KR100908285B1 - 진공처리장치 및 그 진공처리장치를 사용한 진공처리방법 - Google Patents

진공처리장치 및 그 진공처리장치를 사용한 진공처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 시료처리의 수율 및 처리의 효율을 향상시키는 기물(器物) 제거기능을 구비한 진공처리장치이다.
이를 위한 본 발명은 진공용기(103) 내의 처리실(207)과 반송실(217)을 연통하는 통로를 개폐하는 게이트 밸브(218)로 구성하여 시료를 반송·처리하는 진공처리장치에 있어서, 처리실(207)과 반송실(217) 사이에서 상기 처리대상의 시료를 반송할 때에 진공용기(103) 내의 아래쪽에 있는 압력조정용 가변밸브(230)를 기설정된 개도로 하여 진공용기 내를 감압하고, 그 후 압력조정용 가변밸브(230)의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 진공용기(207) 내에 도입구멍(235)으로부터 기설정된 양의 가스를 흘려 가스의 흐름을 형성하고, 그 상태에서 게이트 밸브(218)를 개방하여 시료의 반송을 행하고, 시료 반송후에 게이트 밸브(218)를 폐쇄한 후에 가스의 도입을 정지하도록 하는 제어장치(234)를 구비하였다.

Description

진공처리장치 및 그 진공처리장치를 사용한 진공처리방법{VACUUM PROCESSING SYSTEM AND METHOD OF VACUUM PROCESSING SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 감압된 진공용기의 내부에서 플라즈마를 형성하여 이 용기 내에 배치한 시료를 처리하는 처리실을 구비한 진공용기와 연통을 개폐하는 밸브로 연결된 반송용기를 구비한 진공처리장치에 관한 것으로, 특히 연통을 개폐하여 시료를 반송할 때에 시료에 부착되는 이물량을 저감하는 기구를 가지는 진공처리장치에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기 진공처리장치에서 상기 진공용기와 상기 반송용기의 사이에서 시료를 반송할 때에 시료에 부착되는 이물량을 저감할 수 있는 진공처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
반도체장치 제조공정에서는, 수율 저하가 큰 과제이며, 수율 저하의 큰 원인으로 되어 있는 이물의 저감이 중요한 문제로 되어 있다. 이물발생의 요인은 많이 있으며, 지금까지 수많은 대책이 강구되어 있다. 예를 들면, 드라이에칭에서의 주된 이물 발생원은, 처리실 내에 부착되는 반응성 생성물 및 에칭가스성분이며, 이 부착물이 박리됨으로써 이물이 되어 발생하고 있다. 최근의 장치의 고집적화에 따라 소자의 미세화가 진행되어, 기판 위의 배선가공형상 제어를 위한 에칭가스에 디 포지션 효과가 높은 가스가 사용되기 때문에, 발생하는 반응성 생성물은 처리실 내에 부착물로서 퇴적되기 쉽게 되어 있다. 또 장치의 고집적화에 따르는 소자의 미세화에 따라 수율 저하를 야기하는 이물의 입자지름도 작아져 이물 저감의 요구가 매우 높아져 있다.
이 부착물이 박리되는 요인은 부착물의 물성 등에 따라 다르나, 처리실에 시료를 반송할 때의 게이트 밸브 개폐 동작이나 개폐 동작에 의한 처리실 내의 압력변동이 주된 원인으로 되어 있는 것은 반도체장치 제조의 현장에서는 공통으로 인식되어 있다. 또 처리실에서 사용되는 부식성 가스 등의 가스확산억제를 하기 위하여 반송실 내에 불활성가스인 Ar(아르곤)의 가스배출로 가압하고 있는 예에서는 게이트 밸브 개폐시의 압력변동이 더욱 증가한다는 과제가 발생하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이것에 대하여 부착물의 양을 저감하는 개선과 병행하여 게이트 밸브의 구조, 개폐의 기구, 개폐의 스피드 등의 개선이 행하여지고 있다.
상기 게이트 밸브 개폐시의 압력변동의 영향을 억제하는 방법으로서는, 게이트 밸브 개폐 동작전에 공통 반송실과 처리실을 연결하는 바이패스경로와 이 바이패스경로에 설치된 개폐밸브를 구비하고, 이 바이패스로를 통하여 공통 반송실 내의 N2 (질소)가스를 처리실 내에 흘려 실내의 압력을 공통 반송실 내의 압력과 동일하거나 약간 낮은 상태로 한 후에 게이트 밸브 개폐 동작을 행함으로써 개폐시의 압력변동을 억제하는 기술이 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조).
그러나, 상기 기술에서는 연결된 2개의 실을 연통하는 바이패스로를 설치하 고 이 바이패스로를 가스가 지날 때의 유로저항에 의하여 압력차를 기설정된 값으로 조절하고 있으나, 이와 같은 구성에서는 압력차를 기설정된 값으로 조정하기까지 요하는 시간이 크고, 시료의 반송에 시간이 걸려 처리의 효율을 손상하는 문제가 발생하고 있었다.
또, 상기 기술에서는 2개의 실의 압력차는 작게 할 수 있으나, 게이트 밸브 개방동작시에 형성되는 가스의 흐름은 압력이 높은 반송실에서 처리실로 유로저항이 작은 게이트 밸브 개구부에서 흐르고, 또한 상기 기술에서는 게이트 밸브 개방후 바이패스로를 폐쇄하기 때문에 게이트 밸브를 폐쇄할 때까지 반송실에서 처리실로의 가스 흐름이 계속되므로, 실제로는 처리실의 내부 표면에 부착되어 있던 반응생성물이나 표면 근방에 체류하고 있던 반응생성물이 이 가스의 흐름을 타고 시료대까지 도달하여 이물로서 시료 표면에 부착되는 문제가 발생하고 있었다.
[특허문헌 1]
일본국 특개평4-100222호 공보
[특허문헌 2]
일본국 특개평7-211761호 공보
본 발명의 목적은, 처리대상 시료의 수율을 향상시키는 이물 제거기능을 구비한 진공처리장치를 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 다른 목적은, 처리대상 시료의 처리하는 효율을 향상시키는 이물 제거기능을 구비한 진공처리장치를 제공하는 것에 있다.
또한 본 발명의 목적은, 시료 반송시에 이물의 발생을 억제하여 처리대상의 시료의 수율을 향상시키고, 처리효율을 향상시킬 수 있는 시료 반송방법을 적용한 진공처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적은, 진공용기 내에 배치되어 내부에서 플라즈마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내의 하부에 배치되어 그 상면에 처리대상의 시료가 탑재되는 시료대와, 상기 처리실의 위쪽에 배치되어 이 처리실 내에 처리용 가스를 도입하기 위한 도입구멍을 가지는 가스 도입기구와, 상기 진공용기와 연결되어 감압된 내부를 상기 처리대상의 시료가 반송되는 반송용기와, 이 반송용기와 진공용기를 연통하는 통로를 개폐하는 게이트 밸브를 구비한 진공처리장치에 있어서, 상기 진공용기와 반송용기 사이에서 상기 처리대상의 시료를 반송할 때에 상기 진공용기 내의 아래쪽에 있는 압력 조정용 가변 밸브를 기설정된 개도로 하여 진공용기 내를 감압하고, 그 후 상기 압력조정용 가변 밸브의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 상기 진공용기 내에 상기 도입구멍으로부터 기설정된 양의 가스를 흘려 가스의 흐름을 형성하 며, 그 상태에서 상기 게이트 밸브를 개방하여 상기 시료의 반송을 행하고, 상기 시료 반송후에 게이트 밸브가 폐쇄가 된 후에 상기 가스의 도입을 정지하는 제어장치를 구비함으로써 달성된다.
또한 상기 진공용기와 상기 반송용기 사이에서 상기 처리대상의 시료를 반송할 때에 상기 진공용기 내의 아래쪽에 있는 압력조정용 가변 밸브를 기설정된 개도로 하여 진공용기 내를 감압하고, 그 후 상기 압력조정용 가변 밸브의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 상기 진공용기 내에 상기 도입구멍으로부터 기설정된 양의 가스를 흘려 가스의 흐름을 형성하는 장치로서, 상기 흘리는 가스는 Ar 또는 N2 가스 중 어느 하나로 하고, 형성되는 가스의 흐름을 200 ml/min 이상의 유량으로 하고, 상기 진공용기 내의 압력이 연결되어 있는 반송용기 내의 압력보다 저압으로 함으로써 달성된다.
또, 상기 목적은 진공용기 내에 배치되어 내부에서 플라즈마가 형성되는 처리실과, 이 처리실 내의 하부에 배치되어 그 상면에 처리대상의 시료가 탑재되는 시료대와, 상기 처리실의 위쪽에 배치되어 이 처리실 내에 처리용 가스를 도입하기 위한 도입구멍을 가지는 가스 도입기구와, 상기 진공용기와 연결되어 감압된 내부를 상기 처리대상의 시료가 반송되는 반송용기와, 이 반송용기와 진공용기를 연통하는 통로를 개폐하는 게이트밸브를 구비한 진공처리장치를 사용한 진공처리방법에 있어서, 상기 반송용기와 상기 진공용기와의 사이에서 상기 처리대상의 시료를 반송할 때에 상기 진공용기 내의 아래쪽에 있는 압력조정용 가변밸브를 기설정된 개 도로 하여 진공용기 내를 감압하고, 그 후 상기 압력조정용 가변밸브의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 상기 진공용기 내에 상기 도입구멍으로부터 기설정된 양의 가스를 흘려 가스의 흐름을 형성하고, 그 상태에서 상기 게이트 밸브를 개방하여 상기 시료의 반송을 행하며, 상기 시료 반송후에 게이트 밸브를 폐쇄한 후에 상기 가스의 도입을 정지함으로써 달성된다.
또한, 상기 목적은 상기 진공처리장치를 사용한 진공처리방법에 있어서, 상기 진공용기 내에 흘리는 가스는, Ar 또는 N2 가스 중 어느 하나이고, 형성되는 가스 흐름이 200 ml/min 이상의 유량이며, 상기 진공용기 내의 압력이 연결되어 있는 상기 반송용기 내의 압력보다 저압인 것에 의하여 달성된다.
상기 목적은, 상기 진공처리장치를 사용한 진공처리방법에 있어서, 상기 가스의 흐름을 형성하고 나서 적어도 2초 경과 후에 상기 시료의 반송을 개시함으로써 달성된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 대하여 도면을 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 관한 진공처리장치(100)의 개략을, 도 1에 나타낸다. 도 1에 나타내는 진공처리장치(100)는, 크게 나누어 진공측 블럭(101)과 대기측 블럭(102)을 구비하고 있다. 대기측 블럭(102)은, 대기반송로봇(109)을 구비한 대기반송용기(108)를 가지고, 이 대기반송용기(108)의 전면측에는 진공처리장치(100)에서 처리되는 대상이 되는 반도체 웨이퍼 등의 기판 등의 시료를 복수매 수용 가능 한 카세트(110)가 그 상면에 탑재되는 복수의 탑재대(111)를 구비하고 있다. 진공측 블럭(101)은, 내부에 진공반송로봇(107)을 구비한 진공측 반송용기(112)의 측벽면의 주위에 내부가 감압된 그 내부에 시료가 반송되어 에칭처리되는 처리실을 가지는 복수의 진공용기(103)와, 내부가 감압된 그 내부에 시료가 반송되어 애싱(재화)처리되는 처리실을 가지는 복수의 진공용기(104), 시료를 대기측과 진공측의 사이에서 주고 받는 로드록실(105)과 언로드 록실(106)을 구비하고 있다.
도 2는 도 1에 나타내는 진공처리장치(100)의 진공용기(103)와 그 주변의 구성의 개략을 나타내는 도면이다. 도 2에서 진공용기(103)에는 처리용기(201, 202)와 처리용기(201)의 상부를 형성하는 덮개부재(206)로 처리실(207)이 구성되어 있다. 덮개부재(206)는 그 상부에 안테나(205)를 가지고, 이 안테나(205)는 동축 케이블 등의 도파수단(204)이 접속되며, UHF대의 전파를 형성하는 전파원(203)에 접속되어 있다. 전달되어 온 전파는 안테나(205)를 거쳐, 처리용기(201 및 202)의 내부에 배치된 처리실(207) 및 진공실(216) 내로 전파가 도입된다. 또한 처리용기(201) 주변에 배치된 솔레노이드 코일(209)에 의하여 생성된 자계가 처리실(207) 및 진공실(216) 내에 공급된다.
덮개부재(206)의 아래쪽에 있고, 처리실(207) 안쪽에 면하는 측에는 덮개부재(206)와의 사이에 기설정된 간극을 개방하여 샤워플레이트(208)가 배치되어 있고, 이 샤워플레이트(208)에는 상기 간극과 처리실(207) 내를 연통하는 복수의 구멍이 배치되어 있으며, 이들 구멍은 처리용 가스가 이것을 통하여 처리실(207) 내에 도입되는 가스 도입구멍(235)으로 되어 있다. 또 이 샤워플레이트(208)와 덮개 부재(206)와의 사이의 간극은 처리용 가스가 공급되어 확산하는 버퍼실(210)이고, 버퍼실(210)과 복수의 가스도입구멍(235)은 연통되고, 버퍼실(210)을 지남으로써 가스도입구멍(235)을 거쳐 처리실(207)에 도입되는 처리용 가스의 분포의 치우침이 더욱 저감된다.
본 일 실시예의 형태에서는 버퍼실(210)은 가스공급관인 처리가스공급경로(224)와 연통하고, 처리가스원(220)과 이 처리가스공급경로(224)를 거쳐 연통되어 있다. 처리실(207) 내의 아래쪽에 있고, 샤워플레이트(208)에 대향하는 위치에는, 처리대상인 시료가 그 위에 탑재되는 시료대(213)를 포함하는 스테이지가 지지장치(214)의 상부에 배치되어 있다. 시료대(213)의 아래쪽에 고주파 전원(215)이 접속되어 있고, 이것으로부터 전력이 공급된다. 본 일 실시예의 형태에서는 처리용기(201)의 안쪽 벽면을 덮는 유전체제의 원통부재(211) 및 이 아래쪽에 배치되어 이것을 지지하는 부재로서 처리실(207) 내의 플라즈마에 대한 어스전극이 되는 어스부재(212)를 가지고 있다. 또한 처리용기(201와 202)는 기설정된 수단에 의하여 접지되어 있다.
또, 어스부재(212)는 처리용기(201 또는 202)에 설치되고, 그 하단부 아래쪽으로 연장한 원통형상의 플랜지부분을 구비하며, 이 플랜지부분과 시료대(213)와의 사이의 공간을 통하여 처리실(207) 내의 가스가 아래쪽으로 이동한다. 이에 의하여 도입된 처리용 가스가 시료대(213) 바깥 둘레측을 통하여 아래쪽으로 이동하는 흐름은, 시료대(213) 및 시료의 둘레방향에서의 치우침이 억제되어 플라즈마에 의한 시료의 처리의 치우침이 저감된다.
처리용기(202)의 하부에는 처리용기(202) 내부의 진공실(216) 및 처리실(201) 내부의 처리실(207)을 배기하여 감압하기 위한 배기장치가 배치되어 있다. 이 배기장치는 상기 처리실(207) 및 진공실(216) 내를 분위기압으로부터 감압하기 위하여 배기하는 드라이 펌프(232)와, 이 드라이 펌프(232)의 상류측에 배치되어 감압된 상태로부터 기설정된 고진공의 상태로 하기 위해 배기하는 터보분자펌프(231)와, 이 터보분자펌프(231)와 처리용기(202), 진공실(216) 사이의 연통을 조절하고, 통로 개구의 크기를 가변으로 하는 가변밸브(230)를 구비하고 있다. 상기 가변밸브(230)의 동작에 의한 개구의 크기 및 터보분자펌프(231) 및 드라이 펌프(232)에 의한 배기능력의 높이를 조절함으로써 배기속도, 나아가서는 처리실(207), 진공실(216) 내의 압력이 조절된다.
또, 진공반송용기(112)에 대해서도, 진공반송용기(112)의 내부에 있고, 감압된 상태에서 시료가 반송되는 진공반송실(217) 내부를 감압하기 위한 배기장치가 그 진공반송용기(112) 하부에 설치되어 있다. 이 배기장치는 터보분자펌프(219)를 거쳐 진공반송실(217) 내의 압력을 진공실(216) 또는 처리실(207) 내의 압력과 대략 동등한 값까지 감압 가능하게 구성되어 있다.
또한 진공반송용기(112)에는 불활성가스를 진공반송실(217) 내에 도입하기 위하여 불활성가스의 도입경로(229)가 그 하부에 접속되어 있다. 불활성가스의 도입경로(229)는 접속배관(227)으로 불활성 가스원(225)과 연통되어 있고, 불활성가스의 유량을 조절하는 질량 유량 제어기(Mass Flow Controller)(226), 도입밸브(228)의 동작에 의하여 진공반송실(217) 내의 압력이 원하는 압력으로 조정된다.
처리가스는 처리가스원(220) 내에 구비된 가스봄베 등으로부터 공급되고, 접속배관(222)으로 접속된 유량조절기인 질량 유량 제어기(221), 그 하류측에 배치된 도입밸브(223)의 동작에 의하여 처리가스공급경로(224) 내를 흐르는 가스량이 조절되어 진공용기(103) 내의 처리실(207)에 공급된다. 처리가스원(220), 접속배관(222), 질량 유량 제어기(221), 도입밸브(223)에 대해서는 도 2중에는 기재하고 있지 않으나, 복수의 가스를 독립하여 유량을 제어하면서 도입할 수 있도록 복수의 경로로 구성되어 있고, 본 일 실시예의 형태에서는 진공용기(103) 내의 처리실(207)에 도입하는 Ar 또는 N2를 흘리는 경로도 구비하고 있다. 그리고 이들 복수의 경로는 집합 배관부(236)로 처리가스공급경로(224)에 접속되어 있다.
또, 진공용기(103)의 처리용기(201) 또는 처리용기(202) 내의 압력은 처리용 가스의 공급과 배기장치에 의한 배기의 가감에 의하여 조절되나, 처리용기(201, 202) 내의 압력은 처리용기(202)에 구비된 압력센서(233)에 의하여 검지된다. 검지된 압력은 이것에 접속된 제어장치(234)에 송신되고, 제어장치(234)는 상기 기재의 질량 유량 제어기(221), 도입밸브(223), 가변밸브(230) 등의 동작부품과 접속되어 진공용기(103)의 처리나 동작을 조절하고 있다.
본 발명은 반도체웨이퍼 등의 기판을 진공반송실(217)로부터 처리실(207) 또는 처리실(207)로부터 진공반송실(217)에의 반송시에 게이트 밸브(218)의 개폐 동작이나, 게이트 밸브 개폐 동작시에 진공반송실(217) 내에서 가압하고 있는 아르곤 가스(이하, Ar 가스라 표기한다)의 기체가 처리실(207)에 유입함에 의한 압력변동에 의하여 발생하는 이물의 시료에 대한 부착을 억제하는 것이다.
상기한 바와 같이 구성된 진공처리장치(100)를 사용하고, 이 진공처리장치 내를 처리의 대상이 되는 시료를 반송하였을 때에 시료에 부착되는 이물수를 감소시키는 검토를 실시하였다.
이물수를 감소시키는 검토를 실시하기 위하여 실시한 이물의 측정단계를 도 3a에 나타낸다.
일련의 단계는, 단계 301에서 미리 시료에 부착된 이물수를 측정하고, 단계 302에서 이물수를 측정한 시료를 대기측 블럭(102)이 있는 카세트(110)에 세트하고, 단계 303에서 이 시료를 로드록실(105)로 반송하고, 단계 304에서 진공반송실(217)에 반송하고, 다음에 단계 307에서 게이트 밸브(218)를 개방하고, 단계 308에서 시료를 처리실(207)의 시료대(213)로 반송하고, 단계 309에서 게이트 밸브(218)를 폐쇄하고, 단계 311에서 처리실(207)의 고진공 배기를 60초 실시한다. 그 후 단계 314에서 게이트 밸브(218)를 개방하고, 단계 315에서 시료대(213)의 시료를 진공반송실(217)에 반송하고, 단계 316에서 게이트 밸브(218)를 폐쇄한다. 또한 단계 318에서 진공반송실(217)에 반송된 시료를 언로드 록실(106)에 반송하고, 단계 319에서 대기측 블럭(102)의 카세트(110)로 되돌린다. 그 후 단계 320에서 시료상에 존재하는 이물수를 측정하고, 단계 321에서는 단계 320에서 구한 이물수와 단계 301에서 구한 미리 측정하고 있던 이물수의 차를 산출하고, 이 이물수의 차를 본 진공처리장치에서 부착된 이물수로 하였다. 또한 진공반송실(217)에는 Ar 가스가 흘러 압력이 15 Pa로 되어 있다.
또한 검토를 실시하기 전에 대기측 블럭(102)이 있는 카세트(110)에 미리 부착된 이물수를 측정하고 있는 시료를 세트하고, 진공처리장치 내의 초기의 이물수의 확인을 도 3a의 단계에서 실시하였다. 단, 처리실(207)에의 반송은 실시하지 않고 진공반송실까지의 경로에서의 이물수를 측정하였다. 미리 부착된 이물수를 측정하고 있는 시료를 로드록실(105)로부터 진공반송실(217)에 반송하고, 그 후 진공처리실(217)의 시료를 언로드록실(106)로부터 대기측 블럭(102)의 카세트(110)로 되돌리고, 이 일련의 동작으로 시료에 부착되는 이물수는 입자지름이 0.13 ㎛ 이상이고 0 내지 3개인 것을 수회 확인하고, 게이트 밸브(218)의 개폐 동작을 행하여 처리실(207)에의 반송을 실시하지 않은 상태에서의 시료에 부착되는 이물수는 불균일은 있으나 입자지름이 0.13㎛ 이상이고 3개 이하가 유지되어 있는 장치상태인 것을 확인하였다. 또한 이 확인은 검토를 실시하는 기간 동안에도 실시하여, 이물수의 증가가 없는 상태가 유지되어 있는 것을 확인하였다.
이물저감의 검토에서는, 이물의 발생량을 일정하게 하기 위하여 처리실(207)내의 게이트 밸브(218)의 주변에 이물원이 되는 이물입자를 부착하여 이물의 발생량이 크게 변하지 않는 상태를 만들었다. 도 2에 나타내는 위치에 이물원(237)이 되는 이물입자를 부착하였다. 또 본 검토에서는 12 인치의 시료를 사용하였다.
상기 상태의 진공처리장치(100)에서, 도 3a에 나타내는 단계에 따라 미리 부착된 이물수를 측정하고 있는 시료를 반송하였다. 처리실(207)은 통상 시료가 반송되고 처리가스가 도입되어 처리가 시작되면, 기설정된 압력으로 제어하기 위하여 가변밸브(230)의 개도는 변화되나, 처리가스의 도입이 끝나 처리를 실시하고 있지 않을 때의 개도는 100%(완전 개방)상태로 되어 있다. 그 때문에 가변밸브(230)는 개도 100%에서 시료의 반송을 실시하였다. 또한 가변밸브(230)의 개도 100%로 하고, 터보분자펌프(231)로 배기하고 있을 때의 처리실(207)의 압력은 0.1 Pa 이하의 저압으로 되어 있다. 단계 301에서 미리 시료에 부착된 이물수를 측정하고, 단계 302에서 이물수를 측정한 시료를 대기측 블럭(102)이 있는 카세트(110)에 세트하고, 단계 303에서 이 시료를 로드록실(105)에 반송하고, 단계 304에서 진공반송실(217)에 반송하고, 그 후, 단계 307에서 게이트 밸브(218)를 개방하고, 단계 308에서 시료를 처리실(207)의 시료대(213)에 반송하고, 단계 309에서 게이트 밸브(218)를 폐쇄하고, 단계 311에서 처리실(207)의 고진공 배기를 60초 실시한다. 단계 314에서 게이트 밸브(218)를 개방하고, 단계 315에서 시료대(213)의 시료를 진공반송실(217)에 반송하고, 단계 316에서 게이트 밸브(218)를 폐쇄하였다. 다음에 단계 318에서 진공반송실(217)에 반송된 시료를 언로드 록실(106)에 반송하고, 단계 319에서 대기측 블럭(102)의 카세트(110)로 되돌린다. 그 후, 단계 320에서 시료상에 존재하는 이물수를 측정하고, 단계 321에서는 단계 320에서 구한 이물수와 단계 301에서 구한 미리 측정하고 있던 이물수의 차를 산출하고, 이 이물수의 차를 본 진공처리장치에서 부착된 이물수로 하였다. 이 일련의 동작으로 시료에 부착된 이물수는, 도 4에 나타내는 바와 같이 0.13 이상의 이물이 317개, 입자지름 1.0 ㎛의 이물이 32개이었다. 여기서 입자지름 0.13 ㎛ 이상과 입자지름 1.0 ㎛ 이상에서 평가한 것은, 현재 12인치 지름의 반도체소자 기판의 드라이 프로세스 양 산공정에서는 이물에 대하여 입자지름이 0.13 ㎛ 이상 및 1.0 ㎛ 이상에서 관리되고 있기 때문이다.
다음에 시료반송시의 게이트 밸브(218) 개폐 동작 전의 처리실(207) 내에 Ar 가스를 흘린 경우의 이물측정을 동일한 단계에서 실시하였다. 그 단계를 도 3b에 나타낸다. 흘린 Ar 가스는 400 ml/min으로 하였다. 이때 처리실(207)의 압력은 0.32 Pa 이다. 도 3b에 나타내는 단계에 따라 미리 부착된 이물수를 측정하고 있는 시료를 반송하였다. 처리실(207)은, 통상 시료가 반송되고 처리가스가 도입되어 처리가 시작되면, 기설정된 압력으로 제어하기 위하여 가변밸브(230)의 개도는 변화되나, 처리가스의 도입이 끝나 처리를 실시하고 있지 않을 때의 개도는 100%(완전 개방)상태로 되어 있다. 그 때문에 가변밸브(230)는 개도 100%로 시료의 반송을 실시하였다. 또한 가변밸브(230)의 개도 100%로 하여 터보분자펌프(231)로 배기하고 있을 때의 처리실(207)의 Ar 가스를 400 ml/min 흘리기 전의 압력은 0.1 Pa 이하의 저압으로 되어 있다.
도 3b의 일련의 단계는, 단계 301에서 미리 시료에 부착된 이물수를 측정하고, 단계 302에서 이물수를 측정한 시료를 대기측 블럭(102)이 있는 카세트(110)에 세트하고, 단계 303에서 이 시료를 로드록실(105)에 반송하고, 단계 304에서 진공반송실(217)에 반송하고, 그 후, 단계 305에서 처리실(207)에 Ar 가스를 샤워플레이트(208)의 가스도입구멍으로부터 도입하고, 단계 306에서 일정시간 대기하고, 다음에 단계 307에서 게이트 밸브(218)를 개방하고, 단계 308에서 시료를 처리실(207)의 시료대(213)에 반송하고, 단계 309에서 게이트 밸브(218)를 폐쇄하고, 단계 310에서 처리실(207)에의 Ar 가스의 도입을 정지하고, 단계 311에서 처리실(207)의 고진공 배기를 60초 실시한다. 그 후 단계 312에서 처리실(207)에 Ar 가스를 도입하고, 단계 313에서 일정시간 대기 후, 단계 314에서 게이트 밸브(218)를 개방하고, 단계 315에서 시료대(213)의 시료를 진공반송실(217)에 반송하고, 단계 316에서 게이트 밸브(218)를 폐쇄한 후, 단계 317에서 처리실(207)에의 Ar 가스도입을 정지한다. 단계 318에서 진공반송실(217)에 반송된 시료를 언로드 록실(106)에 반송하고, 단계 319에서 대기측 블럭(102)의 카세트(110)로 되돌린다. 그 후, 단계 320에서 시료상에 존재하는 이물수를 측정하고, 단계 321에서는 단계 320에서 구한 이물수와 단계 301에서 구한 미리 측정하고 있던 이물수의 차를 산출하고, 이 이물수의 차를 본 진공처리장치에서 부착된 이물수로 하였다. 단계 306과 스텝 313의 대기시간은 0초로 하여 실시하였다. 이 경우의 시료상의 이물수는 도 4에 나타내는 바와 같이 입자지름 0.13 ㎛ 이상의 이물이 61개, 입자지름 1.0 ㎛ 이상의 이물이 7개이었다.
도 5에 Ar 가스를 400 ml/min으로 하고, Ar 가스를 흘리기 시작하고 나서 게이트 밸브(218)를 개방하기까지의 대기시간을 바꾸었을 때의 시료상의 이물수를 나타낸다. 실험순서는, 상기 도 3b에 실시하였다. 대기시간이 있는 것에서 이물수는 감소하고, 2초 이상의 대기시간으로 이물수가 크게 감소하는 것을 볼 수 있었다.
도 6에 대기시간을 2초로 하고, Ar 가스유량 의존성의 결과를 나타낸다. Ar 가스유량을 늘림으로써 이물수가 감소하고, 200 ml/min 이상에서 크게 이물수가 감 소하여 입자지름 0.13 ㎛ 이상의 이물수는 20개 정도, 입자지름 1.0 ㎛ 이상에서 5개 이하가 되는 것을 발견할 수 있었다. 200 ml/min의 Ar 가스를 흘리고 있을 때의 처리실(207)의 압력은 0.13 Pa이고, Ar 가스의 처리실(207)에서의 유속은 200 ml/min이고, 평균 유속 17.6 m/sec으로 되어 있다.
도 7에 대기시간을 2초와 10초로, Ar 가스유량을 900 ml/min으로 하여 가변 밸브(230)의 개도를 바꾸어 가변 밸브 개도 의존성을 나타내다. 이물의 입자지름은 0.13 ㎛ 이상을 나타낸다. 대기시간이 2초에서는 가변밸브(230)를 움직이면 이물수가 증가하나, 대기시간을 10초로 하면 이물수는 감소한다. 그러나 처리실(207)과 진공반송실(217)의 압력차가 크면 가변밸브(230)를 움직이는 것의 영향은 남아 있다고 생각된다. 즉, Ar 가스는 흘리고 있어도 가변밸브(230)를 움직이면, 가변 밸브를 동작시킨 것의 영향이 남고, 대기시간을 길게 할 필요가 있어, 처리하는 효율을 저하시키게 된다.
다음에 Ar 가스유량을 900 ml/min 으로 하고, 가변밸브(230)의 개도를 바꾸어 처리실(207)의 압력을 진공반송실(217) 압력의 15 Pa보다 높게 한 경우를 확인하였다. 도 8에 결과를 나타낸다. 가변밸브(230)를 움직인 것의 영향을 없애기 위하여 Ar 가스를 흘리기 시작하고 나서 게이트 밸브(218)를 개방하기까지의 대기시간을 10초로 하여 실시하였다. 처리실(207)의 압력과 진공반송실(217)의 압력차가 5 Pa까지는 처리실(207)의 압력이 높아도 큰 영향은 보이지 않으나 5 Pa를 넘으면 급격하게 시료에 부착되는 이물수가 증가한다. 즉, 처리실(207)의 압력은 진공반송실(217)의 압력보다 저압으로 하지 않으면 대기시간을 길게 하여도 이물이 증 가하기 때문에, 반드시 처리실(207)의 압력은 진공반송실(217)의 압력보다 저압으로 할 필요가 있는 것을 알 수 있었다.
상기한 검토결과로부터 발명자들은 다음의 결론에 이르렀다.
즉, 진공반송실(217)과 진공용기(103) 내의 처리실(207) 사이에서 시료의 반송을 행할 때, 진공반송실(217)과 처리실(207) 사이에서 압력차가 있으면, 게이트 밸브(218)를 개방한 순간에 게이트 밸브(218)의 동작 및 압력차에 의하여 이물이 발생하여 반송하는 시료에 부착되어 이물수가 증가하나, 처리실(207)에 Ar 가스를 200 ml/min 이상의 유량을 가지는 Ar 가스의 흐름을 형성하고, Ar 가스를 흘려 내어 2초 이상 방치 후에, 게이트 밸브(218)를 개폐하면 반송하는 시료에 부착되는 이물수가 증가하지 않는다. 이것은 게이트 밸브동작이나 압력차로 발생한 이물은 2초의 대기시간 동안에 처리실(207)에 형성된 200 ml/min 이상의 Ar 가스 흐름으로 배기되고, 또한 그 후도 시료의 반송이 끝나 게이트 밸브(218)를 폐쇄할 때까지 처리실(207)에 Ar 가스를 계속해서 흘려 Ar 가스의 흐름을 형성하여 둠으로써 발생한 이물이 Ar 가스의 흐름에 거역하여 시료까지 도달할 수 없는 상태로 되어 있다고 생각한다.
또, 진공반송실(217)과 진공용기(103) 내의 처리실(207) 사이에서 시료의 반송을 행할 때, 진공반송실(217)과 처리실(207) 사이에서의 압력차가 적으면 시료에 부착되는 이물수는 적으나, 압력이 기설정된 압력에 도달하는 데 시간이 필요하여 처리의 효율이 손상된다. 또한 가변밸브(230)를 움직이면 이물이 발생하고 있어 그 영향은 적어도 2초는 남는다. 따라서 가변밸브(230)는 가능한 한 움직이지 않 게 하는 것이 바람직하다.
상기한 일 실시예의 형태에 나타내는 바와 같이 진공용기와 반송용기 사이에서 처리대상의 시료를 반송할 때에 진공용기 내의 아래쪽에 있는 압력조정용 가변 밸브를 개도 100%로 하여 진공용기 내를 감압하고, 그 후 압력조정용 가변 밸브의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 진공용기 내에 도입구멍으로부터 Ar 가스를 도입하여 처리실의 압력을 진공반송실의 압력보다 낮은 압력이 되는 200 ml/min 이상의 Ar 가스의 흐름을 형성하고, 그 상태에서 게이트 밸브를 개방하여 시료의 반송을 행하고, 시료반송후에 게이트 밸브가 폐쇄가 된 후에 Ar 가스의 도입을 정지함으로써 시료에의 이물의 부착을 저감하고, 또한 대기시간은 2초로 충분하기 때문에 처리의 효율을 거의 저하시키지 않는 진공처리장치를 제공할 수 있다.
Ar 가스를 흘려 반송하는 효과를 다시 확인하기 위하여 도 2의 이물원(237)을 떼어 내어 이물입자의 부착위치를 새롭게 처리실(207)의 시료대(213)의 측면부에 이물원(901)을, 또는 가변밸브(230)의 주변부에 이물원(902)을 부착하여 이물원의 위치를 바꾸어 동일한 확인을 실시하였다. 이물원의 부착위치를 도 9에 나타낸다. 또한 이 이물원(901)과 이물원(902)은 동시가 아니고 따로따로 실시한 것이다.
도 10 및 도 11에 Ar 가스를 200 ml/min으로 하고, Ar 가스를 흘리기 시작하고 나서 게이트 밸브(218)를 개방하기 까지의 대기시간을 바꾸었을 때의 시료상의 이물수를 나타낸다. 도 10은 이물원(901)을 시료대(213)의 측면에 부착한 경우이다. 또, 도 11은 이물원(902)을 가변밸브(230) 주변부에 부착한 경우이다. 대기 시간이 있는 것에서 이물수는 감소하고, 2초 이상의 대기시간에서 크게 이물수가 감소하는 것을 볼 수 있어, 이물원을 바꾸어도 동일한 효과가 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.
본 일 실시예의 형태에서는, 플라즈마의 생성은 UHF대의 전파와 솔레노이드 코일로부터의 자계를 사용한 ECR를 이용하고 있으나, 플라즈마의 생성은 용량결합방식, 유도결합방식 및 마이크로파를 이용한 ECR 방식 등이 있고, 본 발명은 상기 실시예에 개시된 플라즈마의 생성방법에 한정되는 것은 아니다. 또한 처리실에 형성하는 가스 흐름은 Ar 가스 이외에 N2(질소)가스 등의 불활성가스나 처리가스를 사용하여도 동등한 효과가 얻어진다고 생각된다.
상기한 일 실시예에서는 플라즈마 에칭장치에서의 예를 설명하였으나, 본 발명은 진공용기 내에 있는 처리실과 진공반송실을 연통하는 통로를 개폐하는 게이트 밸브를 구비하고 있는 처리장치에 널리 적용할 수 있다. 본 발명이 적용되는 처리장치로서는 예를 들면 플라즈마를 이용하는 처리장치로서 플라즈마 CVD 장치 등이 있고, 플라즈마를 이용하지 않는 처리장치로서 이온 주입장치, MBE장치, 감압 CVD 장치 등이 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 일 실시예에서는 진공용기와 반송용기 사이에서 처리대상의 시료를 반송할 때에 진공용기 내의 아래쪽에 있는 압력조정용 가변 밸브를 개도 100%로 하여 진공용기 내를 감압하고, 그 후 압력조정용 가변 밸브의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 진공용기 내에 도입구멍으로부터 Ar 가스를 도입하여, 처리실의 압력을 진공반송실의 압력보다 낮은 압력이 되는 200 ml/min 이상의 Ar 가스의 흐름을 형성하고, 그 상태에서 게이트 밸브를 개방하여 시료의 반송을 행하고, 시료반송 후에 게이트 밸브가 폐쇄가 된 후에 Ar 가스의 도입을 정지함으로써 시료에의 이물의 부착을 저감할 수 있고, 또한 대기시간은 2초로 충분하기 때문에 처리의 효율을 거의 저하시키지 않는 진공처리장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 처리장치의 장치 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예인 처리장치의 개략도,
도 3a는 본 발명의 일 실시예인 이물 저감 검토시의 이물 측정단계에서 Ar 가스를 도입하지 않은 경우의 단계도,
도 3b는 본 발명의 일 실시예인 이물 저감 검토시의 이물 측정단계에서 Ar 가스를 도입한 경우의 단계도,
도 4는 본 발명의 일 실시예인 Ar 가스 도입 유무에서의 이물수의 측정결과를 나타내는 도,
도 5는 본 발명의 일 실시예인 Ar 가스도입에서의 대기시간 의존성을 나타내는 도,
도 6은 본 발명의 일 실시예인 Ar 가스도입에서의 Ar 가스유량 의존성을 나타내는 도,
도 7은 본 발명의 일 실시예인 Ar 가스도입시의 가변 밸브 개도 의존성을 나타내는 도,
도 8은 본 발명의 일 실시예인 Ar 가스도입시의 처리실 압력과 진공 반송실 압력차와 이물수의 관계도를 나타내는 도,
도 9는 본 발명의 일 실시예인 Ar 가스도입에서의 이물원의 부착위치를 나타내는 도,
도 10은 본 발명의 일 실시예인 이물원의 부착위치를 시료대 측면으로 바꾼 경우의 Ar 가스 도입 유무에서의 이물수 측정결과를 나타내는 도,
도 11은 본 발명의 일 실시예인 이물원의 부착위치를 가변 밸브 주변으로 바꾼 경우의 Ar 가스 도입 유무에서의 이물수 측정결과를 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 진공처리장치 101 : 진공측 블럭
102 : 대기측 블럭 103, 104 : 진공용기
105 : 로드록실 106 : 언로드록실
107 : 진공반송로봇 108 : 대기반송용기
109 : 대기반송로봇 110 : 카세트
111 : 탑재대 112 : 진공반송용기
201, 202 : 처리용기 203 : 전파원
204 : 도파수단 205 : 안테나
206 : 덮개부재 207 : 처리실
208 : 샤워플레이트 209 : 솔레노이드 코일
210 : 버퍼실 211 : 원통부재
212 : 어스부재 213 : 시료대
214 : 지지장치 215 : 고주파 전원
216 : 진공실 217 : 진공반송실
218 : 게이트 밸브 219 : 터보분자펌프
220 : 처리가스원 221, 226 : 질량 유량 제어기
222 : 접속배관 223, 228 : 도입 밸브
224 : 처리가스공급경로 225 : 불활성가스원
227 : 접속배관 229 : 불활성가스도입경로
230 : 가변 밸브 231 : 터보분자펌프
232 : 드라이펌프 233 : 압력센서
234 : 제어장치 235 : 가스도입구멍
236 : 집합배관부 237, 901, 902 : 이물원 부착위치

Claims (5)

  1. 진공용기 내에 배치되어 내부에서 플라즈마가 형성되는 처리실과, 상기 처리실 내의 하부에 배치되어 그 상면에 처리대상의 시료가 탑재되는 시료대와, 상기 처리실의 위쪽에 배치되어 상기 처리실 내에 처리용 가스를 도입하기 위한 도입구멍을 가지는 가스도입기구와, 상기 진공용기와 연결되고, 내부가 감압된 상태에서 상기 처리대상의 시료가 반송되는 반송용기와, 상기 반송용기와 진공용기를 연통하는 통로를 개폐하는 게이트 밸브를 구비한 진공처리장치에 있어서,
    상기 진공용기와 상기 반송용기 사이에서 상기 처리대상의 시료를 반송할 때에 상기 진공용기 내의 아래쪽에 있는 압력조정용 가변 밸브를 기설정된 개도로 하여 진공용기 내를 감압하고, 그 후 상기 압력조정용 가변 밸브의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 상기 진공용기 내에 상기 도입구멍으로부터 기설정된 양의 Ar 또는 N2 가스를 도입하여, 처리실의 압력을 반송용기의 압력보다 낮은 압력이 되는 200 ml/min 이상의 가스의 흐름을 형성하고, 그 상태에서 상기 게이트 밸브를 개방하여 상기 시료의 반송을 행하고, 상기 시료 반송 후에 게이트 밸브를 폐쇄한 후에 상기 가스의 도입을 정지하도록 하는 제어장치를 구비한 것을 특징으로 하는 진공처리장치.
  2. 진공용기 내에 배치되어 내부에서 플라즈마가 형성되는 처리실과, 상기 처리실 내의 하부에 배치되어 그 상면에 처리대상의 시료가 탑재되는 시료대와, 상기 처리실의 위쪽에 배치되어 상기 처리실 내에 처리용 가스를 도입하기 위한 도입구멍을 가지는 가스도입기구와, 상기 진공용기와 연결되고, 내부가 감압된 상태에서 상기 처리대상의 시료가 반송되는 반송용기와, 상기 반송용기와 진공용기를 연통하는 통로를 개폐하는 게이트 밸브를 구비한 진공처리장치를 사용한 진공처리방법에 있어서,
    상기 반송용기와 상기 진공용기의 사이에서 상기 처리대상의 시료를 반송할 때에,
    상기 진공용기 내의 아래쪽에 있는 압력 조정용 가변 밸브를 기설정된 개도로 하여 진공용기 내를 감압하고,
    그 후 상기 압력 조정용 가변 밸브의 개도를 바꾸지 않은 상태에서 상기 진공용기 내에 상기 도입구멍으로부터 기설정된 양의 Ar 또는 N2 가스를 도입하여, 처리실의 압력을 반송용기의 압력보다 낮은 압력이 되는 200 ml/min 이상의 가스의 흐름을 형성하고,
    상기 가스의 흐름을 형성하고 나서 2초 이상 경과 후에 상기 게이트 밸브를 개방하여 상기 시료의 반송을 행하고, 상기 시료 반송 후에 게이트 밸브를 폐쇄한 후에 상기 가스의 도입을 정지하는 것을 특징으로 하는 진공처리장치를 사용한 진공처리방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
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