KR101045146B1 - 전력을 공급받는 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한방법 - Google Patents

전력을 공급받는 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한방법 Download PDF

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유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드에 인가되는 전압을 조절하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 적당한 전압이 패러데이 실드에 쉽고 가변적으로 인가되므로, 에칭 프로세스에 악영향을 미치는 불휘발성 반응물의 퇴적을 막고 경감시키도록 플라즈마의 스퍼터링이 제어될 수 있다. 동조 캐패시터를 간단히 조절함으로써 특정의 에칭 프로세스나 단계에 적당한 전압이 패러데이 실드에 인가된다. 패러데이 실드 전압을 조절하기 위해서 에칭장치를 기계적으로 재구성할 필요는 없다.

Description

전력을 공급받는 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한 방법 {METHOD FOR ADJUSTING VOLTAGE ON A POWERED FARADAY SHIELD}
본 발명은 일반적으로 반도체 제조에 관한 것으로, 특히 유도결합 플라즈마 에칭실 내부의 플라즈마의 움직임(동작)을 제어하도록 전력을 공급받는 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
반도체 제조에서 에칭 프로세스는 보통 반복하여 실행된다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 2가지 타입의 에칭 프로세스, 즉 웨트 에칭(wet etching)과 드라이 에칭(dry etching)이 있다. 드라이 에칭은 통상적으로 유도결합 플라즈마 에칭장치를 이용하여 실행된다.
도 1은 종래기술에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)를 나타낸다. 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)는 챔버벽(102)과 챔버 윈도우(104)에 의해 구조적으로 경계가 정해지는 에칭실(101)을 갖추고 있다. 챔버벽(102)은 통상적으로 스테인리스강으로 제조되지만, 다른 적당한 재료가 사용될 수도 있다. 챔버 윈도우(104)는 통상적으로 석영으로 제조되지만, 알루미나(Al2O3), 질화 규소(Si3N4), 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 규소(Si) 등의 다른 재료가 사용될 수도 있다. 챔버 윈도우(104)는 챔버벽(102)을 진공밀폐한다. 반도체 웨이퍼(즉, "웨이퍼"; 110)는 에칭실(101)의 아래쪽 내부 표면에 위치한 척(chuck; 108)에 장착된다. 코일(116)과 금속실드(112)는 챔버 윈도우(104) 위쪽에 위치해 있다. 코일(116)은 절연성 스페이서(도시하지 않음)에 의해 에칭실(101) 위쪽에 유지되어 있다. 코일(116)은 도전성 재료로 제조되고, 적어도 하나의 완전한 턴(turn)을 포함하고 있다. 도 1에 나타낸 예시적인 코일(116)은 3개의 턴을 포함하고 있다. "X" 표시의 코일(116)은 코일(116)이 지면 안으로 회전하여 연장되는 것을 나타낸다. 반대로, "●" 표시의 코일(116)은 코일(116)이 지면 밖으로 회전하여 연장되는 것을 나타낸다. 금속실드(112)는 절연성 스페이서(114)를 이용하여 이격된 상태로 코일(116) 아래쪽에 고정되어 있다. 금속실드(112)는 챔버 윈도우(104) 바로 위쪽에 배치되어 있다. 코일(116)과 금속실드(112) 및 챔버 윈도우(104)는 각각 서로 거의 평행으로 되도록 구성되어 있다. 게다가, 코일(116)과 금속실드(112)는 탭(118)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
도 2는 종래기술에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)의 기본 동작원리를 나타낸다. 동작 중에 있어서는, 반응가스는 가스 도입포트(도시하지 않음)로부터 가스 배출포트(도시하지 않음)로 에칭실(101)을 통과하여 흐른다. 고주파 전력(RF전력)이 전원장치(도시하지 않음)로부터 코일(116)로 인가되고, RF전류가 코일(116)을 통과하여 흐르게 된다. 코일(116)을 통과하여 흐르는 RF전류는 코일(116) 둘레에 전자기장(120)을 발생시킨다. 전자기장(120)은 에칭실(101) 내에 유도전류(122)를 발생시킨다. 유도전류(122)는 플라즈마(123)를 생성시키기 위해 반응가스에 따라 동작한다. 고주파 전력(즉, RF전력)은 플라즈마(123)가 에칭 프로세스를 실행하기 위해 웨이퍼(110) 표면으로 풀다운(pull down)되도록 플라즈마(123)에 방향성을 제공하기 위해 전원장치(도시하지 않음)로부터 척(108)으로 인가된다.
플라즈마(123)는 양이온과 음이온 형태로 여러 타입의 래디칼(radical)을 포함한다. 여러 타입의 양이온과 음이온의 화학반응은 웨이퍼(110)를 에칭하는데 이용된다. 에칭 프로세스 동안, 코일(116)은 변압기 내의 1차 코일의 기능과 유사한 기능을 실행하는 반면, 플라즈마(123)는 변압기 내의 2차 코일의 기능과 유사한 기능을 실행한다.
에칭 프로세스에 의해 발생되는 반응물은 휘발성이거나 불휘발성일 수 있다. 휘발성 반응물은 사용된 반응가스와 함께 가스 배출포트를 통해 폐기된다. 그러나, 불휘발성 반응물은 통상적으로 에칭실(101) 내에 잔류한다. 불휘발성 반응물은 챔버벽(101)과 챔버 윈도우(104)에 부착될 수 있다. 챔버 윈도우(104)에 대한 불휘발성 반응물의 부착은 에칭 프로세스를 방해할 수 있다. 챔버 윈도우(104)상의 도전성의 불휘발성 반응물의 퇴적은 코일(116) 둘레에 발생되는 전자기장(120)으로부터 에칭실(101)의 내부영역을 전기적으로 차폐할 수 있다. 그 결과, 플라즈마(123)는 쉽게 충돌할 수 없게 되고, 에칭 프로세스는 퇴적물이 챔버 윈도우(104)로부터 제거될 때까지 중지되게 된다. 더욱이, 과도한 퇴적물은 챔버 윈도우(104)로부터 벗겨져서 웨이퍼(110)로 떨어지는 파티클을 초래할 수 있기 때문에, 에칭 프로세스를 방해하게 된다. 따라서, 과도한 퇴적물은 에칭실(101)과 챔버 윈도우(104)의 보다 빈번한 세정을 필요로 한다.
불휘발성 반응물의 챔버 윈도우(104)로의 퇴적은 퇴적을 "중지(knock off)"시키기 위해 챔버 윈도우(104)에 대해 플라즈마를 스퍼터링함으로써 경감되고 방지될 수 있다. 플라즈마(123)의 불균일성을 피하기 위해, 스퍼터링은 챔버 윈도우(104) 전체에 걸쳐 균일한 방식으로 실행되어야 한다. 불균일한 퇴적 및/또는 불균일한 스퍼터링은 에칭 프로세스로의 드리프트를 도입할 수 있다. 드리프트는 특성이 균일하게 되려고 하는 다수의 웨이퍼(110) 사이에서 재현성을 방해할 수 있다.
금속실드(112)는 코일(116)에 의해 발생되는 전자기 에너지가 플라즈마(123)에 균일하게 분배되는 것을 보증하기 위해 패러데이 실드로서 기능하게 된다. 전자기 에너지가 챔버 윈도우(104) 부근에서 플라즈마(123)에 균일하게 분배되는 결과로서, 챔버 윈도우(104)에는 불휘발성 반응물이 균일하게 퇴적된다. 마찬가지로, 챔버 윈도우(104)로부터의 불휘발성 반응물의 스퍼터링도 균일하게 발생한다. 챔버 윈도우(104) 전체에 걸친 균일한 전기적 특성의 존재는 에칭실(101) 전체에 걸친 균일한 플라즈마(123) 특성을 용이하게 발생시킬 수 있다. 그러나, 챔버 윈도우(104)에 대한 불휘발성 반응물의 한층 더 균일한 퇴적은 상술한 바와 같이 에칭 프로세스를 계속 방해할 것이다. 따라서, 불휘발성 반응물의 퇴적을 방지하기 위해 챔버 윈도우(104)에 대해 플라즈마(123)를 스퍼터링할 필요가 있다. 챔버 윈도우(104)에 대한 플라즈마(123)의 스퍼터링은 플라즈마(123)의 하전입자에 의해 챔버 윈도우(104)의 부식을 최소화하거나 방지하기 위해서 주의 깊게 실행되어야 한다.
도 3은 종래기술에 따라 챔버 윈도우(104) 특성에 영향을 주도록 패러데이 실드전압을 어떻게 제어할 수 있는지를 나타낸다. 참조번호 134는 챔버 윈도우(104)에 대해 불휘발성 반응물의 퇴적과 스퍼터링을 제어하기 위해 금속실드(112)에 적당한 전압을 인가할 때의 영향을 나타낸다. 적당한 전압이 금속실드(112)에 인가된 경우는, 플라즈마(123)의 입사 이온(128)은 챔버 윈도우(104)를 향해 균일하게 나아갈 것이다. 입사 이온(128)의 에너지와 강도는 스퍼터링의 부식영향을 동시에 최소화하면서 퇴적을 방지할 것이다. 참조번호 136은 금속실드(112)에 너무 낮은 전압을 인가할 때의 영향을 나타낸다. 전압이 너무 낮은 경우는, 챔버 윈도우(104)를 향해 나아가는 입사 이온(130)은 보통 퇴적물(124)이라 불리는 불휘발성 반응물의 형성을 방지하는데 필요한 에너지와 강도가 부족할 것이다. 참조번호 138은 금속실드(112)에 너무 높은 전압을 인가할 때의 영향을 나타낸다. 전압이 너무 높은 경우는, 입사 이온(132)은 너무 많은 에너지와 너무 센 강도를 가지고 챔버 윈도우(104)를 향해 나아가게 되기 때문에, 너무 많은 스퍼터링을 생성시키게 된다. 과도한 스퍼터링은 챔버 윈도우(104)의 부식(126)을 초래할 수 있다. 이러한 부식(126)은 챔버 윈도우(104)의 수명을 단축시킬 뿐만 아니라, 웨이퍼(110)를 오염시킬 수 있고 또한 동시에 에칭 프로세스 환경으로 불필요한 화학적 종(species)을 이입할 수 있는 파티클을 발생시킨다. 에칭 프로세스 환경에서 불필요한 종의 존재는 특히 에칭 프로세스 조건의 재현성을 약화시키기 때문에 바람직하지 않다.
적당한 패러데이 실드전압은 실행되고 있는 특정의 에칭 프로세스에 의존한다. 적당한 전압에 영향을 주는 몇몇 요소는 반응가스의 타입과 코일(116)에 인가되는 RF전력, 웨이퍼(110)로부터 에칭되어야 하는 재료 및, 에칭실(101) 내부의 프로세스 환경조건을 포함하고 있다. 많은 에칭의 설정은 다수의 에칭단계, 예컨대 RF전력, 압력, 가스성분이 대체로 다를 수 있는 돌파단계(breakthrough step), 벌크 에칭단계, 오버 에칭단계를 갖추고 있다. 이 때문에, 주어진 에칭단계에 적당한 패러데이 실드전압의 설정은 다른 에칭단계에서는 최적이 아닐 수 있다. 따라서, 패러데이 실드전압은 에칭 프로세스 동안 챔버 윈도우(104)가 불휘발성 반응물 퇴적없이 유지되는 것을 보증하도록 제어가능해야 한다. 게다가, 패러데이 실드전압은 다른 에칭 프로세스와 단계에 필요한 전압의 변동을 수용하도록 쉽게 조절가능해야 한다. 종래기술에 있어서는, 특정의 에칭 프로세스 동안 적당한 패러데이 실드전압을 얻기 위해 에칭 장치를 기계적으로 재구성했다. 이러한 기계적인 재구성은 좁은 동작 윈도우를 가지고, 재료소비와 시간소비의 면에서 비용이 많이 들어 웨이퍼 처리율의 저하를 초래하게 된다.
상술한 내용을 고려하여, 유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드에 인가되는 전압을 쉽게 조절하기 위한 방법 및 장치가 필요하게 된다.
대체로 말하면, 본 발명은 유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드의 전압을 쉽게 조절하기 위한 방법 및 장치를 제공함으로써 이들 필요성을 충족시킨다. 패러데이 실드전압 조절은 불휘발성 반응물의 퇴적을 방지하고 경감시키기 위해 챔버 윈도우에 대한 플라즈마 스퍼터링의 제어를 제공한다. 본 발명이 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스나 방법을 포함한 여러 방법으로 실현될 수 있음은 물론이다. 본 발명의 몇 개의 실시예를 아래에 설명한다.
1실시예에 있어서는, 유도결합 플라즈마 에칭장치가 개시된다. 이 에칭장치는 챔버의 상부 개구를 밀폐하기 위한 윈도우를 갖춘 챔버를 구비하고 있다. 윈도우는 챔버의 내부 영역에 노출된 내부 표면을 갖추고 있다. 또한, 에칭장치는 윈도우 위쪽에 배치되고 윈도우로부터 이격된 금속실드를 갖추고 있다. 코일은 금속실드 위에 배치되고 금속실드로부터 이격되어 있다. 코일은 입력단자와 출력단자 및 길이를 가지고 있다. 코일은 도전성 탭에 의해 금속실드에 전기적으로 접속되어 있다. 게다가, 제어회로는 코일의 입력단자 및 출력단자와 전기적으로 연통하고 있다. 제어회로는 코일의 입력단자에 RF 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 또한, 제어회로는 코일의 출력단자와 전기적으로 연통하는 캐패시터를 갖추고 있다. 이 캐패시터는 금속실드의 전압을 제어하는 것이 조절가능하도록 구성되어 있다. 금속실드의 전압은 제로에 가까운 전압레벨로부터 보다 높은 전압레벨까지의 범위에 걸쳐 제어된다. 실행되어야 하는 특정의 에칭 프로세스에 대해 선택되는 프로세스 전압은 금속실드의 전압이 제어되는 범위 내에 있다.
다른 실시예에 있어서는, 유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정시키는 단계를 갖추고 있고, 동조 캐패시터는 유도결합 플라즈마 에칭장치의 코일에 접속되어 있다. 이 방법은 코일 상의 노드의 위치를 결정하는 단계를 더 갖추고 있고, 이 노드는 코일 상에 존재하는 RF 정재파의 노드에 대응한다. 이 방법은 노드의 위치에 충분히 가까운 접속위치에서 코일을 금속실드에 전기적으로 접속하는 단계를 더 갖추고 있다. 또한, 이 방법은 에칭 프로세스에 적당한 전압이 금속실드에 얻어지도록 동조 캐패시터를 조절하는 단계를 갖추고 있다.
다른 실시예에 있어서는, 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스를 실행하기 위한 방법이 개시된다. 이 방법은 웨이퍼를 에칭하도록 구성된 챔버 내에서 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스를 실행하는 것에 기초를 두고 있다. 이 챔버는 상부 개구에 윈도우를 갖추고 있다. 이 윈도우는 챔버의 내부 영역에 노출되는 외부 표면과 내부 표면을 갖추고 있다. 코일과 금속실드 양쪽 모두는 윈도우의 외부 표면 위에 위치해 있다. 금속실드는 코일과 윈도우의 외부 표면 사이에서 이격된 상태로 위치해 있다. 이 방법은 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정시키는 단계를 갖추고 있고, 동조 캐패시터는 코일에 접속되어 있다. 또한, 이 방법은 코일 상의 노드의 위치를 결정하는 단계를 더 갖추고 있다. 동조 캐패시터가 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정될 때, 이 노드는 코일 상에 존재하는 RF 정재파의 노드에 대응한다. 이 방법은 노드의 위치에 충분히 가까운 접속위치에서 코일을 금속실드에 전기적으로 접속하는 단계를 더 갖추고 있다. 이 방법에 따라, 동조 캐패시터는 에칭 프로세스에 적당한 전압이 금속실드에 얻어지도록 조절된다. 또한, 이 방법은 에칭 프로세스를 실행하는 단계를 갖추고 있다.
본 발명의 이점은 많다. 그 중에서도 특히, 본 발명에서 개시된 유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드전압을 조절하기 위한 방법 및 장치가 에칭실 윈도우에 대해 플라즈마 스퍼터링의 제어를 제공함으로써 종래기술의 문제를 회피할 수 있다는 이점을 갖는다. 플라즈마 스퍼터링의 제어는 챔버 윈도우의 불휘발성 반응물 퇴적의 방지함과 더불어 경감시킨다.
본 발명의 다른 태양과 이점은 본 발명을 일례로서 나타낸 첨부도면과 관련된 다음의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치를 나타낸 도면이고,
도 2는 종래기술에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치의 기본 동작원리를 나타낸 도면,
도 3은 종래기술에 따라 챔버 윈도우 특성에 영향을 주도록 패러데이 실드전압을 어떻게 제어할 수 있는지를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치의 전기적 회로도를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 1실시예에 따른 코일 상에 존재하는 RF 정재파를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 1실시예에 따른 패러데이 실드와 접지 사이에 존재하는 가상 쇼트를 나타내는 도전성 경로를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 1실시예에 따른 패러데이 실드와 패러데이 실드를 적소에 유지하기 위한 컴포넌트의 분해사시도,
도 9는 본 발명의 1실시예에 따른 코일과 코일을 적소에 유지하기 위한 컴포넌트의 분해사시도,
도 10은 본 발명의 1실시예에 따른 동조 캐패시터의 조절에 대응하는 패러데이 실드전압의 반응에 관해 얻어지는 시험데이터를 나타낸 그래프,
도 11은 본 발명의 1실시예에 따른 여러 예시적인 플라즈마 조건에 대한 동조 캐패시터의 조절에 대응하는 패러데이 실드전압의 반응에 관해 얻어지는 시험데이터를 나타낸 그래프,
도 12는 본 발명의 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트,
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드의 전압을 조절하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트이다.
유도결합 플라즈마 에칭장치의 패러데이 실드에 인가되는 전압을 조절하기 위한 방법 및 장치에 대해, 발명이 개시된다. 대체로 말하면, 본 발명은 에칭 프로세스에 악영향을 주는 불휘발성 반응물의 퇴적을 방지하고 경감시키도록 플라즈마의 스퍼터링을 제어할 수 있게 적당한 전압을 패러데이 실드에 쉽고 가변적으로 인가할 수 있게 한다. 동조 캐패시터를 간단히 조절함으로써 특정의 에칭 프로세스나 단계에 적당한 전압을 패러데이 실드에 인가할 수 있다. 따라서, 본 발명은 특정의 에칭 프로세스나 단계에 적당한 패러데이 실드를 얻기 위해 에칭장치를 기계적으로 재구성할 필요가 없게 된다.
이하의 설명에 있어서, 여러 상세한 설명은 본 발명의 충분한 이해를 제공하도록 설명된다. 그러나, 본 발명은 이들 상세한 설명없이 실시할 수 있음은 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 명백한 것이다. 다른 경우에는, 본 발명이 불필요하게 불명료하게 되지 않도록 하기 위해 잘 알려진 프로세스 동작은 상세히 설명하지 않는다.
도 4는 본 발명의 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치(205)를 나타낸다. 유도결합 플라즈마 에칭장치(205)는 챔버벽(102)과 챔버 윈도우(104)에 의해 구조적으로 경계가 정해지는 에칭실(101)을 갖추고 있다. 챔버벽(102)은 통상적으로 스테인리스강으로 제조되지만, 다른 적당한 재료가 사용될 수도 있다. 챔버 윈도우(104)는 통상적으로 석영으로 제조되지만, 알루미나(Al2O3), 질화 규소(Si3N4), 질화 알루미늄(AlN), 탄화 규소(SiC), 규소(Si) 등의 다른 재료가 사용될 수도 있다. 챔버 윈도우(104)는 챔버벽(102)을 진공밀폐한다. 반도체 웨이퍼(즉, "웨이퍼"; 110)는 에칭실(101)의 아래쪽 내부 표면에 위치한 척(108)에 장착된다. RF 전원(240)은 정합회로(242)를 통해 척(108)에 전력을 공급한다. 척(108)에 인가된 RF 전력은 플라즈마(123)가 웨이퍼(110)로 나아가도록 플라즈마(123)에 방향성을 제공하는데 이용된다.
더욱이, 도 4에 관해서, 코일(116)과 금속실드(또는, "패러데이 실드"; 112)는 챔버 윈도우(104) 위쪽에 위치해 있다. 코일(116)은 절연성 스페이서(도시하지 않음)에 의해 에칭실(101) 위쪽에 유지된다. 코일(116)은 도전성 재료로 제조되고, 적어도 하나의 완전한 턴을 포함하고 있다. 도 4에 나타낸 예시적인 코일(116)은 3개의 턴을 포함하고 있다. "X" 표시의 코일(116)은 코일(116)이 페이지 안으로 회전하여 연장되는 것을 나타낸다. 반대로, "●" 표시의 코일(116)은 코일(116)이 페이지 밖으로 회전하여 연장되는 것을 나타낸다. 패러데이 실드(112)는 절연성 스페이서(114)를 이용하여 이격된 상태로 코일(116) 아래에 고정되어 있다.
도 4에 나타낸 절연성 스페이서(114)는 하나의 예시적인 구성을 나타낸다. 다른 구성은 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이의 공간(간격)을 채우기 위해 방사상 및 내부로 연장되는 절연성 스페이서(114)를 갖출 수 있다. 이러한 넓은 절연성 스페이서(114) 구성은 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이의 전압 브레이크다운(예컨대, 전기적 아크)을 방지하기 위해 사용될 수 있다. 다른 구성에 있어서, 절연성 스페이서(114)는 패러데이 실드(112) 에지를 완전히 둘러쌀 수 있다. 이 구성에 있어서, 챔버 윈도우(104) 외부 표면과 패러데이 실드(112) 사이의 패러데이 실드(112) 에지 근방의 영역은 절연성 스페이서(114)에 의해 점유될 수 있다. 특정한 절연성 스페이서(114) 구성의 이용은 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이의 공간(간격)에 의존한다.
패러데이 실드(112)는 챔버 윈도우(104) 바로 위쪽에 배치되어 있다. 패러데이 실드(112)가 챔버 윈도우(104)에 용량결합되어 있기 때문에, 패러데이 실드(112)는 챔버 윈도우(104)의 외부(즉, 상부) 표면과 접촉하고 있거나 챔버 윈도우(104) 위쪽에 올려져도 좋다. 따라서, 패러데이 실드(112)는 챔버 윈도우(104)에 있을 수 있고, 챔버 윈도우(104)에 접착될 수 있거나, 또는 챔버 윈도우(104) 위쪽에 지지될 수 있다. 도 4에 나타낸 바와 같은 본 발명의 예시적인 실시예는 챔버 윈도우(104) 위쪽에 지지되어 있는 패러데이 실드(112)를 나타낸다. 코일(116)과 패러데이 실드(112) 및 챔버 윈도우(104)는 각각 서로 거의 평행으로 되도록 구성되어 있다. 게다가, 코일(116)과 패러데이 실드(112)는 탭(118)을 통해 전기적으로 접속되어 있다.
RF 전원(212)은 코일(116)에 전력을 공급한다. RF 전원(212)은 접속(connection; 207)을 통해 캐패시터(210)와 전기적으로 연통하고 있다. 더욱이, 캐패시터(210)는 접속(209)을 통해 캐패시터(204)와 전기적으로 연통하고 있다. 더욱이, 캐패시터(204)는 접속(211)을 통해 코일(116)의 입력단자(201)와 전기적으로 연통하고 있다. 전압(Vin)은 캐패시터(204)로부터 입력단자(201)로 공급된다. 입력단자(201)에 대해 상보적인 것으로서, 코일은 출력단자(203)도 갖추고 있다. 코일(116)의 출력단자(203)는 접속(213)을 통해 캐패시터(206)와 전기적으로 연통하고 있다. 전압(Vout)은 출력단자(203)로부터 캐패시터(206)로 공급된다. 더욱이, 캐패시터(206)는 접속(215)을 통해 접지(214)와 전기적으로 연통하고 있다. 캐패시터(208)는 접속(209)에 전기적으로 결합되어 있는 접속(217)을 통해 캐패시터(210) 및 캐패시터(204)와 전기적으로 연통하고 있다. 더욱이, 캐패시터(208)는 접속(215)에 전기적으로 결합되어 있는 접속(219)을 통해 캐패시터(206) 및 접지(214)와 전기적으로 연통하고 있다.
동작 중에는, 반응가스는 에칭실(101)을 통과하여 가스 도입포트(도시하지 않음)로부터 가스 배출포트(도시하지 않음)로 흐른다. 이 때, 고주파 전력(즉, RF 전력)은 RF 전류가 코일(116)을 통해 흐르게 하기 위해 전원장치(도시하지 않음)로부터 코일(116)로 인가된다. 코일(116)을 통해 흐르는 RF 전류는 코일(116) 둘레에 전자기장을 발생시킨다. 전자기장은 에칭실(101) 내에 유도전류를 발생시킨다. 유도전류는 플라즈마(123)를 생성시키기 위해 반응가스에 따라 동작한다. 플라즈마(123)는 비플라즈마(non-plasma) 반응가스의 외장에 의해 봉해진다. 따라서, 고주파 전력(즉, RF전력)은 플라즈마(123)가 에칭 프로세스를 실행하기 위해 웨이퍼(110) 표면으로 풀다운되도록 플라즈마(123)에 방향성을 제공하기 위해 정합회로(242)를 통해 전원장치(240)로부터 척(108)으로 인가된다.
플라즈마(123)는 양이온과 음이온 형태를 취하는 여러 타입의 래디칼을 포함한다. 여러 타입의 양이온과 음이온의 화학반응은 웨이퍼(110)를 에칭하기 위해 사용된다. 에칭 프로세스 동안, 코일(116)은 변압기 내의 1차 코일의 기능과 유사한 기능을 실행하는 반면, 플라즈마(123)는 변압기 내의 2차 코일의 기능과 유사한 기능을 실행한다.
도 5는 본 발명의 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치(205)의 전기적 회로도를 나타낸 도면이다. RF전원(212), 접지(214), 코일(116), 입력단자(201), 출력단자(203) 사이의 전기적 컴포넌트와 접속은 도 4에 관해 상술한 것과 동일하다. 유도결합 플라즈마 에칭장치(205)의 물리적 컴포넌트의 전기적인 관계는 도 5의 나머지 부분에 나타내어져 있다.
코일(116)은 탭(118)에 의해 패러데이 실드(112)에 전기적으로 접속되어 있는 것처럼 나타내어져 있다. 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이의 물리적인 공간은 정전효과를 발생시킨다. 구체적으로는, 콘덴서(216a)는 입력단자(201)와 탭(118) 사이의 코일(116)의 길이에 따라 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이에 존재한다. 마찬가지로, 콘덴서(216b)는 탭(118)과 출력단자(203) 사이의 코일(116)의 길이에 따라 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이에 존재한다. 또한, 패러데이 실드(112)와 챔버 윈도우(104) 사이의 물리적인 공간은 캐패시터(218)에 의해 나타낸 바와 같이 정전효과를 발생시킨다.
전자기장은 에칭실(101) 내부의 반응가스에 전류를 유도하기 위해 코일(116)에 의해 생성된다. 반응가스 내로 유도된 전류는 플라즈마(123)를 생성시킨다. 코일(116)과 플라즈마(123)는 변압기의 1차 및 2차 코일 각각의 방식과 유사한 방식으로 전기적으로 결합된다. 이와 대응해서, 코일(116)은 인덕터(221)를 가지고 있고, 플라즈마(123)는 인덕터(224)를 가지고 있다. 또한, 플라즈마(123)는 유도전류에 대한 저항기(226)를 가지고 있다. 더욱이, 플라즈마(123)는 접지(214)에 접속되어 있는 챔버벽(102)으로부터 대전한 플라즈마(123)를 효과적으로 분리시키는 반응가스의 외장에 의해 둘러싸여져 있다. 반응가스의 외장은 콘덴서(222)와 저항기(220)를 갖추고 있다. 척(108)은 그 전기적 특성이 패러데이 실드(112)와 코일(116)의 전기적 작용에 영향을 미치지 않도록 챔버 윈도우(104)로부터 충분히 분리되어 있다. 따라서, 유도결합 플라즈마 에칭장치(205)에 대해 그 정합회로(242)와 RF 전원(240)을 갖춘 척(108)의 전기적인 관계는 도 5에 나타내고 있지 않다.
정전기장은 플라즈마(123)와 챔버 윈도우(104) 사이에서 패러데이 실드(112)에 의해 생성된다. 패러데이 실드(112)에 의해 생성된 정전기장은 플라즈마(123) 내의 이온을 챔버 윈도우(104)를 향해 가속시키는 전압을 발생시킨다. 이 가속 및 그 결과로서 생기는 챔버 윈도우(104)와의 충돌은 스퍼터링이라 부른다. 스퍼터링은 챔버 윈도우(104)에 퇴적된 불휘발성 반응물을 중지시킨다. 따라서, 적당하게 제어된 스퍼터링은 챔버 윈도우(104)에서의 불휘발성 반응물의 퇴적을 방지하고 경감시키는데 효과적이다.
패러데이 실드(112)에 인가되는 전압은 패러데이 실드(112)에 의해 생성되는 정전기장을 제어한다. 패러데이 실드(112)에 인가되는 전압의 제어는 챔버 윈도우(104)에 대해 플라즈마(123)의 스퍼터링의 제어를 초래한다. 따라서, 패러데이 실드(112)에 인가되는 전압을 주의 깊게 제어하면, 챔버 윈도우(104)에 대한 플라즈마(123)의 스퍼터링을 주의 깊게 제어하여 스퍼터링의 부식효과를 최소화함과 동시에 퇴적을 방지할 수 있다. 스퍼터링의 부식효과를 더 최소화하기 위해, 본 발명의 변형 실시예에서는 챔버 윈도우(104) 내부 표면 바로 근처에 비도전성의 희생 라이너를 배치할 수 있다. 퇴적을 방지하고 스퍼터링의 부식효과를 최소화하기 위해, 본 발명은 패러데이 실드(112)에 인가되는 전압을 주의 깊게 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
도 6은 본 발명의 1실시예에 따른 코일(116) 상에 존재하는 RF 정재파를 나타낸다. 코일(116) 입력단자(201)는 RF 정재파의 포지티브 피크 진폭(228)에 대응하는 것으로서 나타내어져 있다. 반대로, 코일(116) 출력단자(203)는 RF 정재파의 네거티브 피크 진폭(230)에 대응하는 것으로서 나타내어져 있다. 따라서, 노드(232)는 코일(116)의 길이에 따라 존재한다. 노드(232)의 위치에서 대응하는 코일(116) 전압은 거의 제로에 가깝다. 충분히 긴 코일(116)의 경우, 하나 이상의 노드(232)를 갖는 것이 가능하고, 이 때 노드(232)간의 공간은 RF 주파수에 의존한다. 본 발명의 예시적인 실시예는 단일 노드(232)를 갖춘 코일(116)을 나타내고 있지만, 본 발명의 방법 및 장치는 다수의 노드가 있는 경우에도 변함없다.
종래의 전송선로 이론은 효과적인 전송선로로서 동작하는 코일(116)의 분포 선로 특성을 정하기 위해 사용된다. 코일(116)의 분포 선로 특성을 정할 때, 플라즈마(123)의 효과는 변경된 분포 임피던스로서 통합된다. 전압과 위상 측정은 변경되는 RF 전력에 대해 코일(116) 입력단자(201)와 코일(116) 출력단자(203) 양쪽 모두에서 행해진다. 전압과 위상 측정은, 종단 임피던스(즉, 캐패시터(206)의 임피던스)와 함께, 코일(116)의 길이에 따른 RF 정재파에 대응하는 전압의 공간 분포를 결정하기 위해 사용된다. 코일(116)의 길이에 따른 전압의 공간 분포를 결정하기 위해 다수의 방법을 이용할 수 있다. 코일(116)의 길이에 따른 전압의 공간 분포를 결정하기 위한 예시적인 방법의 하나는, 알버트 제이. 램의 1997년 진공 과학과 기술 A15(5) "Observations of standing waves on an inductive plasma coil modeled as a uniform transmission line" 제목의 간행물 페이지 2615∼2622에서 찾을 수 있다.
도 7은 본 발명의 1실시예에 따른 패러데이 실드(112)와 접지(214) 사이에 존재하는 가상 쇼트(233)를 나타내는 도전성 경로를 나타낸다. 존재하는 가상 쇼트(233)에 대해서는, 탭(118)은 코일(116)의 길이에 따른 RF 정재파의 노드(232)에 충분히 가까운 위치에서 코일(116)에 패러데이 실드(112)를 전기적으로 접속해야 한다. 탭(118)을 노드(232)에 위치시킴으로써, 캐패시터(206)는 코일(116)과 탭(118)을 통해 캐패시터(206)와 패러데이 실드(112) 사이에 규정된 도전성 경로에 따라 RF 정재파에 의해 공진을 일으킨다. 캐패시터(206)가 RF 정재파에 의해 공진을 일으키기 때문에, 캐패시터(206)는 낮은 임피던스를 나타낸다. 따라서, 캐패시터(206)를 통과하는 패러데이 실드(112)와 접지(214) 사이의 도전성 경로는 가상 쇼트(233)로서 작용한다.
탭(118)이 노드(232)의 위치에서 코일(116)에 접속되도록 구성한 경우는, 캐패시터(206)는 동조 캐패시터로서 작용할 수 있다. 동조 캐패시터의 캐패시턴스의 변화는 코일(116)의 입력단자(201)와 출력단자(203)에서의 전압(Vin, Vout)을 변화시킨다. 전압(Vin, Vout)을 변화시키는 것은 무엇이든지 코일(116)의 길이에 따라 RF 정재파의 노드(232)의 위치를 변화시킨다. 탭(118) 위치가 물리적으로 고정되어 있기 때문에, 노드(232) 위치의 변화는 탭(118)을 더 이상 노드(232) 위치에 배치시키지 않게 된다. 따라서, 동조 캐패시터의 캐패시턴스가 변화하는 경우는, 패러데이 실드(112)와 접지(214) 사이에 존재하는 가상 쇼트(233)는 더 이상 존재하지 않게 될 것이고, 패러데이 실드(112) 상의 전압은 제로로부터 증가할 것이다.
본 발명은 동조 캐패시터의 캐패시턴스의 변화에 대응하는 노드(232) 위치의 변화를 이용한다. 구체적으로는, 동조 캐패시터(즉, 캐패시터(206))의 캐패시턴스는 노드(232) 위치를 이동시키기 위해 변화되고, 대응하는 패러데이 실드(112) 전압에 변화를 일으킨다. 노드(232) 위치가 탭(118) 위치로부터 멀리 떨어져서 이동함에 따라, 패러데이 실드(112) 상의 전압은 증가한다. 바람직한 실시예에 있어서는, 동조 캐패시터는 캐패시턴스가 패러데이 실드(112)를 제어하도록 변화되는 가변 캐패시터이다. 노드(232) 위치가 탭(118) 위치에 대응할 때의 값으로부터 동조 캐패시터의 캐패시턴스가 증가되거나 감소됨에 따라, 패러데이 실드(112) 상의 전압은 증가한다. 따라서, 패러데이 실드(112) 전압이 증가될 수 있는 범위를 최대로 하기 위해서는, 노드(232) 위치가 정해지고 탭(118)이 노드(232) 위치에 접속될 때 동조 캐패시터가 그 최소 캐패시턴스에 충분히 가까운 값으로 설정되어야 한다. 이러한 구성의 경우, 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 넓은 범위에 걸쳐 증가시키고, 그에 대응하여 패러데이 실드(112) 전압을 넓은 범위에 걸쳐 증가시킬 수 있다. 바람직한 실시예에 있어서는, 동조 캐패시터는 20pF∼500pF 범위의 캐패시턴스를 갖는다. 본 발명의 예시적인 실시예에 있어서는, 동조 캐패시터를 45pF로부터 90pF까지의 범위에 걸쳐 조절함으로써 패러데이 실드(112) 전압을 약 0V로부터 약 1200V까지 조절할 수 있다. 동조 캐패시터의 조절에 대한 패러데이 실드(112) 전압의 특정의 반응은 특정의 에칭 프로세스와 플라즈마(123) 조건에 의존한다. 패러데이 실드(112) 전압을 넓은 범위에 걸쳐 조절하는 능력은 적당한 전압이 특정의 에칭 프로세스의 요구를 만족시키도록 얻어질 수 있는 가능성이 더 높아지는 것에 대응한다.
도 8은 본 발명의 1실시예에 따른 패러데이 실드와 패러데이 실드를 적소에 유지하기 위한 컴포넌트의 분해사시도를 나타낸다. 패러데이 실드(112)는 다수의 부착 스페이서(314)를 갖추고 있는 부착 프레임(312)의 하부에 다수의 나사(302)에 의해 고정된다. 부착 스페이서(314)는 각각 부착 프레임의 상부에 나사(310)에 의해 고정된다. 부착 프레임(312), 부착 스페이서(314), 나사(310), 다수의 나사(302)는 임의의 적당한 절연성 재료로 형성될 수 있다. 패러데이 실드(112)에는 다수의 방사상 슬롯(radial slot; 300)이 형성되어 있다. 다수의 방사상 슬롯(300)은 도전성 패러데이 실드(112) 내에서 흐르는 방사상 전류를 차단하고, 방사상 전류는 코일(116)에 흐르는 전류에 의해 유도된다. 이것은, 패러데이 실드(112)에 흐르는 전류가 코일(116)과 에칭실(101)을 서로 전기적으로 차폐하도록 작용하기 때문에, 필요하다. 다수의 방사상 슬롯(300)을 고려하여 패러데이 실드(112)의 형상을 유지하기 위해, 외부 링(304), 내부 링(306) 및 중앙 디스크(308)가 다수의 나사(302)에 의해 부착 프레임(312)에 고정되어 있다. 외부 링(304), 내부 링(306) 및 중앙 디스크(308)는 임의의 적당한 절연성 재료로 형성될 수 있다. 패러데이 실드(112)의 변형 실시예는, 패러데이 실드(112)가 유사한 방식으로 기능하도록 구성되는 한, 본 발명과 조합시켜 사용할 수 있다.
도 9는 본 발명의 1실시예에 따른 코일(116)과 코일(116)을 적소에 유지하기 위한 컴포넌트의 분해사시도를 나타낸다. 도 8에도 나타낸 바와 같이, 부착 프레임(312)과 부착 스페이서(314)는 패러데이 실드(112)와 코일(116) 사이에 제공된다. 십자형 코일 장착판(326)의 4개의 단부 각각은 나사(331)에 의해 지지 스프링 하우징(330)에 고정된다. 십자형 코일 장착판(326)의 4개의 단부 각각은 나사(328)에 의해 부착 프레임(312)의 부착 스페이서(314)에 더 고정된다. 코일(116)은 다수의 나사(336; 명확히 하기 위해 하나만 도시함)에 의해 십자형 코일 장착판(326)의 하부에 고정된다. 이 구성에 있어서, 코일(116)은 거의 평행한 방식으로 패러데이 실드(112)로부터 이격되어 있다.
탭(118)은 노드(232) 위치에 충분히 가까운 위치에서 코일(116)에 접속되어 있다. 전기적으로 말하자면, 노드(232)는 단일 포인트이다. 따라서, 탭은 노드(232) 위치에 정확히 배치될 필요는 없다. 그렇지만, 탭(118)이 노드(232) 위치에 충분히 가까운 위치에서 코일(116)에 접속되어 있을 때에는, 상술한 가상 쇼트를 얻기 위해 동조 캐패시터를 조절함으로써 노드(232)를 이동시킬 수 있다. 이것들을 고려하여, 탭(118)은 화살표 354로 나타낸 바와 같이 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이에 삽입된다. 도 9에 나타낸 예시적인 실시예에 있어서는, 탭(118)은 나사(352)에 의해 코일(116)에 고정되고, 나사(353)에 의해 패러데이 실드(112)에 고정된다. 변형 실시예에 있어서는, 탭(118)은 각 접속이 도전적이고 움직일 수 없는 다른 방법(예컨대, 용해된 금속 땜납, 전기 용접 등)으로 코일(116)과 패러데이 실드(112)에 고정될 수 있다. 또한, 탭(118)은 임의의 도전성 재료로 형성될 수 있다. 탭(118)은 단지 코일(116)과 패러데이 실드(112) 사이의 도전성 접속이다. 바람직한 실시예에 있어서는, 탭(118)은 가능한 한 가장 짧은 직선 거리를 통과함으로써 코일(116)을 패러데이 실드(112)에 접속한다. 변형 실시예에 있어서는, 탭(118)은 가능한 한 가장 짧은 직선 거리 이외의 거리를 통과함으로써 코일(116)을 패러데이 실드(112)에 접속하기 위한 임의의 형상으로 형성될 수 있다.
도 9는 더욱이 십자형 코일 장착판(326)의 상부 전체에 걸쳐 배치되고 나사(332)에 의해 코일(116)에 고정된 직선 코일부재(318)를 나타낸다. 십자형 코일 장착판(326)의 이면에는 코일(116) 중심에 가장 가까운 위치에 곡선 코일부재(322)가 배치되어 있고, 나사(334)에 의해 직선 코일부재(318)에 고정되어 있다. 입력단자(338)는 나사(340)에 의해 곡선 코일부재(322)의 단부에 고정되어 있다. 출력단자(342)는 나사(344)에 의해 입력단자(338) 맞은 편의 코일(116)의 단부에 고정되어 있다. 코일(116)의 변형 실시예는, 코일(116)이 유사한 방식으로 기능하도록 구성되는 한, 본 발명과 조합시켜 사용할 수 있다.
도 10은 본 발명의 1실시예에 따른 동조 캐패시터의 조절에 대응하는 패러데이 실드(112) 전압의 반응에 관해 얻어지는 시험데이터를 나타낸 그래프이다. 곡선(402)은 5mT 압력과 1000W RF전력으로 산소 플라즈마(123)에서 패러데이 실드(112) 상에 생성되는 넓은 범위의 전압의 예를 나타낸다. 이 예에 있어서, 동조 캐패시터가 약 60pF로부터 약 80pF까지 조절됨에 따라 패러데이 실드(112) 전압은 거의 0V에 가까운 값으로부터 약 1200V까지 변화한다. 동조 캐패시터가 61pF에 가까운 캐패시턴스로 설정될 때 노드(232)가 얻어진다. 도 10의 곡선은 한정된 횟수의 실제 패러데이 실드(112) 전압측정에 기초를 두고 있다는 점에 주의해야 한다. 따라서, 실제 측정 데이터에 적당한 곡선은 도 10에 나타낸 바와 같이 노드(232)에서 0V 레벨에 도달하지 않는다. 그러나, 상술한 바와 같이 대응하는 패러데이 실드(112) 전압이 거의 0V에 가까운 값으로 되도록 동조 캐패시터를 조절함으로써, 탭(118) 위치에 노드(232)를 배치할 수 있다. 따라서, 61pF의 캐패시턴스에 가까운 값으로 동조 캐패시터를 정확히 조절함으로써, 정확한 노드 위치를 결정할 수 있다.
도 11은 본 발명의 1실시예에 따른 각종의 예시적인 플라즈마(123) 조건에 대한 동조 캐패시터의 조절에 대응하는 패러데이 실드(112) 전압의 반응에 관해 얻어지는 시험데이터를 나타낸 그래프이다. 도 11은 여러 산소 플라즈마(123) 조건에서 패러데이 실드(112) 상에 생성되는 전압 범위의 예를 나타낸다. 곡선(402)은 도 10에 나타낸 바와 같이 5mT 압력과 1000W RF전력에서의 산소 플라즈마(123)에 대응한다. 곡선(404)은 80mT 압력과 300W RF전력에서의 산소 플라즈마(123)에 대응한다. 곡선(406)은 80mT 압력과 100W RF전력에서의 산소 플라즈마(123)에 대응한다. 동조 캐패시터가 61pF의 캐패시턴스에 가까운 값으로 설정될 때 노드(232)가 얻어진다. 노드(232) 위치는 플라즈마(123) 조건에 상관없다는 점에 주의해야 한다. 플라즈마(123) 조건에 대한 노드(232) 위치의 독립성은, 탭(118) 위치를 재배치시키거나 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)를 재구성할 필요없이, 동조 캐패시터에 맞추어 플라즈마 실드(112) 전압을 조절하는 것을 가능하게 한다. 도 11의 예는 반응가스로서 산소를 이용하는 것에 기초를 두고 있다. 그러나, 본 발명의 원리와 기능은 다른 적당한 반응가스를 이용하는 경우에도 변함없다. 도 10과 마찬가지로, 도 11의 곡선은 한정된 횟수의 실제 패러데이 실드(112) 전압 측정에 기초를 두고 있다는 점에 주의해야 한다. 따라서, 실제 측정 데이터에 적당한 곡선은 도 11에 나타낸 바와 같이 노드(232)에서 0V 레벨에 도달하지 않는다. 그러나, 상술한 바와 같이 대응하는 패러데이 실드(112) 전압이 거의 0V에 가까운 값으로 되도록 동조 캐패시터를 조절함으로써, 탭(118) 위치에 노드(232)를 배치할 수 있다. 따라서, 61pF의 캐패시턴스에 가까운 값으로 동조 캐패시터를 정확히 조절함으로써, 정확한 노드 위치를 결정할 수 있다.
도 12는 본 발명의 1실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)의 패러데이 실드(112)의 전압을 조절하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트이다. 이 방법에 있어서, 단계 600은 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정시키는 단계를 갖추고 있다. 이 방법의 단계 602는 코일(116) 상에 존재하는 RF 정재파의 노드(232)의 위치를 결정하는 단계를 필요로 한다. 단계 602는 동조 캐패시터가 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정된 상태에서 실행된다. 단계 604는 코일(116)을 패러데이 실드(112)에 전기적으로 접속시키는 탭(118)이 단계 602에서 정해진 RF 정재파의 노드(232)의 위치에 충분히 가까운 위치에서 코일(116)에 접속되는 것을 필요로 한다. 단계 606은 동조 캐패시터가 특정의 에칭 프로세스에 대해 필요한 패러데이 실드(112) 전압을 얻도록 조절되는 것을 필요로 한다. 단계 608은 특정의 에칭 프로세스를 실행하는 단계를 갖추고 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)의 패러데이 실드(112)의 전압을 조절하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트이다. 단계 620은 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정시키는 단계를 갖추고 있다. 단계 622는 코일(116) 상에 존재하는 RF 정재파의 노드(232)의 위치를 결정하는 단계를 필요로 한다. 단계 624는 코일(116)을 패러데이 실드(112)에 전기적으로 접속시키는 탭(118)이 단계 622에서 정해진 RF 정재파의 노드(232)의 위치에 충분히 가까운 위치에서 코일(116)에 접속되는 것을 필요로 한다. 단계 626은 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)가 다수 단계의 에칭 프로세스의 첫번째 에칭단계에 대응해서 준비되는 것을 필요로 한다. 단계 628은 동조 캐패시터가 다수 단계의 에칭 프로세스의 현재 에칭단계에 대해 필요한 패러데이 실드(112) 전압을 얻도록 조절되는 것을 필요로 한다. 단계 630은 현재 에칭단계를 실행하는 단계를 갖추고 있다. 결정 단계 632는 현재 단계가 다수 단계의 에칭 프로세스의 최종 단계인지 아닌지를 묻는다. 현재 에칭단계가 최종 단계가 아니면, 방법은 다수 단계의 에칭 프로세스의 다음 에칭단계가 현재 에칭단계로 되는 단계 634를 계속 실행한다. 그 후, 방법은 동조 캐패시터가 현재 에칭단계에 대해 필요한 패러데이 실드(112) 전압을 얻도록 조절되는 단계 628로 진행한다. 결정 단계 632에 대해, 현재 에칭단계가 최종 단계이면, 다수 단계의 에칭 프로세스는 종료된다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)의 패러데이 실드(112)의 전압을 조절하기 위한 방법을 나타낸 플로우차트이다. 이 방법에 있어서, 단계 650은 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정시키는 단계를 갖추고 있다. 단계 652는 코일(116) 상에 존재하는 RF 정재파의 노드(232)의 위치를 결정하는 단계를 필요로 한다. 단계 652는 동조 캐패시터가 제로 동작 캐패시턴스에 가까운 값으로 고정된 상태에서 실행된다. 단계 654는 코일(116)을 패러데이 실드(112)에 전기적으로 접속시키는 탭(118)이 단계 652에서 정해진 RF 정재파의 노드(232)의 위치에 충분히 가까운 위치에서 코일(116)에 접속되는 것을 필요로 한다. 단계 656은 유도결합 플라즈마 에칭장치(100)가 다수 단계의 에칭 프로세스의 첫번째 에칭단계에 대응해서 준비되는 것을 필요로 한다. 단계 658은 동조 캐패시터가 다수 단계의 에칭 프로세스의 현재 에칭단계에 대해 필요한 패러데이 실드(112) 전압을 얻도록 조절되는 것을 필요로 한다.
현재 에칭단계의 실행 중에, 챔버 윈도우(104)는 불휘발성 에칭 부산물의 퇴적을 검출하기 위해 감시된다. 챔버 윈도우(104) 상의 불휘발성 에칭 부산물의 퇴적을 감시하고 검출하기 위해 다수의 기술을 이용할 수 있다. 이러한 예시 중의 하나는 박막의 광반사 측정(optical reflectometry)이다. 또한, 본 발명은 불휘발성 에칭 부산물의 퇴적을 검출하기 위한 측정기준으로서 검출된 패러데이 실드(112) 전압의 변화를 이용할 수도 있다. 결정 단계 662는 퇴적의 감시를 나타낸다. 퇴적이 검출되면, 패러데이 실드(112) 전압을 증가시키기 위해 동조 캐패시터의 캐패시턴스가 증가되는 단계 668이 실행된다. 챔버 윈도우(104)에 대한 플라즈마(123)의 스퍼터링을 증가시키기 위해 패러데이 실드(112) 전압이 증가된다. 챔버 윈도우(104)에 대한 플라즈마(123)의 스퍼터링의 증가는 검출된 퇴적을 제거하고, 그 이상의 퇴적을 방지한다. 현재 에칭단계의 실행은 단계 668의 동조 캐패시터 조절 중 및 그 후에 계속된다.
또한, 현재 에칭단계의 실행 중에, 챔버 윈도우(104)는 플라즈마(123)의 과도한 스퍼터링을 검출할 목적으로 감시된다. 결정 단계 664는 플라즈마(123) 스퍼터링 감시를 나타낸다. 과도한 스퍼터링이 검출되면, 패러데이 실드(112) 전압을 감소시키기 위해 동조 캐패시터의 캐패시턴스가 감소되는 단계 670이 실행된다. 챔버 윈도우(104)에 대한 플라즈마(123)의 스퍼터링을 감소시키기 위해 패러데이 실드(112) 전압이 감소된다. 챔버 윈도우(104)에 대한 플라즈마(123)의 스퍼터링의 감소는 챔버 윈도우(104) 재료의 부식을 막는다. 따라서, 에칭 환경으로의 불필요한 챔버 윈도우(104) 화학적 종의 도입을 막아 챔버 윈도우(104)의 서비스 기간을 향상시킬 수 있다. 현재 에칭단계의 실행은 단계 670의 동조 캐패시터 조절 중 및 그 후에 계속된다.
현재 에칭단계는 결정 단계 666에 있어서 완료가 지시될 때까지 계속된다. 현재 에칭단계의 완료 시에, 결정 단계 672는 현재 에칭단계가 다수 단계의 에칭 프로세스의 최종 단계인지 아닌지를 묻는다. 현재 에칭단계가 최종 단계가 아니면, 방법은 다수 단계의 에칭 프로세스의 다음 에칭단계가 현재 에칭단계로 되는 단계 674를 계속 실행한다. 그 후, 방법은 동조 캐패시터가 현재 에칭단계에 대해 필요한 패러데이 실드(112) 전압을 얻도록 조절되는 단계 658로 진행한다. 결정 단계 672에 대해, 현재 에칭단계가 최종 단계이면, 다수 단계의 에칭 프로세스는 종료된다.
본 발명은 여러 실시예와 관련하여 기재되어 있지만, 이 기술분야의 숙련된 사람들에게 있어서는 여러 가지 변형, 추가, 대체, 등가는 명백한 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위에 포함되는 이러한 변형, 추가, 대체, 등가 모두를 본 발명은 포함할 수 있다.

Claims (23)

  1. 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스를 실행하기 위한 방법으로, 상기 프로세스가 웨이퍼를 에칭하기 위한 챔버 내에서 실행되고, 이 챔버가 외부 표면 및 상기 챔버의 내부 영역에 노출되어 있는 내부 표면을 갖춘 상부 개구의 윈도우와, 이 윈도우의 외부 표면 전체에 걸쳐 배치된 코일 및, 상기 윈도우의 외부 표면 전체에 걸쳐 배치된 금속실드를 포함하며, 상기 금속실드가 상기 코일과 상기 윈도우의 외부 표면 사이에 배치되되 상기 코일과 상기 윈도우의 외부 표면으로부터 이격되어 배치되는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법에 있어서,
    상기 코일에 동조 캐패시터를 접속시키는 단계와,
    상기 코일의 길이에 따른 RF 정재파에 대응하는 상기 코일의 길이에 따른 전압의 공간 분포를 결정하는 단계,
    상기 코일 상의 상기 정재 RF파의 노드의 위치를 결정하는 단계,
    상기 동조 캐패시터가 상기 코일 상에 존재하는 정재 RF파에 의해 공진하도록 상기 노드의 위치에 대응하는 접속 위치에서 상기 코일을 상기 금속실드에 전기적으로 접속시키는 단계,
    상기 금속실드에 있어서 에칭 프로세스 동안에 윈도우 내부 표면에 대한 플라즈마 스퍼터링을 제어하는 전압을 얻기 위해 상기 동조 캐패시터를 조절하는 단계 및,
    상기 에칭 프로세스를 실행하는 단계를 구비하되,
    상기 노드가 상기 코일의 길이에 따른 전압의 결정된 공간 분포 내에서 제로 전압값을 갖는 상기 코일 상의 점에 대응하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에칭 프로세스를 실행하는 단계가, 상기 금속실드에 다른 전압을 각각 필요로 하는 다수의 에칭 프로세스 단계를 실행하는 단계와,
    상기 금속실드에 있어서 다음의 에칭 프로세스 단계 동안에 윈도우 내부 표면에 대한 플라즈마 스퍼터링을 제어하는 전압을 얻기 위해 에칭 프로세스 단계들 사이에서 상기 동조 캐패시터를 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 다수의 에칭 프로세스 단계를 실행하는 단계와 상기 에칭 프로세스 단계들 사이에서 상기 동조 캐패시터를 조절하는 단계가, 설정에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  4. 제3항에 있어서, 에칭 부산물의 퇴적을 검출하기 위해 상기 윈도우 내부 표면을 감시하는 단계와,
    상기 금속실드의 전압을 제어하기 위해 상기 동조 캐패시터를 제어하는 단계를 더 구비하되,
    상기 감시하는 단계는 상기 다수의 에칭 프로세스 단계의 각 단계 동안에 실행되고,
    상기 금속실드의 제어된 전압은 상기 윈도우 내부 표면 상의 에칭 부산물의 더 한층의 퇴적을 막는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  5. 제4항에 있어서, 스퍼터링을 검출하기 위해 상기 윈도우 내부 표면을 감시하는 단계와,
    상기 금속실드의 전압을 제어하기 위해 상기 동조 캐패시터를 제어하는 단계를 더 구비하되,
    상기 감시하는 단계는 상기 다수의 에칭 프로세스 단계의 각 단계 동안에 실행되고,
    상기 금속실드의 제어된 전압은 상기 윈도우 내부 표면 상의 더 한층의 스퍼터링을 막는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  6. 제1항에 있어서, 에칭 부산물의 퇴적을 검출하기 위해 상기 윈도우 내부 표면을 감시하는 단계와,
    상기 금속실드의 전압을 제어하기 위해 상기 동조 캐패시터를 제어하는 단계를 더 구비하되,
    상기 감시하는 단계는 상기 에칭 프로세스 동안에 실행되고,
    상기 금속실드의 제어된 전압은 상기 윈도우 내부 표면 상의 에칭 부산물의 더 한층의 퇴적을 막는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  7. 제1항에 있어서, 에칭 프로세스 동안 상기 윈도우 상의 불휘발성 에칭 부산물의 퇴적을 검출하기 위해 상기 윈도우를 감시하는 단계와,
    상기 윈도우 상의 불휘발성 에칭 부산물의 퇴적을 검출할 때, 상기 윈도우에 대한 플라즈마 스퍼터링을 증가시키도록 상기 금속실드 상의 전압을 증가시키기 위해 상기 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 증가시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  8. 제1항에 있어서, 스퍼터링을 검출하기 위해 상기 윈도우 내부 표면을 감시하는 단계와,
    상기 금속실드의 전압을 제어하기 위해 상기 동조 캐패시터를 제어하는 단계를 더 구비하되,
    상기 감시하는 단계는 상기 에칭 프로세스 동안에 실행되고,
    상기 금속실드의 제어된 전압은 상기 윈도우 내부 표면 상의 더 한층의 스퍼터링을 막는 것을 특징으로 하는 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스 실행방법.
  9. 유도결합 플라즈마 에칭 프로세스의 실행 중의 퇴적 및 스퍼터링을 제어하기 위한 방법으로,
    동조 캐패시터를 코일에 전기적으로 접속시키는 단계와,
    상기 동조 캐패시터가 상기 코일 상에 존재하는 정재 RF파에 의해 공진하도록 상기 코일 상에 존재하는 정재 RF파의 노드의 위치에 대응하는 접속 위치에서 상기 코일을 금속실드에 전기적으로 접속시키는 단계,
    에칭 프로세스 단계 동안에 상기 금속실드에 필요한 전압을 얻기 위해 상기 동조 캐패시터를 조절하는 단계,
    상기 에칭 프로세스를 실행하는 단계,
    상기 에칭 프로세스 단계의 실행 중에 에칭 부산물이 윈도우 상에 퇴적되었는지 여부를 판단하는 단계,
    상기 에칭 부산물이 윈도우 상에 퇴적되었다는 판단에 따라 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 증가시키는 단계,
    상기 에칭 프로세스 단계의 실행 중에 플라즈마가 윈도우 상에 스퍼터링되어 상기 윈도우의 부식을 일으키는지 여부를 판단하는 단계,
    상기 플라즈마가 윈도우 상에 스퍼터링되어 상기 윈도우의 부식을 일으킨다는 판단에 따라 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 감소시키는 단계 및,
    다음의 에칭 프로세스 단계를 실행하는 단계를 구비하되,
    상기 금속실드는 상기 코일과 윈도우 사이에 배치되고, 윈도우가 상기 코일로부터 나오는 전력에 의해 플라즈마가 생성되는 영역 전체에 걸쳐 배치되는 것을 특징으로 하는 퇴적 및 스퍼터링 제어방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 증가시키는 단계는 상기 금속실드의 전압이 증가되도록 하고, 상기 금속실드의 증가된 전압은 윈도우 상에 퇴적된 에칭 부산물이 증가된 플라즈마 스퍼터링에 의해 제거되도록 증가된 플라즈마 스퍼터링을 일으키는 것을 특징으로 하는 퇴적 및 스퍼터링 제어방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 동조 캐패시터의 캐패시턴스를 감소시키는 단계는 상기 금속실드의 전압이 감소되도록 하고, 상기 금속실드의 감소된 전압은 감소된 플라즈마 스퍼터링을 일으키는 것을 특징으로 하는 퇴적 및 스퍼터링 제어방법.
  12. 제9항에 있어서, 에칭 부산물의 퇴적을 검출하기 위해 플라즈마에 노출된 상기 윈도우 표면을 감시하는 단계와,
    상기 금속실드의 전압을 제어하기 위해 상기 동조 캐패시터를 제어하는 단계를 더 구비하되,
    상기 감시하는 단계는 상기 에칭 프로세스 단계와 상기 다음의 에칭 프로세스 단계의 실행 중에 실행되고,
    상기 금속실드의 제어된 전압은 상기 플라즈마에 노출된 상기 윈도우 표면 상의 에칭 부산물의 더 한층의 퇴적을 막는 것을 특징으로 하는 퇴적 및 스퍼터링 제어방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 윈도우 상의 플라즈마의 스퍼터링을 검출하기 위해 플라즈마에 노출된 상기 윈도우 표면을 감시하는 단계와,
    상기 금속실드의 전압을 제어하기 위해 상기 동조 캐패시터를 제어하는 단계를 더 구비하되,
    상기 감시하는 단계는 상기 에칭 프로세스 단계와 상기 다음의 에칭 프로세스 단계의 실행 중에 실행되고,
    상기 금속실드의 제어된 전압은 플라즈마에 노출된 상기 윈도우 표면 상의 더 한층의 플라즈마 스퍼터링을 막는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 퇴적 및 스퍼터링 제어방법.
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