KR102683338B1 - 기판지지유닛 및 이를 구비한 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판지지유닛 및 이를 구비한 기판처리장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 대해 플라즈마를 이용하여 처리공정을 진행하는 경우에 기판의 중앙부와 가장자리부의 플라즈마 불균일성을 해소할 수 있는 기판지지유닛 및 이를 구비한 기판처리장치에 대한 것이다.

Description

기판지지유닛 및 이를 구비한 기판처리장치 {Substrate supporting unit and Substrate processing apparatus having the same}
본 발명은 기판지지유닛 및 이를 구비한 기판처리장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 대해 플라즈마를 이용하여 처리공정을 진행하는 경우에 기판의 중앙부와 가장자리부의 플라즈마 불균일성을 해소할 수 있는 기판지지유닛 및 이를 구비한 기판처리장치에 대한 것이다.
일반적으로 기판처리장치는 챔버 내측에 기판을 수용하고 기판에 대해 증착, 에칭, 세정 등의 각종 처리공정을 수행하게 된다.
이 경우, 기판에 대한 처리공정의 효율을 높이기 위하여 플라즈마를 사용할 수 있다. 플라즈마를 사용하는 경우 기판에 대한 각종 처리공정의 효율을 높일 수 있지만 이 경우 기판에 대한 플라즈마의 균일도가 중요하다.
일반적으로 플라즈마를 이용하여 기판에 대한 플라즈마 처리공정을 진행하는 경우에 기판의 중앙부에서 가장자리로 갈수록 플라즈마의 균일도가 떨어지게 된다. 이러한 플라즈마의 불균일성은 기판의 중앙부와 가장자리 영역에 따라 처리공정이 불균일하게 이루어지게 하는 요인으로 작용한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판에 대해 플라즈마를 이용하여 처리공정을 진행하는 경우에 기판의 중앙부와 가장자리부의 플라즈마 불균일성을 해소할 수 있는 기판지지유닛 및 이를 구비한 기판처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적은 기판을 지지하는 히터블록, 상기 히터블록에 배치되며, 상기 기판을 척킹하는 이너 RF 전극 및 상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며, 상기 이너 RF 전극과 독립적으로 임피던스를 조절할 수 있는 아우터 RF 전극을 구비하고, 상기 아우터 RF 전극은 상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며 개구부가 형성된 가장자리부와, 상기 개구부를 가로질러 상기 가장자리부를 서로 연결하는 적어도 두 개 이상의 연결부를 구비하고, 상기 연결부는 상기 개구부의 중앙부를 지나는 중앙 연결부와, 상기 중앙 연결부의 양단부에서 각각 분기되어 상기 가장자리부와 연결되는 복수개의 분기 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛에 의해 달성된다.
또한, 상기 복수개의 분기 연결부는 상기 중앙 연결부에 서로 대칭적으로 연결되어 분기될 수 있다.
나아가, 상기 복수개의 분기 연결부는 상기 중앙 연결부의 양단부에서 각각 분기되는 한 쌍으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 이너 RF 전극은 바이폴 전극으로 구성되어, 2의 배수로 분할되어 미리 결정된 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
나아가, 상기 중앙 연결부 중에 적어도 하나는 상기 이너 RF 전극의 분할된 간격을 따라 배치될 수 있다.
한편, 상기 아우터 RF 전극의 가장자리부는 서로 이격되어 배치되는 복수개의 분할 가장자리부로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수개의 분기 연결부는 상기 분할 가장자리부에 각각 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 분기 연결부 중에 적어도 두 개는 동일한 분할 가장자리부에 연결될 수 있다.
나아가, 상기 이너 RF 전극은 모노폴 전극으로 구성될 수 있다.
한편, 상기 아우터 RF 전극의 가장자리부는 서로 이격되어 배치되는 복수개의 분할 가장자리부로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수개의 분기 연결부는 상기 분할 가장자리부에 각각 연결될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 분기 연결부 중에 적어도 두 개는 동일한 분할 가장자리부에 연결될 수 있다.
한편, 상기 이너 RF 전극은 상기 이너 RF 전극을 접지시키는 접지부와, 상기 접지부와 상기 이너 RF 전극 사이에 배치되는 제1 가변커패시터를 구비할 수 있다.
또한, 상기 이너 RF 전극은 상기 아우터 RF 전극에 비해 상기 기판에 보다 가깝게 배치될 수 있다.
나아가, 상기 아우터 RF 전극에는 임피던스를 조절하여 상기 기판 상부의 플라즈마를 조절할 수 있는 임피던스 조절부가 연결되며, 상기 임피던스 조절부는 상기 아우터 RF 전극을 접지시키는 접지부와, 상기 접지부와 상기 아우터 RF 전극 사이에 배치되는 제2 가변커패시터를 포함할 수 있다.
한편, 상기 아우터 RF 전극의 상기 가장자리부의 적어도 일부가 상기 이너 RF 전극과 중첩되어 배치될 수 있다.
또한, 상기 히터블록에는 상기 기판을 가열하는 히터부를 더 구비할 수 있다.
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 기판에 대한 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버의 내측에 구비되어 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하며 RF 전원이 인가되는 가스공급부 및 상기 챔버 내측에서 상기 가스공급부의 맞은편에 구비되어 상기 기판을 지지하는 히터블록과, 상기 히터블록에 구비되어 접지되는 RF 전극을 포함하는 기판지지유닛을 구비하고, 상기 RF 전극은 상기 히터블록의 중앙부에 배치되며, 상기 기판을 척킹하는 이너 RF 전극 및 상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며, 임피던스를 조절하여 상기 기판 상부의 플라즈마를 조절할 수 있는 아우터 RF 전극을 구비하고, 상기 아우터 RF 전극은 상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며 개구부가 형성된 가장자리부와, 상기 개구부를 가로질러 상기 가장자리부를 서로 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 연결부는 상기 개구부의 중앙부를 지나는 적어도 한 개 이상의 중앙 연결부와, 상기 중앙 연결부의 양단부에서 각각 분기되어 상기 가장자리부와 연결되는 복수개의 분기 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치에 의해 달성된다.
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 기판에 대해 플라즈마를 이용하여 처리공정을 진행하는 경우에 기판의 중앙부와 가장자리부의 플라즈마 불균일성을 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 측면도이다.
도 2는 도 1에서 기판지지유닛을 확대해서 도시한 일부 확대도이다.
도 3은 이너 RF 전극과 아우터 RF 전극의 평면도로서, 도 3의 (A)는 아우터 RF 전극의 평면도, 도 3의 (B)는 이너 RF 전극의 평면도이다.
도 4는 이너 RF 전극과 아우터 RF 전극의 배치를 보여주는 평면도로서, 일 실시예에 따른 이너 RF 전극과 아우터 RF 전극의 위치관계를 도시하기 위하여 이너 RF 전극에 의해 가려진 아우터 RF 전극의 일부 구성을 은선으로 도시한 평면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 이너 RF 전극에 의해 가려진 아우터 RF 전극의 일부 구성을 은선으로 도시한 평면도이다.
도 6 내지 도 10은 다른 실시예에 따른 아우터 RF 전극을 도시한 평면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판지지유닛 및 기판처리장치에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치(1000)의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 기판(10)에 대한 처리공간(110)을 제공하는 챔버(100), 상기 챔버(100)의 내측에 구비되어 상기 기판(10)을 향해 공정가스를 공급하며 RF 전원이 인가되는 가스공급부(130) 및 상기 챔버(100) 내측에서 상기 가스공급부(130)의 맞은편에 구비되는 기판지지유닛(300)을 구비할 수 있다.
상기 챔버(100)는 상기 기판(10)에 대한 각종 처리공정을 진행할 수 있는 처리공간(110)을 제공한다.
상기 챔버(100)의 내측 상부에는 상기 기판(10)에 대한 공정가스를 공급하는 가스공급부(130)가 구비될 수 있다.
상기 가스공급부(130)는 예를 들어 다수개의 공급홀(132)이 형성된 샤워헤드(showerhead)로 구성될 수 있다.
상기 챔버(100)의 상부에는 각종 공정가스가 공급되는 공급라인(120)이 연결될 수 있다. 상기 가스공급부(130)와 상기 챔버(100)의 천정 사이에는 상기 공정가스가 확산되는 확산공간(134)을 구비할 수 있다. 따라서, 상기 공급라인(120)을 통해 공급된 공정가스는 상기 확산공간(134) 및 상기 가스공급부(130)를 통해 상기 처리공간(110)으로 공급될 수 있다.
한편, 상기 기판(10)에 대한 각종 처리공정을 진행하는 경우에 처리공정의 효율을 높이기 위하여 플라즈마(plasma)를 사용할 수 있다. 이 경우, RF 전원부(140)가 상기 가스공급부(130)에 연결되어 RF 파워가 상기 가스공급부(130)로 인가될 수 있다. 상기 가스공급부(130) 자체가 RF 파워 전극 역할을 하거나, 또는 도면에 도시되지 않지만 별도의 RF 파워 전극을 구비하는 것도 가능하다. 이러한 가스공급부(130) 및 공급라인(120)의 구성은 일예를 들어 설명한 것에 불과하며 적절하게 변형되어 적용될 수 있다.
상기 가스공급부(130)에 RF 파워가 인가되는 경우에 상기 챔버(100) 내측에서 상기 가스공급부(130)의 맞은편에 구비되는 기판지지유닛(300)에 접지되는 RF 전극(400, 500)을 구비할 수 있다.
도 2는 도 1에서 기판지지유닛(300)을 확대해서 도시한 일부 확대도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판지지유닛(300)은 상기 기판(10)을 지지하는 히터블록(310)과, 상기 히터블록(310)에 구비되어 접지되는 RF 전극(400, 500)을 포함할 수 있다.
상기 히터블록(310)은 후술하는 바와 같이 히터부(600)를 구비하여 상기 기판(10)을 가열 및 지지하는 역할을 하게 된다.
예를 들어, 상기 히터블록(310)의 상부에는 상기 기판(10)이 수용되는 오목부(312)가 형성될 수 있으며, 상기 오목부(312)의 내측에는 상기 기판(10)이 안착되는 다수개의 돌기(314)가 형성될 수 있다. 따라서, 상기 기판(10)이 상기 돌기(314)의 상부에 안착되어 처리공정이 진행될 수 있다.
한편, 상기 기판지지유닛(300)에는 전술한 바와 같이 상기 기판(10)에 대한 플라즈마 공정을 진행하는 경우에 접지전극을 역할을 하는 RF 전극(400, 500)을 구비할 수 있다.
예를 들어, 상기 RF 전극(400, 500)은 상기 히터블록(310)에 배치되는 이너 RF 전극(inner RF electrode)(400)과 상기 이너 RF 전극(400)의 가장자리에 배치되며 상기 이너 RF 전극(400)과 독립적으로 임피던스를 조절할 수 있는 아우터 RF 전극(outer RF electrode)(500)을 구비할 수 있다.
본 발명에서는 하나의 접지 전극을 구비하는 것이 아니라 두 개 이상으로 구분되는 접지전극을 구비하게 된다. 일반적으로 플라즈마를 이용하여 기판에 대한 플라즈마 처리공정을 진행하는 경우에 기판의 중앙부에서 가장자리로 갈수록 플라즈마의 균일도가 떨어지게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 이너 RF 전극(400)과 아우터 RF 전극(500)으로 분할된 접지전극을 구비하며, 나아가 상기 아우터 RF 전극(500)을 통해 플라즈마의 밀도 또는 분포 등을 조절하게 된다.
먼저, 상기 이너 RF 전극(400)은 상기 히터블록(310)의 중앙부에 배치되며, 상기 아우터 RF 전극(500)은 상기 이너 RF 전극(400)의 가장자리를 따라 상기 히터블록(310)에 배치될 수 있다.
상기 이너 RF 전극(400)은 RF 접지전극의 역할과 함께 상기 기판(10)을 정전기력에 의해 척킹하는 정전척(electrostatic chuck) 전극의 역할도 함께 하게 된다. 따라서, 상기 이너 RF 전극(400)에 의한 척킹력을 일정 수준 이상으로 유지하기 위하여 상기 이너 RF 전극(400)이 상기 아우터 RF 전극(500)에 비해 상기 히터블록(310)에서 상기 기판(10)에 보다 가깝게 배치될 수 있다.
즉, 상기 이너 RF 전극(400)과 아우터 RF 전극(500)은 상기 히터블록(310)에 높이차(H)를 두고 배치될 수 있으며, 상기 이너 RF 전극(400)이 보다 상부, 예를 들어 상기 기판(10)에 가깝게 배치될 수 있다.
도 3은 상기 이너 RF 전극(400)과 아우터 RF 전극(500)의 평면도에 해당한다. 도 3의 (A)는 상기 아우터 RF 전극(500)의 평면도이며, 도 3의 (B)는 상기 이너 RF 전극(400)의 평면도이다. 또한, 도 4는 상기 이너 RF 전극(400)과 아우터 RF 전극(500)의 배치를 보여주는 평면도이다. 도 4는 상기 이너 RF 전극(400)과 아우터 RF 전극(500)의 위치관계를 도시하기 위하여 상기 이너 RF 전극(400)에 의해 가려진 아우터 RF 전극(500)의 일부 구성을 은선으로 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 이너 RF 전극(400)은 바이폴 전극(Bi-pole electrode) 또는 모노폴 전극(Mono-pole electrode)으로 구성될 수 있다. 도 3의 (B)는 바이폴 전극 형태의 이너 RF 전극(400)을 도시하며 도 5에 모노폴 전극 형태의 이너 RF 전극(4000)이 개시된다. 먼저, 바이폴 전극 형태의 이너 RF 전극(400)에 대해 살펴보고, 이어서 모노폴 전극 형태의 이너 RF 전극(4000)에 대해 살펴보기로 한다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 이너 RF 전극(400)에는 양극과 음극이 인가될 수 있다. 이를 위하여 상기 이너 RF 전극(400)은 2의 배수로 분할되어 미리 결정된 간격(G)으로 이격되어 상기 히터블록(310)의 중앙부에 구비될 수 있다.
본 실시예의 경우 상기 이너 RF 전극(400)이 두 개로 분할된 경우를 도시하지만 이에 한정되지는 않으며 4개, 6개 등 2의 배수로 분할될 수 있다.
예를 들어, 상기 이너 RF 전극(400)은 제1 이너 RF 전극(410)과 제2 이너 RF 전극(420)으로 분할될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 이너 RF 전극(410)과 제2 이너 RF 전극(420)은 대칭적인 형상을 가질 수 있으며, 미리 결정된 간격(G)만큼 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 이너 RF 전극(410)과 제2 이너 RF 전극(420) 중에 어느 하나에 양극이 인가되면 다른 하나에는 음극이 인가될 수 있다.
한편, 상기 이너 RF 전극(400)에는 상기 기판(10)을 척킹하는 척킹력을 발휘할 수 있도록 척킹 회로부(440)(도 2 참조)가 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 척킹 회로부(440)는 척킹 파워를 인가하는 척킹 DC 전원부(446)와 전술한 이너 RF 전극(400)의 분할된 전극에 각각 연결되는 저항(442, 444)을 구비할 수 있다. 상기 저항(442, 444)은 상기 이너 RF 전극(400)의 분할된 전극에 인가되는 전류를 제한 또는 조절하는 역할을 하게 된다.
한편, 상기 이너 RF 전극(400)에는 상기 이너 RF 전극(400)을 접지시키는 접지 회로부(430)를 구비할 수 있다. 상기 접지 회로부(430)는 접지부(436)와, 상기 접지부(436)와 상기 이너 RF 전극(400) 사이에 배치되는 제1 가변커패시터(432, 434)를 구비할 수 있다.
상기 제1 가변커패시터(432, 434)는 전술한 이너 RF 전극(400)의 분할된 전극에 각각 연결되어 배치되거나, 또는 적어도 하나의 분할된 전극에 연결될 수 있다.
본 실시예의 경우 상기 제1 가변커패시터(432, 434)는 제1-1 가변커패시터(432)와 제1-2 가변커패시터(434)로 구성되어 상기 제1 이너 RF 전극(410)과 제2 이너 RF 전극(420)에 각각 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 이너 RF 전극(400)은 플라즈마를 위한 접지전극의 역할과 함께 기판(10)을 척킹하는 정전척 전극의 역할을 함께 한다. 상기 제1 가변커패시터(432, 434)는 상기 이너 RF 전극(400)을 통해 전달되는 RF 전류만을 통과시키게 된다. 또한, 히터와 설비 구조, 공정 조건, 플라즈마 상태 등에 맞추어 상기 제1 가변커패시터(432, 434)의 용량이 조절되면 상기 이너 RF전극(400)을 통해 접지로 전달되는 전류의 제어가 가능해진다. 또한 상기 제1 가변커패시터(432, 434)는 정전척의 DC 전류는 통과하지 못하도록 하며 RF 전류만 통과시키는 역할을 한다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 아우터 RF 전극(500)은 상기 히터블록(310)에서 상기 이너 RF 전극(400)의 하부에 배치된다.
이 경우, 상기 아우터 RF 전극(500)과 상기 이너 RF 전극(400) 사이의 높이차(H)는 미리 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 높이차(H)가 너무 작으면 상기 아우터 RF 전극(500)과 상기 이너 RF 전극(400) 사이의 누설전류가 많아지며, 반대로 상기 높이차(H)가 너무 커지면 상기 아우터 RF 전극(500)이 너무 낮게 배치되어 접지 전극의 역할을 제대로 수행할 수 없다. 따라서, 상기 아우터 RF 전극(500)과 상기 이너 RF 전극(400) 사이의 높이차(H)는 예를 들어 대략 1 mm 내지 5mm로 결정될 수 있으며, 바람직하게 상기 높이차(H)는 대략 2mm로 결정될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 상기 이너 RF 전극(400)이 바이폴 전극으로 구성되어 서로 분할되어 배치되는 경우 분할된 간격(G)으로 인해 기판(10) 상부에서 플라즈마 불균일이 발생할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이러한 플라즈마 불균일성을 해소하기 위하여 상기 아우터 RF 전극(500)은 상기 이너 RF 전극(400)의 분할된 간격을 따라 배치되는 적어도 하나의 연결부(511, 517)를 구비할 수 있다.
즉, 평면 상에서 상기 연결부(511, 517)에 의해 상기 이너 RF 전극(400)의 간격(G)을 커버함으로써 플라즈마의 균일성을 유지할 수 있다.
이 경우, 상기 아우터 RF 전극(500)은 상기 이너 RF 전극(400)의 가장자리에 배치되며 개구부(516)가 형성된 가장자리부(510)와, 상기 가장자리부(510)의 내측에 배치되는 적어도 둘 이상의 연결부(511, 517)를 구비할 수 있다.
상기 연결부(511, 517)는 각각 상기 개구부(516)의 중앙부를 지나는 적어도 한 개 이상의 중앙 연결부(512, 514)와, 상기 중앙 연결부(512, 514)의 양단부에서 각각 분기되어 상기 가장자리부(510)와 연결되는 복수개의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)를 구비할 수 있다.
이 경우, 상기 중앙 연결부(512, 514)는 상기 아우터 RF 전극(500)의 중심부를 지나는 직선 형태로 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 연결부(511, 517)는 상기 이너 RF 전극(400)의 분할된 간격(G)을 따라 배치되며 양단부가 상기 가장자리부(510)에 연결되는 적어도 하나의 제1 연결부(511)와, 상기 개구부(516)를 가로질러 상기 제1 연결부(511)와 교차하며, 상기 제1 연결부(511)와 대칭적으로 배치되는 적어도 하나의 제2 연결부(517)를 구비할 수 있다.
상기 제1 연결부(511)는 양단부에 구비된 분기 연결부(513A, 513B)에 의해 상기 가장자리부(510)에 연결되며 상기 중앙 연결부(512)의 폭(W1)이 상기 이너 RF 전극(400)의 간격(G) 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분기 연결부(513A, 513B)의 폭은 상기 중앙 연결부(512)의 폭(W1)과 동일하거나 더 작을 수 있다.
마찬가지로, 상기 제2 연결부(517)는 양단부에 구비된 분기 연결부(515A, 515B)에 의해 상기 가장자리부(510)에 연결되며 상기 중앙 연결부(514)의 폭이 상기 이너 RF 전극(400)의 간격(G) 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 분기 연결부(515A, 515B)의 폭은 상기 중앙 연결부(514)의 폭과 동일하거나 더 작을 수 있다.
이 경우, 상기 복수개의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)는 상기 중앙 연결부(512, 514)에 서로 대칭적으로 각각 연결되어 분기될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수개의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)는 상기 중앙 연결부(512, 514)의 양단부에서 각각 분기되는 한 쌍으로 구성될 수 있다.
상기 제1 연결부(511) 및 제2 연결부(517)가 상기 이너 RF 전극(400)과 중첩되는 영역이 늘어날수록 누설전류가 많아질 수 있다. 따라서, 상기 제1 연결부(511) 및 제2 연결부(517)에서 분기되는 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)는 한 쌍으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)가 제공되지 않고, 상기 중앙 연결부(512, 514)가 직접 상기 가장자리부(510)에 연결된다면 상기 아우터 RF 전극(500)의 전류 패쓰(current path) 길이가 달라질 수 있다. 즉, 상기 중앙 연결부(512, 514)가 상기 가장자리부(510)에 각각 연결되는 지점의 중앙부에서는 전류가 상기 한 쌍의 중앙 연결부(512, 514) 중에 어느 방향으로도 흐를 수 있는 임의성을 가질 수 있으므로 전류 패쓰 길이가 매번 달라질 수 있으며, 이에 의해 전류 패쓰 길이가 길어질 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 중앙 연결부(512, 514)의 양단부에 상기 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)를 구비하여 전술한 임의성이 발현될 수 있는 영역을 최소화한다.
한편, 상기 이너 RF 전극(400)과 아우터 RF 전극(500)이 상기 히터블록(310)에서 동심원으로 배치되는 경우 평면상에서 상기 제1 연결부(511)의 중앙 연결부(512)에 의해 상기 이너 RF 전극(400)의 간격(G)이 최대한 커버됨으로써 상기 기판(10) 상부의 플라즈마 불균일성을 해소할 수 있다.
상기 제2 연결부(517)는 상기 제1 연결부(511)와 교차하여 배치되며, 상기 아우터 RF 전극(500)의 중심을 중심으로 대칭적으로 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이 상기 가장자리부(510)의 중앙부를 연결하는 제1 연결부(511)를 구비하는 경우 상기 제1 연결부(511)의 분기 연결부(513A, 513B)와 가장자리부(510)가 연결되는 영역의 임피던스는 제1 연결부(511)가 연결되지 않는 가장자리부(510)의 영역의 임피던스와 상이할 수 있다. 이러한 임피던스의 불균일성은 플라즈마의 균일성을 저하시킬 수 있으므로 본 실시예의 경우 상기 제1 연결부(511)와 대칭적으로 배치되는 제2 연결부(517)를 더 구비할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 아우터 RF 전극(500)은 플라즈마의 밀도 또는 분포를 조절할 수 있도록 구성되는데, 예를 들어, 상기 아우터 RF 전극(500)에는 상기 이너 RF 전극(400)과 독립적으로 임피던스를 조절하여 상기 기판(10) 상부의 플라즈마를 조절할 수 있는 임피던스 조절부(520)가 연결될 수 있다.
상기 임피던스 조절부(520)는 상기 아우터 RF 전극(500)을 접지시키는 접지부(526)와, 상기 접지부(526)와 상기 아우터 RF 전극(500) 사이에 배치되는 제2 가변커패시터(524)를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제2 가변커패시터(524)의 용량을 조절하여 상기 아우터 RF 전극(500)의 임피던스를 조절하여 상기 기판(10) 상부의 플라즈마를 조절하게 된다. 상기 제2 가변커패시터(524)와 상기 아우터 RF 전극(500) 사이에는 코일(522)을 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 접지부(526)와 상기 아우터 RF 전극(500)을 연결하는 접지로드가 전술한 연결부(512, 514)의 중심에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 아우터 RF 전극(500)의 전체에 걸쳐 균등한 값의 임피던스가 분포되도록 할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 이너 RF 전극(400)과 아우터 RF 전극(500)을 구비하는 경우 상기 이너 RF 전극(400)은 대략 기판(10)과 유사한 직경 또는 넓이를 가질 수 있다. 이는 상기 이너 RF 전극(400)이 정전척 전극의 역할을 함께 수행하기 때문이다.
따라서, 상기 아우터 RF 전극(500)은 접지 전극으로서의 역할을 수행할 수 있도록 충분한 면적을 확보하는 것이 필요하다. 그런데, 상기 히터블록(310)의 크기는 상기 기판(10)의 크기에 대응하여 결정된다. 따라서, 상기 기판(10) 및 히터블록(310)의 크기 또는 직경이 작은 경우 상기 아우터 RF 전극(500)의 면적을 확보하기 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 상기 아우터 RF 전극(500)의 적어도 일부가 상기 이너 RF 전극(400)과 중첩되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 아우터 RF 전극(500)의 가장자리부(510)의 적어도 일부가 상기 이너 RF 전극(400)과 중첩되어 배치될 수 있다. 즉, 상기 아우터 RF 전극(500)의 가장자리부(510)의 내측, 상기 제1 연결부(511)의 일부 및 제2 연결부(517)가 평면상에서 상기 이너 RF 전극(400)과 중첩됨으로써 상기 아우터 RF 전극(500)의 면적을 넓힐 수 있다. 다만, 상기 아우터 RF 전극(500)과 상기 이너 RF 전극(400)의 중첩영역이 넓어질수록 누설전류가 증가할 수 있으므로 중첩영역과 누설전류의 상관관계를 고려하여 중첩영역이 결정될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 히터블록(310)에는 상기 기판(10)을 가열하는 히터부(600)를 더 구비할 수 있다.
상기 히터부(600)는 상기 히터블록(310)에 배치되는 적어도 하나의 저항부재(610, 620)와 상기 저항부재(610, 620)에 전원을 인가하는 전원인가부(612, 622)와, 접지부(630)를 구비할 수 있다.
본 실시예에서 상기 저항부재(610, 620)는 상기 히터블록(310)에 배치되는 제1 저항부재(610)와 제2 저항부재(620)를 구비할 수 있다. 이러한 저항부재(610, 620)의 개수 및 위치는 일예를 들어 설명한 것에 불과하여 적절하게 변형될 수 있다.
한편, 상기 제1 저항부재(610)와 제2 저항부재(620)는 각각 제1 전원인가부(612)와 제2 전원인가부(622)에 연결되어 전원을 인가받을 수 있다.
한편, 도 5는 다른 실시예에 따른 이너 RF 전극(4000)을 구비한 경우를 도시한 평면도이다. 다른 구성요소는 전술한 도 3 및 도 4와 동일하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 이너 RF 전극(4000)은 전술한 바이폴 전극 형태 이외에 모노폴 전극 형태로 구성될 수도 있다. 이 경우에는 전술한 도 3 및 도 4의 실시예와 달리 상기 이너 RF 전극(4000)이 분할된 형태가 아니라 단일 부재로 구성될 수 있다.
본 실시예의 경우 상기 이너 RF 전극(4000) 사이의 간격이 존재하지 않게 되므로 플라즈마 불균일성을 최대한 줄일 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 10은 다른 실시예에 따른 아우터 RF 전극을 도시한 평면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 아우터 RF 전극(5000)은 개구부(5162)가 형성된 가장자리부(5100)와 연결부(5110, 5170, 5190)를 구비하며, 상기 연결부(5110, 5170, 5190)를 3개 이상 구비할 수 있다.
즉, 본 실시예에서 상기 연결부(5110, 5170, 5190)는 제1 연결부(5110), 제2 연결부(5170) 및 제3 연결부(5190)를 구비할 수 있다.
또한, 각 연결부(5110, 5170, 5190)가 중앙 연결부(5120, 5140, 5160) 및 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)를 구비하는 구성은 전술한 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.
본 실시예에서는 전술한 실시예와 비교하여 연결부(5110, 5170, 5190)의 개수가 증가하여 전술한 임의성을 나타내는 영역을 보다 줄일 수 있으며, 나아가 임피던스 불균일성을 최소화할 수 있다.
한편, 전술한 실시예들에서 상기 아우터 RF 전극(500, 5000)의 가장자리부(510, 5100)는 일체로 연결된 형상을 가지게 된다.
이런 경우, 상기 아우터 RF 전극(500, 5000)의 가장자리부(510, 5100)의 내측을 지나는 자속의 변화에 따라 유도기전력이 발생할 수 있다. 상기 유도기전력은 상기 아우터 RF 전극(500, 5000)에 외란을 유도하여 플라즈마의 불균일성을 유발할 수 있다.
본 발명에서는 전술한 문제점을 해결하기 위하여 상기 아우터 RF 전극의 가장자리부가 서로 이격되어 배치되는 복수개의 분할 가장자리부로 구성될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 복수개의 분할 가장자리부로 구성되는 다양한 실시예의 아우터 RF 전극(500', 500”, 5000', 5000”)을 도시한다. 도 7 및 도 8은 상기 가장자리부(510', 510”)를 연결하는 연결부(511, 517)가 2개로 구성된 경우를 도시하며, 도 9 및 도 10은 상기 가장자리부(5100', 5100”)를 연결하는 연결부(5110, 5170, 5190)가 3개로 구성된 경우를 도시한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 아우터 RF 전극(500')은 개구부(516)가 형성된 가장자리부(510')와 연결부(511, 517)를 구비하며, 상기 연결부(511, 517)의 양단부에 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 가장자리부(510')는 복수개의 분할 가장자리부(510A, 510B, 510C, 510D)로 구성될 수 있다. 각 분할 가장자리부(510A, 510B, 510C, 510D)는 미리 결정된 간격(518)을 두고 원주 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 가장자리부(510')는 제1 분할 가장자리부(510A), 제2 분할 가장자리부(510B), 제3 분할 가장자리부(510C) 및 제4 분할 가장자리부(510D)로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수개의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B) 중에 적어도 두 개는 동일한 분할 가장자리부(510A, 510B, 510C, 510D)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 연결부(511)의 일단부에 형성된 한 쌍의 제1 분기 연결부(513A)는 제1 분할 가장자리부(510A)에 모두 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제1 연결부(511)의 타단부에 형성된 한 쌍의 제2 분기 연결부(513B)는 제3 분할 가장자리부(510C)에 모두 연결될 수 있다.
상기 제2 연결부(517)의 일단부에 형성된 한 쌍의 제1 분기 연결부(515A)는 제4 분할 가장자리부(510D)에 모두 연결되고, 상기 제2 연결부(517)의 타단부에 형성된 한 쌍의 제2 분기 연결부(515B)는 제2 분할 가장자리부(510B)에 모두 연결될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 분할 가장자리부(510A, 510B, 510C, 510D)의 개수는 상기 연결부(511, 517)의 개수의 2배에 해당할 수 있다.
한편, 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 아우터 RF 전극(500”)은 개구부(516)가 형성된 가장자리부(510”)와 연결부(511, 517)를 구비하며, 상기 연결부(511, 517)의 양단부에 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 가장자리부(510”)는 복수개의 분할 가장자리부(510A', 510B', 510C', 510D', 510E', 510F', 510G', 510H')로 구성될 수 있는데, 본 실시예에서 복수개의 분할 가장자리부(510A', 510B', 510C', 510D', 510E', 510F', 510G', 510H')의 개수는 상기 연결부(511, 517)의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)의 개수에 대응할 수 있다.
즉, 상기 연결부(511, 517)가 양단부에 각각 한 쌍의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)를 구비하는 경우에 상기 분할 가장자리부(510A', 510B', 510C', 510D', 510E', 510F', 510G', 510H')의 개수는 상기 연결부(511, 517)의 개수의 4배에 해당할 수 있다.
따라서, 상기 연결부(511, 517)가 2개로 구성되는 경우에 상기 분할 가장자리부(510A', 510B', 510C', 510D', 510E', 510F', 510G', 510H')는 8개로 구성될 수 있으며, 상기 가장자리부(510”)는 제1 분할 가장자리부(510A') ~ 제8 분할 가장자리부(510H')로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수개의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)는 상기 분할 가장자리부(510A' ~ 510H')에 각각 연결될 수 있다.
즉, 본 실시예의 경우 하나의 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)가 하나의 분할 가장자리부(510A' ~ 510H')에 연결되며, 서로 다른 분기 연결부(513A, 513B, 515A, 515B)가 동일한 분할 가장자리부(510A' ~ 510H')에 연결되지 않는다.
한편, 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 아우터 RF 전극(5000')은 개구부(5162)가 형성된 가장자리부(5100')와 연결부(5110, 5170, 5190)를 구비하며, 상기 연결부(5110, 5170, 5190)의 양단부에 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 가장자리부(5100')는 복수개의 분할 가장자리부(5100A, 5100B. 5100C. 5100D. 5100E, 5100F)로 구성될 수 있다. 각 분할 가장자리부(5100A, 5100B. 5100C. 5100D. 5100E, 5100F)는 미리 결정된 간격(5180)을 두고 원주 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 가장자리부(5100')는 제1 분할 가장자리부(5100A) ~ 제6 분할 가장자리부(5100F)로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수개의 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B) 중에 적어도 두 개는 동일한 분할 가장자리부(5100A ~ 5100F)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 연결부(5110)의 일단부에 형성된 한 쌍의 제1 분기 연결부(5130A)는 제1 분할 가장자리부(5100A)에 모두 연결될 수 있다. 마찬가지로, 상기 제1 연결부(5110)의 타단부에 형성된 한 쌍의 제2 분기 연결부(5130B)는 제4 분할 가장자리부(5100D)에 모두 연결될 수 있다. 상기 제2 연결부(5170) 및 제3 연결부(5190)도 유사한 구성을 가질 수 있다.
따라서, 본 실시예에서 상기 분할 가장자리부(5100A ~ 5100F)의 개수는 상기 연결부(5110, 5170, 5190)의 개수의 2배에 해당할 수 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 아우터 RF 전극(5000”)은 개구부(5162)가 형성된 가장자리부(5100”)와 연결부(5110, 5170, 5190)를 구비하며, 상기 연결부(5110, 5170, 5190)의 양단부에 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)를 구비할 수 있다.
한편, 상기 가장자리부(5100”)는 복수개의 분할 가장자리부(5100A' ~ 5100L')로 구성될 수 있는데, 본 실시예에서 복수개의 분할 가장자리부(5100A' ~ 5100L')의 개수는 상기 연결부(5110, 5170, 5190)의 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)의 개수에 대응할 수 있다.
즉, 상기 연결부(5110, 5170, 5190)가 양단부에 각각 한 쌍의 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)를 각각 구비하는 경우에 상기 분할 가장자리부(5100A' ~ 5100L')의 개수는 상기 연결부(5110, 5170, 5190)의 개수의 4배에 해당할 수 있다.
따라서, 상기 연결부(5110, 5170, 5190)가 3개로 구성되는 경우에 상기 분할 가장자리부(5100A' ~ 5100L')는 12개로 구성될 수 있으며, 상기 가장자리부(5100”)는 제1 분할 가장자리부(5100A') ~ 제12 분할 가장자리부(5100L')로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 복수개의 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)는 상기 분할 가장자리부(5100A' ~ 5100L')에 각각 연결될 수 있다.
즉, 본 실시예의 경우 하나의 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)가 하나의 분할 가장자리부(5100A' ~ 5100L')에 연결되며, 서로 다른 분기 연결부(5130A, 5130B, 5150A, 5150B, 5170A, 5170B)가 동일한 분할 가장자리부(5100A' ~ 5100L')에 연결되지 않는다.
한편, 전술한 도 6 내지 도 10에 따른 아우터 RF 전극(500', 500”, 5000, 5000', 5000”)에 적용되는 이너 RF 전극은 전술한 바이폴 전극 형태 또는 모노폴 전극 형태 중에 어느 것이라도 적용될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
10 : 기판
100 : 챔버
110 : 처리공간
120 : 공급라인
130 : 가스공급부
140 : RF 전원부
300 : 기판지지유닛
310 : 히터블록
400 : 이너 RF 전극
410 : 제1 이너 RF 전극
420 : 제2 이너 RF 전극
430 : 접지 회로부
440 : 척킹 회로부
500 : 아우터 RF 전극
511, 517 : 연결부
512, 514 : 중앙 연결부
513A, 513B, 515A, 515B : 분기 연결부
520 : 임피던스 조절부
600 : 히터부
610, 620 : 저항부재
1000 : 기판처리장치

Claims (18)

  1. 기판을 지지하는 히터블록;
    상기 히터블록에 배치되며, 상기 기판을 척킹하는 이너 RF 전극; 및
    상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며, 상기 이너 RF 전극과 독립적으로 임피던스를 조절할 수 있는 아우터 RF 전극;을 구비하고,
    상기 아우터 RF 전극은 상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며 개구부가 형성된 가장자리부와, 상기 개구부를 가로질러 상기 가장자리부를 서로 연결하는 적어도 두 개 이상의 연결부를 구비하고,
    상기 연결부는 상기 개구부의 중앙부를 지나는 중앙 연결부와, 상기 중앙 연결부의 양단부에서 각각 분기되어 상기 가장자리부와 연결되는 복수개의 분기 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 분기 연결부는 상기 중앙 연결부에 서로 대칭적으로 연결되어 분기되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수개의 분기 연결부는
    상기 중앙 연결부의 양단부에서 각각 분기되는 한 쌍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이너 RF 전극은 바이폴 전극으로 구성되어, 2의 배수로 분할되어 미리 결정된 간격으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  5. 제4항에 있어서
    상기 중앙 연결부 중에 적어도 하나는 상기 이너 RF 전극의 분할된 간격을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 아우터 RF 전극의 가장자리부는
    서로 이격되어 배치되는 복수개의 분할 가장자리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 분기 연결부는 상기 분할 가장자리부에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수개의 분기 연결부 중에 적어도 두 개는 동일한 분할 가장자리부에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이너 RF 전극은 모노폴 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 아우터 RF 전극의 가장자리부는
    서로 이격되어 배치되는 복수개의 분할 가장자리부로 구성되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 분기 연결부는 상기 분할 가장자리부에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수개의 분기 연결부 중에 적어도 두 개는 동일한 분할 가장자리부에 연결되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이너 RF 전극은
    상기 이너 RF 전극을 접지시키는 접지부와, 상기 접지부와 상기 이너 RF 전극 사이에 배치되는 제1 가변커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이너 RF 전극은 상기 아우터 RF 전극에 비해 상기 기판에 보다 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 RF 전극에는 임피던스를 조절하여 상기 기판 상부의 플라즈마를 조절할 수 있는 임피던스 조절부가 연결되며,
    상기 임피던스 조절부는 상기 아우터 RF 전극을 접지시키는 접지부와, 상기 접지부와 상기 아우터 RF 전극 사이에 배치되는 제2 가변커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 아우터 RF 전극의 상기 가장자리부의 적어도 일부가 상기 이너 RF 전극과 중첩되어 배치되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 히터블록에는 상기 기판을 가열하는 히터부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
  18. 기판에 대한 처리공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버의 내측에 구비되어 상기 기판을 향해 공정가스를 공급하며 RF 전원이 인가되는 가스공급부; 및
    상기 챔버 내측에서 상기 가스공급부의 맞은편에 구비되어 상기 기판을 지지하는 히터블록과, 상기 히터블록에 구비되어 접지되는 RF 전극을 포함하는 기판지지유닛을 구비하고,
    상기 RF 전극은 상기 히터블록의 중앙부에 배치되며, 상기 기판을 척킹하는 이너 RF 전극 및 상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며, 임피던스를 조절하여 상기 기판 상부의 플라즈마를 조절할 수 있는 아우터 RF 전극을 구비하고,
    상기 아우터 RF 전극은 상기 이너 RF 전극의 가장자리에 배치되며 개구부가 형성된 가장자리부와, 상기 개구부를 가로질러 상기 가장자리부를 서로 연결하는 연결부를 구비하고, 상기 연결부는 상기 개구부의 중앙부를 지나는 적어도 한 개 이상의 중앙 연결부와, 상기 중앙 연결부의 양단부에서 각각 분기되어 상기 가장자리부와 연결되는 복수개의 분기 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022086724A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-28 Applied Materials, Inc. High temperature bipolar electrostatic chuck

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WO2022086724A1 (en) * 2020-10-21 2022-04-28 Applied Materials, Inc. High temperature bipolar electrostatic chuck

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