(57)【要約】【課題】    チャンバー内部の温度を正確に調節できる冷却ブロック及びこれを含む基板処理装置を提供する。【解決手段】  冷媒が流出入する流入口及び流出口と、前記流入口及び前記流出口と連通され、冷媒が流れる複数の冷媒流路とを備える冷却プレート（４２）と；複数の熱電素子を含み、前記冷却プレート（４２）の温度を調節する冷却部材とを含んで冷却ブロック（４０）を構成する。また、冷却部材は、前記冷媒流路の外側に提供され、前記冷媒流路と熱接触する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が流出入する流入口及び流出口と、前記流入口及び前記流出口と連通され、冷媒が流れる複数の冷媒流路とを備える冷却プレートと；
複数の熱電素子を含み、前記冷却プレートの温度を調節する冷却部材と；を含むことを特徴とする冷却ブロック。
【請求項２】
前記冷却部材は、前記冷媒流路の外側に提供され、前記冷媒流路と熱接触することを特徴とする請求項１に記載の冷却ブロック。
【請求項３】
基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバーと；
前記チャンバー内の上部に提供される上部電極と；
前記上部電極と対向するように前記チャンバーの内部に配置され、前記基板が置かれ、前記上部電極と一緒に前記チャンバーの内部に電界を形成する下部電極と；を含み、
前記下部電極は、
冷媒が流出入する流入口及び流出口と、前記流入口及び前記流出口と連通され、冷媒が流れる複数の冷媒流路とを備える冷却プレートと；
複数の熱電素子を含み、前記冷却プレートの温度を調節する冷却部材と；を含むことを特徴とする基板処理装置。
【請求項４】
前記冷却部材は、前記冷媒流路の外側に提供され、前記冷媒流路と熱接触することを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記各冷媒流路は、一端が前記流入口と連結され、他端が前記流出口と連結された複数の冷却ラインを含み、
前記装置は、
それぞれの前記冷却ライン上に設置された流量調節バルブと；
前記流量調節バルブに連結され、前記冷却プレートの温度によって前記流量調節バルブを制御する制御器と；を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記流入口上にはメッシュが提供されることを特徴とする請求項３または４に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却ブロック及びこれを含む基板処理装置に関するもので、より詳細には、熱電素子を含む冷却ブロック及びこれを含む基板処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハーまたは液晶基板にプラズマ処理を実施する過程を説明すると、まず、基板収納装置（以下、“カセット”という。）に多数積載された半導体ウエハーまたは液晶基板（以下、“基板”という。）を運送ロボットによって搬入または搬出させる。すなわち、真空と大気圧を循環するロードラックチャンバー（Ｌｏａｄ  Ｌｏｃｋ  Ｃｈａｍｂｅｒ）内に基板を搬入させ、前記ロードラックチャンバーの内部が真空状態になるようにポンピングを実施し、真空状態にした後、移送手段の作動によって基板を搬送チャンバーに移動させる。
【０００３】
基板が移送された搬送チャンバーは、真空状態を維持する多数の工程チャンバーと連通されており、前記搬送チャンバーは、それぞれの工程チャンバーに移送手段を通して搬入及び搬出を実施する。ここで、それぞれの工程チャンバーに搬入された基板は、下部電極の上部に位置した積載台上に置かれるようになり、上部電極の下部に形成された微細穴を通して工程ガスが流入し、流入したガスで外部の電源を受けた上・下部電極によって電気放電を起こし、基板の表面にプラズマ工程を進行するようになる。
【０００４】
ここで、上述した工程チャンバー内でプラズマ工程を処理するとき、基板が定着された下部電極及びプラズマに直接露出される上部電極の温度が上昇するので、これに対する対策が必要である。
【特許文献１】特開２００４−３１１９３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的は、チャンバー内部の温度を正確に調節できる冷却ブロック及びこれを含む基板処理装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、上部電極または下部電極の温度を正確に調節できる冷却ブロック及びこれを含む基板処理装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の更に他の目的は、上部電極または下部電極の温度分布を均一にできる冷却ブロック及びこれを含む基板処理装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、下記の詳細な説明及び添付された図面を通して一層明確になるだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によると、冷却ブロックは、冷媒が流出入する流入口及び流出口と、前記流入口及び前記流出口と連通され、冷媒が流れる複数の冷媒流路とを備える冷却プレートと；複数の熱電素子を含み、前記冷却プレートの温度を調節する冷却部材とを含む。
【００１０】
前記冷却部材は、前記冷媒流路の外側に提供され、前記冷媒流路と熱接触することができる。
【００１１】
本発明によると、基板処理装置は、基板に対する工程が行われる内部空間を提供するチャンバーと、前記チャンバー内の上部に提供される上部電極と、前記上部電極と対向するように前記チャンバーの内部に配置され、前記基板が置かれ、前記上部電極と一緒に前記チャンバーの内部に電界を形成する下部電極とを含み、前記下部電極は、冷媒が流出入する流入口及び流出口と、前記流入口及び前記流出口と連通され、冷媒が流れる複数の冷媒流路とを備える冷却プレートと；複数の熱電素子を含み、前記冷却プレートの温度を調節する冷却部材とを含む。
【００１２】
前記各冷媒流路は、一端が前記流入口と連結され、他端が前記流出口と連結された複数の冷却ラインを含み、前記装置は、それぞれの前記冷却ライン上に設置された流量調節バルブと、前記流量調節バルブに連結され、前記冷却プレートの温度によって前記流量調節バルブを制御する制御器とを含むことができる。
また、前記流入口上にはメッシュが提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、チャンバー内部の温度を正確に調節することができる。特に、上部電極または下部電極の温度を正確に調節することができる。また、上部電極または下部電極の温度分布を均一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な実施例を添付された図１乃至図３に基づいて一層詳細に説明する。本発明の実施例は多様な形態に変形可能であり、本発明の範囲は、以下で説明する実施例に限定されるものとして解析されてはならない。本実施例は、当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に本発明を一層詳細に説明するために提供されるものである。したがって、図面には、一層明確な説明を強調するために、各要素の形状が誇張されて図示される。
【００１５】
以下では、プラズマを用いる工程を例に挙げて説明するが、本発明の技術的思想及び範囲がこれに限定されることはなく、本発明は、チャンバー内部の温度を調節する必要のある多様な半導体製造装置に応用可能である。
【００１６】
図１は、本発明に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。
【００１７】
図１に示すように、基板処理装置は、内部で工程処理が行われる工程チャンバー１０と、上述した工程チャンバー１０内の上部に設けられ、工程ガスが流入する上部電極２０と、上部電極２０と対向した下側に設けられ、基板（図示せず）が置かれる下部電極３０とを含む。
【００１８】
下部電極３０は、最下部に位置したベースプレート３２と、前記ベースプレートの上面に積載された絶縁板３４と、上述した絶縁板３４の上面に積載された冷却ブロック４０と、上述した冷却ブロック４０の上面に積載された電極３６とを含んで構成され、上述した下部電極３０の外壁と上部領域には、プラズマから保護する絶縁体がそれぞれ取り囲まれている。ここで、上述した冷却ブロック４０は、電極３６が一定の温度に維持されるように温度を低下させる機能をする。
【００１９】
図２は、図１の冷却ブロック４０を概略的に示した図である。図２に示すように、冷却ブロック４０は、冷却プレート４２及び冷却プレート４２に形成された冷媒流路を含む。冷媒流路の一端は供給ユニット５０に連結され、供給ユニット５０は、冷媒流路の一端を通して冷却プレート４２の内部に冷媒を供給する。冷媒は、冷媒流路の一端を通して冷却プレート４２の内部に流入し、冷媒流路の他端を通して冷却プレート４２の外部に流出する。
【００２０】
供給ユニット５０は、チラー（ｃｈｉｌｌｅｒ）に連結された供給ライン５２及び供給ライン５２上に形成されたメッシュ５４を含む。供給ライン５２は、冷媒流路の一端に連結され、既に設定された温度で冷却された冷媒を冷媒流路に供給し、メッシュ５４は、供給ライン５２の内部に流れる冷媒の流動を助ける。
【００２１】
一方、冷媒流路は、供給ライン５２と連結された冷媒流路の一端から冷媒流路の他端にまで延長された複数の冷却ライン４４を含む。各冷却ライン４４は、冷却プレート４２の内部に互いに並んで配置され、各冷却ライン４４の内部には冷媒が流れる。各冷却ライン４４は、内部の冷媒を通して冷却プレート４２の温度を調節する。
【００２２】
それぞれの冷却ライン４４上には、熱電モジュール４６及び流量調節バルブ４８が設置される。それぞれの流量調節バルブ４８は、冷却ライン４４に流れる冷媒の流量を調節する。図２に示すように、複数の冷却ライン４４は、供給ライン５２と連結される冷却プレート４２の中央から上下に等間隔を有して配置される。このとき、冷却プレート４２の中央に配置された冷却ライン４４は、供給ライン５２の近くに配置されるので、相対的に高い圧力によって冷媒が供給され、冷却プレート４２の中央における冷却効率は高い。一方、冷却プレート４２の縁部に配置された冷却ライン４４は、供給ライン５２から遠く配置されるので、相対的に低い圧力によって冷媒が供給され、冷却プレート４２の縁部における冷却効率は低い。したがって、これを補完するために、冷却プレート４２の中央に配置された冷却ライン４４の流量を増加させ、冷却プレート４２の縁部に配置された冷却ライン４４の流量を減少させることができ、これは、流量調節バルブ４８の調節を通して制御可能である。
【００２３】
すなわち、冷却プレート４２の位置による温度偏差を感知し（冷却プレート４２上に別途のセンサーを設置し）、感知された温度によって流量調節バルブ４８を調節することができ、これを通して冷却プレート４２の温度偏差を均一に調節することができる。また、上記のような制御のための制御器（図示せず）をさらに備えることができる。一方、本実施例では、冷媒が流れる冷却ライン４４の内径をそれぞれ均一に示しているが、冷却ライン４４の内径を互いに異なるように変更し、冷媒の流量を調節することもできる。
【００２４】
図３は、図２の熱電モジュール４６を概略的に示した図である。熱電モジュール４６は、冷却プレート４２の内部に設置され、冷却ライン４４の外周面と接して冷却ライン４４の内部に流れる冷媒の温度を調節する。
【００２５】
熱電モジュール４６は、複数の熱電素子Ｎ，Ｐを含む。各熱電素子Ｎ，Ｐは、ペルチェ効果（Ｐｅｌｔｉｅｒ  ｅｆｆｅｃｔ）によって加熱または冷却される。ペルチェ効果とは、２個の互いに異なる金属からなる回路に電流が流れるとき、一側の接合部は冷却され、他の部位は加熱される現象を意味し、このとき、電流の方向を変えると、冷却及び加熱される方向が変わる。各熱電素子Ｎ，Ｐは、上下に並んで配置された絶縁板１６，１８と平行な方向に配列され、Ｎ型素子ＮとＰ型素子Ｐが交互に配置される。Ｎ型素子ＮとＰ型素子Ｐは、第１電熱板１２及び第２電熱板１４を通して互いに連結される。
【００２６】
図３に示すように、第１電熱板１２は各熱電素子Ｎ，Ｐの上側に連結され、第２電熱板１４は各熱電素子Ｎ，Ｐの下側に連結される。第１電熱板１２の一側にはＮ型素子Ｎの上端が連結され、第１電熱板１２の他側にはＰ型素子Ｐの上端が連結される。第１電熱板１２の他側に連結されたＰ型素子Ｐの下端は第２電熱板１４の一側に連結され、第２電熱板１４の他側には新しいＮ型素子Ｎが連結される。絶縁板１６，１８と平行な方向に交互に配列された各熱電素子Ｎ，Ｐは、第１電熱板１２及び第２電熱板１４の反復によって互いに連結される。
【００２７】
上述したように、第１電熱板１２及び第２電熱板１４は、ペルチェ効果によって冷却または加熱される。このとき、第１電熱板１２及び第２電熱板１４が容易に冷却または加熱されるためには、熱伝逹係数の高い物質を使用することが好ましい。
【００２８】
一方、左側端に位置するＮ型素子Ｎの下端は左側端子１４ａに連結され、右側端に位置するＰ型素子Ｐの下端は右側端子１４ｂに連結される。左側端子１４ａ及び右側端子１４ｂには電源１９が連結される。したがって、各熱電素子Ｎ，Ｐ、第１及び第２電熱板１２，１４及び電源１９は、一つの閉回路を形成する。このとき、電源１９は、一方向に電流を印加する直流（ＤＣ）電源であることが好ましく、電源１９に連結された別途の制御器（図示せず）は、電源１９から印加される電流の方向を時計方向または反時計方向に転換することができる。
【００２９】
上部絶縁板１６は第１電熱板１２の上部に提供され、下部絶縁板１８は第２電熱板１４の下部に提供される。上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８のうち何れか一つは、冷却ライン４４と接しており、冷却ライン４４の内部に流れる冷媒の温度を調節する。上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８は絶縁材質である。
【００３０】
一方、熱電モジュール４６では、上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８を通して熱伝逹が行われるので、上部絶縁板１６及び下部絶縁板１８は、絶縁材質であると同時に、熱伝達係数の高い材質であることが好ましい。
【００３１】
以下、熱電モジュール４６を通して冷却ライン４４内の冷媒の温度を調節する方法を説明する。以下では、第１電熱板１２が冷却ライン４４と接している場合を説明する。
【００３２】
まず、電源１９から時計方向（実線方向）に電流を印加すると、印加された電流は、左側端子１４ａを通してＮ型素子Ｎに印加され、第１電熱板１２を通してＰ型素子Ｐに印加され、第２電熱板１４を通してＮ型素子Ｎに印加される。このような一連の動作を通して電流が流れる。
【００３３】
第１電熱板１２を基準にしたとき、電流はＮ型素子ＮからＰ型素子Ｐに流れ、ペルチェ効果によって第１電熱板１２は冷却される。そして、第２電熱板１４を基準にしたとき、電流はＰ型素子ＰからＮ型素子Ｎに流れ、ペルチェ効果によって第２電熱板１４は加熱される。したがって、第１電熱板１２は、冷却ライン４４の熱を上部絶縁板１６を通して吸収し（実線方向）、第２電熱板１４は、熱を下部絶縁板１８を通して冷却プレート４２の外部に放出する（実線方向）。その結果、冷却ライン４４の内部を流れる冷媒は冷却される。
【００３４】
一方、上述したように、冷却プレート４２の中央における冷却効率が高い反面、冷却プレート４２の縁部における冷却効率が低いが、これは、熱電モジュール４６を用いて補完することができる。すなわち、冷却プレート４２の縁部は冷却プレート４２の中央に比べて冷却効率が相対的に低いので、冷却プレート４２の縁部に配置された冷却ライン４４を冷却プレート４２の中央に配置された冷却ライン４４より低い温度で冷却させることで、冷却プレート４２の縁部に該当する冷却効率を高めることができる。これは、熱伝逹率が温度差に比例するためである。
【００３５】
すなわち、冷却プレート４２の位置による温度偏差を感知し（冷却プレート４２上に別途のセンサーを設置し）、感知された温度によって冷却ライン４４の冷却温度を調節することができ、これを通して冷却プレート４２の温度偏差を均一に調節することができる。また、上記のような制御のための制御器（図示せず）をさらに備えることができる。
【００３６】
一方、本実施例では、冷却ライン４４内の冷媒を冷却する場合のみを説明しているが、必要によっては冷却プレート４２を加熱する必要がある。この場合、電源１９から反時計方向（点線方向）に電流を印加すると、第１電熱板１２を基準にしたとき、電流はＰ型素子ＰからＮ型素子Ｎに流れ、ペルチェ効果によって第１電熱板１２は加熱される。そして、第２電熱板１４を基準にしたとき、電流はＮ型素子ＮからＰ型素子Ｐに流れ、ペルチェ効果によって第２電熱板１４は冷却される。したがって、第２電熱板は、下部絶縁板１８を通して外部の熱を吸収し（点線方向）、第１電熱板１２は、熱を上部絶縁板１６を通して冷却ライン４４に伝達する（点線方向）。その結果、冷却ライン４４の内部に流れる冷媒は加熱される。
【００３７】
本発明を好適な各実施例に基づいて詳細に説明したが、これと異なる形態の実施例も可能である。したがって、以下に記載された特許請求の範囲の技術的思想と範囲は、好適な各実施例に限定されるものでない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る基板処理装置を概略的に示した正面図である。
【図２】図１の冷却ブロックを概略的に示した平面図である。
【図３】図２の熱電素子を概略的に示した図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  工程チャンバー
２０  上部電極
３０  下部電極
３２  ベースプレート
３４  絶縁板
３６  電極
４０  冷却ブロック
４２  冷却プレート
４４  冷却ライン
４６  熱電モジュール
４８  流量調節バルブ
５０  供給ユニット
５２  供給ライン
５４  メッシュ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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