KR100468793B1 - 유도결합형플라스마챔버를이용한플라스마식각장치용기판냉각장치 - Google Patents

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Abstract

유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치가 개시된다. 본 발명에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치는, 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 클램프 하부에 부착되어 전극 위의 기판을 냉각시키기 위한 열전도성 냉각관과, 냉매를 공급하고 순환시키며 냉매 온도를 제어하기 위한 냉매 제어부 및 상기 냉매 제어부로부터 공급된 냉매를 상기 열전도성 냉각관으로 전달하고 상기 열전도성 냉각관으로부터 배출된 냉매를 상기 냉매 제어부로 전달하여 상기 냉매를 순환시키기 위한 냉매 전달부를 포함하여, 식각시 기판을 효율적으로 냉각시키고 냉각 온도를 제어할 수 있기 때문에 기판의 온도 상승으로 인한 식각 성능 저하 및 식각 도중의 중합화 촉진에 의한 고분자 증가를 억제할 수 있다.

Description

유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치{Substrate cooling apparatus for plasma etching device using inductively coupled plasma chamber}
본 발명은 평면 도파로 소자 제작 및 반도체 제조 공정에 사용되는 건식 식각 기술에 있어서 기판 냉각 장치에 관한 것으로, 특히 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 열전도가 잘되는 냉각관을 클램프 하부에 부착하여 기판을 효율적으로 냉각시키고 냉각 온도를 제어할 수 있도록 하는 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치에 관한 것이다.
도 1에 종래의 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치의 평면도를 도시하였고, 도 2에 단면도를 도시하였다.
도 1 및 도 2에 도시된 종래의 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치는, 챔버내의 혼합기체에 에너지를 공급하고 기판(105)이 그 위에 배치되는 전극(101), 기판(105)을 냉각시키기 위하여 헬륨 가스가 인입되는 헬륨가스 공급관(104a)과 헬륨 가스라 배출되는 헬륨가스 배출관(104b), 기판(105)이 위로 밀리지 않도록 하는 클램프(102) 및 클램프(102)를 지지하기 위한 클램프 지지부(103)를 구비하고 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치는, 기판(105)을 냉각시키기 위하여 헬륨 가스(He gas)를 사용한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 식각 과정이 시작되기 전에 기판(105)이 전극(101)위에 놓이고 클램프(102)가 내려와 기판(105)을 잡아준다. 식각이 될 때, 헬륨가스 공급관(104a)으로 헬륨 가스가 공급되면서 기판(105)의 밑으로부터 가스의 흐름이 생긴다. 위에는 기판(105)이 놓여있으므로 헬륨 가스는 기판(105) 밑에서 흐르다가 헬륨가스 배출관(104b)으로 배출된다. 따라서 기판(105)은 헬륨 가스의 흐름으로 인해 냉각된다.
한편, 클램프(102)는 기판(105)이 위로 밀리지 않도록 해주는 역할과 기판(105)을 누르는 정도를 조절하여 헬륨 가스의 압력을 조절하는 역할을 한다.
하지만, 상기와 같은 종래의 기판 냉각 장치에서는 냉각의 정도를 헬륨 가스의 압력으로 나타낸다. 그 압력이란 헬륨 가스를 기판으로 불어올리는 압력을 측정한 것으로, 실제로는 기판 냉각 정도는 고온을 방지하는 역할만 할 뿐 온도를 조절하지는 못한다. 그리고 헬륨 가스 공급관이 전극을 통과하기 때문에 전극의 온도 상승이 헬륨 가스에 영향을 미치므로, 종래의 기판 냉각 장치는 기판의 온도 상승으로 인하여 식각 성능이 저하되고, 냉각시키기 위한 헬륨 가스가 기판에 도달할 때의 온도를 알 수 없으므로 기판의 실제 냉각 온도를 알 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치에서 기판의 온도 상승으로 인한 식각 성능 저하 및 식각 도중의 중합화 촉진에 의한 고분자 증가를 억제하기 위하여, 기판을 직접 냉각시킬 수 있는 열전도가 잘되는 냉각관을 클램프 하부에 부착하여 기판을 효율적으로 냉각시키고 냉각 온도를 제어할 수 있도록 하는 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는, 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 기판의 온도 상승으로 인한 식각 성능 저하 및 식각 도중의 중합화 촉진에 의한 고분자 증가를 억제하기 위하여, 클램프 하부에 부착된 기판을 직접 냉각시킬 수 있는 냉각관을 통하여 냉매를 순환시킴으로써 기판을 효율적으로 냉각시키고 냉각 온도를 제어할 수 있도록 하는 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 기판 냉각 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 기판 냉각 장치는, 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 클램프 하부에 부착되어 전극 위의 기판을 냉각시키기 위한 열전도성 냉각관과, 냉매를 공급하고 순환시키며 냉매 온도를 제어하기 위한 냉매 제어부 및 상기 냉매 제어부로부터 공급된 냉매를 상기 열전도성 냉각관으로 전달하고 상기 열전도성 냉각관으로부터 배출된 냉매를 상기 냉매 제어부로 전달하여 상기 냉매를 순환시키기 위한 냉매 전달부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 클램프를 지지하기 위한 클램프 지지부를 관으로 형성하고 상기 관형태의 클램프 지지부를 상기 열전도성 냉각관과 일체로 형성하여 상기 클램프 지지부를 상기 냉매 전달부로 사용함으로써, 식각시 상기 클램프 지지부와 상기 열전도성 냉각관을 통하여 상기 냉매가 순환되는 것이 바람직하다.
상기 열전도성 냉각관은 식각시 상기 기판 둘레를 접촉하는 구조로 되어 있는 것이 바람직하다.
상기 다른 과제를 이루기 위하여 본 발명에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 방법은, 클램프를 하강시켜 상기 클램프의 하부에 부착된 열전도성 냉각관과 전극 위에 배치된 상기 기판의 일부를 접촉시키는 단계 및 제 1 클램프 지지관을 통하여 상기 열전도성 냉각관에 냉매를 공급하고 상기 열전도성 냉각관으로부터 배출된 냉매를 제 2 클램프 지지관을 통하여 배출하여 순환시킴으로써 상기 기판을 냉각시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 3에 본 발명의 실시예에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치의 평면도를 도시하였고, 도 4에 도 3의 장치를 선 30-32를 기준으로 절단한 상태의 단면도를 도시하였다.
본 발명에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치는 챔버내의 큰 변화가 식각에 많은 영향을 줄 수 있기 때문에 되도록 챔버내의 구조를 보존하면서 냉각 부위만 개선한 구조로 되어있다.
도 3 및 도 4에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치는, 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 전극(301) 위의 기판(306)을 누르는 클램프(302) 하부에 부착되어 기판(306)을 냉각시키기 위한 열전도성 냉각관(305)과, 냉매를 공급하고 순환시키며 냉매 온도를 제어하기 위한 냉매 제어부(307) 및 열전도성 냉각관(305)과 일체로 형성되어 있으며 냉매 제어부(307)로부터 공급된 냉매를 열전도성 냉각관(305)으로 공급하는 제 1 클램프지지관(303a)과 열전도성 냉각관(305)으로부터 배출된 냉매를 냉매 제어부(307)로 전달하여 냉매를 순환시키기 위한 제 2 클램프지지관(303b)을 구비하는 냉매 전달부를 포함하고 있다.
또한, 열전도성 냉각관(305)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 식각시 기판(306) 둘레가 열전도성 냉각관(305)과 접촉되도록 형성되어 있으며, 헬륨 가스를 기판(306)에 공급하기 위한 제 1 헬륨 가스 공급관(304a) 및 기판(306) 밑에서 흐르는 헬륨 가스를 배출하는 헬륨 가스 배출관(304b)이 전극(301)을 관통하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각장치의 동작을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명에서는 열에 강한 세라믹으로 되어 있는 클램프(302)를 지지해주는 클램프 지지부가 관으로 되어 있고 열전도성 냉각관(305)과 일체로 되어 있으며, 상기 클램프 지지부는 냉매 제어부(307)로부터 공급된 냉매를 전달하는 제 1 클램프지지관(303a)과 열전도성 냉각관(305)으로부터 배출된 냉매를 냉매 제어부(307)로 전달하여 냉매를 순환시키기 위한 제 2 클램프지지관(303b)으로 되어 있다.
또한, 식각시 클램프(302)가 기판(306)을 압착하기 위하여 하강할 때 열전도성 냉각관(305)과 제 1 클램프지지관(303a) 및 제 2 클램프지지관(303b)도 하강하여 열전도성 냉각관(305)이 기판(306) 둘레와 밀착되고 냉매가 제 1 클램프지지관(303a), 열전도성 냉각관(305), 제 2 클램프지지관(303b)을 통하여 순환된다.
우선 식각을 하기 위하여 클램프(305)가 전극(301)상에 위치한 기판(306)을 향하여 하강하면, 열전도성 냉각관(305)과 제 1 클램프지지관(303a) 및 제 2 클램프지지관(303b)도 하강하여 도 3 및 도 4와 같이 열전도성 냉각관(305)이 기판(306)의 둘레를 누르면서 접촉하고, 냉매 제어부(307)에서 공급되는 냉매가 제 1 클램프지지관(303a)을 통하여 열전도성 냉각관(305)으로 공급된다. 또한, 열전도성 냉각관(305)으로 공급된 냉매는 제 2 클램프지지관(303b)을 통하여 배출되어 냉매 제어부(307)로 유입됨으로써 냉매의 순환이 이루어진다. 따라서, 열전도성이 좋은 열전도성 냉각관(305)이 기판(306)과 직접 접촉되어 있으므로, 식각시 열전도성 냉각관(305)으로 흐르는 냉매에 의하여 기판(306)이 효과적으로 냉각된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각장치용 기판 냉각 장치는, 기판과의 직접 접촉에 의한 냉각이 이루어지므로 보다 효과적인 냉각을 할 수 있으며, 냉매가 외부로부터 직접 공급되므로 실제로 기판에 도달하는 냉매의 온도를 알 수 있고, 냉각 온도를 냉매 제어부에서 조절할 수 있어, 기판의 온도 상승으로 인한 식각 성능 저하 및 식각 도중의 중합화 촉진에 의한 고분자 증가를 억제할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치를 선 10-12를 기준으로 절단한 상태의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 장치를 선 30-32를 기준으로 절단한 상태의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
301...전극, 302...클램프,
303a...제 1 클램프지지관, 303b...제 2 클램프지지관,
304a...헬륨가스 공급관, 304b...헬륨가스 배출관,
305...열전도성 냉각관, 306...기판,
307...냉매 제어부.

Claims (3)

  1. 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각시 클램프 하부에 부착되어 전극 위의 기판을 냉각시키기 위한 열전도성 냉각관;
    냉매를 공급하고 순환시키며 냉매 온도를 제어하기 위한 냉매 제어부; 및
    상기 냉매 제어부로부터 공급된 냉매를 상기 열전도성 냉각관으로 전달하고 상기 열전도성 냉각관으로부터 배출된 냉매를 상기 냉매 제어부로 전달하여 상기 냉매를 순환시키기 위한 냉매 전달부를 포함하며,
    상기 클램프를 지지하기 위한 클램프 지지부를 관으로 형성하고 상기 관형태의 클램프 지지부를 상기 열전도성 냉각관과 일체로 형성하여 상기 클램프 지지부를 상기 냉매 전달부로 사용함으로써, 식각시 상기 클램프 지지부와 상기 열전도성 냉각관을 통하여 상기 냉매가 순환되는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열전도성 냉각관은, 식각시 상기 기판 둘레를 접촉하는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 장치.
  3. 클램프를 하강시켜 상기 클램프의 하부에 부착된 열전도성 냉각관과 전극 위에 배치된 상기 기판의 일부를 접촉시키는 단계; 및
    제 1 클램프 지지관을 통하여 상기 열전도성 냉각관에 냉매를 공급하고 상기 열전도성 냉각관으로부터 배출된 냉매를 제 2 클램프 지지관을 통하여 배출하여 순환시킴으로써 상기 기판을 냉각시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 클램프 지지관과 상기 제 2 클램프 지지관이 상기 열전도성 냉각관과 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도결합형 플라스마 챔버를 이용한 플라스마 식각 장치용 기판 냉각 방법.
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