KR101309359B1 - 진공 처리 장치 및 진공 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
피처리물이 배치됨과 함께 내부가 소정 진공 상태로 되는 처리실 (3) 과, 제 1 처리 가스를 라디칼 상태로 하여, 상기 처리실 내로 개구되는 제 1 처리 가스 도입구로부터 당해 처리실 내에 도입하는 제 1 처리 가스 도입 수단 (12) 과, 라디칼 상태의 상기 제 1 처리 가스와 반응하는 제 2 처리 가스를 상기 처리실 내로 개구되는 제 2 처리 가스 도입구로부터 당해 처리실 내에 도입하는 제 2 처리 가스 도입 수단 (15) 과, 상기 처리실 (3) 내의 온도를, 상기 라디칼 상태의 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 상기 피처리물의 표면을 처리하여 반응 생성물을 생성하는 제 1 온도 제어 상태와, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태로 제어하는 온도 제어 수단과, 상기 온도 제어 수단이 상기 제 2 온도 제어 상태로 제어할 때에, 상기 처리 가스 도입구 (12) 로부터 불활성 가스를 상기 처리실 (3) 내에 도입하는 불활성 가스 도입 수단을 구비한다.
Description
본 발명은, 진공 상태의 처리실에서 처리, 예를 들어, 에칭을 실시하는 진공 처리 장치 및 진공 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 제조하는 공정에 있어서, 예를 들어, 반도체 기판 (반도체 웨이퍼) 의 콘택트홀의 바닥부의 웨이퍼 상에 형성된 자연 산화막 (예를 들어, SiO2) 을 제거할 필요가 있다. 자연 산화막을 제거하는 기술로서, 라디칼 상태의 수소 (H*) 와 NF3 가스를 사용하는 것이 여러 가지 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1 에 개시된 기술은, 소정 진공 상태로 된 처리실 내의 제 1 가스 도입부에 있어서, 마이크로파를 사용한 플라즈마로 라디칼화한 H 가스를 도입하는 제 1 노즐부와 처리실 내의 제 1 노즐부의 사이 위치에 형성된 NF3 을 도입하는 제 2 노즐부로부터 가스를 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 웨이퍼의 산화 표면 (SiO2) 과 반응시켜 반응 생성물 (NH4)2SiF6 을 생성한다. 그 후, 처리실을 가열하여 실리콘 기판을 소정 온도로 제어함으로써, (NH4)2SiF6 을 승화시켜 실리콘 기판의 표면의 자연 산화막을 제거 (에칭) 하는 기술이다.
최근의 반도체 디바이스의 대량 생산, 저비용화의 요구에 수반하여, 상기 서술한 처리를 실시하는 진공 장치에 있어서도, 처리를 효율적으로 또한 저비용으로 실시하는 것이 요구된다. 그러나, 상기 서술한 종래의 처리에서는, 반응 생성물인 (NH4)2SiF6 을 승화시켜 실리콘 기판의 표면의 자연 산화막을 제거 (에칭) 할 때에, 파티클을 발생시킨다는 문제가 있었다. 이것은, 반응 생성물의 승화시에 제 2 노즐부로부터 퍼지 가스를 도입한 경우에도 마찬가지였다. 또, 자연 산화막을 제거한 실리콘 웨이퍼의 표면 (단결정 실리콘, 폴리실리콘) 에 대한 청정 정도에 대한 요구가 높아지고 있다는 현상황도 있어, 자연 산화막을 제거한 후의 실리콘면의 추가적인 정화성이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 자연 산화막을 효율적이고, 저비용으로 제거할 수 있는 진공 처리 장치를 제공하고, 또, 자연 산화막이 제거된 후에 기판의 면을 더욱 청정화할 수 있는 진공 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 양태는, 피처리물이 배치됨과 함께 내부가 소정 진공 상태로 되는 처리실과, 제 1 처리 가스를 라디칼 상태로 하여, 상기 처리실 내로 개구되는 제 1 처리 가스 도입구로부터 당해 처리실 내에 도입하는 제 1 처리 가스 도입 수단과, 라디칼 상태의 상기 제 1 처리 가스와 반응하는 제 2 처리 가스를 상기 처리실 내로 개구되는 제 2 처리 가스 도입구로부터 당해 처리실 내에 도입하는 제 2 처리 가스 도입 수단과, 상기 처리실 내의 온도를, 상기 라디칼 상태의 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 상기 피처리물의 표면을 처리하여 반응 생성물을 생성하는 제 1 온도 제어 상태와, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태로 제어하는 온도 제어 수단과, 상기 온도 제어 수단이 상기 제 2 온도 제어 상태로 제어할 때에, 상기 제 1 처리 가스 도입구로부터 불활성 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 불활성 가스 도입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 1 양태에서는, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태에 있어서 제 1 처리 가스 도입구로부터 불활성 가스를 도입함으로써, 반응 생성물의 승화물이 제 1 처리 가스 도입구를 통과하여 제 1 처리 가스를 라디칼 상태로 하는 제 1 처리 가스 도입 수단으로 확산되는 것이 저감된다. 이로써, 효율적인 처리를 달성할 수 있고, 또한 제 1 처리 가스 도입 계통의 오염도 방지할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는, 제 1 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 불활성 가스 도입 수단은, 상기 반응 생성물의 승화물의 상기 처리 가스 도입구를 통과하는 확산을 방지하도록 당해 제 1 처리 가스 도입구로부터의 상기 불활성 가스의 도입 상황을 제어하는 도입 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 2 양태에서는, 도입 제어 수단에 의해 불활성 가스의 도입 상황을 제어함으로써, 제 1 처리 가스 도입구를 통하여 제 1 처리 가스 도입 수단에 대한 승화물의 확산이 확실하게 방지된다.
본 발명의 제 3 양태는, 제 2 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 도입 제어 수단은, 상기 불활성 가스의 도입 상황을, 도입되는 불활성 가스의 도입 유속과 상기 반응 생성물의 승화물의 확산 유속의 비의 상태를 나타내는 페클레수 (Peclet number) 가 10 이상이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 3 양태에서는, 불활성 가스의 도입 상황을, 도입되는 불활성 가스의 도입 유속과 상기 반응 생성물의 승화물의 확산 유속의 비인 페클레수가 10 이상이 되도록 제어함으로써, 처리 가스 도입구를 통한 승화물의 확산이 더욱 확실하게 방지된다.
본 발명의 제 4 양태는, 제 1 ∼ 3 중 어느 1 개의 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 불활성 가스 도입 수단은, 상기 제 1 가스 도입 수단을 통하여 상기 불활성 가스를 도입하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 4 양태에서는, 불활성 가스가 제 1 가스 도입 수단을 통하여 도입 됨으로써, 제 1 가스 도입구로부터의 승화물의 확산이 방지된다.
본 발명의 제 5 양태는, 제 1 ∼ 4 중 어느 1 개의 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 가스 도입 수단은, 상기 제 1 가스 도입구에 연통되는 제 1 가스 도입로에 플라즈마 발생부를 구비하고, 당해 플라즈마 발생부에서 도입된 제 1 처리 가스를 플라즈마 상태로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 5 양태에서는, 제 1 가스 도입로에 도입된 제 1 처리 가스는 플라즈마 발생부에서 플라즈마 상태가 되어 제 1 가스 도입구로부터 도입된다.
본 발명의 제 6 양태는, 제 1 ∼ 5 중 어느 1 개의 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 처리 가스가 H 라디칼을 생성시키는 가스이고, 상기 제 2 처리 가스가 적어도 NHxFy 를 생성시키는 가스이고, 상기 피처리물이 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 6 양태에서는, 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스와 실리콘 기판 (실리콘 웨이퍼) 표면의 자연 산화막을 반응시켜 반응 생성물을 생성하고, 실리콘 웨이퍼를 소정 온도로 제어함으로써, 반응 생성물을 승화시켜 실리콘 웨이퍼의 표면의 자연 산화막을 제거할 수 있다.
본 발명의 제 7 양태는, 제 6 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 제 1 처리 가스가 NH3 및 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 이고, 상기 제 2 처리 가스가 NF3 인 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 7 양태에서는, NH3 및 H2 로부터의 H 라디칼과 제 2 처리 가스인 NF3 이 반응하여 생성된 NHxFy 를 실리콘 기판 (실리콘 웨이퍼) 표면의 자연 산화막과 반응시켜 반응 생성물을 생성하고, 실리콘 웨이퍼를 소정 온도로 제어함으로써, 반응 생성물을 승화시켜 실리콘 웨이퍼의 표면의 자연 산화막을 제거한다.
본 발명의 제 8 양태는, 제 6 또는 7 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 라디칼 상태의 보조 처리 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 보조 가스 도입 수단과, 상기 보조 가스 도입 수단으로부터 도입되는 상기 보조 처리 가스와 상기 제 2 가스 도입 수단으로부터 도입되는 제 2 처리 가스의 도입 상황을 제어하고, 상기 처리 가스에 의해 처리되어 자연 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 표층을, 상기 보조 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하는 제어 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 8 양태에서는, 실리콘 기판의 자연 산화막을 제거한 후에, 제어 수단에 의해, 보조 가스 도입 수단으로부터 보조 처리 가스를 도입하고, 제어 수단에 의해 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘 기판의 표층을 보조 처리 가스에 의해 소정 두께 제거한다. 이 때문에, 자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여, 자연 산화막이 제거된 후에 기판의 면의 산소를 확실하게 제거할 수 있다.
본 발명의 제 9 양태는, 제 8 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 보조 가스 도입 수단은, 상기 제 1 가스 도입 수단이 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 9 양태에서는, 제 1 가스 도입 수단이 보조 가스 도입 수단을 겸하고 있기 때문에, 설비를 간소화할 수 있다.
본 발명의 제 10 양태는, 제 8 또는 9 양태에 기재된 진공 처리 장치에 있어서, 상기 제어 수단은, 자연 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 표면에 상기 보조 처리 가스와 제 2 처리 가스에 의해 상기 실리콘 기판의 실리콘층을 소정 두께 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치에 있다.
이러한 제 10 양태에서는, 실리콘 기판의 자연 산화막 제거 후에 실리콘 기판의 표층을 소정 두께만 제거하고, 자연 산화막이 제거된 후에 기판의 면의 산소를 보다 확실하게 제거할 수 있다.
본 발명의 제 11 의 양태는, 피처리물이 배치됨과 함께 내부가 소정 진공 상태로 되는 처리실에, 제 1 처리 가스 도입구로부터 제 1 처리 가스를 라디칼 상태로 하여 도입함과 함께, 라디칼 상태의 상기 제 1 처리 가스와 반응하는 제 2 처리 가스를 제 2 처리 가스 도입구로부터 도입하고, 상기 처리실 내의 온도를, 상기 라디칼 상태의 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 상기 피처리물의 표면을 처리하여 반응 생성물을 생성하는 제 1 온도 제어 상태로 제어하고, 이어서, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태로 제어하고, 상기 제 2 온도 제어 상태로 제어할 때에는 상기 제 1 처리 가스 도입구로부터 불활성 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 방법에 있다.
이러한 제 11 양태에서는, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태에 있어서 제 1 처리 가스 도입구로부터 불활성 가스를 도입함으로써, 반응 생성물의 승화물이 제 1 처리 가스 도입구를 통과하여 제 1 처리 가스를 라디칼 상태로 하는 제 1 처리 가스 도입 수단으로 확산되는 것이 저감된다. 이로써, 효율적인 처리를 달성할 수 있고, 또한 제 1 처리 가스 도입 계통의 오염도 방지할 수 있다.
본 발명은, 처리 가스가 피처리물의 표면을 처리하여 반응 생성물을 생성하는 제 1 온도 제어 상태와, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태로 제어하는 온도 제어 수단을 구비하는 진공 처리 장치에 있어서, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태에 있어서 제 1 처리 가스 도입구로부터 불활성 가스를 도입하도록 구성되어 있기 때문에, 반응 생성물의 승화물이 제 1 처리 가스 도입구를 통과하여 제 1 처리 가스 도입계로 확산되는 것이 저감된다. 이로써, 효율적인 처리를 달성할 수 있고, 또한 처리 가스 도입 계통의 오염도 방지할 수 있다.
자연 산화막을 제거하는 처리 장치를 사용하여, 자연 산화막이 제거된 후에 기판의 면의 산소를 확실하게 제거할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 진공 처리 장치의 전체 구성도이다.
도 2 는, 처리 장치의 개략 구성도이다.
도 3 은, 자연 산화막을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념도이다.
도 4 는, 자연 산화막 제거의 공정 설명도이다.
도 5 는, 자연 산화막의 제거 상황을 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 제 1 가스 도입구에 있어서의 가스의 유속 상태를 나타내는 개념 도이다.
도 7 은, 실리콘층을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념도이다.
도 8 은, 실리콘층 제거의 공정 설명도이다.
도 9 는, 실리콘층의 제거 상황을 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 자연 산화막 제거 및 실리콘층 제거의 처리 가스의 시간 경과적 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 11 은, 구체적인 용도를 나타내는 개략도이다.
도 12 는, 시험예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 처리 장치의 개략 구성도이다.
도 3 은, 자연 산화막을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념도이다.
도 4 는, 자연 산화막 제거의 공정 설명도이다.
도 5 는, 자연 산화막의 제거 상황을 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 제 1 가스 도입구에 있어서의 가스의 유속 상태를 나타내는 개념 도이다.
도 7 은, 실리콘층을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념도이다.
도 8 은, 실리콘층 제거의 공정 설명도이다.
도 9 는, 실리콘층의 제거 상황을 나타내는 그래프이다.
도 10 은, 자연 산화막 제거 및 실리콘층 제거의 처리 가스의 시간 경과적 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 11 은, 구체적인 용도를 나타내는 개략도이다.
도 12 는, 시험예의 결과를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 11 에 기초하여 본 발명의 제 1 실시형태를 설명한다.
도 1 에는 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 진공 처리 장치의 전체 구성, 도 2 에는 처리 장치의 개략 구성, 도 3 에는 자연 산화막을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념, 도 4 에는 자연 산화막 제거의 공정 설명, 도 5 에는 자연 산화막의 제거 상황을 나타내는 그래프, 도 6 에는 제 1 가스 도입구에 있어서의 가스의 유속 상태를 나타내는 개념, 도 7 에는 실리콘층을 제거할 때의 처리 가스의 상황을 나타내는 개념, 도 8 에는 실리콘층 제거의 공정 설명, 도 9 에는 실리콘층의 제거 상황을 나타내는 그래프, 도 10 에는 자연 산화막 제거 및 실리콘층 제거의 처리 가스의 시간 경과적 변화, 도 11 에는 구체적인 용도를 나타내는 개략을 나타내고 있다.
도 1, 도 2 에 기초하여 진공 처리 장치의 구성을 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 진공 처리 장치 (에칭 장치) (1) 에는 진공 배기계에 접속되는 주입 취출조 (2) 가 구비되고, 주입 취출조 (2) 의 상방에는 처리실로서의 진공 처리조 (3) 가 구비되어 있다. 주입 취출조 (2) 의 내부에는 소정 속도로 회전 가능한 턴테이블 (4) 이 형성되고, 턴테이블 (4) 에는 기판으로서의 실리콘 기판 (5) 을 유지하는 보트 (6) 가 지지된다. 보트 (6) 에는 실리콘 기판 (5) 이 복수 장 (예를 들어, 50 장) 수용되고, 복수 장의 실리콘 기판 (5) 은 소정 간격으로 서로 평행하게 배치되어 있다.
실리콘 기판 (5) 의 실리콘은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 (폴리 실리콘) 중 어느 것이어도 되고, 이하에는, 간단히 실리콘이라고 칭하고 있다. 이 때문에, 폴리 실리콘의 실리콘 기판을 적용했을 경우, 후술하는 실리콘층의 에칭은, 폴리 실리콘층의 에칭이 된다.
주입 취출조 (2) 의 상부에는 연직 방향으로 연장되는 이송 나사 (7) 가 형성되고, 이송 나사 (7) 의 구동에 의해 턴테이블 (4) 이 승강 동작한다. 주입 취출조 (2) 와 진공 처리조 (3) 는 연통구 (8) 를 통하여 내부가 연통되고, 셔터 수단 (9) 에 의해 분위기적으로 격리되게 되어 있다. 셔터 수단 (9) 의 개폐 및 턴테이블 (4) 의 승강에 의해, 주입 취출조 (2) 와 진공 처리조 (3) 사이에서 보트 (6) (실리콘 기판 (5)) 의 수수가 이루어진다.
또한, 도면 중의 부호에서 10 은, 진공 처리조 (3) 의 내부의 진공 배기를 실시하는 배출부이다.
진공 처리조 (3) 의 측부에는 라디칼 상태의 수소 (H 라디칼：H*) 가 도입되는 제 1 가스 도입로 (11) 가 2 지점에 형성되고, 2 개의 제 1 가스 도입로 (11) 는 연직 방향으로 연장되고 연직 방향으로 복수의 제 1 가스 도입구 (12) 를 구비하는 제 1 샤워 노즐 (13) 에 연통되고, H 라디칼 (H*) 은 제 1 가스 도입구 (12) 로부터 진공 처리조 (3) 의 내부에 도입되게 되어 있다. 한편, 진공 처리조 (3) 의 내부에는, 제 2 처리 가스 (처리 가스) 로서의 NF3 이 도입되는 제 2 샤워 노즐 (14) 이 형성되어 있고, NF3 은 연직 방향으로 연장되는 제 2 샤워 노즐 (14) 에 복수 형성된 제 2 가스 도입구 (15) 로부터 진공 처리조 (3) 의 내부에 도입되게 되어 있다. 이와 같이 제 1 가스 도입구 (12) 로부터 도입되는 H 라디칼 (H*) 과 제 2 가스 도입구 (15) 로부터 도입되는 NF3 이 반응함으로써, 진공 처리조 (3) 의 내부에 처리 가스가 되는 전구체 (NHxFy) 가 생성된다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 각 제 1 가스 도입로 (11) 의 상류에는 플라즈마 발생부 (16) 가 형성되어 있다. 플라즈마 발생부 (16) 는 마이크로파에 의해 처리 가스를 플라즈마 상태로 하는 것이다. 제 1 가스 도입로 (11) 에 연통되는 플라즈마 발생부 (16) 에는 유량 조정 수단 (17) 을 통하여 제 1 처리 가스로서의 NH3 가스 및 N2 가스가 공급되고, 플라즈마 발생부 (16) 에서 NH3 가스 및 N2 가스가 플라즈마 상태로 됨으로써 H 라디칼 (H*) 이 생성되고, H 라디칼 (H*) 이 제 1 가스 도입로 (11) 에 도입된다. 한편, 제 2 샤워 노즐 (14) 에 연통되는 제 2 가스 도입로 (18) 에는 유량 조정 수단 (19) 을 통하여 NF3 가스가 공급되게 되어 있다.
제 1 샤워 노즐 (13), 제 1 가스 도입구 (12) 및 유량 조정 수단 (17) 에 의해 제 1 가스 도입 수단이 구성되고, 제 2 샤워 노즐 (14), 제 2 가스 도입로 (18) 및 유량 조정 수단 (19) 에 의해 제 2 가스 도입 수단이 구성되어 있다.
또, 본 실시형태에서는, 제 1 가스 도입 수단은, 불활성 가스 도입 수단을 겸하고 있고, 불활성 가스 도입 수단으로서 기능하는 경우에는, 플라즈마 발생부 (16) 를 정지시킴과 함께 NH3 가스를 정지시켜 N2 가스만을 유량 조정 수단 (17) 을 통하여 도입할 수 있게 되어 있고, N2 가스가 제 1 샤워 노즐 (13) 의 제 1 가스 도입구 (12) 로부터 도입되게 되어 있다.
또한, 불활성 가스 도입 수단은, 제 1 가스 도입 수단과는 별도로 형성해도 되고, 예를 들어, 제 1 가스 도입로 (11) 의 도중, 예를 들어, 플라즈마 발생부 (16) 의 하류측 등에서부터 전환 수단 등을 통하여 분기되는 유로를 형성하고, 불활성 가스 도입시에는 유로를 전환하여 불활성 가스를 제 1 가스 도입구 (12) 로부터 도입하도록 해도 된다.
진공 처리조 (3) 에는 온도 제어 수단으로서의 도시되지 않은 램프 히터가 형성되고, 램프 히터에 의해 진공 처리조 (3) 의 내부의 온도, 즉, 실리콘 기판 (5) 의 온도가 소정 상태로 제어된다. 유량 조정 수단 (17, 19) 에 의한 처리 가스의 유통 상황 및 램프 히터의 동작 상태는 제어 수단으로서의 도시되지 않은 제어 장치에 의해 적절히 제어된다.
상기 서술한 진공 처리 장치 (1) 에서는, 실리콘 기판 (5) 을 유지한 보트 (6) 가 진공 처리조 (3) 의 내부에 반입되고, 진공 처리조 (3) 의 내부를 기밀 상태로 하여 소정 압력이 되도록 진공 배기가 실시된다.
제어 장치로부터의 지령에 의해, 처리 가스 (NH3 가스 또는 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 가스, NF3 가스) 를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, 소정 진공 상태의 분위기에 배치된 실리콘 기판 (5) 의 자연 산화 표면 (SiO2) 과 처리 가스를 반응시킴 (저온에서의 흡착 반응) 으로써, 반응 생성물 (Fy 및 NHx 의 화합물 {(NH4)2SiF6)} 을 생성한다. 그리고, 반응 생성물을 생성시킨 후, 온도 제어 수단은, 램프 히터를 동작시켜 실리콘 기판 (5) 을 소정 온도로 제어하여, 반응 생성물 ((NH4)2SiF6) 을 승화시키고, 이로써 실리콘 기판 (5) 의 표면의 자연 산화막을 제거 (에칭) 한다.
여기서, 본 실시형태에서는, 실리콘 기판 (5) 을 소정 온도로 제어할 때에, 제 1 가스 도입 수단을 불활성 가스 도입 수단으로서 기능시켜, 플라즈마 발생부 (16) 를 정지시킴과 함께 NH3 가스를 정지시켜 N2 가스만을 유량 조정 수단 (17) 을 통하여 도입한다. 이로써, 반응 생성물의 승화물이 제 1 가스 도입구 (12) 를 통과하여 제 1 샤워 노즐 (13) 및 제 1 가스 도입로 (11) 의 내측으로 확산되는 것을 방지하고 있다. 이 점에 대한 상세는 후술한다.
또한, 이상의 2 단계 처리에 의해 자연 산화막은 제거되는데, 실리콘 기판 (5) 의 표면을 더욱 정화시키기 위해서, 실리콘 기판 (5) 의 표면의 소정 두께의 실리콘층을 에칭하는 처리를 추가로 실시해도 된다.
구체적으로는, 자연 산화막이 제거된 실리콘 기판 (5) 의 배치를 유지한 상태에서, 제어 장치로부터의 지령에 의해, 보조 처리 가스로서 NH3 또는 H2 중 적어도 어느 일방의 가스 및 N2 가스, NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 즉, 자연 산화막을 에칭할 때의 처리 가스와 동일한 처리 가스를 도입하여, 소정 두께의 실리콘층을 에칭한다.
도 3 ∼ 도 5 에 기초하여 자연 산화막의 에칭을 설명한다.
도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 1 단계로서, 진공 처리조 (3) 내를 실온 상태 (제 1 온도 제어 상태) 로 하고, 제 1 가스 도입로 (11) 로부터 유량 조정 수단 (17) 을 통하여 NH3 가스 및 N2 가스를 도입하고, 플라즈마 발생부 (16) 에서 H 라디칼 (H*) 을 생성하여, 제 1 샤워 노즐 (13) 의 제 1 가스 도입구 (12) 로부터 H 라디칼 (H*) 을 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 동시에, 유량 조정 수단 (19) 을 통하여 제 2 샤워 노즐 (14) 의 제 2 가스 도입구 (15) 로부터 NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하고, H 라디칼 (H*) 과 NF3 가스를 혼합시키고 반응시켜 NHxFy 를 생성시킨다.
즉,
H* ＋ NF3 → NHxFy (NH4FH, NH4FHF 등)
도 4(a) 에 나타내는 바와 같이, NHxFy 와 실리콘 기판 (5) 의 자연 산화 표면 (SiO2) 이 반응하여, 도 4(b) 에 나타내는 바와 같이, Fy 및 NHx 및 SiO2 로부터의 생성물인 (NH4)2SiF6 이 생성된다.
즉,
NHxFy ＋ SiO2 → (NH4)2SiF6 ＋ H2O↑
제 1 단계에 의한 반응 생성물이 충분히 생성된 후, 제 2 단계로 이행하여, 램프 히터 (도 2 참조) 에 의해 진공 처리조 (3) 를 가열하고 (제 2 온도 제어 상태：예를 들어, 100 ℃ ∼ 200 ℃), 도 4(c) 에 나타내는 바와 같이, (NH4)2SiF6 을 승화시켜, 실리콘 기판 (5) 의 표면으로부터 제거한다.
이 제 2 단계에서는, 제 1 가스 도입 수단을 불활성 가스 도입 수단으로서 기능시켜, 플라즈마 발생부 (16) 를 정지시킴과 함께 NH3 가스를 정지시켜 N2 가스만을 유량 조정 수단 (17) 으로부터 도입함으로써, 반응 생성물의 승화물이 제 1 가스 도입구 (12) 를 통과하여 제 1 샤워 노즐 (13) 및 제 1 가스 도입로 (11) 의 내측으로 확산되는 것을 방지하고 있다.
이와 같이 제 1 단계 및 제 2 단계를 실시하여 실리콘 기판 (5) 의 표면을 에칭하여 (NH4)2SiF6 을 제거함으로써, 도 4(d) 에 나타내는 바와 같이, 실리콘 기판 (5) 의 표면의 자연 산화막이 제거되어 청정한 표면이 된다. 이 때, 도 5 에 ○ 표시로 나타내는 바와 같이, 자연 산화막은 에칭 시간에 따라 에칭량이 증가하고, 도 5 에 □ 표시로 나타내는 바와 같이, 실리콘층은 에칭 시간이 길어져도 에칭량은 거의 변화가 없어, 실리콘층은 에칭되어 있지 않다는 것을 알 수 있다.
또, 제 2 단계에 있어서의 제 1 가스 도입구 (12) 에 있어서의 확산 방지 효과를 도 6 을 참조하면서 설명한다.
도 6 은, 각 제 1 가스 도입구 (12) 에 있어서의 가스의 유속 상태를 나타내고 있고, 부호 21 은 반응 생성물의 승화물의 유속 (Flux) 을 나타내고, 부호 22 는 불활성 가스인 질소 N2 의 유속을 나타낸다. 그리고, 도시하는 바와 같이, 유속 (21) 은 승화물의 확산 계수인 D 와 농도 구배 ∂C1/∂x 의 곱으로서 나타내고, 유속 (22) 은 질소의 속도와 질소 농도 C2 의 곱으로 나타낸다.
이러한 유속 (21) 과 유속 (22) 의 비는 페클레수 Pe 라고 하는 상태수로 평가하는 것이 바람직하다. 페클레수 Pe 는 확산과 흐름의 수송비로서 다음 식으로 나타낸다.
즉,
Pe = ｖL/D
여기서, L 은 대표 길이이고, 이 경우, 제 1 샤워 노즐 (13) 의 두께이다. 그리고, 승화물이 제 1 가스 도입구 (12) 를 통과하여 확산되는 것을 방지하기 위해서는, 페클레수 Pe 가 1 보다 충분히 크면 되고, 10 이상이 되면, 이론적으로는 거의 확실하게 확산이 방지되게 된다. 또한, 바람직하게는, 상기 페클레수 Pe 를 50 이상, 바람직하게는 70 이상으로 하면, 확산을 더욱 확실하게 방지할 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.
또, 이와 같이 확산 방지를 실시하기 위해서 페클레수 Pe 를 소정값으로 제어하려면, 단순하게는, 불활성 가스의 종류를 결정하고, 그 유량을 제어하면 된다. 여기서, 승화물의 확산 계수 D 는, 승화물과 불활성 가스의 2 성분 확산 계수이고, 불활성 가스의 분자량이 상이하면 변화하는 것으로, 분자량이 크면 클수록 승화물이 확산되기 어려워지고, 또한 그 유량이 크면 클수록 확산되기 어려워진다.
여기서, 불활성 가스란, 상기 서술한 반응 생성물의 승화 반응이나 피처리물에 대해 불활성인 가스를 말하고, 상기 서술한 질소 이외에, 아르곤, 네온, 크세논, 헬륨 등을 예시할 수 있다.
또, 상기 서술한 실시형태에서는, 제 2 가스 도입구 (15) 로부터의 확산 방지를 특별히 실시하지 않는데, 제 1 가스 도입구 (12) 와 마찬가지로 제 2 가스 도입구 (15) 로부터도 질소를 도입하여 승화물의 확산을 방지해도 된다.
또한, 제 1 가스 도입구 (12) 를 통한 확산을 방지한 것은, 제 1 가스 도입구 (12) 는, 플라즈마 발생부 (16) 가 형성된 제 1 가스 도입로 (11) 에 연통되어 있고, 승화물 등에 의해 오염되는 것이 특히 바람직하지 않다고 하는 이유에서이다. 즉, 제 1 가스 도입구 (12) 로부터의 승화물의 확산을 방지함으로써, 플라즈마 발생부 (16) 가 형성된 제 1 가스 도입로 (11) 를 구성하는 부재의 오염을 방지하여, 클리닝 횟수를 저감시킬 수 있음과 함께 부재의 내구성을 향상시킬 수 있어, 결과적으로 효율적이고 또한 저비용의 처리로 연결된다.
여기서, 임의의 공정이 되지만, 제 3 단계로서, 자연 산화막이 제거된 실리콘 기판 (5) 의 배치를 유지한 상태에서, 즉, 동일한 진공 처리조 (3) 에서, 자연 산화막이 제거된 실리콘 기판 (5) 의 표면 (실리콘층) 을 에칭해도 된다는 것은 상기 서술한 바와 같다. 이로써, 산화막의 계면이 된 실리콘면의 산소, 예를 들어, 실리콘의 금속 격자 사이 등에 존재할 우려가 있는 산소가 제거되어, 표면으로부터 산소가 확실하게 제거된 실리콘 기판 (5) 을 얻을 수 있다. 게다가, 자연 산화막을 에칭하는 장치로 실리콘층을 에칭하기 때문에, 반송에 의한 산화 등이 발생하는 경우가 없고, 매우 간단한 처리에 의해 높은 표면 청정도를 갖는 실리콘 기판 (5) 을 얻을 수 있다.
도 7 ∼ 도 10 에 기초하여, 제 3 단계로서, 자연 산화막이 제거된 후의 실리콘층을 에칭하는 단계를 설명한다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 1 가스 도입로 (11) 로부터 NH3 가스 및 N2가스를 도입하고, 플라즈마 발생부 (16) 에서 H 라디칼 (H*) 및 N 라디칼 (N*) 을 생성하고, 제 1 가스 도입구 (12) 로부터 H 라디칼 (H*) 및 N 라디칼 (N*) 을 진공 처리조 (3) 에 도입한다. 동시에, 제 2 샤워 노즐 (14) 의 제 2 가스 도입구 (15) 로부터 NF3 가스를 진공 처리조 (3) 에 도입하여, 실리콘 기판 (5) 의 표면을 에칭한다.
이상으로부터, 자연 산화막의 계면이 된 실리콘면의 산소가 제거되어 표면으로부터 산소가 확실하게 제거된 실리콘 기판 (5) 을 얻을 수 있다.
이 때, 도 9 에 □ 표시로 나타내는 바와 같이, 실리콘층은 에칭 시간에 따라 에칭량이 증가하고, 도 9 에 △ 표시로 나타내는 바와 같이, 실리콘층 이외의 층 (예를 들어, SiN) 은 에칭 시간이 길어져도 에칭량은 거의 변화가 없어, 실리콘층만이 에칭되는 것을 알 수 있다.
상기 서술한 자연 산화막의 에칭 및 실리콘층의 에칭에 있어서의 처리 가스 (NH3 가스 및 N2 가스, NF3 가스) 의 도입 상황을 도 10 에 기초하여 설명한다.
시간 t1 부터 시간 t2 의 사이 (예를 들어, 520 sec) 에는 처리 가스가 도입 (ON) 되고, 램프 히터가 OFF 가 되어, 전구체 (NHxFy) 가 자연 산화막 (SiO2) 과 반응하는 처리가 실시된다 (도 4(a), (b) 참조). 시간 t2 부터 시간 t3 의 사이에는 처리 가스가 정지 (OFF) 되고, 램프 히터가 ON 이 되어, 생성물인 (NH4)2SiF6 이 승화되고, 자연 산화막 (SiO2)이 에칭된다 (도 4(c), (d) 참조).
계속해서, 시간 t3 부터 시간 t4 의 사이 (예를 들어, 50 ∼ 210 sec) 에는 다시 처리 가스가 도입 (ON) 된다. 시간 t4 이후 온도 유지를 위해서 적절히 램프 히터가 ON·OFF 되어, 실리콘층이 에칭된다 (도 8(a), (b), (c) 참조).
또한, 시간 t3 의 시점에서 처리조 내를 냉각시키는 쿨링 공정을 실시할 수도 있다.
상기 서술한 바와 같이, 제 1 실시형태에서는, 동일한 진공 처리조 (3) 의 내부에서, 자연 산화막의 제거와 자연 산화막이 제거된 실리콘층의 제거를 실시할 수 있다. 이 때문에, 자연 산화막을 제거하는 진공 처리 장치 (1) 를 사용하여 간단한 제어에 의해 단시간에, 자연 산화막이 제거된 후에 실리콘 기판 (5) 의 계면의 산소를 확실하게 제거할 수 있다. 따라서, 간단한 진공 처리 장치 (1) 및 처리 방법에 의해, 매우 성능이 높은 표면을 갖는 실리콘 기판 (5) 을 얻는 것이 가능해진다.
상기 서술한 자연 산화막의 제거와 자연 산화막이 제거된 실리콘층의 제거는, 도 11 에 나타내는 바와 같이, 반도체 기판의 콘택트홀 (31) 의 바닥면의 청정 처리에 사용된다. 즉, 콘택트홀 (31) 의 자연 산화막이 (NH4)2SiF6 의 승화에 의해 제거되고, 그 후, 연속해서 실리콘층이 제거된다. 이로써, 산소가 확실하게 제거된 바닥면을 갖는 콘택트홀 (31) 을 형성할 수 있고, 그 후, 배선용 금속을 적층했을 때에 저항이 매우 적은 배선을 실현할 수 있다.
또한, 상기 서술한 각 실시형태에서는, 실리콘층의 에칭시, NH3 가스 및 N2 가스와 NF3 가스를 다른 가스 도입 수단으로부터 도입하고 있는데, 이것에 한정되지 않고, 플라즈마 발생부를 갖는 동일한 가스 도입 수단으로부터 모든 가스를 도입 해도 된다.
또, 상기 서술한 각 실시형태에서는, 처리실의 내부에 복수 장의 기판을 소정 간격으로 서로 평행하게 배치하는, 이른바 배치식의 성막 장치에 대해 기재하고 있는데, 처리실 내에 기판을 한 장씩 배치하는, 이른바, 매엽식 장치에 의해 처리를 실시해도 된다.
［시험예］
제 1 실시형태에 관련된 진공 처리 장치를 사용하여 제 1 가스 도입로 (11) 를 새롭게 한 후, 실리콘 기판의 배치 (batch) 처리를 약 100 배치 반복했을 때의 파티클을 카운트한 결과를 도 12(a) 에 나타낸다. 파티클은, 1 회의 배치 처리마다 약 50 장의 실리콘 기판으로부터 3 장을 추출하고, 각 실리콘 기판 상에서 관찰된 0.2 ㎛ 이상의 파티클의 수를 카운트한 결과이고, 3 장의 실리콘 기판을 ▲, ■, ◆ 로 나타낸다.
도 12(a) 의 처리에서는, 에칭 처리의 제 2 단계에서, 제 1 가스 도입 수단을 불활성 가스 도입 수단으로서 기능시켜, 플라즈마 발생부 (16) 를 정지시킴과 함께 NH3 가스를 정지시켜 N2 가스만을 유량 2.0 ℓ/min 으로 도입함으로써, 승화물이 제 1 가스 도입구 (12) 를 통과하여 제 1 샤워 노즐 (13) 및 제 1 가스 도입로 (11) 의 내측으로 확산되는 것을 방지한 것이다. 이 때의 페클레수 Pe 는 20 으로 추산할 수 있다.
또한, 이 때, 제 2 처리 가스 도입구로부터도 N2 가스만을 유량 1.5 ℓ/min 으로 도입하였다.
한편, 비교를 위해, 제 2 처리 가스 도입구로부터도 N2 가스만을 유량 20 ℓ/min 으로 도입하고, 약 100 배치 처리한 결과를 도 12(b) 에 나타낸다.
산업상 이용가능성
본 발명은, 진공 상태의 처리실에서 에칭을 실시하는 진공 처리 장치의 산업분야에서 이용할 수 있다.
1 … 진공 처리 장치
2 … 주입 취출조
3 … 진공 처리조
4 … 턴테이블
5 … 실리콘 기판
6 … 보트
7 … 이송 나사
8 … 연통구
9 … 셔터 수단
10 … 배출부
11 … 제 1 가스 도입로
12 … 제 1 가스 도입구
13 … 제 1 샤워 노즐
14 … 제 2 샤워 노즐
15 … 제 2 가스 도입구
16 … 플라즈마 발생부
17, 19 … 유량 조정 수단
18 … 제 2 가스 도입로
31 … 콘택트홀
2 … 주입 취출조
3 … 진공 처리조
4 … 턴테이블
5 … 실리콘 기판
6 … 보트
7 … 이송 나사
8 … 연통구
9 … 셔터 수단
10 … 배출부
11 … 제 1 가스 도입로
12 … 제 1 가스 도입구
13 … 제 1 샤워 노즐
14 … 제 2 샤워 노즐
15 … 제 2 가스 도입구
16 … 플라즈마 발생부
17, 19 … 유량 조정 수단
18 … 제 2 가스 도입로
31 … 콘택트홀
Claims (11)
- 진공 처리 장치로서, 상기 장치는,
피처리물이 배치됨과 함께 내부가 소정 진공 상태로 되는 처리실과,
제 1 처리 가스를 라디칼 상태로 하여, 상기 처리실 내로 개구되는 제 1 처리 가스 도입구로부터 상기 처리실 내에 도입하는 제 1 처리 가스 도입 수단과,
라디칼 상태의 상기 제 1 처리 가스와 반응하는 제 2 처리 가스를 상기 처리실 내로 개구되는 제 2 처리 가스 도입구로부터 상기 처리실 내에 도입하는 제 2 처리 가스 도입 수단과,
상기 처리실 내의 온도를, 상기 라디칼 상태의 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 상기 피처리물의 표면을 처리하여 반응 생성물을 생성하는 제 1 온도 제어 상태와, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태로 제어하는 온도 제어 수단과,
상기 온도 제어 수단이 상기 제 2 온도 제어 상태로 제어할 때에, 상기 제 1 처리 가스 도입구로부터 불활성 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 불활성 가스 도입 수단을 구비하고,
상기 불활성 가스 도입 수단은, 상기 반응 생성물의 승화물의 상기 제 1 처리 가스 도입구를 통과하는 확산을 방지하도록 상기 제 1 처리 가스 도입구로부터의 상기 불활성 가스의 도입 상황을 제어하는 도입 제어 수단을 구비하며,
상기 도입 제어 수단은, 상기 불활성 가스의 도입 상황을, 도입되는 불활성 가스의 도입 유속과 상기 반응 생성물의 승화물의 확산 유속의 비의 상태를 나타내는 페클레수 (Peclet number) 가 10 이상이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 진공 처리 장치. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 불활성 가스 도입 수단은, 상기 제 1 처리 가스 도입 수단을 통하여 상기 불활성 가스를 도입하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 처리 가스 도입 수단은, 상기 제 1 처리 가스 도입구에 연통되는 제 1 가스 도입로에 플라즈마 발생부를 구비하고, 상기 플라즈마 발생부에서 도입된 제 1 처리 가스를 플라즈마 상태로 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치. - 제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 처리 가스가 H 라디칼을 생성시키는 가스이고,
상기 제 2 처리 가스가 적어도 NHxFy 를 생성시키는 가스이고,
상기 피처리물이 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 처리 가스가 NH3 및 H2 중 적어도 어느 일방과 N2 이고,
상기 제 2 처리 가스가 NF3 인 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치. - 제 6 항에 있어서,
라디칼 상태의 보조 처리 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 보조 가스 도입 수단과,
상기 보조 가스 도입 수단으로부터 도입되는 상기 보조 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스 도입 수단으로부터 도입되는 제 2 처리 가스의 도입 상황을 제어하고, 상기 제 1 및 제 2 처리 가스에 의해 처리되어 자연 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 표층을, 상기 보조 처리 가스와 상기 제 2 처리 가스에 의해 소정 두께 제거하는 제어 수단을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 보조 가스 도입 수단은, 상기 제 1 처리 가스 도입 수단이 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 자연 산화막이 제거된 상기 실리콘 기판의 표면에 상기 보조 처리 가스와 제 2 처리 가스에 의해 상기 실리콘 기판의 실리콘층을 소정 두께 제거하는 것을 특징으로 하는 진공 처리 장치. - 진공 처리 방법으로서, 상기 방법은,
피처리물이 배치됨과 함께 내부가 소정 진공 상태로 되는 처리실에, 제 1 처리 가스 도입구로부터 제 1 처리 가스를 라디칼 상태로 하여 도입함과 함께, 라디칼 상태의 상기 제 1 처리 가스와 반응하는 제 2 처리 가스를 제 2 처리 가스 도입구로부터 도입하는 단계; 및
상기 처리실 내의 온도를, 상기 라디칼 상태의 제 1 처리 가스와 제 2 처리 가스가 상기 피처리물의 표면을 처리하여 반응 생성물을 생성하는 제 1 온도 제어 상태로 제어하고, 이어서, 생성된 반응 생성물을 승화시켜 제거하는 제 2 온도 제어 상태로 제어하고, 상기 제 2 온도 제어 상태로 제어할 때에는 상기 제 1 처리 가스 도입구로부터 불활성 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 단계를 포함하고,
상기 불활성 가스를 상기 처리실 내에 도입하는 단계는, 상기 반응 생성물의 승화물의 상기 제 1 처리 가스 도입구를 통과하는 확산을 방지하도록 상기 제 1 처리 가스 도입구로부터의 상기 불활성 가스의 도입 상황을 제어하는 단계를 포함하며,
상기 불활성 가스의 도입 상황을 제어하는 단계는, 상기 불활성 가스의 도입 상황을, 도입되는 불활성 가스의 도입 유속과 상기 반응 생성물의 승화물의 확산 유속의 비의 상태를 나타내는 페클레수 (Peclet number) 가 10 이상이 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 진공 처리 방법.
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| US10927459B2 (en) * | 2017-10-16 | 2021-02-23 | Asm Ip Holding B.V. | Systems and methods for atomic layer deposition |
| CN111261514A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-09 | 东京毅力科创株式会社 | 基片处理方法 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203409A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Samsung Electronics Co Ltd | エッチング方法 |
| JP2007538397A (ja) * | 2004-05-20 | 2007-12-27 | ピーエスケー・インコーポレーテッド | 基板表面洗浄方法 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5078494A (en) * | 1990-08-31 | 1992-01-07 | Fraser Robert B | Glow discharge chamber and gas flow system for glow discharge emission spectrometer |
| US5085885A (en) * | 1990-09-10 | 1992-02-04 | University Of Delaware | Plasma-induced, in-situ generation, transport and use or collection of reactive precursors |
| JP2833946B2 (ja) * | 1992-12-08 | 1998-12-09 | 日本電気株式会社 | エッチング方法および装置 |
| JP3164019B2 (ja) * | 1997-05-21 | 2001-05-08 | 日本電気株式会社 | 酸化シリコン膜およびその形成方法と成膜装置 |
| US6773687B1 (en) * | 1999-11-24 | 2004-08-10 | Tokyo Electron Limited | Exhaust apparatus for process apparatus and method of removing impurity gas |
| NL1013938C2 (nl) * | 1999-12-23 | 2001-06-26 | Asm Int | Inrichting voor het behandelen van een wafer. |
| US6676994B2 (en) * | 2000-03-31 | 2004-01-13 | University Of Delaware | Method for producing thin films |
| DE10320597A1 (de) * | 2003-04-30 | 2004-12-02 | Aixtron Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden von Halbleiterschichten mit zwei Prozessgasen, von denen das eine vorkonditioniert ist |
| JP4987219B2 (ja) * | 2004-01-13 | 2012-07-25 | 三星電子株式会社 | エッチング装置 |
| KR101025323B1 (ko) * | 2004-01-13 | 2011-03-29 | 가부시키가이샤 아루박 | 에칭 장치 및 에칭 방법 |
| JP4475136B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2010-06-09 | 東京エレクトロン株式会社 | 処理システム、前処理装置及び記憶媒体 |
| US7396415B2 (en) * | 2005-06-02 | 2008-07-08 | Asm America, Inc. | Apparatus and methods for isolating chemical vapor reactions at a substrate surface |
| WO2007108401A1 (ja) * | 2006-03-20 | 2007-09-27 | Hitachi Kokusai Electric Inc. | 半導体装置の製造方法および基板処理装置 |
| AU2007230338B2 (en) * | 2006-03-24 | 2011-04-07 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Electrode and vacuum processing apparatus |
| JP4929811B2 (ja) * | 2006-04-05 | 2012-05-09 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005203409A (ja) * | 2004-01-13 | 2005-07-28 | Samsung Electronics Co Ltd | エッチング方法 |
| JP2007538397A (ja) * | 2004-05-20 | 2007-12-27 | ピーエスケー・インコーポレーテッド | 基板表面洗浄方法 |
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