KR20110019820A - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

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Abstract

플라즈마 처리장치가 개시된다. 본 발명의 플라즈마 처리장치는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버; 다수의 기판이 장입되는 기판 트레이; 기판 트레이가 안착되고, 반응 챔버의 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되는 척; 기판 트레이의 위쪽에서 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 고정하도록 반응 챔버의 내부에 설치되는 적어도 하나의 커버 플레이트; 및 기판 트레이가 적어도 하나의 커버 플레이트에 밀착되는 상승 위치와 기판 트레이가 적어도 하나의 커버 플레이트로부터 일정 간격으로 이격되는 하강 위치 사이에서 척을 상하 방향으로 이동시키는 승강구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 기판 트레이에 다수의 기판을 장입하기 위한 기판 트레이의 조립 공정을 단순화하여 전체 공정의 택트 타임을 단축하고 기판 트레이의 조립 공정을 쉽게 자동화할 수 있다.
플라즈마, 기판 트레이, 조립 공정, 자동화

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은, 플라즈마 처리장치에에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판 트레이에 장입되는 다수의 기판을 고정하기 위한 구조에 관한 것이다.
플라즈마 처리장치는, 반도체 제작에 사용되는 웨이퍼 기판 또는 평면디스플레이 제작에 사용되는 유리 기판 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, 생산성 향상 측면에서 다수의 기판에 대하여 동시에 플라즈마에 의한 표면처리를 수행하기 위하여 다수의 기판이 장입되는 기판 트레이가 사용되는 것이 일반적이다.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치에 사용되는 기판 트레이의 일 예를 나타내는 단면도이다.
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(W)을 고정하기 위한 상판(54)과, 상판(54)을 하판(52)에 대해 고정하는 체결부재(56)를 구 비한다.
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(W)의 가장자리를 가압하여 고정할 수 있어야 하기 때문에, 개구(54a)는 기판장입홈(52a)보다 작은 개구면적을 갖는다. 이에 따라 체결부재(56)에 의한 클램핑력(Clamping Force)은 상판(54)을 통해 기판(W)의 가장자리에 전달되어 기판장입홈(52a)에 장입된 기판(W)을 고정한다.
그런데, 위와 같은 구성을 갖는 기판 트레이(50)를 사용하는 종래의 플라즈마 처리장치에서, 기판 트레이(50)에 다수의 기판(W)을 장입하기 위해서는 체결부재(56)를 풀어 하판(52)과 상판(54)을 상호 분리하고 다시 체결부재(56)를 조여 하판(52)과 상판(54)을 결합하는 과정을 거쳐야 하므로, 기판 트레이(50)에 다수의 기판(W)을 장입하기 위한 기판 트레이(50)의 조립 공정이 복잡하다. 이로 인해, 종래의 플라즈마 처리장치는 전체 공정의 택트 타임이 증가하는 한편, 기판 트레이의 조립 공정을 자동화 공정으로 진행하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 플라즈마 처리장치는 기판 트레이(50)에 장입된 다수의 기판(W)이 볼트 등의 체결부재(56)의 부분적인 클램핑력에 의해 고정되기 때문에, 전체적으로 균일하고 안정적인 기판의 고정을 확보하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 기판 트레이에 다수의 기판을 장입하기 위한 기판 트레이 의 조립 공정을 단순화하여 전체 공정의 택트 타임을 단축하고 기판 트레이의 조립 공정을 쉽게 자동화할 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버; 다수의 기판이 장입되는 기판 트레이; 상기 기판 트레이가 안착되고, 상기 반응 챔버의 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되는 척; 상기 기판 트레이의 위쪽에서 상기 기판 트레이에 장입된 상기 다수의 기판을 고정하도록 상기 반응 챔버의 내부에 설치되는 적어도 하나의 커버 플레이트; 및 상기 기판 트레이가 상기 적어도 하나의 커버 플레이트에 밀착되는 상승 위치와 상기 기판 트레이가 상기 적어도 하나의 커버 플레이트로부터 일정 간격으로 이격되는 하강 위치 사이에서 상기 척을 상하 방향으로 이동시키는 승강구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치에 의해 달성된다.
상기 기판 트레이는, 상기 다수의 기판을 장입하기 위한 다수의 기판장입홈이 형성되는 트레이 판을 포함하며, 상기 적어도 하나의 커버 플레이트는, 상기 상승 위치에서 상기 기판의 가장자리를 가압하는 제1 커버 플레이트와, 상기 제1 커버 플레이트의 상부에 배치되는 제2 커버 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 제1 커버 플레이트에는 상기 다수의 기판장입홈에 대응하는 위치에 상기 기판장입홈보다 작은 개구면적을 갖는 다수의 제1 개구가 형성되고, 상기 제2 커버 플레이트에는 상기 다수의 제1 개구에 대응하는 위치에 상기 제1 개구보다 큰 개구면적을 갖는 다수의 제2 개구가 형성될 수 있다.
상기 제2 개구는, 상기 상승 위치에서 그 테두리가 상기 기판의 가장자리와 중첩되지 않도록, 상기 기판장입홈보다 큰 개구면적을 가질 수 있다.
상기 제1 커버 플레이트는, 상기 제2 커버 플레이트보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
상기 기판 트레이는, 상기 기판과 상기 기판장입홈 사이에 개재되는 단열층을 더 포함할 수 있다.
상기 단열층은, 2개 이상의 재질이 적층된 구조로 마련될 수 있다.
상기 기판 트레이의 상기 기판장입홈이 위치한 부분에는 헬륨공급홀이 관통 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 처리장치는, 상기 적어도 하나의 커버 플레이트가 상기 기판 트레이의 위쪽에 위치하도록, 상기 반응 챔버 내에서 상기 적어도 하나의 커버 플레이트를 지지하는 지지구조물을 더 포함할 수 있다.
상기 지지구조물은, 플라즈마 생성에 부정적인 영향을 끼치지 않도록, 세라믹 재질 등의 유전체로 마련될 수 있다.
상기 기판 트레이는, 상기 다수의 기판을 장입하기 위한 다수의 기판장입홈이 형성되는 트레이 하판과, 상기 기판의 가장자리를 가압할 수 있도록 상기 트레이 하판의 상부에 배치되는 트레이 상판을 포함하며, 상기 적어도 하나의 커버 플레이트는, 상기 상승 위치에서 상기 트레이 상판과 밀착되는 커버 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 트레이 하판에는 다수의 위치결정핀이 형성되고, 상기 트레이 상판에는 상기 다수의 위치결정핀이 삽입되는 다수의 위치결정홀이 형성될 수 있다.
상기 트레이 상판에는 상기 다수의 기판장입홈에 대응하는 위치에 상기 기판장입홈보다 작은 개구면적을 갖는 다수의 제1 개구가 형성되고, 상기 커버 플레이트에는 상기 다수의 제1 개구에 대응하는 위치에 상기 제1 개구보다 큰 개구면적을 갖는 다수의 제2 개구가 형성될 수 있다.
상기 제2 개구는, 상기 상승위치에서 그 테두리가 상기 기판의 가장자리와 중첩되지 않도록, 상기 기판장입홈보다 큰 개구면적을 가질 수 있다.
상기 트레이 상판은, 상기 커버 플레이트보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
본 발명은, 플라즈마 처리장치에 있어서 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 고정하기 위한 커버 플레이트를 반응 챔버 내에 설치하고 척에 안착된 기판 트레이를 승강구동부를 사용하여 커버 플레이트에 대해 밀착시킴으로써, 기판 트레이를 상판과 하판으로 구성하고 이들을 볼트 등의 체결부재로 상호 결합하여 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 고정하는 종래의 방식에 비해 기판 트레이에 다수의 기판을 장입하기 위한 기판 트레이의 조립 공정을 단순화할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 전체 공정의 택트 타임을 단축할 수 있음은 물론, 종래의 방식에서 자동화가 어려워 수작업을 진행되었던 기판 트레이의 조립 공정과 달리 기판 트레이의 조립 공정을 쉽게 자동화할 수 있다.
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 웨이퍼 기판과, 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 제작에 사용되는 기판인 유리 기판 등을 가리키나, 설명의 편의를 위해 이들을 구분하지 않고 기판이라 하기로 한다. 참고로, 반도체 제작에 사용되는 기판에는 LED(Light Emitting Diode)용 웨이퍼 기판, 메모리반도체용 웨이퍼 기판 등 있으며, 평면디스플레이 제작에 사용되는 유리 기판에는 LCD(Liquid Crystal Display)용 유리 기판, PDP(Plasma Display Panel)용 유리 기판 등이 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기판 트레이가 하강 위치에 있을 때를 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 플라즈마 처리장치에서 기판 트레이의 평면도이며, 도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 기판 트레이의 부분 단면도이고, 도 5는 도 2의 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기판 트레이가 상승 위치에 있을 때를 도시한 것이며, 도 6은 도 5의 'A' 영역을 확대한 도면이다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버(110)와, 반응 챔버(110)의 내부 위쪽에 마련되어 고주파전력이 인가되는 상부 전극(161)과, 플라즈마 처리 대상이 되는 다수의 기판(W)이 장입되는 기판 트레이(10)와, 반응 챔버(110)의 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되고 기판 트레이(10)가 안착되는 척(120, Chuck)과, 기판 트레이(10)에 장입된 다수의 기판(W)을 고정하도록 반응 챔버(110)의 내부에 설치되는 커버 플레이트(140)와, 반응 챔버(110) 내에서 커버 플레이트(140)를 지지하는 지지구조물(151~155)과, 척(120)을 상하 방향으로 이동시키는 승강구동부(130)를 포함한다.
한편, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 LED용 웨이퍼 기판을 처리 대상으로 하는 축전결합형 플라즈마 에칭장치이지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다. 예컨대, 본 발명은 유도결합형 플라즈마 에칭장치, 유도결합과 축전결합의 혼합형 플라즈마 에칭장치에 적용될 수 있음은 물론이고, 아울러 축전결합형, 유도결합형 또는 혼합형 플라즈마 증착장치에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 2를 참조하면, 반응 챔버(110)는 상부벽(111), 측벽(113) 및 하부벽(115)을 포함하여 전체적으로 원통 형상을 갖는다. 반응 챔버(110)는 기판 트레이(10)에 장입된 다수의 기판(W)을 플라즈마 처리하기 위한 플라즈마가 생성·반응되는 공간을 제공한다. 반응 챔버(110)의 상부벽(111) 내측에는 반응 챔버(110)의 내부로 공정 가스를 주입하기 위한 가스주입링(167)이 상부 전극(161)의 둘레를 따라 설치된다. 이와 다르게, 공정 가스는 상부 전극을 샤워 헤드 구조로 마련하고 이를 통해 반응 챔버(110)의 내부로 주입될 수 있다. 한편, 반응 챔버(110)의 측벽(113)에는 기판 트레이(10)를 인입하거나 인출하기 위한 적어도 하나의 슬롯(미도시)이 형성되고, 슬롯이 형성된 반응 챔버(110)의 측벽(113)에는 슬롯을 개폐하기 위한 게이트 밸브(미도시)가 설치된다.
도 2를 참조하면, 상부 전극(161)은 반응 챔버(110)의 내부 위쪽에서 반응 챔버(110)의 상부벽(111)에 인접한 위치에 설치된다. 상부 전극(161)에는 반응 챔버(110) 내에 플라즈마를 생성시키기 위한 고주파전력이 인가된다. 상부 전극(161)은 전도성의 금속 재질로 이루어진다. 상부 전극(161)의 하부에는 세라믹 재질의 원판 형상으로 이루어지는 제1 절연판(163)이 배치된다. 제1 절연판(163)은 '유전체 윈도우' 또는 '세라믹 윈도우'라고도 하며 반응 챔버(110) 내에 생성된 플라즈마에 의해 상부 전극(161)이 식각되는 것을 방지한다. 반응 챔버(110)의 상부벽(111)과 상부 전극(161) 사이에는 테프론(Teflon) 재질의 제2 절연판(165)이 배치된다. 제2 절연판(163)은 고주파전력이 인가되는 상부 전극(161)을 반응 챔버(110)와 전기적으로 분리시키는 기능을 한다. 한편, 제1 절연판(163)과 제2 절연판(165)의 재질은 본 실시예에 한정되지 아니하고 유전체 및/또는 절연체의 기능을 할 수 있는 다른 재질로 적절히 변경될 수 있다.
도 2를 참조하면, 척(120)은 반응 챔버(110)의 내부 아래쪽에 마련되어 기판 트레이(10)를 지지한다. 척(120)은 반응 챔버(110)의 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되어 승강구동부(130)에 의해 구동된다. 척(120)은 고주파전력이 인가되어 상부 전극(161)과 대응하는 하부 전극의 역할을 담당할 수 있는데, 이러한 의미에서 '바이어스 척(Bias Chuck)'이라고도 한다. 한편, 척(120)에는 기판 트레 이(10)에 장입된 다수의 기판(W)에 헬륨 가스를 공급하기 위한 헬륨공급로(미도시)가 관통 형성될 수 있는데, 이러한 헬륨 가스는 플라즈마 에칭 중에 기판(W) 표면의 열전도도를 향상시키는 기능을 한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 기판 트레이(10)는 원판 형상으로 다수의 기판(W)을 장입하기 위한 다수의 기판장입홈(11a)이 형성되는 트레이 판(11)과, 기판(W)의 하면과 기판장입홈(11a)의 바닥면 사이에 개재되는 단열층(13)을 포함한다.
트레이 판(11)은 일반적으로 테프론(Teflon), 알루미늄 등의 재질로 이루어지며, 기판장입홈(11a)이 형성되지 않은 영역이 5㎜ 내지 10㎜ 범위의 두께를 갖는다. 기판장입홈(11a)은 기판(W)의 두께를 고려한 소정의 깊이로 트레이 판(11)에 형성된다. 본 실시예에서 기판(W)은 발광다이오드(LED)의 제작에 사용되는 웨이퍼 기판이므로, 트레이 판(11)에 형성된 기판장입홈(11a)은 원 형상을 갖는다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 기판장입홈은 적용하고자 하는 기판의 형상에 따라 사각 형상 등으로 다양하게 선택될 수 있다. 또한, 트레이 판은 원판 형상인 본 실시예와 다르게 사각판 형상 등의 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다. 아울러, 트레이 판에 형성된 기판장입홈의 개수 및 배치 형태는 도 3에 도시된 것에 한정되지 아니하고 적절히 변경될 수 있다.
일반적으로 플라즈마 에칭 중에는 트레이 판(11)과 기판(W) 사이에 온도 차이가 발생하는데, 척(120)과 접촉하고 있는 트레이 판(11)의 온도가 기판(W)의 온도보다 낮은 경우에 기판(W)에서 트레이 판(11)으로 향하는 열적 흐름으로 인해 기 판의 온도가 떨어진다. 아울러, 전술한 바와 같이 플라즈마 에칭 중에는 기판(W) 표면의 열전도도를 향상시키기 위해 헬륨 가스가 기판(W) 주위에 공급되는데, 이러한 헬륨가스는 기판(W)의 온도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 이처럼, 기판(W)의 온도가 떨어지면, 동일한 포토 마스크(Photo Mask)를 사용하더라도 에칭 깊이가 낮아지고 에칭 속도가 떨어지는 등 플라즈마 처리장치의 전체적인 성능 저하가 초래된다.
단열층(13)은, 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 에칭 중에 기판(W)이 일정 온도를 유지하도록 기판(W)과 트레이 판(11) 사이의 열적 흐름을 차단하는 역할을 담당한다. 이에 따라, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 동일한 포토 마스크의 사용에 있어서, 종래보다 에칭 깊이를 깊게 할 수 있고 에칭 속도를 향상시킬 수 있다.
단열층(13)은 단열성이 우수한 아크릴수지(Acrylic Resin) 또는 테프론(Teflon) 등의 재질로 이루어지며, 0.05㎜ 내지 2㎜ 범위의 두께를 갖는다. 한편, 단열층(13)은 기판장입홈(11a)의 바닥면에 접착을 통해 트레이 판(11)과 일체로 결합될 수도 있지만, 기판 트레이(10)의 제작 편의성 측면에서, 단열층(13)은 기판장입홈(11a)의 바닥면에 코팅(Coating)을 통해 트레이 판(11)과 일체로 결합되는 것이 바람직하다. 또한, 단열층(13)은 2개 이상의 재질이 적층된 구조로 마련될 수 있는데, 예컨대 단열층(13)은 기판장입홈(11a)의 바닥면에 테프론 코팅을 한 후 그 위에 폴리이미드 테이프를 접착하는 구조로 마련될 수 있다. 더 나아가, 본 실시예에서 단열층(13)은 기판(W)의 하면과 기판장입홈(11a)의 바닥면 사이에만 개재되지만, 이와 다르게 단열층은 기판(W)의 하면과 기판장입홈(11a)의 바닥면 사이 및 기판(W)의 외측면과 기판장입홈(11a)의 내측면 사이에 개재될 수 있으며, 기판장입홈(11a)이 형성되지 않은 트레이 판(11)의 표면에도 마련될 수 있다.
한편, 기판 트레이(10)의 기판장입홈(11a)이 위치한 부분에는, 척(120)에 형성된 헬륨공급로(미도시)에 의해 유입되는 헬륨 가스를 기판(W) 주위에 전달하기 위한 헬륨공급홀(10a)이 트레이 판(11)과 단열층(13)을 관통하여 형성된다.
본 실시예에서 제시한 트레이 판(11)과 단열층(13)의 두께는 예시적인 것에 불과하고, 이들의 두께는 기판(W)의 종류와 크기에 따라 다양하게 선택될 수 있음은 물론이다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 승강구동부(130)는 척(120)의 하부에 결합되어 척(120)을 지지하고 반응 챔버(110)의 하부벽(115)을 관통하여 마련되는 이동축(131)과, 이동축(131)을 상하 방향으로 구동시키는 에어 실린더(133)를 포함한다. 승강구동부(130)는 반응 챔버(110) 내에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되는 척(120)을 상하 방향으로 이동시키는 구동력을 제공한다. 여기서, 승강구동부(130)는 기판 트레이(10)가 커버 플레이트(140)로부터 일정 간격으로 이격되는 「하강 위치」와 기판 트레이(10)가 커버 플레이트(140)에 밀착되는 「상승 위치」 사이에서 척(120)을 상하 방향으로 이동시킨다. 이처럼, 승강구동부(130)에 의해 구동되는 척(120)은, 기판 트레이(10)가 반응 챔버(110)의 내부로 인입되거나 반응 챔버(110)의 외부로 인출될 때에는 하강 위치에 있는 한편, 실질적인 플라즈마 에칭 공정이 진행될 때에는 상승 위치에 있게 된다. 그리고, 척(120)의 상승 위치에서 승강구동부(130)는 기판 트레이(10)를 커버 플레이트(140)에 대해 밀착시키기 위한 힘(Force)을 제공한다.
한편, 본 실시예에서는 에어 실린더 방식의 승강구동부(130)를 개시하고 있지만, 이와 다르게 승강구동부는 서보 모터나 리니어 모터를 사용하는 모터 방식 등이 적용될 수 있음은 물론이다. 한편, 도 2 및 도 5에는 도시되지 않았지만, 승강구동부(130)의 이동축(131)은 반응 챔버(110)의 하부벽(115)을 관통하여 마련되므로, 이동축(131)과 하부벽(115) 사이에는 반응 챔버(110) 내부의 기밀을 유지하기 위한 실링 수단(미도시)이 마련된다.
도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 커버 플레이트(140)는 척(120)의 「상승 위치」에서 기판(W)의 가장자리를 가압하는 제1 커버 플레이트(143)와, 제1 커버 플레이트(143)의 상부에 배치되는 제2 커버 플레이트(141)를 포함한다.
제1 커버 플레이트(143)에는, 트레이 판(11)에 형성된 다수의 기판장입홈(11a)에 대응하는 위치에 기판장입홈(11a)의 개수와 동일한 개수로 제1 개구(143a)가 형성된다. 이때, 제1 개구(143a)는 기판장입홈(11a)보다 작은 개구면적을 갖는데, 이는 척(120)의 상승 위치에서 제1 커버 플레이트(143)가 기판장입홈(11a)에 장입된 기판(W)의 가장자리를 가압하기 위함이다. 이에 따라, 척(120)의 상승 위치에서 승강구동부(130)에 의한 밀착력은 제1 커버 플레이트(143)을 통해 기판(W)의 가장자리에 전달되어 기판장입홈(11a)에 장입된 기판(W)을 고정할 수 있다.
제1 커버 플레이트(143)는, 제1 커버 플레이트(143)과 인접한 기판(W)의 가장자리에서 제1 커버 플레이트(143)의 두께에 의해 기판(W)에 수직한 플라즈마 쉬 스(Plasma Sheath) 성분이 발생하는 것을 최소화하기 위해, 후술할 제2 커버 플레이트(141)에 비해 상대적으로 얇은 0.05㎜ 내지 0.5㎜ 범위의 두께(T1)를 갖는다. 이에 따라 기판(W)에 수직한 플라즈마 쉬스 성분으로 인해 플라즈마 에칭 공정시 기판(W)의 가장자리에서 패턴이 기판(W)에 수직한 일 방향으로 쏠리게 되는 현상이 방지된다.
참고로, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)를 사용하여 2인치 또는 4인치의 LED용 웨이퍼 기판(W) 표면에 반구형 렌즈 형상의 패턴을 형성하는 경우, 기판(W)의 가장자리 1.0㎜ 부분까지 패턴의 대칭을 유지할 수 있다.
제1 커버 플레이트(143)는, 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 커버 플레이트(141)에는 제1 커버 플레이트(143)에 형성된 다수의 제1 개구(143a)에 대응하는 위치에 제1 개구(143a)의 개수(혹은 기판장입홈(11a)의 개수)와 동일한 개수로 제2 개구(141a)가 형성된다. 이때, 제2 개구(141a)는, 척(120)의 상승 위치에서 그 테두리가 기판(W)의 가장자리와 중첩되지 않도록 제1 개구(143a)와 기판장입홈(11a)보다 큰 개구면적을 갖는데, 이는 기판(W)의 가장자리에서 제2 커버 플레이트(141)의 두께에 의해 기판(W)에 수직한 플라즈마 쉬 스(Plasma Sheath) 성분이 발생하지 않도록 하기 위함이다. 본 실시예에서 제2 개구(141a)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 기판장입홈(11a)의 측면에서 제2 개구(141a)의 테두리까지의 거리(D)가 1.5㎜ 내지 10㎜ 범위에 있도록 제2 커버 플레이트(141)에 형성된다.
본 실시예에서 기판장입홈(11a)은 전술한 바와 같이 원 형상을 가지므로, 제1 개구(143a) 및 제2 개구(141a) 또한 원 형상을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 기판장입홈(11a)의 반경을 'R', 제1 개구(143a)의 반경을 'R1', 제2 개구(141a)의 반경을 'R2'라 할 때, R1〈 R〈 R2 의 관계가 성립한다.
제2 커버 플레이트(141)는, 전술한 바와 같이 상대적으로 얇은 두께(T1)를 갖는 제1 커버 플레이트(143)의 강성을 보완하는 구성요소로서, 승강구동부(130)에 의한 밀착력을 유지하기에 충분한 강성을 확보할 수 있도록, 제1 커버 플레이트(143)의 두께(T1)에 비해 상대적으로 두꺼운 0.5㎜ 내지 2.5㎜ 범위의 두께(T2)를 갖는다.
제2 커버 플레이트(141)는, 제1 커버 플레이트(143)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 커버 플레이트(143)과 제2 커버 플레이트(141)는 상호 다른 재질로 이루어지거나 상호 동일한 재질로 이루어질 수도 있다. 이때, 제1 커버 플레이트(143)과 제2 커버 플레이트(141)는 접착 등을 통해 상호 일체로 결합되는 것이 바람직하다.
본 실시예에서 제시한 제1 커버 플레이트(143)와 제2 커버 플레이트(141)의 두께는 예시적인 것에 불과하고, 이들의 두께는 기판(W)의 종류와 크기에 따라 다양하게 선택될 수 있음은 물론이다.
도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 지지구조물(151~155)은 커버 플레이트(140)가 상부 전극(161)과 기판 트레이(10) 사이에 위치하도록 반응 챔버(110) 내에서 커버 플레이트(140)를 지지한다. 지지구조물(151~155)은 커버 플레이트(140)의 중앙 영역에서 커버 플레이트(140)를 지지하는 지지칼럼(151~153)과, 커버 플레이트(140)의 가장자리 영역에서 커버 플레이트(140)를 지지하는 지지블럭(154,155)을 포함한다. 지지칼럼(151~153)은 그 상단부가 제1 절연판(163)에 결합되고 그 하단부가 커버 플레이트(140)에 결합된다. 지지블럭(154,155)은 하단부가 커버 플레이트(140)에 결합되고 반응 챔버(110)의 하부벽(115)에 설치된 스탠드(154a,155a)에 의해 고정 지지된다. 한편, 지지구조물(151~155)은 플라즈마 생성에 부정적인 영향을 끼치지 않도록 세라믹 재질 등의 유전체로 마련되는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 기판 트레이(10)에 장입된 다수의 기판을 고정하기 위한 커버 플레이트(140)를 반응 챔버(110) 내에 설치하고 척(120)에 안착된 기판 트레이(10)를 승강구동부(130)를 사용하여 커버 플레이트(140)에 대해 밀착시킴으로써, 기판 트레이를 상판과 하판으로 구성하고 이들을 볼트 등의 체결부재로 상호 결합하여 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 고정하는 종래의 방식에 비해 기판 트레이에 다수의 기판을 장입하기 위한 기판 트레이의 조립 공정을 대폭 단순화할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 전체 공정의 택트 타임을 단축할 수 있음은 물론, 종래의 방식에서 자동화가 어려워 수작업을 진행되었던 기판 트레이의 조립 공정과 달리 기판 트레이의 조립 공정을 쉽게 자동화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는(100)는, 기판 트레이에 장입된 다수의 기판이 볼트 등의 체결부재의 부분적인 클램핑력에 의해 고정되는 종래 방식과 달리, 척(120)에 안착된 기판 트레이(10)를 반응 챔버(110) 내에 설치된 커버 플레이트(140)에 밀착시켜 기판 트레이(10)에 장입된 다수의 기판을 고정함으로써, 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 전체적으로 균일하게 가압할 수 있으므로 보다 안정적인 고정이 가능하다. 특히, 제2 커버 플레이트(141)는 이송 로봇(미도시)에 의해 반응 챔버(110)에 형성된 슬롯(미도시)을 통해 인출되거나 인입되는 기판 트레이(10)에 설치되는 것이 아니라 반응 챔버(110) 내에 설치되어 제2 커버 플레이트(141)의 두께에 대한 제한이 작아지므로, 제2 커버 플레이트의 두께를 충분히 크게 구성함으로써, 제2 커버 플레이트(141)의 수명을 향상시킬 수 있음은 물론, 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 보다 안정적으로 고정할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기판 트레이가 하강 위치에 있을 때를 도시한 것이고, 도 8은 도 7의 플라즈마 처리장치에서 기판 트레이의 평면도이며, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 기판 트레이의 부분 단면도이고, 도 10은 도 7의 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기 판 트레이가 상승 위치에 있을 때를 도시한 것이며, 도 11은 도 10의 'A' 영역을 확대한 도면이다.
도 7 내지 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버(110)와, 반응 챔버(110)의 내부 위쪽에 마련되어 고주파전력이 인가되는 상부 전극(161)과, 플라즈마 처리 대상이 되는 다수의 기판(W)이 장입되는 기판 트레이(20)와, 반응 챔버(110)의 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되고 기판 트레이(10)가 안착되는 척(120, Chuck)과, 기판 트레이(10)에 장입된 다수의 기판(W)을 고정하도록 반응 챔버(110)의 내부에 설치되는 커버 플레이트(241)와, 반응 챔버(110) 내에서 커버 플레이트(140)를 지지하는 지지구조물(151~155)과, 척(120)을 상하 방향으로 이동시키는 승강구동부(130)를 포함한다.
본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 기판 트레이(20)와 커버 플레이트(241)를 제외하고, 전술한 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(100)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 그 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였으며, 그에 대한 설명은 전술한 실시예를 준용하기로 한다.
기판 트레이(20)는 다수의 기판(W)을 장입하기 위한 다수의 기판장입홈(21a)이 형성되는 트레이 하판(21)과, 트레이 하판(21)의 상부에 배치되는 트레이 상판(25)과, 기판(W)의 하면과 기판장입홈(21a)의 바닥면 사이에 개재되는 단열층(23)을 포함한다. 한편, 기판 트레이(20)의 기판장입홈(21a)이 위치한 부분에는, 척(120)에 형성된 헬륨공급로(미도시)에 의해 유입되는 헬륨 가스를 기판(W) 주위 에 전달하기 위한 헬륨공급홀(20a)이 트레이 하판(21)과 단열층(23)을 관통하여 형성된다.
트레이 하판(21)은 그 가장자리에 위치결정핀(27)들이 형성된다는 점을 제외하고 전술한 실시예의 트레이 판(11)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이에, 트레이 하판(21)에 대한 자세한 설명은 전술한 실시예를 준용하기로 한다.
트레이 상판(25)에는 트레이 하판(21)에 형성된 다수의 기판장입홈(21a)에 대응하는 위치에 기판장입홈(21a)의 개수와 동일한 개수로 제1 개구(25a)가 형성된다. 이때, 제1 개구(25a)는 기판장입홈(21a)보다 작은 개구면적을 갖는데, 이는 트레이 상판(25)이 기판장입홈(21a)에 장입된 기판(W)의 가장자리를 가압하기 위함이다. 한편, 트레이 상판(25)의 가장자리에는 트레이 하판(21)의 위치결정핀(27)들이 삽입되는 위치결정홀(25b)이 형성된다. 결국, 트레이 상판(25)은 기판 트레이(20)이 구성요소로서 트레이 하판(21)에 결합된다는 점을 제외하고 전술한 실시예의 제1 커버 플레이트(143)와 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이에, 트레이 상판(25)에 대한 자세한 설명은 전술한 실시예를 준용하기로 한다.
커버 플레이트(241)는 척(120)의 상승 위치에서 기판 트레이(20)의 트레이 상판(25)과 밀착된다. 커버 플레이트(241)에는 트레이 상판(25)에 형성된 다수의 제1 개구(25a)에 대응하는 위치에 제1 개구(25a)의 개수(혹은 기판장입홈(21a)의 개수)와 동일한 개수로 제2 개구(241a)가 형성된다. 이때, 제2 개구(241a)는, 척(120)의 상승 위치에서 그 테두리가 기판(W)의 가장자리와 중첩되지 않도록 제1 개구(25a)와 기판장입홈(21a)보다 큰 개구면적을 갖는데, 이는 기판(W)의 가장자리 에서 커버 플레이트(241)의 두께에 의해 기판(W)에 수직한 플라즈마 쉬스(Plasma Sheath) 성분이 발생하지 않도록 하기 위함이다. 결국, 커버 플레이트(241)는 전술한 실시예의 제2 커버 플레이트(141)과 실질적으로 동일한 구성을 갖는다. 이에, 커버 플레이트(241)에 대한 자세한 설명은 전술한 실시예를 준용하기로 한다. 다만, 전술한 실시예의 제2 커버 플레이트(141)와 다르게, 커버 플레이트(241)의 가장자리에는, 척(120)의 상승 위치에서 기판 트레이(20)의 위치결정핀(27)이 커버 플레이트(241)와 간섭하지 않도록, 위치결정핀(27)의 상단부가 수용되는 수용홈(241b)이 더 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 커버 플레이트(241)를 반응 챔버(110) 내에 설치하고 척(120)에 안착된 기판 트레이(20)를 승강구동부(130)를 사용하여 커버 플레이트(241)에 대해 밀착시켜 트레이 하판(21)과 트레이 상판(25)으로 구성되는 기판 트레이(20)에 장입된 다수의 기판을 고정함으로써, 기판 트레이의 하판과 상판을 볼트 등의 체결부재로 상호 결합하여 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 고정하는 종래의 방식에 비해 기판 트레이에 다수의 기판을 장입하기 위한 기판 트레이의 조립 공정을 단순화할 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치(200)는, 전체 공정의 택트 타임을 단축할 수 있음은 물론, 종래의 방식에서 자동화가 어려워 수작업을 진행되었던 기판 트레이의 조립 공정과 달리 기판 트레이의 조립 공정을 수월하게 자동화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리장치는(200)는, 기판 트레이에 장입된 다수의 기판이 볼트 등의 체결부재의 부분적인 클램핑력에 의해 고정되는 종래 방식과 달리, 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 전체적으로 균일하게 가압할 수 있으므로 보다 안정적인 고정이 가능하다. 특히, 커버 플레이트(241)는 반응 챔버(110) 내에 설치되어 커버 플레이트(241)의 두께에 대한 제한이 작아지므로, 커버 플레이트(241)의 두께를 충분히 크게 구성함으로써, 제2 커버 플레이트(141)의 수명을 향상시킬 수 있음은 물론, 기판 트레이에 장입된 다수의 기판을 보다 안정적으로 고정할 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.
도 1은 종래의 플라즈마 처리장치에 사용되는 기판 트레이의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기판 트레이가 하강 위치에 있을 때를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 처리장치에서 기판 트레이의 평면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 기판 트레이의 부분 단면도이다.
도 5는 도 2의 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기판 트레이가 상승 위치에 있을 때를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 'A' 영역을 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기판 트레이가 하강 위치에 있을 때를 도시한 도면이다.
도 8은 도 7의 플라즈마 처리장치에서 기판 트레이의 평면도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 기판 트레이의 부분 단면도이다.
도 10은 도 7의 플라즈마 처리장치의 개략적인 구성도로 기판 트레이가 상승 위치에 있을 때를 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 'A' 영역을 확대한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200 : 플라즈마 처리장치
10, 20 : 기판 트레이
110 : 반응 챔버
120 : 척
130 : 승강구동부
140 : 커버 플레이트
151~155 : 지지구조물
161 : 상부 전극
163 : 제1 절연판
165 : 제2 절연판

Claims (15)

  1. 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하는 반응 챔버;
    다수의 기판이 장입되는 기판 트레이;
    상기 기판 트레이가 안착되고, 상기 반응 챔버의 내부에서 상하 방향으로 이동 가능하게 마련되는 척;
    상기 기판 트레이의 위쪽에서 상기 기판 트레이에 장입된 상기 다수의 기판을 고정하도록 상기 반응 챔버의 내부에 설치되는 적어도 하나의 커버 플레이트; 및
    상기 기판 트레이가 상기 적어도 하나의 커버 플레이트에 밀착되는 상승 위치와 상기 기판 트레이가 상기 적어도 하나의 커버 플레이트로부터 일정 간격으로 이격되는 하강 위치 사이에서 상기 척을 상하 방향으로 이동시키는 승강구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 트레이는, 상기 다수의 기판을 장입하기 위한 다수의 기판장입홈이 형성되는 트레이 판을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 커버 플레이트는, 상기 상승 위치에서 상기 기판의 가장자리를 가압하는 제1 커버 플레이트와, 상기 제1 커버 플레이트의 상부에 배치되는 제2 커버 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 커버 플레이트에는 상기 다수의 기판장입홈에 대응하는 위치에 상기 기판장입홈보다 작은 개구면적을 갖는 다수의 제1 개구가 형성되고,
    상기 제2 커버 플레이트에는 상기 다수의 제1 개구에 대응하는 위치에 상기 제1 개구보다 큰 개구면적을 갖는 다수의 제2 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 개구는,
    상기 상승 위치에서 그 테두리가 상기 기판의 가장자리와 중첩되지 않도록, 상기 기판장입홈보다 큰 개구면적을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 커버 플레이트는,
    상기 제2 커버 플레이트보다 얇은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 기판 트레이는,
    상기 기판과 상기 기판장입홈 사이에 개재되는 단열층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단열층은,
    2개 이상의 재질이 적층된 구조로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기판 트레이의 상기 기판장입홈이 위치한 부분에는 헬륨공급홀이 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 커버 플레이트가 상기 기판 트레이의 위쪽에 위치하도록, 상기 반응 챔버 내에서 상기 적어도 하나의 커버 플레이트를 지지하는 지지구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지지구조물은,
    플라즈마 생성에 부정적인 영향을 끼치지 않도록, 세라믹 재질 등의 유전체 로 마련되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 트레이는, 상기 다수의 기판을 장입하기 위한 다수의 기판장입홈이 형성되는 트레이 하판과, 상기 기판의 가장자리를 가압할 수 있도록 상기 트레이 하판의 상부에 배치되는 트레이 상판을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 커버 플레이트는, 상기 상승 위치에서 상기 트레이 상판과 밀착되는 커버 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 트레이 하판에는 다수의 위치결정핀이 형성되고,
    상기 트레이 상판에는 상기 다수의 위치결정핀이 삽입되는 다수의 위치결정홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 트레이 상판에는 상기 다수의 기판장입홈에 대응하는 위치에 상기 기판장입홈보다 작은 개구면적을 갖는 다수의 제1 개구가 형성되고,
    상기 커버 플레이트에는 상기 다수의 제1 개구에 대응하는 위치에 상기 제1 개구보다 큰 개구면적을 갖는 다수의 제2 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 개구는,
    상기 상승위치에서 그 테두리가 상기 기판의 가장자리와 중첩되지 않도록, 상기 기판장입홈보다 큰 개구면적을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 트레이 상판은,
    상기 커버 플레이트보다 얇은 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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