KR20110113066A - 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법 - Google Patents

반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법 Download PDF

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Abstract

플라즈마를 이용한 일정 공정을 수행하는 경우, 웨이퍼의 표면에 부착되는 불순물의 양을 최소화할 수 있는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 제공한다. 상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 웨이퍼 상에 생성된 플라즈마를 확산시키고 상기 웨이퍼를 탈착시킨다.

Description

반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법{Plasma Processing Method of semiconductor manufacturing apparatus}
본 발명은 플라즈마를 이용한 일정 공정을 수행하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 다수의 가공 공정에 의해 제조된다. 상기 다수의 가공 공정은 식각, 증착 및 세정 공정을 포함한다. 상기 증착 및 식각 공정은 플라즈마를 이용하여 수행될 수 있다. 특히, 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정은 습식 식각의 집적도 한계로 인하여 반도체 소자의 제조 공정에 주로 사용된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마를 이용한 증착 또는 식각 등의 일정 공정에 의해 웨이퍼의 표면에 부착되는 불순물의 양을 최소화할 수 있는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 앞서 언급한 과제로 한정되지 않는다. 여기서 언급되지 않은 또다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 웨이퍼를 공정 챔버의 내부에 안착시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼 상에 플라즈마를 생성하여 일정 공정을 수행한다. 상기 일정 공정의 종료 후, 공정 조건을 제어하여 상기 플라즈마를 확산시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함한다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 웨이퍼 상에 플라즈마 생성 영역을 제한한다. 이어서, 상기 플라즈마 생성 영역에 상기 플라즈마를 생성하여 상기 일정 공정을 수행한다. 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 플라즈마 생성 영역을 확장시켜 상기 플라즈마를 확산시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시켜 상기 플라즈마를 확산시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버로 유입되는 반응 가스의 유량을 감소시켜 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버의 배기량을 증가시켜 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 웨이퍼 상에 제 1 플라즈마를 생성하여 상기 일정 공정을 수행한다. 상기 일정 공정의 종료 후, 반응 가스를 변경하여 제 2 플라즈마를 생성한다. 이어서, 공정 조건을 제어하여 상기 제 2 플라즈마를 확산시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 제 2 플라즈마는 아르곤, 질소 및 산소 중 어느 하나를 반응 가스로 할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 웨이퍼를 상기 공정 챔버의 내부에 위치하며, 정전기력을 이용하는 정전척에 안착시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 웨이퍼를 공정 챔버의 내부에 위치하는 지지척에 안착시킨다. 이어서, 제한 어셈블리를 이용하여 상기 웨이퍼 상에 플라즈마 생성 영역을 제한한다. 이어서, 상기 플라즈마 생성 영역에 제 1 플라즈마를 생성하여 일정 공정을 수행한다. 상기 일정 공정의 종료 후, 반응 가스를 변경하여 상기 플라즈마 생성 영역에 제 2 플라즈마를 생성한다. 이어서, 상기 플라즈마 생성 영역을 확장시켜 상기 제 2 플라즈마를 확산시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함한다.
상기 공정 챔버는 상기 지지척에 대향되도록 위치하는 제 1 전극 및 상기 지지척의 내부에 위치하는 제 2 전극을 구비할 수 있다. 여기서 상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 제한 어셈블리를 이용하여 상기 제 1 전극과 지지척 사이를 상기 플라즈마 생성 영역으로 제한하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제한 어셈블리는 다수의 제한 링, 상기 다수의 제한 링이 부착되는 샤프트 및 상기 다수의 제한 링을 이동시키는 구동부를 구비할 수 있다. 여기서 상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 다수의 제한 링을 상기 제 1 전극의 측면과 상기 지지척의 측면 사이에 일정 간격으로 정렬시켜 상기 플라즈마 생성 영역을 제한하는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 다수의 제한 링을 상기 제 1 전극의 측면에 모이도록 이동시켜 상기 플라즈마 생성 영역을 확장시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 제 2 전극이 일정 바이어스 전력을 인가하는 것을 포함할 수 있다.
상기 지지척은 정전기력을 이용하는 정전척일 수 있다. 여기서 상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후 상기 정전기력을 위한 일정 전압을 차단하는 것을 포함할 수 있다.
상기 웨이퍼의 탈착은 리프트를 이용하여 상기 웨이퍼를 상기 지지척으로부터 이격시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 해결하고자 하는 또다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 웨이퍼를 공정 챔버의 내부에 위치하는 지지척에 안착시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼 상에 제 1 플라즈마를 생성하여 일정 공정을 수행한다. 상기 일정 공정의 종료 후, 반응 가스를 변경하여 상기 웨이퍼 상에 제 2 플라즈마를 생성한다. 이어서, 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시켜 상기 제 2 플라즈마를 확산시킨다. 이어서, 상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함한다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버의 유입량/배기량 비율을 증가시켜 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버로 유입되는 반응 가스의 유량을 감소시켜 상기 공정 챔버의 유입량/배기량 비율을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버의 배기량을 증가시켜 상기 공정 챔버의 유입량/배기량 비율을 증가시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 일정 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 플라즈마를 이용한 일정 공정의 종료 후, 상기 플라즈마를 확산시키고 웨이퍼를 탈착시킨다. 이에 따라 본 발명의 기술적 사상에 의한 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 일정 공정에 의해 웨이퍼의 표면에 부착되는 불순물의 양을 최소화할 수 있다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 설명한 순서도이다.
도 3a는 플라즈마를 이용한 일정 공정의 종료 후, 상기 플라즈마의 확산 없이 웨이퍼를 탈착한 경우의 웨이퍼 표면을 촬영한 사진이다.
도 3b는 플라즈마를 이용한 일정 공정의 종료 후, 상기 플라즈마를 확산시키고 웨이퍼를 탈착한 경우의 웨이퍼 표면을 촬영한 사진이다.
도 4a는 플라즈마 확산 공정의 유무에 따른 웨이퍼 표면에 부착된 불순물의 평균량을 나타낸 그래프이다.
도 4b는 플라즈마 확산 공정의 유무에 따른 웨이퍼 평균 수율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법은 적용한 반도체 제조 장치를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 이에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 실시 예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해될 것이다. 여기서, 본 발명의 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이므로, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 의미하며, 도면들에 있어서 층 또는 영역의 길이와 두께는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 덧붙여, 제 1 구성 요소가 제 2 구성 요소 "상"에 있다고 기재되는 경우, 상기 제 1 구성 요소가 상기 제 2 구성 요소와 직접 접촉하는 상 측에 위치하는 것뿐만 아니라. 상기 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소 사이에 제 3 구성 요소가 위치하는 경우도 포함한다.
여기서, 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소를 설명하기 위한 것으로, 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 다만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서는 제 1 구성 요소와 제 2 구성 요소는 당업자의 편의에 따라 임의로 명명될 수 있다.
본 발명의 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 단수로 표현된 구성 요소는 문맥상 명백하게 단수만을 의미하지 않는다면 복수의 구성 요소를 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
덧붙여, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
(제 1 실시 예)
도 1a 및 1b는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치를 나타낸 단면도이다. 보다 구체적으로는 도 1a는 플라즈마를 이용한 일정 공정이 수행되는 경우, 상기 반도체 제조 장치를 나타낸 단면도이다. 또한 도 1b는 상기 일정 공정이 종료된 후, 상기 반도체 제조 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1a 및 1b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치(100)는 공정 챔버(110), 반응 가스 공급부(140) 및 배기 펌프(150)를 포함한다. 여기서, 상기 반응 가스 공급부(140)는 공급 배관(141)을 통해 상기 공정 챔버(110)의 반응 가스 분사부(114)와 연결된다. 또한, 상기 배기 펌프(150)는 상기 공정 챔버(110)의 배기단(115)와 연결된다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치(100)는 상기 배기단(115)과 배기 펌프(150) 사이에 위치하는 배기량 제어부(151)을 더 포함할 수 있다. 상기 배기량 제어부(151)는 상기 공정 챔버(110)의 내부 압력을 일정 범위 내로 유지시킨다.
상기 공정 챔버(110)는 플라즈마를 이용한 일정 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 상기 공정 챔버(110)는 웨이퍼(W)를 안착시키기 위한 지지척(120) 및 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 전극(132)과 제 2 전극(137)을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 전극(132)는 상기 지지척(120)에 대향되도록 위치할 수 있다. 또한, 상기 제 2 전극(137)은 상기 지지척(120)의 내부에 위치할 수 있다.
상기 공정 챔버(110)는 상기 지지척(120)이 위치하며, 배기단(115)을 포함하는 본체(111) 및 상기 본체(111)와 결합하며, 상기 반응 가스 분사구(114)를 포함하는 덮개(112)로 구성될 수 있다. 여기서, 상기 제 1 전극(132)는 상기 덮개(112)에 위치할 수 있다.
상기 지지척(120)은 상기 일정 공정이 수행되는 동안 상기 웨이퍼(W)를 안착시킨다. 상기 지지척(120)은 고온의 플라즈마와 접촉하는 상기 웨이퍼(W)를 냉각시킬 수 있다. 이를 위해 상기 지지척(120)은 헬륨 가스를 상기 웨이퍼(W)와 지지척(120) 사이에 분사시킬 수 있다. 이 경우, 상기 지지척(120)은 상기 헬륨 가스를 제공하는 헬륨 가스 공급부(122)와 연결된다.
상기 지지척(120)은 상기 헬륨 가스에 의해 상기 웨이퍼(W)가 상기 지지척(120)으로부터 이격되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해 상기 지지척(120)은 정전기력을 이용하여 상기 웨이퍼(W)를 안착시키는 정전척일 수 있다. 이 경우, 상기 지지척(120)은 정전기력을 위한 고전압 공급부(121)에 연결된다.
상기 고전압 공급부(121)는 상기 웨이퍼(W)의 안정적인 안착을 위하여 대략 400V의 전압을 제공할 수 있다. 상기 지지척(120)은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 웨이퍼(W)의 탈착(de-chucking)을 위해 상기 정전기력을 제거할 수 있다. 이를 위해 상기 고전압 공급부(121)은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 지지척(120)으로 제공되는 전압을 차단시킬 수 있다.
상기 제 1 전극(132) 및 제 2 전극(137)은 플라즈마 생성을 위한 일정 전압을 공급한다. 이를 위해 상기 제 1 전극(132) 및 제 2 전극(137)은 각각 제 1 전압원(133) 및 제 2 전압원(138)과 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 제 1 전극(132) 및 제 2 전극(137) 중 어느 하나는 접지(ground) 또는 기준 전압원(reference voltage source)과 연결될 수 있다. 상기 제 1 전압원(133) 및 제 2 전압원(138)으로부터 공급되는 전압은 고주파 전압(radio frequency power)일 수 있다.
상기 공정 챔버(110)는 상기 플라즈마가 생성되는 플라즈마 생성 영역(P)을 정의하기 위한 제한 어셈블리(confinement assembly; 160)를 더 포함한다. 상기 제한 어셈블리(160)는 다수의 제한 링(confinement ring; 161), 상기 다수의 제한 링(161)이 부착되는 샤프트(shaft; 162) 및 상기 다수의 제한 링(161)을 이동시키는 구동부(164)를 포함할 수 있다.
상기 다수의 제한 링(161)은 상기 구동부(164)에 의해 이동되어 상기 플라즈마 생성 영역(P)을 제한한다. 여기서, 상기 플라즈마 생성 영역(P)은 상기 지지척(120)과 제 1 전극(132) 사이로 제한될 수 있다. 이를 위해 상기 다수의 제한 링(161)은 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 전극(132)의 측면과 상기 지지척(120)의 측면 사이에 일정 간격으로 정렬될 수 있다.
상기 다수의 제한 링(161)은 통과하는 플라즈마 상태의 공정 가스 입자들을 중성화시켜 상기 플라즈마 생성 영역(P)을 제한한다. 상기 다수의 제한 링(161)은 실리카 또는 석영과 같은 유전체로 구성될 수 있다. 상기 플라즈마 생성 영역(P)의 제한 원리는 미국 특허 5,534,751호 및 미국 특허 6,527,911호에 구체적으로 설명되어 있으므로, 여기서는 구체적인 설명을 생략한다.
상기 샤프트(162)는 상기 다수의 제한 링(161)을 지지하며, 상기 다수의 제한 링(161)이 이동하는 경로를 제공한다. 상기 샤프트(162)는 가벼우면서 나일론 등과 같은 낮은 미립자 발생물질로 구성될 수 있다. 상기 샤프트(162)는 상기 구동부(164)에 의해 상기 다수의 제한 링(161)과 함께 이동될 수 있다.
상기 구동부(164)는 상기 일정 공정의 진행에 따라 상기 다수의 제한 링(161)을 이동시킨다. 보다 구체적으로는 상기 구동부(164)는 상기 일정 공정이 수행되는 동안에는 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 제한 링(161)을 일정 간격으로 정렬시킨다. 이에 따라 상기 일정 공정이 수행되는 동안에는 상기 플라즈마 생성 영역(P)이 제한된다. 다음으로 상기 구동부(164)는 상기 일정 공정의 종료 후에는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 제한 링(161)을 상기 제 1 전극(132)의 측면에 모이도록 이동시킨다. 이에 따라 상기 일정 공정의 종료 후에는 상기 플라즈마 생성 영역(P)이 상기 일정 공정의 수행 시보다 상대적으로 확장된다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치(100)는 상기 웨이퍼(W)를 보다 안정적으로 안착 및 탈착시킬 수 있도록 리프트(123)을 더 포함할 수 있다. 상기 리프트(123)은 상기 지지척(120)을 관통하는 리프트 핀(124)을 이용하여 상기 웨이퍼(W)의 배면을 지지한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 도 1a, 1b 및 2를 참조하여 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 설명한다. 먼저, 공정 챔버(110)의 내부에 위치하는 지지척(120)에 웨이퍼(W)를 안착시킨다(S11). 여기서, 상기 지지척(120)은 고전압 공급부(121)와 연결되며, 정전기력을 이용하는 정전척일 수 있다. 상기 웨이퍼(W)의 안착 공정은 리프트(123)의 리프트 핀(124)를 이용하여 보다 안정적으로 수행될 수 있다.
다음으로, 제한 어셈블리(160)을 이용하여 플라즈마 생성 영역(P)을 제한한다(S12). 보다 구체적으로는 도 1a에 도시된 바와 같이, 다수의 제한 링(161)을 제 1 전극(132)의 측면과 상기 지지척(120)의 측면 사이에 일정 간격으로 정렬시킨다. 이에 따라 상기 플라즈마 생성 영역(P)은 상기 제 1 전극(132)와 지지척(120) 사이로 제한된다.
이어서, 상기 플라즈마 생성 영역(P)에 반응 가스를 분사하고, 상기 제 1 전극(132)과 제 2 전극(137) 사이에 일정 전압을 제공한다. 이에 따라 상기 플라즈마 생성 영역(P)에 제 1 플라즈마가 생성된다(S13). 여기서, 상기 제 1 전극(132) 및 제 2 전극(137)에 고주파 전압(radio frequency power)을 인가할 수 있다. 또한, 상기 제 1 전극(132) 및 제 2 전극(137) 중 어느 하나를 접지(ground) 또는 기준 전압원에 연결시킬 수 있다. 이 경우, 나머지 하나의 전극에 상기 제 1 플라즈마 생성을 위한 전압이 인가된다.
계속해서, 상기 플라즈마 생성 영역(P)에 생성된 제 1 플라즈마를 이용하여 일정 공정을 수행한다(S14). 여기서, 상기 일정 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정일 수 있다.
다음으로, 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버(110)에 공급되는 반응 가스를 변경하여 상기 플라즈마 생성 영역(P)에 제 2 플라즈마를 생성한다(S15). 상기 제 2 플라즈마는 상기 일정 공정에 의해 상기 웨이퍼(W) 및 공정 챔버(110)의 내부에 잔류하는 전하를 중화 및 방전시킨다. 따라서, 상기 제 2 플라즈마는 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 산소(O2) 중 어느 하나를 반응 가스로 할 수 있다. 여기서, 상기 지지척(120)의 내부에 위치하는 상기 제 2 전극(137)에 일정 바이어스 전력을 인가할 수 있다. 상기 제 2 전극(137)에 인가되는 일정 바이어스 전력은 상기 웨이퍼(W)의 방전을 보다 용이하게 수행시킨다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 일정 공정의 종료 후, 반응 가스를 변경하여 제 2 플라즈마를 생성하고 있다. 그러나, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 제 2 플라즈마의 생성 없이 수행될 수도 있다.
또한, 상기 지지척(120)이 정전기력을 이용한 정전척인 경우, 상기 일정 공정의 종료 후 상기 지지척(120)은 상기 정전기력을 제거한다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 고전압 공급부(121)는 상기 지지척(120)에 제공되는 고전압을 차단시켜 상기 정전기력을 제거한다. 이에 따라 상기 정전척인 지지척(120)에 안착된 상기 웨이퍼(W)의 탈착이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
이어서, 상기 다수의 제한 링(161)의 이동을 통해 상기 플라즈마 생성 영역(P)이 확장시켜, 상기 제 2 플라즈마를 확산(diffusion)시킨다(S16). 즉, 보다 구체적으로는 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 다수의 제한 링(161)을 상기 제 1 전극(132)의 측면에 모이도록 이동시켜 상기 플라즈마 생성 영역(P)을 확장시킨다. 여기서, 상기 구동부(164)는 상기 다수의 제한 링(161)을 수축시킬 수 있다. 상기 다수의 제한 링(161)의 수축은 상기 제 2 플라즈마의 확산을 보다 용이하게 할 수 있다.
또한, 상기 제한 어셈블리(160)의 샤프트(162)는 상기 다수의 제한 링(161)과 함께 상기 제 1 전극(132)의 측면에 모이도록 이동될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 제한 어셈블리(160)의 구동부(164)에 의해 상기 다수의 제한 링(161)을 상기 지지척(120)의 측면에 모이도록 이동시킬 수도 있다.
계속해서, 상기 웨이퍼(W)를 탈착시킨다(S17). 상기 웨이퍼(W)의 탈착은 상기 리프트(123)의 리프트 핀(124)를 이용하여 상기 웨이퍼(W)를 상기 지지척(120)으로부터 이격시키는 것을 포함할 수 있다.
통상적으로, 플라즈마를 이용한 일정 공정을 수행하는 경우, 상기 공정 챔버(110)의 내부에서 불순물이 발생하게 된다. 상기 불순물은 상기 플라즈마에 의해 음의 전하로 대전된다. 상기 대전된 불순물은 상기 플라즈마의 높은 에너지 장벽에 의해 상기 플라즈마의 내부에 갇히게 된다. 따라서, 상기 대전된 불순물은 미반응 가스와 함께 배기단으로 빠져나가지 못하게 된다. 상기 플라즈마의 내부에 갇힌 상기 대전된 불순물은 상기 웨이퍼(W)가 탈착되는 과정에서 상기 웨이퍼(W)의 표면에 부착된다.
본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 웨이퍼(W)를 탈착시키기 전에 상기 플라즈마를 확산시킨다. 상기 플라즈마의 확산은 상기 플라즈마의 에너지 장벽을 낮추게 된다. 또한, 상기 플라즈마의 확산에 따라 상기 플라즈마의 내부에 갇힌 상기 대전된 불순물을 확산시킨다. 따라서 웨이퍼(W)가 탈착되는 과정에서 상기 웨이퍼(W)의 표면에 부착되는 불순물의 양을 최소화할 수 있다.
도 3a 및 3b는 플라즈마를 이용한 일정 공정의 종료 후, 탈착된 웨이퍼 표면을 촬영한 사진이다. 보다 구체적으로는 도 3a는 상기 일정 공정의 종료 후, 플라즈마의 확산 없이 탈착시킨 경우의 웨이퍼 표면을 촬영한 사진이다. 또한 도 3b는 상기 일정 공정의 종료 후, 플라즈마를 확산시키고 탈착한 경우의 웨이퍼 표면을 촬영한 사진이다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 상기 일정 공정의 종료 후, 플라즈마를 확산시키고 탈착한 경우가 상기 플라즈마의 확산 없이 탈착시킨 경우보다 상대적으로 적은 양의 불순물이 부착됨을 알 수 있다.
도 4a는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치부터 배출되는 웨이퍼의 표면에 부착되는 불순물의 평균량을 5일 단위 나타낸 그래프이다. 보다 구체적으로는 도 4a는 플라즈마 확산 공정을 수행하지 않은 경우(A)와 수행한 경우(B), 웨이퍼 표면에 부착되는 불순물의 평균량을 나타낸 그래프이다. 상기 반도체 제조 장치는 각 일마다 다수 회의 플라즈마 처리 공정이 수행될 수 있다. 여기서, 상기 불순물의 평균량은 플라즈마 처리 공정 1회당 상기 웨이퍼 표면에 부착되는 평균적인 불순물의 양을 의미하는 것이다.
도 4a를 참조하면, 상기 일정 공정의 종료 후 플라즈마를 확산시키지 않고 웨이퍼를 탈착시킨 경우(A), 상대적으로 많은 양의 불순물이 표면에 부착되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 플라즈마를 확산시킨 후 상기 웨이퍼를 탈착시킴으로써, 상기 웨이퍼의 표면에 부착되는 불순물의 평균적인 양을 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 4b는 플라즈마를 이용한 반도체 제조 장치부터 배출되는 웨이퍼의 평균 수율 변화를 그래프이다. 보다 구체적으로는 도 4b는 플라즈마 확산 공정을 수행하지 않은 경우(C)와 수행한 경우(D), 웨이퍼 수율의 변화를 5일 단위 나타낸 그래프이다. 상기 반도체 제조 장치는 각 일마다 다수 회의 플라즈마 처리 공정이 수행될 수 있다. 여기서, 상기 웨이퍼 수율은 각 기일에서 플라즈마 처리 공정 1회당 평균적인 웨이퍼 수율을 의미하는 것이다.
도 4b를 참조하면, 상기 일정 공정의 종료 후, 플라즈마를 확산시키지 않고 웨이퍼를 탈착시키는 경우(C), 상대적으로 낮은 웨이퍼 수율을 가지는 것을 알 수 있다. 또한, 플라즈마를 확산시키는 경우의 평균적인 웨이퍼 수율(D')은 상기 플라즈마를 확산시키지 않는 경우(C')보다 상대적으로 높은 것을 알 수 있다. 즉, 상기 플라즈마를 확산시킨 후, 상기 웨이퍼를 탈착시킴으로써, 평균적인 웨이퍼 수율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 도 3a, 3b, 4a 및 4b를 참조하면, 플라즈마를 이용하여 일정 공정의 종료 후, 상기 플라즈마를 확산시키고 웨이퍼를 탈착시킴으로써, 상기 웨이퍼 표면에 부착되는 불순물의 양을 최소화하며, 평균 수율을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
결과적으로 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 웨이퍼 상에 플라즈마 생성 영역을 제한하고, 플라즈마를 이용한 일정 공정의 종료 후, 상기 플라즈마 생성 영역을 확장시켜 상기 플라즈마를 확산시킨다. 이에 따라 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 상기 웨이퍼의 표면에 부착되는 불순물의 양을 최소화시킨다. 또한, 평균적인 웨이퍼 수율을 향상시킨다.
(제 2 실시 예)
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치의 단면도를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치(200)는 공정 챔버(210), 반응 가스 공급부(240), 배기 펌프(250), 유량 제어부(242) 및 배기량 제어부(251)을 포함한다.
여기서, 상기 반응 가스 공급부(240)는 상기 공정 챔버(210)의 반응 가스 분사부(214)와 연결된다. 상기 배기 펌프(250)는 상기 공정 챔버(210)의 배기단(215)와 연결된다.
상기 공정 챔버(210)는 플라즈마를 이용한 일정 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 상기 공정 챔버(210)는 웨이퍼(W)를 안착시키기 위한 지지척(220) 및 플라즈마를 생성하기 위한 제 3 전극(232)과 제 4 전극(237)을 포함한다. 여기서, 상기 제 3 전극(232)는 상기 지지척(220)에 대향되도록 위치할 수 있다. 또한, 상기 제 4 전극(237)은 상기 지지척(220)의 내부에 위치할 수 있다.
상기 지지척(220)은 상기 일정 공정이 수행되는 동안 상기 웨이퍼(W)를 안착시킨다. 상기 지지척(220)은 고온의 플라즈마와 접촉하는 상기 웨이퍼(W)를 냉각시킬 수 있다. 이를 위해 상기 지지척(220)은 헬륨 가스를 상기 웨이퍼(W)와 지지척(220) 사이에 분사시킬 수 있다. 이 경우, 상기 지지척(220)은 상기 헬륨 가스를 제공하는 헬륨 가스 공급부(222)와 연결된다.
상기 지지척(220)은 상기 헬륨 가스에 의해 상기 웨이퍼(W)가 상기 지지척(220)으로부터 이격되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해 상기 지지척(220)은 정전기력을 이용하여 상기 웨이퍼(W)를 안착시키는 정전척일 수 있다. 이 경우, 상기 지지척(220)은 정전기력을 위한 고전압 공급부(221)에 연결된다.
상기 고전압 공급부(221)는 상기 웨이퍼(W)의 안정적인 안착을 위하여 대략 400V의 전압을 제공할 수 있다. 상기 지지척(220)은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 웨이퍼(W)의 탈착(de-chucking)을 위해 상기 정전기력을 제거할 수 있다. 이를 위해 상기 고전압 공급부(221)은 상기 일정 공정의 종료 후, 상기 지지척(220)으로 제공되는 전압을 차단시킬 수 있다.
상기 제 3 전극(232) 및 제 4 전극(237)은 플라즈마 생성을 위한 일정 전압을 공급한다. 이를 위해 상기 제 3 전극(232) 및 제 4 전극(237)은 각각 제 3 전압원(233) 및 제 4 전압원(238)과 연결될 수 있다. 이와 달리, 상기 제 3 전극(232) 및 제 4 전극(237) 중 어느 하나는 접지(ground) 또는 기준 전압원과 연결될 수 있다. 상기 제 3 전압원(233) 및 제 4 전압원(238)으로부터 공급되는 전압은 고주파 전압(radio frequency power)일 수 있다.
상기 유량 제어부(242)는 상기 공정 챔버(210)로 유입되는 반응 가스의 유량을 제어한다. 이를 위해 상기 유량 제어부(242)는 상기 반응 가스 공급부(140)와 공정 챔버(210)를 연결하는 상기 공급 배관(242)에 위치한다.
상기 배기량 제어부(251)는 상기 공정 챔버(210)로부터 배출되는 배기량을 제어한다. 이를 위해 상기 배기량 제어부(251)는 상기 공정 챔버(210)와 배기 펌프(250) 사이에 위치한다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 플라즈마 처리 방법을 적용한 반도체 제조 장치(200)는 상기 웨이퍼(W)를 보다 안정적으로 안착 및 탈착시킬 수 있도록 리프트(223)을 더 포함할 수 있다. 상기 리프트(223)은 상기 지지척(220)을 관통하는 리프트 핀(224)을 이용하여 상기 웨이퍼(W)의 배면을 지지한다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는 도 5 및 6을 참조하여 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법을 설명한다. 먼저, 공정 챔버(210)의 내부에 위치하는 지지척(220)에 웨이퍼(W)를 안착시킨다(S21). 여기서, 상기 지지척(220)은 고전압 공급부(221)와 연결되며, 정전기력을 이용하는 정전척일 수 있다. 상기 웨이퍼(W)의 안착 공정은 리프트(223)의 리프트 핀(224)를 이용하여 보다 안정적으로 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 공정 챔버(210)의 내부에 반응 가스를 분사하고, 상기 제 3 전극(232)과 제 4 전극(237) 사이에 일정 전압을 제공한다. 이에 따라 상기 공정 챔버(2100의 내부에 제 3 플라즈마가 생성된다(S22). 상기 제 3 전극(232) 및 제 4 전극(237)에 고주파 전압(radio frequency power)을 인가할 수 있다. 또한, 상기 제 3 전극(232) 및 제 4 전극(237) 중 어느 하나를 접지(ground) 또는 기준 전압원에 연결시킬 수 있다. 이 경우, 나머지 하나의 전극에 상기 제 3 플라즈마 생성을 위한 전압이 인가된다.
여기서, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 플라즈마 생성 영역(P)을 제한하지 않았으므로, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 지지척(220), 제 3 전극(232) 및 상기 공정 챔버(210)의 내측벽에 의해 플라즈마 생성 영역(P)이 정의된다.
이어서, 상기 제 3 플라즈마를 이용하여 일정 공정을 수행한다(S23). 여기서, 상기 일정 공정은 플라즈마를 이용한 건식 식각 공정일 수 있다.
다음으로, 상기 일정 공정의 종료 후, 공정 조건을 제어하여(S24) 상기 제 3 플라즈마를 확산시킨다(S25). 보다 구체적으로는 상기 공정 조건을 제어하여 상기 공정 챔버(210)의 내부 압력을 감소시켜(S24a) 상기 제 3 플라즈마를 확산시킨다(S25).
상기 공정 챔버(210)의 내부 압력 감소(S24a)는 상기 공정 챔버(210)의 유입량/배기량 비율을 증가에 의해 이루어질 수 있다. 상기 공정 챔버(210)의 유입량/배기량 비율의 증가는 상기 공정 챔버(210)으로 유입되는 반응 가스의 유량을 감소시켜(S24b) 수행될 수 있다. 여기서 상기 반응 가스의 유량은 상기 공급 배관(241)에 위치하는 유량 제어부(242)에 의해 제어된다.
또한 상기 공정 챔버(210)의 유입량/배기량 비율의 증가는 상기 공정 챔버(210)의 배기량을 증가시켜(S24c) 수행될 수도 있다. 여기서 상기 공정 챔버(210)의 배기량은 상기 공정 챔버(210)의 배기단(215)와 배기 펌프(250) 사이에 위치하는 배기량 제어부(251)에 의해 제어된다.
일반적으로 일정 속도의 전자를 가지는 플라즈마의 완화 거리(relaxation length)는 하기의 수식 (1)에 의해 결정된다.
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 전자 에너지 완화 거리(electron energy relaxation length)이고, v는 전자 속도이고,
Figure pat00003
는 운동량 전달 충돌 주파수(momentum transfer collision frequency)이며,
Figure pat00004
는 비탄성 충돌 주파수(inelastic collision frequency)이다.
상기 공정 챔버(210)의 내부 압력을 저하시키면 상기 플라즈마의 운동량 전달 충돌 주파수 및 비탄성 충돌 주파수는 감소된다. 상기 플라즈마의 운동량 전달 충돌 주파수 및 비탄성 충돌 주파수가 감소하면 상기 플라즈마의 전자 에너지 완화 거리는 증가된다. 따라서, 상기 공정 챔버(210)의 내부 압력을 감소시키면 상기 플라즈마의 전자 에너지 완화 거리(electron energy relaxtion length)가 증가하여 상기 플라즈마가 확산된다.
본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 일정 공정의 종료 후, 상기 일정 공정을 위해 생성된 제 3 플라즈마를 확산시키는 것으로 설명하고 있다. 그러나, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법과 동일하게, 상기 일정 공정의 종료 후, 반응 가스를 변경하여 제 4 플라즈마를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 제 4 플라즈마는 상기 웨이퍼(W) 상에 잔류하는 전하를 방전하기 위한 것이다. 상기 제 4 플라즈마는 아르곤(Ar), 질소(N2) 및 산소(O2) 중 어느 하나를 반응 가스로 할 수 있다.
또한, 상기 지지척(220)이 정전기력을 이용한 정전척인 경우, 상기 일정 공정의 종료 후 상기 지지척(220)은 상기 정전기력을 제거한다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 고전압 공급부(221)는 상기 지지척(220)에 제공되는 고전압을 차단시켜 상기 정전기력을 제거한다. 이에 따라 상기 정전척인 지지척(220)에 안착된 상기 웨이퍼(W)의 탈착이 보다 용이하게 수행될 수 있다.
이어서, 상기 웨이퍼(W)를 탈착시킨다(S26). 상기 웨이퍼(W)의 탈착은 상기 리프트(223)의 리프트 핀(224)를 이용하여 상기 웨이퍼(W)를 상기 지지척(220)으로부터 이격시키는 것을 포함할 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법은 플라즈마를 이용한 일정 공정의 종료 후, 공정 챔버의 내부 압력을 감소시켜 상기 플라즈마를 확산시킴으로써, 상기 웨이퍼의 표면에 부착되는 불순물의 양을 최소화시킨다.
110, 210 : 공정 챔버
120, 220 : 지지척
132, 232 : 제 1 전극
137, 237 : 제 2 전극
140. 240 : 반응 가스 공급원
243 : 유량 제어부
150, 250 : 진공 펌프
151, 251 : 배기량 제어부
160 : 제한 어셈블리

Claims (10)

  1. 웨이퍼를 공정 챔버의 내부에 안착시키고,
    상기 웨이퍼 상에 플라즈마를 생성하여 일정 공정을 수행하고,
    상기 일정 공정의 종료 후, 공정 조건을 제어하여 상기 플라즈마를 확산시키고,
    상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상에 플라즈마 생성 영역을 제한하고,
    상기 플라즈마 생성 영역에 상기 플라즈마를 생성하여 상기 일정 공정을 수행하고,
    상기 일정 공정의 종료 후, 상기 플라즈마 생성 영역을 확장시켜 상기 플라즈마를 확산시키고,
    상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시켜 상기 플라즈마를 확산시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버로 유입되는 반응 가스의 유량을 감소시켜 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 일정 공정의 종료 후, 상기 공정 챔버의 배기량을 증가시켜 상기 공정 챔버의 내부 압력을 감소시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼 상에 제 1 플라즈마를 생성하여 상기 일정 공정을 수행하고,
    상기 일정 공정의 종료 후, 반응 가스를 변경하여 제 2 플라즈마를 생성하고,
    공정 조건을 제어하여 상기 제 2 플라즈마를 확산시키고,
    상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 플라즈마는 아르곤, 질소 및 산소 중 어느 하나를 반응 가스로 하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 상기 공정 챔버의 내부에 위치하며, 정전기력을 이용하는 정전척에 안착시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  9. 웨이퍼를 공정 챔버의 내부에 위치하는 지지척에 안착시키고,
    제한 어셈블리를 이용하여 상기 웨이퍼 상에 플라즈마 생성 영역을 제한하고,
    상기 플라즈마 생성 영역에 제 1 플라즈마를 생성하여 일정 공정을 수행하고,
    상기 일정 공정의 종료 후, 반응 가스를 변경하여 상기 플라즈마 생성 영역에 제 2 플라즈마를 생성하고,
    상기 플라즈마 생성 영역을 확장시켜 상기 제 2 플라즈마를 확산시키고,
    상기 웨이퍼를 탈착시키는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 상기 지지척에 대향되도록 위치하는 제 1 전극 및 상기 지지척의 내부에 위치하는 제 2 전극을 구비하며,
    상기 제한 어셈블리를 이용하여 상기 제 1 전극과 지지척 사이를 상기 플라즈마 생성 영역으로 제한하는 것을 포함하는 반도체 제조 장치의 플라즈마 처리 방법.
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