KR0158894B1 - 표면처리장치 및 표면처리방법 - Google Patents

표면처리장치 및 표면처리방법 Download PDF

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쥰이치 아라미
도오루 이케다
데루오 이와다
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이노우에 아키라
도오교오 에레구토론 가부시끼가이샤
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Abstract

피처리물을 고정 밀도로 에칭 처리할 수 있고, 더욱이 에칭 처리후의 피처리물에 부착한 유해한 가스의 대기중으로의 방출을 억제할 수 있는 동시에, 상기 피처리물 표면으로의 반응 생성물의 부착 및 물방울의 부착을 방지한 표면처리 장치를 개시한다.
상기 표면처리장치는 반입된 피처리물을 활성화된 에칭가스에 의해 에칭 하기 위한 제1처리실과, 상기 제1처리실을 감압으로 하기 위한 배기부재와, 상기 제1처리실내에 반입된 피처리물을 냉각하기 위한 냉각부재와, 상기 제1처리실에서 에칭된 피처리물의 반입되는 제2처리실과 상기 제2처리실을 감압으로 하기 위한 배기 부재와, 상기 제2처리실내에 반입된 상기 피처리물을 가열하기 위한 가열부재를 구비하고 있다.

Description

표면처리장치 및 표면처리방법
제1도는, 본 발명의 실시예 1에 있어서의 표면처리장치를 나타낸 단면도.
제2도는, 실시예 1의 표면처리공정을 나타낸 플로우 차트.
제3도는, 램프로부터 에너지선을 다른 분위기에서 반도체 웨이퍼 표면에 조사(照射)했을 때의 상기 반도체 웨이퍼 표면의 온도변화를 나타낸 그래프.
제4도는, 본 발명의 실시예 2에 있어서의 표면처리장치를 나타낸 단면도.
제5도는, 본 발명의 실시예 3에 있어서의 표면처리장치를 나타낸 부분 절결정면도.
제6도는, 제5도의 표면처리장치에 짜넣은 탈가스실을 나타낸 단면도.
제7도는, 제6도의 탈가스실내에 배치되는 가스트랩부재를 나타낸 평면도.
제8도는, 제7도의 가스트랩부재를 나타낸 요부단면도.
제9도는, 본 발명의 실시예 4에 있어서의 표면처리장치에 짜넣은 탈가스실을 나타낸 단면도.
제10도는, 본 발명의 실시예 5에 있어서의 표면처리장치에 짜넣은 탈가스실 및 그 주변구조를 나타낸 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 개구부 2 : 원통체
3 : 원판 4 : 환형상 절연판
5 : 중공부 6 : 하부전극
7 : 환형상 절연판 8 : 에칭처리실
9 : 마그네트 10 : 회전축
11 : 매칭회로 12 : 고주파 전원
13 : 냉각매체 공급관 14 : 냉각매체 배출관
15 : 가스공급관 16 : 가스유통 구멍
17 : 가스배기관 18 : 창구멍
19 : 직4각형 통체 20 : 반송용 로드록실
21 : 제2게이트 밸브 22 : 쿼르츠윈도우(Quartz window)
23 : 박스 24 : 볼트
25 : 할로겐 램프 26 : 제3게이트 밸브
27 : 반송아암 28 : 가스공급관
29 : 가스유통구멍 30 : 가스배기관
31 : 반도체 웨이퍼 41 : 에칭처리실
42 : 직4각형 통체 43 : 제1게이트 밸브
44 : 제2게이트 밸브 45 : 제3게이트 밸브
46 : 제1로드록실 47 : 가열처리실
48 : 제2로드록실 49 : 제1반송아암
50 : 제1가스공급관 51 : 제1가스 배기관
52 : 히이터 53 : 웨이퍼 재치대
54 : 교류전원 55 : 제2가스 공급관
56 : 제2가스 배기관 57 : 제2반송아암
58 : 제3가스공급관 59 : 제3가스배기관
60 : 제4게이트 밸브 61 : 반도체 웨이퍼
71 : 직4각형 통체 72 : 플라즈마 에칭처리실
73 : 제1게이트 밸브 74 : 제2게이트 밸브
75 : 반입용 로드록실 76 : 탈가스실
77 : 제4게이트 밸브 78 : 반송아암
79 : 제1가스 공급관 80 : 제1가스 배기관
81 : 척판 82 : 창구멍
83 : 쿼르츠윈도우 84 : 박스
85 : 볼트 86 : 할로겐 램프
87 : 가스트랩기구 88 : 프레임
89 : 투명 트랩판 90 : 냉각매체 유로
91 : 열매체 유로 92 : 제2가스 공급관
93 : 가스유통구멍 94 : 제2가스 공급관
95 : 반도체 웨이퍼 96 : 플랜지부
97 : 볼트 98 : 냉각 가스 공급 노즐
99 : 가열가스 공급 노즐 100 : 제1예비 처리실
101 : 제2예비처리실 102 : 제5게이트 밸브
103 : 제6게이트 밸브 104 : 제2가스 트랩
본 발명은, 표면처리장치 및 표면처리방법에 관하여, 특히, 피처리물, 예를들면 반도체 웨이퍼 표면에 부착한 각종가스의 방출을 개량한 표면처리장치 및 표면처리방법에 관한 것이다.
표면처리장치, 예를 들면 에칭장치는, 반도체 디바이스의 미세한 회로패턴의 형성공정에 이용되고 있다.
상기 에칭장치는, 종래부터 다음과 같은 구조의 것이 알려지고 있다. 처리 쳄버(에칭처리실)는, 가스배기관 및 에칭가스 공급관을 구비하고 있다. 상부전극 및 하부전극은, 상기 에칭처리실내에 서로 대향하여 배치되어 있다. 고주파 전원은, 예를들면 상기 하부전극에 접속되어 있다. 반송기구를 가지는 로드룩실은, 상기 에칭처리실에 연결되어 있다. 가스배기관 및 불활성가스 공급관은, 상기 로드록실에 연결되어 있다. 게이트 밸브는, 상기 에칭실과 상기 로드록실의 연결부에 개재되어 있다. 상기 로드록실은, 피처리물, 예를들면 반도체 웨이퍼를 감압분위기의 상기 에칭실에 반입하거나, 상기 에칭처리실로부터 반출된 에칭처리후의 상기 웨이퍼를 상압분위기로 하여 대기(大氣)에 꺼내기 위하여 사용된다.
이와같은 에칭장치에 의해 반도체 웨이퍼를 에칭하는데는, 먼저, 상기 로드록실내에 반도체 웨이퍼를 반입한후, 상기 로드록실 및 상기 에칭처리실의 가스를 상기 각 가스배기관을 통하여 각각 배기하고 소망하는 감압분위기로 한다. 이어서, 상기 게이트 밸브를 열고, 상기 로드록실내의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 반송기구에 의해 상기 에칭처리실내의 상기 하부전극상으로 반송한다. 상기 게이트 밸브를 닫고, 가스의 배기를 속행하면서, 상기 에칭가스 공급관으로부터 에칭가스를 상기 에칭처리실내로 공급한다. 상기 에칭처리실의 감압상태가 안정된 시점에서 고주파 전원으로부터 고주파 전력을 상기 하부전극으로 공급한다. 이때, 상기 상부전극 및 하부전극간에 플라즈마가 발생하여, 상기 에칭처리실에 공급된 상기 에칭가스가 활성화 된다. 활성화된 에칭가스 및 이온은, 상기 하부전극상에 얹어 놓여진 상기 반도체 웨이퍼에 작용하여 에칭처리가 이루어진다.
한편, 반도체 디바이스는 고집적화에 따라서 더욱 미세한 회로패턴이 형성되는 것이 요망되고 있다. 이와같은 요망에서, 상기 에칭장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 에칭처리할때에, 상기 반도체 웨이퍼를 마이너스 수 10℃정도로 냉각하면서 에칭처리하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 상술한 종래의 에칭기술은 다음과 같은 문제가 있었다.
즉, 상기 반도체 웨이퍼는 감압분위기의 상기 에칭처리실에 배치되어, 냉각되면서 에칭되기 때문에, 에칭가스(예를 들면 염소계 가스)가 표면에 부착된다. 에칭처리후의 상기 반도체 웨이퍼는, 상기 로드록실로 반송되고, 여기서, 상압 분위기로 한 후에 대기에 꺼내게 된다. 상기 로드록실로 반송된 상기 반도체 웨이퍼는, 온도가 예를들면 0℃전후로 낮기 때문에, 상기 염소계가스를 부착한 상태에서 상기 로드록실로부터 대기에 꺼내게 된다. 그 결과, 대기에 꺼내어진 상기 반도체 웨이퍼는, 실온까지 온도가 올라가는 과정에서 그 표면에서 유해한 염소계 가스를 방출한다. 대기에 방출된 염소계 가스는, 에칭처리장치 주변의 기기를 부식시켜서 반도체 웨이퍼의 2차 오염원으로 되는 파티클을 발생할 뿐 아니라 작업자에게 악영향을 미치게 한다.
또, 상기 반도체 웨이퍼 표면에 부착한 염소계 가스는 상기 웨이퍼와 반응하여 반응생성물을 발생시켜, 반도체 웨이퍼의 외관성을 현저히 손상시킨다.
더욱이, 상기 반도체 웨이퍼가 냉각된 상태에서 대기에 꺼내게 되면, 상기 반도체 웨이퍼 표면에 물방울이 부착된다. 상기 물방울은, 이미 흡착된 염소계 가스와 반응하여 염산수용액이 생기기 때문에, 상기 염산 수용액에 의해 상기 반도체 웨이퍼가 웨트 에칭된다.
그 결과, 에칭정밀도가 현저히 손상된다.
본 발명의 목적은, 피처리물을 고정밀도로 에칭처리할 수 있고, 더욱이 에칭처리후의 피처리물에 부착한 유해한 가스의 대기중으로의 방출을 억제할 수 있는 동시에, 상기 피처리물 표면으로의 반응 생성물의 부착 및 물방울의 부착을 방지한 표면처리장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 피처리물을 고정밀도로 에칭처리할 수 있고, 더욱이 에칭처리후의 피처리물에 부착한 유해한 가스의 대기중으로의 방축을 억제할 수 있는 동시에, 상기 피처리물 표면으로의 반응 생성물의 부착 및 물방울의 부착을 방지한 표면처리방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 의하면, 반입된 피처리물을 활성화된 에칭가스에 의해 에칭하기 위한 제1처리실;
상기 처리실을 감압으로 하기 위한 배기수단;
상기 처리실내에 반입된 피처리물을 냉각하기 위한 냉각수단;
상기 처리실에서 에칭된 피처리물이 반입되는 제2처리실;
상기 제2처리실을 감압으로 하기 위한 배기수단;
상기 제2처리실내에 반입된 피처리물을 가열하기 위한 가열수단;
을 구비한 표면처리장치가 제공된다.
상기 피처리물로서는, 예를 들면 표면에 레지스트패턴이 형성된 반도체 웨이퍼 등을 사용할 수가 있다. 이와 같은 본 발명에 관계되는 표면처리장치에 의하면, 상기 제1처리 실내의 피처리물(예를 들면 표면에 레지스트 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼)를 상기 냉각수단에 의해 냉각하면서 상기 활성화된 에칭가스에 의해 에칭하기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼 표면의 레지스트 온도가 에칭과정에서 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다.
그 결과, 상기 레지스트 패턴에 충실한 고정밀도의 에칭패턴을 상기 반도체 웨이퍼에 전사할 수가 있다.
또, 에칭처리후의 상기 반도체 웨이퍼를 상기 제2처리실로 반송하고, 상기 가열수단에 의해 상기 반도체 웨이퍼를 가열함으로써, 상기 에칭 처리공정에서 상기 반도체 웨이퍼 표면에 부착된 에칭가스(예를들면 염소계 가스)를 그 표면에서 방출할 수가 있다. 그 결과, 상기 제2처리실을 상압분위기로 되돌리고, 상기 반도체 웨이퍼를 대기에 꺼낸후에 상기 반도체 웨이퍼 표면에서 유해한 염소계 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 대기에 방출된 염소계 가스가 에칭처리 장치 주변의 기기를 부식시키고, 반도체 웨이퍼의 2차 오염원으로 되는 파티클을 발생하는 것을 방지할 수 있는 동시에, 작업자의 환경을 개선할 수 있다. 더구나, 상기 반도체 웨이퍼 표면에 부착된 염소계 가스가 상기 웨이퍼와 반응하여 반응생성물이 생기는 것을 방지할 수 있어, 반도체 웨이퍼의 외관성을 개선할 수 있다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼는 상기 제2처리실에서 적어도 상온 부근까지 가열되기 때문에, 대기에 꺼내었을 때에 상기 반도체 웨이퍼 표면에 물방울이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼에 이미 흡착된 염소계 가스와 반응하여 염산수용액을 생기게 하는 물방울의 생성을 억제할 수 있기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼가 상기 염산 수용액에 의해 웨트 에칭되는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 상기 반도체 웨이퍼는 대기에 꺼내어진 후에 종래와 같은 웨트 에칭이 되는 일이 없기 때문에, 상기 제1처리실에서 에칭된채의 정밀도 높은 에칭상태를 유지할 수가 있다.
또, 본 발명에 의하면, 피처리물을 냉각하면서 감압 분위기하에서 활성화 된 에칭가스를 작용시켜서 상기 피처리물의 에칭처리를 하는 공정;
상기 에칭처리후의 상기 피처리물을 감압 분위기 또는 불활성 분위기 하에서 가열처리하는 공정;
을 구비한 표면처리방법이 제공된다.
상기 피처리물의 냉각은, 예를들면 -190 내지 10℃의 온도로 하는 것이 바람직하다.
상기 에칭가스로서는, 예를들면 염소계 가스를 사용할 수가 있다.
상기 활성화된 에칭가스는, 예를 들면 에칭가스를 플라즈마 중에 도입함으로써 생성된다. 상기 플라즈마로서는, 마그네트론으로부터의 자계(磁界)에 의해 균일화 된 것을 사용하는 것을 허용한다.
상기 피처리물의 가열처리는, 예를들면 50 내지 100℃에서부터 바람직하기는 80 내지 100℃의 온도로 하는 것이 좋다. 이것은, 상기 피처리물의 에칭에 사용되는 에칭가스 가운데 비교적 비점이 높은 4염화탄소(CCl4)등이라도 80℃ 이하이고, 상기 온도의 가열 처리에 의해 상기 피처리물 표면에 부착된 에칭가스를 충분히 방출할 수 있으며, 통상의 포토레지스트의 내열 온도가 120 내지 140℃로서, 상기 온도의 가열처리에 의해 상기 레지스트에 열적인 악영향을 미치게 하지 않는 것에 의한 것이다.
이와 같은 본 발명에 관계되는 표면처리방법에 의하면 상기 피처리물 (예를들면 표면에 레지스트 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼)를 냉각하면서 상기 활성화 된 에칭가스에 의해 에칭하기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼 표면의 레지스트 온도가 에칭과정에서 과도하게 상승하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 상기 레지스트 패턴에 충실한 고정밀도의 에칭패턴을 상기 반도체 웨이퍼에 전사할 수가 있다.
또, 상기 에칭처리후의 반도체 웨이퍼를 감압 분위기 또는 불활성분위기하에서 가열함으로써, 기술한 표면처리에서 설명한 바와같이 상기 반도체 웨이퍼를 대기에 꺼낸후에 상기 반도체 웨이퍼 표면에서 유해한 염소계 가스가 방출되는 것을 방지할 수 있다. 또, 대기에 꺼내었을 때에, 상기 반도체 웨이퍼 표면에 물방울이 부착되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 대기에 방출된 염소계가스가 에칭처리장치 주변의 기기를 부식시켜서 반도체 웨이퍼의 2차 오염원으로 되는 파티클을 발생하는 것을 방지할 수 있어, 작업자의 환경을 개선할 수 있는 동시에 반도체 웨이퍼의 외관성을 개선할 수 있다. 또한, 에칭가스에 의한 정밀도 높은 에칭상태를 유지할 수가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피처리물이 반입되는 제1처리실; 상기 제1처리실내의 상기 피처리물에 에너지 선을 조사하기 위한 활성화 수단; 상기 에너지선의 조사에 의해 상기 피처리물 표면에서 방출된 가스를 트랩하기 위한 가스 트랩 수단; 상기 제1처리실내의 피처리물의 반입되어, 상기 피처리물을 표면처리하기 위한 제2처리실; 을 구비한 표면처리장치가 제공된다.
상기 제2처리실내의 표면처리로서는, 예를 들면 에칭처리, 막형성처리등을 들 수가 있다.
이와같은 본 발명에 관계되는 표면처리장치에 의하면, 상기 활성수단 및 트랩수단이 배치된 상기 제1처리실에 반도체 웨이퍼를 반입함으로써, 상기 반도체 웨이퍼 표면에 흡착된 각종 가스를 방출할 수 있는 동시에 트랩할 수 있다. 그 결과, 가스흡착이 없는 반도체 웨이퍼의 표면처리를 목적으로 하는 상기 제2처리실에 반송할 수 있기 때문에, 상기 제2처리실에서의 진공배기를 단시간에 할 수 있는 동시에, 소정의 진공도까지 올릴 수가 있다.
즉, 에칭처리등의 표면처리를 행하기 전의 반도체 웨이퍼의 표면에는, 각종의 가스 예를 들면 수분, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 등이 흡착되어 있다. 상기 각종의 가스는, 어떤 압력으로 상기 반도체 웨이퍼 표면에서 흡착과 이탈을 되풀이하면서 평형을 유지하고 있다. 그러나, 상기 반도체 웨이퍼를 표면처리, 예를들면 에칭처리하기 위하여 소정의 처리실로 반송하고, 상기 처리실내를 진공펌프의 작동에 의해 진공이 되도록 배기하여 상기 반도체 웨이퍼의 주위분위기를 감압으로 하면, 상기 반도체 웨이퍼 표면에 흡착된 가스는 아웃가스로서 차차로 웨이퍼 표면에서 방출된다. 이 방출현상은, 비교적 긴 시간에 걸쳐서 일어난다. 따라서, 상기 진공펌프의 작동에 의해 진공이 되도록 배기 할 때, 소정의 진공도로 달하기까지에 상당한 시간이 걸리고, 스루풋이 저하된다. 또, 진공이 되도록 배기하는 조건에 따라서는, 상기 처리실을 소정의 진공도까지 도달 시킬 수가 없게 된다. 그결과, 상기 처리실내의 상기 반도체 웨이퍼를 목적으로 하는 조건으로 양호하게 표면처리할 수가 없게 된다.
이와 같은 것 때문에, 본 발명에 의하면 반도체 웨이퍼는 표면처리를 목적으로 하는 상기 제2처리실내의 반송하기 전에, 상기 활성화수단 및 가스트랩수단이 배치된 상기 제1처리실내에 반송된다. 상기 제1처리실내에서, 상기 반도체 웨이퍼 표면에는 상기 활성화 수단으로부터의 에너지선이 조사되어서 상기 반도체 웨이퍼 표면의 가스의 방출(이탈)이 촉진된다. 더욱이, 상기 이탈된 가스는 상기 가스트랩수단으로 트랩된다. 그결과, 가스흡착이 없는 반도체 웨이퍼는 표면처리를 목적으로 하는 상기 제2처리실에 반송할 수가 있다.
따라서, 상기 반도체 웨이퍼가 반입된 상기 제2처리실에서의 진공배기를 단시간으로 할 수 있기 때문에, 스루풋을 향상할 수 있다. 또, 상기 제2처리실을 소정의 진공도까지 높일 수 있기 때문에, 상기 반도체 웨이퍼를 목적으로 하는 조건으로 양호하게 표면처리하는 것이 가능하게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
제1도는, 본 실시예 1의 표면처리장치(에칭처리장치)를 나타낸 단면도이다. 유저(有底)부에 개구부(1)를 가지는 세로로 놓은 원통체(2)는, 상면에 상부전극을 겸한 원판(3)이 기밀(氣密)로 부착되어 있다. 환형상 절연판(4)은, 상기 원통체(2)와 상기 원판(3)과의 사이에 개장(介裝)되어, 상기 원통체(2)와 상기 원판(3)을 서로 전기적으로 절연하고 있다. 중공부(5)가 형성된 하부전극(6)은, 상기 원통체(2)의 개구부(1) 주변의 유저부에 기밀로 부착되어 있다. 환형상 절연판(7)은, 상기 원통체(2)의 유저부와 상기 하부전극(6)과의 사이에 개장되어, 상기 원통체(2)와 상기 하부전극(6)을 서로 전기적으로 절연하고 있다. 상기 원통체(2), 상기 원판(3) 및 상기 하부전극(6)은, 예를들면 봉구(封口)처리된 알루미늄으로 각각 형성되어 있다. 이와같은 상기 원통체(2), 상기원판(3), 상기 환형상 절연판(4), 상기 하부전극(6) 및 상기 환형상 절연판(7)에 의해 제1처리실로서의 에칭처리실(8)이 형성되어 있다.
마그네트(9)는, 상기 에칭처리실(8) 윗쪽에 상기 원판(3)과 대향하도록 배치되어 있다. 회전축(10)은, 상기 마그네트(9)의 상부에 부착되어, 상기 마그네트를 소정의 속도로 회전시키도록 되어 있다. 매칭회로(11)는, 상기 하부전극(6)의 저부(底部)에 접속되어 있다. 고주파 전원(12)은, 상기 매칭회로(11)에 접속되어 있다. 상기 고주파 전원(12)은, 그라운드에 접속되어 있다. 상기 원판(3) 및 상기 원통체(2)는, 그라운드에 접속되어 있다. 냉각매체 공급관(13) 및 냉각매체 배출관(14)은, 상기 하부전극(6)의 저부를 관통하여 내부의 상기 중공부(5)에 연이어 통하도록 연결되어 있다. 에칭가스를 도입하기 위한 가스공급관(15)은, 상기 원통체(2)의 측벽에 연결되어 있다. 상기 공급관(15)이 부착된 상기 원통체(2)에는, 가스유통구멍(16)이 개구되어 있다. 가스배기관(17)은, 상기 원통체(2)의 저부에 형성되어 있다.
상기 에칭 처리실(8)내를 진공이 되도록 배기하기 위한 진공 펌프(도시않음)는, 상기 배기관(17)의 다른 끝단에 부착되어 있다.
반입용 로드록실을 형성하기 위한 통체(도시않음)는, 상기 원통체(2)의 측벽에 연결되어 있다. 도시하지 않는 제1게이트밸브는, 상기 로드록실이 연결되는 상기 원통체(2)의 측벽에 부착되어 있다.
상부에 직4각형상의 창구멍(18)을 가지는 직4각형 통체(19)의 한쪽 끝단은, 상기 원통체(2)의 측벽에 기밀로 연결되어 있다. 제2처리실로서의 반송용로드록실(2)은, 상기 직4각형 통체(19)에 의해 형성되어 있다. 제2게이트밸브(21)는, 상기 직4각형 통체(19)가 연결되는 상기 원통체(2)의 측벽에 부착되어 있다. 석영유리로 되는 쿼르츠윈도우(22)는, 상기 창구멍(18)을 포함한 주변의 상기 직4각형 통체(19)의 상벽부에 얹어 놓여져 있다. 박스(23)는, 상기 직4각형의 통체(19)의 상벽부에 상기 쿼르츠윈도우(22)를 덮듯이 얹어 놓여져 있다. 복수의 볼트(24)는 상기 박스(23) 쪽에서 상기 직4각형 통체(19)의 상벽부에 나사식 부착되어 있다. 이것에 의해, 상기 쿼르츠윈도우(22)는 상기 박스(23)와 상기 직4각형 통체(19)의 상벽부와의 사이에서 죄어서 고정된다. 도시하지 않는 0링은 상기 직4각형 통체(19)의 상벽부와 상기 쿼르츠윈도우(22)의 사이의 사이 및 상기 쿼르츠윈도우(22)와 상기 박스(23) 사이에 각각 개재되어, 상기 각 부재간에 상기 쿼르츠윈도우(22)를 기밀로 유지하고 있다.
가열수단으로서의 복수(예를들면 4개)의 100W 할로겐램프(25)는, 상기 박스(23)내에 수평방향으로 나란히 배치되어 있다. 제3게이트밸브(26)는, 상기 직4각형 통체(19)의 다른끝단의 반출구에 부착되어 있다. 피처리물, 예를들면 반도체 웨이퍼를 반송하기 위한 반송아암(27)은, 상기 로드록실(20)내에 배치되어 있다. 불활성가스, 예를들면 N2가스의 공급관(28)은, 상기 제2게이트 밸브(21) 근방의 상기 직4각형 통체 (19)의 저부에 연결되어 있다. 상기 공급관(28)이 부착된 상기 직4각형 통체(19)의 저부에는, 가스유통구멍(29)이 개구되어 있다. 가스배기관(30)은, 상기 제3게이트밸브(26) 근방의 상기 직4각형 통체(19)의 저부에 연결되어 있다.
상기 로드록실(20)내를 진공이 되도록 배기하기 위한 진공펌프(도시않음)는, 상기 가스 배기관(30)의 다른 끝단에 부착되어 있다.
다음에, 상술한 제1도에 나타낸 에칭처리장치를 사용하여 표면에 레지스트 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼(실리콘 웨이퍼)를 에칭하는 방법을 제2도의 플로우 차트를 참조하여 설명한다.
먼저, 도시하지 않는 반입용 로드록실의 반도체 웨이퍼(31)을 도시하지 않는 제1게이트밸브를 통하여 상기 에칭 처리실(8)내에 반입하고, 상기 하부전극(6)상에 얹어 놓는다. 상기 제1게이트 밸브를 닫은 후, 액체질소를 상기 냉각매체 공급관(13)으로부터 상기 하부전극(6)의 중공부(5)에 공급하고, 상기 냉각매체 배출관(14)을 통하여 배출함으로써, 상기 하부전극(6)상의 상기 반도체 웨이퍼(31)를 예를들면 -30℃로 냉각한다. 이어서, 에칭가스(예를들면 염소가스)를 가스공급관(15) 및 유통 구멍(16)을 통하여 상기 에칭처리실(8) 내에 예를들면 100sccm의 유량으로 도입한다. 동시에, 도시하지 않는 진공펌프를 작동함으로써, 상기 에칭처리실(8)내의 가스를 상기 가스배기관(17)을 통하여 배기하고, 상기 에칭처리실(8)을 소정의 감압 분위기(예를들면 75mTorr)로 유지한다.
상기 감압상태가 안정된 후, 소정의 주파수(예를들면 13.56MHz), 소정전력(예를들면 150W)의 고주파전력을 상기 고주파 전원(12)에서 상기 매칭회로(11)를 통하여 상기 하부전극(6)에 공급하여, 상기 에칭처리실(8)내의 상기 염소가스를 플라즈마화 한다. 동시에, 상기 마그네트(9)를 회전축(10)에 의해 예를들면 20rpm의 속도로 회전함으로써, 상기 플라즈마의 밀도를 균일화한다. 상기 플라즈마의 작용에 의해 상기 하부전극(6)상의 냉각된 상기 반도체 웨이퍼(31)를 예를들면 175초간 에칭처리한다. 이후, 상기 액체질소의 공급, 고주파 전력의 공급 및 상기 염소가스의 도입을 정지한다(스텝S1).
상술한 에칭처리실(8)내에서 반도체 웨이퍼(31)의 에칭처리를 하고 있는 동안에, 도시하지 않는 진공펌프를 작동하여 상기 가스배기관(30)을 통하여 상기 로드록실(20)내에 가스를 배기하여 소정의 감압 분위기(예를 들면10-3Torr)로 한다(스텝S2).
상기 에칭처리실(8)과 상기 로드록실(20) 사이에 개재된 상기 제2게이트 밸브(21)를 연다(스텝S3).
상기 로드록실(20)에 배치된 반송아암(27)을 구동하여 상기 에칭처리실(8)내의 상기 하부전극(6)상에 얹어 놓여 있는 반도체 웨이퍼(31)을 상기 제2게이트 밸브(21)을 통하여 상기 로드록실(20)내에 반입한다(스텝S4).
상기 제2게이트 밸브(21)를 닫고 상기 로드록실(2)을 상기 에칭처리실(8)과 차단한다(스텝S5).
불활성가스, 예를들면 N2가스를 가스공급관(28) 및 가스유통구멍(29)을 통하여 상기 로드록실(20)내에 공급한다(스텝S6). 이때, 상기 로드록실(20)내에 유입된 에칭가스는 상기 가스 배기관(30)을 통하여 배기된다. 이와같은 N2 가스의 공급에 의하여 상기 로드록실(20)은, 10-1Torr의 감압 분위기가 된다.
상기 로드록실(20)내에 유입된 에칭가스가 배기된 후, 상기 4개의 할로겐 램프(25)를 온하여 에너지선을 상기 쿼르츠윈도우(22)를 통하여 상기 로드록실(20)내의 반송아암(27)에 지지된 상기 반도체 웨이퍼(31)에 조사한다(스텝S7). 상기 램프(25)를 온함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(31)는 제3도에 나타낸 곡선 A와 같이 온도가 상승되어 가열된다. 단, 상기 로드록실(2)을 감압분위기로 하여 상기 램프(25)를 온하면, 상기 반도체 웨이퍼(31)는 제3도의 곡선 B와 같이 급격히 온도가 상승된다. 이와같은 에너지선의 조사를 예를들면 60초간 함으로써, 상기 반도체웨이퍼(31)의 표면온도가 실온부근까지 상승된다. 이 때문에, 상기 에칭처리실(8)내에서 상기 반도체 웨이퍼(31)를 냉각하면서 에칭처리함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(31) 표면에 부착된 에칭가스(4염화탄소가스)가 방출된다. 방출된 에칭 생성가스는, 상기 가스공급관(28)에서 공급된 N2가스와 함께 상기 가스배기관(3)을 통하여 배기된다.
상기 램프(25)로 부터의 에너지선의 조사를 정지한다(스텝S8). 이어서, 상기 진공펌프의 작동을 정지하여 상기 로드록실(20)의 진공배기를 정지한다(스텝S9). 이후, 상기 로드록실(20)내가 상압상태에 된 것을 확인(스텝S10) 한후, 상기 N2가스의 공급을 정지한다(스텝S11).
상기 로드록실(20)에 부착된 제3게이트 밸브(26)를 연다(스텝S12). 이후, 상기 반송아암(27)을 구동하여 상기 로드록실(20)내의 상기 반도체 웨이퍼(31)를 상기 제3게이트 밸브(26)를 통하여 외부로 꺼낸다(스텝S13).
이상과 같은 실시예 1에 의해 처리되고, 상기 로드록실(20)에서 꺼낸 상기 반도체 웨이퍼(31) 표면을 현미경에 의해 관찰하였다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼 및 레지스트 패턴이 모두 양호한 형상을 가지고 있었다.
또, 상기 반도체 웨이퍼(31) 표면에는 반응 생성물, 물방울의 부착등이 전혀 확인되지 않았으며, 외관성이 양호하고, 또한 상기 레지스트 패턴에 충실한 에칭이 되어 있었다.
이에 대하여, 상기 로드록실에서 상기 반도체 웨이퍼의 가열처리를 하지 않았던 경우에는 특히 실리콘 웨이퍼의 측벽부에 반응생성물로 보여지는 부착물이 관찰되었다.
또, 상기 로드록실(20)에서 꺼낸 상기 반도체 웨이퍼(31)를 순수(純水)속에 넣고, 상기 웨이퍼(31) 중의 잔류염소를 상기 순수에 용출(溶出), 이온크로마토그래피에 의해 상기 잔류염소량을 측정하였다. 그 결과, 상기 로드록실(20)에서 가열처리를 하지 않는 반도체 웨이퍼에 비하여 상기 잔류 염소량은 절반 정도로 감소되어 있는 것이 확인되었다.
이상과 같이 본 실시예 1에 의하면, 예를들면 4염산화탄소등의 반응생성물 및 물방울등이 상기 반도체 웨이퍼(31) 표면에 부착하는 것을 방지하여 양호한 에칭을 할 수가 있다. 또, 상기 반도체 웨이퍼(31)중의 잔류 염소량을 저감하여 염소계가스의 대기중으로의 방출을 억제할 수가 있다.
또한, 상기 실시예 1에 있어서 제2처리실로서의 로드록실은 가열수단 뿐만이 아니라 후술하는 제6도 및 제9도와 같이 가스트랩기구를 가지는 구조로 하여도 된다.
상기 실시예 1에서는 가열수단으로서 할로겐 램프를 사용하였으나, 상기 할로겐 램프 대신에 다른 램프를 사용하여도 된다.
상기 실시예 1에서는, 상기 에칭처리실에 대하여 반입·반출용의 로드록실을 배치하였으나, 하나의 로드록실로 반입·반출을 겸용하는 구조로 하여도 된다.
상기 실시예 1에서는, 에칭 처리실의 윗쪽의 플라즈마를 균일하게 하기 위한 마그네트를 배치하였으나 마그네트를 배치하지 않는 구조로 하여도 된다.
[실시예 2]
제4도는, 본 실시예 2의 표면처리장치(에칭처리장치)를 나타낸 개략 단면도이다. 제1처리실로서의 에칭처리실(41)은, 상기 실시예 1와 동일한 구조를 가진다.
긴 직4각형 통체(42)는, 상기 에칭 처리실(41)에 연결되어 있다. 제1게이트밸브(43)는, 상기 에칭처리실(41)과 상기 직4각형 통체(42)의 연결부에 배치되어 있다. 제2 및 제3의 게이트 밸브(44),(45)는, 상기 직4각형 통체(42)에 배치되고 상기 직4각형 통체(42)에 상기 에칭 처리실(41)쪽으로부터 제1로드록실(46), 가열처리실(47) 및 반출을 위한 제2로드록실(48)을 형성하고 있다.
제1반송아암(49)은, 상기 제1로드록실(46)에 배치되어 있다. 제1가스공급관(50) 및 제1가스 배기관(51)은 상기 제1로드록실(46)이 형성되는 상기 직4각형 통체(42) 저부에 각각 연결되어 있다.
히이터(52)를 내장한 웨이퍼 재치대(53)는, 상기 가열처리실(47)에 배치되어 있다. 교류전원(54)은, 상기 히이터(52)에 접속되어 있다. 제2가스공급관(55) 및 제2가스 배기관(56)은, 상기 가열처리실(47)이 형성되는 상기 직4각형 통체(42) 상벽에 각각 연결되어 있다.
제2반송아암(57)은, 상기 제2로드록실(48)에 배치되어 있다. 제3가스공급관(58) 및 제3가스배기관(59)은, 상기 제2로드록실(48)이 형성되는 상기 직4각형 통체(42) 저부에 각각 연결되어 있다. 제4게이트 밸브(60)는, 상기 제2로드록실(48)이 형성되는 상기 직4각형통체(42)의 다른끝단에 배치되어 있다.
또한, 도시하지 않는 진공펌프는 상기 제1내지 제3의 가스배기관 (51),(56),(59)의 다른끝단에 각각 부착되어 있다.
다음에, 상술한 제4도에 나타낸 에칭처리장치를 사용하여 표면에 레지스트패턴이 형성된 반도체 웨이퍼(실리콘 웨이퍼)를 에칭하는 방법을 설명한다.
먼저, 상기 에칭처리실(41)에서 실시예 1과 동일하게 반도체 웨이퍼를 -30℃로 냉각하면서 에칭처리를 한다.
상술한 에칭처리실(41)내에서 반도체 웨이퍼의 에칭처리를 하고 있는 동안에, 도시하지 않는 진공펌프를 작동하여 상기 제1 내지 제3의 가스배기관(51),(56),(59)을 통하여 상기 제1로드록실(46), 상기 가열처리실(47) 및 상기 제2로드록실(48)의 가스를 각각 진공배기하여 소정의 감압 분위기(예를 들면 10-13Torr)로 한다.
상기 에칭처리실(41)과 상기 제1로드록실(46)의 사이에 개재시킨 상기 제1게이트밸브(43)를 연후, 상기 제1반송아암(49)를 구동하여 상기 에칭처리실(41)내의 반도체 웨이퍼(61)를 상기 제1게이트 밸브(43)를 통하여 상기 제1로드록실(46)내에 반입한다. 상기 제1게이트 밸브(43)를 닫고 상기 제1로드록실(46)을 상기 에칭처리실(41)과 차단한다.
상기 진공펌프의 작동을 속행하면서, 불활성가스(예를들면 N2가스)를 제1가스 공급관(50)을 통하여 상기 제1로드록실(46)내에 공급하고, 상기 에칭처리실(41)로부터 유입된 에칭가스를 상기 제1배기관(51)을 통하여 배기한다.
상기 제1로드록실(46)과 상기 가열처리실(47)사이에 개지시킨 상기 제2게이트밸브(44)를 연후, 상기 제1반송아암(49)을 구동하여 상기 제1로드록실(46)내의 반도체 웨이퍼(61)를 상기 제2게이트 밸브(44)를 통하여 상기 가열처리실(47)내의 상기 재치대(53) 상으로 반입한다. 상기 제2게이트 밸브(44)를 닫고 상기 가열처리실(47)을 상기 제1로드록실(46)과 차단한다.
상기 진공펌프의 작동을 속행하면서, 불활성가스(예를들면 N2가스)를 제2가스공급관(55)을 통하여 상기 가열처리실(47)내에 공급한다.
동시에, 교류전압을 상기 교류전원(54)으로부터 상기 재치대(53)에서 내장한 히이터(52)에 공급하여 상기 히이터(52)를 예를들면 100℃로 가열한다. 상기 히이터(52)를 가열함으로써, 상기 재치대(53)상의 상기 반도체 웨이퍼(61)의 표면온도가 실온 부근까지 상승된다.
이 때문에, 상기 에칭처리실(8)내에서 상기 반도체 웨이퍼(31)를 냉각 하면서 에칭처리함으로서, 상기 반도체 웨이퍼(31) 표면에 부착된 에칭 생성가스(4염화탄소가스)가 방출된다. 방출된 에칭가스는, 상기 제2가스 공급관(55)에서 공급된 N2가스와 함께 상기 제2가스 배기관(56)을 통하여 배기된다.
상기 교류전압의 공급을 정지한 후, 상기 가열처리실(47)과 상기 제2로드록실(48) 사이에 개재시킨 상기 제3게이트 밸브(45)를 연다. 상기 제2반송아암(57)을 구동하며 상기 가열처리실(47)내의 상기 재치대 (53)상에 얹어 놓여진 상기 반도체 웨이퍼(61)를 상기 제3게이트 밸브(45)를 통하여 상기 제2로드록실(48)내에 반입한다. 상기 제3게이트밸브(45)를 닫고 상기 제2로드록실(48)을 상기 가열처리실(47)과 차단한다.
상기 진공펌프의 작동을 정지하고, 불활성가스(예를들면 N2가스)를 제3가스 공급관(58)을 통하여 상기 제2로드록실(48)내에 공급한다. 상기 제2로드록실(48)내가 상압상태가 된 것을 확인한후, 상기 N2가스의 공급을 정지한다. 상기 제2로드록실(43)의 제4게이트밸브(60)를 연다. 이후, 상기 제2반송아암(57)을 구동하여 상기 제2로드록실(48)내의 상기 반도체 웨이퍼(61)를 상기 제4게이트밸브(60)를 통하여 외부로 꺼낸다.
이상과 같은 실시예 2에 의해 실시되어, 상기 제2로드록실(48)에서 꺼내어진 상기 반도체 웨이퍼(61)의 표면을 현미경에 의해 관찰하였다. 그 결과, 실리콘 웨이퍼, 레지스트패턴 모두 양호한 형상을 가지고 있었다. 또, 상기 반도체 웨이퍼(61) 표면에는 반응생성물, 물방울의 부착등이 전혀 확인되지 않았으며, 외관성이 양호하고, 또한 상기 레지스트 패턴에 충실한 에칭이 되어 있었다.
또, 상기 로드록실(48)에서 꺼낸 상기 반도체 웨이퍼(61)를 순수속에 넣고, 상기 웨이퍼(61)중의 잔류염소를 상기 순수에 용출시켜, 이온크로마토그래피에 의해 상기 잔류염소량을 측정하였다. 그 결과, 상기 가열처리실(47)에서 가열처리를 하지 않는 반도체 웨이퍼에 비하여 상기 잔류 염소량은 절반정도로 감소되어 있는 것이 확인 되었다.
이상과 같이 본 실시예 2에 의하면, 예를들면 4염화탄소등이 반응생성물 및 물방울 등이 상기 반도체 웨이퍼(61) 표면에 부착하는 것을 방지하여 양호한 에칭을 할 수가 있다. 또, 상기 반도체 웨이퍼(61) 중의 잔류 염소량을 저감하여 염소계 가스의 대기중으로의 방출을 억제할 수가 있다.
[실시예 3]
제5도는, 본 실시예 3의 표면처리장치(플라즈마에칭장치)를 나타낸 부분 절결한 정면도,
제6도는, 제5도의 표면처리장치에 조립하여 넣은 탈가스실을 나타낸 단면도, 제7도는, 제6도의 탈가스실내에 배치되는 가스트랩기구를 나타낸 평면도, 제8도는, 제7도의 가스트랩기구의 요부를 나타낸 단면도이다.
예를들면 스테인레스 스틸로 되는 직4각형 통체(71)의 한쪽끝단은, 제2의 처리실로서의 플라즈마 에칭처리실(72)에 연결되어 있다. 제1게이트 밸브(73)는, 상기 직4각형 통체(71)의 다른 끝단에 배치되어 있다.
제2게이트밸브(74)는, 상기 직4각형 통체(71)에 배치되고, 상기 직4각형 통체(71)에 제1처리실인 반입용 로드록실(75) 및 탈가스실(76)을 각각 형성하고 있다.
제4게이트 밸브(77)는, 상기 직4각형 통체(71)와 상기 처리실(72)의 연결부에 배치되어 있다.
피처리물, 예를들면 반도체 웨이퍼를 반송하기 위한 반송아암(78)은, 상기 로드록실(75)내의 저부에 배치되어 있다. 제1가스공급관(79)은, 상기 제1게이트밸브(73) 근방의 상기 직4각형 통체(71) 저부에 연결되어 있다. 제1가스 배기관(80)은, 상기 제2게이트 밸브(74) 근방의 상기 직4각형 통체(71) 저부에 연결되어 있다. 도시하지 않는 진공펌프는, 상기 가스배기관(80)의 다른끝단에 연결되어 있다.
척판(81)은, 제6도에 나타낸 바와 같이 상기 탈가스실(76)내의 저부에 배치되어 있다. 상기 탈가스실(76)이 형성되는 상기 직4각형 통체(71)의 상부에는 직4각형상의 창구멍(82)이 형성되어 있다. 석영유리로 된 쿼르츠윈도우(83)는, 상기 창구멍(82)을 포함한 주변의 상기 직4각형 통체(71)의 상벽부에 얹어 놓여져 있다.
박스(84)는, 상기 직4각형통체(71)의 상벽부에 상기 쿼르츠윈도우(83)를 덮듯이 얹어 놓여져 있다. 복수의 볼트(85)는, 상기 박스(84) 쪽으로부터 상기 직4각형 통체(71)의 상벽부에 나사식 붙이기 되어 있다. 이것에 의해, 상기 쿼르츠윈도우(83)는 상기 박스(84)와 상기 직4각형 통체(71)의 상벽부와의 사이에서 죄어서 고정된다. 도시하지 않는 0링은, 상기 직4각형 통체(71)의 상벽부와 상기 쿼르츠윈도우(83) 사이 및 상기 쿼르츠윈도우(83)와 상기 박스(84) 사이에 각각 개재되어 상기 각 부재간에 상기 쿼르츠윈도우(83)를 기밀로 유지하고 있다.
활성화 수단으로서의 복수(예를 들면 4개)의 100W 할로겐 램프(86)는, 상기 박스(84)내에 수평방향으로 나란히 배치되어 있다.
가스트랩기구(87)는, 상기 척판(81)과 상기 할로겐 램프(86) 사이의 상기 탈가스실(76)내에 배치되어 있다.
상기 가스 트랩 기구(87)는, 제6도 및 제7도에 나타낸 바와 같이 예를 들면 알루미늄으로 되는 틀 형상의 프레임(88)을 구비하고 있다.
예를 들면, 석영 유리로 되는 투명 트랩판(89)은, 제8도에 나타낸 바와 같이 상기를 형상 프레임(88)에 상기 척판(81)과 대향하도록 예를 들면 은납땜에 의해 부착되어 있다.
예를 들면 액체 질소가 도입되는 냉각 매체 유로(90) 및 예를 들면 실온의 공기가 도입되는 열매체 유로(91)는 상기 틀 형상 프레임(88)의 전역에 걸쳐서 각각 형성되어 있다.
상기 냉각 매체 유로(90)에 액체 질소를 공급함으로써, 상기 투명 트랩판(89)이 냉각된다.
상기 열매체 유로(91)에 예를 들면, 실온의 공기를 공급함으로써, 냉각된 상기 투명 트랩판(89)이 가열된다.
제2가스 공급관(92)은, 상기 제4게이트 밸브(77) 근방의 상기 직4각형통체(71) 저부에 연결되어 있다.
상기 공급관(92)이 부착된 상기 직4각형통체(71)의 저부에는 가스 유통 구멍(93)이 개구되어 있다.
제2가스 배기관(94)은, 상기 제3게이트 밸브(74) 근방의 상기 탈가스실(76)이 형성되는 상기 직4각형통체(71) 저부에 연결되어 있다.
상기 탈가스실(76)을 진공이 되도록 배기하기 위한 진공펌프(도시않음)는, 상기 배기관(94)의 다른 끝단에 부착되어 있다.
도시하지 않는 반송 아암은 상기 탈가스실(76)내에 배치되어 있다.
제3가스 공급관 및 제3가스 배기관 (어느 것이나 도시않음)은, 상기 플라즈마 에칭 처리실(72)에 연결되어 있다.
도시하지 않는 반출용 로드록실은 상기 처리실(72) 측벽에 연결되어 있다.
도시하지 않는 제4게이트 밸브는 상기 처리실(72)과 상기 반출용 로드록실의 연결부에 배치되어 있다.
다음에, 상술한 제5도 내지 제8도에 나타낸 플라즈마 에칭 장치의 동작을 설명한다.
상기 반입용 로드록실(75)의 상기 제1게이트 밸브(73)를 연후, 상기 반송아암(78)을 구동하여 피처리물 예를 들면, 표면에 레지스트 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼(95)를 상기 제1게이트밸브(73)를 통하여 상기 로드록실(75)내에 반입한다.
상기 제1게이트밸브(73)를 닫은후, 도시하지 않는 진공 펌프를 작동하여 상기 제2가스 배기관(8)을 통하여 상기 로드록실(75)내의 가스를 진공배기하여 소정의 감압분위기로 한다.
이때, 도시하지 않는 진공펌프를 작동하여 상기 탈가스실(76)내의 가스를 상기 제2가스 배기관(94)을 통하여 진공 배기하여 소정의 감압 분위기로 한다.
상기 각 진공펌프의 작동을 속형하면서, 상기 로드록실(75)과 상기 탈가스실(76) 사이에 개재시킨 상기 제2게이트 밸브(75)를 연다.
이어서, 상기 반송아암(78)을 구동하여 상기 로드록실(75)내의 상기 반도체 웨이퍼(95)를 상기 제2게이트 밸브(74)를 통하여 상기 탈가스실(76)내의 척판(81) 상에 반입한다.
상기 제2게이트 밸브(74)를 닫고, 상기 탈가스실(76)을 상기 로드록실(75)과 차단한다.
상기 탈가스실(76) 윗쪽에 배치한 상기 할로겐 램프(86)를 온하여 에너지선을 방사한다.
방사된 에너지선은, 상기 램프(86) 아래쪽에 배치된 상기 석영 유리로 되는 쿼르츠윈도우(83) 및 상기 가스 트랩기구(87)의 상기 투명 트랩판(89)을 투과하여 상기 척판(81)상의 반도체 웨이퍼(95)에 조사된다.
그 결과, 상기 반도체 웨이퍼(95) 표면에 흡착된 수분, 이산화탄소, 수소등의 가스는 상기 에너지선의 조사에 의해 활성화 되어 아웃가스로써, 상기 반도체 웨이퍼(95) 표면에서 이탈되어 방출된다.
이와 같이 에너지선을 상기 반도체 웨이퍼(95)에 조사하여 그 표면의 흡착 가스를 활성화함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(95) 표면으로 부터의 가스의 방출은 단지 진공배기하는 경우에 비하여 촉진되는 것이 된다.
상기 할로겐 램프(86)로 부터의 에너지선의 조사에 앞서서 상기 가스 트랩기구(87)의 틀형상 프레임(88)의 냉각 매체 유로(90)에 예를 들면, 비점이 -190℃의 액체 질소를 공급한다.
상기 액체질소를 상기 틀형상 프레임(88)에 유통시킴으로써 상기 틀형상 프레임(88)에 고정된 상기 투명 트랩판(89)이 매우 낮은 온도로 냉각된다. 그 결과, 상기 반도체 웨이퍼(95) 표면에서 방출된 가스는 상기 웨이퍼(95)의 윗쪽에 배치된 상기 냉각된 투명트랩판(89)에 접촉되어 응축작용에 의해 트랩된다.
또, 상기 투명 트랩판(89)에 트랩된 상기 가스는 매우 낮은 온도로 냉각되기 때문에, 에너지를 잃고 이탈하기 어려운 상태로 된다. 이와같이 상기 반도체 웨이퍼(95) 표면에서 방출된 가스는 상기 가스 트랩기구(87)에 의해 즉각 트랩되기 때문에, 상기 탈가스실(76)의 분위기중에서 신속하게 제거된다.
상기 가스실(76)에서 트랩처리를 소정시간후, 상기 탈가스실(76)과 미리 진공배기 조작에 의해 소정의 감압 분위기로 한 상기 플라즈마 에칭 처리실(72) 사이에 개재시킨 상기 제3게이트 밸브(77)를 연다. 이어서 상기 탈가스실(76)내에 배치한 도시하지 않는 반송아암을 구동하여 상기 탈가스실(76)의 상기 척판(81) 상의 반도체 웨이퍼(95)를 상기 제3게이트 밸브(77)를 통하여 상기 플라즈마 에칭실(72)내에 반입한다.
이상의 조작을 되풀이하여 미처리의 반도체 웨이퍼(95)를 상기 플라즈마 에칭 처리실(72)내에 소정매수 예를 들면, 25매 반입한다.
이어서, 상기 제3게이트밸브(77)를 닫은후, 도시하지 않는 진공 펌프를 작동하여 상기 처리실(72)에 연결된 제4가스 배기관(도시않음)을 통하여 상기 처리실(72)내의 가스를 배기하여 소정의 감압 분위기로 한다.
이후, 상기 처리실(72)내에 에칭 가스를 공급하고, 플라즈마를 발생시켜서 상기 에칭 가스를 활성화하고, 상기 복수매의 반도체 웨이퍼를 활성화된 에칭 가스에 의해 에칭 처리한다.
한편, 소정 매수의 반도체 웨이퍼를 상기 처리실(72)에 반입한 후, 상기 가스트랩기구(87)에 트랩된 가스는 다음과 같은 조작에 의해 퍼지된다.
먼저, 상기 제2, 제3의 게이트밸브(74),(77)를 닫은후, 상기 진공 펌프의 작동을 속행하면서, 불활성 가스(예를 들면 N2가스)를 제2가스 공급관(92)을 통하여 상기 탈가스실(76)내에 공급한다.
상기 틀형상 프레임(88)의 냉각 매체유로(90)로의 액체질소의 공급을 정지한다.
실온 공기를 상기 틀 형상 프레임(88)의 열매체 유로(91)에 공급한다. 이것에 의해 상기 액체 질소의 유통에 의해 냉각된 상기 투명 트랩판(89)이 따뜻하게 되어서 상기 투명 트랩판(89)에 트랩된 가스가 재차 방출되어, 상기 탈가스실(76)내에 공급된 상기 N2가스와 함께 상기 제2가스 배기관(94)을 통하여 외부로 배출된다.
이와 같이, 본 실시예 3에 의하면, 상기 탈가스실(76) 내에서 상기 할로겐 램프(86)로 부터의 에너지선을 반도체 웨이퍼(95) 표면에 조사함으로써, 상기 반도체 웨이퍼(95) 표면의 흡착 가스의 방출을 촉진할 수 있고, 또한, 방출된 아웃가스를 즉각 가스트랩기구(87)에 의해 트랩된다.
그 결가, 상기 탈가스실(76)에서 처리된 상기 반도체 웨이퍼(95)를 상기 플라즈마 에칭 처리실(72)에 반송하고, 상기 처리실(72)을 감압 분위기로 할때, 상기 반도체 웨이퍼(95)는 표면에 각종의 가스가 흡착되어 있지 않기 때문에, 신속하고 동시에 단시간으로 상기 처리실(72) 내를 소정의 진공도로 도달시킬 수 있으며, 그 위에 진공도를 높일수가 있다.
따라서, 높은 스루풋으로 상기 반도체 웨이퍼(95)를 플라즈마 에칭 처리할 수 있고, 또한 양호한 플라즈마 에칭을 할 수가 있다.
또한, 상기 실시예 3에서는 활성화 수단으로서 할로겐 램프를 사용하였으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 할로겐 램프 대신에 다른 램프를 사용하거나 레이저 발진기를 사용하여도 된다.
상기 실시예 3에서는, 상기 가스 트랩기구(87)의 상기 틀형상 프레임(88)에 냉각 매체유로(90) 및 열매체 유로(91)를 각각 형성하였으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 틀형상 프레임에 냉각 매체 및 열매체를 도입하는 공용의 유로를 형성하여도 된다.
이와 같은 구조의 틀형상 프레임을 가지는 가스 트랩기구에서는, 상기 가스 트랩기구의 투명 트랩판을 냉각할시에는, 냉각 매체를 상기 유로에 유통시킨다.
상기 투명 트랩판을 따뜻하게 할시에는, 상기 냉각 매체를 열매체로 변환하여 상기 유로에 유통시킨다.
상기 실시예 3에서는 냉각 매체로서 액체 질소를 사용하였으나, 상기 액체 질소 대신에 부동액이 혼입된 -30℃정도의 냉수를 사용하거나, 냉각 가스를 사용하여도 된다.
상기 실시예 3에서는 열매체로서 실온의 공기를 사용하였으나, 상기 공기 대신에 실온의 질소 가스등의 다른 기체를 사용하거나, 온수등을 사용하여도 된다.
상기 실시예에서는, 제1처리실은 반입용 로드록실(75)과 탈가스실 (76)에 의해 구성하였으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들면, 상기 제1처리실의 반입용 로드록실 또는 반입·반송을 겸하는 로드록실이라도 된다.
[실시예 4]
제9도는 본 실시예 4의 표면처리장치(플라즈마 에칭장치)에 짜넣어지는 탈가스실을 나타낸 단면도이다. 또한, 상술한 제6도와 동일한 부재는 같은 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
상기 탈가스실(76)내에 배치되는 가스트랩기구 (87)는, 다음과 같은 구조를 가진다.
상단에 플렌지부(96)를 가지는 예를 들면 알루미늄으로 되는 틀형상 프레임(88)은, 예를 들면 스테인레스스틸로 되는 직4각형 통체(71)의 상벽 내면에 상기 플랜지부(96)를 맞닿게하여 배치되어 있다.
복수의 볼트(97)는, 상기 플랜지부(96)에서 상기 직4각형통체(71)의 상벽으로 나사식 붙이기 되어서, 상기 틀형상 프레임(88)을 상기 직4각형통체(71)에 고정하고 있다.
도시하지 않는 0링은 상기 플랜지부(96)와 상기 직4각형통체(71)의 상벽과의 사이에 개재되어 상기 틀형상 프레임(88)을 상기 직4각형통체(71)에 기밀로 고정하고 있다.
예를들면, 석영 유리로 되는 투명 트랩판(89)은, 상기 틀형상 프레임(88)에 척판(81)과 대항하도록 예를 들면 은납땜에 의해 부착되어 있다.
예를 들면, 액체 질소가 공급되는 냉각매체유로(90) 및 예를 들면 실온 공기가 공급되는 열매체 유로(91)는, 상기 틀형상 프레임(88)의 전역에 걸쳐서 사행하여 각각 형성되어 있다.
냉각 가스 공급 노즐(98)은, 박스(84), 상기 직4각형통체(71)의 상벽 및 상기 틀형상 프레임(88)을 관통하여 배치되고, 도한 상기 노즐(98)의 선단은 상기 투명 트랩판(89)의 상면 근방에 위치하도록 뻗어나와 있다.
가열가스 공급 노즐(99)은, 상기 박스(84), 상기 직4각형통체(71)의 상벽 및 상기 틀형상 프레임(88)을 관통하여 배치되고, 또한 상기 노즐(99)의 선단은 상기 투명 트랩판(89)의 상면 근방에 위치하도록 뻗어나와 있다.
이와 같은 실시예 4의 표면처리장치는 상기 탈가스실(76)내에 상기 냉각 가스 공급 노즐(98) 및 상기 가열 가스 공급 노즐(9)을 부설한 상기 가스트랩기구(87)가 배치되어 있다.
이 때문에, 상기 틀형상 프레임(88)의 냉각매체유로(90)에 예를 들면 비점이 -196℃의 액체 질소를 공급함과 동시에 상기 냉각 가스 공급노즐(98)로부터 냉각 가스를 상기 틀형상 프레임(88)에 붙여 고정된 상기 투명 트랩판(89)의 상면에 내뿜게 함으로써, 상기 투명 트랩판 (89)을 급속히 냉각할 수 있다.
그 결과, 상기 탈가스실(76)내의 척판(81)에 반입된 반도체 웨이퍼(95)에 할로겐 램프(86)로부터 방사된 에너지선을 조사하고, 상기 반도체 웨이퍼(95) 표면의 흡착 가스를 방출하면, 아웃가스를 상기 투명 트랩판(89)에 신속히 트랩할 수가 있다.
한편, 상기 틀형상 프레임(88)의 상기 냉각매체유로(90)로의 액체 질소의 공급을 정지하고, 실온 공기를 상기 틀형상 프레임(88)의 열매체 유로(91)에 공급함과 동시에 상기 가열 가스 공급 노즐(99)로부터 가열공기를 상기 틀형상 프레임(88)에 붙여 고정된 상기 투명 트랩판(89)상면에 내뿜게 함으로써, 상기 투명 트랩판(89)을 급속히 가열할 수가 있다.
그 결과, 상기 조작에 의해 냉각된 상기 투명 트랩판(89)을 급속히 가열할 수 있다.
따라서, 상기 투명 트랩판(89)에 트랩된 각종의 가스를 신속히 재방출 할 수 있어, 제2가스 배기관(94)을 통하여 상기 탈가스실(76)외부로 배출할 수가 있다.
또한, 상기 실시예 4에서는 2개의 가스 노즐(98), (99)을 사용하여 냉각가스, 가열 가스를 상기 가스 트랩수단(87)의 투명 트랩판(89)에 내뿜었으나, 이와 같은 구조에 한정되지 않는다.
예를 들면, 냉각 가스의 내뿜는 것과 가열가스의 내뿜는 것을 공용하는 한 개의 가스 공급 노즐을 사용하여도 된다.
[실시예 5]
제10도는, 본 실시예 5의 표면처리장치(플라즈마 에칭장치)에 짜넣어지는 탈가스실 및 그 주변 구조를 나타낸 단면도이다.
또한, 상술한 제6도와 동일한 부재는 같은 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
제1,2의 예비 처리실(100),(101)은, 탈가스실(76)이 형성되는 직4각형통체(71)를 끼고 그 양측벽에 배치되어 있다.
도시하지 않는 가스 공급관은, 상기 예비 처리실(100),(101)에 각각 연결되어 있다.
도시하지 않는 가스 배기관은 상기 예비 처리실(100),(101)에 각각 연결되어 있다.
제5,제6의 게이트 밸브(102),(103)는, 상기 예비 처리실(100),(101)과 상기 직4각형통체(71)와의 연결부에 각각 배치되어 있다.
틀형상 프레임(88) 및 투명트랩판(89)을 구비한 가스트랩기구(제1가스트랩기구)(87)는, 상기 탈가스실(76)내에 배치되어 있다.
상기 제1가스 트랩기구(87)는, 상기 탈가스실(76)과 상기 제2예비실(101)과의 사이를 상기 제6게이트 밸브(103)를 통하여 이동할 수 있도록 되어 있다.
상기 제1가스트랩기구(87)와 동일한 구조를 가지는 제2가스 트랩기구(104)는, 상기 제1예비 처리실(100)내에 배치되어 있다.
상기 제2가스트랩기구(104)는, 상기 제1예비 처리실(100)과 상기 탈가스실(76)과의 사이를 상기 제5게이트밸브(102)를 통하여 이동할 수 있도록 되어 있다.
이와 같은 실시예 5의 표면처리장치에 의하면, 상기 탈가스실(76)내에서 반도채 웨이퍼의 표면에서 방출된 가스를 상기 제1가스트랩기구(87)의 상기 투명 트랩판(89)으로 트랩하는 조작을 소정회수한후, 상기 제6게이트 밸브(103)를 열고, 상기 제1가스 트랩기구(87)를 상기 제6게이트 밸브(103)를 통하여 상기 제2예비실(101)에 이동시킨다.
이어서, 상기 제6게이트 밸브(103)를 닫은후, 상기 제5게이트 밸브(102)를 열고, 상기 제2가스 트랩기구(104)를 상기 제1예비처리실(100)로부터 상기 탈가스실(76)내에 상기 제5게이트 밸브(102)를 통하여 이동시킨다.
계속해서 상기 제2가스 트랩기구(104)를 사용하여 상기 탈가스실(76)내에서 반도체 웨이퍼의 표면에서 방출된 가스를 트랩하는 조작을 한다.
이와 같은, 트랩조작을 하고 있는 동안, 상기 제2예비 처리실(102)에 보내진 상기 제1가스트랩기구(87)의 퍼지 조작을 한다.
즉, 상기 제1가스 트랩기구(87)의 상기 투명 트랩판(89)을 가열하여 상기 투명 트랩판(89)에 트랩된 각종 가스를 제작 방출시키는 동시에, 도시하지 않는 가스 공급관으로부터 불활성 가스, 예를 들면, N2가스를 상기 제2예비실(102) 내에 공급하여, 도시하지 않는 진공펌프를 작동하여 도시하지 않는 가스 배기관을 통해서 상기 아웃가스를 상기 N2가스와 함께 외부로 배출된다.
따라서, 반도체 웨이퍼의 표면에서 방출된 가스의 트랩조작과 퍼지조작과를 동시 병렬로 할 수 있기 때문에, 스루풋을 현저시 향상시킬 수가 있다.
또한, 상기 실시예 5에서는 상기 제1, 제2의 가스 트랩기구(87),(104)를 별체로 하였으나, 이에 한정되지 않는다.
예를 들면 상기 투명 트랩판을 가진 2개의 틀형상 프레임을 연결하고, 이들을 일체로한 구성으로 하여도 된다.
이 경우에는, 상기 투명 트랩판의 사이에 단열재를 설치하는 동시에, 냉각 매체 또는 열매체의 배관으로서는 신축이 자유로운 벨로우즈 배관을 사용하도록 한다.
또, 상기 탈가스실과 상기 제1, 제2의 예비 처리실 사이에 배치되는 게이트 밸브 대신에 벨로우즈 형상의 척을 사용한다.
또, 상기 실시예 3 내지 5에서는 제2처리실로서 플라즈마 에칭처리 실을 사용하였으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 플라즈마 에칭 처리실, 대신에 예를 들면, CVD 처리실, 플라즈마 CVD처리실, 스패터 증착실 등을 사용하여도 된다.
이상 설명한 바와같이, 본 발명에 의하면, 피처리물, 예를들면 반도체 웨이퍼를 고정밀도로 에칭 처리할 수 있고, 더욱이 에칭 처리후의 피처리물에 부착한 유해한 가스의 대기중으로의 방축을 억제할 수 있는 동시에 상기 피처리물 표면으로의 반응 생성물의 부착 및 물방울의 부착을 방지한 표면처리장치를 제공할 수 잇다.
또, 본 발명에 의하면, 피처리물, 예를 들면 반도체 웨이퍼를 고정밀도로 에칭 처리할 수 있고, 그 위에 에칭 처리후의 피처리물에 부착한 유해 가스의 대기중으로의 방출을 억제할 수 있는 동시에 상기 피처리물 표면으로의 반응 생성물의 부착 및 물방울의 부착을 방지한 표면처리방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 피처리물, 예를 들면 반도체 웨이퍼가 반입되는 에칭 처리실, CVD 처리실등의 각종의 처리실에서의 진공 배기를 단 시간으로 할 수 있는 동시에, 소정의 진공도까지 높일 수 있기 때문에, 스루풋의 향상을 할 수 있고, 더구나 상기 반도체 웨이퍼를 목적으로 하는 조건으로 양호하게 표면처리 하는 것이 가능한 표면처리 장치를 제공할 수 있다.

Claims (27)

  1. 반입된 피처리물을 활성화된 에칭 가스에 의해 에칭하기 위한 제1처리실; 상기 제1처리실을 감압으로 하기 위한 배기 수단; 상기 제1처리실내에 반입된 피처리물을 냉각하기 위한 냉각 수단; 상기 제1처리실에서 에칭된 피처리물이 반입되는 제2처리실; 상기 제2처리실을 감압으로 하기 위한 배기 수단; 상기 제2처리실내에 반입된 상기 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단; 을 구비한 표면처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1처리실은 에칭 가스를 공급하기 위한 가스 공급 수단과 플라즈마 발생 수단과를 가지며, 상기 활성화된 에칭 가스는 상기 가스 공급 수단으로부터 공급된 에칭 가스를 상기 플라즈마 발생 수단에 의해 상기 제1처리실내에 생성한 플라즈마에 의해 활성화함으로써, 형성되는 표면처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 냉각 수단은 상기 제1처리실내에 배치되고, 상기 피처리물이 얹여 놓여지는 중공 형상의 재치대(53)와, 상기 재치대(53)의 중공부(5)에 냉각 매체를 공급하는 공급관(13)과, 상기 재치대(53)의 중공부(5)에 공급된 냉각 매체를 배출하는 배출관(14)으로 구성되는 표면처리장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 냉각 매체는 액체 질소인 표면처리장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은, 상기 제2처리실의 외부에 배치된 에너지선 조사 램프이며, 상기 램프가 배치되는 상기 제2처리실의 벽부에는 에너지선 투과창이 형성되어 있는 표면처리장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 가열 수단은 상기 제2처리실내에 반송된 피처리물을 얹어 놓기 위한 핫플레이트인 표면처리장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2처리실내에 불활성 가스를 공급하기 위한 불활성 가스 공급 수단을 가지는 표면처리장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2처리실내의 상기 피처리물에서 방출된 가스를 트랩하기 위한 트랩 수단을 가지는 표면처리장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2처리실은 상기 피처리물을 상압 분위기에서 방출하는 로드록실인 표면처리장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2처리실은, 상기 제1처리실에 연결되는 제1로드록실과, 상기 제1로드록실에서 반송된 상기 피처리물을 가열하기 위한 가열수단을 가지는 가열 처리실과, 상기 주처리실에서 반송된 상기 피처리물을 상압 분위기에서 반출하는 제2로드록실과 구성되는 표면처리장치.
  11. 피처리물을 냉각하면서 감압 분위기하에서 활성화된 에칭 가스를 작용시켜서, 상기 피처리물의 에칭 처리를 하는 공정; 상기 에칭 처리 후의 상기 피처리물을 감압 분위기 또는 불활성 분위기 하에서 가열 처리하는 공정; 을 구비한 표면처리방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 피처리물의 냉각은 -190 내지 10℃의 온도로 행해지는 표면처리방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 활성화된 에칭 가스는 염소계 가스를 플라즈마에 의해 활성화 된 것인 표면처리방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 피처리물의 가열 처리는, 50 내지 100℃의 온도로 행해지는 표면처리방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 피처리물의 가열처리 공정에 의해 상기 피처리물에서 방출된 가스는 공급된 불활성 가스에 의해 배출되는 표면처리방법.
  16. 피처리물이 반입되는 제1처리실; 상기 제1처리실내의 상기 피처리물에 에너지선을 조사하기 위한 활성화 수단; 상기 제1처리실내에 배치되어 상기 에너지선의 조사에 의해 상기 피처리물 표면에서 방출된 가스를 트랩하기 위한 가스트랩 수단; 상기 제1처리실 내의 피처리물이 반입되고, 상기 피처리물을 표면처리하기 위한 제2처리실; 을 구비한 표면처리장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 활성화 수단은, 상기 제1처리실의 외부에 배치된 에너지선 조사 램프이며, 상기 램프가 배치되는 상기 제1처리실의 벽부에는 에너지선 투과창이 형성되어 있는 표면처리장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 가스트랩 수단은 상기 피처리물과 상기 활성화 수단과의 사이에 위치하는 상기 제1처리실에 배치되어, 냉각 매체가 유통되는 틀체와, 상기 틀체에 지지되어 상기 활성화 수단으로부터의 에너지선을 투과하는 투과창으로 구성되는 표면처리장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 냉각 매체는 액체 질소인 표면처리장치.
  20. 제18항에 있어서, 상기 가스트랩수단의 상기 틀체는, 가열 매체가 유통되는 표면처리장치.
  21. 제16항에 있어서, 상기 가스 트랩 수단은 상기 피처리물과 상기 활성화 수단과의 사이에 위치하는 상기 제1처리실내에 배치되어, 틀체와 상기 틀체에 지지되어 상기 활성화 수단으로부터의 에너지선을 투과하는 투과창과 상기 투과창에 냉각 가스를 내뿜도록 하기 위한 냉각 가스 분사 부재로 구성되는 표면처리장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 가스 트랩 수단은, 상기 투과창에 가열 가스를 분사하기 위한 가열 가스 부사 부재를 가지는 표면처리장치.
  23. 제16항에 있어서, 상기 제1처리실은 상기 피처리물을 상압분위기에서 반입하는 로드록실인 표면처리장치.
  24. 제제16항에 있어서, 상기 제1처리실은, 상기 피처리물을 상압 분위기에서 반입하는 로드록시로가, 상기 로드록실과 상기 제2처리실 사이에 배치되어 상기 활성화 수단 및 가스 트랩 수단을 가지는 탈가스실로 구성되는 표면처리장치.
  25. 제16항에 있어서, 그 위에 제1, 제2의 예비 처리실(100),(101)은 상기 활성화 수단 및 상기 가스 트랩 수단을 가지는 상기 제1처리실(100)을 끼고 그 양쪽에 배치되고, 상기 제1예비 처리실(100)에는 다른 가스 트랩 수단이 배치되는 표면처리장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 가스 트랩 수단은 상기 제1처리실과 상기 제2예비 처리실(101) 사이에서 이동되고, 상기 다른 가스 트랩 수단은 상기 제1예비 처리실(100)과 상기 제1처리실 사이에서 이동되는 표면처리장치.
  27. 제26항에 있어서, 각각의 가스 트랩수단은 냉각 매체 및 가열 매체가 유통되는 틀체와, 상기 틀체에 지지되어 상기 제1처리실내에서 상기 활성화 수단으로 부터의 에너지선을 투과하는 투과창으로 구성되는 표면처리장치.
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