KR20200045964A

KR20200045964A - 기판 처리 장치

Info

Publication number: KR20200045964A
Application number: KR1020190129156A
Authority: KR
Inventors: 미치시게 사이토; 쇼타 카네코; 슈헤이 야마베
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2020-05-06
Also published as: TW202030769A; JP7278172B2; JP2020068373A; TWI831846B; CN111092009A

Abstract

열 응답성이 향상되는 기판 처리 장치를 제공한다. 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 기판이 배치되는 배치대와, 상기 처리 용기와 상기 배치대 사이에 배치되고, 애노드를 형성하는 부품을 구비하고, 상기 부품은 열 교환 매체가 흐르는 유로를 가지는 기판 처리 장치가 제공된다.

Description

기판 처리 장치 {SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

본 개시는 기판 처리 장치에 관한 것이다.

예를 들면, 웨이퍼 등의 기판에 정해진 처리를 실시하는 기판 처리 장치가 알려져 있다.

특허 문헌 1에는, 개구부를 가지는 원통 형상의 챔버와, 챔버의 내벽을 따라 배치되고, 챔버의 개구부와 대응하는 위치에 개구부를 가지는 퇴적물 실드와, 퇴적물 실드의 개구부를 개폐하는 셔터를 구비하는 기판 처리 장치가 개시되어 있다.

일본특허공개공보 2015-126197호

하나의 측면에서는, 본 개시는, 열 응답성이 향상되는 기판 처리 장치를 제공한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 하나의 태양에 따르면, 처리 용기와, 상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 기판이 배치되는 배치대와, 상기 처리 용기와 상기 배치대 사이에 배치되고, 애노드를 형성하는 부품을 구비하고, 상기 부품은 열 교환 매체가 흐르는 유로를 가지는, 기판 처리 장치가 제공된다.

하나의 측면에 따르면, 열 응답성이 향상되는 기판 처리 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.
도 2는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 셔터의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 3은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 셔터의 내부 구조의 일례를 나타내는 부분 단면 사시도이다.
도 4는 온도 분포의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 5는 유로 내의 냉매의 흐름을 나타내는 모식도이다.
도 6은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 배플판의 내부 구조의 일부를 나타내는 횡단면도이다.
도 7의 (a)는 도 6의 (b)의 H-H 단면을 나타내고, (b)는 도 6의 (b)의 I-I 단면을 나타내는 도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 개시를 실시하기 위한 형태에 대하여 설명한다. 각 도면에서 동일 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고, 중복된 설명을 생략하는 경우가 있다.

[플라즈마 처리 장치]

먼저, 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(기판 처리 장치)에 대하여, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면 모식도이다.

플라즈마 처리 장치는 웨이퍼(W) 등의 기판에 정해진 처리(예를 들면, 에칭 처리, 성막 처리, 클리닝 처리, 애싱 처리 등)를 실시한다.

플라즈마 처리 장치는, 예를 들면 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 이루어지는 대략 원통 형상의 처리 용기(2)를 가지고 있다. 처리 용기(2)는 접지되어 있다.

처리 용기(2) 내의 저부에는, 세라믹스 등의 절연판(3)을 개재하여, 대략 원주(圓柱) 형상의 지지대(4)가 마련되어 있다. 지지대(4) 상에는 웨이퍼(W)를 유지하고, 하부 전극으로서도 기능하는 스테이지(5)가 마련되어 있다. 스테이지(5)는 배치대라고도 한다.

지지대(4)의 내부에는 냉각실(7)이 마련되어 있다. 냉각실(7)에는 냉매 도입관(8)을 거쳐 냉매가 도입된다. 냉매는 냉각실(7)을 순환하여 냉매 배출관(9)으로부터 배출된다. 절연판(3), 지지대(4), 스테이지(5), 정전 척(11)에는 웨이퍼(W)의 이면으로 전열 교환 매체(예를 들면 He 가스 등)를 공급하기 위한 가스 통로(14)가 형성되어 있으며, 전열 교환 매체를 개재하여 스테이지(5)의 냉열이 웨이퍼(W)로 전달되어, 웨이퍼(W)가 정해진 온도로 유지된다.

스테이지(5)의 상측 중앙부 상에는 원형이며, 또한 웨이퍼(W)와 대략 동일 직경인 정전 척(11)이 마련되어 있다. 정전 척(11)은 절연재의 사이에 흡착 전극(12)을 배치하고 있다. 흡착 전극(12)에는 직류 전원(13)이 접속되어 있으며, 직류 전원(13)으로부터 직류 전압이 인가됨으로써, 쿨롱력에 의해 웨이퍼(W)가 정전 척(11)에 정전 흡착된다.

스테이지(5)의 상단 주연부에는, 정전 척(11) 상에 배치된 웨이퍼(W)를 둘러싸도록, 원환 형상의 엣지 링(포커스 링이라고도 부름)(15)이 배치되어 있다. 엣지 링(15)은 예를 들면 실리콘 등의 도전성 재료로 형성되고, 플라즈마의 균일성을 향상시키는 작용을 가진다. 스테이지(5)의 측면은 스테이지 측면 피복 부재(60)로 덮인다.

스테이지(5)의 상방에는 가스 샤워 헤드(40)가 마련되어 있다. 가스 샤워 헤드(40)는 하부 전극으로서 기능하는 스테이지(5)와 대향하여 마련되고, 상부 전극으로서도 기능한다. 가스 샤워 헤드(40)는 절연재(41)를 개재하여, 처리 용기(2)의 천장부에 지지되어 있다. 가스 샤워 헤드(40)는 전극판(24)과, 전극판(24)을 지지하는 도전성 재료의 전극 지지체(25)를 가진다. 전극판(24)은 예를 들면 실리콘 또는 SiC 등의 도전체 또는 반도체로 구성되며, 다수의 가스홀(45)을 가진다. 전극판(24)은 스테이지(5)와의 대향면을 형성한다.

전극 지지체(25)의 중앙에는 가스 도입구(26)가 마련되어 있고, 가스 도입구(26)에는 가스 공급관(27)이 접속되어 있다. 가스 공급관(27)에는 개폐 밸브(28) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(29)를 개재하여, 처리 가스 공급원(30)이 접속되어 있다. 처리 가스 공급원(30)은 에칭 등의 플라즈마 처리를 위한 처리 가스 또는 클리닝 처리를 위한 클리닝 가스 등을 공급한다. 가스는 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(29)에 의해 유량 제어되고, 개폐 밸브(28)의 개폐에 따라 가스 공급관(27) 및 가스 도입구(26)를 거쳐 가스 확산실(44)로 옮겨진다. 가스는 가스 확산실(44)에서 확산되고, 다수의 가스홀(45)로부터 처리 용기(2)의 내부로 도입된다.

처리 용기(2)에는 그 내벽에 에칭 등의 플라즈마 처리 시에 생성되는 반응 생성물이 부착되는 것을 방지하기 위한 퇴적물 실드(23)가 착탈 가능하게 마련되어 있다. 퇴적물 실드(23)는 접지되어 있다. 또한, 퇴적물 실드(23)는 지지대(4) 및 스테이지(5)의 외주측의 배기 공간(S2)에 마련되어도 된다.

퇴적물 실드(23)와 스테이지(5) 사이에는, 원환 형상으로 형성된 배플판(20)이 마련되어 있다. 퇴적물 실드(23) 및 배플판(20)에는 알루미늄재에, 알루미나, 이트리아(Y₂O₃) 등의 세라믹스를 피복한 것을 적합하게 이용할 수 있다.

배플판(20)은 가스의 흐름을 정돈하여, 플라즈마 처리실(S1)로부터 배기 공간(S2)으로 균일하게 가스를 배기하는 기능을 가진다. 플라즈마 처리실(S1)은 스테이지(5), 가스 샤워 헤드(40), 퇴적물 실드(23) 및 배플판(20)으로 형성된 플라즈마 생성 공간(플라즈마 처리 공간)이다. 플라즈마 처리실(S1)의 내부에서는, 가스 샤워 헤드(40)로부터 공급된 가스로부터 정해진 플라즈마가 생성되고, 플라즈마에 의해 정해진 처리가 웨이퍼(W)에 실시된다.

플라즈마 처리실(S1)의 일부는 셔터(22)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다. 즉, 처리 용기(2)에는 웨이퍼(W)를 플라즈마 처리실(S1) 내에 반입·반출하기 위한 개구부(2a)가 마련되어 있다. 처리 용기(2)의 측벽에는 개구부(2a)를 개폐하는 게이트 밸브(GV)가 마련되어 있다. 또한, 퇴적물 실드(23)에는 개구부(2a)와 대응하는 위치에 개구부(23a)가 마련되어 있다. 셔터(22)는 리프터(55)에 의해 상하로 구동되어, 개구부(23a)를 개폐한다. 셔터(22)는 접지되어 있다. 웨이퍼(W)의 반입 및 반출 시, 게이트 밸브(GV)를 열어, 리프터(55)의 구동에 의해 셔터(22)를 하강시켜 셔터(22)를 열고, 퇴적물 실드(23)의 개구부(23a)로부터 플라즈마 처리실(S1)로 웨이퍼(W)를 반입하거나, 플라즈마 처리실(S1)로부터 웨이퍼(W)를 반출한다.

셔터(22)의 내부에는 냉매(열 교환 매체)가 통류하는 유로(221)(아울러, 후술하는 도 3 참조)가 마련되어 있다. 유로(221)에는 도입관(71)을 거쳐 냉매가 도입된다. 냉매는 유로(221)를 순환하여 배출관(72)으로부터 배출된다. 또한, 퇴적물 실드(23)의 내부에는 냉매가 통류하는 유로(231)가 마련되어 있다. 유로(231)에는 도입관(73)을 거쳐 냉매가 도입된다. 냉매는 유로(231)를 순환하여 배출관(74)으로부터 배출된다. 또한, 냉매의 유량을 검출하는 플로미터, 냉매의 유량을 조정하는 레귤레이터 등을 구비하고 있어도 된다. 후술하는 제어 장치(100)는 플라즈마 처리실(S1)의 플라즈마로부터 셔터(22)로의 입열량에 따라, 유로(221)로 공급하는 냉매의 유량을 제어한다. 이에 의해, 셔터(22)의 온도를 원하는 온도역으로 할 수 있다. 마찬가지로 제어 장치(100)는, 플라즈마 처리실(S1)의 플라즈마로부터 퇴적물 실드(23)로의 입열량에 따라, 유로(231)로 공급하는 냉매의 유량을 제어한다. 이에 의해, 퇴적물 실드(23)의 온도를 원하는 온도역으로 할 수 있다. 또한, 냉매의 종류는 한정되는 것이 아니며, 예를 들면 드라이 에어 등의 기체여도 되고, 냉각수 등의 액체여도 된다.

플라즈마 처리실(S1)의 하측의 배플판(20) 하에는, 배기를 행하기 위한 배기 공간(S2)이 형성되어 있다. 이에 의해, 배플판(20)의 하류측의 배기 공간(S2)으로 플라즈마가 침입하는 것을 억제할 수 있다.

제 1 고주파 전원(51)은 플라즈마 생성용의 고주파 전력(HF)을 발생시킨다. 제 1 고주파 전원(51)은 예를 들면 60 MHz의 주파수의 고주파 전력(HF)을 발생시킨다. 제 1 고주파 전원(51)은 정합기(52)를 개재하여 가스 샤워 헤드(40)에 접속되어 있다. 정합기(52)는 제 1 고주파 전원(51)의 출력 임피던스와 부하측(상부 전극측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.

제 2 고주파 전원(53)은 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 고주파 바이어스 전력(LF)을 발생시킨다. 제 2 고주파 전원(53)은 예를 들면 20 MHz의 주파수의 고주파 바이어스 전력(LF)을 발생시킨다. 제 2 고주파 전원(53)은 정합기(54)를 개재하여 스테이지(5)에 접속되어 있다. 정합기(54)는 제 2 고주파 전원(53)의 출력 임피던스와 부하측(하부 전극측)의 입력 임피던스를 정합시키기 위한 회로이다.

처리 용기(2)의 저부에는 배기관(31)이 접속되어 있고, 배기관(31)에는 배기 장치(35)가 접속되어 있다. 배기 장치(35)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지고, 처리 용기(2) 내를 정해진 감압 분위기까지 진공 배기하는 것이 가능하다. 또한, 처리 용기(2)의 측벽에는 게이트 밸브(GV)가 마련되고, 게이트 밸브(GV)의 개폐에 의해, 처리 용기(2) 내에 웨이퍼(W)를 반입 및 반출한다.

플라즈마 처리 장치는 제어 장치(100)에 의해 제어된다. 제어 장치(100)는 통신 인터페이스(I/F)(105), CPU(110), 메모리(115) 등을 구비하는 컴퓨터이다. 메모리(115)에는 플라즈마 처리 장치에서 실행되는 에칭 등의 각종의 플라즈마 처리를 CPU(110)에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램, 및 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치의 각 부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 레시피가 저장된다. CPU(110)는 메모리(115)에 저장된 레시피 또는 제어 프로그램을 사용하여 플라즈마 처리 장치의 각 부(리프터(55), 배기 장치(35), 직류 전원(13), 제 1 고주파 전원(51), 제 2 고주파 전원(53), 처리 가스 공급원(30) 등)를 제어한다.

이어서, 유로(221, 231)를 가지는 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)에 대하여, 도 2및 도 3을 이용하여 더 설명한다. 또한 이하의 설명에서는, 유로(221)를 가지는 셔터(22)를 예로 설명한다. 또한, 퇴적물 실드(23)의 유로(231)의 구조에 대해서도, 셔터(22)의 유로(221)의 구조와 동일하며, 중복되는 설명을 생략한다.

도 2는 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 셔터(22)의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 3은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 셔터(22)의 내부 구조의 일례를 나타내는 부분 단면 사시도이다. 또한, 도 3은 플라즈마 처리실(S1)과 면하는 측의 측벽부(222)를 절단한 도이다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 셔터(22)는 측벽부(222)와, 리브(223)를 가지고 있다. 측벽부(222)는 퇴적물 실드(23)의 개구부(23a)를 폐색하는 부재이며, 원통 형상의 퇴적물 실드(23)의 형상에 따라 원호 형상으로 만곡하고 있다. 리브(223)는 측벽부(222)의 하단측으로부터 처리 용기(2)의 중심 방향을 향해 연장되도록 형성되어 있다. 리브(223)의 하면측은 리프터(55)에 의해 지지된다. 셔터(22)가 개구부(23a)를 닫을 시, 리브(223)의 상면이 퇴적물 실드(23)와 접촉해도 된다. 또한, 측벽부(222)의 상단이 퇴적물 실드(23)와 접촉해도 된다. 이에 의해, 퇴적물 실드(23)와 셔터(22)는 전기적으로 접속되어, 셔터(22)가 접지된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 셔터(22)의 측벽부(222)의 내부에는, 냉매가 통류하는 유로(221)가 형성되어 있다. 환언하면, 셔터(22)는 내부에 공간을 가지고 외각을 형성하는 외각 부재(224)와, 외각 부재(224)의 내부에 배치되고 유로(221)를 형성하는 구획 부재(225)와, 유로(221)에 배치된 열 교환 촉진 부재(226)를 가지고 있다.

외각 부재(224)에는 내부 공간과 외부를 연통하는 유입로(227), 유출로(228, 229)가 형성되어 있다. 또한 도 3에 나타내는 예에서는, 둘레 방향의 중심 또한 하측에 유입로(227)가 형성되어 있고, 둘레 방향의 외측 또한 하측에 유출로(228, 229)가 형성되어 있다.

구획 부재(225)는 외각 부재(224)의 내부에 배치되고, 유입로(227)로부터 유출로(228, 229)를 향하는 유로(221)를 형성한다. 또한 도 3에 있어서, 유로(221)의 일방의 선단은 유입로(227)와 연통하고, 유로(221)의 도중에서 분기되어 상하로 왕복하면서 둘레 방향 외측을 향해 형성되어 있는 것으로서 도시하고 있다. 또한, 유로(221)의 타방의 선단은 유출로(228, 229)와 각각 연통하도록 형성되어 있는 것으로서 도시하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

열 교환 촉진 부재(226)는 외각 부재(224) 및 구획 부재(225)로 형성된 유로(221) 내에 마련되어 있다. 환언하면, 열 교환 촉진 부재(226)는 유로(221) 내를 흐르는 냉매의 흐름을 저해하도록 배치되어 있다. 열 교환 촉진 부재(226)는 유로(221)를 흐르는 냉매와의 접촉 면적을 증가시켜, 셔터(22)와 냉매와의 열 교환을 촉진한다. 또한, 열 교환 촉진 부재(226)는 외각 부재(224)를 내측으로부터 지지한다. 이에 의해, 중공 구조의 셔터(22)의 강도 및 강성을 확보할 수 있다. 열 교환 촉진 부재(226)는 예를 들면 그물코 형상 또는 기둥 형상의 구조를 가지고 있어도 되며, 래티스 구조(격자 구조)를 가지고 있어도 된다. 또한, 열 교환 촉진 부재(226)의 형상 및 배치는 이들에 한정되는 것은 아니다.

또한 도시는 생략하지만, 리브(223)의 내부에 공간을 가지고, 그 내부 공간에 그물코 형상 또는 기둥 형상의 구조, 래티스 구조(격자 구조), 벌집 구조 등의 강도 및 강성을 확보하면서 경량화하는 구조를 가지고 있어도 된다.

도 4는 유로(221) 내의 냉매의 온도 분포의 시뮬레이션 결과의 일례를 나타내는 사시도이다. 도 5는 유로(221) 내의 냉매의 흐름을 나타내는 모식도이다. 또한, 도 4의 (a) 및 도 5의 (a)는 유로(221) 내에 열 교환 촉진 부재(226)가 마련되어 있는 경우를 나타내고, 도 4의 (b) 및 도 5의 (b)는 열 교환 촉진 부재(226)가 마련되어 있지 않은 경우를 나타낸다. 또한, 도 4의 시뮬레이션 결과에 있어서는, 온도가 높을수록 진한 해칭을 부여하여 도시하고 있다. 또한, 도 5에서 냉매의 흐름을 화살표로 나타낸다.

플라즈마 처리실(S1)로부터 셔터(22)로의 입열량을 1 W/m²로 하고, 드라이 에어를 냉매로서, 유입로(227)로부터 유출로(228, 229)로 냉매를 흘렸을 시에 있어서의 냉매의 온도 분포의 시뮬레이션을 행했다. 또한 도 3에 나타내는 바와 같이, 유로(221)는 좌우 대칭의 형상을 가지고 있기 때문에, 그 한쪽 편에 대해서만 시뮬레이션을 행했다. 도 4에는 도 3의 파선 A로 나타내는 영역에 있어서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 유로(221)에 냉매를 흘림으로써, 유입면에 있어서의 냉매의 온도보다 유출면(221a)에 있어서의 냉매의 온도가 상승하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 유출면(221a)에 있어서의 냉매의 온도는, 유입면에 있어서의 냉매의 온도보다 최고 0.2℃ 상승했다. 환언하면, 셔터(22)를 냉각할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 유로(221) 내에 열 교환 촉진 부재(226)를 배치함으로써, 유출면(221a)에 있어서의 냉매의 온도가 도 4의 (b)에 나타내는 예보다 상승하고 있는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 유출면(221a)에 있어서의 냉매의 온도는, 유입면에 있어서의 냉매의 온도보다 최고 0.43℃ 상승했다. 즉, 유로(221) 내에 열 교환 촉진 부재(226)를 배치함으로써, 셔터(22)와 냉매와의 열 교환 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 4의 (b)의 파선 C로 나타내는 모서리부의 영역에 있어서, 냉매의 온도가 높아지는 영역이 형성되어 있다. 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 유입로(227)로부터 유로(221)로 냉매가 흘러들었을 시, 냉매는 유로(221)의 대략 중앙을 주로 흐르고, 또한 파선 E로 나타내는 영역에 있어서 소용돌이가 발생한다. 이 소용돌이의 흐름과 유로(221)의 모서리부와의 사이의 파선 F로 나타내는 영역에서, 냉매의 정체가 발생한다. 이 모서리부의 냉매는, 셔터(22)와 열 교환함으로써 온도가 상승한다. 또한, 정체에 의해 유출면(221a)을 향해 흐르기 어렵게 되어 있다. 이 때문에, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 파선 C로 나타내는 모서리부의 영역에 있어서, 냉매의 온도가 높아지는 영역이 형성된다.

이에 대하여, 유로(221) 내에 열 교환 촉진 부재(226)를 배치함으로써, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 정류 효과를 발휘한다. 즉, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 열 교환 촉진 부재(226)는 냉매의 흐름을 저해하도록 배치되어 있다. 이에 의해, 유로(221) 내의 냉매의 흐름은, 열 교환 촉진 부재(226)에 의해 분지한다. 파선 D로 나타내는 모서리부의 영역에 있어서도 분지한 냉매가 공급된다. 그리고, 모서리부의 영역에 공급된 냉매는 유출면(221a)을 향해 흐른다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 파선 B로 나타내는 모서리부의 영역에 있어서, 냉매의 온도가 높아지는 영역이 해소되어 있다.

이상, 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는, 유로(221)를 가지는 셔터(22) 및 유로(231)를 가지는 퇴적물 실드(23)를 가지고, 유로(221, 231)에는 냉매가 통류한다.

그런데, 웨이퍼(W)의 디바이스 구조가 미세화 및 고집적화가 진행됨에 따라, 콘택트홀 등은 고애스펙트화가 진행되고 있다. 이 때문에, 고애스펙트비의 에칭에 있어서는, 고주파 바이어스 전력(LF)의 저주파화 및 고파워화가 진행되어 있다. 이 때문에, 접지 전위가 되어 있는 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)와 플라즈마와의 전위차가 커진다. 이온 스퍼터에 의한 소모의 증대 및 가속과, 플라즈마로부터의 입열량이 증가함에 따른 부품의 온도 상승(온도 제어성의 악화)이 과제가 되고 있다.

이에 대하여, 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)에 의하면, 유로(221, 231)에 냉매를 흘림으로써, 온도 제어할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 고주파 바이어스 전력(LF)의 고파워화에 의해, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)에의 입열량이 증대했다 하더라도, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 정해진 온도역이 되도록 냉각할 수 있다.

또한, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)는 중공 구조로 할 수 있으므로, 솔리드(내용물)인 셔터 및 퇴적물 실드와 비교하여, 경량화할 수 있다. 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 경량화함으로써, 열 용량도 저하된다. 이에 의해, 유로(221, 231)에 냉매를 흘려 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 온도 제어할 시의 열 응답성이 향상된다. 따라서, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 신속하게 목표 온도역으로 할 수 있으므로, 플라즈마 처리 장치에 의한 기판 처리의 생산성도 향상된다.

또한, 플라즈마 처리 장치를 메인터넌스할 시, 예를 들면 처리 용기(2)로부터 퇴적물 실드(23)를 취출하게 되지만, 퇴적물 실드(23)를 경량화함으로써, 작업성을 향상시킬 수 있다. 또한, 가동 부재인 셔터(22)를 경량화함으로써, 리프터(55)의 출력을 저감할 수 있다. 또한, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)의 재료 코스트를 낮출 수 있다.

또한, 유로(221, 231) 내에 열 교환 촉진 부재(226)를 마련함으로써, 유로(221, 231)를 흐르는 냉매와의 접촉 면적이 증가하므로, 열 교환 성능이 향상된다. 또한, 유로(221) 내에 저해물로서 배치된 열 교환 촉진 부재(226)의 하류측에는, 박리되어 재부착하는 냉매의 흐름이 형성됨으로써, 열 교환 성능이 향상된다. 이에 의해, 유로(221, 231)에 냉매를 흘려 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 온도 제어할 시의 열 응답성이 향상된다. 또한, 유로(221, 231) 내에 열 교환 촉진 부재(226)를 마련함으로써, 도 5의 (a)와 도 5의 (b)를 대비하여 나타내는 바와 같이, 유로(221)의 모서리부에 있어서의 정체의 발생을 억제한다. 이에 의해, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)의 온도 분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 중공 구조의 유로(221, 231)의 내부에 열 교환 촉진 부재(226)를 형성함으로써 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)의 강도 및 강성을 확보할 수 있다.

또한 도 1에 나타내는 바와 같이, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)에 유로를 마련하는 것으로서 설명했지만 이에 한정되는 것이 아니며, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23) 중, 적어도 일방에 유로를 마련하는 구성이어도 된다.

예를 들면, 퇴적물 실드(23)에만 유로(231)를 마련하는 구성이어도 된다. 퇴적물 실드(23)는 대략 원통 형상을 가지고 있으며, 플라즈마 처리실(S1) 전체를 둘러싸도록 배치된다. 이에 대하여, 셔터(22)는 대략 원통 형상의 일부의 범위에 배치되어 있다. 이 때문에, 퇴적물 실드(23)에 유로(231)를 마련함으로써, 플라즈마 처리실(S1) 전체를 둘러싸도록 배치된다.

또한, 예를 들면 셔터(22)에만 유로(221)를 마련하는 구성이어도 된다. 퇴적물 실드(23)는 처리 용기(2) 등의 다른 부재와 접촉하고 있으며, 플라즈마 처리실(S1)로부터의 입열은, 다른 부재로 방열된다. 한편, 셔터(22)는 가동 부재이기 때문에, 퇴적물 실드(23)와 비교하여, 다른 부재와의 접촉도 적고, 다른 부재로의 방열도 적어진다. 이 때문에, 셔터(22)의 온도가 퇴적물 실드(23)의 온도보다 높아질 우려가 있다. 이에 대하여, 셔터(22)에 유로(221)를 마련함으로써, 예를 들면 셔터(22)의 온도를 퇴적물 실드(23)의 온도와 맞출 수 있다. 이에 의해, 플라즈마 처리실(S1)의 온도의 균일성이 향상된다.

이어서, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)는 그 내부에 유로(221, 231)가 형성되어 있으며, 중공 구조로 되어 있다. 이 때문에, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)는 3D 프린터 기술, 애디티브 매뉴팩처링(Additive Manufacturing) 기술로 제조하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 금속 재료를 이용한 적층 조형 기술을 이용할 수 있다. 예를 들면, 분말 금속에 레이저 또는 전자빔을 조사하여 소결(燒結)시킴으로써 조형하는 조형 기술, 분말 금속 또는 와이어를 공급하면서, 레이저 또는 전자빔으로 재료를 용해·퇴적시킴으로써 조형하는 조형 기술 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 조형 방법은 일례이며 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)에 있어서, 외각을 구성하는 외각 부재(224), 유로(221)를 형성하기 위한 구획 부재(225), 유로(221) 중에 마련된 열 교환 촉진 부재(226)는 동일한 재료로 구성되는 것으로서 설명했다. 그러나, 이에 한정되는 것이 아니며, 다른 종류의 재료를 이용해도 된다. 예를 들면, 외각 부재(224) 및 구획 부재(225)를 알루미늄으로 하고, 열 교환 촉진 부재(226)를 열 전도율이 높은 금속 재료(예를 들면 Cu)를 이용해도 된다. 또한, 열 교환 촉진 부재(226)에 강도가 높은 금속 재료를 이용해도 된다.

이상에 설명한 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)는 처리 용기(2)와 스테이지(5) 사이에 배치되고, 열 교환 매체가 흐르는 유로를 가지며, 애노드를 형성하는 부품의 일례이다.

스테이지(5)는 캐소드를 형성하는 부재이며, 캐소드를 형성하는 부재에 대향하는 애노드를 형성하는 부품은, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23) 외에, 상부 전극(가스 샤워 헤드(40)) 및 배플판(20)을 포함한다.

[배플판]

이하, 애노드를 형성하는 부품의 다른 일례인 배플판(20)에 대하여, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은 일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 배플판(20)의 내부 구조의 일부를 나타내는 횡단면도이다. 도 7의 (a)는 도 6의 (b)의 H-H 단면을 나타내고, 도 7의 (b)는 도 6의 (b)의 I-I 단면을 나타내는 도이다.

배플판(20)은 원환 형상으로 형성되어 있다. 도 6의 (a)는 배플판(20)을 수평 방향으로 절단했을 때의 단면의 일부를 나타낸다. 또한, 도 6의 (a)의 영역(G)을 확대하여 도 6의 (b)에 나타낸다. 배플판(20)은 복수의 슬릿(20a)을 가진다. 복수의 슬릿(20a)은 모두 동일하며, 대략 평행하게 배치되어 있다. 복수의 슬릿(20a)의 각각은 배플판(20)의 폭 방향으로 길이 방향을 가지고, 둘레 방향으로 등피치로 배치되어 있다. 각 슬릿(20a)은 배플판(20)을 관통하고 있다.

배플판(20)의 내부에는 각 슬릿(20a)의 사이에 유로(201)가 형성되어 있다. 유로(201)는 각 슬릿(20a)의 내측 단부의 근방에 양 단부를 가지고, 그 일단이 도입구(IN)가 되고, 타단이 배출구(OUT)가 되어 있다. 또한, 유로(201)는 각 슬릿(20a)의 외측 단부의 외측에서 U턴하도록 형성되어 있다. 즉, 유로(201)는 각 슬릿(20a)을 따라 U자로 형성되고, 복수의 슬릿(20a) 사이를 사행한다. 배플판(20)의 내부에는 각 슬릿(20a)보다 내측에 링 형상의 2 개의 유로(202) 및 유로(203)가 형성되어 있다.

이상에 설명한 U자의 유로(201)는, 일단의 도입구(IN)에서 유로(202)에 접속되고, 타단의 배출구(OUT)에서 유로(203)에 접속되어 있다. 도시하지 않은 칠러 유닛으로부터 출력된 냉매는, 유로(202)를 통류하여, 복수의 도입구(IN)에서 복수의 유로(201)로 분류된다. 분류된 냉매는, 각 슬릿(20a)의 둘레에 형성된 유로(201)를 흘러, 복수의 배출구(OUT)에서 유로(203)에 합류하고, 다시 칠러 유닛으로 돌아온다. 이에 의해, 유로(202) → 유로(201) → 유로(203)의 순으로 냉매를 흘림으로써, 배플판(20)의 전체를 온도 제어할 수 있어, 열 응답성이 향상된다.

또한, 유로(202) 및 유로(203)로 흐르는 냉매의 방향은, 도 6의 (b)에 나타내는 방향에 한정되지 않는다. 또한, 배플판(20)을 중공 구조로 하며, 형성하는 유로(201 ~ 203)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면 도입구(IN)와 배출구(OUT)를 반대로 하여, 칠러 유닛으로부터 출력된 냉매는, 유로(203) → 유로(201) → 유로(202)의 순으로 흘려도 된다. 유로(201 ~ 203)에는 냉매의 유량을 검출하는 플로미터, 냉매의 유량을 조정하는 레귤레이터 등을 구비하고 있어도 된다.

또한, 유로(201)를 배플판(20)의 전체 슬릿(20a)의 둘레에 마련하는 것에 한정되지 않는다. 유로(201)는 예를 들면 복수의 슬릿(20a) 중, 인접하는 2 이상의 슬릿(20a)을 둘러싸도록 유로(201)를 마련해도 되고, 배플판(20)의 중심에 대하여 대칭성을 가지는 위치에 마련해도 된다. 또한, 슬릿(20a)의 내주 단부보다 내측에 유로(202) 및 유로(203) 중 적어도 하나를 마련해도 된다. 또한, 슬릿(20a)의 외주 단부보다 외측에 유로를 마련해도 되고, 이상에 설명한 유로를 조합해도 된다. 단, 온도 제어성 및 열 응답성을 향상시키기 위해서는, 유로(201)는 등간격으로, 가능한 한 밀하게 배치하는 것이 바람직하다.

유로(201)의 내부에는 복수의 열 교환 촉진 부재(206)가 점재하여 마련되어 있다. 열 교환 촉진 부재(206)는 봉 형상이어도 되고, 판 형상이어도 되며, 그 외의 구조(예를 들면 래티스 구조)를 가지고, 경량화 등을 도모하는 구성으로 해도 된다. 도 6의 (b)를 참조하면, 열 교환 촉진 부재(206)는 유로(201)의 내부에서 엇갈리도록 유로(201)의 외측면 및 내측면의 근처에 교호로 배치되어 있다. 단, 이에 한정되지 않고, 열 교환 촉진 부재(206)는 유로(201) 내를 흐르는 냉매의 흐름을 저해하는 위치에 배치되면 된다. 열 교환 촉진 부재(206)는 유로(201)를 흐르는 냉매와의 접촉 면적을 증가시켜, 배플판(20)과 냉매와의 열 교환을 촉진한다. 이에 의해, 또한 열 응답성을 좋게 할 수 있다. 또한, 열 교환 촉진 부재(206)의 형상 및 배치는 이들에 한정되는 것은 아니다.

배플판(20)의 본체(20b)와 유로(201) 중에 마련된 열 교환 촉진 부재(206)는 동일한 재료로 구성되어도 되고, 다른 종류의 재료를 이용해도 된다. 예를 들면, 배플판 본체에 알루미늄을 이용하고, 열 교환 촉진 부재(206)에 열 전도율이 높은 금속 재료(예를 들면 Cu)를 이용해도 된다. 또한, 열 교환 촉진 부재(206)에 강도가 높은 금속 재료를 이용해도 된다.

도 6의 (b)의 H-H 단면을 나타내는 도 7의 (a)에는, U턴 전의 유로(201)가 도시되어 있다. U턴 전의 유로(201)는 배플판(20)의 상면의 직하(直下)에 상면을 따라 형성되어 있다. 유로(201)는 유로(202)와 동일한 높이에 형성되고, 도입구(IN)의 위치에서 유로(201)와 유로(202)는 대략 수직으로 교차한다. 유로(202)를 흐르는 냉매는 도입구(IN)에서 유로(201)로 유입된다.

도 6의 (b)의 I-I 단면을 나타내는 도 7의 (b)에는, U턴 후의 유로(201)가 도시되어 있다. U턴 후의 유로(201)는, 배플판(20)의 상면의 직하에 상면을 따라 형성되고, 그 선단이 배출구(OUT)를 향해 단차를 가지며, 배출구(OUT)와 동일한 높이에 형성된다. 이에 의해, 단차 전의 유로(201)는 유로(203)보다 높은 위치에 형성되고, 단차 후의 유로(201)는, 유로(203)와 동일한 높이에 형성되고, 배출구(OUT)의 위치에서 유로(201)와 유로(203)는 대략 수직으로 교차한다. 이에 의해, 유로(201)를 흐르는 냉매는, 배출구(OUT)에서 합류하여 단차 전의 유로(201)보다 낮은 위치에 형성된 유로(203)로 흘러들기 쉽게 하고 있다.

열 교환 촉진 부재(206)는 U턴 후의 유로(201)보다 U턴 전의 유로(201)에 밀하게 배치되어 있다. 이에 의해, U턴 후의 유로(201)보다 U턴 전의 유로(201)를 흐르는 냉매와의 접촉 면적을 증가시켜, 배플판(20)과 냉매와의 열 교환을 촉진한다. 단, U턴 후의 유로(201)에도 열 교환 촉진 부재(206)를 마련함으로써, 배플판(20)과 냉매와의 열 교환을 촉진시키고 있다.

또한, 열 교환 촉진 부재(206)의 배치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 열 교환 촉진 부재(206)는 유로(201)의 전체에 동일한 간격으로 배치되어도 된다. 또한, 열 교환 촉진 부재(206)는 동일한 형상이어도 되고, 다른 형상이어도 된다. 또한, 열 교환 촉진 부재(206)는 유로(201) 내에 엇갈리게 배치되어도 되고, 평행하게 배치되어도 되며, 그 외의 배치여도 된다.

일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 셔터(22), 퇴적물 실드(23) 및 배플판(20)에 의하면, 유로(221, 231), 유로(201 ~ 203)로 냉매를 흘림으로써, 애노드를 형성하는 부품의 전체를 온도 제어할 수 있다. 이에 의해, 예를 들면 고주파 바이어스 전력(LF)의 고파워화에 의해, 셔터(22), 퇴적물 실드(23) 및 배플판(20) 등의 애노드를 구성하는 부재에의 입열량이 증대했다 하더라도, 애노드를 형성하는 부품을 정해진 온도역이 되도록 냉각할 수 있다. 또한, 애노드를 형성하는 부품의 일부, 예를 들면 배플판(20) 또는 셔터(22) 또는 퇴적물 실드(23)를 국소적으로 다른 온도로 제어하는 것도 가능하다.

배플판(20)의 제조 방법에 대해서는, 그 내부에 유로(201 ~ 203)가 형성되어 있고, 중공 구조로 되어 있다. 이 때문에, 배플판(20)은 3D 프린터 기술, 애디티브 매뉴팩처링(Additive Manufacturing) 기술로 제조하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 금속 재료를 이용한 적층 조형 기술을 이용할 수 있다. 예를 들면, 분말 금속에 레이저 또는 전자빔을 조사하여 소결시킴으로써 조형하는 조형 기술, 분말 금속 또는 와이어를 공급하면서, 레이저 또는 전자빔으로 재료를 용해·퇴적시킴으로써 조형하는 조형 기술 등을 이용할 수 있다. 또한, 이들 조형 방법은 일례이며 이에 한정되는 것은 아니다.

이상, 기판 처리 장치의 실시 형태 등에 대하여 설명했지만, 본 개시는 상기 실시 형태 등에 한정되는 것이 아니며, 특허 청구의 범위에 기재된 본 개시의 요지의 범위 내에서 각종 변형, 개량이 가능하다.

셔터(22)의 유로(221) 및 퇴적물 실드(23)의 유로(231)에 냉매를 흘림으로써, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 냉각하는 것으로서 설명했다. 그러나, 이에 한정되는 것이 아니며, 고온의 냉매를 흘려 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 가온해도 된다. 또한, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)는 히터를 구비하고 있어도 된다. 이에 의해, 셔터(22) 및 퇴적물 실드(23)를 정해진 온도역이 되도록 온도 제어할 수 있다.

또한, 배플판(20)에 마련된 홀로서, 슬릿(20a)을 예로 들었지만, 본 발명은 예를 들면 정원(正圓) 또는 타원의 원 홀 등, 슬릿 홀 이외의 홀 타입의 배플판(20)에도 적용 가능하다.

일실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치는 ALD(Atomic Layer Deposition) 장치, Capacitively Coupled Plasma(CCP), Inductively Coupled Plasma(ICP), Radial Line Slot Antenna, Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR), Helicon Wave Plasma(HWP) 중 어느 타입이라도 적용 가능하다. 또한, 기판 처리 장치의 일례로서 플라즈마 처리 장치를 들어 설명했다. 그러나, 기판 처리 장치는, 기판에 정해진 처리(예를 들면, 성막 처리, 에칭 처리 등)를 실시하는 장치이면 되며, 플라즈마 처리 장치에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, CVD 장치여도 된다.

본 명세서에서는, 기판의 일례로서 웨이퍼(반도체 웨이퍼)(W)를 들어 설명했다. 그러나, 기판은 이에 한정되지 않고, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display)에 이용되는 각종 기판 또는 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 된다.

Claims

처리 용기와,
상기 처리 용기의 내부에 배치되고, 기판이 배치되는 배치대와,
상기 처리 용기와 상기 배치대 사이에 배치되고, 애노드를 형성하는 부품을 구비하고,
상기 부품은 열 교환 매체가 흐르는 유로를 가지는, 기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 용기는 제 1 개구부를 가지고,
상기 부품은, 상기 제 1 개구부와 대응하는 위치에 제 2 개구부를 가지는 퇴적물 실드와, 상기 제 2 개구부를 개폐하는 셔터를 구비하고,
상기 퇴적물 실드 및 상기 셔터 중 적어도 일방의 부품은, 열 교환 매체가 흐르는 유로를 가지는,
기판 처리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 부품은, 배기부에 마련되는 배플판이며, 열 교환 매체가 흐르는 유로를 가지는,
기판 처리 장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유로를 가지는 상기 부품은, 상기 열 교환 매체와의 접촉 면적을 증가시키는 열 교환 촉진 부재를 가지는, 기판 처리 장치.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 유로를 가지는 상기 부품은, 내부 공간을 가지는 외각 부재와, 상기 내부 공간에 상기 유로를 형성하는 구획 부재와, 상기 유로에 마련된 열 교환 촉진 부재를 가지는, 기판 처리 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 열 교환 촉진 부재는, 상기 외각 부재를 지지하는, 기판 처리 장치.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 외각 부재, 상기 구획 부재, 상기 열 교환 촉진 부재는 일체로 성형되는, 기판 처리 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유로를 가지는 상기 부품은 3D프린터 기술 또는 애디티브 매뉴팩처링 기술로 성형되는, 기판 처리 장치.
처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 배치되고, 기판이 배치되는 배치대와,
상기 처리 용기 내에 배치되고, 애노드를 형성하는 부품을 구비하고,
상기 부품은, 열 교환 매체가 흐르는 유로를 가지는, 기판 처리 장치.