KR20040083577A - Plasma Cleaning Device and Method Using Remote Plasma - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치용 원거리 플라즈마 세정장치 및 세정방법에 관한 것으로, 상세히는 각종 반도체 장치가 플라즈마 상태 하에서 세정되도록 구비된 축전결합형 플라즈마 세정장치에서 원거리 플라즈마를 발생시킬 수 있는 이온 쉴드를 삽입하고, 원거리 플라즈마에 의한 화학적인 세정이 가능하도록 하여 반도체 장치의 표면에 묻은 각종 오염물질 및 이물질 등이 보다 효율적이고 균일하며 단시간에 세정될 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a remote plasma cleaning apparatus and a cleaning method for a semiconductor device, and in detail, inserts an ion shield capable of generating a remote plasma in a capacitively coupled plasma cleaning apparatus provided to clean various semiconductor devices under a plasma state. By chemical cleaning by remote plasma, various contaminants and foreign substances on the surface of the semiconductor device can be cleaned more efficiently, uniformly and in a short time.
도 1은 종래의 반도체 장치용 플라즈마 세정장치의 일례를 보여주고 있는데, 이는 도 1에 도시된 바와 같이 다수의 반도체 장치가 삽입되고 스택되어 동시에 취급될 수 있도록 한 매거진(1)과, 상기 매거진(1)이 다수로 안착되는 제1전극판(2)과, 상기 제1전극판(2)과 마주보며 반대의 극성을 띠는 제2전극판(3)과, 매거진(1), 제1전극판(2), 제2전극판(3)이 소정의 공간부에 위치되고 그 공간부를 진공의 상태로 유지시켜 주는 챔버(4)와, 외부에서 상기 제1전극판(2) 및 제2전극판(3)에 소정의 전위차를 유지시켜 주는 전원부(5)를 포함하여 이루어져 있다.FIG. 1 shows an example of a conventional plasma cleaning apparatus for semiconductor devices, which includes a magazine 1 and a magazine (1) in which a plurality of semiconductor devices can be inserted, stacked, and handled simultaneously as shown in FIG. 1) a plurality of first electrode plate 2, the second electrode plate 3 having the opposite polarity facing the first electrode plate 2, the magazine (1), the first electrode The plate 2, the second electrode plate 3 is located in a predetermined space portion and the chamber 4 to maintain the space portion in a vacuum state, and the first electrode plate 2 and the second electrode from the outside The power supply part 5 which keeps a predetermined electric potential difference in the board 3 is comprised.
여기서 상기 진공 상태의 챔버(4)내부에는 각종 가스를 주입하여 사용할 수 있으며, 상기 제1전극판(2)에 마이너스 또는 접지점이 연결되어 있으며, 상기 제2전극판(3)에는 제1전극판(2)과 항상 반대 극성으로 전위차가 유지되도록 되어 있다.Here, various gases may be injected into the chamber 4 in the vacuum state, and a negative or ground point may be connected to the first electrode plate 2, and the first electrode plate may be connected to the second electrode plate 3. The potential difference is always maintained at the opposite polarity as in (2).
또한, 상기 제1전극판(2) 및 제2전극판(3)은 일반적으로 알루미늄과 같은 금속재질로 형성되어 있고, 그 모양은 네모난 판이나 원형 판으로 되어 있으며, 경우에 따라 특허공개 제98-58581호의 '반도체 장치용 플라즈마 세정기'와 같이 다수의 개구부가 형성되어 있기도 한데, 이 개구부의 형상은 원형이나 사각형, 삼각형 등의 여러 가지로 설계가 가능하다.In addition, the first electrode plate 2 and the second electrode plate 3 is generally formed of a metal material such as aluminum, the shape of which is a square plate or a circular plate, and in some cases the patent publication A plurality of openings may be formed, such as the "98-858581" plasma cleaner for semiconductor devices ", which can be designed in various shapes such as a circle, a square, and a triangle.
이러한 구조의 종래 반도체 장치용 플라즈마 세정기는 챔버(4)내부를 진공의 상태로 유지시킨 상태로 상기 전원부(5)에서 전위차를 상기 제1전극판(2)과 제2전극판(3)에 인가하게 되면 가속된 전자와 가스분자가 충돌하게 되며, 이때 가스는 전자와 양이온으로 분리되어 소위 플라즈마상태가 된다.The conventional plasma cleaner for semiconductor devices having such a structure applies a potential difference from the power supply unit 5 to the first electrode plate 2 and the second electrode plate 3 while maintaining the inside of the chamber 4 in a vacuum state. When the accelerated electrons and gas molecules collide, the gas is separated into electrons and cations and becomes a so-called plasma state.
상기와 같은 플라즈마상태가 되면, 상기 제1전극판(2)위에 안착된 매거진(1) 내의 반도체 장치에 묻은 각종 이물질들 즉, 인체에서 분비되는 피지, 수지첨가제, 이형제, 왁스, 펌프 오일, 용제 등 거의 모든 유기성 물질들이 분해되며 상기 반도체 장치 표면에서 제거됨으로써 세정이 될 수 있도록 도모하고 있는 것이다.In the plasma state as described above, various foreign substances adhering to the semiconductor device in the magazine 1 seated on the first electrode plate 2, that is, sebum, resin additive, release agent, wax, pump oil, solvent secreted from the human body Almost all organic materials are decomposed and removed from the surface of the semiconductor device to be cleaned.
그러나, 이러한 구조의 반도체 장치용 플라즈마 세정기는 플라즈마 내의 양이온들이 반도체 장치의 표면을 직접 때려서 오염물질을 제거하는 것으로, 소위 직접 플라즈마 세정방법이다. 이러한 직접 플라즈마 세정방법은 반도체 장치가 상기 매거진에 삽입된 위치에 따라 그 세정효과가 다르며, 오염물질과 함께 반도체 장치의 표면까지 손상되는 문제가 야기되었다.However, a plasma cleaner for a semiconductor device having such a structure removes contaminants by directly hitting the surface of the semiconductor device with cations in the plasma, a so-called direct plasma cleaning method. This direct plasma cleaning method has a different cleaning effect depending on the position where the semiconductor device is inserted into the magazine, and causes a problem of damage to the surface of the semiconductor device together with contaminants.
또다른 문제로는 반도체 장치의 표면 즉, 인쇄회로기판에 회로 부품을 전기적으로 연결하기 위한 땜납이 있는 경우, 이 땜납이 플라즈마 내의 양이온들에 의해 떨어져 나와 반도체 장치의 표면을 오염시키는 문제도 있었다. 이 땜납이 떨어져 나오는 문제를 해결하기 위해 일본특허 제3116792호의 '플라즈마 세정장치, 플라즈마 세정방법, 그리고 회로 모듈'에서와 같이 메쉬 형태의 전도체를 사용하여 이온이 직접 반도체 장치를 때리는 것을 방지하고, 산소 라디칼에 의해서만 세정이 되는 소위 원거리 산소 플라즈마 세정방법을 사용하는 장치가 발명되었다.Another problem is that when there is solder for electrically connecting a circuit component to a surface of a semiconductor device, that is, a printed circuit board, the solder is separated by cations in the plasma to contaminate the surface of the semiconductor device. In order to solve the problem of the solder falling off, a mesh-type conductor is used as in Japanese Patent No. 3116792, "Plasma Cleaning Device, Plasma Cleaning Method, and Circuit Module," to prevent ions from directly hitting the semiconductor device. An apparatus using the so-called remote oxygen plasma cleaning method, which is cleaned only by radicals, has been invented.
이 원거리 산소 플라즈마 세정장치를 상세히 설명하면 도 2에 도시된 바와 같은데, 이는 챔버(10)와, 챔버(10)내에 산소가스를 포함하는 반응가스를 공급하는 반응가스공급부(22)와, 상기 챔버(10)밖으로 배기를 행하는 배기부(23)와, 상기 챔버(10)내에 설치되고 전기적으로 접지된 제1전극(15)과, 상기 제1전극(15)과 평행하도록 챔버(10)내에 설치되고 세정대상물을 지지함과 동시에 고주파전압이 인가되는 제2전극(16)과, 적어도 세정을 행할 때 상기 제2전극(16)에 전기적으로 접지되고 상기 제2전극(16)에 의해 지지되어 대상물의 주위를 포위하는 쉴드(24)를 구비하여 이루어진 것으로, 챔버(10)내의 제1전극(15)을 전기적으로 접지 시키고 대상물을 상기 제1전극(15)에 대면되는 제2전극(16)위에 지지시키고, 상기 제2전극(16)위에 지지된 대상물의 주위를 쉴드(24)로 포위함과 아울러, 상기 쉴드(24)를 상기 제2전극(16)과 전기적으로 접속시켜 동전위시키며, 상기 챔버(10)내에 산소가스를 공급함과 아울러 상기 제2전극(16)에 고주파전압을 인가하여 대상물을 세정하도록 된 것이다.This remote oxygen plasma cleaning apparatus will be described in detail with reference to FIG. 2, which is a chamber 10, a reaction gas supply unit 22 for supplying a reaction gas containing oxygen gas into the chamber 10, and the chamber. (10) an exhaust unit 23 which exhausts outside, a first electrode 15 installed in the chamber 10 and electrically grounded, and installed in the chamber 10 in parallel with the first electrode 15; And the second electrode 16 to which the high frequency voltage is applied while supporting the cleaning object, and at least when the cleaning is performed, the second electrode 16 is electrically grounded and supported by the second electrode 16. And a shield 24 surrounding the circumference thereof, wherein the first electrode 15 in the chamber 10 is electrically grounded, and the object is placed on the second electrode 16 facing the first electrode 15. And a shield 24 around the object supported on the second electrode 16. In addition to the above, the shield 24 is electrically connected to the second electrode 16 to supply the oxygen gas into the chamber 10, and a high frequency voltage is applied to the second electrode 16. To clean the object.
상기한 원거리 산소 플라즈마 세정장치는 구조적인 요인에 의해 다수의 반도체 장치가 삽입되어 있는 매거진, 혹은 다수의 매거진을 한번에 처리할 수 없어 공정속도가 떨어지는 문제가 있었으며, 반도체 장치를 고주파전압이 인가되는 제2전극(16)에 안착함으로써 고주파전압을 차단한 이후에도 남아 있는 상당량의 전하가 반도체 장치를 손상시키는 문제가 있었다.The above-described remote oxygen plasma cleaning apparatus has a problem that processing speed decreases because a magazine in which a plurality of semiconductor devices are inserted or a plurality of magazines cannot be processed at a time due to structural factors, and a high frequency voltage is applied to the semiconductor device. There is a problem that a considerable amount of charge remaining after damaging the high frequency voltage by mounting on the two electrodes 16 damages the semiconductor device.
또한, 상기한 종래의 원거리 산소 플라즈마 세정장치에서 메쉬 형태의 전도체로 된 쉴드(24)를 사용하는데 있어 고주파전원(17)의 파워가 증가하거나 챔버 (10)내부의 압력이 높은 등의 조건에서는 쉴드(24)의 메쉬 사이에 할로우 방전이 형성되어 이온이 메쉬 안으로 침입함으로써 반도체 장치를 손상시키는 문제가 있었다. 더욱이 반도체 장치의 집적도가 높아짐에 따라, 상기의 고주파전원 차단 후 제2전극(16)에 쌓여있는 전하 또는 할로우 방전이 형성되어 메쉬 안에 침입한 이온이 순간적인 전류흐름을 유발하여 반도체 칩과 이 반도체 칩이 안착되어 있는 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하는 통상 금으로 된 리드선들이 서로 붙는 등의 치명적인 결함이 나타나는 문제가 있었다.Also, in the conventional long-range oxygen plasma cleaning apparatus, the shield 24 made of a conductor in the form of a mesh is used under conditions such that the power of the high frequency power source 17 increases or the pressure inside the chamber 10 is high. There was a problem that a hollow discharge was formed between the meshes of (24) and ions were introduced into the mesh to damage the semiconductor device. Furthermore, as the degree of integration of the semiconductor device increases, charge or hollow discharge accumulated on the second electrode 16 is formed after the high frequency power is cut off, and the ions invading the mesh cause the instantaneous current flow, which causes the semiconductor chip and the semiconductor. There has been a problem that a fatal defect such as the normal gold lead wires that electrically connect the printed circuit board on which the chip is seated is stuck together.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 각종 반도체 장치 및 다수의 반도체 장치가 삽입되어 안착되는 매거진이 플라즈마에 직접 노출되지 않고, 적어도 이중 벽의 쉴드를 사용함으로써 할로우 방전에 의한 이온 침입을 방지하고, 쉴드를 접지시켜 축전전하에 의한 손상을 방지함으로써 반도체 장치의 표면에 묻은 각종 오염물질 및 이물질 등을 활성 라디칼을 이용하여 보다 효율적으로 보다 균일하게 제거하면서도 반도체 장치에는 전혀 손상을 주지 않는 반도체 장치용 플라즈마 세정장치 및 그 세정방법을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to expose a shield of at least a double wall without directly exposing the plasma to which various semiconductor devices and a plurality of semiconductor devices are inserted and seated. This prevents ions from invading by hollow discharges and prevents damage due to electrical charges by grounding the shields, while efficiently eliminating various contaminants and foreign substances on the surface of semiconductor devices more efficiently and more uniformly using active radicals. The present invention provides a plasma cleaning apparatus for a semiconductor device which does no damage to the semiconductor device, and a cleaning method thereof.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 챔버와; 이 챔버 내에 반응가스를 공급하는 반응가스공급부와; 상기 챔버 밖으로 반응가스의 배기를 행하는 배기부와; 상기 챔버 내에 설치되고 고주파전원이 인가되는 제1전극과; 상기 제1전극과 평행하도록 배치되며 전기적으로 접지된 제2전극과; 전도성을 갖는 금속재로 이루어지고 라디칼이 내부로 유입 가능하도록 다수의 통공이 형성되며, 상기 제1전극과 제2전극사이의 공간에 위치되고 그 내부에 세정을 위한 피처리물이 안착되고 이를 둘러싸는 내부공간이 형성되며 전기적으로 접지되어 있는 쉴드;를 포함하여 이루어지는 반도체 장치용 원거리 플라즈마 세정장치를 제공한다.The present invention to achieve the above object chamber; A reaction gas supply unit for supplying a reaction gas into the chamber; An exhaust unit for exhausting the reaction gas out of the chamber; A first electrode installed in the chamber and to which a high frequency power is applied; A second electrode disposed to be parallel to the first electrode and electrically grounded; It is made of a conductive metal material and a plurality of through-holes are formed so that radicals can be introduced into the interior, located in the space between the first electrode and the second electrode, the workpiece to be cleaned for cleaning therein, It provides a remote plasma cleaning device for a semiconductor device comprising a; the inner space is formed and the shield is electrically grounded.
본 발명은 또, 상기 장치의 챔버 내에 설치되고 외부의 고주파전원에 접속된제1전극과 평행하게 설치된 제2전극과 피처리물이 투입되는 쉴드를 전기적으로 접지 시키고 피처리물을 상기 쉴드내부에 투입하는 단계와; 상기 챔버내부를 1Torr이하의 진공상태가 되도록 낮추고 반응가스를 공급하는 단계와; 상기 제1전극에 고주파전원으로부터 고주파전압을 인가하여 제1전극과 제2전극사이에서 플라즈마가 발생되도록 하여 소정의 시간동안 플라즈마의 활성 라디칼 만이 쉴드의 통공을 통해 유입되어 피처리물의 표면에 묻은 오염물질 및 이물질을 세정하는 단계와; 상기 세정단계후 제1전극으로 인가되는 고주파전압을 차단하고 챔버 내부의 반응가스를 배기시키기 위하여 압력을 낮춘 후 다시 상압으로 올리는 단계와; 활성 라디칼에 의해 표면이 세정된 피처리물을 쉴드와 챔버 외부로 인출하는 단계;를 포함하여 이루어지는 반도체 장치용 원거리 플라즈마 세정방법을 제공한다.The present invention also electrically grounds a shield into which a second electrode and a workpiece are placed in parallel with a first electrode installed in a chamber of the apparatus and connected to an external high frequency power source, and the workpiece is placed inside the shield. Injecting; Lowering the inside of the chamber to a vacuum state of 1 Torr or less and supplying a reaction gas; Applying a high frequency voltage from the high frequency power source to the first electrode to generate a plasma between the first electrode and the second electrode so that only active radicals of the plasma are introduced through the through hole of the shield for a predetermined period of time. Cleaning the substance and the foreign substance; Cutting the high frequency voltage applied to the first electrode after the cleaning step and lowering the pressure to exhaust the reaction gas in the chamber, and then raising the pressure back to normal pressure; It provides a long-distance plasma cleaning method for a semiconductor device comprising a; withdrawing the object to be cleaned by the active radicals to the outside of the shield and the chamber.
바람직하기로는 본 발명의 장치에서 상기 쉴드는 적어도 하나의 외부 쉴드와 적어도 하나의 내부 쉴드로 이루어져 외부 쉴드에서 할로우 방전이 발생하더라도 내부 쉴드에 의하여 이온이 쉴드 내부로 침입하는 것을 방지할 수 있도록 함과 아울러, 이 외부 및 내부 쉴드를 전기적으로 접지 시킴으로써 축전전하에 의한 손상을 방지함으로써 반도체 장치의 표면에 묻은 각종 오염물질 및 이물질 등을 보다 효율적으로 보다 균일하게 제거하면서도 반도체 장치에는 전혀 손상을 주지 않도록 한다.Preferably, in the device of the present invention, the shield includes at least one outer shield and at least one inner shield to prevent ions from entering the shield by the inner shield even when a hollow discharge occurs in the outer shield. In addition, the external and internal shields are electrically grounded to prevent damage due to electrical charge, thereby more efficiently and uniformly removing various contaminants and foreign substances on the surface of the semiconductor device, while not damaging the semiconductor device at all. .
본 발명에서 상기 쉴드는 메쉬(mesh)상의 망체로 제작하거나 통공이 형성된타공판으로 제작할 수 있으며, 이 쉴드에는 각종 오염물질이나 이물질 등의 유기물이 활성 라디칼에 의해 분해되는 화학반응을 촉진시키기 위하여 전기적으로 쉴드를 가열시키기 위한 히터를 구비할 수도 있다.In the present invention, the shield may be made of mesh (mesh) or a perforated plate formed through holes, the shield is electrically in order to promote a chemical reaction in which organic substances such as various pollutants or foreign substances are decomposed by active radicals A heater for heating the shield may be provided.
본 발명의 다른 실시예에서는 챔버 내에 고주파전원이 접속되어 고주파전압이 인가되는 제1전극과 평행하도록 제1전극의 상, 하부에 이격되고 전기적으로 접지된 복수의 제2전극이 설치되고, 상기 제1전극과 복수의 제2전극 사이의 공간에는 각각 쉴드가 설치된 복층 구조의 플라즈마 세정장치를 제공한다.In another embodiment of the present invention, a plurality of second electrodes spaced above and below the first electrode and electrically grounded are installed in parallel to the first electrode to which the high frequency power is connected in the chamber to which the high frequency voltage is applied. In the space between the first electrode and the plurality of second electrodes, a plasma cleaning apparatus having a multilayer structure provided with a shield is provided.
상기한 본 발명의 실시예에서 상기 쉴드에는 피처리물인 반도체 장치의 투입과 외부 인출을 위하여 개폐 가능한 개폐구가 설치되고, 상기 챔버의 측부에도 개폐구가 설치되며, 상기 쉴드에 형성되는 통공은 다양한 형태로 제작할 수 있으나, 라디칼의 내부 유입이 효과적으로 이루어질 수 있도록 통공의 유효면적이 가장 큰 장공 형태를 취하는 것이 바람직하다.In the embodiment of the present invention, the shield is provided with an opening and closing opening and closing opening and closing is provided for the input and external withdrawal of the semiconductor device to be processed, the opening and closing is provided on the side of the chamber, the through-hole formed in the shield in various forms It can be manufactured, but it is preferable to take the form of the longest hole effective area of the through hole so that the inflow of radicals can be made effectively.
또한, 본 발명의 세정방법에 있어서 상기 챔버 내부에 주입되는 반응가스는, 산소가스 또는 경우에 따라서는 CF4 등의 활성가스를 사용하며, 상기 반응가스만을 주입할 수도 있으나, 반도체 장치 표면의 세정효율을 높일 수 있도록 아르곤 또는 헬륨가스를 혼합하여 주입시킬 수도 있다.In addition, in the cleaning method of the present invention, the reaction gas injected into the chamber uses oxygen gas or an active gas such as CF4 in some cases, and only the reaction gas may be injected, but the cleaning efficiency of the semiconductor device surface is increased. Argon or helium gas may be mixed and injected to increase the pressure.
도 1은 종래 일 실시예에 의한 반도체 장치용 축전결합형 플라즈마 세정장치의 개략적인 구성을 도시한 단면도,1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a capacitively coupled plasma cleaning device for a semiconductor device according to an embodiment of the present invention;
도 2는 종래 다른 실시예에 의한 반도체 장치용 축전결합형 원거리 산소 플라즈마 세정장치의 구성을 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing the configuration of a capacitively coupled remote oxygen plasma cleaning apparatus for a semiconductor device according to another embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 원거리 플라즈마 세정장치의 구조를 도시한 단면도,3 is a cross-sectional view showing the structure of a remote plasma cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 원거리 플라즈마 세정장치의 구조를 도시한 단면도,4 is a cross-sectional view showing the structure of a remote plasma cleaning apparatus according to another embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명에 의한 메쉬형 망체로 이루어진 쉴드의 일례를 도시한 일부절개사시도,Figure 5 is a partial cutaway perspective view showing an example of the shield made of a mesh-shaped mesh according to the present invention,
도 6은 본 발명에 의한 타공판으로 이루어진 쉴드의 일례를 도시한 일부절개사시도,Figure 6 is a partial cutaway perspective view showing an example of the shield made of a perforated plate according to the present invention,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
100 : 챔버 102 : 개폐구100: chamber 102: opening and closing
110 : 반응가스공급부 120 : 배기부110: reaction gas supply unit 120: exhaust unit
130 : 고주파전원 140 : 제1전극130: high frequency power supply 140: first electrode
150,150a,150b : 제2전극 160,160' : 쉴드150,150a, 150b: second electrode 160,160 ': shield
160a : 외부 쉴드 160b 내부 쉴드160a: outer shield 160b inner shield
162 : 통공 166 : 개폐구162: through hole 166: opening and closing
170,170' : 히터 S : 내부공간170,170 ': Heater S: Internal space
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예들을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments which do not limit the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 원거리 플라즈마 세정장치의 구조를 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view showing the structure of a remote plasma cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.
상기 도 3에 도시된 실시예에 의한 원거리 플라즈마 세정장치는 챔버(100)와; 상기 챔버(100)내에 산소가스 등의 반응가스를 공급하는 반응가스공급부(110)와; 상기 챔버(100)밖으로 반응가스의 배기를 행하는 배기부(120)와; 상기 챔버 (100)내에 설치되고 고주파전원(130)이 인가되는 제1전극(140)과; 상기 제1전극(1)과 평행하도록 배치되며 전기적으로 접지된 제2전극(150)과; 전도성을 갖는 금속재로 이루어지고 라디칼이 내부로 유입가능하도록 다수의 통공(162)이 형성되며, 상기 제1전극(140)과 제2전극(150)사이의 공간에 위치되고 그 내부에 세정을 위한 피처리물이 안착되고 이를 둘러싸는 내부공간(S)이 형성되며 전기적으로 접지되어 있는 쉴드(160);를 포함하여 이루어져 있다.The remote plasma cleaning apparatus according to the embodiment shown in FIG. 3 includes a chamber 100; A reaction gas supply unit 110 for supplying a reaction gas such as oxygen gas into the chamber 100; An exhaust unit 120 for exhausting the reaction gas out of the chamber 100; A first electrode 140 installed in the chamber 100 and to which a high frequency power supply 130 is applied; A second electrode 150 arranged to be parallel to the first electrode 1 and electrically grounded; A plurality of through holes 162 are formed to be made of a conductive metal material and allow radicals to enter therein, and are located in the space between the first electrode 140 and the second electrode 150 and are cleaned therein. It comprises a; shield (160) is formed and the interior space (S) surrounding the to-be-processed object is formed and electrically grounded.
본 실시예에서 상기 제1전극(140)은 챔버(100)내부의 상부에 위치하고, 제2전극(150)은 챔버(100)내부의 하부에 위치하며, 그 사이의 공간 즉, 챔버(100)의 중간부분에 상기 제1전극(140)및 제2전극(140)과 이격되게 쉴드(160)가 설치되어 있어 챔버(100)내부의 상,하부에 위치한 제1전극(140)과 제2전극(150)사이에서 발생된 플라즈마가 쉴드(160)가 설치된 공간에 집중될 수 있도록 되어 있다.In the present embodiment, the first electrode 140 is positioned above the interior of the chamber 100, and the second electrode 150 is located below the interior of the chamber 100, that is, the space between them, that is, the chamber 100. The shield 160 is disposed in the middle portion of the chamber 100 so as to be spaced apart from the first electrode 140 and the second electrode 140, so that the first electrode 140 and the second electrode are located in the upper and lower portions of the chamber 100. Plasma generated between the 150 is to be concentrated in the space where the shield 160 is installed.
본 실시예에 의한 플라즈마 세정장치의 쉴드(160)는 하나의 외부 쉴드(160a)와 이 외부 쉴드(160a)내부에 설치되며 외부 쉴드(160a)에 의해 완전히 포위된 내부 쉴드(160b)로 이루어진 이중구조로 형성되어 있으며, 외, 내부 쉴드(160a,160b)는 모두 전기적으로 접지상태를 이루도록 되어 있다.The shield 160 of the plasma cleaning apparatus according to the present embodiment includes a single outer shield 160a and an inner shield 160b installed inside the outer shield 160a and completely surrounded by the outer shield 160a. Is formed in a structure, the outer, the inner shield (160a, 160b) are both to be electrically grounded.
또, 본 발명에서는 상기 제1전극(140)과 제2전극(150)사이에는 크기가 작은 작은 복수 개의 쉴드(160)를 한꺼번에 여러 개를 설치할 수도 있는데, 이는 쉴드의 크기가 너무 클 경우 라디칼이 안쪽까지 충분히 확산되기 어려워지는 문제를 해소하기 위한 것이며, 또, 전극을 지지하기 위한 수직 구조물이 설치될 경우 이 구조물에 의하여 쉴드의 크기가 제한될 수도 있기 때문이다.In addition, in the present invention, a plurality of small shields 160 having a small size may be installed at the same time between the first electrode 140 and the second electrode 150. When the size of the shield is too large, radicals may be formed. This is because it is to solve the problem that it is difficult to diffuse sufficiently to the inside, and if the vertical structure for supporting the electrode is installed, the size of the shield may be limited by this structure.
본 실시예에서 상기 쉴드(160)를 이루는 외, 내부 쉴드(160a,160b)는 도 5에 도시된 바와 같이 0.5㎜내지 20㎜의 폭으로 통공(162)이 형성된 메쉬(mesh)상의 전도성 금속재 망체로 제작할 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 0.5㎜내지 20㎜의 폭으로 통공(162)이 천공된 전도성 금속재 타공판으로도 제작할 수 있으며, 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 이 통공(162)을 장공형태 즉, 폭은 좁은 대신 길이가 긴 슬릿(slit)형태로 일정간격으로 평행하게 측면과 상,하면에 모두 천공함으로써 전기적으로 중성인 라디칼이 쉴드(160)내부로 효과적으로 유입될 수 있도록 되어 있다.In addition to forming the shield 160 in the present embodiment, the inner shield (160a, 160b) is a mesh-shaped conductive metal mesh formed with a through hole 162 in a width of 0.5mm to 20mm as shown in FIG. It can also be made of a sieve, as shown in Figure 6 may be made of a conductive metal perforated plate perforated with a hole 162 in a width of 0.5mm to 20mm, preferably as shown in Figure 6 ), I.e., in the form of a long slit, instead of a narrow width, to perforate both sides, top and bottom in parallel at regular intervals so that the electrically neutral radicals can be efficiently introduced into the shield 160. It is.
상기 쉴드(160)의 통공(162)은 도면에 도시된 바와 같은 장공의 형태 외에도 원형, 타원형, 다각형 중의 선택된 어느 하나의 형태이거나 또는 쉴드(160)의 측면과 상,하면에 이들이 혼재된 복합 형태로도 제작할 수 있다.The through hole 162 of the shield 160 may be any one selected from a circle, an oval, and a polygon, in addition to the shape of the long hole as shown in the drawing, or a complex form in which the upper and lower surfaces of the shield 160 are mixed. Can also be produced.
본 발명에서 쉴드(160)가 외부와 내부의 이중구조로 형성된 이유는 고주파 전원(130)의 파워가 증가하거나 챔버(100)내부의 압력이 높은 등의 조건에서 외부 쉴드(160a)에서 할로우 방전이 발생하게 될 수 있으며, 이럴 경우, 이 할로우 방전에 의해 발생된 이온이 외부 쉴드(160a)의 내측으로 침입하여 피세정물인 반도체 장치의 표면을 타격하는 것을 내부 쉴드(160b)가 차단시킬 수 있도록 하기 위한 것이며, 또, 상기 외부 및 내부 쉴드(160a,160b)를 전기적으로 접지시켜 놓음으로써 이 쉴드(160)내부에 안치된 반도체 장치가 전원 차단 후에 전극에 쌓여 있는 전하 또는 할로우 방전에 의하여 쉴드(160)내부로 침입한 이온이 순간적인 전류흐름을 유발시켜 집적도가 높은 반도체 칩과 반도체 칩이 안착되어 있는 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하는 매우 인접된 리드선들이 서로 붙는 등의 결함발생 등 축전전하에 의한 손상을 방지함으로써 반도체 장치의 표면에 묻은 각종 오염물질 및 이물질 등을 보다 효율적으로 보다 균일하게 제거하면서도 반도체 장치에는 전혀 손상을 주지 않게 된다.In the present invention, the reason why the shield 160 is formed in a double structure of the outside and the inside is that the hollow discharge is not generated in the outer shield 160a under the condition that the power of the high frequency power supply 130 increases or the pressure inside the chamber 100 is high. In this case, the inner shield 160b can prevent the ions generated by the hollow discharge from penetrating into the outer shield 160a and hitting the surface of the semiconductor device to be cleaned. In addition, by electrically grounding the outer and inner shields 160a and 160b, the semiconductor device placed inside the shield 160 is shielded by charge or hollow discharge accumulated on the electrode after the power is cut off. Ions that enter inside cause instantaneous current flow, and very adjacent circuits that electrically connect the highly integrated semiconductor chip and the printed circuit board on which the semiconductor chip is seated. While the lines by preventing damage caused by such charge storage defect such as sticking to each other to remove the contamination and foreign objects adhering to the surface of the semiconductor device efficiently and more uniform than that of the semiconductor apparatus is not at all damaging.
또, 본 발명에서 상기 쉴드(160)의 일 측면에는 개폐가능한 개폐구(166)가 설치되어 있으며, 챔버(100)의 측면에도 개폐구(102)가 형성되어 있어, 반도체 장치를 세정하기 위해 챔버(100)내부의 쉴드(160)안으로 투입하거나 세정완료된 반도체 장치를 외부로 인출할 수 있도록 되어 있으며, 상기 챔버(100)의 개폐구(102)는 도면상으로는 도시되지 않았으나 기계적인 메카니즘에 의해 작동되는 유압 또는 공압실린더 등의 액추에이터에 의해 개폐작동이 연동되도록 제작한다.In addition, in the present invention, one side of the shield 160 is provided with an opening and closing opening and closing 166 is provided, the opening and closing opening 102 is also formed on the side of the chamber 100, the chamber 100 to clean the semiconductor device Into the inner shield 160 or to remove the cleaned semiconductor device to the outside, the opening and closing 102 of the chamber 100 is not shown in the drawing, but hydraulic or pneumatic operated by a mechanical mechanism It is manufactured to open and close operation by actuator such as cylinder.
본 실시예에서 상기 쉴드(160)에는 전기적으로 작동되는 히터(170)를 더 구비할 수 있는데, 이 히터(170)는 상기 쉴드(160)의 외벽에 부착되어 있어 내부에 투입된 반도체 장치의 표면에 부착된 각종 오염물질이나 이물질 등의 유기물이 라활성 라디칼에 의해 분해되는 화학반응을 촉진시키기 위하여 쉴드(160)를 적정한 온도로 가열시킨다.In the present embodiment, the shield 160 may further include an electrically operated heater 170, which is attached to an outer wall of the shield 160 to a surface of a semiconductor device introduced therein. The shield 160 is heated to an appropriate temperature in order to promote a chemical reaction in which organic substances such as various pollutants or foreign matters attached are decomposed by the active radicals.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 원거리 플라즈마 세정장치의 구조를 도시한 단면도로서, 본 실시예에서는 챔버(100)내의 중앙부분에 고주파전원(130)으로부터 고주파전압이 인가되는 제1전극(140)이 설치되고, 이 제 1전극(140)과 평행하도록 챔버(100)의 상, 하부에 각각 전기적으로 접지된 복수의 제2전극 (150a, 150b)이 설치되며, 상기 제1전극(140)과 복수의 제2전극(150a,150b)사이의 공간에는 각각 쉴드(160,160')가 설치되어 있다.4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a remote plasma cleaning apparatus according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, a first electrode (not shown) is applied with a high frequency voltage from a high frequency power source 130 to a central portion of the chamber 100. 140 is installed, and a plurality of second electrodes 150a and 150b electrically grounded on the upper and lower portions of the chamber 100 so as to be parallel to the first electrode 140 are installed, and the first electrode 140 is provided. ) And a plurality of shields 160 and 160 'are provided in the space between the plurality of second electrodes 150a and 150b.
본 실시예에서는 상기 쉴드(160,160')가 복층을 이루게 됨으로써 한 챔버 (100)내에서 한번에 각각의 쉴드(160,160')에 반도체 장치를 투입하여 챔버(100)의 중앙에 설치된 제1전극(140)의 상,하부에서 동시에 플라즈마에 의한 세정이 이루어질 수 있게 되는 것이며, 상기 제1전극(140)은 상,하부의 쉴드(160,160')에 대한 공통의 전원극으로 사용된다.In the present exemplary embodiment, the shields 160 and 160 'are formed in a plurality of layers so that semiconductor devices are introduced into the shields 160 and 160' at a time in one chamber 100 so that the first electrodes 140 are installed in the center of the chamber 100. The upper and lower portions of the upper and lower portions may be cleaned by the plasma at the same time, and the first electrode 140 is used as a common power electrode for the upper and lower shields 160 and 160 '.
본 실시예에서도 상기 각 쉴드(160,160')의 일측면과 챔버(100)의 측면에 개폐구(166,166')와 개폐구(102)가 형성되어 반도체 장치를 챔버 내부의 쉴드에 투입하거나 세정후 외부로 인출가능하도록 되어 있다.In this embodiment, the openings and openings 166 and 166 'and the openings and openings 102 are formed on one side of each shield 160 and 160' and the side of the chamber 100, so that the semiconductor device is put into the shield inside the chamber or taken out after cleaning. It is possible.
이하에서는 본 발명에 의한 원거리 플라즈마 세정장치를 사용하여 반도체 장치의 표면을 세정하는 과정과 방법에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a process and a method of cleaning the surface of a semiconductor device using a remote plasma cleaning apparatus according to the present invention will be described.
본 발명에 의한 원거리 플라즈마 세정장치를 사용하여 반도체 장치의 표면을 세정하기 위해서는 먼저, 챔버(100)내에 설치되고 외부의 고주파전원(130)에 접속된 제1전극(140)과 평행하게 설치된 제2전극(150)과 피처리물이 투입되는 쉴드(160)를 전기적으로 접지시키고 피처리물을 상기 쉴드(160)내부에 투입하는 단계(S1)와; 상기 챔버(100)내부를 1Torr이하의 진공상태가 되도록 낮추고 여기에 산소가스 등의 반응가스를 1~500sccm의 양으로 주입하는 단계(S2)와; 챔버(100)의 크기와 원하는 세정 정도에 따라 상기 제1전극(140)에 고주파전원 (130)으로부터 고주파전압(10~2000W의 파워를 갖는 1KHz~100MHz대의 주파수, 바람직하게는 13.56MHz)을 인가하여 제1전극(140)과 제2전극(150)사이에서 플라즈마가 발생되도록 하여 소정의 시간(1분 내지 1시간 정도)동안 플라즈마의 활성 라디칼만이 쉴드(160)의 통공(162)을 통해 유입되어 피처리물의 표면에 묻은 오염물질 및 이물질을 세정하는 단계(S3)와; 상기 세정단계후 제1전극(140)으로 인가되는 고주파전압을 차단하고 챔버(100)내부 압력을 상압으로 올리는 단계(S4)와; 라디칼에 의해 표면이 세정된 피처리물을 쉴드(160)와 챔버(100)외부로 인출하는 단계(S5);를 거쳐 반도체 장치 제조과정의 후처리공정인 세정공정을 실행하게 된다.In order to clean the surface of the semiconductor device using the remote plasma cleaning apparatus according to the present invention, first, a second electrode installed in the chamber 100 and installed in parallel with the first electrode 140 connected to an external high frequency power source 130. Electrically grounding the shield 160 into which the electrode 150 and the workpiece are to be injected and injecting the workpiece into the shield 160 (S1); Lowering the inside of the chamber 100 to a vacuum state of 1 Torr or less and injecting a reaction gas such as oxygen gas in an amount of 1 to 500 sccm therein (S2); According to the size of the chamber 100 and the desired degree of cleaning, a high frequency voltage (frequency of 1 KHz to 100 MHz, preferably 13.56 MHz) having a power of 10 to 2000 W is applied from the high frequency power supply 130 to the first electrode 140. The plasma is generated between the first electrode 140 and the second electrode 150 so that only active radicals of the plasma for a predetermined time (about 1 minute to 1 hour) are passed through the through hole 162 of the shield 160. Cleaning the contaminants and foreign substances introduced into the surface of the object to be treated (S3); Blocking the high frequency voltage applied to the first electrode 140 after the cleaning step and raising the internal pressure of the chamber 100 to normal pressure (S4); Taking out the to-be-processed object whose surface has been cleaned by the radicals to the outside of the shield 160 and the chamber 100 (S5); and performing a cleaning process that is a post-processing step of the semiconductor device manufacturing process.
한편, 본 발명의 세정방법에서 바람직하게는 상기 두번째 단계(S2)에서는 산소가스 등의 반응가스만을 주입할 수도 있으나, 반도체 장치 표면의 세정효율을 높일 수 있도록 아르곤 또는 헬륨가스를 혼합하여 주입시킬 수도 있으며, 상기 네번째 단계(S4)에서 챔버 내부의 압력을 상압으로 올린 후 챔버 내부의 반응가스를 배기시키기 위하여 압력을 낮춘 후 다시 상압으로 올리는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.On the other hand, in the cleaning method of the present invention preferably in the second step (S2) may be injected only the reaction gas, such as oxygen gas, may be injected by mixing the argon or helium gas to increase the cleaning efficiency of the surface of the semiconductor device. In the fourth step (S4), the pressure inside the chamber is raised to atmospheric pressure, and then the pressure is lowered to exhaust the reaction gas inside the chamber.
이상 설명한 바와 같이 본 발명은 종래의 직접 플라즈마 세정방식에 비해 라디칼에 의한 세정방식이므로 반도체 장치가 안착되는 위치 혹은 반도체 장치가 매거진에 삽입되는 위치에 관계없이 균질한 세정효과를 얻을 수 있으며, 이중 또는 삼중 구조로 이루어진 전기적으로 접지된 쉴드에 의해 이온의 침입을 차단시킬 수 있으므로 이온 포격에 의한 반도체 장치 표면의 손상을 방지할 수 있고, 또한 종래의 원거리 플라즈마 세정장치에 비해 축전전하 및 할로우 방전을 통해 침입하는 이온에 의해 반도체 장치가 손상되는 것을 방지하여 반도체 장치의 표면에 존재하는 각종 오염물질 및 이물질 등을 효율적으로 균질하면서도 안전하게 제거할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.As described above, since the present invention is a radical cleaning method compared to the conventional direct plasma cleaning method, a homogeneous cleaning effect can be obtained regardless of the position where the semiconductor device is seated or the position where the semiconductor device is inserted into a magazine. It can prevent the intrusion of ions by the electrically grounded shield consisting of a triple structure, thereby preventing damage to the surface of the semiconductor device by ion bombardment, and also through the electric charge and hollow discharge as compared to the conventional long distance plasma cleaner. The semiconductor device is prevented from being damaged by invading ions, and thus has a useful effect of efficiently and homogeneously and safely removing various contaminants and foreign substances present on the surface of the semiconductor device.
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