KR101317644B1 - 플라즈마 처리장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

피처리 기판의 오염을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치 및 방법이 개시된다. 이러한 플라즈마 처리장치는 챔버 몸체, 기판 지지부, 상부전극 및 플라즈마 제한부재를 포함한다. 상기 기판 지지부는 상기 챔버 몸체 내부에 배치되어 피처리 기판을 지지한다. 상기 상부전극은 상기 챔버 몸체 내부에서 상기 기판 지지부와 대향하게 배치된다. 상기 플라즈마 제한부재는 상기 상부전극과 하부전극인 기판 지지부 사이의 상부공간을 플라즈마 발생공간과 측부공간으로 분리하여, 생성되는 플라즈마를 상기 플라즈마 발생공간에 제한한다.

Description

플라즈마 처리장치 및 방법{PLASMA PROCESSING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 플라즈마 처리장치 및 이를 이용한 플라즈마 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세히 대면적 기판에 적용할 수 있는 플라즈마 처리장치및 처리방법에 관한 것이다.
일반적으로, 집적회로장치, 액정표시장치, 태양전지 등과 같은 장치를 제조하기 위한 반도체 제조 공정 중에서, 피처리 기판 상에 박막을 형성하는 공정에는 플라즈마 처리 장치를 통해 진행된다.
도 1은 종래 플라즈마 처리장치에 관한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 플라즈마 처리장치(100)는 챔버 몸체(110)와 상기 챔버 몸체(110) 내부에서 서로 마주보는 기판 지지부(120) 및 상부전극(130)을 포함한다.
가스 유입구(136)을 통해 주입된 공정가스는 가스 확산공간(139)로 주입되어 상부전극(130)의 가스 분산판(134)을 통해서 고르게 분산되며, 전극판(132)에 인가된 전기적인 파워를 통해서 플라즈마로 생성되어 기판 지지부(120)에 장착된 피처리 기판의 표면에 예컨대 박막을 증착한다.
한편, 이러한 공정 결과로 박막이 기판 지지부(120)의 하부공간(LS)에 쌓여 부산물(CT)을 생성하고, 이러한 부산물(CT)이 이후 공정에서 피처리 기판(S)의 박막형성에 오염물질로 작용하는 경우가 발생된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피처리 기판의 박막형성시, 피처리 기판의 박막이 오염되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 피처리 기판의 박막이 오염되는 것을 방지할 수 있는 플라즈마 처리방법을 제공하는 것이다.
이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치는 챔버 몸체, 기판 지지부, 상부전극 및 플라즈마 제한부재를 포함한다. 상기 기판 지지부는 상기 챔버 몸체 내부에 배치되어 피처리 기판을 지지한다. 상기 상부전극은 상기 챔버 몸체 내부에서 상기 기판 지지부와 대향하게 배치된다. 상기 플라즈마 제한부재는 상기 상부전극과 상기 기판 지지부 사이의 상부공간을 플라즈마 발생공간과 측부공간으로 분리하며, 생성되는 플라즈마를 상기 플라즈마 발생공간에 제한한다.
예컨대, 상기 플라즈마 제한부재는 상기 상부전극에 전기적으로 플로팅되도록 부착되고, 상기 기판 지지부는 수용 그루브를 포함하여, 상기 상부전극과 상기 기판 지지부가 공정거리만큼 이격되었을 때, 상기 플라즈마 제한부재는 상기 수용 그루브에 삽입될 수 있다.
예컨대, 상기 플라즈마 처리장치는 동작가스를 주입하면 팽창하여 상기 기판 지지부 하부의 하부공간과 상기 상부공간을 분리시키고, 상기 동작가스를 빼면 수축하여 상기 하부공간과 상기 상부공간을 연결하는, 팽창 밀봉부재를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 동작가스로서, 상기 챔버 몸체에 주입되는 공정가스와 반응하지 않는 가스가 사용될 수 있다.
한편, 상기 팽창 밀봉부재가 팽창되었을 때, 상기 기판 지지부의 코너가 용이하게 밀봉될 수 있도록 상기 기판 지지부의 코너는 라운드형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 기판 지지부는 상기 플라즈마 제한부재에 의해서, 기판이 안착되는 기판영역 및 상기 기판 영역의 외곽인 외곽영역으로 구분되고, 피처리 기판을 가열하기 위한 가열수단은 상기 기판영역에만 형성될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 처리장치는 공정 시, 상기 하부공간을 제1 진공도로 유지하기 위한 제1 펌핑부재 및 상기 상부공간 중에서 상기 측부공간을 제2 진공도로 유지하기 위한 제2 펌핑부재를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 진공도는 상기 제2 진공도 이상으로 되는 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리장치는 챔버 몸체, 기판 지지부, 상부전극 및 팽창 밀봉부재를 포함한다. 상기 기판 지지부는 상기 챔버 몸체 내부에 배치되어 피처리 기판을 지지한다. 상기 상부전극은 상기 챔버 몸체 내부에서 상기 기판 지지부와 대향하게 배치된다. 상기 팽창 밀봉부재는 상기 챔버 내부에 배치되고, 동작가스를 주입하면 팽창하여 상기 챔버 내부를 상기 기판 지지부 하부의 하부공간과 상기 기판 지지부 상부의 상부공간으로 분리시키고, 상기 동작가스를 빼면 수축하여 상기 하부공간과 상기 상부공간을 연결한다.
예컨대, 상기 플라즈마 처리장치는, 상기 상부전극과 상기 기판 지지부 사이의 상부공간을 플라즈마 발생공간과 상기 플라즈마 발생공간 외곽의 측부공간으로 분리하며, 생성되는 플라즈마를 상기 플라즈마 발생공간에 제한하는 플라즈마 제한부재를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 플라즈마 제한부재는 상기 상부전극에 전기적으로 플로팅되도록 부착되고, 상기 기판 지지부는 수용 그루브를 포함하여, 상기 상부전극과 상기 기판 지지부가 공정거리만큼 이격되었을 때, 상기 플라즈마 제한부재는 상기 수용 그루브에 삽입될 수 있다.
한편, 상기 기판 지지부는 상기 플라즈마 제한부재에 의해서, 기판이 안착되는 기판영역 및 상기 기판 영역의 외곽인 외곽영역으로 구분되고, 피처리 기판을 가열하기 위한 가열수단은 상기 기판영역에만 형성될 수 있다.
한편, 상기 동작가스로서, 상기 챔버 몸체에 주입되는 공정가스와 반응하지 않는 가스가 사용되어질 수 있다.
또한, 상기 팽창 밀봉부재가 팽창되었을 때, 상기 기판 지지부의 코너가 용이하게 밀봉될 수 있도록 상기 기판 지지부의 코너는 라운드형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 플라즈마 처리장치는, 공정 시, 상기 하부공간을 제1 진공도로 유지하기 위한 제1 펌핑부재 및 상기 상부공간을 제2 진공도로 유지하기 위한 제2 펌핑부재를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 진공도는 상기 제2 진공도 이상인 것이 바람직하다.
본 발명의 예시적인 실시예에 의한 플라즈마 처리방법은 기판 지지부에 피처리 기판을 장착하는 단계와, 상기 기판 지지부와 상부 전극 사이의 이격거리를 제어하는 단계와, 동작가스를 주입하여 팽창 밀봉부재를 팽창시킴으로써, 상기 기판 지지부를 기준으로 상부공간과 하부공간을 분리하는 단계 및 상기 상부 전극을 통해서 공정가스와 전기적 파워를 인가하여, 상기 상부공간 중에서, 플라즈마 제한부재에 의해 측부공간과 분리된 플라즈마 발생공간에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다.
이때, 상기 하부공간을 제1 진공도로 펌핑하고, 상기 측부공간을 상기 제1 진공도이하의 제2 진공도로 펌핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 플라즈마 처리장치는 플라즈마 제한부재를 포함하여, 플라즈마의 생성공간을 제한함으로써, 상부공간 중에서 측부공간의 부산물에 의하여 피처리 기판이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 기판 지지부는 수용 그루브를 포함하여, 상기 상부전극과 상기 기판 지지부가 공정거리만큼 이격되었을 때, 상기 플라즈마 제한부재는 상기 수용 그루브에 삽입되도록 하여, 상부전극과 기판지지부가 다양한 공정거리만큼 이격되었을 때에도 상기 플라즈마 생성공간을 제한할 수 있다.
또한, 플라즈마 처리장치가 팽창 밀봉부재를 포함하는 경우, 상기 팽창 밀봉부재가 상부공간과 하부공간을 분리시킴으로써 하부공간에 위치하는 이물질에 의한 피처리 기판의 오염을 방지할 수 있다.
한편, 상기 동작가스로서, 상기 챔버 몸체에 주입되는 공정가스와 반응하지 않는 가스가 사용되는 경우, 동작가스가 미세하게 누출되는 경우에도 공정가스와 반응하지 않아 피처리 기판의 오염을 방지할 수 있다.
상기 기판 지지부의 코너는 라운드형상을 가지는 경우, 상기 팽창 밀봉부재가 팽창되었을 때, 상기 기판 지지부의 코너가 용이하게 밀봉될 수 있다.
상기 기판 지지부는 상기 수용 그루브에 의해서, 중앙의 기판이 안착되는 기판영역 및 상기 기판 영역의 외곽인 외곽영역으로 구분되고, 피처리 기판을 가열하기 위한 가열수단은 상기 기판영역에만 형성되는 경우, 외곽영역에 접촉하는 팽창 밀봉부재의 열에 의한 변성을 방지하여 팽창 밀봉부재의 수명을 증가시킬 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치는, 상기 하부공간을 제1 진공도로 유지하기 위한 제1 펌핑부재 및 상기 상부공간을 제2 진공도로 유지하기 위한 제2 펌핑부재를 더 포함하고, 상기 제1 진공도는 상기 제2 진공도 이상이 되도록 제어되는 경우, 하부공간의 오염물질이 측부공간을 통해서 플라즈마 발생공간으로 전이되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 플라즈마 처리장치에 관한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2 또는 도 3에서 도시된 가스분산판에 도전성 물질로 형성된 플라즈마 제한부재가 결합된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 3에서 도시된 기판 지지부를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 6은 도 2 또는 도 3에서 도시된 팽창 밀봉부재에서 동작가스를 제거한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 7은 도 2 또는 도 3에서 도시된 팽창 밀봉부재에서 동작가스를 주입한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 8 내지 도 10은 도 2 또는 도 3에서 도시된 플라즈마 제한부재의 다양한 실시예를 보여주는 측면도이다.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 하기의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 보다 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 기술적 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공된다. 도면들에 있어서, 각 장치 또는 막(층) 및 영역들의 두께는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 과장되게 도시되었으며, 또한 각 장치는 본 명세서에서 설명되지 아니한 다양한 부가 장치들을 구비할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략적인 단면도이고, 도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 의한 플라즈마 처리장치의 개략적인 단면도이다. 도 3에서 도시된 플라즈마 처리장치(200)는 도 2에서 도시된 플라즈마 처리장치(200)와 기판 지지부(220)의 수용 그루브(221)를 제외하면 실질적으로 동일하다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 예시적인 실시예들에 의한 플라즈마 처리장치(200)는 챔버 몸체(210), 기판 지지부(220) 및 상부전극(230)을 포함한다. 상기 플라즈마 처리장치(200)는 플라즈마 제한부재(240)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 처리장치(200)는 팽창 밀봉부재(250)를 포함할 수 있다.
상기 챔버 몸체(210)는 예컨대 상부몸체(211) 및 하부몸체(212)를 포함할 수 있다. 상기 상부몸체(211)는 상기 하부몸체(212)의 상부에 개폐 가능하도록 결합될 수 있다.
상기 상부몸체(211)와 상기 하부몸체(212)가 결합되어 내부공간을 정의하며, 이러한 내부공간에 피처리 기판(S)에 플라즈마 공정을 진행하기 위하여 상기 기판 지지부(220) 및 상기 상부전극(230)이 배치된다. 예컨대, 상기 하부몸체(212)의 일측 바닥에는 상기 내부공간을 진공으로 만들기 위한 제1 배기구(GO1)가 형성되며, 상기 제1 배기구(GO1)는 제1 펌핑부재(도시안됨)과 연결된다.
상기 기판 지지부(220)는 상기 내부공간에 배치되어 피처리 기판(S)을 지지한다. 예컨대, 상기 기판 지지부(220)는 상하부로 이동할 수 있도록 형성된다. 상기 기판 지지부(220)는 하부로 내려간 후, 상기 챔버 몸체(210)의 예컨대 하부몸체(212)에 형성된 게이트(GT)가 오픈되어, 외부로부터 피처리 기판(S)을 수납한다.
이후, 상기 게이트(GT)가 밀폐되고, 다시 상기 기판 지지부(220)가 상부로 이동되어 상기 상부전극(230)과 공정에 필요한 이격거리(d)를 유지한다. 도시되지는 않았으나, 상기 기판 지지부(220)는 상부에 올려진 피처리 기판(S)을 가열하기 위한 가열수단(도시안됨)이 형성될 수 있다. 한편, 상기 내부공간은 상부공간(US) 및 하부공간(LS)을 포함하여, 상기 기판 지지부(220)를 기준으로 기판 지지부(220) 상부의 공간을 상기 상부공간(US)으로 정의하고, 기판 지지부(220) 하부의 공간을 상기 하부공간(LS)으로 정의한다. 이러한 기판 지지부(220)에 대해서는 도 5를 참조로 보다 상세히 설명한다.
상기 상부전극(230)은 상기 챔버 몸체(210)의 상기 내부공간에서 상기 기판 지지부(220)와 마주보도록 배치된다. 상기 상부전극(230)은 예컨대 가스 분산판(231) 및 전극판(232)을 포함한다.
상기 전극판(232)은 상기 챔버 몸체(210)에 고정될 수 있다. 예컨대, 상기 전극판(232)은 상기 상부몸체(211)에 결합될 수 있다. 예컨대, 상기 전극판(232)은 도전성을 갖는 알루미늄 등의 금속재질로 형성될 수 있다. 상기 전극판(232)에는 플라즈마 발생을 위하여 예컨대 고주파 전원(RF 전원)이 인가될 수 있다. 상기 전극판(232) 중앙에는 반응가스, 원료가스 등의 박막증착에 필요한 공정가스가 유입되는 가스 유입구(GI)가 형성될 수 있다.
상기 가스 분산판(231)은 상기 전극판(232)과 이격되도록 결합되어 상기 가스 분산판(231)과 상기 전극판(232) 사이에 가스 확산공간을 형성한다. 또한, 상기 가스 분산판(231)은 다수의 가스 분사홀을 포함한다. 상기 가스 분사홀은 모래시계형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 크기, 배치, 밀도 등 다양한 변형이 가해질 수 있다.
상기 가스 유입구(GI)를 통해서 유입된 공정가스는 상기 가스 확산공간에서 확상되어 가스 분산판(231)을 통해서, 피처리 기판(S)을 향해서 고르게 분사될 수 있다.
상기 가스 분산판(231)은 도전성을 갖는 알루미늄 등의 금속재질로 형성될 수 있다. 상기 가스 분산판(231)은 상기 전극판(232)과 전기적으로 연결되도록 결합된다. 따라서, 상기 전극판(232)에 인가된 고주파 전원은, 상기 전극판(232)을 통해서 상기 가스 분산판(231)에도 인가된다.
상기 가스 분산판(231)은 예를 들어, 연결 부재(2311)를 통해서 상기 전극판(232)에 결합될 수 있다. 상기 연결부재(2311)는 상기 가스 분산판(231)이 열적으로 팽창되는 경우에도, 상기 전극판(232)과의 전기적 접촉을 유지하면서 팽창할 수 있도록 도시된 바와 같이 슬라이딩 구조를 가질 수 있다.
상기 플라즈마 제한부재(240)는 예컨대 상기 가스 분산판(231)과 체결된다. 상기 플라즈마 제한부재(240)는 상기 상부공간(US)을 중앙부의 플라즈마 발생공간(PS)과 상기 플라즈마 발생공간(PS) 외부의 측부공간(SS)으로 분할한다. 상기 플라즈마 제한부재(240)는 상기 가스 분산판(231)과 상기 지판 지지부(220) 사이에서 생성되는 플라즈마를 상기 플라즈마 발생공간(PS)에 제한시킨다. 따라서, 측부공간(SS)에 잔류물이 증착되는 것을 최소화할 수 있으며, 또한 측부공간(SS)의 잔류물에 의한 피처리 기판(S)의 오염을 방지할 수 있다.
상기 플라즈마 제한부재(240)는 세라믹 등의 비 도전성 물질 또는 알루미늄등의 전도성물질로 형성될 수 있다. 상기 플라즈마 제한부재(240)를 도전성물질로 형성하는 경우, 상기 플라즈마 제한부재(240)는 전기적으로 플로팅(floating)되도록 상기 가스 분산판(231)과 결합된다.
도 4는 도 2 또는 도 3에서 도시된 가스분산판(231)에 및 도전성 물질로 형성된 플라즈마 제한부재(240)가 결합된 상태를 도시하는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 플라즈마 제한부재(240)가 도전성 물질로 형성된 경우, 상기 가스분산판(231)에 홈을 형성하고, 절연부재(401)를 상기 홈에 삽입한 후,
상기 절연부재(401)의 홈에 상기 플라즈마 제한부재(240)를 삽입함으로써 체결될 수 있다. 이와 다르게 플라즈마 제한부재(240)가 비 도전성 물질로 형성된 경우, 절연부재(401) 없이 직접 상기 가스분산판(231)의 홈에 삽입될 수도 있다.
상기 플라즈마 제한부재(240)는 일체형으로 형성될 수 있으나, 여러 파트를 조립하여 형성될 수도 있다.
또한, 상기 플라즈마 제한부재(240)는 상기 플라즈마 발생공간(PS)의 잔류가스를 배출하기 위한 슬릿 또는 홀이 형성될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 도 2 또는 도 3에서 도시된 플라즈마 제한부재의 다양한 실시예를 보여주는 측면도이다.
도 8 내지 10을 참조하면, 플라즈마 제한부재(240)는 가로 방향으로 연장된 가로 슬릿(241), 또는 세로 방향으로 연장된 세로 슬릿(242) 또는 다수의 관통홀(243)들을 포함할 수 있다. 이러한 슬릿들(241, 242) 또는 관통홀(243)을 통해서 플라즈마 발생공간(PS)의 잔류가스가 배출될 수 있다.
한편, 도3을 참조하면, 상기 기판 지지부(220)는 상기 플라즈마 제한부재(240)를 수용하기 위한 수용 그루브(221)가 형성될 수 있다. 상기 수용 그루브(221)는 충분한 깊이로 형성되어 상기 플라즈마 제한부재(240)의 하부가 상기 수용 그루브(221)의 바닥에 접촉되지 않는다.
일반적으로 공정을 진행하는 데 있어서, 갭 즉 상기 기판 지지부(220)가 상부로 이동되어 상기 상부전극(230)과 공정에 필요한 이격거리(d)를 조절할 수 있는 지 여부는 매우 중요하다. 특정 공정에 최적화가 된 간격이 존재하지만 이 또한 다른 공정 변수에 영향을 계속 주게 되어 계속 바뀌어질 수 있다. 예를 들어, μc-Si를 증착하는 경우, 증착율을 높이면서 막질을 유지하기 위해서 압력을 높이는데 이 경우 가스가 챔버 몸체(210)에서 머무르는 시간이 커져서 파우더가 생성될 수 있다. 압력을 높이면서 파우더 생성을 억제하기 위해서는 이격거리(d)를 작게 조절해서 가스가 머무는 시간을 감소시켜야 한다.
따라서, 도 3에서 도시된 바와 같이 상기 기판 지지부(220)에 수용 그루브(221)가 형성되면, 상기 기판 지지부(220)와 상부전극(230), 보다 상세히 가스 분산판(231)과의 이격거리(d)의 조절이 가능하다.
한편, 본 실시예에서, 상기 플라즈마 제한부재(240)는 상기 가스 분산판(231)에 결합되고, 상기 수용 그루브(221)는 상기 기판 지지부(220)에 형성되어 있으나, 이와 다르게 상기 플라즈마 제한부재(240)는 상기 기판 지지부(220)에 결합되고, 수용 그루브(221)은 상기 가스 분산판(231)에 형성될 수도 있다.
상기 팽창 밀봉부재(250)는 동작가스를 주입하면 팽창하여 상기 기판 지지부 (220) 하부의 하부공간(LS)과 상기 상부공간(US)을 분리시키고, 상기 동작가스를 빼면 수축하여 상기 하부공간(LS)과 상기 상부공간(US)을 연결한다.
도 6은 도 2 또는 도 3에서 도시된 팽창 밀봉부재에서 동작가스를 제거한 상태를 보여주는 단면도이고, 도 7은 도 2 또는 도 3에서 도시된 팽창 밀봉부재에서 동작가스를 주입한 상태를 보여주는 단면도이다.
도 2, 도 3, 도 6 및 7을 참조하면, 상기 팽창 밀봉부재(250)는 탄성재질로 형성되고, 내부에 가스 유로(GF)가 형성되어 있다. 상기 가스 유로(GF)에 동작가스를 주입하면 상기 팽창 밀봉부재(250)가 팽창하여 상기 기판 지지부(220)의 측부와 밀착되어 상기 하부공간(LS)과 상기 상부공간(US)의 상기 측부공간(SS)을 분리시킨다. 이와 반대로 상기 가스 유로(GF)에서 동작가스를 펌핑하면 상기 팽창 밀봉부재(250)가 수축하여 상기 기판 지지부(220)의 측부와 이격되어 상기 하부공간(LS)과 상기 상부공간(US)의 상기 측부공간(SS)을 연결시킨다.
이때, 상기 동작가스로서, 상기 챔버 몸체(210)에 주입되는 공정가스와 반응하지 않는 가스가 사용될 수 있다. 실란(SiH4)과 반응하지 않는 상기 동작가스로서, 예를 들면 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 불활성 기체 또는 수소(H2) 등이 사용될 수 있다.
상기 팽창 밀봉부재(250)가 상기 기판 지지부(220)의 측부와 보다 타이트하게 밀착될 수 있도록 다양한 형상의 변형이 가능하다. 그러나, 이 경우, 상기 기판 지지부(220)와 상기 상부전극(230) 사이의 이격거리(d)가 변형될 수 있음을 고려하여야 한다. 이와 다르게, 상기 팽창 밀봉부재(250)의 폭을 크게 하여 팽창시 상기 기판 지지부(220)의 상부면과 하부면의 일부가 접촉되도록 형성될 수도 있다.
도 5는 도 3에서 도시된 기판 지지부를 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 3 및 5를 참조하면, 상기 팽창 밀봉부재(250)가 팽창되었을 때, 상기 기판 지지부(220)의 코너가 용이하게 밀봉될 수 있도록 상기 기판 지지부(220)의 코너는 라운드형상을 가질 수 있다. 상기 기판 지지부(220)의 코너부에 각이 형성된 경우, 상기 팽창 밀봉부재(250)가 팽창하는 경우에도 코너부는 틈이 생겨서 상기 상부공간(US)와 상기 하부공간(LS)이 완전하게 분리되지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 본 실시예에서는 예컨대 상기 기판 지지부(220)의 코너는 라운드형상을 갖는다.
한편, 상기 플라즈마 제한부재(240) 또는 상기 수용 그루브(221)에 의해서, 상기 기판 지지부(220)의 상면은 중앙의 기판 영역(SA)과 외곽 영역(OA)으로 구분되고, 피처리 기판(S)을 가열하기 위한 가열수단(도시안됨)은 상기 기판 영역(SA)에만 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 가열수단(도시안됨)으로, 상기 기판 영역(SA) 내부에 형성된 열선이 사용되어질 수 있다. 이러한 열선에 의해서 상기 피처리 기판(S)이 가열된다.
그러나, 상기 팽창 밀봉부재(250)는 탄성재질을 포함하기 때문에 가장 큰 문재점은 가열되는 경우, 상기 팽창 밀봉부재(250)의 변성을 가져올 수 있어, 수명이 크게 단축될 수 있다.
따라서, 상기 팽창 밀봉부재(250)와 접촉하게 되는 상기 기판 지지부(220)의 접촉단부(222)의 온도는 최대한 낮게 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 기판 영역(SA)에만 가열수단(도시안됨)을 형성하면, 상기 수용 그루브(221)에 의해 열전달이 최소화 되어 상기 외곽 영역(OA)에는 상대적으로 낮은 온도를 유지할 수 있어, 상기 팽창 밀봉부재(250)의 변성이 최소화될 수 있다.
한편, 상기 챔버몸체(210)의 상기 하부몸체(212)의 일측 바닥에 형성된 상기 제1 배기구(GO1)와 별도로 상기 챔버 몸체(210)의 측부에는 제2 배기구(GO2)가 형성되어 상기 제2 배기구(GO2)에는 제2 펌핑부재(도시안됨)과 연결될 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치(200)의 가동으로 공정이 진행될 때, 상기 제1 펌핑부재(도시안됨)는 상기 하부공간(LS)을 제1 진공도로 펌핑하고, 상기 제2 펌핑부재(도시안됨)는 상기 팽창 밀봉부재(250)에 의해 상기 하부공간(LS)과 분리된 측부공간(SS)을 상기 제1 진공도 이하의 제2 진공도로 펌핑한다. 한편,이를 위해서, 상기 상기 플라즈마 처리장치(200)는, 상기 하부공간(LS)의 압력을 측정하기 위한 제1 압력 게이지 및 상기 상부공간(US) 보다 상세히 상기 측부공간(SS)의 압력을 측정하기 위한 제2 압력 게이지를 구비할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 진공도는 대략적으로 1Torr 오더로 적용하고, 상기 제2 진공도는 대략적으로 10-3Torr 오더로 적용한다. 이와 같이, 하부공간(LS)을 상기 상부공간(US) 보다 높은 진공도로 유지하는 경우, 하부공간(LS)의 잔류물이 상기 상부공간(US)으로 유입되는 것을 방지하여 피처리 기판(S)의 오염을 방지할 수 있다.
이하, 예시적으로 1Torr 압력의 상부공간(US)과 10-3Torr 압력의 하부공간(LS)의 압력차에 의하여 기판 지지부(220)에 가해지는 압력을 고려해본다.
상기 기판 지지부(220)는 자체 무게를 견뎌야 했으나, 본 실시예에 의한 플라즈마 처리장치(200)는 팽창 밀봉부재(250)를 포함하고, 상부공간(US)과 하부공간(LS)의 디퍼렌셜 펌핑(differential pumping)을 적용함으로서, 압력차에 의한 힘도 견뎌야 한다. 개략적으로 10-3Torr 0 Torr로, 기판 지지부(200)의 면적은 1m2로 단순화해서 계산하면, 1Torr는 133.322N/m2임으로 추가되는 힘은 133.322N임을 알 수 있다. 따라서, 추가되는 힘은 중력에 의한 효과로 변환 [133.322(N)/9.8(m/s2)]하면 대락 13.6Kg이다. 즉 공정 압력 1Torr증가에 따라 상기 기판 지지부(220)의 무게가 13.6kg증가하는 효과가 나오는 것을 알 수 있다. 상기 기판 지지부(220)의 무게가 대략 300kg이므로 크게 고려하지 않아도 설계가능하다.
다음으로, 상기 기판 지지부(220)의 움직임과 팽창 밀봉부재(250)의 수축(deflation) 여부에 관해서 고려해 본다.
대기압(ATM) 하에서 상기 팽창 밀봉부재(250)의 팽창수축은 문제될 것이 없으나, 상기 팽창 밀봉부재(250)는 챔버몸체(210) 내부의 고진공 하에서 팽창수축하여야 한다. 그리고, 10-3Torr의 고진공하에서 상기 팽창 밀봉부재(250)의 수축이 가능하여야 상기 기판 지지부(220)의 상하방향 움직임에서도 팽창 밀봉부재(250)의 손상이 발생되지 않는다. 이를 위해서, 상기 팽창 밀봉부재(250)는 챔버몸체(210)의 내부보다 낮은 압력을 유지하여야 한다. 또한, 팽창 밀봉부재(250)는 내부에 가스유로(GF)가 형성된 긴 튜브형상이므로 가스의 유동성이 떨어진다. 따라서, 팽창 밀봉부재(250)를 구동하는 펌프는 대용량 펌프를 사용하여야 한다. 한편, 상기 기판 지지부(220)의 상하방향 움직일 때, 챔버몸체(210)의 압력을 높여 팽창 밀봉부재(250)의 수축을 용이하게 할 수도 있다.
다음으로, 챔버몸체(210) 내부의 압력 변화시, 상기 팽창 밀봉부재(250)가 받는 압력을 고려해본다.
공정가스를 투입하기 전, 챔버몸체(210) 내부의 압력은 상기 상부공간(US) 및 상기 하부공간(LS) 모두 10-3Torr의 고진공으로 유지된 상태에서 상기 팽창 밀봉부재(250)가 팽창하여 상기 상부공간(US) 및 상기 하부공간(LS)을 분리하고, 상기 상부공간(US) 중에서 상기 플라즈마 발생공간(PS)에 공정가스를 투입하여 상부공간(US)는 대략적으로 1Torr의 압력으로 상승한다. 상기 기판 지지부(220)를 1m 정사각으로 가정하고, 상기 팽창 밀봉부재(250)의 두께를 1cm로 가정하면, 압력변화에 노출되는 상기 팽창 밀봉부재(250)의 면적은 0.04m2이고, 1Torr가 133.322N/m2임으로 상기 팽창 밀봉부재(250)에 인가되는 힘은 5.33N정도로 크게 영향받지 않음을 볼 수 있다. 챔버몸체(210)의 압력을 급격하게 증가시켜도 상기 팽창 밀봉부재(250)에는 크게 영향이 없으나, 고압 공정일 경우 여러 단계로 나누어 압력을 증가시키는 것을 고려해야 한다.
다음으로, 상기 팽창 밀봉부재(250)에 인가되는 스트레스(Stress)를 고려한다.
상기 팽창 밀봉부재(250)가 20psi로 팽창할 때, 대기압(ATM)하에서, 1ATM은 14.696psi이므로, 상기 팽창 밀봉부재(250)는 5.304psi의 스트레스를 겪는다. 이에 반해서, 진공(1mTorr=1.3332x10-6 psi)하에서 상기 팽창 밀봉부재(250)는 20psi의 스트레스를 겪는다. 따라서, 대기압하에서보다 챔버몸체(210) 내부에서 약 4배가량 증가함을 볼 수 있어, 이러한 스트레스를 극복할 수 있는 재질로 상기 팽창 밀봉부재(250)를 형성하여야 한다.
다음으로, 상기 팽창 밀봉부재(250)가 상기 기판 지지부(220)에 가하는 충격여부에 대해 고려한다.
상기 팽창 밀봉부재(250)가 팽창하면서, 기판 지지부(220)에 충격을 줄 경우, 상기 기판 지지부(220)나, 상기 기판 지지부(220)의 위치를 고정하는 부재 등이 손상될 수 있다. 따라서, 이에 의해 받는 충격을 계산해야 하는데 전달된 운동에너지가 어느 정도 시간에 도달했는지 여부로 상기 팽창 밀봉부재(250)에 의해 인가되는 파워로 계산한다.
가스에 의해 팽창 밀봉부재(250)에 인가되는 파워(P)는 압력(p)과 유량(flow rate, Q)의 곱으로 표현된다. 따라서, 작은 압력으로 동작가스를 주입시에 적은 유량으로 천천히 팽창시키면 상기 기판 지지부(220)에 인가되는 충격을 감소시킬 수 있다. 대기압하에서 팽창 밀봉부재(250)를 팽창시키게 하기 위해 대략 5psi의 압력차가 필요했기 때문에, 동작가스를 예컨대 5psi로 주입한다.
다음으로, 이러한 플라즈마 처리장치(200)에 의해서 피처리 기판에 플라즈마 처리방법을 수행하는 방법을 설명한다. 먼저 기판 지지부에 피처리 기판을 장착한다. 이후, 상기 기판 지지부와 상부 전극 사이의 이격거리를 제어한다. 이때, 플라즈마 제한부재(240)는 기판 지지부(220)의 수용 그루브(221) 내에 삽입된다. 이후, 챔버몸체(210) 내부의 압력을 대략적으로 낮추고, 동작가스를 주입하여 팽창 밀봉부재를 팽창시킴으로써, 상기 기판 지지부의 상부공간과 하부공간을 분리시킨다.
다음으로, 상기 상부 전극(230)을 통해서 공정가스와 전기적 파워를 인가하여, 상기 상부공간(US) 중에서, 플라즈마 제한 부재에 의해 측부공간(SS)과 분리된 플라즈마 발생공간(PS)에 플라즈마를 생성시켜 공정을 진행한다.
이때, 상기 하부공간을 제1 진공도로 펌핑하고, 상기 측부공간을 상기 제1 진공도 이하의 제2 진공도로 펌핑할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
200: 플라즈마 처리장치 210: 챔버 몸체
211: 상부몸체 212: 하부몸체
220: 기판 지지부 221: 수용 그루브
222: 접촉단부 230: 상부전극
231: 가스 분산판 232: 전극판
240: 플라즈마 제한부재 241: 가로 슬릿
242: 세로 슬릿 243: 관통홀
250: 팽창 밀봉부재 GO1: 제1 배기구
GO2: 제 배기구 US: 상부공간
PS: 플라즈마 발생공간 SS: 측부공간
LS: 하부공간 GI: 가스 유입구
SA: 기판영역 OA: 외곽영역
CT: 부산물

Claims (18)

  1. 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체 내부에 배치되어 피처리 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 챔버 몸체 내부에서 상기 기판 지지부와 대향하게 배치되는 상부전극; 및
    상기 상부전극과 상기 기판 지지부 사이의 상부공간을 플라즈마 발생공간과 측부공간으로 분리하며, 생성되는 플라즈마를 상기 플라즈마 발생공간에 제한하는 플라즈마 제한부재를 포함하고,
    상기 기판 지지부는 상기 플라즈마 제한부재에 의해서, 기판이 안착되는 기판영역 및 상기 기판 영역의 외곽인 외곽영역으로 구분되며,
    피처리 기판을 가열하기 위한 가열수단은 상기 기판영역에만 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 제한부재는 상기 상부전극에 전기적으로 플로팅되도록 부착되고,
    상기 기판 지지부는 수용 그루브를 포함하여,
    상기 상부전극과 상기 기판 지지부가 공정거리만큼 이격되었을 때, 상기 플라즈마 제한부재는 상기 수용 그루브에 삽입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    동작가스를 주입하면 팽창하여 상기 기판 지지부 하부의 하부공간과 상기 상부공간을 분리시키고,
    상기 동작가스를 빼면 수축하여 상기 하부공간과 상기 상부공간을 연결하는, 팽창 밀봉부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 동작가스로서, 상기 챔버 몸체에 주입되는 공정가스와 반응하지 않는 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 팽창 밀봉부재가 팽창되었을 때, 상기 기판 지지부의 코너가 용이하게 밀봉될 수 있도록 상기 기판 지지부의 코너는 라운드형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    공정 시, 상기 하부공간을 제1 진공도로 유지하기 위한 제1 펌핑부재; 및
    상기 상부공간 중에서 상기 측부공간을 제2 진공도로 유지하기 위한 제2 펌핑부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 진공도는 상기 제2 진공도 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체 내부에 배치되어 피처리 기판을 지지하는 기판 지지부;
    상기 챔버 몸체 내부에서 상기 기판 지지부와 대향하게 배치되는 상부전극; 및
    상기 챔버 내부에 배치되고, 동작가스를 주입하면 팽창하여 상기 챔버 내부를 상기 기판 지지부 하부의 하부공간과 상기 기판 지지부 상부의 상부공간으로 분리시키고, 상기 동작가스를 빼면 수축하여 상기 하부공간과 상기 상부공간을 연결하는 팽창 밀봉부재를 포함하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상부전극과 상기 기판 지지부 사이의 상부공간을 플라즈마 발생공간과 상기 플라즈마 발생공간 외곽의 측부공간으로 분리하며, 생성되는 플라즈마를 상기 플라즈마 발생공간에 제한하는 플라즈마 제한부재를 더 포함하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 플라즈마 제한부재는 상기 상부전극에 전기적으로 플로팅되도록 부착되고,
    상기 기판 지지부는 수용 그루브를 포함하여,
    상기 상부전극과 상기 기판 지지부가 공정거리만큼 이격되었을 때, 상기 플라즈마 제한부재는 상기 수용 그루브에 삽입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 상기 플라즈마 제한부재에 의해서, 기판이 안착되는 기판영역 및 상기 기판 영역의 외곽인 외곽영역으로 구분되고,
    피처리 기판을 가열하기 위한 가열수단은 상기 기판영역에만 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 동작가스로서, 상기 챔버 몸체에 주입되는 공정가스와 반응하지 않는 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 팽창 밀봉부재가 팽창되었을 때, 상기 기판 지지부의 코너가 용이하게 밀봉될 수 있도록 상기 기판 지지부의 코너는 라운드형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  15. 제9항에 있어서,
    공정 시, 상기 하부공간을 제1 진공도로 유지하기 위한 제1 펌핑부재; 및
    상기 상부공간을 제2 진공도로 유지하기 위한 제2 펌핑부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 진공도는 상기 제2 진공도 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  17. 기판 지지부에 피처리 기판을 장착하는 단계;
    상기 기판 지지부와 상부 전극 사이의 이격거리를 제어하는 단계;
    동작가스를 주입하여 팽창 밀봉부재를 팽창시킴으로써, 상기 기판 지지부를 기준으로 상부공간과 하부공간을 분리하는 단계; 및
    상기 상부 전극을 통해서 공정가스와 전기적 파워를 인가하여, 상기 상부공간 중에서, 플라즈마 제한부재에 의해 측부공간과 분리된 플라즈마 발생공간에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함하는 플라즈마 처리방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하부공간을 제1 진공도로 펌핑하고, 상기 측부공간을 상기 제1 진공도이하의 제2 진공도로 펌핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리방법.

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