KR20090102258A - 플라즈마 처리장치용 기판 트레이 - Google Patents
플라즈마 처리장치용 기판 트레이Info
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Abstract
플라즈마 처리장치용 기판 트레이가 개시된다. 본 발명의 플라즈마 처리장치용 기판 트레이는, 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 하판 유닛; 및 하판 유닛의 상부에 배치되어 기판장입홈에 장입된 기판을 고정하기 위한 상판 유닛을 포함하며, 상판 유닛은, 적어도 하나의 기판장입홈에 대응하는 위치에 기판장입홈보다 작은 개구면적을 갖는 적어도 하나의 제1 개구가 형성되어 상기 기판의 가장자리를 가압하는 제1 상판; 및 제1 상판의 상부에 배치되며, 적어도 하나의 제1 개구에 대응하는 위치에 제1 개구보다 큰 개구면적을 갖는 적어도 하나의 제2 개구가 형성되는 제2 상판을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 기판장입홈에 장입된 기판을 고정하기 위한 클램핑력을 유지하기에 충분한 상판 유닛의 전체적인 강성을 확보하면서도, 기판의 가장자리에서 기판에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은, 플라즈마 처리장치용 기판 트레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판의 가장자리에서 기판에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하는 것을 최소화하기 위한 기판 트레이에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는, 반도체 제작에 사용되는 웨이퍼 또는 평면디스플레이 제작에 사용되는 유리기판 등에 미세한 패턴을 형성하기 위해 플라즈마(Plasma)를 생성하여 에칭(Etching) 또는 화학기상증착(CVD, Chemical Vapor Deposition) 등의 각종 표면처리 공정을 수행하는 장치이다.
이러한 플라즈마 처리장치에는, 다수의 기판에 대하여 동시에 플라즈마에 의한 표면처리를 수행하기 위하여 다수의 기판이 장입되는, 플라즈마 처리장치용 기판 트레이가 사용되는 것이 일반적이다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치용 기판 트레이의 일 예를 나타내는 단면도이며, 도 2는 도 1에 도시된 'A' 영역에서 플라즈마 에칭에 의한 미세 패턴을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 기판 트레이(50)는, 다수의 기판장입홈(52a)이 형성되는 하판(52)과, 하판(52)의 상부에 배치되어 기판장입홈(52a)에 장입된 기판(5)을 고정하기 위한 상판(54)과, 상판(54)을 하판(52)에 대해 고정하는 고정부재(56)를 구비한다.
상판(54)에는, 하판(52)에 형성된 다수의 기판장입홈(52a)에 대응하는 위치에 기판장입홈(52a)의 개수와 동일한 개수로 개구(54a)가 형성된다. 이때, 상판(54)은 기판장입홈(52a)에 장입된 기판(5)의 가장자리를 가압하여 고정할 수 있어야 하기 때문에, 개구(54a)는 기판장입홈(52a)보다 작은 개구면적을 갖는다. 이에 따라 고정부재(56)에 의한 클램핑력(Clamping Force)은 상판(54)을 통해 기판(5)의 가장자리에 전달되어 기판장입홈(52a)에 장입된 기판(5)을 고정한다.
그런데, 상판(54)은, 고정부재(56)에 의한 클램핑력을 유지하기에 충분한 강성을 확보하여야 하기 때문에, 상판(54)의 두께(T)는 소정의 두께 이하로 얇게 제작할 수 없는 한계가 있다.
이에 따라, 위와 같은 종래의 기판 트레이(50)는, 상판(54)과 인접한 기판(5)의 가장자리에서 상판(54)의 두께(T)에 의해 기판(5)에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하게 되고, 이로 인해 플라즈마 에칭(혹은 증착)시 기판(5)의 가장자리에서 패턴이 기판(5)에 수직한 일 방향으로 쏠리게 되는 문제점이 있다. 예를 들어, 2인치 또는 4인치의 발광다이오드(LED) 제작용 사파이어 기판 표면에 반구형 렌즈 형상의 패턴을 형성하는 경우, 상판(54)의 개구(54a) 테두리에서 기판(5)의 가장자리 4.0㎜ 부분까지 패턴은, 도 2에 도시된 바와 같이, 대칭이 유지되지 않고 중심부가 한쪽으로 쏠리게 된다.
또한, 종래의 기판 트레이(50)는, 플라즈마 처리 중에 하판(52)의 온도가 기판(5)의 온도보다 낮은 경우, 기판(5)에서 하판(52)으로 향하는 열적 흐름으로 인해 기판(5)의 온도가 플라즈마 처리에 적합한 온도 아래로 낮아져 플라즈마에 의한 표면처리 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 기판장입홈에 장입된 기판을 고정하기 위한 클램핑력을 유지하기에 충분한 상판 유닛의 전체적인 강성을 확보하면서도, 기판의 가장자리에서 기판에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하는 것을 최소화하여, 플라즈마 에칭(혹은 증착) 시 기판의 가장자리에서 패턴이 기판에 수직한 일 방향으로 쏠리게 되는 현상을 방지할 수 있는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 하판 유닛; 및 상기 하판 유닛의 상부에 배치되어 상기 기판장입홈에 장입된 기판을 고정하기 위한 상판 유닛을 포함하며, 상기 상판 유닛은, 상기 적어도 하나의 기판장입홈에 대응하는 위치에 상기 기판장입홈보다 작은 개구면적을 갖는 적어도 하나의 제1 개구가 형성되어 상기 기판의 가장자리를 가압하는 제1 상판; 및 상기 제1 상판의 상부에 배치되며, 상기 적어도 하나의 제1 개구에 대응하는 위치에 상기 제1 개구보다 큰 개구면적을 갖는 적어도 하나의 제2 개구가 형성되는 제2 상판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이에 의해 달성된다.
여기서, 상기 하판 유닛은, 상기 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 하판; 및 상기 기판의 하면과 상기 기판장입홈의 바닥면 사이에 개재되는 단열층을 포함할 수 있다.
상기 하판 유닛은, 상기 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 하판; 및 상기 기판의 하면과 상기 기판장입홈의 바닥면 사이 및 상기 기판의 외측면과 상기 기판장입홈의 내측면 사이에 개재되는 단열층을 포함할 수 있다.
상기 하판 유닛은, 하판; 및 상기 하판의 상부에 배치되며, 상기 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 단열층을 포함할 수 있다.
상기 제1 상판은 상기 제2 상판보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 상기 제2 개구는, 그 테두리가 상기 기판의 가장자리로부터 소정의 거리 이상 떨어지도록 상기 제2 상판에 형성될 수 있다.
상기 제1 상판과 상기 제2 상판은 상호 다른 재질로 이루어질 수 있다. 상기 제1 상판과 상기 제2 상판은 상호 일체로 결합될 수 있다.
상기 제1 상판 및 상기 제2 상판 각각은, 니켈 합금(Ni Alloy), 인코넬(Inconel), 스테인리스강(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 텅스텐 합금(W Alloy) 및 코발트 합금(Co Alloy) 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 단열층은 상기 하판에 접착되거나 코팅(Coating)될 수 있다. 상기 단열층은 테프론(Teflon) 또는 아크릴수지(Acrylic Resin)로 이루어질 수 있다. 상기 단열층은 2개 이상의 재질이 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 하판 유닛의 상기 기판장입홈이 위치한 부분에는 헬륨공급홀이 관통 형성될 수 있다.
상기 기판 트레이는, 상기 상판 유닛을 상기 하판 유닛에 대해 고정하기 위한 고정부재를 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 기판장입홈은 복수 개의 기판장입홈이며, 상기 적어도 하나의 제1 개구는 상기 복수 개의 기판장입홈과 동일한 개수의 제1 개구이고, 상기 적어도 하나의 제2 개구는 상기 복수 개의 기판장입홈과 동일한 개수의 제2 개구이며, 상기 기판장입홈, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구 각각은, 원 형상 또는 사각 형상을 가질 수 있다.
본 발명은, 기판장입홈에 장입된 기판을 고정하는 상판 유닛을 기판의 가장자리를 가압하는 제1 상판과, 제1 상판에 비해 상대적으로 두꺼운 두께를 가지며 제1 상판에 형성된 제1 개구에 비해 상대적으로 큰 개구면적을 갖는 제2 개구가 형성되는 제2 상판으로 구성함으로써, 기판장입홈에 장입된 기판을 고정하기 위한 클램핑력을 유지하기에 충분한 상판 유닛의 전체적인 강성을 확보하면서도, 기판의 가장자리에서 기판에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하는 것을 최소화하여, 플라즈마 에칭(혹은 증착) 시 기판의 가장자리에서 패턴이 기판에 수직한 일 방향으로 쏠리게 되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치용 기판 트레이의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 'A' 영역에서 플라즈마 에칭에 의한 미세 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치용 기판 트레이가 적용되는 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 플라즈마 처리장치용 기판 트레이의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 플라즈마 처리장치용 기판 트레이의 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치용 기판 트레이의 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치용 기판 트레이의 부분 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 플라즈마 처리장치
100 : 기판 트레이 110 : 하판 유닛
112 : 하판 114 : 단열층
116 : 헬륨공급홀 120 : 상판 유닛
122 : 제1 상판 122a : 제1 개구
124 : 제2 상판 124a : 제2 개구
130 : 고정부재
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
먼저, 이하에서 설명할 「기판」이란, 반도체 제작에 사용되는 기판인 웨이퍼와, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판인 유리기판 등을 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다. 참고로, 반도체 제작에 사용되는 기판에는 LED(Light Emitting Diode)용 기판, 메모리반도체용 기판 등 있으며, 평면디스플레이 제작에 사용되는 유리기판에는 LCD(Liquid Crystal Display)용 기판, PDP(Plasma Display Panel)용 기판 등이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치용 기판 트레이(이하 '기판 트레이'라 함)가 적용되는 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 처리장치(1)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응챔버(10)와, 플라즈마 처리 대상이 되는 다수의 기판(5)이 장입된 기판 트레이(100)와, 반응챔버(10)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판 트레이(100)를 지지하는 척(20, Chuck)과, 반응챔버(10)의 상부에 배치되며 고주파전원(미도시)이 접속된 안테나(40)와, 반응챔버(10)와 안테나(40) 사이에 배치되는 절연판(45)과, 안테나(40) 및 절연판(45)이 외부로 노출되지 않도록 절연판(45) 상부에서 반응챔버(10)와 결합되는 접지케이스(30)를 구비한다.
한편, 도 3에 도시된 플라즈마 처리장치(1)는 유도결합과 축전결합의 혼합형 플라즈마 처리장치(1)이지만, 본 발명의 기판 트레이(100)는 유도결합형 플라즈마 처리장치와 축전결합형 플라즈마 처리장치 각각에도 적용될 수 있음은 물론이다. 아울러, 본 명세서에서 '플라즈마 처리'란 플라즈마 에칭(Plasma Etching)과 플라즈마 증착(Plasma Vapor Deposition)의 의미를 포함한다.
반응챔버(10)는 전체적으로 원통 형상을 가지며 해당 기판(5)을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마가 생성·반응되는 공간을 제공한다. 반응챔버(10)의 측벽에는 공정가스를 반응챔버(10) 내부로 주입하기 위한 가스공급구(14)와, 로드락 챔버(2) 내의 이송 로봇(2a)에 의해 기판 트레이(100)가 반응챔버(10) 내부로 인입되기 위한 슬롯(12)이 형성되며, 반응챔버에 형성된 슬롯(12)과 로드락 챔버(2) 사이에는 슬롯(12)을 개폐하기 위한 슬롯밸브(3)가 마련된다.
척(20)은, 반응챔버(10)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판 트레이(100)를 지지하는 동시에 안테나(40)에 고주파전력을 인가하는 고주파전원(미도시)과 다른 별도의 고주파전원에 의해 고주파전력이 인가되는 고주파 전극의 역할을 담당한다.
척(20)에는 기판 트레이(100)에 장입된 다수의 기판(5)에 헬륨가스를 공급하기 위한 헬륨공급로(22)가 관통 형성된다. 이러한 헬륨가스는 플라즈마 기판(5)의 열전도도를 향상시키기 위해 사용된다. 또한, 기판 트레이(100)와 접촉하는 척(20)의 상단부에는 오링(24, O-Ring)이 마련되고 반응챔버(10) 내부에는 기판 트레이(100)의 상단부를 가압하여 오링(24)을 밀착시켜 기판 트레이(100)와 척(20) 사이로 헬륨이 세지 않도록 하는 클램프(16, Clamp)가 마련된다.
접지케이스(30)는, 전체적으로 원통 형상의 접지된 금속케이스이며, 반응챔버(10)의 측벽 상단부에 결합되어 안테나(40) 및 절연판(45)이 외부로 노출되지 않도록 하는 동시에 플라즈마 처리장치(1)에서 척(20)으로 이루어지는 고주파 전극에 대응되는 접지된 영역을 제공한다.
안테나(40)는, 코일 형태의 구조를 가지며 고주파전원으로부터 고주파전력을 인가받아 반응챔버(10) 내부에 플라즈마를 생성한다. 더 상세히 설명하면, 안테나(40)에 고주파전력이 인가되면 안테나(40)에 전류가 흐르고 이 전류는 안테나(40) 주변에 시간적으로 변화하는 자기장을 형성하며, 이러한 자기장은 반응챔버(10) 내부에 유도전기장을 형성하고 유도전기장은 전자들을 가열하여 안테나(40)와 유도성으로 결합된 플라즈마를 발생시킨다. 이와 같이 플라즈마 처리장치(1)는 생성된 플라즈마 내의 전자들이 주변의 중성기체입자들과 충돌하여 생성된 이온 및 라디칼 등을 이용하여 플라즈마 에칭 및 증착 공정을 수행하게 된다. 한편, 별도의 고주파전원을 사용하여 척(20)에 고주파전력을 인가하면 기판(5)에 입사하는 이온의 에너지를 제어하는 것도 가능하게 된다.
이러한 안테나(40)에는 단일의 나선형 안테나를 적용할 수 있지만, 전력 효율 및 반응챔버(10) 내의 플라즈마 밀도의 균일도 측면에서 고주파전원에 병렬 접속된 복수 개의 권선으로 이루어지는 병렬 접속형 안테나를 적용하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 바와 같이 고주파전원으로부터 인가되는 고주파전력에 의해 안테나(40) 주변에는 유도전기장이 형성될 뿐 아니라, 안테나(40) 표면에 고주파주파수로 양전하와 음전하가 교대로 대전됨에 따라 축전전기장이 형성된다. 그런데, 유도결합형 플라즈마 처리장치(1)에서 이러한 축전전기장은 플라즈마 초기 방전에 기여하기도 하지만, 스퍼터링(Sputtering) 현상에 의해 플라즈마와 안테나(40) 사이에 존재하는 유전체를 손상시키는 한편, 플라즈마의 균일도를 떨어뜨리는 중요한 요인이 된다.
절연판(45)은, 위와 같은 축전전기장으로 인한 부정적인 영향을 해결하기 위한 수단으로, 반응챔버(10)와 안테나(40) 사이에 배치되어 축전전기장은 감소시키고 유도전기장을 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 하는 역할을 담당한다. 즉, 절연판(45)은 안테나(40)와 플라즈마 사이의 용량성(축전성) 결합을 감소시켜 고주파전원에 의한 에너지를 유도성 결합으로 플라즈마에 더 효과적으로 전달하도록 한다. 여기서, 절연판(45)은 세라믹 등의 재질의 원판 형상으로 이루어지며 '패러데이 쉴드' 또는 '세라믹 윈도우'라고도 하며, 도 3에 도시된 바와 같이 접지케이스의 하단부에 의해 지지되며 고정지그(35)에 의해 고정된다.
한편, 플라즈마 처리장치(1)는, 도 3에는 도시되지 않았지만, 반응챔버(10) 내부를 진공으로 유지하고 반응 중 발생하는 가스를 배출하기 위한 진공펌프 및 반응챔버(10)에 형성된 가스배출구를 더 구비한다.
도 4는 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 트레이(100)의 평면도이며, 도 5는 도 4에 도시된 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 기판 트레이(100)의 부분 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 트레이(100)는, 전체적으로 원판 형상을 가지며, 복수 개의 기판장입홈(110a)이 형성되는 하판 유닛(110)과, 하판 유닛(110)의 상부에 배치되어 기판장입홈(110a)에 장입된 기판(5)을 고정하기 위한 상판 유닛(120)과, 상판 유닛(120)을 하판 유닛(110)에 대해 고정하는 고정부재(130)를 구비한다.
본 실시예에서, 기판장입홈(110a)에 장입되는 기판(5)은 화합물 반도체인 발광다이오드(LED) 제작에 사용되는 사파이어 기판(5)이며 2인치 또는 4인치의 웨이퍼 형태를 가지므로 기판장입홈(110a)은 원 형상을 갖는다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 다양한 형태의 기판(5)이 적용될 수 있으므로 기판장입홈(110a)은 적용하고자 하는 기판(5)의 형상에 따라 사각 형상 등으로 다양하게 선택될 수 있다. 하판 유닛(110)에 형성되는 기판장입홈(110a)의 개수는 적용하고자 하는 기판(5)의 개수에 의해 결정되며, 하판 유닛(110)에 1개의 기판장입홈(110a)이 형성될 수도 있다. 그리고 하판 유닛(110)과 상판 유닛(120)의 전체적인 형상 또한 원판 형상인 본 실시예와 달리 사각판 형상 등의 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
도 4를 참조하면, 고정부재(130)는, 기판 트레이(100)의 중앙에서 상판 유닛(120)과 하판 유닛(110)을 고정하는 1개의 고정나사와 기판 트레이(100)의 가장자리 양쪽에서 상판 유닛(120)과 하판 유닛(110)을 고정하는 2개의 고정나사로 구성된다. 다만, 고정나사의 위치 및 개수는 기판 트레이(100)의 크기 등에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
도 5를 참조하면, 하판 유닛(110)은, 플라즈마 처리 대상이 되는 기판(5)이 장입되는 기판장입홈(110a)이 형성되는 하판(112)과, 기판(5)의 하면과 기판장입홈(110a)의 바닥면 사이에 개재되는 단열층(114)을 구비한다. 이때, 기판장입홈(110a)은 기판(5) 두께를 고려한 소정의 깊이로 하판(112)에 형성된다.
하판(112)은, 일반적으로 테프론(Teflon), 알루미늄 등의 재질로 이루어지며, 기판장입홈(110a)이 형성되지 않은 영역이 5㎜ 내지 10㎜ 범위의 두께를 갖는다.
일반적으로 플라즈마 에칭 중에는 하판(112)과 기판(5) 사이에 온도 차이가 발생하는데, 척(20)과 접촉하고 있는 하판(112)의 온도보다 기판의 온도가 높은 경우에 기판(5)에서 하판(112)으로 향하는 열적 흐름으로 인해 기판의 온도가 낮아진다. 아울러, 전술한 바와 같이 플라즈마 에칭 중에는 기판(5) 표면의 열전도도를 향상시키기 위해 헬륨가스가 기판(5) 주위에 공급되는데, 이러한 헬륨가스는 기판의 온도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 이러한 기판의 온도의 낮아짐은 동일한 포토 마스크(Photo Mask)를 사용하더라도 에칭 깊이가 낮아지고 에칭 속도가 떨어지는 등 플라즈마 처리장치(1)의 전체적인 성능 저하를 초래한다.
단열층(114)은, 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 에칭 중에 기판(5)이 일정온도를 유지하도록 기판(5)과 하판(112) 사이의 열적 흐름을 차단하는 역할을 담당한다. 이에 따라 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(1)는, 동일한 포토 마스크의 사용에 있어서, 종래보다 에칭 깊이를 깊게 할 수 있고 에칭 속도를 향상시킬 수 있다.
이러한 단열층(114)은 단열성이 우수한 아크릴수지(Acrylic Resin) 또는 테프론(Teflon) 등의 재질로 이루어지며, 0.05㎜ 내지 2㎜ 범위의 두께를 갖는다. 또한, 단열층(114)은 2개 이상의 재질이 적층된 구조를 가질 수 있다. 한편, 단열층(114)은 기판장입홈(110a)의 바닥면에 접착을 통해 하판(112)과 일체로 결합될 수도 있지만, 기판 트레이(100)의 제작 편의성 측면에서, 단열층(114)은 기판장입홈(110a)의 바닥면에 코팅(Coating)을 통해 하판(112)과 일체로 결합되는 것이 바람직하다.
한편, 하판 유닛(110)의 기판장입홈(110a)이 위치한 부분에는, 척(20)에 형성된 헬륨공급로(22)에 의해 유입되는 헬륨가스를 기판(5) 주위에 전달하기 위한 헬륨공급홀(116)이 하판(112)과 단열층(114)을 관통하여 형성된다.
도 5를 참조하면, 상판 유닛(120)은, 기판(5)의 가장자리를 가압하는 제1 상판(122)과, 제1 상판(122)의 상부에 배치되는 제2 상판(124)을 구비한다.
제1 상판(122)에는, 하판(112)에 형성된 복수 개의 기판장입홈(110a)에 대응하는 위치에 기판장입홈(110a)의 개수와 동일한 개수로 제1 개구(122a)가 형성된다. 이때, 제1 상판(122)은 기판장입홈(110a)에 장입된 기판(5)의 가장자리를 가압하여 고정할 수 있어야 하기 때문에, 제1 개구(122a)는 기판장입홈(110a)보다 작은 개구면적을 갖는다. 이에 따라 고정부재(130)에 의한 클램핑력(Clamping Force)은 제1 상판(122)을 통해 기판(5)의 가장자리에 전달되어 기판장입홈(110a)에 장입된 기판(5)을 고정한다.
이러한 제1 상판(122)은, 제1 상판(122)과 인접한 기판(5)의 가장자리에서 제1 상판(122)의 두께에 의해 기판(5)에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하는 것을 최소화하기 위해, 후술할 제2 상판(124)에 비해 상대적으로 얇은 0.05㎜ 내지 0.5㎜ 범위의 두께(T1)를 갖는다. 이에 따라 기판(5)에 수직한 플라즈마 쉬스 성분으로 인해 플라즈마 에칭(혹은 증착)시 기판(5)의 가장자리에서 패턴이 기판(5)에 수직한 일 방향으로 쏠리게 되는 현상이 방지된다.
참고로, 2인치 또는 4인치의 발광다이오드(LED) 제작용 사파이어 기판(5) 표면에 반구형 렌즈 형상의 패턴을 형성하는 경우, 본 실시예에 따른 기판 트레이(100)에 의하면, 기판(5)의 가장자리 1.0㎜ 부분까지 패턴의 대칭을 유지할 수 있다.
한편, 제1 상판(122)은, 니켈 합금(Ni Alloy), 인코넬(Inconel), 스테인리스강(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 텅스텐 합금(W Alloy) 및 코발트 합금(Co Alloy) 중 어느 하나의 재질로 이루어진다. 참고로, 인코넬(Inconel)은 주성분인 니켈에 크롬, 철, 탄소 따위를 섞은 합금으로서 열에 견디는 성질과 녹슬지 아니하는 성질이 강하며, 하스텔로이(Hastelloy)는 니켈이 주요 성분인 내산·내열성 합금을 말한다.
제2 상판(124)에는 제1 상판(122)에 형성된 복수 개의 제1 개구(122a)에 대응하는 위치에 제1 개구(122a)의 개수(혹은 기판장입홈(110a)의 개수)와 동일한 개수로 제2 개구(124a)가 형성된다. 이때, 제2 개구(124a)는, 그 테두리가 기판(5)의 가장자리로부터 일정거리 이상 떨어지도록, 제1 개구(122a)보다 큰 개구면적을 갖는데, 이는 기판(5)의 가장자리에서 제2 상판(124)의 두께에 의해 기판(5)에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하지 않도록 하기 위함이다. 본 실시예에서 제2 개구(124a)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 기판장입홈(110a)의 측면에서 제2 개구(124a)의 테두리까지의 거리(D)가 1.5㎜ 내지 10㎜ 범위에 있도록 제2 상판(124)에 형성된다.
본 실시예에서 기판장입홈(110a)은 전술한 바와 같이 원 형상을 가지므로, 제1 개구(122a) 및 제2 개구(124a) 또한 원 형상을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 기판장입홈(110a)의 반경을 'R', 제1 개구(122a)의 반경을 'R1', 제2 개구(124a)의 반경을 'R2'라 할 때, R1〈 R〈 R2 의 관계가 성립한다.
이러한 제2 상판(124)은, 전술한 바와 같이 상대적으로 얇은 두께(T1)를 갖는 제1 상판(122)의 강성을 보완하는 구성요소로서, 고정부재(130)에 의한 클램핑력을 유지하기에 충분한 상판 유닛(120)의 전체적인 강성을 확보할 수 있도록, 제1 상판(122)의 두께(T1)에 비해 상대적으로 두꺼운 0.5㎜ 내지 2.5㎜ 범위의 두께(T2)를 갖는다.
한편, 제2 상판(124)은, 제1 상판(122)과 마찬가지로, 니켈 합금(Ni Alloy), 인코넬(Inconel), 스테인리스강(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 텅스텐 합금(W Alloy) 및 코발트 합금(Co Alloy) 중 어느 하나의 재질로 이루어지는데, 제1 상판(122)과 제2 상판(124)은 상호 다른 재질로 이루어지거나 상호 동일한 재질로 이루어질 수도 있다. 이때, 제1 상판(122)과 제2 상판(124)은, 상호 분리된 상태에서 고정부재(130)에 의해 하판(112)에 고정될 수도 있지만, 접착 등을 통해 상호 일체로 결합되는 것이 조립의 편의성 측면에서 바람직하다.
본 실시예에서 제시한 제1 상판(122), 제2 상판(124), 하판(112) 및 단열층(114)의 두께는 예시적인 것에 불과하고, 이들의 두께는 기판 트레이(100)에 적용되는 기판(5)의 종류와 크기에 따라 다양하게 선택될 수 있음은 물론이다.
이와 같이 본 실시예에 따른 기판 트레이(100)는, 기판장입홈(110a)에 장입된 기판(5)을 고정하는 상판 유닛(120)을 기판(5)의 가장자리를 가압하는 제1 상판(122)과, 제1 상판(122)에 비해 상대적으로 두꺼운 두께를 가지며 제1 상판(122)에 형성된 제1 개구(122a)에 비해 상대적으로 큰 개구면적을 갖는 제2 개구(124a)가 형성되는 제2 상판(124)으로 구성함으로써, 기판장입홈(110a)에 장입된 기판(5)을 고정하기 위한 클램핑력을 유지하기에 충분한 상판 유닛(120)의 전체적인 강성을 확보하면서도, 기판(5)의 가장자리에서 기판(5)에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하는 것을 최소화하여, 플라즈마 에칭 시 기판(5)의 가장자리에서 패턴이 기판(5)에 수직한 일 방향으로 쏠리게 되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 기판 트레이(100)는, 하판(112)에 형성된 기판장입홈(110a)의 바닥면과 기판(5)의 하면 사이에 단열층(114)을 개재함으로써, 플라즈마 에칭 중에 기판(5)이 일정온도를 유지하도록 기판(5)과 하판(112) 사이의 열적 흐름에 의해 기판의 온도가 낮아지는 것을 방지하여 에칭 깊이와 에칭 속도를 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 트레이(200)의 부분 단면도이다. 전술한 실시예와 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 트레이(200)는, 복수 개의 기판장입홈(210a)이 형성되는 하판 유닛(210)과, 하판 유닛(210)의 상부에 배치되어 기판장입홈(210a)에 장입된 기판(5)을 고정하기 위한 상판 유닛(120)과, 상판 유닛(120)을 하판 유닛(210)에 대해 고정하는 고정부재(130)를 구비한다.
하판 유닛(210)은, 플라즈마 처리 대상이 되는 기판(5)이 장입되는 기판장입홈(210a)이 형성되는 하판(212)과, 기판(5)의 하면과 기판장입홈(210a)의 바닥면 사이 및 기판(5)의 외측면과 기판장입홈(210a)의 내측면 사이에 개재되는 단열층(214)을 구비한다. 이때, 기판장입홈(210a)은, 기판(5) 두께 및 단열층(214)의 두께를 고려한 소정의 깊이와, 기판(5)의 외측면 사이에 개재되는 단열층(214)의 부분을 고려한 소정의 폭으로 하판(212)에 형성된다. 즉 동일한 크기의 기판(5)에 대해서, 본 실시예의 기판장입홈(210a)은 전술한 실시예의 기판장입홈(110a)보다 넓은 폭으로 하판(212)에 형성된다.
이와 같이 본 실시예에 따른 기판 트레이(200)는, 전술한 실시예에 따른 기판 트레이(100)와 달리, 단열층(214)이 기판(5)의 외측면과 기판장입홈(210a)의 내측면 사이에도 개재됨으로써, 기판(5)의 하면과 기판장입홈(210a)의 바닥면 사이의 열적 흐름을 차단함은 물론, 기판(5)의 외측면과 기판장입홈(210a)의 내측면 사이의 열적 흐름을 차단할 수 있다. 이에 따라 본 실시예에 따른 기판 트레이(200)는, 플라즈마 에칭 중에 기판의 온도를 더욱 일정하게 유지하여 에칭 깊이와 에칭 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 기판 트레이(300)의 부분 단면도이다. 전술한 실시예들과 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다. 이하, 전술한 실시예들과 상이한 점을 중심으로 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 기판 트레이(300)는, 복수 개의 기판장입홈(310a)이 형성되는 하판 유닛(310)과, 하판 유닛(310)의 상부에 배치되어 기판장입홈(310a)에 장입된 기판(5)을 고정하기 위한 상판 유닛(120)과, 상판 유닛(120)을 하판 유닛(310)에 대해 고정하는 고정부재(130)를 구비한다.
하판 유닛(310)은, 하판(312)과, 하판(312)의 상부에 배치되며 플라즈마 처리 대상이 되는 기판(5)이 장입되는 기판장입홈(310a)이 형성되는 단열층(314)을 구비한다. 본 실시예에 따른 기판 트레이(300)는, 전술한 실시예들과 달리, 단열층(314)이 하판(312)의 전체 영역에 걸쳐서 배치되며, 복수 개의 기판장입홈(310a)이 단열층(314)에 형성된다.
이에 따라, 전술한 실시예들에서 하판(112,212)에 형성된 기판장입홈(110a,210a) 마다 단열층(114,214))을 접착 또는 코팅해야 하는 하판 유닛(110,210)의 제작상 불편함을 개선할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 기판 트레이(300)는, 복수 개의 기판장입홈(310a)이 형성된 하나의 단열층(314)을 하판(312)에 접착 또는 코팅을 통해 한번에 결합함으로써, 하판 유닛(310)의 제작 편의성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
Claims (16)
- 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 하판 유닛; 및상기 하판 유닛의 상부에 배치되어 상기 기판장입홈에 장입된 기판을 고정하기 위한 상판 유닛을 포함하며,상기 상판 유닛은,상기 적어도 하나의 기판장입홈에 대응하는 위치에 상기 기판장입홈보다 작은 개구면적을 갖는 적어도 하나의 제1 개구가 형성되어 상기 기판의 가장자리를 가압하는 제1 상판; 및상기 제1 상판의 상부에 배치되며, 상기 적어도 하나의 제1 개구에 대응하는 위치에 상기 제1 개구보다 큰 개구면적을 갖는 적어도 하나의 제2 개구가 형성되는 제2 상판을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 하판 유닛은,상기 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 하판; 및상기 기판의 하면과 상기 기판장입홈의 바닥면 사이에 개재되는 단열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 하판 유닛은,상기 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 하판; 및상기 기판의 하면과 상기 기판장입홈의 바닥면 사이 및 상기 기판의 외측면과 상기 기판장입홈의 내측면 사이에 개재되는 단열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 하판 유닛은,하판; 및상기 하판의 상부에 배치되며, 상기 적어도 하나의 기판장입홈이 형성되는 단열층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 제1 상판은 상기 제2 상판보다 얇은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 제2 개구는,그 테두리가 상기 기판의 가장자리로부터 소정의 거리 이상 떨어지도록 상기 제2 상판에 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 제1 상판과 상기 제2 상판은 상호 다른 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 제1 상판과 상기 제2 상판은 상호 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 제1 상판 및 상기 제2 상판 각각은,니켈 합금(Ni Alloy), 인코넬(Inconel), 스테인리스강(SUS), 하스텔로이(Hastelloy), 텅스텐 합금(W Alloy) 및 코발트 합금(Co Alloy) 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단열층은 상기 하판에 접착되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단열층은 상기 하판에 코팅(Coating)되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단열층은 테프론(Teflon) 또는 아크릴수지(Acrylic Resin)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,상기 단열층은 2개 이상의 재질이 적층된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 하판 유닛의 상기 기판장입홈이 위치한 부분에는 헬륨공급홀이 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 기판 트레이는,상기 상판 유닛을 상기 하판 유닛에 대해 고정하기 위한 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
- 제1항에 있어서,상기 적어도 하나의 기판장입홈은 복수 개의 기판장입홈이며,상기 적어도 하나의 제1 개구는 상기 복수 개의 기판장입홈과 동일한 개수의 제1 개구이고,상기 적어도 하나의 제2 개구는 상기 복수 개의 기판장입홈과 동일한 개수의 제2 개구이며,상기 기판장입홈, 상기 제1 개구 및 상기 제2 개구 각각은, 원 형상 또는 사각 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치용 기판 트레이.
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