KR20120090343A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

챔버에 형성되는 관통홀과 기판지지대의 온도를 측정하는 온도센서의 수가 절감되어, 챔버 내부의 기밀이 효율적으로 유지되며, 설비투자비용을 절감할 수 있는 플라즈마 처리장치가 개시된다. 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 내부에 플라즈마가 형성되는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 배치되어 일면에 기판을 지지하는 기판지지대와, 상기 기판지지대의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도에 따라 상기 기판지지대의 온도를 조절하는 온도조절기와, 상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도에 따라 상기 온도조절기를 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

플라즈마 처리장치{Plasma processing Apparatus}
본 발명은 플라즈마 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)은 식각과 더불어 기판 처리에 있어서 많이 사용된다.
이러한 플라즈마 화학 증착법은 열 기상 증착법에 비해 더 낮은 온도에서 박박을 증착할 수 있는 장점이 있다. 예를 들면, 소자의 보호를 위한 막으로 실리콘 질화막을 증착하고자 하는 경우, 열 기상 증착법으로는 NH3+SiH4 가스를 사용해야하고 기판의 온도는 700~900℃ 까지 도달되어 하지만, 플라즈마 화학 증착법은 기판의 온도가 400℃ 미만에서도 우수한 실리콘 질화막을 얻을 수 있다.
이와 같이 플라즈마 화학 증착법은 반도체 소자나 플라스틱, 유리 등과 같이 온도에 민감한 재료로 이루어지는 기판이 열에 의해 손상되는 것을 방지하며, 기판을 처리할 수 있다.
한편, 플라즈마 화학 증착법에 의해 형성되는 박막의 품질을 결정하는 요소로는 기판의 온도, RF 전력, 상, 하부전극 간의 거리, 가스 조성 등이 있다. 이 중에서 기판의 온도는 박막의 품질을 결정하는 가장 중요한 변수 중의 하나이다.
따라서, 플라즈마 처리장치는 기판을 지지하는 기판지지대에 설치되어 기판을 냉각시키는 냉각기를 포함한다. 냉각기는 기판지지대에 내설되는 냉각관으로 구성된다.
상술한 바와 같은 플라즈마 처리장치는 플라즈마의 복사열에 의해 기판이 가열되고, 가열된 기판으로 플라즈마화된 공정가스가 입사되어 기판이 처리되도록 한다.
이때, 기판의 공정온도를 알맞게 유지하기 위해서는 플라즈마의 복사열에 의해 가열되는 기판의 온도를 측정하고, 기판의 온도에 따라 냉각기로 공급되는 냉매의 공급량을 조절해야 한다.
따라서, 플라즈마 처리장치는 기판지지대의 온도를 검출하는 복수개의 온도센서와, 복수개의 온도센서 중 어느 하나에 연결되어 기판지지대의 온도를 조절하는 온도조절기와, 복수개의 온도센서 중 나머지 하나에 연결되어 기판지지대의 온도를 작업자에게 디스플레이하는 디스플레이 장치를 포함한다.
이에 따라, 온도조절기는 온도센서에 의해 검출되는 기판지지대의 온도에 따라 냉매의 공급량이 조절되도록 하며, 작업자는 온도센서에 의해 검출되는 기판지지대의 실제 온도를 디스플레이 장치를 통해 확인한다. 작업자는 디스플레이 장치에 표시되는 기판지지판의 온도의 확인 결과, 기판지지대의 적정온도 범위를 벗어나면 온도조절기의 냉매 조절량을 조절하여 기판이 공정온도를 유지하도록 한다.
하지만, 종래의 플라즈마 처리장치는 각각 기판지지대의 측정온도를 온도조절기, 디스플레이 장치로 각각 전송하기 위해 복수개의 온도센서를 설치해야 함에 따라 복수개의 온도센서가 챔버를 관통할 수 있도록 하는 관통홀의 설치공수가 증가하고, 온도센서 수량 증가에 따른 설비투자비용이 증가되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 챔버에 형성되는 관통홀과 기판지지대의 온도를 측정하는 온도센서의 수가 절감되도록 한 플라즈마 처리장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 내부에 플라즈마가 형성되는 챔버와, 상기 챔버의 내부에 배치되어 일면에 기판을 지지하는 기판지지대와, 상기 기판지지대의 온도를 측정하는 온도센서와, 상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도에 따라 상기 기판지지대의 온도를 조절하는 온도조절기와, 상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도에 따라 상기 온도조절기를 제어하는 제어기를 포함한다.
상기 플라즈마 처리장치는 상기 기판지대에 내설되는 냉각관을 더 포함하며, 상기 온도조절기는 상기 냉각관으로 공급되는 냉매의 유량을 조절할 수 있다.
상기 온도도절기는 상기 냉각관의 관로에 설치되는 유량제어기일 수 있다.
상기 제어기에는 상기 기판지지대의 기준온도가 저장되며, 상기 제어기는 상기 기준온도와, 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도를 비교하여, 그 비교결과에 따라 상기 온도조절기를 제어할 수 있다.
상기 제어기는 상기 기준온도와 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도를 비교한 결과, 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도가 상기 기준온도보다 높으면 상기 냉매의 유량이 감소되도록 상기 온도조절기를 제어하며, 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도가 상기 기준온도보다 낮으면 상기 냉매의 유량이 증가되도록 상기 온도조절기를 제어할 수 있다.
상기 온도센서는 백금 측온 저항체(RTD;Resistance Temperature Detector)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는 하나의 온도센서로 기판지지대의 온도를 측정하고 하나의 온도센서에 의해 검출되는 기판지지대의 온도를 바탕으로 기의 온도를 조절할 수 있으므로, 챔버에 형성되는 관통홀의 설치공수를 줄여 챔버 내부의 기밀이 효율적으로 유지되도록 하며, 설비투자비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 간략하게 타나낸 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에의 냉각계를 나타낸 블록도이다.
이하, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 구성에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 간략하게 타나낸 단면도이며, 도 2는 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치에의 냉각계를 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 챔버(110)를 포함한다. 도시되지 않았지만, 챔버(110)의 일측벽에는 기판(10)의 반입 및 반출이 용이하도록 게이드밸브, 또는 도어가 설치될 수 있다. 이러한 챔버(110)에는 배기관(111)이 연결되며, 배기관(111)은 도시되지 않은 진공펌프에 연결된다. 이에 따라 챔버(110)의 내부는 진공분위기로 형성될 수 있다.
챔버(110)의 내부에는 기판지지대(120)와 샤워헤드(130)가 배치된다. 기판지지대(120)는 챔버(110)의 내부로 반입되는 기판(10)을 지지한다. 샤워헤드(130)는 기판지지대(120)에 대향되어 기판(10)을 처리하기 위한 공정가스가 기판지지대(120)를 향해 공급되도록 한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 샤워헤드(130)로부터 공급되는 공정가스를 플라즈마화 하기 위하여 필요한 전계를 발생시는데, 샤워헤드(130)는 상부전극으로 사용되며, 기판지지대(120)는 하부전극으로 사용될 수 있다. 따라서, 샤워헤드(130)에는 RF 전력이 공급되며, 기판지지대(120)는 챔버(110)의 벽, 또는 챔버(110)의 외부에 접지될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 냉각관(140)을 포함한다. 냉각관(140)은 기판지지대(120)에 내설된다. 냉각관(140)에는 냉매가 공급되는데, 냉매는 챔버의 외부로부터 챔버의 내부로 연장되는 공급관을 통해 냉각관으로 공급될 수 있다. 냉매로는 에어, 질소, 불활성가스, 플로리너트, 갈덴, 불소 함유 용액 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다. 이와 같이, 기판(10)은 냉각관(140)을 따라 냉매가 순환됨으로써, 플라즈마의 복사열에 의하여 공정온도 이상으로 과열되는 것이 방지된다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 기판지지대(120)의 온도를 측정하는 온도센서(150)를 포함한다. 온도센서(150)로는 넓은 온도 범위에서 안정된 출력을 제공하고 소폭의 온도 범위(-260~630℃)에서 정확하게 온도를 측정할 수 있는 백금 측온 저항체(RTD;Resistance Temperature Detector)를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 온도센서(150)에 연결되고, 냉각관(140)에 연결되는 온도조절기(160)를 포함한다. 온도조절기(160)는 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도에 따라 냉각관(140)으로 공급되는 냉매의 공급량을 조절함으로써, 기판(10)의 온도가 조절되도록 한다. 온도조절기(160)는 냉각관(140)의 관로에 설치되어 냉매의 유량을 조절하는 질량유량조절기(MFC;mass flow control)를 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 온도센서(150)에 연결되고 온도조절기(160)에 연결되는 제어기(170)를 포함한다. 제어기(170)는 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도에 따라 온도조절기(160)를 제어한다. 제어기(170)에는 기판지지대(120)의 기준온도가 저장된다. 제어기(170)는 온도센서(150)에 의해 검출되는 온도와 기준온도를 비교하여 그 결과값에 따라 온도조절기(160)를 제어한다.
이에 따라, 제어기(170)는 온도조절기(160)에 의해 조절되는 기판지지대(120)의 온도와 실제로 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도의 사이에 발생될 수 있는 오차를 보정하여 기판지지대(120)가 기준온도를 유지할 수 있도록 한다.
이하, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 작용에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기판(10)은 별도의 이송장치(미도시)에 의해 챔버(110)의 내부로 반입되어 기판지지대(120)에 안착된다. 이와 같이 기판(10)이 챔버(110)의 내부로 반입되면, 챔버(110)는 밀폐되고 배기관(111)을 통해 챔버(110)의 진공배기가 수행된다. 이에 따라 챔버(110)의 내부는 진공분위기로 전환된다.
이어, 샤워헤드(130)를 통해 챔버(110)의 내부로 공정가스가 공급되며, 샤워헤드(130)에는 RF 전력이 공급된다. 샤워헤드(130)로 RF 전력이 공급됨에 따라 샤워헤드(130)와 기판지지대(120)의 사이에서 공정가스는 플라즈마화 된다. 이에 따라, 기판(10)은 플라즈마의 복사열에 의해 가열된다.
온도센서(150)는 기판지지대(120)의 온도를 측정한다. 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도는 온도조절기(160)로 전송된다. 온도조절기(160)는 기판지지대(120)의 온도에 따라 냉매의 공급량을 조절한다.
냉매는 공급관(미도시)을 따라 냉각관(140)으로 공급된다. 이때, 냉매의 온도는 챔버(110)의 외부로부터 냉각관(140)까지 공급되는 과정에서 높거나, 낮게 공급되어 온도조절기(160)에 의해 조절되는 기판지지대(120)의 온도에 오차가 발생될 수 있다.
즉, 외부의 열이 공급관(미도시)을 통해 냉매로 흡수되어 냉매의 온도가 높아지거나, 공급관(미도시)의 열이 손실되어 냉매의 온도가 낮아져서 온도조절기(160)에 의해 조절되는 기판지지대(120)의 온도와 실제 기판지지대(120)의 온도의 사이에 오차가 발생될 수 있다.
따라서, 제어기(170)는 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도에 따라 온도조절기(160)를 제어한다. 즉, 제어기(170)는 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도가 기준온도보다 낮으면 냉매의 유량이 증가되도록 온도조절기(160)를 제어하며, 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도가 기준온도보다 높으면 냉매의 유량이 감소되도록 온도조절기(160)를 제어한다.
이와 같이, 기판지지대(120)의 온도가 조절됨에 따라 기판(10)은 공정온도로 유지되며, 플라즈마화 된 공정가스는 기판(10)으로 입사되어 기판이 처리되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 하나의 온도센서(150)에 의해 검출되는 기판지지대(120)의 온도에 따라 냉매의 유량을 조절하여 기판지지대(120)의 온도를 조절할 수 있으며, 기판지지대(120)의 기준온도와 실제로 검출되는 기판지지대(120)의 온도를 비교하여 그 비교결과에 따라 오차를 보정할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 챔버(110)에 형성되는 관통홀의 설치공수를 줄여 챔버(110) 내부의 기밀이 원활하게 유지될 수 있으며, 온도센서(150)의 개수를 줄여 설비투자비용을 절감할 수 있다.
100 : 플라즈마 처리장치 110 : 챔버
120 : 기판지지대 130 : 샤워헤드
140 : 냉각관 150 : 온도센서
160 : 온도조절기 170 : 제어기

Claims (6)

  1. 내부에 플라즈마가 형성되는 챔버와,
    상기 챔버의 내부에 배치되어 일면에 기판을 지지하는 기판지지대와,
    상기 기판지지대의 온도를 측정하는 온도센서와,
    상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도에 따라 상기 기판지지대의 온도를 조절하는 온도조절기와,
    상기 온도센서에 연결되어 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도에 따라 상기 온도조절기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기판지대에 내설되는 냉각관을 더 포함하며,
    상기 온도조절기는 상기 냉각관으로 공급되는 냉매의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 온도도절기는 상기 냉각관의 관로에 설치되는 유량제어기인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제어기에는 상기 기판지지대의 기준온도가 저장되며,
    상기 제어기는 상기 기준온도와 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도를 비교하여, 그 비교결과에 따라 상기 온도조절기를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제어기는
    상기 기준온도와 상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도를 비교한 결과,
    상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도가 상기 기준온도보다 높으면 상기 냉매의 유량이 감소되도록 상기 온도조절기를 제어하며,
    상기 온도센서에 의해 검출되는 상기 기판지지대의 온도가 상기 기준온도보다 낮으면 상기 냉매의 유량이 증가되도록 상기 온도조절기를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 온도센서는 백금 측온 저항체(RTD;Resistance Temperature Detector)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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