KR20070075603A - Plasma etching apparatus having o-ring seal structure - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 오링씰 구조를 갖는 플라즈마 식각장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing a plasma etching apparatus having an O-ring seal structure according to the present invention.
**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**** Description of the symbols for the main parts of the drawings **
12 : 공정챔버12: process chamber
16 : 상부전극16: upper electrode
24 : 하부전극24: lower electrode
30 : 웨이퍼 승강핀30: wafer lift pin
32 : 웨이퍼 승강핀 지지대32: wafer lift pin support
34 : 샤프트34: shaft
36 : 구동부36 drive unit
100 : 오링씰 구조100: O-ring seal structure
110 : 스테이터110: Stator
120 : 제 1 오링120: the first O-ring
122 : 제 2 오링122: the second O-ring
본 발명은 플라즈마 식각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공정챔버를 관통하여 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 샤프트로 인해 발생될 수 있는 기밀의 누설을 방지하기 위한 오링씰 구조를 갖는 플라즈마 식각장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma etching apparatus, and more particularly, to a plasma etching apparatus having an O-ring seal structure for preventing leakage of airtightness that may be generated due to a shaft for elevating a wafer lift pin through a process chamber. .
최근 정보 통신 기술의 발달과 개인용 컴퓨터 및 정보 통신 장비가 급속도로 보급됨에 따라 반도체 소자는 고속의 처리 속도와 대용량의 저장 능력 및 높은 안정성이 요구되고 있다. 이에 따라 반도체 소자의 제조 기술은 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 발전 되고 있다.Recently, with the development of information communication technology and the rapid spread of personal computers and information communication equipment, semiconductor devices are required to have high processing speed, large storage capacity, and high stability. Accordingly, the manufacturing technology of semiconductor devices has been developed to improve the degree of integration, reliability, and response speed.
일반적으로 반도체 소자는 반도체 기판인 웨이퍼에 사진, 이온확산, 식각, 증착 등의 공정을 선택적, 반복적으로 수행함으로써 제조된다.Generally, a semiconductor device is manufactured by selectively and repeatedly performing a process such as photographing, ion diffusion, etching, and deposition on a wafer, which is a semiconductor substrate.
이 중 상기 식각공정은 반도체 소자의 제조 기술에 있어서 웨이퍼 표면에 증착된 박막을 제거하는 방법의 하나이다. 종전에 주로 사용되어 온 화학식각은 액체 화학약품을 사용하므로 습식식각(Wet Etching)으로 불리며, 화학약품을 사용하지 않는 플라즈마식각·이온식각·스퍼터식각 등은 총칭해서 건식식각(Dry Ethcing)이라 불린다. 플라즈마 식각은 화학적으로 활성인 가스플라즈마(주로 불소화합물)와 시료 표면을 화학반응시키는 방법이다.The etching process is one of the methods of removing the thin film deposited on the wafer surface in the manufacturing technology of the semiconductor device. Conventional chemicals used in the past are called liquid etching because they use liquid chemicals. Plasma etching, ion etching and sputter etching that do not use chemicals are collectively called dry etching. . Plasma etching is a method of chemically reacting a chemically active gas plasma (usually a fluorine compound) with a sample surface.
이와 같은 플라즈마 식각을 수행하는 플라즈마 식각장치는 소정 공간을 갖는 공정챔버의 내부에 상호 평행하면서 소정거리로 이격된 상부전극과 하부전극을 구비하고, 상부전극과 하부전극 사이에 소정 반응가스를 주입한 상태에서 전계를 형 성하여 반응가스를 플라즈마 상태로 변환시켜 웨이퍼 표면에 증착된 박막을 식각하는 장치이다. 이러한 플라즈마 식각장치는 플라즈마를 이용하여 매우 정밀한 식각이 가능하기 때문에 최근 반도체 제품의 집적도가 높아지면서 자주 사용되고 있다. A plasma etching apparatus for performing such plasma etching includes an upper electrode and a lower electrode spaced at a predetermined distance in parallel to each other in a process chamber having a predetermined space, and a predetermined reaction gas is injected between the upper electrode and the lower electrode. It forms an electric field in the state to convert the reaction gas into a plasma state to etch a thin film deposited on the wafer surface. Such plasma etching apparatuses are frequently used because of the high degree of integration of semiconductor products, because the plasma etching apparatus enables highly precise etching.
한편, 플라즈마 식각장치를 이용하여 매우 정밀한 식각을 구현하기 위해서는 공정 진행시 공정챔버의 내부에 구비된 상부전극과 하부전극 간의 간격이 미리 예정된 일정한 거리로 유지되어야 한다. 그리고, 이와 같이 일정한 간격으로 유지된 두 전극 사이에서 웨이퍼는 공정 시작시의 로딩과 공정 완료시의 언로딩을 위하여 웨이퍼 승강핀에 의하여 승강하게 된다. On the other hand, in order to implement a very precise etching using the plasma etching apparatus, the distance between the upper electrode and the lower electrode provided in the process chamber during the process must be maintained at a predetermined predetermined distance. Then, the wafer is lifted by the wafer lift pins for loading at the start of the process and unloading at the completion of the process between the two electrodes held at regular intervals.
종래 플라즈마 식각장치에 있어서 상부전극은 공정챔버의 상부 영역에 설치되고, 하부전극은 상기 상부전극에서 소정 간격만큼 하측으로 이격된 위치에 설치된다. 웨이퍼가 로봇 암에 의하여 공정챔버 내부로 반입되어 소정 높이로 상승되어 있던 웨이퍼 승강핀에 놓이면, 웨이퍼 승강핀과 구동부를 연결하는 샤프트가 하강하여 웨이퍼를 하부전극에 내려 놓는다. 가스공급배관을 통하여 반응가스가 공정챔버 내에 채워지면 상부전극에 소정 RF(Radio Frequency) 전력이 인가되고 하부전극에 바이어스 전력이 인가되어 상부전극과 하부전극 사이에 전기장이 형성됨으로써 반응가스가 플라즈마로 전환된다. 플라즈마에 의한 웨이퍼의 식각이 이루어진 후에는 샤프트에 의해 웨이퍼 승강핀이 소정 높이로 상승하고, 상기 웨이퍼 승강핀에 의해 상승된 웨이퍼는 로봇 암에 의하여 공정챔버 외부로 반출된다.In the conventional plasma etching apparatus, the upper electrode is installed in the upper region of the process chamber, and the lower electrode is provided at a position spaced downward from the upper electrode by a predetermined interval. When the wafer is brought into the process chamber by the robot arm and placed on the wafer lift pin that has been raised to a predetermined height, the shaft connecting the wafer lift pin and the drive unit is lowered to lower the wafer to the lower electrode. When the reaction gas is filled in the process chamber through the gas supply pipe, a predetermined RF (Radio Frequency) power is applied to the upper electrode, a bias power is applied to the lower electrode, and an electric field is formed between the upper electrode and the lower electrode, thereby reacting the gas into the plasma. Is switched. After etching of the wafer by plasma, the wafer lift pin is raised to a predetermined height by the shaft, and the wafer lifted by the wafer lift pin is carried out of the process chamber by the robot arm.
웨이퍼 승강핀을 상하로 이동시켜주는 샤프트는 공정챔버를 관통하여 설치되기 때문에 공정챔버의 샤프트 관통부위를 통해 기밀이 누설될 수 있다. 따라서 샤 프트 주위에는 공정챔버 내부와 외부의 공기 유출입을 차단하기 위한 벨로우즈(Bellows)가 설치된다. 이때, 벨로우즈는 상하로 소정 길이만큼 신축가능한 부재로, 하단은 공정챔버의 바닥에 고정되고, 상단은 웨이퍼 승강핀 지지대에 고정된다. 따라서, 벨로우즈는 공정챔버 내부를 외부로부터 밀폐시켜주면서도 웨이퍼 승강핀이 상하로 이동됨에 따라 소정 길이만큼 팽창 또는 수축되어지는 것이다. Since the shaft for moving the wafer lift pin up and down is installed through the process chamber, airtight leakage may occur through the shaft through portion of the process chamber. Therefore, bellows are installed around the shaft to block air inflow and out of the process chamber. At this time, the bellows is a member that is stretchable up and down by a predetermined length, the lower end is fixed to the bottom of the process chamber, the upper end is fixed to the wafer lift pin support. Therefore, the bellows expands or contracts by a predetermined length as the wafer lift pin moves up and down while sealing the inside of the process chamber from the outside.
그런데, 상기 벨로우즈는 공정진행 중 플라즈마에 노출되어 있고, 특히 벨로우즈의 주름부에서 아킹(Arcing)이 발생하는 문제가 있다. 이러한 아킹 발생은 저점 피크전압의 저하(Bottom Vpp Drop)와 RF 인가 시 저점 리플렉트 파워 로스(Reflect Power loss) 증가로 이어지고, 웨이퍼 파손의 원인이 되며, 샤프트 데미지의 원인이 될 수 있다. 결과적으로, 이에 따른 비정기 PM(Preventive Maintenance)의 증가로 인하여 생산성이 저하되는 문제점이 발생한다.By the way, the bellows is exposed to the plasma during the process, in particular, there is a problem that arcing occurs in the wrinkles of the bellows. Such arcing can lead to a decrease in bottom peak voltage and increase in low reflect power loss when RF is applied, a wafer breakage, and shaft damage. As a result, there arises a problem that productivity is lowered due to an increase in the occasional PM (Preventive Maintenance).
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 공정챔버를 관통하여 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 샤프트로 인해 발생될 수 있는 기밀의 누설을 방지함과 아울러 아킹 발생을 방지할 수 있는 오링씰 구조를 갖는 플라즈마 식각장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to overcome the problems of the prior art, the technical problem to be achieved by the present invention is to prevent the leakage of airtight that can be generated due to the shaft to lift the wafer lift pin through the process chamber and In addition, to provide a plasma etching apparatus having an O-ring seal structure that can prevent the occurrence of arcing.
이와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 오링씰 구조를 갖는 플라즈마 식각장치는 공정챔버와, 공정챔버 상부 영역에 구비되는 상부전극과, 공정챔버 하부 영역에 구비되어 웨이퍼가 놓여지는 하부전극과, 하부전극을 관통하도 록 설치되어 웨이퍼를 승강시키는 웨이퍼 승강핀과, 공정챔버를 관통하도록 설치되어 웨이퍼 승강핀을 승강시키는 샤프트와, 샤프트를 감싸도록 공정챔버에 설치되어 공정챔버 내부의 기밀을 유지하는 오링씰 구조를 포함하며, 오링씰 구조는 샤프트를 감싸도록 상기 공정챔버에 설치되되, 둥근 모양의 모서리부를 갖는 스테이터와, 샤프트와 접촉되도록 스테이터 내부에 삽입되는 제 1 오링 및, 스테이터와 공정챔버 사이에 개재되는 제 2 오링으로 구성된다.Plasma etching apparatus having an O-ring seal structure according to the present invention for achieving the above technical problem is a process chamber, an upper electrode provided in the upper region of the process chamber, a lower electrode provided in the lower region of the process chamber and the wafer And a wafer lift pin installed to penetrate the lower electrode to elevate the wafer, a shaft installed to penetrate the process chamber to elevate the wafer lift pin, and a process chamber to surround the shaft to maintain airtightness inside the process chamber. An o-ring seal structure, wherein the o-ring seal structure is installed in the process chamber to surround the shaft, the stator having a rounded corner portion, a first O-ring inserted into the stator to be in contact with the shaft, and the stator and the process chamber. It consists of a 2nd O-ring interposed between.
바람직하게, 상기 스테이터는 그 상부 영역이 돔 형상을 갖는 원통형일 수 있다.Preferably, the stator may be cylindrical having an upper region of which has a dome shape.
바람직하게, 상기 스테이터는 세라믹 재질일 수 있다.Preferably, the stator may be a ceramic material.
바람직하게, 상기 오링들의 재질은 크롬 스테인레스 또는 티타늄으로 이루어 질 수 있다.Preferably, the material of the O-rings may be made of chromium stainless or titanium.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed subject matter is thorough and complete, and that the scope of the invention to those skilled in the art will fully convey. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오링씰 구조를 갖는 플라즈마 식각장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a plasma etching apparatus having an O-ring seal structure according to a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치(10)는 도시하지 않은 진공펌프에 의하여 소정의 진공분위기가 형성되는 밀폐된 공정챔버(12)를 구비한다. 상기 공정챔버(12)의 일측에는 처리할 웨이퍼(W)의 유입 및 유출을 위한 웨이퍼 출입구(14)가 마련되고, 공정챔버(12) 하측 측면에는 공정 완료시 가스를 배출하는 가스배출구(22)가 마련된다.Referring to FIG. 1, the
공정챔버(12)의 상부 영역 및 하부 영역에는 각각 소정 간격으로 이격되도록 설치되는 상부전극(16) 및 하부전극(24)이 마련된다. 상기 상부전극(16)은 반응가스 공급시 반응가스를 공정챔버(12) 내부에 골고루 분포시키는 샤워헤드의 역할을 수행하며, 또한 소정 RF 전력을 인가받아 하부전극(24)과의 사이에 전기장을 형성하여 상기 반응가스를 플라즈마로 전환시키는 역할도 수행한다. 상기 상부전극(16)의 상측에는 상부전극(16)의 온도를 조절하기 위한 쿨링플레이트(Cooling plate,18)와, 상부전극(16)으로 반응가스를 공급하기 위한 가스공급배관(20)이 설치된다.An
공정챔버(12) 하부 영역에 마련되는 하부전극(24)에는 공정 객체인 웨이퍼(W)가 안착되며, 전술한 바와 같이 상부전극(16)과 함께 반응가스를 플라즈마로 전환시키는 역할을 수행한다. 하부전극(24)은 하부전극 지지대(28)에 의해 지지된다.The wafer W, which is a process object, is seated on the
하부전극(24)을 수직하게 관통하는 복수 개의 홀(26) 내에는 웨이퍼 승강핀(30)이 각각 배치되며, 웨이퍼 승강핀(30)은 웨이퍼 승강핀 지지대(32)에 고정되어 있다. 상기 웨이퍼 승강핀(30)은 승강 작용을 통해 공정 시작시 도시하지 않은 로봇 암에 의해 공정챔버(12) 내부로 운반되는 웨이퍼(W)를 하부전극(24)에 안착되도 록 하고, 공정 완료시 하부전극(24)으로부터 웨이퍼(W)를 상승시켜 도시하지 않은 로봇 암이 웨이퍼(W)를 공정챔버(12) 외부로 운반할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.The
웨이퍼 승강핀 지지대(32)는 상기 공정챔버(12)를 관통하도록 설치되는 샤프트(34)에 의해 공정챔버(12) 외부에 배치되는 구동부(36)와 연결되어, 구동부(36)의 구동에 따라 상승 또는 하강하면서 웨이퍼 승강핀(30)을 승강시킨다. 구동부(36)는 공압이나 유압 실린더 등으로 이루어질 수 있다.The wafer
한편, 상기 샤프트(34)는 전술한 바와 같이 공정챔버(12)를 관통하여 설치되기 때문에 공정챔버(12)의 샤프트(34) 관통부위를 통해 기밀이 누설될 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 본 발명에 따른 플라즈마 식각장치(10)는 상기 샤프트(34)를 감싸도록 공정챔버(12)에 설치되어 공정챔버(12) 내부의 기밀을 유지하는 오링씰 구조(100)를 갖는다. 상기 오링씰 구조(100)는 상기 샤프트(34)를 감싸도록 상기 공정챔버(12)에 설치되되, 그 외부 표면에 돌출된 모서리를 갖지 않는 스테이터(110)와, 상기 샤프트(34)와 접촉되도록 상기 스테이터(110) 내부에 삽입되는 제 1 오링(120), 및 상기 스테이터(110)와 상기 공정챔버(12) 사이에 개재되는 제 2 오링(122)으로 구성된다.On the other hand, since the
상기 스테이터(110)는 그 하부 영역에 마련되는 플랜지(116)와 공정챔버(12)가 볼트(114)에 의해 체결됨으로써 공정챔버(12) 바닥에 고정된다. 스테이터(110)는 샤프트(34)의 승강 운동시 가이드 수단으로서의 역할도 병행하게 된다.The
일반적으로 모서리와 같이 뾰족한 부분은 전기장이 집중된 상태하에서 전자 가 쉽게 튀어나가게 되어 아킹이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서, 본 발명에 있어서 스테이터(110)는 아킹 방지를 위하여 그 외부 표면이 돌출된 모서리를 갖지않도록 부드럽게 둥근 모양으로 처리된다. 바람직하게, 스테이터(110)는 그 상부 영역이 돔 형상(112)을 갖는 원통형으로 이루어질 수 있다. 덧붙여, 플랜지(116) 역시 테두리(118)가 돌출된 모서리를 갖지 않도록 부드럽게 둥근 모양으로 처리할 수 있다. 상기 스테이터(110)는 전술한 형태 이외에 당업자가 실시할 수 있는 여러 가지 형태, 예를 들어 다각기둥의 형태를 가질 수도 있다. 이 경우에도 그 외부 표면에 형성되는 모서리는 전술한 바와 같이 부드럽게 둥근 모양으로 처리되어야 한다.In general, pointed parts such as corners are more likely to cause arcing because electrons easily come out under concentrated electric fields. Therefore, in the present invention, the
또한, 스테이터(110)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우 세라믹은 완전 부도체에 가까우므로 아킹이 발생할 가능성이 현저히 낮아지게 된다.In addition, the
한편, 스테이터(110)의 내부에 샤프트(34)와 접촉되도록 삽입되는 제 1 오링(120)은 샤프트(34)가 승강하는 동안 샤프트(34) 외주면과 밀착됨으로써 공정챔버(12)의 샤프트(34) 관통부위를 통해 발생할 수 있는 기밀의 누설을 방지한다. Meanwhile, the first O-
스테이터(110)와 공정챔버(12) 사이에 개재되는 제 2 오링(122)은 공정챔버(12) 바닥과 플랜지(116) 사이로 발생할 수 있는 기밀의 누설을 방지한다.The second o-
한편, 상기 공정챔버(12) 내부에서 이루어지는 식각 공정은 소정의 진공분위기와 고온 상태에서 진행되는 바 상기 제 1 오링(120) 및 제 2 오링(122)은 이러한 공정 상태를 견딜 수 있어야 한다. 따라서 상기 제 1 오링(120) 및 제 2 오링(122)은 열팽창 계수가 적고 내구성이 강한 크롬 스테인레스 또는 티타늄의 재질로 형성되는 것이 바람직하다.Meanwhile, the etching process performed in the
전술한 오링씰 구조(100)는 장비의 크기를 줄일 수 있으며 설계, 가공 및 조립이 쉽고, 보수시 대체 규격을 쉽게 구할 수 있다는 이점이 있다.The aforementioned O-
이하, 본 발명에 따른 오링씰 구조를 갖는 플라즈마 식각장치(10)의 작용을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation of the
우선 도시하지 않은 로봇 암이 웨이퍼 출입구(14)를 통해 공정챔버(12) 내로 웨이퍼(W)를 반입시킨다. 이때, 웨이퍼(W)가 미리 소정 높이로 상승되어 있는 웨이퍼 승강핀(30)에 안착되면, 구동부(36)에 의해 샤프트(34)가 하강하여 웨이퍼(W)가 하부전극(24)에 놓여진다.First, a robot arm (not shown) introduces the wafer W into the
이후, 가스공급배관(20)을 통하여 운반되는 반응가스가 샤워헤드의 역할을 하는 상부전극(16)에 의하여 상부전극(16)과 하부전극(24) 사이에 공급되어 골고루 분포되면, 상부전극(16)에 소정 RF 전력이 인가되고 하부전극(24)에 바이어스 전력이 인가되어 상부전극(16)과 하부전극(24) 사이에 전기장이 형성된다. 반응가스는 이러한 전기장에 의해 활성화되면서 플라즈마 상태로 변환되며, 이와 같이 변환된 플라즈마를 통해 웨이퍼(W)의 식각이 이루어지게 된다.Then, the reaction gas carried through the
식각이 완료된 후에는 구동부(36)에 의해 웨이퍼 승강핀(30)이 상승하여, 웨이퍼(W)가 하부전극(24)으로부터 상승한다. 그 후 도시하지 않은 로봇 암에 의하여 식각공정이 완료된 웨이퍼(W)가 웨이퍼 출입구(14)를 통하여 공정챔버(12) 밖으로 반출된다.After the etching is completed, the
상기 공정 진행중에 공정챔버(12)의 샤프트(34) 관통부위를 통해 발생할 수 있는 기밀의 누설은 전술한 본 발명에 따른 오링씰 구조(100)를 통해 방지된다.Leakage of the airtight which may occur through the
이상, 본 발명은 도시된 실시예를 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구의 범위와 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As mentioned above, although the present invention has been described with reference to the illustrated embodiments, it is only an example, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the scope of the present invention should be defined by the appended claims and their equivalents.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 오링씰 구조를 갖는 플라즈마 식각장치에 의하면, 기존의 벨로우즈 실 구조에서 자주 발생하던 아킹 발생을 억제함으로써 저점 피크전압의 저하와 RF 인가 시 저점 리플렉트 파워 로스 증가를 방지하고, 샤프트에 발생할 수 있는 데미지와 웨이퍼 파손을 방지함으로써, 비정기적 PM을 줄여 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the plasma etching apparatus having an O-ring seal structure according to the present invention, by suppressing the occurrence of arcing that is often generated in the conventional bellows seal structure, the low peak voltage decreases and the low point reflecting power loss increases when RF is applied. By preventing the damage and damage to the wafer that can occur in the shaft, there is an advantage to improve the productivity by reducing the irregular PM.
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2006
- 2006-01-13 KR KR1020060004066A patent/KR20070075603A/en not_active Application Discontinuation
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