KR100661740B1 - Apparatus for processing substrate with plasma - Google Patents
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Abstract
본 발명은 진공 상태의 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for generating a plasma in a vacuum chamber to perform a predetermined process on a substrate.
본 발명은, 진공 상태의 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버 상부 및 하부에 각각 마련되어 챔버 내부에 고주파 전력을 인가하는 상부 전극 및 하부 전극; 상기 상부 전극 하부에서 하측으로 돌출된 상부 전극 테두리부에 결합되어 마련되며, 상기 챔버 내부로 공정가스를 확산시키는 샤워헤드; 상기 상부 전극을 수평 방향으로 관통하여 형성되며, 외부에서 공급되는 냉각제가 통과하는 경로를 제공하는 냉각제 통로; 상기 샤워 헤드 상부면과 상부 전극 하부면에 각각 접촉되어 마련되며, 상기 샤워 헤드의 열을 상기 상부 전극으로 전달하는 열전달 수단; 상기 냉각제 통로의 양 단에 각각 결합되어 마련되며, 상기 냉각제 통로의 일단에 연결되어 냉각제를 공급하고 타단에 연결되어 냉각제를 회수하는 냉각제 순환부; 가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.The present invention provides a plasma processing apparatus for generating a plasma in a vacuum chamber to perform a predetermined treatment on a substrate, the plasma processing apparatus comprising: an upper electrode and a lower electrode respectively provided at upper and lower portions of the chamber to apply high frequency power into the chamber; A shower head coupled to an upper electrode rim protruding downward from the upper electrode, and diffusing a process gas into the chamber; A coolant passage formed through the upper electrode in a horizontal direction and providing a path through which a coolant supplied from the outside passes; Heat transfer means provided in contact with the upper surface of the shower head and the lower surface of the upper electrode, and transferring heat from the shower head to the upper electrode; A coolant circulation unit coupled to both ends of the coolant passage and connected to one end of the coolant passage to supply a coolant and to the other end to recover the coolant; It provides a plasma processing apparatus characterized in that is provided.
플라즈마, 플라즈마 처리장치, 샤워헤드, 냉각제Plasma, Plasma Treatment Equipment, Shower Head, Coolant
Description
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional plasma processing apparatus.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구조를 나타내는 단면도이다. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 수단의 구조를 나타내는 사시도이다. Figure 3 is a perspective view showing the structure of the heat transfer means according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전달 수단의 구조를 나타내는 사시도이다. Figure 4 is a perspective view showing the structure of the heat transfer means according to another embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열전달 수단의 구조를 나타내는 사시도이다. 5 is a perspective view showing the structure of a heat transfer means according to another embodiment of the present invention.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Major Parts of Drawings>
1 : 종래의 플라즈마 처리장치1: conventional plasma processing apparatus
100 : 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치100: plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention
10, 110 : 상부 전극 20, 120 : 하부 전극10, 110:
30, 130 : 내부 승강핀 40, 140 : 외부 승강바30, 130:
14, 150 : 샤워헤드 16, 112 : 냉각제 통로14, 150: showerhead 16, 112: coolant passage
14, 152 : 공정가스 확산공 160 : 열전달 수단14, 152: process gas diffusion hole 160: heat transfer means
162 : 열전달 핀 164 : 열전달 판162: heat transfer pin 164: heat transfer plate
166 : 열전달 격자 168 : 공정가스 통과공166: heat transfer lattice 168: process gas through hole
170 : 냉각제 순환부 172 : 냉각제 공급관170: coolant circulation section 172: coolant supply pipe
174 : 냉각제 회수관 176 : 냉각제 순환펌프174: coolant recovery pipe 176: coolant circulation pump
178 : 엔드캡 S : 기판178: end cap S: substrate
G : 게이트 밸브G: gate valve
본 발명은 진공 상태의 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma processing apparatus for generating a plasma in a vacuum chamber to perform a predetermined process on a substrate.
반도체 장치, 액정표시 장치 등의 제조 프로세스에는, 플라즈마를 사용하여 기판의 표면을 처리하는 플라즈마 처리장치가 많이 사용되고 있다. 이러한 플라즈마 처리장치로는, 기판에 에칭을 실시하는 플라즈마 에칭 장치나, 화학적 기상 성장(Chemical Vapor Deposition : CVD)을 실시하는 플라즈마 CVD 장치 등을 예로 들 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION Many plasma processing apparatuses for treating a surface of a substrate using plasma have been used in manufacturing processes such as semiconductor devices and liquid crystal display devices. Examples of such a plasma processing apparatus include a plasma etching apparatus for etching a substrate, a plasma CVD apparatus for performing chemical vapor deposition (CVD), and the like.
이러한 플라즈마 처리장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상하에 서로 평행하게 대향하는 2개의 평판 전극(10, 20)을 구비한다. 2개의 전극 중 하부 전극(20)상에는 기판(S)이 탑재된다. 따라서 이 하부 전극(20)을 기판 탑재대라고도 한다. As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 1 includes two
또한 이러한 플라즈마 처리장치(1)에는 도 1에 도시된 바와 같이, 처리장치 내부로 기판을 반입하거나 반출하는 과정을 돕기 위하여 내부 승강핀(30)과 외부 승강바(40)가 마련된다. 이때 내부 승강핀(30)은 하부 전극(20)의 가장자리부를 관통하여 형성되며, 하부 전극(20)에 형성된 관통공(22)을 통과하며 상하로 구동된다. In addition, as shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 1 is provided with an internal elevating
그리고 외부 승강바(40)는 하부 전극(20)의 외측에 별도로 마련된다. 즉, 하부 전극(20)의 측벽과 플라즈마 처리장치의 측벽 사이에 형성되는 공간에 마련되며 상하로 구동할 수 있는 구조로 마련된다. The external
그리고 이 플라즈마 처리장치(1)에는 그 내부의 가스를 배기시키기 위한 배기부(도면에 미도시)가 마련된다. 이 배기부는 플라즈마 처리장치(1) 외부에 마련되는 펌프에 의하여 플라즈마 처리장치 내부의 기체를 흡입하여 제거하고, 플라즈마 처리장치 내부를 진공 상태로 유지한다. The plasma processing apparatus 1 is provided with an exhaust section (not shown) for exhausting the gas therein. The exhaust unit sucks and removes gas inside the plasma processing apparatus by a pump provided outside the plasma processing apparatus 1 and maintains the inside of the plasma processing apparatus in a vacuum state.
다음으로 상부 전극(10)은 하부 전극(20)과 대향하는 위치에 마련된다. 이 상부 전극은 전극으로서의 역할 뿐만아니라, 양 전극 사이에 공정가스를 공급하는 공정가스 공급부의 역할도 수행한다. 따라서 이 상부 전극(10) 하부에는 도 1에 도시된 바와 같이, 샤워헤드(shower head, 12)가 결합되어 마련된다. 여기에서 샤워헤드(12)에는 미세한 직경을 가지는 다수개의 공정가스 확산공(14)이 형성된다. 따라서 이 샤워헤드(12)를 통해서 공정가스가 양 전극(10, 20) 사이의 공간으로 균일하게 공급된다. 전극 사이에 공급된 처리가스는 전극으로의 고주파 전력의 인가에 의해 플라즈마로 되고, 이 플라즈마에 의해 기판의 표면이 처리된다. Next, the
그리고 상부 전극(10)에는 냉각제가 순환할 수 있는 냉각제 통로(16)가 형성 된다. 이 냉각제 통로(16)는 상부 전극(10)을 수평 방향으로 관통하여 형성되며, 하나로 연결되어 형성되되, 상부 전극(10)의 모든 영역에 걸쳐서 고르게 형성된다. 이 냉각제 통로(16)의 일단은 외부와 연통되는 냉각제 공급관(17)에 연결되고, 타단은 냉각제 회수관(18)에 연결된다. 따라서 이 냉각제 공급관(17) 및 냉각제 회수관(18)을 통하여 새로운 냉각제를 공급받고, 사용된 냉각제를 회수하여 냉각제를 순환시키는 것이다. 이 냉각제 통로(16)는 플라즈마 발생과정에서 샤워헤드(12)의 온도 상승으로 인하여 플라즈마 처리장치에 의하여 진행되는 프로세스에 영향이 미치는 것을 방지하기 위한 것이다. In addition, the
그러나 종래에는 냉각제 통로(16)를 상부 전극(10)에 형성시켜 간접적으로 샤워헤드(14)를 냉각시키는 방식이므로 상부 전극(10)과 소정 간격 이격되어 마련되는 샤워헤드(14)의 온도 조절이 용이하지 않은 문제점이 있다. 이렇게 샤워헤드(14)의 온도 조절이 어려워 샤워헤드의 온도가 상승하는 경우에는 고주파 전력의 전달효율이 떨어지며, 식각 비율이나 식각 균일도 등이 영향을 받아서 프로세스 재현성이 떨어지는 문제점이 있다. However, in the related art, since the
본 발명의 목적은 샤워헤드와 상부 전극 사이에 열전달 수단을 마련하여 샤워헤드의 온도 조절이 용이한 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that provides a heat transfer means between a showerhead and an upper electrode to facilitate temperature control of the showerhead.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 진공 상태의 챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔 버 상부 및 하부에 각각 마련되어 챔버 내부에 고주파 전력을 인가하는 상부 전극 및 하부 전극; 상기 상부 전극 하부에서 하측으로 돌출된 상부 전극 테두리부에 결합되어 마련되며, 상기 챔버 내부로 공정가스를 확산시키는 샤워헤드; 상기 상부 전극을 수평 방향으로 관통하여 형성되며, 외부에서 공급되는 냉각제가 통과하는 경로를 제공하는 냉각제 통로; 상기 샤워 헤드 상부면과 상부 전극 하부면에 각각 접촉되어 마련되며, 상기 샤워 헤드의 열을 상기 상부 전극으로 전달하는 열전달 수단; 상기 냉각제 통로의 양 단에 각각 결합되어 마련되며, 상기 냉각제 통로의 일단에 연결되어 냉각제를 공급하고 타단에 연결되어 냉각제를 회수하는 냉각제 순환부; 가 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the plasma processing apparatus for generating a plasma in the chamber in a vacuum to perform a predetermined process, the upper and lower chambers respectively provided for applying high frequency power to the chamber An upper electrode and a lower electrode; A shower head coupled to an upper electrode rim protruding downward from the upper electrode, and diffusing a process gas into the chamber; A coolant passage formed through the upper electrode in a horizontal direction and providing a path through which a coolant supplied from the outside passes; Heat transfer means provided in contact with the upper surface of the shower head and the lower surface of the upper electrode, and transferring heat from the shower head to the upper electrode; A coolant circulation unit coupled to both ends of the coolant passage and connected to one end of the coolant passage to supply a coolant and to the other end to recover the coolant; It provides a plasma processing apparatus characterized in that is provided.
이때 열전달 수단은, 열전도성이 우수한 금속 소재로 이루어지는 것이 샤워헤드의 열을 용이하게 상부 전극으로 전달할 수 있어서 바람직하다. At this time, the heat transfer means is preferably made of a metal material excellent in thermal conductivity because it can easily transfer the heat of the shower head to the upper electrode.
그리고 본 발명에서는 이 열전달 수단을, 핀 형상의 열전달 핀 또는 판 형상의 열전달 판 또는 격자 형태의 열전달 격자로 마련할 수 있다. In the present invention, the heat transfer means can be provided as a fin-shaped heat transfer fin or a plate-shaped heat transfer plate or a lattice heat transfer grating.
이때 열전달 수단이 열전달 판이나 열전달 격자 형상으로 형성되는 경우에는 공정가스의 원활한 흐름을 위하여 열전달 판이나 열전달 격자를 두께 방향으로 관통하여 형성되는 공정가스 통과공이 더 형성되는 것이 바람직하다. In this case, when the heat transfer means is formed in the shape of a heat transfer plate or a heat transfer grating, it is preferable that a process gas through hole formed by penetrating the heat transfer plate or the heat transfer grating in the thickness direction for the smooth flow of the process gas is further formed.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 일 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a specific embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 진공 상태가 형성가능한 챔버 내부에 상부 전극(110), 하부 전극(120), 내부 승강핀(130), 외부 승강바(140), 공정가스 공급부, 배기부 등을 포함하여 구성된다. 여기에서 상부 전극(110), 하부 전극(120), 내부 승강핀(130), 외부 승강바(140), 공정가스 공급부, 배기부는 종래의 그것과 동일한 구조 및 기능을 가지므로 여기에서 반복하여 설명하지 않는다. As shown in FIG. 2, the
한편 본 실시예에 따른 샤워헤드(150) 및 열전달 수단(160), 냉각제 순환부(170)는 그 구조가 상이하므로 설명한다. On the other hand, since the structure of the
본 실시예에 따른 샤워헤드(150)의 상부에는 열전달 수단(160)이 더 마련된다. 이 열전달 수단(160)은 샤워헤드(150)의 열을 상부 전극(110)으로 전달하는 역할을 한다. 따라서 본 실시예에서는 이 열전달 수단(160)이 샤워헤드(150) 상부면과 상부 전극(110) 하부면에 의하여 형성되는 공간에 배치되며, 샤워헤드(150) 상부면 및 상부 전극(110) 하부면 모두에 접촉되도록 마련된다. 따라서 샤워헤드(150)의 열을 상부 전극(110)으로 접촉에 의하여 전도하는 것이다. 종래에 샤워헤드(150)와 상부 전극(110) 사이에 공정가스 확산을 위한 소정 간격의 공간이 존재함에도 불구하고, 샤워헤드와 상부 전극간에 직접적인 접촉수단이 없어서, 샤워헤드(150)를 직접 냉각하지 못하는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 냉각제에 의 하여 냉각되는 상부 전극(110)과 샤워헤드(150)를 여러지점에서 직접 접촉시켜 샤워헤드(150)의 열이 상부 전극(110)으로 용이하게 전도되도록 하는 것이다. The heat transfer means 160 is further provided on the
그러므로 본 실시예에서는 이 열전달 수단(160)을 열 전도율이 우수한 금속소재로 형성하는 것이 바람직하다. Therefore, in this embodiment, it is preferable that the heat transfer means 160 is formed of a metal material having excellent thermal conductivity.
그리고 본 실시예에서는 이 열전달 수단(160)을 도 3에 도시된 바와 같이, 핀 형상의 열전달 핀(162)이 소정 간격으로 이격되어 다수개 마련되는 방식으로 구성할 수 있다. 이때 이 열전달 핀(162)은 샤워헤드(150)의 전영역에 걸쳐 고르게 배치된다. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the heat transfer means 160 may be configured in such a manner that a plurality of fin-shaped
또한 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 이 열전달 수단(160)을 판 형상의 열전달 판(164)이나 격자 형태의 열전달 격자(166)로 구현할 수도 있다. 이때 열전달 판(164) 또는 열전달 격자(166)는 샤워헤드(150)의 전영역에 걸쳐서 고르게 배치되는 것이 샤워헤드(150)의 전영역에 대하여 온도조절이 가능하여 바람직하다. 4 and 5, the heat transfer means 160 may be implemented as a plate
한편 열전달 수단(160)을 열전달 판(164) 또는 열전달 격자(166)로 구성하는 경우에는 공정가스의 원활한 흐름을 위하여 열전달 판(164) 또는 열전달 격자(166)에 공정가스 통과공(168)이 형성되는 것이 바람직하다. 이 공정가스 통과공(168)은 도 4, 5에 도시된 바와 같이, 열전달 판(164) 또는 열전달 격자(166)를 두께 방향으로 관통하여 다수개가 형성된다. On the other hand, when the heat transfer means 160 is composed of a
다음으로 상부 전극(110)에는 냉각제 통로(112)가 형성된다. 이 냉각제 통로(112)를 상부 전극(110)을 수평 방향으로 관통하여 형성되며 하나로 연결되어 상부 전극(110)의 전영역에 걸쳐서 형성된다. Next, a
그리고 이 냉각제 통로(112)의 양단에는 각각 냉각제 순환부(170)가 결합되어 냉각제 통로(112)에 냉각제를 공급하고 회수하여 냉각제를 순환시킨다. 이때 본 실시예에서는 이 냉각제 순환부(170)를 냉각제 공급관(172); 냉각제 회수관(174); 냉각제 순환 펌프(176);로 구성한다. The
냉각제 공급관(172)은 챔버 내외부를 관통하도록 마련되며, 냉각제 통로(112)의 일단에 연결된다. 이 냉각제 공급관(172)은 외부로부터 냉각제 통로(112)로 새로운 냉각제를 공급하는 역할을 한다. The
그리고 냉각제 회수관(174)은 냉각제 공급관(172)과 마찬가지로 챔버 내외부를 관통하도록 마련되며, 냉각제 통로(112)의 타단에 연결된다. 이 냉각제 회수관(174)은 냉각제 통로(112)를 통과하여 더워진 냉각제를 챔버 외부로 배출시켜 회수하는 역할을 한다. The
다음으로 냉각제 순환 펌프(176)는 전술한 냉각제 공급관(172) 및 냉각제 회수관(174)에 연결되어 마련되며, 펌프를 이용하여 냉각제를 강제로 순환시키는 역할을 한다. 물론 이 냉각제 순환 펌프(176)에는 일정량의 냉각제를 보관할 수 있는 냉각제 보관 탱크가 더 마련될 수도 있다. Next, the
그리고 본 실시예에서는 냉각제 순환 펌프(176)와 냉각제 공급관(172) 및 회수관(174)를 연결할때 앤드캡(endcap, 178)을 사용한다. 따라서 챔버에 고정되어 마련되는 냉각제 공급관(172) 및 회수관(174)과 별도로 마련되는 냉각제 순환 펌프(176)의 분리 결합이 용이하게 한다. 플라즈마 처리장치(100)의 경우에는 그 내부 의 유지보수 등을 위하여 상부 챔버를 개방시키는 경우가 많기 때문에 상부 챔버의 개방시 별도로 마련되는 냉각제 순환 펌프(176)와 냉각제 공급관(172) 및 회수관(174)을 분리시키는 작업이 선행적으로 요구된다. 따라서 본 실시예에서는 냉각제 순환 펌프(176)의 분리 결합이 용이하여 플라즈마 처리장치의 유지보수작업이 용이해지는 장점이 있다. In this embodiment, an
또한 본 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이, 전술한 냉각제 공급관(172) 및 냉각제 회수관(174)을 챔버 상벽 방향으로 인출시킨다. 이 역시도 플라즈마 처리장치의 유지보수 작업이 용이하게 하기 위한 것이다. 즉, 냉각제 공급관(172)이나 회수관(174)이 챔버 측벽 방향으로 인출되는 경우에는 장치가 차지하는 면적이 넓어질 뿐만아니라 유지 보수 작업시 방해되는 요소로 작용할 수 있기 때문이다. In addition, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the aforementioned
본 발명에 의하면 샤워헤드(150)와 상부 전극(110) 사이에 열전달 수단(160)이 더 마련되어 냉각제에 의하여 냉각되는 상부 전극(110)과 샤워헤드(160)가 직접 접촉되므로 샤워헤드(150)의 열이 상부 전극(110)으로 잘 전달되어 샤워헤드(150)의 온도 조절이 용이한 장점이 있다. According to the present invention, since the heat transfer means 160 is further provided between the
이렇게 샤워헤드(150)의 온도를 원활하게 조절하는 경우에는 플라즈마 처리장치에 의한 공정 재현성이 우수한 장점이 있다. When the temperature of the
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