KR20110031107A - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 챔버의 플라즈마 반응공간 사이에 발생되는 플라즈마 밀도를 균일하게 하여 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부재; 상기 기판 지지부재에 대향되도록 상기 챔버 내부에 설치되어 고주파 전력과 공정 가스가 공급되는 상부 전극; 전기적으로 접지되도록 상기 상부 전극의 상부에 설치된 접지부재; 및 상기 상부 전극과 상기 접지 부재의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되어 상기 상부 전극의 각 에지부에 인가되는 전류 분포를 증가시키기 위한 복수의 리액턴스 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 챔버의 플라즈마 반응공간 사이에 발생되는 플라즈마 밀도를 균일하게 하여 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 처리 장치에는 박막증착을 위한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 증착된 박막을 식각하여 패터닝하는 식각장치, 스퍼터(Sputter), 애싱(Ashing) 장치 등이 있다. 이러한, 플라즈마 처리 장치는 RF 전력의 인가 방식에 따라 용량 결합형 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma, CCP) 방식과 유도 결합형 플라즈마(Inductively Coupled Plasma, ICP) 방식으로 나눌 수 있다.
용량 결합형 방식은 서로 대향하는 평행평판 전극에 RF 전력을 인가하여 전극 사이에 형성되는 전기장을 이용하여 플라즈마를 발생시키는 방식이고, 유도 결합형 플라즈마 방식은 안테나에 의하여 유도되는 유도 전기장을 이용하여 소스물질을 플라즈마로 변화시키는 방식이다.
도 1은 일반적인 용량 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 용량 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리 장치는 챔버(10); 챔버 리드(20); 기판 지지부재(30); 상부 전극(40); 절연부재(50); 접지 플레이트(60); 고주파 전력 공급부(70); 및 가스 공급부(80)를 구비한다.
챔버(10)는 플라즈마 처리 공정을 위한 밀폐된 플라즈마 반응공간을 제공한다.
챔버 리드(20)는 챔버(10)의 상부에 덮도록 설치되어 상부 전극(40)과 절연부재(50) 및 접지 플레이트(60)를 지지한다.
기판 지지부재(30)는 챔버(10) 내에 설치되어 기판(S)을 지지한다. 이러한, 기판 지지부재(30)는 상부 전극(40)에 대향되는 하부 전극을 구성한다.
상부 전극(40)은 기판 지지부재(30)에 대향되도록 챔버 리드(20)에 지지되어 고주파 전력 공급부(70)로부터 고주파 전력이 공급되고, 가스 공급부(80)로부터 공정 가스가 공급된다.
상부 전극(40)의 상부에는 고주파 전력 공급부(70)의 급전선(72)에 전기적으로 접속되는 급전봉(74)이 설치되고, 상기의 공정 가스가 공급되는 가스 공급관(82)이 설치된다.
상부 전극(40)의 내부에는 가스 공급관(82)을 통해 공급되는 공정 가스를 저장하는 가스 저장 공간(42)이 형성된다.
상부 전극(40)의 하부에는 가스 저장 공간(42)에 저장된 공정 가스를 플라즈마 반응공간으로 분사하기 위한 복수의 가스 분사홀(44)이 형성된다.
이러한, 상부 전극(40)은 가스 공급부(80)의 구동에 따라 가스 저장 공간(42)에 저장되는 공정 가스를 플라즈마 반응공간으로 분사하고, 고주파 전력 공급부(70)로부터 공급되는 고주파 전력을 통해 전계를 발생시켜 플라즈마 반응공간 사이에 분사되는 공정 가스를 여기시켜 플라즈마 반응공간 사이에 플라즈마를 발생시킨다.
절연부재(50)는 챔버 리드(20)과 상부 전극(40) 사이에 설치되어 상부 전극(40)을 절연한다.
접지 플레이트(60)는 상부 전극(40)과 소정 높이의 갭(Gap)을 가지도록 챔버 리드(20)에 지지되어 챔버 리드(20)에 접지된다.
고주파 전력 공급부(70)는 소정의 주파수를 가지는 고주파 전력을 발생하여 급전선(72)과 급전봉(74)을 통해 상부 전극(40)에 공급한다. 급전봉(74)은 챔버 리드(20) 및 접지 플레이트(60)를 관통하여 상부 전극(40)의 중앙 부분에 전기적으로 접속된다. 이때, 급전봉(74)이 관통하는 챔버 리드(20)와 접지 플레이트(60) 각각의 중앙 부분에는 절연물질이 형성된다.
가스 공급부(80)는 가스 공급관(82)을 통해 기판(S) 상에 박막을 형성하기 위한 공정 가스를 상부 전극(40)의 가스 저장 공간(42)에 공급한다.
이와 같은, 일반적인 플라즈마 처리 장치는 기판 지지부재(30)에 기판(S)을 안착시킨 후, 플라즈마 반응공간 사이에 공정 가스를 분사함과 동시에 상부 전극(40)에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마 반응공간의 공정 가스를 여기시킴으로써 기판(S) 상에 박막을 형성하게 된다.
그러나, 일반적인 플라즈마 처리 장치에서는 고주파 전력이 상부 전극(40)의 중앙 부분에 인가됨으로써 고주파 전력이 상부 전극(40)의 중앙 부분으로부터 에지 부분(각 모서리 부분)으로 공급되는 과정에서 고주파 전력의 위상 지연으로 인하여 고주파 전력의 주파수에 대한 정상파 효과(Standing Wave Effect)가 발생한다는 문제점이 있다. 이러한 정상파 효과로 인하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 플라즈마 반응공간의 중앙 부분으로부터 에지 부분으로 갈수록 전계의 세기가 낮아짐으로써 고주파 전력이 플라즈마 반응공간의 중심 부분과 에지 부분에 불균일하게 인가되는 문제점이 있다. 이러한 문제점으로 인하여, 플라즈마 반응공간 사이에 발생되는 플라즈마 밀도가 중앙 부분에서는 높은 반면에 에지 부분에서는 낮아져 불균일하게 됨으로써 기판(S) 상에 균일한 박막을 형성할 수 없다는 문제점이 있다.
상기의 플라즈마 밀도의 불균일 현상은 기판(S)의 대면적화 되어 플라즈마 반응공간이 증가할 경우에 더욱 심화된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 챔버의 플라즈마 반응공간 사이에 발생되는 플라즈마 밀도를 균일하게 하여 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있도록 한 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부재; 상기 기판 지지부재에 대향되도록 상기 챔버 내부에 설치되어 고주파 전력과 공정 가스가 공급되는 상부 전극; 전기적으로 접지되도록 상기 상부 전극의 상부에 설치된 접지부재; 및 상기 상부 전극과 상기 접지 부재의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되어 상기 상부 전극의 각 에지부에 인가되는 전류 분포를 증가시키기 위한 복수의 리액턴스 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 반응공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부재; 상기 기판 지지부재에 대향되도록 상기 챔버 내부에 설치되어 고주파 전력과 공정 가스가 공급되는 상부 전극; 전기적으로 접지되도록 상기 상부 전극의 상부에 설치된 접지부재; 및 상기 상부 전극과 상기 접지 부재의 각 에지 부분 사이에 등가적으로 병렬 접속되는 병렬 LC 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 병렬 LC 회로는 상기 상부 전극과 상기 접지 부재의 각 에지 부분 사이에 양(+)의 리액턴스 소자와 음(-)의 리액턴스 소자가 교번적으로 접속된 복수의 리액턴스 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 음(-)의 리액턴스 소자는 커패시터이고, 상기 양(+)의 리액턴스 소자는 인덕터인 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 리액턴스 부재는 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 1 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 1 리액턴스 소자; 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 2 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 2 리액턴스 소자; 상기 제 1 에지 부분의 대각선 방향에 대응되는 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 3 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 3 리액턴스 소자; 및 상기 제 2 에지 부분의 대각선 방향에 대응되는 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 4 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 4 리액턴스 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자는 상기 상부 전극과 상기 접지부재 사이에 전기적으로 병렬 접속되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 리액턴스 소자는 커패시터 및 인덕터 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 커패시터는 음(-)의 리액턴스를 가지며, 상기 인덕터는 양(+)의 리액턴스를 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 처리 장치는 상기 챔버의 상부를 덮도록 설치된 챔버 리드를 더 포함하여 구성되며, 상기 접지부재는 상기 챔버 리드인 것을 특징으로 한다.
상기 플라즈마 처리 장치는 상기 챔버의 상부를 덮도록 설치된 챔버 리드; 및 상기 상부 전극과 소정 높이로 이격되도록 설치되어 상기 챔버 리드에 접지되는 접지 플레이트를 더 포함하여 구성되며, 상기 접지부재는 상기 접지 플레이트인 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 처리 장치는 접지부재, 즉 접지 플레이트(또는 챔버 리드)와 상부 전극 사이에 전기적으로 병렬 접속되는 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자를 이용하여 플라즈마 방전시 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 인가되는 전류 분포를 조절하여 고주파 전력이 플라즈마 반응공간 사이에 불균일하게 인가되도록 하여 플라즈마 밀도를 균일하게 함으로써 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있다.
도 1은 일반적인 용량 결합형 플라즈마 방식의 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 반응공간 사이에 발생되는 전계의 세기를 측정한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 복수의 리액턴스 부재를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 반응공간 사이에 발생되는 전계의 세기를 측정한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 복수의 리액턴스 부재를 설명하기 위한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 복수의 리액턴스(Reactance) 부재를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버(110); 챔버 리드(120); 기판 지지부재(130); 상부 전극(140); 절연부재(150); 접지 플레이트(160); 고주파 전력 공급부(170); 가스 공급부(180); 및 복수의 리액턴스 부재(190)를 포함하여 구성된다.
챔버(110)는 플라즈마 처리 공정을 위한 밀폐된 플라즈마 반응공간을 제공한다.
챔버 리드(120)는 챔버(110)의 상부에 덮도록 설치되어 상부 전극(140)과 절연부재(150) 및 접지 플레이트(160)를 지지한다.
기판 지지부재(130)는 챔버(110) 내에 설치되어 기판(S)을 지지한다. 이때, 기판 지지부재(130)는 서셉터(Susceptor) 또는 정전척(ESC)이 될 수 있다. 이러한, 기판 지지부재(130)는 상부 전극(140)에 대향되는 하부 전극을 구성한다.
상부 전극(140)은 기판 지지부재(130)에 대향되도록 챔버(110) 내부에 설치되어 고주파 전력 공급부(170)로부터 고주파 전력이 공급되고, 가스 공급부(180)로부터 공정 가스가 공급된다. 이때, 상부 전극(140)은 챔버 리드(120)에 의해 지지되거나, 별도의 전극 지지장치(미도시)에 의해 지지될 수 있다.
상부 전극(140)의 상부에는 급전선(172)을 통해 고주파 전력 공급부(170)에 전기적으로 접속되는 급전봉(174)이 설치되고, 상기의 공정 가스가 공급되는 가스 공급관(182)이 설치된다.
상부 전극(140)의 내부에는 가스 공급관(182)을 통해 공급되는 공정 가스를 저장하는 가스 저장 공간(142)이 형성된다.
상부 전극(140)의 하부에는 가스 저장 공간(142)에 저장된 공정 가스를 플라즈마 반응공간으로 분사하기 위한 복수의 가스 분사홀(144)이 형성된다.
이러한, 상부 전극(140)은 가스 공급부(180)의 구동에 따라 가스 저장 공간(142)에 저장되는 공정 가스를 플라즈마 반응공간으로 분사하고, 고주파 전력 공급부(170)로부터 공급되는 고주파 전력을 통해 전계를 발생시켜 플라즈마 반응공간 사이에 분사되는 공정 가스를 여기시켜 플라즈마 반응공간 사이에 플라즈마를 발생시킨다.
절연부재(150)는 챔버 리드(120)과 상부 전극(140) 사이에 설치되어 상부 전극(140)을 절연한다.
접지 플레이트(160)는 상부 전극(140)과 소정 높이의 갭(Gap)을 가지도록 상부 전극(140) 상부에 설치되어 챔버 리드(120)에 접지된다. 이때, 접지 플레이트(160)는 챔버 리드(120)에 의해 지지되거나, 별도의 플레이트 지지장치(미도시)에 의해 지지될 수 있다.
한편, 챔버 리드(120)와 접지 플레이트(160)는 복수의 리액턴스 부재(190)를 통해 상부 전극(140)을 접지시키기 위한 접지부재의 역할을 한다.
고주파 전력 공급부(170)는 소정의 주파수를 가지는 고주파 전력을 발생하여 급전선(172)과 급전봉(174)을 통해 상부 전극(140)에 공급한다. 이러한, 고주파 전력 공급부(170)는 소정의 고주파 전력, 예컨대, 13.56㎒의 고주파 전력을 상부 전극(140)에 공급할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)의 크기에 대응되는 고주파 전력을 상부 전극(140)에 공급할 수 있다.
급전봉(174)은 챔버 리드(120) 및 접지 플레이트(160)를 관통하여 상부 전극(140)의 중앙 부분에 전기적으로 접속된다. 이때, 급전봉(174)이 관통하는 챔버 리드(120)와 접지 플레이트(160) 각각의 중앙 부분에는 절연물질이 형성된다.
가스 공급부(180)는 가스 공급관(182)을 통해 기판(S) 상에 박막을 형성하기 위한 공정 가스를 상부 전극(140)의 가스 저장 공간(142)에 공급한다. 여기서, 공정 가스로는 예컨대, 할로겐 가스, 할로겐 화합물로 이루어지는 가스, 산소 가스 및 아르곤 가스 등이 될 수 있다.
복수의 리액턴스 부재(190)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 전극(140)과 접지 플레이트(160)의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되어 접지 플레이트(160)와 챔버 리드(120)를 통해 접지로 흐르는 전류의 비율을 제어하여 상부 전극(140)에 인가되는 전류 분포를 제어하는 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)를 포함하여 구성된다.
제 1 리액턴스 소자(Z1)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 좌하측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 접지 플레이트(160)의 좌하측 에지 부분 사이(이하, "제 1 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 1 리액턴스 소자(Z1)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다.
제 2 리액턴스 소자(Z2)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 좌상측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 접지 플레이트(160)의 좌상측 에지 부분 사이(이하, "제 2 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 2 리액턴스 소자(Z2)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다. 여기서, 제 1 에지 부분에 설치되는 제 1 리액턴스 소자(Z1)가 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어질 경우, 제 2 리액턴스 소자(Z2)는 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어진다. 반면에, 제 1 리액턴스 소자(Z1)가 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어질 경우, 제 2 리액턴스 소자(Z2)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어진다.
제 3 리액턴스 소자(Z3)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 우상측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 접지 플레이트(160)의 우상측 에지 부분 사이(이하, "제 3 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다. 여기서, 제 2 리액턴스 소자(Z2)가 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어질 경우, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어진다. 반면에, 제 2 리액턴스 소자(Z2)가 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어질 경우, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어진다. 즉, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 제 1 리액턴스 소자(Z1)와 동일한 소자로 이루어지는 반면에 제 2 리액턴스 소자(Z2)와 다른 소자로 이루어진다.
제 4 리액턴스 소자(Z4)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 우하측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 접지 플레이트(160)의 우하측 에지 부분 사이(이하, "제 4 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다. 여기서, 제 3 리액턴스 소자(Z3)가 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어질 경우, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어진다. 반면에, 제 3 리액턴스 소자(Z3)가 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어질 경우, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어진다. 즉, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 제 2 리액턴스 소자(Z2)와 동일한 소자로 이루어지고, 제 1 리액턴스 소자(Z1)와 다른 소자로 이루어진다.
결과적으로, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4) 각각은 제 1 내지 제 4 에지 부분 각각에 교번적으로 양(+) 및 음(-)의 리액턴스를 가지도록 설치된다. 이에 따라, 상부 전극(140)과 접지 플레이트(160) 사이에는 등가적으로 병렬 접속되는 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)로 이루어진 병렬 LC 회로가 존재하게 된다.
이러한, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4) 각각은 상부 전극(140)에 인가되는 고주파 전력에 대해 큰 임피던스를 부여함으로써 플라즈마의 반응공간 사이에 분포되는 전류 중에서 상부 전극(140)의 중심 부분에 분포하는 전류 밀도를 감소시키는 반면에 접지 플레이트(160)와 챔버 리드(120)를 통해 접지로 흐르는 전류의 비율을 상대적으로 증가시킨다. 이에 따라, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4) 각각은 플라즈마 반응공간의 중심 부분에 발생되는 플라즈마 밀도를 감소시키는 반면에 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 발생되는 플라즈마 밀도를 증가시킴으로써 플라즈마 반응공간의 전체적인 플라즈마 밀도를 균일하게 한다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치에 의해 플라즈마 반응공간 사이에 발생되는 전계의 세기를 측정한 도면이다.
도 5에서는 도 4에 도시된 제 1 및 제 3 리액턴스 소자(Z1, Z3) 각각을 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 구성함과 아울러 제 2 및 제 4 리액턴스 소자(Z2, Z4) 각각을 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 구성하고, 상부 전극(140)에 인가되는 고주파 전력에 의해 발생되는 전계의 세기를 측정한 것이다.
도 5에서 알 수 있듯이, 상술한 바와 같이, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)에 의해 플라즈마 반응공간의 중심 부분에 분포되는 전류 밀도가 감소되고, 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 분포되는 전류 밀도가 증가됨으로써 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 발생되는 전계가 증가됨을 알 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 1 실시 예는 기판 지지부재(130)에 기판(S)을 안착시킨 후, 플라즈마 반응공간 사이에 공정 가스를 분사함과 동시에 상부 전극(140)에 고주파 전력을 인가하여 플라즈마 반응공간의 공정 가스를 여기시킴으로써 기판(S) 상에 박막을 형성하게 된다. 이때, 본 발명의 제 1 실시 예는 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)를 이용하여 플라즈마 방전시 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 인가되는 전류 분포를 조절하여 고주파 전력이 플라즈마 반응공간 사이에 불균일하게 인가되도록 함으로써 정상파 효과(Standing Wave Effect)로 인한 문제점을 개선할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 1 실시 예는 플라즈마 반응공간의 전체적인 플라즈마 밀도를 균일하게 하여 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)는 상부 전극(140)과 접지 플레이트(160)의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되어 접지 플레이트(160)와 챔버 리드(120)를 통해 접지로 흐르는 전류의 비율을 제어하여 상부 전극(140)에 인가되는 전류 분포를 제어하는 역할을 수행한다. 이에 따라, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)는 챔버 리드(120)에 전기적으로 접지되는 것으로 볼 수 있기 때문에 상술한 접지 플레이트(160)는 생략될 수 있으며, 이 경우 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)는 상부 전극(140)과 챔버 리드(120)의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되어 챔버 리드(120)를 통해 접지로 흐르는 전류의 비율을 제어하여 상부 전극(140)에 인가되는 전류 분포를 제어하는 역할을 수행할 수도 있다. 이와 같은 특징을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 도 6에 도시된 복수의 리액턴스(Reactance) 부재를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 챔버(110); 챔버 리드(120); 기판 지지부재(130); 상부 전극(140); 절연부재(150); 고주파 전력 공급부(170); 가스 공급부(180); 및 복수의 리액턴스 부재(290)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치에서 접지 플레이트(160)가 생략되어 구성되는 것을 제외하고는 상술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치와 동일하게 구성되기 때문에 이하에서는 복수의 리액턴스 부재(290)에 대해서만 설명하기로 하고, 나머지 구성에 대해서는 상술한 설명으로 대신하기로 한다.
복수의 리액턴스 부재(290)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 전극(140)과 챔버 리드(120)의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되어 챔버 리드(120)를 통해 접지로 흐르는 전류의 비율을 제어하여 상부 전극(140)에 인가되는 전류 분포를 제어하는 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)를 포함하여 구성된다.
제 1 리액턴스 소자(Z1)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 좌하측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 챔버 리드(120)의 좌하측 에지 부분 사이(이하, "제 1 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 1 리액턴스 소자(Z1)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다.
제 2 리액턴스 소자(Z2)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 좌상측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 챔버 리드(120)의 좌상측 에지 부분 사이(이하, "제 2 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 2 리액턴스 소자(Z2)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다. 여기서, 제 1 에지 부분에 설치되는 제 1 리액턴스 소자(Z1)가 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어질 경우, 제 2 리액턴스 소자(Z2)는 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어진다. 반면에, 제 1 리액턴스 소자(Z1)가 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어질 경우, 제 2 리액턴스 소자(Z2)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어진다.
제 3 리액턴스 소자(Z3)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 우상측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 챔버 리드(120)의 우상측 에지 부분 사이(이하, "제 3 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다. 여기서, 제 2 리액턴스 소자(Z2)가 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어질 경우, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어진다. 반면에, 제 2 리액턴스 소자(Z2)가 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어질 경우, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어진다. 즉, 제 3 리액턴스 소자(Z3)는 제 1 리액턴스 소자(Z1)와 동일한 소자로 이루어지는 반면에 제 2 리액턴스 소자(Z2)와 다른 소자로 이루어진다.
제 4 리액턴스 소자(Z4)는 평면 상태를 기준으로 상부 전극(140)의 우하측 에지 부분과 평면 상태를 기준으로 챔버 리드(120)의 우하측 에지 부분 사이(이하, "제 4 에지 부분"이라 함)에 전기적으로 접속된다. 이때, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터이거나, 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터가 될 수 있다. 여기서, 제 3 리액턴스 소자(Z3)가 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어질 경우, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어진다. 반면에, 제 3 리액턴스 소자(Z3)가 양(+)의 리액턴스를 가지는 인덕터로 이루어질 경우, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 음(-)의 리액턴스를 가지는 커패시터로 이루어진다. 즉, 제 4 리액턴스 소자(Z4)는 제 2 리액턴스 소자(Z2)와 동일한 소자로 이루어지고, 제 1 리액턴스 소자(Z1)와 다른 소자로 이루어진다.
결과적으로, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4) 각각은 제 1 내지 제 4 에지 부분 각각에 교번적으로 양(+) 및 음(-)의 리액턴스를 가지도록 설치된다. 이에 따라, 상부 전극(140)과 챔버 리드(120) 사이에는 등가적으로 병렬 접속되는 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4)로 이루어진 병렬 LC 회로가 존재하게 된다.
이러한, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4) 각각은 상부 전극(140)에 인가되는 고주파 전력에 대해 큰 임피던스를 부여함으로써 플라즈마의 반응공간 사이에 분포되는 전류 중에서 상부 전극(140)의 중심 부분에 분포하는 전류 밀도를 감소시키는 반면에 챔버 리드(120)를 통해 접지로 흐르는 전류의 비율을 상대적으로 증가시킨다. 이에 따라, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자(Z1, Z2, Z3, Z4) 각각은 플라즈마 반응공간의 중심 부분에 발생되는 플라즈마 밀도를 감소시키는 반면에 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 발생되는 플라즈마 밀도를 증가시킴으로써 플라즈마 반응공간의 전체적인 플라즈마 밀도를 균일하게 한다.
이와 같은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 상부 전극(140)과 챔버 리드(120)의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되는 병렬 LC 회로(즉, 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자)를 구성함으로써, 도 5에서 알 수 있듯이, 플라즈마 반응공간의 중심 부분에 분포되는 전류 밀도가 감소되고, 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 분포되는 전류 밀도가 증가됨으로써 플라즈마 반응공간의 에지 부분에 발생되는 전계가 증가됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 장치는 플라즈마 반응공간의 전체적인 플라즈마 밀도를 균일하게 하여 기판 상에 균일한 박막을 형성할 수 있으며, 또한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 접지 플레이트 없이도 동일한 효과를 제공하므로 구성을 단순화할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 챔버 120: 챔버 리드
130: 기판 지지부재 140: 상부 전극
150: 절연부재 160: 접지 플레이트
170: 고주파 전력 공급부 180: 가스 공급부
190, 290: 복수의 리액턴스 부재 Z1: 제 1 리액턴스 소자
Z2: 제 2 리액턴스 소자 Z3: 제 3 리액턴스 소자
Z4: 제 4 리액턴스 소자

Claims (16)

  1. 플라즈마 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부재;
    상기 기판 지지부재에 대향되도록 상기 챔버 내부에 설치되어 고주파 전력과 공정 가스가 공급되는 상부 전극;
    전기적으로 접지되도록 상기 상부 전극의 상부에 설치된 접지부재; 및
    상기 상부 전극과 상기 접지 부재의 각 에지 부분 사이에 전기적으로 접속되어 상기 상부 전극의 각 에지부에 인가되는 전류 분포를 증가시키기 위한 복수의 리액턴스 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 리액턴스 부재는,
    상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 1 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 1 리액턴스 소자;
    상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 2 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 2 리액턴스 소자;
    상기 제 1 에지 부분의 대각선 방향에 대응되는 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 3 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 3 리액턴스 소자; 및
    상기 제 2 에지 부분의 대각선 방향에 대응되는 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 4 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 4 리액턴스 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 리액턴스 소자는 상기 상부 전극과 상기 접지부재 사이에 전기적으로 병렬 접속되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 리액턴스 소자는 커패시터 및 인덕터 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 커패시터는 음(-)의 리액턴스를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 인덕터는 양(+)의 리액턴스를 가지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 플라즈마 반응공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부재;
    상기 기판 지지부재에 대향되도록 상기 챔버 내부에 설치되어 고주파 전력과 공정 가스가 공급되는 상부 전극;
    전기적으로 접지되도록 상기 상부 전극의 상부에 설치된 접지부재; 및
    상기 상부 전극과 상기 접지 부재의 각 에지 부분 사이에 등가적으로 병렬 접속되는 병렬 LC 회로를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 병렬 LC 회로는 상기 상부 전극과 상기 접지 부재의 각 에지 부분 사이에 양(+)의 리액턴스 소자와 음(-)의 리액턴스 소자가 교번적으로 접속된 복수의 리액턴스 부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 음(-)의 리액턴스 소자는 커패시터이고, 상기 양(+)의 리액턴스 소자는 인덕터인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 리액턴스 부재는,
    상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 1 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 1 리액턴스 소자;
    상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 2 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 2 리액턴스 소자;
    상기 제 1 에지 부분의 대각선 방향에 대응되는 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 3 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 3 리액턴스 소자; 및
    상기 제 2 에지 부분의 대각선 방향에 대응되는 상기 상부 전극과 상기 접지부재의 제 4 에지 부분 사이에 전기적으로 접속된 제 4 리액턴스 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 리액턴스 소자는 상기 커패시터 및 상기 인덕터 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 챔버의 상부를 덮도록 설치된 챔버 리드를 더 포함하여 구성되며,
    상기 접지부재는 상기 챔버 리드인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 챔버의 상부를 덮도록 설치된 챔버 리드; 및
    상기 상부 전극과 소정 높이로 이격되도록 설치되어 상기 챔버 리드에 접지되는 접지 플레이트를 더 포함하여 구성되며,
    상기 접지부재는 상기 접지 플레이트인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  14. 제 4 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 리액턴스 소자는 상기 제 1 리액턴스 소자가 상기 커패시터로 이루어진 경우 상기 인덕터로 이루어지고, 상기 제 1 리액턴스 소자가 상기 인덕터로 이루어진 경우 상기 커패시터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 3 리액턴스 소자는 상기 제 1 리액턴스 소자와 동일한 리액턴스 소자로 이루어지고, 상기 제 2 리액턴스 소자와 다른 리액턴스 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 4 리액턴스 소자는 상기 제 2 리액턴스 소자와 동일한 리액턴스 소자로 이루어지고, 상기 제 1 리액턴스 소자와 다른 리액턴스 소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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