KR100715012B1 - 방전 억제 부재 및 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

방전 억제 부재 및 플라즈마 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 밀폐된 챔버 내부에 설치된 전극에 전력을 인가하여 기판을 플라즈마 처리하며 기판을 유지하는 기판 유지 수단과 상기 기판 사이의 미소 공간에 열전달 가스를 공급하는 열전달 가스 공급 경로를 포함하고, 상기 열전달 가스 공급 경로의 적어도 일부는 전계의 방향과 직각으로 교차하는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치이다.
이에 의해, 본 발명은 정전척과 기판 사이에 공급되는 열전달 가스의 가스 공급 경로에서 발생하는 방전 현상을 효율적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명은 고주파 전원의 영향을 최소화시켜 플라즈마 발생시 기판의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있고, 이로부터 플라즈마 처리 공정의 불량률을 줄일 수 있다.
플라즈마, 반도체, 방전 억제, 열전달 가스

Description

방전 억제 부재 및 플라즈마 처리 장치{GAS DISCHARGE SUPPRESSING MEMBER AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}
도 1은 종래 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 헬륨 가스의 전리 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 억제 부재의 구성을 도시한 개략 사시도 및 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A 영역의 확대도이다.
도 5는 파셴(Paschen)의 법칙에 의한 헬륨 가스의 방전개시전압을 표시한 그래프이다.
도 6은 본 발명 일 실시예의 변형예에 따른 방전 억제 부재의 구성을 도시한 개략 사시도 및 평면도이다.
도 7은 본 발명 일 실시예의 다른 변형예에 따른 방전 억제 부재의 구성을 도시한 개략 사시도 및 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 공급 호스를 확대 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 100 : 진공 챔버 21, 210 : 상부 전극
30 : 기판 51, 510 : 정전척
52, 520 : 하부전극 54 : 절연체
55 : 지지부재 65,650 : 직류전원
220 : 정합기 300 : 기판
511 : 가스공급구멍 540 : 절연부재
550 : 지지부재 600: 가스공급라인
610 : 방전억제부재 611 : 몸체
612 : 가스배출구 614 : 가스공급유로
620 : 호스 620a : 방전억제호스
621 : 유량밸브조절 622 : 가스공급원
630 : 고주파전원
본 발명은 방전 억제 부재 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 이면에 온도 제어를 위해 공급되는 열전달 가스의 가스 공급관에서 방전이 발생하는 것을 억제하는 방전 억제 부재와 이를 이용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 및 디스플레이 산업이 발전함에 따라 웨이퍼, 유리 등의 기판 가공도 한정된 면적에 원하는 패턴을 극미세화하고 고집적화하는 방향으로 진행되고 있고, 이에 따라 기판에 박막을 성장시키거나 식각할 때 플라즈마 처리 기술이 널리 활용되고 있다. 플라즈마 처리는 고밀도로 공정을 제어할 수 있는 등의 장점에 의해 반도체, 디스플레이 기판의 가공 공정 등에 널리 사용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는 매엽식 혹은 배치식 장치가 있고, 매엽식 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버 내에 전극이 상하로 대향 배치되어 양 전극 사이에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마를 생성시킨다.
도 1을 참조하면, 일반적인 매엽식 반도체 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(10) 내에 상부전극(21) 및 상부전극(21)과 대향하여 위치하고 피처리체인 반도체 기판이 장착되는 기판 지지부재를 구비하며, 기판 지지부재는 전원이 인가되는 하부전극(52)과 정전척(51)을 포함한다. 상부전극과 하부전극은 일정간격 이격되어 서로 대향하고 있으며, 외부로부터 정합된 고주파 전력이 인가되고 상,하부 전극(21, 52)에 인가된 고주파 전력에 의해 진공 챔버 내의 가스가 전리되고, 상,하부 전극(21, 52)사이의 공간에서 고밀도의 플라즈마를 발생시킨다. 여기서 하부전극(52) 상부에는 기판을 탑재하는 정전척(51)이 설치되어 있으며, 하부전극(52)의 하부는 절연체(54)로 구성되어 있다. 상부 및 하부전극(21, 52)에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마가 발생하면 정전척(51)에는 기판(30)을 정전흡착하기 위해서 일정의 직류 고압 전원(65)을 통해 직류 전압이 인가되고 기판은 정전척(51)에 고정된다. 이때, 기판(30)과 정전척(51) 사이의 미소 공간(S)에는 기판(30)의 온도 제어 를 용이하게 하기 위하여 열전달 가스 공급 라인(60)을 통해 열전달 가스, 예를 들어 헬륨 가스가 공급된다. 일정 시간의 플라즈마 처리 공정이 끝난 후 헬륨 가스는 배기라인에 의해 배기되고 정전척(51)에 정전흡착 되었던 기판(30)은 부극성의 직류 고압 전원에 의해 탈착되고 진공 챔버(10) 밖으로 이송이 된다.
여기서 헬륨 가스는 플라즈마 처리 공정이 진행되는 동안 기판(30)과 정전척(51)의 열전달을 용이하게 하여 기판의 온도를 적정한 수준으로 유지하기 위해 주입된다. 그런데, 플라즈마 처리 공정 중 기판(30)을 정전척(51)에 고정하기 위해 직류 고압 전원이 인가되고 하부전극(52)에 고주파 전원이 인가되면 접지된 하부 지지부재(55)와의 사이에 전위차가 생기고, 이는 하부전극(52), 절연체(54) 및 지지부재(55)를 관통하는 가스 공급 라인(60)에도 영향을 미친다. 준안정 가스인 헬륨의 특성상 고주파 전원에 의하여 발생된 전기장에 의해 쉽게 전리가 되어, 가스 공급 라인(60) 내부에서 방전이 발생한다. 도 2에 헬륨의 전리 개념도에 나타내었듯이 가스 공급 라인(60)에 헬륨 가스가 공급될 때에 정전척(51)과 접지된 지지부재(55)와의 사이에 생기는 전위차에 의해 가스 공급 라인 내부의 전자가 전계 방향(E)으로 가속되고, 헬륨 분자와의 충돌에 의해 헬륨 가스가 전리되면서 전자 사태가 일어나고 결국 가스 공급 라인 내부에 방전이 발생되게 되는 것이다. 특히 준안정 기체인 헬륨 가스의 특성상 헬륨기체의 전리를 억제하고 방전을 차단하기가 어렵다.
이런 가스 공급 라인(60) 내부의 방전현상은 정합을 불안정하게 해서 플라즈마에 영향을 미쳐 식각공정에 영향을 미치고, 가스 공급 라인(60)를 손상시키며, 기판을 정전척(51)에 안정적으로 흡착시키지 못하는 등, 전체적으로 플라즈마 처리 장치 뿐만 아니라 플라즈마 처리 공정에도 악영향을 미친다.
상기와 같은 가스 공급 라인의 방전현상을 억제하기 위하여 종래에는 가스 공급 라인(60)에 다공성 세라믹으로 구성된 부재를 삽입하거나, 미세 세라믹 볼을 삽입하거나 혹은 하부 전극면에 대해 일정한 각도를 가지는 나선형의 공급라인을 형성하는 방법 등이 제안되었다. 그러나, 공급관로에 다공성 세라믹으로 구성된 부재를 삽입하거나 미세 세라믹 볼을 삽입하는 방법은 다공성의 구멍이나 세라믹 볼의 구멍이 작아지면 헬륨 가스 주입이 빠른 시간에 이루어지지 않아 효율이 떨어지고, 나선형의 가스 공급라인을 사용하면 일정부분 방전억제 효과는 있을 수 있으나, 전체적인 가스공급라인의 길이가 너무 길어져 효율면에서 불합리한 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 열전달 가스 공급관에서 방전이 일어나는 것을 방지하기 위한 방전 억제 부재 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 열전달 가스 공급관에서의 방전을 억제하면서도 기판의 온도를 높은 효율로 제어할 수 있는 방전 억제 부재 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판을 유지하는 기판 유지 수단 과 상기 기판 사이의 미소 공간에 열전달 가스를 공급하는 열전달 가스 공급 경로의 도중에 설치되며, 상기 열전달 가스 공급 경로 중의 일부를 가지는 방전 억제 부재로서, 상기 방전 억제 부재 내부의 가스 공급 유로의 적어도 일부는 상기 기판 유지 수단의 기판 유지면과 평행한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 한다.
상기 가스 공급 유로는 상기 방전 억제 부재 내부에 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하고, 지름은 1cm 이하 유전율은 4.5 이하인 것으로 한다. 또한 상기 가스 공급 유로가 지그재그 형상과 계단 형상을 포함한다.
상기 방전 억제 부재는 원통형 형상을 포함하며, 외벽면에 가스 공급 유로가 형성된 내통과 상기 내통과 결합되는 외통을 포함한다.
밀폐된 챔버 내부에 설치된 전극에 전력을 인가하여 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 장치로서, 상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단과 상기 기판 사이의 미소 공간에 열전달 가스를 공급하는 열전달 가스 공급 경로를 포함하고, 상기 열전달 가스 공급 경로의 적어도 일부는 가스 공급 경로에 야기되는 전계의 방향과 직각으로 교차하는 방향으로 연장된다. 상기 가스 공급 경로는 상기 전계 방향으로 연장되는 부분을 포함하고 상기 전계 방향으로 연장되는 부분의 가스 공급 경로의 길이는 상기 가스 공급 경로의 지름보다 크거나 같다. 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 가스 공급 경로에 연결되어 가스를 공급하는 가스 공급 호스를 더 포함하고, 상기 가스 공급 호스의 적어도 일부는 상기 전계 방향으로 360도 이상 회전되어 전계 방향과 교차하는 부분을 포함한다.
밀폐된 챔버 내부에 설치된 전극에 전력을 인가하여 기판을 플라즈마 처리하 는 플라즈마 처리 장치로서, 상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단과 상기 기판 사이의 미소 공간에 열전달 가스를 공급하는 열전달 가스 공급 경로 및 상기 가스 공급 경로와 연결되어 열전달 가스를 공급하는 가스 공급 호스를 포함하고, 상기 가스 공급 호스의 적어도 일부는 상기 가스 공급 경로 혹은 가스 공급 호스에 야기되는 전계 방향으로 360도 이상 회전되어 전계 방향과 교차하는 부분을 포함한다. 상기 공급 호스는 유전율이 4.5 이하인 재질을 사용한다. 플라즈마 처리장치의 상기 기판은 반도체 실리콘 웨이퍼 또는 유리 기판이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(100) 내에 상부전극(210) 및 상부전극(210)과 대향하여 위치하고 피처리체인 반도체 기판이 장착되는 기판 지지부재를 구비하며, 기판 지지부재는 전원이 인가되는 하부전극(520)과 정전척(510)을 포함한다.
진공 챔버(100)의 측벽에는 기판 반입 반출구(도시되지 않음)가 형성되어, 이를 통해 기판을 반입 반출한다. 또한 진공 챔버(100)의 측벽 또는 하부에는 진 공 펌프 등의 배기계(도시되지 않음)가 연결되어 이로부터 배기가 실행되어 챔버 내를 원하는 진공도로 유지할 수 있다.
상부전극(210)에는 RF 전원 장치(230) 및 임피던스 정합기(220)를 통해 RF 전원이 가해질 수 있고, 진공 챔버(100)내로 반응 가스를 유입시킬 수 있는 샤워헤드(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
상부전극(210)과 일정간격 이격되어 서로 대향하고 있는 하부전극(520)에는 정합기(640)를 거쳐서 고주파 전원(630)이 접속되어 있다. 기판을 플라즈마 처리하는 경우 하부전극(520)에 고주파 전원(630)에 의해 예컨대 2MHz의 고주파 전력이 공급된다. 하부전극(520)은 진공 챔버(100)의 바닥부에 접지 지지부재(550) 및 절연 부재(540)를 거쳐서 설치되며, 내부에는 기판을 소정의 온도로 조정하기 위한 냉각 수단 및 가열 수단 등을 구비할 수 있다. 또한 하부전극(520)의 상면에는 기판 예를 들면 반도체 웨이퍼를 유지하기 위한 유지 수단인 정전척(510)이 설치된다.
정전척(510)은 상면에 장착될 기판(300)의 형상과 대략 동일한 형상과 크기로 형성되나 특별히 형상이 한정되지는 않는다. 예를 들어 기판(300)이 반도체 웨이퍼인 경우 웨이퍼의 형상과 유사한 원통형의 형상으로 이루어지고 상면의 직경이 웨이퍼 직경과 대략 유사하게 형성되는 것이 바람직하다. 정전척(510)은 내부에 도시되지 않은 도전성 부재를 구비하며, 도전성 부재는 고압 직류 전원(650)에 접속되어 고전압을 인가함으로써 기판을 흡착 유지한다. 이때, 정전척은 정전력 외에 기계적 힘 등에 의해 기판을 유지할 수도 있다.
상기의 정전척(510)에는 복수의 열전달 가스 공급 구멍(511)이 마련되고 가스 공급 구멍(511)은 하부 전극 및 절연 부재를 관통하는 가스 공급 라인(600)과 연결된다. 가스 공급 라인(600)은 진공 챔버(100) 외부의 가스 공급 호스(620)과 연결되고, 가스 공급 호스(620)는 유량 조절 밸브(621)을 거쳐서 가스 공급원(622)에 접속되고 가스 공급원(622)으로부터 열전달 가스가 공급된다.
열전달 가스로는 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 사용하거나 플라즈마 처리 시에 사용되는 가스와 동일한 가스를 사용할 수 있다. 예를 들면 플라즈마 식각 공정을 진행하는 경우는 플라즈마 식각 공정에서 많이 사용되는 SF6 가스, CHF3 가스, CHF3와 CO 가스의 혼합 가스 등을 사용할 수 있다.
상기의 가스 공급원(622)으로부터 열전달 가스 공급 라인(600)을 거쳐서 열전달 가스가 정전척(510)의 가스 공급 구멍(511)을 통해 정전척(510)의 상부면에 도달하여 기판(300)과 정전척(510) 사이의 미소 공간(S)으로 공급되어 하부전극(110)으로부터 기판(300)으로의 열전달 효율을 높이게 된다.
여기서, 열전달 가스가 공급 되는 통로에서의 방전을 방지하기 위하여 열전달 가스 공급 라인(600)에 방전 억제 부재(610)를 삽입하거나 열전달 가스 공급 호스(620)에 방전 억제 호스부(620a)를 설치한다. 또한 방전 억제 부재(610)와 방전 억제 호스부(620a)를 함께 설치할 수도 있다. 방전 억제 부재(610)와 방전 억제 호스부(620a)에 관해서는 후술한다.
플라즈마 처리 장치를 이용한 처리 동작에 대하여 설명한다. 기판 반입 반출구로부터 기판(300)이 반입되어 정전척(510) 상부면에 장착되면, 정전척(510)에 고 압 직류 전원(650)으로부터 고전압이 인가되어 기판은 정전력에 의해 정전척(510)에 흡착 유지된다. 이어서, 열전달 가스 공급원(622)으로부터 소정의 온도 및 유량으로 제어된 열전달 가스가 가스 공급 라인(600)을 거쳐서 미소 공간(S)으로 공급되어 기판은 원하는 온도로 조절된다. 이후, 상부전극(210)에 설치된 샤워 헤드로부터 플라즈마 처리 가스가 도입되고 진공 펌프를 이용하여 진공 챔버(100)를 소정 압력으로 유지한다. 외부로부터 정합된 고주파 전력이 상,하부 전극(210, 520)에 인가되고 고주파 전력에 의해 진공 챔버 내의 가스가 전리되고, 상,하부 전극(210, 520)사이의 공간에서 고밀도의 플라즈마(P)를 발생시킨다. 이러한 고밀도 플라즈마(P)에 의해 건식 식각 등의 플라즈마 처리를 수행한다. 플라즈마 처리가 종료하면 고압 직류 전원(650) 및 고주파 전원(230, 630)으로부터의 전력 공급이 정지되고 기판(300)은 반입 반출구를 통해 진공 챔버 외부로 반출된다.
다음에 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 열전달 가스의 방전 억제 부재에 대하여 상세히 설명한다. 도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 억제 부재의 구성을 도시한 개략 사시도 및 평면도이고, 도 4b는 도 4a의 A 영역의 확대도이다. 도 5는 파션의 법칙에 의한 헬륨 가스의 방전개시전압을 표시한 그래프이다.
도 3에 도시한 바와 같이 정전척(510), 하부전극(520), 절연부재(540) 및 지지부재(550)를 관통하는 가스 공급 라인(600)은 가스 공급 호스(620)를 통하여 가스 공급원(622)에 연결되며, 가스 공급 라인(600)의 일부분에는 방전 억제 부재(610)가 삽입된다. 도 4a에 나타내었듯이, 방전 억제 부재(610)는 원통 형상의 몸 체(611)와 몸체(611)의 상부면에 상부 가스 공급 라인(600a)과 연결되는 가스 배출구(612)가 구비되고 몸체(611)의 하부면에는 하부 가스 공급 라인(600b)과 연결되는 가스 유입구(613)가 마련되며, 몸체(611) 내부에는 상기 가스 유입구(613)와 가스 배출구(612)을 연결하며 열전달 가스가 통과하는 열전달 가스 공급 유로(614)를 포함한다. 본 실시예에서는 원통형의 몸체를 예시적으로 설명하고 있으나, 몸체(611)는 원통형 외에 사각형상 등 여러 가지 형태로 변경될 수 있다.
여기서, 방전 억제 부재(610)의 내부를 관통하는 가스 공급 유로(614)는 가스 공급 유로(614)의 적어도 일부(614a)가 몸체(611)의 상부면 혹은 하부면과 평행한 방향으로 연장된다. 즉, 정전척(510)과 기판(300) 사이에 열전달 가스를 공급하는 가스 공급 라인(600)의 일부에 삽입되어 열전달 가스를 공급하는 경로가 되는 방전 억제 부재(610)의 가스 공급 유로(614)에서 적어도 일부 유로(614a)는 정전척(510)의 기판 유지면 혹은 하부전극(520)의 상부면과 평행한 방향으로 연장 형성된다. 즉, 방전 억제 부재(610)의 가스 공급 유로(614)는 기판 유지면과 평행하는 방향으로 연장되는 수평 부분(614a)과 각 수평 부분(614a)을 연결시키는 연결 부분(614b)를 포함하며, 예를 들면 지그재그 형태로 형성할 수도 있다. 이때 수평 부분(614a)은 상대적으로 길고 연결 부분(614b)은 상대적으로 짧은 것이 좋다. 예를 들면 연결 부분(614b)의 길이는 가스 공급 유로의 지름 이상이면 된다.
이러한 가스 공급 유로(614) 내부의 압력이 일정한 상황에서 전계(E) 방향과 직각 방향으로 교차하는 수평 부분 가스 공급 유로(614a)를 만들고 유로의 단면적을 일정한 면적 이하로 줄인다. 이에 의해 전계(E) 방향으로 전자가 가속되는 거리 를 줄일 수 있어 전자가 헬륨 분자와 충돌하여 헬륨 분자를 충분히 전리시킬 에너지를 차단함으로써 방전을 억제할 수 있다. 여기에서 가스 공급 유로(614) 내부의 압력이 일정하므로, 도 5에 나타낸 파셴(Paschen)의 법칙에 의해 가스 공급 유로(614)는 일정 지름 이하의 단면을 가져야 한다. 예를 들면 가스 공급 유로(614) 내부의 압력이 400torr라고 가정하면, 가스 공급 유로는 지름 1cm 이하인 것이 좋고, 가스 공급 유로 내부의 압력이 40torr라고 가정하면, 10cm로 하는 것이 좋다. 하지만 현실적으로 반도체 장치 내부에 설치되는데 있어서는, 하부전극에 인가되는 수MHz 단위의 고주파의 영향도 크기 때문에, 가스 공급 유로의 지름을 10cm정도로 넓게 설치하는 것은 아무 의미가 없다. 이에 대략 상기 가스 공급 유로의 지름은 1cm이하로 하는 것이 바람직하며, 상기 지름은 작을수록 좋다.
도 4b에 도시한 바와 같이 전계(E) 방향과 직각으로 교차하는 2, 4, 6의 구간에서 헬륨의 방전현상을 억제함으로써 전체적으로 기판과 정전척 사이에 열전달 효율을 높일 수 있고, 온도 조절을 효과적으로 수행할 수 있다. 여기에서 전계(E) 방향으로 연장되어 전계(E) 방향의 힘을 받는 1, 3, 5의 부분은 짧게 형성하는 것이 바람직하다. 1, 3, 5의 길이가 길어져 1, 3, 5의 부분에서 방전이 일어나더라도 2, 4, 6의 부분에서 가스 공급 유로를 90도 각도로 전계(E) 방향과 직각으로 꺾어 줌으로써 1, 3, 5의 부분의 에너지가 2, 4, 6의 부분으로 전달되지 못한다.
상기의 방전 억제 부재(610)는 다양한 방법으로 제작 될 수 있다. 도 4a에 나타내었듯이, 원통형의 내통(611a)의 외벽면에 홈을 형성하여 열전달 가스 공급 유로(614)를 제조하고, 상기의 내통(611a)을 원통형의 외통(611b)과 결합하여 방전 억제 부재(610)를 제작한다. 이때, 내통(611a)과 외통(611b)은 용착되어 열전달 가스가 가스 공급 유로(614)로부터 누설되지 않는다. 이외에도 일반적인 소정 지름의 가스 파이프를 절곡하여 가스 공급 유로(614)의 형상을 만들고 절곡된 가스 파이프를 몸체(611)로 둘러싸서 방전 억제 부재(610)를 제조할 수 있다.
또한, 방전 억제 부재(610)는 상하에 배치되는 다른 부품에서 방전이 되더라도 용해하여 가스 공급 통로가 단락되지 않도록 석영, PTFE(Polytetrafluoroethylene), PCTFE(Polychlorotri-fluoroethylene) 혹은 PFA(Perfluoroalkoxy) 등의 저유전율의 내열성을 가지는 재료인 것이 바람직하다. 예를 들면 유전율은 4.5 이하인 것이 좋다.
상기 방전 억제 부재(610) 내의 가스 공급 유로는 기판의 면적이나 정전척의 모양 등, 공급하고자 하는 유량과 형태에 따라 2개 이상의 복수로 형성할 수 있다.
도 6은 본 발명 일 실시예의 변형예에 따른 방전 억제 부재의 구성을 도시한 개략 사시도 및 평면도이다. 도 7은 본 발명 일 실시예의 다른 변형예에 따른 방전 억제 부재의 구성을 도시한 개략 사시도 및 평면도이다.
도 6을 참조하면, 변형예에 따른 방전 억제 부재(610)는 열전달 가스 공급 유로가 4개 형성되는 점을 제외하고 모두 상기 실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 이처럼 방전 억제 부재(610) 내부에 다수의 가스 공급 유로가 형성됨에 의해 원하는 량의 열전달 가스를 단시간 내에 공급할 수 있다.
도 7을 참조하면, 다른 변형예에 따른 방전 억제 부재(610)는 열전달 가스 공급 유로가 계단식으로 형성되는 점을 제외하고 모두 상기 실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다. 이처럼 방전 억제 부재(610) 내부에 계단식의 가스 공급 유로가 형성됨에 의해 열전달 가스의 흐름을 더욱 원활하게 할 수 있다.
상기 실시예에서는 플라즈마 처리 장치의 하부전극(520)의 하부에 구비된 절연 부재(540) 내에 하나의 방전 억제 부재(610)를 구비하는 것을 예시적으로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 플라즈마 처리 장치 내에 방전 억제 부재가 복수개 구비될 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 플라즈마 처리 장치의 하부전극(520)의 하부에 구비된 절연 부재(540) 내에 별도의 방전 억제 부재(610)를 구비하는 것을 예시적으로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들면, 절연 부재(540) 자체에 전계 방향과 직각으로 교차하는 가스 공급 라인을 형성할 수도 있다.
상기의 본 발명의 방전 억제 부재(610)는 플라즈마 처리 장치의 절연 부재(540) 내부에 설치되어 정전척에 가해지는 전계 방향과 직각으로 교차하는 가스 공급 유로(614)를 구비하여 가스 공급 경로의 방전을 억제하는 것이나, 가스 공급 경로의 방전은 플라즈마 처리 장치의 외부에 연결된 가스 공급 호스에서도 야기될 수 있다. 이에 하기에서는 단순한 구조를 가지면서 가스 공급 호스의 방전을 억제하는 구조를 제안한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 공급 호스를 확대 도시한 단면도이다. 즉, 도 8은 본 발명의 플라즈마 처리 장치를 도시한 도 3의 B 영역을 확대한 단면도이다.
도 3 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 가스 공급 호스(620)는 가스 공급 라인(600)에 가스를 공급하는 호스를 나타낸다. 상기 가스 공급 호스(620)는 그 형상을 전계(E) 방향으로 360도 이상 회전시켜 전계(E) 방향과 교차하는 부분(620a)이 형성되도록 한다. 이러한 형상으로 가스 공급 호스(620)를 형성함으로써 하부전극(520) 및 절연 부재(530)을 관통하면서 에너지를 가진 전자나 이온들의 에너지를 외부에서 억제시켜 간단한 구조로 방전 현상을 억제할 수 있다. 또한, 절연 부재(530) 내에 방전 억제 부재(610)를 설치하고 동시에 방전 억제 부재(610)와 연결되는 회전형 가스 공급 호스(620)를 구비하면, 가스 공급 경로 내의 방전 효과를 더욱 효율적으로 차단할 수 있다.
또한, 상기의 가스 공급 호스(620)은 석영, PTFE(Polytetrafluoroethylene), PCTFE(Polychlorotri-fluoroethylene) 혹은 PFA(Perfluoroalkoxy) 등의 저유전율의 내열성을 가지는 재료인 것이 바람직하다. 예를 들면 유전율은 4.5 이하인 것이 좋다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 방전 억제 부재 및 플라즈마 처리 장치는 전계 방향과 직각으로 교차하는 열전달 가스 공급 유로를 형성한다. 또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 전계(E) 방향으로 360도 이상 회전시켜 전계(E) 방향과 교차하는 열전달 가스 공급 호스를 구비한다.
그러므로, 본 발명은 정전척과 기판 사이에 공급되는 열전달 가스의 가스 공급 경로에서 발생하는 방전 현상을 효율적으로 억제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고주파 전원의 영향을 최소화시켜 플라즈마 발생시 기판의 온도 분포를 균일하게 유지할 수 있고, 이로부터 플라즈마 처리 공정의 불량률을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (15)

  1. 기판을 유지하는 기판 유지 수단과 상기 기판 사이의 미소 공간에 열전달 가스를 공급하는 열전달 가스 공급 경로의 도중에 설치되며, 상기 열전달 가스 공급 경로 중의 일부를 가지는 방전 억제 부재로서,
    상기 방전 억제 부재 내부의 가스 공급 유로는 상기 기판 유지 수단의 기판 유지면과 평행한 방향으로 연장되는 수평 유로와, 상기 수평 유로에 연결된 연결 유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 유로는 상기 방전 억제 부재 내부에 하나 또는 그 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 유로의 지름은 1cm 이하인 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 유로가 지그재그 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스 공급 유로가 계단 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방전 억제 부재는 유전율이 4.5 이하인 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방전 억제 부재는 원통형 형상 또는 다각형의 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방전 억제 부재는 외벽면에 가스 공급 유로가 형성된 내통과 상기 내통과 결합되는 외통을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전 억제 부재.
  9. 밀폐된 챔버 내부에 설치된 전극에 전력을 인가하여 기판을 플라즈마 처리하는 플라즈마 처리 장치로서,
    상기 기판을 유지하는 기판 유지 수단과 상기 기판 사이의 미소 공간에 열전달 가스를 공급하는 열전달 가스 공급 경로를 포함하고,
    상기 열전달 가스 공급 경로의 적어도 일부는 가스 공급 경로에 야기되는 전계의 방향과 직각으로 교차하는 방향으로 연장되는 부분 및 상기 전계 방향으로 연장되는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 전계 방향으로 연장되는 부분의 가스 공급 경로의 길이는 상기 가스 공급 경로의 지름 보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 플라즈마 처리 장치는 상기 가스 공급 경로에 연결되어 열전달 가스를 공급하는 가스 공급 호스를 더 포함하고,
    상기 가스 공급 호스의 적어도 일부는 상기 전계 방향으로 360도 이상 회전되어 전계 방향과 교차하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 기판은 반도체 실리콘 웨이퍼 또는 유리기판인 플라즈마 처리장치.
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