KR20060007663A

KR20060007663A - 플라즈마 처리 장치

Info

Publication number: KR20060007663A
Application number: KR1020040056518A
Authority: KR
Inventors: 김영한
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2004-07-20
Publication date: 2006-01-26

Abstract

본 발명은 정전척에 고정된 웨이퍼가 헬륨가스에 의해 냉각되는 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명은 웨이퍼를 정전기에 의하여 그 상면에 고정하는 지지판을 갖는 정전척과; 상기 정전척에 놓여진 웨이퍼를 냉각시키기 위해 상기 정전척을 통해 상기 웨이퍼의 저면으로 헬륨가스를 공급하는 헬륨가스 순환라인을 갖는 헬륨가스 공급부재를 포함하되; 상기 헬륨가스공급부재는 상기 헬륨가스의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성을 개략적으로 보여주는 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 진공챔버

120 : 정전척

130 : 냉각수 공급부재

140 : 헬륨가스 공급부재

142 : 그루부(groove)

144 : 헬륨가스 유입관

146 : 헬륨가스 유출관

148 : 온도조절부

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 정전척에 고정된 웨이퍼가 헬륨가스에 의해 냉각되는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 소스를 이용한 반도체 장비(식각 및 CVD 등)의 경우 그 프로세스 특성이 챔버내의 각 파트, 웨이퍼 및 가스의 온도에 민감한 특성을 나타낸다. 또한, 무어의 법칙을 따르는 반도체의 특성상 계속되는 디바이스의 쉬링크(shrink)의 온도는 CD(Critical Dimension), 식각율, 선택비 및 프로파일에 가장 민감한 원인이라고 할 수 있다.

기존의 웨이퍼 온도 제어는 정전척의 온도 제어와 함께 웨이퍼 백사이드로 공급되는 헬륨가스의 양을 조절하는 방식으로 이루어졌다. 그러나, 이러한 방식은 정전척 수명(정전척 표면 거칠기) 등에 민감하며, 공정 진행중의 실제 웨이퍼 온도를 제어하는데 어려움이 있었다.

또한, 정전척의 온도와 웨이퍼 백사이드로 공급되는 헬륨가스의 온도차로 인해서 정전척의 온도 불균형이 발생되고 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 헬륨가스의 온도를 제어하여 웨이퍼에 에너지를 직접적으로 전달하여 웨이퍼의 온도를 효과적으로 제어할 수 있는 새로운 형태의 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.

또 다른 목적은 헬륨가스의 온도를 정전척의 온도와 동일하게 제어하여 헬륨가스로 인한 정전척의 온도 불균형을 최소화할 수 있는 새로운 형태의 플라즈마 처리 장치를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 웨이퍼를 정전기에 의하여 그 상면에 고정하는 지지판을 갖는 정전척과; 상기 정전척에 놓여진 웨이퍼를 냉각시키기 위해 상기 정전척을 통해 상기 웨이퍼의 저면으로 냉각가스를 공급하는 냉각가스 순환라인을 갖는 냉각가스 공급부재를 포함하되; 상기 냉각가스공급부재는 상기 냉각가스의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 냉각가스공급부재는 상기 냉각가스 순환라인에 설치되어 냉각가스의 흐름을 조절하는 유량조절부를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 냉각가스는 헬륨가스 또는 아르곤 가스 일 수 있다.

예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 진공 챔버(110)와, 진공 챔버(110) 내부에 웨이퍼(w)가 놓여지는 정전척(120) 그리고 상기 정전척(120)에 놓여진 웨이퍼의 저면을 냉각하기 위한 냉각가스인 헬륨가스를 공급하는 헬륨가스 공급부재(140)를 포함한다.

상기 정전척(120)은 웨이퍼(w)를 파지하는 기본적인 역할 이외에도 공정 진행중 웨이퍼의 온도를 제어하는 기능을 겸비하고 있다.

상기 정전척(120)을 좀더 구체적으로 살펴보면, 상기 정전척은 몸체(122), 이 몸체의 내부에 설치되는 알에프 전극(124), 정전척 전극(126), 웨이퍼가 놓여지는 지지판(128), 상기 몸체를 냉각하기 위한 냉각수 공급부재(130)를 포함한다.

상기 알에프 전극(124)에는 알에프 공급라인(124a)의 일단이 연결되고, 이의 타단에는 알에프 전원(124b)으로부터 발생된 고주파 전력을 알에프 전극에 최대한 전달하기 위한 임피던트 정합장치(24c)를 포함하는 바이어스 소스가 구비되어, 상기 알에프 전극(124)에 전압을 공급함으로써 플라즈마 이온의 임팩트 정도를 조절하게 된다. 한편, 상기 정전척 전극(126)에는 외부로부터 직류전압을 인가하는 직류전압 공급라인(126a)이 연결된다.

상기 냉각수 공급부재(130)는 냉각수가 흐르는 워터재킷(132)과, 냉각수가 공급되는 냉각수 공급라인(134) 그리고 워터재킷으로부터 냉각수가 배출되는 냉각수 배출라인(136)을 갖는다. 상기 냉각수 공급라인(134)과 냉각수 배출라인(136)은 칠러(138)와 연결된다. 이처럼, 상기 정전척(120)은 내부에 냉각수를 순환시킴으로써 웨이퍼의 온도를 제어하게 된다. 상기 정전척과 상기 워터재킷은 일체형으로 구조를 단순화한 타입이 사용될 수도 있다.

한편, 상기 헬륨가스 공급부재(140)는 상기 정전척(120)의 지지판(128) 상면에 고정된 웨이퍼(w)가 공정진행중 과열되는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 지지판(128)과 상기 웨이퍼 사이에 헬륨가스를 공급하여 웨이퍼의 온도 상승을 억제 하게 된다.

이를 위해 상기 헬륨가스공급부재(140)는 상기 지지판(128)의 상면에 형성된 헬륨가스가 흐를 수 있는 유로, 즉 그루부(groove;142)를 갖는다. 이러한 그루부(142)에는 각각 외부로부터 헬륨가스를 인입하는 헬륨가스 유입관(144)과 헬륨가스가 유출되는 헬륨가스 유출관(146)로 이루어지는 헬륨가스 순환라인이 연결된다.

상기 헬륨가스 유입관(144)과 상기 헬륨가스 유출관(146)에는 각각 상기 헬륨가스의 온도를 제어하는 온도조절부(148)가 설치된다. 상기 헬륨가스는 상기 온도조절부(148)에서 상기 정전척의 몸체 온도(일예로 영하20도)와 동일한 온도로 조절된 후 상기 그루부(142)로 공급된다. 물론, 상기 온도조절부(148)는 상기 헬륨가스의 온도를 상기 정전척의 자체 온도보다 높거나 또는 낮게 조절할 수 있음은 물론이다. 한편, 상기 헬륨가스 유입관(144)과 상기 헤륨 유출관(146)에는 공급되는 그리고 유출되는 헬륨가스의 양을 조정하기 유량조절부(150)가 설치되어 있다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 플라즈마 처리장치에서의 웨이퍼 냉각 작용을 설명하면 다음과 같다.

공정을 진행할 웨이퍼(W)를 정전척(120)의 상면에 놓은 상태에서 정전척(120)에 직류전원을 인가하면 정전척(120)의 정전력에 의해 웨이퍼(W)가 밀착 고정된다. 이 상태에서 상기 알에프 전극(124)에 전압을 공급과 함께 진공 챔버(110) 내부로 반응가스를 투입하여 공정을 진행하게 된다. 이러한 일련의 과정은 일반적인 것으로 더 이상의 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 공정 진행중 웨이퍼(W)가 지나치게 가열되는 것을 방지하기 위해 상기 정전척의 워터재킷(132)에는 냉각수가 공급되고, 이로 인해 정전척(120)은 일정온도(예를 들어 -20도)로 유지된다. 한편, 헬륨가스는 상기 헬륨가스 유입관(144)을 통해 상기 그루브로 공급된다. 이때 헬륨가스는 온도조절부(148)를 거치면서 상온의 온도에서 상기 정전척의 냉각 온도와 유사한 -20도로 냉각된 상태로 공급된다. 상기 헬륨가스는 상기 정전척의 지지판(128)에 형성된 그루브(142)를 순환하면서 웨이퍼(W)의 배면을 효과적으로 냉각하게 된다. 상기 헬륨가스는 유량조절부(150)에 의해 적절한 공급 및 방출량이 조절되어 상기 공급된 헬륨가스의 일부는 헬륨가스 유출관(146)을 통해 방출되게 된다.

이러한 과정은 결국 공정진행중 상기 온도조절부에 의해 냉각된 새로운 헬륨가스가 웨이퍼(W)의 배면으로 지속적으로 공급되고 웨이퍼(W)의 열에 의해 가열된 헬륨가스는 챔버(6)의 내부공간을 통하지 않고 챔버(6)의 외부로 방출되게 되는 것을 의미하게 된다. 하나의 웨이퍼(W)에 대한 공정이 완료된 후에는 헬륨가스 유입관을 닫고, 시간차를 두고 헬륨가스 유출관을 닫아 그루브(11e, 11f, 11g)등에 있는 헬륨가스를 완전히 뽑아낸 후 다시 웨이퍼(W)를 정전척(11)의 상면에 장착하여 상기한 과정을 반복하는 것에 의해 공정을 진행하게 된다.

이처럼, 본 발명은 헬륨가스의 온도가 조절된 후 웨이퍼의 저면으로 공급됨으로써 웨이퍼의 온도를 직접적으로 제어할 수 있는 것이다.

이상에서, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 헬륨가스가 온도조절부를 통해 온도 조절이 이루어진 상태에서 웨이퍼의 배면으로 공급됨으로써, 웨이퍼를 효과적으로 냉각할 수 있다.

Claims

플라즈마 처리 장치에 있어서:

웨이퍼를 정전기에 의하여 그 상면에 고정하는 지지판을 갖는 정전척과;

상기 정전척에 놓여진 웨이퍼를 냉각시키기 위해 상기 정전척을 통해 상기 웨이퍼의 저면으로 냉각가스를 공급하는 냉각스 공급라인을 갖는 냉각가스 공급부재를 포함하되;

상기 냉각가스공급부재는 상기 냉각가스의 온도를 조절하는 온도조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 냉각가스공급부재는 상기 냉각가스공급라인에 설치되어 냉각가스의 흐름을 조절하는 유량조절부를 더 포함하고,

상기 냉각가스는 헬륨가스 또는 아르곤 가스인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
제1항에 있어서,

상기 온도 조절부는 상기 냉각가스의 온도를 상기 정전척의 온도와 동일한 온도로 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.