KR101841034B1 - 프로세스 챔버가 구비된 플라즈마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 플라즈마 장치는 플라즈마가 형성되며 상기 플라즈마에 의해 가공되는 기판이 내부에 수용되는 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버의 내부에 배치된 척 유니트; 상기 척 유니트 상에 놓이며 복수의 기판이 서로 이격되어 탑재되는 트레이; 상기 척 유니트에 대면하게 설치되고, 고주파 전력이 입력되면 상기 프로세스 챔버 내에 상기 플라즈마를 여기시키는 전자기장을 생성하는 안테나 유니트;를 포함할 수 있다.

Description

프로세스 챔버가 구비된 플라즈마 장치{PLASMA DEVICE}
본 발명은 웨이퍼 등의 기판을 플라즈마 처리하는 장치에 관한 것이다.
반도체에 사용되는 웨이퍼(wafer)나 LCD에 사용되는 유리 기판 등의 표면에 미세 패턴을 형성하는 표면 처리 기술에 있어서 플라즈마(Plasma)의 생성 기술은, 반도체에서는 미세 회로 선폭에 따라서, 유리기판을 사용하는 LCD분야에서는 크기에 따라서, 플라즈마 생성원의 발전을 이루어왔다.
반도체용 wafer 처리 기술에 사용되는 플라즈마 소오스의 대표적인 방법으로는 평행 평판형 형태의 플라즈마 방식인 용량 결합 플라즈마(capacitive coupling Plasma, CCP)와 안테나 코일에 의해 유도되는 유도 결합 플라즈마(Inductive coupling Plasma, ICP)방식으로 발전되어 왔다. 전자는 일본의 TEL(Tokyo electron)사와 미국의 LRC(Lam Research)사 등에 의해서 발전되어 왔으며, 후자는 미국의 AMT(Applied Materials)사와 LRC사에 의해 발전, 적용되고 있는 상황이다.
플라즈마 처리에는 장시간이 소요되므로, 생산성이 낮은 문제가 있다.
한국등록특허공보 제0324792호에는 고주파 전력에 저주파 전력에 의한 변조를 가하는 기술이 개시되고 있으나, 기판의 플라즈마 처리 공정을 고속화하고 대량화하는 방안은 나타나지 않고 있다.
한국등록특허공보 제0324792호
본 발명은 기판의 플라즈마 처리를 고속 또는 대량으로 수행할 수 있는 플라즈마 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 플라즈마 장치는 플라즈마가 형성되며 상기 플라즈마에 의해 가공되는 기판이 내부에 수용되는 프로세스 챔버; 상기 프로세스 챔버의 내부에 배치된 척 유니트; 상기 척 유니트 상에 놓이며 복수의 기판이 서로 이격되어 탑재되는 트레이; 상기 척 유니트에 대면하게 설치되고, 고주파 전력이 입력되면 상기 프로세스 챔버 내에 상기 플라즈마를 여기시키는 전자기장을 생성하는 안테나 유니트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 장치는 기판이 실린 채로 이송되는 트레이를 포함할 수 있다.
이때, 트레이는 탑재되는 기판의 개수 또는 기판의 규격에 적응적으로 형성될 수 있다. 따라서, 챔버에 수용되는 기판의 개수 또는 기판의 규격에 맞춰 척 유니트를 교체하거나 척 유니트에 고정 장착되는 장착 수단을 교체할 필요가 없다. 사용자는 기판과 함께 이송되는 트레이를 챔버의 외부에서 기판에 맞춰 교체하는 것으로, 다양한 개수, 다양한 규격의 기판을 동일한 챔버를 이용해서 플라즈마 처리할 수 있다.
트레이에 따르면, 챔버 내에서 플라즈마 처리되는 복수의 기판이 한번에 이송되므로, 기판의 이송에 소모되는 시간이 최소화될 수 있다. 따라서, 기판의 이송 시간까지 포함된 전체 플라즈마 처리 시간이 단축될 수 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 안테나 유니트를 나타낸 개략도이다.
도 3은 트레이를 나타낸 사시도이다.
도 4는 척 유니트와 트레이를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 이송 로봇을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 플라즈마 장치를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 받침대를 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 다른 안테나 유니트를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 다른 플라즈마 장치를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 플라즈마 장치는 프로세스 챔버(110), 척 유니트(190), 트레이(90), 안테나 유니트(130), 이송 로봇(210)을 포함할 수 있다.
프로세스 챔버(110) 내부에는 플라즈마에 의해 가공(증착, 식각, 세척)되는 기판(10)이 수용될 수 있다. 프로세스 챔버(110) 내부에는 안테나 유니트(130)에 의해 유도 결합 플라즈마(Inductive coupling Plasma, ICP) 또는 용량 결합 플라즈마(capacitive coupling Plasma, CCP)가 형성될 수 있다.
안테나 유니트(130)는 척 유니트(190)에 대면하게 설치되고, 전력부(170)로부터 제공된 고주파 전력이 연결되면 프로세스 챔버(110)에 전자기장 또는 전하를 인가할 수 있다. 안테나 유니트(130)에 인가된 전자기장 또는 전하는 프로세스 챔버(110) 내부에 플라즈마를 여기시킬 수 있다. 안테나 유니트(130)에는 고주파 전력이 입력되는 입력 단자(138), 안테나 유니트(130)를 접지시키는 접지 단자(139)가 마련될 수 있다.
프로세스 챔버(110)에는 기판(10)이 수용되는 수용 공간이 마련되며, 해당 수용 공간은 플라즈마 공정시 외부로부터 폐쇄될 수 있다. 프로세스 챔버(110)에 이송 로봇(210)이 출입하는 출입구가 마련된 경우, 프로세스 챔버(110) 또는 이송 로봇(210)이 설치된 운반 챔버(220)에는 프로세스 챔버(110)의 출입구를 개폐하는 게이트 밸브 또는 개폐부(221)가 마련될 수 있다.
아르곤(Ar) 가스와 같이 플라즈마를 활성화시키는데 적당한 반응 가스가 가스 채널 또는 가스판을 통하여 프로세스 챔버(110) 내에 공급될 수 있다.
프로세스 챔버(110)의 수용 공간에 연결된 펌프(PUMP)에 의해 프로세스 챔버(110) 내부는 진공 상태가 될 수 있다.
프로세스 챔버(110)의 상부는 석영 유리판 등의 덮개(111)로 덮여 밀봉될 수 있으며, 덮개(111)와 프로세스 챔버(110)의 사이에는 오링(113)이 개재될 수 있다.
유도 결합 플라즈마(Inductive coupling Plasma, ICP) 방식의 경우 안테나 유니트(130)는 프로세스 챔버(110)의 외부에 위치할 수 있다. 용량 결합 플라즈마(capacitive coupling Plasma, CCP) 방식의 경우 안테나 유니트(130)는 프로세스 챔버(110)의 내부 공간에 배치될 수도 있다.
프로세스 챔버(110)의 내부 수용 공간에는 기판(10)을 지지하기 위해 척 유니트(190)가 배치될 수 있다.
척 유니트(190)에 지지된 기판(10)이 플라즈마 처리되도록 척 유니트(190)는 안테나 유니트(130)에 대면하게 설치되는 것이 좋다. 기판(10)을 지지하기 위해 척 유니트(190)는 정전 척(electrostatic chuck)을 포함할 수 있다.
트레이(90)는 척 유니트(190) 상에 놓일 수 있다. 트레이(90)에는 플라즈마 처리 대상이 되는 웨이퍼 등의 기판(10)이 서로 이격되어 복수로 탑재될 수 있다. 기판(10)이 실린 트레이(90)가 척 유니트(190) 상에 놓이므로, 척 유니트(190)는 트레이(90)를 통해 기판(10)을 간접적으로 지지하거나, 기판(10)을 직접적으로 지지할 수 있다.
트레이(90)의 일면은 척 유니트(190)에 밀착되는 형상으로 형성될 수 있다. 트레이(90)의 타면은 기판(10)에 밀착되는 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 척 유니트(190)의 형상 또는 크기가 기판(10)과 다르더라도, 척 유니트(190)와 기판(10)에 각각 매칭되는 형상 또는 크기의 트레이(90)가 마련되면 별다른 무리없이 기판(10)을 척 유니트(190) 상에 배치시킬 수 있다.
또한, 트레이(90)가 마련되면 척 유니트(190) 상에 배치되는 기판(10)의 개수를 다양하게 설정할 수 있다.
기판(10)의 개수, 형상, 크기 등이 변경될 때마다 프로세스 챔버(110) 내에 배치된 척 유니트(190)를 교체하는 것은 현실적으로 어렵다. 현실적으로, 척 유니트(190)에 고정 장착되는 장착 수단이 마련되고, 기판(10)의 변경에 따라 장착 수단이 교체될 수 있다. 그러나, 척 유니트(190)에 고정 장착되는 장착 수단의 교체는 프로세스 챔버(110) 내에서 이루어지므로, 교체 작업에 막대한 시간이 소요되는 문제가 있다. 또한, 장착 수단에 복수의 기판(10)이 탑재되는 경우, 로봇은 프로세스 챔버(110) 내에 수용된 복수의 기판(10)을 한장씩 이송해야 하므로, 프로세스 챔버(110)에 대한 기판(10)의 출입 작업에 막대한 시간이 소요될 수 있다.
척 유니트(190) 또는 장착 수단의 교체로 인한 불편을 해소하고, 기판(10)의 이송 시간을 단축하기 위해 본 발명의 이송 로봇(210)은 트레이(90)에 실린 기판(10)을 한장씩 이송하는 대신, 하나 이상의 기판(10)이 실린 트레이(90)를 통째로 이송할 수 있다.
이송 로봇(210)은 프로세스 챔버(110)의 외부에 배치될 수 있으며, 트레이(90)에 기판(10)이 탑재되면 트레이(90)를 이송할 수 있다. 이때, 기판(10)은 이송 로봇(210)에 의해 트레이(90)와 함께 프로세스 챔버(110)를 출입할 수 있다.
트레이(90)는 이송 로봇(210)에 의해 프로세스 챔버(110)의 내부와 외부를 오가게 되므로, 프로세스 챔버(110)의 외부에서 용이하게 교체될 수 있다. 따라서, 사용자는 기판(10)에 매칭되는 트레이(90)를 프로세스 챔버(110)의 외부에서 용이하게 교체할 수 있다. 또한, 트레이(90)에 실린 모든 기판(10)이 트레이(90)와 함께 한꺼번에 이송되므로, 기판(10)의 이송에 소요되는 시간이 대폭 단축되는 장점이 있다.
트레이(90)는 기판(10)이 플라즈마 처리될 때, 외부로 배출되지 않고 프로세스 챔버(110) 내부에 남아 있을 수 있다.
트레이(90)에 탑재된 하나의 기판(10)은 부위에 상관없이 균일하게 플라즈마 처리되는 것이 좋다. 또한, 트레이(90)에 탑재된 복수의 기판(10)은 모두 균일하게 플라즈마 처리되는 것이 좋다.
도 2는 본 발명의 안테나 유니트(130)를 나타낸 개략도이다.
프로세스 챔버(110)에 수용된 모든 기판(10)이 배치 위치에 상관없이 균일하게 가공되도록, 본 발명의 플라즈마 장치는 안테나 유니트(130)에서 생성된 전자기장에 직선 이동 자유도 또는 회전 자유도를 부여하는 회전 수단(150)을 포함할 수 있다.
회전 수단(150)은 안테나 유니트(130)의 원주 방향 θ를 따라 기판(10)이 고르게 가공되도록, 안테나 유니트(130)의 전자기장을 조절할 수 있다.
일 예로, 회전 수단(150)은 안테나 유니트(130)의 전자기장을 안테나 유니트(130)의 원주 방향 θ를 따라 회전시킬 수 있다. 회전 수단(150)은 안테나 유니트(130)의 전자기장을 안테나 유니트(130)의 반지름 방향 R을 따라 조절할 수 있다.
회전 수단(150)에 의해 안테나 유니트(130)의 전자기장은 프로세스 챔버(110)에 대해서 360도 이상 회전되거나, 안테나 유니트(130)의 반지름 방향 R을 따라 플라즈마의 밀도가 조절될 수 있다.
회전 수단(150)은 척 유니트(190)에 놓인 트레이(90)의 중심축 C를 회전 중심으로 하여 챔버에 대해서 전자기장을 360도 이상 회전시킬 수 있다.
안테나 유니트(130)에서 생성된 전자기장이 360도 이상 회전하면, 전자기장의 회전 방향 또는 안테나 유니트(130)의 원주 방향 θ를 따라 전자기장 또는 플라즈마가 고르게 분포될 수 있다.
트레이(90)에 기판(10)이 복수로 탑재될 때, 각 기판(10)이 트레이(90)의 중심축 C로부터 동일한 거리에 탑재되면, 각 기판(10)은 적어도 원주 방향 θ를 따라 균일하게 플라즈마 처리될 수 있다.
챔버에 대해서 전자기장을 회전시키기 위해 회전 수단(150)은 중심축 C를 회전 중심으로 하여 안테나 유니트(130)에 포함된 안테나(131)를 물리적으로 360도 이상 회전 운동시킬 수 있다. 안테나(131)는 고주파 전력이 인가되면 전자기장을 생성하는 요소일 수 있다. 안테나(131)의 회전 운동에 의해 안테나(131)에서 생성된 전자기장 역시 회전될 수 있다. 또는 회전 수단(150)은 안테나 유니트(130)의 반지름 방향 R을 따라 안테나 유니트(130)의 전자기장을 조절할 수 있다.
다른 예로, 안테나 유니트(130)는 프로세스 챔버(110)에 대해서 고정된 복수의 안테나(131)를 포함할 수 있다. 서로 전기적으로 단절된 복수의 안테나(131)가 중심축 C를 기준으로 서로 다른 각도에 배치된 경우, 회전 수단(150)은 안테나 유니트(130)의 원주 방향 θ를 따라 순차적으로 각 안테나(131)를 온(on)시키거나 오프(off)시킬 수 있다. 이때, 안테나(131)의 온(on)은 안테나(131)에 고주파 전력을 공급하는 것이고, 안테나(131)의 오프(off)는 안테나(131)에 대한 고주파 전력의 공급을 해제하는 것일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 회전 수단(150)에 의해 서로 다른 각도에 배치된 각 안테나(131)에 서로 다른 시점에 고주파 전력이 인가될 수 있다. 고주파 전력의 인가 시점의 차이에 의해 안테나 유니트(130)가 물리적으로 회전하지 않아도 안테나 유니트(130)의 전자기장이 안테나 유니트(130)의 원주 방향 θ를 따라 회전되는 효과를 얻을 수 있다. 또는 고주파 전력의 인가 시점의 차이에 의해 안테나 유니트(130)의 전자기장이 안테나 유니트(130)의 반지름 방향 R을 따라 조절될 수 있다.
반지름 방향 R은 중심축 C로부터 멀어지거나 중심축에 가까워지는 방향일 수 있다.
일 예로, 중심축에 수직한 디스크 수평 방향이 정의될 때, 안테나 유니트(130)에는 디스크 수평 방향 상으로 중심축 C로부터 서로 다른 길이, 예를 들어 R1, R2, R3로 연장되는 복수의 안테나(131)가 마련될 수 있다.
안테나(131)가 챔버에 대해 고정된 경우, 회전 수단(150)은 각 안테나(131)에서 생성되는 전자기장을 서로 다른 시점에 형성시킬 수 있다.
안테나(131)가 챔버에 대해서 회전 가능한 경우, 회전 수단(150)은 중심축 C를 회전 중심으로 각 안테나(131)를 회전시킬 수 있다.
서로 다른 길이의 안테나(131)가 서로 다른 시점에 온(on)되거나 물리적으로 회전하면 기판(10)의 한 지점에 인가되는 전자기장 또는 플라즈마는 반지름 방향 R 또는 원주 방향 θ를 따라 조절될 수 있다. R 방향 자유도 및 θ 방향 자유도를 갖도록 전자기장 또는 플라즈마가 제어되면, 기판(10)의 가공 상태는 반지름 방향 R 및 원주 방향 θ를 따라 균일할 수 있다.
따라서, 기판(10)의 센터 및 에지 측의 구분없이 기판(10)이 일정하게 가공되며, 반도체 수율이 획기적으로 향상될 수 있다.
가공 상태의 균일성 개선에 의해 복수의 기판(10)이 프로세스 챔버(110) 내에서 한꺼번에 플라즈마 처리될 수 있다. 오히려, 한 번의 공정을 통해 플라즈마 처리되는 기판(10)의 개수가 증가하므로, 생산성이 개선될 수 있다.
척 유니트(190)는 플라즈마 처리로 인해 과열된 기판(10)을 냉각시키거나, 플라즈마 형성에 필요한 전극을 형성할 수 있다. 일 예로, 기판(10)에 대면되는 척 유니트(190)의 일면에는 냉각 가스가 토출되는 토출관(199)이 형성될 수 있다. 따라서, 정상적인 플라즈마 처리를 위해 기판(10)은 척 유니트(190)에 물리적으로 접촉될 필요가 있다.
본 발명에 따르면, 트레이(90)가 척 유니트(190)와 기판(10) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 트레이(90)와 척 유니트(190)는 기판(10)이 척 유니트(190)에 접촉되게 형성될 수 있다.
트레이(90)가 척 유니트(190)에 안착되면, 기판(10)은 트레이(90)로부터 분리되며 기판(10)은 척 유니트(190)에 안착될 수 있다.
트레이(90)가 척 유니트로(190)부터 멀어지면, 기판(10)은 척 유니트(190)로부터 분리되고 기판(10)은 트레이(90)에 안착될 수 있다. 이때, 기판(10)은 프로세스 챔버(110) 내에서 트레이(90)에 놓여진 채로 플라즈마 처리될 수 있다.
도 3은 트레이(90)를 나타낸 사시도이고, 도 4는 척 유니트(190)와 트레이(90)를 나타낸 단면도이다.
척 유니트(190)에는 기판(10)이 거치되는 거치부(191), 트레이(90)가 놓이는 가이드부(193)가 마련될 수 있다.
거치부(191)는 가이드부(193)로부터 상측으로 돌출되게 형성될 수 있다.
트레이(90)는 가이드부(193)에 밀착되는 판 형상으로 형성되며, 프로세스 챔버(110)에서 플라즈마 처리되는 기판(10)을 지지할 수 있다.
트레이(90)에서 거치부(191)에 대면되는 부위에는 거치부(191)가 삽입되는 통공(99)이 형성될 수 있다. 기판(10)은 통공(99)의 상측 입구에 안착될 수 있다. 트레이(90)가 가이드부(193)에 놓이면, 기판(10)은 통공(99)을 통과한 거치부(191)에 접촉될 수 있다. 기판(10)은 거치부(191)에 접촉된 후 플라즈마 처리될 수 있다.
기판(10)의 종류에 따라 기판(10)을 지지하는 통공(99)의 상측 입구의 직경 또는 형상이 달라질 필요가 있다. 기판(10)의 종류가 바뀔 때마다 트레이(90)를 교체하는 불편을 해소하기 위해 통공(99)의 상측 입구에는 기판(10)이 지지되는 에지링(91)이 설치될 수 있다.
구체적으로 통공(99)의 상측 입구에는 에지링(91)이 장착되는 장착부(93)가 마련될 수 있다. 일 예로, 장착부(93)는 에지링(91)을 받치는 턱을 포함할 수 있다.
이때, 에지링(91)은 장착부(93)에 착탈될 수 있다. 장착부(93)에 장착된 에지링(91)은 기판(10)의 종류에 맞춰 용이하게 교체될 수 있다.
통공(99) 및 에지링(91) 중 적어도 하나는 트레이(90)의 원주 방향 θ를 따라 서로 다른 위치에 복수로 배치될 수 있다. 각 통공(99) 또는 에지링(91)은 트레이(90)의 중심축으로부터 동일한 거리에 배치될 수 있다. 각 통공(99) 또는 각 에지링(91)에 놓인 기판(10)은 회전 수단(150)에 의해 균일하게 가공될 수 있다.
에지링(91)의 상면에는 상기 기판(10)의 밑면 가장자리에 물리적으로 접촉되는 지지홈(92)이 형성될 수 있다. 기판(10)은 지지홈(92)에 의해 에지링(91)에 지지될 수 있다. 이때, 기판(10)과 물리적으로 접촉되는 에지링(91) 또는 지지홈(92)은 기판(10)과 동일한 재질 또는 실리콘으로 형성될 수 있다. 이는 기판(10)의 가장자리의 가공 상태가 에지링(91)의 영향을 받는 것을 방지하기 위한 것이다.
가이드부(193)로부터 돌출된 거치부(191)의 돌출 길이 H2는 통공(99)의 깊이 H1보다 길 수 있다. H1과 H2의 차이로 인해 통공(99)을 통과한 거치부(191)에 기판(10)이 물리적으로 지지되면, 기판(10)은 통공(99)의 상측 입구로부터 들리면서 트레이(90)로부터 이격될 수 있다.
프로세스 챔버(110) 내에 배치된 척 유니트(190)의 거치부(191)에 기판(10)이 지지되면, 에지링(91) 또는 통공(99)의 상측 입구는 아래로 하강하면서 기판(10)으로부터 도피될 수 있다. 일 예로, 트레이(90)가 하강하면 기판(10)을 지지하던 에지링(91) 또는 통공(99)의 상측 입구 역시 하강할 수 있다.
기판(10)의 플라즈마 처리가 완료되면, 트레이(90)의 상승에 의해 에지링(91) 또는 통공(99)의 상측 입구는 위로 상승할 수 있다. 에지링(91), 통공(99)의 상측 입구의 상승에 의해 기판(10)은 척 유니트(190)의 거치부(191)로부터 도피되면서 에지링(91) 또는 통공(99)의 상측 입구에 지지될 수 있다.
도시되지 않은 실시예로서, 트레이(90)가 고정되고, 트레이(90)에 대해서 에지링(91)이 하강하거나 상승하게 형성될 수 있다.
프로세스 챔버(110)에 수용된 트레이(90)의 표면 역시 기판(10)과 함께 플라즈마 처리될 수 있다. 따라서, 플라즈마 처리에 의해 박막이 증착되는 경우 해당 박막은 기판(10) 및 트레이(90) 상에 적층될 수 있다.
트레이(90)와 기판(10)이 접촉된 상태에서 플라즈마 처리되는 비교 실시예의 경우, 트레이(90) 상에 증착된 박막과 기판(10) 상에 증착된 박막이 서로 연결될 수 있다. 이 경우 트레이(90)로부터 기판(10)을 분리하는 후공정의 진행시, 기판(10) 상의 박막이 트레이(90) 상의 박막에 의해 찢어지는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 처리시 트레이(90)와 기판(10)이 이격되므로, 기판(10)에 증착된 박막과 트레이(90)에 증착된 박막 역시 이격된 상태가 된다. 따라서, 후공정을 통해 트레이(90)로부터 기판(10)을 분리할 때, 기판(10) 상의 박막이 찢어지는 문제가 없다.
척 유니트(190)에 마련된 거치부(191)와 가이드부(193) 중에서 가이드부(193)에는 트레이(90)를 밀어올리는 제1 승강핀(195)이 마련될 수 있다.
트레이(90)에는 기판(10)의 가장자리가 지지되는 지지홈(92) 또는 에지링(91)이 마련될 수 있다.
제1 승강핀(195)이 상승하면서 트레이(90)가 척 유니트(190)로부터 멀어지면, 기판(10)은 지지홈(92) 또는 에지링(91)에 안착될 수 있다.
제1 승강핀(195)이 하강하면서 트레이(90)가 척 유니트(190)에 안착되면, 기판(10)은 척 유니트(190)에 안착될 수 있다.
이송 로봇(210)에는 트레이(90)를 지지하는 지지암(213)이 마련될 수 있다.
도 5는 본 발명의 이송 로봇(210)을 나타낸 사시도이다.
이송 로봇(210)은 프로세스 챔버(110)에 연결된 운반 챔버(220)에 설치될 수 있다.
이송 로봇(210)은 운반 챔버(220)에 회전 가능하게 설치된 베이스부(211), 베이스부(211)에 대해서 직선 이동하는 슬라이딩부(212), 슬라이딩부(212)에 대해서 직선 이동하는 지지암(213)을 포함할 수 있다.
이송 로봇(210)은 제1 승강핀(195)에 의해 가이드부(193)로부터 트레이(90)가 이격되면, 지지암(213)을 이용해서 트레이(90)를 지지할 수 있다.
일 예로, 제1 승강핀(195)에 의해 트레이(90)가 들리면, 이송 로봇(210)은 지지암(213)을 척 유니트(190)와 트레이(90)의 사이로 진입시키고, 지지암(213)을 이용해서 트레이(90)의 밑면을 지지할 수 있다.
이송 로봇(210)은 베이스부(211)의 회전 운동, 지지암(213)의 직선 이동 또는 슬라이딩부(212)의 직선 이동을 이용해 프로세스 챔버(110) 내의 트레이(90)를 준비 챔버(230)로 옮길 수 있다. 또는, 이송 로봇(210)은 준비 챔버(230) 내의 트레이(90)를 프로세스 챔버(110)로 옮길 수 있다.
도 6은 본 발명의 플라즈마 장치를 나타낸 평면도이다.
본 발명의 플라즈마 장치는 트레이(90)가 수용되는 준비 챔버(230), 제1 적재 유니트(251), 제2 적재 유니트(252), 탑재 로봇(240)을 포함할 수 있다.
제1 적재 유니트(251)에는 프로세스 챔버(110)의 플라즈마 처리를 기다리는 제1 기판(11)이 적재될 수 있다.
제2 적재 유니트(252)에는 프로세스 챔버(110)에서 플라즈마 처리가 완료된 제2 기판(12)이 적재될 수 있다. 제1 기판(11)과 제2 기판(12)의 플라즈마 처리 유무에 의해 구분된 것으로, 물리적으로는 동일한 기판(10)일 수 있다.
탑재 로봇(240)은 각 적재 유니트와 트레이(90) 사이에 배치되는 분류 챔버(260)에 수용될 수 있다. 분류 챔버(260)는 대기(atmosphere) 상태를 유지할 수 있다.
이송 로봇(210)은 제1 기판(11)이 적재된 트레이(90)를 준비 챔버(230)로부터 프로세스 챔버(110)로 옮길 수 있다. 또는 이송 로봇(210)은 제2 기판(12)이 적재된 트레이(90)를 프로세스 챔버(110)로부터 준비 챔버(230)로 옮길 수 있다.
탑재 로봇(240)은 준비 챔버(230)에 수용된 트레이(90)를 향해 제1 기판(11)을 옮길 수 있다. 또는, 탑재 로봇(240)은 준비 챔버(230)에 트레이(90)를 그대로 둔 상태에서 트레이(90)에 탑재된 제2 기판(12)을 제2 적재 유니트(252)로 옮길 수 있다.
준비 챔버(230)는 대기(atmosphere) 분위기와 진공 분위기를 교대로 형성할 수 있다. 이송 로봇(210)이 출입할 때 준비 챔버(230)는 진공 상태를 유지할 수 있다. 반면 탑재 로봇(240)이 출입할 때 준비 챔버(230)는 대기(atmosphere) 상태를 유지할 수 있다. 제1 적재 유니트(251)와 제2 적재 유니트(252)는 대기(atmosphere) 상태를 유지할 수 있다.
준비 챔버(230)에는 트레이(90)가 지지되는 받침대(231)가 마련될 수 있다.
도 7은 본 발명의 받침대(231)를 나타낸 개략도이다.
받침대(231)에서 트레이(90)의 통공(99)에 대면되는 부위에는 기판(10)을 밀어올리는 제2 승강핀(235)이 마련될 수 있다.
탑재 로봇(240)은 통공(99)을 관통해서 위로 상승한 제2 승강핀(235)에 지지된 제2 기판(12)을 제2 적재 유니트(252)로 옮길 수 있다. 또는, 탑재 로봇(240)은 통공(99)을 관통해서 위로 상승한 제2 승강핀(235)을 향해 제1 기판(11)을 옮길 수 있다. 제2 승강핀(235)에 제1 기판(11)이 올려지면, 제2 승강핀(235)이 하강하고 제1 기판(11)은 에지링(91)에 적재될 수 있다.
받침대(231)에 이송 로봇(210)의 지지암(213)이 출입할 공간이 없는 경우, 지지암(213)의 출입이 허용되게 받침대(231)에는 트레이(90)를 승하강시키는 제1 승강핀(195)이 추가로 마련될 수 있다. 받침대(231)는 트레이(90)에 올려진 기판(10)이 탑재 로봇의 기판 이송 작업이 용이하게 이루어지도록 회전 가능하게 형성될 수 있다.
이상에서 설명된 바에 따르면, 트레이(90)는 프로세스 챔버(110)와 준비 챔버(230)를 왕복하고, 기판(10)은 준비 챔버(230)와 각 적재 유니트(151, 152)를 왕복하게 된다.
대기(atmosphere) 상태로 전환될 수 있는 준비 챔버(230)에서 트레이(90)가 교체될 수 있으므로, 안전 사고가 방지되고 트레이(90)의 용이한 교체가 가능하다. 또한, 트레이(90)의 교체를 위해 프로세스 챔버(110)를 대기(atmosphere) 상태로 만들 필요가 없으므로, 다시 프로세스 챔버(110)를 진공 상태로 만드는데 소요되는 자원의 낭비를 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 안테나 유니트를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 플라즈마 장치는 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정에 적용될 수 있다.
ALD 공정은 소스 가스가 존재하는 소스 가스 영역, 퍼지 가스가 존재하는 퍼지 가스 영역, 반응 가스가 존재하는 반응 가스 영역을 차례대로 거치면서 기판(10) 상에 단층 또는 복층의 박막이 증착되는 공정일 수 있다.
하나의 프로세스 챔버(110) 내에 복수의 영역이 구분되게 형성되도록, 플라즈마 장치는 격벽부(120)를 포함할 수 있다.
격벽부(120)는 평면상으로 프로세스 챔버(110)에 수용된 트레이(90) 상의 공간 영역을 트레이(90)에 탑재된 기판(10)별로 분할할 수 있다. 분할된 복수의 영역은 소스 가스 영역, 퍼지 가스 영역, 반응 가스 영역 등을 포함할 수 있다.
격벽부(120)는 특정 영역에 존재하는 가스가 다른 영역으로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 격벽부(120)는 판 형상의 물리적인 벽을 포함하거나, 가스의 전파를 방지하는 에어 커튼을 포함할 수 있다.
트레이(90) 상에 탑재된 기판(10)이 각 영역을 순서대로 거치도록, 척 유니트(110)는 트레이(90)의 중심축 C를 회전 중심으로 하여 각 영역에 대해 상대 회전할 수 있다.
회전 수단(150)은 격벽부(120)에 의해 형성된 복수의 분할 영역 중 어느 하나의 분할 영역에 플라즈마의 발생을 온(on)시키고, 다른 하나의 분할 영역에 플라즈마의 발생을 오프(off)시킬 수 있다. 회전 수단(150)에 의해 공간 분할 방식의 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 기판(10)이 플라즈마 처리될 수 있다.
일 예로, 회전 수단(150)은 격벽부(120)에 의해 형성된 복수의 분할 영역 중 선택된 선택 영역 S에 전자기장을 형성시킬 수 있다.
소스 가스 영역에 존재하는 소스 가스가 기판(10) 상에 증착되기 위해서는 에너지가 필요하다. 기존에는 열에너지를 가해 기판(10) 상에 소스 가스 성분을 증착시켰으나, 열 변형 등의 문제, 정밀도 저하의 문제가 있었다. 본 발명에 따르면, 안테나 유니트(130)의 전자기장에 의해 형성된 플라즈마에 의해 소스 가스가 기판(10)에 증착될 수 있다. 소스 가스 또는 반응 가스의 증착을 위해 플라즈마는 소스 가스 영역 또는 반응 가스 영역에 인가될 수 있다. 반면, 불활성 가스에 해당하는 퍼지 가스를 이용해서 기판 상의 영역에 남아있는 잔존 가스(소스 가스 또는 반응 가스)를 외부로 배출시키는 퍼지 가스 영역에는 플라즈마가 인가되지 않을 수 있다.
회전 수단(150)은 선택 영역 S에 해당하는 소스 가스 영역 또는 반응 가스 영역에 플라즈마를 형성시키고, 퍼지 가스 영역에는 플라즈마의 형성을 억제할 수 있다. 한편, 플라즈마의 형성이 요구되는 소스 가스 영역 또는 반응 가스 영역이라 하더라도 끊임없이 플라즈마가 형성되면, 정상적으로 ALD 공정이 수행되지 못할 수 있다.
회전 수단(150)은 선택 영역에 플라즈마를 형성시키는 제1 모드, 선택 영역에 플라즈마의 형성을 억제하는 제2 모드 중 하나로 안테나 유니트를 구동시킬 수 있다. 서로 다른 시점에 이루어지는 제1 모드와 제2 모드에 의해 기판(10)은 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정에 의해 플라즈마 처리될 수 있다.
안테나 유니트(130)에 고주파 전력을 공급하는 전력부(170)가 마련될 때, 안테나 유니트(130)에는 선택 영역에 대면하게 배치된 안테나(131)가 마련될 수 있다.
회전 수단(150)은 전력부(170)에 전기적으로 연결된 스위칭부(140)를 포함할 수 있다.
스위칭부(140)는 안테나(131)의 입력 단자(138)에 전기적으로 연결되는 제1 모드, 안테나(131)의 입력 단자(138)에 대한 전기적 연결이 해제되는 제2 모드 중 하나로 동작할 수 있다.
일 예로, 스위칭부(140)는 중심축 C를 회전 중심으로 회전하고, 외주 상에 간헐적으로 전력부(170)에 전기적으로 연결된 전극(141)이 형성될 수 있다.
스위칭부(140)는 플라즈마 발생이 요구되는 시점에 제1 모드로 동작하고, 플라즈마의 억제가 요구되는 시점에 제2 모드로 동작할 수 있다.
스위칭부(140)의 회전 구간 중 전극(141)이 안테나의 입력 단자(138)에 접촉되는 구간에서 안테나(131)는 전자기장을 생성할 수 있다. 회전 구간 중 전극(141)이 안테나의 입력 단자(138)에 비접촉되는 구간에서 안테나(131)의 전자기장 생성이 중지될 수 있다.
선택 영역에 배치된 기판(10)에 대한 가공 상태가 적어도 θ 방향을 따라 균일하게 이루어지도록, 회전 수단(150)은 척 유니트(190)에 놓인 트레이(90)의 중심축 C를 회전 중심으로 하여 선택 영역 내에서 전자기장을 회전시킬 수 있다.
일 예로, 회전 수단(150)은 안테나(131)를 선택 영역 내에서 물리적으로 회전시키면서 전자기장을 회전시킬 수 있다.
다른 예로, 선택 영역 내에 중심축 C를 기준으로 서로 다른 각도에 복수의 안테나(131)가 형성되는 경우, 회전 수단(150)은 서로 다른 시점에 각 안테나(131)에 고주파 전력을 인가함으로써, 선택 영역 내에서 전자기장이 회전되는 효과를 달성할 수 있다.
또 다른 예로, 전극(141)이 형성된 스위칭부(140)를 챔버에 대해 고정시키고, 안테나(131)를 물리적으로 회전시킬 수 있다. 안테나(131)의 회전 구간 중 전극(141)에 접촉되는 구간에서 고주파 전력이 안테나(131)로 공급될 수 있다. 이때, θ 방향 상으로 전극(141)이 선택 영역 S에 대응되게 연장된다면, 물리적으로 회전하는 안테나(131)는 고주파 전력을 공급받으면서 선택 영역 S 내에서 회전될 수 있다. 이는 선택 영역 내에서 전자기장이 회전되는 것을 의미할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 플라즈마 장치를 나타낸 평면도이다.
도 9의 프로세스 챔버(110)에는 트레이(90) 상의 영역을 복수개로 분할하는 격벽부(120)가 마련될 수 있다.
준비 챔버(230)는 중력 방향을 따라 겹쳐지게 형성된 복수의 적재실을 포함할 수 있다.
각 적재실에는 트레이(90)가 수용될 수 있다.
일 예로, 이송 로봇이 프로세스 챔버(110)의 트레이 ⓐ를 운반해서 특정 적재실에 적재하는 동안, 탑재 로봇은 다른 적재실에 적재된 트레이 ⓑ에 탑재된 기판을 1 적재 유니트(251) 또는 제2 적재 유니트(252)에 해당하는 FOUP(Front Opening Unified Pod)로 옮기거나, FOUP에 적재된 기판을 트레이 ⓑ로 옮길 수 있다.
탑재 로봇은 트레이 ⓑ의 작업이 완료되면 특정 적재실에 적재된 트레이 ⓐ의 기판을 FOUP로 옮길 수 있다. 이송 로봇은 탑재 로봇에 의해 기판이 새롭게 탑재된 트레이 ⓑ를 프로세스 챔버로 옮길 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10...기판 11...제1 기판
12...제2 기판 90...트레이
91...에지링 92...지지홈
93...장착부 99...통공
110...프로세스 챔버 111...덮개
113...오링 120...격벽부
130...안테나 유니트 131...안테나
140...스위칭부 150...회전 수단
170...전력부 190...척 유니트
191...거치부 193...가이드부
195...제1 승강핀 199...토출관
210...이송 로봇 211...베이스부
212...슬라이딩부 213...지지암
220...운반 챔버 221...개폐부
230...준비 챔버 231...받침대
235...제2 승강핀 240...탑재 로봇
251...제1 적재 유니트 252...제2 적재 유니트
260...분류 챔버

Claims (15)

  1. 플라즈마가 형성되며 상기 플라즈마에 의해 가공되는 기판이 내부에 수용되는 프로세스 챔버;
    상기 프로세스 챔버의 내부에 배치된 척 유니트;
    상기 척 유니트 상에 놓이며 복수의 기판이 서로 이격되어 탑재되는 트레이;
    상기 척 유니트에 대면하게 설치되고, 고주파 전력이 입력되면 상기 프로세스 챔버 내에 상기 플라즈마를 여기시키는 전자기장을 생성하는 안테나 유니트;
    상기 트레이가 수용되는 준비 챔버;
    상기 기판 중 플라즈마 처리를 기다리는 기판을 제1 기판으로 정의하고, 상기 플라즈마 처리가 완료된 기판을 제2 기판으로 정의할 때, 상기 제1 기판이 적재되는 제1 적재 유니트;
    상기 제2 기판이 적재되는 제2 적재 유니트;
    상기 제1 기판이 적재된 상기 트레이를 상기 준비 챔버로부터 상기 프로세스 챔버로 옮기고, 상기 제2 기판이 적재된 상기 트레이를 상기 프로세스 챔버로부터 상기 준비 챔버로 옮기는 이송 로봇;
    상기 제1 적재 유니트에 적재된 상기 제1 기판을 상기 준비 챔버에 수용된 상기 트레이로 옮기고, 상기 준비 챔버에 수용된 상기 트레이에 탑재된 상기 제2 기판을 상기 제2 적재 유니트로 옮기는 탑재 로봇;을 포함하고,
    상기 척 유니트에는 상기 트레이를 밀어올리는 제1 승강핀이 마련되며,
    상기 이송 로봇은 상기 제1 승강핀에 의해 상기 척 유니트로부터 상기 트레이가 이격되면, 지지암을 이용해서 상기 트레이를 지지하고,
    상기 트레이에서 상기 기판에 대면되는 부위에는 통공이 형성되며,
    상기 준비 챔버에는 상기 트레이가 지지되는 받침대가 마련되고,
    상기 받침대에서 상기 통공에 대면되는 부위에는 상기 트레이에 대해 상기 기판을 밀어올리는 제2 승강핀이 마련되며,
    상기 탑재 로봇은 상기 통공을 관통해서 위로 상승한 상기 제2 승강핀 지지되고 상기 트레이로부터 이격된 상기 제2 기판을 상기 제2 적재 유니트로 옮기고, 상기 통공을 관통해서 위로 상승한 상기 제2 승강핀을 향해 상기 제1 적재 유니트에 적재된 상기 제1 기판을 옮기고,
    상기 트레이는 상기 이송 로봇에 의해 상기 프로세스 챔버와 상기 준비 챔버를 왕복하고, 상기 기판은 상기 탑재 로봇에 의해 상기 준비 챔버에 수용된 상기 트레이와 각 적재 유니트 사이에서 이송되는 플라즈마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 트레이를 지지하는 상기 받침대는 상기 트레이에 올려지고 서로 이격된 각 기판이 상기 탑재 로봇에 의해 이송되도록 회전 가능하게 형성된 플라즈마 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트레이가 상기 척 유니트에 안착되면, 상기 기판은 상기 트레이로부터 분리되며 상기 기판은 상기 척 유니트에 안착되고,
    상기 트레이가 상기 척 유니트로부터 멀어지면, 상기 기판은 상기 척 유니트로부터 분리되고 상기 기판은 상기 트레이에 안착되며,
    상기 기판은 상기 트레이와 함께 상기 프로세스 챔버에 출입되고,
    상기 기판은 상기 프로세스 챔버 내에서 상기 트레이에 놓여진 채로 플라즈마 처리되는 플라즈마 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 트레이에는 상기 기판의 가장자리가 지지되는 지지홈 또는 에지링이 마련되며,
    상기 제1 승강핀이 상승하면서 상기 트레이가 상기 척 유니트로부터 멀어지면, 상기 기판은 상기 지지홈 또는 상기 에지링에 안착되고,
    상기 제1 승강핀이 하강하면서 상기 트레이가 상기 척 유니트에 안착되면, 상기 기판은 상기 척 유니트에 안착되는 플라즈마 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 척 유니트에는 상기 기판이 거치되는 거치부, 상기 트레이가 놓이는 가이드부가 마련되고,
    상기 거치부는 상기 가이드부로부터 돌출되게 형성되며,
    상기 트레이에서 상기 거치부에 대면되는 부위에는 상기 거치부가 삽입되는 통공이 형성되고,
    상기 기판은 상기 통공의 상측 입구에 안착되며,
    상기 트레이가 상기 가이드부에 놓이면, 상기 기판은 상기 통공을 통과한 상기 거치부에 접촉되고,
    상기 기판은 상기 거치부에 접촉된 후 플라즈마 처리되는 플라즈마 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거치부의 돌출 길이는 상기 통공의 깊이보다 길고,
    상기 통공을 통과한 상기 거치부에 의해 상기 기판이 물리적으로 지지되면, 상기 기판은 상기 통공의 상측 입구로부터 들리면서 상기 트레이로부터 이격되는 플라즈마 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 트레이에는 상기 기판이 지지되는 에지링이 마련되고,
    상기 에지링은 상기 기판과 동일한 재질 또는 실리콘으로 형성되는 플라즈마 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 유니트의 전자기장을 상기 안테나 유니트의 원주 방향을 따라 회전시키거나, 상기 안테나 유니트의 전자기장을 상기 안테나 유니트의 반지름 방향을 따라 조절하는 회전 수단;을 포함하고,
    상기 회전 수단에 의해 상기 안테나 유니트의 전자기장이 상기 프로세스 챔버에 대해서 360도 이상 회전되거나, 상기 안테나 유니트의 반지름 방향을 따라 상기 플라즈마의 밀도가 조절되는 플라즈마 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 유니트의 전자기장을 회전시키는 회전 수단;을 포함하고,
    상기 안테나 유니트에는 상기 고주파 전력이 인가되는 안테나가 마련되며,
    상기 회전 수단은 상기 안테나 유니트의 원주 방향을 따라 상기 안테나를 물리적으로 회전시키거나, 상기 안테나 유니트의 반지름 방향을 따라 상기 안테나 유니트의 전자기장을 조절하는 플라즈마 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 유니트의 전자기장을 회전시키는 회전 수단;을 포함하고,
    상기 안테나 유니트는 상기 프로세스 챔버에 대해서 고정된 복수의 안테나를 포함하며,
    상기 회전 수단은 서로 다른 시점에 각 안테나에 상기 고주파 전력을 인가하고,
    상기 인가 시점의 차이에 의해 상기 안테나 유니트의 전자기장이 상기 안테나 유니트의 원주 방향을 따라 회전되거나, 상기 인가 시점의 차이에 의해 상기 안테나 유니트의 전자기장이 상기 안테나 유니트의 반지름 방향을 따라 조절되는 플라즈마 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 유니트에 마련된 복수의 안테나에 상기 고주파 전력을 공급하는 전력부;
    평면상으로 상기 프로세스 챔버에 수용된 상기 트레이 상의 영역을 상기 트레이에 탑재된 기판별로 분할하는 격벽부;
    상기 안테나 유니트의 전자기장을 상기 안테나 유니트의 원주 방향을 따라 회전시키거나, 상기 안테나 유니트의 전자기장을 상기 안테나 유니트의 반지름 방향을 따라 조절하는 회전 수단;을 포함하고,
    상기 회전 수단은 상기 격벽부에 의해 형성된 복수의 분할 영역 중 어느 하나의 분할 영역에 상기 플라즈마의 발생을 온(on)시키고, 다른 하나의 분할 영역에 상기 플라즈마의 발생을 오프(off)시키며,
    상기 회전 수단에 의해 공간 분할 방식의 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 상기 기판이 플라즈마 처리되는 플라즈마 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 회전 수단은 상기 전력부에 전기적으로 연결된 스위칭부를 포함하며,
    상기 스위칭부는 물리적 움직임에 의해 상기 안테나의 입력 단자에 전기적으로 연결되는 제1 모드, 상기 물리적 움직임에 의해 상기 안테나의 입력 단자에 대한 전기적 연결이 해제되는 제2 모드 중 하나로 동작하는 플라즈마 장치.
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