KR20080072254A - Apparatus for manufacturing semiconductor device including focus ring - Google Patents

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Abstract

An apparatus for manufacturing a semiconductor device is provided to simplify a dopant implantation process by implanting dopants only on an upper surface of a focus ring. An apparatus for manufacturing a semiconductor device includes a chamber and a focus ring(150). Plasma is generated in the chamber. The focus ring is formed in the chamber. Dopants are implanted on the focus ring. A chuck supports a substrate. The focus ring is formed to be apart from the chuck by the constant distance at an edge of the chuck. The dopant is one of the elements selected from the group consisting of P, As, Sb, B, Al, Ga, and In. The focus ring is made of one of Si, SiC, a crystal, and a ceramic.

Description

포커스링을 포함하는 반도체 소자 제조 장치{Apparatus for manufacturing semiconductor device including focus ring}Apparatus for manufacturing semiconductor device including focus ring}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스링의 사시도이다.1 is a perspective view of a focus ring according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스링에 이온 주입 부분을 나타낸 사시도이다.3 and 4 are perspective views showing an ion implantation portion in the focus ring according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명> <Explanation of symbols on main parts of the drawings>

110: 챔버 120: 정전척110: chamber 120: electrostatic chuck

121: 척 플레이트 122: 척 바디121: chuck plate 122: chuck body

150, 151 : 포커스링150, 151: focus ring

본 발명은 플라즈마의 균일도를 향상시킬 수 있는 포커스링을 포함하는 반도체 소자 제조 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus including a focus ring capable of improving the uniformity of plasma.

플라즈마란 기체의 이온화 상태로 정의되는데, 고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체 상태를 말하며, 전하 분리도가 상당히 높으 면서도 전체적으로는 음과 양의 전화수가 같아 중성을 띠는 기체이다. 이와 같은 플라즈마는 산업계 전반적으로 중요한 용도로 사용되고 있는데, 플라즈마 발생장치는 반도체 제조 공정에서도 중요한 역할을 한다.Plasma is defined as the ionization state of a gas, which refers to a gas state that is separated into electrons with positive charges and positively charged ions at high temperatures. . Such a plasma is used in an important use throughout the industry, the plasma generator plays an important role in the semiconductor manufacturing process.

반도체 제조 공정 중에서는 식각, PVD, CVD 증착, 포토레지스트의 애싱(ashing), 챔버 세정(chamber cleaning) 등에서 널리 플라즈마가 사용되고 있다.In the semiconductor manufacturing process, plasma is widely used in etching, PVD, CVD deposition, ashing of photoresist, chamber cleaning, and the like.

이중에서도, 식각 공정의 경우, 최근 반도체 패턴의 미세화에 따라 플라즈마를 이용한 건식 식각 방법이 주로 사용되고 있다. 플라즈마 식각은 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위한 건식 식각 방법으로, 챔버 내부에 적절한 기체를 주입하고 플라즈마를 형성시킨 후 이온화된 입자들을 웨이퍼 표면과 충돌시킴으로써, 물리적 혹은 화학적 반응에 의해 물질을 제거하는 방법이다. 플라즈마 식각 공정은 웨이퍼 뿐만 아니라 포토마스크의 제조를 위해서도 사용되는데, 플라즈마 건식 식각 공정에서 포토마스크 또는 웨이퍼 상에서의 식각율 및 CD 바이어스 균일도를 향상시키기 위하여 챔버 내부에 포커스링을 사용하고 있다.Among these, in the etching process, a dry etching method using plasma is mainly used in accordance with the miniaturization of semiconductor patterns in recent years. Plasma etching is a dry etching method for forming a pattern on a wafer. A method of removing a material by physical or chemical reaction by injecting an appropriate gas into the chamber, forming a plasma, and then colliding ionized particles with the surface of the wafer. to be. The plasma etching process is used not only for the wafer but also for the manufacture of the photomask. In the plasma dry etching process, a focus ring is used inside the chamber to improve the etching rate and the CD bias uniformity on the photomask or the wafer.

포커스링은 생성된 플라즈마가 웨이퍼 방향으로 집중되도록 하여 효율을 높이는 역할을 한다. 포커스링으로 인해 식각 균일도를 개선하고자 하나, 기판 에지(edge)부분에서의 식각은 기판 중심의 식각에 비해 그 효율이 떨어진다.The focus ring serves to increase efficiency by allowing the generated plasma to be concentrated in the direction of the wafer. In order to improve etching uniformity due to the focus ring, etching at the edge of the substrate is less efficient than etching at the center of the substrate.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 식각 균일성을 보다 향상시킨 포커스링 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조 장치를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a focus ring and a semiconductor device manufacturing apparatus including the same to improve the etching uniformity.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제들을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치는 플라즈마가 내부에 발생되는 챔버 및 챔버 내에 형성되고 불순물(dopant)이 주입된 포커스링을 포함한다.A semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem includes a chamber in which a plasma is generated therein and a focus ring in which a dopant is injected.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Advantages and features of the present invention and methods for achieving them will be apparent with reference to the embodiments described below in detail with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be embodied in various forms, and the present embodiments are merely provided to make the disclosure of the present invention complete and the general knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to fully inform the person having the scope of the invention, the invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 다른 반도체 소자 제조 장치를 상세히 설명한다. Hereinafter, a semiconductor device manufacturing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스링의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치의 단면도이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포커스링에 이온 주입 부분을 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view of a focus ring according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 and 4 are perspective views showing an ion implantation portion in the focus ring according to an embodiment of the present invention.

우선, 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 장치는 이온 주입 장 치, 식각 장치, 또는 증착 장치일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 특히 플라즈마 가스를 주입하는 반도체 소자의 제조 공정을 위한 장치 어느 것에도 응용될 수 있다.First, the semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention may be an ion implantation apparatus, an etching apparatus, or a deposition apparatus, but is not limited thereto. In particular, the present invention can be applied to any apparatus for manufacturing a semiconductor device injecting plasma gas.

공정 챔버(110)는 소정의 진공도로 유지 가능한 내부 공간을 가진다. 챔버(110)는 가스 주입구(미도시)를 통하여 주입되는 가스를 공급받고 플라즈마 상태로 여기시키는 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 챔버(110)는 웨이퍼의 크기보다 넓은 단면적을 지닌 원통이나 다각형 단면을 지닌 용기로 이루어진다. 공정 챔버(110)는 공정 챔버 내에서의 수행하는 공정이 있은 후에 잔유물이나 가스를 외부로 유출시키는 배출구(미도시)를 포함할 수 있다. 공정 챔버(110)는 고주파 파워가 투과될 수 있도록 유전체 원도우(Dielectric Window)로 이루어 진다.The process chamber 110 has an internal space that can be maintained at a predetermined vacuum degree. The chamber 110 provides a space for performing a process of receiving a gas injected through a gas injection hole (not shown) and exciting the gas in a plasma state. The chamber 110 consists of a container having a cylindrical or polygonal cross section with a larger cross-sectional area than the size of the wafer. The process chamber 110 may include a discharge port (not shown) for flowing out the residue or gas to the outside after the process performed in the process chamber. Process chamber 110 is made of a dielectric window (Dielectric Window) so that high frequency power can be transmitted.

도면에 도시되지 않았으나, 상부 전극 및 하부 전극이 설치되어 챔버(110) 내에 전기장을 형성하여 가스 분사구로 분사된 가스를 플라즈마 상태로 여기시킨다. Although not shown in the drawing, the upper electrode and the lower electrode are installed to form an electric field in the chamber 110 to excite the gas injected into the gas injection hole in the plasma state.

척(120)은 공정 진행 중인 웨이퍼등을 고정 파지하여 공정이 원활히 진행될 수 있는 기능을 수행하는 것이다. 척(120)에는 낱장으로 공급되는 웨이퍼를 중심부에서 진공을 가해 고정하는 배큠척(vacuum chuck) 및 직류 전압을 인가하여 정전장을 형성하고, 이러한 정전장과 웨이퍼와의 정전 상호 작용으로 이를 고정하는 정전척(electrostatic chuck)등이 있다. 기판을 고정하는 것으로 메커니컬 클램프(mechanical clamp)도 사용될 수 있으나 메커니컬 클램프의 경우 클램프 부근에서 미세입자가 발생될 수 있어서 최근에는 정전척(120)이 가장 많이 사용되고 있으 므로, 이하에서는 정전척(120)을 사용한 경우를 예로 들어 설명하고자 한다. The chuck 120 performs a function of fixedly holding a wafer in progress, such that the process can proceed smoothly. The chuck 120 forms a electrostatic field by applying a vacuum chuck and a direct current voltage to a wafer supplied in a single sheet by applying a vacuum at the center thereof, and fixes the electrostatic field by the electrostatic interaction between the electrostatic field and the wafer. Electrostatic chucks; A mechanical clamp may also be used to fix the substrate, but in the case of the mechanical clamp, fine particles may be generated near the clamp, so the electrostatic chuck 120 is most recently used. Hereinafter, the electrostatic chuck 120 will be described. It will be described using as an example.

정전척(120)은 기판을 고정하는 척 플레이트(121)와 후술하게 될 수평 조절부와 연결되는 척 바디(122)를 포함할 수 있다.The electrostatic chuck 120 may include a chuck plate 121 for fixing a substrate and a chuck body 122 connected with a horizontal adjusting part to be described later.

척 바디(122)는 도시하지는 않았지만 기저층, 하부 절연층, 전극층 및 상부 절연층 등으로 구성된 적층 구조를 가지며, 내부에 냉각 수단 등을 구비하게 된다. 척 바디(122)는 세라믹 또는 알루미늄(Al) 등일 수 있으나 이에 제한되지 않음은 물론이다.Although not shown, the chuck body 122 has a laminated structure including a base layer, a lower insulating layer, an electrode layer, and an upper insulating layer, and includes cooling means. The chuck body 122 may be ceramic or aluminum (Al), but is not limited thereto.

척 플레이트(121)는 상기 척 바디(122)의 상부면을 포함하는 상층부로, 통상은 척 바디(122)와 일체로 형성되지만 분리/결합 가능한 구조로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 척 플레이트(121)는 공정 진행 중 파지되는 웨이퍼와 직접 접촉된다. 따라서, 척 바디(122)와 일체로 형성되는 경우 척 플레이트(121)는 개념적으로 구분지어 질 수밖에 없으므로, 본 발명의 명세서에 있어 척 플레이트(121)라 함은 상부 절연층까지 또는 상부 절연층의 소정 부위까지 등과 같이 명확히 특정된 구획을 의미하는 것은 아니다. 척 플레이트(121)는 세라믹일 수 있다.The chuck plate 121 is an upper layer including an upper surface of the chuck body 122, and is generally formed integrally with the chuck body 122, but may be formed in a detachable / combinable structure. In addition, the chuck plate 121 is in direct contact with the wafer held during the process. Therefore, when the chuck body 122 is integrally formed with the chuck plate 121, the chuck plate 121 may be conceptually distinguished, and thus, in the specification of the present invention, the chuck plate 121 is referred to as the upper insulating layer or the upper insulating layer. It does not mean a clearly specified section, such as to a predetermined site. The chuck plate 121 may be ceramic.

정전척(120)은 도면에 도시하지는 않았으나, 3개 이상의 리프트핀, 리프트 핀들이 고정되는 핀고정판 및 핀고정판을 승강시키기위한 구동장치인 실린더를 포함할 수 있다. 핀은 기판을 지지하는 역할을 한다.Although not shown in the drawings, the electrostatic chuck 120 may include three or more lift pins, a pin fixing plate to which lift pins are fixed, and a cylinder which is a driving device for lifting the pin fixing plate. The pin serves to support the substrate.

포커스링(150)은 플라즈마에 의한 식각 등에 있어서, 플라즈마가 기판이나 포토마스크에 집중될 수 있도록 하는 동시에 기판 또는 포토마스크를 보호하는 역할을 한다. 포커스링(150)은 정전척(120)의 측면을 둘러싸면서 장착되는 것으로, 정전척(120)에 놓여지는 기판의 위치를 잡아주기도 한다. 포커스링(150)은 정전척(120)의 가장자리에 정전척(120)과 일정 간격을 갖도록 형성될 수 있다. The focus ring 150 serves to protect the substrate or the photomask while allowing the plasma to be concentrated on the substrate or the photomask in etching by the plasma. The focus ring 150 is mounted to surround the side of the electrostatic chuck 120, and also to position the substrate placed on the electrostatic chuck 120. The focus ring 150 may be formed to have a predetermined distance from the electrostatic chuck 120 at the edge of the electrostatic chuck 120.

포커스링(150)은 불순물(dopant)이 주입되어 챔버(110) 내에 형성된다. 불순물이 주입된 포커스링(150)은 챔버(110) 내에 설치되는 파트의 구성으로서 플라즈마를 모으는 절연체로 구성될 수 있다. 포커스링(150)은 기판의 가장 자리 부위의 식각을 향상시키는 재질, 예컨대 Si, SiC, 석영, 세라믹 등에 불순물을 주입하여 형성될 수 있다.The focus ring 150 is formed in the chamber 110 by implanting a dopant. The focus ring 150 into which impurities are injected may be configured as an insulator collecting plasma as a configuration of a part installed in the chamber 110. The focus ring 150 may be formed by injecting impurities into a material, such as Si, SiC, quartz, or ceramic, to improve the etching of the edge portion of the substrate.

불순물(dopant)을 주입하는 것을 도핑(doping)이라 하는데, 전자나 정공의 수를 증가시킴으로써 전도성을 높이게 되므로, 궁극적으로 포커스링(150)의 저항을 감소시키게 된다. 저항을 감소시킬 수 있기 때문에, 불순물이 함유된 포커스링(150)은 불순물이 첨가되지 않은 포커스링에 비하여 플라즈마가 기판에 보다 집중될 수 있도록한다. Injecting a dopant is called doping, which increases conductivity by increasing the number of electrons or holes, thereby ultimately reducing the resistance of the focus ring 150. Because the resistance can be reduced, the focus ring 150 containing impurities allows the plasma to be more concentrated on the substrate than the focus ring without impurities.

포커스링(150)의 정공수를 증가시키기 위해서는 불순물로 알루미늄(Al), 붕소(B), 갈륨(Ga), 인듐(In) 등의 3가 원소를 첨가할 수 있다. 포커스링의 전자수를 증가시키기 위해서는 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb)등과 같은 5가 원소를 첨가할 수 있다. In order to increase the hole number of the focus ring 150, trivalent elements such as aluminum (Al), boron (B), gallium (Ga), and indium (In) may be added as impurities. In order to increase the number of electrons in the focus ring, pentavalent elements such as phosphorus (P), arsenic (As), and antimony (Sb) may be added.

이러한 불순물을 주입하는 도핑은 도 3에서 예시된 바와 같이, 포커스링(150) 전체에서 이루어질 수 있다. 도 4에 예시된 바와 같이 포커스링(151)의 상면에만 불순물이 주입된 경우, 불순물 주입 공정이 보다 간단해진다. 이온 주입 공정은 당해 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므 로 설명을 생략한다.Doping to inject such impurities may be performed throughout the focus ring 150, as illustrated in FIG. 3. As illustrated in FIG. 4, when impurities are injected only into the upper surface of the focus ring 151, the impurity implantation process becomes simpler. Since the ion implantation process can be sufficiently technically inferred by those skilled in the art, description thereof is omitted.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 또한, 본 발명의 특징이 몇 개의 실시예들중 단지 하나와 관련하여 설명되었지만, 이러한 특징은 다른 실시예들의 하나 이상의 특징들과 결합될 수 있다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention belongs may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. You will understand that. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive. In addition, while a feature of the invention has been described with reference to only one of several embodiments, this feature may be combined with one or more features of other embodiments.

상기한 바와 같이 본 발명은 불순물을 주입한 포커스링을 이용하여 플라즈마의 기판 집중성을 향상시킬 수 있다. 불순물을 주입한 포커스링을 포함한 반도체 소자의 제조 장치는 공정의 균일성 및 안정성을 향상시킬 수 있다. As described above, the present invention can improve the substrate concentration of the plasma by using a focus ring in which impurities are injected. An apparatus for manufacturing a semiconductor device including a focus ring in which an impurity is injected can improve process uniformity and stability.

Claims (4)

플라즈마가 내부에 발생되는 챔버; 및A chamber in which plasma is generated; And 상기 챔버 내에 형성되고 불순물(dopant)이 주입된 포커스링을 포함하는 플라즈마를 발생시켜 반도체 소자 제조 장치.And generating a plasma including a focus ring formed in the chamber and implanted with a dopant. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 기판을 지지하는 척을 더 포함하되,Further comprising a chuck for supporting the substrate, 상기 포커스링은 상기 척의 가장자리에 척과 일정 간격을 갖도록 형성된 반도체 소자 제조 장치.The focus ring is formed on the edge of the chuck semiconductor device manufacturing apparatus having a predetermined distance from the chuck. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 불순물은 인(P), 비소(As), 안티몬(Sb), 보론(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In)인 반도체 소자 제조 장치.The impurities are phosphor (P), arsenic (As), antimony (Sb), boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In). 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 포커스링은 Si, SiC, 석영, 또는 세라믹인 반도체 식각 장치.The focus ring may be Si, SiC, quartz, or ceramic.
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