JP6955791B1 - 構造変形が可能なプラズマソースコイル及びその調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】構造変形が可能なプラズマソースコイル及びその調整方法を提供する。【解決手段】本発明は、構造変形が可能なプラズマソースコイル及びその調整方法に関するものである。構造変形が可能なプラズマソースコイルは、中心部位(CP)を基準に螺旋状に延びる多数本のコイル枝11_1〜12_Mを含み、少なくとも1本のコイル枝11_1〜12_Mの延長方向または延長方向に沿う傾斜の調節が可能であることを特徴とする構造変形が可能である。【選択図】図1A

Description

本発明は、構造変形が可能なプラズマソースコイル及びその調整方法に係り、具体的に、ウェーハ表面全体に均一なプラズマが誘導されるように構造変形が可能なプラズマソースコイル及びその調整方法に関する。
プラズマ(Plasma)を活用してエッチング(Etching)工程を進行する半導体製造用装備でプラズマを発生させるソースコイル(Source Coil)は、プラズマ密度と均一性とに影響を及ぼす主要装置の1つに該当する。プラズマ密度と均一性は、エッチング工程の速度と結果物の均一特性とを決定する主要因子になるが、多様な工程条件でウェーハ表面全体に対してプラズマ分布の均一性を確保しにくいという短所を有する。プラズマの発生特性を調節する多様な技術が、この分野で公知されている。特許文献1は、信頼性が高いながら、量産に適したプラズマコイルの製造方法について開示する。特許文献2は、プラズマプロセッシングの不均一性を効果的に制御するプラズマプロセッシング装置について開示する。また、特許文献3は、高密度プラズマイオンを提供して半導体処理性能及び生産性の向上を可能にするVHF Z−コイルプラズマソースについて開示する。半導体工程の微細化及び高度化につれて、工程結果の均一性(Uniformity)を確保することが大きなイシュー(issue)として台頭しつつあるが、先行技術は、多様な工程過程で均一性を確保させるプラズマソースコイルの構造について開示しない。
本発明は、先行技術の問題点を解決するためのものであって、以下のような目的を有する。
大韓民国特許登録番号10−0519677(アダプティブプラズマテクノロジー株式会社、2005.10.13.公告)プラズマチャンバに使われるプラズマソースコイルの製造方法 WO2013/062929(アプライドマテリアルズインコーポレーテッド、2013.05.02.公開)位相制御を有する高効率3重−コイル誘導結合型プラズマソース WO2017/189234(レトロ−セミテクノロジーズ、エルエルシー、2017.11.02.公開)VHF Z−コイルプラズマソース
本発明の目的は、コイルの幾何学的構造を調節してプラズマ密度の分布特性が制御される構造変形が可能なプラズマソースコイル及びその調整方法を提供するところにある。
本発明の適切な実施形態によれば、構造変形が可能なプラズマソースコイルは、中心部位を基準に螺旋状に延びる多数本のコイル枝を含み、少なくとも1本のコイル枝の延長方向または延長方向に沿う傾斜の調節が可能であることを特徴とする構造変形が可能である。
本発明の他の適切な実施形態によれば、少なくとも1本のコイル枝の延長方向に沿って形成された調整ガイドをさらに含む。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、延長方向の調節または傾斜調節は、時計回り方向または逆時計回り方向に少なくとも1本のコイル枝が回転する方式になる。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、延長方向または傾斜調節によって少なくとも1本の隣接したコイル枝の間の分離間隔が調節される。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、延長方向または傾斜調節は、ウェーハ表面を基準になされ、これにより、中心部位の磁場の大きさが調節される。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、プラズマソースコイルの調整方法は、プラズマソースコイルが配される段階;プラズマソースコイルからプラズマ発生が誘導されて、既定の平面に対するプラズマ密度が探知されるか、プラズマ発生誘導による平面の互いに異なる位置からプラズマ密度に対する密度データが獲得される段階;及び探知されたプラズマ密度または密度データに基づいて、プラズマソースコイルを形成するコイル枝の延長方向または傾斜が調節される段階;を含む。
本発明のさらに他の適切な実施形態によれば、既定の平面は、工程チャンバの中心に固定されたウェーハ表面になる。
本発明による構造変形が可能なプラズマソースコイルは、多数本の螺旋状を作りながら延びるコイル枝(Coil Branch)の間の間隔が調節されるか、中心から縁部に至るコイル延長方向の傾斜度が調節される構造を有する。このような幾何学的な構造変更によって、互いに異なる工程条件でウェーハ表面に対するプラズマ密度の均一性を確保させる。
本発明による構造変形が可能なプラズマソースコイルの実施形態を示した図面である。 本発明による構造変形が可能なプラズマソースコイルの実施形態を示した図面である。 本発明によるプラズマソースコイルの他の実施形態を示した図面である。 本発明によるプラズマソースコイルの構造が調節される他の実施形態を示した図面である。 本発明によるプラズマソースコイルによって磁場が調整された実施形態を示した図面である。 本発明によるプラズマソースコイルが適用される実施形態を示した図面である。 本発明によるプラズマソースコイルの調整方法の実施形態を示した図面である。
以下、本発明は、添付図面に提示された実施形態を参照して詳細に説明されるが、実施形態は、本発明の明確な理解のためのものであって、本発明は、これに制限されるものではない。下記の説明で、互いに異なる図面で同じ図面符号を有する構成要素は、類似した機能を有するので、発明の理解のために、不要であれば、反復説明はせず、公知の構成要素は、簡略に説明されるか、省略されるが、本発明の実施形態から除外されるものと理解されてはならない。
図1A及び図1Bは、本発明による構造変形が可能なプラズマソースコイル10の実施形態を図示したものである。
図1Aを参照すれば、構造変更が可能なプラズマソースコイル10は、中心部位(CP)を基準に螺旋状に延びる多数本のコイル枝11_1〜12_Mを含み、少なくとも1本のコイル枝11_1〜12_Mの延長方向または延長方向に沿う傾斜の調節が可能である。
プラズマソースコイル10は、RF電力の供給によってプラズマを発生させるプラズマソースに設けられるコイルになり、プラズマソースは、例えば、TCP(Transformer Coupled Plasma)、ICP(inductively Coupled Plasma)、HP(Helicon Plasma)構造を有しうるが、これに制限されるものではない。また、プラズマソースは、エッチング工程を含めた半導体の多様な工程にプラズマを供給し、プラズマの用途によって、本発明は制限されるものではない。ソースコイル10は、それぞれ螺旋状に延びる多数本のコイル枝11_1〜12_Mからなり、それぞれの螺旋状は、同一であるか、互いに異なる曲線状を有しうる。ソースコイル10は、調節はコイルの全体面積のサイズを調節するか、傾斜度を調節するか、曲線状を調節することを含む。このような調節または調整は、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mの延長方向またはコイル枝11_1〜12_Mの傾斜を変更させる方法でなされうる。互いに異なるコイル枝11_1〜12_Mは、例えば、中心部位(CP)のような同一地点から螺旋状に互いに異なる長さに延びる。または、互いに異なる地点を基準に互いに異なる方向に螺旋状に延びる。例えば、ソースコイル10は、中心ソースコイル11とエッジソースコイル12とからなり、中心ソースコイル11は、同じ中心部位(CP)を基準に延びる多数本の中心コイル枝11_1〜11_Nからなりうる。そして、エッジソースコイル12は、中心ソースコイル11のエッジに位置しながら、互いに異なる地点を基準に延びる多数本のエッジコイル枝12_1〜12_Mからなりうる。中心ソースコイル11またはエッジソースコイル12は、全体として調整されるか、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mが独立して調整される。少なくとも1本のコイル枝11_1〜12_Mに関連した少なくとも1本の調整ガイド13_1〜13_Lが配置される。それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lは、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mを誘導する機能を有し、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mは、それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lによって誘導されながら、時計回り方向または逆時計回り方向に回転しうる。それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lは、螺旋状に延びる構造を有し、それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lの一地点にそれぞれのコイル枝11_1〜12_Mの端部が接触される。それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lは、コイル枝11_1〜12_Mを誘導することができる多様な形状を有し、例えば、それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lは、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mが配された固定平面から上側方向に突出した螺旋壁の構造になりうる。または、それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lは、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mが挿入されて誘導されるチューブ構造または半チューブ構造を有するか、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mが螺旋状に沿って誘導される誘導溝の構造を有しうる。それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lは、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mを時計回り方向または逆時計回り方向に回転させる多様な構造を有し、提示された実施形態に制限されるものではない。それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lは、互いに異なる螺旋状に延び、延長形態が変形される構造を有しうる。これにより、工程過程、工程条件またはプラズマ発生条件によって適切に延長形態が調節される。それぞれのコイル枝11_1〜12_Mは、それぞれの調整ガイド13_1〜13_Lの接触点14を形成し、接触点14が調整ガイド13_1〜13_Lに沿って移動することができる。これにより、それぞれのコイル枝11_1〜12_Mが時計回り方向または逆時計回り方向に回転しながら、コイル構造が変更されうる。コイル構造の変更は、図1Bに示されたように、以下のような方法でなされうる。
図1Bの(a):中心コイル11が調整ガイド13_1〜13_Lに沿って逆時計回り方向に回転すれば、中心コイル11の占有面積及び中心コイル枝11_1〜11_Nの間隔が大きくなり、エッジコイル12に対する相対的な距離が減少する。これにより、中心コイル11のインダクタンスが減少し、中心部位(CP)のプラズマ密度が減少する。これと共に、エッジコイル12に対する相対的な距離が小さくなりながら、エッジコイル12に対する影響が増加する。
図1Bの(b):中心コイル11が調整ガイド13_1〜13_Lに沿って時計回り方向に回転すれば、中心コイル11の占有面積と中心コイル枝11_1〜11_Nとの間隔が減少しながら、エッジコイル12に対する間隔が大きくなる。これにより、中心コイル11のインダクタンス(inductance)が増加しながら、中心部位(CP)のプラズマ密度が増加する。また、エッジコイル12に対する相対的な距離が増加して、中心コイル11に及ぼすエッジコイルの影響が減少しうる。
図1Bの(c):エッジコイル12が調整ガイド13_1〜13_Lに沿って回転すれば、エッジコイル12の占有面積が減少しながら、エッジコイル枝12_1〜12_Mの間の間隔が減少する。これにより、エッジコイル12の占有面積が減少しながら、エッジコイル枝12_1〜12_Mの間の間隔が減少しながら、縁部の部分のプラズマ密度が増加する。選択的に、中心コイル11に対する距離が保持されながら、エッジコイル枝12_1〜12_Mの間の間隔が調節されることによって、中心付近のプラズマ密度が保持されながら、縁部の部分のプラズマ密度が調節される。
図1Bの(d):エッジコイル12が調整ガイド13_1〜13_Lに沿って時計回り方向に回転すれば、エッジコイル12の占有面積及びエッジコイル枝12_1〜12_Mの間隔が減少しながら、中心コイル11に対する相対的な距離が減少する。これにより、エッジコイル12のインダクタンスが増加しながら、縁部の部分のプラズマ密度が増加し、中心コイル11に対する相対的な距離が増加しながら、中心コイル11による影響が減少しうる。
さらに、エッジコイル12が調整ガイド13_1〜13_Lに沿って逆時計回り方向に回転すれば、エッジコイル12の占有面積が減少しながら、エッジコイル枝12_1〜12_Mの間の間隔が増加する。これにより、エッジコイル12のインダクタンスが減少し、中心コイル11に対する距離が減少しながら、中心コイル11による影響が増加する。
前記から提示されたように、中心コイル11の場合、固定位置、時計回り方向及び逆時計回り方向のように3つの調整位置を有し、エッジコイル12も、また同一である。さらに、エッジコイル12が全体として固定されるか、外側に回転するように、2つの調整位置を有しうる。提示された実施形態の場合、18個の調整位置が設定されうるが、中心コイル11またはエッジコイル12の構造によって多様な調整位置または調節角度が設定され、提示された実施形態に制限されるものではない。
多様な方法で中心コイル11またはエッジコイル12が調節され、提示された実施形態に制限されるものではない。また、多様な方法で中心コイル11またはエッジコイル12が調整される。例えば、回転角度が調節されるモータのような駆動手段によって回転しうる。例えば、回転しなければならないそれぞれのコイル枝11_1〜12_Mの端部が回転円板に固定され、回転円板が駆動手段によって定められた角度で回転して、コイル枝11_1〜12_Mが回転しうる。中心コイル11またはエッジコイル12は、多様な方法で回転し、提示された実施形態に制限されるものではない。
図2は、本発明によるプラズマソースコイルの他の実施形態を図示したものである。
図2を参照すれば、プラズマソースコイルは、中心部位に形成されたブッシング(Bushing)21及びブッシング21の互いに異なる位置から螺旋状に延びるコイル枝22_1、22_2からなりうる。コイル枝22_1、22_2は、1本またはそれ以上にもなり、提示された実施形態に制限されるものではない。このような構造を有するプラズマソースコイルでコイル枝22_1、22_2の傾斜が調節されるか、コイル枝22_1、22_2の延長方向またはコイル枝22_1、22_2の間の間隔が調節される。コイル枝22_1、22_2の傾斜調節は、例えば、1本のコイル枝(例えば、22_1または22_2)で延長長さによって、固定面または基準面に対して互いに異なる高さになることを意味する。例えば、図2の右側に示されたように、ブッシング21に近くに位置するほどコイル枝22_1または22_2の部分は、基準面に対して相対的に高い位置になる。そして、ブッシング21から相対的に遠く位置するコイル枝22_1、22_2の場合、高さ調節されるか、高さ調節されない。これにより、プラズマソースコイルは、ブッシング21が位置する中心部位から縁部に至るまで全体として傾いた形状になりうる。または、例えば、ブッシング21から一定距離または一定半径の内部に位置するコイル枝22_1、22_2部分の傾斜または高さが調節されるように、部分的に高さまたは傾斜が調節される。このように部分的に傾斜が調節される場合、プラズマソースコイルは、傾斜コイル部分22a及び平面コイル部分22bからなりうる。傾斜コイル部分22aは、例えば、ブッシング21を基準に次第に高さが小さくなるように延び、これにより、互いに異なる半径を有する第1コイル枝22_1が半径に沿って互いに異なる高さになりうる。また、第2コイル枝22_2は、第1コイル枝22_1と互いに異なる高さになりながら、半径に沿って互いに異なる高さになりうる。これにより、部分傾斜調節された全体プラズマソースコイルの側面高さ線(CL)は、ブッシング21から傾斜線部位及び水平線部位からなり、傾斜線部位及び水平線部位は、プラズマソースコイルの全体構造または工程段階によって適切に調節される。それぞれのコイル枝22_1、22_2は、隣接した部位に対して同じ間隔を有しながら延びるか、互いに異なる間隔を有しながら延びる。また、互いに異なるコイル枝22_1、22_2は、同じ分離間隔を有しながら延び、本発明の1つの実施形態によれば、互いに異なるコイル枝22_1、22_2の間の分離間隔が調節される。
図3は、本発明によるプラズマソースコイルの構造が調節される他の実施形態を図示したものである。
図3を参照すれば、プラズマソースコイルを形成する互いに異なるコイル枝22_1、22_2は、ブッシング21の互いに異なる位置から延びながら、半径方向に互いに異なる分離間隔を有しうる。図2に提示された実施形態において、1つの半径方向に沿って互いに異なるコイル枝22_1、22_2は、同一または類似した分離間隔を有しうる。これに比べて、図3に提示された実施形態において、1つの半径方向に沿って互いに異なるコイル枝22_1、22_2は、互いに異なる分離間隔が繰り返して形成されるように延びる。このような構造と共に、それぞれのコイル枝22_1、22_2は、延長方向に沿って傾斜して形成されうる。互いに異なるコイル枝22_1、22_2の間の分離間隔またはそれぞれのコイル枝22_1、22_2の延長方向に沿う傾斜形成の有無または傾斜レベルは、工程レシピ(recipe)によって適切に設定され、工程段階によって、均一なプラズマ密度が形成されるように多様に調整される。また、分離間隔または傾斜調整は、例えば、モータのような駆動手段による回転角度の調節によって精密に調整される。例えば、少なくとも1本のコイル枝22_1、22_2の少なくとも1つの互いに異なる地点が固定されて、モータの駆動によって定められた角度ほど回転し、これにより、それぞれのコイル枝22_1、22_2の分離間隔または傾斜度が調節される。このような分離間隔の調節または傾斜レベルの調整によって、それぞれのコイル枝22_1、22_2によって誘導される磁場が調節され、これにより、プラズマの発生が調整される。
図4は、本発明によるプラズマソースコイルによって磁場が調整された実施形態を図示したものである。
図4を参照すれば、中心コイル11及びエッジコイル12によって、それぞれの螺旋(Turn)によってそれぞれ磁場(B1〜BN)が誘導され、互いに異なる螺旋による磁場(B1〜BN)によって、プラズマの発生を誘導する誘導磁場(RB1〜RBN)が形成されうる。中心コイル11またはエッジコイル12が調整されない場合、例えば、ブッシング21が配された中心付近の下側に磁場が形成されないか、弱い磁場が形成されうる。これにより、ブッシング21の下側に位置するウェーハの中心部位の周辺にプラズマ密度が低くなり、これにより、ウェーハ工程に不良率が増加する。このようなプラズマの不均一性を解決するために、中心コイル11の傾斜度が調節され、これにより、修正磁場(CB1〜CBN)が形成され、これにより、修正誘導磁場(CRB1〜CRBN)が形成されうる。そして、このような修正誘導磁場(CRB1〜CRBN)によって、ウェーハの中心部位を含めてウェーハの周辺部位のプラズマ密度が調整されて、全体として均一なプラズマ密度を誘導させうる。提示された実施形態において、中心コイル11の傾斜レベルが調節されたが、これに制限されず、分離間隔または延長方向の調整のように中心コイル11またはエッジコイル12の構造が多様な方法で変形されて、プラズマ発生が均一になるように誘導される。
図5は、本発明によるプラズマソースコイルが適用される実施形態を図示したものである。
図5を参照すれば、プラズマソースコイルは、工程チャンバの上側に配された固定基板51に配されて、工程チャンバの内部にプラズマを発生させうる。工程チャンバの内部に静電チャック52が配され、静電チャック52にウェーハのような加工基板53が配置される。プラズマソースコイルの一端は、接地(G)になり、プラズマソースコイルにRF電力が印加されれば、プラズマが発生しうる。図5の下側の左側に示されたように、中心コイル11またはエッジコイル12が調整されない状態でウェーハのような加工基板53の表面は、不均一なプラズマ密度分布を有しうる。例えば、ブッシング21の下側に位置する加工基板53の中心部位のプラズマ密度が低く、外側に行くほどプラズマ密度が大きくなる。このような密度分布によって、加工誤差が発生し、これにより、工程エラーが発生しうる。前述したように、中心コイル11またはエッジコイル12の構造が調整され、これにより、図3の下の右側に示されたように、ウェーハのような加工基板53の表面全体にわたって均一なプラズマ密度が形成されうる。これにより、不均一なプラズマの分布によって発生しうる工程エラーが防止される。
図6は、本発明によるプラズマソースコイルの調整方法の実施形態を図示したものである。
図6を参照すれば、プラズマソースコイルの調整方法は、プラズマソースコイルが配される段階(ステップS61);プラズマソースコイルからプラズマ発生が誘導されて、既定の平面に対するプラズマ密度が探知されるか、プラズマ発生誘導による平面の互いに異なる位置からプラズマ密度に対する密度データが獲得される段階(ステップS62);及び探知されたプラズマ密度または密度データに基づいて、プラズマソースコイルを形成するコイル枝の延長方向または傾斜が調節される段階(ステップS63);を含む。さらに、プラズマソースコイルの調整方法は、延長方向または傾斜調節のために、駆動手段が作動する段階(ステップS64)を含む。
ウェーハの加工のために、プラズマソースコイルが工程チャンバの上側に配され(ステップS61)、プラズマソースコイルは、多数本のコイル枝からなりうる。そして、それぞれのコイル枝は、螺旋状に延び、互いに異なるコイル枝は、1つのブッシングの互いに異なる位置から螺旋状に延びる。または、多数本のコイル枝は、中心コイルとエッジコイルとからなり、中心コイルまたはエッジコイルは、独立して調整される。プラズマソースコイルに電力が供給されてプラズマが誘導されるか、プラズマソースコイルに電力が供給されて、既定の平面に対する磁場が誘導される(ステップS61)。例えば、静電チャックに固定されたウェーハの表面でプラズマ分布が確認されるか、ウェーハ表面で磁場が探知されて誘導されるプラズマ密度データが獲得される(ステップS62)。ウェーハ表面に対するプラズマ密度データに基づいて、ウェーハ表面のプラズマ密度の均一性が算出され、必要に応じてプラズマソースコイルを形成するコイル枝の間隔が調整されるか、コイル枝の延長方向に沿う傾斜が調節される(ステップS63)。間隔の調整または傾斜の調整は、例えば、モータのような駆動手段の作動によってなされ(ステップS64)、モータの回転角度を調節することによって、コイル枝の回転角度が精密に調節される。前述したように、コイル枝の調整は、多様な方法で調節され、提示された実施形態に制限されるものではない。
以上、本発明は、提示された実施形態を参照して詳細に説明されたが、当業者は、提示された実施形態を参照して、本発明の技術的思想を外れない範囲で多様な変形及び修正発明を作ることができる。本発明は、このような変形及び修正発明によって制限されず、但し、下記に添付の特許請求の範囲によって制限される。
10:プラズマソースコイル
11:中心ソースコイル
12:エッジソースコイル
11_1〜11_N:中心コイル枝
12_1〜12_M:エッジコイル枝
13_1〜13_L:調整ガイド
21:ブッシング
22_1、22_2:コイル枝
52:静電チャック
53:加工基板

Claims (1)

  1. 中心部位(CP)を基準にそれぞれ螺旋状に延びる多数本のコイル枝11_1〜12_Mと、
    多数本の前記コイル枝11_1〜12_Mのそれぞれの延長方向に沿って螺旋状に延設された調整ガイド13_1〜13_Lと
    を含む構成であって、
    それぞれの前記コイル枝11_1〜12_Mの端部を、それぞれ前記調整ガイド13_1〜13_Lに沿って移動可能であると共に、
    それぞれの前記コイル枝11_1〜12_Mの延長方向または延長方向に沿う傾斜の調節が可能であることを特徴とする構造変形が可能なプラズマソースコイル。
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