KR102427378B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리 장치가 제공된다. 플라즈마 처리 장치는, 용기 본체와 상기 용기 본체 상의 상부판을 포함하는 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내에, 상기 용기 본체의 일면 상에 배치되고, 자기장을 투과시키는 윈도우(window), 및 상기 윈도우 내에 배치되는 펠티어(peltier) 소자를 포함한다.

Description

플라즈마 처리 장치{Plasma processing device}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
플라즈마 처리 공정(예를 들면, 플라즈마 식각 공정)이 수행되는 반응 챔버의 내부에 형성된 윈도우의 온도를 제어하는 것은, 윈도우 내부의 열적 스트레스(thermal stress) 및 공정 산포와 관련된 중요한 이슈이다. 또한 이러한 열적 스트레스 및 공정 산포는 수율에 영향을 미칠 수 있는 이슈들이다.
일반적으로 플라즈마 처리 공정이 수행되는 반응 챔버의 윈도우는, 가장자리 대비 중심 지역에서 더 높은 온도가 감지될 수 있다. 반응 챔버의 윈도우 내부의 열적 스트레스 및 공정 산포를 적절하게 제어하고자 한다면, 윈도우의 중심부와 가장자리부 간 온도 편차를 줄이는 것이 중요하다는 점에서 이에 대한 연구의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 윈도우 내부에 배치된 펠티어 소자를 이용하여 윈도우의 온도를 가열시킴으로써 윈도우의 온도를 제어하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 윈도우 내부에 배치된 펠티어 소자를 이용하여 윈도우의 온도를 냉각시킴으로써 윈도우의 온도를 제어하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 실시예는, 용기 본체와 상기 용기 본체 상의 상부판을 포함하는 반응 챔버, 상기 반응 챔버 내에, 상기 용기 본체의 일면 상에 배치되고, 자기장을 투과시키는 윈도우(window), 및 상기 윈도우 내에 배치되는 펠티어(peltier) 소자를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 윈도우와 상기 상부판 사이에 배치되고, 상기 자기장을 제공하는 안테나를 더 포함하고, 상기 윈도우는 상기 펠티어 소자가 배치되는 제1 영역과, 상기 제1 영역 사이에 상기 안테나와 중첩되는 제2 영역을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 펠티어 소자는, 상기 제2 영역의 제1 측에 배치되는 제1 펠티어 소자와, 상기 제2 영역의 상기 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되는 제2 펠티어 소자를 포함하되, 상기 제1 펠티어 소자와 상기 제2 펠티어 소자는 각각 독립적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 복수의 상기 제1 펠티어 소자는 서로 이격되고, 각각 독립적으로 제어될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 펠티어 소자를 제어하여 상기 윈도우의 온도를 제어하는 제어부와, 상기 윈도우의 온도를 감지하여 상기 제어부에 제공하는 온도 감지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 펠티어 소자는 상기 윈도우의 표면으로부터 노출될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 윈도우를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 실시예는, 자기장을 투과시키는 윈도우(window), 상기 윈도우 상에 배치되고, 상기 자기장을 제공하는 제1 안테나, 상기 윈도우 상에 배치되고, 상기 자기장을 제공하고, 상기 제1 안테나와 이격된 제2 안테나, 및 상기 윈도우 내에 배치되고, 상기 제1 및 제2 안테나 사이의 영역과 중첩되는 펠티어(peltier) 소자를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 윈도우를 냉각시키는 냉각기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 윈도우 상에서 안테나와 펠티어 소자의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 사용되는 펠티어 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 윈도우 상에서 안테나와 펠티어 소자의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 윈도우를 가열하여 윈도우의 온도를 제어하는 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 7은 도 6의 윈도우 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 윈도우를 냉각하여 윈도우의 온도를 제어하는 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 9는 도 8의 윈도우 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
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 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 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. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
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.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
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 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
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.
이하에서, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이다. 도 2는 도 1의 윈도우 상에서 안테나와 펠티어 소자의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(100)는 용기 본체(10), 상부판(20), 정전척(30), 윈도우(window)(110), 제1 펠티어(peltier) 소자(120), 제2 펠티어 소자(130), 제1 안테나(140), 제2 안테나(150), 온도 감지부(160) 및 제어부(170)을 포함한다.
반응 챔버는 용기 본체(10)와 상부판(20)을 포함할 수 있다. 반응 챔버의 내부에서는 플라즈마 처리 공정이 수행될 수 있고, 구체적으로, 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정 및 화학적 기상 증착(CVD) 공정이 수행될 수 있다.
구체적으로, 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정이 진행되는 반응 챔버는 플라즈마를 형성하는 방법에 따라 RIE(Reactive Ion Etching), MERIE(Magnetically Enhanced Reactive Ion Etching), CDE(Chemical Downstrem Etching), ECR(Electron Cyclotron Resonance), TCP(Transformer Coupled Plasma) 등으로 나눌수 있다. 그러한 구별 외에 크게 CCP(Capacitive Coupled plasma) 타입과 ICP(Inductive Coupled Plasma: 유도 결합 플라즈마) 타입으로 나눌 수도 있다.
여기에서, CCP 타입은 반응 챔버의 내부에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전원(RF power)을 인가할 수 있다. 이로 인해, 반응 가스는 형성된 전기장에 의해 플라즈마 상태로 변형될 수 있다.
ICP 타입은 반응 챔버의 외측에 감겨진 코일과 반응 챔버의 내측에 설치된 다수의 전극에 선택적으로 고주파 전원(RF power)을 인가할 수 있다. 이로 인해, 반응 가스는 형성된 자기장 및 전기장에 의해서 플라즈마 상태로 변형될 수 있다.
용기 본체(10)는 반응 챔버의 하부 외벽을 형성할 수 있다. 용기 본체(10)의 내부에서는 플라즈마 처리 공정이 수행될 수 있다.
용기 본체(10)는 금속성 물질을 포함할 수 있다. 이로 인해, 안테나(140, 150)에서 생성된 자기장이 용기 본체(10)의 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 용기 본체(10)는 자기장이 투과될 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
상부판(20)은 용기 본체(10) 상에 배치되어 반응 챔버의 상부 외벽을 형성할 수 있다. 상부판(20)은 용기 본체(10)와 함께 반응 챔버를 외부로부터 밀폐시킬 수 있다.
상부판(20)은 금속성 물질을 포함할 수 있다. 이로 인해, 안테나(140, 150)에서 생성된 자기장이 상부판(20)의 외부로 유출되는 것을 차단할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 상부판(20)은 자기장이 투과될 수 있는 물질을 포함할 수 있다.
정전척(ESC; ElectroStatic Chuck)(30)은 용기 본체(10)의 내부에 배치되어 플라즈마 처리 공정이 진행될 웨이퍼(W)의 위치를 고정시킬 수 있다.
구체적으로, 정전척(30)은 하부에 전극(미도시)을 포함하고 있고, 전극(미도시)에서 발생된 정전기를 이용하여 정전척(30)의 상부에 위치한 웨이퍼(W)의 위치를 유지하거나 웨이퍼(W)를 수평상태로 고정시킬 수 있다.
윈도우(110)는 반응 챔버의 내부에 배치될 수 있다. 윈도우(110)는 용기 본체(10)의 내측면 및 상부판(20)의 내측면과 접할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 윈도우(110)는 상부판(20)의 내측면과 접하지 않을 수 있다.
윈도우(110)와 용기 본체(10)는 용기 본체(10)의 내부를 밀폐시킬 수 있다. 이로 인해, 용기 본체(10)의 내부는 진공 상태를 유지할 수 있다.
윈도우(110)는 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 윈도우(110)는 유전 물질은 Al₂O₃를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되지 않는다.
윈도우(110)는 안테나(140, 150)에서 생성된 유도 자기장을 용기 본체(10) 내부로 투과시킬 수 있고, 투과된 자기장은 용기 본체(10) 내부의 가스와 반응하여 플라즈마를 형성할 수 있다.
윈도우(110)는 플라즈마 처리 공정이 진행되면서 용기 본체(10) 내부에서 발생한 플라즈마 등에 의해 온도가 상승하다가 일정 온도에서 포화될 수 있다. 플라즈마 처리 공정은 온도가 상승하는 동안 그 결과가 일정하지 않은 경우가 발생할 수 있다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치는 윈도우의 온도를 일정하게 유지하도록 할 수 있다. 상세한 설명은 후술한다.
제1 안테나(140)는 윈도우(110)와 상부판(20) 사이에 배치될 수 있다. 제1 안테나(140)는 윈도우(110)에 형성된 제1 영역(R1) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 안테나(140)는 제1 안테나(140)와 마주보는 윈도우(110)에 형성된 제1 영역(R1)과 중첩될 수 있다.
제1 안테나(140)는 도 2에 보는 바와 같이, 원판 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 안테나(140)는 자기장(예를 들어, 유도 자기장)을 생성하여 용기 본체(10)의 내부에 제공할 수 있다. 자기장은 윈도우(110)를 투과할 수 있고, 용기 본체(10)의 내부에 존재하는 가스와 반응하여 플라즈마를 형성할 수 있다.
제1 안테나(140)는 예를 들면, ICP(Inductively coupled plasma) 안테나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 안테나(150)는 윈도우(110)와 상부판(20) 사이에 배치될 수 있다. 제2 안테나(150)는 윈도우(110)와 평행한 방향으로 제1 안테나(140)와 이격될 수 있다. 제2 안테나(150)는 윈도우(110)에 형성된 제2 영역(R2) 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 안테나(150)는 제2 안테나(150)와 마주보는 윈도우(110)에 형성된 제2 영역(R2)과 중첩될 수 있다.
제2 안테나(150)는 도 2에 보는 바와 같이, 고리 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 안테나(150)는 자기장(예를 들어, 유도 자기장)을 생성하여 용기 본체(10)의 내부에 제공할 수 있다. 자기장은 윈도우(110)를 투과할 수 있고, 용기 본체(10)의 내부에 존재하는 가스와 반응하여 플라즈마를 형성할 수 있다.
제2 안테나(150)는 예를 들면, ICP(Inductively coupled plasma) 안테나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 펠티어 소자(120)는 윈도우(110) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 펠티어 소자(120)의 일부는 윈도우(110) 내에 삽입될 수 있고, 제1 펠티어 소자(120)의 나머지 일부는 윈도우(110)의 표면으로부터 노출될 수 있다.
제1 펠티어 소자(120)는 도 2에 보는 바와 같이, 고리 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 펠티어 소자(120)는 윈도우(110) 내부의 제3 영역(R3)에 배치될 수 있다. 제3 영역(R3)은 제1 안테나(140)와 중첩되는 윈도우(110) 내부의 제1 영역(R1)의 양측에 형성될 수 있다. 또한, 제3 영역(R3)은 제1 안테나(140)와 중첩되는 윈도우(110) 내부의 제1 영역(R1)과 제2 안테나(150)와 중첩되는 윈도우(110) 내부의 제2 영역(R2) 사이에 형성될 수 있다. 제3 영역(R3)은 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)과 중첩되지 않는다.
제1 펠티어 소자(120)는 윈도우(110)를 가열시키거나 또는 윈도우(110)를 냉각시킴으로써 윈도우(110)의 온도를 조절할 수 있다.
제2 펠티어 소자(130)는 윈도우(110) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 펠티어 소자(130)의 일부는 윈도우(110) 내에 삽입될 수 있고, 제2 펠티어 소자(130)의 나머지 일부는 윈도우(110)의 표면으로부터 노출될 수 있다.
제2 펠티어 소자(130)는 도 2에 보는 바와 같이, 고리 형상을 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 펠티어 소자(130)는 윈도우(110) 내부의 제4 영역(R4)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제 4 영역(R4)은 제3 영역(R3)이 형성되는 제2 영역(R2)의 제1 측과 대향하는 제2 영역(R2)의 제2 측에 형성될 수 있다. 제2 안테나(150)와 중첩되는 윈도우(110) 내부의 제2 영역(R2)은 제3 영역(R3)과 제4 영역(R4) 사이에 형성될 수 있다. 제4 영역(R4)은 제2 영역(R2)과 중첩되지 않는다.
제2 펠티어 소자(130)는 윈도우(110)를 가열시키거나 또는 윈도우(110)를 냉각시킴으로써 윈도우(110)의 온도를 조절할 수 있다.
제1 펠티어 소자(120)와 제2 펠티어 소자(130)는 각각 독립적으로 제어될 수 있고, 이로 인해, 윈도우(110) 중앙의 온도와 가장자리의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.
온도 감지부(160)는 도 2에 보는 바와 같이, 반응 챔버의 외부에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 온도 감지부(160)는 반응 챔버의 내부에 배치될 수 있다.
온도 감지부(160)는 윈도우(110)와 전기적으로 연결되어 윈도우(110)의 온도를 감지할 수 있다. 온도 감지부(160)는 윈도우(110)의 온도를 감지하여 제어부(170)로 온도에 관한 정보를 제공할 수 있다.
제어부(170)는 도 2에 보는 바와 같이, 반응 챔버의 외부에 배치될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 제어부(170)는 반응 챔버의 내부에 배치될 수 있다.
제어부(170)는 제1 펠티어 소자(120) 및 제2 펠티어 소자(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(170)는 제1 펠티어 소자(120) 및 제2 펠티어 소자(130)를 제어하여 윈도우(110)의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 제어부(170)는 온도 감지부(160)와 전기적으로 연결되어 온도 감지부(160)가 감지한 윈도우(110)의 온도에 관한 정보를 수신할 수 있다.
제어부(170)에 의한 윈도우(110)의 온도 제어 동작에 대한 상세한 설명은 후술한다.
이하에서, 도 3을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 사용되는 펠티어 소자의 동작에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 사용되는 펠티어 소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
제1 펠티어 소자(120)와 제2 펠티어 소자(130)는 서로 동일한 구조와 동일한 동작을 하므로 제2 펠티어 소자(130)에 대한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 제1 펠티어 소자(120)는 전원(121), 제1 극판(122), 제2 극판(123), 제3 극판(124), N형 반도체(125) 및 P형 반도체(126)를 포함한다.
제1 펠티어 소자(120)는 펠티어 효과, 즉 양 단면이 접하는 서로 다른 구 금속에 전기적 부하를 걸었을 때 금속의 양 단면에 발열과 냉각 효과가 일어나는 현상을 이용한다.
전원(121)은 제1 극판(122) 및 제3 극판(124) 중 어느 하나에 전류를 공급할 수 있다.
제1 극판(122)은 윈도우(110) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제1 극판(122)의 상면은 윈도우(110)의 표면으로부터 노출될 수 있고, 제1 극판(122)의 하면은 윈도우(110) 내부에 삽입될 수 있다.
제1 극판(122)은 전원(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 극판(122)의 하면은 N형 반도체(125)와 접촉할 수 있다.
제2 극판(123)은 윈도우(110) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 극판(123)의 상면은 N형 반도체(125) 및 P형 반도체(126)와 접촉할 수 있고, 제2 극판(123)의 하면은 윈도우(110)와 접촉할 수 있다.
제3 극판(124)은 윈도우(110) 내에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제3 극판(124)의 상면은 윈도우(110)의 표면으로부터 노출될 수 있고, 제3 극판(124)의 하면은 윈도우(110) 내부에 삽입될 수 있다. 제3 극판(124)은 제1 극판(122)과 이격되어 배치된다.
제3 극판(124)은 전원(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 극판(124)의 하면은 P형 반도체(126)와 접촉할 수 있다.
전원(121)로부터 공급된 전류가 제1 방향(D1)으로 흐르는 경우, 제1 극판(122) 및 제3 극판(124)은 냉각될 수 있고, 제2 극판(123)은 가열될 수 있다. 이로 인해, 제2 극판(123)과 접촉된 윈도우(110)는 가열될 수 있다.
반면에, 전원(121)으로부터 공급된 전류가 제2 방향(D2)으로 흐르는 경우, 제1 극판(122) 및 제3 극판(124)은 가열될 수 있고, 제2 극판(123)은 냉각될 수 있다. 이로 인해, 제2 극판(123)과 접촉된 윈도우(110)는 냉각될 수 있다.
결과적으로, 전원(121)으로부터 인가되는 전류의 방향을 조절함으로써 윈도우(110)의 온도를 조절할 수 있다.
이하에서, 도 4를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 1의 플라즈마 처리 장치와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 처리 장치(200)는 용기 본체(10), 상부판(20), 정전척(30), 윈도우(210), 제1 펠티어 소자(220), 제2 펠티어 소자(230), 제1 안테나(240), 제2 안테나(250), 온도 감지부(260), 제어부(270), 히터(280) 및 냉각기(290)를 포함한다.
도 4의 플라즈마 처리 장치(200)는 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)와 달리, 히터(280) 및 냉각기(290)를 더 포함한다.
히터(280)는 반응 챔버 내부의 윈도우(210) 하부에 배치되어 윈도우(210)와 접촉할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 히터(280)는 윈도우(210)의 상부에 배치될 수 있고, 또 다른 몇몇 실시예에서, 히터(280)는 반응 챔버 외부에 배치될 수 있다.
히터(280)는 윈도우(210)를 가열하여 윈도우(210)의 온도를 증가시킬 수 있다. 이로 인해, 히터(280)는 제1 및 제2 펠티어 소자(220, 230)와 함께 윈도우(210)의 온도를 조절할 수 있다.
냉각기(290)는 반응 챔버 내부의 윈도우(210) 상부에 배치되어 윈도우(210)와 접촉할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 냉각기(290)는 윈도우(210)의 하부에 배치될 수 있고, 또 다른 몇몇 실시예에서, 냉각기(290)는 반응 챔버 외부에 배치될 수 있다.
냉각기(290)는 윈도우(210)를 냉각하여 윈도우(210)의 온도를 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 냉각기(290)는 제1 및 제2 펠티어 소자(220, 230)와 함께 윈도우(210)의 온도를 조절할 수 있다.
이하에서, 도 5를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명한다. 도 1의 플라즈마 처리 장치와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 따른 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 윈도우 상에서 안테나와 펠티어 소자의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 도 5의 플라즈마 처리 장치는 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)와 달리, 제1 펠티어 소자(320)는 복수의 펠티어 소자를 포함할 수 있고, 제2 펠티어 소자(330)는 복수의 펠티어 소자를 포함할 수 있다.
구체적으로, 복수의 제1 펠티어 소자(320)는 제3 영역(R3)에서 서로 이격되도록 배치될 수 있고, 복수의 제2 펠티어 소자(330)는 제4 영역(R4)에서 서로 이격되도록 배치될 수 있다.
복수의 제1 펠티어 소자(320)는 각각 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 복수의 제2 펠티어 소자(330)도 각각 독립적으로 제어될 수 있다. 이로 인해, 도 5의 플라즈마 처리 장치는 윈도우(310)의 온도를 부분적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.
이하에서, 도 1, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 윈도우의 온도를 제어하는 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 윈도우를 가열하여 윈도우의 온도를 제어하는 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다. 도 7은 도 6의 윈도우 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 8은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 윈도우를 냉각하여 윈도우의 온도를 제어하는 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다. 도 9는 도 8의 윈도우 온도 제어 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1, 도 7 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치(100)를 사용하기 전(Before)에는, 윈도우(110)는 플라즈마 처리 공정이 진행될수록(즉, 플라즈마 처리되는 웨이퍼의 수가 증가할수록) 반응 챔버 내부에서 발생한 플라즈마 등에 의해 온도가 서서히 올라가게 되고, 결국 제1 온도(T1)로 포화(saturation)될 수 있다. 즉, 첫 번째 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때의 윈도우(110)와 마지막(예를 들면, 열 번째) 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때의 윈도우(110) 사이의 온도 차이가 크다는 것을 알 수 있다.
도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치(100)를 사용한 후(After)에는, 제1 및 제2 펠티어 소자(120, 130)를 이용하여 윈도우(110)를 가열함으로써, 첫 번째 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때부터 윈도우(110)의 온도를 포화 온도인 제1 온도(T1)로 조절할 수 있다. 이어서 마지막(예를 들면, 열 번째) 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때까지 윈도우(110)의 온도를 제1 온도(T1)로 유지할 수 있다.
첫 번째 웨이퍼를 플라즈마 처리하기 전에, 제어부(170)는 제1 및 제2 펠티어 소자(120, 130)를 이용하여 윈도우(110)를 포화 온도인 제1 온도(T1)로 가열할 수 있다(S110).
이어서, 각각의 웨이퍼에 대하여 플라즈마 처리 반응을 진행할 수 있다(S120). 각각의 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리 반응이 진행되는 동안, 윈도우(110)의 온도를 제1 온도(T1)로 유지하기 위해, 제어부(170)는 플라즈마 처리 반응에 따른 윈도우(110)의 온도 증가량을 고려하여 제1 및 제2 펠티어 소자(120, 130)를 제어함으로써 윈도우(110)의 온도를 제1 온도(T1)로 유지할 수 있다(S130).
도 1, 도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치(100)를 사용한 후(After)에는, 제1 및 제2 펠티어 소자(120, 130)를 이용하여 윈도우(110)를 냉각함으로써, 첫 번째 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때부터 윈도우(110)의 온도를 플라즈마 처리 반응 전인 제2 온도(T2)로 조절할 수 있다. 이어서 마지막(예를 들면, 열 번째) 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때까지 윈도우(110)의 온도를 제2 온도(T2)로 유지할 수 있다.
첫 번째 웨이퍼에 대하여 플라즈마 처리 반응을 진행할 수 있다(S210). 첫 번째 웨이퍼에 대한 플라즈마 처리 반응이 진행되는 동안, 윈도우(110)의 온도를 제2 온도(T2)온도로 냉각시킬 수 있다(S220).
윈도우(110)의 온도를 제2 온도(T2)로 유지하기 위해, 제어부(170)는 플라즈마 처리 반응에 따른 윈도우(110)의 온도 증가량을 고려하여 제1 및 제2 펠티어 소자(120, 130)를 제어함으로써 윈도우(110)의 온도를 제2 온도(T2)로 유지할 수 있다(S230).
본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치는, 펠티어 소자를 이용하여 윈도우의 온도를 제어함으로써, 첫 번째 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때의 윈도우와 마지막 웨이퍼를 플라즈마 처리할 때의 윈도우 간 온도 편차를 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치는, 윈도우 내부의 열적 스트레스 및 공정 산포를 적절하게 제어함으로써, 처음에 플라즈마 처리를 받은 웨이퍼의 식각 간격(즉, 플라즈마 식각으로 인해 생긴 트렌치의 간격)과 마지막에 플라즈마 처리를 받은 웨이퍼의 식각 간격 간의 차이를 허용 오차 범위 내로 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 기술적 사상에 따른 플라즈마 처리 장치는, 펠티어 소자의 장착 패턴에 따라 윈도우 영역별 온도를 제어함으로써 새로운 공정 변수를 도입할 수 있고, 이로 인해 기존 공정을 미세 조정할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
10: 용기 본체 20: 상부판
30: 정전척 110: 윈도우
120: 제1 펠티어 소자 130: 제2 펠티어 소자
140: 제1 안테나 150: 제2 안테나
160: 온도 감지부 170: 제어부
280: 히터 290: 냉각기

Claims (9)

  1. 용기 본체와 상기 용기 본체 상의 상부판을 포함하는 반응 챔버;
    상기 상부판에 배치되고, 자기장을 상기 용기 본체 내에 제공하는 안테나;
    상기 상부판의 내부와 상기 용기 본체의 내부 사이를 분리하고, 상기 안테나로부터 제공된 상기 자기장을 투과시키는 윈도우(window); 및
    상기 윈도우 내에 삽입되고, 상기 윈도우를 가열 또는 냉각시키는 펠티어(peltier) 소자를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 윈도우는 상기 펠티어 소자가 배치되는 제1 영역과, 상기 제1 영역 사이에 상기 안테나와 중첩되는 제2 영역을 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 펠티어 소자는,
    상기 제2 영역의 제1 측에 배치되는 제1 펠티어 소자와,
    상기 제2 영역의 상기 제1 측과 대향하는 제2 측에 배치되는 제2 펠티어 소자를 포함하되,
    상기 제1 펠티어 소자와 상기 제2 펠티어 소자는 각각 독립적으로 제어되는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    복수의 상기 제1 펠티어 소자는 서로 이격되고, 각각 독립적으로 제어되는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 펠티어 소자를 제어하여 상기 윈도우의 온도를 제어하는 제어부와,
    상기 윈도우의 온도를 감지하여 상기 제어부에 제공하는 온도 감지부를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 펠티어 소자의 상면은 상기 윈도우의 표면으로부터 노출되는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 윈도우를 가열하는 히터를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 웨이퍼가 위치되는 정전척;
    상기 정전척 상에 배치되고, 자기장을 투과시키는 윈도우(window);
    상기 윈도우 상에 배치되고, 상기 자기장을 상기 정전척 상으로 제공하는 제1 안테나;
    상기 윈도우 상에 배치되고, 상기 자기장을 상기 정전척 상으로 제공하고, 상기 제1 안테나와 이격된 제2 안테나; 및
    상기 윈도우 내에 삽입되고, 상기 윈도우를 가열 또는 냉각시키고, 상기 제1 및 제2 안테나 사이의 영역과 중첩되는 펠티어(peltier) 소자를 포함하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 윈도우를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하는 플라즈마 처리 장치.
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