KR102650167B1 - 정전 척 및 그를 포함하는 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전 척, 그를 구비한 플라즈마 처리 장치 및 반도체 소자의 제조방법을 개시한다. 정전 척은 제 1 홀을 갖는 척 베이스와, 상기 척 베이스 상에 배치되어 상기 제 1 홀 상의 제 2 홀을 갖는 상부 플레이트와, 상기 척 베이스에 상기 상부 플레이트를 접착하는 접착 층을 포함한다. 상기 접착 층은 0.1mm 내지 0.4mm의 두께를 갖고, 상기 제 1 홀은 4.7mm 내지 14mm의 직경을 가질 수 있다.

Description

정전 척 및 그를 포함하는 플라즈마 처리 장치{electrostatic chuck and plasma processing apparatus including the same}
본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로, 상세하게는 기판을 수납하는 정전 척 및 그를 포함하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 복수의 단위 공정들을 통해 제조될 수 있다. 단위 공정들은 박막 증착 공정, 포토 공정, 및 식각 공정을 포함할 수 있다. 그 중에 식각 공정은 플라즈마 반응을 이용한 건식 식각 공정을 포함할 수 있다. 건식 식각 장치는 기판을 수납하는 정전 척을 포함할 수 있다. 정전 척은 기판을 정 전기력으로 고정할 수 있다. 이와 같은 종래의 정전 척은 국내공개특허 제10-2015-0096492호에 개시된다.
본 발명의 해결 과제는, 기판의 온도 균일도(uniformity)를 증가시킬 수 있는 정전 척 및 그를 포함하는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 정전 척을 개시한다. 상기 정전 척은, 제 1 홀을 갖는 척 베이스; 상기 척 베이스 상에 배치되고, 상기 제 1 홀 상의 제 2 홀을 갖는 상부 플레이트; 및 상기 척 베이스에 상기 상부 플레이트를 접착하는 접착 층을 포함한다. 여기서, 상기 접착 층은 상기 제 1 홀보다 작고, 상기 제 2 홀의 직경과 동일한 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버; 상기 챔버 내에 배치되어 기판을 수납하는 정전 척; 및 상기 정전 척 내에 냉매 가스를 제공하는 냉매 공급 부를 포함한다. 여기서, 상기 정전 척은: 하부 홀을 갖는 척 베이스; 상기 척 베이스 상에 배치되고, 상기 하부 홀 상의 상부 홀을 갖는 상부 플레이트; 및 상기 척 베이스에 상기 상부 플레이트를 접착하는 접착 층을 포함할 수 있다. 상기 접착 층은 상기 제 1 홀보다 작고, 상기 제 2 홀의 직경과 동일한 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 반도체 소자의 제조방법은, 기판을 정전 척 상에 제공하는 단계; 상기 정전 척으로 정전압을 제공하는 단계; 및 상기 정전 척으로 고주파 파워를 제공하여 상기 정전 척 상에 플라즈마를 생성하는 단계를 포함한다. 여기서, 상기 정전 척은: 제 1 홀을 갖는 척 베이스; 상기 척 베이스 상에 배치되고, 상기 제 1 홀 상의 제 2 홀을 갖는 상부 플레이트; 및 상기 척 베이스에 상기 상부 플레이트를 접착하는 접착 층을 포함할 수 있다. 상기 접착 층은 상기 제 1 홀보다 작고, 상기 제 2 홀의 직경과 유사한 두께를 가질 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따른 정전 척은 접착 층의 두께에 비례하는 직경을 갖는 냉매 가스 홀과 상기 냉매 가스 홀 내의 부싱을 이용하여 상기 냉매 가스 홀과 상기 냉매 홀 외곽의 상기 접착 층 상에서의 기판의 온도 균일도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 플라즈마 처리 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 A 부분 내의 정전 척의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 정전 척의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 접착 층의 열 전도도가 0.4W/mK일 때, 캡핑 부분의 직경에 따른 기판의 온도 차이를 보여주는 그래프들이다.
도 5는 도 4의 기판의 온도 차이가 0일 때, 접착 층의 두께와 상기 캡핑 부분의 직경을 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 3의 접착 층의 열 전도도가 0.3W/mK일 때, 캡핑 부분의 직경에 따른 기판의 온도 차이를 보여주는 그래프들이다.
도 7은 도 6의 기판의 온도 차이가 0일 때, 접착 층의 두께와 상기 캡핑 부분의 직경을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1의 플라즈마 처리 장치를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 보여준다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 플라즈마 처리 장치(100)의 일 예를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 플라즈마 처리 장치(100)는 축전 결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma: CCP) 식각 장치일 수 있다. 이와 달리, 상기 플라즈마 처리 장치(100)는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma: ICP), 또는 마이크로파(microwave) 플라즈마 식각 장치일 수 있다. 일 예에 따르면, 플라즈마 처리 장치(100)는 챔버(110), 반응 가스 공급 부(120), 샤워헤드(130), 고주파 공급 부(140), 정전 척(150), 정전압 공급부(160), 및 냉매 공급 부(170)를 포함할 수 있다.
상기 챔버(110)는 외부로부터 독립된 공간을 제공할 수 있다. 기판(W)은 상기 챔버(110) 내에 제공될 수 있다. 상기 기판(W)은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 챔버(110)는 하부 하우징(112)과 상부 하우징(114)을 포함할 수 있다. 상기 기판(W)이 상기 챔버(110) 내에 제공될 때, 상기 하부 하우징(112)은 상기 상부 하우징(114)으로부터 분리될 수 있다. 상기 기판(W)의 처리 공정이 진행될 때, 상기 하부 하우징(112)은 상기 상부 하우징(114)과 결합될 수 있다.
상기 반응 가스 공급 부(120)는 상기 챔버(110) 내에 반응 가스(122)를 공급할 수 있다. 상기 반응 가스(122)는 상기 기판(W) 또는 상기 기판(W) 상의 실리콘 산화물(미도시)을 식각할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응 가스(122)는 CH3 또는 SF6를 포함하나, 본 발명은 이에 한정되지 않을 수 있다. 이와 달리, 상기 반응 가스(122)는 상기 기판(W) 상에 박막을 증착할 수 있다.
상기 샤워헤드(130)는 상기 상부 하우징(114) 내에 제공될 수 있다. 상기 샤워헤드(130)는 상기 반응 가스 공급 부(120)로 연결될 수 있다. 상기 샤워헤드(130)는 상기 기판(W)으로 상기 반응 가스(122)를 분사할 수 있다. 상기 샤워헤드(130)는 상부 전극(132)을 가질 수 있다. 상기 상부 전극(132)은 상기 고주파 공급 부(140)로 연결될 수 있다.
상기 고주파 공급 부(140)는 상기 챔버(110)의 외부로부터 상기 상부 전극(132)과 상기 정전 척(150)으로 고주파 파워를 제공할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 고주파 공급 부(140)는 제 1 고주파 공급 부(142) 및 제 2 고주파 공급 부(144)를 포함할 수 있다. 상기 제 1 고주파 공급 부(142)는 상기 상부 전극(132)으로 연결될 수 있다. 상기 제 1 고주파 공급 부(142)는 상기 상기 상부 전극(132)으로 소스 파워(143)를 제공할 수 있다. 상기 소스 파워(143)는 상기 챔버(110) 내에 플라즈마(12)를 유도할 수 있다. 상기 제 2 고주파 공급 부(144)는 상기 정전 척(150)으로 연결될 수 있다. 상기 제 2 고주파 공급 부(144)는 상기 정전 척(150)로 바이어스 파워(145)를 제공할 수 있다. 상기 바이어스 파워(145)는 상기 플라즈마(12)를 상기 기판(W)으로 집중시킬 수 있다. 상기 기판(W)은 상기 바이어스 파워(145)에 비례하여 식각될 수 있다. 이와 달리, 상기 상부 전극(132)이 상기 샤워헤드(130) 내에 없을 경우, 상기 소스 파워(143)는 상기 정전 척(150)으로 제공될 수 있다. 상기 기판(W) 또는 상기 실리콘 산화물의 식각 깊이가 일정 수준 이상일 경우, 상기 소스 파워(143) 및 상기 바이어스 파워(145)는 펄스 형태로 제공될 수 있다.
상기 정전 척(150)은 상기 하부 하우징(112) 내에 배치될 수 있다. 상기 정전 척(150)은 상기 기판(W)을 수납할 수 있다. 상기 기판(W)은 상기 정전 척(150)의 상으로 제공될 수 있다. 상기 플라즈마(12)가 상기 정전 척(150) 상에 유도되면, 상기 정전 척(150)은 냉각 수 홀(166) 내에 제공되는 냉각 수에 의해 냉각될 수 있다.
상기 정전압 공급 부(160)는 정전 척(150)으로 정전압(162)을 제공할 수 있다. 상기 플라즈마(12)가 상기 기판(W) 상에 유도되면, 상기 정전 척(150)은 정전압 공급 부(미도시)로부터 제공된 상기 정전압(162)을 이용하여 상기 기판(W)을 고정할 수 있다. 상기 기판(W)은 상기 정전압(162)의 쿨롱 힘 또는 존슨 라벡 힘에 따라 상기 정전 척(150) 상에 고정될 수 있다.
상기 냉매 공급 부(170)는 공급 라인(174)을 통해 상기 정전 척(150) 내에 냉매 가스(172)를 제공할 수 있다. 상기 냉매 가스(172)는 상기 정전 척(150)을 통과하여 상기 기판(W)의 후면으로 제공될 수 있다. 상기 기판(W)이 상기 플라즈마(12)에 의해 가열될 경우, 상기 냉매 가스(172)는 상기 기판(W)을 냉각할 수 있다. 상기 냉매 가스(172)는 상기 기판(W)과 상기 정전 척(150) 사이의 열전달 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 냉매 가스(172)는 헬륨(He) 가스를 포함할 수 있다.
이하, 상기 냉매 가스(172)를 상기 기판(W)의 하부 면으로 제공하는 상기 정전 척(150)에 대해 설명한다.
도 2는 도 1의 A 부분 내의 정전 척(150)의 일 예를 보여주는 단면도이고, 도 3은 도 2의 정전 척(150)의 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 정전 척(150)은 척 베이스(152), 상부 플레이트(154), 접착 층(156), 부싱들(158) 및 다공 블록(159)을 포함할 수 있다.
상기 척 베이스(152)는 평면적 관점에서 상기 기판(W)보다 넓거나 클 수 있다. 상기 척 베이스(152)는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 척 베이스(152)는 하부 홀(192)을 가질 수 있다. 상기 하부 홀(192)은 제 1 하부 홀(191)과 제 2 하부 홀(193)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 하부 홀(191)은 상기 제 2 하부 홀(193) 아래에 배치될 수 있다. 상기 공급 라인(174)은 상기 제 1 하부 홀(191)에 삽입될 수 있다. 상기 냉매 가스(172)는 제 1 하부 홀(191) 및 상기 제 2 하부 홀(193)을 통해 상기 상부 홀(194)에 제공될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 척 베이스(152)는 제 1 하부 플레이트(151) 및 제 2 하부 플레이트(153)를 포함할 수 있다.
상기 제 1 하부 플레이트(151)는 상기 제 1 하부 홀(191)을 가질 수 있다. 상기 제 1 하부 홀(191) 내에는 상기 공급 라인(174) 또는 상기 공급 라인(174)로 연결된 커넥터(미도시)가 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 하부 홀(191)의 직경(R1)은 약 1mm 내지 약 5mm일 수 있다.
상기 제 2 하부 플레이트(153)는 상기 제 1 하부 플레이트(151) 상에 배치될 수 있다. 상기 제 2 하부 플레이트(153)의 직경은 상기 제 1 하부 플레이트(151)의 직경과 동일하거나 작을 수 있다. 상기 제 2 하부 플레이트(153)는 상기 제 2 하부 홀(193)을 가질 수 있다. 상기 제 2 하부 홀(193)은 상기 제 1 하부 홀(191)에 정렬될 수 있다. 상기 제 2 하부 홀(193)의 직경(R2)은 상기 제 1 하부 홀(191)의 직경(R1)보다 클 수 있다. 상기 제 2 하부 홀(193)의 직경(R2)은 약 4.7mm 내지 약 14mm일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 제 2 하부 홀(193)이 복수일 경우, 상기 제 1 하부 홀(191)은 상기 복수개의 제 2 하부 홀들(193)을 수평 방향으로 연결하는 브랜치 홀들을 포함할 수 있다. 도 1의 상기 냉각 수 홀들(166)은 상기 제 1 하부 플레이트(151)과 상기 제 2 하부 플레이트(153) 사이에 형성될 수 있다.
상기 상부 플레이트(154)는 상기 제 2 하부 플레이트(153)상에 배치될 수 있다. 상기 기판(W)은 상기 상부 플레이트(154) 상에 제공될 수 있다. 상기 상부 플레이트(154)는 세라믹의 유전체, 예를 들어 알루미나(Al2O3)를 포함하고, 약 0.3mm 내지 1.7mm의 두께(T1)를 가질 수 있다. 상기 기판(W)이 상기 상부 플레이트(154) 상에 제공되면, 상기 상부 플레이트(154)는 상기 척 베이스(152)로부터 상기 기판(W)을 절연할 수 있다. 상기 상부 플레이트(154)는 상부 홀(194)을 가질 수 있다. 상기 상부 홀(194)의 직경(R3)은 상기 제 2 하부 홀(193)의 직경(R2)보다 작을 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 상부 홀(194)의 직경(R3)은 상기 접착 층(156)의 두께(T2)와 동일할 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 홀(194)의 직경(R3)은 약 0.1mm 내지 약 0.3mm일 수 있다. 상기 냉매 가스(172)는 상기 하부 홀(192) 및 상기 상부 홀(194)을 통과하여 상기 기판(W)의 하부 면으로 제공될 수 있다.
또한, 상기 상부 플레이트(154)는 유전체 돌기들(149)를 가질 수 있다. 상기 유전체 돌기들(149)은 상기 상부 플레이트(154)의 상부 면에 배치되고, 상기 기판(W)의 하부 면과 접촉될 수 있다. 상기 유전체 돌기들(149)은 상기 기판(W)과 상기 상부 플레이트(154)의 상부 면 사이의 갭(148)을 만들 수 있다. 상기 냉매 가스(172)가 상기 상부 홀(194)을 통해 상기 갭(148) 내에 제공되면, 상기 기판(W)은 상기 냉매 가스(172)에 의해 상기 플라즈마(12)보다 낮고 상온보다 높은 온도로 냉각될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(W)은 약 100℃ 내지 약 200℃의 온도를 가질 수 있다.
상기 접착 층(156)은 상기 상부 플레이트(154)와 상기 제 2 하부 플레이트(153) 사이에 배치될 수 있다. 상기 접착 층(156)은 상기 상부 플레이트(154)를 상기 제 1 하부 플레이트(151) 상에 고정시킬 수 있다. 상기 접착 층(156)은 상기 제 2 하부 홀(193)과 동일한 크기의 제 3 하부 홀(198)을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 접착 층(156)은 실리콘 접착제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착 층(156)은 약 0.1mm 내지 약 0.4mm의 두께(T2)를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156)은 약 0.3 또는 약 0.4W/mK의 열 전도도를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156)의 열 전도도는 상기 기판(W)의 온도에 반비례할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 열 전도도가 0.8W/mK이상으로 높으면, 상기 기판(W)의 온도는 감소할 수 있다. 상기 기판(W)의 온도가 감소하면, 상기 기판(W)의 고온 식각 특성은 감소할 수 있다. 반면, 상기 접착 층(156)의 열 전도도가 낮으면, 상기 기판(W)의 온도는 증가할 수 있다. 상기 기판(W)의 온도가 증가하면, 상기 기판(W)의 고온 식각 특성은 증가할 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 접착 층(56)의 열 저항은 상기 접착 층(56)의 두께(T2)를 열 전도도로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 상기 접착 층(56)의 열 저항은 상기 기판(W)의 온도에 비례할 수 있다. 상기 접착 층(56)의 열 저항이 증가하면, 상기 기판(W)의 고온 식각 특성은 증가할 수 있다.
상기 부싱들(158)은 상기 제 2 하부 플레이트(153)의 상기 제 2 하부 홀(193) 내에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 부싱들(158)은 알루미나(Al2O3)의 세라믹 재질일 수 있다. 상기 부싱들(158)은 상기 제 2 하부 홀(193)의 내측 벽을 따라 상기 제 1 하부 플레이트(151)의 상부 면으로부터 상기 상부 플레이트(154)의 하부 면으로 연결될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 부싱들(158)의 각각은 하부 부싱(155) 및 상부 부싱(157)을 포함할 수 있다.
상기 하부 부싱(155)은 제 2 하부 홀(193)의 하부 내에 배치될 수 있다. 상기 하부 부싱(155)은 상기 제 1 하부 홀(191)에 인접하는 상기 제 1 하부 플레이트(151) 상에 배치될 수 있다. 상기 하부 부싱(155)은 제 1 부싱 홀(195)을 갖고, 링 모양을 가질 수 있다. 상기 공급 라인(174) 내의 상기 냉매 가스(172)는 상기 제 1 부싱 홀(195) 내에 제공될 수 있다. 상기 제 1 부싱 홀(195)은 상기 제 1 하부 홀(191)과 상기 제 2 하부 홀(193) 보다 작을 수 있다.
상기 상부 부싱(157)은 상기 제 2 하부 홀(193) 내에 배치될 수 있다. 상기 상부 부싱(157)은 상기 제 2 하부 홀(193)의 직경(R2)과 동일하거나 작은 외경을 가질 수 있다. 상기 상부 부싱(157)은 상기 하부 부싱(155)과 상기 상부 플레이트(154) 사이에 배치될 수 있다. 상기 상부 부싱(157)은 상기 하부 부싱(155)과 다른 모양을 가질 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 상부 부싱(157)은 링 부분(157a)과 캡핑 부분(157b)을 포함할 수 있다. 상기 링 부분(157a)과 상기 캡핑 부분(157b)은 일체형으로 이루어질 수 있다.
상기 링 부분(157a)은 상기 하부 부싱(155) 및 상기 다공 블록(159)을 둘러쌀 수 있다. 상기 링 부분(157a)은 상기 제 2 하부 홀(193) 내의 상기 제 2 하부 플레이트(153)의 내벽과 상기 다공 블록(159) 사이에 배치될 수 있다. 상기 링 부분(157a)은 상기 하부 홀(193)의 직경(R2)과 동일하거나 작은 외경을 가질 수 있다 상기 링 부분(157a)은 약 0.6mm 두께(T3)를 가질 수 있다. 상기 하부 부싱(155)은 상기 링 부분(157a)의 제 2 부싱 홀(196) 내에 배치될 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)은 상기 링 부분(157a) 내의 상기 다공 블록(159)을 덮을 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)은 상기 링 부분(157a)의 두께(T3)와 동일한 두께(T4)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 캡핑 부분(157b)의 두께(T4)는 약 0.6mm일 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)은 상기 제 2 하부 홀(193)의 직경(R2)과 동일하거나 작은 직경을 가질 수 있다. 이하, 상기 캡핑 부분(157b)은 직경은 'R2'로 표시될 수 있다. 일 예에 따르면, 상기 캡핑 부분(157b)은 제 3 부싱 홀(197)을 가질 수 있다. 상기 제 3 부싱 홀(197)은 상기 상부 홀(194)에 정렬될 수 있다. 상기 냉매 가스(172)는 상기 제 1 부싱 홀(195), 상기 제 2 부싱 홀(196), 상기 제 3 부싱 홀(197) 및 상기 상부 홀(194)을 따라 순차적으로 공급될 수 있다. 상기 제 3 부싱 홀(197)의 직경은 상기 상부 홀(194)의 직경(R3)과 동일할 수 있다. 상기 제 3 부싱 홀(197)의 직경은 약 0.3mm일 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)의 상부 면은 상기 상부 플레이트(154)의 하부 면에 접촉될 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 면적이 증가되면, 상기 상부 플레이트(154)의 하부 면에 대한 상기 캡핑 부분(157b)의 접촉 면적은 증가될 수 있다. 이와 달리, 상기 캡핑 부분(157b)의 상부 면은 세라믹 접착제(미도시)에 의해 상기 상부 플레이트(154)의 하부 면에 접착될 수도 있다.
상기 다공 블록(159)은 상기 상부 부싱(157)의 상기 링 부분(157a) 내에 배치될 수 있다. 상기 링 부분(157a) 내의 상기 냉매 가스(172)는 상기 다공 블록(159)을 통과할 수 있다. 상기 다공 블록(159)은 냉매 홀(180) 내의 냉매 가스(172)의 압력을 완충(buffer)시킬 수 있다. 상기 다공 블록(159)은 유전체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 다공 블록(159)은 약 50% 내지 약 60%의 다공 밀도를 갖는 세라믹(ex, 알루미나)을 포함할 수 있다.
도 1을 다시 참조하면, 플라즈마(12)가 챔버(110) 내에 생성되면, 상기 기판(W)은 상기 플라즈마(12)에 의해 고온(ex, 100℃ 내지 약 200℃)으로 가열될 수 있다. 상기 기판(W)이 고온으로 가열되면, 상기 냉매 가스(172) 및 상기 상부 플레이트(154)는 상기 기판(W)의 열(heat)을 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156)으로 전달할 수 있다. 상기 냉매 가스(172) 및 상기 상부 플레이트(154)가 상기 기판(W)의 열을 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156)으로 전달하면, 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156)는 상기 기판(W)의 열을 상기 척 베이스(152)에 전달할 수 있다. 상기 다공 블록(159)이 상기 하부 플레이트(153)보다 밀도가 낮기 때문에 상기 캡핑 부분(157b)은 상기 기판(W)의 열을 주로 상기 제 2 하부 플레이트(153)으로 전달할 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)은 상기 제 2 하부 홀(193) 상의 상기 상부 플레이트(154)와 상기 제 2 하부 플레이트(153) 사이의 열 전달 통로로서 기능할 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)은 상기 상부 플레이트(154)와 상기 제 2 하부 플레이트(153) 사이의 열 저항을 가질 수 있다. 상기 상부 플레이트(154)와 상기 제 2 하부 플레이트(153) 사이의 상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항은 상기 캡핑 부분(157b)의 두께(T4)와 직경(R2)에 비례할 수 있다. 예를 들어, 상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항은 열 전도도, 두께(T4) 및 직경(R2)의 곱으로 계산될 수 있다. 이와 달리, 상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항은 상기 캡핑 부분(157b)의 두께(T4)와 반경(R2/2)에 따라 증가할 수 있다.
또한, 상기 접착 층(156)은 상기 상부 플레이트(154)와 상기 하부 플레이트(153) 사이의 열 전달 통로로서 기능할 수 있다. 상기 접착 층(156)은 상기 상부 플레이트(154)와 상기 제 2 하부 플레이트(153) 사이의 열 저항을 가질 수 있다. 상기 제 2 하부 플레이트(153)의 면적과 상기 접착 층(156)의 면적이 동일하기 때문에, 상기 상부 플레이트(154)와 상기 제 2 하부 플레이트(153) 사이의 상기 접착 층(156)의 열 저항은 상기 접착 층(156)의 두께(T2)에 따라 증가할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 열 저항은 열 전도도 및 두께(T2)의 곱으로 계산될 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과 상기 접착 층(156)의 열 저항이 다를 경우, 상기 기판(W)은 불균일하게 가열될 수 있다. 상기 기판(W)은 그들의 위치마다 다른 온도로 가열될 수 있다. 상기 기판(W)의 온도 차이가 발생될 수 있다. 따라서, 상기 기판(W)의 온도 차이는 상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과 상기 접착 층(156)의 열 저항의 차이에 따라 발생될 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과 상기 접착 층(156)의 열 저항이 동일할 경우, 상기 기판(W)은 균일한 온도로 가열될 수 있다. 즉, 상기 기판(W)의 온도 균일도는 증가할 수 있다. 상기 기판(W)의 온도 균일도가 가장 높을 때, 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156)은 동일 또는 유사한 열 저항을 갖고, 서로 다른 열 전도도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 캡핑 부분(157b)은 약 30W/mK의 열 전도도를 갖고, 상기 접착 층(156)은 약 0.4W/mK 또는 약 0.3W/mK의 열 전도도를 가질 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)은 약 0.6mm의 두께(T4) 및 약 4mm 내지 약 14mm의 직경(R2)을 갖고, 상기 접착 층(156)은 약 0.1mm 내지 약 0.5mm의 두께(T2)를 가질 수 있다.
이하, 약 30W/mK의 열 전도도의 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)과, 약 0.4W/mK의 열전도도의 상기 접착 층(156)의 두께(T2)의 상관 관계에 대해 설명하기로 한다.
도 4는 도 3의 접착 층(156)의 열 전도도가 0.4W/mK일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)에 따른 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156) 상에서의 기판(W)의 온도 차이를 보여준다.
도 4를 참조하면, 상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과 상기 접착 층(156)의 열 저항은 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)에 따라 증가할 수 있다. 예를 들어, 상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과 상기 접착 층(156)의 열 저항은 약 0.25m2K/W(101), 0.5m2K/W(102), 또는 1.0m2K/W(103)일 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과, 상기 접착 층(156)의 열 저항이 각각 0.25m2K/W일 경우(101), 약 4.7mm의 직경(R2)의 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156) 상에서의 기판(W)의 온도 차이는 0으로 거의 없어질 수 있다. 상기 기판(W)의 온도 균일도는 증가할 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 4mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 -0.5℃의 온도 차이 및/또는 온도 편차를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 0.5℃ 정도 높을 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 5mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 0.3℃의 온도 차이를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 0.3℃ 정도 낮을 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과, 상기 접착 층(156)의 열 저항이 각각 0.5m2K/W일 경우(102), 약 8mm의 직경(R2)의 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156) 상에서의 기판(W)의 온도 차이는 없어질 수 있다. 상기 기판(W)의 온도 균일도는 증가할 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 7mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 -1.3℃의 온도 차이 및/또는 온도 편차를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 1.3℃ 정도 높을 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 9mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 1.4℃의 온도 차이를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 1.4℃ 정도 낮을 수 있다.
상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과, 상기 접착 층(156)의 열 저항이 각각 1.0m2K/W일 경우(103), 약 14mm의 직경(R2)의 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156) 상에서의 기판(W)의 온도 차이는 0으로 없어질 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 13mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 -1.7℃의 온도 차이 및/또는 온도 편차를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 1.7℃ 정도 높을 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 15mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 2.2℃의 온도 차이를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 2.2℃ 정도 낮을 수 있다.
도 5는 도 4의 기판(W)의 온도 차이가 0일 때, 접착 층(156)의 두께(T2)와 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)을 보여준다.
도 5를 참조하면, 접착 층(156)의 두께(T2)와 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 비례할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 열 전도도가 약 0.4W/mK일 경우, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 접착 층(156)의 두께(T2)의 30배 내지 40배로 증가할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.1mm 내지 약 0.4mm일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 4.7mm 내지 약 14mm일 수 있다. 상기 제 2 하부 홀(193)의 직경(R2)은 약 4.7mm 내지 약 14mm일 수 있다.
예를 들어, 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.1mm일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 4.7mm일 수 있다. 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.1mm이고, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 4.7mm일 경우, 상기 기판(W)의 온도 균일도는 최고로 증가할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.2mm일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 8mm일 수 있다. 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.4mm일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 14mm일 수 있다. 상기 기판(W)의 온도 균일도는 최고로 증가할 수 있다. 따라서, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 약 0.4W/mK 열전도도를 갖는 상기 접착 층(156)의 두께(T2)에 약 30배 내지 40배로 증가하는 조건에서, 상기 기판(W)의 온도 균일도는 최고로 증가할 수 있다.
이하, 약 30W/mK의 열 전도도의 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)과, 약 0.3W/mK의 열전도도의 상기 접착 층(156)의 두께(T2)의 상관 관계에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 도 3의 접착 층(156)의 열 전도도가 0.3W/mK일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)에 따른 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156) 상에서의 기판(W)의 온도 차이를 보여준다.
도 6을 참조하면, 상기 캡핑 부분(157b)의 열 저항과 상기 접착 층(156)의 열 저항은 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)에 따라 증가할 있다. 예를 들어, 상기 접착 층(156)의 열 저항은 약 0.333 m2K/W(104) 또는 약 0.666 m2K/W(105) 일 수 있다.
상기 접착 층(156)의 열 저항이 0.333m2K/W일 경우(104), 약 5.8mm의 직경(R2)의 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156) 상에서의 기판(W)의 온도 차이는 0으로 없어질 수 있다. 상기 기판(W)의 온도 균일도는 증가할 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 5mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 -0.7℃의 온도 차이 및/또는 온도 편차를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 0.7℃ 정도 높을 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 6mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 0.2℃의 온도 차이를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 0.2℃ 정도 낮을 수 있다.
상기 접착 층(156)의 열 저항이 0.666m2K/W일 경우(105), 약 10mm의 직경(R2)의 상기 캡핑 부분(157b)과 상기 접착 층(156) 상에서의 기판(W)의 온도 차이는 없어질 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 9mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 -1.6℃의 온도 차이 및/또는 온도 편차를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 1.6℃ 정도 높을 수 있다. 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 11mm일 경우, 상기 기판(W)은 상기 접착 층(156)과 상기 캡핑 부분(157b) 상에서 약 1.6℃의 온도 차이를 가질 수 있다. 상기 접착 층(156) 상의 상기 기판(W)의 온도는 상기 캡핑 부분(157b) 상의 상기 기판(W)의 온도보다 약 1.6℃ 정도 낮을 수 있다.
도 7은 도 6의 기판(W)의 온도 차이가 0일 때, 접착 층(156)의 두께(T2)와 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)을 보여준다.
도 7을 참조하면, 접착 층(156)의 두께(T2)와 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 비례할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 열 전도도가 약 0.3W/mK일 경우, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 접착 층(156)의 두께(T2)의 50배 내지 60배로 증가할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.1mm 내지 약 0.2mm일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 5.8mm 내지 약 10mm일 수 있다. 상기 제 2 하부 홀(193)의 직경(R2)은 약 5.8mm 내지 약 10mm일 수 있다.
예를 들어, 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.1mm일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 5.8mm일 수 있다. 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.1mm이고 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)이 약 5.8mm일 경우, 상기 기판(W)의 온도 균일도는 증가할 수 있다. 상기 접착 층(156)의 두께(T2)가 약 0.2mm일 때, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 10mm일 수 있다. 상기 기판(W)의 온도 균일도는 증가할 수 있다. 따라서, 상기 캡핑 부분(157b)의 직경(R2)은 약 0.3W/mK 열전도도를 갖는 상기 접착 층(156)의 두께(T2)에 대해 약 5.8mm 내지 약 10mm의 범주 내에서 약 50배 내지 60배로 증가하는 조건에서, 상기 기판(W)의 온도 균일도는 최고로 증가할 수 있다.
도 8은 도 1의 플라즈마 처리 장치(100)를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 보여준다.
도 8을 참조하면, 반도체 소자의 제조방법은 상기 기판(W)을 수납하는 단계(S10), 정전압(162)을 제공하는 단계(S20), 고주파 파워를 제공하는 단계(S30) 및 냉매 가스(172)를 공급하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 하부 하우징(112)과 상기 상부 하우징(114)이 분리되면, 상기 정전 척(150)은 로봇 암(미도시)으로부터 상기 기판(W)을 수납한다(S10).
다음, 상기 하부 하우징(112)과 상기 상부 하우징(114)이 결합되면, 상기 정전압 공급 부(160)는 상기 정전 척(150)으로 상기 정전압(162)을 제공한다(S20).
그 다음, 고주파 공급 부(140)는 상기 상부 전극(132) 및/또는 상기 정전 척(150)으로 고주파 파워를 제공한다(S30). 상기 제 1 고주파 공급 부(142)는 소스 파워(143)를 상기 상부 전극(132)으로 공급하고, 상기 제 2 고주파 공급부(144)는 상기 바이어스 파워(145)를 상기 정전 척(150)으로 공급할 수 있다. 상기 소스 파워(143)와 상기 바이어스 파워(145)는 수 내지 수십 헤르츠의 주파수로 펄싱될 수 있다. 상기 소스 파워(143)는 상기 기판(W) 상에 플라즈마(12)를 생성할 수 있다. 또한, 상기 가스 공급 부(120)는 상기 샤워헤드(130)로 반응 가스(122)를 제공할 수 있다. 상기 바이어스 파워(145)는 상기 플라즈마(12) 및 상기 반응 가스(122)를 상기 기판(W)으로 집중시킬 수 있다. 상기 기판(W)은 상기 플라즈마(12) 및/또는 상기 반응 가스(122)에 의해 식각될 수 있다. 상기 정전 척(150)은 상기 기판(W)의 온도 균일도를 증가시켜 상기 플라즈마(12)에 의한 식각 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(W)의 식각 균일도는 증가할 수 있다. 이와 달리, 상기 반응 가스(122)는 상기 기판(W) 상에 박막을 증착시킬 수 있다. 상기 박막의 균일도는 증가할 수 있다. 이와 달리, 상기 정전 척(150)은 상기 플라즈마(12)를 이용하여 상기 기판(W)을 고온으로 가열시켜 상기 기판(W) 상의 박막들의 식각 선택비를 증가시킬 수 있다. 상기 기판(W)이 약 100℃이상으로 가열될 경우, 상기 기판(W) 상의 금속 박막에 대한 실리콘 산화막의 식각 선택비는 증가할 수 있다.
그리고, 상기 냉매 공급 부(170)는 상기 정전 척(150) 내에 냉매 가스(172)를 공급한다(S40). 상기 정전 척(150)은 냉매 가스(172)를 상기 기판(W)의 후면으로 제공할 수 있다. 상기 냉매 가스(172)는 정전 척(150)의 하부 홀(192), 다공 블록(159) 및 상부 홀(194)을 통해 상기 기판(W)의 후면에 제공될 수 있다.
마지막으로, 상기 기판(W)의 제조 공정이 완료되면, 상기 하부 하우징(112)과 상기 상부 하우징(114)이 분리될 수 있다. 상기 로봇 암은 상기 기판(W)을 회수할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 제 1 홀을 갖는 척 베이스;
    상기 척 베이스 상에 배치되고, 상기 제 1 홀 상의 제 2 홀을 갖는 상부 플레이트; 및
    상기 척 베이스에 상기 상부 플레이트를 접착하는 접착 층을 포함하되,
    상기 접착 층은 상기 제 1 홀의 직경보다 작고, 상기 제 2 홀의 직경과 동일한 두께를 갖되,
    상기 제 1 홀 내에 제공되는 부싱을 더 포함하되
    상기 부싱은:
    상기 제 1 홀의 직경과 동일하거나 작은 외경을 갖는 링 부분; 및
    상기 링 부분 상에 배치되어 상기 상부 플레이트에 접촉하고 상기 제 1 홀의 직경과 동일하거나 작은 직경을 갖는 캡핑 부분을 포함하되,
    상기 캡핑 부분은 0.6mm의 두께와 30W/mK의 열 전도도를 갖되,
    상기 접착 층은 0.4W/mK 또는 0.3W/mk의 열전도도를 갖는 정전 척.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 층의 두께는 0.1mm 내지 0.4mm이고, 상기 제 1 홀의 직경은 4.7mm 내지 14mm인 정전 척.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 층은 0.4W/mK의 열전도도를 갖고, 상기 제 2 홀의 직경은 상기 접착 층의 두께의 30배 내지 40배인 정전 척.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 층의 두께는 0.1mm이고, 상기 제 1 홀의 직경은 4.7mm인 정전 척.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 층의 두께는 0.2mm이고, 상기 제 1 홀의 직경은 8mm인 정전 척.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 층의 두께는 0.4mm이고, 상기 제 1 홀의 직경은 14mm인 정전 척.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 층이 0.3W/mK의 열 전도도를 갖고, 상기 제 1 홀의 직경은 상기 접착 층의 두께의 50배 내지 60배인 정전 척.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착 층은 0.1mm 내지 0.2mm의 두께를 갖고, 상기 제 1 홀은 5.8mm 내지 10mm의 직경을 갖는 정전 척.

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