KR101037188B1

KR101037188B1 - Plasma Processing Apparatus

Info

Publication number: KR101037188B1
Application number: KR1020080128688A
Authority: KR
Inventors: 장용수; 강희영
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2011-05-26
Also published as: KR20100070091A

Abstract

플라즈마 처리 장치가 제공된다. 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일 양태(Aspect)는 하부 챔버 및 상부 챔버가 일체로 결합되어 소정의 플라즈마 생성 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 상부 챔버의 상단에 배치되는 절연체; 상기 절연체 내부에 내장되어 외부로부터 고주파 전원을 인가 받는 안테나; 및 상기 절연체 상에 형성된 유로를 통하여 유동을 공급하여 상기 절연체 및 절연체 주변 영역을 냉각시키는 냉각 유닛을 포함한다.A plasma processing apparatus is provided. An aspect of the plasma processing apparatus of the present invention includes a reaction chamber in which a lower chamber and an upper chamber are integrally combined to provide a predetermined plasma generation space; An insulator disposed on the upper chamber; An antenna embedded inside the insulator and receiving high frequency power from the outside; And a cooling unit supplying a flow through a flow path formed on the insulator to cool the insulator and the region around the insulator.

플라즈마, 안테나, 냉각 Plasma, antenna, cooling

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma Processing Apparatus}Plasma Processing Apparatus

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 돔 형상의 상부 챔버에 배치되는 플라즈마 발생부를 외부로부터 공급되는 냉각 가스를 이용하여 효율적으로 냉각시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to a plasma processing apparatus capable of efficiently cooling a plasma generating unit disposed in a dome-shaped upper chamber by using a cooling gas supplied from the outside.

최근에 반도체 장비는 반도체 소자의 고집적화, 반도체 기판의 대구경화, 액정 디스플레이의 대면적화 등에 따라 고용량 및 고기능화를 추고 하고 있다. 이에 따라 한정된 영역에서 보다 많은 소자의 직접이 필요하게 되어 반도체 장비는 원하는 패턴을 극미세화 및 고집적화시키도록 연구 및 개발되고 있다.In recent years, semiconductor equipment has been pursuing high capacity and high functionality in accordance with high integration of semiconductor devices, large diameter of semiconductor substrates, and large area of liquid crystal displays. As a result, more devices are required in a limited area, and semiconductor devices are being researched and developed to minimize and highly integrate desired patterns.

플라즈마 처리 장치는 반응가스를 활성화시켜 플라즈마 상태로 변형함으로써, 플라즈마 상태의 반응가스의 양이온 또는 라디칼(Radical)이 반도체 기판의 소정영역을 식각하는 건식식각기술을 많이 이용하고 있다. 이들 플라즈마원 중에는 용량결합형 플라즈마원(CCP; Capacitive Coupled Plasma), 유도결합형 플라즈마원(ICP; Induced Coupled Plasma), 마이크로파를 사용하는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마원, SWP(Surface Wave Plasma) 플라즈마원 등이 있다. 일반적으로 CCP 타입은 공정채버 내부에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 전기장에 의하여 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다. 그리고 일반적인 ICP 타입은 공정챔버 외측에 감겨진 코일에 고주파 전력을 인가함으로서 형성된 자기장 및 전기장에 의해서 반응가스가 플라즈마 상태로 변형된다. Plasma processing apparatuses use a dry etching technique in which a positive ion or radical of a reactive gas in a plasma state etches a predetermined region of a semiconductor substrate by activating a reaction gas and transforming the reaction gas into a plasma state. Among these plasma sources, a capacitive coupled plasma source (CCP), an inductively coupled plasma source (ICP), an electromagnetic cyclone resonance (ECR) plasma source using microwave, and a surface wave plasma plasma (SCP) plasma Circle, etc. In general, in the CCP type, the reaction gas is transformed into a plasma state by an electric field formed by selectively applying a high frequency power to a plurality of electrodes installed in the process chamber. In the general ICP type, the reaction gas is transformed into a plasma state by a magnetic field and an electric field formed by applying high frequency power to a coil wound outside the process chamber.

한편, 반도체 제조 공정 중 주요한 공정 중의 하나는 가스의 화학적 반응에 의해 반도체 기판 상에 박막을 형성하는 화학 기상 증착 (Chemical Vapor Deposition: CVD) 공정이다. 화학 기상 증착 공정을 수행하는 장치들은 플라즈마를 이용하여 증착 공정을 처리한다. 이러한 플라즈마 처리 장치 중에 최근에는 높은 종횡비를 갖는 공간을 효과적으로 채울 수 있는 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition: HDP-CVD) 장치가 주로 사용된다. On the other hand, one of the main processes of the semiconductor manufacturing process is a chemical vapor deposition (CVD) process of forming a thin film on a semiconductor substrate by a chemical reaction of gas. Devices that perform a chemical vapor deposition process use a plasma to process the deposition process. Recently, a high density plasma chemical vapor deposition (HDP-CVD) apparatus that can effectively fill a space having a high aspect ratio is mainly used.

HDP-CVD 장치는 챔버 내부에 높은 밀도의 플라즈마 이온을 형성하고 소스 가스들을 분해하여 웨이퍼 상에 소정의 막 증착과 동시에 불활성 가스를 이용한 에칭을 진행하여 높은 종횡비를 갖는 갭(gap) 내를 보이드(void) 없이 채울 수 있다. The HDP-CVD apparatus forms plasma ions of high density inside the chamber, decomposes the source gases, and deposits a predetermined film on the wafer and performs etching using an inert gas at the same time to void the inside of a gap having a high aspect ratio ( Can be filled without void).

이러한 HDP-CVD 장치는 챔버 내부에 복수 개의 노즐들이 설치되고, 다양한 소스 가스들을 노즐들에 의해 챔버 내로 분사된다. 챔버의 외측에는 고주파 전력이 인가되는 코일 형상의 안테나가 설치되며, 이에 의해 소스 가스들은 챔버 내부에서 플라즈마 상태로 여기된다. In such an HDP-CVD apparatus, a plurality of nozzles are installed inside the chamber, and various source gases are injected into the chamber by the nozzles. A coil-shaped antenna to which high frequency power is applied is installed outside the chamber, whereby source gases are excited in a plasma state inside the chamber.

종래의 고밀도 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 플라즈마를 이용하여 공정(예를 들어, 세정, 증착 또는 애싱 공정 등)을 처리하는 처리 공간을 형성하는 공정 챔버를 포함한다. 공정 챔버는 상부 챔버 및 하부 챔버로 구성된다. 하부 챔버 는 내부 하단부에 웨이퍼가 안착되는 정전척이 배치된다. 처리 공간은 상부 챔버 및 하부 챔버가 결합되어 외부로부터 밀폐되고, 플라즈마 분위기가 형성되어 정전척에 안착된 웨이퍼에 공정을 수행한다. 하부 챔버는 상부면이 개방되고, 하부 챔버는 측벽 상단부에 상부 챔버가 놓여진다. Conventional high density plasma chemical vapor deposition apparatus includes a process chamber that forms a processing space for processing a process (eg, a cleaning, deposition or ashing process, etc.) using plasma. The process chamber consists of an upper chamber and a lower chamber. The lower chamber is disposed at the lower end of the electrostatic chuck to seat the wafer. The processing space is combined with the upper chamber and the lower chamber to be sealed from the outside, and a plasma atmosphere is formed to perform a process on the wafer seated on the electrostatic chuck. The lower chamber is opened at the upper surface, and the lower chamber is placed at the upper end of the side wall.

그리고 상부 챔버는 상단부 외측에 코일 형상의 안테나가 구비된다. 안테나는 고주파(RF)의 소스 전원이 인가된다. 따라서 안테나는 상부 챔버 내부로 분사된 소스 가스들을 플라즈마 상태로 여기시키는 에너지를 제공하는 에너지원으로서 기능한다.The upper chamber is provided with a coil-shaped antenna outside the upper end. The antenna is supplied with a high frequency (RF) source power source. The antenna thus functions as an energy source providing energy to excite the source gases injected into the upper chamber into the plasma state.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 발생부를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus that can efficiently cool the plasma generating unit.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 플라즈마 처리 장치의 일 양태(Aspect)는 하부 챔버 및 상부 챔버가 일체로 결합되어 소정의 플라즈마 생성 공간을 제공하는 반응 챔버; 상기 상부 챔버의 상단에 배치되는 절연체; 상기 절연체 내부에 내장되어 외부로부터 고주파 전원을 인가 받는 안테나; 및 상기 절연체 상에 형성된 유로를 통하여 유동을 공급하여 상기 절연체 및 절연체 주변 영역을 냉각시키는 냉각 유닛을 포함한다. In order to achieve the above object, an aspect of the plasma processing apparatus of the present invention includes a reaction chamber in which the lower chamber and the upper chamber are integrally combined to provide a predetermined plasma generation space; An insulator disposed on the upper chamber; An antenna embedded inside the insulator and receiving high frequency power from the outside; And a cooling unit supplying a flow through a flow path formed on the insulator to cool the insulator and the region around the insulator.

여기서, 상기 냉각 유닛은 상기 유로로 냉각 가스를 공급하는 유동 공급부와, 외부로부터 전기적 신호를 전송 받아 상기 유동 공급부를 작동시키는 제어부를 구비하는 것이 바람직하다. Here, the cooling unit preferably includes a flow supply unit for supplying a cooling gas to the flow path, and a control unit for receiving an electrical signal from the outside to operate the flow supply unit.

그리고, 상기 절연체에는 상기 제어부와 전기적으로 연결되는 온도 센서가 더 설치되며, 상기 온도 센서는 상기 절연체의 온도값을 실시간으로 측정하여 상기 측정되는 온도값을 상기 제어부에 전송하고, 상기 제어부는 상기 측정되는 온도값 이 기설정된 기준 온도값 범위에 포함되도록 상기 유동 공급부의 작동을 제어하는 것이 바람직하다. The insulator further includes a temperature sensor electrically connected to the control unit, and the temperature sensor measures the temperature value of the insulator in real time and transmits the measured temperature value to the control unit, and the control unit measures the measurement. It is preferable to control the operation of the flow supply so that the temperature value to be included is within a preset reference temperature value range.

또한, 상기 유로는 상기 안테나의 주변 영역을 감싸도록 동심원으로 배열되는 것이 바람직하다. In addition, the flow path is preferably arranged concentrically to surround the peripheral area of the antenna.

또한, 상기 절연체의 상단에는 냉각 플레이트가 배치되고, 상기 냉각 플레이트 상단에는 히터 블록이 배치되되, 상기 냉각 플레이트와 상기 히터 블록에는 상기 유로와 연통되는 보조 유로가 더 형성되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that a cooling plate is disposed at an upper end of the insulator, and a heater block is disposed at an upper end of the cooling plate, and an auxiliary flow path communicating with the flow path is further formed in the cooling plate and the heater block.

본 발명의 일 실시예에 따를 경우, 플라즈마 발생부에 냉각원을 공급함으로써 플라즈마 발생부를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the plasma generating unit can be efficiently cooled by supplying a cooling source to the plasma generating unit.

이와 함께, 플라즈마 발생부를 절연 및 냉각시킬 수 있기에 플라즈마 처리 장치의 유지, 보수 비용을 줄이고, 내구성을 높일 수 있다.In addition, since the plasma generating unit can be insulated and cooled, the maintenance and repair costs of the plasma processing apparatus can be reduced, and durability can be increased.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태 로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Specific details of other embodiments are included in the detailed description and the drawings. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but can be implemented in various different forms, only the embodiments are to make the disclosure of the present invention complete, the general knowledge in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, which is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

하나의 소자(elements)가 다른 소자와 "접속된(connected to)" 또는 "커플링된(coupled to)" 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 "직접 접속된(directly connected to)" 또는 "직접 커플링된(directly coupled to)"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.When an element is referred to as being "connected to" or "coupled to" with another element, it may be directly connected to or coupled with another element or through another element in between. This includes all cases. On the other hand, when one device is referred to as "directly connected to" or "directly coupled to" with another device indicates that no other device is intervened. Like reference numerals refer to like elements throughout. “And / or” includes each and all combinations of one or more of the items mentioned.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, these elements, components and / or sections are of course not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component or section from another element, component or section. Therefore, the first device, the first component, or the first section mentioned below may be a second device, a second component, or a second section within the technical spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, “comprises” and / or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and / or elements. Or does not exclude additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in the present specification may be used in a sense that can be commonly understood by those skilled in the art. In addition, the terms defined in the commonly used dictionaries are not ideally or excessively interpreted unless they are specifically defined clearly.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 2는 도 1의 상부 챔버 측을 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 2의 표시 부호 A의 확대 단면도이며, 도 4는 도 3의 절연체를 보여주는 평면도이다. 도 5는 본 발명에 따르는 냉각 유닛을 보여주는 블록도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing an upper chamber side of FIG. 1, FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a symbol A of FIG. 2, and FIG. 4 is a plan view showing the insulator of FIG. 3. 5 is a block diagram showing a cooling unit according to the invention.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 설명하도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는 하부 챔버(200), 상부 챔버(100), 절연체(300), 냉각 유닛(500), 냉각판(600) 및 히터 블록(700)을 포함할 수 있다.First, the configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. The plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention may include a lower chamber 200, an upper chamber 100, an insulator 300, a cooling unit 500, a cooling plate 600, and a heater block 700. have.

도 1 내지 도 3에 있어서, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 상부면이 개방되는 하부 챔버(200)와, 하부면이 개방되고 상기 하부 챔버(200)와 결합되어 일정의 처리 공간을 형성하는 돔 형상의 상부 챔버(100)를 포함한다.1 to 3, the plasma processing apparatus of the present invention has a lower chamber 200 having an upper surface opened, and a dome shape having a lower surface opened and combined with the lower chamber 200 to form a predetermined processing space. The upper chamber 100 of the.

상부 챔버(100) 및 하부 챔버(200)는 일체로 형성되어, 소정의 반응 챔버를 구성할 수 있다. 반응 챔버는 외부로부터 주입되는 가스를 공급받고 플라즈마 상태로 여기시키는 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 반응 챔버는 기판의 크기보다 넓은 단면적을 지닌 원통이나 다각형 단면을 지닌 용기로 이루어질 수 있다.The upper chamber 100 and the lower chamber 200 may be integrally formed to constitute a predetermined reaction chamber. The reaction chamber provides a space for performing a process of receiving a gas injected from the outside and exciting the plasma. The reaction chamber may consist of a cylinder having a cylindrical or polygonal cross section with a larger cross-sectional area than the size of the substrate.

절연체(300)는 소정의 유전율을 가지며, 상부 챔버(100)의 상단에 배치될 수 있다. 절연체(300)의 내부에는 반응 챔버에 플라즈마를 생성시키는 하나 이상의 안테나(400)들이 내장되어 설치될 수 있다. 안테나(400)는 외부로부터 고주파 전원을 인가 받아 반응 챔버에 공급된 가스에 에너지를 공급하여 플라즈마 상태로 여기 시킬 수 있다. 예를 들어, 안테나(400)는 절연체(300)에 내장되어 동심원 방향으로 배열될 수 있다.The insulator 300 has a predetermined dielectric constant and may be disposed on the top of the upper chamber 100. One or more antennas 400 for generating plasma in the reaction chamber may be installed inside the insulator 300. The antenna 400 may receive high frequency power from the outside to supply energy to the gas supplied to the reaction chamber to excite the plasma. For example, the antenna 400 may be embedded in the insulator 300 and arranged in the concentric direction.

냉각 유닛(500)은 절연체(300) 내에 내장되어 소정의 유동이 통과하는 유로(310), 상기 유동을 공급하는 유동 공급부(510) 및 유동의 공급을 제어하는 제어부(520)를 포함할 수 있다.The cooling unit 500 may include a flow path 310, which is embedded in the insulator 300, through which a predetermined flow passes, a flow supply part 510 for supplying the flow, and a controller 520 for controlling the supply of the flow. .

유로(310)는 소정의 냉각 기체 또는 냉각수가 통과하는 통로를 제공한다. 유로(310)는 절연체(300) 내에 내장되어 있는 안테나(400)와 중복되지 않게 내장될 수 있다. 예를 들어, 유로(310)는 안테나(400)와 중복되지 않으면서 동심원 형태로 배열될 수 있다.The flow passage 310 provides a passage through which a predetermined cooling gas or cooling water passes. The flow path 310 may be embedded so as not to overlap with the antenna 400 embedded in the insulator 300. For example, the flow passage 310 may be arranged in a concentric manner without overlapping the antenna 400.

유동 공급부(510)는 유로(310)에 냉각 기체 또는 냉각수를 공급하여, 절연체(300)를 냉각시킬 수 있다. 유동 공급부(510)에 의한 절연체(300) 냉각에 의하여, 플라즈마 발생부인 안테나(400)를 냉각시킬 수 있다. 안테나(400)는 반응 챔버 에서 발생하는 고온의 플라즈마에 의하여 상부 챔버(100)가 가열되면서, 안테나(400)에도 열전달에 의하여 고온이 될 수 있다. 따라서, 안테나(400)가 내장되어 있는 절연체(300)를 냉각시킴으로써, 플라즈마 발생원인 안테나(400)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.The flow supply unit 510 may supply the cooling gas or the cooling water to the flow path 310 to cool the insulator 300. By cooling the insulator 300 by the flow supply unit 510, the antenna 400 serving as the plasma generator may be cooled. The antenna 400 may be heated by the heat transfer to the antenna 400 while the upper chamber 100 is heated by the high temperature plasma generated in the reaction chamber. Therefore, by cooling the insulator 300 in which the antenna 400 is built, it is possible to prevent the antenna 400 which is a plasma generation source from being damaged.

제어부(520)는 유동 공급부(510)에 의하여 공급되는 유동의 양 또는 온도 등을 제어하여 절연체(300)의 냉각 또는 온도를 제어할 수 있다. 제어부(520)는 절연체(300)의 냉각 또는 온도 제어를 위하여 절연체(300)에 내장되는 온도 센서(530)와 연결될 수 있다. 제어부(520)는 온도 센서(530)로부터 온도 데이터를 전달 받아, 유동 공급부(510)를 제어하여 절연체(300)의 냉각량 또는 온도를 제어할 수 있다.The controller 520 may control the cooling or the temperature of the insulator 300 by controlling the amount or temperature of the flow supplied by the flow supply unit 510. The controller 520 may be connected to a temperature sensor 530 embedded in the insulator 300 for cooling or controlling the temperature of the insulator 300. The controller 520 may receive temperature data from the temperature sensor 530, and control the flow supply unit 510 to control a cooling amount or temperature of the insulator 300.

한편, 냉각 유닛(500)은 유동 공급부(510) 및 유로(310)를 연통시키는 보조 유로(610)를 더 포함할 수 있다. 보조 유로(610)를 통하여 유동 공급부(510) 및 유로(310)를 연결시켜, 유로(310)에 유동을 공급하고, 배출시킬 수 있다. Meanwhile, the cooling unit 500 may further include an auxiliary flow path 610 that communicates the flow supply part 510 and the flow path 310. The flow supply unit 510 and the flow passage 310 may be connected through the auxiliary flow passage 610 to supply and discharge the flow to the flow passage 310.

냉각판(600)은 절연체(300) 상단에 배치되어, 상부 챔버(100)로부터 전달되는 열을 강제적으로 냉각시키는 역할을 한다. 냉각판(600)은 절연체(300)를 통과한 열을 냉각시켜줌으로써, 플라즈마의 발생에 의하여 상부 챔버(100)에 전달되는 열을 일부 냉각시켜 줄 수 있다.The cooling plate 600 is disposed above the insulator 300 and serves to forcibly cool the heat transferred from the upper chamber 100. The cooling plate 600 cools the heat passing through the insulator 300, thereby partially cooling the heat transferred to the upper chamber 100 by the generation of plasma.

히터 블록(700)은 냉각판(600) 상부에 배치되어, 상부 챔버(100)를 가열시키는 역할을 한다. 히터 블록(700)은 반응 챔버를 일정한 온도를 상승시키는 역할을 한다. 따라서, 히터 블록(700)은 안테나(400)에 고주파 전원을 인가하기 전에 미리 반응 챔버의 온도를 일정 범위로 만들어, 플라즈마 생성 분위기를 조성할 수 있다.The heater block 700 is disposed above the cooling plate 600, and serves to heat the upper chamber 100. The heater block 700 increases the temperature of the reaction chamber. Therefore, the heater block 700 may create a plasma generation atmosphere by making the temperature of the reaction chamber in a predetermined range before applying the high frequency power to the antenna 400.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 절연체(300) 내에 유로를 형성하여 냉각 기체 또는 냉각수에 의하여 냉각시킴으로써, 플라즈마 발생에 의하여 발생되는 열에 의하여 안테나가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이와 함께, 상부 챔버(100)가 과도하게 과열되어 상부 챔버(100)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.As described above, according to an embodiment of the present invention by forming a flow path in the insulator 300 and cooled by the cooling gas or the cooling water, it is possible to prevent the antenna from being damaged by the heat generated by the plasma generation. In addition, the upper chamber 100 may be excessively overheated to prevent the upper chamber 100 from being damaged.

한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 유로(310)는 절연체(300) 내에 내장되어 있는 안테나(400)의 배열과 동일하게 배열될 수 있다. 따라서, 유로(310)에 공급되는 유동은 입구에서 출구까지 안테나(400)의 배열을 따라 이동하면서, 절연체(300) 및 안테나(400)를 냉각시킬 수 있다.Meanwhile, referring to FIGS. 3 and 4, the flow path 310 may be arranged in the same way as the arrangement of the antenna 400 embedded in the insulator 300. Accordingly, the flow supplied to the flow path 310 may move along the arrangement of the antenna 400 from the inlet to the outlet, while cooling the insulator 300 and the antenna 400.

이와 함께, 유로(310)는 입구에서 출구까지의 통로 단면적이 점진적으로 증가될 수 있다. 유로(310)를 통과하는 유동이 온도가 절연체(300) 등의 열을 흡수하면서 온도가 증가하지만, 단면적이 증가하여 열을 흡수할 수 있는 용량이 증가되어 유동의 온도 증가에 따른 열전달 효율일 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 절연체(300) 전체의 열 흡수를 균일하게 하여, 절연체(300)의 전체 온도를 일정 범위 내로 유지시킬 수 있고, 유로(310)의 입구 및 출구 위치 선정에 따라 온도가 변동되는 것을 줄일 수 있다. In addition, the passage 310 may gradually increase the passage cross-sectional area from the inlet to the outlet. As the flow passing through the flow path 310 increases in temperature as the temperature absorbs heat such as the insulator 300, the cross-sectional area increases to increase the capacity to absorb heat, thereby decreasing the heat transfer efficiency due to the increase in temperature of the flow. Can be prevented. Therefore, by uniformly absorbing heat throughout the insulator 300, the overall temperature of the insulator 300 can be maintained within a predetermined range, and the temperature fluctuation can be reduced according to the inlet and outlet positions of the flow path 310. have.

다음은, 상기와 같은 구성을 갖는 플라즈마 처리 장치의 작용을 설명하도록 한다.Next, the operation of the plasma processing apparatus having the above configuration will be described.

도 1에 있어서, 상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)가 결합함으로써, 플라즈마가 생성되는 반응 챔버의 공간을 형성할 수 있다. 반응 챔버의 내부 공간에는 플라 즈마 식각 또는 증착 공정이 수행되는 피처리물인 기판(미도시)이 위치할 수 있다.In FIG. 1, the upper chamber 100 and the lower chamber 200 may be combined to form a space of a reaction chamber in which plasma is generated. In the inner space of the reaction chamber, a substrate (not shown), which is an object to which plasma etching or a deposition process is performed, may be located.

이어, 히터 블록(700)은 외부로부터 전원을 인가 받아 반응 챔버를 일정 온도 범위로 가열시킨다. 히터 블록(700)에 의해 발생된 열은 절연체를 통하여 상부 챔버(100)로 전달되어, 상부 챔버(100)의 온도를 증가시켜, 반응 챔버 공간에서 플라즈마가 발생할 수 있는 분위기를 조성시킬 수 있다.Subsequently, the heater block 700 receives power from the outside to heat the reaction chamber to a predetermined temperature range. Heat generated by the heater block 700 may be transferred to the upper chamber 100 through the insulator, thereby increasing the temperature of the upper chamber 100, thereby creating an atmosphere in which plasma may be generated in the reaction chamber space.

이와 함께, 반응 챔버의 내부 공간에 플라즈마 생성에 필요한 공정 가스를 공급한다. 이는 반응 챔버의 내부 공간과 연결되는 유입관(미도시)을 통하여 이루어질 수 있다.In addition, the process gas required for plasma generation is supplied to the internal space of the reaction chamber. This may be done through an inlet pipe (not shown) connected to the inner space of the reaction chamber.

이어, 고주파 전원부(미도시)에 의하여 안테나(400)들에 고주파 전원을 인가하여 반응 챔버 내부의 기체를 플라즈마 상태로 여기시켜 플라즈마를 생성할 수 있다. 생성된 플라즈마에 의하여, 반응 챔버 내에서의 소정의 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 플라즈마에 의한 에칭, 증착 등의 공정이 진행될 수 있다.Subsequently, high frequency power is applied to the antennas 400 by the high frequency power supply unit (not shown) to excite the gas in the reaction chamber to a plasma state to generate plasma. By the generated plasma, certain processes in the reaction chamber can be performed. For example, a process such as etching or deposition by plasma may be performed.

플라즈마의 발생에 의하여, 반응 챔버 내부는 일정 이상의 고온이 형성되고, 절연체(300)에 내장되어 있는 안테나(400)들에도 고주파 전원에 의하여 일정 이상의 고온이 형성될 수 있다.Due to the generation of plasma, a predetermined high temperature may be formed in the reaction chamber, and a high temperature or higher may also be formed by the high frequency power in the antennas 400 embedded in the insulator 300.

냉각 유닛(500)은 플라즈마 생성 또는 안테나(400)들의 동작에 맞추어 절연체(300)에 내장된 유로(310)를 통하여 냉각 기체 또는 냉각수를 공급하여 절열체(300)를 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부(520)는 유동 공급부(510)에 전기적 신호를 전송하고, 상기 유동 공급부(510)는 히터 블록(700) 및 냉각 플레이트(600)에 형성된 보조 유로(610)를 통하여 냉각 기체 또는 냉각수를 공급한다.The cooling unit 500 may supply the cooling gas or the cooling water through the flow path 310 embedded in the insulator 300 to cool the heat detector 300 according to the plasma generation or the operation of the antennas 400. For example, the control unit 520 transmits an electrical signal to the flow supply unit 510, the flow supply unit 510 is a cooling gas through the auxiliary flow path 610 formed in the heater block 700 and the cooling plate 600. Or supply cooling water.

이어, 보조 유로(610)로 공급되는 냉각 기체 또는 냉각수는 절연체(300)내에 형성되어 있는 유로(310)를 따라 진행하고, 상기 유로(310)로 유입된 냉각 기체 또는 냉각수는 절연체(300) 자체의 열을 흡수하면서 진행하고 다른 출구로 배출될 수 있다. Subsequently, the cooling gas or the cooling water supplied to the auxiliary flow path 610 proceeds along the flow path 310 formed in the insulator 300, and the cooling gas or the cooling water introduced into the flow path 310 passes through the insulator 300 itself. It can proceed while absorbing heat and can be discharged to another outlet.

상기와 같이, 절연체(300) 내에 내장된 유로(310)를 따라 냉각 기체 또는 냉각수가 순환되거나 진행하면서, 절연체(300) 자체의 열 및 안테나(400)에서 발생되는 열을 흡수하여 절열체(300) 또는 안테나(400)를 냉각시킬 수 있다.As described above, while the cooling gas or the cooling water circulates or progresses along the flow path 310 embedded in the insulator 300, the heat absorber 300 absorbs heat generated from the insulator 300 itself and heat generated from the antenna 400. ) Or the antenna 400 may be cooled.

한편, 냉각 유닛(500)의 온도 센서(530)는 절연체(300) 자체의 온도값을 측정하여 제어부(520)에 전기적 신호의 형태로 전송할 수 있다.Meanwhile, the temperature sensor 530 of the cooling unit 500 may measure the temperature value of the insulator 300 itself and transmit it to the controller 520 in the form of an electrical signal.

상기 제어부(520)는 상기 측정된 온도값이 기설정된 기준 온도값의 범위에 포함되는지의 여부를 판단할 수 있다.The controller 520 may determine whether the measured temperature value is within a range of a predetermined reference temperature value.

만일, 상기 측정된 온도값이 기설정된 기준 온도값의 범위에 포함되는 경우에, 상기 제어부(520)는 상기 유동 공급부(510)의 작동을 제어하여 소정의 온도 범위로 절연체(300)의 온도를 제어할 수 있다. 반대로, 상기 측정된 온도값이 기 설정된 기준 온도값의 범위에 포함되지 않는 경우에, 상기 제어부(520)는 상기 측정된 온도값이 기설정된 기준 온도값의 범위에 포함될 때까지 상기 유동 공급부(510)를 사용하여 보조 유로(610) 및 유로(310)에 냉각 가스를 공급하여 순환시키도록 할 수 있다.If the measured temperature value is within a range of a predetermined reference temperature value, the controller 520 controls the operation of the flow supply unit 510 to adjust the temperature of the insulator 300 to a predetermined temperature range. Can be controlled. On the contrary, when the measured temperature value is not included in the range of the preset reference temperature value, the controller 520 may provide the flow supply unit 510 until the measured temperature value is included in the range of the preset reference temperature value. ) May be used to circulate by supplying cooling gas to the auxiliary flow path 610 and the flow path 310.

이에 따라, 본 발명은 안테나(400)를 효율적으로 절연시키면서 외부로부터 공급되는 냉각 가스를 안테나(400) 주변 영역으로 유동되도록 함으로써 안테 나(400) 자체 및 절연체(300)를 효율적으로 냉각시킴과 아울러, 절연체(300)와 밀착되는 돔 형상의 상부 챔버(100)를 냉각시킬 수 있다.Accordingly, the present invention efficiently cools the antenna 400 and the insulator 300 by allowing the cooling gas supplied from the outside to flow to the area around the antenna 400 while efficiently insulating the antenna 400. The upper chamber 100 in close contact with the insulator 300 may be cooled.

따라서, 플라즈마 발생부에 의하여 발생된 플라즈마에 의한 고온 및 발생부 자체의 발열량 등에 의하여 안테나(400)가 손상되거나 또는 상부 챔버(100)가 손상되는 것을 방지함으로써, 플라즈마 처리 장치의 유지, 보수 및 수명을 연장시킬 수 있다.Therefore, the antenna 400 or the upper chamber 100 is prevented from being damaged by the high temperature caused by the plasma generated by the plasma generating unit and the amount of heat generated by the generating unit itself, thereby maintaining, repairing, and operating the plasma processing apparatus. Can be extended.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 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 have various permutations, modifications, and modifications without departing from the spirit or essential features of the present invention. It is to be understood that modifications may be made and other embodiments may be embodied. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 보여주는 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 상부 챔버 측을 보여주는 단면도.2 is a cross-sectional view showing the upper chamber side of FIG.

도 3은 도 2의 표시 부호 A의 확대 단면도.3 is an enlarged cross-sectional view of a symbol A of FIG. 2.

도 4는 도 3의 절연체를 보여주는 평면도.4 is a plan view showing the insulator of FIG.

도 5는 본 발명에 따르는 냉각 유닛을 보여주는 블록도.5 is a block diagram showing a cooling unit according to the invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호설명** Description of Signs of Main Parts of Drawings *

100 : 상부 챔버 200 : 하부 챔버100: upper chamber 200: lower chamber

300 : 절연체 310 : 유로300: insulator 310: euro

400 : 안테나 500 : 냉각 유닛400: antenna 500: cooling unit

510 : 냉각 가스 공급부 520 : 제어부510: cooling gas supply unit 520: control unit

530 : 온도 센서 600 : 냉각 플레이트530: temperature sensor 600: cooling plate

610 : 보조 유로 700 : 히터 블록610: auxiliary euro 700: heater block

Claims

하부 챔버 및 상부 챔버가 일체로 결합되어 소정의 플라즈마 생성 공간을 제공하는 반응 챔버;A reaction chamber in which the lower chamber and the upper chamber are integrally combined to provide a predetermined plasma generation space;

상기 상부 챔버의 상단에 배치되며, 온도 센서가 내장되는 절연체;An insulator disposed on an upper end of the upper chamber and having a temperature sensor embedded therein;

상기 절연체 내부에 내장되어 외부로부터 고주파 전원을 인가 받는 안테나; 및An antenna embedded inside the insulator and receiving high frequency power from the outside; And

상기 절연체 내부에 형성된 유로를 통하여 유동을 공급하여 상기 절연체 및 절연체 주변 영역을 냉각시키는 냉각 유닛을 포함하되,It includes a cooling unit for supplying a flow through the flow path formed inside the insulator to cool the insulator and the region around the insulator,

상기 냉각 유닛은 상기 온도 센서에 의해 측정된 상기 절연체의 온도값에 따라 상기 유로를 통하여 공급되는 상기 유동의 온도 및 유량을 제어하여 상기 절연체의 냉각량을 조절하는, 플라즈마 처리 장치.And the cooling unit controls the amount of cooling of the insulator by controlling the temperature and the flow rate of the flow supplied through the flow path in accordance with the temperature value of the insulator measured by the temperature sensor.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 유로는 상기 절연체 내에 동심원 상으로 배열되는, 플라즈마 처리 장치.And said flow path is arranged concentrically in said insulator.

제 1항에 있어서, 상기 냉각 유닛은The method of claim 1, wherein the cooling unit

상기 유로로 냉각 가스를 공급하는 냉각 가스 공급부; 및A cooling gas supply unit supplying a cooling gas to the flow path; And

상기 냉각 가스 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는, 플라즈마 처리 장치.And a control unit for controlling the cooling gas supply unit.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 유로는 상기 안테나와 겹치지 않으면서, 상기 안테나와 동일한 평면상에 배열되는, 플라즈마 처리 장치.And said flow path is arranged on the same plane as said antenna without overlapping said antenna.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 상부 챔버는 돔 형상이며,The upper chamber is dome shaped,

상기 절연체의 주변 영역에는 안테나의 영역 및 상부 챔버의 상단 영역을 포함하는, 플라즈마 처리 장치.And a region of the antenna and an upper region of the upper chamber in the peripheral region of the insulator.

제 1항에 있어서, The method of claim 1,

상기 유로는 입구로부터 출구에 이르기까지 단면적이 점진적으로 증가하는, 플라즈마 처리 장치.And the flow passage gradually increases in cross-sectional area from the inlet to the outlet.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 유로는 상기 안테나와 겹치지 않으면서, 상기 절연체 내에서 상기 안테나의 배열과 동일한 배열로 이루어지는, 플라즈마 처리 장치.And the flow path is arranged in the same arrangement as that of the antenna in the insulator without overlapping the antenna.

제 1항에 있어서,The method of claim 1,

상기 절연체의 상단에는 냉각 플레이트가 배치되고, 상기 냉각 플레이트 상 단에는 히터 블록이 배치되며,A cooling plate is disposed on an upper end of the insulator, and a heater block is disposed on the cooling plate.

상기 냉각 플레이트와 상기 히터 블록에는 상기 유로와 연통되는 보조 유로가 더 형성되는, 플라즈마 처리 장치.The cooling plate and the heater block is further formed with an auxiliary flow path in communication with the flow path, the plasma processing apparatus.