KR20220058782A - 마이크로웨이브 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20220058782A
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opening
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조순천
최성민
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세메스 주식회사
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Abstract

마이크로웨이브를 전달할 수 있는 도파관; 및 마이크로웨이브 대역의 전자파를 발생시키는 마그네트론; 을 포함하는 마이크로웨이브 유닛이 개시된다. 상기 도파관의 일단은 상기 마그네트론과 연결되고, 상기 도파관의 타단에는 상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구가 형성되도록 제공되며, 상기 개구의 직경의 크기는 상기 도파관의 직경의 크기보다 작을 수 있다.

Description

마이크로웨이브 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치{MICROWAVE UNIT AND SUBSTRATE TREATING APPARTUS INCLUDING THE SAME}
본 발명은 마이크로웨이브 유닛 및 그를 포함하는 기판 처리 장치에 관한 발명이다.
기존의 기판 처리 장치에서, 기판의 어닐링(annealing)을 위해서는 세라믹 히터를 사용하여 기판을 가열하였다. 기존의 히터를 이용하여 기판을 가열하는 방식의 경우, 승온 및 감온에 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 또한 기판 전체의 온도가 올라가게 되는 문제점이 있다. 또한 150도 이상의 고온 가열에 한계가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 레이저를 이용한 가열 방식이나 또는 플래시 램프(flash ramp)를 사용하는 방식 등이 제시되었으나, 이러한 방법들의 경우 기판 전체의 온도를 올리기는 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 이와 같이 기판의 표면 온도만 빠른 속도로 어닐링 할 수 있는 새로운 가열 방법이 요구된다.
본 발명은 히터를 사용하지 아니하고 기판을 가열할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 예시에 따른 마이크로웨이브를 전달할 수 있는 도파관; 및 마이크로웨이브 대역의 전자파를 발생시키는 마그네트론; 을 포함하는 마이크로웨이브 유닛이 개시된다.
일 예시에 따르면, 상기 도파관의 일단은 상기 마그네트론과 연결되고, 상기 도파관의 타단에는 상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구가 형성되도록 제공되며, 상기 개구의 직경의 크기는 상기 도파관의 직경의 크기보다 작을 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 상기 도파관의 가장자리 측에 치우친 위치에 형성될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 상기 도파관의 중심부에 무게중심을 가지는 위치에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 예시에 따르면, 상부가 개방된 처리 공간을 가지는 하우징 및 상기 개방된 상부를 덮는 윈도우를 가지는 공정 챔버; 상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지유닛; 상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛; 상기 공정 챔버의 외부에 배치되며 상기 공정 챔버 내에서 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1 안테나 및 제2 안테나를 가지는 플라즈마 발생 유닛; 및 마이크로웨이브를 상기 공정 챔버에 인가하는 마이크로웨이브 유닛;을 포함하고, 상기 마이크로웨이브 유닛은, 마이크로웨이브를 전달할 수 있는 도파관; 및 마이크로웨이브 대역의 전자파를 발생시키는 마그네트론; 을 포함하고, 상기 도파관의 일단은 상기 마그네트론과 연결되고, 상기 도파관의 타단에는 상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구가 형성되도록 제공되며, 상기 개구의 직경의 크기는 상기 도파관의 직경의 크기보다 작을 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 마이크로웨이브 유닛은, 상기 윈도우를 관통하여 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 윈도우는 중심부에 상기 마이크로웨이브 유닛이 장착될 수 있는 홈이 형성되어 제공될 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 마이크로웨이브 유닛은 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 포함할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 마이크로웨이브 플라즈마 토치의 압력을 조절하여 상기 공정 챔버 내의 플라즈마 밀도 조절 또는 상기 기판의 열처리를 조절할 수 있다.
일 예시에 따르면, 상기 기판 처리 장치는 열을 이용한 ALE(Thermal atomic layer etching) 공정에서 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 히터를 사용하지 아니하고 기판을 가열할 수 있다.
본 발명에 따르면 챔버 내부의 플라즈마 밀도를 보다 균일하게 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면 마이크로웨이브의 집속도를 보다 더 높일 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 윈도우를 상부에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론의 도면이다.
도 4는 기존의 실시예에 따른 도파관의 도면이다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 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 명세서상에 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 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서 전체에서 사용되는 '~부'는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위로서, 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부'가 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함할 수 있다. 구성요소와 '~부'에서 제공하는 기능은 복수의 구성요소 및 '~부'들에 의해 분리되어 수행될 수도 있고, 다른 추가적인 구성요소와 통합될 수도 있다.
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 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)의 일 예시를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다. 예를 들어, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)에 대하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛, 플라즈마 발생 유닛(400), 마이크로웨이브 유닛(500) 및 배플 유닛(600)을 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)는 기판 처리 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 공정 챔버(100)는 하우징(110), 윈도우 유닛(120), 그리고 라이너(180)를 포함한다.
하우징(110)은 내부에 상면이 개방된 공간을 갖는다. 하우징(110)의 내부 공간은 기판 처리 공정이 수행되는 처리 공간으로 제공된다. 하우징(110)은 금속 재질로 제공된다. 하우징(110)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 하우징(110)은 접지될 수 있다. 하우징(110)의 바닥면에는 배기홀(102)이 형성된다. 배기홀(102)은 배기 라인(151)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 하우징의 내부 공간에 머무르는 가스는 배기 라인(151)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 배기 과정에 의해 하우징(110) 내부는 소정의 압력으로 감압된다.
윈도우 유닛(120)는 하우징(110)의 개방된 상면을 덮는다. 윈도우 유닛(120)는 판 형상으로 제공되며, 하우징(110)의 내부 공간을 밀폐시킨다. 윈도우 유닛(120)는 유전체(dielectric substance) 창을 포함할 수 있다. 윈도우 유닛(120)의 구체적인 구조에 대해서는 도 2에서 후술한다.
라이너(180)는 하우징(110) 내부에 제공된다. 라이너(180)는 상면 및 하면이 개방된 공간의 내부에 형성된다. 라이너(180)는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 라이너(180)는 하우징(110)의 내측면에 상응하는 반경을 가질 수 있다. 라이너(180)는 하우징(110)의 내측면을 따라 제공된다. 라이너(180)의 상단에는 지지 링(131)이 형성된다. 지지 링(131)은 링 형상의 판으로 제공되며, 라이너(180)의 둘레를 따라 라이너(180)의 외측으로 돌출된다. 지지 링(131)은 하우징(110)의 상단에 놓이며, 라이너(180)를 지지한다. 라이너(180)는 하우징(110)과 동일한 재질로 제공될 수 있다. 즉, 라이너(180)는 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 라이너(180)는 하우징(110) 내측면을 보호한다. 공정 가스가 여기되는 과정에서 챔버(100) 내부에는 아크(Arc) 방전이 발생될 수 있다. 아크 방전은 주변 장치들을 손상시킨다. 라이너(180)는 하우징(110)의 내측면을 보호하여 하우징(110)의 내측면이 아크 방전으로 손상되는 것을 방지한다. 또한, 기판 처리 공정 중에 발생한 불순물이 하우징(110)의 내측벽에 증착되는 것을 방지한다. 라이너(180)는 하우징(110)에 비하여 비용이 저렴하고, 교체가 용이하다. 따라서, 아크 방전으로 라이너(180)가 손상될 경우, 작업자는 새로운 라이너(180)로 교체할 수 있다.
하우징(110)의 내부에는 기판 지지 유닛(200)이 위치한다. 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(200)은 정전기력을 이용하여 기판(W)을 흡착하는 정전 척(210)을 포함할 수 있다. 이와 달리, 기판 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수도 있다. 이하에서는 정전 척(210)을 포함하는 지지 유닛(200)에 대하여 설명한다.
지지 유닛(200)은 정전 척(210), 절연 플레이트(250) 및 하부 커버(270)를 포함한다. 지지 유닛(200)은 챔버(100) 내부에서 하우징(110)의 바닥면으로부터 상부로 이격되어 위치될 수 있다.
정전 척(210)은 유전판(220), 전극(223), 지지판(230) 및 포커스 링(240)을 포함한다.
유전판(220)은 정전 척(210)의 상단부에 위치한다. 유전판(220)은 원판 형상의 유전체(dielectric substance)로 제공된다. 유전판(220)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 유전판(220)의 상면은 기판(W)보다 작은 반경을 갖는다. 때문에, 기판(W) 가장자리 영역은 유전판(220)의 외측에 위치한다.
유전판(220)의 내부에는 하부 전극(223)이 매설된다. 하부 전극(223)은 제 1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결된다. 제 1 하부 전원(223a)은 직류 전원을 포함한다. 하부 전극(223)과 제 1 하부 전원(223a) 사이에는 스위치(223b)가 설치된다. 하부 전극(223)은 스위치(223b)의 온/오프에 의해 제 1 하부 전원(223a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 스위치(223b)가 온 되면, 하부 전극(223)에는 직류 전류가 인가된다. 하부 전극(223)에 인가된 전류에 의해 하부 전극(223)과 기판(W) 사이에는 정전기력이 작용하며, 정전기력에 의해 기판(W)은 유전판(220)에 흡착된다.
유전판(220)의 하부에는 지지판(230)이 위치한다. 유전판(220)의 저면과 지지판(230)의 상면은 접착제(236)에 의해 접착될 수 있다. 지지판(230)은 알루미늄 재질로 제공될 수 있다. 지지판(230)의 상면은 중심 영역이 가장자리 영역보다 높게 위치되도록 단차질 수 있다. 지지판(230)의 상면 중심 영역은 유전판(220)의 저면에 상응하는 면적을 가지며, 유전판(220)의 저면과 접착된다.
포커스 링(240)은 정전 척(210)의 가장자리 영역에 배치된다. 포커스 링(240)은 링 형상을 가지며, 유전판(220)의 둘레를 따라 배치된다. 포커스 링(240)의 상면은 외측부(240a)가 내측부(240b)보다 높도록 단차질 수 있다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 상면과 동일 높이에 위치된다. 포커스 링(240)의 상면 내측부(240b)는 유전판(220)의 외측에 위치된 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 포커스 링(240)의 외측부(240a)는 기판(W)의 가장자리 영역을 둘러싸도록 제공된다. 포커스 링(240)은 챔버(100) 내에서 플라즈마가 기판(W)과 마주하는 영역으로 집중되도록 한다.
지지판(230)의 하부에는 절연 플레이트(250)가 위치한다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)에 상응하는 단면적으로 제공된다. 절연 플레이트(250)는 지지판(230)과 하부 커버(270) 사이에 위치한다. 절연 플레이트(250)는 절연 재질로 제공되며, 지지판(230)과 하부 커버(270)를 전기적으로 절연시킨다.
하부 커버(270)는 기판 지지 유닛(200)의 하단부에 위치한다. 하부 커버(270)는 하우징(110)의 바닥면에서 상부로 이격되어 위치한다. 하부 커버(270)는 상면이 개방된 공간이 내부에 형성된다. 하부 커버(270)의 상면은 절연 플레이트(250)에 의해 덮어진다. 따라서, 하부 커버(270)의 단면의 외부 반경은 절연 플레이트(250)의 외부 반경과 동일한 길이로 제공될 수 있다. 하부 커버(270)의 내부 공간에는 반송되는 기판(W)을 외부의 반송 부재로부터 정전 척(210)으로 이동시키는 리프트 핀 모듈(미도시) 등이 위치할 수 있다.
하부 커버(270)는 연결 부재(273)를 갖는다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면과 하우징(110)의 내측벽을 연결한다. 연결 부재(273)는 하부 커버(270)의 외측면에 일정한 간격으로 복수 개 제공될 수 있다. 연결 부재(273)는 기판 지지 유닛(200)을 챔버(100) 내부에서 지지한다. 또한, 연결 부재(273)는 하우징(110)의 내측벽과 연결됨으로써 하부 커버(270)가 전기적으로 접지되도록 한다.
가스 공급 유닛은 챔버(100) 내부에 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛은 가스 공급 노즐, 가스 공급 라인 및 가스 저장부를 포함한다. 가스 공급 라인은 가스 공급 노즐과 가스 저장부를 연결한다. 가스 공급 라인은 가스 저장부에 저장된 공정 가스를 가스 공급 노즐에 공급한다. 가스 공급 라인에는 밸브가 설치된다. 밸브는 가스 공급 라인을 개폐하며, 가스 공급 라인을 통해 공급되는 공정 가스의 유량을 조절한다.
플라즈마 발생 유닛(400)은 챔버(100) 내 공정 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 플라즈마 발생 유닛(400)은 ICP 타입으로 구성될 수 있다.
플라즈마 발생 유닛(400)은 고주파 전원(420), 제 1 안테나(411), 제 2 안테나(413), 그리고 전력 분배기(430)를 포함할 수 있다. 고주파 전원(420)은 고주파 신호를 공급한다. 일 예로, 고주파 전원(420)은 RF 전원(420)일 수 있다. RF 전원(420)은 RF 전력을 공급한다. 이하, 고주파 전원(420)이 RF 전원(420)으로 제공되는 경우를 설명한다. 제 1 안테나(411)는 고주파 전원(420)과 제 1 라인(L1)을 통해 연결된다. 제 2 안테나(413)는 고주파 전원(420)과 제 2 라인(L2)을 통해 연결된다. 제 2 라인(L2)은 제 1 라인(L1)의 분기점(P)에서 분기된다. 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 각각 복수 회로 감긴 코일로 제공될 수 있다. 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 RF 전원(420)에 전기적으로 연결되어 RF 전력을 인가받는다. 전력 분배기(430)는 RF 전원(420)으로부터 공급되는 전력을 각각의 안테나로 분배한다.
제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 기판(W)에 대향하는 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 공정 챔버(100)의 상부에 설치될 수 있다. 제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 이 때, 제 1 안테나(411)의 반경은 제 2 안테나(413)의 반경보다 작게 제공될 수 있다. 이 때, 제 1 안테나(411)는 공정 챔버(100)의 상부 안쪽에 위치하고, 제 2 안테나(413)은 공정 챔버(100)의 상부 바깥쪽에 위치할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제 1 및 제 2 안테나(411, 413)은 공정 챔버(100)의 측부에 배치될 수도 있다. 실시예에 따라, 상기 제 1 및 제 2 안테나(411, 413) 중 어느 하나는 공정 챔버(100)의 상부에 배치되고, 다른 하나는 공정 챔버(100)의 측부에 배치될 수도 있다. 복수의 안테나가 공정 챔버(100) 내에서 플라즈마를 생성하는 한, 코일의 위치는 제한되지 않는다.
제 1 안테나(411) 및 제 2 안테나(413)은 RF 전원(420)으로부터 RF 전력을 인가받아 챔버에 시변 전자장을 유도할 수 있으며, 그에 따라 공정 챔버(100)에 공급된 공정 가스는 플라즈마로 여기될 수 있다.
배플 유닛(600)은 하우징(110)의 내측벽과 기판 지지 유닛(200) 사이에 위치된다. 배플 유닛(600)은 관통홀이 형성된 배플을 포함한다. 배플은 환형의 링 형상으로 제공된다. 하우징(110) 내에 제공된 공정가스는 배플의 관통홀들을 통과하여 배기홀(102)로 배기된다. 배플의 형상 및 관통홀들의 형상에 따라 공정가스의 흐름이 제어될 수 있다.
이상에서 본 실시예에서는, ICP 타입의 플라즈마 발생 유닛을 포함하는 기판 처리 장치에 상술한 윈도우 유닛이 제공된 것을 예로 들어 설명하였다. 그러나, 이와 달리, 유도성 용량 결합(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 타입의 플라즈마 발생 유닛을 포함하는 기판 처리 장치에 상술한 윈도우 유닛이 적용될 수 있다.
마이크로웨이브 유닛(500)은 윈도우 유닛(120)의 중앙부에 설치된다. 마이크로웨이브 유닛(500)의 저면에는 분사구가 형성될 수 있다. 분사구를 통해 마이크로웨이브 유닛(500)은 마이크로웨이브를 챔버 내로 인가할 수 있다. 분사구는 윈도우 유닛(120)의 하부에 위치하며, 챔버(100) 내부의 처리공간으로 마이크로웨이브를 공급한다. 이를 통해 기판의 열처리를 수행할 수 있다.
마이크로웨이브의 파장은 반도체 칩의 금속 배선층 두께 및 간격보다 훨씬 길기 때문에 마이크로웨이브가 금속물질로 침투하는 깊이는 수 ㎛ 미만이다. 일 예시에 따르면, 마이크로웨이브 열처리에 의해 기판 또는 다이의 표면을 발열시켜, 표면 온도를 목표 온도로 급속하게 승온시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 마이크로웨이브에 의해 기판의 표면이 선택적으로 가열되므로, 승온 속도 및 냉각 속도가 빠르고, 짧은 시간내에 기판의 표면을 목표 온도로 가열할 수 있어 공정 시간을 단축할 수 있다. 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10)는 열을 이용한 ALE(Thermal atomic layer etching) 공정에서 사용될 수 있다. 일 예시에 따르면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10)는 마이크로웨이브 열을 이용한 열처리(wafer heat treatment)가 포함된 공정에서 사용될 수 있다. 일 예시에 따르면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10)는 t-ALD(thermal atomic layer deposition), t-ALE(thermal atmic layer etching) 공정 등에서 사용될 수 있다.
일 예시에 따르면, 본 발명에 따른 마이크로웨이브 유닛(500)은 마이크로웨이브 플라즈마 토치(미도시)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 마이크로웨이브 유닛(500)은, 마이크로웨이브 플라즈마 토치에서 토출되는 압력을 조절하여 플라즈마 밀도 제어를 수행하거나, 혹은 이를 기판의 가열 수단으로 사용할 수 있다.
즉 본 발명에 따르면 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 사용하여 빠르게 기판의 표면을 가열할 수 있는 효과가 있다. 또한 열처리의 균일도도 플라즈마 토치의 압력을 조절하는 것을 통해 조절할 수 있는 효과가 있다.
일 예시에 따르면, 마이크로웨이브 플라즈마 토치의 압력을 보다 세게 조절하는 것을 통해 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한 내부 및 외부의 플라즈마 밀도를 독자적으로 조절하는 것을 통해 플라즈마 및 열처리의 균일도가 조절될 수 있다.
도 2는 본 발명의 윈도우(120)를 상부에서 바라본 도면이다. 도 2에 따르면, 본 발명의 윈도우 유닛(120)은 중심부에 상기 마이크로웨이브 유닛(500)이 장착될 수 있는 홈(121)이 형성될 수 있다. 마이크로웨이브 유닛(500)이 장착될 수 있는 홈(121)은 안테나(411, 413)의 안쪽 중심부에 형성될 수 있다. 윈도우 유닛(120)에 형성되는 홈(121)은 마이크로웨이브 유닛(500)이 포함하는 도파관(520)에 대응하는 크기로 제공될 수 있다. 일 예시에 따르면 마이크로 웨이브 유닛(500)이 포함하는 도파관(520)의 끝단부는 윈도우 유닛(120)의 홈(121)에 장착되어 결합될 수 있다.
본 발명에서는, 마이크로웨이브 유닛을 이용하여 기판의 열처리를 수행할 수 있다. 또한, 플라즈마 발생 유닛을 제어하여 기판 내의 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다.
일 예시에 따라, 플라즈마 밀도의 제어가 추가적으로 필요한 경우, 마이크로웨이브 유닛을 이용하여 기판 내의 플라즈마 밀도를 추가적으로 제어할 수 있다. 일 예시에 따르면 마이크로웨이브 유닛에 포함된 마이크로웨이브 플라즈마 토치의 압력을 세게 조절하여 RF 전원에 비해 고밀도의 플라즈마를 인가하여 추가적으로 플라즈마 밀도를 제어할 수 있다. 이 때, 마이크로웨이브 유닛과 플라즈마 발생 유닛은 독립적으로 조절될 수 있다.
즉 본 발명에 따르면 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 사용함으로써 인해 빠른 기판의 열처리 효과를 얻을 수 있음과 동시에, RF 전원으로 인한 플라즈마 밀도 조절에 더하여 추가적인 플라즈마 밀도 제어가 가능한 효과가 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마그네트론(510)의 도면이다.
마이크로웨이브 유닛(500)은 하우징 내로 마이크로웨이브를 전달할 수 있는 도파관(520)과, 마이크로웨이브 대역의 전자파를 발생시키는 마그네트론(510)을 포함할 수 있다. 마이크로웨이브 유닛(500)은 하우징 내에 마이크로웨이브를 인가하는 도파관(520)을 포함할 수 있다. 마이크로웨이브 유닛(500)은 1 내지 5 GHz 주파수의 마이크로웨이브를 인가할 수 있다. 도파관(520)은 마그네트론(510)으로부터 발생된 마이크로파를 챔버 내로 인가할 수 있다. 일 예시에 따르면, 마그네트론(510)은 10MHz 내지 10GHz 대역의 전자파를 발진할 수 있다. 바람직하게는 마그네트론(510)은 2.45GHz 전자파를 발진할 수 있다. 한편, 플라즈마 소스는 유도결합 플라즈마 또는 용량 결합 플라즈마 타입으로 제공될 수도 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마는 대기압 플라즈마이다.
도 4는 기존의 실시예에 따른 도파관의 도면이다.
도 4에 따른 도파관(520)의 도면에 따르면, 도파관의 직경이 변함이 없이 일정하게 제공되는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 경우 마그네트론(510)으로부터 마이크로웨이브가 발진되더라도 그 세기가 약하게 제공되어, 효과적으로 마이크로웨이브를 인가하기 위한 도파관의 새로운 구조가 필요하다.
도 5a 내지 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 도면이다.
도 5a에 따르면, 도파관(520)의 일단은 마그네트론(510)과 연결되고, 도파관(520)의 타단에는 마이크로웨이브가 도출되는 개구가 형성된다. 도파관(520)의 타단에 형성되는 개구의 직경의 크기는 도파관(520)의 직경의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
즉 도 5a를 참조하면, 도파관(520)의 직경의 크기 D보다, 도파관(520)의 타단에 형성되는 개구의 직경의 크기 d1이 더 작은 값을 가질 수 있다. 이를 통해 마그네트론(510)으로부터 발진되는 마이크로파가 타단부에서 집속되어 열처리 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 도 5a를 참조하면, 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 도파관(520)의 가장자리 측에 치우친 위치에 형성될 수 있다.
도 5b는 본 발명의 다른 일 예시에 따른 도파관(520)의 구조를 나타낸다. 도 5b를 참조하면, 도파관(520)의 직경의 크기 D보다, 도파관(520)의 타단에 형성되는 개구의 직경의 크기 d2가 더 작은 값을 가질 수 있다. 도 5b를 참조하면, 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 도파관(520)의 중심부에 무게중심을 가지는 위치에 형성될 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명에서 제공되는 도면은 본 발명의 최적의 실시예를 도시한 것에 불과하다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10 : 기판 처리 장치
500 : 마이크로웨이브 유닛
510 : 마그네트론
520 : 도파관

Claims (11)

  1. 마이크로웨이브를 전달할 수 있는 도파관; 및
    마이크로웨이브 대역의 전자파를 발생시키는 마그네트론; 을 포함하는 마이크로웨이브 유닛에 있어서,
    상기 도파관의 일단은 상기 마그네트론과 연결되고,
    상기 도파관의 타단에는 상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구가 형성되도록 제공되며,
    상기 개구의 직경의 크기는 상기 도파관의 직경의 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 상기 도파관의 가장자리 측에 치우친 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 상기 도파관의 중심부에 무게중심을 가지는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 유닛.
  4. 상부가 개방된 처리 공간을 가지는 하우징 및 상기 개방된 상부를 덮는 윈도우를 가지는 공정 챔버;
    상기 공정 챔버 내에서 기판을 지지하는 지지유닛;
    상기 공정 챔버 내로 공정 가스를 공급하는 가스 공급 유닛;
    상기 공정 챔버의 외부에 배치되며 상기 공정 챔버 내에서 상기 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 제1 안테나 및 제2 안테나를 가지는 플라즈마 발생 유닛; 및
    마이크로웨이브를 상기 공정 챔버에 인가하는 마이크로웨이브 유닛;을 포함하고,
    상기 마이크로웨이브 유닛은,
    마이크로웨이브를 전달할 수 있는 도파관; 및
    마이크로웨이브 대역의 전자파를 발생시키는 마그네트론; 을 포함하고,
    상기 도파관의 일단은 상기 마그네트론과 연결되고,
    상기 도파관의 타단에는 상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구가 형성되도록 제공되며
    상기 개구의 직경의 크기는 상기 도파관의 직경의 크기보다 작은 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 상기 도파관의 가장자리 측에 치우친 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브가 도출되는 개구는 상기 도파관의 중심부에 무게중심을 가지는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 유닛은, 상기 윈도우를 관통하여 제공되는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 윈도우는 중심부에 상기 마이크로웨이브 유닛이 장착될 수 있는 홈이 형성되어 제공되는 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 유닛은 마이크로웨이브 플라즈마 토치를 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 마이크로웨이브 플라즈마 토치의 압력을 조절하여 상기 공정 챔버 내의 플라즈마 밀도 조절 또는 상기 기판의 열처리를 조절하는 기판 처리 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 열을 이용한 ALE(Thermal atomic layer etching) 공정에서 사용되는 기판 처리 장치.
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