KR101170761B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 기판 처리 장치는 처리 실 내에 위치된 서셉터에 기판이 높이고, 샤워 헤드가 기판으로 가스를 공급한다. 고주파 전원은 고주파 라인을 통해 샤워 헤드의 제1측면과 연결되고, 가변 커패시터는 전기 라인을 통해 샤워 헤드의 제1측면과 대향하는 제2측면에 연결된다. 전기 라인에는 고주파 전원이 제공되지 않는다.

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AMD METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마를 이용하여 기판을 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
비정질 실리콘 솔라셀(amorphous silicon solar cell), 마이크로결정 솔라셀(microcrystalline solar cell), 박막 다결정 솔라셀(thin film polycrystalline solar cell), 박막 반도체 소자(thin film semiconductor device), 광센서(optical sensor), 반도체 보호 필름(semiconductor protective film), 그리고 디스플레이 장치(display device) 등과 같은 다양한 전자 소자들을 제조하기 위해 기판상에 박막을 형성하기 위한 증착 공정이 요구된다. 이와 같은 증착 공정을 수행하기 위해 플라즈마 화학 기상 증착(plasma chemical vapor deposition) 장치가 사용되고 있다.
일반적인 플라즈마 화학 기상 증착 장치는 용량 결합 플라즈마 방전에 의해 플라즈마를 발생시킨다. 이러한 증착 장치의 처리실 내부에는 2개의 평판 전극들이 소정 간격으로 이격되어 제공된다. 2개의 전극들 중 하나는 접지되고 기판이 놓이는 서셉터로 제공된다. 다른 하나의 전극은 서셉터와 마주보게 위치되며, 고주파 전원과 연결된다.
증착 공정에서 생산성 향상 및 비용 절감을 위해 박막의 증착률을 향상시키는 것은 중요하다. 최근에는 박막의 증착률을 향상시키기 위해 30 내지 300메가 헤르쯔(MHz)의 초단파(VHF, very high frequency)를 전극에 인가한다. 그러나 대면적 솔라 패널(large area solar panel)과 같이 대형 기판에 초단파를 이용하여 플라즈마 공정 수행시 기판의 영역별 증착 균일도가 크게 저하된다.
본 발명은 증착 균일도 및 증착율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 대면적 솔라 패널 등과 같은 대형 기판을 대상으로 증착 공정을 수행할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 처리실; 상기 처리실 내에 위치되며, 기판이 놓이는 서셉터; 상기 처리실 내에 위치되며, 상기 기판으로 가스를 공급하는 샤워 헤드; 고주파 라인을 통해 상기 샤워 헤드의 제1측면과 연결된 고주파 전원; 전기 라인을 통해 상기 샤워 헤드의 제1측면과 대향하는 제2측면과 연결된 가변 커패시터를 포함하되, 상기 전기 라인에는 고주파 전원이 제공되지 않는다.
상기 샤워 헤드는 단일로 제공되고, 상기 샤워 헤드의 제1측면에는 복수의 급전 로드들이 제공되며, 상기 고주파 라인은 상기 급전 로드들과 각각 연결된 고주파 분기 라인들을 가진다.
상기 급전 로드들은 상기 샤워 헤드의 제1측면을 따라 서로 이격하여 제공된다. 상기 샤워 헤드의 제2측면에는 복수의 접속 로드들이 상기 샤워 헤드의 제2측면을 따라 서로 이격하여 제공되며, 상기 전기 라인은 복수의 접속 로드들과 각각 연결된 전기 분기 라인들을 가진다. 상기 급전 로드들과 상기 접속 로드들은 각각 일대일 대응되며, 서로 마주보게 배치된다.
기판 처리 장치는 상기 고주파 전원과 상기 분기 라인들 사이 구간에서 상기 고주파 라인에 제공되는 고주파 정합기를 더 포함한다. 그리고, 상기 전기 라인에 제공되는 가변 인덕터를 더 포함한다.
다른 실시예에 따른 기판 처리 장치는 상기 샤워 헤드는 복수개가 동일 높이에서 서로 이격하여 제공되며, 상기 샤워 헤드들의 제1측면에는 단일의 급전 로드가 각각 제공되고, 상기 샤워 헤드들의 제2측면에는 단일의 접속 로드가 각각 제공되며, 상기 고주파 라인은 상기 급전 로드들과 각각 연결된 고주파 분기 라인들을 가지고, 상기 전기 라인은 상기 접속 로드들과 각각 연결된 분기 전기 라인들을 가진다. 상기 급전 로드들과 상기 접속 로드들은 일대일 대응되어 서로 마주보게 배치된다.
기판 처리 장치는 인접한 상기 샤워 헤드들 사이에 위치되며, 상기 샤워 헤드들을 전기적으로 절연시키는 절연부재를 더 포함한다. 상기 전기 라인에 제공되는 가변 인덕터를 더 포함한다.
상기 서셉터의 상면과 상기 샤워 헤드의 저면 사이 간격은 10mm 이상 20mm 이하이다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은 샤워 헤드의 제1측면에 연결된 급전 로드를 통해 상기 샤워 헤드에 고주파 전력을 인가하고, 상기 샤워 헤드의 제1측면과 대향하는 제2측면에 연결된 가변 커패시터의 크기를 조절하며 상기 샤워 헤드로부터 기판으로 플라스마를 공급하되, 상기 기판으로 플라스마가 공급되는 동안, 상기 가변 커패시터의 용량은 제1공정시간 동안 제1크기로 유지되고, 제2공정시간 동안 상기 제1크기와 상이한 제2크기로 유지된다.
상기 가변 커패시터의 용량이 상기 제1크기로 유지되는 동안, 상기 샤워 헤드의 제1영역은 상기 샤워 헤드의 제2영역보다 플라스마 밀도가 높고, 상기 제2크기로 유지되는 동안, 상기 샤워 헤드의 제1영역은 상기 샤워 헤드의 제2영역보다 플라스마 밀도가 낮다. 상기 제1공정시간과 상기 제2공정시간은 공정시간이 서로 상이하다. 상기 제1영역은 상기 샤워 헤드의 제1측면에 인접하고, 상기 제2영역은 상기 샤워 헤드의 제2측면에 인접한다. 상기 가변 커패시터의 용량은 상기 제1크기와 상기 제2크기가 교대로 반복된다.
상기 급전 로드는 상기 샤워 헤드의 제1측면을 따라 서로 이격하여 복수개 제공되며, 상기 고주파 전력은 상기 급전 로드들에 동시에 인가된다.
상기 고주파 전력은 30MHz 이상 60MHz 이하이다. 상기 기판으로 플라스마가 공급되는 동안, 상기 샤워 헤드가 위치되는 처리실 내부 압력은 1 Torr 이상 10 Torr 이하이다.
상기 가변 커패시터가 설치되고 상기 샤워 헤드의 제2측면와 연결되는 전기 라인에는 고주파 전원이 제공되지 않는다. 상기 샤워 헤드는 단일로 제공되며, 상기 급전 로드는 복수개 제공되어 상기 샤워 헤드의 제1측면을 따라 서로 이격된 지점에서 상기 고주파 전력을 인가한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치는 처리실; 상기 처리실 내에 위치되며, 기판이 놓이는 서셉터; 상기 처리실 내에 위치되며, 상기 기판으로 가스를 공급하는 샤워 헤드; 고주파 라인을 통해 상기 샤워 헤드의 제1측면과 연결된 고주파 전원; 상기 고주파 전원과 상기 샤워 헤드 사이 구간에서 상기 고주파 라인에 설치되는 고주파 정합기; 및 상기 샤워 헤드의 제1측면에 대향하는 제2측면과 연결된 전기 라인에 제공되는 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 적어도 어느 하나를 포함하되, 상기 전기 라인에는 고주파 전원이 제공되지 않는다.
상기 샤워 헤드는 단일로 제공되고, 상기 급전 로드는 복수 개 제공되어 상기 샤워 헤드의 제1측면을 따라 서로 이격하여 배치되며, 상기 고주파 라인은 상기 급전 로드들과 각각 연결된 고주파 분기 라인들을 가진다.
본 발명에 의하면, 기판의 전체 영역에 막이 균일한 두께로 증착될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 전극의 영역에 따라 생성되는 플라스마의 밀도 조절이 가능하므로, 대면적 솔라 패널 등과 같은 대형 기판에 균일한 두께로 막을 증착할 수 있다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 사시도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드를 나타내는 사시도이다.
도 5는 인가된 전력의 주파수에 따라 발생되는 플라스마의 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 가변 커패시터의 용량 크기에 따라 발생되는 플라스마 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 8은 도 7의 기판 처리 장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 9는 도 8의 샤워 헤드를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 서술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 구성 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 사시도이고, 도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는 기판(S)에 대한 증착 공정을 수행한다. 기판 처리 장치(1)는 처리실(100), 서셉터(200), 샤워 헤드(300), 전원 공급부(400), 위상 가변 부재(500), 그리고 가스 분배 부재(600)를 가진다.
처리실(100)은 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 처리실(100)은 바디(110)와 덮개(120)를 가진다. 바디(110)는 상면이 개방된 내부공간(111)을 가지며, 덮개(120)는 바디(110)의 개방된 상면을 덮어 바디 내부(111)를 외부로부터 밀폐시킨다. 바디(110)의 일측벽에는 기판(S)의 반입/반출을 위한 개구가 형성되며, 개구는 슬롯밸브(130)에 의해 개폐된다. 슬롯밸브(130)는 처리실(100) 내부로 기판(S)이 반입될 때, 그리고 기판(S)이 처리실(100) 외부로 반출될 때 개구를 개방한다. 슬롯밸브(130)는 처리실(100) 내에서 기판 처리 공정이 수행되는 동안 개구를 폐쇄한다. 바디(110)의 바닥면에는 배기홀(112)들이 형성되며, 배기홀(112)들은 배기 부재(140)와 연결된다. 배기부재(140)는 공정 진행시 처리실(100) 내부를 감압하여 공정 압력으로 유지시키고, 공정에서 발생된 반응 부산물을 처리실(100) 외부로 배기한다. 배기부재(140)는 배기 펌프(141), 그리고 배기 홀(112)과 배기 펌프(141)를 연결하는 배기 라인(142)으로 제공될 수 있다.
서셉터(200)는 처리실(100) 내부에 위치되며, 기판(S)을 지지한다. 플라스마 공정 처리에 제공되는 기판(S)은 솔라 패널(solar panel)일 수 있다. 또한, 기판(S)은 대면적 기판으로, 가로 및 세로의 길이가 각각 1미터(m)를 초과하는 크기로 제공될 수 있다. 예컨대, 기판(S)은 5세대(1,100×1,300㎜)이상의 크기로 제공될 수 있다. 서셉터(200)의 상면(210)은 대체로 직사각의 형상을 가지고, 기판(S)보다 넓은 면적으로 제공된다. 서셉터(200)는 상면(210)의 높이가 변경되도록 승강될 수 있다. 실시예에 의하면, 서셉터(200)는 기판(S)의 로딩/언로딩시 상승하여 기판(S)의 공정 수행시 위치보다 상면이 높게 위치될 수 있다. 서셉터(200)는 플라스마를 발생시키기 위해 서로 마주보는 두 개의 전극들 중 하나의 전극으로 제공된다. 서셉터(200)는 접지될 수 있다. 서셉터(200)에는 리프트 홀(미도시)들이 서셉터(200)의 상면 및 하면을 관통하여 형성될 수 있다. 리프트 홀들에는 리프트 핀(미도시)들이 제공되며, 리프트 핀들은 리프트 홀들을 따라 승강하여 서셉터(200)상에 기판(S)을 로딩/언로딩한다. 서셉터(200)의 내부에는 히터(미도시)가 제공될 수 있다. 히터는 기판(S)을 가열하여 기판(S)의 온도를 공정온도로 유지시킨다.
서셉터(200)의 상부에는 샤워 헤드(300)가 위치된다. 샤워 헤드(300)는 서로 마주보는 두 개의 전극들 중 다른 하나의 전극으로 제공된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 샤워 헤드를 나타내는 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 샤워 헤드(300)는 대체로 직육면체 형상의 단일의 블럭으로 제공되며, 공정 가스가 유입되는 유입 공간(301)이 내부에 형성된다. 샤워 헤드(300)의 상면 및 저면은 서셉터의 상면에 대응되거나, 그보다 넓은 면적으로 제공될 수 있다. 샤워 헤드(300)의 상면에는 공급홀(302)들이 형성된다. 공급홀(302)들은 가스 분배 부재(600)와 연결되어 유입 공간(301)으로 공정 가스가 공급되는 통로로 제공된다. 샤워 헤드(300)의 저면은 서셉터(200)의 상면과 마주하여 나란하게 제공되며, 서셉터(200)의 상면과 소정 간격을 유지한다. 실시예에 의하면, 샤워 헤드(300)의 저면은 서셉터(200)의 상면과 10mm 내지 20mm 간격으로 유지된다. 일반적으로, 플라스마 방전에 요구되는 방전전압은 처리실(100) 내부의 공정 압력과 두 전극 간의 간격에 비례한다. 따라서, 공정 압력이 높아지면 플라스마 발생을 위한 방전 전압의 크기도 함께 높아진다. 그러나, 방전 전압의 크기를 증가시키는 데에는 현실적인 제한이 있다. 본 발명은 이러한 현실적 제한을 고려하여, 서셉터(200)와 샤워 헤드(300)의 간격을 10mm 내지 20mm로 유지시킨다. 이에 의할 때, 공정 압력을 높이더라도 두 전극(200, 300) 간의 간격이 최소 간격으로 유지되므로, 높은 공정 압력 조건에서도 플라스마 방전에 요구되는 방전 전압을 인가할 수 있다.
샤워 헤드(300)의 저면은 플라스마에 의한 아크(arc) 발생을 방지하기 위하여 그 표면이 양극화(Anodize) 처리될 수 있다. 샤워 헤드(300)의 저면에는 분사홀(303)들이 형성된다. 분사홀(303)들은 서로 이격되어 샤워 헤드(300)의 저면에 균일하게 형성되며, 유입공간(301)에 공급된 공정 가스를 기판(S)으로 공급한다.
샤워 헤드(300)의 유입공간(301)에는 가스 분산판(310)이 제공될 수 있다. 가스 분산판(310)은 샤워 헤드(300)의 내측면과 이격되어 샤워헤드(300)의 저면과 나란하게 배치된다. 가스 분산판(310)은 단일의 판으로 제공되거나, 또는 복수 개의 판들이 동일 높이에서 서로 이격하여 배치될 수 있다. 가스 분산판(310)은 유입 공간(301)으로 유입된 공정 가스가 유입 공간(301)의 각 영역에 균일하게 공급되도록 유입된 가스를 분산시킨다. 분산된 가스는 각 분사홀(303)들로 통해 균일하게 기판(S)으로 공급될 수 있다. 가스 분산판(310)에는 복수의 관통홀(미도시)들이 형성될 수 있으며, 공정가스가 관통홀들을 통해 가스 분산판(310)의 상부에서 하부로 직접 흐를 수 있다.
샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)에는 전원 공급부(400)가 연결된다. 전원 공급부(400)는 샤워 헤드(300)에 고주파 전력을 인가한다. 전원 공급부(400)는 고주파 전원(410), 급전 로드(420), 고주파 정합기(430), 그리고, 고주파 라인(440)을 포함한다. 고주파 전원(410)은 고주파 전력을 발생시킨다. 고주파 전원(410)으로는 RF 전원이 사용될 수 있다.
급전 로드(420)는 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)과 연결된다. 급전 로드(420)는 로드(rod) 형상의 전도체로 제공되며, 샤워 헤드(300)와 전기적으로 연결된다. 실시예에 의하면, 급전 로드(420)는 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)을 따라 서로 이격하여 복수개 제공되며, 동일 높이에서 일렬로 배치된다. 각각의 급전 로드(420a 내지 420d)들은 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)으로 고주파 전력을 인가한다. 급전 로드(420a 내지 420d)들은 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)의 길이방향을 따라 균일 간격으로 고주파 전력을 인가하므로, 샤워 헤드(300)의 전체영역에는 고주파 전력이 균일하게 인가될 수 있다.
고주파 라인(440)은 고주파 전원(410)과 급전 로드(420a 내지 420d)들을 전기적으로 연결한다. 실시예에 의하면, 고주파 라인(440)은 고주파 메인 라인(441)과 고주파 분리 라인(442)들을 가진다. 고주파 메인 라인(441)에는 고주파 전원(410)이 설치되어 고주파 전력이 인가된다. 고주파 분기 라인(442a 내지 442d)들은 각각의 일단이 고주파 메인 라인(441)의 분기단과 연결되고, 타단이 급전 로드(420a 내지 420d)들과 각각 연결된다. 고주파 분기 라인(442a 내지 442d)들은 일대일 대응하여 급전 로드(420a 내지 420d)들과 연결된다. 이에 의하여, 고주파 전력은 각각의 급전 로드(420a 내지 420d)들에 동시에 인가될 수 있다. 고주파 정합기(430)는 고주파 메인 라인(441)에 설치되어, 고주파 전력의 전력 손실을 최소화한다.
샤워 헤드(300)의 제2측면(300b)에는 위상 가변 부재(500)가 연결된다. 샤워 헤드(300)의 제2측면(300b)은 제1측면(300a)과 대향하는 면이다. 위상 가변 부재(500)는 접속 로드(510), 전기 라인(520), 가변 커패시터(530), 그리고 인덕터(540)를 포함한다.
접속 로드(510)는 샤워 헤드(300)의 제2측면(300b)에 연결된다. 접속 로드(510)는 로드 형상의 전도체로 제공되며, 샤워 헤드(300)와 전기적으로 연결된다. 실시예에 의하면, 접속 로드(510)는 샤워 헤드(300)의 제2측면(300b)을 따라 서로 이격하여 복수개 제공되며, 동일 높이에서 일렬로 배치된다. 각각의 접속 로드(510a 내지 510d)들은 급전 로드(420a 내지 420d)들과 일대일 대응하여 서로 마주하도록 배치된다. 각각의 접속 로드(510a 내지 510d)들에는 샤워 헤드(300)에 인가된 고주파 전력이 전달된다. 접속 로드(510a 내지 510d)는 전기 라인(520)과 연결된다. 전기 라인(520)은 메인 전기 라인(521)과 복수개의 분기 전기 라인(522)들을 가진다. 메인 전기 라인(521)에는 가변 커패시터(530)와 인덕터(540)가 제공되며, 끝단이 접지된다. 분기 전기 라인(522a 내지 522d)들은 각각의 일단이 접속 로드(510a 내지 510d)들과 연결되고, 타단이 메인 전기 라인(521)의 분기단과 연결된다. 분기 전기 라인(522a 내지 522d)들은 일대일 대응하여 접속 로드(510a 내지 510d)들과 연결된다. 가변 커패시터(530)는 마주하는 한 쌍의 전극판들 사이의 간격 조절을 통해 저장할 수 있는 전압과 전하의 용량을 조절할 수 있다. 인덕터(540)는 고정 인덕터 또는 가변 인덕터가 제공될 수 있다.
가스 공급 부재(600)는 샤워 헤드(300)의 유입공간(301)으로 공정 가스를 공급한다. 가스 분배 부재(600)는 하우징(610), 유입 포트(620), 그리고 연결관(630)들을 가진다. 하우징(610)은 얇은 판 형상으로 제공되며, 내부에 공간(611)이 형성된다. 하우징(610)은 샤워 헤드(300)의 상부에 위치되며, 샤워 헤드(300)와 나란하게 배치된다. 하우징(610)의 상면에는 유입 포트(620)가 연결된다. 유입 포트(620)는 관 형태로 제공되며, 처리실(100)의 덮개(120)를 관통하여 하우징(610)과 연결된다. 공정 가스는 유입 포트(620)를 통하여 하우징(610)의 내부 공간(620)으로 유입된다. 연결관(630)들은 하우징(610)과 샤워 헤드(300) 사이에 위치되며, 하우징(610)의 내부공간(611)과 샤워 헤드(300)의 유입공간(301)을 연결한다. 연결관(630)들은 서로 이격하여 복수개 제공된다. 실시예에 의하면, 연결관(630)들은 상부에서 바라볼 때, 복수의 행과 열을 가진 격자 모양으로 배치될 수 있다. 상술한 구조에 의하여, 처리실(100) 외부에 저장된 공정 가스는 유입 포트(620)를 통해 하우징(610)의 내부공간(611)으로 공급되고, 하우징(610)의 내부공간(611)에서 일시적으로 머무른 후, 연결관(630)들을 통해 샤워 헤드(300)의 유입공간(301)으로 공급된다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 기판 처리 장치를 이용하여 기판에 대한 증착 공정을 수행하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
기판(S)이 서셉터(200)의 상면(210)에 로딩되면, 처리실(100)의 내부가 외부와 밀폐된다. 서셉터(200)의 상면과 샤워 헤드(300)의 저면은 10mm 내지 20mm 간격으로 유지된다. 배기 부재(140)는 처리실(100) 내부 공기를 외부로 배기하여 처리실(100) 내부를 감압한다. 실시예에 의하면, 배기 부재(140)의 감압에 의하여 처리실(100) 내부 압력은 1 Torr 이상 10 Torr 이하로 유지된다. 이는 플라스마 증착 공정에서 처리실(100) 내부 압력이 일반적으로 1 Torr미만으로 유지되는 것에 비하여 상대적으로 고압 상태이다. 처리실(100) 내부 압력이 1 Torr미만으로 유지되는 경우, 발생된 플라스마 이온의 평균 자유 행로(Mean Free Path)가 길어져 이온 충돌에 의한 데미지(Mamage)가 박막에 발생된다. 그러나, 처리실(100) 내부 압력이 1 Torr 이상으로 유지되는 경우, 플라스마 이온의 평균 자유 행로가 짧아져 이온 충돌로 인한 데미지 발생이 예방될 수 있다. 이에 의하여, 증착되는 박막의 품질이 향상된다.
처리실(100) 내부 압력이 상기 압력으로 유지되면, 가스 공급 부재(600)로부터 샤워 헤드(300)의 유입 공간(301)으로 공정 가스가 공급된다. 샤워 헤드(300)의 유입공간(301) 내 공정 가스는 분사홀(303)들을 통해 서셉터(200)와 샤워 헤드(300) 사이 공간으로 공급된다.
공정 가스가 공급되는 동안, 샤워 헤드(300)에 고주파 전력이 인가된다. 고주파 전력은 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)에 연결된 급전 로드(420)를 통해 샤워 헤드(300)에 인가된다. 실시예에 의하면, 인가되는 고주파 전력은 30MHz 이상 60MHz 이하의 주파수를 유지한다. 인가된 고주파 전력에 의해 서셉터(200)와 샤워 헤드(300) 사이 공간에 머무르는 공정 가스는 해리되어 플라스마 상태로 된다.
도 5는 인가된 전력의 주파수에 따라 발생되는 플라스마의 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참조하면, 인가된 고주파수 전력(A)은 저주파수의 전력(B)에 비하여 전체적으로 높은 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그러나, 고주파수 전력(A)에 의해 발생되는 플라스마는 전극의 영역에 따라 밀도차가 큰 문제가 있다. 이러한 밀도차는 기판에 증착되는 박막의 두께를 불균일하게 한다.
본 발명은 고주파 전력의 인가로 발생하는 플라스마의 밀도차를 해결하기 위하여, 샤워 헤드의 제2측면에 연결된 가변 커패시터의 용량 크기를 조절한다. 가변 커패시터의 용량 변화에 따라 상대적으로 높은 밀도의 플라스마가 발생되는 영역이 변경될 수 있다.
도 6은 가변 커패시터의 용량 크기에 따라 발생되는 플라스마 밀도를 나타내는 그래프이다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 가변 커패시터(530)의 용량 크기에 따라 주파수 위상이 이동되어 발생되는 플라스마의 밀도가 높은 영역의 위치가 이동된다. 실시예에 의하면, 가변 커패시터(530)의 용량이 제1크기(A)로 유지되는 경우, 샤워 헤드(300)의 제1영역(X1)은 제2영역(X2)보다 플라스마 밀도가 높게 형성된다. 그리고, 가변 커패시터(530)의 용량이 제2크기(B)로 유지되는 경우, 샤워 헤드(300)의 제2영역(X2)은 제1영역(X1)보다 플라스마 밀도가 높게 형성된다. 제1크기(A)와 제2크기(B)는 서로 상이하다. 샤워 헤드(300)의 제1영역(X1)은 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)에 인접한 영역이고, 제2영역(X2)은 샤워 헤드(300)의 제2측면(300b)에 인접한 영역이다. 가변 커패시터(530)는 기판(S)으로 플라스마가 공급되는 제1공정시간 동안 제1크기(A)로 유지되고, 제2공정시간 동안 제2크기(B)로 유지된다. 이에 의하여, 제1공정시간과 제2공정시간이 경과하는 동안 플라스마는 샤워 헤드(300)의 전체영역에 걸쳐 균일한 밀도(A+B)로 발생하며, 기판(S)의 전체영역에는 균일한 두께의 박막이 증착된다.
기판(S)으로 플라스마가 공급되는 동안, 커패시터(530)의 용량은 제1크기(A)와 제2크기(B)가 교대로 반복될 수 있다. 그리고, 제1공정시간은 제2공정시간보다 짧거나 길 수 있다. 이러한, 공정 조건의 변경은 상대적으로 높은 밀도의 플라스마가 발생되는 위치 및 발생되는 플라스마의 밀도차를 고려하여 사용자가 공정조건을 다양하게 변경할 수 있다.
실시예에 의하면, 급전 로드(420)는 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)의 길이방향을 따라 서로 이격하여 복수개 제공되고, 각각의 급전 로드들(420)에 고주파 전력이 동시에 인가된다. 복수의 고주파 전력들은 일정 거리를 두고 샤워 헤드(300)에 동시에 인가되므로, 플라스마는 샤워 헤드(300)의 제1측면(300a)의 길이방향을 따라 균일한 밀도로 발생될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 평면도이고, 도 8은 도 7의 기판 처리 장치의 내부 구성을 개략적으로 보여주는 단면도이고, 도 9는 도 8의 샤워 헤드를 나타내는 사시도이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 샤워 헤드(300)는 상기 실시예와 달리 복수개가 제공된다. 샤워 헤드(300a 내지 300d)들은 동일한 높이에서 제1방향(11)으로 서로 이격하여 제공되며, 각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들은 그 길이방향이 제2방향(12)과 나란하게 배치된다. 제2방향(12)은 상부에서 바라볼 때, 제1방향(11)에 수직한 방향이며, 각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들은 제1방향(11)과 나란한 측면의 폭보다 제2방향(12)에 나란한 측면의 폭이 상대적으로 길게 제공된다. 제1방향(11) 및 제2방향(12)에 수직한 방향을 제3방향(13)이라 한다. 샤워 헤드(300a 내지 300d)들은 각각 동일한 크기 및 형상을 가진다. 각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들은 서셉터(200)의 상면보다 작은 면적의 저면을 가지며, 복수개의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들이 서로 조합되어 서셉터(200)의 상면에 대응하는 저면을 형성한다. 샤워 헤드(300a 내지 300d)들의 내부에는 유입 공간(301a 내지 301d)이 각각 형성되며, 그 저면에는 분사홀(303a 내지 303d)들이 서로 이격하여 균일하게 형성된다. 샤워 헤드(300a 내지 300d)들의 상면에는 연결관(630)들이 각각 연결되어 유입공간(301a 내지 301d)으로 공정 가스를 공급한다.
샤워 헤드들(300a 내지 300d)의 제1방향(11)과 나란한 제1측면(A1 내지 A4)에는 각각 급전 로드(420a 내지 420d)가 연결된다. 각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들에는 단일의 급전 로드(420a 내지 420d)가 연결된다. 급전 로드(420a 내지 420d)들은 고주파 라인(440)을 통해 고주파 전원(410)과 연결되며, 고주파 전원(401)에서 발생된 고주파 전력을 각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)에 인가한다. 샤워 헤드(300a 내지 300d)들의 제1측면(A1 내지 A4)과 나란한 제2측면(B1 내지 B4)에는 단일의 접속 로드(510a 내지 510d)가 각각 연결된다. 접속 로드(510a 내지 510d)들은 전기 라인(520)을 통해 가변 커패시터(530)와 연결된다. 각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들에서 급전 로드(420a 내지 420d)와 접속 로드(520a 내지 520d)는 일대일 대응되며, 서로 마주보도록 배치된다.
인접한 샤워 헤드(300a 내지 300d)들 사이에는 절연 부재(330a 내지 330c)가 각각 제공된다. 절연부재(330a 내지 330c)들은 인접한 샤워 헤드(300a 내지 300d)들의 서로 마주하는 측면 사이에 제공된다. 절연 부재(330a 내지 330c)는 절연 재질로 제공되며, 인접한 샤워 헤드(300a 내지 300d)들을 전기적으로 절연시킨다. 도 1에 도시된 샤워 헤드(300)와 같이, 복수개의 급전 로드(420a 내지 420d)들을 통해 단일의 샤워 헤드(300)에 고주파 전력들이 동시에 인가되는 경우, 인가된 고주파 전력들은 접속 로드(510a 내지 510d)들에 전달되는 과정에서 교란될 수 있다. 그러나, 본 실시예에는 각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들에 단일의 급전 로드(420a 내지 420d)가 연결되고, 인접한 샤워 헤드(300a 내지 300d)들 간에 절연부재(330a 내지 330c)가 제공되어 샤워 헤드(300a 내지 300d)들은 서로 전기적으로 절연되므로, 샤워 헤드(300a 내지 300d)에 인가된 고주파 전력은 인접한 샤워 헤드(300a 내지 300d)에 인가된 고주파 전력과 교란되는 것이 방지될 수 있다.
각각의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들로 인가된 고주파 전력은 샤워 헤드(300a 내지 300d)들과 서셉터(200) 사이에 머무르는 공정 가스를 해리시켜 플라스마를 생성한다. 생성되는 플라스마의 밀도는 제2방향(12)으로 샤워 헤드(300a 내지 300d)의 영역에 따라 차이가 발생한다. 실시예에 의하면, 가변 커패시터(530)의 용량이 제1크기를 유지하는 경우 샤워 헤드(300a 내지 300d)의 제1영역에서 생성되는 플라스마 밀도가 제2영역에서 생성되는 플라스마 밀도보다 높다. 그리고, 가변 커패시터(530)의 용량이 제2크기를 유지하는 경우 샤워 헤드(300a 내지 300d)의 제2영역에서 생성되는 플라스마 밀도가 제1영역에서 생성되는 플라스마 밀도보다 높다. 가변 커패시터(530)는 제1공정시간 동안 제1크기로 유지되고 제2공정시간 동안 제2크기로 유지된다. 이에 의하여, 제1공정시간 및 제2공정시간이 경과하는 동안, 샤워 헤드(300a 내지 300d)의 제1영역 및 제2영역에서 생성된 플라스마의 전체 밀도가 균일하게 된다. 또한, 제1방향(11)으로 배치된 복수의 샤워 헤드(300a 내지 300d)들에는 고주파 전력이 동시에 인가되고, 절연부재(330a 내지 330c)에 의해 인접한 샤워 헤드(300a 내지 300d)들에 인가된 고주파 전력간에는 교란이 발생되지 않으므로, 제1공정시간 및 제2공정시간 동안 제1방향(11)으로 플라스마가 균일한 밀도로 형성될 수 있다. 이와 같이, 제1공정시간과 제2공정시간 동안, 샤워 헤드(330a 내지 330c)들의 제1방향(11) 및 제2방향(12)으로 플라스마가 균일한 밀도로 형성되므로, 박막이 균일한 두께로 기판에 증착될 수 있다.
상기 실시예에서는 가변 커패시터의 용량 크기 변화에 의해 형성되는 플라스마의 밀도가 샤워 헤드의 영역에 따라 상이한 것으로 설명하였으나, 이와 달리, 플라스마의 밀도는 가변 인턱터의 용량 크기 변화에 의해 샤워 헤드의 영역에 따라 상이하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 가변 커패시터와 가변 인덕터가 함께 설치되는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 가변 커패시터 및 가변 인덕터 중 어느 하나가 제공될 수 있다. 또한, 가변 커패시터는 고정 인턱터와 함께 설치될 수 있으며, 가변 인덕터는 고정 커패시터와 함께 설치될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나태 내고 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 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 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.
100: 처리실 200: 서셉터
300: 샤워 헤드 400: 전원 공급부
410: 고주파 전원 420: 급전 로드
430: 고주파 정합기 440: 고주파 라인
500: 위상 가변 부재 510: 접속 로드
520: 전기 라인 530: 가변 커패시터
540: 인덕터 600: 가스 분배 부재

Claims (24)

  1. 처리실;
    상기 처리실 내에 위치되며, 기판이 놓이는 서셉터;
    상기 처리실 내에 위치되며, 상기 기판으로 가스를 공급하는 샤워 헤드;
    고주파 라인을 통해 상기 샤워 헤드의 제1측면과 연결된 고주파 전원;
    전기 라인을 통해 상기 샤워 헤드의 제1측면과 대향하는 제2측면과 연결된 가변 커패시터를 포함하되,
    상기 전기 라인에는 고주파 전원이 제공되지 않으며,
    상기 샤워 헤드의 제1측면에는 복수의 급전 로드들이 제공되며,
    상기 고주파 라인은 상기 급전 로드들과 각각 연결된 고주파 분기 라인들을 가지고,
    상기 샤워 헤드의 제2측면에는 복수의 접속 로드들이 상기 샤워 헤드의 제2측면을 따라 서로 이격하여 제공되며,
    상기 전기 라인은 복수의 접속 로드들과 각각 연결된 전기 분기 라인들을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 급전 로드들은 상기 샤워 헤드의 제1측면을 따라 서로 이격하여 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 급전 로드들과 상기 접속 로드들은 각각 일대일 대응되며, 서로 마주보게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 전원과 상기 분기 라인들 사이 구간에서 상기 고주파 라인에 제공되는 고주파 정합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 라인에 제공되는 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 복수개가 동일 높이에서 서로 이격하여 나란하게 배치되며,
    상기 샤워 헤드들의 제1측면에는 상기 급전 로드가 하나씩 각각 제공되고, 상기 샤워 헤드들의 제2측면에는 상기 접속 로드가 하나씩 각각 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 급전 로드들과 상기 접속 로드들은 일대일 대응되어 서로 마주보게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    인접한 상기 샤워 헤드들 사이에 위치되며, 상기 샤워 헤드들을 전기적으로 절연시키는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 전기 라인에 제공되는 인덕터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 서셉터의 상면과 상기 샤워 헤드의 저면 사이 간격은 10mm 이상 20mm 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 샤워 헤드의 제1측면에 연결된 급전 로드를 통해 상기 샤워 헤드에 고주파 전력을 인가하고, 상기 샤워 헤드의 제1측면과 대향하는 제2측면에 연결된 가변 커패시터의 크기를 조절하며 상기 샤워 헤드로부터 기판으로 플라스마를 공급하되,
    상기 기판으로 플라스마가 공급되는 동안, 상기 가변 커패시터의 용량은 제1공정시간 동안 제1크기로 유지되고, 제2공정시간 동안 상기 제1크기와 상이한 제2크기로 유지되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터의 용량이
    상기 제1크기로 유지되는 동안, 상기 샤워 헤드의 제1영역은 상기 샤워 헤드의 제2영역보다 플라스마 밀도가 높고,
    상기 제2크기로 유지되는 동안, 상기 샤워 헤드의 제1영역은 상기 샤워 헤드의 제2영역보다 플라스마 밀도가 낮은 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1공정시간과 상기 제2공정시간은 공정시간이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1영역은 상기 샤워 헤드의 제1측면에 인접하고, 상기 제2영역은 상기 샤워 헤드의 제2측면에 인접한 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터의 용량은 상기 제1크기와 상기 제2크기가 교대로 반복되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 급전 로드는 상기 샤워 헤드의 제1측면을 따라 서로 이격하여 복수개 제공되며,
    상기 고주파 전력은 상기 급전 로드들에 동시에 인가되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 고주파 전력은 30MHz 이상 60MHz 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판으로 플라스마가 공급되는 동안, 상기 샤워 헤드가 위치되는 처리실 내부 압력은 1 Torr 이상 10 Torr 이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  21. 제 13 항에 있어서,
    상기 가변 커패시터가 설치되고 상기 샤워 헤드의 제2측면와 연결되는 전기 라인에는 고주파 전원이 제공되지 않는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  22. 제 13 항에 있어서,
    상기 샤워 헤드는 단일로 제공되며,
    상기 급전 로드는 복수개 제공되어 상기 샤워 헤드의 제1측면을 따라 서로 이격된 지점에서 상기 고주파 전력을 인가하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  23. 삭제
  24. 삭제
KR1020100107822A 2010-11-01 2010-11-01 기판 처리 장치 및 방법 KR101170761B1 (ko)

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