KR20040026847A - 자장이 인가된 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적처리용 유도 결합 플라즈마 소오스 - Google Patents
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Abstract
초대면적에 대하여 플라즈마 밀도, 플라즈마 균일도 및 플라즈마 포텐셜 등 플라즈마 특성을 향상시킬 수 있는 자장이 인가된 내장형 선형 안테나를 구비하는 유도 결합 플라즈마 소오스가 개시된다. 본 발명의 유도 결합 플라즈마 소오스는, 반응챔버의 내측 상부에서 수평적으로 서로 일정한 간격을 두고 배치되며, 서로 직렬 혹은 병렬 연결된 유도전력이 인가되는 복수개의 선형 안테나들 및 상기 복수개의 선형 안테나들로부터 발생되는 전기장과 교차하는 자기장을 발생시켜 전자의 나선운동을 촉진시키도록 상기 선형 안테나들에 인접하여 배치된 적어도 하나의 자석을 포함한다.
Description
본 발명은 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma;ICP) 소오스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대면적 플라즈마 식각 공정을 수행하기 위한 반응챔버내에 전기장을 유발하는 선형 안테나를 자기장을 유발시키는 영구자석과 동시에 내장시킨 내장형 선형 안테나를 구비한 유도 결합 플라즈마 소오스에 관한 것이다.
반도체소자의 제조공정 뿐만 아니라 대면적의 평판 패널 디스플레이(FPD) 장치의 제조공정에서 대면적에 걸친 균일한 플라즈마의 형성은 매우 중요하다. 특히 최근에 실리콘 웨이퍼의 직경이 300 mm로 대면적화되고 있으며, 평판 패널 디스플레이 기판의 면적도 400 cm2에서 1 m2으로 대면적화하고 있다. 특히 박막 트랜지스터 (TFT) 액정 표시장치(LCD)를 제조하기 위한 플라즈마 식각공정에는 높은 식각 균일도, 높은 식각속도와 식각 선택비,및 낮은 데미지와 오염을 달성하기 위해 대면적에 걸친 높은 플라즈마 균일도, 높은 플라즈마 밀도 및 낮은 플라즈마 포텐셜이 요구되어진다.
일반적으로 유도 결합 플라즈마 시스템은 나선형(Spiral type) 안테나를 플라즈마 식각공정이 수행되는 반응챔버의 상측 외부에 유전물질을 개재한 채로 설치한 후 고주파의 유도전력을 인가하여 반응챔버내에 전기장을 유발하여 플라즈마를 발생시키는 장치이다. 이러한 ICP 소오스는 ECR(Electron Cyclotron Resonance) 플라즈마 소오스나 HWEP(Helicon-Wave Excited Plasma) 소오스와 비교하여 구조적인 면에서 간단하기 때문에 대면적의 플라즈마를 상대적으로 용이하게 얻을 수 있다는 장점으로 인하여 널리 사용 및 연구되어지고 있다.
그러나, 종래의 유도 결합 플라즈마 소오스는 200 mm 또는 300 mm 정도의 실리콘 웨이퍼에 대한 식각공정시에는 어느 정도 만족할 만한 균일도를 갖는 플라즈마를 형성할 수 있으나, 그 이상의 보다 큰 면적, 예를 들어 730 x 920 mm의 초대면적의 평판 패널 디스플레이 장치를 위한 식각공정시에는 소위 정상파 효과(standing wave effect)에 의해 플라즈마의 밀도가 방사선상으로 비균일적으로 되며, 대면적에 걸쳐 유도된 전압이 커짐에 따라 용량성 결합(capacitive coupling)이 증가하게 되며, 안테나와 반응챔버 사이에 보다 두꺼운 유전물질이 사용되어야 하기 때문에 제작이 어렵고 비용이 증가할 뿐더러 그에 따라 플라즈마와 안테나 사이의 거리가 증가하여 전력 전달 효율(power transfer efficiency)이 약해지게 된다는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 극복하기 위해 루프 또는 직선형의 안테나를 플라즈마가 형성되는 반응챔버의 내측으로 삽입한 내장형 유도 결합 플라즈마 소오스에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 이러한 내장형 유도 결합 플라즈마 소오스의 경우 안테나의 스퍼터링에 의한 오염이나 높은 플라즈마 포텐셜에 기인하는 불안정한 아킹(arcing)이 발생되어 원하는 플라즈마 밀도 및 균일성을 얻을 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기 종래 외장형/내장형 유도결합 플라즈마 소오스 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 밀도, 플라즈마 균일도 및 플라즈마 포텐셜 등 플라즈마 특성을 향상시킬 수 있는 자장이 인가된 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 초대면적을 갖는 기판에 대하여도 플라즈마 공정을 수행할 수 있도록 향상된 플라즈마 특성을 얻을 수 있는 자장이 인가된 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 소오스에서 반응챔버내에 내장된 선형 안테나의 배치관계를 보여주는 개략적인 부분절개 사시도이다.
도 3은 도 1의 유도 결합 플라즈마 소오스에서 전기장과 자기장의 관계를 도시한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 플라즈마가 안정되게 발생됨을 알아보기 위해 측정한 유도전력과 이온밀도간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 자석의 유무에 따라 RF전력과 이온밀도간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 자석의 유무에 따라 RF전력과 전자온도간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 발생된 플라즈마의 균일도를 알아보기 위해 측정한 위치별 이온 포화전류를 나타내는 그래프이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 ; 반응챔버20 ; 스테이지
30 ; 안테나 보호관32 ; 안테나
40 ; 자석 보호관42 ; 자석
50 ; 프로브60 ; 유도전력부
70 ; 바이어스전력부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자장이 인가된 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스는, 반응챔버; 상기 반응챔버의 내측 상부에서 수평적으로 서로 일정한 간격을 두고 배치되며, 서로 직렬혹은 병렬 연결된 유도전력이 인가되는 복수개의 선형 안테나들; 및 상기 복수개의 선형 안테나들로부터 발생되는 전기장과 교차하는 자기장을 발생시켜 전자의 나선운동을 촉진시키도록 상기 선형 안테나들에 인접하여 배치된 적어도 하나의 자석을 포함한다.
상기 선형 안테나들의 일단이 접지되어 있으며, 타단에는 고주파 유도전력이 인가될 수 있도록 구성되어 있으며, 바람직하게는 상기 선형 안테나들은 쿼츠로 된 안테나 보호관으로 둘러쌓여 있다. 또한, 상기 선형 안테나들은 구리로 이루어지며, 상기 반응챔버내에서는 선형으로 유지되면서, 반응챔버 외부에서는 구부러져 일체로 직렬 혹은 병렬 연결되어 있다.
상기 자석은 바람직하게는, 수평적으로 상기 선형 안테나들의 하측에 위치하며, 상기 선형 안테나들에 대응하여 상기 반응챔버 내에서 선형으로 형성되며, 쿼츠로 된 자석 보호관으로 둘러싸인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 반응챔버내의 대면적에 걸쳐 전기장과 자기장이 형성되며 그 속에서 전자들의 나선운동으로 인하여 전자와 중성자간의 충돌 확률이 높아지기 때문에 안정되고 균일한 플라즈마의 형성이 가능하며, RF 유도전력에 비례하는 원하는 플라즈마 밀도를 얻을 수 있으며, 전자손실(Electron loss)이 작아짐에 따라 전자온도가 낮아져 낮은 플라즈마 포텐셜을 유지할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 본 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 구체적인 실시예로서 본 발명의 사상을 당업자가 쉽게 이해할 수 있도록 단순히 예시한 것에불과하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스를 구비하는 플라즈마 식각장치를 나타내는 개략도이며, 도 2는 도 1의 유도 결합 플라즈마 소오스에서 반응챔버내에 내장된 선형 안테나의 배치관계를 보여주는 개략적인 부분절개 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반응챔버(10)내의 하부에는 플라즈마 식각공정 또는 증착 공정을 수행할 기판(도시안됨)을 장착할 수 있는 스테이지(20)가 설치되어 있다. 상기 스테이지(20)는 바람직하게는 상하구동이 가능하며, 정전척의 형태로 구성될 수 있다. 반응챔버(10)의 바닥 또는 측벽의 일부에는 진공펌프(도시안됨)와 연결된 배기라인이 더 형성되어 있다. 상기 스테이지(20)에는 바이어스 전력을 인가할 수 있도록 바이어스 전력부(70)가 연결되어 있다. 또한 상기 스테이지(20)에는 바이어스 전압을 측정할 수 있는 바이어스 전압 측정수단(도시안됨)이 더 설치된다.
한편, 반응챔버(10)의 내측 상부는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 소오스 영역으로서, 수평적으로 일정한 간격을 두고 서로 인접되어 설치되어 있는 복수개의 선형 안테나(32)들이 설치되어 있다. 이들 선형 안테나(32)들은 반응챔버(10)내에서는 직선형을 유지하지만, 반응챔버(10)의 외측에서는 뱀과 같이 구부려져 (serpentine) 서로 직렬로 연결되어 있다.
수평적으로 배치된 복수개의 선형 안테나(32)들의 하측에는 도 3에서 보여지는 바와 같이 영구 자석(42)이 배치되어 있다. 자석(42)은 안테나(32)와 같이 스퍼터링에 저항성이 큰 물질, 예를 들어 쿼츠로 된 자석 보호관(40)으로 둘러싸여 있다. 안테나(32)의 하부에는 반응챔버(10)의 측벽으로부터 중앙으로 돌출된 랑규뮤어(Langmuir) 프로브(50)가 설치되어 있다.
본 실시예에서는 반응챔버(10)를 대면적의 FPD 패널 공정의 적용을 위해 830 mm x 1020 mm의 크기를 가는 스테인레스 스틸로 이루어진 직육면체 형태로 구성하였다. 6개의 직선형 안테나(32)가 반응챔버(10)내에 삽입되며, 각 직선형 안테나(32)들은 반응챔버(10)의 외측에서 서로 직렬 연결되어 있으며, 각 직선형 안테나(32)는 반응챔버(10) 내에서 안테나 보호관(30)속에 삽입되어 있다. 안테나 보호관(30)은 예를 들어, 스퍼터링에 내성이 강한 쿼츠 파이프로 이루어지며, 외경은 약 15 mm이며 쿼츠 파이프의 두께는 약 2 mm인 것을 사용하였다. 안테나(32)는 직경 10 mm의 구리로 형성하였으며, 상호 직렬 연결된 안테나(32)의 일단은 접지되어 있으며, 타단은 유도 방전을 위해 13.56 MHz의 RF 유도전력부(60)에 연결되어 있다.
한편, 상기 랑규뮤어 프로브(50)로서는 영국의 Hiden Analytical Inc.사의 제품을 사용하였다. 상기 랑규뮤어 프로브(50)는 내장형 선형 안테나를 구비한 본 발명의 유도 결합 플라즈마 소오스의 플라즈마 밀도, 플라즈마 균일도 및 플라즈마 포텐셜과 같은 플라즈마 특성들을 측정하기 위해 설치되어 있으며, 상기 플라즈마 특성들을 모니터링하기 위해 아르곤 가스가 사용된다. 상기 랑규뮤어 프로브(50)는 상기 선형 안테나(32)의 하측으로 17 cm 및 5 cm 아래에 각기 설치하였다.
도 3은 도 1의 유도 결합 플라즈마 소오스에서 전기장과 자기장의 관계를 도시한 개략도이다.
도 3을 참조하면, 서로 이웃하여 설치된 선형 안테나(32)는 도 2 에서 보여지듯이 반응챔버(20)의 외측에서 직렬 연결되어 있기 때문에 전류의 흐름방향(화살표 방향)이 서로 반대로 되어 있어서 이에 의해 유도되는 전기장(Electric field)의 방향은 두 인접한 선형 안테나(32)의 중간부분에서 하향하는 방향이 되며, 안테나(32)들의 하측에 설치된 영구 자석(42)들은 N극 및 S극이 서로 번갈아 배치되기 때문에 이들 사이에 형성되는 자기력선(44)들에 의한 자기장(Magnetic field)의 방향과 상기 전기장의 방향은 서로 직교하며, 이들 자기장과 전기장내에서 전자는 나선운동을 하게 된다. 이것은 전자의 이동 경로를 증가시킴으로써 전자와 중성자의 충돌 확률, 즉 충돌 주파수를 증가시키는 것을 의미한다. 따라서 자기장의 도입에 따른 전자의 나선형 운동으로부터 전자와 중성자의 충돌 확률의 증가에 따라 이온 밀도가 증가하는 반면에, 전자의 이동도(mobility)는 감소하게 되어 전자 손실(electron loss)은 감소하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 플라즈마가 안정되게 발생됨을 알아보기 위해 측정한 유도전력과 이온밀도간의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 4의 데이터는 랑규뮤어 프로브(50)가 선형 안테나(32)로부터 17 cm 아래에 위치시켜 측정한 결과 그래프로서, 도 1의 유도전력부(60)에 인가되는 유도전력에 따른 이온밀도를 측정한 결과 본 발명에서와 같이 내장형 선형 안테나(32)에 인접하여 자석(42)이 배열되는 경우 유도전력의 증가에 따라 이온 밀도가 비례적으로 증가하여 안정된 플라즈마가 형성될 수 있으나, 자석(42)이 존재하지 않는 경우에는 전자 손실이 크게 되기 때문에 유도 전력이 약 1000 W 이상인 "A" 부분에서는 반응챔버의 벽체와 플라즈마 사이에 아킹이 발생되어 안정된 플라즈마의 형성이 불가능하며, 이온 밀도의 측정이 불가능하였다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 자석의 유무에 따라 RF전력과 이온밀도간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5에서는 아르곤 가스를 사용하여 랑규뮤어 프로부(50)에 의해 측정한 이온 밀도에 대한 안테나(32)에 인가되는 RF 유도전력, 동작 압력 및 자기장의 영향을 보여주는 것으로서, 동작 압력은 5 mTorr, 15 mTorr 및 25 mTorr에 대하여 RF 유도전력은 600 W 내지 2000 W에서 자석(42)의 유무에 따라 측정한 것이다. 6개의 선형 안테나(32)를 사용하였으며, 전체 안테나의 길이는 7.89 m이며, 인접한 안테나(32)간의 거리는 11.4 cm이었다. 랑규뮤어 프로브(50)는 안테나(32)로부터 17 cm 아래에 위치한다.
도 5로부터 아르곤 동작 압력과 RF 전력이 증가함에 따라 이온 밀도는 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있다. 안테나 전류에 의해 발생된 전기장에 직교하는 자기장의 적용에 의해 일반적으로 이온 밀도는 약 50% 증가하였다. 즉 2000 W의 RF 전력과 아르곤 가스 25 mTorr에서 자석(42)이 존재하는 경우의 이온 밀도는 8.2 x 1010cm-3, 즉 1011cm-3정도에 근접하였다. 도 5의 이온 밀도는 프로브(50)의 위치가 안테나(32)로부터 17 cm 아래에서 측정한 결과이며, 안테나(32)로부터 5 cm 아래에서 측정한 이온 밀도는 일반적으로 2배 정도 증가함을 알 수 있었다. 따라서,1500 W 이상의 RF 전력을 인가할 경우 약 1011cm-3이상의 고밀도 플라즈마를 형성할 수 있음을 알 수 있었다. 도 5에 아르곤 가스의 동작 압력이 5 mTorr의 경우 도 4에서와 같이 약 1000 W 이상의 RF 전력이 인가되는 경우 아킹이 발생됨을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 자석의 유무에 따라 RF전력과 전자온도간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6에서는 아르곤 가스를 사용하여 랑규뮤어 프로부(50)에 의해 측정한 이온 밀도에 대한 안테나(32)에 인가되는 RF 유도전력, 아르곤 가스의 동작 압력(operation pressure) 및 자기장의 영향을 보여주는 것으로서, 동작 압력은 5 mTorr 및 15 mTorr에 대하여 RF 유도전력은 600 W 내지 2000 W에서 자석(42)의 유무에 따라 측정한 것이다.
도 6에서 보여지듯이, 전자온도(electron temperature)는 2.0 내지 4.5 eV의 범위내에 있으며, RF전력이 증가함에 따라 전자온도가 약간 감소함을 알 수 있으며, 또한 동작 압력이 증가함에 따라 전자온도는 감소함을 알 수 있다. 또한 자석(42)의 유무에 따라 전자온도의 차이가 존재하며, 자석(42)이 존재하는 경우 전자온도가 감소함을 알 수 있다.
만약에 자석(42)이 존재하지 않을 경우 전자-중성자간의 충돌 주파수의 감소에 의해 전자 손실이 증가하게 되면, 플라즈마 상태를 유지하기 위해 전자 온도는 증가되어야만 한다. 낮은 동작 압력과 자석이 존재하지 않는 경우 전자 온도가 증가하는 것은 증가된 전자 손실과 관계된다.
그래프로 도시하지 않았지만, 플라즈마 포텐셜을 또한 측정하였으며, 플라즈마 포텐셜은 25 내지 45 eV의 범위내에 있으며, RF 전력의 증가와 동작 압력의 증가에 따라 플라즈마 포텐셜은 감소하였지만, 자기장의 적용여부에 따라서는 큰 변화를 보여주지 못하였다.
도 7은 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도 결합 플라즈마 소오스에서 발생된 플라즈마의 균일도를 알아보기 위해 측정한 위치별 이온 포화전류를 나타내는 그래프이다. 이온 포화전류는 플라즈마 밀도에 대한 측정치로 사용된다.
도 7에서 이온 포화전류는 안테나(32)의 5 cm 아래에 설치한 랑규뮤어 프로브(50)에 의해 측정된 것으로서, 안테나(32) 라인을 따라 반응챔버의 위치에 대한 함수로서 측정한 것이다. 측정은 동작 압력이 15 mTorr에서 RF전력이 600 W 및 2000 W인 경우에 자석이 있는 경우와 없는 경우에 대하여 이루어졌다.
도면에서 보여지는 바와 같이, RF 전력이 600 W에서 2000 W로 증가함에 따라 플라즈마 밀도가 증가되었을 뿐만 아니라 플라즈마가 용량성 결합 모드로부터 유도성 결합 모드로 변화됨에 따라 플라즈마의 균일도도 향상될 수 있음을 알 수 있다. 반응챔버의 중심으로부터 40 cm인 위치를 따라 자석이 없는 상태에서 2000 W의 RF 전력에서 6%의 플라즈마 균일도를 얻을 수 있다. 자기장이 인가되면 RF 전력의 증가에 따라 플라즈마 밀도가 증가하고 플라즈마 균일도도 향상된다. 나아가 자기장의 적용은 반응챔버내의 위치에 따라 플라즈마 밀도를 증가시키지만, 플라즈마 균일도는 어느 정도 악화되지만, 플라즈마 비균일도(non-uniformity)는 여전히 10% 이하가 유지된다. 자기장의 배열을 최적화하게 되면, 이러한 플라즈마 균일도는 원하는 수준 이하로 향상될 수 있다.
이상의 실시예들에 대해 상술하였지만, 본 발명은 첨부되는 특허청구범위의 기술적 사상 범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면, 초대면적 플라즈마 공정을 위하여 내장형 선형 안테나와 영구 자석을 결합하여 반응챔버내의 플라즈마 생성 영역에서 전기장과 자기장을 결합시킴으로써 전자의 나선운동에 의해 이동 경로가 증가하여 전자와 중성자간의 충돌 확률이 높아지게 된다. 따라서 RF 전력의 증가에 따라 플라즈마 밀도가 증가하게 되는 반면 전자 온도는 감소하고, 플라즈마 생성의 안정성이 증가하며, 또한 초대면적 플라즈마 공정을 위한 플라즈마 균일도도 10% 이내에서 유지될 수 있다.
Claims (7)
- 반응챔버;상기 반응챔버의 내측 상부에서 수평적으로 서로 일정한 간격을 두고 배치되며, 서로 전기적으로 연결된 유도전력이 인가되는 복수개의 선형 안테나들; 및상기 복수개의 선형 안테나들로부터 발생되는 전기장과 교차하는 자기장을 발생시켜 전자의 나선운동을 촉진시키도록 상기 선형 안테나들에 인접하여 배치된 적어도 하나의 자석을 포함하는 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 선형 안테나들의 일단이 접지된 것을 특징으로 하는 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 선형 안테나들은 쿼츠로 된 안테나 보호관으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 선형 안테나들은 구리로 이루어지며, 상기 반응챔버내에서는 선형으로 유지되면서, 반응챔버 외부에서 서로 직렬 혹은 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자석은 수평적으로 상기 선형 안테나들의 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자석은 상기 선형 안테나들에 대응하여 선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자석은 쿼츠로 된 자석 보호관으로 둘러싸인 것을 특징으로 하는 내장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용 유도 결합 플라즈마 소오스.
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|---|---|---|---|---|
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| KR101236206B1 (ko) * | 2007-01-25 | 2013-02-22 | 최대규 | 균일한 고밀도 플라즈마를 발생하기 위한 유도 결합플라즈마 반응기 |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7845310B2 (en) * | 2006-12-06 | 2010-12-07 | Axcelis Technologies, Inc. | Wide area radio frequency plasma apparatus for processing multiple substrates |
| KR100953741B1 (ko) * | 2007-09-06 | 2010-04-21 | 주식회사 에폰 | 이.씨.알. 플라즈마 성막 장비 |
| US20180308661A1 (en) | 2017-04-24 | 2018-10-25 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor with electrode filaments |
| US11114284B2 (en) * | 2017-06-22 | 2021-09-07 | Applied Materials, Inc. | Plasma reactor with electrode array in ceiling |
| US10510515B2 (en) | 2017-06-22 | 2019-12-17 | Applied Materials, Inc. | Processing tool with electrically switched electrode assembly |
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| WO2020023874A1 (en) * | 2018-07-26 | 2020-01-30 | Lam Research Corporation | Compact high density plasma source |
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Family Cites Families (12)
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|---|---|---|---|---|
| US5531834A (en) * | 1993-07-13 | 1996-07-02 | Tokyo Electron Kabushiki Kaisha | Plasma film forming method and apparatus and plasma processing apparatus |
| GB9321489D0 (en) * | 1993-10-19 | 1993-12-08 | Central Research Lab Ltd | Plasma processing |
| JPH07296991A (ja) * | 1994-04-25 | 1995-11-10 | Kokusai Electric Co Ltd | マイクロ波プラズマ発生装置 |
| JP2641390B2 (ja) * | 1994-05-12 | 1997-08-13 | 日本電気株式会社 | プラズマ処理装置 |
| JP3156622B2 (ja) * | 1996-02-27 | 2001-04-16 | 松下電器産業株式会社 | プラズマ発生装置 |
| US5838111A (en) * | 1996-02-27 | 1998-11-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Plasma generator with antennas attached to top electrodes |
| JPH09283300A (ja) * | 1996-04-18 | 1997-10-31 | Sony Corp | プラズマ処理装置 |
| US6534922B2 (en) * | 1996-09-27 | 2003-03-18 | Surface Technology Systems, Plc | Plasma processing apparatus |
| US6071372A (en) * | 1997-06-05 | 2000-06-06 | Applied Materials, Inc. | RF plasma etch reactor with internal inductive coil antenna and electrically conductive chamber walls |
| JP3327391B2 (ja) * | 1999-09-09 | 2002-09-24 | 日本電気株式会社 | 薄膜製造装置および製造方法 |
| US6341574B1 (en) * | 1999-11-15 | 2002-01-29 | Lam Research Corporation | Plasma processing systems |
| US6783629B2 (en) * | 2002-03-11 | 2004-08-31 | Yuri Glukhoy | Plasma treatment apparatus with improved uniformity of treatment and method for improving uniformity of plasma treatment |
-
2002
- 2002-09-26 KR KR10-2002-0058456A patent/KR100465907B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-04-14 US US10/412,407 patent/US20040060662A1/en not_active Abandoned
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100483355B1 (ko) * | 2002-11-14 | 2005-04-15 | 학교법인 성균관대학 | 자장강화된 외장형 선형 안테나를 구비하는 대면적 처리용유도 결합 플라즈마 소오스 |
| KR100712125B1 (ko) * | 2005-01-20 | 2007-04-27 | 삼성에스디아이 주식회사 | 유도결합형 플라즈마 처리장치 |
| KR100721572B1 (ko) * | 2005-01-20 | 2007-05-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 유도결합형 플라즈마 처리장치 |
| KR100748392B1 (ko) * | 2005-07-14 | 2007-08-10 | 성균관대학교산학협력단 | 이중 주파수를 이용한 초대면적 플라스마 발생장치 |
| KR100731993B1 (ko) * | 2006-02-16 | 2007-06-27 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 내부 방전 브리지를 갖는 플라즈마 소오스 |
| KR100845890B1 (ko) * | 2006-09-14 | 2008-07-16 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 대면적 유도 결합 플라즈마 반응기 |
| KR100845885B1 (ko) * | 2006-09-14 | 2008-07-16 | 주식회사 뉴파워 프라즈마 | 대면적 유도 결합 플라즈마 반응기 |
| KR101236206B1 (ko) * | 2007-01-25 | 2013-02-22 | 최대규 | 균일한 고밀도 플라즈마를 발생하기 위한 유도 결합플라즈마 반응기 |
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