KR101870661B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 처리실과; 상기 처리실의 상부에 제공되는 유전체 윈도우와; 상기 유전체 윈도우의 상부에 제공되고, 상기 처리실 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나와; 상기 안테나를 국지적으로 냉각하는 냉각유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉각유닛으로 플라즈마 안테나를 냉각시키는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 발생장치에는 박막증착을 위한 플라즈마 장치(Plasma Enhanced Chemical Vaper Deposition, PECVD), 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치 등이 있다.
또한, 이러한 플라즈마 장치는 RF전력의 인가방식에 따라 용량결합형(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 장치와 유도결합형(Inductively Coupled Plasma, ICP) 장치로 구분된다. 용량결합형 장치는 서로 대향되는 평행판과 전극에 RF전력을 인가하여 전극 사이에 수직으로 형성되는 RF전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이다. 유도결합형 장치는 안테나에 의하여 유도되는 유도전기장을 이용하여 소스물질을 플라즈마로 변환시키는 방식이다.
한편, 특허문헌 1에는 복수개의 코일들로 제공된 플라즈마 안테나를 개시하고 있다. 그러나 이와 같은 플라즈마 안테나는 인가되는 고주파 전원에 의해 발열이 생기며, 시간에 따라 코일들의 저항값이 변하여 처리실 내 플라즈마 밀도를 균일하게 유지하지 못하는 문제점이 있다.
특허문헌 1: 한국등록특허 10-0785404(2007.12.13. 공고)
본 발명의 실시예들은 냉각유닛으로 플라즈마 안테나를 냉각시키는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 플라즈마 처리 공정이 진행되는 처리실과; 상기 처리실의 상부에 제공되는 유전체 윈도우와; 상기 유전체 윈도우의 상부에 제공되고, 상기 처리실 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나와; 상기 안테나를 국지적으로 냉각하는 냉각유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
또한, 상기 냉각유닛은, 냉매를 상기 안테나로 제공하는 공급부재와; 상기 안테나로부터 상기 냉매를 회수하는 회수부재와; 상기 회수부재로부터 상기 냉매를 전달받아 열교환 후 상기 냉매를 상기 공급부재로 전달하는 냉각부재를 포함한다.
또한, 상기 안테나는, 중앙로드와; 상기 중앙로드에 연결되는 복수개의 코일유닛을 가지고, 상기 냉각유닛은 상기 중앙로드와, 각각의 상기 코일유닛들에 독립적으로 연결된다.
또한, 각각의 상기 코일유닛들은, 상기 중앙로드의 하단에서 수평 방향으로 직선 연장된 제1브랜치로드와; 상기 제1브랜치로드의 말단에서 수직 하방향으로 연장된 연결로드와; 상기 연결로드의 하단에서 수평 방향으로 연장되고, 상기 중앙로드로부터 일정 거리 이격되며, 상기 중앙로드의 하측 둘레를 따라 제공된 코일과; 상기 코일의 말단에서 수직 상방향으로 연장된 그라운드로드를 포함한다.
또한, 상기 연결로드는, 그 내부에 상기 냉매가 충진되는 공간이 제공되고, 상기 그라운드로드는, 그 내부에 상기 냉매가 충진되는 공간이 제공된다.
또한, 상기 냉각유닛은, 상기 중앙로드와 각각의 상기 연결로드 및 상기 그라운드로드의 외주면을 감싸며, 그 내부에 상기 냉매가 저장된 냉각부재들로 제공된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 냉각유닛으로 플라즈마 안테나를 냉각시켜 발열에 의한 코일들의 저항값 변화를 줄임으로써 처리실 내 플라즈마 밀도를 균일하게 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 안테나와 냉각유닛을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 냉각유닛의 다른 실시예에 대한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 안테나와 냉각유닛을 나타낸 도면이다.
기판 처리 장치(1)는 처리실(100,200), 기판 지지 부재(110), 고주파전원들(140,310), 배기부재(150), 가스공급부재(210), 안테나(300), 그리고 냉각유닛(400)을 갖는다.
처리실(100,200)은 하부처리실(100)과 상부처리실(200)을 가진다. 처리실(100,200)은 플라즈마를 이용한 기판 처리 공정이 진행되는 공간을 제공한다. 상부처리실(200)에는 유전체 윈도우(Dielectric Window, 220)가 제공된다. 후술할 고주파전원(310)으로부터 안테나(300)로 알에프(RF, Radio-Frequency) 파워가 공급되면 유전체 윈도우(220)를 통해 처리실(100,200) 내부에 유도 자기장이 형성되고, 유도 자기장에 의해 유도 전기장이 발생한다. 유도 전기장은 처리실(100,200) 내의 자유 전자에 에너지를 공급하여 플라즈마를 발생/유지하게 한다.
기판 지지 부재(110)는 처리실(100,200) 내에 제공된다. 기판 지지 부재(110)는 척(115)과 구동부재(120)를 가진다. 척(115)은 기판(W)을 지지한다. 일 예로, 척(115)은 정전력에 의하여 기판을 지지하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)일 수 있다. 이와 달리, 척(115)은 기계적 클램핑 방식을 이용하는 구조로 제공될 수 있다. 척(115)에는 가열부재(130)가 삽입될 수 있다. 가열부재(130)는 척(115)의 상부면에 놓인 기판(W)을 공정 온도로 가열한다. 가열부재(130)는 코일 등 저항 발열체로 제공될 수 있다. 척(115)에는 냉각부재(135)가 삽입될 수도 있다. 냉각부재(135)는 가열부재(130)의 하부에 배치될 수 있다. 구동부재(120)는 척(115)의 하부에 제공된다. 구동부재(120)는 척(115)을 상하 방향으로 이동시킨다.
고주파전원(140)은 척(115)에 연결된다. 정합기(142)는 척(115)과 고주파전원(140) 사이에 제공된다. 고주파전원(140)은 플라즈마로부터 빠져나온 이온과 라디칼이 기판(W)의 표면에 충분히 높은 에너지를 가지고 충돌할 수 있도록 바이어스 전압을 제공한다.
고주파전원(310)은 후술할 안테나(300)에 연결된다. 정합기(312)는 안테나(300)와 고주파전원(310) 사이에 제공된다.
배기부재(150)는 배기구(152), 배기라인(154), 배기유닛(156)을 가진다. 배기구(152)는 하부처리실(100)의 바닥면에 형성된다. 배기라인(154)은 배기구(152)와 배기유닛(156)을 연결한다. 일 예로, 배기유닛(156)은 진공 펌프일 수 있다.
가스공급부재(210)는 가스유입구(212), 가스공급라인(214), 반응가스공급원(216)을 가진다. 가스유입구(212)는 상부처리실(200)에 형성된다. 가스공급라인(214)는 가스유입구(212)와 반응가스공급원(216)을 연결한다.
안테나(300)는 유전체 윈도우(220)의 상측에 제공된다. 안테나(300)는 중앙로드(320)와 코일유닛들(350,360,370,380)을 갖는다. 중앙로드(320)는 고주파전원(310)으로부터 안테나(300)로 인가되는 알에프(RF) 파워를 코일유닛들(350,360,370,380)로 분배한다. 중앙로드(320)는 통 형상으로 제공된다. 코일유닛들(350,360,370,380)은 제1코일유닛(350), 제2코일유닛(360), 제3코일유닛(370), 그리고 제4코일유닛(380)을 갖는다. 제1코일유닛(350)은 제1브랜치로드(351), 제1연결로드(352), 제1코일(353), 그리고 제1그라운드로드(355)를 갖는다. 제1브랜치로드(351)는 중앙로드(320)의 하단으로부터 수평방향으로 연장된다. 제1브랜치로드(351)는 바(bar) 형상으로 제공된다. 일 예로, 제1브랜치로드(351)는 직육면체 형상의 바(bar)로 제공될 수 있다. 제1연결로드(352)는 제1브랜치로드(351)의 말단에서 수직 하방향으로 연장된다. 제1연결로드(352)는 통 형상으로 제공된다. 일 예로, 제1연결로드(352)는 원통 형상으로 제공된다. 제1연결로드(352)의 내부에는 공간(미도시)이 제공된다. 제1연결로드(352)의 내부 공간(미도시)으로 후술할 냉각유닛(400)의 냉매가 충진된다. 제1연결로드(352)의 상단에는 냉매가 인입되는 인입포트(미도시)가 제공되고, 제1연결로드(352)의 하단에는 냉매가 인출되는 인출포트(미도시)가 제공된다. 제1코일(353)은 제1연결로드(352)의 하단에서 수평 방향으로 연장된다. 제1코일(353)은 중앙로드로부터 일정 거리 이격되고 중앙로드(320)의 하측 둘레를 따라 연장된다. 제1코일(353)의 말단에는 제1그라운드로드(355)가 제공된다. 제1그라운드로드(355)는 제1코일(353)의 말단에서 수직 상방향으로 연장된다. 제1그라운드로드(355)는 접지선과 연결된다. 제2코일유닛(360), 제3코일유닛(370), 그리고 제4코일유닛(380)은 제1코일유닛(350)과 동일한 구조를 갖는다. 설명하지 않은 도면 번호 361은 제2브랜치로드, 362는 제2연결로드, 363은 제2코일, 365는 제2그라운드로드이고, 371은 제3브랜치로드, 372는 제3연결로드, 373은 제3코일, 375는 제3그라운드로드이며, 381은 제4브랜치로드, 382는 제4연결로드, 383은 제4코일, 385는 제4그라운드로드이다. 한편, 브랜치로드들(351,361,371,381)은 중앙로드(320)의 하단에서 방사형으로 배치된다. 일 예로, 브랜치로드들(351,361,371,381)은 중앙로드(320)의 하단에서 서로 90°의 간격을 유지하며 배치될 수 있다. 즉, 도 2를 참조할 때, 제1브랜치로드(351)는 제 2 방향(Ⅱ)과 나란하게 연장되고, 제3브랜치로드(371)는 제 1 브랜치로드(351)와 반대방향으로 제 2 방향(Ⅱ)과 나란하게 연장된다. 또한, 제2브랜치로드(361)는 제 1 방향(Ⅰ)과 나란하게 연장되고, 제4브랜치로드(381)는 제2브랜치로드(361)와 반대방향으로 제 1 방향(Ⅰ)과 나란하게 연장된다.
냉각유닛(400)은 공급부재(410), 회수부재(420), 그리고 냉각부재(430)를 갖는다. 공급부재(410)는 냉매를 안테나(300)로 제공한다. 회수부재(420)는 안테나(300)로부터 냉매를 회수한다. 회수부재(420)는 회수된 냉매를 저장하는 용기를 가진다. 공급부재(410)와 회수부재(420) 중 어느 하나에는 펌프가 제공될 수 있다. 이와 달리, 공급부재(410)와 회수부재(420)는 모두 펌프를 가질 수 있다. 냉각부재(430)는 회수부재(420)로부터 냉매를 전달받아 열교환 후 냉매를 다시 공급부재(410)로 전달한다.
도 2를 참조하여, 냉각부재(430)의 냉매가 안테나(300)를 순환하는 경로를 설명한다.
공급부재(410)에서 제공되는 냉매는 각 라인을 통해 연결로드들(352,362,372,382)과 그라운드로드들(355,365,375,385)의 상단에 제공된 인입포트들(미도시)로 공급된다. 공급된 냉매는 연결로드들(352,362,372,382)과 그라운드로드들(355,365,375,385)에 발생된 열을 흡수한다. 열을 흡수한 냉매는 연결로드들(352,362,372,382)과 그라운드로드들(355,365,375,385)의 하단에 제공된 인출포트들(미도시)로부터 인출되어 각 라인을 통해 회수부재(420)로 회수된다. 회수부재(420)로 회수된 냉매는 냉각부재(430)로 보내진다. 냉각부재(430)는 열교환을 통해 냉매로부터 열을 제거한 후 다시 공급부재(410)로 냉매를 공급한다. 냉각부재(430)는 열교환을 위해 다수개의 방열판을 가질 수 있다. 이와 같이 냉각유닛(400)의 냉매가 순환하며 연결로드들(352,362,372,382)과 그라운드로드들(355,365,375,385)에서 발생한 열을 제거함으로써 발열에 의한 코일들의 저항값 변화를 줄여 처리실 내 플라즈마 밀도를 균일하게 유지할 수 있다.
도 3은 도 2의 냉각유닛의 다른 실시예에 대한 도면이다.
도 3을 참조하면, 냉각유닛은 제1냉각부재(510), 제2냉각부재들(530a,530b,530c,530d), 그리고 제3냉각부재들(550a,550b,550c,550d)를 가진다. 제1냉각부재(510)는 중앙로드(320)의 외주면을 감싼다. 제1냉각부재(510)는 그 내부에 냉매가 저장된다. 제2냉각부재들(530a,530b,530c,530d)은 각각 연결로드들(352,362,372,382)의 외주면을 감싼다. 제2냉각부재들(530a,530b,530c,530d)은 그 내부에 냉매가 저장된다. 제3냉각부재들(550a,550b,550c,550d)은 각각 그라운드로드들(355,365,375,385)의 외주면을 감싼다 제3냉각부재들(550a,550b,550c,550d)은 그 내부에 냉매가 저장된다. 제1냉각부재(510), 제2냉각부재들(530a,530b,530c,530d), 그리고 제3냉각부재들(550a,550b,550c,550d)은 냉각시트로 제공될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 **
100 : 하부처리실 200 : 상부처리실
220 : 유전체 윈도우 300 : 안테나
400 : 냉각유닛 410 : 공급부재
420 : 회수부재 430 : 냉각부재

Claims (6)

  1. 기판 처리 장치에 있어서,
    플라즈마 처리 공정이 진행되는 처리실과;
    상기 처리실의 상부에 제공되는 유전체 윈도우와;
    상기 유전체 윈도우의 상부에 제공되고, 상기 처리실 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나와;
    상기 안테나를 국지적으로 냉각하는 냉각유닛을 포함하며,
    상기 냉각유닛은,
    냉매를 상기 안테나로 제공하는 공급부재와;
    상기 안테나로부터 상기 냉매를 회수하는 회수부재와;
    상기 회수부재로부터 상기 냉매를 전달받아 열교환 후 상기 냉매를 상기 공급부재로 전달하는 냉각부재를 포함하며,
    상기 안테나는,
    중앙로드와;
    상기 중앙로드에 연결되는 복수개의 코일유닛을 가지고,
    상기 냉각유닛은 상기 중앙로드와, 각각의 상기 코일유닛들에 독립적으로 연결되며,
    각각의 상기 코일유닛들은,
    상기 중앙로드의 하단에서 수평 방향으로 직선 연장된 제1브랜치로드와;
    상기 제1브랜치로드의 말단에서 수직 하방향으로 연장된 연결로드와;
    상기 연결로드의 하단에서 수평 방향으로 연장되고, 상기 중앙로드로부터 일정 거리 이격되며, 상기 중앙로드의 하측 둘레를 따라 제공된 코일과;
    상기 코일의 말단에서 수직 상방향으로 연장된 그라운드로드를 포함하며
    상기 제1브랜치로드로는 냉매가 공급되지 않고,
    상기 중앙로드와, 상기 연결로드와, 상기 그라운드로드로는 냉매가 공급되는 기판 처리 장치.
  2. 기판 처리 장치에 있어서,
    플라즈마 처리 공정이 진행되는 처리실과;
    상기 처리실의 상부에 제공되는 유전체 윈도우와;
    상기 유전체 윈도우의 상부에 제공되고, 상기 처리실 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나와;
    상기 안테나를 국지적으로 냉각하는 냉각유닛을 포함하며,
    상기 냉각유닛은,
    냉매를 상기 안테나로 제공하는 공급부재와;
    상기 안테나로부터 상기 냉매를 회수하는 회수부재와;
    상기 회수부재로부터 상기 냉매를 전달받아 열교환 후 상기 냉매를 상기 공급부재로 전달하는 냉각부재를 포함하며,
    상기 안테나는,
    중앙로드와;
    상기 중앙로드에 연결되는 복수개의 코일유닛을 가지고,
    상기 냉각유닛은 상기 중앙로드와, 각각의 상기 코일유닛들에 독립적으로 연결되며,
    각각의 상기 코일유닛들은,
    상기 중앙로드의 하단에서 수평 방향으로 직선 연장된 제1브랜치로드와;
    상기 제1브랜치로드의 말단에서 수직 하방향으로 연장된 연결로드와;
    상기 연결로드의 하단에서 수평 방향으로 연장되고, 상기 중앙로드로부터 일정 거리 이격되며, 상기 중앙로드의 하측 둘레를 따라 제공된 코일과;
    상기 코일의 말단에서 수직 상방향으로 연장된 그라운드로드를 포함하며
    상기 제1브랜치로드로는 냉매가 공급되지 않고,
    상기 중앙로드로는 냉매가 공급되는 기판 처리 장치.
  3. 기판 처리 장치에 있어서,
    플라즈마 처리 공정이 진행되는 처리실과;
    상기 처리실의 상부에 제공되는 유전체 윈도우와;
    상기 유전체 윈도우의 상부에 제공되고, 상기 처리실 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나와;
    상기 안테나를 국지적으로 냉각하는 냉각유닛을 포함하며,
    상기 냉각유닛은,
    냉매를 상기 안테나로 제공하는 공급부재와;
    상기 안테나로부터 상기 냉매를 회수하는 회수부재와;
    상기 회수부재로부터 상기 냉매를 전달받아 열교환 후 상기 냉매를 상기 공급부재로 전달하는 냉각부재를 포함하며,
    상기 안테나는,
    중앙로드와;
    상기 중앙로드에 연결되는 복수개의 코일유닛을 가지고,
    상기 냉각유닛은 상기 중앙로드와, 각각의 상기 코일유닛들에 독립적으로 연결되며,
    각각의 상기 코일유닛들은,
    상기 중앙로드의 하단에서 수평 방향으로 직선 연장된 제1브랜치로드와;
    상기 제1브랜치로드의 말단에서 수직 하방향으로 연장된 연결로드와;
    상기 연결로드의 하단에서 수평 방향으로 연장되고, 상기 중앙로드로부터 일정 거리 이격되며, 상기 중앙로드의 하측 둘레를 따라 제공된 코일과;
    상기 코일의 말단에서 수직 상방향으로 연장된 그라운드로드를 포함하며
    상기 제1브랜치로드로는 냉매가 공급되지 않고,
    상기 연결로드로는 냉매가 공급되는 기판 처리 장치.
  4. 기판 처리 장치에 있어서,
    플라즈마 처리 공정이 진행되는 처리실과;
    상기 처리실의 상부에 제공되는 유전체 윈도우와;
    상기 유전체 윈도우의 상부에 제공되고, 상기 처리실 내에 유도 전기장을 형성하는 안테나와;
    상기 안테나를 국지적으로 냉각하는 냉각유닛을 포함하며,
    상기 냉각유닛은,
    냉매를 상기 안테나로 제공하는 공급부재와;
    상기 안테나로부터 상기 냉매를 회수하는 회수부재와;
    상기 회수부재로부터 상기 냉매를 전달받아 열교환 후 상기 냉매를 상기 공급부재로 전달하는 냉각부재를 포함하며,
    상기 안테나는,
    중앙로드와;
    상기 중앙로드에 연결되는 복수개의 코일유닛을 가지고,
    상기 냉각유닛은 상기 중앙로드와, 각각의 상기 코일유닛들에 독립적으로 연결되며,
    각각의 상기 코일유닛들은,
    상기 중앙로드의 하단에서 수평 방향으로 직선 연장된 제1브랜치로드와;
    상기 제1브랜치로드의 말단에서 수직 하방향으로 연장된 연결로드와;
    상기 연결로드의 하단에서 수평 방향으로 연장되고, 상기 중앙로드로부터 일정 거리 이격되며, 상기 중앙로드의 하측 둘레를 따라 제공된 코일과;
    상기 코일의 말단에서 수직 상방향으로 연장된 그라운드로드를 포함하며,
    상기 제1브랜치로드로는 냉매가 공급되지 않고,
    상기 그라운드로드로는 냉매가 공급되는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결로드는, 그 내부에 상기 냉매가 충진되는 공간이 제공되고,
    상기 그라운드로드는, 그 내부에 상기 냉매가 충진되는 공간이 제공되는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉각유닛은, 상기 중앙로드와 각각의 상기 연결로드 및 상기 그라운드로드의 외주면을 감싸며, 그 내부에 상기 냉매가 저장된 냉각부재들로 제공되는 기판 처리 장치.
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