KR20170036479A - 이온 빔 에칭 장치 - Google Patents
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Abstract
이온 빔 에칭 장치에 관한 것이다. 이 이온 빔 에칭 장치는 이온 빔의 진행 경로에 가변 자기장을 인가할 수 있다. 이온 소스 일측에 그리드가 형성될 수 있으며, 그리드는 이온을 가속시켜 이온 빔을 방사 또는 발사한다. 공정 챔버에서는 이온 빔을 이용한 에칭 공정 등의 공정이 수행되며, 가변 자기장 인가부는 공정 챔버 주변에 형성되어 가변 자기장을 인가할 수 있다.
Description
이온 빔 에칭 장치에 관한 것이다.
이온 빔을 이용하여 에칭 공정을 수행하는 다양한 기술이 활용되고 있다. 반도체 소자의 고집적화 및 웨이퍼의 대형화에 따라 공정의 정밀도 향상이 요구되고 있다. 이온 빔으로 활용되는 양이온들 사이의 반발력으로 인한 분산(Divergence)현상 등으로 이온 빔을 이용한 에칭 공정의 정밀도 향상에 한계가 있다. 이러한 에칭 산포 문제를 개선할 수 있는 새로운 기술이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 정밀한 에칭 성능을 갖는 이온 빔 에칭 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 에칭 산포를 감소시킬 수 있는 이온 빔 에칭 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 이온을 생성하는 이온 소스; 상기 이온 소스의 일측에 형성되며, 상기 이온을 가속시켜 이온 빔을 발사하는 그리드; 상기 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 공정 챔버; 및 상기 공정 챔버 주변에 형성되어 가변 자기장을 인가하는 가변 자기장 인가부를 포함할 수 있다. 이 가변 자기장은 자기력선의 분포나 자속의 방향 등이 변화될 수 있는 자기장을 의미할 수 있다.
상기 공정 챔버는 실린더 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 가변 자기장 인가부는 상기 공정 챔버의 외주변 상에 방사상으로 배치되는 전자석들을 포함할 수 있다.
상기 전자석들은 제1 전자석 및 상기 제1 전자석에 이격되어 배치되는 제2 전자석을 포함할 수 있다. 상기 제1 전자석에 인가되는 전류는 상기 제2 전자석에 인가되는 전류보다 클 수 있다.
상기 가변 자기장 인가부는 상기 전자석들 각각에 인가되는 전류를 조절하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 가변 자기장 인가부는, 상기 전자석들을 이동시키는 구동부를 더 포함할 수 있다.
상기 구동부는 상기 전자석들을 상기 그리드의 일면에 수직인 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 공정 챔버 내에 형성되고 상기 이온 빔이 조사될 기판 거치를 위한 스테이지;를 더 포함할 수 있다. 상기 그리드의 일면은 상기 스테이지에 대향될 수 있다.
상기 공정 챔버는 실린더 형상으로 이루어지고, 상기 가변 자기장 인가부는, 상기 공정 챔버의 외주변 상에 방사상으로 배치되는 전자석들; 상기 전자석들 각각에 인가되는 전류를 조절하는 제어부; 및 상기 전자석들을 이동시키는 구동부;를 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버 내에 형성되고 상기 이온 빔이 조사될 기판 거치를 위한 스테이지;를 더 포함하며, 상기 구동부는, 상기 스테이지에 대향되는 상기 그리드의 일면에 수직인 방향으로 상기 전자석들을 이동시킬 수 있다.
상기 전자석들 중 어느 한 전자석에 인가되는 전원과, 상기 전자석들 중 다른 한 자석에 인가되는 전류의 크기가 상이할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 공정 챔버; 상기 공정 챔버의 측벽을 둘러쌓도록 권선된 코일; 및 상기 코일을 이동시키는 구동부;를 포함할 수 있다.
상기 코일에 인가되는 전류를 조절하는 제어부;가 더 포함될 수 있다.
상기 공정 챔버 내에 형성되고 상기 이온 빔이 조사될 기판 거치를 위한 스테이지;가 더 포함될 수 있다.
상기 구동부는, 상기 스테이지에 대향되는 상기 그리드의 일면에 수직인 방향으로 상기 코일를 이동시킬 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 이온 소스에서 발사되는 이온 빔의 진행 경로에 가변 자기장을 인가하는 가변 자기장 인가부를 포함할 수 있다.
상기 가변 자기장 인가부는 전류를 인가받아 자기장을 형성할 수 있다.
상기 가변 자기장 인가부는 위치가 가변되는 자석을 포함할 수 있다.
상기 가변 자기장 인가부는 위치가 가변되는 코일을 포함할 수 있다.
상기 가변 자기장의 자기력선 분포가 상기 이온 빔 진행 경로에 수직인 평면 상에서 비대칭을 이룰 수 있다.
상기 가변 자기장 인가부는 상기 이온 빔의 진행 경로 주변에 방사상으로 배치되는 전자석들을 포함할 수 있다.
상기 가변 자기장 인가부는, 상기 이온 빔의 진행 경로 주변에 방사상으로 배치되며 상기 이온 빔의 진행 경로를 따라 이동가능하게 형성되는 전자석들을 포함할 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명 기술적 사상의 실시 예들은, 제1 기판의 에칭을 수행하는 단계; 제1 기판의 에칭 산포를 분석하는 단계; 분석된 에칭 산포를 감소시키는 자기장 조건을 결정하는 단계; 결정된 자기장 조건에 매칭되는 자기장을 형성하는 단계 및 제2 기판의 에칭을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 기판은 테스트용 기판일 수 있다. 결정된 자기장 조건에 매칭되는 자기장은 영구자석 및 전자석 중 적어도 하나를 포함하는 자석들로 형성될 수 있다. 이 자석들을 상승시키거나 하강시켜 자기장 조건에 매칭되는 자기장을 형성할 수 있다. 전자석이 복수개 배치된 경우에는 각각의 전자석들에 인가되는 전류를 조절하여 자기장 조건에 매칭되는 자기장을 형성할 수 있다.
결정된 자기장 조건에 매칭되는 자기장은 코일에 의하여 형성될 수 있다. 이 코일을 상승시키거나 하강시켜 자기장 조건에 매칭되는 자기장을 형성할 수 있다. 이 코일에 인가되는 전류를 조절하여 자기장 조건에 매칭되는 자기장을 형성할 수 있다.
이렇게 자기장 조건에 매칭되는 자기장이 형성된 공정 챔버 내에 제2 기판을 위치시키고 이온 빔을 제공하여 에칭을 수행할 수 있다. 이 제2 기판은 수평으로 위치될 수 있다. 이 제2 기판은 경사지게 위치될 수 있다. 이 제2 기판이 회전되면서 이온 빔을 제공받을 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예들에 따르면, 이 이온 빔 에칭 장치는 이온 빔의 진행 경로에 가변 자기장을 인가할 수 있다. 이 가변 자기장은 이온 빔의 분산 현상이나 스티어링 현상 등으로 인해 발생되는 에칭 산포를 현저히 감소시킬 수 있고, 정밀한 에칭 성능을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면 이다.
도 2a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 I-I'선 절단면을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 2c는 도 2a의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3c는 에칭 산포의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 에칭 산포의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면 이다.
도 5c는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 이온에 작용하는 역학관계를 설명하기 위한 도면 이다.
도 6a는 에칭 전과 후의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 에칭 산포 개선 기능이 적용되지 않은 상태로 에칭이 수행되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 에칭 산포 개선 기능이 적용된 상태로 에칭이 수행되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 도 2a의 I-I'선 절단면을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 2c는 도 2a의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3c는 에칭 산포의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4c는 에칭 산포의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면 이다.
도 5c는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 이온에 작용하는 역학관계를 설명하기 위한 도면 이다.
도 6a는 에칭 전과 후의 차이를 설명하기 위한 도면이다.
도 6b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 에칭 산포 개선 기능이 적용되지 않은 상태로 에칭이 수행되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 6c는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 에칭 산포 개선 기능이 적용된 상태로 에칭이 수행되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
하나의 소자(elements)가 다른 소자와 '접속된(connected to)' 또는 '커플링된(coupled to)' 이라고 지칭되는 것은, 다른 소자와 직접 연결 또는 커플링된 경우 또는 중간에 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 하나의 소자가 다른 소자와 '직접 접속된(directly connected to)' 또는 '직접 커플링된(directly coupled to)'으로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자를 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. '및/또는'은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 '아래(below)', 아래(beneath)', '하부(lower)', 위(above)', '상부(upper)' 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 '아래(below)' 또는 '아래(beneath)'로 기술된 소자는 다른 소자의 '위(above)'에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 '아래'는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드 지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 동일한 참조 부호 또는 유사한 참조 부호들은 해당 도면에서 언급 또는 설명되지 않았더라도, 다른 도면을 참조하여 설명될 수 있다. 또한, 참조 부호가 표시되지 않았더라도, 다른 도면들을 참조하여 설명될 수 있다.
본 명세서에서 '전면(front side)'과 '후면(back side)'는 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 쉽도록 설명하기 위하여 상대적인 개념으로 사용된 것이다. 따라서, '전면'과 '후면'은 특정한 방향, 위치 또는 구성 요소를 지칭하는 것이 아니고 서로 호환될 수 있다. 예를 들어, '전면'이 '후면'이라고 해석될 수도 있고 '후면'이 '전면'으로 해석될 수도 있다. 따라서, '전면'을 '제1'이라고 표현하고 '후면'을 '제2'라고 표현할 수도 있고, '후면'을 제1'로 표현하고 '전면'을 '제2'라고 표현할 수도 있다. 그러나, 하나의 실시 예 내에서는 '전면'과 '후면'이 혼용되지 않는다.
본 명세서에서 '가깝다(near)'라는 표현은 대칭적 개념을 갖는 둘 이상의 구성 요소들 중 어느 하나가 다른 특정한 구성 요소에 대해 상대적으로 가깝게 위치하는 것을 의미한다. 예를 들어, 제1 단부(first end)가 제1 면(first side)에 가깝다는 표현은 제1 단부가 제2 단부보다 제1 면에 더 가깝다는 의미이거나, 제1 단부가 제2 면보다 제1 면에 더 가깝다는 의미로 이해될 수 있다.
도 1, 2a, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치를 설명하기 위한 도면들이다. 도 2b는 도 2a의 I-I'선 절단면을 개략적으로 예시한 도면이다. 도 2c는 도 2a의 변형 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3c 및 도 4c는 에칭 산포의 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 5c는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 이온에 작용하는 역학관계를 설명하기 위한 도면 들이다. 도 6a는 에칭 전과 후의 차이를 설명하기 위한 도면이다. 도 6b 는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 에칭 산포 개선 기능이 미적용된 상태를 설명하기 위한 도면이다. 도 6c는 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치에서 에칭 산포 개선 기능이 적용된 상태로 에칭이 수행되는 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 2a, 2b를 참조하면, 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치(100)는, 이온 소스(10), 그리드(14), 공정 챔버(20) 및 가변 자기장 인가부(50)를 포함할 수 있다. 이온 빔 에칭 장치(100)는 웨이퍼(Wafer) 등의 기판(26) 표면을 에칭하는 공정에 활용될 수 있다.
이온 소스(10)는 그리드(14)를 통해 공정 챔버(20)와 연통될 수 있다. 공정 챔버(20)는 실린더 형상으로 이루어질 수 있다. 공정 챔버는 원통 형상 또는 사각기둥 등의 다각기둥 형상으로 이루어질 수 있다. 공정 챔버는 석영(Quartz)이나 파이렉스(Pyrex)와 같은 비도전성 물질로 형성될 수 있다. 본 명세서에서는 공정 챔버(20)의 벽체 중 상부와 하부를 제외한 벽체를 측벽(21)이라 칭한다.
이온 소스(10)는 가스 유입구(12)를 구비할 수 있다. 이 가스 유입구(12)를 통해 이온 소스(10)에 주입된 공정 가스(또는 가스 혼합물)의 유도 결합 RF 자극(RF 소스 및 유도코일은 도시되지 않음)을 통해 이온 소스(10) 내에서 플라즈마가 생성될 수 있다. 이온 소스(10) 내에서 형성되는 플라즈마로부터 평행화된(collimated) 이온 빔(16)이 추출될 수 있다. 그리드(Grid)(14)는 제1 그리드(14a), 제2 그리드(14b) 및 제3 그리드(14c)를 포함할 수 있다. 제1 그리드(14a)는 플라즈마와 접촉하여 그 전위를 제어할 수 있다. 이 제1 그리드(14a)에는 100 내지 1500V의 전압이 인가되어 이온을 가속시킬 수 있다. 제2 그리드(14b)는 음의 고전압에 의해 구동될 수 있다. 이 제2 그리드에는-500 내지 -2000V의 전압이 인가될 수 있다. 제3 그리드(14c)는 접지될 수 있다. 이온 소스 내에 형성된 플라즈마 계면에서 이온 입자들이 제1 그리드(14a)에 인가된 전위에 의해 가속되어 제2 그리드(14b) 방향으로 방출될 수 있다. 제2 그리드(14b)에 인가된 전위로 이온 빔의 포커싱을 조절할 수 있다. 제3 그리드(14c)가 접지됨으로써 발사 또는 방사된 이온의 역류가 방지될 수 있다.
공정 챔버(20)의 상부는 이온 소스(10)와 연통될 수 있으며, 이온 소스(10)와 공정 챔버(20)의 경계부에 그리드(14)가 형성될 수 있다. 그리고 공정 챔버(20)의 하부에는 펌핑 포트(30)가 형성될 수 있다. 또한, 공정 챔버(20)의 내부에는 스테이지(22)가 형성될 수 있으며, 이 스테이지(22)에는 웨이퍼 등의 기판(26)이 거치될 수 있다.
그리드(14)를 통과한 아르곤 양이온(Ar+), 헬륨 양이온(He+), 제논 양이온(Xe+) 등의 이온들은 그리드(14)를 통과하면서 방출각의 편차가 발생될 수 있다. 이온이 경유하거나 방출되는 통공 표면이 불균일할 수 있다. 그리드(14) 표면에 형성되는 다수의 통공들 사이에 편차가 존재할 수 있다. 설계자가 의도한 바와 다른 방출각을 가지면서 그리드(14)로부터 이온이 방출될 수 있다. 그리드(14)를 통과하면서 방출각의 편차가 발생되는 현상을 스티어링(Steering) 현상이라 칭할 수 있다.
이온 빔을 형성하는 양이온들 사이는 반발력이 발생될 수 있다. 이 반발력으로 인하여 양이온들 사이의 간격이 벌어질 수 있다. 이렇게 양이온들 사이의 간격이 어지는 현상을 분산(Divergence) 현상이라고 칭할 수 있다.
전술한 스티어링 현상이나 분산 현상 등으로 인하여 이온 빔을 이용한 에칭 과정에서 기판(26)에 도달하는 이온밀도의 불균일성이 증가될 수 있다. 전술한 스티어링 현상이나 분산 현상 등으로 인하여 이온 빔을 이용한 에칭 과정에서 기판(26)에 충돌하는 이온들의 충돌각의 불균일성이 증가될 수 있다. 이 불균일성들의 증가는 웨이퍼 등의 기판(26)에 중심(Center)-말단(edge) 산포 등의 에칭 산포를 야기할 수 있다. 이러한 에칭 산포에는, 도 3c에 예시된 바와 같은 원형 산포나, 도 4c에 예시된 바와 같은 불균형(비대칭) 산포 등이 포함될 수 있다.
가변 자기장 인가부(50)는 공정 챔버(20) 주변에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 가변 자기장은 자기력선(91)의 분포나 자속의 방향이 가변되는 자기장을 의미할 수 있다. 일 실시 예에서 가변 자기장 인가부(50)는 자기력선(91)의 위치, 자속의 밀도나 자속의 방향 등을3차원 공간 상에서 변화시킬 수 있다.
일 실시 예에서 가변 자기장 인가부(50)는 자기장 발생부(51)를 포함할 수 있다. 자기장 발생부(51)는 자석, 전자석, 코일(51C) 등으로 구현될 수 있다. 자기장 발생부(51)는 자기장을 발생하는 기능을 수행할 수 있다.
일 실시 예에서 가변 자기장 인가부(50)는 자기장 발생부(51)와 더불어 구동부(52)를 포함할 수 있다. 구동부(52)는 자기장 발생부(51)의 위치를 변경시키는 기능을 수행할 수 있다. 일 실시 예에서 자기장 발생부(51)는 그리드(14)에서 발사되는 이온 빔의 진행 경로와 평행한 방향으로 이동될 수 있다. 일 실시 예에서 자기장 발생부(51)는 공정 챔버(20)의 측벽(21)을 따라 상하 방향으로 이동될 수 있다. 이온 빔의 진행 경로는 그리드(14)의 저면에서 공정 챔버(20)의 하부를 향할 수 있다. 이 그리드(14)의 저면은 스테이지(22)에 대향될 수 있다. 구동부(52)에는 자기장 발생부(51)의 이동경로를 제공하는 가이드부(미도시됨)가 포함될 수 있다. 자기장 발생부(51)는 가이드부(미도시됨)를 따라 이동될 수 있다. 자기장 발생부(51)가 공정 챔버(20)에 직접 접촉되어 공정 챔버(20)의 측벽(21)을 따라 이동될 수도 있다. 이 경우 공정 챔버(20)의 측벽(21)이 전술한 가이드부(미도시됨)로써의 역할을 수행할 수 있다. 구동부(52)에는 구동력을 발생시키기 위하여 모터(미도시됨), 유압 또는 공압 실린더(미도시됨) 등이 포함될 수 있다. 이러한 모터나 실린더 등은 자기장 발생부(51) 내측 또는 외측에 구비될 수 있다.
일 실시 예에서 가변 자기장 인가부(50)는 자기장 발생부(51)와 더불어 제어부(54)를 포함할 수 있다. 자기장 발생부(51)는 전자석들(51M1, 51M2) 또는 코일(51C)로 구현될 수 있다. 제어부(54)는 전자석들(51M1, 51M2) 또는 코일(51C)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(54)는 전자석들(51M1, 51M2) 또는 코일(51C)에 인가되는 전류를 조절할 수 있다. 전류가 조절된 전자석들(51M1, 51M2) 또는 코일(51C)은 인가된 전류에 따른 자기장을 발생한다. 이 자기장은 전술한 에칭 산포를 감소시킬 수 있는 자기장의 분포나 강도를 가지도록 제어될 수 있다.
도 2c를 참조하면, 스테이지(22)는 경사지게 배치될 수도 있다. 이 경우, 스테이지(22)에 거치되는 기판(26) 역시 경사지게 배치될 수 있고, 기판(26)에 도달되는 이온 빔의 입사각이 작업자의 의도에 맞게 조절될 수 있다.
기판(26) 표면에 다양한 물질로 층상구조가 형성될 수 있다. 이 층상구조의 일 예가 도 6a, 6b, 6c 등에 예시된다. 도 6a에 예시된 자기 저항 메모리(Magneto-resistance random access memory, MRAM)소자는 서브 기판(26-1), 층간 절연 층(26-2), 하부 전극(26-3), 고정 자성 층(26-4), 터널 접합 층(tunnel junction layer) (26-5), 자유 자성 층(magnetic free layer) (26-6), 상부 전극(26-7)을 포함하는 층상구조를 포함한다. 물질 별로 입사각에 따른 에칭 비율(Etching Ratio)이 다를 수 있다. 도 2c에 예시된 바와 같이 스테이지(22)의 경사각을 조절함으로써 다양한 물질로 이루어진 층상구조라도 정밀하게 에칭할 수 있게 된다. 일부 실시 예에서 이렇게 기판(26)이 경사지게 배치된 경우에는 스테이지(22)를 회전시켜 에칭의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 일 실시 예에서 공정 챔버(20) 주변에 배치되는 자석들(51M1, 51M2)로 자기장 발생부(51)가 구현될 수 있다. 자석들(51M1, 51M2)은 원통형상의 공정 챔버(20) 측벽(21) 외부에 방사상으로 배치될 수 있다. 자석들(51M1, 51M2)은 내부가 빈 다각기둥 형상의 공정 챔버(20) 측벽(21) 외부에 방사상으로 배치될 수도 있다. 이 경우 자석들(51M1, 51M2)은 공정 챔버(20)의 중심을 기준으로 소정의 거리 만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 두 개의 자석에만 부호(51M1, 51M2)를 표시하였다. 51M1 또는 51M2 부호가 표시되지 않고 "N/S" 표시만 된 것도 자석이라는 점이 당 업자에게 이해될 수 있을 것이다. 제어부(54) 역시 제1 전자석(51M1) 및 제2 전자석(51M2)에 연결된 것으로 도시되어 있지만 다른 전자석들에도 제어부(54)가 연결될 수 있다는 점이 당 업자에게 이해될 수 있을 것이다. 자석들의 수량, 간격 두께 등도 필요에 따라 적절히 선택 적용될 수 있다.
자석들(51M1, 51M2) 주위에 형성되는 자기력선(91)들에 의하여 일종의 자기 거울(마그네틱 미러; Magnetic Mirror)면(92)이 형성될 수 있다. 이러한 자기 거울 면(92)은 그리드(14)를 출발해서 기판(26)에 도달하는 하전 입자를 공정 챔버(20) 중심 방향으로 밀어내는 기능을 수행할 수 있다. 이러한 자기 거울 면(92)의 기능에 의하여 이온 빔의 직진성이 향상될 수 있다. 일부 실시 예에서 공정 챔버(20)가 내부가 비어 있는 다각기둥 형상으로 이루어질 수도 있다. 이 경우에도 공정 챔버(20)의 중심부를 기준으로 자석들을 방사상으로 배치할 수 있다.
일 실시 예에서 방사상으로 배치된 자석들(51M1, 51M2)의 자력이 동일할 수 있다. 이 경우에, 도 3b에 예시된 바와 같이 자기 거울 면(92)들은 공정 챔버(20)와 동심 관계를 이룰 수 있다. 동심 관계를 이루는 자기 거울 면(92)들이 형성되면, 특히, 도 3c에 예시된 바와 같은 원형 에칭 산포가 완화될 수 있다.
일 실시 예에서 공정 챔버(20)의 하부면을 기준으로 하는 자석들(51M1, 51M2)의 높이를 적절하게 조절할 수 있다. 이 경우 자기 거울 면(92)의 높이가 달라지게 되어 자기장 분포가 조절될 수 있다. 예컨대, 그리드(14)와 기판(26) 사이의 거리가 달라지거나 이온 빔의 편향 정도가 달라지는 경우 자기 거울 면(92)의 높이를 조절하여 이온 빔의 산포를 감소시킬 수 있다.
본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치(100)는 구동부(52)를 포함한다. 이 구동부(52)에 의하여 자석들(51M1, 51M2)의 높이가 조절될 수 있다. 그 결과 소정의 공정조건에서 수행되는 에칭 과정에서 발생되는 산포를 감소시키는데 최적화된 자기장을 이온 빔 진행 경로에 제공할 수 있게 된다.
일 실시 예에서, 전술한 자석들(51M1, 51M2)은 영구자석 또는 전자석으로 구현될 수 있다. 자석들 전부가 영구자석으로 구현되거나 자석들 전부가 전자석으로 구현될 수 있다. 자석들 일부는 영구자석으로 구현되고, 나머지는 전자석으로 구현될 수도 있다. 상기 자석들이 영구자석인 경우 구동부(52)에 의한 위치이동 이외에는 자기장의 분포를 변화시킬 수 없다. 상기 자석들에 전자석들이 포함될 경우 구동부(52)에 의한 위치이동 뿐만 아니라, 전자석들 각각에 인가되는 전류의 조절을 통해서 자기장 발생부(51)에서 발생되는 자기장을 가변시킬 수 있다. 일 실시 예에서 전자석들(51M1, 51M2) 각각에 인가되는 전류는 제어부(54)를 통해 조절될 수 있다. 예를 들면, 제2 전자석(51M2)에 인가되는 전류보다 제1 전자석(51M1)에 인가되는 전류가 크도록 제어될 수 있다. 이 경우 도 4b에 예시된 바와 같은 비대칭 자기 거울 면(92)이 구현될 수 있다. 이에 따라, 도 4a 및 도 4b에 화살표의 크기로 표현된 바와 같은 자기력의 비대칭 분포가 구현될 수 있으며, 도 4c에 예시된 바와 같은 불균일 또는 비대칭 에칭 산포를 감소시키는데 유용하게 활용될 수 있다.
이온 빔의 편향도는 그리드(14)에서 멀어질수록 증가되는 경향성을 가질 수 있다. 이온 빔을 이용한 에칭시 특히 기판(26)의 주변부(에지, Edge) 부분에서의 산포 경향이 크다. 자기장의 세기는 자석으로부터 멀어질 수록 감소되는 경향성을 가질 수 있다. 기판(26)의 주변부에 도달되는 이온 빔들은 기판(26)의 중심부(Center)에 도달되는 이온 빔에 비하여 자기장의 영향을 더 많이 받게 된다. 기판(26)의 주변부에서 상대적으로 강하게 발생되는 에칭 산포 현상을 효과적으로 경감시킬 수 있다.
도 5a, 5b, 5c를 참조하면, 가변 자기장 인가부(50)는 코일(51C)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전술한 자기장 발생부(51)가 코일(51C)로 이루어질 수 있다는 것이다. 도 5a 내지 도 5c에 도시되지는 않았지만 코일(51C)을 이동시키는 구동부(52)나, 코일(51C)에 인가되는 전류를 조절하는 제어부(54)가 더 형성될 수도 있다.
일 실시 예에서, 코일(51C)은 공정 챔버(20)의 측벽(21)을 둘러쌓도록 권선될 수 있다. 예를 들면, 코일(51C)의 일단은 공정 챔버(20)의 하부 부근에 위치하고, 코일(51C)의 타단은 공정 챔버(20)의 상부 부근에 위치되도록 하면서 코일(51C)이 공정 챔버(20)를 1회 이상 휘감도록 형성될 수 있다는 것이다. 코일(51C)은 공정 챔버(20)의 측벽(21)에 직접 접촉될 수도 있고, 일정한 간격만큼 공정 챔버(20)의 측벽(21)에서 이격될 수도 있다. 코일(51C)이 공정 챔버(20)의 측벽(21)을 따라 상하로 이동될 경우를 고려하면, 코일(51C)이 공정 챔버(20)의 측벽(21)으로부터 이격되는 것이 코일(51C)의 이동에 유리하다. 코일(51C)에 피복(미도시됨) 등이 형성되거나, 공정 챔버(20)의 측벽(21)과의 마찰력을 감소시킬 수 있는 케이스(미도시됨) 등의 내부에 코일(51C)이 배치될 수 있다. 이 경우 코일(51C)을 포함하는 자기장 발생부(51)가 공정 챔버(20)에 직접 접촉되어 공정 챔버(20)의 측벽(21)을 따라 이동될 수도 있다. 이렇게 자기장 발생부(51)를 이동시키기 위하여 모터(미도시됨), 유압 또는 공압 실린더(미도시됨) 등이 구동부(52)에 포함될 수 있다. 이러한 모터나 실린더 등은 자기장 발생부(51) 내측 또는 외측에 구비될 수 있다.
도 5a에 예시된 바와 같이, 코일(51C)에 전류가 인가되지 않은 상태에서는 이온 빔의 분산 현상이나 스티어링 현상이 발생될 수 있다. 도 5b에 예시된 바와 같이 코일(51C)에 적당한 전류가 인가되면 이온 빔의 분산 현상이나 스티어링 현상이 완화되어 이온 빔의 직진성이 향상될 수 있다.
이온의 운동은, 공정 챔버(20)의 하방을 향하는 수직 방향 성분과 공정 챔버(20)의 측벽(21)을 향하는 수평 방향 성분의 벡터합으로 이해될 수 있다. 도 5c를 참조하면, 전류가 인가된 코일(51C)에 의하여 발생되는 수직 하향 자기장 내에서 이온의 수평 방향 운동은 성분은 로렌츠의 힘을 유발한다. 예를 들면 이온이 X축 방향으로 이동될 경우, 이동방향의 수직 좌측인 Y축 방향을 향하는 힘을 받게 된다. 따라서, 이온은, XY평면을 기준으로 소정의 반경을 갖는 회전운동을 하게 되며, Z축 방향으로는 자기장의 영향을 받지 않는다. 이에 따라, 분산 현상이나 스티어링 현상에도 불구하고 이온이 직진했을 경우 도착될 위치로부터 멀어지는 정도가 현저하게 감소될 수 있다. 이온의 직진성이 향상된다는 것이며, 그 결과 전술한 에칭 산포가 완화될 수 있는 것이다.
도 6a에는 자기 저항 메모리 소자의 예시적인 단면 구조가 에칭 전과 후로 구분되어 예시된다. 자기 저항 메모리(Magneto-resistance random access memory, MRAM)는 두 개의 자성체와 그 사이에 개재된 절연막을 포함하는 자기 터널 접합(Magnetic Tunnel Junction, MTJ) 패턴을 사용하여 데이터를 읽고 쓰는 불휘발성 메모리 장치이다. 자기 저항 메모리 소자 제조과정에 이온 빔을 이용한 리모트 플라즈마 에칭 공정이 사용될 수 있다. 일 실시 예에서 자기 저항 메모리 소자는 서브 기판(26-1), 층간 절연 층(26-2), 하부 전극(26-3), 고정 자성 층(26-4), 터널 접합 층(tunnel junction layer) (26-5), 자유 자성 층(magnetic free layer) (26-6), 상부 전극(26-7)을 포함하는 층상구조를 형성한다. 고정 자성 층(26-4), 터널 접합 층(26-5) 및 자유 자성 층(26-6)을 합쳐서 엠제이티 스택(MTJ stack)이라고 칭하기도 한다. 이러한 층상구조를 패턴화하기 위하여 자유 자성 층(26-6) 상에 마스크를 형성한 뒤 에칭 공정이 수행될 수 있다. 이 마스크는 금속 마스크 패턴(26-7) 및 마스크 패턴(26-8)을 포함할 수 있다. 금속 마스크 패턴(26-7)은 텅스텐 등의 재질로 형성될 수 있다. 일 실시 예에서 금속 마스크 패턴(26-7)은 자유 자성 층(26-6) 상에 형성될 수 있다. 금속 마스크 패턴(26-7)은 마스크 패턴(26-7)을 이용하여 패터닝 될 수 있다. 마스크 패턴(26-8)은 포토레지스트 패턴일 수 있다. 일부 실시 예에서, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물 등의 재질로 마스크 패턴(26-8)이 이루어질 수도 있다.
도 6a의 좌측 그림에는, 마스크 패턴(26-8)을 이용한 에칭 공정이 수행되어 금속 마스크 패턴(26-8)은 형성되고, 금속 마스크 패턴(26-8) 하방의 층들은 에칭되지 않은 상태가 예시되어 있다. 이 상태에서 이온 빔 에칭을 수행하여 도 6a의 우측 그림과 같은 패턴화된 층상구조를 형성할 수 있다. 이 이온 빔 에칭 과정을 통해서 하부 전극(26-3), 고정 자성 층(26-4), 터널 접합 층(26-5), 자유 자성 층(26-6), 금속 마스크 패턴(26-8)이 패터닝 될 수 있다. 일부 실시 예에서 금속 마스크 패턴(26-8)이 상부 전극(26-7)으로써 활용될 수도 있다. 물질 별로 입사각에 따른 에칭 비율(Etching Ratio)이 다를 수 있다. 도 2c에 예시된 바와 같이 스테이지(22)의 경사각을 조절함으로써 다양한 물질로 이루어진 층상구조라도 정밀하게 에칭할 수 있게 된다. 일부 실시 예에서 이렇게 기판(26)이 경사지게 배치된 경우에는 스테이지(22)를 회전시켜 에칭의 균일성을 향상시킬 수 있다.
도 6a에 예시된 바와 같은 층상구조를 갖는 기판(26)을 이온 빔으로 에칭한 결과들이 도 6b 및 도 6c에 예시되어 있다. 도 6a, 6b, 6c등 에서는 층상구조의 이해를 돕기 위하여 구조의 종횡비나 대소관계가 과도하게 왜곡되어 도시된 경우가 있음이 당 업자에게 충분히 이해될 수 있을 것이다. 도 6b에 예시된 바와 같이 분산 현상이나 스티어링 현상으로 이온 빔이 산포된 상태에서 에칭이 수행되면 적어도 기판(26)의 주변부(Edge) 영역에서 불균일 에칭 현상이 발생될 수 있다. 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따라 도 6c에 예시된 바와 같이 이온 빔 산포가 완화된 상태에서 에칭이 수행되면 기판(26)의 주변부 영역에서도 더욱 균일한 에칭이 가능하다.
도 6a, 6b, 6c에서는 자기 저항 메모리 소자의 이온 빔 에칭을 예로 들어 설명했지만, 본 발명 기술적 사상의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치는 자기 저항 메모리 소자가 아닌 다른 다양한 반도체 소자를 제조하는 과정에서도 활용될 수 있다는 점이 당 업자에게 이해될 수 있을 것이다.
도면 및 명세서에서는 자석, 전자석, 코일 등이 공정 챔버(20) 외부에 형성된 경우를 위주로 설명했지만, 자석, 전자석, 코일 등이 공정 챔버(20) 내부에 형성될 수도 있다는 점이 당 업자에게 이해될 수 있을 것이다. 자석, 전자석, 코일 등이 공정 챔버(20) 외부에 형성되는 경우 전류를 인가하거나 위치를 이동시키는 등의 실시 예를 보다 효과적으로 구현할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 이온 빔 에칭 장치(100)를 이용하여 에칭 공정을 수행하는 경우, 먼저 제1 기판을 이용해서 에칭 산포를 분석하고, 검출된 에칭 산포를 고려하여 자기장 조건을 결정하여 전술한 제어부(54)나 구동부(52)를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 검출된 에칭 산포를 감소시키는데 최적화된 자기력선(91)의 분포 등을 구현할 수 있도록 가변 자기장 인가부(50)를 작동시킬 수 있다는 것이다. 예컨대, 도 4c에 예시된 바와 같은 비대칭 산포가 검출된 경우, 전자석들(51M1, 51M2) 각각에 인가되는 전류를 조절하고, 필요에 따라서 전자석들(51M1, 51M2)의 높이도 조절할 수 있다. 이렇게 전자석들(51M1, 51M2)에 인가되는 전류를 결정하거나, 전자석들(51M1, 51M2)의 높이를 조절하고, 실제 에칭 공정을 수행할 기판(26)을 공정 챔버(20) 내에 위치시킬 수 있다. 이후 전자석들(51M1, 51M2)에 전류를 인가하여 자기장을 발생시킨 상태에서 에칭 공정을 수행할 수 있다. 이 경우 제1 기판을 이용하여 검출한 에칭 산포를 완화시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 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 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1 : 양이온
3 : 자기장
10 : 이온 소스 12 : 가스 유입구
14 : 그리드 16 : 이온 빔
20 : 공정 챔버 21 : 측벽
22 : 스테이지 26 : 기판
26-1 : 서브 기판 26-2 : 층간 절연 층
26-3 : 하부 전극 26-4 : 고정 자성 층
26-5 : 터널 접합 층 26-6 : 자유 자성 층
26-7 : 상부 전극(금속 마스크 패턴)
26-8 : 마스크 패턴
30 : 펌핑 포트 50 : 가변 자기장 인가부
51 : 자기장 발생부 51M : 자석
51C : 코일 52 : 구동부
54 : 제어부 91 : 자기력선
92 : 자기 거울 면
10 : 이온 소스 12 : 가스 유입구
14 : 그리드 16 : 이온 빔
20 : 공정 챔버 21 : 측벽
22 : 스테이지 26 : 기판
26-1 : 서브 기판 26-2 : 층간 절연 층
26-3 : 하부 전극 26-4 : 고정 자성 층
26-5 : 터널 접합 층 26-6 : 자유 자성 층
26-7 : 상부 전극(금속 마스크 패턴)
26-8 : 마스크 패턴
30 : 펌핑 포트 50 : 가변 자기장 인가부
51 : 자기장 발생부 51M : 자석
51C : 코일 52 : 구동부
54 : 제어부 91 : 자기력선
92 : 자기 거울 면
Claims (10)
- 이온을 생성하는 이온 소스;
상기 이온 소스의 일측에 형성되며, 상기 이온을 가속시켜 이온 빔을 발사하는 그리드;
상기 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 공정 챔버; 및
상기 공정 챔버 주변에 형성되어 가변 자기장을 인가하는 가변 자기장 인가부를 포함하는 이온 빔 에칭 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 공정 챔버는 실린더 형상으로 이루어지고,
상기 가변 자기장 인가부는,
상기 공정 챔버의 외주변 상에 방사상으로 배치되는 전자석들을 포함하는 이온 빔 에칭 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 전자석들은 제1 전자석 및 상기 제1 전자석에 이격되어 배치되는 제2 전자석을 포함하며, 상기 제1 전자석에 인가되는 전류는 상기 제2 전자석에 인가되는 전류보다 큰 이온 빔 에칭 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 가변 자기장 인가부는 상기 전자석들 각각에 인가되는 전류를 조절하는 제어부를 더 포함하는 이온 빔 에칭 장치. - 제2 항에 있어서,
상기 가변 자기장 인가부는,
상기 전자석들을 이동시키는 구동부를 더 포함하는 이온 빔 에칭 장치. - 제5 항에 있어서,
상기 구동부는 상기 전자석들을 상기 그리드의 일면에 수직인 방향으로 이동시키는 이온 빔 에칭 장치. - 이온 빔을 이용한 공정이 수행되는 공정 챔버;
상기 공정 챔버의 측벽을 둘러쌓도록 권선된 코일; 및
상기 코일을 이동시키는 구동부;를 포함하는 이온 빔 에칭 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 코일에 인가되는 전류를 조절하는 제어부;를 더 포함하는 이온 빔 에칭 장치. - 제7 항에 있어서,
상기 공정 챔버 내에 형성되고 상기 이온 빔이 조사될 기판 거치를 위한 스테이지;를 더 포함하며,
상기 구동부는, 상기 스테이지에 대향되는 상기 그리드의 일면에 수직인 방향으로 상기 코일를 이동시키는 이온 빔 에칭 장치. - 이온 소스에서 발사되는 이온 빔의 진행 경로에 가변 자기장을 인가하는 가변 자기장 인가부를 포함하는 이온 빔 에칭 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020150135697A KR102578766B1 (ko) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 이온 빔 에칭 장치 |
| US15/198,416 US10403473B2 (en) | 2015-09-24 | 2016-06-30 | Ion beam etching devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150135697A KR102578766B1 (ko) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 이온 빔 에칭 장치 |
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020150135697A KR102578766B1 (ko) | 2015-09-24 | 2015-09-24 | 이온 빔 에칭 장치 |
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| KR (1) | KR102578766B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190001244U (ko) * | 2019-05-07 | 2019-05-27 | (주)제이 앤 엘 테크 | 자장을 이용한 아크 이온빔 분산 및 방향 제어 장치와 이를 활용한 플라즈마 표면 처리 시스템 |
| KR20200072556A (ko) * | 2017-11-10 | 2020-06-22 | 램 리써치 코포레이션 | 이방성 패턴 에칭 및 처리를 위한 방법 및 장치 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04346829A (ja) * | 1991-01-18 | 1992-12-02 | Applied Materials Inc | 高周波交流電気エネルギーと相対的に低い周波数の交流電気的エネルギーを有する、工作物を処理するためのシステムおよび方法 |
| US20020004309A1 (en) * | 1990-07-31 | 2002-01-10 | Kenneth S. Collins | Processes used in an inductively coupled plasma reactor |
| US20040233027A1 (en) * | 2002-09-09 | 2004-11-25 | Oster Eugene L. | Apparatus for manipulating magnetic fields |
| KR20100018530A (ko) * | 2007-06-05 | 2010-02-17 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 처리 장치 |
| KR20110099145A (ko) * | 2009-02-06 | 2011-09-06 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 플라즈마 처리장치, 플라즈마 처리방법 및 피처리 기판을 포함한 소자 제조방법 |
| KR20120096593A (ko) * | 2010-11-30 | 2012-08-30 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치 |
| KR20130005841A (ko) * | 2011-07-07 | 2013-01-16 | 참엔지니어링(주) | 기판 처리 장치 |
| US20140209244A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | Applied Materials, Inc. | Skew elimination and control in a plasma enhanced substrate processing chamber |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0339554A3 (de) | 1988-04-26 | 1989-12-20 | Hauzer Holding B.V. | Hochfrequenz-Ionenstrahlquelle |
| JPH07193047A (ja) | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Hitachi Ltd | 中性ビーム加工装置 |
| JP2004241614A (ja) | 2003-02-06 | 2004-08-26 | Sony Corp | 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 |
| JP2007134428A (ja) | 2005-11-09 | 2007-05-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ドライエッチング方法およびその装置 |
-
2015
- 2015-09-24 KR KR1020150135697A patent/KR102578766B1/ko active IP Right Grant
-
2016
- 2016-06-30 US US15/198,416 patent/US10403473B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020004309A1 (en) * | 1990-07-31 | 2002-01-10 | Kenneth S. Collins | Processes used in an inductively coupled plasma reactor |
| JPH04346829A (ja) * | 1991-01-18 | 1992-12-02 | Applied Materials Inc | 高周波交流電気エネルギーと相対的に低い周波数の交流電気的エネルギーを有する、工作物を処理するためのシステムおよび方法 |
| US20040233027A1 (en) * | 2002-09-09 | 2004-11-25 | Oster Eugene L. | Apparatus for manipulating magnetic fields |
| KR20100018530A (ko) * | 2007-06-05 | 2010-02-17 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 처리 장치 |
| KR20110099145A (ko) * | 2009-02-06 | 2011-09-06 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 플라즈마 처리장치, 플라즈마 처리방법 및 피처리 기판을 포함한 소자 제조방법 |
| KR20120096593A (ko) * | 2010-11-30 | 2012-08-30 | 캐논 아네르바 가부시키가이샤 | 플라즈마 처리 장치 |
| KR20130005841A (ko) * | 2011-07-07 | 2013-01-16 | 참엔지니어링(주) | 기판 처리 장치 |
| US20140209244A1 (en) * | 2013-01-25 | 2014-07-31 | Applied Materials, Inc. | Skew elimination and control in a plasma enhanced substrate processing chamber |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200072556A (ko) * | 2017-11-10 | 2020-06-22 | 램 리써치 코포레이션 | 이방성 패턴 에칭 및 처리를 위한 방법 및 장치 |
| KR20190001244U (ko) * | 2019-05-07 | 2019-05-27 | (주)제이 앤 엘 테크 | 자장을 이용한 아크 이온빔 분산 및 방향 제어 장치와 이를 활용한 플라즈마 표면 처리 시스템 |
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| Publication number | Publication date |
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| KR102578766B1 (ko) | 2023-09-15 |
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