な方向に交互に配列された各熱電素子Ｎ，Ｐは、第１電熱板１２及び第２電熱板１４の反復によって互いに連結される。

上述したように、第１電熱板１２及び第２電熱板１４は、ペルチェ効果によって冷却または加熱される。このとき、第１電熱板１２及び第２電熱板１４が容易に冷却または加熱されるためには、熱伝逹係数の高い物質を使用することが好ましい。

一方、左側端に位置するＮ型素子Ｎの下端は左側端子１４ａに連結され、右側端に位置するＰ型素子Ｐの下端は右側端子１４ｂに連結される。左側端子１４ａ及び右側端子１４ｂには電源１９が連結される。したがって、各熱電素子Ｎ，Ｐ、第１及び第２電熱板１２，１４及び電源１９は、一つの閉回路を形成する。このとき、電源１９は、一方向に電流を印加する直流（ＤＣ）電源であることが好ましく、電源１９に連結された別途の制御器（図示せず）は、電源１９から印加される電流の方向を時計方向または反時計方向に転換することができる。

上部絶縁板１６は第１電熱板１２の上部に提供され、下部絶縁板１８は第２電熱板１４の下部に提供される。上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８のうち何れか一つは、電極板１４０に接しており、電極板１４０の温度を調節する。上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８は絶縁材質である。

一方、熱電モジュール１０では、上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８を通して熱伝逹が行われるので、上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８は、絶縁材質であると同時に、熱伝達係数の高い材質であることが好ましい。

以下、熱電モジュール１０を通して電極板１４０の温度を調節する方法を説明する。以下では、第１電熱板１２が電極板１４０と接している場合を説明する。

まず、電源１９から時計方向（実線方向）に電流を印加すると、印加された電流は、左側端子１４ａを通してＮ型素子Ｎに印加され、第１電熱板１２を通してＰ型素子Ｐに印加され、第２電熱板１４を通してＮ型素子Ｎに印加される。このような一連の動作を通して電流が流れる。

第１電熱板１２を基準にしたとき、電流はＮ型素子ＮからＰ型素子Ｐに流れ、ペルチェ効果によって第１電熱板１２が冷却される。そして、第２電熱板１４を基準にしたとき、電流はＰ型素子ＰからＮ型素子Ｎに流れ、ペルチェ効果によって第２電熱板１４が加熱される。したがって、第１電熱板１２は、電極板１４０の熱を上部絶縁板１６を通して吸収し（実線方向）、第２電熱板１４は、熱を外部に放出する（実線方向）。その結果、電極板１４０が冷却される。

一方、複数の熱電モジュール１０は独立的に制御され、各熱電モジュール１０を独立的に制御することで、電極板１４０の温度分布を調節（例えば、温度分布を均一に維持したり、所望の温度分布を形成）することができる。すなわち、熱電モジュール１０に印加される電流を制御することで、熱電モジュール１０の冷却効率（または冷却速度）を制御することができ、これを通して温度分布を調節することができる。また、上記のような制御のための制御器（図示せず）をさらに備えることができる。

一方、本実施例では、電極板１４０を冷却する場合のみを説明しているが、必要によっては電極板１４０を加熱する必要がある。この場合、電源１９から反時計方向（点線方向）に電流を印加すると、第１電熱板１２を基準にしたとき、電流はＰ型素子ＰからＮ型素子Ｎに流れ、ペルチェ効果によって第１電熱板１２が加熱される。そして、第２電熱板１４を基準にしたとき、電流はＮ型素子ＮからＰ型素子Ｐに流れ、ペルチェ効果によって第２電熱板１４が冷却される。したがって、第２電熱板は、下部絶縁板１８を通して外部の熱を吸収し（点線方向）、第１電熱板１２は、熱を上部絶縁板１６を通して電極板１４０に伝達する（点線方向）。その結果、電極板１４０が加熱される。

図３は、本発明の第２実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。以下では、第１実施例と区別される構成要素に対して説明することにし、第１実施例と同一の構成要素に対する詳細な説明は省略する。

熱電モジュール１０は、電極板１４０の底面に一定の間隔を有して配置され、基板Ｓは電極板１４０の上部面に置かれる。電極板１４０は、工程チャンバー１２０の底面から離隔されるように配置され、支持台１９０は電極板１４０を支持する。支持台１９０の上端は電極板１４０の縁部を支持し、支持台１９０の下端は工程チャンバー１２０の底面と接触する。支持台１９０の下端とチャンバー１２０の底面との間にはシーリング部材１９２が設置され、シーリング部材１９２は、電極板１４０の上部で生成されたプラズマが電極板１４０の下部に浸透することを防止する。

電極板１４０が工程チャンバー１２０の底面から離隔されるので、電極板１４０の下部に充分な空間を確保することができ、これによって、電極板１４０下部の空気流れを助けることができる。したがって、熱電モジュール１０から放出される熱を工程チャンバー１２０の外部に容易に放出することができる。

図４は、本発明の第３実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。
電極板１４０は、工程チャンバー１２０の底面から離隔されるように配置され、支持台２９０は電極板１４０を支持する。支持台２９０は、電極板１４０が置かれる水平部分と、水平部分の縁部から下部に向かって延長される垂直部分とを備えている。垂直部分は、工程チャンバー１２０の底面と接触する。

図４に示すように、熱電モジュール１０は、水平部分の底面に一定の間隔を有して配置され、電極板１４０と複数の熱電モジュール１０は、複数のフィン１０ａを通して連結される。各フィン２９２は、支持台２９０に形成された複数の貫通ホール２９２上にそれぞれ挿入設置される。本実施例では、電極板１４０と各熱電モジュール１０との間で各フィン１０ａを通して熱伝逹が行われる。

図５は、本発明の第４実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。各熱電モジュール１０は、シャワーヘッド１６０上に設置される。これは、プラズマに直接露出されるシャワーヘッド１６０の下部面の温度を調節（例えば、冷却または加熱）するためである。

図５に示すように、シャワーヘッド１６０の後面には複数の設置ホール１６１が形成され、各熱電モジュール１０は、各設置ホール１６１にそれぞれ実装される。各熱電モジュール１０を用いたシャワーヘッド１６０の温度調節方法は、電極板１４０の温度調節方法と同一であるので、これに対する詳細な説明は省略する。

本発明を好適な各実施例に基づいて詳細に説明したが、これと異なる形態の実施例も可能である。したがって、特許請求の範囲の技術的思想と範囲は、好適な各実施例に限定されるものでない。

本発明の第１実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。 図１の熱電モジュールを概略的に示した図である。 本発明の第２実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。 本発明の第３実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。 本発明の第４実施例に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。

符号の説明

１０ 熱電モジュール
１２０ 工程チャンバー
１２４ 貫通ホール
１４０ 支持台
１４２ 設置ホール
１４４ シーリング部材
１６０ シャワーヘッド
１６２ 供給ホール
１６４ 拡散板
１６６ 噴射板
１８０ 供給ライン

Claims (15)

1. プラズマを生成するための電極部材において、
   電極板と；
   前記電極板と熱接触する複数の熱電モジュールを備える冷却ユニットと；を含むことを特徴とする電極部材。
2. 前記電極板は、前記プラズマが生成される生成空間と対向する前面及び前記前面と対向する後面を有し、
   前記各熱電モジュールは、前記電極板の後面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電極部材。
3. 前記電極板の後面には、前記後面から陥没された設置ホールが形成され、
   前記各熱電モジュールは、前記設置ホールに実装されることを特徴とする請求項１または２に記載の電極部材。
4. 前記電極部材は、前記電極板と前記各熱電モジュールをそれぞれ連結する複数のフィンをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電極部材。
5. 基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバーと；
   前記チャンバー内に提供され、前記内部空間でプラズマを生成する電極部材と；を含み、
   前記電極部材は、
   電極板と；
   前記電極板と熱接触する複数の熱電モジュールを備える冷却ユニットと；を含むことを特徴とする基板処理装置。
6. 前記電極板は、前記プラズマが生成される生成空間と対向する前面及び前記前面と対向する後面を有し、
   前記各熱電モジュールは、前記電極板の後面に配置されることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
7. 前記電極板の後面には、前記後面から陥没された設置ホールが形成され、
   前記各熱電モジュールは、前記設置ホールに実装されることを特徴とする請求項５または６に記載の基板処理装置。
8. 前記装置は、前記電極板の後面と前記チャンバーの底面との間に提供されたシーリング部材をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の基板処理装置。
9. 前記電極部材は、前記電極板を支持する支持台をさらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載の基板処理装置。
10. 前記電極部材は、前記電極板と前記各熱電モジュールをそれぞれ連結する複数のフィンをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
11. 前記電極部材は、前記電極板を支持し、前記各フィンがそれぞれ挿入設置される複数の貫通ホールを有する支持台をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の基板処理装置。
12. 前記電極部材は、前記基板が置かれ、前記チャンバー内部の下部に設置される下部電極であることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
13. 前記電極部材は、前記チャンバー内部の上部に設置され、前記チャンバーの内部にソースガスを供給するシャワーヘッドであることを特徴とする請求項５に記載の基板処理装置。
14. 前記シャワーヘッドは、前記プラズマが生成される生成空間と対向する前面及び前記前面と対向する後面を有し、
    前記各熱電モジュールは、前記後面に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の基板処理装置。
15. 前記シャワーヘッドの後面には、前記後面から陥没された設置ホールが形成され、
    前記各熱電モジュールは、前記設置ホールに実装されることを特徴とする請求項１３または１４に記載の基板処理装置。