KR101111042B1 - 기판 지지부의 가열 및 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

프로세스 챔버 내부의 기판의 온도를 제어하기 위한 기판 지지 조립체 및 제어 방법이 개시된다. 기판 지지 조립체는 스테인레스 강 물질을 함유하는 열전도체와, 상기 열전도체의 표면 상에 위치하며 그 위의 상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지면과, 상기 열전도체 내부에 매설되는 하나 이상의 가열 요소와, 상기 열전도체 아래에 위치하는 냉각 플레이트와, 스테인레스 강 물질을 함유하며 상기 냉각 플레이트 아래에 위치하고 그리고 상기 열전도체를 구조적으로 지지하도록 되어 있는 베이스 지지 구조체와, 그리고, 상기 냉각 플레이트와 상기 베이스 지지 구조체 사이에 위치하며, 상기 베이스 지지 구조체에 의해 지지되도록 되어 있는 하나 이상의 냉각 채널을 포함한다. 본 발명의 기판 지지 조립체를 포함하는 프로세스 챔버가 또한 개시된다.

Description

기판 지지부의 가열 및 냉각 방법 {HEATING AND COOLING OF SUBSTRATE SUPPORT}
도 1은 CVD 챔버 내의 기판 지지부의 개략적 단면도이며,
도 2는 본 발명의 기판 지지부를 구비한 프로세스 챔버 일 실시예의 개략적 단면도이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프로세스 챔버의 분해 사시도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 챔버 바디의 단면도이며,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 지지 조립체의 분해 사시도이며,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 조립체의 평면도 및 대응 횡단면도이며,
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 서셉터의 평면도이며,
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따라 부착되는 냉각 채널을 구비한 냉각 플레이트의 평면도이며,
도 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지 플레이트의 평면도이며,
도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 조립체의 다른 도면이며,
도 8은 프로세스 챔버 내의 기판의 온도를 제어하는 방법 일 실시예의 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 프로세스 챔버 102: 챔버 바디
104: 기판 지지 조립체 106: 덮개 조립체
108: 접지 프레임 110: 접지 실드
111: 접지 실드 조립체 112: 기판
124: 가열 동력 공급원 132: 가열 요소
152: 챔버 측벽 154: 챔버 바닥
156: 접근 포트 157: 펌핑 포트
158: 쉐도우 프레임 160: 프로세스 체적
162: 챔버 실드 163: 외주부
164: 타겟 165: 중심부
166: 마그네트론 조립체 182: 가스 공급원
184: 전원 186: 벨로즈
187: 샤프트 188: 리프트 기구
190: 제어기 192: 메모리
194: CPU 196: 지지 회로
202: 기판 지지 핀 204, 244, 254: 기판 지지 핀 홀
222: 서셉터 224: 정렬 핀
230: 냉각 플레이트 232: 냉각 채널
234: 서섭터 베이스 지지 구조체 301: 주 몸체부
311: 홈 315: 베이스 지지 비임
317: 측면 지지 비임 319: 크로스 지지 비임
410: 내부 가열 루프 420: 외부 가열 루프
502: 부착 기구 510: 내부 냉각 루프
515: 높이 520: 외부 냉각 루프
530: 유입 채널 540: 유출 채널
550: 전방면 560: 후방면
570: 표면 조질화 물질
본 발명의 실시예는 일반적으로 평판(flat panel) 기판 프로세스에서 이용되는 기판 지지대에 관한 것이다.
액정 디스플레이 또는 평판 디스플레이(FPD)는 컴퓨터 및 텔레비전 모니터, 개인 휴대 정보 단말기(personal digital assistance, PDA), 휴대 전화기, 태양 전지 및 이와 유사한 것과 같은 능동 매트릭스 디스플레이(active matrix display)에 일반적으로 사용된다. 일반적으로 평판 디스플레이는 두 개의 유리판을 포함하고, 이 플레이트는 이들 사이에 끼어있는 액정 물질의 층을 갖는다. 적어도 하나의 유리판은 그 위에 배치된 적어도 하나의 전도성 필름을 포함하고, 이는 전원에 연결된다. 전원으로부터 전도성 필름으로 공급되는 전력은 액정 물질의 배향을 변화시 키고, 이는 평판 디스플레이 위에 텍스트(text) 또는 그래픽과 같은 패턴을 형성한다. 일반적으로 평판 제조에 이용되는 기판은 550mm X 650mm를 초과하는 크기가 큰 것인 경우가 많고, 표면적이 4 ㎡에 이르거나 또는 이를 초과하도록 고안된다. 이와 상응하게 대면적 기판을 처리하도록 이용되는 기판 지지대는 기판의 큰 표면적을 수용할 정도로 크기가 비례해서 크다.
평판 디스플레이를 생산하는데 있어 자주 채택되는 제조 공정은 화학 기상 증착법(CVD) 및 물리 기상 증착법(PVD)을 포함한다. 이들 중, 기판 위에 박막을 증착시키기 위한 플라즈마 화학 기상 증착법(PECVD)은 전구 가스(precusor gas)를 진공 프로세스 챔버로 주입하여 플라즈마로 활성화시킴으로써 대개 실행된다. 도 1은 프로세스 챔버(2)의 개략적인 단면도이고, 프로세스 챔버는 기판을 지지하도록 그 곳에 배치된 서셉터(susceptor, 22) 또는 온도 제어식 기판 지지대를 갖는다. 프로세스 챔버(2)의 상부 근처의 페이스 플레이트(face plate, 52), 블록커 플레이트(blocker plate, 44), 및 가스 입구(14)를 통해 가스 다기관으로 흐르는 반응성 전구 가스는 기판의 표면 위에 한 층의 물질을 형성하기 위해 활성화된다. 측벽에 배치된 개구(10)는 로봇(미도시)이 다수의 기판 지지 핀(24)을 조정함에 의해 프로세스 챔버(2)로부터 그리고 프로세스 챔버로 기판을 전달하고 회수하는 것을 가능하게 한다. 기판 지지 핀(24)은 기판 핀 플레이트(42)에 의해 이동 가능하게 지지되고 서셉터(22)를 통해 통과 가능하며 로봇에 의해 전달되고 회수되는 기판을 수용하도록 위로 이동할 수 있다. 샤프트(20) 및 리프트 기계에 의해 지지되는 것처럼 서셉터(22)는 알루미늄으로 된 하나의 직사각형 플레이트로 역사적으로 만들어 져왔고 열전쌍(thermocouple)을 갖는 매설형 히터(embedded heater)와 전력 공급원(26)으로부터 공급된 에너지에 의해 일반적으로 가열된다.
일반적으로 프로세스 챔버(2)의 서셉터(22)는 상온으로부터 약 500℃ 정도의 고온으로 가열될 수 있고, 서셉터(22)는 적당한 지지대 없이 편향되고 기울어질(deflect and droop) 수 있다. 서셉터에 의해 지지되는 기판은 서셉터에 적합하게 되는 경향이 있고, 따라서 편향도 된다. 결과적으로 가스 다기관(16) 및 기판 사이의 수직 공간은 기판의 중앙부 및 주변부 사이에서 변하며, 결과적으로 큰 정도로 편향 또는 기울어지며(sagging) 그 주변부 근처에 큰 간격이 생긴다. 수직 공간(예를 들어 기판 편향 간격)에서의 차이는 큰 표면의 기판 위에 배치된 증착된 필름의 균일성을 크게 감소시킨다.
물리 기상 증착(PVD) 또는 스퍼터링(sputtering)은 진공 프로세스 챔버에서 수행되는 플라즈마 공정이고, 챔버 바디 또는 접지된 스퍼터 쉴드에 대해 음으로(negatively) 바이어스된 타겟(target)이 가스 혼합물로 된 플라즈마에 노출된다. 가스 혼합물 이온에 의한 타겟의 충돌은 타겟 물질의 원자의 방출을 초래한다. 방출된 원자는 PVD 챔버 내에 배치된 기판 지지대 위에 놓인 기판 위에 증착된 필름의 층으로서 쌓인다.
평판 제조를 위한 PVD 공정은 CVD 공정보다 약 200℃ 낮은 저온 범위에서 작동한다. 따라서 PVD 챔버를 위한 기판 지지대의 가열뿐만 아니라 냉각이 필요하다. PVD 챔버 내부에 플라즈마를 가한 후, 플라즈마로부터의 에너지는 열을 생성하고 이는 기판 및 기판 지지대에 직접 가해진다. 따라서 PVD 챔버 내부의 기판 지 지대 상에 배치된 기판을 처리하기 위해 일시적 온도 증가 또는 스파이크(spike)(예를 들어 150℃로부터 약 30-50℃의 상승)가 문제된다. 이러한 극단적인 온도 변화는 처리되는 기판 위에서 일정한 온도를 유지하기 위해 제어될 필요가 있다. 또한, PVD 챔버의 기판 지지대의 냉각은 스퍼터링 후에 그리고 챔버 부품 유지 동안 필요하다. 그러나 이러한 대면적 기판에 대해, PVD 기판 지지대 내부에서 최고의 냉각 설계의 수행이 매우 양호하지 못 하고 대면적 기판에 걸쳐 국부적 온도 변화를 가져오는 큰 국부적 냉각의 문제가 있다. 결과적으로, 종종 얇은 필름 두께의 오점(spot)이 명백한 필름 두께에서의 변화가 관찰되고 이는 차후의 평판 또는 태양 전지 기구에 이롭지 못하다.
따라서, 바람직한 범위로 일정하게 기판 지지대의 온도를 제어하기 위한 향상된 방법 및 장치가 필요하다.
프로세스 챔버, 기판 지지 조립체, 및 프로세스 챔버 내의 기판의 온도를 제어하는 방법의 실시예들을 제공하고자 한다. 본 발명의 일 실시예에서, 기판 지지 조립체는 스테인레스 강 재료를 포함하는 열 전도성 바디, 열 전도성 바디의 표면 상의 대면적 기판을 지지하는 기판 지지 표면, 열 전도성 바디 내에 삽입되는 하나 이상의 가열 부재, 열 전도성 바디 아래에 위치되는 냉각 플레이트, 열 전도성 바디를 구조적으로 지지하며 냉각 플레이트 아래 위치되는, 스테인레스 강 재료를 포함하는 베이스 지지 구조체, 및 베이스 지지 구조체에 의해 지지되며 냉각 플레이트와 베이스 지지 구조체 사이에 위치되는 하나 이상의 냉각 채널을 포함한다. 다 른 실시예에서, 챔버 바디를 포함하는 프로세스 챔버, 타겟 조립체 및 대면적 기판을 지지하는 기판 지지 조립체를 포함하는 프로세스 챔버가 제공된다.
또 다른 실시예에서, 프로세스 챔버 내의 대면적 기판의 온도를 유지하는 방법은 대면적 기판을 프로세스 챔버의 기판 지지 조립체의 기판 지지 표면 상에 위치시키는 단계를 포함한다. 기판 지지 조립체는 열 전도성 바디, 열전도성 바디의 표면 상의 기판 지지 표면, 하나 이상의 가열 부재, 열 전도성 바디 아래에 위치되는 냉각 플레이트, 냉각 플레이트 아래에 위치되며 열 전도성 바디를 구조적으로 지지하는 베이스 지지 구조체, 및 베이스 지지 구조체에 의해 지지되며 냉각 플레이트와 베이스 지지 구조체 사이에 위치되는 하나 이상의 냉각 채널을 포함한다. 본 발명의 방법은 하나 이상의 가열 부재를 가열함으로써 대면적 기판의 온도를 증가시키는 단계, 하나 이상의 냉각 채널 내부에 냉각 유체를 유동시킴으로써 대면적 기판의 온도를 감소시키는 단계, 및 하나 이상의 냉각 채널 내부에 냉각 유체의 유동률을 제어함으로써 대면적 기판의 온도를 유지시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 전술된 특징들을 보다 잘 이해하기 위해서, 간단하게 전술한 본 발명을 몇몇의 예가 첨부 도면에 도시되어 있는 실시예를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 첨부 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 설명하며 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 본 발명이 다른 동일한 효과의 실시예를 허용할 수 있다는 것을 주목해야 한다. 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 도면에 공통적인 동일한 구성요소를 지시하기 위해 가능하면 동일한 도면부호를 사용하였다.
본 발명은 대면적 기판 상의 프로세스 챔버 내의 기판의 온도를 제어하는 방법 및 기판 지지 조립체를 제공한다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 예시적 프로세스 챔버(100)를 도시하고 있다. 본 발명은 캘리포니아, 산타 클라라에 소재하는 어플라이트 머티어리얼즈 아이엔씨.(Applied Materials, Inc. of Santa Clara California)의 자회사인 에이케이티(AKT)로부터 상용화된 바와 같이, 대면적 기판을 처리하는 물리 기상 증착 프로세스와 관련하여 아래에 기재된다. 그러나, 프로세스 챔버 내의 기판 지지부 상의 온도의 제어가 바람직한 물리 기상 증착, 이온 주입 시스템, 식각 시스템, 화학 기상 증착 시스템, 및 임의의 다른 시스템의 이용을 이해해야 한다.
프로세스 챔버(100)는 프로세스 체적(160)을 형성하는 덮개 조립체(lid assembly; 106), 기판 지지 조립체(104), 및 챔버 바디(102)를 포함한다. 챔버 바디(102)는 일반적으로 챔버 측벽(152) 및 챔버 바닥(154)을 포함한다. 덮개 조립체(106)는 일반적으로 타겟(target; 164) 및 타겟에 연결되는 접지 조립체(111)를 포함한다. 임의로, 덮개 조립체(106)는 처리 중에 타겟 재료의 소비를 높이는 마그네트론 조립체(166)를 포함한다. 마그네트론 조립체의 예는 그중에서도 특히, 선형 마그네트론, 서펜틴 마그네트론(serpentine magnetron), 나선형 마그네트론, 이중 분기형 형식의 마그네트론(double-digitated magnetron), 직사각 나선형 마그네트론을 포함한다.
타겟(164)은 PVD 프로세스 중에 기판(112)의 표면 상에 증착될 수 있는 재료 공급원을 제공한다. 타겟(164) 또는 타겟 플레이트는 증착 종의 코팅을 포함할 수 있거나 증착 종이될 수 있는 재료로 제조될 수 있다. 스퍼터링을 촉진하기 위해, 전원(184)과 같은 고전압 전력공급장치가 타겟(164) 및 기판 지지 조립체(104)에 연결된다.
일반적으로 타겟(164)은 외주부(163)와 중심부(165)를 포함한다. 외주부(163)는 챔버의 챔버 측벽(152) 상에 배치된다. 타겟(164)의 중심부(165)는 돌출될 수 있거나 기판 지지 조립체(104)를 향하는 방향으로 연장될 수 있다. 다른 타겟의 형태도 이용될 수 있는 것으로 생각된다. 예를 들면, 타겟(164)은 원하는 물질이 본딩되거나 부착되는 중심부를 갖는 백킹 플레이트(backing plate)를 포함할 수 있다. 또한, 타겟 물질은 함께 타겟을 형성하는 물질의 인접한 타일 또는 부분을 포함할 수 있다.
기판(112) 상에 물질을 증착하는 스퍼터링 처리중에, 타겟(164)과 기판 지지 조립체(104)는 전원(184)에 의해 서로에 대해 바이어스된다. 불활성 기체 및 다른 기체들, 예를 들면, 아르곤 및 질소와 같은 프로세스 가스는 통상적으로 프로세스 챔버(100)의 챔버 측벽(152)에 형성된 하나 이상의 개구(미도시)를 통하여 가스 공급원(182)으로부터 프로세스 체적(160)으로 공급된다. 프로세스 가스는 플라즈마로 발화되며, 플라즈마 내의 이온들은 타겟(164)을 향하여 가속되어 타겟 물질을 타겟(164)으로부터 입자로 이동되게 한다. 이동된 물질 또는 입자는 적용된 바이어스를 통하여 기판(112)을 향해 끌어 당겨져, 기판(112) 상에 물질 층을 증착한다.
접지 실드 조립체(ground shield assembly; 111)는 접지 프레임(108), 접지 실드(110) 또는 임의의 챔버 실드 부재, 타겟 실드 부재, 암흑 실드(dark space), 암흑 실드 프레임 등을 포함한다. 접지 실드(110)는 프로세스 체적(160) 내에 프로세스 영역을 형성하도록 타겟(164)의 중심부(165)를 둘러싸며, 접지 프레임(108)에 의해 타겟(164)의 외주부(163)에 연결된다. 접지 프레임(108)은 (통상적으로 챔버 측벽(152)을 통하여) 프로세스 챔버(100)의 챔버 본체(102)로 접지 경로를 제공하면서, 타겟(164)으로부터 접지 실드(110)를 전기적으로 절연한다. 접지 실드(110)는 접지 실드(110)에 의해 둘러싸인 영역 내에 플라즈마를 속박하여 타겟 공급 물질이 오로지 타겟(164)의 중심부(165)로부터 이동되도록 보장한다. 또한, 접지 실드(110)는 이동된 타겟 공급 물질을 주로 기판(112) 상에 증착하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이는 증착으로부터 또는 이동된 종 또는 플라즈마로부터의 공격으로부터 챔버 본체(102)의 다른 영역들을 보호할 뿐만 아니라 타겟 물질을 최대한 효과적으로 사용할 수 있게 하여, 챔버의 수명을 늘리고, 세척 또는 챔버 유지에 요구되는 비가동 시간 및 비용을 감소시킨다. 접지 실드(110)는 하나 이상의 워크 피스편(work-piece fragments) 및/또는 하나 이상의 코너 피스(corner pieces)로 형성될 수 있으며, 다수의 이들 워크 피스편 및 코너 피스들은 용접, 아교 접착, 고압 압축 등과 같이, 기술상 공지되어 있는 본딩 프로세스를 이용하여 서로 본딩 접착된다.
일반적으로 기판 지지 조립체(104)는 챔버 본체(102)의 챔버 바닥(154) 상에 배치된다. 기판 지지 조립체(104)는 서셉터(222)와 같은 플레이트형 본체를 포함 할 수 있으며, 플레이트형 본체는 열전도성이 있어서 프로세스 챔버(100) 내에서 기판을 프로세스하는 동안 플레이트형 본체 상에 기판(112)을 지지하고 기판(112)에 대한 온도 제어를 제공한다. 스테인레스 강, 알루미늄 등과 같이 적절한 금속 또는 금속 합금 물질이 사용되어 서셉터(222)의 본체를 제조한다. 서셉터(222)는 예를 들면 알루미늄의 열팽창계수보다 더 낮은 열팽창 계수를 갖는 내열성 금속 물질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 서셉터(222)는 스테인레스 강 물질로 제조된다. 그러나, 다른 적절한 물질이 사용될 수도 있다.
샤프트(187)는 챔버 본체(102)의 챔버 바닥(154)을 관통하여 연장되며 리프트 기구(188)에 기판 지지 조립체(104)를 연결한다. 리프트 기구(188)는 하부 기판 로딩/언로딩 위치 및 상부 기판 프로세스 위치 사이에서 기판 지지 조립체(104)를 이동시키도록 형성된다. 기판 지지 조립체(104)는 도 2에서 중간 위치에 도시되어 있다. 통상적으로 기판 지지 조립체(104)와 챔버 바닥(154) 사이에 벨로즈(186)가 배치되고, 기판 지지 조립체(104)와 챔버 바닥(154) 사이에 가요성 밀봉을 제공하여, 프로세스 체적(160)의 진공 무결성을 유지한다.
도 4는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른 챔버 본체(102)의 부분도이다. 통상적으로 챔버 본체(102)는 단일 알루미늄 블록 또는 용접된 스테인레스 강 플레이트와 같은 금속 또는 금속 합금 물질로 제조된다. 일반적으로 챔버 본체(102), 챔버 측벽(152) 및/또는 챔버 바닥(154)은 접근 포트(156) 및 펌핑 포트(157)와 같은 복수의 개구를 포함한다. 펌핑 포트(157)는 극저온 펌프, 건식 펌프, 러핑 펌프(roughing pump), 터보 펌프, 그 중에서도 프로세스 체적(160) 내의 압력을 배기 하고 제어하는 극저온 펌프와 같은 펌핑 장치(미도시)에 연결된다. 펌핑 장치는 프로세스 챔버(100)의 압력을 고진공 레벨로 유지할 수 있다. 예를 들면, 프로세스 챔버(100)의 압력 레벨은 약 1 토르 이하, 예를 들면, 약 10-3 토르 이하, 약 10-5 토르 내지 약 10-7 토르, 또는 약 10-7 토르 이하로 유지될 수 있다.
접근 포트(156)는 예를 들면, 슬릿 밸브, 게이트 밸브 또는 다른 진공 밀봉 가능한 조립체에 의해 밀봉 가능하며, 클러스터 기판 프로세스 시스템의 이송 챔버에 연결되어 프로세스 챔버(100) 안팎으로 기판(112)(예를 들면, 평판 디스플레이 기판 또는 반도체 웨이퍼)을 유입 및 배출할 수 있다. 또한, 다른 개구가 챔버 측벽(152) 및/또는 챔버 본체(102)의 챔버 바닥(154)에 선택적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 챔버 본체(102)의 챔버 바닥(154)은 접근 포트(156)를 통하여 프로세스 챔버(100)의 안팎으로 이송되는 기판(112)을 지지하는 복수의 기판 지지 핀(202)을 더 포함할 수 있다. 기판 지지 핀(202)은 서셉터(222)가 하부 기판 로딩/언로딩 위치까지 아래로 이동될 때, 서셉터(222) 상에 기판(112)을 지지하기 위하여, 서셉터(222) 상의 복수의 기판 지지 핀홀(204)을 통과할 수 있다. 기판 지지 핀(202)은, 프로세스 챔버(100)의 외부에 배치되며 접근 포트(156)를 통해 유입되는 이송 로봇 또는 다른 이송 기구에 의해 기판(112)의 배치 또는 이동을 용이하게 한다. 일반적으로 기판 지지 핀(202)은 챔버 바닥(154) 상에 부착될 때 길이 "L"을 포함한다. 일 실시예에서, 길이 "L"은 이송 로봇에 의해 기판(112)을 로딩 및 언로딩하기 위한 공간을 제공하기 위하여, 챔버 바 닥(154)과 접근 포트(156) 사이의 높이 "H"보다 더 길다.
기판 지지 핀(202)은 알루미늄, 스테인레스 강 등과 같은 금속 또는 금속 합금 물질로 제조될 수 있다. 대안적으로, 기판 지지 핀(202)은 특히 세라믹 물질, 양극산화 산화알루미늄 물질과 같은 절연재로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 기판 지지 핀(202)은 스테인레스 강 물질로 제조된다. 기판 지지 핀(202)은 결합(mating), 용접 및/또는 기술상 공지되어 있는 다른 정렬 기구를 이용하여 챔버 바닥(154)에 부착되거나 본딩될 수 있다. 예를 들면, 기판 지지 핀(202)은 수나사식 또는 암나사식 정렬을 통해 챔버 바닥(154)에 부착되고 챔버 바닥(154)의 주요 본체 상의 복수의 구멍들에 고정되어, 서셉터(222) 상의 수평화된 위치에 기판(112)을 유지시킬 수 있다. 대안적으로, 기판 지지 핀(202)은 이동 가능한 지지 핀 플레이트에 의해 지지되어, 기판(112)을 상하로 지지하도록 이동될 수 있다. 또한, 기판 지지 핀(202)에 대한 다른 구성 및 위치결정이 이용될 수도 있다.
도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 기판 지지 핀(202)은 기판(112)을 지지하기 위하여, 챔버 바닥(154)의 외주부, 따라서 기판(112)의 둘레에 인접하여 위치될 필요가 있을 수 있다. 그러나 크기가 매우 큰 기판이 기판 지지 핀(202) 및/또는 서셉터(222) 상에 배치되는 경우, 기판 편향 또는 처짐(즉, 기판이 편평하게 배치될 때 수직 위치의 변화)이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 챔버 바닥(154)의 내측부에 인접하여 공간상으로 떨어져 위치된 추가의 기판 지지 핀(202)을 제공한다. 또한, 서셉터(222) 상의 기판 지지 핀 홀(204) 및 기판 지지 핀(220)의 개수와 위치는 기판 지지 조립체(104)의 다른 구성요소들을 방해하지 않는 상태에서 기 판 편향 또는 처짐이 감소될 수 있도록 최적화된다. 일 실시예에서, 기판 지지 핀(202)은 챔버 바닥(154)의 엣지를 따라 균일하게 떨어져 위치설정되고 챔버 바닥(154)의 두 개의 중간 라인(B-B 및 C-C)을 따라 공간적으로 동일한 거리에 분배되도록 구성되어 기판(112)의 변형 및 늘어짐(sagging)을 최소화한다. 도 4는 각각의 위치에서 기판 지지 핀(202)을 위치설정하는 일 예를 보여준다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 쉐도우 프레임(shadow frame; 158) 및 챔버 실드(162)는 챔버 바디(102) 내에 배치될 수 있다. 쉐도우 프레임(158)은 일반적으로 쉐도우 프레임(158)의 중앙을 통하여 노출되는 기판(112)의 일 부분으로 증착을 제한하도록 구성된다. 쉐도우 프레임(158)은 하나의 피스(piece)로 형성될 수 있거나 서로 접착되는 두 개 이상의 워크 피스(work-piece) 조각일 수 있어 기판(12)의 주변부를 둘러싼다.
기판 지지 조립체(104)가 상부 기판 프로세싱 위치로 이동할 때, 기판 지지 조립체(104)에 배치된 기판(112)의 외부 엣지는 쉐도우 프레임(158)과 결합하여 챔버 실드(162)로부터 쉐도우 프레임(158)을 상승시킨다. 기판 지지 조립체(104)가 하부 기판 로딩/언로딩 위치로 이동할 때, 기판 지지 조립체(104)는 챔버 실드(162) 및 액서스 포트(156) 아래 위치설정된다. 그리고나서 기판(112)은 이송 로봇을 이용하여 챔버 측벽(152) 상의 액서스 포트(156)를 통하여 프로세스 챔버(100)로부터 제거되거나 상기 프로세스 챔버(100) 내에 배치될 수 있으며, 이때, 기판(112)은 기판 지지 핀(202)에 의해 일시적으로 지지될 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 프로세스 챔버(100)의 기판 지지 조립체(104)는 장방형 기판을 프로세스하도록 한다. 평판 디스플레이용 장방형 기판의 표면적은 통상적으로 크며, 예를 들면 적어도 약 370 mm X 약 470 mm와 같은 1 ㎡ 이상의 장방형이다. 평판 디스플레이 분야에 대해, 기판(112)은 가시 스펙트럼 내에서 반드시 광학적으로 투명한 물질, 예를 들면 유리 또는 투명한 플라스틱을 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 어떠한 타입 및 크기의 기판 프로세싱에 동일하게 적용가능하다. 본 발명의 기판은 평판 디스플레이 제조를 위해 원형, 사각형, 장방형, 또는 다각형일 수 있다. 또한, 본 발명은 평판 디스플레이(FPD), 가요성 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 가요성 유기 발광 다이오드(FOLED) 디스플레이, 폴리머 발광 다이오드(PLED) 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 유기 박막 트랜지스터, 능동 매트릭스, 수동 매트릭스, 상부 배출 장치, 바닥 배출 장치, 태양 전지, 등과 같은 소정의 제조 장치용 기판에 적용되며 다른 것들 중에서 실리콘 웨이퍼, 유리 기판, 금속 기판, 플라스틱 필름(예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 등), 플라스틱 에폭시 필름 상에 있을 수 있다.
챔버 바디(102) 및 프로세스 쳄버(100)의 관련 부품의 치수는 제한되지 않으며 일반적으로 프로세스 챔버(100)에서 프로세싱되는 기판(12)의 크기 및 치수 보다 비례적으로 더 클 수 있다. 예를 들면, 약 370 mm 내지 약 2160 mm의 폭 및 약 470 mm 내지 약 2460 mm의 길이를 가지는 대형 사각 기판을 프로세싱할 때, 챔버 바디(102)는 약 570 mm 내지 약 2360 mm의 폭 및 약 570 mm 내지 약 2660 mm의 길이를 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 약 1950 mm X 2250 mm의 기판 크기를 프로 세싱할 때, 챔버 바디(102)는 약 2700 mm X 3000 mm의 단면적 치수를 가질 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 제어기(190)는 프로세스 챔버(100)의 다양한 부품과 인터페이스되어 이들을 제어한다. 제어기(190)는 통상적으로 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(194), 지지 회로(196) 및 메모리(192)를 포함한다. CPU(194)는 다양한 챔버, 장치, 및 챔버 주변장치를 제어하기 위한 산업적 설정에서 이용될 수 있는 컴퓨터 프로세서의 소정의 형태 중 하나일 수 있다. 메모리(192), 소정의 소프트 웨어, 및 CPU(194)에 결합되는 컴퓨터 판독 가능한 매체는 국부 또는 원격 메모리 장치를 위한, 램덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 하드 디스크, 플로피 디스크 또는 소정의 다른 형태의 디지탈 저장기와 같은 하나 이상의 용이하게 이용가능한 메모리 장치일 수 있다. 지지 회로(196)는 종래 방식으로 CPU(194)를 지지하기 위해 CPU(194)에 결합된다. 이러한 회로는 캐시, 동력 공급원, 클럭 회로, 입력/출력 회로, 부조립체 등을 포함한다.
유용하게 본 발명이 적용될 수 있는 PVD 챔버는 동시 출원중인 2005년 5월 16일에 출원되고 골루보프스키(Golubovsky)에 의해 발명되고 발명의 명칭이 " PVD 챔버용 그라운드 실드(Ground Shield for a PVD chamber) "인 미국 특허 출원 제 11/131,009호(사건 번호 : AMAT/9566), 호소가와(Hosokawa) 등에 의해 발명되고 발명의 명칭이 " 지정된 PVD 챔버를 이용하는 통합된 PVD 시스템(Integrated PVD System Using Designated PVD Chambers) "인 (사건 번호 : AMAT/10196) 및 이나가와(Inagawa) 등에 의해 발명되고 발명의 명칭이 "강화된 챔버 바닥(Reinforced Chamber Bottom) "인 (사건 번호 : AMAT/10234)에 설명되어 있으며 이들은 본 명세서에서 전체적으로 참조된다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 양태에 따른, 기판 지지 조립체(104)의 분해 사시도이고 도 6은 도 5의 섹션 A-A를 통한 지판 지지 조립체의 단면도이다. 본 발명의 기판 지지 조립체(104)는 서셉터(222), 냉각 플레이트(230), 하나 이상의 냉각 채널(232), 및 서셉터 베이스 지지 구조체(234)를 포함할 수 있다.
본 발명의 서셉터(222)는 하나 이상의 전극 및/또는 가열 동력 공급원(124)에 결합되는 가열 요소(132)를 포함하여 기판 지지 조립체(104) 및 그 위에 위치되는 기판(112)을 약 100℃ 내지 약 200℃ 사이와 같은, 약 60℃ 이상의 미리결정된 온도로 제어가능하게 가열한다. 예를 들면, 하나 이상의 가열 요소(132)는 서셉터(222) 중앙 근처의 하나 이상의 가열 요소(132)의 각각의 단부에 부착되는 컨덕터 리드 와이어(conductor lead wire)를 구비한 절연 물질에 의해 둘러싸이는 저항 가열 코일의 채널 또는 배관으로 제조될 수 있어 샤프트(187)를 통하여 들어가고 나와서 가열 동력 공급원(124)에 연결되어 서셉터(222)의 가열을 조정한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 가열 요소(132)는 서셉터(222) 내에 매설된다. 하나 이상의 가열 요소(132) 각각은 구성이 동일하고 길이 및 서셉터(222) 내의 위치만 달라서 하나 이상의 가열 요소(132)가 큰 치수의 서셉터(222)에 가로질러 매설된다. 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 코일 채널(232), 프로세스 챔버(100)의 냉각 공급원은 서셉터(222)에 매설된 하나 이상의 가열 요소(132), 프로세스 챔버(100)의 가열 요소 아래 별도로 위치설정되어 서로간의 간섭 없이 기판 온도 제어 를 용이하게 한다.
도 7a는 하나 이상의 가열 요소(132)의 하나의 전형적인 구성을 도시하고 있다. 일 예로서, 가열 요소(132A 및 132B)는 샤프트(187)를 통하여 하나 이상의 내부 가열 루프(410) 내의 서셉터(222)의 중앙 영역 둘레의 루프로 들어가서 샤프트(187)를 통하여 배출되며, 가열 요소(132C 및 132D)는 하나 이상의 외부 가열 루프(420) 내의 서셉터(222)의 외주변 둘레를 루핑(loop)할 수 있다. 서셉터(222) 내부의 하나 이상의 가열 요소(132)(예를 들면 가열 요소(132A 내지 132D))의 루팅은 서셉터(222)의 내부 및 외부 영역을 따라 형성되는 이중의 다소 대체적으로 평행한 루프를 제공한다. 이러한 이중 루프 패턴은 서셉터(222)를 가로질러 대체로 축방향 대칭 분포를 위해 제공되며, 기판(112)의 외부 엣지에서 열 손실을 보상한다.
가열 요소(132A 내지 132D)의 내부 가열 루프(410) 및 외부 가열 루프(420)는 균일한 기판 온도 제어를 제공하고 각각의 가열 요소(132A 내지 132D)는 상이한 제어 온도로 작동될 수 있다. 예를 들면, 외부 가열 루프(420)는 더 높은 온도로 작동될 수 있어 서셉터(222)의 외부 엣지에서의 열 손실을 보상한다. 또한, 하나 이상의 열전쌍(도시안됨)은 기판 지지 조립체(104) 내에서 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 두 개의 열전쌍은 서셉터(222)의 외주변부를 위한 하나 및 중앙 영역을 위한 하나와 같이, 서셉터(222) 내에 매설된다. 그러나, 다른 히터 라인 도는 채널 구성도 이용될 수 있다. 예를 들면, 가열 요소(132)는 또한 서셉터(222)의 후방측부에 위치설정되거나 클램프 플레이트에 의해 서셉터(222) 상으로 클램핑될 수 있다.
본 발명의 서셉터(222)는 기판 지지 핀(202)과 정렬된 기판 지지 핀 홀(204)을 포함하며, 기판 지지 조립체(104)를 쉐도우 프레임(158)에 정렬시키는 하나 이상의 정렬 핀(224)과 같은 추가적인 정렬 기구를 더 포함할 수 있다. 가열된 서셉터(222)를 쉐도우 프레임(158), 챔버 측벽(152), 및 기타 챔버 부품으로부터 절연시키기 위해, 정렬 핀(224)은 세라믹 물질, 양극처리된 알루미늄 산화물 물질, 엔지니어링 플라스틱 등의 절연 물질로 제조될 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라, 냉각 플레이트(230)가 서셉터(222) 아래쪽에 위치된다. 냉각 플레이트(230)는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 서셉터(222)와 마주하는 전방면(550), 및 도 7b에 도시된 바와 같이 상기 서셉터 베이스 지지 구조체(234)와 마주하는 후방면(560)을 포함한다. 일반적으로, 냉각 플레이트(230)는 하나 이상의 냉각 채널(232)을 위한 구조적 지지부를 제공하고, 상기 하나 이상의 냉각 채널(232)은 상기 냉각 플레이트(230)의 후방면(560)에 대해 또는 전방면(550)에 대해 위치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 냉각 채널(232)이 냉각 플레이트(230)의 후방면(560)에 대해 그리고 냉각 플레이트(230)와 서셉터 베이스 지지 구조체(234) 사이에 위치된다. 다른 실시예에서, 서셉터(222)와 냉각 플레이트(230) 사이의 열 전달은 냉각 플레이트(230)의 전방면(550)을 통해서 및/또는 냉각 플레이트(230)의 두께를 통해서 제어될 수 있다.
예를 들어, 전방면(550)을 상이한 수직 위치에 배치함으로써, 냉각 플레이트(230)는 서셉터(222) 아래쪽으로 작은 갭(거리)("D")만큼 이격되어 위치될 수 있다. 거리("D")는 약 1mm 내지 약 25mm의 두께를 가진다. 다른 예로서, 냉각 플레 이트(230)의 전방면(550)은 특정 위치에서 표면 조질화 물질(surface roughening material; 570)에 의해 조질화 처리되거나 또는 표면 마감처리부를 포함하여, 가열 및 냉각 온도 제어를 위한 조절가능한 복사율을 추가로 제공할 수 있다. 표면 조질화 물질(570)은 스테인레스 강, 알루미늄, 양극화처리된 알루미늄 산화물 등과 같이 냉각 플레이트(230)와 동일한 물질 또는 상이한 물질일 수 있고, 용접, 샌드 블래스팅 등과 같은 접합 기술을 적용할 수도 있을 것이다. 매끄럽게 마감처리된 표면은 보다 높은 열 전달을 제공할 수 있을 것이며(높은 가열 및 냉각 효율), 거친 표면 및 낮은 열전달에 의해 서셉터(222)의 지나친 냉각을 방지할 수 있다. 표면 조질화 물질(570)은 약 330 내지 약 2000 마이크로-인치의 표면 조도를 제공할 수 있다. 표면 조질화 처리의 한 예가, 본 명세서에서 참조하는 "입자 발생 감소를 위한 프로세스 키트 디자인"이라는 명칭으로 르(Le) 등에 의해 2005년 6월 27일자로 출원되었으며 현재 계류중인 미국 특허 출원 제 11/167,377 호(서류 번호:AMAT/10172)에 개시되어 있다. 결과적으로, 접촉 저항, 복사율, 및 서셉터(222)와 냉각 플레이트(230) 사이의 열전달, 및 그에 따른 본 발명의 기판 지지 조립체(104)의 가열 및 냉각 효율을 제어할 수 있게 된다.
도 7b는 본 발명의 하나 이상의 측면에 따라 하나 이상의 냉각 채널(232)이 부착된 냉각 플레이트(230)의 후방면(560)을 도시한다. 그 대신에, 하나 이상의 냉각 채널(232)이 냉각 플레이트의 전방면(550)에 부착될 수 있다. 다수의 부착 기구(502)를 이용하여 하나 이상의 냉각 채널(232)을 냉각 플레이트(230)에 고정할 수 있다. 하나 이상의 냉각 채널(232)의 직경은 제한적이지 않으며, 약 1mm 내지 약 15mm, 예를 들어 약 9mm 등의 임의의 적절한 직경을 가질 수 있다. 또한, 하나 이상의 냉각 채널(232)은 열 전도성을 제공하는 금속 또는 금속 합금 물질로 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 하나 이상의 냉각 채널(232)은 스테인레스 강 물질로 제조된다. 그러나, 다른 적절한 물질 또는 구성도 이용될 수 있을 것이다.
냉각 유체는 유입 채널(530) 및 유출 채널(540)을 통해서 프로세스 챔버(100)의 샤프트(187) 내외로 채널 유동될 것이다. 또한, 하나 이상의 냉각 채널(232)이 하나 이상의 루프형 구조체로 구성될 수 있으며, 상기 루프형 구조체는 짧은 내측 냉각 루프(510) 및 긴 외측 냉각 루프(520)을 구비한다. 일 실시예에서, 하나 이상의 냉각 채널(232)이 도 7b에 도시된 외측 냉각 루프(520)와 같이 두개의 대향 엣지들의 둘레를 따라 위치되도록 구성된다. 두개의 대향 엣지들로부터의 외측 냉각 루프(520)들이 내측 냉각 루프(510)에 의해서 연결된다.
다른 실시예에서, 외측 냉각 루프(520)들은 가열 요소(231A-132D)의 내측 가열 루프(410)와 외측 가열 루프(420) 사이에서 이격된다. 또한, 내측 냉각 루프(510)는, 가열 요소(132A-132D)의 내측 가열 루프(410)에 의해 둘러싸인 영역에 비해, 서셉터(222)내에서 보다 높은 온도를 나타내고 그에 따라 보다 많은 냉각 채널 분포를 필요로 하는 도 7d에 보다 명확하게 도시된 바와 같이 샤프트(187)에 인접한 냉각 플레이트(230)의 중앙 영역을 통해서 루프를 형성한다. 전반적으로, 내측 냉각 루프(510) 및 외측 냉각 루프(520)는 서로 평행할 수 있다. 또한, 내측 냉각 루프(510) 및 외측 냉각 루프(520)의 이웃하는 루프들은 반대되는 유동 방향을 가지는 루프일 것이다.
또 다른 실시예에서, 냉각 채널(232)의 내측 냉각 루프(510) 및 외측 냉각 루프(520)는 하나 이상의 기판 지지 핀(202)과의 간섭을 피하도록 구성되고, 또 서셉터(222)상의 기판 지지 핀 홀(204) 및 냉각 플레이트(230)상의 하나 이상의 기판 지지 핀 홀(244) 등을 포함하는 하나 이상의 기판 지지 핀 홀로부터 이격되도록 구성된다. 이러한 기판 지지 핀 홀들은 기판 지지 핀(202)들이 통과하도록 구성된다.
물, 냉매, 공기, 기체 물질, 및 기타 적절한 냉각 기체 또는 액체 물질과 같은 냉각 유체가 내부에서 유동하도록 하나 이상의 냉각 채널(232)이 구성된다. 적절한 기체 물질은 청정한 건조 공기, 압축 공기, 여과된 공기, 질소 가스, 수소 가스, 불활성 가스(예를 들어, 아르곤 가스, 헬륨 가스 등), 및 기타 가스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도가 약 30℃ 이하, 예를 들어 약 20℃ 내지 약 25℃인 냉각수를 이용하여 온도 냉각 제어를 제공할 수 있다. 하나 이상의 냉각 채널(232)내로 냉각수를 유동시키는 것은 용이하고, 간편할 뿐만 아니라 유리한데, 이는 물이 열 흡수 비열(Cp, 와트/킬로그램*℃)이 높은 양호한 냉매이기 때문이다.
또한, 기판(112)이 하나 이상의 히팅 요소(132)에 의해 가열되는 기판 프로세싱 중에 및/또는 챔버 아이들링 타임이나 챔버 보수 중에 냉각 효율을 제어하기 위해, 하나 이상의 냉각 채널(232) 내부를 유동하는 냉각 유체를 제어 유량으로 운전할 수 있다. 예를 들어, 약 1 갤런/분(gpm)(예를 들어 약 1gpm 내지 약 2gpm)의 냉각수 유량으로 하나 이상의 냉각 채널(232)내로 냉각수를 유동시킬 수 있다. 결과적으로, 기판 지지 조립체의 충분한 온도 제어가 제공되며, 그에 따라 기판 프로 세싱중에 온도 편차 또는 일시적 온도 급상승부 없이 약 80 내지 약 200℃의 균일한 온도로 기판(112)을 유지시킬 수 있다.
일 실시예에서, RF 플라즈마가 프로세스 챔버(100)내에서 생성될 때 온도 증가 또는 급상승과 같이 기판 프로세싱중에 발생될 수 있는 온도 편차를 보상하도록 그리고 온도를 유지하도록, 하나 이상의 냉각 채널(232)이 구성된다. 다른 실시예에서, 본 발명의 기판 지지 조립체(104) 내부의 냉각 채널(232)로 냉각 유체를 높은 유량으로 공급함으로써 챔버 보수중에 프로세스 챔버(100) 내부의 온도를 급격히 냉각시키기 위한 하나 이상의 냉각 채널(232)이 제공된다.
본 발명의 하나 이상의 측면에 따라, 도 7c는 서셉터 베이스 지지 구조체(234)의 하나의 예시적인 구조를 도시하며, 도 7d는 주요 부품들은 서로의 위쪽에 중첩된 본 발명의 기판 지지 조립체(104)를 평면 도시한다. 일반적으로, 서셉터 베이스 지지 구조체(234)가 서셉터(222) 및 그 상부의 기판(112)에 대한 구조적 지지를 제공하여, 그 서셉터 및 기판이 중력 및 고온에 의해 편향되는 것을 방지하고 서셉터(222)와 기판(112) 사이에 비교적 균일한 접촉이 이루어지도록 한다.
서셉터 베이스 지지 구조체(234)는 주 몸체부(301), 하나 또는 그 이상의 길게 연장된 베이스 지지 비임(315), 다수의 측면 지지 비임(317), 및 다수의 크로스 지지 비임(319)을 포함할 수 있으며, 이는 서셉터(22) 및 하나 또는 그 이상의 냉각 채널(232)을 지지하는데 적합하다. 일 양상에서, 베이스 지지 비임(315), 측면 지지 비임(317) 및 크로스 지지 비임(319)은 충분한 강도의 물질로 제조되어 처리 온도 및 압력 조건 하에서 기판 지지 조립체(104)의 중량 및 형상을 단단하게 지지 하고 유지한다. 일 양상에서, 서셉터 베이스 지지 구조체(234)의 구성 부품은 스테인레스 강으로 제조되어 용접, 모래 분사기(sand blasting), 및 종래 기술에 따른 다른 연결 기술에 의해 조립된다.
하나 또는 그 이상의 냉각 채널(232) 및/또는 냉각 플레이트(230)가 서셉터 베이스 지지 구조체(234) 상에 놓일 수 있는 것으로 이해된다. 하나 또는 그 이상의 냉각 채널(232)이 놓여서 하나 또는 그 이상의 냉각 채널(232)이 프로세스 동안 서로에 대해 상대적으로 움직이지 않도록, 서셉터 베이스 지지 구조체(234)가 다수의 홈(311)을 포함할 수 있음이 고려된다. 추가로, 2개의 베이스 지지 비임(315) 및 4개의 개별적인 측면 지지 비임(317)이 도 7c에 도시되며, 어떠한 개수의 지지 비임도 사용될 수 있는 것으로 이해된다.
다른 양상에서, 도 6에 도시된 바와 같이 주 몸체부(301) 상으로 증가한 높이(515)로서 길게 연장된 베이스 지지 비임(315), 측면 지지 비임(317) 및 크로스 지지 비임(319)의 두께 면에서 강화되어, 충분한 기계적 강도를 얻고 서셉터 베이스 지지 구조체(234)를 위한 구조적 강도를 얻는다. 바람직하게는, 길게 연장된 베이스 지지 비임(315), 측면 지지 비임(317) 및 크로스 지지 비임(319)의 높이(515)는 약 0.4mm 내지 약 3.5mm의 범위이다.
일 실시예에서, 길게 연장된 베이스 지지 비임(315)이 두 개의 대향 가장자리의 주변을 따라서 배치되며 하나 또는 그 이상의 냉각 채널(232)의 외측 냉각 루프(520)로 정렬되고 지지하도록 구성되어, 측면 지지 비임(317) 및 크로스 지지 비임(319)이 길게 연장된 베이스 지지 비임(315) 사이에 위치하고 하나 또는 그 이상 의 냉각 채널(232)의 내측 냉각 루프(510)를 지지하도록 배치된다.
다른 실시예에서, 길게 연장된 베이스 지지 비임(315), 측면 지지 비임(317) 및 크로스 지지 비임(319)은 하나 또는 그 이상의 기판 지지 핀(202)의 간섭을 방지하는데 적합하며, 기판 지지 비임(202)이 서셉터 베이스 지지 구조체(234)의 주 몸체부(301)를 통하도록 구성된 주 몸체부(301) 상의 하나 또는 그 이상의 기판 지지 핀 홀(254)로부터 이격되어 위치하도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 기판 지지 조립체(104)는 서셉터(222), 냉각 플레이트(230) 및 하나 또는 그 이상의 냉각 채널(232)을 위한 간단한 디자인을 제공하여, 정전기적 처크의 사용 없이 기판의 넓은 영역의 온도를 제어하는 기능을 한다. 처크를 진공하도록 기판의 반대 면에 어떠한 압력, 가스 또는 유동의 적용을 함으로써, 넓은 영역의 유리 기판이 유리 파손에 용이하게 이르게 할 수 있다.
도 8은 프로세스 챔버 내에서 기판의 온도를 제어하기 위한 예시적인 방법(800)의 순서도이다. 작동시, 단계(810)에서 기판은 프로세스 챔버 내의 기판 지지 조립체의 서셉터 상에 위치한다. 기판 프로세스 전에 및/또는 프로세스 동안, 단계(820)에서 서셉터 내부에 위치한 하나 또는 그 이상의 가열 부재를 가열함으로써 기판의 온도가 증가한다. 단계(830)에서, 냉각 유체를 하나 또는 그 이상의 냉각 채널(232)과 같은 하나 또는 그 이상의 냉각 채널에 유동시킴으로써, 기판의 온도가 감소한다. 일 실시예에서, 하나 또는 그 이상의 냉각 채널은 가열 부재로부터 공간적으로 분리된다. 다른 실시예에서, 냉각 채널은 냉각 플레이트와 서셉터 베이스 지지 구조체 사이에 그리고 하나 또는 그 이상의 냉각 부재를 구비한 서셉 터 아래에 배치된다.
단계(840)에서, 플라즈마 스퍼터링 전후에 기판의 온도가 일정한 온도 범위 내에서 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 기판의 온도는 기판의 전체 표면에 걸쳐서 약 100℃ 내지 약 150℃ 사이와 같은 약 200℃ 또는 그 이하의 일정한 온도로 유지될 수 있다. 다른 실시예에서 기판(112)의 온도는 일정하게 유지되며, 약 +/- 5℃의 표준화된 온도 변화와 같은 약 +/- 10℃의 표준화된 온도 변화를 갖는다.
예를 들어, 냉각 채널 내의 냉각 유체의 유동률은 기판 프로세스 동안 제어되고 기판의 온도는 플라스마가 기판 상의 타겟 물질을 스퍼터링하는지 여부와 무관하게 온도 스파이크(spike) 또는 변동 없이 일정하게 유지되는데, 이는 플라스마의 에너지로부터 생성된 열이 냉각 채널을 사용하여 냉각될 수 있으며 기판 또는 서셉터의 표면 온도에 영향을 줄 수 없기 때문이다. 작동시, 냉각수 또는 냉각제와 같은 냉각 유체가 예를 들어 냉각 채널(232)과 같은 냉각 채널 내를 유동하며, 냉각 유체의 유동률은 기판(112) 상의 일정 온도를 유지하도록 제어된다.
대안적으로, 기판 지지 조립체의 서셉터 내의 하나 또는 그 이상의 가열 부재의 가열 효율을 제어하고 일정한 유동률로 하나 또는 그 이상의 냉각 채널 내에 유동하는 냉각 유체를 유지함으로써, 기판의 온도가 기판 프로세스 동안 일정하게 유지된다. 예를 들어, 플라스마 또는 플라스마의 에너지로부터 생성된 추가적인 가열이 유발되었는지 여부와 무관하게, 기판의 표면 상에서의 온도 스파이크 및 변동을 방지하도록 기판의 온도가 기판의 전체 표면에 걸쳐서 약 100℃ 내지 약 150℃의 일정한 프로세스 온도로 유지된다. 작동시, 하나 또는 그 이상의 가열 부재 에 제공되는 다양한 파워 레벨을 조절함으로써 하나 또는 그 이상의 가열 부재의 효율이 조절될 수 있다. 그 결과, 하나의 제어 루프는 가열 효율을 조절하기 위한 제어기(190) 내에 소프트웨어의 디자인을 필요로 할 수 있다. 필요하다면, 가열 및 냉각 효율 모두를 조절하기 위한 둘 또는 그 이상의 제어 루프가 채택될 수 있다.
추가로, 가열 부재와 냉각 부재가 하나의 몸체 내에서 구성되는 것에 비교하여, 서로 이격된 각각의 냉각 및 각각의 가열 공급원의 사용이 바람직하다. 예를 들어, 각각의 가열 및 냉각 공급원 구성 부품, 가열 부재 및/또는 냉각 부재는 용이하고 개별적으로 제조될 수 있다. 더욱이, 예를 들어 서셉터(222), 냉각 플레이트(230), 또는 냉각 채널(232)인 각각의 가열 또는 냉각 구성 부품 필요에 따라 용이하게 대체될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 유연하고 신뢰성 있는 기판 지지 조립체를 제공하고 기판 지지 조립체의 가열 및/또는 냉각을 위해서 다양하게 조절 가능한 온도 제어 메커니즘을 제공한다.
본 발명의 기술을 채택하는 소정의 바람직한 실시예가 상세히 도시되고 기술되었으나, 당업자들은 이러한 기술을 채택하는 다른 다양한 실시예들을 용이하게 고안할 수 있다. 본 발명의 실시예가 기재되었으나, 본 발명의 다른 추가적인 실시예가 본 발명의 기술 범위를 벗어나지 않고 고안될 수 있으며, 그 범위는 이하의 청구범위를 통해 개진한다.
본 발명에 따른 방법 및 장치에 의하면, 바람직한 범위 내에서 일정하게 기 판 지지대의 온도를 제어할 수 있다. 특히, 프로세스 챔버 내부의 대면적 기판의 온도를 다양한 범위내에서 일정하게 제어할 수 있으므로, 증착되는 필름의 두께를 균일하게 하여 차후의 프로세스에 바람직한 영향을 줄 수 있다.

Claims (23)

  1. 프로세스 챔버 내부에서 대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체로서;
    스테인레스 강 물질을 함유하는 열전도체와;
    상기 열전도체의 표면 상에 위치하며 그 위의 상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지면과;
    상기 열전도체 내부에 매설되는 하나 이상의 가열 요소와;
    상기 열전도체 아래에 위치하는 냉각 플레이트와;
    스테인레스 강 물질을 함유하며 상기 냉각 플레이트 아래에 위치하고 그리고 상기 열전도체를 구조적으로 지지하도록 되어 있는 베이스 지지 구조체와; 그리고
    상기 냉각 플레이트와 상기 베이스 지지 구조체 사이에 위치하며, 상기 베이스 지지 구조체에 의해 지지되도록 되어 있고, 하나 이상의 내부 냉각 루프 및 하나 이상의 외부 냉각 루프를 포함하는 하나 이상의 냉각 채널
    을 포함하며,
    상기 하나 이상의 냉각 채널의 이웃하는 냉각 루프는 반대 유동 방향으로 유동하는 냉각 유체를 포함하는,
    대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체.
  2. 프로세스 챔버 내부에서 대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체로서;
    스테인레스 강 물질을 함유하는 열전도체와;
    상기 열전도체의 표면 상에 위치하며 그 위의 상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지면과;
    상기 열전도체 내부에 매설되는 하나 이상의 가열 요소와;
    상기 열전도체 아래에 위치하는 냉각 플레이트와;
    스테인레스 강 물질을 함유하며 상기 냉각 플레이트 아래에 위치하고 그리고 상기 열전도체를 구조적으로 지지하도록 되어 있는 베이스 지지 구조체와; 그리고
    상기 냉각 플레이트와 상기 베이스 지지 구조체 사이에 위치하며, 상기 베이스 지지 구조체에 의해 지지되도록 되어 있고, 하나 이상의 내부 냉각 루프 및 하나 이상의 외부 냉각 루프를 포함하는 하나 이상의 냉각 채널
    을 포함하며,
    상기 하나 이상의 가열 요소는 하나 이상의 내부 가열 루프 및 하나 이상의 외부 가열 루프를 포함하며, 상기 하나 이상의 냉각 채널의 상기 하나 이상의 외부 냉각 루프는 상기 하나 이상의 가열 요소의 상기 하나 이상의 내부 가열 루프와 상기 하나 이상의 외부 가열 루프 사이에서 이격되어 있는,
    대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체.
  3. 프로세스 챔버 내부에서 대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체로서;
    스테인레스 강 물질을 함유하는 열전도체와;
    상기 열전도체의 표면 상에 위치하며 그 위의 상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지면과;
    상기 열전도체 내부에 매설되는 하나 이상의 가열 요소와;
    상기 열전도체 아래에 위치하는 냉각 플레이트와;
    스테인레스 강 물질을 함유하며 상기 냉각 플레이트 아래에 위치하고 그리고 상기 열전도체를 구조적으로 지지하도록 되어 있는 베이스 지지 구조체와; 그리고
    상기 냉각 플레이트와 상기 베이스 지지 구조체 사이에 위치하며, 상기 베이스 지지 구조체에 의해 지지되도록 되어 있는 하나 이상의 냉각 채널
    을 포함하며,
    상기 베이스 지지 구조체는 상기 기판 지지면의 2개의 대향 엣지의 주변부를 따라 상기 하나 이상의 냉각 채널 및 상기 열전도체를 지지하도록 위치하는 하나 이상의 베이스 지지 비임을 포함하는,
    대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체.
  4. 프로세스 챔버 내부에서 대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체로서;
    스테인레스 강 물질을 함유하는 열전도체와;
    상기 열전도체의 표면 상에 위치하며 그 위의 상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지면과;
    상기 열전도체 내부에 매설되는 하나 이상의 가열 요소와;
    상기 열전도체 아래에 위치하는 냉각 플레이트와;
    스테인레스 강 물질을 함유하며 상기 냉각 플레이트 아래에 위치하고 그리고 상기 열전도체를 구조적으로 지지하도록 되어 있는 베이스 지지 구조체와; 그리고
    상기 냉각 플레이트와 상기 베이스 지지 구조체 사이에 위치하며, 상기 베이스 지지 구조체에 의해 지지되도록 되어 있는 하나 이상의 냉각 채널
    을 포함하며,
    상기 기판 지지면은 1㎡ 이상의 대면적 사각형 기판을 지지하기 위한 사각형 형태로 되어 있는,
    대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체.
  5. 프로세스 챔버 내부에서 대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체로서;
    스테인레스 강 물질을 함유하는 열전도체와;
    상기 열전도체의 표면 상에 위치하며 그 위의 상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지면과;
    상기 열전도체 내부에 매설되는 하나 이상의 가열 요소와;
    상기 열전도체 아래에 위치하는 냉각 플레이트와;
    스테인레스 강 물질을 함유하며 상기 냉각 플레이트 아래에 위치하고 그리고 상기 열전도체를 구조적으로 지지하도록 되어 있는 베이스 지지 구조체와; 그리고
    상기 냉각 플레이트와 상기 베이스 지지 구조체 사이에 위치하며, 상기 베이스 지지 구조체에 의해 지지되도록 되어 있는 하나 이상의 냉각 채널,
    을 포함하며,
    상기 열전도체와 마주하는 상기 냉각 플레이트의 전방면은 표면 조질화(roughening) 물질을 포함하는,
    대면적 기판을 지지하기 위한 기판 지지 조립체.
  6. 내부에서 대면적 기판을 처리하기 위한 프로세스 챔버로서:
    상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지 조립체로서,
    스테인레스 강 물질을 함유하는 열전도체;
    상기 열전도체의 표면 상에 위치하며 그 위의 상기 대면적 기판을 지지하도록 되어 있는 기판 지지면으로서, 상기 기판 지지면은 평판 디스플레이(FPD), 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 가요성 유기 발광 다이오드(FOLED) 디스플레이, 폴리머 발광 다이오드(PLED) 디스플레이, 액정 디스플레이(LCD), 유기 박막 트랜지스터, 능동 매트릭스, 수동 매트릭스, 상부 발산 장치, 바닥 발산 장치, 태양 전지, 태양 전지판, 및 이들의 조합체로부터 선택된 장치를 조립하기 위해 하나 이상의 대면적 사각형 기판을 지지하도록 구성되어 있는, 기판 지지면;
    상기 열전도체 내부에 매설되는 하나 이상의 가열 요소;
    상기 열전도체 아래에 위치하는 냉각 플레이트;
    스테인레스 강 물질을 함유하며, 상기 냉각 플레이트 아래에 위치하고, 그리고 상기 열전도체를 구조적으로 지지하도록 되어 있는 베이스 지지 구조체; 그리고
    상기 냉각 플레이트와 상기 베이스 지지 구조체 사이에 위치하는 하나 이상의 냉각 채널
    을 포함하는 기판 지지 조립체와;
    측벽 및 챔버 바닥을 갖춘 챔버 바디와; 그리고
    상기 기판 지지 조립체 위에 위치하는 타겟 조립체를 포함하는,
    내부에서 대면적 기판을 처리하기 위한 프로세스 챔버.
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