KR20030077195A - 플라즈마 에칭시스템과 이에 결합되는 장치, 그리고플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법 - Google Patents

플라즈마 에칭시스템과 이에 결합되는 장치, 그리고플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 플라즈마 에칭시스템과 이에 결합되는 장치, 그리고 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 일 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치는, 엔드포인트 유닛을 통해 챔버 내부로 광을 주입시키고, 상기 주입되어 웨이퍼로부터 반사된 광이 입력되는 CCD(101); 상기 CCD(101)로 입력된 광 가운데 CFX와 SiOX광성분의 파장세기(ICFx,ISiOx)를 추출하는 광성분 추출부(102); 상기 추출된 CFX와 SiOX광성분의 파장세기의 비례값(K)를 산출하는 K 산출부(103); 상기 산출된 비례값을 메모리부(105)로부터 판독된 기준값(K*)과 비교하는 비교부(104); 상기 비교결과에 따라 2쌍의 가스공급용 노즐에 구비된 CF4와 O2용 밸브에 의한 가스공급율(rCF4,rO2)을 가변제어하고, 메모리부(105)로부터 판독된 유휴시간(tD)을, 타이머부(108)에 갱신저장된 현재시각(t)과 비교하고 비교결과에 따라 상태제어동작이 개시되도록 CCD(101)와 가스공급부(107)를 제어하는 제어부(106); 상기 제어부(106)에 의해 가변제어된 가스공급율에 의해 CF4와 O2가스를 공급하는 가스 공급부(107); 및 타이머부(108)를 포함하는 상태제어부(100)로 구성된다.

Description

플라즈마 에칭시스템과 이에 결합되는 장치, 그리고 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법{Plasma etching system, Apparatus combined that, and Apparatus and Method for testing that}
본 발명은 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 플라즈마 에칭시스템과 이에 결합되는 장치, 그리고 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber) 내부에 플라즈마의 밀도를 균일하도록 하는 플라즈마 에칭(etching)시스템 가운데 챔버(돔)와 코일(coil)에 관한 것이다.
또한, 상기 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치 가운데, 챔버 내에 노출된 끝단이 위로 볼록하도록 형성된 엔드포인트 유닛(endpoint unit)에 관한 것이다.
또한, 상기 챔버 내부에 플라즈마의 밀도가 균일하도록 챔버 내부상태를 제어하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 소자의 제조 공정에서 웨이퍼 표면에 회로의 배선 패턴을 형성하여 식각(蝕刻)하는 것을 에칭(etching)이라고 한다.
에칭은, 대규모 집적 회로(LSI) 등 반도체 디바이스를 제조하는 공정에서 반도체 단결정 웨이퍼에 박막 형성·포토리소그래피(photolithorgraphy)·에칭·이온(ion) 주입 등의 요소 기술이 가해지는 요소 프로세스 중의 한 공정으로서, 종전에는 화학 약품을 사용하는 웨트 에칭(wet ething)법으로 시행하였으나 1970년대 중반부터 회로 패턴의 미세화·고정밀도화의 요구에 따라 드라이 에칭(dry etching)법이 진척되었다.
웨트 에칭은 강산(强酸)에 의한 화학적 작용으로 등방성(等方性) 에칭이 진행되기 때문에 마스크(mask)의 아래 부분도 식각되는 단점이 있으나, 드라이 에칭은 할로겐화물 등의 화학적 활성 가스를 플라즈마 상태로 하여 플라즈마 중의 이온의 작용에 의해 에칭하는 반응성 이온 에칭법으로서, 기판면의 수직 방향으로만 식각이 진행되는 이방성(異方性) 에칭이 실현되기 때문에 초대규모 집적 회로(VLSI) 등 고정밀도의 미세 가공에 적합하다.
웨트 에칭 또는 드라이 에칭(이하에서는 "에칭"이라 통칭함)을 수행하는 종래의 플라즈마 에칭시스템은 도 1a와 도 1b에 도시된 바와 같다.
내부에 웨이퍼(wafer)가 놓여지며 내벽에는 산화피막된 알루미늄층이 뒤덮혀 있는 원통형의 챔버(chamber); 상기 챔버의 상단을 덮고 있는 둥근 형상으로 도 1a와 같이 윗면과 밑면이 평평하거나 도 1b와 같이 윗면과 밑면이 아래로 볼록하며, 소정의 유전율(ε1)을 갖는 단일층의 돔(dome); 및 상기 돔의 윗면에 안착되며 유도전원(inductive supply)을 인가받아 전기장을 발생시키는 나선형의 코일(coil)을 포함하여 구성된다.
상기 돔은 유전율(ε1)이 9.3∼9.8 범위내의 값을 갖는 알루미나(Al2O3)로 이루어져 있다.
상기 코일은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 단일 또는 3중의 나선형으로 형성될 수 있으며, 단일 코일의 경우 평평한(flat) 형태이며 3중 코일의 경우 중심부가 위나 아래로 볼록한 형태이다.
따라서, 상기 코일에 의해 발생된 전기장은 소정의 유전율(ε1)을 갖는 돔을통과하여 챔버 내부로 유기된다.
이와 같이 유기된 전기장은 챔버 내부의 가스(gas)속에 방전을 일으켜 가스를 플라즈마(plasma)화하고 이로부터 발생된 중성의 라디칼(radical) 입자들과 전하를 띤 이온(ion)간의 화학반응에 의해 웨이퍼 표면에 마스킹되어 있지 않은 부분이 깎이게 된다.
그런데, 상기 전기장은 코일의 외관 특성상 웨이퍼의 에지(edge)부분에 비해 센터(center)부분에서 더 강하고, 이로부터 챔버 내에 발생되는 플라즈마의 밀도 또한 전기장의 세기에 비례하지만 부산물(by-product) 때문에 에칭속도의 균일도가 떨어지는 문제점이 발생되었다.
따라서, 에칭속도의 균일도를 위해 챔버 내부에 플라즈마 밀도를 균일하도록 하는 플라즈마 에칭시스템이 요구되었다.
아울러, 8인치의 폴리에칭(poly-etching)의 경우 코일에 인가되는 유도전원은 200∼1500W의 범위를 갖으며 8인치의 산소에칭(Oxid-etching)의 경우 2000W 미만의 범위를 갖는데, 도 2a와 같이 코일이 단일인 경우는 물론이고, 도 2b와 같이 코일이 3중이고 유도전원이 고전력 1500W인 경우 각 코일에 인가되는 유도전원은 500W의 크기를 갖는데 이때 코일의 끝부분 즉 그라운드(ground) 부분에서 코일에 아킹(arcing)이 발생되는 문제점이 있었다.
한편, 전술한 플라즈마 에칭시스템에 결합되어 에칭동작의 종료여부를 판단하기 위한 종래의 엔드포인트시스템은, 도 3에 도시된 바와 같이, 도 1a(또는 도 1b)의 돔 센터에 길쭉한 관 형상의 엔드포인트 유닛이 관통되고, 챔버 내벽이자 웨이퍼의 에지 부분에는 2개의 노즐이 돌출형성되어 있으며, 상기 노즐에는 가스공급량을 조절하기 위한 각각의 밸브가 구비되어 있다.
상기 엔드포인트시스템은, 상기 엔드포인트 유닛을 통해 챔버 내부로 광을 주입시키고, 상기 주입되어 웨이퍼로부터 반사된 광이 입력되는 CCD(10); 상기 CCD(10)로 입력된 유니크(unique)한 광성분 가운데 파장세기가 가장 큰 광성분을 추출하는 광성분 추출부(20); 상기 추출된 광성분의 파장세기가 급격히 변동(감소 또는 증가)시 에칭종료시점인 것으로 판단하고, 이에 상응하는 에칭종료 제어신호를 출력하는 판단부(30); 및 상기 돌출형성된 2개의 노즐을 통해 챔버 내로 가스를 각각 공급하고, 상기 판단부(30)로부터 출력된 에칭종료 제어신호에 의해 상기 가스 공급을 중단시키기 위해 노즐에 구비된 밸브를 잠그는 가스공급부(40)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성되는 종래의 엔드포인트시스템은 에칭종료시점을 판단하고 판단된 에칭종료시점에서 에칭동작을 중단시키도록 동작된다.
따라서, 종래에는 에칭종료되고 난 후 웨이퍼의 상태를 일일이 확인하여 에칭된 상태가 균일하지 않으면, 가스공급부(40)에 의한 가스공급량과 CCD(10)에 의한 광 주입시간 등의 챔버 조건을 가변시켜 다시 에칭동작을 수행해야 했다. 이로써, 챔버내에 플라즈마의 밀도가 균일하도록 하기 위한 챔버 조건을 맞추기 위해 수십 내지 수백장의 웨이퍼를 낭비하는 문제점이 있었다.
아울러, 도 3에 도시된 바와 같이 챔버 내부에 노출된 엔드포인트 유닛의 끝단이 아래로 볼록한 형태이기 때문에, 상기 엔트포인트 유닛으로부터 챔버 내부로주입되는 광은 분산되어 웨이퍼로부터 반사되는 광이 엔드포인트 유닛으로 다시 입력되는 것이 쉽지 않았다. 또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 돔과 엔드포인트 유닛의 접촉부(A)가 떨어져 나와 웨이퍼 표면에 증착되어 웨이퍼상에 불순물을 형성하는 문제점이 발생되었다.
따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 본 발명은 챔버 덮개에 해당하는 돔의 챔버 내부에 접하는 면을 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하도록 형성함으로써, 챔버 내부에 플라즈마 밀도를 균일하도록 한 플라즈마 에칭시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면을 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하도록 형성하되, 상기 돔을 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성함으로써, 챔버 내부에 플라즈마 밀도를 더욱 균일하도록 한 플라즈마 에칭시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 돔에 안착되는 코일을 4중 내지 8중으로 형성함으로써, 챔버 내부에 플라즈마 밀도를 균일하도록 하였을 뿐 아니라 그라운드 부분에서 코일에 아킹이 발생되지 않도록 한 플라즈마 에칭시스템에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 엔드포인트 유닛의 끝단을 위로 볼록하도록 형성함으로써, 챔버 내부로 주입되는 광의 반사율을 증가시키고 돔과 엔드포인트 유닛의 접촉부가 떨어져 나와 웨이퍼에 불순물을 형성하지 않도록 한 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 엔드포인트 유닛을 이용하여 특정 광성분의 파장세기를 비교하고 비교결과에 따라 챔버내에 유입되는 소정 가스의 양을 가변조절함으로써, 챔버내에 플라즈마 밀도가 균일하도록 제어하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 엔드포인트 유닛을 이용하여 특정 광성분의 파장세기를 비교하고 비교결과에 따라 챔버내에 유입되는 소정 가스의 양을 가변조절하되, 돔의 센터와, 적어도 한 군데 이상 돔의 에지에 엔드포인트 유닛을 각각 설치하고 센터와 에지로부터 각각 추출된 특정 광성분의 파장세기의 비례값을 비교하되, 두 비례값의 차분값 크기에 근거하여 에지부분에서 유입되는 가스의 양을 더 가변조절함으로써, 챔버내에 플라즈마 밀도가 센터와 에지에서 균일하도록 제어하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.
도 1a와 도 1b는 종래의 플라즈마 에칭시스템에서 돔의 형상을 도시한 것이고,
도 2a와 도 2b는 종래의 플라즈마 에칭시스템에서 코일의 형상을 도시한 것이고,
도 3은 종래의 엔드포인트시스템을 도시한 것이고,
도 4a와 도 4b는 본 발명에 따른 플라즈마 에칭시스템에서 돔의 형상을 도시한 것이고,
도 5는 도 4a와 도 4b에 의한 챔버내에 플라즈마 밀도를 도시한 그래프이고,
도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭시스템에서 코일의 형상을 도시한 것이고,
도 7a는 본 발명에 따른 일 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치를 도시한 것이고,
도 7b는 도 7a의 엔드포인트 유닛(a)의 위치를 웨이퍼에 투영시켜 표시한 것이고,
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법의 흐름도이고,
도 9a는 본 발명에 따른 다른 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치를 도시한 것이고,
도 9b와 도 9c는 도 9a의 엔드포인트 유닛(a∼e)의 위치를 웨이퍼에 투영시켜 표시한 것이고,
도 10은 본 발명에 따른 다른 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법의 흐름도이고,
도 11은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭시스템에 결합된 장치 가운데 엔드포인트 유닛을 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10,101 : CCD 20,102 : 광성분 추출부
30 : 판단부 40,107 : 가스공급부
100,210,220 : 상태제어부
103 : K 산출부 104 : 비교부
105 : 메모리부 106 : 제어부
108 : 타이머부 230 : △K 산출부
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예로서, 청구항 1에 기재된 발명은, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 있어서, 상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하도록 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템을 제공한다.
또, 청구항 2에 기재된 발명은, 상기 청구항 1에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템으로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 3에 기재된 발명은, 상기 청구항 2에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템으로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 4에 기재된 발명은, 상기 청구항 1 내지 3에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템으로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 5에 기재된 발명은, 상기 청구항 4에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템으로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예로서, 청구항 6에 기재된 발명은, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템을 제공한다.
또, 청구항 7에 기재된 발명은, 상기 청구항 6에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템으로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예로서, 청구항 8에 기재된발명은, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는, 상기 돔에 관통되어 챔버 내부에 광을 주입하고 웨이퍼로부터 반사된 광을 입력받는 엔드포인트 유닛(endpoint unit), 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스공급용 노즐, 상기 공급되는 가스의 양을 조절하기 위해 노즐에 구비된 밸브를 더 포함하는 장치에 있어서, 상기 엔드포인트 유닛의 챔버 내부에 접하는 부위가 위로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치를 제공한다.
또, 청구항 9에 기재된 발명은, 상기 청구항 8에 있어서, 상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 10에 기재된 발명은, 상기 청구항 9에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 11에 기재된 발명은, 상기 청구항 10에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 12에 기재된 발명은, 상기 청구항 8 내지 11에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 13에 기재된 발명은, 상기 청구항 12에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예로서, 청구항 14에 기재된 발명은, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는, 상기 돔에 관통되어 챔버 내부에 광을 주입하고 웨이퍼로부터 반사된 광을 입력받는 적어도 하나 이상의 엔드포인트 유닛(endpoint unit), 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스공급용 노즐, 상기 공급되는 가스의 양을 조절하기 위한 밸브를 더 포함하는 장치에 있어서, 상기 엔드포인트 유닛은, 돔의 센터위치 또는 돔의 센터위치와 하나 이상의 에치위치에서 각각 관통되되, 상기 엔드포인트 유닛을 통해 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출수단; 상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출수단; 상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교수단; 및 상기 비교결과에 근거하여, 상기 밸브의 상태를 제어하는 제 1 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 15에 기재된 발명은, 상기 청구항 14에 있어서, 상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 16에 기재된 발명은, 상기 청구항 15에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 17에 기재된 발명은, 상기 청구항 16에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 18에 기재된 발명은, 상기 청구항 14 내지 17에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 19에 기재된 발명은, 상기 청구항 18에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 20에 기재된 발명은, 상기 청구항 14 내지 17에 있어서, 상기 엔드포인트 유닛의 챔버 내부에 접하는 부위가 위로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 21에 기재된 발명은, 상기 청구항 20에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 22에 기재된 발명은, 상기 청구항 21에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예로서, 청구항 23에 기재된 발명은, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는, 상기 돔에 관통되어 챔버 내부에 광을 주입하고 웨이퍼로부터 반사된 광을 입력받는 적어도 하나 이상의 엔드포인트 유닛(endpoint unit), 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스공급용 노즐, 상기 공급되는 가스의 양을 조절하기 위한 밸브를 더 포함하는 장치에 있어서, 상기 엔드포인트 유닛은, 돔의 센터위치와 하나 이상의 에치위치에서 각각 관통되되, 각 엔드포인트 유닛으로 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 각각 추출하는 제 2 광성분 추출수단; 상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 각각 산출하는 제 2 비례값 산출수단; 돔의 센터위치에 해당하는 비례값과, 에지위치에 해당하는 비례값을 각각 비교하는 제 2 비교수단; 및 상기 비교결과에 근거하여, 에지위치의 엔드포인트 유닛에 속한 노즐의 밸브상태를 제어하는 제 2 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치를 제공한다.
또, 청구항 24에 기재된 발명은, 상기 청구항 23에 있어서, 상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 25에 기재된 발명은, 상기 청구항 24에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 26에 기재된 발명은, 상기 청구항 25에 있어서, 상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 돔의 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 27에 기재된 발명은, 상기 청구항 23 내지 26에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 28에 기재된 발명은, 상기 청구항 27에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 29에 기재된 발명은, 상기 청구항 23 내지 26에 있어서, 상기 엔드포인트 유닛의 챔버 내부에 접하는 부위가 위로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 30에 기재된 발명은, 제 29항에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 31에 기재된 발명은, 상기 청구항 30에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 32에 기재된 발명은, 상기 청구항 23 내지 26에 있어서, 각 엔드포인트 유닛으로 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출수단; 상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출수단; 상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교수단; 및 상기 비교결과에 근거하여, 각 밸브의 상태를 제어하는 제 1 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 33에 기재된 발명은, 상기 청구항 32에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 34에 기재된 발명은, 상기 청구항 33에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 35에 기재된 발명은, 상기 청구항 29에 있어서, 각 엔드포인트 유닛으로 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출수단; 상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출수단; 상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교수단; 및 상기 비교결과에 근거하여, 각 밸브의 상태를 제어하는 제 1 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 36에 기재된 발명은, 상기 청구항 35에 있어서, 상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 37에 기재된 발명은, 상기 청구항 36에 있어서, 상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예로서, 청구항 38에 기재된 발명은, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템의 제어방법에 있어서, 상기 챔버 내의 웨이퍼에서 반사된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출단계; 상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출단계; 상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교단계; 및 상기 비교결과에 근거하여, 상기 챔버내의 가스상태를 제어하는 제 1 제어단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법을 제공한다.
또, 청구항 39에 기재된 발명은, 상기 청구항 38에 있어서, 상기 추출된 광성분의 파장세기는 ISiOx와 ICFx이고, 상기 산출된 비례값은 ISiOx/ICFx인 경우, 상기 제 1 제어단계는, 상기 비교결과 비례값이 기준값보다 크면 상기 챔버내에 CF4가스공급량이 증가되도록 제어하고, 상기 비교결과 비례값이 기준값보다 작으면 상기 챔버내에 O2가스공급량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법으로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예로서, 청구항 40에 기재된 발명은, 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템의 제어방법에 있어서, 상기 챔버 내의 웨이퍼에서 반사된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를, 상기 돔의 센터위치와 하나 이상의 에지위치에서 각각 추출하는 제 2 광성분 추출단계; 상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 각각 산출하는 제 2 비례값 산출단계; 돔의 센터위치에 해당하는 비례값과, 에지위치에 해당하는 비례값을 비교하는 제 2 비교단계; 및 상기 비교결과에 근거하여, 상기 챔버내에 돔의 에지위치에서 가스상태를 제어하는 제 2 제어단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법을 제공한다.
또, 청구항 41에 기재된 발명은, 상기 청구항 40에 있어서, 상기 돔의 센터위치 또는 에지위치에서 반사된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 2-1 광성분 추출단계; 상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 2-1 비례값 산출단계; 상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 2-1 비교단계; 및 상기 비교결과에 근거하여, 상기 돔의 해당 위치에서 가스상태를 제어하는 제 2-1 제어단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법으로서, 상술한 과제를 해결한다.
또, 청구항 42에 기재된 발명은, 상기 청구항 41에 있어서, 상기 추출된 광성분의 파장세기는 ISiOx와 ICFx이고, 상기 산출된 비례값은 ISiOx/ICFx인 경우, 상기 제 2-1 제어단계는, 상기 비교결과 비례값이 기준값보다 크면 상기 챔버내에 CF4가스공급량이 증가되도록 제어하고, 상기 비교결과 비례값이 기준값보다 작으면 상기 챔버내에 O2가스공급량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법으로서, 상술한 과제를 해결한다.
본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
1. 플라즈마 에칭시스템
도 4a, 도 4b와 도 6은 본 발명에 따른 플라즈마 에칭시스템을 도시한 것으로서, 이 가운데 도 4a와 도 4b는 돔의 형상에 관한 것이고 도 6은 코일의 형상에 관한 것이다.
먼저, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭시스템에서 돔의 형상은 정면에서 볼 때 도 4a에 도시된 바와 같이, 챔버 내부에 접하는 면이 아래로 볼록하다.
즉, 챔버내에 놓여진 웨이퍼를 기준으로 볼 때 웨이퍼의 센터부분에 대응되는 돔의 센터부분은 웨이퍼의 에지부분에 대응되는 돔의 에지부분에 비해 아래로 볼록하도록 형성되어 있다.
또한, 도 4a의 돔은, 유전율(ε1)이 9.3∼9.8 범위이내의 값을 갖는 알루미나 성분의 단일층으로 되어 있으나 단일층이 아닌 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성될 수도 있으며, 특히, 두 개의 층으로 형성된 경우 도 4b에 도시된 바와 같이, 챔버 내부에 접하는 하층이 알루미나인 경우 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율은 하층의 유전율보다 더 큰 값을 갖는 성분으로 형성하는 것이 바람직하다.
통상적으로, 돔의 상단에 안착되는 종래에 코일의 특성만을 고려할 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 코일로부터 발생되어 챔버 내부로 유기된 전기장에 의한 플라즈마의 밀도(①)는 웨이퍼의 에지부분에 비해 센터부분에서 더 높게 나타난다.
또한, 본 발명에 따른 돔(도 4a 또는 도 4b에 도시함)의 특성만을 고려할 때, 돔의 센터부분을 통과하는 전기장의 세기가 에지부분을 통과하는 전기장의 세기에 비해 약화되어 이로부터 발생되는 플라즈마의 밀도(②)는 웨이퍼의 센터부분에 비해 에지부분에서 더 높게 나타난다.
따라서, 코일과 돔의 특성을 모두 고려하면, 각각의 플라즈마 밀도(①,②)의 특성이 결합된 플라즈마 밀도 특성을 갖으므로, 코일과 돔에 의한 플라즈마 밀도(③)는 웨이퍼의 센터부분과 에지부분에서 균일한 특성을 갖는다.
그다음으로, 코일은 4중 내지 8중으로 형성하여, 고전력의 유도전원이 인가되는 경우 유도전원이 1/4 내지 1/8로 나누어져 각각의 코일에 인가되도록 함으로써, 코일의 그라운드(ground) 즉 가장자리에서 보다 안정적으로 전기장 발생동작을 수행할 수 있다. 또한, 코일에 인가되는 유도전원의 범위가 800∼1500W인 것을 감안하면 최대한 나누어져 인가되는 유도전원의 크기를 적게 하면서 코일간격이 너무촘촘하지 않도록 하기 위해서는 도 6에 도시된 바와 같이, 6중코일인 경우가 가장 바람직하다고 볼 수 있다.
2. 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치
도 7a는 본 발명에 따른 일 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치를 도시한 것으로서, 본 발명에 따른 상태제어장치는 바람직하게는 전술한 도 4a, 도 4b의 돔과 도 6의 코일이 구비된 플라즈마 에칭시스템에 결합될 수 있다.
또한, 돔 센터위치에 길쭉한 관 형상의 엔드포인트 유닛과 2쌍의 노즐이 관통되도록 하고 2쌍의 각 노즐에는 가스유출량을 조절하기 위한 각각의 밸브가 구비되는데, 엔드포인트 유닛과 2쌍의 노즐의 위치가 웨이퍼 표면에 투영된 위치(a)는 도 7b에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 센터에 대응된다.
특히, 도 7a에 도시된 바와 같이, 엔드포인트 유닛의 상과 하에 인접한 1쌍의 노즐로부터는 O2가스가 챔버 내부로 공급되고, 엔드포인트 유닛의 좌와 우에 인접한 1쌍의 노즐로부터는 CF4가스가 챔버 내부로 공급된다.
여기서, 상기 엔드포인트 유닛은 도 11에 도시된 바와 같이, 챔버 내부에 노출되는 부위가 위로 볼록하도록 형성할 수도 있으며, 이와 같이 형성된 엔드포인트 유닛으로부터 주입된 광은 종래에 비해 분산되지 않고 웨이퍼 표면에 포커싱(focusing)될 확률이 높으며, 돔과 엔드포인트 유닛의 접촉부(A)가 떨어져 나와 웨이퍼 표면에 증착되어 웨이퍼상에 불순물을 형성하는 종래의 문제점을 해결하는 데 효과적이다.
본 발명에 따른 상태제어장치는 바람직하게는 전술한 도 4a, 도 4b의 돔과 도 6의 코일을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합될 뿐 아니라, 더 바람직하게는 도 11과 같은 형상을 갖는 엔드포인트 유닛까지 구비된 것으로 가정할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에 적용된 상태제어장치는, 상기 엔드포인트 유닛을 통해 챔버 내부로 광을 주입시키고, 상기 주입되어 웨이퍼로부터 반사된 광이 입력되는 CCD(101); 상기 CCD(101)로 입력된 광 가운데 CFX{플루오로카본(fluorocarbon)계열}와 SiOX(실리콘산화물계열) 광성분의 파장세기(ICFx, ISiOx: I는 Intensity)를 추출하는 광성분 추출부(102); 상기 추출된 CFX와 SiOX광성분의 파장세기(ICFx, ISiOx)의 비례값(K)를 산출하는 K 산출부(103); 상기 산출된 비례값을 메모리부(105)로부터 판독된 기준값(K*)과 비교하는 비교부(104); 상기 비교결과에 따라 2쌍의 가스공급용 노즐에 구비된 CF4(사불화탄소)와 O2(산소)용 밸브의 가스공급율(r : gas flow rate, rCF4와 rO2)이 가변되도록 제어하고, 메모리부(105)로부터 판독된 유휴시간(tD)을 타이머부(108)에 갱신저장된 현재시각(t)과 비교하고 비교결과에 따라 상태제어동작이 개시되도록 CCD(101)와 가스공급부(107)를 제어하는 제어부(106); 상기 제어부(106)에 의해 가변제어된 가스공급율에 의해 CF4와 O2가스를 공급하는 가스 공급부(107); 및 현재 시각을 갱신저장하는 타이머부(108)를 포함하는 상태제어부(100)로 구성된다.
이하에서는, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 일 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치의 동작에 대해, 본 발명에 따른 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법의 흐름도인 도 8과 병행하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 제어부(106)는 타이머부(108)로부터 현재시각(t)을 주기적으로 판독하여 메모리부(105)로부터 판독된 유휴시간(tD)과 비교(S801)한다.
통상적으로, 유휴시간은 4시간으로 설정되는데, 유휴시간이란 챔버 내부를 상태제어해야 하는 최소주기를 의미한다. 따라서, 가장 마지막으로 에칭동작이 수행되고 난 후 유휴시간만큼 경과된 경우에는 반드시 챔버 내부를 상태제어한 후 에칭동작을 수행하게끔 셋팅되어 있는 것이다.
따라서, 상기 비교결과 현재시각이 유휴시간보다 작으면(S801의 "아니오"), 제어부(106)는 상태제어동작을 수행하지 않고 종료한다.
이와는 달리, 현재시각이 유휴시간보다 크거나 같으면(S801의 "예"), 제어부(106)는 CCD(101)와 가스공급부(107)의 동작이 개시되도록 제어한다.
이로써, CCD(101)는 엔드포인트 유닛을 통해 챔버 내부에 광을 주입하고 주입된 광이 웨이퍼로부터 반사되면 반사된 광을 다시 엔드포인트 유닛을 통해 입력받는다.
이어, 광성분 추출부(102)는 상기 CCD(101)로 입력된 광 가운데 CFx와 SiOx 광성분의 파장세기(ICFx, ISiOx)를 각각 추출하고, K 산출부(103)는 상기 추출된 CFx와 SiOx 광성분의 파장세기(ICFx, ISiOx)의 비례값(K)을 산출(S802)한다. 상기 산출되는 비례값(K)는 ISiOx/ICFx이다.
그다음으로, 비교부(104)는 메모리부(105)로부터 판독된 기준값(K*)을 상기 산출된 비례값(K)과 비교(S803)하고, 비교결과 동일(S803의 "예")하면 상태제어동작을 종료하고 제어부(106)는 타이머부(108)에 저장된 현재시각(t)를 0으로 초기화시키고 타이머부(108)로 하여금 추후에 상태제어동작이 수행될 때까지 현재시각이 갱신저장되도록 한다.
이와는 달리, 상기 비교결과 비례값과 기준값이 동일하지 않고(S803의 "아니오") 비례값이 기준값보다 큰 경우(S804의 "예"), 제어부(106)는 비례값과 기준값을 동일하게 맞추기 위해서 비례값의 분모에 해당하는 가스(CF4)의 가스공급율(rCF4)을 증가(S805)시켜 가스공급부(107)에 인가함으로써 CF4용 노즐에 의해 챔버 내부에 CF4가스가 더 많이 공급되도록 제어한다.
또한, 비례값이 기준값보다 작은 경우(S804의 "아니오"), 제어부(106)는 비례값과 기준값을 동일하게 맞추기 위해서 비례값의 분자에 해당하는 가스(O2)의 가스공급율(rO2)를 증가(S806)시켜 가스공급부(107)에 인가함으로써 O2용 노즐에 의해 챔버 내부에 O2가스가 더 많이 공급되도록 제어한다.
이와 같이 상태제어동작이 종료되고 나면 제어부(106)는 전술한 경우와 동일하게 타이머부(108)를 초기화시켜 타이머부(108)로 하여금 추후에 상태제어동작이 수행될 때까지 현재시각을 갱신저장하도록 한다.
또한, 도 9a는 본 발명에 따른 다른 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치를 도시한 것으로서, 바람직하게는 전술한 도 4a, 도 4b의 돔과 도 6의 코일을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합될 뿐 아니라, 더 바람직하게는 도 11과 같은 형상을 갖는 엔드포인트 유닛까지 구비된 것으로 가정할 수 있다.
전술한 실시예에서는 돔의 센터에 하나의 엔드포인트 유닛이 관통되어 돔의 센터에서의 플라즈마 밀도가 균일하도록 하는 장치 및 방법을 제안하였으나, 본 실시예에서는 돔의 센터와 적어도 한 군데 이상 돔의 에지에 전술한 실시예에서와 동일한 엔드포인트 유닛이 관통되도록 하여 돔의 센터 뿐만 아니라 에지부분에서도 플라즈마 밀도가 균일하도록 각각 상태제어함과 동시에, 돔의 센터와 에지부분에서의 플라즈마 밀도를 서로 비교하여 돔의 센터와 에지부분에서의 플라즈마 밀도가 서로 동일한 값을 갖도록 하기 위한 구성요소까지 포함되어 있다.
본 실시예에서는 돔의 센터와 하나 이상의 에지부분에 엔드포인트 유닛이 관통된 것으로 제안하며, 물론 상기 관통된 엔드포인트 유닛의 사방에는 2쌍의 노즐이 전술한 예에서와 동일하게 구비되고 2쌍의 각 노즐에는 가스공급량을 조절하기 위한 각각의 밸브가 구비되어 있다.
이때, 상기 엔드포인트 유닛과 2쌍의 노즐의 위치가 웨이퍼 표면에 투영된 위치(a,b)는 도 9b에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 센터와 에지에 대응된다.
물론, 본 실시예와는 달리 돔의 센터와 4개의 에지부분에 엔드포인트 유닛과2쌍의 노즐이 구비된 경우, 이의 위치가 웨이퍼 표면에 투영된 위치(a,b,c,d,e)는 도 9c에 도시된 바와 같다.
본 발명에 따른 다른 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치는, 전술한 일 실시예에서의 상태제어부(100)와 동일한 제 1 및 제 2 상태제어부(210,220); 및 상기 제 1 및 제 2 상태제어부(210,220)에 의해 산출된 각각의 비례값(Kc,Ke)의 차분값(△K)을 산출하는 △K 산출부(230)를 포함하여 구성된다.
상기 제 2 상태제어부(220)내의 제어부(도면 미도시함)는 상기 △K 산출부(230)로부터 입력된 차분값이, 메모리부(105)로부터 판독된 기준 차분값(△K*)의 범주이내인지를 판단하고 판단결과에 따라 돔의 에지부분에 관통된 노즐이 속한 밸브의 가스공급율(rCF4, rO2)를 가변제어하여 가스공급부(도면 미도시함)에 출력함으로써, 가스공급부(도면 미도시함)에 의해 챔버내에 공급되는 CF4또는 O2가스의 공급양을 조절한다.
이하에서는, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치의 동작에 대해, 본 발명에 따른 다른 실시예에 적용된 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법의 흐름도인 도 10과 병행하여 상세히 설명하기로 한다. 또한, 제 1 및 제 2 상태제어부(210,220)내의 구성요소들을 별도의 도면으로 도시하지는 않으나, 도 7a의 상태제어부(100)내의 구성요소들과 동일한 명칭을 갖는 구성요소들에 대해 설명의 편의상, 도 7a의 상태제어부(100)내에 구성요소들의 도면부호(101∼108)와 구분하기 위해 각각 101-1∼108-1과 101-2∼108-2로 하여 후술하기로 한다.
먼저, 제어부(106-1,106-2)는 타이머부(108-1,108-2)로부터 현재시각(t)을 주기적으로 판독하여 메모리부(105-1,105-2)로부터 판독된 유휴시간(tD)과 비교(S801)한다.
비교결과 현재시각이 유휴시간보다 작으면(S101의 "아니오"), 제어부(106-1,106-2)는 상태제어동작을 수행하지 않고 종료하고, 현재시각이 유휴시간보다 크거나 같으면(S101의 "예"), 제어부(106-1,106-2)는 CCD(101-1,101-2)와 가스공급부(107-1,107-2)의 동작이 개시되도록 제어한다.
이로써, CCD(101-1,101-2)는 엔드포인트 유닛을 통해 챔버 내부에 광을 주입하고 주입된 광이 웨이퍼로부터 반사되면 반사된 광을 다시 엔드포인트 유닛을 통해 입력받는다.
이어, 광성분 추출부(102-1,102-2)는 상기 CCD(101-1,101-2)로 입력된 광 가운데 CFx와 SiOx 광성분의 파장세기(ICFx, ISiOx)를 각각 추출하고, K 산출부(103-1,103-2)는 상기 추출된 CFx와 SiOx 광성분의 파장세기(ICFx, ISiOx)의 비례값(Kc, Ke)을 각각 산출(S102)한다. 상기 산출되는 비례값(Kc,Ke)는 ISiOx/ICFx이다.
이와 같이 산출된 비례값(Kc, Ke)이 △K 산출부(230)로 입력되면, △K 산출부(230)는 상기 입력된 두 비례값의 차분값(△K)을 산출(S103)하여 제 2 상태제어부(220)내에 제어부(106-2)로 인가한다. 이때, 산출되는 차분값은 Kc-Ke인 것으로가정한다.
제어부(106-2)는 상기 인가된 차분값이, 메모리부(105-2)로부터 판독된 기준 차분값(△K*)의 범주이내에 포함되는지를 판단(S104)한다.
판단결과 상기 인가된 차분값이 기준 차분값(△K*)의 범주이내이면(S104의 "예"), 상태제어동작을 종료하고 제어부(106-2)는 타이머부(108-1,108-2)를 초기화시킴으로써 타이머부(108-1,108-2)로 하여금 추후에 상태제어동작이 수행될 때까지 현재시각을 갱신저장한다.
이와는 달리, 상기 인가된 차분값이 기준 차분값(△K*)의 범주이내가 아니면(S104의 "아니오") 제어부(106-2)는 가스공급율(re)를 가변(S105)시켜 차분값이 기준 차분값의 범주이내에 속하도록 제어하게 된다.
즉, 차분값이 기준 차분값보다 크면 Kc가 Ke보다 크다는 것이므로, 제어부(106-2)는 차분값이 기준 차분값 범주이내에 속하도록 하기 위해, Ke의 분모에 해당하는 가스(CF4)의 가스공급율(rCF4)를 증가시켜 가스공급부(107-2)에 인가함으로써 CF4용 노즐에 의해 챔버 내부에 CF4가스가 더 많이 공급되도록 제어한다.
또한, 차분값이 기준 차분값보다 작으면 Kc가 Ke보다 작다는 것이므로, 제어부(106-2)는 차분값과 기준 차분값을 범주이내에 속하도록 하기 위해, Ke의 분자에 해당하는 가스(O2)의 가스공급율(rO2)를 증가시켜 가스공급부(107-2)에 인가함으로써 O2용 노즐에 의해 챔버 내부에 O2가스가 더 많이 공급되도록 제어한다.
이와 같이 상태제어동작이 종료되고 나면 제어부(106-2)는 전술한 경우와 동일하게 타이머부(108-1,108-2)를 초기화시켜 타이머부(108-1,108-2)로 하여금 추후에 상태제어동작이 수행될 때까지 현재시각을 갱신저장하도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 웨이퍼의 사이즈(size)와 에칭종류에 관계없이 동일하게 적용될 수 있는데, 특히 웨이퍼의 사이즈가 8인치 및 12인치인 경우와, 웨이퍼의 조성물에 따른 에칭종류 즉 산소에칭(oxide-etching), 폴리에칭(poly-etching), 메탈에칭(metal-etching)에도 적용될 수 있음은 물론이다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 플라즈마 에칭시스템 가운데 챔버 내에 플라즈마 밀도를 균일하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 에칭시스템 가운데 돔 상단에 안착되는 코일에 아킹이 발생되지 않도록 하고 보다 안정적으로 전기장을 발생시키도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치 가운데 엔드포인트유닛과 돔의 접촉부가 떨어져 나와 웨이퍼에 불순물을 형성하지 않도록 하는 효과가 있다.

Claims (42)

  1. 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 있어서,
    상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하도록 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템.
  4. 제 1항 내지 제 3항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템.
  6. 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템.
  8. 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는, 상기 돔에 관통되어 챔버 내부에 광을 주입하고 웨이퍼로부터 반사된 광을 입력받는 엔드포인트 유닛(endpoint unit), 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스공급용 노즐, 상기 공급되는 가스의 양을 조절하기 위해 노즐에구비된 밸브를 더 포함하는 장치에 있어서,
    상기 엔드포인트 유닛의 챔버 내부에 접하는 부위가 위로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치.
  12. 제 8항 내지 제 11항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는 장치.
  14. 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는, 상기 돔에 관통되어 챔버 내부에 광을 주입하고 웨이퍼로부터 반사된 광을 입력받는 적어도 하나 이상의 엔드포인트 유닛(endpoint unit), 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스공급용 노즐, 상기 공급되는 가스의 양을 조절하기 위한 밸브를 더 포함하는 장치에 있어서,
    상기 엔드포인트 유닛은, 돔의 센터위치 또는 돔의 센터위치와 하나 이상의 에치위치에서 각각 관통되되,
    상기 엔드포인트 유닛을 통해 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출수단;
    상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출수단;
    상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교수단; 및
    상기 비교결과에 근거하여, 상기 밸브의 상태를 제어하는 제 1 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  18. 제 14항 내지 제 17항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  20. 제 14항 내지 제 17항에 있어서,
    상기 엔드포인트 유닛의 챔버 내부에 접하는 부위가 위로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  23. 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템에 결합되는, 상기 돔에 관통되어 챔버 내부에 광을 주입하고 웨이퍼로부터 반사된 광을 입력받는 적어도 하나 이상의 엔드포인트 유닛(endpoint unit), 챔버 내부에 가스를 공급하는 가스공급용 노즐, 상기 공급되는 가스의 양을 조절하기 위한 밸브를 더 포함하는 장치에 있어서,
    상기 엔드포인트 유닛은, 돔의 센터위치와 하나 이상의 에치위치에서 각각 관통되되,
    각 엔드포인트 유닛으로 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 각각 추출하는 제 2 광성분 추출수단;
    상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 각각 산출하는 제 2 비례값 산출수단;
    돔의 센터위치에 해당하는 비례값과, 에지위치에 해당하는 비례값을 각각 비교하는 제 2 비교수단; 및
    상기 비교결과에 근거하여, 에지위치의 엔드포인트 유닛에 속한 노즐의 밸브상태를 제어하는 제 2 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 돔의 챔버 내부에 접하는 면은 센터부분이 에지부분에 비해 아래로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개 이상의 층으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 돔은 서로 다른 유전율을 갖는 두 개의 층으로 형성되고, 돔의 챔버 내부에 접하는 하층의 유전율은, 챔버 외부에 접하는 상층의 유전율에 비해 작은 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  27. 제 23항 내지 제 26항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  29. 제 23항 내지 제 26항에 있어서,
    상기 엔드포인트 유닛의 챔버 내부에 접하는 부위가 위로 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  32. 제 23항 내지 제 26항에 있어서,
    각 엔드포인트 유닛으로 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출수단;
    상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출수단;
    상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교수단; 및
    상기 비교결과에 근거하여, 각 밸브의 상태를 제어하는 제 1 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  34. 제 33항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  35. 제 29항에 있어서,
    각 엔드포인트 유닛으로 입력된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출수단;
    상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출수단;
    상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교수단; 및
    상기 비교결과에 근거하여, 각 밸브의 상태를 제어하는 제 1 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 코일은 4중 내지 8중으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  37. 제 36항에 있어서,
    상기 코일은 6중의 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어장치.
  38. 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 챔버 내의 웨이퍼에서 반사된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 1 광성분 추출단계;
    상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 1 비례값 산출단계;
    상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 1 비교단계; 및
    상기 비교결과에 근거하여, 상기 챔버내의 가스상태를 제어하는 제 1 제어단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법.
  39. 제 38항에 있어서,
    상기 추출된 광성분의 파장세기는 ISiOx와 ICFx이고,
    상기 산출된 비례값은 ISiOx/ICFx인 경우,
    상기 제 1 제어단계는,
    상기 비교결과 비례값이 기준값보다 크면 상기 챔버내에 CF4가스공급량이 증가되도록 제어하고,
    상기 비교결과 비례값이 기준값보다 작으면 상기 챔버내에 O2가스공급량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법.
  40. 반도체 소자의 제조 공정에 이용되는 장비 가운데 챔버(chamber), 챔버덮개에 해당하는 돔(dome), 상기 돔의 윗면에 안착되는 코일(coil)을 포함하는 플라즈마 에칭시스템의 제어방법에 있어서,
    상기 챔버 내의 웨이퍼에서 반사된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를, 상기 돔의 센터위치와 하나 이상의 에지위치에서 각각 추출하는 제 2 광성분 추출단계;
    상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 각각 산출하는 제 2 비례값 산출단계;
    돔의 센터위치에 해당하는 비례값과, 에지위치에 해당하는 비례값을 제 2 비교단계; 및
    상기 비교결과에 근거하여, 상기 챔버내에 돔의 에지위치에서 가스상태를 제어하는 제 2 제어단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법.
  41. 제 40항에 있어서,
    상기 돔의 센터위치 또는 에지위치에서 반사된 광으로부터 소정 개수 광성분의 파장세기를 추출하는 제 2-1 광성분 추출단계;
    상기 추출된 광성분의 파장세기간의 비례값을 산출하는 제 2-1 비례값 산출단계;
    상기 산출된 비례값을 기준값과 비교하는 제 2-1 비교단계; 및
    상기 비교결과에 근거하여, 상기 돔의 해당 위치에서 가스상태를 제어하는 제 2-1 제어단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법.
  42. 제 41항에 있어서,
    상기 추출된 광성분의 파장세기는 ISiOx와 ICFx이고,
    상기 산출된 비례값은 ISiOx/ICFx인 경우,
    상기 제 2-1 제어단계는,
    상기 비교결과 비례값이 기준값보다 크면 상기 챔버내에 CF4가스공급량이 증가되도록 제어하고,
    상기 비교결과 비례값이 기준값보다 작으면 상기 챔버내에 O2가스공급량이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭시스템의 상태제어방법.
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