KR102161954B1 - 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치 - Google Patents

유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판을 공정 처리하는 공정 공간에서 유도 결합 플라즈마를 생성하여 기판을 공정 처리하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 외부의 전원과 연결되는 입력 안테나, 입력 안테나로 공급된 전원에 따른 전류를 외부로 출력하는 출력 안테나, 상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나의 가로 방향으로 배치되며 각각 일측이 입력 안테나와 출력 안테나에 연결되는 연결 안테나 및 입력 안테나와 출력 안테나에 개별적으로 연결된 연결 안테나 사이를 상호 연결하며 연결 안테나가 배치된 평면상에 대해 상향으로 이격 배치되는 브릿지(bridge) 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치{ANTENNA ASSEMBLY FOR INDUCTIVELY COUPLED PLASMA APPARATUS AND INDUCTIVELY COUPLED PLASMA HAVING THE SAME}
본 발명은 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기판을 공정 처리하는 공정 공간에서 유도 결합 플라즈마를 생성하여 기판을 공정 처리하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
반도체, 디스플레이 및 솔라 셀(solar cell) 등을 제조하는 공정 처리 과정에는 기판(웨이퍼, 글라스 기판)의 표면상에 전기적인 패턴을 형성하기 위한 식각 공정이 포함된다. 이러한 식각 공정은 습식 식각 방식과 건식 식각 방식으로 구분되며, 최근에는 습식 식각 방식 대비 공정 효율이 더 좋은 건식 식각 방식이 널리 사용된다.
여기서, 반도체, 디스플레이 및 솔라 셀 등을 제조하는 분야에서 건식 식각 방식 중 유도 결합 플라즈마를 이용하는 유도 결합 플라즈마 처리장치가 많이 사용된다. 유도 결합 플라즈마 처리장치는 유도 전계를 이용하여 기판이 공정 처리되는 공정 공간에 공급된 공정 가스를 유도 결합 플라즈마 상태로 변환한다. 유도 결합 플라즈마 처리장치에 의해 생성된 유도 결합 플라즈마는 기판의 표면과 충돌하는 과정에서 식각 공정을 수행한다.
한편, 상술한 바와 같은 유도 결합 플라즈마 처리장치는 고주파 전원 공급원, 기판이 처리되는 공정 공간에 유도 결합 플라즈마를 발생하도록 고주파 전원이 인가되는 안테나, 절연체인 유전체 창 및 유전체 창을 지지하는 프레임을 포함한다. 안테나의 하부에 배치되는 유전체 창과 유전체 창을 지지하는 프레임은 공정 공간에서 기판 처리되는 기판의 크기에 따라 정해진다. 예를 들면, 디스플레이 제조 분야에서 제조사마다 차이점은 있으나, 6G, 8G, 10G 등과 같이 기판의 크기를 세대별로 구분하여 사용한다. 이러한 기판의 크기를 세대별로 구분할 때 기판의 크기에 대응하여 유전체 창의 크기 또한 증가한다.
유전체 창은 일반적으로 세라믹 재질로 제조되며, 재료의 물성 특성 상 기판의 크기에 대응하여 일정 크기 이상으로 커질 수 없다. 이러한 유전체 창의 물성 특성을 고려하여 유전체 창의 기판의 크기에 대응하도록 복수 개로 분할하여 배치된다. 복수 개로 분할된 유전체 창은 프레임부에 지지된다. 프레임부는 챔버에 지지되는 테두리 영역인 프레임과 프레임의 내부에 배치되어 복수 개로 분할된 유전체 창을 지지하는 복수 개의 프레임 바로 구성된다. 프레임부는 기판의 크기에 대응되는 유전체 창의 크기에 대응되는 크기를 갖는다. 프레임부는 도전성인 금속 재질로 마련되어 복수 개의 유전체 창을 지지한다.
그런데, 종래의 유도 결합 플라즈마 처리장치에서 고주파 전원의 인가에 따른 유도 전류를 생성하는 안테나와 도전성 재질인 프레임부는 상호 절연되어야 한다. 그래서 안테나와 프레임부는 상호 접촉하지 않도록 배치된다. 상술한 바와 같이 프레임부의 크기(면적)가 증가하게 되면 프레임부의 강성을 유지하기 위해 프레임부의 두께는 전체적으로 증가할 수밖에 없다. 이러한 프레임부의 두께 증가에 따라 안테나와 두께가 증가된 프레임부의 상호 접촉을 방지할 수 있는 구조가 요구된다. 또한, 안테나와 프레임부의 상호 접촉 방지와 함께 프레임부의 두께에 따른 안테나의 배치 구조 변경 시 임피던스 제어를 통한 플라즈마 밀도의 불균일도도 해소해야 하는 필요성이 있다.
대한민국 등록특허공보 제1512086호 : 플라즈마 안테나 및 그를 포함하는 플라즈마 발생장치
본 발명의 목적은 프레임과 안테나 사이의 상호 접촉을 방지할 수 있도록 안테나의 배치 구조를 개선한 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 안테나와 프레임부의 상호 접촉을 회피하기 위해 개선된 안테나의 배치 구조에 따라 플라즈마 밀도의 불균일도를 해소할 수 있도록 임피던스 제어가 용이한 안테나를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치도 제공하는 것이다.
상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 외부의 전원과 연결되는 입력 안테나와, 상기 입력 안테나로 공급된 전원에 따른 전류를 외부로 출력하는 출력 안테나와, 상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나의 가로 방향으로 배치되며 각각 일측이 상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나에 연결되는 연결 안테나와, 상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나에 개별적으로 연결된 상기 연결 안테나 사이를 상호 연결하며 상기 연결 안테나가 배치된 평면상에 대해 상향으로 이격 배치되는 브릿지(bridge) 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체에 의해 이루어진다.
상기 브릿지 안테나가 각각의 상기 연결 안테나의 자유단을 상향으로 상호 연결하는 형상은 일측이 개구된 반원과 다각형 형상 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체는 복수 개로 분할 배치되는 유전체 창 및 복수 개로 분할된 상기 유전체 창을 평면상에서 지지하는 복수 개의 프레임 바를 갖는 프레임부를 더 포함하며, 상기 브릿지 안테나는 상기 프레임 바의 높이를 초과하여 각각의 상기 연결 안테나의 자유단 측을 상호 연결할 수 있다.
상기 브릿지 안테나에는 높이 차이에 따라 일정 간격을 두고 복수 개의 연결부가 형성되고, 상기 연결 안테나는 복수 개의 상기 연결부에 대응하여 상기 유전체 창의 판면에 대해 높이 차이를 두고 배치위치가 조절될 수 있다.
복수 개의 상기 연결부 중 어느 하나에 배치되는 상기 연결 안테나는 상기 유전체 창의 판면에 대해 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체는 상기 브릿지 안테나에 연결되어 상기 입력 안테나, 상기 출력 안테나, 상기 연결 안테나 및 상기 브릿지 안테나를 안테나실에 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 프레임부의 크기는 4500mm × 4000mm 이상을 가지며 상기 유전체 창은 적어도 16개 이상으로 분할되어 배치될 수 있다.
상기 입력 안테나에 연결되는 상기 연결 안테나는 상기 출력 안테나에 연결되는 상기 연결 안테나의 높이보다 상대적으로 더 높은 위치에 배치될 수 있다.
상기 연결 안테나는 복수 개의 상기 연결부에 대해 슬라이딩 이동되어 배치위치가 조절될 수 있다.
상기 브릿지 안테나는 상기 연결 안테나에 각각 연결되는 한 쌍의 제 1브릿지 안테나와, 한 쌍의 상기 제 1브릿지 안테나를 상호 연결하는 제 2브릿지 안테나와, 한 쌍의 상기 제 1브릿지 안테나에 길이 방향으로 각각 복수 개로 배치되며 상기 제 1브릿지 안테나의 길이 방향을 따라 배치위치가 변경되는 상기 제 2브릿지 안테나 연결되는 연결부를 포함할 수 있다.
상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나에는 각각 길이 방향을 따라 입력 안테나 연결부와 출력 안테나 연결부가 복수 개로 형성되고, 상기 연결 안테나는 상기 입력 안테나와 상기 제 1브릿지 안테나를 상호 연결하는 제 1연결 안테나 및 상기 출력 안테나와 상기 제 1브릿지 안테나를 상호 연결하는 제 2연결 안테나를 포함하며, 상기 제 1연결 안테나와 상기 제 2연결 안테나는 각각 상기 입력 안테나 연결부와 상기 연결부 및 상기 출력 안테나 연결부와 상기 연결부에 대해 배치위치가 변경되어 연결될 수 있다.
한편, 상기 과제의 해결 수단은, 본 발명에 따라 기판이 플라즈마 공정 처리되는 공정 공간을 형성하는 챔버와, 상기 공정 공간 내부에 배치되어 상기 기판을 지지하는 스테이지와, 상기 챔버의 외부에 배치되어 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원 공급부와, 상기 고주파 전원 공급부에 연결되며 상기 공정 공간에 상기 기판이 공정 처리되는 유도 결합 플라즈마를 생성하는 전술한 구성들 중 하나의 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 의해서도 이루어진다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치의 효과는 다음과 같다.
첫째, 입력 안테나와 출력 안테나에 개별적으로 연결된 연결 안테나 사이를 상호 연결하는 브릿지 안테나가 연결 안테나가 배치된 평면상에 대해 상향으로 이격 배치됨에 따라 다른 구성과의 간섭을 방지할 수 있으므로, 플라즈마 밀도의 저하를 방지할 수 있다.
둘째, 브릿지 안테나는 프레임 바의 높이보다 더 높은 높이를 가지고 상향 배치되어 프레임 바와의 접촉을 방지함에 따라 입력 안테나, 출력 안테나 및 연결 안테나와 프레임부를 절연할 수 있으므로, 플라즈마 밀도의 저하 방지와 함께 고장 등을 방지할 수 있다.
셋째, 연결 안테나는 브릿지 안테나를 따라 높이 조절이 가능하여 안테나의 임피던스 조절을 유연하게 할 수 있으므로, 플라즈마 밀도의 조절을 정밀하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 개략 구성 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 평면도,
도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 부분 사시도,
도 4는 도 3에 도시된 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도,
도 5는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 부분 사시도,
도 6은 도 5에 도시된 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도,
도 7 내 도 10은 본 발명의 제 3 내지 제 6실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도,
도 11은 본 발명의 제 7실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 부분 사시도,
도 12는 도 11에 도시된 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도,
도 13은 본 발명의 제 8실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체 및 이를 갖는 유도 결합 플라즈마 처리장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
설명하기에 앞서, 본 발명은 제 1 내지 제 8실시 예로 구성되어 있으며 동일한 구성 명칭에 대해서는 동일한 도면 부호로 기재하였음을 미리 밝혀둔다. 다만, 본 발명의 제 1 및 제 2실시 예의 브릿지 안테나몸체(1620)에 대해서는 본 발명의 제 3 내지 제6실시 예에서 제 1브릿지 안테나(1620)로 혼용되어 기재하였음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치의 개략 구성 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 평면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 챔버(10), 스테이지, 고주파 전원 공급부(210) 및 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치(1)는 게이트(30), 배기구(50), 전극부용 전원 공급부(170) 및 정전 척용 전원 공급부(190)를 더 포함한다.
챔버(10)는 챔버몸체(12) 및 리드(14)를 포함한다. 챔버몸체(12)의 내부는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)에 의해 공정 공간(16)과 안테나실(18)로 구분된다. 공정 공간(16)과 안테나실(18)은 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)에 의해 상호 개별적인 영역으로 구획된다. 리드(14)는 챔버몸체(12)의 상부에 배치된다. 즉, 리드(14)는 안테나실(18)의 개구 영역을 선택적으로 개폐하도록 챔버몸체(12)의 상부에 배치된다. 챔버몸체(12)의 내부에 형성된 공정 공간(16)에는 기판(S)을 지지하는 스테이지가 배치되어 있다.
게이트(30)는 챔버(10)의 외부로부터 공정 공간(16)으로 기판(S)이 공급되는 공급로와 공정 처리된 기판(S)이 공정 공간(16)으로부터 챔버(10)의 외부로 배출되는 배출로에 각각 배치된다. 게이트(30)는 기판(S)의 공정 과정에 따라 공급로 및 배출로를 선택적으로 개폐한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 게이트(30)는 별도로 챔버몸체(12)의 양측에 배치된 공급로 및 배출로에 각각 배치되어 있으나, 공급로와 배출로가 1개로 구성될 경우 1개로 배치될 수 있다.
배기구(50)는 기판(S)의 공정 처리 시 공정 공간(16)이 진공 분위기를 유지할 수 있도록 챔버(10)의 외부에 배치된 진공 펌프 등과 같은 진공 수단(미도시)에 연결된다.
스테이지는 공정 공간(16)에 배치되어 공정 공간(16)에서 공정 처리되는 기판(S)을 지지한다. 스테이지는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)와 대향되어 배치된다. 본 발명의 일 실시 예로서, 스테이지는 전극부(70), 베이스부(90), 절연부(110), 냉각부(130) 및 정전 척(150)을 포함한다. 그러나, 스테이지는 본 발명의 일 실시 이외에도 다양한 구성으로 설계 변경될 수 있다.
전극부(70)는 챔버(10)의 외부에 배치된 전극부용 전원 공급부(170)와 전기적으로 연결된다. 전극부(70)는 전기적으로 연결된 전극부용 전원 공급부(170)로부터 제공된 전원에 따라 공정 공간(16)에 전기장을 생성한다. 전극부(70)로부터 생성된 전기장과 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)로부터 생성된 유도 전계는 공정 공간(16)에 공급된 공정 가스와의 이온화에 의해 유도 결합 플라즈마를 생성한다. 베이스부(90)는 챔버(10)의 하부와 전극부(70) 사이에 배치된다. 베이스부(90)는 스테이지를 구성하는 전극부(70), 절연부(110), 냉각부(130) 및 정전 척(150)을 지지한다.
절연부(110)는 전극부(70)와 베이스부(90) 사이에 배치되어 전극부(70)와 베이스부(90) 사이를 절연한다. 냉각부(130)는 전극부(70)와 절연부(110) 사이에 배치되어 전극부(70)에서의 발열을 냉각한다. 냉각부(130)의 내부에는 전극부(70)의 발열을 방열하기 위한 냉매의 냉매 유로가 형성되어 있다. 정전 척(150)은 챔버(10)의 외부에 배치된 정전 척용 전원 공급부(190)와 전기적으로 연결된다. 정전 척(150)은 정전 척용 전원 공급부(190)로부터 선택적으로 공급되는 DC 전원에 따라 기판(S)을 선택적으로 척킹 한다.
<제 1 및 제 2실시 예>
다음으로 도 3은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 부분 사시도, 도 4는 도 3에 도시된 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도, 도 5는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 부분 사시도, 그리고 도 6은 도 5에 도시된 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도이다.
본 발명의 제 1 및 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 입력 안테나(1300), 출력 안테나(1400), 연결 안테나(1500) 및 브릿지(bridge) 안테나(1600)를 포함한다. 또한, 본 발명의 실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)는 프레임부(1100), 유전체 창(1200) 및 지지부(1700)를 더 포함한다.
프레임부(1100) 및 유전체 창(1200)은 챔버몸체(12) 내부의 공간을 공정 공간(16)과 입력 안테나(1300), 출력 안테나(1400), 연결 안테나(1500) 및 브릿지 안테나(1600)가 수용되는 안테나실(18)로 상호 구획한다. 프레임부(1100)는 복수 개의 유전체 창(1200)을 지지하도록 마련된다. 프레임부(1100)는 본 발명의 일 실시 예로서, 4500mm × 4000mm 이상의 크기를 갖는다. 즉, 프레임부(1100)는 대형화 기판(S)에 대응되어 챔버(10) 내부에 배치된다. 본 발명의 일 실시 예로서, 프레임부(1100)는 프레임(1120)과 프레임 바(1140)를 포함한다. 프레임(1120)은 챔버(10) 내부에 지지되는 프레임부(1100)의 테두리를 형성한다. 프레임 바(1140)는 복수 개로 분할된 유전체 창(1200)을 지지한다. 여기서, 프레임(1120)과 프레임 바(1140)로 구성된 프레임부(1100)는 복수 개의 분할된 유전체 창(1200)을 지지하는 강성을 갖도록 금속 재질로 마련된다. 본 발명의 일 실시 예로서, 4500mm × 4000mm 이상의 크기를 갖는 프레임부(1100)는 뒤틀림 등의 강성 확보를 위해 65mm의 높이를 초과하는 프레임 바(1140)를 갖는다.
입력 안테나(1300)는 챔버(10) 외부에 배치된 고주파 전원 공급부(210)와 전기적으로 연결된다. 출력 안테나(1400)는 입력 안테나(1300)로 공급된 고주파 전원에 따른 유도 전류를 외부로 출력한다.
연결 안테나(1500)는 입력 안테나(1300)와 출력 안테나(1400)의 가로 방향으로 배치된다. 상세하게 연결 안테나(1500)는 유전체 창(1200)의 판면에 대해 평행한 방향으로 배치된다. 연결 안테나(1500)는 입력 안테나(1300)에 연결되는 제 1연결 안테나(1520) 및 출력 안테나(1400)에 연결되는 제 2연결 안테나(1540)를 포함한다. 본 발명의 일 실시 예로서, 제 1연결 안테나(1520) 및 제 2연결 안테나(1540)의 일측은 각각 입력 안테나(1300) 및 출력 안테나(1400)에 연결되고, 타측은 자유단으로 배치된다.
브릿지 안테나(1600)는 입력 안테나(1300)와 출력 안테나(1400)에 개별적으로 연결된 연결 안테나(1500) 사이를 상호 연결한다. 즉, 브릿지 안테나(1600)는 제 1연결 안테나(1520) 및 제 2연결 안테나(1540)의 자유단 측을 상호 연결하여 제 1연결 안테나(1520)와 제 2연결 안테나(1540)를 통전한다. 브릿지 안테나(1600)는 연결 안테나(1500)가 배치된 평면상에 대해 상향으로 이격 배치된다. 상세하게 브릿지 안테나(1600)는 유전체 창(1200)의 판면 상에 배치된 제 1연결 안테나(1520) 및 제 2연결 안테나(1540)를 상호 연결하고, 도전성 재질의 프레임 바(1140)와 접촉되지 않도록 프레임 바(1140)의 상향으로 배치된 허들 경기에서 사용되는 장애물과 같은 형상을 갖는다. 브릿지 안테나(1600)는 일측이 개구된 반원과 다각형 형상 중 어느 하나를 포함한다. 본 발명의 제 1 및 제 2실시 예의 브릿지 안테나(1600)는 일측이 개구된 사각형 형상을 갖는다. 이러한 브릿지 안테나(1600)는 도전성 재질의 프레임 바(1140)에 대해 입력 안테나(1300), 출력 안테나(1400) 및 연결 안테나(1500)를 절연한다.
본 발명의 브릿지 안테나(1600)는 브릿지 안테나몸체(1620) 및 연결부(1660)를 포함한다. 브릿지 안테나몸체(1620)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 일측이 개구된 사각형 형상을 가지고 제 1연결 안테나(1520)와 제 2연결 안테나(1540)를 상호 연결한다. 그리고, 연결부(1660)는 브릿지 안테나몸체(1620)의 상하 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개로 형성된다. 연결부(1660)는 연결 안테나(1500)가 연결되는 연결 영역이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 연결 안테나(1500)는 브릿지 안테나몸체(1620)의 상하 방향으로 일정 간격을 두고 형성된 연결부(1660)에 연결된다. 즉, 연결 안테나(1500)는 복수 개의 연결부(1660)에 대응하여 유전체 창(1200)의 판면에 대해 높이 차이를 두고 배치위치가 조절된다. 본 발명의 제 2실시 예의 연결 안테나(1500)는 입력 안테나(1300)에 연결된 제 1연결 안테나(1520)의 높이를 조절한다. 이러한 입력 안테나(1300)에 연결된 제 1연결 안테나(1520)의 높이를 제 2연결 안테나(1540)의 높이 대비 상향하는 이유는 입력 측으로 공급되는 전류의 세기가 출력 측으로 출력되는 전류의 세기가 상대적으로 높기 때문이다. 이렇게 입력 안테나(1300)에 연결된 제 1연결 안테나(1520)의 높이를 조절함으로써 임피던스 제어가 용이해지고, 이에 따라 플라즈마 밀도의 불균일도를 조절할 수 있다. 여기서, 상향으로 배치되는 제 1연결 안테나(1520)는 유전체 창(1200)의 판면과 평행하게 배치되어야 한다. 한편, 상술한 바와 같이 입력 측의 제 1연결 안테나(1520)를 출력 측의 제 2연결 안테나(1540) 대비 상향으로 배치하나, 설계 변경 또는 임피던스 제어 이슈에 따라 출력 측의 제 2연결 안테나(1540)도 상향으로 배치될 수 있다.
다음으로 지지부(1700)는 리드(14)와 브릿지 안테나(1600)를 상호 연결한다. 지지부(1700)는 브릿지 안테나(1600)에 연결되어 입력 안테나(1300), 출력 안테나(1400), 연결 안테나(1500) 및 브릿지 안테나(1600)를 안테나실(18)에 지지하도록 리드(14)에 연결된다.
<제 3 내지 제 6실시 예>
도 7 내 도 10은 본 발명의 제 3 내지 제 6실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도이다.
본 발명의 제 3 내지 제 6실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(100)는 본 발명의 제 1 및 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)와 달리 입력 안테나(1300), 출력 안테나(1400), 연결 안테나(1500) 및 브릿지 안테나(1600)에 차이점을 갖는다.
상세하게 입력 안테나(1300)는 입력 안테나몸체(1320) 및 입력 안테나 연결부(1340)를 포함하고, 출력 안테나(1400)는 출력 안테나몸체(1420) 및 출력 안테나 연결부(1440)를 포함한다. 입력 안테나몸체(1320)는 챔버(10) 외부에 배치된 고주파 전원 공급부(210)와 전기적으로 연결된다. 그리고, 출력 안테나몸체(1420)는 입력 안테나몸체(1320)로부터 공급된 고주파 전원에 따른 유도 전류를 외부로 출력한다.
입력 안테나 연결부(1340)는 입력 안테나몸체(1320)의 길이 방향을 따라 복수 개로 형성되고, 출력 안테나 연결부(1440)는 출력 안테나몸체(1420)의 길이 방향을 따라 복수 개로 배치된다. 이러한 입력 안테나 연결부(1340)와 출력 안테나 연결부(1440)는 후술할 제 1브릿지 안테나(1620)에 형성된 연결부(1660) 사이에서 각각 제 1연결 안테나(1520)와 제 2연결 안테나(1540)를 상호 연결시킨다.
연결 안테나(1500)는 입력 안테나(1300)와 출력 안테나(1400)의 가로 방향으로 배치된다. 상세하게 연결 안테나(1500)는 유전체 창(1200)의 판면에 대해 평행한 방향으로 배치된다. 연결 안테나(1500)는 입력 안테나(1300)에 연결되는 제 1연결 안테나(1520) 및 출력 안테나(1400)에 연결되는 제 2연결 안테나(1540)를 포함한다. 여기서, 제 1연결 안테나(1520)와 제 2연결 안테나(1540)는 각각 입력 안테나(1300)와 제 1브릿지 안테나(1620) 사이 및 출력 안테나(1400)와 제 1브릿지 안테나(1620) 사이에서 배치위치가 변경될 수 있도록 연결된다.
브릿지 안테나(1600)는 입력 안테나(1300)와 출력 안테나(1400)에 개별적으로 연결된 연결 안테나(1500) 사이를 상호 연결한다. 즉, 브릿지 안테나(1600)는 제 1연결 안테나(1520) 및 제 2연결 안테나(1540)의 자유단 측을 상호 연결하여 제 1연결 안테나(1520)와 제 2연결 안테나(1540)를 통전한다. 브릿지 안테나(1600)는 연결 안테나(1500)가 배치된 평면상에 대해 상향으로 이격 배치된다. 상세하게 브릿지 안테나(1600)는 유전체 창(1200)의 판면 상에 배치된 제 1연결 안테나(1520) 및 제 2연결 안테나(1540)를 상호 연결하고, 도전성 재질의 프레임 바(1140)와 접촉되지 않도록 프레임 바(1140)의 상향으로 배치된 허들 경기에서 사용되는 장애물과 같은 형상을 갖는다.
본 발명의 제 3 내지 제 6실시 예의 브릿지 안테나(1600)는 제 1브릿지 안테나(1620), 제 2브릿지 안테나(1640) 및 연결부(1660)를 포함한다.
제 1브릿지 안테나(1620)는 연결 안테나(1500)에 각각 연결되도록 한 쌍으로 배치된다. 상세하게 제 1브릿지 안테나(1620)는 입력 안테나(1500)와 제 1브릿지 안테나(1620)를 상호 연결하는 제 1연결 안테나(1520)와 연결되고, 출력 안테나(1400)와 제 1브릿지 안테나(1620)를 상호 연결하는 제 2연결 안테나(1540)와 연결된다.
제 2브릿지 안테나(1640)는 한 쌍의 제 1브릿지 안테나(1620)를 상호 연결한다. 제 2브릿지 안테나(1640)는 입력 안테나(1300)로부터 공급된 전류가 출력 안테나(1400)로 출력될 수 있도록 한 쌍의 제 1브릿지 안테나(1620)를 상호 연결한다.
연결부(1660)는 제 1브릿지 안테나(1620)의 길이 방향을 따라 복수 개로 형성된다. 연결부(1660)는 제 2브릿지 안테나(1640)가 제 1브릿지 안테나(1620)에 대해 배치위치, 즉 높이가 변경될 수 있도록 제 2브릿지 안테나(1640)와 연결된다. 또한, 연결부(1660)는 제 1연결 안테나(1520)와 제 2연결 안테나(1540)의 배치위치가 변경될 수 있도록 제 1연결 안테나(1520)의 일측 및 제 2연결 안테나(1540)의 일측과 연결된다.
예를 들어, 도 7 및 도 8을 비교하면 도 7의 제 2브릿지 안테나(1640) 대비 도 8의 제 2브릿지 안테나(1640)는 하향된 배치위치에 배치된다. 그리고, 도 7 및 도 9를 비교하면 제 1연결 안테나(1520)는 출력 안테나(1400)와 연결되는 제 2출력 안테나(1540) 대비 상향에 위치된다. 이러한 입력 안테나(1300)에 연결된 제 1연결 안테나(1520)의 높이를 제 2연결 안테나(1540)의 높이 대비 상향하는 이유는 입력 측으로 공급되는 전류의 세기가 출력 측으로 출력되는 전류의 세기가 상대적으로 높기 때문이다. 이렇게 입력 안테나(1300)에 연결된 제 1연결 안테나(1520)의 높이를 조절함으로써 임피던스 제어가 용이해지고, 이에 따라 플라즈마 밀도의 불균일도를 조절할 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10을 비교하면 입력 안테나(1300)와 연결된 제 1연결 안테나(1520) 대비 출력 안테나(1400)와 연결된 제 2연결 안테나(1540)가 상향에 배치된다. 도 10에 도시된 제 1연결 안테나(1520)와 제 2연결 안테나(1540)의 높이 차이는 상술한 도 9와 달리 설계 변경 또는 임피던스 제어 이슈에 따라 출력 안테나(1400)에 연결되는 제 2연결 안테나(1540)의 높이를 상향으로 배치한 것이다.
<제 7 및 제 8실시 예>
도 11은 본 발명의 제 7실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 부분 사시도, 도 12는 도 11에 도시된 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도, 그리고 도 13은 본 발명의 제 8실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체의 측면도이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 7 및 제 8실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)는 본 발명의 제 1 및 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)와 같이 프레임부(1100), 유전체 창(1200), 입력 안테나(1300), 출력 안테나(1400), 연결 안테나(1500), 브릿지 안테나(1600) 및 지지부(1700)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 제 7 및 제 8실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)의 프레임부(1100), 유전체 창(1200), 입력 안테나(1300), 출력 안테나(1400) 및 연결 안테나(1500)는 본 발명의 제 1 및 제 2실시 예에 따른 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체(1000)에서 설명하였으므로 이하에서 생략한다.
브릿지 안테나(1600)는 본 발명의 제 1 및 제 2실시 예의 브릿지 안테나(1600)와 달리 일측이 개구된 반원 형상을 갖는다. 물론, 브릿지 안테나(1600)는 프레임 바(1140)에 접촉되지 않도록 프레임 바(1140)보다 상대적으로 높은 반원, 즉 프레임 바(1140)의 높이보다 큰 반지름을 갖는 반원 형상으로 마련된다. 본 발명의 제 8실시 예에서 연결 안테나(1500)는 반원 형상의 브릿지 안테나(1600)의 원주 방향을 따라 상향 배치된다. 이러한 연결 안테나는 브릿지 안테나(1600)의 원주 방향을 따라 배치 높이 조절되나, 법선 방향으로 배치되는 것이 아니라 본원발명의 제 2실시 예와 같이 유전체 창(1200)의 판면에 평행하게 배치된다.
이에, 입력 안테나와 출력 안테나에 개별적으로 연결된 연결 안테나 사이를 상호 연결하는 브릿지 안테나가 연결 안테나가 배치된 평면상에 대해 상향으로 이격 배치됨에 따라 다른 구성과의 간섭을 방지할 수 있으므로, 플라즈마 밀도의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 브릿지 안테나는 프레임 바의 높이보다 더 높은 높이를 가지고 상향 배치되어 프레임 바와의 접촉을 방지함에 따라 입력 안테나, 출력 안테나 및 연결 안테나와 프레임부를 절연할 수 있으므로, 플라즈마 밀도의 저하 방지와 함께 고장 등을 방지할 수 있다.
더불어, 연결 안테나는 브릿지 안테나를 따라 높이 조절이 가능하여 안테나의 임피던스 조절을 유연하게 할 수 있으므로, 플라즈마 밀도의 조절을 정밀하게 할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징들이 변경되지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것으로 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 유도 결합 플라즈마 처리장치 10: 챔버
210: 고주파 전원 공급부
1000: 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체
1100: 프레임부 1200: 유전체 창
1300: 입력 안테나 1400: 출력 안테나
1500: 연결 안테나 1600: 브릿지(bridge) 안테나
1660: 연결부 1700: 지지부

Claims (12)

  1. 외부의 전원과 연결되는 입력 안테나와;
    상기 입력 안테나로 공급된 전원에 따른 전류를 외부로 출력하는 출력 안테나와;
    상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나의 가로 방향으로 배치되며, 각각 일측이 상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나에 연결되는 연결 안테나와;
    상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나에 개별적으로 연결된 상기 연결 안테나 사이를 상호 연결하며, 상기 연결 안테나가 배치된 평면상에 대해 상향으로 이격 배치되는 브릿지(bridge) 안테나와;
    복수 개로 분할 배치되는 유전체 창과;
    복수 개로 분할된 상기 유전체 창을 평면상에서 지지하는 복수 개의 프레임 바를 갖는 프레임부를 포함하고,
    상기 브릿지 안테나는 상기 프레임 바의 높이를 초과하여 각각의 상기 연결 안테나의 자유단 측을 상호 연결하며,
    상기 브릿지 안테나에는 높이 차이에 따라 일정 간격을 두고 복수 개의 연결부가 형성되고, 상기 연결 안테나는 복수 개의 상기 연결부에 대응하여 상기 유전체 창의 판면에 대해 높이 차이를 두고 배치위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 브릿지 안테나가 각각의 상기 연결 안테나의 자유단을 상향으로 상호 연결하는 형상은 일측이 개구된 반원과 다각형 형상 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    복수 개의 상기 연결부 중 어느 하나에 배치되는 상기 연결 안테나는 상기 유전체 창의 판면에 대해 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체는,
    상기 브릿지 안테나에 연결되어 상기 입력 안테나, 상기 출력 안테나, 상기 연결 안테나 및 상기 브릿지 안테나를 안테나실에 지지하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 프레임부의 크기는 4500mm × 4000mm 이상을 가지며, 상기 유전체 창은 적어도 16개 이상으로 분할되어 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 입력 안테나에 연결되는 상기 연결 안테나는 상기 출력 안테나에 연결되는 상기 연결 안테나의 높이보다 상대적으로 더 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 연결 안테나는 복수 개의 상기 연결부에 대해 슬라이딩 이동되어 배치위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 브릿지 안테나는
    상기 연결 안테나에 각각 연결되는 한 쌍의 제 1브릿지 안테나와;
    한 쌍의 상기 제 1브릿지 안테나를 상호 연결하는 제 2브릿지 안테나와;
    한 쌍의 상기 제 1브릿지 안테나에 길이 방향으로 각각 복수 개로 배치되며, 상기 제 1브릿지 안테나의 길이 방향을 따라 배치위치가 변경되는 상기 제 2브릿지 안테나 연결되는 상기 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 입력 안테나와 상기 출력 안테나에는 각각 길이 방향을 따라 입력 안테나 연결부와 출력 안테나 연결부가 복수 개로 형성되고,
    상기 연결 안테나는 상기 입력 안테나와 상기 제 1브릿지 안테나를 상호 연결하는 제 1연결 안테나 및 상기 출력 안테나와 상기 제 1브릿지 안테나를 상호 연결하는 제 2연결 안테나를 포함하며,
    상기 제 1연결 안테나와 상기 제 2연결 안테나는 각각 상기 입력 안테나 연결부와 상기 연결부 및 상기 출력 안테나 연결부와 상기 연결부에 대해 배치위치가 변경되어 연결되는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체.
  12. 기판이 플라즈마 공정 처리되는 공정 공간을 형성하는 챔버와;
    상기 공정 공간 내부에 배치되어, 상기 기판을 지지하는 스테이지와;
    상기 챔버의 외부에 배치되어 고주파 전원을 인가하는 고주파 전원 공급부와;
    상기 고주파 전원 공급부에 연결되며, 상기 공정 공간에 상기 기판이 공정 처리되는 유도 결합 플라즈마를 생성하는 제 1항, 제 2항 또는 제 5항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 유도 결합 플라즈마 처리장치용 안테나 조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 결합 플라즈마 처리장치.
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