KR20140134246A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 공간과 소스 가스 분사 공간을 분리하여 박막 물질의 균일도를 증가시키고 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 할 수 있도록 한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 상기 기판 상에 플라즈마를 분출시키기 위한 플라즈마 형성 공간; 상기 기판 상에 소스 가스(Source Gas)를 분사하기 위한 소스 가스 분사 공간; 및 상기 공정 챔버의 상부에 설치되며, 상기 기판 지지부 쪽으로 일정한 높이를 가지도록 나란하게 돌출되어 공간적으로 분리되는 상기 플라즈마 형성 공간과 상기 소스 가스 분사 공간을 마련하는 공간 형성 부재를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 플라즈마 공간과 소스 가스 분사 공간을 분리하여 박막 물질의 균일도를 증가시키고 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 할 수 있도록 한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 태양전지(Solar Cell), 반도체 소자, 평판 디스플레이 등을 제조하기 위해서는 기판 표면에 소정의 박막층, 박막 회로 패턴, 또는 광학적 패턴을 형성하여야 하며, 이를 위해서는 기판에 특정 물질의 박막을 증착하는 박막 증착 공정, 감광성 물질을 사용하여 박막을 선택적으로 노출시키는 포토 공정, 선택적으로 노출된 부분의 박막을 제거하여 패턴을 형성하는 식각 공정 등의 반도체 제조 공정을 수행하게 된다.
이러한 반도체 제조 공정은 해당 공정을 위해 최적의 환경으로 설계된 기판 처리 장치의 내부에서 진행되며, 최근에는 플라즈마를 이용하여 증착 또는 식각 공정을 수행하는 기판 처리 장치가 많이 사용되고 있다.
플라즈마를 이용한 기판 처리 장치에는 플라즈마를 이용하여 박막을 형성하는 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장치, 박막을 식각하여 패터닝하는 플라즈마 식각장치 등이 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 기판 처리 장치는 챔버(10), 플라즈마 전극(20), 서셉터(30), 및 가스 분사 수단(40)을 구비한다.
챔버(10)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간을 제공한다. 이때, 챔버(10)의 일측 바닥면은 반응 공간을 배기시키기 위한 배기구(12)에 연통된다.
플라즈마 전극(20)은 반응 공간을 밀폐하도록 챔버(10)의 상부에 설치된다.
플라즈마 전극(20)의 일측은 정합 부재(22)를 통해 RF(Radio Frequency) 전원(24)에 전기적으로 접속된다. 이때, RF 전원(24)은 40MHz의 RF 전력을 생성하여 플라즈마 전극(20)에 공급한다.
또한, 플라즈마 전극(20)의 중앙 부분은 기판 처리 공정을 위한 소스 가스를 공급하는 가스 공급관(26)에 연통된다.
정합 부재(22)는 플라즈마 전극(20)과 RF 전원(24) 간에 접속되어 RF 전원(24)으로부터 플라즈마 전극(20)에 공급되는 RF 전력의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시킨다.
서셉터(30)는 챔버(10)의 내부에 설치되어 외부로부터 로딩되는 복수의 기판(W)을 지지한다. 이러한 서셉터(30)는 플라즈마 전극(20)에 대향되는 대향 전극으로써, 서셉터(30)를 승강시키는 승강축(32)을 통해 전기적으로 접지된다.
승강축(32)은 승강 장치(미도시)에 의해 상하 방향으로 승강된다. 이때, 승강축(32)은 승강축(32)과 챔버(10)의 바닥면을 밀봉하는 벨로우즈(34)에 의해 감싸여진다.
가스 분사 수단(40)은 서셉터(30)에 대향되도록 플라즈마 전극(20)의 하부에 설치된다. 이때, 가스 분사 수단(40)과 플라즈마 전극(20) 사이에는 플라즈마 전극(20)을 관통하는 가스 공급관(26)으로부터 공급되는 소스 가스가 확산되는 가스 확산 공간(42)이 형성된다. 이러한, 가스 분사 수단(40)은 가스 확산 공간(42)에 연통된 복수의 가스 분사홀(44)을 통해 소스 가스를 반응 공간의 전 부분에 균일하게 분사한다.
이와 같은, 일반적인 기판 처리 장치는 기판(W)을 서셉터(30)에 로딩시킨 다음, 챔버(10)의 반응 공간에 소정의 소스 가스를 분사함과 아울러 플라즈마 전극(20)에 RF 전력을 공급해 반응 공간에 전자기장을 형성함으로써 상기 전자기장에 의해 기판(W) 상에 형성되는 플라즈마를 이용해 기판(W) 상의 소정의 박막을 형성하게 된다.
그러나, 일반적인 기판 처리 장치는 소스 가스가 분사 공간과 플라즈마 공간이 동일하기 때문에 반응 공간에 형성되는 플라즈마 밀도의 균일도에 따라 기판(W)에 증착되는 박막 물질의 균일도가 결정되고, 이로 인해 박막 물질의 막질 제어에 어려움이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 공간과 소스 가스 분사 공간을 분리하여 박막 물질의 균일도를 증가시키고 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 할 수 있도록 한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 장치는 공정 챔버; 상기 공정 챔버에 회전 가능하게 설치되어 복수의 기판을 지지하는 기판 지지부; 및 상기 기판 상에 플라즈마를 분출시키기 위한 플라즈마 형성 공간과 상기 기판 상에 소스 가스(Source Gas)를 분사하기 위한 소스 가스 분사 공간이 분리되도록 형성되어 상기 기판 지지부의 상부에 배치된 전극부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 플라즈마 형성 공간은 복수로 형성되고, 상기 소스 가스 분사 공간은 복수의 플라즈마 형성 공간 사이사이에 공간적으로 분리되도록 복수로 형성될 수 있다.
상기 전극부는 전기적으로 접지되어 상기 공정 챔버의 상부를 덮도록 설치되고, 상기 복수의 플라즈마 형성 공간에 중첩되도록 형성된 복수의 삽입 홀과 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀, 및 상기 복수의 소스 가스 분사 공간에 중첩되도록 형성된 복수의 제 3 가스 공급 홀을 가지는 접지 프레임; 상기 접지 프레임의 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 상기 기판 지지부 쪽으로 나란하게 돌출되어 상기 복수의 플라즈마 형성 공간과 상기 소스 가스 분사 공간을 마련하는 복수의 공간 형성 부재; 상기 복수의 삽입 홀 각각에 삽입된 복수의 절연 부재; 상기 복수의 절연 부재 각각을 관통하여 상기 복수의 플라즈마 형성 공간 각각에 배치됨과 아울러 상기 플라즈마 전원 공급부에 전기적으로 접속된 복수의 플라즈마 전극 부재; 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스를 상기 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀 각각에 공급하는 반응 가스 공급 부재; 및 소스 가스 공급부로부터 공급되는 소스 가스를 상기 복수의 제 3 가스 공급 홀 각각에 공급하는 소스 가스 공급 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전극부는 전기적으로 접지되어 상기 공정 챔버의 상부를 덮도록 설치되고, 상기 복수의 플라즈마 형성 공간에 중첩되도록 형성된 복수의 삽입 홀과 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀, 및 상기 복수의 소스 가스 분사 공간에 중첩되도록 형성된 복수의 제 3 가스 공급 홀을 가지는 접지 프레임; 상기 접지 프레임의 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 상기 기판 지지부 쪽으로 나란하게 돌출되어 상기 복수의 플라즈마 형성 공간과 상기 소스 가스 분사 공간을 마련하는 복수의 공간 형성 부재; 상기 복수의 삽입 홀 각각에 삽입된 복수의 절연 부재; 상기 복수의 절연 부재 각각을 관통하여 상기 복수의 플라즈마 형성 공간 각각에 배치됨과 아울러 상기 플라즈마 전원 공급부에 전기적으로 접속된 복수의 플라즈마 전극 부재; 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스를 상기 제 1 및 제 2 가스 공급 홀 중 적어도 하나의 가스 공급 홀에 공급하는 반응 가스 공급 부재; 및 퍼지 가스 공급부로부터 공급되는 퍼지 가스를 상기 제 1 및 제 2 가스 공급 홀 중 나머지 하나의 가스 공급 홀에 공급하는 퍼지 가스 공급 부재; 및 소스 가스 공급부로부터 공급되는 소스 가스를 상기 복수의 제 3 가스 공급 홀 각각에 공급하는 소스 가스 공급 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전극부는 상기 기판 상에 퍼지 가스(Purge Gas)를 분사하기 위한 복수의 퍼지 가스 분사 공간을 더 포함하여 구성되고, 상기 복수의 퍼지 가스 분사 공간 각각은 인접한 한 쌍의 소스 가스 분사 공간 사이에 마련된 한 쌍의 플라즈마 형성 공간 사이에 공간적으로 분리되도록 형성되거나, 상기 플라즈마 형성 공간과 상기 소스 가스 공간 사이에 공간적으로 분리되도록 형성될 수 있다.
상기 전극부는 전기적으로 접지되어 상기 공정 챔버의 상부를 덮도록 설치되고, 상기 복수의 플라즈마 형성 공간에 중첩되도록 형성된 복수의 삽입 홀과 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀, 상기 복수의 소스 가스 분사 공간에 중첩되도록 형성된 복수의 제 3 가스 공급 홀, 및 상기 복수의 퍼지 가스 분사 공간에 중첩되도록 형성된 복수의 제 4 가스 공급 홀을 가지는 접지 프레임; 상기 접지 프레임의 하면으로부터 소정 높이를 가지도록 상기 기판 지지부 쪽으로 나란하게 돌출되어 상기 복수의 플라즈마 형성 공간과 상기 소스 가스 분사 공간 및 상기 복수의 퍼지 가스 분사 공간을 마련하는 복수의 공간 형성 부재; 상기 복수의 삽입 홀 각각에 삽입된 복수의 절연 부재; 상기 복수의 절연 부재 각각을 관통하여 상기 복수의 플라즈마 형성 공간 각각에 배치됨과 아울러 상기 플라즈마 전원 공급부에 전기적으로 접속된 복수의 플라즈마 전극 부재; 반응 가스 공급부로부터 공급되는 반응 가스를 상기 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀 각각에 공급하는 반응 가스 공급 부재; 소스 가스 공급부로부터 공급되는 소스 가스를 상기 복수의 제 3 가스 공급 홀 각각에 공급하는 소스 가스 공급 부재; 및 퍼지 가스 공급부로부터 공급되는 퍼지 가스를 상기 복수의 제 4 가스 공급 홀 각각에 공급하는 퍼지 가스 공급 부재를 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 처리 방법은 공정 챔버에 회전 가능하게 설치된 기판 지지부에 복수의 기판을 안착시키는 단계(A); 상기 복수의 기판이 안착된 기판 지지부를 회전시키는 단계(B); 전기적으로 접지된 전극부에 공간적으로 분리되도록 마련된 플라즈마 형성 공간과 소스 가스 분사 공간 중 상기 소스 가스 분사 공간에 소스 가스(Source Gas)를 공급하여 기판 상에 상기 소스 가스를 분사하는 단계(C); 및 상기 플라즈마 형성 공간에 플라즈마를 형성하여 상기 기판 상에 분출시키는 단계(D)를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 단계(D)는 상기 플라즈마 형성 공간에 반응 가스를 공급하는 단계; 및 상기 플라즈마 형성 공간에 플라즈마 전원을 공급하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 단계(D)는 상기 플라즈마 형성 공간에 퍼지 가스(Purge Gas)를 공급하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 단계(C) 및 상기 단계(D)는 동시에 수행되거나 순차적으로 수행될 수 있다.
상기 기판 처리 방법은 상기 단계(D)를 중단하고, 상기 플라즈마 형성 공간에 퍼지 가스를 공급하여 기판 상에 상기 퍼지 가스를 분사하는 단계를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 기판 처리 방법은 상기 플라즈마 형성 공간 및 상기 소스 가스 공간 각각과 공간적으로 분리되도록 상기 전극부에 마련된 퍼지 가스 분사 공간에 퍼지 가스를 공급하여 기판 상에 상기 퍼지 가스를 분사하는 단계(E)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 단계(C), 상기 단계(D) 및 상기 단계(E)는 동시에 수행되거나 순차적으로 수행될 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치와 이를 이용한 기판 처리 방법은 플라즈마 형성 공간과 소스 가스 분사 공간을 공간적으로 분리함으로써 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 함과 아울러 박막 물질의 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있으며, 박막 물질이 플라즈마 형성 공간의 주변 및/또는 플라즈마 전극 부재에 증착되지 것을 방지 내지 최소화하여 소스 가스의 사용 효율 및 박막 물질의 균일도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판 처리 장치와 이를 이용한 기판 처리 방법은 퍼지 가스를 이용한 기판에 증착되지 않은 소스 가스 및/또는 소스 가스와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스를 퍼지시킴으로써 박막 물질의 균일도 및 박막 물질의 막질 제어를 더욱 용이하게 할 수 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치를 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전극부를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 전극부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 전극부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 전극부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 전극부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 전극부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 전극부를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 전극부를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100)는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 전극부(130), 전극 커버(140), 플라즈마 전원 공급부(150), 반응 가스 공급부(160), 및 소스 가스 공급부(170)를 포함하여 구성된다.
공정 챔버(110)는 기판 처리 공정을 위한 반응 공간을 제공한다. 상기의 공정 챔버(110)의 바닥면은 반응 공간의 가스 등을 배기시키기 위한 배기관(112)에 연통된다.
기판 지지부(120)는 공정 챔버(110) 내부에 회전 가능하게 설치된다. 이러한 기판 지지부(120)는 공정 챔버(110)의 중앙 바닥면을 관통하는 회전축(122)에 의해 지지된다. 상기 회전축(122)은 축 구동 부재(124)의 구동에 따라 회전됨으로써 기판 지지부(120)를 소정 방향으로 회전시킨다. 그리고, 공정 챔버(110)의 하면 외부로 노출되는 상기의 회전축(122)은 공정 챔버(110)의 하면에 설치되는 벨로우즈(126)에 감싸여진다.
상기 기판 지지부(120)는 외부의 기판 로딩 장치(미도시)로부터 로딩되는 복수의 기판(W)을 지지한다. 이때, 기판 지지부(120)은 원판 형태를 가지는 것으로, 복수의 기판(W), 예를 들어 반도체 기판 또는 웨이퍼가 일정한 간격을 가지도록 원 형태로 배치된다.
전극부(130)는 기판 지지부(120)에 대향되도록 공정 챔버(110)의 상부에 배치되어 전극 커버(140)에 의해 덮여진다. 이러한 전극부(130)는 플라즈마 형성 공간(S1)을 통해 기판(W) 상에 플라즈마를 분출시키고, 플라즈마 형성 공간(S1)과 공간적으로 분리된 소스 가스 분사 공간(S2)을 통해 기판(W) 상에 소스 가스(SG)를 분사한다. 이때, 상기 플라즈마 형성 공간(S1)은 복수로 형성되고, 소스 가스 분사 공간(S2)은 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 사이사이에 공간적으로 분리되도록 형성된다.
구체적으로, 전극부(130)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 접지 프레임(210), 복수의 공간 형성 부재(220), 복수의 절연 부재(230), 복수의 플라즈마 전극 부재(240), 반응 가스 공급 부재(250), 및 소스 가스 공급 부재(260)를 포함하여 구성된다.
접지 프레임(210)은 공정 챔버(110)의 상부를 덮도록 공정 챔버(110)의 상부에 설치됨으로써 기판 지지부(120)에 지지된 복수의 기판(W) 각각에 대향된다. 이러한 접지 프레임(210)은 전기적으로 접지된다.
상기 접지 프레임(210)은 복수의 삽입 홀(212), 복수의 제 1 내지 제 3 가스 공급 홀(214, 216, 218)을 포함하도록 형성된다.
복수의 삽입 홀(212) 각각은 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각의 중심부에 중첩되도록 형성된다. 이때, 복수의 삽입 홀(212) 각각은 직사각 형태를 가지도록 형성된다.
복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 각각은 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각에 중첩됨과 아울러 복수의 삽입 홀(212) 각각의 일측에 인접하도록 형성된다. 이때, 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 각각은 복수의 삽입 홀(212) 각각의 길이 방향에 나란하게 배치된다.
복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 각각은 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각에 중첩됨과 아울러 복수의 삽입 홀(212) 각각의 타측에 인접하도록 형성된다. 이때, 복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 각각은 복수의 삽입 홀(212) 각각의 길이 방향에 나란하게 배치된다.
복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각은 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 중첩됨과 아울러 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 각각의 일측 또는 복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 각각의 타측에 인접하도록 형성된다. 이때, 복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각은 복수의 제 1 또는 제 2 가스 공급 홀(214, 216) 각각에 나란하게 배치된다.
복수의 공간 형성 부재(220) 각각은 제 1 및 제 2 가스 공급 홀(214, 216) 사이, 및 제 2 및 제 3 가스 공급 홀(216, 218) 사이에 중첩되는 접지 프레임(210)의 하면으로부터 기판 지지부(120) 쪽으로 소정 높이를 가지도록 나란하게 돌출됨으로써 공간적으로 분리되는 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 및 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각을 마련한다. 이때, 복수의 공간 형성 부재(220) 각각은 복수의 삽입 홀(212) 각각의 길이 방향에 나란하게 형성된다. 이에 따라, 하나의 플라즈마 형성 공간(S1)은 하나의 삽입 홀(212)과 삽입 홀(212)의 길이 방향 양측에 인접한 제 1 및 제 2 가스 공급 홀(214, 216)을 중첩되도록 마련된다. 그리고, 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각은 제 3 가스 공급 홀(218) 각각에 중첩되도록 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 사이사이에 마련된다. 이러한 복수의 공간 형성 부재(220) 각각은 전기적으로 접지된 접지 프레임(210)에 일체화됨으로써 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각은 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각을 전기적으로 분리시키는 역할을 한다.
복수의 절연 부재(230) 각각은 절연 물질로 이루어져 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 삽입 홀(212) 각각에 삽입된다. 이를 위해, 복수의 절연 부재(230) 각각은 "T"자 형태의 단면을 가지는 것으로, 접지 프레임(210)의 삽입 홀(212)에 삽입되는 몸체(232), 몸체(232)의 상면에 형성되어 접지 프레임(210)의 상면에 지지되는 헤드부(234), 및 헤드부(234)와 몸체(232)를 관통하는 중공부(236)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 복수의 절연 부재(230) 각각은 접지 프레임(210)과 후술될 플라즈마 전극 부재(240) 사이를 전기적으로 절연시키는 역할을 한다.
복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각은 도전성 물질로 이루어져 절연 부재(230)에 형성된 중공부(236)에 삽입되어 접지 프레임(210)의 하면으로부터 소정 높이로 돌출됨으로써 플라즈마 형성 공간(S1)에 배치된다. 이때, 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각은 복수의 공간 형성 부재(220) 각각과 동일한 높이로 돌출되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각은 "T"자 형태의 단면을 가지도록 형성된다. 이러한 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각은 급전 케이블(242)을 통해 플라즈마 전원 공급부(150)에 전기적으로 접속된다.
반응 가스 공급 부재(250)는 반응 가스 공급부(160)로부터 공급되는 반응 가스를 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀(214, 216) 각각에 공급함으로써 반응 가스가 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀(214, 216) 각각을 통해 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각에 분사되도록 한다. 이를 위해, 반응 가스 공급 부재(250)는 제 1 메인 가스 관(252), 및 복수의 제 1 분기 가스 관(254)을 포함하여 구성된다.
제 1 메인 가스 관(252)은 전극 커버(140)를 관통하여 반응 가스 공급부(160)에 연결된다.
복수의 제 1 분기 가스 관(254) 각각은 제 1 메인 가스 관(252)으로부터 분기되어 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 1 및 제 2 가스 공급 홀(214, 216) 각각에 연통되도록 접지 프레임(210)에 결합된다.
소스 가스 공급 부재(260)는 소스 가스 공급부(170)로부터 공급되는 소스 가스를 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각에 공급함으로써 소스 가스가 복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각을 통해 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 분사되도록 한다. 이를 위해, 소스 가스 공급 부재(260)는 제 2 메인 가스 관(262), 및 복수의 제 2 분기 가스 관(264)을 포함하여 구성된다.
제 2 메인 가스 관(262)은 전극 커버(140)를 관통하여 소스 가스 공급부(170)에 연결된다.
복수의 제 2 분기 가스 관(264) 각각은 제 2 메인 가스 관(262)으로부터 분기되어 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각에 연통되도록 접지 프레임(210)에 결합된다.
플라즈마 전원 공급부(150)는 소정의 주파수를 가지는 플라즈마 전원을 발생하고, 급전 케이블(242)을 통해 플라즈마 전원을 전극부(130)의 각 플라즈마 전극 부재(240)에 공급한다. 이때, 플라즈마 전원은 고주파(예를 들어, HF(High Frequency) 전력 또는 VHF(Very High Frequency) 전력이 공급된다. 예를 들어, HF 전력은 3㎒ ~ 30㎒ 범위의 주파수를 가지며, VHF 전력은 30㎒ ~ 300㎒ 범위의 주파수를 가질 수 있다.
상기 급전 케이블(242)에는 임피던스 매칭 회로(152)가 접속되어 플라즈마 전원 공급부(150)로부터 각 플라즈마 전극 부재(240)에 공급되는 플라즈마 전원의 부하 임피던스와 소스 임피던스를 정합시킨다. 이러한 임피던스 매칭 회로(152)는 커패시터 및 인덕터 중 적어도 하나로 구성되는 적어도 2개의 임피던스 소자(미도시)로 이루어질 수 있다.
반응 가스 공급부(160)는 소정의 반응 가스를 전극부(130)의 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 공급한다. 이를 위해, 반응 가스 공급부(160)는 전극 커버(140)의 상면 또는 공정 챔버(110)의 외부에 설치되어 전술한 반응 가스 공급 부재(250)를 통해 전극부(130)의 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 연통된다. 이때, 반응 가스는 소스 가스(SG)와 반응하는 가스로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반응 가스는 질소(N2), 산소(O2), 아산화질소(N2O), 및 오존(O3) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이러한 반응 가스는 플라즈마 형성 공간(S1)에서 발생되는 플라즈마에 의해 플라즈마화 되어 기판(W) 상으로 분사됨으로써 소스 가스 분사 공간(S2)으로부터 기판(W) 상에 분사되는 소스 가스(SG)와 반응하여 원하는 박막 물질이 기판(W) 상에 증착되도록 한다.
소스 가스 공급부(170)는 소정의 소스 가스를 전극부(130)의 각 소스 가스 분사 공간(S2)에 공급한다. 이를 위해, 소스 가스 공급부(170)는 전극 커버(140)의 상면 또는 공정 챔버(110)의 외부에 설치되어 전술한 소스 가스 공급 부재(260)를 통해 전극부(130)의 각 소스 가스 분사 공간(S2)에 연통된다. 이때, 소스 가스(SG)는 기판(W) 상에 증착될 박막 물질을 포함하여 이루어지는 것으로, 실리콘(Si), 티탄족 원소(Ti, Zr, Hf 등), 알루미늄(Al) 등을 함유할 수 있다. 예를 들어, 실리콘(Si)을 함유하는 소스 가스(SG)는 실란(Silane; SiH4), 디실란(Disilane; Si2H6), 트리실란(Trisilane; Si3H8), TEOS(Tetraethylorthosilicate), DCS(Dichlorosilane), HCD(Hexachlorosilane), TriDMAS(Tri-dimethylaminosilane) 및 TSA(Trisilylamine) 등이 될 수 있다. 이러한 소스 가스(SG)는 전술한 반응 가스(RG)와 반응하여 기판(W) 상에 증착됨으로써 기판(W) 상에 소정의 박막 물질을 형성한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(W)을 기판 지지부(120)에 일정한 간격으로 로딩하여 안착시킨다.
그런 다음, 복수의 기판(W)이 안착된 기판 지지부(120)를 소정 방향으로 회전시킨다.
이어서, 전극부(130)에 마련된 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 소스 가스(SG)를 공급하여 각 소스 가스 분사 공간(S2)의 하부로 소스 가스(SG)를 분사함으로써 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W) 각각에 소스 가스(SG)를 분사한다.
이어서, 전극부(130)에 마련된 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각에 플라즈마 전원을 공급함과 아울러 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각에 반응 가스(RG)를 공급하여 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 플라즈마를 형성함으로써 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 플라즈마화된 반응 가스를 기판(W) 상으로 분출시킨다. 이때, 플라즈마화된 반응 가스는 플라즈마 형성 공간(S1)에 공급되는 반응 가스(RG)의 유속(또는 흐름)에 의해 플라즈마 형성 공간(S1)의 하부로 분출된다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W)에서는 각 소스 가스 분사 공간(S2)으로부터 분사되는 소스 가스(SG)와 플라즈마 형성 공간(S1)으로부터 분출되는 플라즈마화된 반응 가스가 상호 반응하게 되고, 이로 인해 기판(W) 상에는 소정의 박막 물질이 증착되게 된다.
전술한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에서, 소스 가스(SG)를 분사하는 단계와 플라즈마를 분출시키는 단계는 동시에 수행되거나, 순차적으로 수행될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 복수의 기판(W)을 회전시키는 기판 지지부(620)의 상부 전면에 배치된 전극부(130)에 마련되는 플라즈마 형성 공간(S1)과 소스 가스 분사 공간(S1)을 공간적으로 분리함으로써 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 함과 아울러 박막 물질의 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있고, 박막 물질이 플라즈마 형성 공간(S1)의 주변 및/또는 플라즈마 전극 부재(240)에 증착되지 것을 방지 내지 최소화하여 소스 가스(SG)의 사용 효율 및 박막 물질의 균일도를 증가시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 전극부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치(300)는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 전극부(430), 전극 커버(140), 플라즈마 전원 공급부(150), 반응 가스 공급부(160), 소스 가스 공급부(170), 및 퍼지(Purge) 가스 공급부(380)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치(300)에서 전극부(330) 및 퍼지 가스 공급부(380)를 제외한 나머지 구성들은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100)와 동일하므로 동일한 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
전극부(330)는 전술한 복수의 플라즈마 형성 공간(S1)과 복수의 소스 분사 공간(S2)을 가지도록 형성되는 것으로, 접지 프레임(210), 복수의 공간 형성 부재(220), 복수의 절연 부재(230), 복수의 플라즈마 전극 부재(240), 반응 가스 공급 부재(350), 소스 가스 공급 부재(260), 및 퍼지 가스 공급 부재(370)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 전극부(330)에서 반응 가스 공급 부재(350) 및 퍼지 가스 공급 부재(370)를 제외한 나머지 구성들은 도 3 및 도 4에 도시된 전술한 전극부(130)와 동일하므로 이들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
반응 가스 공급 부재(350)는 반응 가스 공급부(160)로부터 공급되는 전술한 반응 가스(RG)를 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 각각에 공급함으로써 반응 가스(RG)가 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 각각을 통해 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각의 일측에 분사되도록 한다. 이를 위해, 반응 가스 공급 부재(350)는 제 1 메인 가스 관(352), 및 복수의 제 1 분기 가스 관(354)을 포함하여 구성된다.
제 1 메인 가스 관(352)은 전극 커버(140)를 관통하여 반응 가스 공급부(160)에 연결된다.
복수의 제 1 분기 가스 관(354) 각각은 제 1 메인 가스 관(352)으로부터 분기되어 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 각각에 연결통되도록 접지 프레임(210)에 결합된다.
퍼지 가스 공급 부재(370)는 퍼지 가스 공급부(380)로부터 공급되는 퍼지 가스(PG)를 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 각각에 공급함으로써 퍼지 가스(PG)가 복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 각각을 통해 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각의 타측에 분사되도록 한다. 이를 위해, 퍼지 가스 공급 부재(370)는 제 3 메인 가스 관(372), 및 복수의 제 3 분기 가스 관(374)을 포함하여 구성된다.
제 3 메인 가스 관(372)은 전극 커버(140)를 관통하여 퍼지 가스 공급부(380)에 연결된다.
복수의 제 3 분기 가스 관(374) 각각은 제 3 메인 가스 관(372)으로부터 분기되어 접지 프레임(210)에 형성된 복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 각각에 연결통되도록 접지 프레임(210)에 결합된다.
퍼지 가스 공급부(380)는 전극 커버(140) 또는 공정 챔버(110) 외부에 설치되어 소정의 퍼지 가스(PG)를 퍼지 가스 공급 부재(370)에 공급한다. 이때, 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지(Purge)하기 위한 것으로, 질소(N2), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 및 헬륨(He) 중 적어도 하나의 가스로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(W)을 기판 지지부(120)에 일정한 간격으로 로딩하여 안착시킨다.
그런 다음, 복수의 기판(W)이 안착된 기판 지지부(120)를 소정 방향으로 회전시킨다.
이어서, 전극부(330)에 마련된 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 소스 가스(SG)를 공급하여 각 소스 가스 분사 공간(S2)의 하부로 소스 가스(SG)를 분사함으로써 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W) 각각에 소스 가스(SG)를 분사한다.
이어서, 전극부(330)에 마련된 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각에 플라즈마 전원을 공급함과 아울러 각 플라즈마 형성 공간(S1)의 일측에 반응 가스(RG)를 공급하여 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 플라즈마를 형성함으로써 각 플라즈마 형성 공간(S1)에서 플라즈마화된 반응 가스를 기판(W) 상으로 분출시킨다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 회전에 회전되는 복수의 기판(W)에서는 각 소스 가스 분사 공간(S2)으로부터 분사되는 소스 가스(SG)와 플라즈마 형성 공간(S1)으로부터 분출되는 플라즈마화된 반응 가스가 상호 반응하게 되고, 이로 인해 기판(W) 상에는 소정의 박막 물질이 증착되게 된다.
그런 다음, 전극부(330)에 마련된 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각에 공급되는 플라즈마 전원을 중단하고, 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각에 퍼지 가스(PG)를 공급하여 각 플라즈마 형성 공간(S1)의 하부로 퍼지 가스(PG)를 분사함으로써 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W) 각각에 퍼지 가스(PG)를 분사한다. 이에 따라, 복수의 기판(W)에 분사되는 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지한다.
전술한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에서, 소스 가스(SG)를 분사하는 단계, 플라즈마를 분출시키는 단계 및 퍼지 가스(PG)를 분사하는 단계는 동시에 수행되거나, 순차적으로 수행될 수 있다. 그리고, 퍼지 가스(PG)를 분사하는 단계에서 퍼지 가스(PG)와 함께 각 플라즈마 전극 부재(240)에 플라즈마 전원을 공급하여 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 플라즈마를 형성함으로써 플라즈마화된 퍼지 가스를 기판(W) 상으로 분출시킬 수도 있다.
한편, 전술한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에서, 퍼지 가스(PG)와 반응 가스(RG) 각각은 서로 다른 가스 공급 홀(214, 216) 각각을 통해 분리되어 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 공급되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 서로 동일한 가스 공급 홀(214, 216)에 공급될 수도 있다. 이를 위해, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 전술한 반응 가스 공급 부재(350)는 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 중 일부에 연통됨과 아울러 복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 중 일부에 연통된다. 그리고, 전술한 퍼지 가스 공급 부재(370)는 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 중 나머지에 연통됨과 아울러 복수의 제 2 가스 공급 홀(216) 중 나머지에 연통된다. 이에 따라, 퍼지 가스(PG)와 반응 가스(RG) 각각은 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 및 복수의 제 2 가스 공급 홀(216)을 통해 복수의 플라즈마 형성 공간(S1)에 함께 공급된다. 다른 방법으로써, 전술한 반응 가스 공급 부재(350)와 전술한 퍼지 가스 공급 부재(370)는 서로 연통되도록 형성됨으로써 퍼지 가스(PG)와 반응 가스(RG) 각각은 복수의 제 1 가스 공급 홀(214) 및 복수의 제 2 가스 공급 홀(216)을 통해 복수의 플라즈마 형성 공간(S1)에 함께 공급될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 복수의 기판(W)을 회전시키는 기판 지지부(620)의 상부 전면에 배치된 전극부(130)에 마련되는 플라즈마 형성 공간(S1)과 소스 가스 분사 공간(S1)을 공간적으로 분리함으로써 소스 가스(SG)의 사용 효율 및 박막 물질의 균일도를 증가시키고, 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 제어함과 아울러 박막 물질의 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있고, 퍼지 가스(PG)를 이용하여 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지시킴으로써 박막 물질의 균일도 및 박막 물질의 막질 제어를 더욱 용이하게 할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 전극부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치(400)는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 전극부(430), 전극 커버(140), 플라즈마 전원 공급부(150), 반응 가스 공급부(160), 소스 가스 공급부(170), 및 퍼지 가스 공급부(380)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치(400)에서 전극부(430) 및 퍼지 가스 공급부(380)를 제외한 나머지 구성들은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100)와 동일하므로 동일한 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
전극부(430)는 복수의 플라즈마 형성 공간(S1), 복수의 소스 가스 분사 공간(S2), 및 인접한 한 쌍의 소스 가스 분사 공간(S2) 사이에 마련된 한 쌍의 플라즈마 형성 공간(S1) 사이에 마련된 퍼지 가스 분사 공간(S3)을 포함하여 구성된다. 이를 위해, 전극부(430)는 접지 프레임(310), 복수의 공간 형성 부재(220), 복수의 절연 부재(230), 복수의 플라즈마 전극 부재(240), 반응 가스 공급 부재(250), 소스 가스 공급 부재(460), 및 퍼지 가스 공급 부재(470)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 전극부(430)에서 접지 프레임(310), 소스 가스 공급 부재(460), 및 퍼지 가스 공급 부재(470)를 제외한 나머지 구성들은 도 3 및 도 4에 도시된 전술한 전극부(130)와 동일하므로 이들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
접지 프레임(310)은 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 중첩되도록 형성된 복수의 제 4 가스 공급 홀(219)을 더 포함하여 이루어지는 것을 제외하고는 도 3 및 도 4에 도시된 전술한 접지 프레임(210)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 즉, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 기판 처리 장치(300)는 도 3 및 도 4의 접지 프레임(210)에 형성된 인접한 한 쌍의 소스 가스 분사 공간(S2) 사이에 마련된 한 쌍의 플라즈마 형성 공간(S1) 사이에 마련되는 소스 가스 분사 공간(S2)을 퍼지 가스 분사 공간(S3)으로 사용하고, 이에 중첩되는 복수의 제 3 가스 공급 홀(216)을 제 4 가스 공급 홀(219)로 사용한다.
소스 가스 공급 부재(460)는 소스 가스 공급부(170)로부터 공급되는 소스 가스(SG)를 접지 프레임(310)에 형성된 복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각에 공급함으로써 소스 가스(SG)가 복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각을 통해 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 분사되도록 한다. 이를 위해, 소스 가스 공급 부재(460)는 제 2 메인 가스 관(462), 및 복수의 제 2 분기 가스 관(464)을 포함하여 구성된다.
제 2 메인 가스 관(462)은 전극 커버(140)를 관통하여 소스 가스 공급부(170)에 연결된다.
복수의 제 2 분기 가스 관(464) 각각은 제 2 메인 가스 관(462)으로부터 분기되어 접지 프레임(310)에 형성된 복수의 제 3 가스 공급 홀(218) 각각에 연통되도록 접지 프레임(310)에 결합된다.
퍼지 가스 공급 부재(470)는 퍼지 가스 공급부(380)로부터 공급되는 퍼지 가스(PG)를 접지 프레임(310)에 형성된 복수의 제 4 가스 공급 홀(219) 각각에 공급함으로써 퍼지 가스(PG)가 복수의 제 4 가스 공급 홀(219) 각각을 통해 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 분사되도록 한다. 이를 위해, 퍼지 가스 공급 부재(470)는 제 3 메인 가스 관(472), 및 복수의 제 3 분기 가스 관(474)을 포함하여 구성된다.
제 3 메인 가스 관(472)은 전극 커버(140)를 관통하여 퍼지 가스 공급부(380)에 연결된다.
복수의 제 3 분기 가스 관(474) 각각은 제 3 메인 가스 관(472)으로부터 분기되어 접지 프레임(310)에 형성된 복수의 제 4 가스 공급 홀(219) 각각에 연통되도록 접지 프레임(310)에 결합된다.
퍼지 가스 공급부(380)는 소정의 퍼지 가스(PG)를 전극부(430)에 마련된 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 공급한다. 이를 위해, 퍼지 가스 공급부(380)는 전극 커버(140)의 상면 또는 공정 챔버(110)의 외부에 설치되어 전술한 퍼지 가스 공급 부재(470)에 연통됨으로써 소정의 퍼지 가스(PG)를 전극부(430)의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 연통된다. 이때, 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지(Purge)하기 위한 것으로, 불화탄소(CF4), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 및 헬륨(He) 중 적어도 하나의 가스로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(W)을 기판 지지부(120)에 일정한 간격으로 로딩하여 안착시킨다.
그런 다음, 복수의 기판(W)이 안착된 기판 지지부(120)를 소정 방향으로 회전시킨다.
이어서, 전극부(430)에 마련된 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 소스 가스(SG)를 공급하여 각 소스 가스 분사 공간(S2)의 하부로 소스 가스(SG)를 분사함으로써 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W) 각각에 소스 가스(SG)를 분사한다.
이어서, 전극부(430)에 마련된 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각에 플라즈마 전원을 공급함과 아울러 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각에 반응 가스(RG)를 공급하여 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 플라즈마를 형성함으로써 각 플라즈마 형성 공간(S1)에서 플라즈마화된 반응 가스를 기판(W) 상으로 분출시킨다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 회전에 회전되는 복수의 기판(W)에서는 각 소스 가스 분사 공간(S2)으로부터 분사되는 소스 가스(SG)와 플라즈마 형성 공간(S1)으로부터 분출되는 플라즈마화된 반응 가스가 상호 반응하게 되고, 이로 인해 기판(W) 상에는 소정의 박막 물질이 증착되게 된다.
그런 다음, 전극부(430)에 마련된 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 퍼지 가스(PG)를 공급하여 각 퍼지 가스 분사 공간(S3)의 하부로 퍼지 가스(PG)를 분사함으로써 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W) 각각에 퍼지 가스(PG)를 분사한다. 이에 따라, 복수의 기판(W)에 분사되는 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지한다.
전술한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에서, 소스 가스(SG)를 분사하는 단계, 플라즈마를 분출시키는 단계 및 퍼지 가스(PG)를 분사하는 단계는 동시에 수행되거나, 순차적으로 수행될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 복수의 기판(W)을 회전시키는 기판 지지부(120) 상에 소정의 형태로 배치된 전극부(430)에 마련되는 플라즈마 형성 공간(S1)과 소스 가스 분사 공간(S1)을 공간적으로 분리함으로써 소스 가스(SG)의 사용 효율 및 박막 물질의 균일도를 증가시키고, 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 함과 아울러 박막 물질의 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있고, 퍼지 가스(PG)를 이용하여 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지시킴으로써 박막 물질의 균일도 및 박막 물질의 막질 제어를 더욱 용이하게 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 전극부의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치(500)는 공정 챔버(110), 기판 지지부(120), 전극부(530), 전극 커버(140), 플라즈마 전원 공급부(150), 반응 가스 공급부(160), 소스 가스 공급부(170), 및 퍼지 가스 공급부(380)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치(500)에서 전극부(530) 및 퍼지 가스 공급부(380)를 제외한 나머지 구성들은 전술한 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 기판 처리 장치(100)와 동일하므로 동일한 구성들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
전극부(530)는 복수의 플라즈마 형성 공간(S1), 복수의 소스 가스 분사 공간(S2), 및 플라즈마 형성 공간(S1)과 소스 가스 분사 공간(S2) 사이사이에 마련된 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3)을 포함하여 구성된다. 이를 위해, 전극부(530)는 접지 프레임(510), 복수의 공간 형성 부재(520), 복수의 절연 부재(230), 복수의 플라즈마 전극 부재(240), 반응 가스 공급 부재(250), 소스 가스 공급 부재(260), 및 퍼지 가스 공급 부재(570)를 포함하여 구성된다. 이러한 구성을 가지는 전극부(530)에서 접지 프레임(510), 복수의 공간 형성 부재(520), 및 퍼지 가스 공급 부재(570)를 제외한 나머지 구성들은 도 3 및 도 4에 도시된 전술한 전극부(130)와 동일하므로 이들에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
접지 프레임(510)은 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 중첩되도록 제 2 가스 공급 홀(216)과 제 3 가스 공급 홀(218) 사이에 형성된 복수의 제 4 가스 공급 홀(219)을 더 포함하여 이루어지는 것을 제외하고는 도 3 및 도 4에 도시된 전술한 접지 프레임(210)과 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
복수의 공간 형성 부재(520) 각각은 접지 프레임(510)의 하면으로부터 설정된 간격을 가지도록 소정 높이로 나란하게 돌출되어 복수의 플라즈마 형성 공간(S1), 복수의 소스 가스 분사 공간(S2), 및 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각을 형성하는 것을 제외하고는 도 3 및 도 4에 도시된 전술한 공간 형성 부재(220)와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
퍼지 가스 공급 부재(570)는 퍼지 가스 공급부(380)로부터 공급되는 퍼지 가스(PG)를 접지 프레임(510)에 형성된 복수의 제 4 가스 공급 홀(219) 각각에 공급함으로써 퍼지 가스(PG)가 복수의 제 4 가스 공급 홀(219) 각각을 통해 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 분사되도록 한다. 이를 위해, 퍼지 가스 공급 부재(570)는 제 3 메인 가스 관(572), 및 복수의 제 3 분기 가스 관(574)을 포함하여 구성된다.
제 3 메인 가스 관(572)은 전극 커버(140)를 관통하여 퍼지 가스 공급부(380)에 연결된다.
복수의 제 3 분기 가스 관(574) 각각은 제 3 메인 가스 관(572)으로부터 분기되어 접지 프레임(510)에 형성된 복수의 제 4 가스 공급 홀(219) 각각에 연통되도록 접지 프레임(510)에 결합된다.
퍼지 가스 공급부(380)는 소정의 퍼지 가스(PG)를 전극부(430)에 마련된 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 공급한다. 이를 위해, 퍼지 가스 공급부(380)는 전극 커버(140)의 상면 또는 공정 챔버(110)의 외부에 설치되어 전술한 퍼지 가스 공급 부재(570)에 연통됨으로써 소정의 퍼지 가스(PG)를 전극부(530)의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 연통된다. 이때, 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지(Purge)하기 위한 것으로, 불화탄소(CF4), 아르곤(Ar), 제논(Ze), 및 헬륨(He) 중 적어도 하나의 가스로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 복수의 기판(W)을 기판 지지부(120)에 일정한 간격으로 로딩하여 안착시킨다.
그런 다음, 복수의 기판(W)이 안착된 기판 지지부(120)를 소정 방향으로 회전시킨다.
이어서, 전극부(530)에 마련된 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 소스 가스(SG)를 공급하여 각 소스 가스 분사 공간(S2)의 하부로 소스 가스(SG)를 분사함으로써 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W) 각각에 소스 가스(SG)를 분사한다.
이어서, 전극부(530)에 마련된 복수의 플라즈마 전극 부재(240) 각각에 플라즈마 전원을 공급함과 아울러 복수의 플라즈마 형성 공간(S1) 각각에 반응 가스(RG)를 공급하여 각 플라즈마 형성 공간(S1)에 플라즈마를 형성함으로써 각 플라즈마 형성 공간(S1)에서 플라즈마화된 반응 가스를 기판(W) 상으로 분출시킨다. 이에 따라, 기판 지지부(120)의 회전에 회전되는 복수의 기판(W)에서는 각 소스 가스 분사 공간(S2)으로부터 분사되는 소스 가스(SG)와 플라즈마 형성 공간(S1)으로부터 분출되는 플라즈마화된 반응 가스가 상호 반응하게 되고, 이로 인해 기판(W) 상에는 소정의 박막 물질이 증착되게 된다.
그런 다음, 전극부(530)에 마련된 복수의 퍼지 가스 분사 공간(S3) 각각에 퍼지 가스(PG)를 공급하여 각 퍼지 가스 분사 공간(S3)의 하부로 퍼지 가스(PG)를 분사함으로써 기판 지지부(120)의 회전에 따라 회전되는 복수의 기판(W) 각각에 퍼지 가스(PG)를 분사한다. 이에 따라, 복수의 기판(W)에 분사되는 퍼지 가스(PG)는 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지한다.
전술한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에서, 소스 가스(SG)를 분사하는 단계, 플라즈마를 분출시키는 단계 및 퍼지 가스(PG)를 분사하는 단계는 동시에 수행되거나, 순차적으로 수행될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 제 4 실시 예에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 복수의 기판(W)을 회전시키는 기판 지지부(120) 상에 소정의 형태로 배치된 전극부(530)에 마련되는 플라즈마 형성 공간(S1)과 소스 가스 분사 공간(S1)을 공간적으로 분리함으로써 소스 가스(SG)의 사용 효율 및 박막 물질의 균일도를 증가시키고, 박막 물질의 막질 제어를 용이하게 함과 아울러 박막 물질의 스텝 커버리지를 향상시킬 수 있고, 퍼지 가스(PG)를 이용하여 기판(W)에 증착되지 않은 소스 가스(SG) 및/또는 소스 가스(SG)와 반응하지 않고 잔존하는 반응 가스(RG)를 퍼지시킴으로써 박막 물질의 균일도 및 박막 물질의 막질 제어를 더욱 용이하게 할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 제 1 내지 제 4 실시 예들에 따른 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에서는 복수의 소스 가스 분사 공간(S2)에 한 종류의 소스 가스(SG)를 공급하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 복수의 소스 가스 분사 공간(S2) 각각에 각기 다른 종류의 소스 가스를 공급할 수도 있다. 이 경우, 기판(W) 상에 각기 다른 박막 물질로 이루어진 다층 박막을 형성할 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: 공정 챔버 120: 기판 지지부
130: 전극부 140: 전극 커버
150: 플라즈마 전원 공급부 160: 반응 가스 공급부
170: 소스 가스 공급부 210: 접지 프레임
220: 공간 형성 부재 230: 절연 부재
240: 플라즈마 전극 부재 250: 반응 가스 공급 부재
260: 소스 가스 공급 부재

Claims (11)

  1. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 및
    상기 공정 챔버의 상부에 설치된 전극부를 포함하며,
    상기 전극부는 상기 기판 지지부 쪽으로 나란하게 돌출되어 공간적으로 분리되는 플라즈마 형성 공간과 소스 가스 분사 공간을 마련하는 복수의 공간 형성 부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 형성 공간은 복수로 형성되고, 상기 소스 가스 분사 공간은 복수의 플라즈마 형성 공간 사이사이에 마련된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 형성 공간에 플라즈마 전원을 공급하는 플라즈마 전원 공급부;
    상기 플라즈마 형성 공간에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 및
    상기 소스 가스 분사 공간에 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 공간 형성 부재는 전기적으로 접지된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 공정 챔버;
    상기 공정 챔버에 설치되어 기판을 지지하는 기판 지지부; 및
    상기 기판 지지부의 상부에 배치된 전극부를 포함하며,
    상기 전극부는,
    공간적으로 분리된 플라즈마 형성 공간과 소스 가스 분사 공간; 및
    상기 플라즈마 형성 공간에 배치된 플라즈마 전극 부재를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라즈마 전극 부재에 플라즈마 전원을 공급하는 플라즈마 전원 공급부;
    상기 플라즈마 형성 공간에 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부; 및
    상기 소스 가스 분사 공간에 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 플라즈마 형성 공간에 공급된 반응 가스는 상기 플라즈마 형성 공간에서 발생되는 플라즈마에 의해 플라즈마화되어 상기 기판 상으로 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전극부는 상기 기판 상에 퍼지 가스(Purge Gas)를 분사하기 위한 복수의 퍼지 가스 분사 공간을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 퍼지 가스 분사 공간은 상기 플라즈마 형성 공간과 상기 소스 가스 분사 공간 사이에 공간적으로 분리되도록 마련된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 장치를 이용한 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 소스 가스 분사 공간에 소스 가스를 공급하고, 상기 소스 가스 분사 공간의 하부를 통해 상기 소스 가스를 상기 기판에 분사하는 단계;
    상기 플라즈마 형성 공간에 반응 가스를 공급하여 플라즈마를 형성하는 단계;
    상기 플라즈마에 의해 상기 플라즈마 형성 공간에 형성되는 플라즈마화된 반응 가스를 상기 기판 상으로 분출시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 소스 가스를 상기 기판 상에 분사하는 단계와 상기 플라즈마화된 반응 가스를 상기 기판 상으로 분출시키는 단계는 동시에 수행되거나 순차적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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