KR20220056640A - 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 공정 가스를 여기하는 마이크로파를 인가하고, 하부 유전체 판을 가지는 마이크로파 인가 유닛; 및 상기 하부 유전체 판의 처짐을 방지하는 처짐 방지 유닛을 포함하고, 상기 처짐 방지 유닛은, 상기 하부 유전체 판 상부에 형성되는 진공 영역을 위 방향으로 감압하는 감압 라인; 및 상기 감압 라인과 연결되며, 상기 진공 영역에 상기 감압을 제공하는 감압 부재를 포함할 수 있다.

Description

기판 처리 장치{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE}

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하기 위해 다양한 공정들이 수행된다. 반도체 제조 공정들을 수행하여 반도체 기판(semiconductor substrate) 등과 같은 기판(substrate) 상에 원하는 전자 회로를 형성한다. 세정, 증착, 사진, 식각, 그리고 이온주입 등을 반도체 소자를 제조하기 위한 공정의 예로 들 수 있다.

플라즈마는 반도체 소자를 제조하기 위한 반도체 제조 공정들에서 다양하게 활용된다. 일반적으로, 플라즈마를 이용하여 기판에 대하여 플라즈마 어닐링 공정(예컨대, Hydrogen Plasma Annealing)을 수행하는 기판 처리 장치가 널리 이용되고 있다. 이와 같은 플라즈마 어닐링 공정을 수행하는 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버, 마이크로파가 인가되며 슬릿 홀이 형성된 안테나, 안테나 상부에 배치되는 쿼츠 플레이트(Quartz Plate), 안테나 하부에 배치되는 쿼츠 돔(Quartz Dome)을 포함한다.

플라즈마 어닐링 공정이 수행되면, 기판이 처리되는 과정에서 공정 챔버 내 온도는 높아진다. 즉, 플라즈마에 의하여 공정 챔버 내 온도는 상승하고, 이에 처리 공간에 노출되는 쿼츠 돔에는 처짐 현상이 발생한다. 쿼츠 돔에 처짐 현상이 발생되면, 안테나와 쿼츠 돔 사이의 공간은 벌어진다. 이에, 마이크로파가 안테나에서 쿼츠 돔을 넘어가는 과정에서 전계가 변형된다. 이 경우, 플라즈마는 편중되어 기판으로 전달된다. 이에, 기판 처리에 대한 균일성(Uniformity)은 악화된다.

본 발명은 기판을 효율적으로 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기판 처리에 대한 균일성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하부 유전체 판의 처짐 현상을 최소화 할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면들로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는, 내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버; 상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부; 상기 공정 가스를 여기하는 마이크로파를 인가하고, 하부 유전체 판을 가지는 마이크로파 인가 유닛; 및 상기 하부 유전체 판의 처짐을 방지하는 처짐 방지 유닛을 포함하고, 상기 처짐 방지 유닛은, 상기 하부 유전체 판 상부에 형성되는 진공 영역을 위 방향으로 감압하는 감압 라인; 및 상기 감압 라인과 연결되며, 상기 진공 영역에 상기 감압을 제공하는 감압 부재를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 마이크로파 인가 유닛은, 상기 하부 유전체 판의 상부에 배치되는 안테나; 및 상기 안테나와 고정 결합되는 안테나 로드를 포함하고, 상기 처짐 방지 유닛은, 상기 안테나 로드를 감싸도록 제공되며, 상기 진공 영역을 실링(Sealing)하는 실링 부재를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 실링 부재는, 도전성 플라스틱을 포함하는 소재로 제공될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 마이크로파 인가 유닛은, 상기 안테나의 상부에 배치되는 냉각 판을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 처짐 방지 유닛은, 상기 실링 부재를 상기 냉각 판에 밀착시키는 밀착 어셈블리를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 밀착 어셈블리는, 상기 공정 챔버의 상부에 배치되는 제1지지 부재; 상기 안테나 로드와 연결되는 마이크로파 어댑터와 결합되는 제2지지 부재; 및 상기 제1지지 부재와 상기 제2지지 부재를 서로 고정시키는 고정 수단을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 마이크로파 인가 유닛은, 상기 안테나의 상부에 배치되는 냉각 판을 더 포함하고, 상기 감압 라인은, 상기 냉각 판에 형성되며, 상기 진공 영역과 유체 연통하는 진공 홀과 연결될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 냉각 판에는, 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급 라인과 연결되는 냉각 유로가 형성되고, 상부에서 바라볼 때, 상기 진공 홀과 상기 냉각 유로는 서로 중첩되지 않도록 형성될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 상기 감압 부재는, 상기 진공 영역에 -90 kPa 보다 작은 감압을 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판 처리에 대한 균일성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 하부 유전체 판의 처짐 현상을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 하부 유전체 판에 처짐 현상이 발생된 모습을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 처짐 방지 유닛이 진공 영역에 감압을 제공하여 하부 유전체 판의 처짐 현상을 억제하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면, 기판 처리 장치는 기판(W)에 대하여 플라스마 공정 처리를 수행한다. 예컨대, 기판 처리 장치는 기판(W)에 대하여 어닐링 처리 공정을 수행할 수 있다. 예컨대, 기판 처리 장치는 Hydrogen Plasma Annealing 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치는 공정 챔버(100), 기판 지지부(200), 가스 공급부(300), 배기부(400), 마이크로파 인가 유닛(500), 처짐 방지 유닛(600), 그리고 제어기(700)를 포함할 수 있다.

공정 챔버(100)는 내부에 처리 공간(102)을 가질 수 있다. 처리 공간(102)은 기판(W)이 처리되는 공간일 수 있다. 공정 챔버(100)의 일 측벽에는 개구(미도시)가 형성될 수 있다. 개구는 기판(W)이 공정 챔버(100) 내부로 출입할 수 있는 통로로 제공될 수 있다. 개구는 도어(미도시)에 의해 개폐될 수 있다.

또한, 공정 챔버(100)는 메인 바디(110), 지지 바디(120), 그리고 커버 바디(130)를 포함할 수 있다. 메인 바디(110)는 상술한 처리 공간(102)을 가지며, 상부가 개방된 통 형상으로 제공될 수 있다. 지지 바디(120)는 커버 바디(130)와 메인 바디(110) 사이에 제공되고, 커버 바디(130)를 지지하는 구성일 수 있다. 커버 바디(130)는 지지 바디(120)의 상부에 제공되어 후술하는 마이크로파 인가 유닛(500)이 가지는 구성들 중 일부가 배치되는 공간을 커버할 수 있다.

또한, 메인 바디(110)에는 배기 홀(112), 그리고 가스 공급홀(114)이 형성될 수 있다. 배기 홀(112)은 배기부(400)와 연결될 수 있다. 가스 공급홀(114)은 가스 공급부(300)와 연결될 수 있다.

배기 홀(112)은 배기부(400)가 포함하는 제1감압 라인(402)과 연결될 수 있다. 제1갑압 라인(402)은 배기부(400)가 포함하는 제1감압 부재(404)와 연결될 수 있다. 제1감압 부재(404)는 제1감압 라인(402)을 통해 처리 공간(102)에 감압을 제공할 수 있다. 제1감압 부재(404)는 펌프일 수 있다. 배기부(400)는 처리 공간(102)에서 발생하는 반응 부산물, 그리고 처리 공간(102)에 머무르는 가스를 외부로 배기할 수 있다.

제1감압 부재(404)가 제1감압 라인(402)을 통해 제공하는 감압으로, 처리 공간(102)의 압력은 설정 압력으로 유지될 수 있다. 예컨대, 처리 공간(102)의 압력은 진공에 가까운 압력으로 유지될 수 있다. 즉, 공정 챔버(100)는 기판(W)을 처리하는 동안 처리 공간(102)의 압력이 진공에 가까운 압력으로 유지되는 진공 챔버일 수 있다. 예컨대, 후술하는 제어기(700)는 처리 공간(102)의 압력은 10 mTorr 내지 4 Torr 사이(예컨대, 10 mTorr 이상, 그리고 4 Torr 이하)의 압력이 되도록 제1감압 부재(404)를 제어할 수 있다.

가스 공급부(300)는 공정 챔버(100)의 처리 공간(102)으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급부(300)는 메인 바디(110)의 측벽에 형성된 가스 공급홀(114)을 통해 처리 공간(102)으로 공정 가스를 공급할 수 있다. 가스 공급부(300)가 처리 공간(102)으로 공급하는 공정 가스는 수소, 그리고 비활성 가스 중 선택되는 적어도 하나의 가스를 포함할 수 있다. 비활성 가스로는, 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe) 및 라돈(Rn) 등이 있을 수 있다.

기판 지지부(200)는 처리 공간(102)에서 기판(W)을 지지할 수 있다. 예컨대, 기판 지지부(200)는 기판(W)을 지지한다. 기판 지지부(200)는 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착할 수 있다.

기판 지지부(200)는 유전판(210), 하부 전극(220), 히터(230), 지지판(240), 절연판(270), 그리고 포커스 링(280)을 포함할 수 있다.

유전판(210)은 기판 지지부(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)과 히터(230)가 매설된다. 하부 전극(220)은 히터(230)의 상부에 위치한다. 하부 전극(220)은 하부 전원(221)과 전기적으로 연결된다. 하부 전원(221)은 직류 전원을 포함한다. 하부 전극(220)과 하부 전원(221) 사이에는 하부 전원 스위치(222)가 설치된다. 하부 전극(220)은 하부 전원 스위치(222)의 온/오프(ON/OFF)에 의해 하부 전원(221)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 전원 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.

히터(230)는 기판(W)의 온도를 설정 온도로 조절하는 온도 조절 부재일 수 있다. 또한, 히터(230)에서 발생된 열에 의해 기판(W)은 소정 온도로 유지된다. 히터(230)는 나선 형상의 코일을 포함한다. 히터(230)는 균일한 간격으로 유전판(210)에 매설될 수 있다. 히터(230)는 히터 전원(231)으로부터 전력을 전달 받아 승온될 수 있다. 또한, 히터(230)와 히터 전원(231) 사이에는 히터 전원 스위치(232)가 설치될 수 있다. 히터(230)는 히터 전원 스위치(232)의 온/오프에 의해 히터 전원(231)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 히터 전원(231)이 히터(230)에 인가하는 전력의 크기에 따라 히터(230)의 온도는 달라질 수 있다. 예컨대, 히터(230)에 인가되는 전력의 크기에 비례하여 히터(230)의 온도도 함께 높아질 수 있다. 또한, 히터(230)는 히터(230)의 온도를 센싱하는 히터 센서(미도시)와 서로 연결될 수 있다. 히터 센서는 히터(230)의 온도를 실시간으로 감지하고, 감지된 히터(230)의 실시간 온도를 후술하는 제어기(700)로 전달할 수 있다. 제어기(700)는 히터 센서가 감지하는 히터(230)의 온도에 근거하여 히터(230)에 전달되는 전력의 크기를 달리할 수 있다.

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 기판 지지부(200)로 전달되는 매개체 역할을 한다. 플라스마에 함유된 이온 입자들은 정 기판 지지부(200)에 형성된 전기력에 끌려 기판 지지부(200)로 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 기판 지지부(200)로 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 기판 지지부(200)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(280)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.

마이크로파 인가 유닛(500)은 공정 챔버(100)의 처리 공간(102)에 마이크로파를 인가하여 공정 가스를 여기시키는 가스 여기부일 수 있다. 예컨대, 마이크로파 인가 유닛(500)은 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 공정 가스로부터 여기된 플라즈마는 수소 라디칼을 포함할 수 있다. 수소 라디칼은 기판(W)으로 전달되어 기판(W)을 어닐링 처리할 수 있다. 예컨대, 수소 라디칼은 기판(W)으로 전달되어 기판(W) 상에 부착된 불순물을 제거하거나, 기판(W) 표면에 대한 거칠기를 개선할 수 있다.

마이크로파 인가 유닛(500)은 마이크로파 전원(510), 도파관(520), 정합기(530), 마이크로파 안테나(540), 하부 유전체 판(550), 상부 유전체 판(560), 그리고 냉각 판(570)을 포함할 수 있다.

마이크로파 전원(510)은 마이크로파를 발생시킨다. 도파관(520)은 마이크로파 전원(510), 그리고 마이크로파 안테나(540)와 연결되며, 마이크로파 전원(510)에서 발생된 마이크로파가 전달되는 통로를 제공할 수 있다. 또한, 정합기(530)는 마이크로파 전원(510)이 발생시키는 마이크로파에 대하여 정합을 수행할 수 있다.

마이크로파 안테나(540)는 안테나(541), 안테나 로드(542), 마이크로파 어댑터(543), 그리고 외부 도체 (434)를 포함할 수 있다.

안테나(541)는 하부 유전체 판(550)의 상부에 배치될 수 있다. 안테나(541)는 두께가 얇은 원판으로 제공되며, 복수의 슬롯 홀(541a)들이 형성된다. 슬롯 홀(541a)들은 마이크로파가 투과하는 통로를 제공한다. 슬롯 홀(541a)들은 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 슬롯 홀(432)들은 '×', '+', '-' 등의 형상으로 제공될 수 있다. 슬롯 홀(541a)들은 서로 조합되어 복수개의 링 형상으로 배치될 수 있다. 링들은 동일한 중심을 가지고, 서로 상이한 크기의 반경을 가진다.

안테나 로드(542)는 안테나(541)와 고정 결합될 수 있다. 안테나 로드(542)는 원기둥 형상의 로드(rod)로 제공된다. 안테나 로드(542)는 그 길이방향이 상하방향으로 배치된다. 안테나 로드(542)는 안테나(541)의 상부에 위치하며, 하단부가 안테나(541)의 중심에 삽입 고정된다. 안테나 로드(542)는 마이크로파를 안테나(541)에 전파한다.

외부 도체(544)는 커버 바디(130)의 상부에 위치할 수 있다. 외부 도체(544)의 내부에는 외부 도체(544)의 내부에는 안테나 로드(542)의 일부 영역이 위치한다.

마이크로파 어댑터(543)는 안테나 로드(542)의 일 단과 연결될 수 있다. 마이크로파 어댑터(543)는 상단부가 하단부보다 큰 반경을 가지는 콘 형상을 가진다.

하부 유전체 판(550)은 안테나(541)의 하부에 배치될 수 있다. 하부 유전체 판(550)은 안테나(541)와 서로 이격되어 배치될 수 있다. 하부 유전체 판(550)의 하면은 공정 챔버(100)의 처리 공간(102)에 노출될 수 있다. 하부 유전체 판(550)은 쿼츠를 포함하는 소재로 제공될 수 있다. 하부 유전체 판(550)은 메인 바디(110)에 형성된 단차진 부분의 상부에 배치될 수 있다.

상부 유전체 판(560)은 안테나(541)의 상부에 배치될 수 있다. 상부 유전체 판(560)은 후술하는 냉각 판(570)의 하부에 배치될 수 있다. 상부 유전체 판(560)은 냉각 판(570)과 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상부 유전체 판(560)은 안테나(541)와 서로 이격되어 배치될 수 있다.

냉각 판(570)은 마이크로파 인가 유닛(500)의 온도가 과도하게 높아지는 것을 방지할 수 있다. 냉각 판(570)은 안테나(541) 보다 상부에 배치될 수 있다. 냉각 판(570)은 커버 바디(130)의 하부에 배치될 수 있다. 냉각 판(570)에는 냉각 유체가 흐르는 냉각 유로(572)가 형성될 수 있다. 냉각 판(570)에 형성된 냉각 유로(572)는, 냉각 유로(572)로 냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급 라인(574)과 연결될 수 있다. 냉각 유체 공급 라인(574)은 냉각 유로(572)로 냉각 수를 공급할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 냉각 유체 공급 라인(574)은 냉각 유로(572)로 불활성 가스와 같은 냉각 가스를 공급할 수도 있다.

또한, 냉각 판(570)에는 후술하는 처짐 방지 유닛(600)의 제2감압 라인(602)과 연결되는 진공 홀(576)이 형성될 수 있다. 진공 홀(576)은 상부에서 바라볼 때, 냉각 유로(572)와 서로 중첩되지 않도록 형성될 수 있다. 진공 홀(576)은 냉각 판(570)에 냉각 판(570)의 상면으로부터 하면까지 관통하여 형성될 수 있다.

냉각 판(570)에 형성된 진공 홀(576)은, 진공 영역(V)과 서로 유체 연통할 수 있다. 진공 영역(V)은 하부 유전체 판(550)의 상부에 형성되는 공간으로, 하부 유전체 판(560)의 상면, 지지 바디(120)의 내측면, 냉각 판(570)의 하면, 그리고 후술하는 실링 부재(610)가 형성하는 공간일 수 있다. 또한, 진공 영역(V)은 안테나(541), 하부 유전체 판(550), 상부 유전체 판(560), 그리고 냉각 판(570)이 서로 이격되어 형성되는 공간일 수 있다. 진공 영역(V)은 후술하는 제2감압 라인(602)에 의해 감압될 수 있다.

처짐 방지 유닛(600)은 하부 유전체 판(550)의 처짐 현상을 방지할 수 있다. 처리 공간(102)에서 기판(W)을 처리하기 위해, 가스 공급부(300)가 공급한 공정 가스를 여기시켜 플라즈마를 발생시키게 되면, 발생된 플라즈마는 처리 공간(102)의 온도를 높인다. 예컨대, 처리 공간(102)의 온도는 500 ~ 600 도 사이의 온도로 높아질 수 있다. 처리 공간(102)의 온도가 높아지면, 그 하면이 처리 공간(102)에 노출되는 하부 유전체 판(550)에는 열에 의해 처짐 현상이 발생될 수 있다. 처짐 방지 유닛(600)은 이러한 하부 유전체 판(550)의 처짐 현상을 최소화 할 수 있다.

처짐 방지 유닛(550)은 제2감압 라인(602), 제2감압 부재(604), 실링 부재(610), 그리고 밀착 어셈블리(620)를 포함할 수 있다.

제2감압 라인(602)은 상술한 바와 같이 진공 홀(576)에 연결될 수 있다. 또한, 제2감압 라인(602)은 제2감압 부재(604)와 연결될 수 있다. 제2감압 부재(604)는 제2감압 라인(602)을 통해 진공 홀(576)에 감압을 전달하고, 진공 홀(576)에 전달된 감압은, 진공 홀(576)과 유체 연통하는 진공 영역(V)에 전달될 수 있다. 예컨대, 후술하는 제어기(700)는 제2감압 부재(604)를 제어하여, 진공 영역(V)에 -90 kPa보다 작은 감압(예컨대, -90 kPa 이하의 감압)을 제공할 수 있다. 또한, 제2감압 라인(602)은 하부 유전체 판(550)의 상부에 형성되는 진공 영역(V)을 위 방향으로 감압할 수 있다. 또한, 제2감압 부재(604)는 펌프일 수 있다. 예컨대, 제2감압 부재(604)는 드라이 펌프(Dry Pump)이거나, 벤츄리 펌프(Venturi Pump)일 수 있다.

실링 부재(610)는 진공 영역(V)을 실링(Sealing) 할 수 있다. 실링 부재(610)는 안테나 로드(542)를 감싸도록 제공될 수 있다. 실링 부재(610)는 냉각 판(570), 그리고 안테나(541) 사이에 배치될 수 있다. 실링 부재(610)는 제2감압 라인(602)이 진공 영역(V)에 감압을 제공하면, 그 감압에 의해 안테나 로드(542)의 상부 영역에 기류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 실링 부재(610)는 플라스틱을 포함하는 소재로 제공될 수 있다. 예컨대, 실링 부재(610)는 도전성 플라스틱을 포함하는 소재로 제공될 수 있다. 예컨대, 실링 부재(610)는 엔지니어링 플라스틱 소재로 제공될 수 있다. 실링 부재(610)가 비도전성 재질로 제공되는 경우와 비교할 때, 실링 부재(610)가 도전성 플라스틱으로 제공되면 마이크로파 인가 유닛(500)이 발생시키는 마이크로파에 의한 전계가 손실되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 실링 부재(610)가 엔지니어링 플라스틱 소재로 제공되는 경우, 엔지니어링 플라스틱은 내열성이 높은 특성을 가지게 되므로, 열에 의해 실링 부재(610)가 변형되는 것을 최소화 할 수 있게 된다.

또한, 밀착 어셈블리(620)는 실링 부재(610)를 냉각 판(570)에 밀착 시킬 수 있다. 밀착 어셈블리(620)는 외부 도체(544)의 상부에 배치되는 제1지지 부재(621), 제1지지 부재(621)의 상부에 배치되며 마이크로파 어댑터(543)와 결합되는 제2지지 부재(622), 그리고 제1지지 부재(621)와 제2지지 부재(622)를 서로 고정시키는 고정 수단(642)을 포함할 수 있다. 제1지지 부재(621)의 높이는 탄성을 가질 수 있는 실링 부재(610)가 냉각 판(570)에 밀착 시킬 수 있는 높이로 제공될 수 있다. 즉, 밀착 어셈블리(620)는 실링 부재(610)를 위를 향하는 방향으로 끌어 당겨, 실링 부재(610)가 냉각 판(570)에 보다 기밀하게 밀착될 수 있게 돕는다.

제어기(700)는 기판 처리 장치를 제어할 수 있다. 제어기(700)는 이하에서 설명하는 기판 처리 방법을 기판 처리 장치가 수행할 수 있도록, 기판 처리 장치의 기판 지지부(200), 가스 공급부(300), 배기부(400), 그리고 마이크로파 인가 유닛(500) 중 적어도 어느 하나를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(700)는 기판 처리 장치의 제어를 실행하는 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러와, 오퍼레이터가 기판 처리 장치를 관리하기 위해서 커맨드 입력 조작 등을 행하는 키보드나, 기판 처리 장치의 가동 상황을 가시화해서 표시하는 디스플레이 등으로 이루어지는 유저 인터페이스와, 기판 처리 장치에서 실행되는 처리를 프로세스 컨트롤러의 제어로 실행하기 위한 제어 프로그램이나, 각종 데이터 및 처리 조건에 따라 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된 기억부를 구비할 수 있다. 또한, 유저 인터페이스 및 기억부는 프로세스 컨트롤러에 접속되어 있을 수 있다. 처리 레시피는 기억 부 중 기억 매체에 기억되어 있을 수 있고, 기억 매체는, 하드 디스크이어도 되고, CD-ROM, DVD 등의 가반성 디스크나, 플래시 메모리 등의 반도체 메모리 일 수도 있다.

또한, 제어기(700)는 히터 전원(231)이 히터(230)에 전달하는 전력의 크기를 조절하여 기판(W)의 온도를 설정 온도로 유지시킬 수 있다. 예컨대, 제어기(700)는 히터 센서가 감지하는 히터(230)의 온도를 실시간으로 인식할 수 있다. 또한, 제어기(700)에는 미리 수행된 실험적 데이터인 히터(230)의 온도에 따라 기판(W)의 온도가 변화하는 파라미터들이 입력되어 있을 수 있다.

상술한 바와 같이, 처리 공간(102)에서 가스 공급부(300)가 공급한 공정 가스가 여기되면, 처리 공간(102)에서는 플라즈마가 발생된다. 처리 공간(102)에서 발생된 플라즈마는 기판(W)에 전달되어, 기판(W)의 표면을 처리할 수 있다. 기판(W)이 플라즈마에 의해 처리되면, 처리 공간(102)의 온도는 약 500 ~ 600 도 까지 상승하게 된다. 처리 공간(102)의 온도가 높아지면, 그 하면이 처리 공간(102)에 노출된 하부 유전체 판(550)에는 도 2에 도시된 바와 같이 처짐 현상이 발생될 수 있다. 하부 유전체 판(550)에 처짐 현상이 발생되면, 하부 유전체 판(550)과 안테나(541) 사이의 간격도 변화한다. 하부 유전체 판(550)과 안테나(541) 사이의 간격이 변화하면, 마이크로파가 안테나(541)에서 하부 유전체 판(550)을 넘어가는 과정에서의 전계 또한 변형된다. 이 경우, 플라즈마는 편중되어 기판(W)으로 전달된다. 이에, 기판 처리에 대한 균일성(Uniformity)은 악화된다.

그러나, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 처짐 방지 유닛(600)의 제2감압 라인(602)이 진공 영역(V)을 위 방향으로 감압한다. 이에, 처리 공간(102)의 온도가 높아져, 하부 유전체 판(550)이 아래 방향으로 처지는 문제점을 최소화 할 수 있다. 처짐 방지 유닛(600)은 하부 유전체 판(550)과 안테나(541) 간의 간격을 사전에 결정된 값 이하 또는 미만으로 유지할 수 있다. 사전에 결정된 값은 마이크로파 전원(510)에 의해 안테나(541)로 인가되는 마이크로파의 표피 깊이(skin depth)에 해당할 수 있다. 이에, 플라즈마가 편중되어 기판(W)으로 전달되는 것을 억제할 수 있고, 또한 기판(W) 처리에 대한 균일성을 보다 확보할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 제2감압 라인(602)과 연결되는 진공 홀(576)은 냉각 판(570)에 형성된다. 이는 상부 유전체 판(560)에 진공 홀(576)을 형성하는 경우, 상술한 전계에 영향을 주기 때문이다. 즉, 본 발명에서는 진공 홀(576)이 냉각 판(570)에 형성되어 상술한 전계에 영향을 주는 것을 최소화 할 수 있다.

상술한 예에서는 진공 홀(576)이 상부에서 바라볼 때, 냉각 판(570)의 가장자리 영역에 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 진공 홀(576)은 도 4에 도시된 바와 같이 냉각 판(570)의 중앙 영역에 형성될 수도 있다.

상술한 예에서는 진공 홀(576)이 냉각 판(570)에 형성되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 진공 홀(576)은 지지 바디(120)에 형성될 수도 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.

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.

공정 챔버 : 100
처리 공간 : 102
메인 바디 : 110
배기 홀 : 112
가스 공급 홀 : 114
지지 바디 : 120
커버 바디 : 130
기판 지지부 : 200
가스 공급부 : 300
배기부 : 400
제1감압 라인 : 402
제1감압 부재 : 404
마이크로파 인가 유닛 : 500
마이크로파 전원 : 510
도파관 : 520
정합기 : 530
마이크로파 안테나 : 540
안테나 : 541
슬릿 홀 : 541a
안테나 로드 : 542
마이크로파 어댑터 : 543
외부 도체 : 544
하부 유전체 판 : 550
상부 유전체 판 : 560
냉각 판 : 570
냉각 유로 : 572
냉각 유체 공급 라인 : 574
진공 홀 : 576
처짐 방지 유닛 : 600
제2감압 라인 : 602
제2감압 부재 : 604
실링 부재 : 610
밀착 어셈블리 : 620
제1지지 부재 : 621
제2지지 부재 : 622
고정 수단 : 624
진공 영역 : V

Claims (9)

1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
   내부에 처리 공간을 가지는 공정 챔버;
   상기 처리 공간에서 기판을 지지하는 기판 지지부;
   상기 처리 공간으로 공정 가스를 공급하는 가스 공급부;
   상기 공정 가스를 여기하는 마이크로파를 인가하고, 하부 유전체 판을 가지는 마이크로파 인가 유닛; 및
   상기 하부 유전체 판의 처짐을 방지하는 처짐 방지 유닛을 포함하고,
   상기 처짐 방지 유닛은,
   상기 하부 유전체 판 상부에 형성되는 진공 영역을 위 방향으로 감압하는 감압 라인; 및
   상기 감압 라인과 연결되며, 상기 진공 영역에 상기 감압을 제공하는 감압 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로파 인가 유닛은,
   상기 하부 유전체 판의 상부에 배치되는 안테나; 및
   상기 안테나와 고정 결합되는 안테나 로드를 포함하고,
   상기 처짐 방지 유닛은,
   상기 안테나 로드를 감싸도록 제공되며, 상기 진공 영역을 실링(Sealing)하는 실링 부재를 더 포함하는 기판 처리 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 실링 부재는,
   도전성 플라스틱을 포함하는 소재로 제공되는 기판 처리 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 마이크로파 인가 유닛은,
   상기 안테나의 상부에 배치되는 냉각 판을 더 포함하는 기판 처리 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 처짐 방지 유닛은,
   상기 실링 부재를 상기 냉각 판에 밀착시키는 밀착 어셈블리를 더 포함하는 기판 처리 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 밀착 어셈블리는,
   상기 공정 챔버의 상부에 배치되는 제1지지 부재;
   상기 안테나 로드와 연결되는 마이크로파 어댑터와 결합되는 제2지지 부재; 및
   상기 제1지지 부재와 상기 제2지지 부재를 서로 고정시키는 고정 수단을 포함하는 기판 처리 장치.
7. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 마이크로파 인가 유닛은,
   상기 안테나의 상부에 배치되는 냉각 판을 더 포함하고,
   상기 감압 라인은,
   상기 냉각 판에 형성되며, 상기 진공 영역과 유체 연통하는 진공 홀과 연결되는 기판 처리 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각 판에는,
   냉각 유체를 공급하는 냉각 유체 공급 라인과 연결되는 냉각 유로가 형성되고,
   상부에서 바라볼 때, 상기 진공 홀과 상기 냉각 유로는 서로 중첩되지 않도록 형성되는 기판 처리 장치.
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 감압 부재는,
   상기 진공 영역에 -90 kPa 보다 작은 감압을 제공하는 기판 처리 장치.
   
   

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