KR20050001914A - Aparratus for curing e-beam using surface wave plasma source - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An electron beam hardening apparatus using an SWP plasma source is provided to avoid a line striation phenomenon caused by using DUV(deep ultraviolet) photoresist and a decrease of photoresist selectivity by varying an electronic source of a conventional electron beam hardening apparatus. CONSTITUTION: A wafer is installed in a reaction chamber part(31). A plasma generation chamber part(35) is connected to an outside high voltage power part, fixedly coupled to the upper surface of the reaction chamber part by an insulator(37). A microwave supply part is formed on the plasma generation chamber part. A non-metallic grid(39) is installed between the reaction chamber part and the plasma generation chamber part. A magnetic coil part(47) is wound around the outer circumferential surface of the reaction chamber part.

Description

에스.더블유.피 소스를 이용한 전자빔 경화장치{Aparratus for curing e-beam using surface wave plasma source}Electron beam curing apparatus using S. double U.P source {Aparratus for curing e-beam using surface wave plasma source}

본 발명은 반도체소자의 제조시의 전자빔 경화장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 상용 이빔(E-beam)경화장비의 전자소스의 변형을 통하여 위에 기술한 기존장비의 문제점들을 개선시키므로써 DUV PR(Deep-UV photoresist) 사용으로 인한 라인 스트레이션(line striation) 현상과 PR 선택비의 감소를 방지할 수 있는 SWP 소스를 이용한 전자빔 경화장비에 관한 것이다.The present invention relates to an electron beam curing equipment in the manufacture of semiconductor devices, and more particularly, by improving the problems of the existing equipment described above through the modification of the electron source of the conventional commercial E-beam curing equipment DUV The present invention relates to an electron beam curing apparatus using a SWP source that can prevent line striation and a reduction in PR selectivity due to the use of deep-UV photoresist (PR).

현재 0.117 μm 기술이하의 디바이스에서 ArF (193nm)를 포함한 deep-UV PR(포토레지스트)을 이용한 포토마스크 공정시에 과도한 PR 플로우(flow)와 CD(critical dimension) 축소(shrinkage)가 발생하여 건식식각(dry etching) 공정시에 라인줄무늬(line striation)의 발생으로 CD 균일도가 급격히 저하되고, PR 선택비 또한 떨어지는 문제점이 발생하고 있다.Dry etching due to excessive PR flow and critical dimension shrinkage during photomask processing using deep-UV PR (photoresist) with ArF (193nm) on devices below 0.117 μm technology In the dry etching process, CD uniformity is drastically lowered due to the occurrence of line striation, and the PR selectivity is also lowered.

현재, 전자빔 경화장비를 이용하여 전자빔을 Deep-UV PR에 도핑하므로써 이러한 현상을 제거하려는 노력을 하고 있다. 이 기술의 성패는 전자빔의 세기가 균일하고, 또한 전자들의 분포가 균일해야 한다.Currently, efforts are being made to eliminate this phenomenon by doping electron beams to Deep-UV PR using electron beam curing equipment. The success of this technique requires uniform electron beam intensity and uniform distribution of electrons.

이러한 관점에서 기존의 전자빔 경화장비에 대해 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to Figure 1 with respect to the conventional electron beam curing equipment in this respect is as follows.

도 1은 기존의 전자빔 경화장비를 설명하기 위한 경화장비의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a curing apparatus for explaining a conventional electron beam curing equipment.

기존의 전자빔 경화장비는, 도 1에 도시된 바와같이, 진공챔버부(11)내에 웨이퍼(13)가 장착되어 있고, 반응챔버(11)상부에 캐소드역할을 하는 플라즈마 발생챔버부(15)가 마련되어 있으며, 상기 진공챔버부(11)와 플라즈마챔버부(15)는 절연체(17)로 절연되어 있으며, 이들사이에 애노드역할을 하는 알루미늄 그리드(19)가설치되어 있다.In the conventional electron beam curing apparatus, as shown in FIG. 1, the wafer 13 is mounted in the vacuum chamber portion 11, and the plasma generation chamber portion 15, which serves as a cathode on the reaction chamber 11, is provided. The vacuum chamber portion 11 and the plasma chamber portion 15 are insulated with an insulator 17, and an aluminum grid 19 serving as an anode therebetween is provided.

여기서, 상기 플라즈마밸생챔버부(15)는 고전압전원부(21)에 연결되어 있으며, 상기 Al 그리드(19)는 저전압전원부(23)와 연결되어 있다.Here, the plasma vitalization chamber part 15 is connected to the high voltage power supply unit 21, and the Al grid 19 is connected to the low voltage power supply unit 23.

또한, 상기 진공챔버부(11)의 하단에 형성된 배출구(11a)에는 가스를 배출하는 배출펌프(25)가 마련되어 있다.In addition, a discharge pump 25 for discharging gas is provided in the discharge port 11a formed at the lower end of the vacuum chamber part 11.

이러한 구성으로 된 기존의 전자빔 경화장비는, 금속으로 이루어진 캐소드와 애노드인 그리드(19)에 DC 전압을 걸어 주어 플라즈마를 발생시키고, 이로 인하여 발생된 전자들을 웨이퍼에 입사시키게 된다.In the conventional electron beam curing apparatus having such a configuration, a plasma is generated by applying a DC voltage to the grid 19, which is a cathode and an anode, which is made of metal, thereby injecting the generated electrons into the wafer.

그러나, 기존의 전자빔 경화장비는 DC(direct current) 플라즈마를 이용하기 때문에 전자빔의 세기와 전자분포의 균일도 개선의 여지가 있으며, 기존 장비들은 금속성분의 캐소드와 에노드가 직접적으로 플라즈마에 노출되어 입자의 오염의 주범이 되고 있다.However, existing electron beam curing equipment uses DC (direct current) plasma, so there is room for improvement of electron beam intensity and electron distribution uniformity. In existing equipment, the cathode and the anode of metal component are directly exposed to the plasma Has become the culprit of pollution.

이에 본 발명은 상기 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 기존의 상용 이빔(E-beam)경화장비의 전자소스의 변형을 통하여 위에 기술한 기존장비의 문제점들을 개선시키므로써 DUV PR(Deep-UV photoresist) 사용으로 인한 라인 스트레이션(line striation) 현상과 PR 선택비의 감소를 방지할 수 있는 SWP 소스를 이용한 전자빔 경화장비를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art, by improving the problems of the existing equipment described above through the modification of the electron source of the conventional commercial E-beam curing equipment DUV PR ( The purpose of the present invention is to provide an electron beam curing apparatus using a SWP source that can prevent the line striation phenomenon and the reduction of PR selectivity due to the use of deep-UV photoresist.

도 1은 기존의 전자빔 경화장비를 설명하기 위한 경화장비의 개략도,1 is a schematic diagram of a curing equipment for explaining the conventional electron beam curing equipment,

도 2는 본 발명에 따른 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치를 경화장치의 개략도.Figure 2 is a schematic diagram of a device for curing the electron beam curing device using a SWP plasma source according to the present invention.

[도면부호의설명][Description of Drawing Reference]

31 : 반응챔버부 31a : 가스배출구31: reaction chamber portion 31a: gas discharge port

33 : 정전기척 35 : 플라즈마발생챔버부33: electrostatic chuck 35: plasma generating chamber portion

37 : 절연체 39 : 실리콘 그리드37: insulator 39: silicon grid

41 : 석영관 43 : 온도제어블럭41: quartz tube 43: temperature control block

45 : 링유전체라인 47 : 마그네틱코일부45: ring dielectric line 47: magnetic coil part

49 : 세라믹커버 51 : 플라즈마49: ceramic cover 51: plasma

53 : 터보펌프 55 : 배출펌프53: turbo pump 55: discharge pump

57 : 전원공급부57: power supply

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치는,Electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to the present invention for achieving the above object,

SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치에 있어서,In the electron beam curing apparatus using a SWP plasma source,

내부에 웨이퍼가 장착된 반응챔버부와 절연체에 의해 상기 반응챔버부상면에 결합고정되어 외부 고전압전원부와 연결된 플라즈마 발생챔버부와;A plasma generation chamber part fixedly coupled to an upper surface of the reaction chamber part by a reaction chamber part and an insulator in which a wafer is mounted, and connected to an external high voltage power supply part;

상기 플라즈마발생챔버부상에 마련된 마이크로파공급부와;A microwave supply unit provided on the plasma generation chamber portion;

상기 반응챔버부와 플라즈마발생챔버부사이에 장착되는 비금속성 그리드; 및A nonmetal grid mounted between the reaction chamber portion and the plasma generation chamber portion; And

상기 반응챔버부의 외주면에 감겨진 마그네틱코일부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로한다.And a magnetic coil wound around an outer circumferential surface of the reaction chamber.

(실시예)(Example)

이하, 본 발명에 따른 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치를 경화장치의 개략도이다.2 is a schematic diagram of an apparatus for curing an electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to the present invention.

본 발명에 따른 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치는, 도 2에 도시된 바와같이, 반응챔버(31)의 하부에 웨이퍼가 놓이도록 세라믹이 코팅된 정전기척(electrostatic chuck)(33)이 장착되어 있고, 반응챔버(31)상부에 캐소드역할을 하는 플라즈마 발생챔버부(35)가 마련되어 플라즈마(51)를 발생시키도록 되어 있다. 여기서, 정전기척(33)의 양측에 세리믹커버(49)가 장착되어 있다.In the electron beam curing apparatus using the SWP plasma source according to the present invention, as shown in FIG. 2, an electrostatic chuck 33 coated with ceramic is mounted to place a wafer under the reaction chamber 31. In addition, a plasma generation chamber 35 serving as a cathode is provided on the reaction chamber 31 to generate the plasma 51. Here, the ceramic cover 49 is attached to both sides of the electrostatic chuck 33.

또한, 상기 반응챔버(31)와 플라즈마발생챔버부(35)는 이들사이에 끼워지는 절연체(37)로 절연되어 있으며, 이들사이에 애노드역할을 하는 도전성 그리드(39)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 도전성 그리드로는 알루미늄 등의 금속성 물질이나 비금속성 물질인 Si을 포함한다.The reaction chamber 31 and the plasma generation chamber 35 are insulated with an insulator 37 sandwiched therebetween, and a conductive grid 39 serving as an anode is provided therebetween. Here, the conductive grid includes a metallic material such as aluminum or Si which is a nonmetallic material.

그리고, 상기 플라즈마발생챔버부(35)의 상면에는 석영관(41)이 장착되고, 석영관(43)상에는 온도제어블럭(43)이 마련되어 있으며, 이 온도제어블럭(43)의 외주면으로 링유전체라인(45)이 감싸여져 있는 한편, 상기 온도제어블럭(43)는 2.45GHz의 마이크로파 소스와 연결되어 있다.A quartz tube 41 is mounted on the upper surface of the plasma generation chamber 35, and a temperature control block 43 is provided on the quartz tube 43. A ring dielectric is formed on the outer circumferential surface of the temperature control block 43. While line 45 is wrapped, the temperature control block 43 is connected to a microwave source of 2.45 GHz.

또한, 상기 반응챔버(31)의 외주면에 마그네틱 코일(45)이 다수회 감겨져 있다.In addition, the magnetic coil 45 is wound several times on the outer circumferential surface of the reaction chamber 31.

한편, 상기 반응챔버(31)의 하단에 형성된 가스배출구(31a)에는 터브펌프(turbo-molecular pump) (53)와 배출펌프부(55)가 연결되어 있으며, 상기 실리콘그리드(39)는 전원공급원(57)과 연결되어 있다.Meanwhile, a tub-molecular pump 53 and a discharge pump part 55 are connected to the gas discharge port 31a formed at the lower end of the reaction chamber 31, and the silicon grid 39 is a power supply source. It is connected with (57).

이러한 구성으로 된 본 발명에 따른 SWP 타입의 플라즈마 발생장치의 원리에 대해 간략하게 설명하면 다음과 같다.The principle of the SWP type plasma generator according to the present invention having such a configuration will be briefly described as follows.

본 발명에서는 SWP 타입의 플라즈마발생장치에 비금속성 Si 그리드(39)를 마그네틱코일(47)의 윗단에 고정시키고 (+)전압을 걸어 주어 플라즈마내의 전자들만을 선택적으로 웨이퍼에 입사할 수 있도록 한다.In the present invention, the nonmetallic Si grid 39 is fixed to the upper end of the magnetic coil 47 and a positive voltage is applied to the SWP type plasma generator so that only electrons in the plasma can be selectively incident on the wafer.

먼저 반응챔버(31)내에 적당한 가스를 주입하고 외부에서 2.45GHz의 마이크로파를 인가해 주면 방전되어 플라즈마가 발생되는데, 플라즈마와 링유전체라인의 경계면을 따라 플라즈마 표면파(plasma surface wave)가 발생하게 된다.First, when a suitable gas is injected into the reaction chamber 31 and a microwave of 2.45 GHz is applied from the outside, plasma is discharged to generate plasma. A plasma surface wave is generated along the interface between the plasma and the ring dielectric line.

이러한 플라즈마 표면파(plasma surface wave)가 에너지를 잃게 되면 그 에너지는 고스란히 플라즈마 입자에 전달되어 중성 가스의 이온화 효율을 극대화시킬 수 있게 된다. 이것이 표면파 플라즈마의 원리이며, 기존의 DC 플라즈마 또는 RF를 이용한 RIE(MERIE) 플라즈마, 그리고 TCP(transformer coupled plasma)보다 이온화율이 더욱 높으며, 매우 낮은 압력에서 높은 압력, 예를들어 0.01∼1 Torr 에 이르기 까지 보다 넓은 영역에서 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 낮은 전자온도의 플라즈마를 발생시켜 보다 PR의 경화효율을 극대화할 수 있다는 장점이 있다.When the plasma surface wave loses energy, the energy is transferred to the plasma particles as it is, thereby maximizing the ionization efficiency of the neutral gas. This is the principle of surface wave plasma, and has higher ionization rate than conventional DC plasma or RF RIE (MERIE) plasma and TCP (transformer coupled plasma), and at very low pressure, for example, from 0.01 to 1 Torr Plasma can be generated in a wider area up to and has the advantage of maximizing the curing efficiency of PR by generating a plasma of low electron temperature.

또한, Si 그리드(39)와 웨이퍼(33)사이에 코일(47)을 장착하여 자기장을 발생시키므로써 (+)전위가 걸린 Si 그리드(39)를 통해 걸러진 전자빔 분포의 균일도를 향상시키게 된다.In addition, the coil 47 is mounted between the Si grid 39 and the wafer 33 to generate a magnetic field, thereby improving the uniformity of the electron beam distribution filtered through the Si grid 39 subjected to the positive potential.

상기에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치에 의하면, 전자빔 발생장치를 DC 플라즈마에서 2.45GHz의 마이크로파를 이용한 표면파 플라즈마소스로 개선시키므로써 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.As described above, according to the electron beam curing apparatus using the SWP plasma source according to the present invention, the following effects can be expected by improving the electron beam generating apparatus from a DC plasma to a surface wave plasma source using a microwave of 2.45 GHz.

SWP 소스를 이용한 전자빔 경화장치의 운전압력이 종래의 DC, RC를 이용한 RIE(Reactive Ion Etching) 및 TCP(Transformer Coupled Plasma) 소스에 비해 보다 넓기 때문에 전자들의 발생효율을 높이고, 발생전자들의 강도를 더욱 균일하게 개선시킬 수 있다.The operating pressure of the electron beam curing apparatus using the SWP source is wider than that of the conventional reactive ion etching (RIE) and TCP (transformer coupled plasma) sources using DC and RC, thereby increasing the generation efficiency of the electrons and increasing the intensity of the generated electrons. It can be improved uniformly.

또한, 웨이퍼윗단의 진공챔버측벽에 코일을 감아 전류를 흘려 자기장을 발생시키므로써 전자빔 분포의 균일도와 웨이퍼에 균일하게 입사하는 정도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the coil is wound around the vacuum chamber side wall at the upper end of the wafer to generate a magnetic field, thereby improving the uniformity of the electron beam distribution and the degree of uniform incidence on the wafer.

그리고, SWP 소스는 넓은 영역의 방전이 가능하기 때문에 300nm 웨이퍼의 공정에 유리할 뿐만 아니라 전자빔의 온도가 낮아 전자빔 경화공정의 개선효과를 기대할 수 있다.In addition, since the SWP source can be discharged in a wide area, it is advantageous not only for the 300 nm wafer process but also for improving the electron beam curing process due to the low temperature of the electron beam.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various changes can be made by those skilled in the art without departing from the gist of the invention claimed in the claims. will be.

Claims (7)

SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치에 있어서,In the electron beam curing apparatus using a SWP plasma source, 웨이퍼가 장착된 반응챔버부와 절연체에 의해 상기 반응챔버부상면에 결합고정되어 외부 고전압전원부와 연결된 플라즈마 발생챔버부와;A plasma generating chamber portion coupled to and fixed to an upper surface of the reaction chamber portion by a reaction chamber portion on which a wafer is mounted and an insulator, and connected to an external high voltage power supply portion; 상기 플라즈마발생챔버부상에 마련된 마이크로파공급부와;A microwave supply unit provided on the plasma generation chamber portion; 상기 반응챔버부와 플라즈마발생챔버부사이에 장착되는 비금속성 그리드; 및A nonmetal grid mounted between the reaction chamber portion and the plasma generation chamber portion; And 상기 반응챔버부의 외주면에 감겨진 마그네틱코일부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로하는 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치.The electron beam curing apparatus using a SWP plasma source, characterized in that it comprises a magnetic coil wound around the outer peripheral surface of the reaction chamber. 제1항에 있어서, 상기 비금속성 그리드는 실리콘그리드를 포함하는 것을 특징으로하는 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치.The electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to claim 1, wherein the non-metallic grid comprises a silicon grid. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마발생챔버부상면에 석영관이 장착되고 그 위에 온도제어블럭이 마련되어 있는 것을 특징으로하는 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치.The electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to claim 1, wherein a quartz tube is mounted on the upper surface of the plasma generation chamber and a temperature control block is provided thereon. 제1항에 있어서, 상기 온도제어블럭주연에 링유전체라인이 장착되어 있는 것을 특징으로하는 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치.The electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to claim 1, wherein a ring dielectric line is mounted around the temperature control block. 제1항에 있어서, 상기 반응챔버부하면에 개구부가 형성되어 배출펌프와 연결되어 있는 것을 특징으로하는 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치.The electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to claim 1, wherein an opening is formed at a lower surface of the reaction chamber to be connected to a discharge pump. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼는 세라믹으로 코팅된 정전기척상에 놓여 있는 것을 특징으로하는 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치.The apparatus of claim 1, wherein the wafer is placed on an electrostatic chuck coated with a ceramic. 제1항에 있어서, 상기 마이크로파의 파장은 2.45GHz인 것을 특징으로하는 SWP 플라즈마 소스를 이용한 전자빔 경화장치.The electron beam curing apparatus using a SWP plasma source according to claim 1, wherein the microwave wavelength is 2.45 GHz.
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