KR101856612B1 - 마이크로파 인가 유닛 및 상기 유닛을 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는 내부에 공간이 형성된 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 공정 챔버 내부에 마이크로파를 인가하여 상기 공정 챔버 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시키는 마이크로파 인가 유닛을 포함하되, 상기 마이크로파 인가 유닛은 상기 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급유닛; 상기 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부에 인가하는 안테나; 및 상기 마이크로파 공급유닛과 상기 안테나의 사이 거리가 변경되도록 상기 마이크로파 공급부를 이동시키는 이동부를 포함한다.

Description

마이크로파 인가 유닛 및 상기 유닛을 포함하는 기판 처리 장치{MICROWAVE APPLYING UNIT AND SUSBTRATE TREATING APPARATUS INCLUDING THE UNIT}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라스마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.

플라스마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정은 플라스마를 사용하여 식각 공정을 수행한다. 식각 공정은 플라스마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.

플라스마는 안테나를 통해 인가된 마이크로파에 의해 공정 가스가 여기되면서 형성된다. 안테나로부터 인가되는 마이크로파의 진폭 및 전계 에너지는 시간의 경과에 따라 변화된다. 이러한 마이크로파의 진폭 및 전계 에너지의 변화는 공정 챔버 내부의 전자 밀도를 불연속적으로 변화시켜 모드 점프(mode jump)를 유발한다.

선행기술 1. 한국등록특허 제10-0646458호

본 발명의 실시예들은 기판 처리를 균일하게 할 수 있는 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는 내부에 공간이 형성된 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 공정 챔버 내부에 마이크로파를 인가하여 상기 공정 챔버 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시키는 마이크로파 인가 유닛을 포함하되, 상기 마이크로파 인가 유닛은 상기 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급유닛; 상기 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부에 인가하는 안테나; 및 상기 마이크로파 공급유닛과 상기 안테나의 사이 거리가 변경되도록 상기 마이크로파 공급부를 이동시키는 이동부를 포함한다.

또한, 상기 이동부는 상기 마이크로파 공급유닛에서 공급된 마이크로파가 상기 안테나에 전달되는 통로를 제공하며, 그 길이가 가변되는 가변 도파관; 및 상기 마이크로파 공급유닛을 상기 가변 도파관의 길이방향으로 이동시키는 구동기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가변 도파관은 상기 안테나와 연결되는 제1도파관; 상기 제1도파관과 연결되며, 일 측면이 개방된 공간이 내부에 형성된 하우징; 일단이 상기 하우징의 내부 공간에 위치하고, 타단이 상기 마이크로파 공급부와 연결되는 제2도파관; 및 상기 하우징과 상기 제2도파관을 연결하며, 상기 하우징의 개방된 일 측면을 밀폐하는 밀폐 커버를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2도파관의 일단과 상기 하우징의 개방된 일 측면을 연결하며, 상기 제2도파관의 이동에 따라 신축되는 밸로우즈를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이동부는 상기 마이크로파 공급유닛의 이동을 안내하는 가이드 레일을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 마이크로파 인가 유닛은 상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 상기 공정 챔버 내부의 전자 밀도를 측정하는 센서부; 및 상기 센서부에서 측정된 상기 전자 밀도에 따라 상기 마이크로파 공급유닛과 상기 안테나의 사이 거리가 변경되도록 상기 이동부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 센서부는 상기 공정 챔버 내부에서 발생되는 빛의 밝기를 감지하여 상기 전자 밀도를 측정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 인가 유닛은 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 전원; 상기 마이크로파 전원과 연결되며, 상기 마이크로파 전원에서 발생된 마이크로파를 소정 주파수로 매칭시키는 매칭 회로; 상기 매칭된 마이크로파를 인가하여 공정가스를 여기시키는 안테나; 상기 매칭 회로에서 매칭된 마이크로파가 상기 안테나에 전달되는 통로를 제공하며, 그 길이가 가변되는 가변 도파관; 및 상기 매칭 회로와 상기 안테나의 사이 거리가 변경되도록 상기 가변 도파관의 길이를 조절하는 이동부를 포함한다.

또한, 상기 이동부는 상기 마이크로파 전원과 상기 매칭 회로가 놓이는 가이드 레일; 및 상기 가이드 레일을 따라 상기 마이크로파 전원과 상기 매칭 회로를 이동시키는 구동기를 포함하며, 상기 가변 도파관은 상기 마이크로파 전원과 상기 매칭 회로의 이동에 따라 그 길이가 신축될 수 있다.

또한, 상기 가변 도파관은 상기 안테나와 연결되는 제1도파관; 상기 제1도파관과 연결되며, 일 측면이 개방된 공간이 내부에 형성된 하우징; 일단이 상기 하우징의 내부 공간에 위치하고, 타단이 상기 매칭 회로와 연결되는 제2도파관; 및 상기 하우징과 상기 제2도파관을 연결하며, 상기 하우징의 개방된 일 측면을 밀폐하는 밀폐 커버를 포함할 수 있다.

또한, 상기 밀폐 커버는 상기 제2도파관의 일단과 상기 하우징의 개방된 일 측면을 연결하며, 상기 제2도파관의 이동에 따라 신축되는 밸로우즈를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 플라스마의 밀도 분포가 균일하게 발생되므로 기판 처리가 균일하게 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 플라스마의 밀도 분포를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 마이크로파 인가 유닛을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 마이크로파 공급 유닛이 이동하는 모습을 나타내는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 마이크로파 인가 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치는 기판(W)에 대하여 플라스마 공정 처리를 수행한다. 기판 처리 장치는 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 가스 공급부(320), 그리고 마이크로파 인가 유닛(400)을 포함한다.

공정 챔버(100)는 내부에 공간(101)이 형성되며, 내부 공간(101)은 기판(W)처리 공정이 수행되는 공간으로 제공된다. 공정 챔버(100)의 일 측벽에는 개구(미도시)가 형성될 수 있다. 개구는 기판(W)이 공정 챔버(100) 내부로 출입할 수 있는 통로로 제공된다. 개구는 도어(미도시)에 의해 개폐된다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(121)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(121)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

공정 챔버(100) 내부에는 기판 지지부(200)가 위치한다. 기판 지지부(200)는 기판(W)을 지지한다. 기판 지지부(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척을 포함한다.

정전 척(200)은 유전판(210), 하부 전극(220), 히터(230), 지지판(240), 절연판(270), 그리고 포커스 링(280)을 포함한다.

유전판(210)은 정전 척(200)의 상단부에 위치한다. 유전판(210)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 유전판(210)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(210)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리영역은 유전판(210)의 외측에 위치한다. 유전판(210)에는 제1공급 유로(211)가 형성된다. 제1공급 유로(211)는 유전판(210)의 상면으로부터 저면으로 제공된다. 제1공급 유로(211)는 서로 이격하여 복수개 형성되며, 기판(W)의 저면으로 열전달 매체가 공급되는 통로로 제공된다.

유전판(210)의 내부에는 하부 전극(220)이 매설된다. 하부 전극(220)은 제1하부 전원(221)과 전기적으로 연결된다. 제1하부 전원(221)은 직류 전원을 포함한다. 하부 전극(220)과 제1하부 전원(221) 사이에는 스위치(222)가 설치된다. 하부 전극(220)은 스위치(222)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 제1하부 전원(221)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(222)가 온(ON) 되면, 하부 전극(220)에는 직류 전류가 인가된다. 하부 전극(220)에 인가된 전류에 의해 하부 전극(220)과 기판(W) 사이에는 전기력이 작용하며, 전기력에 의해 기판(W)은 유전판(210)에 흡착된다.

또한, 유전판(210)의 내부에는 히터(230)가 매설될 수 있다. 히터(230)는 하부 전극(220)의 하부에 위치될 수 있다. 히터(230)는 외부 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 유전판(210)을 통해 기판(W)으로 전달된다. 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다.

유전판(210)의 하부에는 지지판(240)이 위치한다. 유전판(210)의 저면과 지지판(240)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(240)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(240)의 상면은 중심 영역이 가장자리영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(240)의 상면 중심 영역은 유전판(210)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(210)의 저면과 접착된다. 지지판(240)에는 제1순환 유로(241), 제2순환 유로(242), 그리고 제2공급 유로(243)가 형성된다.

제1순환 유로(241)는 열전달 매체가 순환하는 통로로 제공된다. 제1순환 유로(241)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제1순환 유로(241)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제1순환 유로(241)들은 서로 연통될 수 있다. 제1순환 유로(241)들은 동일한 높이에 형성된다.

제2순환 유로(242)는 냉각 유체가 순환하는 통로로 제공된다. 제2순환 유로(242)는 지지판(240) 내부에 나선 형상으로 형성될 수 있다. 또는, 제2순환 유로(242)는 서로 상이한 반경을 갖는 링 형상의 유로들이 동일한 중심을 갖도록 배치될 수 있다. 각각의 제2순환 유로(242)들은 서로 연통될 수 있다. 제2순환 유로(242)는 제1순환 유로(241)보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 제2순환 유로(242)들은 동일한 높이에 형성된다. 제2순환 유로(242)는 제1순환 유로(241)의 하부에 위치될 수 있다.

제2공급 유로(243)는 제1순환 유로(241)부터 상부로 연장되며, 지지판(240)의 상면으로 제공된다. 제2공급 유로(243)는 제1공급 유로(211)에 대응하는 개수로 제공되며, 제1순환 유로(241)와 제1공급 유로(211)를 연결한다.

제1순환 유로(241)는 열전달 매체 공급라인(251)을 통해 열전달 매체 저장부(252)와 연결된다. 열전달 매체 저장부(252)에는 열전달 매체가 저장된다. 열전달 매체는 불활성 가스를 포함한다. 실시예에 의하면, 열전달 매체는 헬륨(He) 가스를 포함한다. 헬륨 가스는 공급 라인(251)을 통해 제1순환 유로(241)에 공급되며, 제2공급 유로(243)와 제1공급 유로(211)를 순차적으로 거쳐 기판(W) 저면으로 공급된다. 헬륨 가스는 플라스마에서 기판(W)으로 전달된 열이 정전 척(200)으로 전달되는 매개체 역할을 한다. 플라스마에 함유된 이온 입자들은 정전 척(200)에 형성된 전기력에 끌려 정전 척(200)으로 이동하며, 이동하는 과정에서 기판(W)과 충돌하여 식각 공정을 수행한다. 이온 입자들이 기판(W)에 충돌하는 과정에서 기판(W)에는 열이 발생한다. 기판(W)에서 발생된 열은 기판(W) 저면과 유전판(210)의 상면 사이 공간에 공급된 헬륨 가스를 통해 정전 척(200)으로 전달된다. 이에 의해, 기판(W)은 설정온도로 유지될 수 있다.

제2순환 유로(242)는 냉각 유체 공급라인(261)을 통해 냉각 유체 저장부(262)와 연결된다. 냉각 유체 저장부(262)에는 냉각 유체가 저장된다. 냉각 유체 저장부(262) 내에는 냉각기(263)가 제공될 수 있다. 냉각기(263)는 냉각 유체를 소정 온도로 냉각시킨다. 이와 달리, 냉각기(263)는 냉각 유체 공급 라인(261) 상에 설치될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(261)을 통해 제2순환 유로(242)에 공급된 냉각 유체는 제2순환 유로(242)를 따라 순환하며 지지판(240)을 냉각한다. 지지판(240)의 냉각은 유전판(210)과 기판(W)을 함께 냉각시켜 기판(W)을 소정 온도로 유지시킨다.

지지판(240)의 하부에는 절연판(270)이 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)에 상응하는 크기로 제공된다. 절연판(270)은 지지판(240)과 챔버(100)의 바닥면 사이에 위치한다. 절연판(270)은 절연 재질로 제공되며, 지지판(240)과 챔버(100)를 전기적으로 절연시킨다.

포커스 링(280)은 정전 척(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(200)은 링 형상을 가지며, 유전판(210)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(280)의 상면은 외측부(280a)가 내측부(280b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(280)의 상면 내측부(280b)는 유전판(210)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리영역을 지지한다. 포커스 링(280)의 외측부(280a)는 기판(W) 가장자리영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(280)은 플라스마가 형성되는 영역의 중심에 기판(W)이 위치하도록 전기장 형성 영역을 확장시킨다. 이에 의해, 기판(W)의 전체 영역에 걸쳐 플라스마가 균일하게 형성되어 기판(W)의 각 영역이 균일하게 식각될 수 있다.

가스 공급부(320)는 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급부(320)는 공정 챔버(100)의 측벽에 형성된 가스 공급홀(105)을 통해 공정 챔버 (100) 내부로 공정 가스를 공급할 수 있다.

마이크로파 인가 유닛(400)은 공정 챔버(100) 내부에 마이크로파를 인가하여 공정 가스를 여기시킨다. 마이크로파 인가 유닛(400)은 마이크로파 공급유닛(410), 마이크로파 공급유닛 이동부(420), 동축 변환기(430), 마이크로파 안테나(440), 유전체 블럭(450), 전극판(460), 유전체 판(470), 그리고 냉각 판(480)을 포함한다.

마이크로파 공급유닛(410)은 마이크로파를 발생시키고, 발생된 마이크로파를 마이크로파 안테나(440)에 공급한다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 마이크로파 공급유닛(410)은 마이크로파 전원(411), 고정 도파관(412), 그리고 매칭 회로(413)를 포함한다. 마이크로파 전원(411)은 마이크로파를 발생시킨다. 고정 도파관(412)은 마이크로파 전원(411)과 매칭 회로(413)를 연결한다. 고정 도파관(412)은 그 길이가 고정되며, 마이크로파 전원(411)과 매칭 회로(413)를 기설정된 간격으로 유지시킨다. 고정 도파관(412)의 내부에는 마이크로파 전원(411)에서 발생된 마이크로파가 매칭 회로(413)로 전달되는 통로가 형성된다. 매칭 회로(413)는 고정 도파관(412)을 통해 전파된 마이크로파를 소정 주파수로 매칭시킨다. 마이크로파 전원(411)과 매칭 회로(413) 사이에는 아이솔레이터(isolator, 미도시)가 설치될 수 있다. 아이솔레이터는 도파관(412) 내에서 발생된 반사파를 절연시킬 수 있다.

마이크로파 공급유닛 이동부(420)는 마이크로파 공급유닛(410)과 마이크로파 안테나(440)의 사이 거리가 변경되도록 마이크로파 공급유닛(410)을 이동시킨다. 마이크로파 공급유닛 이동부(420)는 가변 도파관(421), 가이드 레일(426), 구동기(427), 센서부(428), 그리고 제어부(429)를 포함한다.

가변 도파관(421)은 매칭 회로(413)에서 매칭된 마이크로파가 마이크로파 안테나(440)에 전달되는 통로를 제공한다. 가변 도파관(421)은 마이크로파 공급유닛(410)의 이동에 따라 그 길이가 가변되는 구조로 제공된다. 가변 도파관(421)은 제1도파관(422), 하우징(423), 제2도파관(424), 그리고 밀폐 커버(425)를 포함한다.

제1도파관(422)은 마이크로파 공급 유닛 이동부(420)의 선단부에 위치한다. 제1도파관(422)의 내부에는 마이크로파가 전달되는 통로가 형성된다. 제1도파관(422)의 내부에는 동축 변환기(430)가 고정 설치된다. 제1도파관(422)은 선단부가 밀폐되고, 후단부가 개방된다. 제1도파관(422)의 후단부에는 하우징(423)이 연결된다. 하우징(423)은 선단부와 후단부가 각각 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하우징(423)의 선단부는 제1도파관(422)의 후단부에 결합되고, 하우징(423)의 내부 공간은 제1도파관(422)의 통로와 연결된다. 하우징(423)의 단면적은 제1도파관(422)의 단면적보다 크게 제공될 수 있다.

제2도파관(424)은 그 선단부가 하우징(423)의 내부에 위치하고, 후단부가 매칭 회로(413)에 연결된다. 제2도파관(424)은 매칭 회로(413)에서 매칭된 마이크로파가 제1도파관(422)으로 전달된는 통로를 제공한다. 제2도파관(424)는 선단부가 개방되어 그 내부가 하우징(423)의 내부 및 제1도파관(422)의 내부와 연결된다.

밀폐 커버(425)는 하우징(423)과 제2도파관(424)을 연결하며, 하우징(423)의 내부가 외부와 연통되는 것을 차단한다. 밀폐 커버(425)는 하우징(423)의 내부에 위치한다. 밀폐 커버(425)는 제2도파관(424)의 선단부를 에워싸도록 제공되며, 일단이 제2도파관(424)의 선단부와 연결되고, 타단이 하우징(423)의 하단부에 연결된다. 이러한 밀폐 커버(425) 구조에 의하여, 하우징(423)의 개방된 후단부는 밀폐된다. 밀폐 커버(425)는 밸로우즈(Bellows)를 포함한다. 밸로우즈(425)는 제2도파관(424)의 이동에 따라 신축된다. 상술한 제2도파관(424), 하우징(423), 밀폐 커버(425) 그리고 제1도파관(422)의 결합에 의하여, 매칭 회로(413)에서 매칭된 마이크로파는 제2도파관(424), 하우징(423), 제1도파관(422)의 순서로 순차적으로 전파되어 동축 변환기(430)에 전달된다.

가이드 레일(426)은 마이크로파 공급유닛(420)의 후단부에 위치한다. 가이드 레일(426)은 그 길이방향이 제1도파관(422), 하우징(423), 그리고 제2도파관(424)이 배치되는 방향과 나란하게 제공될 수 있다. 가이드 레일(426)은 마이크로파 공급부(410)의 이동을 안내한다. 구동기(427)는 마이크로파 공급유닛(420)이 이동될 수 있는 동력을 제공한다. 구동기(427)의 구동에 의해 마이크로파 공급유닛(420)은 가이드 레일(426)을 따라 이동될 수 있다. 제2도파관(424)은 마이크로파 공급유닛(410)의 이동과 함께 이동한다.

센서부(428)는 공정 챔버(100) 내부에 위치한다. 센서부(428)는 공정 챔버(100) 내부의 전자 밀도 변화를 측정한다. 센서부(428)는 공정 가스가 여기되는 여기 공간에서의 전자 밀도 변화를 측정할 수 있다. 센서부(428)에서 측정된 전자 밀도 데이터는 제어부(429)에 수신된다. 센서부(428)는 소정 높이에서 공정 챔버(100)의 내측벽에 고정 설치될 수 있다. 센서부(428)는 기판(W)으로부터 소정 거리 이격된 높이에 설치될 수 있다. 센서부(428)는 OES(Optical Emission Sensor)를 포함한다. OES(428)는 공정가스가 여기되는 과정에서 발생하는 빛을 감지하여 여기 공간 내의 전자 밀도 변화를 측정한다. OES(428)는 여기 공간에서 발생하는 빛의 밝기를 감지하여 전자 밀도 변화를 측정할 수 있다.

제어부(429)는 센서부(428)에서 측정된 전자 밀도의 변화에 따라 마이크로파 공유닛(410)과 마이크로파 안테나(440)의 사이 거리가 변경되도록 구동기(427)를 제어한다. 도 2와 같이, 마이크로파 공급유닛(410)이 동축 변환기(430)에 인접하도록 전진 이동하는 경우, 마이크로파 공급유닛(410)과 마이크로파 안테나(442)의 사이 거리가 가까워질 수 있다. 제2도파관(424)의 선단부는 하우징(423)의 내부에서 전방으로 직선이동되며, 이에 의해 밸로우즈(425)가 신장된다. 그리고, 도 3과 같이, 마이크로파 공급유닛(410)이 동축 변환기(430)로부터 멀어지도록 후진 이동하는 경우, 마이크로파 공급유닛(410)과 마이크로파 안테나(442)의 사이 거리가 멀어질 수 있다. 제2도파관(424)의 선단부는 하우징(423)의 내부에서 후방으로 직선이동되며, 이에 의해 밸로우즈(425)가 축소된다.

동축 변환기(430)는 제1도파관(422)의 선단 내부에 위치한다. 동축 변환기(430)은 콘 형상으로 제공될 수 있다. 제1도파관(422)의 내부 통로를 통해 전달된 마이크로파는 동축 변환기(430)에서 모드가 변환되어 아래 방향으로 전파된다. 마이크로파는 TE 모드에서 TEM 모드로 변환될 수 있다.

마이크로파 안테나(440)는 동축 변환기(430)에서 모드 변환된 마이크로파를 수직 방향으로 전달한다. 마이크로파 안테나(440)는 외부 도체(441), 내부 도체(442), 그리고 슬롯판(443)을 포함한다. 외부 도체(441)는 도파관(420)의 하부에 위치한다. 외부 도체(441)의 내부에는 도파관(420)의 내부공간과 연결되는 공간(441a)이 수직방향으로 형성된다.

외부 도체(441)의 내부에는 내부 도체(442)가 위치한다. 내부 도체(442)는 원기둥 형상의 로드(rod)로 제공되며, 그 길이방향이 상하방향과 나란하게 배치된다. 내부 도체(442)의 상단은 동축 변환기(430)의 하단부에 삽입 고정된다. 내부 도체(442)는 아래 방향으로 연장되어 그 하단이 공정 챔버(100)의 내부에 위치한다. 내부 도체(442)의 하단은 슬롯판(443)의 중심에 고정 결합된다. 내부 도체(442)는 슬롯판(443)의 상면에 수직하게 배치된다.

슬롯판(443)은 두께가 얇은 원판으로 제공되며, 복수의 슬롯 홀(444)들이 서로 이격하여 형성된다. 슬롯 홀(444)들은 '×'자 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 슬릿 홀(444)들은 'ㅡ'자 또는 '+'자 등 다양한 형상으로 제공될 수 있다.

유전체 판(470)은 슬롯판(443)의 상부에 위치한다. 유전체 판(470)은 알루미나, 석영등의 유전체로 제공된다. 마이크로파 안테나(440)에서 수직 방향으로 전파된 마이크로파는 유전체 판(470)의 반경 방향으로 전파된다. 유전체 판(470)에 전파된 마이크로파는 파장이 압축되며, 공진된다. 공진된 마이크로파는 슬롯 판(443)의 슬롯 홀(444)들에 투과된다.

유전체 판(470)의 상부에는 냉각 판(480)이 제공된다. 냉각 판(480)은 유전체 판(470)을 냉각한다. 냉각 판(480)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 냉각 판(480)은 내부에 형성된 냉각 유로(미도시)에 냉각 유체를 흘려 유전체 판(470)을 냉각할 수 있다. 냉각 방식은 수냉식 및 공랭식을 포함한다.

슬롯판(443)의 하부에는 유전체 블럭(450)이 제공된다. 유전체 블럭(450)은 알루미나, 석영등의 유전체로 제공된다. 슬롯 판(443)의 슬롯 홀(444)들을 투과한 마이크로파는 유전체 블럭(450)을 거쳐 공정 챔버(100) 내부로 방사된다. 방사된 마이크로파의 전계에 의하여 공정 챔버(100) 내에 공급된 공정 가스는 플라스마 상태로 여기된다. 유전체 블럭(450)의 상면은 슬롯판(443)의 저면과 소정 간격으로 이격될 수 있다. 이와 달리, 유전체 블럭(450)의 상면은 슬롯판(443)의 저면과 접촉될 수 있다.

마이크로파 공급 유닛(410)에서 공급된 마이크로파는 도파관(421)을 통해 마이크로파 안테나(440)에 전파되며, 유전체 블럭(450)을 투과하여 공정 챔버(100) 내부에 인가된다. 도파관(421)내에서 마이크로파는 도파관(421)을 통해 마이크로파 안테나(440)로 전파되는 진행파, 도판관(421)에서 반사되는 반사파, 그리고 진행파와 반사파가 합성된 합성파 형태로 나타난다. 진행파의 진폭과 반사파의 진폭은 시간의 경과에 따라 변화되며, 이로 인하여 합성파의 진폭도 함께 달라진다. 이러한 진폭 변화에 의해 마이크로파 안테나(440)로부터 인가되는 마이크로파의 전계 에너지는 그 강도가 변화되므로, 공정 챔버(100) 내부의 전자 밀도는 시간 경과에 따라 변화된다. 공정 챔버(100) 내부의 전자 밀도가 변화되면, 유전체 블럭(450)을 투과한 전계 에너지에 의해 발생된 표면파가 플라스마로 전파될 때, 표면파의 전계에너지가 플라스마에 흡수되는 비율과 플라스마로부터 반사되는 비율이 변하게 된다. 이와 같이, 마이크로파의 전계 에너지 강도가 변화되거나, 표면파의 전계에너지가 플라스마에 흡수되는 비율이 변하는 경우, 공정 챔버(100) 내부에는 플라스마의 전자 밀도가 불연속으로 변화되어 모드 점프(mode jump)가 발생될 수 있다.

센서부(428)는 공정 챔버(100) 내부에서의 플라스마 전자 밀도 변화를 측정하고, 전자 밀도 변화에 따라 제어부(429)가 가변 도파관(421)의 길이를 변화시키다. 가변 도파관(421)의 길이 변화에 의하여, 마이크로파 안테나(440)에 전파되는 마이크로파의 진폭 및 마이크로파의 전계 에너지가 조절될 수 있다. 이처럼, 마이크로파 인가 유닛(400)은 공정 챔버(100) 내부의 전자 밀도 변화를 모니터링하고, 전자 밀도 변화에 따라 마이크로파의 진폭 및 전계 에너지를 조절하므로, 공정 챔버(100) 내부에는 전자 밀도가 균일하게 형성되고, 모드 점프 발생이 예방될 수 있다. 또한, 공정 챔버(100) 내부의 균일한 전자 밀도 분포는 플라스마를 균일하게 발생시키므로, 기판 처리가 균일하게 이루어질 수 있다.

상기 실시예에서는 기판 지지부(200)가 정전 척인 것으로 설명하였으나, 이와 달리 기판 지지부는 다양한 방법으로 기판을 지지할 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(200)는 기판을 진공으로 흡착 유지하는 진공 척으로 제공될 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는 플라스마를 이용하여 식각 공정을 수행하는 것으로 설명하였으나, 기판 처리 공정은 이에 한정되지 않으며, 플라스마를 이용하는 다양한 기판 처리 공정, 예컨대 증착 공정, 애싱 공정, 그리고 세정 공정등에도 적용될수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 공정 챔버 200: 기판 지지부
400: 마이크로파 인가 유닛 410: 마이크로파 공급유닛
420: 마이크로파 공급유닛 이동부 421: 가변 도파관
426: 가이드 레일 427: 구동기
428: 센서부 440: 마이크로파 안테나

Claims (11)

1. 내부에 공간이 형성된 공정 챔버;
   상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 기판을 지지하는 기판 지지부;
   상기 공정 챔버 내부에 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 및
   상기 공정 챔버 내부에 마이크로파를 인가하여 상기 공정 챔버 내부에 머무르는 공정 가스를 여기시키는 마이크로파 인가 유닛을 포함하되,
   상기 마이크로파 인가 유닛은,
   상기 마이크로파를 공급하는 마이크로파 공급유닛;
   상기 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부에 인가하는 안테나;
   상기 마이크로파 공급유닛에서 공급된 마이크로파가 상기 안테나에 전달되는 통로를 제공하며, 그 길이가 가변되는 가변 도파관;
   상기 마이크로파 공급유닛을 상기 가변 도파관의 길이방향으로 이동시키는 이동부를 포함하고,
   상기 가변 도파관은,
   상기 안테나와 연결되고, 일 측이 개구된 제1도파관; 및
   일측 단부는 상기 제1도파관의 개구부와 대면하고 타측 단부는 상기 마이크로파 공급유닛에 연결된 제2도파관을 포함하며,
   상기 이동부는,
   상기 마이크로파 공급유닛을 이동시켜, 상기 마이크로파 공급유닛과 상기 안테나와의 사이 거리를 변경하는 기판 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가변 도파관은,
   일측면은 상기 제1도파관의 개구부와 연결되고, 타측면은 상기 제2도파관의 일측 단부가 관통된 하우징;
   상기 제2도파관과 동심을 이루며 상기 하우징의 타측면을 밀폐하는 밀폐 커버를 포함하는 기판 처리 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1도파관의 내경과 상기 제2도파관의 내경은 동일한 크기이고,
   상기 제1도파관과 상기 제2도파관은 동축 상에 배치된 기판 처리 장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 밀폐 커버는,
   그 양측 단부가 각각 상기 제2도파관의 일측 단부, 상기 하우징의 내부면과 연결되고,
   상기 제2도파관이 상기 제1도파관에 가깝게 이동하면 신장되고, 상기 제2도파관이 상기 제1도파관에 멀게 이동하면 수축되는 밸로우즈를 포함하는 기판 처리 장치.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 이동부는,
   상기 마이크로파 공급유닛의 이동을 안내하는 가이드 레일을 더 포함하는 기판 처리 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 마이크로파 인가 유닛은,
   상기 공정 챔버 내부에 위치하며, 상기 공정 챔버 내부의 전자 밀도를 측정하는 센서부; 및
   상기 센서부에서 측정된 상기 전자 밀도에 따라 상기 마이크로파 공급유닛과 상기 안테나의 사이 거리가 변경되도록 상기 이동부를 제어하는 제어부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 센서부는 상기 공정 챔버 내부에서 발생되는 빛의 밝기를 감지하여 상기 전자 밀도를 측정하는 기판 처리 장치.
8. 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 전원;
   상기 마이크로파 전원과 연결되며, 상기 마이크로파 전원에서 발생된 마이크로파를 소정 주파수로 매칭시키는 매칭 회로;
   상기 매칭된 마이크로파를 인가하여 공정가스를 여기시키는 안테나;
   상기 매칭 회로에서 매칭된 마이크로파가 상기 안테나에 전달되는 통로를 제공하며, 그 길이가 가변되는 가변 도파관; 및
   상기 매칭 회로를 상기 가변 도파관의 길이 방향으로 이동시키는 이동부를 포함하고,
   상기 가변 도파관은,
   상기 안테나와 연결되고, 일 측이 개구된 제1도파관;
   일 측면이 상기 안테나와 연결되고, 타 측면이 개구된 하우징; 및
   일측 단부는 상기 하우징의 타 측면을 관통해 상기 하우징 내부에 수용되고, 타측 단부는 상기 매칭 회로와 연결된 제2도파관을 포함하고,
   상기 이동부는,
   상기 매칭 회로를 이동시켜, 상기 안테나와 상기 매칭 회로 사이의 거리를 변경하는 마이크로파 인가 유닛.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 이동부는,
   상기 마이크로파 전원과 상기 매칭 회로가 놓이는 가이드 레일; 및
   상기 가이드 레일을 따라 상기 마이크로파 전원과 상기 매칭 회로를 이동시키는 구동기를 포함하며,
   상기 제2도파관은,
   상기 마이크로파 전원과 상기 매칭 회로가 전진 이동하면 상기 제1도파관에 가까워지고, 상기 마이크로파 전원과 상기 매칭 회로가 후진 이동하면 상기 제1도파관으로부터 멀어지는 마이크로파 인가 유닛.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 가변 도파관은,
    상기 하우징과 상기 제2도파관을 연결하며, 상기 하우징의 개방된 타 측면을 밀폐하는 밀폐 커버를 포함하는 마이크로파 인가 유닛.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 밀폐 커버는,
    상기 제2도파관의 일측 단부와 상기 하우징의 개방된 타 측면을 연결하며, 상기 제2도파관의 이동에 따라 신축되는 밸로우즈를 포함하는 마이크로파 인가 유닛.

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