KR20230033055A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20230033055A
KR20230033055A KR1020210113117A KR20210113117A KR20230033055A KR 20230033055 A KR20230033055 A KR 20230033055A KR 1020210113117 A KR1020210113117 A KR 1020210113117A KR 20210113117 A KR20210113117 A KR 20210113117A KR 20230033055 A KR20230033055 A KR 20230033055A
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electrode
power supply
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전민성
김윤상
최성민
장동영
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 갖는 챔버; 상기 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하는 지지 유닛; 및 상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 생성 유닛은: 하부 전극 부재; 및 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극 부재;를 포함하며, 상기 상부 전극 부재는: 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트에 적층되며 패턴을 갖는 전극을 포함하는 전극 패턴을 포함한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 기판 처리 장치에 관한 발명이다.
반도체소자를 제조하기 위해서, 기판을 포토리소그라피, 식각, 애싱, 이온주입, 박막 증착, 그리고 세정 등 다양한 공정을 수행하여 기판 상에 원하는 패턴을 형성한다. 이 중 식각 공정은 기판 상에 형성된 막 중 선택된 영역을 제거하는 공정으로 습식식각과 건식식각이 사용된다.
이 중 건식식각을 위해 플라즈마를 이용한 식각 장치가 사용된다. 일반적으로 플라즈마를 형성하기 위해서는 챔버의 내부공간에 전자기장을 형성하고, 전자기장은 챔버 내에 제공된 공정가스로부터 플라즈마를 생성한다.
플라즈마는 이온이나 전자, 라디칼 등으로 이루어진 이온화된 가스 상태를 말한다. 반도체 소자 제조 공정은 플라즈마를 사용하여 식각 공정을 수행한다.
본 발명은 하나의 챔버에서 플라즈마 처리와 급속 가열이 가능하면서, 기판상에서의 식각이나 성막의 균일도가 개선될 수 있는 기판 처리 장치를 제안하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 일 실시 예에 있어서, 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 갖는 챔버; 상기 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하는 지지 유닛; 및 상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 생성 유닛은: 하부 전극 부재; 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극 부재; 및 상기 상부 전극 부재에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하며, 상기 상부 전극 부재는: 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트에 적층되며, 평면에서 바라볼 때 서로 겹치지 않는 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴을 포함하는 전극 패턴을 포함하고, 상기 고주파 전원은: 상기 제1 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원; 및 상기 제2 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 고주파 전원과 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수는 동일하되, 시차를 갖는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 고주파 전원과 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수는 서로 상이한 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전극 패턴은 투명 전극으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 투명 전극은, ITO, MnSnO, CNT, ZnO, IZO, ATO, SnO2, IrO2, RuO2, 그래핀, 카본 나노 튜브(CNT), AZO, FTO, GZO, In2O3, MgO, 전도성 고분자, metal nanowire 중 어느 하나 이거나 그 이상의 혼합물질, 또는 다중 중첩에 의하여 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴은 중심이 같고 직경이 상이한 복수개의 링 형상의 조합으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴은 선형의 전극이 나란히 배치되어 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴은 전체적으로 보아 복수개의 링 형상을 이루는 복수개의 호 형상들의 조합과, 상기 호들을 잇는 연결선으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 플레이트는 투명 소재로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 플레이트는 유전체로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 플레이트는 쿼츠 소재로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 처리 공간에 면하는 상기 제1 플레이트의 일면에는 내식각성 소재의 보호층이 더 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 상부 전극 부재의 상부에 배치되며, 상기 전극 부재를 투과하여 상기 기판에 가열을 위한 에너지를 조사하는 가열 유닛을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 가열 유닛은, 플래시 램프, 마이크로파 유닛, 레이저 유닛 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 실시 예의 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 갖는 챔버; 상기 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하는 지지 유닛; 및 상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되, 상기 플라즈마 생성 유닛은: 하부 전극 부재; 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극 부재; 및 상기 상부 전극 부재에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하며, 상기 상부 전극 부재는: 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트에 적층되며, 평면에서 바라볼 때 서로 겹치지 않는 복수개의 전극 패턴을 포함하고, 상기 고주파 전원은: 상기 복수개의 전극 패턴 중 하나 이상의 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 복수개의 고주파 전원을 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수개의 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 각각의 주파수는 동일하되, 서로 시차를 갖는 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수개의 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 각각의 주파수는 서로 상이한 것일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전극 패턴은 투명 전극으로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 투명 전극은, ITO, MnSnO, CNT, ZnO, IZO, ATO, SnO2, IrO2, RuO2, 그래핀, 카본 나노 튜브(CNT), AZO, FTO, GZO, In2O3, MgO, 전도성 고분자, metal nanowire중 어느 하나 이거나 그 이상의 혼합물질, 또는 다중 중첩에 의하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 실시 예의 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 갖는 챔버; 상기 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하는 지지 유닛; 상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것으로 하부 전극 부재와 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극 부재와 상기 상부 전극 부재에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하는 플라즈마 생성 유닛; 및 상기 상부 전극 부재의 상부에 배치되며, 상기 전극 부재를 투과하여 상기 기판에 가열을 위한 에너지를 조사하는 가열 유닛을 포함하되, 상기 상부 전극 부재는: 제1 플레이트; 및 상기 제1 플레이트에 적층되며, 투명 전극으로 이루어지고, 평면에서 바라볼 때 서로 겹치지 않는 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴을 포함하는 전극 패턴을 포함하고, 상기 고주파 전원은: 상기 제1 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원; 및 상기 제2 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원을 포함하고, 상기 제1 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력과 상기 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수가 같고 서로 간의 시차를 갖도록 공급하거나, 상기 제1 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력과 상기 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수가 상이하도록 공급한다.
본 발명에 따르면 기판상에서의 식각이나 성막의 균일도를 개선할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 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 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 전극 부재를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 패턴의 패턴과 전극 패턴에 인가되는 고주파 전원을 설명하는 도면이다.
도 4은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 패턴의 패턴과 전극 패턴에 인가되는 고주파 전원을 설명하는 도면이다.
도 5은 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 패턴의 패턴과 전극 패턴에 인가되는 고주파 전원을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전극 패턴의 패턴과 전극 패턴에 인가되는 고주파 전원을 설명하는 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
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.
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.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.
이하에서 XXX-1, XXX-2, XXX-3, ??, XXX-n으로 표기한 구성은 편의상 XXX로 통칭될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 플라즈마를 이용하여 기판을 식각하는 기판 처리 장치에 대해 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 특징은 이에 한정되지 않으며 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리하는 다양한 종류의 장치에 적용될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상부에 놓여진 기판을 플라즈마 처리하는 다양한 종류의 장치에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 공정 챔버(100), 지지 유닛(200), 가스 공급 유닛(300), 플라즈마 생성 유닛(400), 그리고 가열 유닛(500)을 포함할 수 있다. 기판 처리 장치(10)는 플라즈마를 이용하여 기판(W)을 처리한다.
공정 챔버(100)는 내부에 공정 수행을 위한 공간(105)을 가진다. 공정 챔버(100)의 바닥면에는 배기홀(103)이 형성된다. 배기홀(103)은 펌프(122)가 장착된 배기 라인(121)과 연결된다. 공정 과정에서 발생한 반응 부산물 및 공정 챔버(100) 내부에 머무르는 가스는 배기 라인(121)을 통해 배기홀(103)로 배기된다. 따라서, 공정 챔버(100)의 외부로 배출될 수 있다. 또한, 배기 과정에 의해 공정 챔버(100)의 내부 공간(105)은 소정 압력으로 감압된다. 일 예로, 배기홀(103)은 후술하는 라이너 유닛(130)의 관통홀(158)과 직접 통하는 위치에 제공될 수 있다.
공정 챔버(100)의 측벽에는 개구(104)가 형성된다. 개구(104)는 공정 챔버(100) 내부로 기판이 출입하는 통로로 기능한다. 개구(104)는 도어 어셈블리에 의해 개폐된다. 일 예에 의하면, 도어 어셈블리는 외측 도어, 내측 도어, 그리고 연결판을 가진다. 외측 도어는 공정 챔버의 외벽에 제공된다. 내측 도어는 공정 챔버의 내벽에 제공된다. 외측 도어와 내측 도어는 연결판에 의해 서로 고정 결합된다. 연결판은 개구를 통해 공정 챔버의 내측에서 외측까지 연장되게 제공된다. 도어 구동기은 외측 도어를 상하 방향으로 이동시킨다. 도어 구동기는 유공압 실린더나 모터를 포함할 수 있다.
공정 챔버(100)의 내부 공간(105) 중 아래 영역에는 지지 유닛(200)이 위치한다. 지지 유닛(200)의 일 예로 정전 척 유닛이 제공될 수 있다. 정전 척 유닛으로 제공되는 지지 유닛(200)은 정전기력에 의해 기판(W)을 지지한다. 이와 달리 지지 유닛(200)은 기계적 클램핑, 진공에 의한 클램핑 등과 같은 다양한 방식으로 기판(W)을 지지할 수 있다.
지지 유닛(200)은 정전 척(240), 링 어셈블리(260), 그리고 가스 공급 라인부(270)를 포함할 수 있다. 정전 척(240)의 상면에는 기판(W)이 놓인다. 정전 척(240)은 정전기력에 의해 기판(W)을 그 상면에 지지한다.
링 어셈블리(260)는 링 형상으로 제공된다. 링 어셈블리(260)는 지지판(210)의 둘레를 감싸도록 제공된다. 일 예로, 링 어셈블리(260)는 정전 척(240)의 둘레를 감싸도록 제공된다. 링 어셈블리(260)는 기판(W)의 가장자리 영역을 지지한다. 일 예에 의하면, 링 어셈블리(260)는 포커스 링(262)과 절연 링(264)을 가진다. 포커스 링(262)은 정전 척(240)을 감싸도록 제공되며 플라즈마를 기판(W)으로 집중시킨다. 절연 링(264)는 포커스 링(262)을 감싸도록 제공된다. 선택적으로 링 어셈블리(260)는 플라즈마에 의해 정전 척(240)의 측면이 손상되는 것을 방지하도록 포커스 링(262)의 둘레에 밀착되게 제공되는 에지 링(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 달리 링 어셈블리(260)의 구조는 다양하게 변경될 수 있다.
가스 공급 라인부(270)는 가스 공급원(272)과 가스 공급 라인(274)을 포함한다. 가스 공급 라인(274)은 링 어셈블리(260)와 지지판(210) 사이에 제공된다. 가스 공급 라인(274)은 링 어셈블리(260)의 상면 또는 지지판(210)의 가장자리 영역에 잔류하는 이물질을 제거하도록 가스를 공급한다. 일 예로, 가스는 질소 가스(N2)일 수 있다. 선택적으로, 다른 가스 또는 세정제를 공급할 수 있다. 가스 공급 라인(274)은 지지판(210) 내부에서 포커스 링(262)과 정전 척(240) 사이로 연결되도록 형성될 수 있다. 이와 달리, 가스 공급 라인(274)은 포커스 링(262) 내부에서 제공되어, 포커스 링(262)과 정전 척(240) 사이로 연결되도록 절곡되는 구조일 수 있다.
일 예에 의하면, 정전 척(240)은 세라믹 재질로 제공되고, 포커스 링(262)은 실리콘 재질로 제공되고, 절연 링(264)은 쿼츠 재질로 제공될 수 있다.
정전 척(240)의 내부에는 가열 부재(282)가 제공될 수 있다. 가열 부재(282)는 열선으로 제공될 수 있다.
정전 척(240)의 하부에는, 플라즈마 발생 유닛(400)을 이루는 하부 전극 부재(440)가 제공될 수 있다. 하부 전극 부재(440) 내에는 공정 진행 중 기판(W)을 공정 온도로 유지하도록 하는 냉각 수단(284)이 제공될 수 있다. 냉각 수단(284)는 하부 전극 부재(440)의 내부에 형성되어 냉매가 흐르는 냉각 유로로 제공될 수 있다.
가스 공급 유닛(300)은 공정 챔버(100)의 내부 공간(105)으로 공정 가스를 공급한다. 가스 공급 유닛(300)은 가스 저장부(310), 가스 공급 라인(320)을 포함한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)와 공정 챔버(100)의 가스 유입 포트를 연결한다. 가스 공급 라인(320)은 가스 저장부(310)에 저장된 공정 가스를 내부 공간(105)에 공급한다. 가스 공급 라인(320)에는 그 통로를 개폐하거나, 그 통로를 흐르는 유체의 유량을 조절하는 밸브(322)가 설치될 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(400)은 방전 공간에 머무르는 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시킨다. 방전 공간은 공정 챔버(100) 내에서 지지 유닛(200)의 상부 영역에 해당된다. 플라즈마 생성 유닛(400)은 용량 결합형 플라즈마(capacitive coupled plasma) 소스를 가질 수 있다.
플라즈마 생성 유닛(400)은 상부 전극 부재(420), 하부 전극 부재(440), 그리고 고주파 전원(460)을 포함할 수 있다. 고주파 전원(460)은 복수개의 고주파 전원으로 제공된다. 예컨대, 고주파 전원(460)은 제1 고주파 전원(460-1)과 제2 고주파 전원(460-2)을 포함할 수 있다. 상부 전극 부재(420)와 하부 전극 부재(440)는 서로 상하 방향으로 대향되게 제공될 수 있다. 하부 전극(440)은 정전 척(240) 내에 제공될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 생성 유닛(400)은 상부 전극 부재(420)와 하부 전극 부재(440) 간에 전계를 발생시키기 위해 상부 전극 부재(420)와 하부 전극 부재(440) 중 적어도 하나에 RF 전압을 인가함으로써 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 상부 전극 부재(420)는 후술할 가열 유닛(500)에서 인가되는 에너지가 기판으로 손실 없이 전달될 수 있도록 제1 플레이트(421)와 전극 패턴(422)을 포함하는 구조로 제공될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 상부 전극 부재(420)에 대해서는 도 2 내지 도 6에서 후술한다.
일 예에 의하면, 상부 전극 부재(420)에 고주파 전원(460)이 연결되고 하부 전극 부재(440)가 접지될 수 있다. 또한, 선택적으로 상부 전극 부재(420) 및 하부 전극 부재(440) 모두에 고주파 전원(460)이 연결될 수 있다. 일 예에 의하면, 고주파 전원(460)은 상부 전극 부재(420) 또는 하부 전극 부재(440)에 연속적으로 전력을 인가하거나 펄스로 전력을 인가할 수 있다.
가열 유닛(500)은 지지 유닛(200) 상의 기판을 가열하기 위해, 기판에 에너지를 전달할 수 있다. 가열 유닛(500)은 고속 열원(Rapid Thermal source)일 수 있다. 실시 예에 있어서, 고속 열원은 섬광을 발생시키는 플래시 램프, 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 유닛, 레이저를 발생시키고 전달하는 레이저 유닛으로 제공될 수 있다. 기판을 가열하는 에너지는 섬광, 마이크로파, 레이저 등으로 선택될 수 있다.
일 예에 있어서, 가열 유닛(500)이 마이크로파 유닛으로 제공되면, 가열 유닛(500)은 마이크로파를 기판에 인가할 수 있다. 예컨대, 가열 유닛(500)은 1 내지 5 GHz 주파수의 마이크로파를 인가할 수 있다. 마이크로파의 파장은 반도체 칩의 금속 배선층 두께 및 간격보다 훨씬 길기 때문에 마이크로파가 금속물질로 침투하는 깊이는 수 ㎛ 미만이다. 일 예시에 따르면, 마이크로파 열처리에 의해 기판 또는 다이의 표면을 발열시켜, 표면 온도를 목표 온도로 급속하게 승온시킬 수 있는 효과가 있다. 마이크로파로 기판을 가열하면, 기판의 표면만이 선택적으로 가열되므로, 승온 속도 및 냉각 속도가 빠르고, 짧은 시간내에 기판의 표면을 목표 온도로 가열할 수 있어 공정 시간을 단축할 수 있다.
최근에는 에칭 공정으로 ALE가 적용된다. ALE(Atomic layer etching)는 통제된 양의 물질을 제거하는 방법으로, 표면의 막질을 수정(modification)하는 흡착 반응과, 수정된 막질을 제거하는 탈착 반응을 이용한다. 여기서 흡착 반응은 상대적으로 저온(예컨대, 상온 이하)에서 반응성이 높고, 탈착 반응은 상대적으로 고온(예컨대, 섭씨 500도 이상)에서 반응성이 높다. 본 발명의 실시 예가 적용되면, 급속 가열과 급속 냉각이 가능함에 따라, 흡착 반응과 탈착 반응 각각에서 반응성이 높은 온도를 적용할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의하면, 섬광, 마이크로파 및 레이저와 같은 에너지가 상부 전극 부재(420)를 통과하여 기판을 가열할 수 있다. 상부 전극 부재(420)는 투광성, 마이크로파 투과성 소재로 제공될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 전극 부재(420)를 나타내는 단면도이다. 본 발명에서는, 기판의 열 및 플라즈마 균일도를 개선시키기 위한, 투명 전극(422)을 포함하는 상부 전극 부재(420)를 제안한다. 본 발명에 따른 상부 전극 부재(420)는, 제1 플레이트(421)와, 도전성 소재로 제1 플레이트(421)에 적층되어 제공되는 전극 패턴(422)을 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 전극 패턴(422)은 제1 플레이트(421)의 상면에 제공되어, 플라즈마로부터 식각되지 않도록 보호될 수 있다. 제1 플레이트(421)에서 처리 공간(105)에 면하는 면에는 내식각성 소재의 보호층(423)이 제공될 수 있다. 보호층(423)은 내식각성 소재로 제공되어, 플라즈마 처리 과정에서 소재의 식각을 방지할 수 있다.
전극 패턴(422)에는 고주파 전원(460)이 연결된다. 전극 패턴(422)은 투명 전극을 포함할 수 있다. 일 예시에 따르면, 전극 패턴(422)는 산화인듐과 산화주석으로 이루어진 ITO(Indium Tin Oxide) 물질로 형성된 투명 전극일 수 있다. 일 예시에 따르면, 전극 패턴(422)은 ITO(Indium Tin Oxide), MnSnO(Manganese Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), ZnO(Zinc Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), SnO2, IrO2, RuO2, Dielectric/Metal/Dielectric multilayer(SnO2/Ag/SnO2), 그래핀, Carbon Nano Tube(CNT), FTO (Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminum-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), In2O3, MgO, 은나노 와이어 (Silver Nanowire), 전도성 고분자 중 어느 하나일 수 있다. 또는 이들의 혼합 물질로 제공될 수 있다. 즉, 전극 패턴(422)는 투명 전도성 소재로 제공될 수 있다. 이를 통해 전술한 가열을 위한 에너지의 투과율을 높일 수 있다.
제1 플레이트(421)는 유전체 윈도우와 같은 역할을 수행할 수 있다. 제1 플레이트(421)는 투명성을 갖는 소재로 이루어질 수 있다. 일 예시에 따르면 제1 플레이트(421)는 쿼츠 소재로 제공될 수 있다. 일 예시에 따르면 제1 플레이트(421)는 SiO2일 수 있다.
일 예시에 따르면, 상부 전극 부재(420)가 포함하는 전극 패턴(422)과 제1 플레이트(421) 및 보호층(423)은, 가열 유닛(500)으로부터 제공되는 에너지가 통과할 수 있도록 투명한 소재로 제공될 수 있다. 일 예시에 따르면 보호층(423)은 내식각성 소재로 제공될 수 있다. 일 예시에 따르면 보호층(423)은 MgAl2O4, Y2O3, YSZ(Yttria-stabilized zirconia, ZrO2/Y2O3), YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O12), Al2O3, Cr2O3, Nb2O5, γ-AlON, Si3N3 중 어느 하나일 수 있다. 또는 이들의 혼합 물질로 제공될 수 있다. 보호층(423)은 투명성을 가지면서, 내플라즈마성 및 내식각성을 가지는 소재로 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전극 패턴(422)의 패턴과 전극 패턴(422)에 인가되는 고주파 전원(460)을 설명한다. 전극 패턴(422)은, 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)을 포함한다. 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)은 각각 중심이 같고 직경이 상이한 복수개의 링 형상의 조합으로 이루어진다. 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)은 서로 겹치지 않으면서, 엇갈리게 배치된다. 제1 전극 패턴(422-1)에는 제1 고주파 전원(460-1)이 연결된다. 제1 고주파 전원(460-1)은 제1 전극 패턴(422-1)에 제1 고주파 전력을 인가한다. 제2 전극 패턴(422-2)에는 제2 고주파 전원(460-2)이 연결된다. 제2 고주파 전원(460-2)은 제2 전극 패턴(422-2)에 제2 고주파 전력을 인가한다. 제1 고주파 전원(460-1)과 제2 고주파 전원(460-2)은 동일한 주파수의 전력을 공급하되 서로 시차를 가지며 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 고주파 전력을 인가할 수 있다. 시차를 준다는 것은 고주파 전력의 위상을 쉬프트하는 것을 의미한다. 다른 예로, 제1 고주파 전원(460-1)과 제2 고주파 전원(460-2)은 서로 상이한 주파수의 전력을 공급할 수 있다. 예컨대, 주파수는 13.56, 12.56, 13.96 MHz 등일 수 있다. 시차를 갖는 고주파 전력을 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 각각 인가하거나, 서로 상이한 고주파 전력을 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 각각 인가함으로써, 공진(Harmonic, Resonance) 영향을 피하여 플라즈마의 발생을 제어할 수 있다. 플라즈마의 발생을 제어함으로써 플라즈마 균일도를 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전극 패턴(422)의 패턴과 전극 패턴(422)에 인가되는 고주파 전원(460)을 설명한다. 전극 패턴(422)은, 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)을 포함한다. 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)은 나란히 배치된 선형의 조합으로 이루어진다. 전극 패턴(422)을 이루는 패턴은 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)이 서로 겹치지 않으면서 서로 엇갈리게 배치되어 이루어진다. 제1 전극 패턴(422-1)에는 제1 고주파 전원(460-1)이 연결된다. 제2 전극 패턴(422-2)에는 제2 고주파 전원(460-2)이 연결된다. 제1 고주파 전원(460-1)과 제2 고주파 전원(460-2)은 동일한 주파수의 전력을 공급하되 서로 시차를 가지며 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 고주파 전력을 인가할 수 있다. 시차를 준다는 것은 고주파 전력의 위상을 쉬프트하는 것을 의미한다. 다른 예로, 제1 고주파 전원(460-1)과 제2 고주파 전원(460-2)은 서로 상이한 주파수의 전력을 공급할 수 있다. 예컨대, 주파수는 13.56, 12.56, 13.96 MHz 등일 수 있다. 시차를 갖는 고주파 전력을 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 각각 인가하거나, 서로 상이한 고주파 전력을 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 각각 인가함으로써, 공진(Harmonic, Resonance)영향을 피하여 플라즈마의 발생을 제어할 수 있다. 플라즈마의 발생을 제어함으로써 플라즈마 균일도를 개선할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전극 패턴(422)의 패턴과 전극 패턴(422)에 인가되는 고주파 전원(460)을 설명한다. 전극 패턴(422)은, 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)과 제3 전극 패턴(422-3)과 제4 전극 패턴(422-4)을 포함한다. 전극 패턴(422)은 전체적으로 보아 복수개의 링 형상을 이루는 복수개의 호 형상들의 조합과, 그 호들을 잇는 복수개의 연결선으로 이루어진다. 다시 말해, 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)과 제3 전극 패턴(422-3)과 제4 전극 패턴(422-4)은 각각 반지름이 상이한 복수개의 호 형상의 조합과 이들을 잇는 연결선으로 이루어진다. 제2 전극 패턴(422-2)과 제3 전극 패턴(422-3)에는 제1 고주파 전원(460-1)이 연결된다. 제1 전극 패턴(422-1)과 제4 전극 패턴(422-4)에는 제2 고주파 전원(460-2)이 연결된다. 제1 고주파 전원(460-1)과 제2 고주파 전원(460-2)은 동일한 주파수의 전력을 공급하되 서로 시차를 가지며 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 고주파 전력을 인가할 수 있다. 시차를 준다는 것은 고주파 전력의 위상을 쉬프트하는 것을 의미한다. 다른 예로, 제1 고주파 전원(460-1)과 제2 고주파 전원(460-2)은 서로 상이한 주파수의 전력을 공급할 수 있다. 예컨대, 주파수는 13.56, 12.56, 13.96 MHz 등일 수 있다. 시차를 갖는 고주파 전력을 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 각각 인가하거나, 서로 상이한 고주파 전력을 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)에 각각 인가함으로써, 공진(Harmonic, Resonance)영향을 피하여 플라즈마의 발생을 제어할 수 있다. 플라즈마의 발생을 제어함으로써 기판상에서의 식각이나 성막의 균일도를 개선할 수 있다.
도 6는 본 발명의 제4 실시 예에 따른 전극 패턴(422)의 패턴과 전극 패턴(422)에 인가되는 고주파 전원(460)을 설명한다. 전극 패턴(422)은, 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)과 제3 전극 패턴(422-3)과 제4 전극 패턴(422-4)을 포함한다. 전극 패턴(422)은 전체적으로 보아 복수개의 링 형상을 이루는 복수개의 호 형상들의 조합과, 그 호들을 잇는 복수개의 연결선으로 이루어진다. 다시 말해, 제1 전극 패턴(422-1)과 제2 전극 패턴(422-2)과 제3 전극 패턴(422-3)과 제4 전극 패턴(422-4)은 각각 반지름이 상이한 복수개의 호 형상의 조합과 이들을 잇는 연결선으로 이루어진다. 제1 전극 패턴(422-1)에는 제1 고주파 전원(460-1)이 연결된다. 제2 전극 패턴(422-2)에는 제2 고주파 전원(460-2)이 연결된다. 제3 전극 패턴(422-3)에는 제3 고주파 전원(460-3)이 연결된다. 제4 전극 패턴(422-4)에는 제4 고주파 전원(460-4)이 연결된다. 제1 고주파 전원(460-1), 제2 고주파 전원(460-2), 제3 고주파 전원(460-3) 및 제4 고주파 전원(460-4)은 동일한 주파수의 전력을 공급하되 서로 시차를 가지며 각각의 전극 패턴(422)에 고주파 전력을 인가할 수 있다. 시차를 준다는 것은 고주파 전력의 위상을 쉬프트하는 것을 의미한다. 시차는 시계 방향, 반시계 방향, 대각 방향 등으로 줄 수 있다. 다른 예로, 제1 고주파 전원(460-1), 제2 고주파 전원(460-2), 제3 고주파 전원(460-3) 및 제4 고주파 전원(460-4)은 서로 상이한 주파수의 전력을 공급할 수 있다. 예컨대, 주파수는 13.56, 12.56, 13.96 MHz 등일 수 있다. 시차를 갖는 고주파 전력을 각각의 전극 패턴(422)에 각각 인가하거나, 서로 상이한 고주파 전력을 각각의 전극 패턴(422)에 각각 인가함으로써, 공진(Harmonic, Resonance)영향을 피하여 플라즈마의 발생을 제어할 수 있다. 플라즈마의 발생을 제어함으로써 기판상에서의 식각이나 성막의 균일도를 개선할 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.

Claims (20)

  1. 기판 처리 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 갖는 챔버;
    상기 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하는 지지 유닛; 및
    상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되,
    상기 플라즈마 생성 유닛은:
    하부 전극 부재;
    상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극 부재; 및
    상기 상부 전극 부재에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하며,
    상기 상부 전극 부재는:
    제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트에 적층되며, 평면에서 바라볼 때 서로 겹치지 않는 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴을 포함하는 전극 패턴을 포함하고,
    상기 고주파 전원은:
    상기 제1 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원; 및
    상기 제2 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 고주파 전원과 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수는 동일하되, 시차를 갖는 것인 기판 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 고주파 전원과 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수는 서로 상이한 것인 기판 처리 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 패턴은 투명 전극으로 제공되는 기판 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 투명 전극은,
    ITO, MnSnO, CNT, ZnO, IZO, ATO, SnO2, IrO2, RuO2, 그래핀, 카본 나노 튜브(CNT), AZO, FTO, GZO, In2O3, MgO, 전도성 고분자, metal nanowire 중 어느 하나 이거나 그 이상의 혼합물질, 또는 다중 중첩에 의하여 이루어진 기판 처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴은 중심이 같고 직경이 상이한 복수개의 링 형상의 조합으로 이루어지는 기판 처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴은 선형의 전극이 나란히 배치되어 이루어지는 기판 처리 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 패턴과 상기 제2 전극 패턴은 전체적으로 보아 복수개의 링 형상을 이루는 복수개의 호 형상들의 조합과, 상기 호 형상들을 잇는 연결선으로 이루어지는 기판 처리 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 투명 소재로 제공되는 기판 처리 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 유전체로 제공되는 기판 처리 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트는 쿼츠 소재로 제공되는 기판 처리 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 처리 공간에 면하는 상기 제1 플레이트의 일면에는 내식각성 소재의 보호층이 더 제공되는 기판 처리 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 전극 부재의 상부에 배치되며, 상기 전극 부재를 투과하여 상기 기판에 가열을 위한 에너지를 조사하는 가열 유닛을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 가열 유닛은,
    플래시 램프, 마이크로파 유닛, 레이저 유닛 중 어느 하나인 기판 처리 장치.
  15. 기판 처리 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 갖는 챔버;
    상기 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하는 지지 유닛; 및
    상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성 유닛을 포함하되,
    상기 플라즈마 생성 유닛은:
    하부 전극 부재;
    상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극 부재; 및
    상기 상부 전극 부재에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하며,
    상기 상부 전극 부재는:
    제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트에 적층되며, 평면에서 바라볼 때 서로 겹치지 않는 복수개의 전극 패턴을 포함하고,
    상기 고주파 전원은:
    상기 복수개의 전극 패턴 중 하나 이상의 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 복수개의 고주파 전원을 포함하는 기판 처리 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 복수개의 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 각각의 주파수는 동일하되, 서로 시차를 갖는 것인 기판 처리 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 복수개의 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 각각의 주파수는 서로 상이한 것인 기판 처리 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 전극 패턴은 투명 전극으로 제공되는 기판 처리 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 투명 전극은,
    ITO, MnSnO, CNT, ZnO, IZO, ATO, SnO2, IrO2, RuO2, 그래핀, 카본 나노 튜브(CNT), AZO, FTO, GZO, In2O3, MgO, 전도성 고분자, metal nanowire 중 어느 하나 이거나 그 이상의 혼합물질, 또는 다중 중첩에 의하여 이루어진 기판 처리 장치.
  20. 기판 처리 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 갖는 챔버;
    상기 처리 공간 내에 배치되며, 기판을 지지하는 지지 유닛;
    상기 처리 공간으로 공급된 공정 가스로부터 플라즈마를 발생시키는 것으로 하부 전극 부재와 상기 하부 전극과 대향되게 배치되는 상부 전극 부재와 상기 상부 전극 부재에 고주파 전력을 인가하는 고주파 전원을 포함하는 플라즈마 생성 유닛; 및
    상기 상부 전극 부재의 상부에 배치되며, 상기 전극 부재를 투과하여 상기 기판에 가열을 위한 에너지를 조사하는 가열 유닛을 포함하되,
    상기 상부 전극 부재는:
    제1 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트에 적층되며, 투명 전극으로 이루어지고, 평면에서 바라볼 때 서로 겹치지 않는 제1 전극 패턴과 제2 전극 패턴을 포함하는 전극 패턴을 포함하고,
    상기 고주파 전원은:
    상기 제1 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제1 고주파 전원; 및
    상기 제2 전극 패턴에 고주파 전력을 인가하는 제2 고주파 전원을 포함하고,
    상기 제1 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력과 상기 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수가 같고 서로 간의 시차를 갖도록 공급하거나, 상기 제1 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력과 상기 제2 고주파 전원이 공급하는 고주파 전력의 주파수가 상이하도록 공급하는 기판 처리 장치.
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