JP2024076315A - 冷却プレート及びこれを含むプラズマ処理チャンバ - Google Patents

冷却プレート及びこれを含むプラズマ処理チャンバ Download PDF

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Abstract

【課題】ウィンドウを覆う領域を縮小しながらウィンドウの全領域へ空気が流れるようにする冷却プレート、及びこれを含むプラズマ処理チャンバを提供する。【解決手段】本発明による上部でプラズマ処理空間を密閉するウィンドウを冷却するための冷却プレートは、前記ウィンドウの中心の一部領域を覆う円板状に設けられるボディと、前記ボディに気体が流入する流入口と、前記ボディから前記気体が前記ウィンドウへ吐出される排出口と、を含む。前記流入口と排出口との間には、前記気体が流れる流路と、前記流路から前記ウィンドウに向かう傾斜路とが形成される。【選択図】図２

Description

本発明は、上部でプラズマ処理空間を密閉するウィンドウを冷却するための冷却プレート、及びこれを含むプラズマ処理チャンバに関する。
半導体製造工程は、基板（例えば、ウェーハ）上に半導体素子を製造するための工程であって、例えば露光、蒸着、エッチング、イオン注入、洗浄などを含む。それぞれの製造工程を行うために、半導体製造工場のクリーンルーム内に各工程を行う半導体製造設備が備えられ、半導体製造設備に投入された基板に対する工程処理が行われる。
半導体製造過程において、プラズマを用いた工程、例えばエッチング、蒸着などが広く用いられている。プラズマ処理工程は、プラズマ処理空間において基板が下部に装着され、プラズマ処理のためのガスが供給されるとともに、上部に位置したアンテナによって電圧が印加されることにより行われる。プラズマ処理空間を密閉させるが、アンテナによって電圧が印加されるためのウィンドウが上部に設置される。ただし、アンテナに印加される電力によってウィンドウの温度が一定のレベル以上上昇する場合、プラズマ分布及び基板に影響を与える可能性があるから、ウィンドウを一定の温度に保つための装置が必要である。
従来技術の場合、ウィンドウの全領域を覆うプレートに空気を注入してウィンドウを冷却する方法が用いられたが、プレートにより電磁波信号の伝達に歪みが発生してエネルギー伝達効率が低下するなど、限界があった。
本発明は、ウィンドウを覆う領域を縮小しながらウィンドウの全領域に空気が流れるようにする冷却プレート、及びこれを含むプラズマ処理チャンバを提供することを目的とする。
本発明による上部でプラズマ処理空間を密閉するウィンドウを冷却するための冷却プレートは、前記ウィンドウの中心の一部領域を覆う円板状に設けられるボディと、前記ボディに気体が流入する流入口と、前記ボディから前記気体が前記ウィンドウに吐出される排出口と、を含む。前記流入口と前記排出口との間には、前記気体が流れる流路と、前記流路から前記ウィンドウに向かう傾斜路が形成される。
本発明によれば、前記気体が前記傾斜路に沿って流れながらコアンダ効果によって前記ウィンドウの上面へ誘導されるように前記傾斜路が形成される。
本発明によれば、前記傾斜路によって前記ウィンドウと前記ボディとの間で前記気体の流れる断面積が狭くなるように形成される。
本発明によれば、前記傾斜路は、前記ウィンドウに向かって突出した曲線状に設けられる。
本発明によれば、前記流入口は前記ボディの上面に位置する。
本発明によれば、前記排出口は前記ボディの外側に位置する。
本発明によれば、前記排出口は、前記ボディの外側に形成された支持部同士の間の空間によって複数形成される。
本発明による上部でプラズマ処理空間を密閉するウィンドウを冷却するための冷却プレートは、前記ウィンドウの縁部の一部を覆うリング状に設けられるボディと、前記ボディに気体が流入する流入口と、前記ボディから前記気体が前記ウィンドウへ吐出される排出口と、を含む。前記流入口と前記排出口との間には、前記気体が流れる流路と、前記流路から前記ウィンドウに向かう傾斜路とが形成される。
本発明によるプラズマ処理チャンバは、上部が開口し、プラズマ処理空間を形成するハウジングと、前記ハウジングの開放された上部を覆うように設置される上部モジュールと、前記ハウジングの内部に設置され、基板を支持する支持ユニットと、前記ハウジングの内部に設置され、前記基板を処理するためのプロセスガスを前記ハウジングの内部に提供するシャワーヘッドユニットと、を含む。前記上部モジュールは、上部で前記プラズマ処理空間を密閉するウィンドウと、前記ウィンドウを冷却する冷却プレートと、前記冷却プレートの上部に位置して前記プラズマ処理空間にプラズマを形成するアンテナ部材と、を含む。前記冷却プレートは、前記ウィンドウの中心の一部領域を覆う円板状に設けられる内側ボディと、前記ウィンドウの縁部の一部を覆うリング状に設けられる外側ボディと、前記内側ボディ及び外側ボディに気体が流入する流入口と、前記内側ボディ及び外側ボディから前記気体が前記ウィンドウへ吐出される排出口と、を含む。前記流入口と前記排出口との間には、前記気体が流れる流路と、前記流路から前記ウィンドウに向かう傾斜路が形成される。
本発明によれば、ウィンドウの一部領域を覆うボディにおける流入口と排出口との間に傾斜路を形成して、コアンダ効果（Ｃｏａｎｄａ ｅｆｆｅｃｔ）によって気体がウィンドウの表面を流れるようにすることにより、ウィンドウを覆う領域を縮小しながらウィンドウの全領域へ空気が流れるようにすることができる。
本発明によるプラズマ処理チャンバの概略構造を示す。 本発明による冷却プレートの外観を示す。 コアンダ効果（Ｃｏａｎｄａ ｅｆｆｅｃｔ）を説明するための図である。 本発明による内側冷却プレートの外観を示す。 本発明による内側冷却プレートの外観を示す。 本発明による内側冷却プレートの断面を示す。 本発明による内側冷却プレートの背面を示す。 本発明による外側冷却プレートの外観を示す。 本発明による外側冷却プレートの外観を示す。 本発明による外側冷却プレートの断面を示す。 本発明による外側冷却プレートの背面を示す。 本発明による冷却プレートにおける気体の流動量に対するシミュレーション結果を示す。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施し得るように詳細に説明する。本発明は、種々の異なる形態で実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体にわたり、同一又は類似の構成要素に対しては同一の参照符号を付す。
また、幾つかの実施形態において、同一の構成を有する構成要素については、同一の符号を用いて代表的な実施形態でのみ説明し、それ以外の他の実施形態では、代表的な実施形態とは異なる構成についてのみ説明する。
明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結（又は結合）」されているとするとき、これは、「直接的に連結（又は結合）」されている場合だけでなく、別の部材を挟んで「間接的に連結（又は結合）」されている場合も含む。また、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
他に定義されない限り、技術的又は科学的用語を含めてここで使用されるすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同じ意味を持っている。一般的に使用される辞書に定義されている用語は、関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈されるべきであり、本出願で明確に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味で解釈されない。
図１は、本発明によるプラズマ処理チャンバ１００の概略構造を示す。図１を参照すると、プラズマ処理チャンバ１００は、ハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）１１０、基板支持ユニット１２０、プラズマ生成ユニット１３０、シャワーヘッドユニット（ｓｈｏｗｅｒ ｈｅａｄ ｕｎｉｔ）１４０、第１ガス供給ユニット１５０、第２ガス供給ユニット１６０、ウォールライナー（ｗａｌｌ ｌｉｎｅｒ）１７０、バッフルユニット（ｂａｆｆｌｅ ｕｎｉｔ）１８０、及び上部モジュール１９０を含んで構成できる。
プラズマ処理チャンバ１００は、真空環境でエッチング工程（例えば、ドライエッチング工程（ｄｒｙ ｅｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ））を用いて基板Ｗ（例えば、ウェーハ）を処理する。プラズマ処理チャンバ１００は、例えばプラズマプロセス（Ｐｌａｓｍａ ｐｒｏｃｅｓｓ）を用いて基板Ｗを処理することができる。
ハウジング１１０は、プラズマプロセスが行われるプラズマ処理空間を提供する。このようなハウジング１１０は、その下部に排気孔１１１を備えることができる。
排気孔１１１は、ポンプ１１２が取り付けられた排気ライン１１３に連結できる。このような排気孔１１１は、排気ライン１１３を介して、プラズマプロセス過程で発生した反応副産物とハウジング１１０の内部に残留するガスをハウジング１１０の外部へ排出することができる。この場合、ハウジング１１０の内部空間（プラズマ処理空間）は所定の圧力に減圧できる。
ハウジング１１０は、その側壁に開口部１１４が形成できる。開口部１１４は、ハウジング１１０の内部に対して基板Ｗが出入りする通路として機能することができる。このような開口部１１４は、ドアアセンブリ１１５によって開閉されるように構成できる。
ドアアセンブリ１１５は、外側ドア１１５ａ及びドア駆動器１１５ｂを含んで構成できる。外側ドア１１５ａは、ハウジング１１０の外壁に設けられる。このような外側ドア１１５ａは、ドア駆動器１１５ｂを介して上下方向（Ｚ方向）に移動することができる。ドア駆動器１１５ｂは、モータ、油圧シリンダ、空気圧シリンダなどを用いて作動することができる。
基板支持ユニット１２０は、ハウジング１１０の内部下側領域に設置される。このような基板支持ユニット１２０は、静電気力を利用して基板Ｗを支持することができる。しかし、本実施形態はこれに限定されない。基板支持ユニット１２０は、機械的クランピング（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｌａｍｐｉｎｇ）や真空などの様々な方式で基板Ｗを支持することも可能である。
基板支持ユニット１２０は、静電気力を利用して基板Ｗを支持する場合、チャックボディ（ｃｈｕｃｋ ｂｏｄｙ）１２１と静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｃｈｕｃｋ）１２２とを含むことができる。
チャックボディ１２１は、静電チャック１２２を下部で支持する。チャックボディ１２１は、例えば、アルミニウム成分を素材として製作され、アルミニウムベースプレート（Ａｌ ｂａｓｅ ｐｌａｔｅ）として提供され得る。
静電チャック１２２は、静電気力を利用して、その上部に定着される基板Ｗを支持するものである。このような静電チャック１２２は、セラミック成分を素材として製作され、セラミックプレート（ｃｅｒａｍｉｃ ｐｌａｔｅ）又はセラミックパック（ｃｅｒａｍｉｃ ｐｕｃｋ）として提供でき、チャックボディ１２１上に固定されるようにチャックボディ１２１に結合することができる。
チャックボディ１２１とその上に形成される静電チャック１２２との間には、接合層（ｂｏｎｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）が形成でき、接合層を保護するために、その外郭には保護層が設置できる。
静電チャック１２２は、駆動部材（図示せず）を用いてハウジング１１０の内部で上下方向（Ｚ方向）に移動可能に設けられてもよい。静電チャック１２２は、このように上下方向に移動可能に設けられる場合、基板Ｗを、より均一なプラズマ分布を示す領域に位置させることが可能となる。静電チャック１２２の内部には下部電極１２７が備えられ、プラズマ処理チャンバ１００の処理空間にプラズマを形成することができる。
リングアセンブリ１２３は、静電チャック１２２の縁を包むように設けられる。このようなリングアセンブリ１２３は、リング状に設けられ、基板Ｗの縁領域を支持するように構成できる。リングアセンブリ１２３は、フォーカスリング（ｆｏｃｕｓ ｒｉｎｇ）１２３ａ及び絶縁リング１２３ｂを含んで構成できる。
フォーカスリング１２３ａは、絶縁リング１２３ｂの内側に形成され、静電チャック１２２を包むように設けられる。このようなフォーカスリング１２３ａは、シリコン材質で作られ、プラズマを基板Ｗに集中させることができる。
絶縁リング１２３ｂは、フォーカスリング１２３ａの外側に設けられ、フォーカスリング１２３ａを包む。このような絶縁リング１２３ｂは、クォーツ（ｑｕａｒｔｚ）材質で作られる。
一方、リングアセンブリ１２３は、フォーカスリング１２３ａの縁に密着して形成されるエッジリング（ｅｄｇｅ ｒｉｎｇ）（図示せず）をさらに含むことができる。エッジリングは、プラズマによって静電チャック１２２の側面が損傷するのを防ぐために形成できる。
第１ガス供給ユニット１５０は、リングアセンブリ１２３の上部又は静電チャック１２２の縁部分に残留する異物を除去するために、第１ガスを供給するものである。このような第１ガス供給ユニット１５０は、第１ガス供給源１５１及び第１ガス供給ライン１５２を含んで構成できる。
第１ガス供給源１５１は、第１ガスとして窒素ガス（Ｎ２ガス）を供給することができる。しかし、本実施形態はこれに限定されない。第１ガス供給源１５１は、他のガスや洗浄剤などを供給することも可能である。
第１ガス供給ライン１５２は、静電チャック１２２とリングアセンブリ１２３との間に設けられる。第１ガス供給ライン１５２は、例えば、静電チャック１２２とフォーカスリング１２３ａとの間に連結されるように形成できる。
一方、第１ガス供給ライン１５２は、フォーカスリング１２３ａの内部に設けられ、静電チャック１２２とフォーカスリング１２３ａとの間に連結されるように折り曲げられて形成されることも可能である。
加熱部材１２４及び冷却部材１２５は、ハウジング１１０の内部でエッチング工程が行われているときに基板Ｗが工程温度を維持することができるように設けられる。加熱部材１２４は、このために熱線として提供されてもよく、冷却部材１２５は、このために冷媒の流れる冷却ラインとして提供されてもよい。
加熱部材１２４及び冷却部材１２５は、基板Ｗが工程温度を維持することを可能にするために、静電チャック１２２の内部に設置できる。一例として、加熱部材１２４は、静電チャック１２２の内部に設置されてもよく、冷却部材１２５は、チャックボディ１２１の内部に設置されてもよい。
一方、冷却部材１２５は、冷却装置（ｃｈｉｌｌｅｒ）１２６を用いて冷媒の供給を受けることができる。冷却装置１２６は、ハウジング１１０の外部に設置できる。
プラズマ生成ユニット１３０は、放電空間に残留するガスからプラズマを発生させるものである。ここで、放電空間は、ハウジング１１０の内部空間のうち、静電チャック１２２の上部に位置する空間を意味する。
プラズマ生成ユニット１３０は、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ソースを用いてハウジング１１０の内部の放電空間にプラズマを発生させることができる。この場合、プラズマ生成ユニット１３０は、上部モジュール１９０に設置されるアンテナ（ａｎｔｅｎｎａ）１９３と静電チャック１２２の下部電極１２７とを用いてプラズマを形成するための電圧を印加することができる。
しかし、本実施形態はこれに限定されない。プラズマ生成ユニット１３０は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）ソースを用いてハウジング１１０の内部の放電空間にプラズマを発生させることも可能である。
プラズマ生成ユニット１３０は、上部電源１３１と下部電源１３３とを含んで構成できる。
上部電源１３１は、上部電極、すなわちアンテナ１９３に電力を印加するものである。このような上部電源１３１は、プラズマの特性を制御するために提供できる。上部電源１３１は、例えば、イオン衝撃エネルギー（ｉｏｎ ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ ｅｎｅｒｇｙ）を調節するように提供できる。
上部電源１３１は、図１に１つが示されているが、本実施形態において複数備えられてもよい。上部電源１３１が複数備えられる場合、プラズマ処理チャンバ１００は、複数の上部電源と電気的に接続される第１マッチングネットワーク（図示せず）をさらに含むことができる。
第１マッチングネットワークは、それぞれの上部電源から入力される互いに異なるサイズの周波数電力をマッチングしてアンテナ１９３に印加することができる。
一方、上部電源１３１とアンテナ１９３とを連結する第１伝送線路１３２上には、インピーダンス整合を目的として第１インピーダンス整合回路（図示せず）が設けられてもよい。
第１インピーダンス整合回路は、無損失受動回路として作用して、上部電源１３１からアンテナ１９３へ電気エネルギーが効果的に（すなわち、最大に）伝達されるようにすることができる。
下部電源１３３は、下部電極、すなわち静電チャック１２２に電力を印加する。このような下部電源１３３は、プラズマを発生させるプラズマソースとして役目をするか、或いは上部電源１３１と共にプラズマの特性を制御する役目をすることができる。
下部電源１３３は、図１に１つが示されているが、上部電源１３１と同様に、本実施形態では複数備えられてもよい。下部電源１３３が複数備えられる場合、複数の下部電源と電気的に接続される第２マッチングネットワーク（図示せず）をさらに含むことができる。
第２マッチングネットワークは、それぞれの下部電源から入力される互いに異なる大きさの周波数電力をマッチングして静電チャック１２２に印加することができる。
一方、下部電源１３３と静電チャック１２２とを連結する第２伝送線路１３４上には、インピーダンス整合を目的として第２インピーダンス整合回路（図示せず）が設けられてもよい。
第２インピーダンス整合回路は、第１インピーダンス整合回路と同様に無損失受動回路として作用して、下部電源１３３から静電チャック１２２へ電気エネルギーが効果的に（すなわち、最大に）伝達されるようにすることができる。
シャワーヘッドユニット１４０は、静電チャック１２２とハウジング１１０の内部で上下に対向するように設置できる。このようなシャワーヘッドユニット１４０は、ハウジング１１０の内部にガスを噴射するために複数のガス噴射孔（ｇａｓ ｆｅｅｄｉｎｇ ｈｏｌｅ）１４１を備えることができ、静電チャック１２２よりもさらに大きい直径を有するように設けられることが可能である。
一方、シャワーヘッドユニット１４０は、シリコン成分を素材として製作でき、金属成分を素材として製作されることも可能である。
第２ガス供給ユニット１６０は、シャワーヘッドユニット１４０を介してハウジング１１０の内部へプロセスガス（第２ガス）を供給するものである。このような第２ガス供給ユニット１６０は、第２ガス供給源１６１及び第２ガス供給ライン１６２を含むことができる。
第２ガス供給源１６１は、基板Ｗの処理に用いられるエッチングガス（ｅｔｃｈｉｎｇ ｇａｓ）をプロセスガスとして供給する。このような第２ガス供給源１６１は、エッチングガスとしてフッ素（ｆｌｕｏｒｉｎｅ）成分を含むガス（例えば、ＳＦ６、ＣＦ４などのガス）を供給することができる。
第２ガス供給源１６１は、１つが備えられ、エッチングガスをシャワーヘッドユニット１４０へ供給することができる。しかし、本実施形態はこれに限定されない。第２ガス供給源１６１は、複数備えられ、プロセスガスをシャワーヘッドユニット１４０へ供給することも可能である。
第２ガス供給ライン１６２は、第２ガス供給源１６１とシャワーヘッドユニット１４０とを連結するものである。第２ガス供給ライン１６２は、第２ガス供給源１６１を介して供給されるプロセスガスをシャワーヘッドユニット１４０へ移送することにより、エッチングガスがハウジング１１０の内部に流入できるようにする。
一方、シャワーヘッドユニット１４０がセンター領域（ｃｅｎｔｅｒ ｚｏｎｅ）、ミドル領域（ｍｉｄｄｌｅ ｚｏｎｅ）、エッジ領域（ｅｄｇｅ ｚｏｎｅ）などに分割される場合、第２ガス供給ユニット１６０は、シャワーヘッドユニット１４０の各領域へプロセスガスを供給するためにガス分配器（図示せず）とガス分配ライン（図示せず）とをさらに含むことができる。
ガス分配器は、第２ガス供給源１６１から供給されるプロセスガスをシャワーヘッドユニット１４０の各領域へ分配するものである。このようなガス分配器は、第２ガス供給ライン１６２を介して第２ガス供給源１６１に連結できる。
ガス分配ラインは、ガス分配器とシャワーヘッドユニット１４０の各領域とを連結するものである。ガス分配ラインは、これを介してガス分配器によって分配されたプロセスガスをシャワーヘッドユニット１４０の各領域へ移送することができる。
一方、第２ガス供給ユニット１６０は、蒸着ガス（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｇａｓ）を供給する第３ガス供給源（図示せず）をさらに含むこともできる。
第３ガス供給源は、基板Ｗパターンの側面を保護して異方性エッチングが可能となるようにシャワーヘッドユニット１４０へ供給するものである。このような第２ガス供給源は、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ４などのガスを蒸着ガスとして供給することができる。
ウォールライナーユニット１７０は、プロセスガスが励起される過程で発生するアーク放電、基板処理工程中に発生する不純物などからハウジング１１０の内側面を保護するためのものである。このようなウォールライナーユニット１７０は、ハウジング１１０の内部に上部と下部がそれぞれ開放された円筒状に設けられることができる。
ウォールライナーユニット１７０は、ハウジング１１０の内側壁に隣接するように設けられることができる。このようなウォールライナーユニット１７０は、その上部に支持リング１７１を備えることができる。支持リング１７１は、ウォールライナーユニット１７０の上部から外側方向（すなわち、第１方向１０）に突設され、ハウジング１１０の上端に配置されてウォールライナーユニット１７０を支持することができる。
バッフルユニット１８０は、プラズマのプロセス副産物や未反応ガスなどを排気する役目をする。このようなバッフルユニット１８０は、ハウジング１１０の内側壁と静電チャック１２２との間に設置できる。バッフルユニット１８０は、環状のリング状に設けられてもよく、上下方向（すなわち、第３方向３０）に貫通する複数の貫通孔を備えてもよい。バッフルユニット１８０は、貫通孔の個数及び形状に応じてプロセスガスの流れを制御することができる。
上部モジュール１９０は、ハウジング１１０の開放された上部を覆うように設置されるものである。このような上部モジュール１９０は、ウィンドウ１９１、冷却プレート１９２及びアンテナ１９３を含むことができる。
ウィンドウ１９１は、ハウジング１１０の内部空間を密閉させるためにハウジング１１０の上部を覆うように形成される。このようなウィンドウ１９１は、板（例えば、円板）状をしてもよく、絶縁物質（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３））を素材として形成されてもよい。
ウィンドウ１９１は、誘電体ウィンドウ（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｗｉｎｄｏｗ）を含んで形成できる。ウィンドウ１９１は、第２ガス供給ライン１６２が挿入されるための通孔が形成でき、ハウジング１１０の内部でプラズマプロセスが行われるときにパーティクル（ｐａｒｔｉｃｌｅ）の発生を抑制するために、その表面にコーティング膜が形成できる。冷却プレート１９２は、ウィンドウ１９１に空気を流してウィンドウ１９１を冷却する。冷却プレート１９２の詳細構造は、図２～図１０を参照して詳細に説明する。
アンテナ１９３は、ウィンドウ１９１及び冷却プレート１９２の上部に設置される。アンテナ１９３は、下部が開放された円筒状をしてもよく、ハウジング１１０と対応する直径を有するように設けられてもよい。アンテナ１９３は、ウィンドウ１９１に着脱可能に設けられてもよい。
アンテナ１９３は、上部電極として機能するものであって、閉ループを形成するように設けられるコイルが装着されたものである。このようなアンテナ１９３は、上部電源１３１から供給される電力に基づいてハウジング１１０の内部に磁場及び電場を生成することにより、シャワーヘッドユニット１４０を介して、ハウジング１１０の内部に流入したガスをプラズマで励起させる役目をする。
アンテナ１９３は、平板スパイラル（ｐｌａｎａｒ ｓｐｉｒａｌ）状のコイルを装着することができる。しかし、本実施形態はこれに限定されない。コイルの構造や大きさなどは、当該技術分野における通常の知識を有する者によって多様に変更できる。
以下、本発明による冷却プレート１９２について説明する。冷却プレート１９２は、ウィンドウ１９１の温度を維持するためにウィンドウ１９１へ空気が流れるようにする。本発明は、ウィンドウを覆う領域を縮小しながらウィンドウ１９１の全領域へ空気が流れるようにする冷却プレート１９２を提供する。本発明による冷却プレート１９２は、内側冷却プレート２１０と外側冷却プレート２２０とを含むことができる。
図２を参照すると、内側冷却プレート２１０は、ウィンドウ１９１の中心領域の一部を覆うように構成され、外側冷却プレート２２０は、ウィンドウ１９１の縁領域の一部を覆うように構成される。内側冷却プレート２１０と外側冷却プレート２２０との間には空きスペースが存在するので、アンテナ１９３からの電磁気信号がプラズマ処理空間へ円滑に伝達されることができる。外側冷却プレート２２０と内側冷却プレート２１０は冷却プレートと呼ばれることがある。冷却プレート１９２は、外側冷却プレート２２０のみで構成されてもよく、内側冷却プレート２１０のみで構成されてもよく、外側冷却プレート２２０と内側冷却プレート２１０の両方を含むように構成されてもよい。
本発明によれば、ウィンドウ１９１の全体が覆われず、一部の領域が覆われるため、電磁波信号の伝達及び冷却効率が増大することができる。ただし、ウィンドウ１９１の全領域に気体が均一に流れるようにコアンダ効果（Ｃｏａｎｄａ ｅｆｆｅｃｔ）によって気体がウィンドウ１９１の表面へ流れるように冷却プレート１９２が形成できる。コアンダ効果は、壁面の周囲を流れる流体に現れる現象であって、固体面上を流れる流体が固体面上に沿って流れ続けようとする性質を意味する。図３を参照すると、ウィンドウ１９１と冷却プレート１９２との間を流れる気体は、持続的にウィンドウ１９１の表面の周りを流れる性質を持つので、ウィンドウ１９１の一部の領域のみを覆うように冷却プレート１９２が形成された場合でも、気体がウィンドウ１９１の表面に沿って流れることができる。以下、コアンダ効果が適用された内側冷却プレート２１０及び外側冷却プレート２２０の構造について説明する。
内側冷却プレート２１０は、ウィンドウ１９１の中心の一部領域を覆う円板状に設けられるボディ２１２（内側ボディ）と、ボディ２１２に気体が流入する流入口２１４と、ボディ２１２から気体がウィンドウ１９１へ吐出される排出口２１６と、を含む。流入口２１４と排出口２１６との間には、気体が流れる流路２１０Ａ、及び流路２１０Ａからウィンドウ１９１に向かう傾斜路２１０Ｂが形成できる。
図４は内側冷却プレート２１０の外観を示し、図５は内側冷却プレート２１０の内部構造を説明するための図である。図６は、図５の内側冷却プレート２１０の断面部分Ａ１を拡大した図である。図７は、内側冷却プレート２１０の背面を示す。
図４及び図５を参照すると、内側冷却プレート２１０のボディ２１２は、中心部が開放された円板状に設けられる。内側冷却プレート２１０の流入口２１４はボディ２１２の上面に位置する。図４及び図７に示すように、流入口２１４は、ボディ２１２から突出した突出部２１５に形成できる。流入口２１４に気体を供給する気体供給管（図示せず）が装着できる。内側冷却プレート２１０の排出口２１６はボディ２１２の外側に位置する。排出口２１６は、ボディ２１２とウィンドウ１９１との間の空間によって形成され、排出口２１６を介して気体が排出できる。内側冷却プレート２１０の排出口２１６は、ボディ２１２の外側に形成された支持部２１８同士の間の空間によって複数形成できる。
流入口２１４と排出口２１６は、互いに連結されて気体が流れるように構成される。図６に示すように、流入口２１４と排出口２１６との間には、気体が流れる流路２１０Ａと、流路２１０Ａからウィンドウ１９１に向かう傾斜路２１０Ｂが形成できる。流路２１０Ａは、一定の形状に構成されて気体が一定に流動することができ、気体は、流路２１０Ａから傾斜路２１０Ｂに沿って流れた後、排出口２１６を介して排出される。気体は、傾斜路２１０Ｂに沿って流れながらコアンダ効果によってウィンドウ１９１の上面に誘導されるように傾斜路２１０Ｂが形成される。傾斜路２１０Ｂによってウィンドウ１９１とボディ２１２との間で気体の流れる断面積が狭くなるように形成される。傾斜路２１０Ｂは、ウィンドウ１９１に向かって突出した曲線状に設けられることができる。すなわち、流入口２１４から流入した気体は、流路２１０Ａに沿って一定に流動するが、傾斜路２１０Ｂに沿ってウィンドウ１９１の表面側に誘導された後、最終的に排出口２１６を介して排出される。排出口２１６から排出された気体は、コアンダ効果によってウィンドウ１９１の上部表面に沿って流れる。したがって、ウィンドウ１９１の全体が覆われていない場合でも、気体がウィンドウ１９１の全領域へ均一に流れて冷却することができる。これと類似したメカニズムが外側冷却プレート２２０にも適用できる。
外側冷却プレート２２０は、ウィンドウ１９１の縁部の一部領域を覆うリング状に設けられるボディ２２２（外側ボディ）と、ボディ２２２に気体が流入する流入口２２４と、ボディ２２２から気体がウィンドウ１９１へ吐出される排出口２２６と、を含む。流入口２２４と排出口２２６との間には、気体が流れる流路２２０Ａと、流路２１０Ａからウィンドウ１９１に向かう傾斜路２２０Ｂとが形成される。
図８は、外側冷却プレート２２０の外観を示し、図９は、外側冷却プレート２２０の内部構造を説明するための図である。図１０は、図９の外側冷却プレート２２０の断面部分Ａ２を拡大した図である。図１１は、外側冷却プレート２２０の背面を示す。
図８、図９及び図１１を参照すると、外側冷却プレート２２０のボディ２２２は、ウィンドウ１９１の縁部に対応するリング状に設けられる。外側冷却プレート２２０の流入口２２４は、ボディ２２２の上面の中心に位置する。流入口２２４へ気体を供給する気体供給管（図示せず）が装着できる。外側冷却プレート２２０の排出口２２６はボディ２２２の内側に位置する。排出口２２６は、ボディ２２２とウィンドウ１９１との間の空間によって形成され、排出口２２６を介して気体が排出できる。外側冷却プレート２２０の排出口２２６は、ボディ２２２の内側に形成された支持部２２８同士の間の空間によって複数形成できる。
流入口２２４と排出口２２６は、互いに連結されて気体が流れるように構成される。図１０に示すように、流入口２２４と排出口２２６との間には、気体が流れる流路２２０Ａと、流路２２０Ａからウィンドウ１９１に向かう傾斜路２２０Ｂとが形成できる。流路２２０Ａは、一定の形状に構成され、気体が一定に流動することができ、気体は、流路２２０Ａから傾斜路２２０Ｂに沿って流れた後、排出口２２６を介して排出される。気体は、傾斜路２２０Ｂに沿って流れながらコアンダ効果によってウィンドウ１９１の上面へ誘導されるように傾斜路２２０Ｂが形成される。傾斜路２２０Ｂによってウィンドウ１９１とボディ２２２との間で気体の流れる断面積が狭くなるように形成される。傾斜路２２０Ｂは、ウィンドウ１９１に向かって突出した曲線状に設けられることができる。すなわち、流入口２２４から流入した気体は、流路２２０Ａに沿って一定に流動するが、傾斜路２２０Ｂに沿ってウィンドウ１９１の表面側へ誘導された後、最終的に排出口２２６を介して排出される。排出口２２６から排出された気体は、コアンダ効果によってウィンドウ１９１の上面に沿って流れる。したがって、ウィンドウ１９１の全体が覆われていない場合でも、気体がウィンドウ１９１の全領域へ均一に流れて冷却することができる。
図１２は、本発明による冷却プレート１９２における気体の流動量に対するシミュレーション結果を示す。図１０は、内側冷却プレート２１０における空気の流れに対する実験結果を示すが、類似した結果が外側冷却プレート２２０にも導出できることは自明である。図１２に示すように、冷却プレート１９２の流路２１０Ａから傾斜路２１０Ｂに沿って流れながら排出口２１６を介して排出された気体は、コアンダ効果によってウィンドウ１９１の表面に沿って流れることが確認された。このように、ウィンドウ１９１の一部領域を覆う形で構成される冷却プレート１９２を構成するが、内部にコアンダ効果を発生させる傾斜路２１０Ｂを構成することにより、電磁波の損失又は歪みを低減しつつウィンドウ１９１の均一な冷却性能が達成できる。
本実施形態及び本明細書に添付された図面は、本発明に含まれる技術的思想の一部を明確に示しているものに過ぎず、本発明の明細書及び図面に含まれている技術的思想の範囲内で当業者が容易に類推することが可能な変形例及び具体的な実施形態はいずれも、本発明の権利範囲に含まれることが自明であると言える。
したがって、本発明の思想は、説明された実施形態に限定されてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等又は等価的な変形がある全てのものは、本発明の思想の範疇に属するというべきである。
１００ プラズマ処理チャンバ
１１０ ハウジング
１２０ 基板支持ユニット
１４０ シャワーヘッドユニット
１９０ 上部モジュール
１９１ ウィンドウ
１９２ 冷却プレート
１９３ アンテナ
２１２、２２２ ボディ
２１４、２２４ 流入口
２１６、２２６ 排出口

Claims (20)

  1. 上部でプラズマ処理空間を密閉するウィンドウを冷却するための冷却プレートであって、
    前記ウィンドウの中心の一部領域を覆う円板状に設けられるボディと、
    前記ボディに気体が流入する流入口と、
    前記ボディから前記気体が前記ウィンドウへ吐出される排出口と、を含み、
    前記流入口と前記排出口との間には、前記気体が流れる流路と、前記流路から前記ウィンドウに向かう傾斜路が形成される、冷却プレート。
  2. 前記気体が前記傾斜路に沿って流れながらコアンダ効果によって前記ウィンドウの上面へ誘導されるように前記傾斜路が形成される、請求項１に記載の冷却プレート。
  3. 前記傾斜路によって前記ウィンドウと前記ボディとの間で前記気体の流れる断面積が狭くなるように形成される、請求項１に記載の冷却プレート。
  4. 前記傾斜路は、前記ウィンドウに向かって突出した曲線状に設けられる、請求項１に記載の冷却プレート。
  5. 前記流入口は前記ボディの上面に位置する、請求項１に記載の冷却プレート。
  6. 前記排出口は前記ボディの外側に位置する、請求項１に記載の冷却プレート。
  7. 前記排出口は、前記ボディの外側に形成された支持部同士の間の空間によって複数形成される、請求項６に記載の冷却プレート。
  8. 上部でプラズマ処理空間を密閉するウィンドウを冷却するための冷却プレートであって、
    前記ウィンドウの縁部の一部を覆うリング状に設けられるボディと、
    前記ボディに気体が流入する流入口と、
    前記ボディから前記気体が前記ウィンドウへ吐出される排出口と、を含み、
    前記流入口と前記排出口との間には、前記気体が流れる流路と、前記流路から前記ウィンドウに向かう傾斜路とが形成される、冷却プレート。
  9. 前記気体が前記傾斜路に沿って流れながらコアンダ効果によって前記ウィンドウの上面へ誘導されるように前記傾斜路が形成される、請求項８に記載の冷却プレート。
  10. 前記傾斜路によって前記ウィンドウと前記ボディとの間で前記気体の流れる断面積が狭くなるように形成される、請求項８に記載の冷却プレート。
  11. 前記傾斜路は、前記ウィンドウに向かって突出した曲線状に設けられる、請求項８に記載の冷却プレート。
  12. 前記流入口は前記ボディの上面に位置する、請求項８に記載の冷却プレート。
  13. 前記排出口は前記ボディの内側に位置する、請求項８に記載の冷却プレート。
  14. 前記排出口は、前記ボディの内側に形成された支持部同士の間の空間によって複数形成される、請求項１３に記載の冷却プレート。
  15. プラズマ処理チャンバであって、
    上部が開口し、プラズマ処理空間を形成するハウジングと、
    前記ハウジングの開放された上部を覆うように設置される上部モジュールと、
    前記ハウジングの内部に設置され、基板を支持する支持ユニットと、
    前記ハウジングの内部に設置され、前記基板を処理するためのプロセスガスを前記ハウジングの内部に提供するシャワーヘッドユニットと、を含み、
    前記上部モジュールは、
    上部で前記プラズマ処理空間を密閉するウィンドウと、
    前記ウィンドウを冷却する冷却プレートと、
    前記冷却プレートの上部に位置して前記プラズマ処理空間にプラズマを形成するアンテナ部材と、を含み、
    前記冷却プレートは、
    前記ウィンドウの中心の一部領域を覆う円板状に設けられる内側ボディと、
    前記ウィンドウの縁部の一部を覆うリング状に設けられる外側ボディと、
    前記内側ボディ及び前記外側ボディに気体が流入する流入口と、
    前記内側ボディ及び前記外側ボディから前記気体が前記ウィンドウへ吐出される排出口と、を含み、
    前記流入口と前記排出口との間には、前記気体が流れる流路と、前記流路から前記ウィンドウに向かう傾斜路とが形成される、プラズマ処理チャンバ。
  16. 前記気体が前記傾斜路に沿って流れながらコアンダ効果によって前記ウィンドウの上面へ誘導されるように前記傾斜路が形成される、請求項１５に記載のプラズマ処理チャンバ。
  17. 前記傾斜路によって前記ウィンドウと前記ボディとの間で前記気体の流れる断面積が狭くなるように形成される、請求項１５に記載のプラズマ処理チャンバ。
  18. 前記傾斜路は、前記ウィンドウに向かって突出した曲線状に設けられる、請求項１５に記載のプラズマ処理チャンバ。
  19. 前記内側ボディの前記流入口は、前記内側ボディの上面に位置し、
    前記内側ボディの前記排出口は、前記内側ボディの外側に形成された支持部同士の間の空間によって複数形成される、請求項１５に記載のプラズマ処理チャンバ。
  20. 前記外側ボディの前記流入口は、前記外側ボディの上面に位置し、
    前記外側ボディの前記排出口は、前記外側ボディの内側に形成された支持部同士の間の空間によって複数形成される、請求項１５に記載のプラズマ処理チャンバ。
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