KR102278075B1 - 유전판 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 공정 챔버, 기판 지지 유닛, 안테나, 지파판 및 유전판 등을 포함한다. 안테나가 아닌 유전판에 슬롯들이 형성된 금속층을 도금함으로써, 안테나와 유전판의 밀착도를 개선시킨다. 따라서, 마이크로파의 전계의 균일성이 높아짐으로써 플라스마 생성의 효율성이 증대되고, 안테나와 유전판 사이의 아킹(ARCING)을 방지함으로써, 안테나, 지파판 및 유전판의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

유전판 및 이를 포함하는 기판 처리 장치{DIELECTRIC PLATE AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS USING THE SAME}

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

플라즈마는 매우 높은 온도나, 강한 전계 혹은 고주파 전자계(RF Electromagnetic Fields)에 의해 생성되며, 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정에서는 플라즈마를 사용하여 다양한 공정을 수행한다. 일 예로 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.

유전판은 안테나로부터 전달된 마이크로파를 공정 챔버 내부 공간으로 확산, 투과시킨다. 일반적으로, 유전판과 안테나는 밀착되게 제공되며, 안테나에는 복수개의 슬롯이 형성된다. 안테나에 슬롯들이 형성되는 경우, 플라스마를 이용한 공정 진행시 압력 및 열에 의해 금속 재질의 안테나가 변형되어 안테나에 형성된 슬롯 형상 및 초기 설정된 안테나의 위치가 변경된다. 또한, 슬롯이 형성된 부분이 휨으로써, 안테나와 유전판 사이의 밀착력이 떨어진다. 따라서, 의도하지 않은 마이크로파 전계의 집중 또는 유실이 발생된다. 또한, 안테나와 유전판 사이에 형성된 갭(GAP)에서 아킹(ARCING)이 발생된다.

본 발명은 금속재질로 제공된 안테나가 압력 및 열에 의해 변형되어 안테나에 형성된 슬롯 형상 및 안테나의 초기 설정된 위치가 변경되는 것을 방지하는 기판 처리 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 안테나의 슬롯에 인접한 부분의 휘어짐으로 인한 안테나와 유전판 사이의 갭(Gap)에서 아킹(ARCHING)이 발생하는 것을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 안테나의 변형을 최소화 함으로써 지파판, 안테나 및 유전판 간의 밀착력을 유지시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치는, 내부에 공간이 형성된 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되는 플레이트 형상의 안테나; 및 상기 안테나의 하부에 제공되고, 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부 공간으로 확산 및 투과 시키는 유전판;을 가지되,상기 유전판은, 유전체 재질로 제공된 베이스 판; 상기 베이스 판의 상면에 제공된 금속층을 가진다.

상기 금속층은 도금에 의해서 형성된다.

상기 금속층에 복수개의 제 1 슬롯이 형성된다.

상기 베이스 판은, 그 상면의 중앙 영역에 홈이 형성되고, 상기 금속층은, 상기 홈에 형성된다.

상기 금속층 및 상기 홈은 동일 높이로 제공된다.

상기 안테나는, 금속 재질로 제공된 안테나 베이스 판; 및 상기 베이스 판의 저면에 형성된 도금층;을 포함하되, 상기 도금층은 금속 재질로 제공된다.

상기 안테나에는, 슬롯이 제공되지 않거나, 복수개의 제 2 슬롯이 형성될 수 있다.

상기 제 1 슬롯 및 상기 제 2 슬롯은, 서로 대향되고, 서로 동일한 형태로 형성된다.

상기 제 1 슬롯 및 상기 제 2 슬롯은 서로 상이한 형태로 형성된다.

상기 안테나 및 상기 금속층은 서로 밀착되도록 제공된다.

또한, 본 발명은 안테나로부터 전달된 마이크로파를 공정 챔버 내부 공간으로 확산 및 투과 시키는 유전판을 제공한다. 유전판은, 유전체 재질로 제공된 베이스 판; 상기 베이스 판의 상면에 제공된 금속층을 가진다.

상기 금속층은 도금에 의해서 형성된다.

상기 금속층에 복수개의 제 1 슬롯이 형성된다.

상기 베이스 판은, 그 상면의 중앙 영역에 홈이 형성되고, 상기 금속층은, 상기 홈에 형성된다.

상기 금속층 및 상기 홈은 동일 높이로 제공된다.

본 발명은 금속재질로 제공된 안테나가 압력 및 열에 의해 변형되어 안테나에 형성된 슬롯 형상 및 안테나의 초기 설정된 위치가 변경되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 안테나의 슬롯에 인접한 부분의 휘어짐으로 인한 안테나와 유전판 사이의 갭(Gap)에서 아킹(ARCHING)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 안테나의 변형을 최소화 함으로써 지파판, 안테나 및 유전판 간의 밀착력을 유지시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 유전판의 상면을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 유전판의 일부를 절단한 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 안테나의 저면을 나타낸 저면도이다.
도 5는 도 1의 안테나와 유전판이 결합된 모습을 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)를 보여주는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 플라즈마 공정 처리를 수행한다. 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 기판 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 마이크로파 인가 유닛(400), 안테나(500), 지파판(600) 그리고 유전판(700)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)는 바디(110)와 커버(120)를 포함한다. 바디(110)는 상면이 개방되며 내부에 공간이 형성된다. 커버(120)는 바디(110)의 상단에 놓이며, 바디(110)의 개방된 상면을 밀폐한다. 커버(120)는 상부 공간이 하부 공간보다 더 큰 반경을 갖도록 하단부 내측이 단차진다.

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(131)과 연결된다. 배리 라인(131)을 통한 배기로, 공정 챔버(100)의 내부는 상압보다 낮은 압력으로 유지될 수 있다. 그리고, 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(131)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

기판 지지 유닛(200)은 공정 챔버(100)의 내부에 위치하며, 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 지지 플레이트(210), 리프트 핀(미도시), 히터(220)와 지지축(230)을 포함한다.

지지 플레이트(210)는 소정 두께를 가지며, 기판(W) 보다 큰 반경을 갖는 원판으로 제공된다. 지지 플레이트(210)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 실시예에 의하면, 지지 플레이트(210)에는 기판(W)을 고정하는 구성이 제공되지 않으며, 기판(W)은 지지 플레이트(210)의 상면에 놓인 상태로 공정에 제공된다. 이와 달리, 지지 플레이트(210)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 고정시키는 정전 척으로 제공되거나, 기계적 클램핑 방식으로 기판(W)을 고정시키는 척으로 제공될 수 있다.

리프트 핀은 복수 개 제공되며, 지지 플레이트(210)에 형성된 핀 홀(미도시)들 각각에 위치한다. 리프트 핀들은 핀 홀들을 따라 상하방향으로 이동하며, 기판(W)을 지지 플레이트(210)에 로딩하거나 지지 플레이트(210)에 놓인 기판(W)을 언로딩한다.

히터(220)는 지지 플레이트(210)의 내부에 제공된다. 히터(220)는 나선 형상의 코일로 제공되며, 균일한 간격으로 지지 플레이트(210) 내부에 매설될 수 있다. 히터(220)는 외부 전원(미도시)과 연결되며, 외부 전원에서 인가된 전류에 저항함으로써 열을 발생시킨다. 발생된 열은 지지 플레이트(210)를 거쳐 기판(W)으로 전달되며, 기판(W)을 소정 온도로 가열한다.

지지축(230)은 지지 플레이트(210)의 하부에 위치하며, 지지 플레이트(210)를 지지한다.

가스 공급 유닛(300)은 공정 챔버(100) 내부로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)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 안테나(500)로 마이크로파를 인가한다. 마이크로파 인가 유닛(400)은 마이크로파 발생기(410), 제1도파관(420), 제2도파관(430), 위상 변환기(440), 그리고 매칭 네트워크(450)를 포함한다.

마이크로파 발생기(410)는 마이크로파를 발생시킨다.

제1도파관(420)은 마이크로파 발생기(410)와 연결되며, 내부에 통로가 형성된다. 마이크로파 발생기(410)에서 발생된 마이크로파는 제1도파관(420)을 따라 위상 변환기(440) 측으로 전달된다.

제2도파관(430)은 외부 도체(432) 및 내부 도체(434)를 포함한다.

외부 도체(432)는 제 1 도파관(420)의 끝단에서 수직한 방향으로 아래로 연장되며, 내부에 통로가 형성된다. 외부 도체(432)의 상단은 제 1 도파관(420)의 하단에 연결되고, 외부 도체(432)의 하단은 커버(120)의 상단에 연결된다.

내부 도체(434)는 외부 도체(432) 내에 위치한다. 내부 도체(434)는 원기둥 형상의 로드(rod)로 제공되며, 그 길이방향이 상하방향과 나란하게 배치된다. 내부 도체(434)의 상단은 위상 변환기(440)의 하단부에 삽입 고정된다. 내부 도체(434)는 아래 방향으로 연장되어 그 하단이 공정 챔버(100)의 내부에 위치한다. 내부 도체(434)의 하단은 안테나(500)의 중심에 고정 결합된다. 내부 도체(434)는 안테나(500)의 상면에 수직하게 배치된다. 내부 도체(434)는 구리 재질의 로드에 제1도금막과 제2도금막이 순차적으로 코팅되어 제공될 수 있다. 일 실시예에 의하면, 제1도금막은 니켈(Ni) 재질이고, 제2도금막은 금(Au) 재질로 제공될 수 있다. 마이크로파는 주로 제1도금막을 통해 안테나(520)로 전파된다.

위상 변환기(440)에서 위상이 변환된 마이크로파는 제2도파관(430)를 따라 안테나(500) 측으로 전달된다.

위상 변환기(440)는 제1도파관(420)과 제2도파관(430)이 접속되는 지점에 제공되며, 마이크로파의 위상을 변화시킨다. 위상 변환기(440)는 아래가 뾰족한 콘 형상으로 제공될 수 있다. 위상 변환기(440)는 제1도파관(420)으로부터 전달된 마이크로파를 모드가 변환된 상태로 제2도파관(430)에 전파한다. 위상 변환기(440)는 마이크로파를 TE 모드에서 TEM 모드로 변환시킬 수 있다.

매칭 네트워크(450)는 제1도파관(420)에 제공된다. 매칭 네트워크(450)는 제1도파관(420)을 통해 전파되는 마이크로파를 소정 주파수로 매칭시킨다.

도 2는 도 1의 유전판(700)의 상면을 나타낸 평면도이다. 도 3은 도 2의 유전판(700)을 A에서 A'으로 절단한 단면을 나타내는 단면도이다. 도 1 내지 도 3를 참고하면, 유전판(700)은 베이스 판(710) 및 금속층(720)을 포함한다. 마이크로파는 유전판(700)을 거쳐 공정 챔버(100) 내부로 확산 및 투과된다. 방사된 마이크로파의 전계에 의하여 공정 챔버(100) 내에 공급된 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기된다.

베이스 판(710)은 안테나(500)의 하부에 위치하며, 소정 두께를 갖는 원판으로 제공된다. 베이스 판(710)의 저면은 내측으로 만입된 오목면으로 제공된다. 베이스 판(710)은 저면이 커버(120)의 하단과 동일 높이에 위치할 수 있다. 베이스 판(710)의 측부는 상단이 하단보다 큰 반경을 갖도록 단차진다. 베이스 판(710)의 상단은 커버(120)의 단차진 하단부에 놓인다. 베이스 판(710)의 하단은 커버(120)의 하단부보다 작은 반경을 가지며, 커버(120)의 하단부와 소정 간격을 유지한다. 베이스 판(710)은 유전체 재질로 제공된다.

금속층(720)은 베이스 판(710)의 상면에 제공된다. 금속층(720)은 안테나(500)의 저면에 대향되는 영역에 형성된다. 베이스 판(710)의 상면의 중앙 영역에는 홈(740)이 형성될 수 있다. 홈(740)은 안테나(500)의 저면에 대향되는 영역에 형성된다. 홈(740)이 형성된 경우, 금속층(720)은 홈(740)에 형성된다. 금속층(720) 및 홈(740)은 동일 높이로 제공된다. 따라서, 금속층(720)은 안테나(500)와 밀착이 용이하다. 금속층(720)은 도금에 의해서 형성된다. 금속층(720)은 금(Au), 은(Ag) 또는 니켈(Ni) 중 하나의 재질을 포함하는 재질로 제공된다. 금속층(720)의 두께는 0.1?m 에서 3mm 사이로 제공된다.

금속층(720)에는 복수개의 제 1 슬롯(730)이 금속층(720)을 관통하여 형성된다. 제 1 슬롯(730)들은 '×'자 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 슬롯들의 형상 및 배치는 다양하게 변경될 수 있다. 제 1 슬롯(730)들은 복수개가 서로 조합되어 복수개의 링 형상으로 배치된다. 마이크로파는 제 1 슬롯(730)들을 투과하여 베이스 판(710)으로 전달된다.

안테나(500)가 아닌 유전판(700)의 금속층(720)에 슬롯들을 형성시킴으로써, 금속재질로 제공된 안테나가 압력 및 열에 의해 변형되어 안테나에 형성된 슬롯 형상 및 안테나의 초기 설정된 위치가 변경되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 안테나의 슬롯에 인접한 부분의 휘어짐을 방지하여 밀착도를 향상시킨다. 따라서, 안테나와 유전판 사이의 갭(Gap)이 형성되는 것을 방지하여 갭에서 아킹(ARCHING)이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 안테나의 변형을 최소화 함으로써 지파판, 안테나 및 유전판 간의 밀착력을 유지시킬 수 있다.

금속층(720)과 동일한 높이의 홈(740)에 금속층(720)을 제공함으로써, 안테나(500)와 유전판(700)의 밀착도를 개선시킬 수 있다.

도 4는 안테나(500)의 저면을 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 4를 참조하면, 안테나(500)는 안테나 베이스 판(510)을 포함한다. 안테나 베이스 판(510)은 플레이트 형상으로 제공된다. 일 예로, 안테나 베이스 판(510)은 두께가 얇은 원판으로 제공될 수 있다. 안테나 베이스 판(510)은 지지 플레이트(210)에 대향되도록 기판 지지 유닛(200)의 상부에 배치된다. 안테나 베이스 판(510)은 금속 재질로 제공된다.

안테나(500)는 안테나 베이스 판(510)의 저면에 형성된 도금층(520)을 더 포함할 수 있다. 도금층(520)은 금속 재질로 제공된다.

안테나(500)에는 복수개의 제 2 슬롯(501)들이 형성될 수 있다. 이와 달리, 안테나(500)에는 제 2 슬롯(501)들이 형성되지 않을 수 있다. 제 2 슬롯(501)들이 형성되는 경우, 제 2 슬롯(501)들은 도금층(720)을 관통하여 형성된다. 이와 달리, 제 2 슬롯(501)들은 안테나 베이스 판(510) 및 도금층(720)을 관통하여 형성될 수 있다.

제 1 슬롯(730) 및 제 2 슬롯(501)은 서로 대향되고 서로 동일한 형태로 형성될 수 있다. 이와 달리, 제 1 슬롯(730) 및 제 2 슬롯(501)은 서로 상이한 형태로 형성될 수 있다.

안테나(500)의 중심부에는 홀(502)이 형성된다. 내부 도체(434)는 그 하단이 홀(502)를 관통하여 안테나(500)와 결합된다. 마이크로파는 제 2 슬롯(501)들을 투과하여 유전판(620)으로 전달된다.

도 5는 도 1의 안테나(500)와 유전판(700)이 결합된 모습을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 5를 참고하면, 지파판(600), 안테나(500) 그리고 금속층(7200)은 서로 밀착되도록 제공된다. 안테나(500)의 두께와 금속층(720)의 두께의 합은 0.6mm 에서 1.0mm 사이로 제공된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치(10)는 유전판(700)에 슬롯들이 형성된 금속층(720)을 도금하여 제공함으로써, 안테나(500)와 유전판(700)의 밀착도를 개선시킨다. 따라서, 안테나(500)의 휘어짐을 방지하여 마이크로파의 집중 또는 유실로 인한 플라스마의 불균일한 발생을 최소화할 수 있고, 안테나(500)와 유전판(700) 사이의 아킹(ARCHING)을 방지하여 안테나(500), 지파판(600) 및 유전판(700)의 수명을 연장할 수 있다.

10: 기판 처리 장치 W: 기판
100: 공정 챔버 200: 기판 지지 유닛
300: 가스 공급 유닛 400: 마이크로파 인가 유닛
500: 안테나 510: 안테나 베이스 판
520: 도금층 600: 지파판
700: 유전판 710: 베이스 판
720: 금속층 730: 제 1 슬롯

Claims (21)

1. 내부에 공간이 형성된 공정 챔버;
   상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛;
   상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되는 플레이트 형상의 안테나; 및
   상기 안테나의 하부에 제공되고, 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부 공간으로 확산 및 투과시키는 유전판;을 가지되,
   상기 유전판은,
   유전체 재질로 제공된 베이스 판;
   상기 베이스 판의 상면에 제공된 금속층을 가지고,
   상기 금속층에 복수개의 제 1 슬롯이 형성되는 기판 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 금속층은 도금에 의해서 형성되는 기판 처리 장치.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스 판은, 그 상면의 중앙 영역에 홈이 형성되고,
   상기 금속층은, 상기 홈에 형성되는 기판 처리 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 금속층 및 상기 홈은 동일 높이로 제공되는 기판 처리 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 안테나는,
   금속 재질로 제공된 안테나 베이스 판; 및
   상기 베이스 판의 저면에 형성된 도금층;을 포함하되,
   상기 도금층은 금속 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 안테나에는, 슬롯이 제공되지 않는 기판 처리 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 안테나에 복수개의 제 2 슬롯이 형성된 기판 처리 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 슬롯 및 상기 제 2 슬롯은, 서로 대향되고, 서로 동일한 형태로 형성되는 기판 처리 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 슬롯 및 상기 제 2 슬롯은 서로 상이한 형태로 형성되는 기판 처리 장치.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 및 상기 금속층은 서로 밀착되도록 제공되는 기판 처리 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은, 금, 은 또는 니켈 중 하나를 포함하는 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 0.1mm 에서 3mm 사이로 제공되는 기판 처리 장치.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나의 두께와 상기 금속층의 두께의 합은 0.6mm 에서 1.0mm 사이로 제공되는 기판 처리 장치.
15. 안테나로부터 전달된 마이크로파를 공정 챔버 내부 공간으로 확산 및 투과 시키는 유전판에 있어서,
    유전체 재질로 제공된 베이스 판;
    상기 베이스 판의 상면에 제공된 금속층을 가지고,
    상기 금속층에 복수개의 제 1 슬롯이 형성되는 유전판.
16. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속층은 도금에 의해서 형성되는 유전판.
17. 삭제
18. 제 15 항에 있어서,
    상기 베이스 판은, 그 상면의 중앙 영역에 홈이 형성되고,
    상기 금속층은, 상기 홈에 형성되는 유전판.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 금속층 및 상기 홈은 동일 높이로 제공되는 유전판.
20. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속층은, 금, 은 또는 니켈 중 하나를 포함하는 재질로 제공되는 유전판.
21. 제 15 항에 있어서,
    상기 금속층의 두께는 0.1mm 에서 3mm 사이로 제공되는 유전판.

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