KR101079224B1

KR101079224B1 - Top electrode assembly and plasma processing apparatus

Info

Publication number: KR101079224B1
Application number: KR1020050069398A
Authority: KR
Inventors: 김춘식
Original assignee: 엘아이지에이디피 주식회사
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2011-11-03
Also published as: KR20070014606A

Abstract

본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 챔버의 영향을 받지 않고 효율적으로 냉각되는 상부전극 어셈블리와 이를 이용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 종래에는 냉매 통로가 상부지지부재를 관통하며 상부지지부재와 접촉하게 되고, 이에 상부지지부재와 열교환이 발생되고, 샤워헤드의 냉각 효율이 악화되는 문제점이 있었다. 이에 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 샤워헤드에 연결되는 냉매 통로와 상부지지부재를 소정 간격 이격시켜 비접촉식으로 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a plasma processing apparatus, and more particularly, to an upper electrode assembly which is efficiently cooled without being affected by a chamber, and a plasma processing apparatus using the same. Conventionally, the refrigerant passage penetrates the upper support member and comes into contact with the upper support member, thereby causing heat exchange with the upper support member, and deteriorating cooling efficiency of the shower head. Accordingly, the plasma processing apparatus according to the present invention is characterized in that the refrigerant passage connected to the shower head and the upper support member are formed in a non-contact manner by a predetermined distance apart.

상기와 같은 발명은, 냉매 통로와 상부지지부재의 열전달을 효율적으로 억제 할 수 있는 효과가 있다. 또한 샤워헤드를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 상부지지부재 및 챔버의 온도 하락을 방지할 수 있는 장점을 가진다.The invention as described above has the effect of efficiently suppressing heat transfer between the refrigerant passage and the upper support member. In addition, the showerhead can be cooled more efficiently, and has an advantage of preventing the temperature drop of the upper support member and the chamber.

플라즈마, 기판, 냉각, 상부전극, 샤워헤드 Plasma, substrate, cooling, top electrode, showerhead

Description

TOP ELECTRODE ASSEMBLY AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

도 1은 종래 플라즈마 처리 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a conventional plasma processing apparatus.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a plasma processing apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부전극 어셈블리의 개략 구성을 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an upper electrode assembly according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 샤워헤드의 구성을 도시한 개략 평면도이다. 4 is a schematic plan view showing the configuration of a showerhead in an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부전극 어셈블리의 개략 구성을 도시한 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an upper electrode assembly according to another embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

10, 100 : 진공 챔버 20, 120 : 상부지지부재 10, 100: vacuum chamber 20, 120: upper support member

21, 121 : 상부전극판 22, 122 : 샤워헤드 21, 121: upper electrode plate 22, 122: shower head

23, 123 : 처리가스 공급간주 24, 124 : 토출구 23, 123: treatment gas supply note 24, 124: discharge port

25, 125 : 처리가스 공급경로 26, 126 : 처리 가스 공급원25, 125: process gas supply path 26, 126: process gas supply source

31, 131 : 냉매 유로 32, 33, 132, 133, 135, 136 : 냉매 통로31, 131: refrigerant passage 32, 33, 132, 133, 135, 136: refrigerant passage

40, 140 : 기판 51, 151 : 정전척 40, 140: substrate 51, 151: electrostatic chuck

52, 152 : 하부전극판 54, 154 : 절연체 52, 152: lower electrode plate 54, 154: insulator

60, 160 : 가스 공급 라인 61, 161 : 가스 공급원60, 160: gas supply line 61, 161: gas supply source

63, 163 : 고주파 전원 64, 164 : 정합기63, 163: high frequency power supply 64, 164: matching device

65, 165 : 직류 고압 전원 G : 게이트 밸브65, 165 DC high pressure power supply G: gate valve

120a, 120b : 관통홈 134 : 오링120a, 120b: Through groove 134: O-ring

본 발명은 상부전극 어셈블리 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버의 영향을 받지 않고 효율적으로 냉각되는 상부전극 어셈블리와 이를 이용한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an upper electrode assembly and a plasma processing apparatus using the same, and more particularly, to an upper electrode assembly that is efficiently cooled without being affected by a chamber and a plasma processing apparatus using the same.

반도체 및 디스플레이 산업이 발전함에 따라 웨이퍼, 유리 등의 기판 가공도 한정된 면적에 원하는 패턴을 극미세화하고 고집적화하는 방향으로 진행되고 있고, 이에 따라 기판에 박막을 성장시키거나 식각할 때 플라즈마 처리 기술이 널리 활용되고 있다. 플라즈마 처리는 고밀도로 공정을 제어할 수 있는 등의 장점에 의해 반도체, 디스플레이 기판의 가공 공정 등에 널리 사용되고 있다. 플라즈마 처리 장치는 매엽식 혹은 배치식 장치가 있고, 매엽식 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버 내에 전극이 상하로 대향 배치되어 양 전극 사이에 고주파 전력을 인가하여 플라즈 마를 생성시킨다. As the semiconductor and display industry develops, processing of substrates such as wafers and glass is also progressing toward minimizing and integrating desired patterns in a limited area. Accordingly, plasma processing technology is widely used when growing or etching thin films on substrates. It is utilized. Plasma treatment is widely used in processing processes of semiconductors, display substrates, etc. due to the advantages of controlling the process at high density. The plasma processing apparatus includes a single sheet or batch type apparatus. In the single sheet plasma processing apparatus, electrodes are disposed up and down in a vacuum chamber to generate a plasma by applying high frequency power between both electrodes.

도 1을 참조하면, 일반적인 매엽식 반도체 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(10) 내에 상부전극(21) 및 상부전극(21)과 대향하여 위치하고 피처리체인 반도체 기판이 장착되는 기판 지지부재를 구비하며, 기판 지지부재는 전원이 인가되는 하부전극(52)과 정전척(51)을 포함한다. 상부전극과 하부전극은 일정간격 이격되어 서로 대향하고 있으며, 외부로부터 정합된 고주파 전력이 인가되고 상,하부 전극에 인가된 고주파 전력에 의해 진공 챔버 내의 가스가 전리되고, 상,하부 전극사이의 공간에서 고밀도의 플라즈마를 발생시킨다. 여기서 하부전극(52) 상부에는 기판을 탑재하는 정전척(51)이 설치되어 있으며, 하부전극(52)의 하부는 절연체(54)로 구성되어 있다. 상부 및 하부전극 사이에 고주파 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키며, 정전척(51)에는 기판(30)을 정전흡착하기 위해서 일정의 직류 고압 전원(65)을 통해 직류 전압이 인가되고 기판은 정전척(51)에 고정된다. 이때, 기판(40)과 정전척(51) 사이의 미소 공간에는 기판(40)의 온도 제어를 용이하게 하기 위하여 열전달 가스 공급 라인(60)을 통해 열전달 가스, 예를 들어 헬륨 가스가 공급될 수 있다. 일정 시간의 플라즈마 처리 공정이 끝난 후 헬륨 가스는 배기라인에 의해 배기되고 정전척(51)에 정전흡착 되었던 기판(40)은 부극성의 직류 고압 전원에 의해 탈착되고 진공 챔버(10) 밖으로 이송이 된다. Referring to FIG. 1, a general sheet type semiconductor plasma processing apparatus includes a substrate support member disposed in a vacuum chamber 10 to face an upper electrode 21 and an upper electrode 21 and mounted with a semiconductor substrate to be processed. The substrate support member includes a lower electrode 52 and an electrostatic chuck 51 to which power is applied. The upper electrode and the lower electrode are opposed to each other by being spaced apart by a predetermined interval. The high frequency power matched from the outside is applied, the gas in the vacuum chamber is ionized by the high frequency power applied to the upper and lower electrodes, and the space between the upper and lower electrodes. Generates a high density plasma. Here, an electrostatic chuck 51 on which a substrate is mounted is provided above the lower electrode 52, and the lower part of the lower electrode 52 is formed of an insulator 54. A high frequency power is applied between the upper and lower electrodes to generate a plasma, and a DC voltage is applied to the electrostatic chuck 51 through a predetermined DC high voltage power supply 65 to electrostatically adsorb the substrate 30. It is fixed to 51. At this time, a heat transfer gas, for example helium gas, may be supplied to the micro space between the substrate 40 and the electrostatic chuck 51 through the heat transfer gas supply line 60 to facilitate temperature control of the substrate 40. have. After a certain period of plasma treatment process, the helium gas is exhausted by the exhaust line, and the substrate 40, which has been electrostatically adsorbed on the electrostatic chuck 51, is desorbed by the negative DC high voltage power and transported out of the vacuum chamber 10. do.

여기서 상부전극 어셈블리는 상부지지부재(20), 상부전극판(21) 및 샤워헤드(22)를 포함한다. 샤워헤드(22)는 처리 가스를 피처리체인 기판(40)을 향해서 공급하기 위한 다수의 토출구(24)를 구비하고 있으며, 또한 샤워헤드(22)는 직접 플라 즈마에 노출되는 위치에 배치되기 때문에 샤워헤드(22)의 온도가 원하지 않게 높아질 가능성이 있다. 이 때문에 샤워헤드(22) 내에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로(31)를 형성하고 이러한 냉매 유로(31) 내로 냉매를 유통시켜서 샤워헤드(22)를 냉각하도록 구성한다. 상기의 냉매 유로(31)는 상부전극판(21) 및 상부지지부재(20)를 관통하는 냉매 통로(32, 33)와 접속하며 챔버(10) 외부에 구비된 도시되지 않은 냉매 공급원에 연결된다. The upper electrode assembly includes an upper support member 20, an upper electrode plate 21, and a shower head 22. Since the shower head 22 has a plurality of discharge ports 24 for supplying the processing gas toward the substrate 40 to be processed, the shower head 22 is also disposed at a position directly exposed to the plasma. There is a possibility that the temperature of the showerhead 22 may be undesirably high. For this reason, the coolant flow path 31 for circulating the coolant is formed in the shower head 22, and the coolant is circulated in the coolant flow path 31 to cool the shower head 22. The coolant passage 31 is connected to the coolant passages 32 and 33 passing through the upper electrode plate 21 and the upper support member 20, and is connected to an unshown coolant source provided outside the chamber 10. .

이때, 냉매 통로(32, 33)는 상부지지부재(20)를 관통하며 상부지지부재(20)와 접촉하게 되고 이에 의해 상부지지부재(20)와 열교환이 발생되고, 샤워헤드(22)의 냉각 효율이 악화되는 문제점이 있다. 또한, 이러한 열교환에 의해 상부지지부재(20)가 냉각되고, 상부지지부재의 냉각이 전체 챔버의 온도에 악영항을 미치는 문제점도 야기된다. At this time, the refrigerant passages 32 and 33 penetrate the upper support member 20 and come into contact with the upper support member 20, whereby heat exchange occurs with the upper support member 20, and cooling of the shower head 22. There is a problem that the efficiency is deteriorated. In addition, the upper support member 20 is cooled by this heat exchange, and the cooling of the upper support member also causes a problem that adversely affects the temperature of the entire chamber.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 상부전극 어셈블리의 냉매 통로와 상부지지부재에서 열교환이 발생되는 것을 방지하기 위한 상부전극 어셈블리 및 이를 이용한 플라즈마 처리 장치를 제공함을 그 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems, and to provide an upper electrode assembly and a plasma processing apparatus using the same to prevent heat exchange from occurring in the refrigerant passage and the upper support member of the upper electrode assembly. do.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판을 유지하는 기판 유지 수단과 대향하도록 배치되어 상기 기판 유지 수단과의 플라즈마를 발생시키기 위한 상부전극 어셈블리로서, 기판에 처리 가스를 공급하는 처리 가스 토출구 및 냉매 유 로를 구비한 샤워헤드와, 상기 샤워헤드 상부에 위치되고 상기 처리 가스 토출구와 연결되는 처리 가스 통로 및 상기 냉매 유로와 연결되는 냉매 통로가 통과하는 관통홈을 구비한 상부지지부재를 포함하고, 상기 냉매 통로는 상기 관통홈의 측벽과 소정 간격 이격되어 있다. 상기 관통홈에 단열 물질이 형성되어 있다. 상기 상부전극판은 처리 가스를 샤워헤드에 공급하기 위한 처리 가스 공급 간극 및 상부전극판을 관통하여 냉매가 통과하는 냉매 통과 통로를 구비한다. 상기 냉매 통로와 상부전극판은 진공 가스켓 또는 오링으로 실링되고, 상기 냉매 유로는 처리 가스 토출구와 인접하여 위치한다. 상기 냉매 유로가 복수로 분할되어 복수 계통으로 설치되며, 상기 상부지지부재의 하부의 적어도 일부에 단열부재가 형성된다. 상기 단열 부재는 소정 두께의 시트 혹은 코팅막으로 형성된다.In order to achieve the above object, the present invention is an upper electrode assembly for generating a plasma with the substrate holding means arranged to face the substrate holding means for holding a substrate, the processing gas discharge port for supplying a processing gas to the substrate and A top support member having a shower head having a coolant flow path and a through gas through which a process gas passage located at an upper portion of the shower head and connected to the process gas discharge port and a coolant passage connected to the coolant flow path, respectively; The refrigerant passage is spaced apart from the side wall of the through groove by a predetermined distance. An insulating material is formed in the through groove. The upper electrode plate includes a processing gas supply gap for supplying the processing gas to the shower head and a refrigerant passage passage through which the refrigerant passes through the upper electrode plate. The refrigerant passage and the upper electrode plate are sealed with a vacuum gasket or an O-ring, and the refrigerant passage is located adjacent to the process gas discharge port. The refrigerant passage is divided into a plurality and installed in a plurality of systems, and a heat insulating member is formed on at least a portion of the lower portion of the upper support member. The heat insulating member is formed of a sheet or a coating film having a predetermined thickness.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭하도록 하였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention in more detail. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know. In the drawings, like reference numerals designate like elements.

도 2를 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치는 진공 챔버(100) 내에 상부전극(121, 122) 및 상부전극(121, 122)과 대향하여 위치하고 피처리체인 기판이 장착되는 기판 지지부재를 구비하며, 기판 지지부재는 전원이 인가되는 하부전극 (152)과 정전척(151)을 포함한다. Referring to FIG. 2, the plasma processing apparatus of the present invention includes a substrate support member in the vacuum chamber 100 that is disposed to face the upper electrodes 121 and 122 and the upper electrodes 121 and 122, and is mounted thereon. The substrate support member includes a lower electrode 152 and an electrostatic chuck 151 to which power is applied.

진공 챔버(100)의 측벽에는 기판 반입 반출구 및 게이트 밸브(G)가 구비되어, 이를 통해 기판을 반입 반출한다. 또한 진공 챔버(100)의 측벽 또는 하부에는 진공 펌프 등의 배기계(도시되지 않음)가 연결되어 이로부터 배기가 실행되어 챔버 내를 원하는 진공도로 유지할 수 있다. The sidewall of the vacuum chamber 100 is provided with a substrate loading / unloading outlet and a gate valve (G), thereby carrying the substrate in and out. In addition, an exhaust system (not shown) such as a vacuum pump may be connected to the sidewall or the bottom of the vacuum chamber 100 so that exhaust may be performed to maintain the inside of the chamber at a desired vacuum degree.

챔버(100)의 상부에는 상부지지부재(120), 상부전극판(121) 및 샤워헤드(122)가 설치되고, 상부전극판(121)은 하부전극(152)과 사이에서 전위차가 발생하도록 접지될 수 있고, RF 전원 장치 및 임피던스 정합기를 통해 RF 전원이 가해질 수도 있다. 상부전극판(121)은 처리가스를 샤워헤드(122)에 공급하기 위해 처리 가스 공급 간극(123)과 이러한 처리 가스 공급 간극(123)과 연결되는 다수개의 처리 가스 공급 토출구를 구비하며, 상기의 처리 가스 공급 간극(123)은 처리 가스 공급 경로(125)를 통하여 챔버(100) 외부의 처리 가스 공급원(126)과 연결된다. An upper support member 120, an upper electrode plate 121, and a shower head 122 are installed at an upper portion of the chamber 100, and the upper electrode plate 121 is grounded to generate a potential difference between the lower electrode 152 and the lower electrode 152. RF power may be applied through the RF power supply and impedance matcher. The upper electrode plate 121 includes a process gas supply gap 123 and a plurality of process gas supply outlets connected to the process gas supply gap 123 to supply the process gas to the shower head 122. The process gas supply gap 123 is connected to the process gas supply source 126 outside the chamber 100 through the process gas supply path 125.

상기의 상부전극판(121)의 일면과 접촉하는 샤워헤드(122)는 처리 가스를 피처리체인 기판(40)을 향해서 공급하기 위한 다수의 토출구(124)를 구비하고 있으며, 이러한 다수개의 토출구(124)는 상기의 상부전극판(121)의 다수개의 토출구와 위치 정렬되어 연결된다. 또한 샤워헤드(122)는 직접 플라즈마에 노출되는 위치에 배치되기 때문에 샤워헤드(122)의 온도가 원하지 않게 높아질 가능성이 있어 샤워헤드(122) 내에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로(131)를 형성하고 이러한 냉매 유로(131) 내로 냉매를 유통시켜서 샤워헤드(22)를 냉각하도록 구성된다. 냉매 유로(131)의 일단은 상부전극판(121) 및 상부지지부재(120)를 관통하는 냉매 도입 통 로(132)를 통하여 챔버(100) 외부에 구비된 도시되지 않은 냉매 공급원에 연결되고, 냉매 유로(131)의 타단은 상부전극판(121) 및 상부지지부재(120)를 관통하는 냉매 배출 통로(133)와 연결된다. 상기 냉매는 냉매 도입 통로(132)를 통해 도입되어 냉매 유로(131)를 통과하여 샤워헤드(122)를 냉각시킨 후 냉매 배출 통로(133)를 통해 배출되며, 이러한 냉매는 냉각기 및 순환계를 통해 순환될 수도 있다. The shower head 122 in contact with one surface of the upper electrode plate 121 is provided with a plurality of discharge ports 124 for supplying the processing gas toward the substrate 40 to be processed. 124 is aligned with the plurality of discharge ports of the upper electrode plate 121 is connected. In addition, since the shower head 122 is disposed at a position directly exposed to the plasma, there is a possibility that the temperature of the shower head 122 may be undesirably high, thereby forming a coolant flow path 131 for circulating the coolant in the shower head 122. The refrigerant is circulated in the refrigerant passage 131 to cool the shower head 22. One end of the refrigerant passage 131 is connected to an unillustrated refrigerant source provided outside the chamber 100 through a refrigerant introduction passage 132 penetrating through the upper electrode plate 121 and the upper support member 120. The other end of the refrigerant passage 131 is connected to the refrigerant discharge passage 133 penetrating through the upper electrode plate 121 and the upper support member 120. The refrigerant is introduced through the refrigerant introduction passage 132, passes through the refrigerant passage 131, cools the shower head 122, and then is discharged through the refrigerant discharge passage 133. The refrigerant is circulated through the cooler and the circulation system. May be

여기서, 냉매 도입 통로(132) 및 냉매 배출 통로(133)는 상부지지부재(120)와 접촉되지 않도록 상부지지부재(120)과 소정 간격 이격되어 있다. 이처럼 냉매 통로(132, 133)를 상부지지부재(120)와 접촉되지 않게 형성하여 냉매 통로(132, 133)와 상부지지부재(120) 사이에서의 열교환을 억제할 수 있다. 상부전극 어셈블리의 구조에 대해서는 후에 상술한다. Here, the refrigerant introduction passage 132 and the refrigerant discharge passage 133 are spaced apart from the upper support member 120 by a predetermined interval so as not to contact the upper support member 120. As such, the refrigerant passages 132 and 133 may not be in contact with the upper support member 120, thereby suppressing heat exchange between the refrigerant passages 132 and 133 and the upper support member 120. The structure of the upper electrode assembly will be described later.

샤워헤드(122)와 일정간격 이격되어 서로 대향하고 있는 하부전극(152)에는 정합기(164)를 거쳐서 고주파 전원(163)이 접속되어 있다. 기판을 플라즈마 처리하는 경우 하부전극(152)에 고주파 전원(163)에 의해 고주파 전력이 공급된다. 하부전극(152)은 진공 챔버(100)의 바닥부에 접지 지지부재(155) 및 절연 부재(154)를 거쳐서 설치되며, 내부에는 기판을 소정의 온도로 조정하기 위한 냉각 수단 및 가열 수단 등을 구비할 수 있다. 또한 하부전극(152)의 상면에는 기판 예를 들면 유리 기판을 유지하기 위한 유지 수단인 정전척(151)이 설치된다. The high frequency power source 163 is connected to the lower electrode 152 which is spaced apart from the shower head 122 by a predetermined distance and faces each other. When the substrate is plasma treated, the high frequency power is supplied to the lower electrode 152 by the high frequency power source 163. The lower electrode 152 is installed at the bottom of the vacuum chamber 100 via the ground supporting member 155 and the insulating member 154, and has cooling means and heating means for adjusting the substrate to a predetermined temperature therein. It can be provided. In addition, an upper surface of the lower electrode 152 is provided with an electrostatic chuck 151 which is a holding means for holding a substrate, for example, a glass substrate.

정전척(151)은 상면에 장착될 기판(400)의 형상과 대략 동일한 형상과 크기로 형성되나 특별히 형상이 한정되지는 않는다. 예를 들어 기판(400)이 사각형 유리 기판인 경우 유리 기판의 형상과 유사한 사각형의 형상으로 이루어지는 것이 바 람직하다. 정전척(151)은 내부에 도시되지 않은 도전성 부재를 구비하며, 도전성 부재는 고압 직류 전원(165)에 접속되어 고전압을 인가함으로써 기판을 흡착 유지한다. 이때, 정전척은 정전력 외에 기계적 힘 등에 의해 기판을 유지할 수도 있다. The electrostatic chuck 151 is formed in the same shape and size as the shape of the substrate 400 to be mounted on the upper surface, but the shape is not particularly limited. For example, when the substrate 400 is a rectangular glass substrate, it is preferable that the substrate 400 has a rectangular shape similar to the shape of the glass substrate. The electrostatic chuck 151 has a conductive member (not shown) inside, and the conductive member is connected to the high voltage direct current power source 165 to suck and hold the substrate by applying a high voltage. In this case, the electrostatic chuck may hold the substrate by a mechanical force or the like in addition to the electrostatic force.

상기의 정전척(151)에는 복수의 열전달 가스 공급 구멍이 마련되고 가스 공급 구멍은 하부 전극 및 절연 부재를 관통하는 가스 공급 라인(160)과 연결된다. 가스 공급 라인(160)은 진공 챔버(100) 외부의 가스 공급원(161)에 접속되고 가스 공급원(161)으로부터 열전달 가스가 공급될 수 있다. 열전달 가스로는 헬륨, 아르곤 등의 불활성 가스를 사용하거나 플라즈마 처리 시에 사용되는 가스와 동일한 가스를 사용할 수 있다. 예를 들면 플라즈마 식각 공정을 진행하는 경우는 플라즈마 식각 공정에서 많이 사용되는 SF6 가스, CHF3 가스, CHF3와 CO 가스의 혼합 가스 등을 사용할 수 있다. The electrostatic chuck 151 is provided with a plurality of heat transfer gas supply holes, and the gas supply holes are connected to the gas supply line 160 passing through the lower electrode and the insulating member. The gas supply line 160 may be connected to the gas supply source 161 outside the vacuum chamber 100, and the heat transfer gas may be supplied from the gas supply source 161. As the heat transfer gas, an inert gas such as helium or argon may be used, or the same gas as that used in the plasma treatment may be used. For example, when the plasma etching process is performed, SF6 gas, CHF3 gas, mixed gas of CHF3 and CO gas, and the like, which are frequently used in the plasma etching process, may be used.

상기의 가스 공급원(161)으로부터 열전달 가스 공급 라인(160)을 거쳐서 열전달 가스가 정전척(151)의 가스 공급 구멍을 통해 정전척(151)의 상부면에 도달하여 기판(400)과 정전척(151) 사이의 미소 공간으로 공급되어 하부전극(151)으로부터 기판(400)으로의 열전달 효율을 높이게 된다.The heat transfer gas reaches the upper surface of the electrostatic chuck 151 through the gas supply hole of the electrostatic chuck 151 from the gas supply source 161 via the heat transfer gas supply line 160. It is supplied to the micro space between the 151 to increase the heat transfer efficiency from the lower electrode 151 to the substrate 400.

상기의 플라즈마 처리 장치를 이용한 처리 동작에 대하여 설명한다. 기판 반입 반출구로부터 기판(400)이 반입되어 정전척(151) 상부면에 장착되면, 정전척(151)에 고압 직류 전원(165)으로부터 고전압이 인가되어 기판은 정전력에 의해 정전척(151)에 흡착 유지된다. 이어서, 열전달 가스 공급원(161)으로부터 소정의 온도 및 유량으로 제어된 열전달 가스가 가스 공급 라인(160)을 거쳐서 미소 공간으 로 공급되어 기판은 원하는 온도로 조절된다. 이후, 처리가스 공급원(126)과 연결된 샤워헤드(122)로부터 플라즈마 처리 가스가 도입되고 진공 펌프를 이용하여 진공 챔버(100)를 소정 압력으로 유지한다. 외부로부터 정합된 고주파 전력이 상,하부 전극(121, 152) 사이에 인가되고 고주파 전력에 의해 진공 챔버 내의 가스가 전리되어, 상,하부 전극 사이의 공간에서 고밀도의 플라즈마를 발생시킨다. 이러한 고밀도 플라즈마에 의해 건식 식각 등의 플라즈마 처리를 수행한다. 플라즈마 처리가 종료하면 고압 직류 전원(165) 및 고주파 전원(163)으로부터의 전력 공급이 정지되고 기판(400)은 반입 반출구를 통해 진공 챔버 외부로 반출된다. The processing operation using the above plasma processing apparatus will be described. When the substrate 400 is loaded from the substrate loading / unloading outlet and mounted on the upper surface of the electrostatic chuck 151, a high voltage is applied to the electrostatic chuck 151 from the high-voltage DC power supply 165 so that the substrate is electrostatic chuck 151 by the constant power. Adsorption is maintained in the). Subsequently, the heat transfer gas controlled at a predetermined temperature and flow rate from the heat transfer gas source 161 is supplied to the micro space through the gas supply line 160 to adjust the substrate to a desired temperature. Thereafter, the plasma processing gas is introduced from the shower head 122 connected with the processing gas source 126 and the vacuum chamber 100 is maintained at a predetermined pressure by using a vacuum pump. The high frequency power matched from the outside is applied between the upper and lower electrodes 121 and 152, and the gas in the vacuum chamber is ionized by the high frequency power to generate a high density plasma in the space between the upper and lower electrodes. Plasma processing such as dry etching is performed by such a high density plasma. When the plasma processing ends, power supply from the high voltage direct current power source 165 and the high frequency power source 163 is stopped, and the substrate 400 is carried out to the outside of the vacuum chamber through the carry-in / out port.

다음에 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 상부전극 어셈블리에 대하여 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부전극 어셈블리의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 샤워헤드의 구성을 도시한 개략 평면도이다. Next, the upper electrode assembly according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 3 and 4. 3 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an upper electrode assembly according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a schematic plan view showing the configuration of a shower head in an embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이 상부전극 어셈블리는 상부지지부재(120), 상부 지지부재(120) 하면에 안착된 상부전극판(121) 및 상부전극판(121)의 하면에 안착된 샤워헤드(122)를 포함한다. 여기서, 상부전극판(121)와 샤워헤드(122)를 측면에서 지지하는 측면지지부재(127)을 더 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3, the upper electrode assembly includes an upper support member 120, an upper electrode plate 121 mounted on the lower surface of the upper support member 120, and a shower head 122 seated on the lower surface of the upper electrode plate 121. ). Here, the side support member 127 for supporting the upper electrode plate 121 and the shower head 122 may be further included.

상부지지부재(120)는 처리 가스가 공급되는 처리 가스 통로를 구비하고 있으며, 또한, 냉매 도입 통로(132) 및 냉매 배출 통로(133)와 접촉되지 않도록 각 냉매 통로가 통과하는 영역에 냉매 통로(132, 133) 보다 큰 관통홈(120a, 120b)이 형성되어 있다. The upper support member 120 includes a process gas passage through which a process gas is supplied, and further includes a refrigerant passage in a region through which the refrigerant passage passes so as not to contact the refrigerant introduction passage 132 and the refrigerant discharge passage 133. Through holes 120a and 120b larger than 132 and 133 are formed.

상부지지부재(120)의 하면과 접하는 상부전극판(121)은 하부전극(152)과 사이에서 전위차가 발생하도록 접지될 수 있고, 도시되지 않은 RF 전원 장치 및 임피던스 정합기를 통해 하부전극과 별도로 RF 전원이 가해질 수도 있다. 상부전극판(121)은 처리가스를 샤워헤드(122)에 공급하기 위한 처리 가스 공급 간극(123)과 이러한 처리 가스 공급 간극(123)과 연결되는 다수개의 처리 가스 공급 토출구를 구비하며, 또한 상부전극판을 관통하여 냉매가 통과하는 냉매 통과 통로(135, 136)를 구비한다.The upper electrode plate 121 in contact with the bottom surface of the upper support member 120 may be grounded to generate a potential difference between the lower electrode 152 and the RF power supply and an impedance matcher to separate the lower electrode from the lower electrode. Power may be applied. The upper electrode plate 121 has a process gas supply gap 123 for supplying a process gas to the shower head 122 and a plurality of process gas supply outlets connected to the process gas supply gap 123, and also has an upper portion. Refrigerant passage passages 135 and 136 through which the refrigerant passes through the electrode plate are provided.

상부전극판(121)의 일면과 접촉하는 샤워헤드(122)는 처리 가스를 기판을 향해서 공급하기 위한 다수의 처리 가스 토출구(124)를 구비하고 있으며, 이러한 다수개의 토출구(124)는 상기의 상부전극판(121)의 다수개의 토출구와 위치 정렬되어 연결된다. 또한 샤워헤드(122)는 샤워헤드(122) 내에 냉매를 유통시키기 위한 냉매 유로(131)를 형성하고, 냉매 유로(131)의 일단은 상부전극판(121) 및 상부지지부재(120)를 관통하는 냉매 도입 통로(135, 132)를 통하여 챔버 외부에 구비된 도시되지 않은 냉매 공급원에 연결되고, 냉매 유로(131)의 타단은 상부전극판(121) 및 상부지지부재(120)를 관통하는 냉매 배출 통로(136, 133)와 연결된다. The shower head 122 in contact with one surface of the upper electrode plate 121 includes a plurality of process gas discharge ports 124 for supplying the process gas toward the substrate, and the plurality of discharge ports 124 are formed in the upper portion of the upper electrode plate 121. Positioned and connected to the plurality of discharge ports of the electrode plate 121. In addition, the shower head 122 forms a coolant flow path 131 for circulating the coolant in the shower head 122, and one end of the coolant flow path 131 passes through the upper electrode plate 121 and the upper support member 120. It is connected to a refrigerant source (not shown) provided outside the chamber through the refrigerant introduction passage (135, 132), the other end of the refrigerant passage 131 is a refrigerant passing through the upper electrode plate 121 and the upper support member 120 It is connected to the discharge passage (136, 133).

여기서, 냉매 도입 통로(132) 및 냉매 배출 통로(133)는 상부지지부재(120)와 접촉되지 않도록 상부지지부재(120)의 관통홈(120a, 120b) 내에서 관통홈 측면과 소정 간격 이격되어 설치되고, 냉매 통로(132, 133)의 내부 통로(132a, 133b)가 상부전극판(121)의 냉매 통로(135, 136)과 위치 정렬되며, 냉매 통로(132, 133)는 상부전극판(121)과 진공 가스켓 혹은 오링(134) 등에 의해 실링 접합된다. 이때, 관통홈(120a, 120b)의 크기는 냉매 통로(132, 133)와 소정 간격 이격되어 열전달이 방지될 정도이면 되고 특별히 한정되지 않는다. 관통홈(120a, 130b)의 형상은 냉매 통로(132, 133)의 형상과 유사한 것이 바람직하며 냉매 통로(132, 133)가 관통될 수 있으면 되고 특별히 한정되지는 않는다.Here, the refrigerant introduction passage 132 and the refrigerant discharge passage 133 are spaced apart from the side of the through groove in the through grooves 120a and 120b of the upper support member 120 so as not to contact the upper support member 120. And the internal passages 132a and 133b of the refrigerant passages 132 and 133 are aligned with the refrigerant passages 135 and 136 of the upper electrode plate 121, and the refrigerant passages 132 and 133 are formed of the upper electrode plate ( 121 is sealed by a vacuum gasket or an O-ring 134 or the like. At this time, the size of the through grooves 120a and 120b may be any distance from the refrigerant passages 132 and 133 so as to prevent heat transfer, and is not particularly limited. The shape of the through grooves 120a and 130b is preferably similar to the shape of the coolant passages 132 and 133, and the coolant passages 132 and 133 may be penetrated and are not particularly limited.

또한, 냉매 통로(132, 133)가 상부지지부재(120)와 접촉되지 않도록 형성된 상부지지부재(120)의 관통홈(120a, 120b) 내를 단열 물질로 채울 수도 있다. 단열 물질은 예를 들면 단열성 고분자, 단열 고무, 내화물, 단열 세라믹 등이 사용될 수 있으며 단열 성질이 있는 물질이면 되고 특별히 한정되는 것은 아니다.In addition, the inside of the through grooves 120a and 120b of the upper support member 120 formed such that the refrigerant passages 132 and 133 are not in contact with the upper support member 120 may be filled with a heat insulating material. The heat insulating material may be, for example, a heat insulating polymer, a heat insulating rubber, a refractory material, a heat insulating ceramic, or the like, and may be a material having heat insulating properties.

상기와 같이 냉매 통로(132, 133)를 상부지지부재(120)와 접촉되지 않게 형성하여 냉매 통로(132, 133)와 상부지지부재(120) 사이에서의 열교환을 억제하고, 샤워헤드(122)를 효율적으로 냉각할 수 있다.As described above, the refrigerant passages 132 and 133 are not formed to be in contact with the upper support member 120, thereby suppressing heat exchange between the refrigerant passages 132 and 133 and the upper support member 120, and the shower head 122. Can be cooled efficiently.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 샤워헤드(122)는 플라즈마 처리 가스를 기판에 공급하기 위한 복수의 토출구(124)가 샤워헤드(122) 전면에 균일하게 배치되어 있으며, 이러한 처리 가스 토출구(124) 주변을 통과하도록 냉매 유로(131)가 배치되어 있다. 냉매 유로 입구(131a)로부터 도입된 냉매가 배출 방향으로 흐르면서 샤워헤드(122)를 냉각하고 냉매 유로 배출구(131b)를 통해 배출된다. 이때, 냉매 유로 입구(131a)는 샤워헤드(122) 및 상부전극판(121)을 관통하는 냉매 도입 통로(132)와 연결되며, 냉매 유로 배출구(131b)는 샤워헤드(122) 및 상부전극판(121)을 관통하는 냉매 배출 통로(133)와 연결된다. As shown in FIG. 4, in the shower head 122 of the present invention, a plurality of discharge ports 124 for supplying a plasma processing gas to a substrate are uniformly disposed in front of the shower head 122. The refrigerant passage 131 is disposed to pass through the periphery of the air passage 124. The coolant introduced from the coolant flow path inlet 131a flows in the discharge direction, cools the shower head 122 and is discharged through the coolant flow path discharge port 131b. At this time, the refrigerant flow passage inlet 131a is connected to the refrigerant introduction passage 132 passing through the shower head 122 and the upper electrode plate 121, and the refrigerant flow passage outlet 131b is connected to the shower head 122 and the upper electrode plate. It is connected to the refrigerant discharge passage 133 through (121).

냉매 유로(131)는 도 4의 (a)와 같이 전체가 하나의 계통으로 이루어질 수도 있고, 복수개의 계통으로 이루어 질 수도 있다. 즉, 도 4의 (b)와 같이 샤워헤드의 대략 절반의 영역을 통과하는 2개의 계통으로 이루어질 수도 있다. 이때, 냉매의 흐름 방향을 조절하기 위해 냉매 유로 입구(131a)와 냉매 유로 배출구(131b)의 위치를 자유롭게 조정할 수 있음은 물론이다. 본 실시예에서는 샤워헤드의 외주부에서 냉매를 주입하여 샤워헤드의 중앙부에서 배출되는 것으로 예시하였으나, 반대로 샤워헤드의 중앙부에서 냉매를 주입하고 샤워헤드의 외주부로 냉매를 배출할 수 있다. 또한, 이에 한정되지 않고 가스 토출구와 냉매 유로는 다양하게 변경될 수 있다. The refrigerant passage 131 may be made of one system as a whole, or may be made of a plurality of systems as shown in FIG. That is, as shown in (b) of Figure 4 may be composed of two systems passing through approximately half the area of the showerhead. At this time, the position of the refrigerant passage inlet 131a and the refrigerant passage outlet 131b may be freely adjusted to adjust the flow direction of the refrigerant. In the present exemplary embodiment, the refrigerant is injected from the outer circumference of the shower head to be discharged from the center of the shower head. However, the refrigerant may be injected from the center of the shower head and the refrigerant may be discharged from the outer circumference of the shower head. In addition, the present invention is not limited thereto, and the gas outlet and the refrigerant passage may be variously changed.

여기서, 냉매 유로가 복수개의 계통으로 형성되는 경우 복수개의 냉매 유로 입구와 냉매 유로 배출구의 개수에 대응하여 상부지지부재에 복수개의 관통홈이 형성되고 관통홈 내를 냉매 통로가 비접촉 방식으로 통과하게 된다. Here, when the refrigerant passage is formed in a plurality of systems, a plurality of through grooves are formed in the upper support member to correspond to the number of the plurality of refrigerant passage inlets and the refrigerant passage outlets, and the refrigerant passage passes through the inside of the through grooves in a non-contact manner. .

다음에 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부전극 어셈블리에 대하여 상세히 설명한다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상부전극 어셈블리의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 본 실시예는 단열 패드를 사용하는 외는 상기 실시예와 동일하므로, 중복되는 설명은 생략한다. Next, an upper electrode assembly according to another exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 5. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an upper electrode assembly according to another embodiment of the present invention. Since the present embodiment is the same as the above embodiment except that the insulating pad is used, redundant description is omitted.

도 5에 도시한 바와 같이 상부전극 어셈블리는 상부지지부재(120), 상부 지지부재(120) 하면에 안착된 상부전극판(121) 및 상부전극판(121)의 하면에 안착된 샤워헤드(122)를 포함하고, 상부전극판(121)과 상부지지부재(120)의 사이에 단열 패드(137)를 설치한다. 단열 패드는 상부전극판(121)과 상부지지부재(120)의 일부에 설치되어도 되고 두 부재의 접착면 전면에 설치될 수도 있다. 또한, 단열 패드 는 얇은 두께의 단열 시트 형태로 삽입될 수도 있고, 상부전극판(121)의 상면이나 상부지지부재(120)의 하면에 코팅되어 코팅막 형태로 설치될 수도 있다. 물론 상부지지부재(120)의 관통홈(120a, 120b) 내를 단열 물질로 채울 수도 있다. As shown in FIG. 5, the upper electrode assembly includes an upper support member 120, an upper electrode plate 121 mounted on the lower surface of the upper support member 120, and a shower head 122 seated on the lower surface of the upper electrode plate 121. Insulation pads 137 are installed between the upper electrode plate 121 and the upper support member 120. The thermal insulation pad may be installed on a part of the upper electrode plate 121 and the upper support member 120, or may be installed on the entire adhesive surface of the two members. In addition, the insulating pad may be inserted in the form of a thin insulating sheet, it may be coated on the upper surface of the upper electrode plate 121 or the lower surface of the upper support member 120 may be installed in the form of a coating film. Of course, the inside of the through holes 120a and 120b of the upper support member 120 may be filled with a heat insulating material.

이러한 단열 패드는 예를 들면 단열성 고분자, 단열 고무, 내화물, 단열 세라믹 등이 사용될 수 있으며 단열 성질이 있는 물질이면 되고 특별히 한정되는 것은 아니다.For example, the insulating pad may be a heat insulating polymer, a heat insulating rubber, a refractory material, a heat insulating ceramic, or the like, and may be a material having heat insulating properties.

이처럼, 상부전극판(122)와 상부지지부재(120) 사이에 단열 패드를 설치하면 샤워헤드(122)로부터 상부지지부재(120)로의 열전달을 더욱 효율적으로 차단할 수 있다. As such, by installing an insulation pad between the upper electrode plate 122 and the upper support member 120, heat transfer from the shower head 122 to the upper support member 120 may be more efficiently blocked.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 상부전극 어셈블리 및 플라즈마 처리 장치는 샤워헤드에 연결되는 냉매 통로와 상부지지부재를 소정 간격 이격시켜 비접촉식으로 형성한다. As described above, the upper electrode assembly and the plasma processing apparatus according to the present invention are formed in a non-contact manner by separating the refrigerant passage connected to the shower head and the upper support member at a predetermined interval.

그러므로, 본 발명은 냉매 통로와 상부지지부재의 열교환을 효율적으로 억제할 수 있는 효과가 있다. Therefore, the present invention has the effect of efficiently suppressing heat exchange between the refrigerant passage and the upper support member.

또한, 본 발명은 냉매 통로와 상부지지부재의 열교환을 억제함에 의해 샤워헤드를 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있고, 상부지지부재 및 챔버의 온도 하락을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can cool the shower head more efficiently by suppressing the heat exchange between the refrigerant passage and the upper support member, there is an effect that can prevent the temperature drop of the upper support member and the chamber.

Claims

An upper electrode assembly arranged to face a substrate holding means for holding a substrate, the upper electrode assembly generating plasma between the substrate holding means.

A shower head having a processing gas discharge port for supplying the processing gas to the substrate and a refrigerant passage;

An upper support member positioned above the shower head and having a processing gas passage connected to the processing gas discharge port and a through hole through which the refrigerant passage connected to the refrigerant flow path passes;

The coolant passage is an upper electrode assembly, characterized in that spaced apart from the side wall of the through groove.

The upper electrode assembly of claim 1, wherein an insulating material is formed in the through groove.

The method according to claim 1, wherein an upper electrode plate is provided between the shower head and the upper support member,

And the upper electrode plate has a processing gas supply gap for supplying the processing gas to the shower head and a refrigerant passage passage through which the refrigerant passes.

The upper electrode assembly of claim 3, wherein the refrigerant passage and the upper electrode plate are sealed with a vacuum gasket or an O-ring.

The upper electrode assembly of claim 1, wherein the refrigerant passage is located adjacent to the processing gas discharge port.

The upper electrode assembly according to claim 1, wherein the refrigerant passage is divided into a plurality and installed in a plurality of systems.

The upper electrode assembly of claim 1 or 3, wherein a heat insulating member is formed on at least a portion of the lower portion of the upper support member.

The upper electrode assembly of claim 7, wherein the heat insulation member is formed of a sheet or a coating film having a predetermined thickness.

A plasma processing apparatus comprising the upper electrode assembly according to any one of claims 1 to 4.