KR102069773B1 - 피처리체의 처리 장치 및 피처리체의 재치대 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 분포의 시간 경과적인 변화를 억제하고, 피처리체를 면내 균일하게 처리한다. 웨이퍼를 재치하는 정전 척(11)과, 정전 척(11)의 외주부에 설치된 포커스 링(10)을 구비하는 재치대(2)는, 포커스 링(10)을 정전 척(11)에 대하여 압압하는 압압 부재(12)와, 압압 부재(12)를 정전 척(11)에 고정하는 나사(52)를 구비하고 있다. 포커스 링(10)에는, 외측면의 전체 둘레에 걸쳐 당해 포커스 링(10)의 중심 방향을 향하여 오목하게 들어간 계지부(10a)가 형성되고, 압압 부재의 접촉부(12a)가 이 계지부(10a)와 계지한다. 포커스 링(10)의 외주단부의 상면에는, 평면에서 봤을 때 접촉부(12a)가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차양부(10b)가 형성되어 있다.

Description

피처리체의 처리 장치 및 피처리체의 재치대{PROCESSING APPARATUS FOR TARGET OBJECT AND MOUNTING TABLE FOR TARGET OBJECT}
본 발명은, 피처리체를 플라즈마 처리하기 위한 처리 장치 및 재치대에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 예를 들면 플라즈마의 작용에 의해, 반도체 웨이퍼(이하, “웨이퍼”라고 함) 등의 피처리체상에 에칭 또는 성막 등의 미세 가공을 실시하는 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다.
상술한 플라즈마 처리 장치의 처리 용기 내에는, 웨이퍼 등의 피처리체를 재치하는 재치대가 설치되어 있다. 종래, 이 재치대는, 하부 전극으로서 기능하는 서셉터와, 서셉터의 상면에 설치되는 웨이퍼를 재치하는 정전 척과, 정전 척의 외주부에 설치된, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 포커스 링에 의해 구성되어 있다. 그리고, 정전 척에 재치된 웨이퍼를 플라즈마 처리함에 있어서는, 서셉터에 고주파 전력을 인가하여 처리 용기 내에 플라즈마를 발생시킨다. 이 때, 발생한 플라즈마는 포커스 링의 작용에 의해 웨이퍼상에 수속(收束)하고, 웨이퍼에 균일한 플라즈마 처리가 실시된다.
그런데, 이 포커스 링의 온도는, 웨이퍼의 외주부의 에칭 특성에 영향을 준다. 이 때문에, 통상적으로는 서셉터 내에 냉매를 유통시켜 서셉터를 냉각하고, 당해 서셉터 상면에 설치되어 있는 정전 척으로부터의 전열에 의해, 포커스 링의 냉각을 행하고 있다. 이 때, 포커스 링을 균일하게 냉각할 필요가 있다.
이 때문에, 예를 들면 특허 문헌 1에는, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이, 재치대(200)의 포커스 링(201)과 정전 척(202)의 사이에 열전달 매체(203)를 개재시키고, 또한 포커스 링(201)을 정전 척(202)에 대하여 압압하여 고정하는 압압 수단(210)을 마련하는 것이 제안되어 있다.
압압 수단(210)은, 예를 들면 포커스 링(201)의 외주부 상면(201a)을 하방으로 압압하는 압압 부재(211)와, 압압 부재(211)를 정전 척(202)에 체결하는 나사 부재(212)에 의해 구성되어 있다. 압압 부재(211)는 예를 들면 알루미나에 의해 구성되고, 플라즈마에 의해 당해 압압 부재(211)가 스퍼터링되는 것을 방지하기 위한, 예를 들면 석영제의 커버(213)에 의해 피복되어 있다. 이에 따라, 압압 부재(211)에의 플라즈마에 의한 데미지를 방지하면서, 포커스 링(201)과 정전 척(202) 간의 열전달을 균일하게 할 수 있다.
일본특허공개공보 2002-016126 호
그러나, 포커스 링(201)의 상방은 플라즈마가 발생하는 영역이다. 이 때문에, 포커스 링(201)을 누르는 압압 부재(211)를 피복하는 커버(213)의, 특히 포커스 링(201) 근처의 부분이 플라즈마에 의해 스퍼터링된다. 그러면, 압압 부재(211)가 노출됨으로써 임피던스가 변화하고, 전극으로서의 정전 척(202)의 외관상의 면적이 증가된다. 그 결과, 처리 용기내의 플라즈마의 분포가 시간 경과적으로 변화된다고 하는 문제가 발생한다. 그 경우, 피처리체를 면내 균일하게 처리하는 것이 곤란하다.
이러한 문제를 피하기 위해서는, 압압 부재(211)를 최대한 포커스 링(201)의 외주단부 근방에 배치함으로써, 커버(213)를 플라즈마 영역으로부터 멀리하는 것이 고려된다. 그러나, 포커스 링(201)의 외주단부에 마련한 외주부 상면(201a)에 압압하는 힘을 집중시키면, 포커스 링(201)에 모멘트가 가해진다. 그 결과, 포커스 링(201)이 변형되어 정전 척(202)의 중심측의 부분이 부상하고, 정전 척(202)과의 열전달이 불균일해지기 때문에, 그러한 방법을 이용하는 것도 곤란하다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 플라즈마 분포의 시간 경과적인 변화를 억제하고, 피처리체를 면내 균일하게 처리할 수 있는 피처리체의 재치대 및 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 피처리체의 처리 장치로서, 처리 공간을 구획하여 형성하는 처리 용기와, 상기 처리 공간 내에 배치된 재치대를 구비하고, 상기 재치대는, 피처리체를 재치하는 정전 척과, 상기 정전 척의 외주부에 설치된 포커스 링을 구비하고, 상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 원환 형상의 압압 부재와, 상기 압압 부재를 상기 정전 척에 고정하는 고정 부재를 구비하고, 상기 포커스 링에는, 외측면의 전체 둘레에 걸쳐 상기 포커스 링의 중심 방향을 향하여 오목하게 들어간 계지부가 형성되고, 상기 압압 부재에는, 상기 포커스 링의 계지부에 계지하여 상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 하방으로 연장되고, 상기 고정 부재에 의해 상기 정전 척에 고정되는 설치부가 형성되고, 상기 포커스 링의 외주단부의 상면에는, 평면에서 봤을 때 상기 압압 부재의 접촉부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차양부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 압압 부재의 접촉부가 포커스 링의 계지부에 계지하여 당해 포커스 링을 정전 척에 대하여 압압하고, 포커스 링의 외주단부로서 계지부보다 상방에는, 평면에서 봤을 때 접촉부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차양부가 형성되어 있다. 이 때문에, 접촉부가 플라즈마 영역측에 노출되는 일이 없다. 이 때문에, 종래와 같이 압압 부재를 덮는 커버가 스퍼터링되어 압압 부재가 노출됨으로써 임피던스가 시간 경과적으로 변화된다는 일이 없으므로, 처리 용기 내의 플라즈마의 분포의 시간 경과적인 변화를 억제할 수 있다. 또한, 포커스 링의 계지부는 당해 포커스 링의 중심 방향을 향하여 오목하게 패이도록 형성되어 있으므로, 종래의 포커스 링의 외주단부를 누르는 경우와 비교하여, 포커스 링의 직경 방향의 정전 척의 중심측을 압압할 수 있다. 이 때문에, 포커스 링이 모멘트에 의해 변형되고, 포커스 링의 온도 분포가 불균일한 것을 억제할 수 있다.
상기 압압 부재는, 복수의 원호 부재를 환상(環狀)으로 조합하여 형성되어 있어도 좋다.
상기 압압 부재의 설치부는, 석영으로 이루어지는 피복 부재에 의해 덮여 있어도 좋다.
상기 피복 부재는, 상기 포커스 링의 차양부의 외주단부와 접촉하여 설치되고, 상기 피복 부재와 상기 설치부의 사이에는, 평면에서 봤을 때 상기 포커스 링의 차양부와 상기 피복 부재의 경계로부터 상기 설치부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차폐 부재가 설치되어 있어도 좋다.
상기 정전 척과 상기 포커스 링의 사이에는 전열부재가 개재되어 있어도 좋다.
상기 압압 부재는 세라믹스에 의해 형성되어 있어도 좋다.
다른 관점에 의한 본 발명은, 피처리체를 재치하는 정전 척과, 상기 정전 척의 외주부에 설치된 포커스 링을 구비하는, 플라즈마 처리 용기 내에 배치되는 피처리체의 재치대로서, 상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 원환 형상의 압압 부재와, 상기 압압 부재를 상기 정전 척에 고정하는 고정 부재를 구비하고, 상기 포커스 링에는, 외측면의 전체 둘레에 걸쳐 상기 포커스 링의 중심 방향을 향하여 오목하게 들어간 계지부가 형성되고, 상기 압압 부재는, 상기 포커스 링의 계지부에 계지하여 상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 하방으로 연장되고, 상기 고정 부재에 의해 상기 정전 척에 고정되는 설치부가 형성되고, 상기 포커스 링의 외주단부의 상면에는, 평면에서 봤을 때 상기 압압 부재의 접촉부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차양부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 플라즈마 분포의 시간 경과적인 변화를 억제하고, 피처리체를 면내 균일하게 처리할 수 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 재치대에서의 포커스 링 근방의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 3은 포커스 링, 압압 부재 및 지지 부재를 비스듬히 하방에서 본 사시도이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 재치대에서의 포커스 링 근방의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
도 5는 종래의 재치대의 포커스 링 근방의 구성의 개략을 도시한 종단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예의 일례에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1)의 개략의 구성을 도시한 종단면도이다. 도 1에 도시한 플라즈마 처리 장치(1)는, 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치이다.
플라즈마 처리 장치(1)는, 피처리체로서의 실리콘 기판인 웨이퍼(W)를 재치하는 재치대(2)가 설치된 대략 원통 형상의 처리 용기(16)를 가지고 있다. 처리 용기(16)는, 접지선(17)에 의해 전기적으로 접속되어 접지되어 있다. 또한, 처리 용기(16)의 내벽은, 표면에 내플라즈마성의 재료로 이루어지는 용사피막이 형성된 라이너(도시하지 않음)에 의해 덮여 있다.
재치대(2)는, 대략 원반 형상의 정전 척(11)과, 대략 원환 형상의 포커스 링(10)과, 포커스 링(10)을 정전 척(11)에 대하여 압압하는 압압 부재(12)를 구비하고 있다. 정전 척(11)은 대략 원판 형상의 부재이며, 예를 들면 한 쌍의 세라믹의 사이에 정전 척용의 전극을 개재하여 형성되어 있다.
정전 척(11)은, 그 하면이 하부 전극으로서의 서셉터(13)에 의해 지지되어 있다. 서셉터(13)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속에 의해 대략 원반 형상으로 형성되어 있다. 처리 용기(16)의 저부에는 절연판(14)을 개재하여 지지대(15)가 설치되고, 서셉터(13)는 이 지지대(15)의 상면에 지지되어 있다. 정전 척(11)의 내부에는 전극(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 당해 전극에 직류 전압을 인가함으로써 발생하는 정전기력으로 웨이퍼(W)를 흡착 보지(保持)할 수 있도록 구성되어 있다.
플라즈마 처리의 균일성을 향상시키기 위한 포커스 링(10)은, 예를 들면 실리콘으로 이루어지는 도전성의 실리콘에 의해 형성되어 있고, 서셉터(13)의 상면으로서 정전 척(11)의 외주부에 배치되어 있다. 포커스 링(10)을 정전 척(11)에 압압하기 위한 압압 부재(12)는 포커스 링(10)의 하측에 설치되어 있다. 서셉터(13) 및 지지대(15)는, 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 부재(51)에 의해 그 외측면이 덮여 있다. 이들의 포커스 링(10) 근방의 상세에 대해서는 후술한다.
지지대(15)의 내부에는, 냉매가 흐르는 냉매 유로(15a)가 예를 들면 원환 형상으로 형성되어 있고, 당해 냉매 유로(15a)가 공급하는 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전 척(11)으로 보지되는 웨이퍼(W)의 온도를 제어할 수 있다. 또한, 정전 척(11)과 당해 정전 척(11)으로 보지된 웨이퍼(W)와의 사이에, 전열가스로서 예를 들면 헬륨 가스를 공급하는 전열가스관(22)이, 예를 들면 처리 용기(16)의 저부, 절연판(14), 지지대(15) 및 서셉터(13)를 관통하여 형성되어 있다.
서셉터(13)에는, 당해 서셉터(13)에 고주파 전력을 공급하여 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 고주파 전원(30)이, 제 1 정합기(31)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 제 1 고주파 전원(30)은, 예를 들면 27 ~ 100 MHz의 주파수, 본 실시예에서는 예를 들면 100 MHz의 고주파 전력을 출력하도록 구성되어 있다. 제 1 정합기(31)는, 제 1 고주파 전원(30)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 매칭시키는 것이며, 처리 용기(16) 내에 플라즈마가 생성되어 있을 때, 제 1 고주파 전원(30)의 내부 임피던스와 부하 임피던스가 외관상 일치하도록 작용한다.
또한 서셉터(13)에는, 당해 서셉터(13)에 고주파 전력을 공급하여 웨이퍼(W)에 바이어스를 인가함으로써 웨이퍼(W)에 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파 전원(40)이, 제 2 정합기(41)를 개재하여 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 고주파 전원(40)은, 예를 들면 400 kHz ~ 13.56 MHz의 주파수, 본 실시예에서는 예를 들면 3.2 MHz의 고주파 전력을 출력하도록 구성되어 있다. 제 2 정합기(41)는, 제 1 정합기(31)와 마찬가지로, 제 2 고주파 전원(40)의 내부 임피던스와 부하 임피던스를 매칭시키는 것이다.
이들 제 1 고주파 전원(30), 제 1 정합기(31), 제 2 고주파 전원(40), 제 2 정합기(41)는, 후술하는 제어부(150)에 접속되어 있고, 이들 동작은 제어부(150)에 의해 제어된다.
하부 전극인 서셉터(13)의 상방에는, 상부 전극(42)이 서셉터(13)에 대향하여 평행하게 설치되어 있다. 상부 전극(42)은, 도전성의 보지 부재(58)를 개재하여 처리 용기(16)의 상부에 지지되어 있다. 따라서 상부 전극(42)은, 처리 용기(16)와 마찬가지로 접지 전위가 되어 있다.
상부 전극(42)은, 정전 척(11)에 보지된 웨이퍼(W)와 대향면을 형성하는 전극판(56)과, 당해 전극판(56)을 상방으로부터 지지하는 전극 지지체(57)에 의해 구성되어 있다. 전극판(56)에는, 처리 용기(16)의 내부에 처리 가스를 공급하는 복수의 가스 공급구(53)가 당해 전극판(56)을 관통하여 형성되어 있다. 전극판(56)는, 예를 들면 줄 열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체에 의해 구성되고, 본 실시예에서는 예를 들면 실리콘이 이용된다. 또한, 전극 지지판(57)은 도전체에 의해 구성되고, 본 실시예에서는 예를 들면 알루미늄이 이용된다.
전극 지지체(57) 내부의 중앙부에는, 대략 원반 형상으로 형성된 가스 확산실(54)이 형성되어 있다. 또한, 전극 지지체(57)의 하부에는, 가스 확산실(54)로부터 하방으로 연장되는 가스홀(55)이 복수 형성되고, 가스 공급구(53)는 당해 가스홀(55)을 개재하여 가스 확산실(54)에 접속되어 있다.
가스 확산실(54)에는 가스 공급관(72)이 접속되어 있다. 가스 공급관(72)에는, 도 1에 도시한 바와 같이 처리 가스 공급원(73)이 접속되어 있고, 처리 가스 공급원(73)으로부터 공급된 처리 가스는, 가스 공급관(72)을 개재하여 가스 확산실(54)에 공급된다. 가스 확산실(54)에 공급된 처리 가스는, 가스홀(55)과 가스 공급구(53)를 통하여 처리 용기(16) 내에 도입된다. 즉, 상부 전극(42)은, 처리 용기(16) 내에 처리 가스를 공급하는 샤워 헤드로서 기능한다.
본 실시예에서의 가스 공급원(73)은, 에칭 처리용의 처리 가스를 공급하는 에칭 가스 공급부(73a)를 구비하고 있다. 또한 가스 공급원(73)은, 에칭 가스 공급부(73a)와 가스 확산실(54)의 사이에 설치된 밸브(74)와 유량 조정 기구(75)를 구비하고 있다. 가스 확산실(54)에 공급되는 가스의 유량은, 유량 조정 기구(75)에 의해 제어된다.
에칭 처리용의 에칭 가스로서는, 예를 들면 CF4 가스 또는 산소 가스 등이 사용된다.
처리 용기(16)의 저부에는, 처리 용기(16)의 내벽과 원통 부재(51)의 외측면에 의해, 처리 용기(16) 내의 분위기를 당해 처리 용기(16)의 외부에 배출하기 위한 유로로서 기능하는 배기 유로(85)가 형성되어 있다. 처리 용기(16)의 저면에는 배기구(90)가 형성되어 있다. 배기구(90)의 하방에는, 배기실(91)이 형성되어 있고, 당해 배기실(91)에는 배기관(92)을 개재하여 배기 장치(93)가 접속되어 있다. 따라서, 배기 장치(93)를 구동함으로써, 배기 유로(85) 및 배기구(90)를 개재하여 처리 용기(16) 내의 분위기를 배기하고, 처리 용기 내를 소정의 진공도까지 감압할 수 있다.
또한, 처리 용기(16)의 주위에는, 당해 처리 용기(16)와 동심원 형상으로 링 자석(100)이 배치되어 있다. 링 자석(100)에 의해, 정전 척(11)과 상부 전극(42)의 사이의 공간에 자장을 인가할 수 있다. 이 링 자석(100)은, 도시하지 않은 회전 기구에 의해 회전 가능하게 구성되어 있다.
이상의 플라즈마 처리 장치(1)에는, 기술한 바와 같이 제어부(150)가 설치되어 있다. 제어부(150)는, 예를 들면 컴퓨터이며, 프로그램 저장부(도시하지 않음)를 가지고 있다. 프로그램 저장부에는, 전원(30, 40), 정합기(31, 41) 및 유량 조정 기구(75)를 제어하여, 플라즈마 처리 장치(1)를 동작시키기 위한 프로그램도 저장되어 있다.
또한, 상기의 프로그램은, 예를 들면 컴퓨터 판독 가능한 하드 디스크(HD), 플렉서블 디스크(FD), 컴팩트 디스크(CD), 마그넷 옵티컬 디스크(MO), 메모리 카드 등의 컴퓨터에 판독 가능한 기억 매체에 기록된 것으로서, 그 기억 매체로부터 제어부(150)에 인스톨된 것이어도 좋다.
이어서, 재치대(2)에서의 포커스 링(10) 근방의 구성에 대하여 상술한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 정전 척(11) 상면의 외주연부(11a)는, 정전 척(11)의 웨이퍼(W)를 재치하는 면보다 계단형상으로 일단 낮게 형성되어 있다. 이 계단형상의 외주연부(11a)의 상면에는 원환 형상의 전열부재(80)가 배치되어 있고, 포커스 링(10)은 이 전열부재(80)의 상면에 배치되어 있다. 전열부재(80)는 예를 들면 실리콘 고무 등의 가요성이 있는 내열 부재에 의해 형성되어 있다.
포커스 링(10)의 외측면에는, 포커스 링(10)의 중심 방향을 향하여 오목하게 들어간 계지부(10a)가, 당해 포커스 링(10)의 두께 방향의 중심 근방의 영역의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 또한 계지부(10a)는, 대략 포커스 링(10)의 폭방향의 중심 근방에 위치하고 있다. 포커스 링(10)의 정전 척(11)측의 단부는, 정전 척(11)의 상면보다 약간 낮게 되어 있다. 정전 척(11) 상의 웨이퍼(W)의 외주연부는, 이 낮게 되어 있는 부분으로 돌출되어 있다. 또한, 포커스 링(10)의 상면은 정전 척(11)의 외주측을 향하여 서서히 높게 되어 있다. 정전 척(11)의 상면보다 높게 되어 있는 부분은 포커스 링(10)의 직경 방향의 외방을 향하여 연장되고, 평면에서 봤을 때 정전 척(11)의 외주단부보다 외측으로 돌출되는 차양부(10b)로서 형성되어 있다. 포커스 링(10)의 하면측은, 차양부(10b)보다 포커스 링(10)의 중심측으로, 즉 차양부(10b)보다 짧게 형성되어 있다.
압압 부재(12)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 포커스 링(10)의 계지부(10a)에 계지하는 접촉부(12a)와, 접촉부(12a)로부터 하방으로 연장되는 설치부(12b)를 구비하고 있다. 압압 부재(12)는 예를 들면 세라믹스에 의해 형성되어 있다. 설치부(12b)의 하면에는, 예를 들면 세라믹스에 의해 형성된 환상의 지지 부재(50)가 배치되어 있다. 지지 부재(50)의 하방으로서 정전 척(11) 및 서셉터(13)의 외측면에는, 예를 들면 석영으로 이루어지는 원통 부재(51)가 설치되어 있다. 압압 부재(12) 또는 지지 부재(50)로서는, 예를 들면 알루미나 등을 이용할 수 있다.
접촉부(12a)의 상단부는, 정전 척(11)의 중심 방향을 향하여 수평으로 연장되어 있다. 그리고, 이 접촉부(12a)의 포커스 링(10)측의 선단부가, 포커스 링(10)의 계지부(10a)에 끼워짐으로써, 접촉부(12a)가 포커스 링(10)의 계지부(10a)에 계지된다. 또한 접촉부(12a)의 상면은, 포커스 링(10)의 차양부(10b)에 의해 덮여 있고, 포커스 링(10) 상방으로부터의 평면에서 봤을 때, 당해 접촉부(12a)가 보이지 않도록 되어 있다.
설치부(12b)의 상면은, 예를 들면 포커스 링(10)의 계지부(10a)보다 낮게 되어 있다. 이 설치부(12b)에는 관통홀이 형성되어 있고, 이 관통홀을 관통하여 설치된 고정 부재로서의 예를 들면 나사(52)에 의해, 압압 부재(12)가 지지 부재(50)에 고정되어 있다. 그리고, 이 나사(52)에 의해 압압 부재(12)를 원통 부재(51)측으로 압입함으로써, 접촉부(12a)와 계지하는 포커스 링(10)이 정전 척(11)측으로 압입된다. 또한, 포커스 링(10)이 정전 척(11)측으로 압입됨으로써, 포커스 링(10)이 외주연부(11a)의 상면에 설치된 전열부재(80)와 밀착하고, 포커스 링(10)과 정전 척(11)의 열전달성이 향상된다.
압압 부재(12)는, 예를 들면 도 3에 도시한 바와 같이, 원호 형상의 2 개의 원호 부재(60)를 환상으로 조합하여 형성되어 있다. 그리고, 접촉부(12a)와 포커스 링(10)의 계지부(10a)를 계지시킬 때에는, 분할된 압압 부재(12), 즉 원호 부재(60)의 접촉부(12a)를 계지부(10a)의 외측으로부터 계지부(10a)에 감합시킨다. 포커스 링(10)에 감합시킨 압압 부재(12)의 설치부(12b)는, 기술한 바와 같이 나사(52)에 의해 지지 부재(50)에 고정된다. 또한 도 3에서는, 압압 부재(12)를 2 개의 원호 부재(60)로부터 구성한 경우를 도시하고 있지만, 압압 부재(12)를 몇 분할할지에 대해서는 본 실시예에 한정되지 않고, 임의로 설정이 가능하다. 또한 도 3에서는, 지지 부재(50)는 일체의 환상으로 형성되어 있는 상태를 도시하고 있지만, 지지 부재(50)는 예를 들면 2 개 이상으로 분할되어 있어도 좋다.
설치부(12b) 및 나사(52)의 상면에는, 예를 들면 석영으로 이루어지는 차폐 부재(61)가 설치되어 있다. 이 차폐 부재(61)도, 복수로 분할된 부재를 원환 형상으로 조합하여 형성되어 있다. 설치부(12b) 및 나사(52)는, 차폐 부재(61)에 의해 덮임으로써, 평면에서 봤을 때 차폐 부재(61)의 상방으로부터 보이지 않도록 되어 있다. 또한, 차폐 부재(61)의 내주면, 즉, 정전 척(11)측의 단부는, 포커스 링(10)의 차양부(10b)의 하방에 위치하고 있다.
차폐 부재(61)의 상면에는 또한, 예를 들면 석영으로 이루어지는 원환 형상의 피복 부재(70)가 설치되어 있다. 피복 부재(70)는, 그 내주면이 도 2에 도시한 바와 같이 포커스 링(10)의 차양부(10b)의 외주단부와 접촉하여 설치되어 있다. 이에 의해, 피복 부재(70)와 차양부(10b)의 경계로부터는, 평면에서 봤을 때 차폐 부재(61)가 보일 뿐이며, 압압 부재(12) 또는 나사(52)는 보이지 않도록 되어 있다. 이에 의해, 피복 부재(70)와 차양부(10b)의 경계로부터 침입한 플라즈마에 의해 나사(52) 또는 압압 부재(12)가 데미지를 받는 것을 방지할 수 있다.
피복 부재(70)의 하면으로서 압압 부재(12)의 외주에는, 그 상면이 외주부를 향하여 계단형상으로 낮아지는 단형상 부재(71)가 배치되어 있다. 피복 부재(70)의 하면은, 이 단형상 부재(71)의 상면을 따라 외주 방향을 향하여 낮아지는 계단형상으로 형성되어 있다. 단형상 부재(71)는, 원통 부재(51)의 상면에 지지되어 있다. 이에 의해, 피복 부재(70)와 단형상 부재(71)의 사이에는 소정의 간극이 계단형상으로 형성되고, 이 간극이 래비린스 씰로서 기능한다. 따라서, 이 간극에 플라즈마가 침입하기 어려워지고, 차폐 부재(61) 또는 압압 부재(12)의 경계면이 플라즈마로부터 받는 데미지가 억제된다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(1) 및 재치대(2)는 이상과 같이 구성되어 있고, 이어서, 예를 들면 플라즈마 에칭 처리에서의 이 플라즈마 처리 장치(1) 및 재치대(2)의 작용에 대하여 설명한다.
플라즈마 에칭 처리에 있어서는, 우선 정전 척(11)에 웨이퍼(W)가 재치되어 보지된다. 이어서, 가스 공급원(73)으로부터 처리 용기(16) 내에 에칭 처리용의 처리 가스가 공급된다. 그 후, 제 1 고주파 전원(30)과 제 2 고주파 전원(40)에 의해, 하부 전극인 서셉터(13)에 고주파 전력이 연속적으로 인가되고, 상부 전극(42)과 정전 척(11)의 사이에 있어서 고주파 전계가 형성된다. 이에 의해, 처리 용기(16) 내에 플라즈마가 발생하고, 처리 가스에 포함되는 원소의 래디칼(예를 들면, 산소 래디칼 또는 불소 래디칼)에 의해 피처리체의 에칭이 행해진다.
처리 용기(16) 내의 플라즈마는, 정전 척(11) 상의 포커스 링(10)에 의해 웨이퍼(W)의 상방으로 수속하고, 웨이퍼(W)의 표면에 소정의 처리가 실시된다. 이 때, 웨이퍼(W)와 포커스 링(10)은 플라즈마의 영향에 의해 온도가 상승하지만, 지지대(15)의 냉매 유로(15a)를 흐르는 냉매에 의해 냉각된다. 또한, 포커스 링(10)은 압압 부재(12)에 의해 압압되고, 정전 척(11)의 외주연부(11a)에 배치된 전열부재(80)와 밀착되어 있으므로, 효율적으로 냉각되고 또한 온도 불균일 없이 균일하게 냉각된다.
또한, 포커스 링(10)은 계지부(10a)에 계지한 압압 부재(12)의 접촉부(12a)에 의해 압압되어 있으므로, 예를 들면 포커스 링(10)의 폭방향의 중심 근방의 위치에 이 압압되는 힘이 작용한다. 그 경우, 도 5에 도시한 종래의 포커스 링(201)과 같이 외주단부를 압압하는 경우와 비교하여, 포커스 링(10)에 가해지는 모멘트가 매우 작아진다. 이 때문에, 포커스 링(10)의 변형이 억제되고, 정전 척(11)과의 사이의 열전달이 보다 균일해진다. 그 결과, 포커스 링(10)의 온도가 보다 균일해지고, 안정된 플라즈마 처리가 행해진다.
그리고, 이 플라즈마 처리를 연속하여 반복하면, 피복 부재(70)가 플라즈마에 의해 스퍼터링되어 데미지를 받는다. 그러나, 압압 부재(12)의 접촉부(12a)는 포커스 링(10)의 차양부(10b)에 의해 덮여 있으므로, 피복 부재(70)가 데미지를 받는 경우에서도, 접촉부(12a)가 플라즈마 영역에 노출되는 일이 없다. 또한, 압압 부재(12)의 설치부(12b)도 차폐 부재(61)에 의해 덮여 있기 때문에, 설치부(12b)가 플라즈마 영역에 노출되는 것도 막을 수 있다. 그 결과, 피복 부재(70)가 데미지를 받아도 임피던스가 변화되지 않기 때문에, 시간 경과적으로 플라즈마의 분포가 변동하지 않고, 안정적으로 플라즈마 처리를 행할 수 있다.
이상의 실시예에 의하면, 압압 부재(12)의 접촉부(12a)가 포커스 링(10)의 계지부(10a)에 계지하고, 또한 접촉부(12a)는 계지부(10a)보다 상방에 형성된 차양부(10b)에 의해 덮여 있으므로, 피복 부재(70)가 플라즈마에 의해 데미지를 받는 경우에도, 접촉부(12a)가 플라즈마 영역에 노출되는 일이 없다. 또한, 압압 부재(12)의 설치부(12b)도 차폐 부재(61)에 의해 덮여 있기 때문에, 설치부(12b)가 플라즈마 영역에 노출되는 것을 막을 수 있다. 이 때문에, 피복 부재(70)가 데미지를 받았을 때의 임피던스의 변화를 억제할 수 있어, 시간 경과적인 플라즈마의 분포의 변동을 최소한으로 할 수 있다. 그 결과, 플라즈마 분포의 시간 경과적인 변화를 억제하고, 피처리체를 면내 균일하게 처리할 수 있다. 또한, 압압 부재(12)의 플라즈마 영역에의 노출을 방지함으로써, 압압 부재(12)의 수명이 연장된다. 또한, 설치부(12b)는 접촉부(12a)보다 하방에 위치하기 때문에, 설치부(12b)가 만일 플라즈마 영역에 노출된 경우에도, 임피던스의 변화에 주는 영향을 작게 할 수 있다.
또한, 포커스 링(10)은 오목하게 들어간 계지부(10a)를 압압 부재(12)에 의해 정전 척(11) 방향으로 압압하고 있으므로, 종래와 같이 포커스 링(201)의 외주단부를 압압하는 경우와 비교하여, 포커스 링(10)에 가해지는 모멘트가 매우 작아진다. 이 때문에, 포커스 링(10)의 변형이 억제되고, 정전 척(11)과의 열전달이 보다 균일해진다. 그 결과, 포커스 링(10)의 온도가 보다 균일해지고, 안정된 플라즈마 처리를 행할 수 있다. 또한, 압압 부재(12)로 포커스 링(10)을 정전 척(11) 방향으로 압압할 때에 당해 포커스 링(10)에 가해지는 모멘트를 작게 하려면, 계지부(10a)를 포커스 링(10)의 폭방향의 중심 근방, 또는 그보다 정전 척(11)의 중심측의 위치에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 이상의 실시예에 의하면, 피복 부재(70)의 내주면이 포커스 링(10)의 차양부(10b)의 외주단부와 접촉하여 설치되고, 피복 부재(70)와 차양부(10b)의 경계의 하방에 차폐 부재(61)가 설치되고 또한, 피복 부재(70)의 하면에 단형상 부재(71)가 배치되어 있으므로, 피복 부재(70)와 차폐 부재(61) 및 단형상 부재(71)와의 사이에 래비린스 씰이 형성된다. 따라서, 이 래비린스 씰에 의해 각 부재의 간극에 플라즈마가 침입하기 어려워지고, 차폐 부재(61) 또는 압압 부재(12)의 경계면이 플라즈마로부터 받는 데미지를 억제할 수 있다.
이상의 실시예에서는, 압압 부재(12)를 복수의 원호 부재(60)에 의해 구성하고 있기 때문에, 압압 부재(12)의 교환을 용이하게 행할 수 있다.
또한, 이상의 실시예에서는, 차양부(10b)의 선단은 정전 척(11)의 외주단부보다 외측으로 돌출한 것으로 하고 있었지만, 차양부(10b)의 형상은 본 실시예에 한정되지 않는다. 차양부(10b)의 형상은, 압압 부재(12)의 접촉부(12a)와의 관계에 있어서, 접촉부(12a)가 평면에서 봤을 때 차양부(10b)에 의해 덮이도록 되어 있으면 좋고, 정전 척(11)의 외주연부(11a)의 형상 또는 접촉부(12a)의 형상에 따라서는, 차양부(10b)의 선단은 외주연부(11a)의 상방에 위치하도록 되어 있어도 좋다.
또한, 이상의 실시예에서는, 계지부(10a)는 정전 척(11)의 중심 방향을 향하여 오목하게 들어간 형상으로 하고 있었지만, 계지부(10a)의 형상은, 접촉부(12a)가 계지부(10a)와 계지된 상태로 평면에서 봤을 때 차양부(10b)에 의해 덮이도록 되어 있으면 되고, 본 실시의 형상에 한정되는 것은 아니다. 다른 계지부(10a)의 일례로서는, 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이, 포커스 링(10)의 하면에, 상방으로 오목하게 패이고, 또한 이 오목부를 포커스 링(10)의 외측 방향을 향하여 연장시키고 또한, 압압 부재(12)의 접촉부(12a)의 선단부를 포커스 링(10)의 외측 방향으로 꺾어 대략 U 자 형상으로 형성함으로써, 이 꺾인 부분을 이용하여, 접촉부(12a)와 계지부(10a)를 계지시키도록 해도 좋다.
이상, 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 분명하며, 이들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
1 : 플라즈마 처리 장치
2 : 재치대
10 : 포커스 링
11 : 정전 척
12 : 압압 부재
13 : 서셉터
15a : 냉매 유로
30 : 제 1 고주파 전원
40 : 제 2 고주파 전원
50 : 지지 부재
51 : 원통 부재
60 : 원호 부재
61 : 차폐 부재
70 : 피복 부재
80 : 전열부재
W : 웨이퍼

Claims (7)

  1. 피처리체의 처리 장치로서,
    처리 공간을 구획하여 형성하는 처리 용기와,
    상기 처리 공간 내에 배치된 재치대를 구비하고,
    상기 재치대는, 피처리체를 재치하는 정전 척과, 상기 정전 척의 외주부에 설치된 포커스 링을 구비하고,
    상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 원환 형상의 압압 부재와,
    상기 압압 부재를 상기 정전 척에 고정하는 고정 부재를 구비하고,
    상기 포커스 링에는, 외측면의 전체 둘레에 걸쳐 상기 포커스 링의 중심 방향을 향하여 오목하게 들어간 계지부가 형성되고,
    상기 압압 부재에는, 상기 포커스 링의 계지부에 계지하여 상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 하방으로 연장되고, 상기 고정 부재에 의해 상기 정전 척에 고정되는 설치부가 형성되고,
    상기 포커스 링의 외주단부의 상면에는, 평면에서 봤을 때 상기 압압 부재의 접촉부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차양부가 형성되고,
    상기 압압 부재의 설치부를 덮는 피복 부재를 더 구비하고,
    상기 피복 부재는, 상기 포커스 링의 차양부의 외주단부와 접촉하여 설치되고,
    상기 피복 부재와 상기 설치부의 사이에는, 평면에서 봤을 때 상기 포커스 링의 차양부와 상기 피복 부재와의 경계로부터 상기 설치부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차폐 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압압 부재는, 복수의 원호 부재를 환상으로 조합하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 피복 부재는, 석영으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정전 척과 상기 포커스 링의 사이에는 전열부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압압 부재는 세라믹스에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 처리 장치.
  7. 피처리체를 재치하는 정전 척과, 상기 정전 척의 외주부에 설치된 포커스 링을 구비하는, 플라즈마 처리 용기 내에 배치되는 피처리체의 재치대로서,
    상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 원환 형상의 압압 부재와,
    상기 압압 부재를 상기 정전 척에 고정하는 고정 부재를 구비하고,
    상기 포커스 링에는, 외측면의 전체 둘레에 걸쳐 상기 포커스 링의 중심 방향을 향하여 오목하게 들어간 계지부가 형성되고,
    상기 압압 부재는, 상기 포커스 링의 계지부에 계지하여 상기 포커스 링을 상기 정전 척에 대하여 압압하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 하방으로 연장되고, 상기 고정 부재에 의해 상기 정전 척에 고정되는 설치부가 형성되고,
    상기 포커스 링의 외주단부의 상면에는, 평면에서 봤을 때 상기 압압 부재의 접촉부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차양부가 형성되고,
    상기 압압 부재의 설치부를 덮는 피복 부재를 더 구비하고,
    상기 피복 부재는, 상기 포커스 링의 차양부의 외주단부와 접촉하여 설치되고,
    상기 피복 부재와 상기 설치부의 사이에는, 평면에서 봤을 때 상기 포커스 링의 차양부와 상기 피복 부재와의 경계로부터 상기 설치부가 시야에 들어가지 않도록 덮는 차폐 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 피처리체의 재치대.
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