KR101721431B1 - 플라즈마 처리 장치 - Google Patents

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토시유키 사쿠이시
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Abstract

본 발명의 플라즈마 처리 장치는, 내부의 감압이 가능하고, 상기 내부에서 피처리체에 대해 플라즈마 처리되도록 구성된 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되어 상기 피처리체를 재치하는 평판형의 제 1 전극과, 상기 제 1 전극에 대해 제 1 주파수의 바이어스 전압이 인가되도록 구성된 제 1 고주파 전원과, 상기 챔버 외부에 배치되어 상기 챔버의 덮개를 형성하는 석영판을 사이에 두고 상기 제 1 전극과 대향하도록 배치된 나선형의 제 2 전극과, 상기 덮개 또는 그 근방에 배치된 가스 도입구에서 상기 챔버 내에 불소를 함유하는 프로세스 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비하고, 상기 제 2 전극에 대해 제 2 주파수의 교류 전압을 인가하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 주파수보다 높은 제 3 주파수의 교류 전압을 인가하는 제 3 고주파 전원이 전기적으로 연결되어 있어서, 2 종류의 교류 전압이 동시에 인가되도록 구성되어 있다.

Description

플라즈마 처리 장치 {Plasma Processing Device}
본 발명은 저주파 방전의 안정화를 도모할 수 있는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.
본원은 2015년 1월 16일에 일본에 출원된 특허출원 제2015-006728호에 근거하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
최근, 드라이 에칭법에 의해 반도체 기판에 깊은 트렌치 구조와 화면 비율 (관통공의 깊이 / 관통공의 개구 직경)의 큰 관통공 등을 형성하기 위해, 나선형 안테나 구조에서 형성되는 대향 전극을 구비한 플라즈마 처리 장치가 많이 사용되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 1).
도 5a 및 도 5b는 서로 다른 주파수의 교류 전압을 대향 전극에 인가하여 형성된 비관통공의 단면 형상을 나타내는 SEM 사진이다. 도 5a는 주파수 13.56 MHz의 경우를 나타내고, 도 5b는 주파수가 2 MHz의 경우를 나타내는 SEM 사진이다. 도 5a와 도 5b 모두, 구멍의 지름이 10 μm가 되도록 에칭 처리한 결과이다. 주파수 13.56 MHz의 경우(도 5a)에 비해, 주파수가 2 MHz의 경우(도 5b) 쪽이 더 깊은 에칭이 가능하며, 개구부 부근의 내경의 변동도 작고, 양호한 구멍 형상이 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 6은 서로 다른 주파수의 교류 전압을 대향 전극에 인가했을 때 발생하는 플라즈마 발광을 분광 측정한 결과를 나타내는 그래프이며, 횡축이 인가 전력[W], 세로축이 F 라디칼의 발광 강도이다. 여기에서, "F 라디칼"은 불소(F)를 포함하는 프로세스 가스를 사용함으로써 발생하는 플라즈마 중에서 관측된 입자이다. 도 6의 그래프에서 다음 사항이 밝혀졌다. 도 6은 도 7의 플라즈마 처리 장치를 이용하여 얻은 결과이다. 도 7은 교류 전원의 주파수가 2 MHz인 구성 예를 나타냈지만, 주파수 13.56 MHz의 교류 전원을 사용하는 경우에는 교류 전원을 같은 위치에 대체하는 것으로, 도 6의 결과를 얻었다.
주파수가 2 MHz의 경우(□ 표시)는, 인가 파워가 증가함에 따라, 방전 영역이 F 라디칼의 발광 강도가 낮은 영역(글로우 방전 영역)에서 F 라디칼의 발광 강도가 강한 영역(유도 방전 영역)으로 이행한다. 이 때, 두 영역 사이에 방전이 바뀌는 모드 점프 영역이 존재한다. 이러한 모드 점프 영역의 존재에 의해, 유도 방전 영역은 방전이 안정될 때까지 1분 정도의 수동 조정 시간이 걸린다는 문제가 있다.
한편, 주파수 13.56 MHz의 경우(○ 표시)은 주파수가 2 MHz의 경우에 관측된 모드 점프 영역이 존재하지 않기 때문에, 인가 전력을 증감해도 방전 안정성이 유지되고 안정된 에칭이 가능하다. 그러나, 주파수가 13.56 MHz의 경우, 주파수가 2 MHz의 유도 방전 영역과 비교하면, F 라디칼의 발광 강도가 절반 정도이다. 따라서, 주파수가 2 MHz의 경우보다 에칭 속도가 반감되어 처리 시간이 2배로 되는 문제가 있다.
양자의 장점, 즉, "F 라디칼"이 강하게 관측되는 유도 방전 영역을 이용한 에칭이 가능하며, 모드 점프 영역의 영향도 회피할 수 있는 플라즈마 처리 장치의 개발이 기대되고 있다.
특허문헌 1: 일본 특개 2012-248578호 공보
본 발명은 이러한 종래의 실정을 감안하여 고안된 것이며, 모드 점프 영역의 영향을 받지 않고 유도 방전 영역에서 우수한 에칭 특성을 안정적으로 사용할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 하나의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치는, 내부의 감압이 가능하고, 상기 내부에서 피처리체에 플라즈마 처리되도록 구성된 챔버와, 상기 챔버 내에 배치되어 상기 피처리체를 재치하는 평판형의 제 1 전극, 및 상기 제 1 전극에 대해 제 1 주파수의 바이어스 전압이 인가되도록 구성된 제 1 고주파 전원과, 상기 챔버 외부에 배치되며, 상기 챔버의 덮개를 형성하는 석영 판을 사이에 두고 상기 제 1 전극과 대향하도록 배치된 나선형의 제 2 전극과, 상기 덮개 또는 그 근방에 배치된 가스 도입구에서 상기 챔버에 불소를 함유하는 프로세스 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비하고, 상기 제 2 전극에 대해 제 2 주파수의 교류 전압을 인가하는 제 2 고주파 전원과, 상기 제 2 주파수보다 더 높은 제 3 주파수의 교류 전압을 인가하는 제 3 고주파 전원이 전기적으로 연결되어 있으며, 2 종류의 교류 전압이 동시에 인가되도록 구성되어 있다.
상기 구체적인 예에서, 상기 제 2 전극은, 나선형의 중심단에 배치되고 상기 제 2 전원에서 고주파를 인가하는 제 1 부위와, 나선형의 외주단에 배치된 접지에 접속되는 제 2 부위와, 나선형의 상기 중심단과 상기 외주단 사이에 위치하는 중간 영역에 배치되고 상기 제 3 전원에서 고주파를 인가하는 제 3 부위를 가질 수 있다.
상기 구체적인 예에서, 상기 제 3 부위가 상기 제 2 전극의 상기 중간 영역 중 나선형을 형성하는 최외주 영역에 배치되어 있어도 좋다.
상기 구체적인 예에서, 상기 나선형의 제 2 전극이, 특정 반경을 갖는 제 1 주회부와, 상기 특정 반경보다 큰 반경을 갖는 제 2 주회부와, 상기 제 1 주회부와 상기 제 2 주회부를 연결하는 접속부를 반복적으로 배치하는 것에 의해, 나선형을 형성하여도 좋다.
상기 구체적인 예에서, 상기 제 2 전극에 접속되는 상기 제 2 전원의 상기 제 2 주파수가 2 MHz, 상기 제 3 전원의 상기 제 3 주파수가 13.56 MHz이어도 좋다.
본 발명의 상기 실시예에서는, 피처리체를 재치하는 제 1 전극과 대향하여 배치된 제 2 전극에 주파수 λb의 교류 전압을 인가하는 고주파 전원 B와, 상기 λb보다 높은 주파수 λc의 교류 전압을 인가하는 고주파 전원 C가 전기적으로 제 2 전극에 접속되어 있어서, 2 종류의 교류 전압이 동시에 인가 가능하게 구성되어 있다. 그에 따라, 제 2 전극은 항상 다른 주파수 λb, λc의 교류 전압이 중첩된 상태가 된다. 따라서, 하나의 주파수 λb이 모드 점프 영역을 생성하는 주파수의 교류 전압이어도, 다른 주파수 λc로 모드 점프 영역이 발생하지 않는 주파수의 교류 전압을 선택하여, 양자를 결합하여 모드 점프 영역의 영향을 해소할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 상기 구성은 모드 점프 영역의 영향을 받지 않고 유도 방전 영역에서 우수한 에칭 특성을 안정적으로 사용할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 가져온다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 제 2 전극에 전원 B 및 전원 C의 연결 위치의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 3a는 제 2 전극에 전원 B 및 전원 C의 연결 위치의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 3b는 제 2 전극에 전원 B 및 전원 C의 연결 위치의 또 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 의해 제작한 비관통공의 단면 SEM 사진이다.
도 5a는 종래의 플라즈마 처리 장치에 의해 제작한 비관통공의 단면 SEM 사진이다.
도 5b는 종래의 플라즈마 처리 장치에 의해 제작한 비관통공의 단면 SEM 사진이다.
도 6은 제 2 전극에 인가하는 파워와 F 라디칼의 발광 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 종래의 플라즈마 처리 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1의 플라즈마 처리 장치(10)는, 예를 들어, 배기 수단(TMP)에 의해 감압 가능한 챔버(11) 내에서 피처리체(S)에 대해 플라즈마 처리를 하는 장치이다.
본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10)는, 챔버(11), 평판형의 제 1 전극(지지 수단)(12), 고주파 전원 A, 덮개(13), 나선형의 제 2 전극(안테나)(14), 가스 도입구(15a, 15b, 15c), 및 가스 도입 수단(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 제 1 전극(지지 수단)(12)는 챔버(11) 내에 배치되어 피처리체(S)를 적재한다. 고주파 전원(제 1 고주파 전원) A는 제 1 전극(12)에 대해 주파수(제 1 주파수) λa의 바이어스 전압을 인가할 수 있다. 나선형의 제 2 전극(안테나)(14)는 챔버(11)의 외부에 배치되어 챔버(11)의 덮개(13)을 형성하는 석영판을 사이에 두고, 제 1 전극(12)과 대향하도록 배치된다. 가스 도입 수단은 덮개(13) 또는 그 근방(챔버(11)의 상부)에 배치된 가스 도입구(15)(15a, 15b, 15c)에서 챔버(11) 내에 불소(F)를 함유하는 프로세스 가스(G)를 도입한다.
또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서, 제 2 전극(14)에 대해 주파수(제 2 주파수) λb (2 MHz)의 교류 전압을 인가하는 고주파 전원(제 2 고주파 전원) B와, 상기 λb보다 높은 주파수(제 3 주파수) λc (13.56 MHz)의 교류 전압을 인가하는 고주파 전원(제 3 고주파 전원) C가 전기적으로 연결되어 있다. 고주파 전원 B는 주파수 λb (2 MHz)의 교류 전압을 제 2 전극(14)에 인가한다. 고주파 전원 C는 상기 λb보다 높은 주파수 λc (13.56 MHz)의 교류 전압을 제 2 전극(14)에 인가한다. 즉, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치(10)는 제 2 전극(14)에 대해 2 종류의 교류 전압이 동시에 인가 가능하게 구성되어 있다. 또한, 도 1과 같이, 매칭 박스(M/B)와 필터(Filter)를 통해 제 2 전극(14)에 대해 각각의 교류 전압이 인가되는 구성이 바람직하다.
상기의 구성에 의해, 제 2 전극(14)은 항상 다른 주파수 λb, λc의 교류 전압이 중첩된 상태를 가질 수 있다. 그러므로, 하나의 주파수 λb가 모드 점프 영역을 생성하는 주파수의 교류 전압이더라도, 다른 주파수 λc로 모드 점프 영역이 발생하지 않는 주파수의 교류 전압을 선택할 수 있다. 양자를 결합하여 모드 점프 영역의 영향을 해소화할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 모드 점프 영역의 영향을 받지 않고 유도 방전 영역에서 우수한 에칭 특성을 안정적으로 이용할 수 있다.
본 실시 형태에 있어서, "피처리체(S)"로는, 예를 들어, 실리콘, 이산화 규소 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에 있어서. "불소(F)를 함유하는 프로세스 가스(G)"로는, 예를 들어, SF6, C4F8, C3F8, CF4, CHF3, BF3, NF3, SiF4 등을 들 수 있다.
도 2는 제 2 전극에 전원 B 및 전원 C의 연결 위치의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 제 2 전극(14)에 있어서, 나선형의 중심단 부위(제 1 부위) b, 나선형의 외주단 부위(제 2 부위) e, 나선형의 상기 중심단과 상기 외주단 사이에 위치하는 중간 영역에 부위(제 3 부위) c(c1 ~ c7)가 배치되어 있다. 부위 b는 상기 전원 B에서 고주파의 교류 전압을 제 2 전극(14)에 인가한다. 부위 e는 접지에 접속된다. 부위 c는 상기 전원 C에서 고주파의 교류 전압을 제 2 전극(14)에 인가한다.
예를 들어, c1 ~ c7의 어느 위치에서 전원 C에서 고주파의 교류 전압을 인가함으로써, 제 2 전극(14)의 서로 다른 주파수 λb, λc의 교류 전압이 중첩된 상태를 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 가스의 종류와 유량, 플라즈마를 발생시키는 상태의 압력 등에 따라, 세심한 조정을 수행하여, 모드 점프 영역의 영향이 장시간에 걸쳐 해소되도록 제어할 수 있다. 이는 안정된 양산 프로세스를 가져온다.
특히, 상기 부위 c가 상기 제 2 전극(14)의 중간 영역 중, 나선형을 형성하는 최외주 영역(c7에서 e에 이르는 영역)에 배치되어 있는 구성이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, 에칭 프로세스 특성을 결정하는 저주파 λb에 의한 프로세스 플라즈마 생성을, c7에서 c1(부위 b)에 이르기까지, 제 2 전극(14)의 대부분에서 수행할 수 있다. 그에 따라, 프로세스에서 보조적인 플라즈마 생성을 수행하는 것에 불과하여 고주파 λc에 의한 플라즈마 생성 영역을 c7에서 e에 이르는 제 2 전극(14)의 외연에서 멈출 수 있다. 동시에, 제 2 전극(14)에 대해 "저주파 λb에 의한 방전에 적합한 높은 임피던스 영역"과 "고주파 λc에 의한 방전에 적합한 낮은 임피던스 영역"을 확보하기 쉬운 구성을 얻을 수 있다.
상기 나선형의 제 2 전극(14)가, 주회부(제 1 주회부) α와 주회부(제 2 주회부) β 및 접속부 S가 반복적으로 배치되는 것에 의해, 나선형을 형성하는 구성을 갖는 것이 바람직하다. 주회부 α는 특정 반경을 가진다. 주회부 β는 상기 특정 반경보다 큰 반경을 가진다. 접속부 S는 상기 주회부 α와 상기 주회부 β를 연결한다. 이러한 구성에 의하면, 내부 선로(주회부 α)를 흐르는 전류가 상기 접속부 S에 집중되는 것이 억제된다. 따라서, 도 2와 같이, 고주파 안테나 역할을 하는 제 2 전극(14)을 구비한 플라즈마 처리 장치에 있어서, 제 2 전극(14)이 국소적으로 가열되는 것에 의해, 상기 제 2 전극(14)의 일부가 손상되는 것이 억제된다. 또한, 챔버(11) 내에 형성되는 플라즈마 밀도가 상기 접속부의 하부 영역에서 다른 영역보다 높아지는 것을 억제한다. 주회부 α와 주회부 β 및 접속부 S가 반복적으로 배치되는 개수는 특별히 제한되지 않는다.
상기 제 2 전극(14)에 연결되는 상기 전원 B의 주파수 λb가 2 [MHz]이고, 상기 전원 C의 주파수 λc가 13.56 [MHz]인 구성이 바람직하다. 이러한 구성에 의하면, λc을 이용함으로써 항상 모드 점프가 없는 안정된 방전 가능한 기능을 확보한 구성을 얻을 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 제 2 전극에 대한 전원 B 및 전원 C의 연결 위치의 다른 일례를 나타내는 평면도이다.
본 실시 형태에서의 제 2 전극은, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 상기 나선형의 제 2 전극(14)의 중앙부에, 제 2 전극(14)이 존재하지 않는 영역이 큰 면적을 차지하는 구성을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 에칭 면내 분포의 최적화를 행할 때, 중앙부에 프로세스 플라즈마 생성이 존재하는 것이 바람직하지 않은 경우, 특히 제 2 전극의 길이가 짧아지는 것으로 RF 손실이 적은 보다 효율적인 ICP 방전을 실현할 수 있다.
본 실시 형태에서의 제 2 전극은, 도 3b에서와 같이, 상기 나선형의 제 2 전극(14)의 중앙부에 제 2 전극(14)이 존재하지 않는 영역이 작은 면적을 차지하는 구성을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 에칭 면내 분포의 최적화를 행할 때, 중앙부에 프로세스 플라즈마 생성이 존재하는 것이 바람직한 경우에 대응할 수 있다.
도 4는 도 1의 플라즈마 처리 장치에 의해 제작한 비관통공의 단면 SEM 사진이다.
본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 모드 점프 영역의 영향을 받지 않고, 기존의 플라즈마 처리 장치와 마찬가지로, 선명한 형상의 비관통공을 제작할 수 있는 것으로 확인되었다.
따라서, 본 실시 형태의 플라즈마 처리 장치에 의하면, 모드 점프 영역의 영향을 받지 않고 유도 방전 영역에서 우수한 에칭 특성을 안정적으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 실시예는 높은 양산성을 가진 생산 라인의 구축에 기여한다.
이상에서, 본 발명의 플라즈마 처리 장치에 대해 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니라, 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 적절하게 변경이 가능하다.
산업 상 이용 가능성 측면에서, 본 발명은 플라즈마 처리 장치에 널리 적용 가능하다.
A: 고주파 전원(제 1 고주파 전원), B: 고주파 전원(제 2 고주파 전원), C: 고주파 전원(제 3 고주파 전원), G: 프로세스 가스, M/B: 매칭 박스, S: 피처리체, TMP: 배기 수단, λa 주파수(제 1 주파수), λb 주파수(제 2 주파수), λc 주파수(제 3 주파수), 10: 플라즈마 처리 장치, 11: 챔버, 12: 제 1 전극(지지 수단), 13: 덮개, 14: 제 2 전극(안테나), 15(15a, 15b, 15c): 가스 도입구, b 부위(제 1 부위), e 부위(제 2 부위), c 부위(제 3 부위), α 주회부(제 1 주회부), β 주회부(제 2 주회부분), S 접속부.

Claims (7)

  1. 플라즈마 처리 장치로서,
    내부의 감압이 가능하고, 상기 내부에서 피처리체에 대해 플라즈마 처리되도록 구성된 챔버와,
    상기 챔버 내에 배치되어 상기 피처리체를 재치하는 평판형의 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극에 대해 제 1 주파수의 바이어스 전압이 인가되도록 구성된 제 1 고주파 전원과,
    상기 챔버 외부에 배치되며, 상기 챔버의 덮개를 형성하는 석영판을 사이에 두고 상기 제 1 전극과 대향하도록 배치된 나선형의 제 2 전극과,
    상기 덮개 또는 챔버의 상부에 배치된 가스 도입구에서 상기 챔버 내에 불소를 함유하는 프로세스 가스를 도입하는 가스 도입 수단을 구비하고;
    상기 제 2 전극에 대해 제 2 주파수의 교류 전압을 인가하는 제 2 고주파 전원과 상기 제 2 주파수보다 높은 제 3 주파수의 교류 전압을 인가하는 제 3 고주파 전원이 전기적으로 연결되어, 2 종류의 교류 전압이 동시에 인가되도록 구성되어 있으며,
    상기 제 2 전극은, 나선형의 중심단에 배치되고 상기 제 2 고주파 전원에서 고주파를 인가하는 제 1 부위와, 나선형의 외주단에 배치된 접지에 접속되는 제 2 부위와, 나선형의 상기 중심단과 상기 외주단 사이에 위치하는 중간 영역에 배치되며 상기 제 3 고주파 전원에서 고주파를 인가하는 제 3 부위를 가진 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 3 부위가 상기 제 2 전극의 상기 중간 영역 중에서 나선형을 형성하는 최외주 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 나선형의 제 2 전극이, 특정 반경을 가진 제 1 주회부와, 상기 특정 반경보다 큰 반경을 가진 제 2 주회부와, 상기 제 1 주회부와 상기 제 2 주회부를 연결하는 접속부를 반복적으로 배치하는 것에 의해, 나선형을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극에 연결되는 상기 제 2 고주파 전원의 상기 제 2 주파수가 2 MHz이고, 상기 제 3 고주파 전원의 상기 제 3 주파수가 13.56 MHz인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 전극에 연결되는 상기 제 2 고주파 전원의 상기 제 2의 주파수가 2 MHz이고, 상기 제 3 고주파 전원의 상기 제 3의 주파수가 13.56 MHz인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 전극에 연결되는 상기 제 2 고주파 전원의 상기 제 2의 주파수가 2 MHz이고, 상기 제 3 고주파 전원의 상기 제 3의 주파수는 13.56 MHz인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200243310A1 (en) * 2017-10-16 2020-07-30 Ulvac, Inc. Plasma processing apparatus
US10812033B2 (en) * 2017-12-29 2020-10-20 Lam Research Corporation High-power radio-frequency spiral-coil filter
JP7492990B2 (ja) 2022-06-24 2024-05-30 株式会社アルバック プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003017473A (ja) 2001-06-29 2003-01-17 Toshiba Corp プラズマ処理装置とプラズマ処理方法および半導体装置の製造方法
JP2003243369A (ja) 2002-02-15 2003-08-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法及び装置
JP2012074464A (ja) 2010-09-28 2012-04-12 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0982495A (ja) 1995-09-18 1997-03-28 Toshiba Corp プラズマ生成装置およびプラズマ生成方法
US5965034A (en) * 1995-12-04 1999-10-12 Mc Electronics Co., Ltd. High frequency plasma process wherein the plasma is executed by an inductive structure in which the phase and anti-phase portion of the capacitive currents between the inductive structure and the plasma are balanced
US6164241A (en) * 1998-06-30 2000-12-26 Lam Research Corporation Multiple coil antenna for inductively-coupled plasma generation systems
US6597117B2 (en) * 2001-11-30 2003-07-22 Samsung Austin Semiconductor, L.P. Plasma coil
TWI241868B (en) 2002-02-06 2005-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd Plasma processing method and apparatus
JP5227245B2 (ja) * 2009-04-28 2013-07-03 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP5643062B2 (ja) * 2009-11-24 2014-12-17 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置
JP5554099B2 (ja) * 2010-03-18 2014-07-23 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP5800547B2 (ja) * 2011-03-29 2015-10-28 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法
JP2012248578A (ja) 2011-05-25 2012-12-13 Ulvac Japan Ltd プラズマエッチング装置
US9161428B2 (en) * 2012-04-26 2015-10-13 Applied Materials, Inc. Independent control of RF phases of separate coils of an inductively coupled plasma reactor
CN103946417A (zh) * 2012-10-23 2014-07-23 株式会社新柯隆 薄膜形成装置、溅射阴极以及薄膜形成方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003017473A (ja) 2001-06-29 2003-01-17 Toshiba Corp プラズマ処理装置とプラズマ処理方法および半導体装置の製造方法
JP2003243369A (ja) 2002-02-15 2003-08-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd プラズマ処理方法及び装置
JP2012074464A (ja) 2010-09-28 2012-04-12 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置

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Publication number Publication date
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