KR20060089419A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 하측에 마련되어 기판이 적재되는 하부전극; 상기 하부전극의 하면에 접한 상태로 마련되어 상기 하부전극을 냉각시키며, 상면에서 소정 너비와 소정 높이로 함몰되어 냉각 매체가 유동되는 냉각 유로가 다수개 형성되는 냉각판; 상기 하부전극과 냉각판의 냉각 유로 주위와의 접촉면에 각각 개재되어 냉각 유로의 기밀을 유지하는 기밀유지부재;를 포함하며,

상기 냉각판의 냉각 유로는 다량의 냉각 매체가 유동될 수 있도록 평판 형상으로 면적을 증가시켜 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치를 제공한다.

플라즈마 처리장치, 전극부, 하부전극, 냉각판, 냉각 유로, 와류 방지부

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing apparatus}

도 1은 종래의 플라즈마 처리장치의 측단면도이다.

도 2는 종래의 플라즈마 처리장치의 전극부 구성물인 냉각판과 하부전극을 도시한 측단면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 전극부를 도시한 측단면도이다.

도 4는 상기 플라즈마 처리장치의 냉각판을 도시한 평면도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

114 : 하부전극 116 : 냉각판

117 : 냉각 유로 117a : 가이드

124 : 와류 방지부

본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 온도 상승을 방지하기 위해 하부전극의 저면에 냉각판을 구비하고 그 냉각판에 형성된 평판형 냉각 유로에 의해 공정 처리 과정중 기판의 온도 과열을 방지할 수 있게 한 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.

상술한 반도체 웨이퍼 또는 액정 기판에 플라즈마 처리를 실시하는 과정을 설명하면 우선, 기판 수납 장치(이하 "카세트"라 칭함)에 다수 적재된 반도체 웨이퍼 또는 액정기판(이하 "기판"이라 칭함)을 운송 로봇에 의해 반입 또는 반출시키되 진공과 대기압을 순환하는 로드락 챔버(Load Lock Chamber) 내로 반입시키고 상기 로드락 챔버의 내부가 진공상태가 되도록 펌핑(Pumping)을 실시하여 진공으로 만들고 난 다음, 이송수단을 작동시켜 기판을 반송 챔버(Transfer Chamber)로 이동시킨다.

여기서, 상술한 기판이 이송된 반송 챔버는 진공 상태를 유지하는 다수의 공정 챔버(Process Chamber)와 연통되어 있고, 상기 반송 챔버는 각각의 공정 챔버로 이송수단을 통해 반입, 반출을 실시하며, 여기서 각각의 공정 챔버로 반입된 기판은 하부 전극의 상부에 위치된 적재대 상에 놓이게 되며, 상부 전극 하부에 형성된 미세 구멍을 통해 공정 가스가 유입되고, 유입된 가스로 외부의 전원을 인가 받은 상, 하부 전극에 의해 전기 방전을 일으켜 기판의 표면에 플라즈마 공정을 진행하는 것이다.

여기서, 상술한 공정 챔버내에서 플라즈마 공정 처리시 기판이 안착된 하부전극의 온도가 상승함에 따라 그 하부전극의 온도를 저하시켜 최종적으로 기판의 온도 상승을 방지하여 온도를 일정하게 유지하도록 하부에 냉각판이 마련되며, 이 냉각판의 내부에 유체 및 기체와 같은 냉각 매체를 순환시켜 하부전극을 냉각할 수 있게 냉각라인을 건드릴(Gun Drill)로 가공 형성한다.

종래의 플라즈마 처리장치는 도 1에 도시된 바와 같이 내부에서 공정 처리가 이루어지는 공정챔버(10)와, 상술한 공정챔버(10)내 상측에 마련되어 외부의 공정 가스가 유입되는 상부전극(20)과, 상기 상부전극(20)과 대향된 하측에 마련되어 기판(도면에 미도시)이 상면에 적재되며, 전원이 인가되는 전극부로 이루어진다.

상술한 전극부는 최하부에 위치된 베이스 플레이트(20)와, 상기 베이스 플레이트(20) 상면에 적재된 절연부재(18)와, 상술한 절연부재(18) 상면에 적재된 냉각판(16)과, 상술한 냉각판(16)의 상면에 적재된 하부전극(14)이 순차적으로 적층되어 이루어지며, 상술한 전극부의 외벽과 상부 영역 가장자리부에 플라즈마로부터 보호하는 절연판(22)이 전극부의 둘레를 감싸도록 한 다음 다수개의 볼트에 의해 상면 가장자리부와 측면 및 저면에서 각각 체결된다.

여기서, 상술한 냉각판(16)은 도 2에 도시된 바와 같이 판상으로, 그 내부에 지그재그 형상을 갖도록 냉각라인(16a)이 가공 형성되며, 양측벽 가장자리부를 건 드릴에 의해 각각 관통시키는 횡방향 냉각라인과 이 횡방향 냉각라인과 적정 간격을 갖도록 직교되게 관통 형성된 다수개의 종방향 냉각라인도 각각 건 드릴로 관통시켜 일측과 타측의 횡방향 냉각라인을 향해 직교된 외측에서 건 드릴로 가공하여 각각 유입구와 배출구가 형성되는 구조이다. 그리고, 각각 관통된 횡, 종방향 냉각라인의 양단에 각각 삽입되어 그 냉각라인(16a) 내부의 기밀을 유지함과 동시에 밀폐시키는 밀폐부재(도면에 미도시)가 각 끝단에 삽입된다.

그리고, 상술한 하부전극(14)과 냉각판(16)의 접촉면에는 상술한 하부전극(14)의 온도를 측정하는 온도측정장치(도면에 미도시)가 별도로 구비되어 상술한 온도측정장치가 공정 가스로부터 손상됨을 방지할 수 있도록 하부전극(14)과 냉각판(16)과의 중심부에 대해 기밀을 유지하는 오링(O-ring : O)이 하부전극(14)과 냉각판(16)에 개재된다.

그러므로, 상술한 냉각라인(16a)은 횡방향 냉각라인의 중심부에 형성된 유입구를 통해 유입되는 냉각 매체가 횡방향 냉각라인 양측으로 분할되어 이동되고 그 횡방향 냉각라인에 적정 간격으로 직교되게 병렬 형성된 다수개의 종방향 냉각라인을 따라 유동하며, 각각의 종방향 냉각라인이 이격된 횡방향 냉각라인에 연통되어 그 횡방향 냉각라인의 중심부에 형성된 배출구를 통해 배출된다.

즉, 상술한 기판의 온도 상승을 방지하기 위해 하부전극(14)의 저면에 결합시키는 냉각판(16)은 상술한 냉각판(16)의 내부에 형성된 냉각라인(16a)을 통해 냉각판(16)을 냉각시킨 다음, 열평형에 의해 하부전극(14)의 열이 냉각판(16)으로 열전도에 의해 이동되면서 하부전극(14)을 냉각하였다.

여기서, 상술한 하부전극(14)과 냉각판(16)은 서로 접한 상태이지만 고체 특성상 온도 상승으로 인해 변형됨에 따라 하부전극(14)과 냉각판(16)은 볼트에 의해 체결되어 가장자리부를 제외한 나머지 부분은 미세량 만큼 이격된 공간이 형성되므로 열전달에 있어 전도는 되지 않고 대류나 복사에 의해 열평형이 이루어져 냉각 효율이 저하되며, 상술한 냉각판(16)의 사방에서 건드릴에 의해 관통시켜야 하므로 가공이 어렵고, 제작 비용이 증가하고 상술한 하부전극(14)과 냉각판(16)과의 발생틈으로 인해 열평형을 방해하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 기판이 적재되는 하부전극의 온도 상승을 방지할 수 있도록 구비되는 냉각판의 냉각 유로 면적을 상승시켜 대면적에 따른 유량을 크게하고 냉각 매체의 순환 속도를 빠르게 하여 냉각 효율을 상승시키는 플라즈마 처리장치를 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서, 상기 챔버내 하측에 마련되어 기판이 적재되는 하부전극; 상기 하부전극의 하면에 접한 상태로 마련되어 상기 하부전극을 냉각시키며, 상면에서 소정 너비와 소정 높이로 함몰되어 냉각 매체가 유동되는 냉각 유로가 다수개 형성되는 냉각판; 상기 하부전극과 냉각판의 냉각 유로 주위와의 접촉면에 각각 개재되어 냉각 유로의 기밀을 유지하는 기밀유지부재;를 포함하며, 상기 냉각판의 냉각 유로는 다량의 냉각 매체가 유동될 수 있도록 평판 형상으로 면적을 증가시켜 마련됨으로써, 상술한 하부전극의 저면에 결합되는 냉각판을 구비하고 이 냉각판의 상면은 냉각 매체가 다량으로 유동될 수 있도록 대면적을 갖도록 부분적으로 함몰시켜 냉각 매체의 유동량을 배가함에 따라 냉각 효율을 극대화시키고 가공이 용이하므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 냉각 유로의 입력단에 냉각 매체의 유동시 와류의 발생을 방지하는 와류 방지부가 더 마련됨으로써, 냉각 매체가 와류 방지부를 통과하면와류 발생이 차단되면서 난류로 바뀌게 되고 난류성에 따른 압력구배가 형성됨에 따라 냉각 매체의 유동 속도를 빠르게 하므로 바람직하다.

또한, 본 발명에서의 와류 방지부는, 망 형상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는 냉각 유로의 중앙부에 길이 방향으로 연장되는 가이드가 더 마련되어 냉각 매체의 직진성을 제공함으로써, 냉각 매체의 유동을 직진성을 갖도록 안내하므로 바람직하다.

이하, 본 발명의 플라즈마 처리장치를 첨부도면을 참조하여 일 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 일 실시예의 플라즈마 처리장치는 도면에는 도시되지 않았지만 공정챔버와, 상술한 공정챔버내 상측에 마련되어 기판에 소정 가스를 분사하는 상부전극과, 상술한 상부전극의 대향된 하측에 마련되어 기판이 적재되며, 전원이 인가되는 전극부로 이루어진다.

여기서, 상술한 전극부는 도 3에 도시된 바와 같이 최하부에 위치된 베이스 플레이트(120)에 순차적으로 적층된 절연부재(118)와, 냉각판(116)과, 하부전극(114)으로 이루어지며, 상술한 전극부의 외벽과 상부 영역 가장자리부에 플라즈마로부터 보호하는 절연판(122)이 각각 감싸고 있는 구조로 종래의 그것과 동일한 구조와 기능을 하므로 상세한 설명은 생략한다.

상술한 냉각판(116)은 도 4에 도시된 바와 같이 적정 두께를 갖는 판상으로 상면에는 일측에서 타측으로 함몰되는 복수개의 냉각 유로(117)가 형성되고, 일측과 타측에는 상술한 냉각 유로(117)보다 폭을 좀더 넓게 하여 일측에는 입력단이 타측에는 출력단이 각각 형성되게 한다.

그리고, 상술한 입력단에는 형상의 와류 방지부(124)가 구비되어 냉각 매체가 입력단에 구비된 와류 방지부(124)를 통과하면서 와류 발생을 저지하고 그 냉각 매체가 난류로 바뀌면서 압력구배가 형성됨에 따라 냉각 매체의 진행 속도를 증가시켜 냉각 효율을 상승시킨다.

상술한 와류 방지부(124)는 유입되는 냉각 매체의 유동을 지연시켜 냉각 유로(117)로 냉각 매체가 균일한 분포로 유동되게 한다.

그리고, 도면에는 도시하지 않았지만 상술한 입력단과 출력단에는 그 형상이 각각 직사각 형상으로 형성되어 외부로부터 냉각 매체가 유입되어 배출될 수 있도록 입력단과 출력단의 형상과 상응한 연결관이 각각 결합된다. 여기서, 원형의 관을 통해 유입되는 냉각 매체의 유량보다, 면적이 넓은 평판 형상을 갖는 연결관을 통해 유입되는 냉각 매체의 유량이 많으므로 냉각 효율 또한 상승하게 된다.

그리고, 상술한 냉각 유로(117)의 상면 중간 영역에는 상술한 냉각 유로(117)와 평행상태로 구비되는 가이드(117a)를 마련하여 그로 인해 냉각 매체의 유동시 유체가 직진성을 갖도록 이동할 수 있게 냉각 매체의 이동을 안내한다.

상술한 냉각 유로(117)는 그 단면 형상이 직사각형의 형상으로 형성되므로 냉각 매체의 유동 면적을 넓게 하여 그만큼 냉각 효율이 상승하게 된다.

여기서, 상술한 냉각 유로(117)의 형상은 본 실시예에서 한정하지 않고 면적의 증가에 주안점을 두므로 다양한 변형 실시가 가능하다.

그리고, 냉각 매체가 순환되도록 냉각 유로(117)가 형성된 냉각판(116)과 상술한 냉각판(116)의 상면에 위치된 하부전극(114)과의 접촉면에는 기밀을 유지할 수 있도록 하부전극(114)의 저면과 냉각 유로(117)와 근접한 냉각판(116)의 좌우 영역 상면에 기밀유지부재(O)가 개재된다.

그러므로, 본 발명의 플라즈마 처리장치의 전극부중 기판이 적재되는 하부전극의 냉각은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 상술한 하부전극(114)의 저면에 냉각판(116)의 상면이 접하도록 마련하고 상술한 냉각판(116)의 상면에 적정 폭을 갖도록 하측으로 함몰시켜 형성되는 냉각 유로(117)를 통한 냉각 매체의 순환에 의해 실시되며, 상술한 냉각판(116)의 상면에 복수개로 형성된 냉각 유로(117)는 직사각 형상으로 마련되어 냉각 매체가 면적이 넓은 냉각 유로(117)를 통해 순환된다.

즉, 외부에서 제공하는 액체 또는 기체와 같은 냉각 매체가 상술한 냉각판(116)의 일측 입력단에 결합되는 연결관을 통해 공정챔버(도면에 미도시) 내부로 유입되어 입력단에 구비된 망 형태의 와류 방지부(124)를 거치면서 냉각 매체의 와류 형성을 방지하여 난류로 바뀌게 한다.

그리고, 냉각 매체가 난류로 전환되면서 이 냉각 매체에 압력구배가 형성되어 냉각 매체의 유동 속도가 증가되면서 출력단으로 유동되어 상술한 출력단에 구비된 와류 방지부(124)를 냉각 매체가 재차 거치면서 고속으로 유동되며 상술한 출 력단의 연결관을 통해 공정챔버 외부로 배출된다. 그리고, 상술한 연결관의 중간부에는 펌프(Pump)가 마련된다.

여기서, 상술한 냉각 유로(117)의 상면 중간 영역에는 상술한 냉각 유로(117)과 평행 상태인 가이드(117a)가 구비되어 유입된 냉각 매체에 대해 직진성을 갖도록 안내하면서 배출되게 한다.

그러므로, 상술한 기판이 적재되는 하부전극(114)을 냉각하기 위하여 상술한 하부전극(114)의 저면에 접하도록 위치되는 냉각판(116)은 그 상면에 일측에서 타측으로 연통되는 냉각 유로(117)를 따라 냉각 매체의 순환에 의해 냉각되며, 상술한 냉각판(116)의 냉각 유로(117) 면적을 증가시켜 면적이 증가된 냉각 유로(117)로 인해 대유량의 냉각 매체가 순환되므로 열평형 상태가 빠른 시간 내에 이루어져 냉각 효율을 최적 상태로 만든다.

즉, 상술한 하부전극(114)과 접한 냉각판(116)의 접촉면에 대면적을 갖도록 형성되는 냉각 유로(117)를 상술한 냉각판(116)에 형성하여 그 냉각판(116)을 통해 순환되는 냉각 매체의 순환 속도를 상승시키면서 유량을 크게 하므로 냉각 효율이 상승한다.

이와 같은 본 발명의 플라즈마 처리장치는 플라즈마 처리장치내 하측에 구비되는 전극부중 하부전극 저면에 접촉한 상태로 마련되는 냉각판의 상면에 하방을 향해 부분적으로 함몰시켜 형성되는 평판 형상의 냉각 유로가 형성되어 그 냉각 유로를 순환하는 냉각 매체의 유량을 크게 하고 상술한 냉각판의 입력단과 출력단에 구비되는 와류 방지부에 의해 유동 속도를 빠르게 하면서 순환되게 하여 하부전극의 냉각 효율을 상승시키며, 상술한 냉각판의 상면에 냉각 유로가 형성되어 가공이 용이하고 가공비가 절감되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 챔버 내부에 플라즈마를 발생시켜 기판에 소정의 처리를 실시하는 플라즈마 처리장치에 있어서,

   상기 챔버내 하측에 마련되어 기판이 적재되는 하부전극;

   상기 하부전극의 하면에 접한 상태로 마련되어 상기 하부전극을 냉각시키며, 상면에서 소정 너비와 소정 높이로 함몰되어 냉각 매체가 유동되는 냉각 유로가 다수개 형성되는 냉각판;

   상기 하부전극과 냉각판의 냉각 유로 주위와의 접촉면에 각각 개재되어 냉각 유로의 기밀을 유지하는 기밀유지부재;를 포함하며,

   상기 냉각판의 냉각 유로는 다량의 냉각 매체가 유동될 수 있도록 평판 형상으로 면적을 증가시켜 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각 유로의 입력단에 냉각 매체의 유동시 와류의 발생을 방지하는 와류 방지부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 와류 방지부는,

   망 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 냉각 유로의 중앙부에 길이 방향으로 연장되는 가이드가 더 마련되어 냉각 매체의 직진성을 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.

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