KR20080076432A - Plasma processing appratus - Google Patents

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KR20080076432A
KR20080076432A KR1020070016333A KR20070016333A KR20080076432A KR 20080076432 A KR20080076432 A KR 20080076432A KR 1020070016333 A KR1020070016333 A KR 1020070016333A KR 20070016333 A KR20070016333 A KR 20070016333A KR 20080076432 A KR20080076432 A KR 20080076432A
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silicon electrode
cooling plate
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processing apparatus
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한오연
서기원
김상호
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삼성전자주식회사
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Abstract

A plasma processing apparatus is provided to minimize a flatness change of a cooling plate by efficiently controlling a heat transfer between a silicon electrode and a cooling plate. A plasma processing apparatus includes a chamber(100), an electrostatic chuck(110), a silicon electrode(120), and a cooling plate(140). The electrostatic chuck is installed inside the chamber. A substrate is installed on an upper plane of the electrostatic chuck. The silicon electrode is installed on an upper part of the electrostatic chuck to be apart from the electrostatic chuck. A plurality of grooves are formed on the upper plane of the silicon electrode. The cooling plate is contacted with an upper plane except the groove of the silicon electrode, and emits a heat of the silicon electrode. The silicon electrode is a cathode of the plasma processing apparatus. The electrostatic chuck is an anode of the plasma processing apparatus.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma processing appratus}Plasma processing appratus

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus including a cathode according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 캐소드의 부분 확대 단면도이다.FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of a cathode of the plasma processing apparatus of FIG. 1.

도 3은 도 2의 실리콘 전극을 나타내는 사시도이다.3 is a perspective view illustrating the silicon electrode of FIG. 2.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 캐소드의 부분 확대 단면도이다.4 is a partially enlarged cross-sectional view of a cathode of the plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 5는 도 4의 실리콘 전극과 스페이서를 나타내는 사시도이다.5 is a perspective view illustrating the silicon electrode and the spacer of FIG. 4.

도 6은 그루브 형성 전의 실리콘 전극을 150℃까지 가열하는 동안의 시간 경과에 대한 냉각판의 평탄도 변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the change in flatness of the cooling plate with respect to the passage of time while heating the silicon electrode before groove formation to 150 ° C.

도 7은 그루브 형성 후의 실리콘 전극을 150℃까지 가열하는 동안의 시간 경과에 대한 냉각판의 평탄도 변화를 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing a change in flatness of the cooling plate with respect to the passage of time during heating of the silicon electrode after groove formation to 150 ° C.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100: 챔버 110: 정전척100: chamber 110: electrostatic chuck

120, 220: 실리콘 전극 122, 124, 126: 그루브120, 220: silicon electrodes 122, 124, 126: grooves

121, 221: 볼트 공 128, 228: 제1 분사공121, 221: Bolt ball 128, 228: First injection hole

148, 248: 제2 분사공 130, 230: 볼트148 and 248: second injection holes 130 and 230: bolts

140, 240: 냉각판 222, 224, 226: 스페이서140, 240: cold plate 222, 224, 226: spacer

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각판과 접촉하는 실리콘 전극에 그루브 또는 스페이서가 형성되어, 실리콘 전극과 냉각판 사이의 열 전달을 제어할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus in which grooves or spacers are formed in a silicon electrode in contact with a cooling plate to control heat transfer between the silicon electrode and the cooling plate.

일반적으로 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 공정은 크게 플라즈마를 이용한 건식 식각과 플라즈마를 이용한 박막 증착을 예로 들 수 있다. 그 밖에도 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etch; RIE) 또는 이온 밀링(ion milling)과 같은 다양한 방법이 있는데, 이와 같은 기술들은 반도체 기판의 화학적 처리 방법과 관련한 다양한 한계를 극복하기 위하여 개발되어 왔다.In general, a process of treating a substrate using plasma may include dry etching using plasma and thin film deposition using plasma. In addition, there are various methods such as reactive ion etching (RIE) or ion milling, which have been developed to overcome various limitations related to the chemical treatment method of semiconductor substrates.

이처럼, 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치는 크게 하부구조물과 상부구조물로 구분될 수 있다. 예컨대, 하부구조물은 기판 안착부인 정전척을 포함하며 장치 내에서 하부에 위치하고, 상부구조물은 정전척의 상부에 위치한다. 상부구조물은 실리콘 전극을 포함하는데, 이러한 실리콘 전극은 그라파이트(graphite)와 실리콘을 엘라스토머 본딩(elastomer bonding)으로 결합시켜 사용한다.As such, an apparatus for processing a substrate using plasma may be classified into a lower structure and an upper structure. For example, the substructure includes an electrostatic chuck that is a substrate seat and is located at the bottom within the device, and the superstructure is located at the top of the electrostatic chuck. The superstructure includes a silicon electrode, which is used by combining graphite and silicon with elastomer bonding.

그런데, 실리콘 전극으로 그라파이트와 실리콘을 엘라스토머 본딩으로 결합시켜서 사용하는 경우에는 공정 진행 시 플라즈마에 의해 엘라스토머가 녹을 수 있고, 엘라스토머 및 그라파이트로부터 파티클이 발생되어 공정불량을 유발한다.However, in the case where the graphite electrode and the silicon are combined by the elastomer bonding as the silicon electrode, the elastomer may be melted by the plasma during the process, and particles are generated from the elastomer and the graphite to cause a process defect.

한편, 플라즈마를 이용한 기판의 처리 공정 시, 플라즈마에 노출되는 실리콘 전극으로부터 발생한 열은 실리콘 전극의 상부에 부착된 지지판 등을 통하여 방출된다. 이때, 지지판과 실리콘 전극은 열팽창율이 서로 다르고, 열팽창시 서로 다른 방향성을 가져서 서로 반대 방향으로 휘어질 수 있다. 이러한 경우, 실리콘 전극이 파손되고, 그에 따라 공정불량이 발생된다.On the other hand, in the process of processing the substrate using the plasma, heat generated from the silicon electrode exposed to the plasma is released through the support plate attached to the upper portion of the silicon electrode. In this case, the support plate and the silicon electrode have different thermal expansion coefficients, and may have different directions in thermal expansion, and thus may be bent in opposite directions. In this case, the silicon electrode is broken, resulting in process defects.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 플라즈마 처리 장치에서 실리콘 전극과 냉각판 사이의 열 전달을 제어함으로써 냉각판의 평탄도 변화를 최소화하고, 실리콘 전극의 파손을 방지할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a plasma processing apparatus capable of minimizing change in flatness of a cooling plate and preventing breakage of the silicon electrode by controlling heat transfer between the silicon electrode and the cooling plate in the plasma processing apparatus. It is.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 설치되고 상면에 기판이 안착되는 정전척, 상기 정전척의 상부에 상기 정전척과 이격되어 설치되며, 상면에 다수의 그루브가 형성되어 있는 실리콘 전극, 및 상기 실리콘 전극의 상기 그루브를 제외한 상면과 접촉하며, 상기 실리콘 전극의 열을 외부로 방출하는 냉각판을 포함한다.Plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is a chamber, an electrostatic chuck installed in the chamber and the substrate is mounted on the upper surface, spaced apart from the electrostatic chuck on the top of the electrostatic chuck, the upper surface A silicon electrode in which a plurality of grooves are formed, and a cooling plate in contact with the upper surface of the silicon electrode, except for the groove, and discharges heat of the silicon electrode to the outside.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버, 상기 챔버 내에 설치되고 상면에 기판이 안착되는 정전척, 상기 정전척의 상부에 상기 정전척과 이격되어 설치되는 실리콘 전극, 상기 실리콘 전극의 상면에 위치하는 다수의 스페이서, 및 상기 스페이서의 상면과 접촉하며, 상기 실리콘 전극의 열을 외부로 방출하는 냉각판을 포함한다.Plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention for achieving the technical problem is a chamber, an electrostatic chuck installed in the chamber and the substrate is mounted on the upper surface, a silicon electrode spaced apart from the electrostatic chuck on the top of the electrostatic chuck, A plurality of spacers located on the upper surface of the silicon electrode, and a cooling plate in contact with the upper surface of the spacer, and discharges the heat of the silicon electrode to the outside.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 본 발명에 도시된 각 도면에 있어서 각 구성 요소들은 설명의 편의를 고려하여 다소 확대 또는 축소되어 도시된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains. It is provided to fully inform the scope of the invention, and the invention is defined only by the scope of the claims. In each of the drawings shown in the present invention, each component may be shown to be somewhat enlarged or reduced in view of the convenience of description. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐소드를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 나타내는 개략적인 단면도이다. 1 is a schematic cross-sectional view showing a plasma processing apparatus including a cathode according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 플라즈마 처리 장치(10)는 챔버(100), 정전척(110), 실리콘 전극(120) 및 냉각판(140)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the plasma processing apparatus 10 includes a chamber 100, an electrostatic chuck 110, a silicon electrode 120, and a cooling plate 140.

챔버(100)는 기판(w)의 처리가 이루어지는 공간을 제공한다. 챔버(100)는 진공이 유지되는 진공챔버일 수 있다. 이와 같은 챔버(100)내에서는 플라즈마를 이용한 건식 식각 또는 플라즈마를 이용한 박막 증착 공정이 수행될 수 있다. The chamber 100 provides a space in which the substrate w is processed. The chamber 100 may be a vacuum chamber in which a vacuum is maintained. In such a chamber 100, dry etching using plasma or a thin film deposition process using plasma may be performed.

정전척(110)은 챔버(100)의 하부에 위치하며, 정전척(110)의 상면에는 기판(w)이 안착된다. 이러한 정전척(110)은 기판(w)의 안착부인 동시에, 플라즈마 처리 장치(10)의 애노드(Anode)이다. 정전척(110)의 하부에는 플라즈마를 형성하기 위한 고주파 전원을 공급하는 고주파 전원 공급부(117)가 설치될 수 있다. 또한, 정전척(110)의 하부에는 정전척(110)의 온도를 조절하는 기능을 하는 냉각장치(115)가 설치될 수 있다. 이와 같은, 정전척(110), 정전척(110) 하부의 냉각장치(115) 및 고주파 전원 공급부(117)에 관한 내용은 본 기술 분야에 널리 공지되어 있으며, 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 회피하기 위하여 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The electrostatic chuck 110 is positioned below the chamber 100, and the substrate w is mounted on the upper surface of the electrostatic chuck 110. The electrostatic chuck 110 is a mounting portion of the substrate w and an anode of the plasma processing apparatus 10. A high frequency power supply unit 117 may be installed below the electrostatic chuck 110 to supply high frequency power for forming plasma. In addition, the lower portion of the electrostatic chuck 110 may be provided with a cooling device 115 to adjust the temperature of the electrostatic chuck 110. As such, the contents of the electrostatic chuck 110, the cooling device 115 under the electrostatic chuck 110, and the high frequency power supply 117 are well known in the art, and the present invention is avoided from being obscured. The detailed description thereof will be omitted.

실리콘 전극(120)은 정전척(110)의 상부에 정전척(110)과 이격되어 설치된다. 이러한 실리콘 전극(120)은 플라즈마 처리 장치(10)의 캐소드(Cathode)를 구성하며, 실리콘 단일 물질로 이루어질 수 있다. 그리고, 실리콘 전극(120)의 상면에는 다수의 그루브(122, 124, 126)가 형성되어 있다. 이때, 그루브(122, 124, 126)의 적어도 일부는 링 형상으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 원형의 링 형상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 그루브(122, 124, 126)는 다각의 링 형상 또는 플레이트의 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 실리콘 전극(120)의 상면과 이하에서 설명될 냉각판(140)의 하면을 부분적으로 접촉시키는 다양한 형태의 변형 그루브가 적용될 수 있다. 또한, 실리콘 전극(120)에는 반응가스를 분사하는 다수의 제1 분사공(128)이 형성되어 있다.The silicon electrode 120 is spaced apart from the electrostatic chuck 110 on the electrostatic chuck 110. The silicon electrode 120 constitutes a cathode of the plasma processing apparatus 10 and may be made of a single silicon material. In addition, a plurality of grooves 122, 124, and 126 are formed on the upper surface of the silicon electrode 120. In this case, at least a portion of the grooves 122, 124, and 126 may be formed in a ring shape. For example, it may be a circular ring shape, but is not limited thereto. For example, the grooves 122, 124, and 126 may be formed in the shape of polygonal rings or plates. That is, various types of deformation grooves may be applied to partially contact the upper surface of the silicon electrode 120 and the lower surface of the cooling plate 140 to be described below. In addition, the silicon electrode 120 has a plurality of first injection holes 128 for injecting a reaction gas.

다음으로, 냉각판(140)은 실리콘 전극(120)의 상부에 위치하며, 실리콘 전극(120)을 열적으로 안정시켜 준다. 이와 같은 냉각판(140)은 예컨대, 아노다이징(anodizing) 처리된 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 또한, 냉각판(140)은 실리콘 전극(120)의 상면에 형성되어 있는 그루브(122, 124, 126)에 의한 공간을 제외한 실리콘 전극(120)의 상면과 접촉된다. 이때, 냉각판(140)의 하면은 평평한 플레이트의 형태이다. 따라서, 플라즈마를 이용한 기판(w)의 처리 시, 실리콘 전극(120)에 발생되는 열은 실리콘 전극(120)과 냉각판(140) 사이의 접촉면을 통해 냉각판(140)으로 전달될 수 있다. 한편, 냉각판(140)은 내부에 냉매가 순환될 수 있는 관로(미도시)를 구비할 수 있다. 이때, 냉매는 가스 또는 액체일 수 있다. 이러한 냉매의 관로(미도시)는 예컨대, 1개의 라인으로 구성될 수도 있고, 2이상의 라인으로 구성될 수도 있다. 여기서, 냉각판(140)은 일측에는 냉매의 유입구(147)를 구비하고, 타측에는 냉매의 배출구(149)를 구비한다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 냉매는 냉각판(140)의 내부에서 관로(미도시)를 따라 순환하며 실리콘 전극(120)으로부터 전달되는 열을 흡수한 후, 배출구(149)를 통해 배출된다. 또한, 냉각판(140)에는 실리콘 전극(120)의 제1 분사공(128)에 대응하는 다수의 제2 분사공(148)이 형성되어 있다. 따라서, 가스 공급부(145)를 통해 공급되는 반응가스는 제1 분사공(128) 및 제2 분사공(148)을 통과하여 분사될 수 있다.Next, the cooling plate 140 is positioned above the silicon electrode 120, and thermally stabilizes the silicon electrode 120. The cooling plate 140 may be made of, for example, anodized aluminum. In addition, the cooling plate 140 is in contact with the top surface of the silicon electrode 120 except for the space formed by the grooves 122, 124, and 126 formed on the top surface of the silicon electrode 120. At this time, the lower surface of the cooling plate 140 is in the form of a flat plate. Therefore, when the substrate w is processed using plasma, heat generated in the silicon electrode 120 may be transferred to the cooling plate 140 through a contact surface between the silicon electrode 120 and the cooling plate 140. On the other hand, the cooling plate 140 may be provided with a conduit (not shown) through which the refrigerant can be circulated. In this case, the refrigerant may be a gas or a liquid. The pipeline (not shown) of the refrigerant may be composed of, for example, one line or two or more lines. Here, the cooling plate 140 has a coolant inlet 147 on one side and a coolant outlet 149 on the other side. Although not shown in the drawing, the refrigerant circulates along a conduit (not shown) inside the cooling plate 140, absorbs heat transferred from the silicon electrode 120, and then is discharged through the outlet 149. In addition, a plurality of second injection holes 148 corresponding to the first injection holes 128 of the silicon electrode 120 are formed in the cooling plate 140. Therefore, the reaction gas supplied through the gas supply unit 145 may be injected through the first injection hole 128 and the second injection hole 148.

이어서, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처 리 장치를 보다 구체적으로 설명한다.Next, referring to Figures 2 and 3, the plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 2는 도 1의 플라즈마 처리 장치의 캐소드를 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2의 실리콘 전극을 나타내는 사시도이다.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating a cathode of the plasma processing apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view illustrating the silicon electrode of FIG. 2.

도 2 및 도 3을 참조하면, 캐소드(150)는 실리콘 전극(120) 및 냉각판(140)을 포함한다.2 and 3, the cathode 150 includes a silicon electrode 120 and a cooling plate 140.

실리콘 전극(120)은 반응가스를 분사하는 다수의 제1 분사공(128)을 포함한다. 이러한 제1 분사공(128)은 실리콘 전극(120)의 중앙으로부터 에지부에 이르기까지 균일한 간격으로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 분사공(128)은 실리콘 전극의 중앙부를 중심으로 방사상 구조 또는 바둑판식 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 전극(120)의 상면에는 링 형상의 그루브(122, 124, 126)가 형성될 수 있고, 각각의 그루브(122, 124, 126)에 의해 리세스 되어 있는 실리콘 전극(120)의 상면에도 균일한 간격으로 제1 분사공(128)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 분사공(128)은 반응가스의 분사를 위하여 실리콘 전극(120)을 관통하도록 형성된다. 한편, 냉각판(140)과 접하는 실리콘 전극(120)의 상부에는 다수의 볼트공(121)이 형성된다. 여기서, 볼트공(121)은 제1 분사공(128)과는 달리, 실리콘 전극(120)을 관통하도록 형성되는 것이 아니라 소정의 깊이로만 형성된다. 그리고, 실리콘 전극(120)과 냉각판(140)은 다수의 볼트(130)에 의해 결합된다.The silicon electrode 120 includes a plurality of first injection holes 128 for injecting a reaction gas. The first injection holes 128 may be formed at uniform intervals from the center of the silicon electrode 120 to the edge portion. For example, the first injection hole 128 may be formed in a radial structure or a tiled structure around a central portion of the silicon electrode. For example, ring-shaped grooves 122, 124, and 126 may be formed on the top surface of the silicon electrode 120, and the silicon electrodes 120 recessed by the grooves 122, 124, and 126, respectively. The first injection hole 128 may be formed at even intervals on the upper surface of the first injection hole 128. At this time, the first injection hole 128 is formed to penetrate the silicon electrode 120 for the injection of the reaction gas. On the other hand, a plurality of bolt holes 121 are formed in the upper portion of the silicon electrode 120 in contact with the cooling plate 140. Here, unlike the first injection hole 128, the bolt hole 121 is not formed to penetrate the silicon electrode 120 but is formed only at a predetermined depth. In addition, the silicon electrode 120 and the cooling plate 140 are coupled by a plurality of bolts 130.

냉각판(140)은 실리콘 전극(120)에 형성되어 있는 다수의 제1 분사공(128)에 대응하는 다수의 제2 분사공(148)을 포함한다. 이때, 다수의 제2 분사공(148)은 냉각판(140)의 내부에 배치되어 있는 냉매의 관로(미도시)와는 겹치지 않도록 형성된 다. 즉, 냉매의 관로(미도시)는 일정한 간격으로 형성되어 있는 다수의 제2 분사공(148)들 사이에 배치될 수 있고, 반응가스의 분사에는 영향을 주지 않는다. 그러면, 챔버(100) 내부로 주입되는 반응가스는 냉각판(140)의 제2 분사공(148)과 실리콘 전극(120)의 제1 분사공(128)을 차례로 통과하여 분사된 후, 정전척(110)과 실리콘 전극(120) 사이의 공간에서 고주파 전원 공급부(117)로부터 공급되는 고주파 전원에 의해 플라즈마화 될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 분사공(128, 148)은 도 2에서 설명의 편의를 위하여 크기는 다소 확대하고 숫자는 축소하여 도시하였으나, 제1 분사공(128)은 도 3에서와 같이 다수로 형성될 수 있고, 제2 분사공(148)은 제1 분사공(128)에 대응하여 형성될 수 있다.The cooling plate 140 includes a plurality of second injection holes 148 corresponding to the plurality of first injection holes 128 formed in the silicon electrode 120. At this time, the plurality of second injection holes 148 are formed so as not to overlap with the pipeline (not shown) of the refrigerant disposed in the cooling plate 140. That is, a pipeline (not shown) of the refrigerant may be disposed between the plurality of second injection holes 148 formed at regular intervals, and does not affect the injection of the reaction gas. Then, the reaction gas injected into the chamber 100 is injected through the second injection hole 148 of the cooling plate 140 and the first injection hole 128 of the silicon electrode 120 in order, and then electrostatic chuck In the space between the 110 and the silicon electrode 120 may be plasma by the high frequency power supplied from the high frequency power supply 117. Meanwhile, although the first and second injection holes 128 and 148 are slightly enlarged in size and reduced in number for convenience of description in FIG. 2, the first injection holes 128 are divided into a plurality as shown in FIG. 3. The second injection hole 148 may be formed to correspond to the first injection hole 128.

이하에서는, 상술한 바와 같은 플라즈마 처리 장치(10)에서 실리콘 전극(120)과 냉각판(140) 사이에 전달되는 열을 조절하는 방법에 대해 개략적으로 설명한다.Hereinafter, a method of controlling heat transferred between the silicon electrode 120 and the cooling plate 140 in the plasma processing apparatus 10 as described above will be described in detail.

상기한 바와 같은 실리콘 전극(120)은 플라즈마를 이용한 기판(w)의 처리 시, 플라즈마에 직접 노출된다. 이때, 실리콘 전극(120)에는 고온의 열이 전달되고, 이러한 열은 실리콘 전극(120)의 상부에 결합되어 있는 냉각판(140)으로 전달된다. 예를 들어, 냉각판(140)이 아노다이징 처리된 알루미늄으로 이루어진 경우, 냉각판(140)은 실리콘 전극(120) 보다 더 큰 열팽창율을 갖는다. 따라서, 실리콘 전극(120)과 냉각판(140)은 실리콘 전극(120)으로부터 냉각판(140)으로 열이 전달될 때, 서로 다른 열팽창율에 의해 휘는 정도 및 방향이 각각 다를 수 있다. 예를 들어, 냉각판(140)은 아래로 볼록한 형상으로 휠 수 있고, 실리콘 전극(120)은 위 로 볼록한 형상으로 휠 수 있다. 물론, 그 반대인 경우도 포함될 수 있다.As described above, the silicon electrode 120 is directly exposed to the plasma when the substrate w is processed using the plasma. In this case, high temperature heat is transferred to the silicon electrode 120, and the heat is transferred to the cooling plate 140 coupled to the upper portion of the silicon electrode 120. For example, when the cooling plate 140 is made of anodized aluminum, the cooling plate 140 has a larger coefficient of thermal expansion than the silicon electrode 120. Therefore, when heat is transferred from the silicon electrode 120 and the cooling plate 140 to the cooling plate 140, the degree and direction of bending may be different due to different thermal expansion rates. For example, the cooling plate 140 may be bent in a convex shape, and the silicon electrode 120 may be bent in a convex shape. Of course, the reverse may also be included.

이 때, 실리콘 전극(120)의 상면에 다수의 그루브(122, 124, 126)를 형성함으로써, 실리콘 전극(120)으로부터 냉각판(140)으로 전달되는 열을 제어할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 전극(120) 상면에 형성되는 그루브(122, 124, 126)의 크기, 위치, 점유면적 또는 형태를 조절하여, 실리콘 전극(120)과 냉각판(140) 사이의 접촉면적을 조절함으로써, 실리콘 전극(120)으로부터 냉각판(140)으로 전달되는 열을 제어할 수 있다. 물론, 실리콘 전극(120)과 냉각판(140) 사이의 접촉면적을 조절하되, 실리콘 전극(120)으로부터 냉각판(140)으로 충분한 열의 전달이 이루어지도록 한다. 즉, 실리콘 전극(120)의 상면에 형성되는 그루브(122, 124, 126)는 실리콘 전극(120)과 냉각판(140) 사이에 전달되는 열을 조절함으로써, 냉각판(140)의 휘는 정도를 조절하는 역할을 할 수 있다. 다시 말해, 그루브(122, 124, 126)는 실리콘 전극(120)과 냉각판(140) 사이에 전달되는 열을 제어함으로써, 냉각판(140)의 평탄도 변화를 감소시킬 수 있다. 따라서, 실리콘 전극(120)과 냉각판(140)이 서로 다른 방향으로 휘어져서, 또는 서로 휘는 정도가 달라서 발생될 수 있는 실리콘 전극(120)의 파손을 방지할 수 있다.At this time, by forming a plurality of grooves 122, 124, and 126 on the upper surface of the silicon electrode 120, heat transmitted from the silicon electrode 120 to the cooling plate 140 may be controlled. For example, the contact area between the silicon electrode 120 and the cooling plate 140 may be adjusted by adjusting the size, position, occupation area, or shape of the grooves 122, 124, and 126 formed on the upper surface of the silicon electrode 120. By adjusting, the heat transferred from the silicon electrode 120 to the cooling plate 140 can be controlled. Of course, while controlling the contact area between the silicon electrode 120 and the cooling plate 140, sufficient heat is transferred from the silicon electrode 120 to the cooling plate 140. That is, the grooves 122, 124, and 126 formed on the upper surface of the silicon electrode 120 adjust the heat transmitted between the silicon electrode 120 and the cooling plate 140 to adjust the degree of bending of the cooling plate 140. It can play a role in controlling. In other words, the grooves 122, 124, and 126 may control the heat transferred between the silicon electrode 120 and the cooling plate 140 to reduce the flatness change of the cooling plate 140. Therefore, the silicon electrode 120 and the cooling plate 140 may be bent in different directions, or the breakage of the silicon electrode 120 may be prevented due to a different degree of bending.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 캐소드의 부분 확대 단면도이고, 도 5는 도 4의 실리콘 전극과 스페이서를 나타내는 사시도이다. 본 실시예에서 도 1 내지 도 3의 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 설명을 생략하거나 간략화하며, 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.4 is a partially enlarged cross-sectional view of a cathode of the plasma processing apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a perspective view illustrating the silicon electrode and the spacer of FIG. 4. In the present embodiment, the same components as in the embodiments of FIGS. 1 to 3 will be omitted or simplified, and will be described based on differences.

도 4 및 도 5를 참조하면, 캐소드(250)는 실리콘 전극(220), 스페이서(222, 224, 226) 및 냉각판(240)을 포함한다. 본 실시예에 따른 실리콘 전극(220)은 상면이 평평하다는 점에서 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 실리콘 전극(120)과 차이가 있다. 즉, 본 실시예에 따른 실리콘 전극(220)의 상면에는 그루브가 없을 뿐, 실리콘 전극(220)은 다수의 제1 분사공(228) 및 볼트공(221)을 포함한다. 4 and 5, the cathode 250 includes a silicon electrode 220, spacers 222, 224, and 226, and a cooling plate 240. The silicon electrode 220 according to the present exemplary embodiment is different from the silicon electrode 120 described with reference to FIGS. 1 to 3 in that the upper surface thereof is flat. That is, there is no groove on the top surface of the silicon electrode 220 according to the present embodiment, and the silicon electrode 220 includes a plurality of first injection holes 228 and bolt holes 221.

다수의 스페이서(222, 224, 226)는 실리콘 전극(220)의 상면에 위치한다. 이러한 스페이서(222, 224, 226)는 실리콘 전극(220)의 제1 분사공(228) 및 볼트공(221)에 대응하는 다수의 분사공(223) 및 볼트공(225)을 포함한다. 이와 같은 스페이서(222, 224, 226)의 적어도 일부는 링 형상으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 원형의 링 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 스페이서(222, 224, 226)는 다각의 링 형상 또는 플레이트의 형상으로 이루어질 수 있다.The plurality of spacers 222, 224, and 226 are positioned on the top surface of the silicon electrode 220. The spacers 222, 224, and 226 include a plurality of injection holes 223 and bolt holes 225 corresponding to the first injection holes 228 and the bolt holes 221 of the silicon electrode 220. At least some of the spacers 222, 224, and 226 may be formed in a ring shape. For example, it may be formed in a circular ring shape, but is not limited thereto. For example, the spacers 222, 224, and 226 may be formed in the shape of polygonal rings or plates.

냉각판(240)은 스페이서(222, 224, 226)의 상부에 위치한다. 이때, 스페이서(222, 224, 226)의 상면과 접촉하는 냉각판(240)의 하면은 평평한 플레이트의 형태이다. 또한, 냉각판(240)은 실리콘 전극(220)의 제1 분사공(228)에 대응하는 다수의 제2 분사공(248)을 포함한다. 여기서, 제1 및 제2 분사공(228, 248)은 도 4에서 설명의 편의를 위하여 크기는 다소 확대하고 숫자는 축소하여 도시하였으나, 제1 분사공(228)은 도 5에서와 같이 다수로 형성될 수 있고, 제2 분사공(248)은 제1 분사공(228)에 대응하여 형성될 수 있다. 한편, 냉각판(240)의 구조는 본 발명의 일 실시예에서 설명한 냉각판(140)의 구조와 실질적으로 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.The cooling plate 240 is positioned above the spacers 222, 224, and 226. At this time, the lower surface of the cooling plate 240 in contact with the upper surface of the spacer 222, 224, 226 is in the form of a flat plate. In addition, the cooling plate 240 includes a plurality of second injection holes 248 corresponding to the first injection holes 228 of the silicon electrode 220. Here, although the first and second injection holes 228 and 248 are slightly enlarged in size and reduced in number for convenience of description in FIG. 4, the first injection holes 228 are divided into a plurality as shown in FIG. 5. The second injection hole 248 may be formed to correspond to the first injection hole 228. On the other hand, since the structure of the cooling plate 240 is substantially the same as the structure of the cooling plate 140 described in an embodiment of the present invention will not be repeated description.

상술한 바와 같은 실리콘 전극(220), 스페이서(222, 224, 226) 및 냉각판(240)은 볼트(230)로 결합된다. 이때, 각각의 분사공(223, 228, 248) 또한 정렬되어, 반응가스는 냉각판(240)으로부터 스페이서(222, 224, 226)를 거쳐 실리콘 전극(220)을 통과하여 실리콘 전극(220)의 하부에서 플라즈마화 될 수 있음은 물론이다. As described above, the silicon electrode 220, the spacers 222, 224, and 226 and the cooling plate 240 are coupled to the bolt 230. In this case, the respective injection holes 223, 228, and 248 are also aligned, and the reaction gas passes through the silicon electrode 220 from the cooling plate 240 through the spacers 222, 224, and 226, and thus, of the silicon electrode 220. Of course it can be plasma at the bottom.

이와 같은 구조의 캐소드(250)를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 있어서도, 플라즈마를 이용한 기판(w)의 처리 시, 실리콘 전극(220)은 플라즈마에 노출된다. 따라서, 실리콘 전극(220)에는 고온의 열이 전달되고, 실리콘 전극(220) 상부의 스페이서(222, 224, 226)를 통해 냉각판(240)으로 열이 전달된다. 이때, 스페이서(222, 224, 226)는 실리콘 전극(220)으로부터 냉각판(240)으로 효과적으로 열을 전달하기 위해 예컨대, 실리콘 전극(220)과 같은 재료물질 또는 냉각판(240)과 같은 재료물질로 형성될 수 있다. 그러나, 스페이서(222, 224, 226)의 재료물질이 여기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 스페이서(222, 224, 226)는 열전도율은 우수하면서도, 열팽창율은 실리콘 전극(220) 및 냉각판(240)의 열팽창율 사이의 값을 갖는 다양한 물질이 적용될 수 있다.Also in the plasma processing apparatus including the cathode 250 having such a structure, the silicon electrode 220 is exposed to the plasma when the substrate w is processed using the plasma. Therefore, high temperature heat is transferred to the silicon electrode 220, and heat is transferred to the cooling plate 240 through the spacers 222, 224, and 226 on the silicon electrode 220. In this case, the spacers 222, 224, and 226 may be formed of, for example, a material such as the silicon electrode 220 or a material such as the cooling plate 240 in order to effectively transfer heat from the silicon electrode 220 to the cooling plate 240. It can be formed as. However, the material of the spacers 222, 224, and 226 is not limited thereto. For example, the spacers 222, 224, and 226 may have various thermal materials having excellent thermal conductivity while having a thermal expansion coefficient between the silicon electrode 220 and the cooling plate 240.

한편, 실리콘 전극(220)으로부터 냉각판(240)으로 전달되는 열은 스페이서(222, 224, 226)를 통해 조절될 수 있다. 예컨대, 스페이서(222, 224, 226)의 크기, 위치, 점유면적 또는 형태에 따라 스페이서(222, 224, 226)를 통한 실리콘 전극(220)과 냉각판(240)의 접촉면적을 조절할 수 있고, 그에 따라 실리콘 전극(220)으로부터 스페이서(222, 224, 226)를 통해 냉각판(240)으로 전달되는 열을 조절할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의해서도 냉각판(240)의 평탄도 변화를 감소시킬 수 있고, 실리콘 전극(220)의 파손을 방지할 수 있다.Meanwhile, heat transferred from the silicon electrode 220 to the cooling plate 240 may be controlled through the spacers 222, 224, and 226. For example, the contact area of the silicon electrode 220 and the cooling plate 240 through the spacers 222, 224, 226 may be adjusted according to the size, position, occupancy area, or shape of the spacers 222, 224, 226. Accordingly, heat transmitted from the silicon electrode 220 to the cooling plate 240 through the spacers 222, 224, and 226 may be adjusted. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the change in the flatness of the cooling plate 240 and to prevent the breakage of the silicon electrode 220.

본 발명에 관한 보다 상세한 내용은 다음의 구체적인 실험예를 통하여 설명하며, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 설명을 생략한다. More detailed information about the present invention will be described through the following specific experimental examples, and details not described herein will be omitted because it is sufficiently technically inferred by those skilled in the art.

실험예Experimental Example

실리콘 전극의 상면에 그루브를 형성하지 않은 경우와 그루브를 형성한 경우에 대하여 각각 실리콘 전극을 가열하는데 따른 냉각판의 평탄도 변화를 조사하였다. 도 6은 그루브 형성 전의 실리콘 전극을 150℃까지 가열하는 동안의 시간 경과에 대한 냉각판의 평탄도 변화를 나타내는 그래프이고, 도 7은 그루브 형성 후의 실리콘 전극을 150℃까지 가열하는 동안의 시간 경과에 대한 냉각판의 평탄도 변화를 나타내는 그래프이다.In the case where no groove was formed on the upper surface of the silicon electrode and when the groove was formed, the flatness change of the cooling plate according to the heating of the silicon electrode was investigated. FIG. 6 is a graph showing a change in the flatness of the cooling plate with respect to the elapse of time during heating the silicon electrode before groove formation to 150 ° C, and FIG. 7 is a time elapsed while heating the silicon electrode after groove formation to 150 ° C. It is a graph showing the change in flatness of the cooling plate.

도 6 및 도 7을 참조하면, 냉각판의 하면과 접촉하는 실리콘 전극의 상면에 그루브를 형성하여, 실리콘 전극과 냉각판을 부분적으로 접촉시켰을 경우, 냉각판의 평탄도 변화가 현저하게 감소함을 알 수 있다. 즉, 실리콘 전극의 상면에 그루브를 형성하지 않은 경우, 냉각판은 초기상태를 기준으로 전체적 또는 국부적으로 약 0.15㎜까지 휘어졌다. 반면, 실리콘 전극의 상면에 다수의 그루브를 형성한 경우, 냉각판은 초기상태를 기준으로 약 0.02㎜ 미만으로, 실리콘 전극의 상면에 그루브를 형성하지 않은 경우와 비교하여 아주 미세하게 휘는 정도에 그쳤다. 따라서, 실리콘 전극의 상면에 그루브를 형성함으로써 냉각판의 평탄도 변화를 현저하 게 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 이와 마찬가지로, 실리콘 전극과 냉각판 사이에 스페이서를 개재한 경우에도 동등한 효과를 얻을 수 있다. 6 and 7, when grooves are formed on the upper surface of the silicon electrode in contact with the lower surface of the cooling plate, and the silicon electrode and the cooling plate are partially contacted, the change in the flatness of the cooling plate is significantly reduced. Able to know. That is, when no groove is formed on the upper surface of the silicon electrode, the cooling plate is bent to about 0.15 mm in whole or locally based on the initial state. On the other hand, in the case where a plurality of grooves were formed on the upper surface of the silicon electrode, the cooling plate was less than about 0.02 mm based on the initial state, and was only slightly bent as compared to the case where no groove was formed on the upper surface of the silicon electrode. . Therefore, it can be seen that by forming a groove on the upper surface of the silicon electrode it is possible to significantly reduce the flatness change of the cooling plate. Similarly, the same effect can be obtained even when a spacer is interposed between the silicon electrode and the cooling plate.

따라서, 실리콘 전극의 상면에 그루브를 형성하거나, 또는 실리콘 전극과 냉각판 사이에 스페이서를 개재함으로써, 실리콘 전극과 냉각판 사이의 열전달을 조절하여 냉각판의 평탄도 변화를 최소화시킬 수 있고, 그에 따라 냉각판의 휨으로 인해 발생될 수 있는 실리콘 전극의 파손을 방지할 수 있음을 알 수 있다.Therefore, by forming a groove on the upper surface of the silicon electrode, or by interposing a spacer between the silicon electrode and the cooling plate, it is possible to control the heat transfer between the silicon electrode and the cooling plate to minimize the flatness change of the cooling plate, accordingly It can be seen that it is possible to prevent breakage of the silicon electrode, which may occur due to the bending of the cooling plate.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains may implement the present invention in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. I can understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

본 발명의 실시예들에 따른 플라즈마 처리 장치에 의하면, 실리콘 전극의 상면에 그루브를 형성한 후 냉각판을 결합시키거나, 실리콘 전극과 냉각판 사이에 스페이서를 개재함으로써, 파티클에 의한 공정불량을 방지함은 물론, 실리콘 전극과 냉각판 사이의 열 전달을 효과적으로 제어하여 냉각판의 평탄도 변화를 최소화시킬 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리 공정 진행 시, 실리콘 전극이 과열되는 것을 방지함과 동시에, 실리콘 전극과 냉각판의 열팽창율 차이에 의해서, 또는 열팽창시 서로 다른 방향성을 가짐으로써 발생될 수 있는 실리콘 전극의 파손을 효과적으로 방지할 수 있다. 나아가, 공정효율이 증대되고, 반도체 웨이퍼의 수율을 향상시킬 수 있다.According to the plasma processing apparatus according to the embodiments of the present invention, by forming a groove on the upper surface of the silicon electrode by bonding a cooling plate, or by interposing a spacer between the silicon electrode and the cooling plate, to prevent process defects caused by particles. In addition, it is possible to effectively control the heat transfer between the silicon electrode and the cooling plate to minimize the flatness change of the cooling plate. Therefore, during the plasma treatment process, the silicon electrode is prevented from being overheated, and at the same time, the breakage of the silicon electrode, which may be caused by a difference in thermal expansion rate between the silicon electrode and the cooling plate, or by having different directions in thermal expansion, is effectively prevented. You can prevent it. Furthermore, process efficiency can be increased and the yield of a semiconductor wafer can be improved.

Claims (7)

챔버;chamber; 상기 챔버 내에 설치되고 상면에 기판이 안착되는 정전척;An electrostatic chuck installed in the chamber and having a substrate mounted thereon; 상기 정전척의 상부에 상기 정전척과 이격되어 설치되며, 상면에 다수의 그루브가 형성되어 있는 실리콘 전극; 및A silicon electrode spaced apart from the electrostatic chuck on the top of the electrostatic chuck and having a plurality of grooves formed on an upper surface thereof; And 상기 실리콘 전극의 상기 그루브를 제외한 상면과 접촉하며, 상기 실리콘 전극의 열을 외부로 방출하는 냉각판을 포함하는 플라즈마 처리 장치.And a cooling plate in contact with an upper surface of the silicon electrode except for the groove and dissipating heat of the silicon electrode to the outside. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 실리콘 전극은 상기 플라즈마 처리 장치의 캐소드이고, 상기 정전척은 상기 플라즈마 처리 장치의 애노드인 플라즈마 처리 장치.The silicon electrode is a cathode of the plasma processing apparatus, and the electrostatic chuck is an anode of the plasma processing apparatus. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 그루브의 적어도 일부는 링 형상으로 이루어져 있는 플라즈마 처리 장치.At least a portion of the groove is formed in a ring shape. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 냉각판과 상기 실리콘 전극은 다수의 볼트에 의해 결합되는 플라즈마 처리 장치.And the cooling plate and the silicon electrode are coupled by a plurality of bolts. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 실리콘 전극은 반응가스를 분사하는 다수의 제1 분사공을 포함하며, 상기 냉각판은 상기 제1 분사공에 대응하는 다수의 제2 분사공을 포함하는 플라즈마 처리 장치. The silicon electrode may include a plurality of first injection holes for injecting a reaction gas, and the cooling plate may include a plurality of second injection holes corresponding to the first injection holes. 챔버;chamber; 상기 챔버 내에 설치되고 상면에 기판이 안착되는 정전척;An electrostatic chuck installed in the chamber and having a substrate mounted thereon; 상기 정전척의 상부에 상기 정전척과 이격되어 설치되는 실리콘 전극;A silicon electrode spaced apart from the electrostatic chuck above the electrostatic chuck; 상기 실리콘 전극의 상면에 위치하는 다수의 스페이서; 및A plurality of spacers positioned on an upper surface of the silicon electrode; And 상기 스페이서의 상면과 접촉하며, 상기 실리콘 전극의 열을 외부로 방출하는 냉각판을 포함하는 플라즈마 처리 장치.And a cooling plate in contact with an upper surface of the spacer and dissipating heat from the silicon electrode to the outside. 제6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 스페이서의 적어도 일부는 링 형상으로 이루어져 있는 플라즈마 처리 장치.At least a portion of the spacer is a plasma processing apparatus consisting of a ring shape.
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