KR20150073685A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20150073685A
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장용수
김선래
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 공정 챔버, 기판 지지 유닛, 안테나 부재, 지파판 및 유전판 등을 포함한다. 지파판과 유전판은 서로 상이한 유전체 재질로 제공됨으로써 마이크로파 전계의 유전판 중심부 집중 현상을 개선시킴으로써 플라즈마의 불균일한 발생으로 인한 유전판 등의 손상 및 파티클 발생을 방지할 수 있고, 기판 처리 장치의 에너지 효율을 높일 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치에 관한 것이다.
플라즈마는 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 공정에서는 플라즈마를 사용하여 다양한 공정을 수행한다. 일 예로 식각 공정은 플라즈마에 함유된 이온 입자들이 기판과 충돌함으로써 수행된다.
지파판은 마이크로파를 파장을 압축하여 그 반경 방향으로 전파한다. 유전판은 마이크로파를 공정 챔버 내부 공간으로 확산, 투과시킨다. 일반적으로, 지파판과 유전판은 동일한 재질로 제공된다. 지파판과 유전판이 동일한 재질로 제공되는 경우, 마이크로파의 전계가 유전판의 중심부에 집중되어 플라즈마 발생의 불균형이 유발되고, 유전판 중심부를 손상시켜 파티클을 유발한다. 또한, 유전판에서 반사된 마이크로파의 파장이 지파판에서 재반사되는 비율이 낮아 기판 처리 장치의 에너지 효율이 저하될 수 있다.
본 발명은 마이크로파 전계가 유전판 중심부에 집중되는 경향을 개선할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 유전판에서 반사된 마이크로파의 파장이 지파판에 의해 재반사될 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 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 챔버와; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과; 상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며, 복수의 슬롯들이 형성된 안테나와; 마이크로파의 파장을 짧게 하며, 상기 안테나의 상부에 제공되는 지파판과; 상기 안테나의 하부에 제공되고, 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부 공간으로 확산 및 투과시키는 유전판;을 가지되, 상기 지파판과 상기 유전판은 서로 상이한 유전체 재질로 제공된다.
일 예에 의하면, 상기 유전판의 유전율은 상기 지파판의 유전율의 1.5배에서 5.0배이다.
또한, 상기 지파판의 유전율 및 상기 유전판의 유전율은 3.0이상이다.
또한, 상기 지파판의 상기 재질은 쿼츠를 포함하는 재질이고, 상기 유전판의 상기 재질은 세라믹을 포함하는 재질이다.
일 예에 의하면, 상기 지파판의 상기 재질은 세라믹을 포함하는 재질이고, 상기 유전판의 상기 재질은 쿼츠를 포함하는 재질이다.
본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 마이크로파 전계의 유전판 중심부 집중현상을 개선시킴으로써 플라즈마의 불균일한 발생으로 인한 유전판의 손상 및 파티클의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 유전판에 의해 반사된 마이크로파의 파장이 지파판에 의해 재반사됨으로써 에너지 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 안테나의 저면을 나타내는 평면도이다.
도 3은 지파판의 재질과 유전판의 재질이 상이한 경우 마이크로파의 파장이 입사 및 반사되는 모습을 나타내는 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(532)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 안테나(500)의 저면을 나타내는 도면이다. 도 1 및 도2를 참조하면, 안테나(500)는 플레이트 형상으로 제공된다. 일 예로, 안테나(500)는 두께가 얇은 원판으로 제공될 수 있다. 안테나(500)는 지지 플레이트(210)에 대향되도록 배치된다. 안테나(500)에는 복수의 슬롯(501)들이 형성된다. 슬롯(501)들은 '×'자 형상으로 제공될 수 있다. 이와 달리, 슬롯들의 형상 및 배치는 다양하게 변경될 수 있다. 슬롯(501)들은 복수개가 서로 조합되어 복수개의 링 형상으로 배치된다. 이하, 슬롯(501)들이 형성된 안테나(500) 영역을 제1영역(A1, A2, A3)이라 하고, 슬롯(501)들이 형성되지 않은 안테나(520) 영역을 제2영역(B1, B2, B3)이라 한다. 제1영역(A1, A2, A3)과 제2영역(B1, B2, B3)은 각각 링 형상을 가진다. 제1영역(A1, A2, A3)은 복수개 제공되며, 서로 상이한 반경을 갖는다. 제1영역(A1, A2, A3)들은 동일한 중심을 가지며, 안테나(500)의 반경 방향으로 서로 이격되어 배치 된다. 제2영역(B1, B2, B3)은 복수개 제공되며, 서로 상이한 반경을 갖는다. 제2영역(B1, B2, B3)들은 동일한 중심을 가지며, 안테나(500)의 반경 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 제1영역(A1, A2, A3)은 인접한 제2영역(B1, B2, B3)들 사이에 각각 위치한다. 안테나(500)의 중심부에는 홀(502)이 형성된다. 내부 도체(434)는 그 하단이 홀(502)를 관통하여 안테나(500)와 결합된다. 마이크로파는 슬롯(501)들을 투과하여 유전판(620)으로 전달된다.
다시 도 1을 참조하면, 지파판(600)은 안테나(500)의 상부에 위치하며, 소정 두께를 갖는 원판으로 제공된다. 지파판(600)은 커버(120)의 내측에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 내부 도체(434)를 통해 수직 방향으로 전파된 마이크로파는 지파판(600)의 반경 방향으로 전파된다. 지파판(600)에 전파된 마이크로파는 파장이 압축되며, 공진된다. 또한 유전판(700)으로부터 반사된 마이크로파를 재반사하여 유전판(700)으로 돌려보낸다. 지파판(600)은 유전율이 3.0 이상인 유전체 재질로 제공된다.
유전판(700)은 안테나(500)의 하부에 위치하며, 소정 두께를 갖는 원판으로 제공된다. 유전판(700)의 저면은 내측으로 만입된 오목면으로 제공된다. 유전판(700)은 저면이 커버(120)의 하단과 동일 높이에 위치할 수 있다. 유전판(700)의 측부는 상단이 하단보다 큰 반경을 갖도록 단차진다. 유전판(700)의 상단은 커버(120)의 단차진 하단부에 놓인다. 유전판(700)의 하단은 커버(120)의 하단부보다 작은 반경을 가지며, 커버(120)의 하단부와 소정 간격을 유지한다. 실시 예에 의하면, 지파판(600), 안테나(500) 그리고 유전판(700)은 서로 밀착될 수 있다. 마이크로파는 유전판(700)을 거쳐 공정 챔버(100) 내부로 방사된다. 방사된 마이크로파의 전계에 의하여 공정 챔버(100) 내에 공급된 공정 가스는 플라즈마 상태로 여기된다. 유전판(700)은 유전율이 3.0 이상인 유전체 재질로 제공된다.
도 3은 지파판(600)과 유전판(700)이 서로 상이한 재질로 제공된 경우, 마이크로파가 지파판(600)과 유전판(700) 내에서 입사 및 반사되는 모습을 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 지파판(600)은 쿼츠(SiO2)로 제공되고, 유전판(700)은 산화 알루미늄(Al2O3)으로 제공될 수 있다. 이 경우, 산화 알루미늄(Al2O3)은 쿼츠(SiO2)에 비해 높은 유전율을 가지므로 유전판(700)이 쿼츠(SiO2) 재질로 제공된 경우에 비해 투과되는 마이크로파 전계의 굴절량이 증가하여 유전판(700)의 반경방향으로 전파되는 마이크로파의 전계의 양이 증가한다. 따라서, 마이크로파 전계의 유전판 중심부로의 집중 현상이 완화된다. 또한, 지파판(600)과 유전판(700)이 서로 상이한 재질로 제공된 경우, 지파판(600)과 유전판(700)의 임피던스(impedence)에 차이가 있으므로 유전판(700)을 투과하지 못하고 반사된 마이크로파의 일부 파장은 지파판(700)에 의해 재반사되어 유전판(700)으로 돌아온다. 따라서, 지파판(600)과 유전판(700)이 동일한 재질로 제공된 경우에 비해 에너지 효율을 높일 수 있다. 유전판(700)의 유전율이 지파판(600)의 유전율의 1.5배에서 5.0배로 제공될 경우 유전판(700)에 의 한 재반사가 보다 용이하다.
상술한 실시예와 달리 지파판(600)은 산화 알루미늄(Al2O3)으로 제공되고, 유전판(700)은 쿼츠(SiO2)로 제공될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
W:기판
10: 기판 처리 장치
100: 공정 챔버
200: 기판 지지 유닛
300: 가스 공급 유닛
400: 마이크로파 인가 유닛
500: 안테나
600: 지파판
700: 유전판

Claims (2)

  1. 내부에 공간이 형성된 공정 챔버와;
    상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 기판 지지 유닛과;
    상기 기판 지지 유닛의 상부에 배치되며, 복수의 슬롯들이 형성된 안테나와;
    마이크로파의 파장을 짧게 하며, 상기 안테나의 상부에 제공되는 지파판과;
    상기 안테나의 하부에 제공되고, 마이크로파를 상기 공정 챔버 내부 공간으로 확산 및 투과시키는 유전판;을 가지되,
    상기 지파판과 상기 유전판은 서로 상이한 유전체 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전판의 유전율은 상기 지파판의 유전율의 1.5배에서 5.0배인 기판 처리 장치.
KR1020130161672A 2013-12-23 2013-12-23 기판 처리 장치 KR20150073685A (ko)

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