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KR101527374B1 - Remote radical cleaning and dry cleaning apparatus and method of using it - Google Patents

Remote radical cleaning and dry cleaning apparatus and method of using it Download PDF

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Publication number
KR101527374B1
KR101527374B1 KR1020130151523A KR20130151523A KR101527374B1 KR 101527374 B1 KR101527374 B1 KR 101527374B1 KR 1020130151523 A KR1020130151523 A KR 1020130151523A KR 20130151523 A KR20130151523 A KR 20130151523A KR 101527374 B1 KR101527374 B1 KR 101527374B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tandem
ions
power
process chamber
plasma source
Prior art date
Application number
KR1020130151523A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
홍진
최종용
김철식
Original Assignee
주식회사 테라텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 주식회사 테라텍 filed Critical 주식회사 테라텍
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Abstract

Disclosed are a remote radical cleaning and a dry cleaning apparatus and a method of using the same. The present invention uses a tandem type source as remote plasma where transformer coupling plasma (TCP) using a ferrite core and an inductive coupling plasma (ICP) source are connected in series. + DC power is applied to a path which connects the remote plasma and a chamber, so ion energy is controlled by controlling the amount of ions passing through with a radical and applying - DC power to a wafer chuck as a pulse, to transmit energy to the bottom of a deep contact hole without the loss of a critical value due to the collision of ions, and increase reactivity. The present invention can effectively remove polymer residues, a natural oxidation layer, and a silicon damage layer, and can perform in-situ passivation on a Si surface without an additional thermal process.

Description

원격 라디칼 드라이 클리닝 장치 및 이를 이용한 클리닝 방법{Remote radical cleaning and dry cleaning apparatus and method of using it}Technical Field [0001] The present invention relates to a remote radical dry cleaning apparatus and a cleaning method using the same,

본 발명은 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치 및 이를 이용한 클리닝 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 식각 후 컨택홀 바닥에 잔류하는 폴리머, 자연산화막, 손상된 실리콘 막을 제거하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치 및 이를 이용한 클리닝 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a remote radical dry cleaning apparatus and a cleaning method using the remote radical dry cleaning apparatus, and more particularly, to a remote radical dry cleaning apparatus for removing a polymer, a natural oxide film, a damaged silicon film remaining on the bottom of a contact hole after semiconductor etching, .

일반적으로 반도체 메모리 제조 공정시 배선을 형성하는 공정은 콘택홀을 형성한 후 콘택홀에 폴리 실리콘을 채워 배선을 형성한다.Generally, in a process of forming wiring in a semiconductor memory fabrication process, a contact hole is formed and then polysilicon is filled in the contact hole to form a wiring.

즉, 반도체 기판에 콘택홀을 형성한다. 이어, 기판을 애싱 처리한 후 습식 세정한다. That is, a contact hole is formed in the semiconductor substrate. Subsequently, the substrate is subjected to ashing and then wet-cleaned.

습식 세정이 완료되면, 콘택 저항을 최소화하기 위하여 콘택홀을 통해 노출된 박막을 라이트 에치한다. Once the wet cleaning is complete, the exposed thin film is etched through the contact hole to minimize contact resistance.

이어, 기판을 전 세정(pre clean) 처리하여 콘택홀에 형성된 자연 산화막을 제거한 후, 폴리 실리콘을 콘택홀에 채워 배선을 형성한다.Next, the substrate is pre-cleaned to remove the native oxide film formed in the contact hole, and then the polysilicon is filled in the contact hole to form a wiring.

반도체 소자의 미세화가 진행됨에 따라 컨택홀의 aspect ratio는 커지게 되고 결국 습식 세정으로는 컨택홀 식각 후 바닥에 남아 있는 폴리머성 잔류물, 자연산화막, 실리콘 데미지 레이어의 제거가 불가능하다. As the semiconductor device is miniaturized, the aspect ratio of the contact hole is increased. As a result, wet cleaning can not remove the polymer residues, natural oxide film, and silicon damage layer remaining on the bottom after the contact hole etching.

이에 식각 후 컨택홀 바닥에 남아 있는 자연산화막을 제거할 목적으로 고온에서 증기(vapor)나 원격 플라즈마(remote plasma)를 이용하는 장비가 사용되고 있으나 컨택의 임계치수(Critical Dimension:CD)가 커지는 문제가 있거나 플라즈마 분해 효율의 부족으로 입자(particle)가 생성되는 문제가 있었다.In order to remove the natural oxide film remaining on the bottom of the contact hole after etching, equipment using vapor or remote plasma at high temperature is used, but the critical dimension (CD) of the contact is increased There is a problem that particles are generated due to a lack of plasma decomposition efficiency.

또한 두 방식 모두 aspect ratio가 큰 딥(deep) 컨택에서는 컨택홀 바닥에서의 반응성 부족으로 효과가 떨어지는 문제점이 있었다.
Also, in both methods, a deep contact with a large aspect ratio has a problem in that it is ineffective due to lack of reactivity at the bottom of the contact hole.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 페라이트 코어(Ferrite Core)를 이용한 변압기 결합 플라즈마(TCP)와 유도 결합 플라즈마 소스(ICP Source)를 직렬로 연결한 텐덤형 소스를 원격 플라즈마로 사용하여 가스 분해 효율을 높여 입자 형성 문제를 해결하고, 반도체 식각 후 컨택홀 바닥에 잔류하는 폴리머, 자연산화막, 손상된 실리콘 막을 제거하도록 한 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to overcome the problems of the prior art described above, and it is an object of the present invention to provide a tandem type source in which a transformer coupled plasma (TCP) using a ferrite core and an inductively coupled plasma source The present invention provides a remote radical dry cleaning apparatus that removes residual polymer, natural oxide film, and damaged silicon film on the bottom of a contact hole after semiconductor etching by using plasma as a gas to improve gas decomposition efficiency.

또한 원격 플라즈마와 챔버가 연결되는 통로에 + 디씨 파워(DC power)를 인가하여 라디칼과 함께 통과하는 이온의 양을 조절하고, 웨이퍼 척(wafer chuck)에 - 디씨 파워(DC power)를 펄스로 인가하여 이온의 에너지를 조절하여 이온의 충돌에 의한 임계치수의 손실(CD loss) 없이 딥(deep) 컨택홀 바닥에 에너지를 전달하여 반응성을 증가하여 폴리머성 잔류물, 자연산화막, 실리콘 데미지 레이어를 효과적으로 제거 할 수 있고 추가 열처리 공정 없이 in-situ로 실리콘(Si) 표면에 패시베이션(passivation)을 진행 할 수 있도록 한 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용한 클리닝 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
In addition, DC power is applied to the passage connecting the remote plasma and the chamber to control the amount of ions passing through the radical, and DC power is applied to the wafer chuck in a pulse By controlling the energy of the ions, energy is transferred to the bottom of the deep contact hole without loss of the critical number (CD loss) due to ion collision, thereby increasing the reactivity and effectively preventing the polymer residue, natural oxide film and silicon damage layer The present invention provides a cleaning method using a remote-type dry-cleaning device capable of performing passivation on a silicon (Si) surface in-situ without additional heat treatment.

상기한 본 발명의 목적은,SUMMARY OF THE INVENTION [0008]

서로 다른 두 개의 플라즈마 결합을 한 개의 텐덤 단위로 하고, 2개 이상의 텐덤이 반응기의 외측에 직렬로 연결되며, 페라이트 코어에 안테나를 감아 TCP가 발생하면 전기장은 직선방향으로 유도되고, ICP에서 유도 전기장은 회전방향이 되도록 하는 텐덤 플라즈마소스 발생부;Two tandem units are connected in series to the outside of the reactor. When the antenna is wound around the ferrite core, the electric field is induced in a linear direction. A tandem plasma source generating unit for generating a rotation direction of the tandem plasma source;

상기 텐덤 플라즈마소스 발생부가 통하도록 결합되며, 내부에는 반도체 웨이퍼가 고정되는 척이 구비된 프로세스 챔버;A process chamber coupled to the tandem plasma source generator through which a semiconductor wafer is fixed;

상기 텐덤 플라즈마소스 발생부와 프로세스 챔버의 연결되는 통로에 장착되어 + 디씨 파워(DC power)를 인가하여 라디칼과 함께 통과하는 이온의 양을 조절하는 파워공급부;A power supply unit mounted on a passage connecting the tandem plasma source generating unit and the process chamber and adjusting the amount of ions passing through the plasma by applying DC power;

상기 프로세스 챔버의 상부에 연결되어 CCP를 인가하여 텐덤 플라즈마소스 발생부에서 발생하여 프로세스 챔버로 들어온 라디칼과 이온에 추가적으로 에너지를 공급하여 반응성을 높이는 CCP 발생부;A CCP generator connected to an upper portion of the process chamber to apply CCP to generate additional energy to radicals and ions generated in the tandem plasma source generator and into the process chamber to increase reactivity;

상기 척에 - 디씨 파워(DC power)를 펄스로 인가하여 이온을 가속화하여 컨택홀 바닥까지 에너지를 공급하여 반응성을 높이는 디씨 펄스 파워 공급부;A DC pulse power supply unit for accelerating ions by applying DC power to the chuck to increase the reactivity by supplying energy to the bottom of the contact hole;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치에 의해 달성될 수 있다.The present invention can be achieved by a remote-type dry-cleaning apparatus.

상기 텐덤 플라즈마소스 발생부는, 상,하부가 개구되고 내부에 통로가 형성된 반응기와, 상기 반응기의 외주에 형성된 페라이트 코어에 안테나를 감아 TCP를 발생시키는 TCP발생부가 반응기의 상,하부에 각기 형성되고, 상기 TCP발생부의 사이에 ICP 발생부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. The tandem plasma source generating unit includes a reactor having upper and lower openings and a passageway formed therein, and a TCP generating unit for generating TCP by winding an antenna around the ferrite core formed on the outer periphery of the reactor, And an ICP generator is formed between the TCP generators.

상기 반응기의 페라이트 코어와 챔버 둘레에 연결된 안테나에 전원을 공급하는 제너레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다. And a generator for supplying power to an antenna connected to the ferrite core and the chamber of the reactor.

상기 프로세스 챔버의 일측에는 CCP가 방전되도록 2차 가스 주입부가 형성된 것을 특징으로 한다. And a secondary gas injection unit is formed on one side of the process chamber to discharge the CCP.

상기 프로세스 챔버는 텐덤 플라즈마소스 발생부가 결합되는 덮개와, 상기 덮개가 결합되도록 상부가 개구된 바디로 구성되고, 상기 덮개의 내측에는 전극부가 형성되며, 상기 전극부는 텐덤 플라즈마소스 발생부에 연결되고, 일측에 상기 파워공급부가 연결되어 + 디씨 파워(DC power)가 인가되도록 하는 것을 특징으로 한다. The process chamber includes a cover to which a tandem plasma source generating unit is coupled and a body having an open upper portion to which the cover is coupled. An electrode unit is formed inside the cover, the electrode unit is connected to the tandem plasma source generating unit, And the power supply unit is connected to one side to apply DC power.

상기 전극부는 덮개의 내주연에 형성된 요홈에 삽입되고, 상기 요홈의 단턱에 형성된 독립블럭에 의해 하부가 지지되며, 하부 양측이 하방으로 연장되어 양측에 브릿지가 형성되고, 상기 양측의 브릿지를 연결하는 샤워헤드가 포함되는 것을 특징으로 한다. The electrode unit is inserted into a groove formed in the inner periphery of the lid, the lower portion is supported by an independent block formed at the step of the groove, the lower portion is extended downward to form a bridge on both sides, And a shower head.

한편, 본 발명의 목적은, 상기한 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용한 클리닝 방법에 있어서, 반도체 웨이퍼를 척에 로딩하는 1단계; 텐덤 플라즈마소스 발생부에서 라디칼 및 이온 생성하는 2단계; 상기 라디칼이 프로세스 챔버로 확산되고, 이온은 + 디씨 파워로 통과량이 결정되는 3단계; 상기 프로세스 챔버에서 CCP로 라디칼과 이온을 2차 활성화하는 4단계; 상기 라디칼은 컨택홀 바닥으로 확산되고, 상기 이온은 - 디씨 파워로 컨택홀 바닥으로 가속화되는 5단계; 소프트 에치이 진행되어 폴리머성 잔류물, 자연산화막, 손상된 실리콘 막을 제거하는 6단계; In-situ로 실리콘(Si) 표면에 패시베이션(passivation)시키는 7단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용한 클리닝 방법에 의해 달성될 수 있다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a cleaning method using a remote radical dry cleaning apparatus, comprising: a first step of loading a semiconductor wafer onto a chuck; A second step of generating radicals and ions in the tandem plasma source generating unit; The radical is diffused into the process chamber, and the amount of ions is determined by + DC power; 4) secondary activation of radicals and ions with CCP in the process chamber; The radicals are diffused to the bottom of the contact hole and the ions are accelerated to the bottom of the contact hole with DC power; Six steps of soft etching to remove polymeric residues, native oxide, and damaged silicon film; And a step 7 of passivating the surface of the silicon (Si) layer in-situ by a cleaning method using a remote-type dry-cleaning apparatus.

본 발명에 따르면, 첫째, 페라이트 코어를 이용한 TCP와 ICP를 직렬로 연결한 텐덤형 플라즈마 소스 구성을 통해 가스 분해 효율을 높여 F radical을 확보하고, H radical을 확보하는 과정에서 폴리머성 입자(particle) 생성을 억제한다. According to the present invention, first, a tandem plasma source structure in which TCP and ICP are connected in series by using a ferrite core increases the gas decomposition efficiency to secure the F radical, and in the process of securing the H radical, Thereby suppressing the generation.

둘째 H radical 확보를 위해 기존 암모늄 가스를 직접 분해 이외에도 H를 포함한 메탄(CH4)와 같은 하이드로카본(Hydrocarbon)과 산소(O)반응을 플라즈마 상에서 유도해 폴리머 생성 (NHx)을 억제하고 H radical을 확보한다. Secondly, in order to secure the H radical, in addition to the direct decomposition of the ammonium gas, it induces hydrogen and oxygen (O) reaction such as methane (CH4) including H in the plasma to suppress polymer formation (NHx) do.

셋째, 디씨 파워(DC power)를 이용하여 프로세스 챔버로 유입되는 이온의 양을 라디칼과 별개로 조절한다. Third, the DC power is used to control the amount of ions flowing into the process chamber independently of the radicals.

넷째, 프로세스 챔버로 유입된 라디칼과 이온은 상부에 인가되는 CCP에 의해 필요한 만큼의 에너지를 추가로 공급받아 2차 활성화 된다. Fourth, the radicals and ions introduced into the process chamber are further activated by the CCP applied to the upper portion of the process chamber.

다섯째, 프로세스 챔버 내 이온은 하부에 인가되는 디씨 펄스 파워(DC pulse power)에 의해 가속화 되어 컨택홀 바닥에 에너지를 공급한다. Fifth, the ions in the process chamber are accelerated by the DC pulse power applied to the bottom of the process chamber to supply energy to the bottom of the contact hole.

여섯째, H radical의 플라즈마 트리트먼트(plasma treatment)를 통해 컨택홀 바닥의 실리콘 표면을 패시베이션(passivation)하여 자연 산화막 재 생성을 방지하고 후속 열처리 과정을 생략 할 수 있어 공정 단순화를 구현한다.
Sixth, passivation of the silicon surface at the bottom of the contact hole through plasma treatment of H radical prevents natural oxide film regeneration and eliminates the subsequent heat treatment process, thus realizing process simplification.

도 1은 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치에서 '텐덤 플라즈마소스 발생부'에 대한 개념도,
도 3은 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용하는 클리닝 방법을 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용하는 클리닝 반응을 나타낸 도면.
1 shows a remote radical dry cleaning apparatus according to the present invention,
FIG. 2 is a conceptual diagram of a 'tandem plasma source generating unit' in a remote radical dry cleaning apparatus according to the present invention;
FIG. 3 is a flowchart illustrating a cleaning method using a remote radical dry cleaning apparatus according to the present invention.
Figure 4 illustrates a cleaning reaction using a remote radical dry cleaning device in accordance with the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 나타낸 도면, 도 2는 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치에서 '텐덤 플라즈마소스 발생부'에 대한 개념도, 도 3은 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용하는 클리닝 방법을 나타낸 흐름도, 도 4는 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용하는 클리닝 반응을 나타낸 도면이다.
2 is a conceptual diagram of a 'tandem plasma source generating unit' in a remote radical dry cleaning apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a schematic diagram of a tandem plasma source generating unit according to the present invention FIG. 4 is a view showing a cleaning reaction using a remote radical dry cleaning apparatus according to the present invention. FIG. 4 is a flowchart illustrating a cleaning method using a remote radical dry cleaning apparatus according to an embodiment of the present invention.

하기의 설명에서 언급되고 있는 TCP는 변압기 결합 플라즈마, ICP는 유도 결합 플라즈마, CCP는 축전결합 플라즈마로 정의됨을 밝혀둔다.
TCP, which is mentioned in the following description, is defined as a transformer-coupled plasma, ICP is defined as an inductively coupled plasma, and CCP is defined as a capacitively coupled plasma.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치는, 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)와, 프로세스 챔버(4), 파워공급부(5), CCP 발생부(6), 디씨 펄스 파워 공급부(8)를 포함하여 구성된다.1 to 2, a remote radical dry cleaning apparatus according to the present invention includes a tandem plasma source generating unit 2, a process chamber 4, a power supply unit 5, a CCP generating unit 6, , And a DC pulse power supply unit (8).

상기 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)는 서로 다른 두 개의 플라즈마 결합을 한 개의 텐덤 단위로 하고, 2개 이상의 텐덤이 반응기(22)의 외측에 직렬로 연결된다.The tandem plasma source generator 2 has two tandem units with two different plasma combinations, and two or more tandems are connected in series to the outside of the reactor 22.

따라서 도 2와 같이, 페라이트 코어(242)에 연결된 안테나에 전원이 공급되어 TCP가 발생하며 전기장은 직선방향으로 유도되고, 반응기(22) 둘레에 형성된 안테나(25)에 전원이 공급되어 발생된 ICP에서 유도 전기장은 반응기(22) 둘레의 회전방향으로 형성되도록 하는 것이다.
2, power is supplied to the antenna connected to the ferrite core 242 to generate TCP, the electric field is induced in a linear direction, power is supplied to the antenna 25 formed around the reactor 22, The induction electric field is formed in the direction of rotation around the reactor 22.

상기 페라이트 코어(242)는 토로이드 형태나 가공성에 따라 U자형이나 사각형으로 구성될 수 있다.
The ferrite core 242 may have a U-shape or a quadrangle shape depending on the torroid shape or the workability.

텐덤 플라즈마소스 발생부(2)는, 상,하부가 개구되고 내부에 통로가 형성된 반응기(22)와, 상기 반응기(22)의 외주에 형성된 페라이트 코어(242)에 안테나(25)를 감아 TCP가 발생시키는 TCP발생부(24)가 반응기(22)의 상,하부에 각기 형성되고, 상기 TCP발생부(24)의 사이에 안테나(25)를 감아 ICP 발생부(26)가 형성되어 이루어진다. The tandem plasma source generating section 2 includes a reactor 22 having upper and lower openings and a passage formed therein and an antenna 25 wound around a ferrite core 242 formed on the outer periphery of the reactor 22, And the ICP generating unit 26 is formed by winding the antenna 25 between the TCP generating unit 24 and the ICP generating unit 26. [

상기의 서로 다른 플라즈마 소스인 TCP와 ICP 조합을 1개의 단위(텐덤)로 하고, 텐덤 소스가 직렬로 반복될 수 있다.The combination of TCP and ICP, which are the different plasma sources described above, can be one unit (tandem), and the tandem source can be repeated in series.

상기 텐덤 소스를 원격(Remote) 플라즈마로 설치하게 된다.
And the tandem source is installed as a remote plasma.

상기 반응기(22)의 페라이트 코어(242)와 그 둘레에 연결된 안테나(25), 즉 TCP발생부(24)와 ICP 발생부(26)에 전원을 공급하는 제너레이터가 구비된다. A generator for supplying power to the ferrite core 242 of the reactor 22 and an antenna 25 connected to the ferrite core 242, that is, the TCP generating unit 24 and the ICP generating unit 26 are provided.

TCP발생부(24)와 ICP 발생부(26)는 1개의 제너레이터로 연결되거나 독립된 2개의 제너레이터로 각각 연결된다. The TCP generating unit 24 and the ICP generating unit 26 are connected to one generator or connected to two independent generators, respectively.

1개의 제너레이터로 연결되는 경우 TCP와 ICP 주파수는 280~420kHz이다. When connected to one generator, the TCP and ICP frequencies are 280 to 420 kHz.

독립된 2개의 제너레이터로 연결되는 경우 TCP 주파수는 280~420kHz이고, ICP 주파수는 13.56~60MHz이다.
When connected to two independent generators, the TCP frequency is 280 to 420 kHz and the ICP frequency is 13.56 to 60 MHz.

상기 반응기(22)에 투입되는 가스는 F를 함유하는 CF4, SF6, NF3와 H를 포함하는 CH4와 같은 하이드로카본(Hydrocarbon)계열, NH3 및 O2를 포함한다. The gas introduced into the reactor 22 includes hydrocarbons such as CF 4 , SF 6 , NF 3 containing F and CH 4 containing H, NH 3 and O 2 .

상기 투입되는 가스는 1단계 소프트 에치(soft etch)(polymer 잔류물, 자연산화막, 손상 실리콘 막 제거)에서 F를 함유하는 가스, H를 함유하는 가스 및 O2를 포함한다. The introduced gas includes a gas containing F, a gas containing H, and O 2 in a one-step soft etch (polymer residue, natural oxide film, damaged silicon film removal).

상기 투입되는 가스는 2단계 패시베이션(passivation)에서 H를 함유하는 가스 및 O2를 포함한다.The introduced gas comprises a gas containing H and O 2 in a two-step passivation.

상기 소프트 에치와 패시베이션은 in-situ로 진행된다.
The soft etch and passivation proceed in-situ.

상기 프로세스 챔버(4)는 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)가 상부에 통하도록 결합되며, 내부에는 반도체 웨이퍼(100)가 고정되는 척(43)이 구비된다. The process chamber 4 is coupled to the tandem plasma source generating unit 2 through an upper portion thereof and a chuck 43 to which the semiconductor wafer 100 is fixed.

즉, 프로세스 챔버(4)는 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)가 결합되는 덮개(41)와, 상기 덮개(41)가 결합되도록 상부가 개구된 바디(42)로 구성된다. That is, the process chamber 4 includes a lid 41 to which the tandem plasma source generating unit 2 is coupled, and a body 42 having an upper opening to which the lid 41 is coupled.

덮개(41)의 내측에는 전극부(7)가 형성되며, 상기 전극부(7)는 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)에 연결되고, 일측에 파워공급부(5)가 연결되어 + 디씨 파워(DC power)가 인가되도록 한다. An electrode unit 7 is formed on the inside of the lid 41. The electrode unit 7 is connected to the tandem plasma source generating unit 2 and the power supply unit 5 is connected to one side of the lid 41, power is applied.

상기 프로세스 챔버(4)의 일측에는 CCP 방전되도록 2차 가스 주입부(9)가 구비되며, 프로세스 챔버(4)의 상부에 CCP를 인가하여 플라즈마소스에서 형성된 라디칼과 이온을 프로세스 챔버에서 2차 활성화 한다.A second gas injection unit 9 is provided at one side of the process chamber 4 to apply CCP to the process chamber 4. The CCP is applied to the upper part of the process chamber 4 so that radicals and ions generated in the plasma source are activated in the process chamber do.

상기 CCP 주파수는 13.56~60MHz이다. The CCP frequency is 13.56 to 60 MHz.

상기 CCP가 인가되는 부위에 별도의 가스 투입구를 장착하고, 상기 가스 투입구에 He과 같은 비활성 가스를 투입한다.
A separate gas inlet is installed at the site where the CCP is applied, and an inert gas such as He is introduced into the gas inlet.

상기 전극부(7)는 덮개(41)의 내주연에 형성된 요홈(44)에 삽입되고, 상기 요홈(44)의 단턱에 형성된 독립블럭(46)에 의해 하부가 지지되며, 하부 양측이 하방으로 연장되어 양측에 브릿지(72)가 형성되고, 상기 양측의 브릿지(72)를 연결하는 샤워헤드(74)가 형성된다. The electrode unit 7 is inserted into a groove 44 formed in the inner periphery of the lid 41 and is supported by the independent block 46 formed at the step of the groove 44, A bridge 72 is formed on both sides and a showerhead 74 connecting the bridges 72 on both sides is formed.

바람직하게는 전극부(7)는 원판상 또는 방사상으로 형성되고, 외주연이 하부로 절곡되거나 또는 수직되게 용접되어 브릿지(72)가 형성된다.Preferably, the electrode portion 7 is formed in a disk-like shape or a radial shape, and the outer periphery is bent downward or vertically welded to form the bridge 72.

이렇게 전극부(7)의 가장자리에 형성된 브릿지(72)에 지지되어 샤워헤드(74)가 척(43)에 대해 평행되게 배열된다.
The shower head 74 is supported by the bridge 72 formed at the edge of the electrode part 7 so as to be arranged parallel to the chuck 43. [

상기 반도체 웨이퍼(100)가 로딩되는 척(43)의 하부에 - 디씨파워(DC power)를 인가하여 이온을 가속화하도록 한다. DC power is applied to the lower portion of the chuck 43 on which the semiconductor wafer 100 is loaded to accelerate ions.

상기 - 디씨파워는 펄스 형태로 인가된다. The DC power is applied in the form of a pulse.

상기 반도체 웨이퍼(100)가 로딩되는 척(43)의 온도는 10~200 ℃이다.
The temperature of the chuck 43 on which the semiconductor wafer 100 is loaded is 10 to 200 占 폚.

상기 파워공급부(5)는 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)와 프로세스 챔버(4)의 연결되는 통로에 장착되어 + 디씨 파워(DC power)를 인가하여 라디칼과 함께 통과하는 이온의 양을 조절한다.
The power supply unit 5 is mounted in a passage between the tandem plasma source generating unit 2 and the process chamber 4 and applies DC power to adjust the amount of ions passing therethrough.

상기 CCP 발생부(6)는 프로세스 챔버(4)의 상부에 연결되어 CCP를 인가하여 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)에서 발생하여 프로세스 챔버로 들어온 라디칼과 이온에 추가적으로 에너지를 공급하여 반응성을 높인다.
The CCP generator 6 is connected to an upper portion of the process chamber 4 to apply CCP to generate additional energy from the tandem plasma source generator 2 to radicals and ions entering the process chamber to increase reactivity.

상기 디씨 펄스 파워 공급부(8)는 척(43)에 - 디씨 펄스 파워를 인가하여 이온을 가속화하여 컨택홀 바닥까지 에너지를 공급하여 반응성을 높인다. The DC pulse power supply unit 8 accelerates ions by applying DC pulse power to the chuck 43 to increase the reactivity by supplying energy to the bottom of the contact holes.

디씨 파워 서플라이(82)와 척(43)이 연결되어 디씨 펄스 파워가 인가된다.
The DC power supply 82 and the chuck 43 are connected to each other to apply DC pulse power.

한편, 상술한 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치(A)를 이용한 클리닝 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, On the other hand, as shown in Fig. 3, the cleaning method using the remote radical dry cleaning apparatus (A)

반도체 웨이퍼(100)를 척에 로딩하는 1단계(S1);A first step (S1) of loading the semiconductor wafer (100) onto a chuck;

텐덤 플라즈마소스 발생부(2)에서 라디칼 및 이온 생성하는 2단계(S2);A second step S2 of generating radicals and ions in the tandem plasma source generating unit 2;

상기 라디칼이 프로세스 챔버(4)로 확산되고, 이온은 + 디씨 파워로 통과량이 결정되는 3단계(S3);(S3) in which the radical is diffused into the process chamber 4 and the amount of ions is determined by + DC power;

상기 프로세스 챔버(4)에서 CCP로 라디칼과 이온을 2차 활성화하는 4단계(S4);A fourth step S4 of secondary activation of radicals and ions in the process chamber 4 by CCP;

상기 라디칼은 컨택홀 바닥으로 확산되고, 상기 이온은 - 디씨 파워로 컨택홀 바닥으로 가속화되는 5단계(S5);(S5) in which the radicals are diffused to the bottom of the contact hole and the ions are accelerated to the bottom of the contact hole with DC power;

소프트 에치가 진행되어 폴리머성 잔류물, 자연산화막, 손상된 실리콘 막을 제거하는 6단계(S6);A sixth step (S6) of removing the polymeric residue, natural oxide film, and damaged silicon film by soft etching;

In-situ로 실리콘(Si) 표면에 패시베이션(passivation)시키는 7단계(S7);Step 7 (S7) of passivating the silicon (Si) surface in-situ;

를 포함하여 구성된다..

텐덤 플라즈마소스 발생부(2)는 서로 다른 두 개의 플라즈마 소스인 TCP, ICP 결합을 한 개의 텐덤 단위로 하고 2개 이상의 텐덤을 직렬 연결한다. The tandem plasma source generating unit 2 connects two or more tandems in series by using two different plasma sources TCP and ICP as one tandem unit.

페라이트 코어(242)에 안테나(25)를 감아 TCP가 발생하면 전기장은 직선방향으로 유도되는 반면, ICP에서 유도 전기장은 회전방향이 된다. When the antenna 25 is wound around the ferrite core 242 to generate TCP, the electric field is induced in the linear direction, whereas in the ICP, the induced electric field becomes the rotating direction.

따라서 상기와 같은 유도 전기장에서 전자의 운동은 직선과 회전 운동이 조합되어 단일 플라즈마 소스 대비 가스(예를들어 과불화탄소 등등)의 분해효율을 높일 수 있다.
Therefore, in the induction electric field as described above, the movement of the electrons can be combined with a straight line and a rotational motion to increase the decomposition efficiency of gas (for example, perfluorocarbon, etc.) relative to a single plasma source.

한편 플라즈마 소스에서 발생한 라디칼은 프로세스 챔버(4)로 확산되어 가지만 이온은 플라즈마 소스와 프로세스 챔버(4)를 연결하는 통로에 인가된 + 디씨파워(DC power)에 의해 같은 전하 간 발생하는 척력이 발생하게 되고, 인가된 + 디씨파워의 크기에 따라 프로세스 챔버(4)로 통과되는 이온의 양이 결정된다. On the other hand, the radicals generated in the plasma source are diffused into the process chamber 4, but the repulsion generated between the same charges by the DC power applied to the path connecting the plasma source and the process chamber 4 And the amount of ions passing through the process chamber 4 is determined according to the magnitude of the applied + DC power.

기존의 플라즈마 소스 방식에서와 같이 프로세스 챔버(4)에서 직접 발생하는 직접 플라즈마(direct plasma)의 경우 라디칼과 이온의 양을 별도로 조절 할 수 있는 방법이 없고, 원격(remote)으로 발생시키는 방식에서는 동시에 발생하는 라디칼과 이온 중 라디칼만 사용하고 있다. In the case of a direct plasma generated directly in the process chamber 4 as in the conventional plasma source method, there is no method of separately controlling the amounts of radicals and ions. In a method of generating them remotely, Only radicals and ions in the resulting radicals are used.

따라서 본 발명에서 적용 하고자 하는 바와 같이 라디칼과 이온의 양을 별도로 통제하는 개념은 과도한 이온의 스퍼터링(sputtering)으로 컨택홀 상부의 임계치수가 커지는 문제를 방지하고, 라디칼의 반응성이 떨어지는 딥(deep)컨택홀 바닥에 에너지를 공급하는 소프트 에치(soft etch)에 적합하다.
Therefore, the concept of controlling the amount of radicals and ions separately as intended in the present invention is to prevent the problem that the threshold value of the upper portion of the contact hole increases due to excessive sputtering of ions, It is suitable for soft etch that supplies energy to hole bottom.

한편 도 4에 도시된 바와 같이, 프로세스 챔버(4)로 들어온 라디칼과 이온은 챔버 상단에 인가된 CCP (Capacitively Coupled Plasma:축전결합 플라즈마)에 의해 추가 에너지를 공급받아 반응 성을 높이게 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 4, the radicals and ions entering the process chamber 4 are supplied with additional energy by CCP (Capacitively Coupled Plasma) applied to the upper part of the chamber to increase the reactivity.

라디칼은 확산에 의해 컨택홀 바닥까지 도달해 반응을 일으키고, 이온은 반도체 웨이퍼의 하부 척에 인가되는 - 디씨파워에 가속되어 컨택홀 바닥에 도달하여 라디칼 반응을 활성화 한다. The radical reaches the bottom of the contact hole by diffusion and reacts, and the ions accelerate to the DC power applied to the lower chuck of the semiconductor wafer to reach the bottom of the contact hole to activate the radical reaction.

한편 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)에 투입되는 1차 가스는 F를 함유하는 NF3, SF6, CF4를 기본으로 하고 O2 및 H를 포함하는 NH3, CH4의 군에서 선택된다. On the other hand, the primary gas injected into the tandem plasma source generator 2 is selected from the group of NH 3 and CH 4 based on NF 3 , SF 6 and CF 4 containing F and containing O 2 and H.

NF3, SF6, CF4에서 형성된 F radical은 컨택홀(200) 내부의 폴리머(310), 자연산화막(320), 손상된 실리콘 막(330)을 제거하는 부식액(etchant) 역할을 한다. The F radical formed in NF 3 , SF 6 and CF 4 acts as a etchant for removing the polymer 310, the natural oxide film 320 and the damaged silicon film 330 in the contact hole 200.

NH3, CH4에서 형성된 H radical은 첫째, F radical과 반응 HF를 형성하여 부식액을 감소시키는 역할을 하므로 소프트 에치에 필요한 에치율(etch rate)조절 역할을 하며, 둘째로 컨택홀(200) 바닥에 자연산화막(320) 및 손상받은 실리콘 막(330) 제거 후 추가 자연 산화막 재 형성 방지를 위해 실리콘 표면을 패시베이션하는 역할을 한다.
H radical formed in NH 3 and CH 4 plays a role of regulating the etch rate necessary for soft etch because it forms a reactive HF by reacting with F radical to reduce the corrosive liquid, After the natural oxide film 320 and the damaged silicon film 330 are removed, passivation of the silicon surface is performed to prevent further natural oxide film formation.

한편 O2에서 형성되는 산소 라디칼(O radical)은 첫째, 컨택홀 내부에 잔류하는 폴리머 제거에 기여하고, 둘째 플라즈마 내에서 CF4, CH4와 반응하여 CFx, CHx와 같은 폴리머 발생을 억제하면서 F 라디칼, H 라디칼을 형성 시킨다 (CF4+O → 4F + CO, CH4+O → 4H + CO). On the other hand, the oxygen radical (O radical) formed in O 2 contributes to the removal of the polymer remaining in the contact hole, and secondly, it reacts with CF 4 and CH 4 in the plasma to suppress the generation of polymer such as CF x and CH x, Radicals, H radicals (CF 4 + O → 4F + CO, CH 4 + O → 4H + CO).

한편 프로세스 챔버(4)의 상단에 인가되는 CCP는 별도의 가스 투입 없이 텐덤 플라즈마소스 발생부(2)에서 발생하여 프로세스 챔버(4)로 확산되어 온 라디칼과 이온상태에서 플라즈마를 발생시켜 2차 활성화를 할 수 있다. Meanwhile, the CCP applied to the upper end of the process chamber 4 generates a plasma in the ion state with the radicals generated in the tandem plasma source generating unit 2 and diffused into the process chamber 4, .

또한 2차 가스 입구에 스퍼터링 효과가 작은 He과 같은 비활성 기체를 투입하여 이온 효과를 조절할 수도 있다.
An inert gas such as He, which has a small sputtering effect, may be injected into the secondary gas inlet to control the ion effect.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the invention, It is obvious that the claims fall within the scope of the claims.

2 : 텐덤 플라즈마소스 발생부 4 : 프로세스 챔버
5 : 파워공급부 6 : CCP 발생부
7 : 전극부 8 : 디씨펄스 파워 공급부
22 : 반응기 24 : TCP 발생부
25 : 안테나 26 : ICP 발생부
41 : 덮개 42 ; 바디
43 : 척 74 : 샤워헤드
100 : 반도체 웨이퍼
2: tandem plasma source generating unit 4: process chamber
5: Power supply unit 6: CCP generating unit
7: electrode part 8: DC pulse power supply part
22: Reactor 24: TCP generator
25: antenna 26: ICP generator
41: lid 42; body
43: chuck 74: shower head
100: semiconductor wafer

Claims (14)

서로 다른 두 개의 플라즈마 결합을 한 개의 텐덤 단위로 하고, 2개 이상의 텐덤이 반응기의 외측에 직렬로 연결되며, 페라이트 코어에 안테나를 감아 TCP가 발생하면 전기장은 직선방향으로 유도되고, ICP에서 유도 전기장은 회전방향이 되도록 하는 텐덤 플라즈마소스 발생부;
상기 텐덤 플라즈마소스 발생부가 통하도록 결합되며, 내부에는 반도체 웨이퍼가 고정되는 척이 구비된 프로세스 챔버;
상기 텐덤 플라즈마소스 발생부와 프로세스 챔버의 연결되는 통로에 장착되어 + 디씨 파워(DC power)를 인가하여 라디칼과 함께 통과하는 이온의 양을 조절하는 파워공급부;
상기 프로세스 챔버의 상부에 연결되어 CCP를 인가하여 텐덤 플라즈마소스 발생부에서 발생하여 프로세스 챔버로 들어온 라디칼과 이온에 추가적으로 에너지를 공급하여 반응성을 높이는 CCP 발생부;
상기 척에 - 디씨 파워(DC power)를 펄스로 인가하여 이온을 가속화하여 컨택홀 바닥까지 에너지를 공급하여 반응성을 높이는 디씨 펄스 파워 공급부;를 포함하고,
상기 텐덤 플라즈마소스 발생부는
상,하부가 개구되고 내부에 통로가 형성된 반응기와, 상기 반응기의 외주에 형성된 페라이트 코어에 안테나를 감아 TCP를 발생시키는 TCP발생부가 반응기의 상,하부에 각기 형성되고, 상기 TCP발생부의 사이에 ICP 발생부가 형성되어 이루어지며,
상기 프로세스 챔버는
텐덤 플라즈마소스 발생부가 결합되는 덮개와, 상기 덮개가 결합되도록 상부가 개구된 바디로 구성되고,
상기 덮개의 내측에는 전극부가 형성되며, 상기 전극부는 텐덤 플라즈마소스 발생부에 연결되고, 일측에 상기 파워공급부가 연결되어 + 디씨 파워(DC power)가 인가되도록 하는
상기 전극부는
상기 덮개의 내주연에 형성된 요홈에 삽입되고, 상기 요홈의 단턱에 형성된 독립블럭에 의해 하부가 지지되며, 하부 양측이 하방으로 연장되어 양측에 브릿지가 형성되고, 상기 양측의 브릿지를 연결하는 샤워헤드가 형성된 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
Two tandem units are connected in series to the outside of the reactor. When the antenna is wound around the ferrite core, the electric field is induced in a linear direction. A tandem plasma source generating unit for generating a rotation direction of the tandem plasma source;
A process chamber coupled to the tandem plasma source generator through which a semiconductor wafer is fixed;
A power supply unit mounted on a passage connecting the tandem plasma source generating unit and the process chamber and adjusting the amount of ions passing through the plasma by applying DC power;
A CCP generator connected to an upper portion of the process chamber to apply CCP to generate additional energy to radicals and ions generated in the tandem plasma source generator and into the process chamber to increase reactivity;
And a DC pulse power supply unit for accelerating the ions by applying DC power to the chuck to increase the reactivity by supplying energy to the bottom of the contact hole,
The tandem plasma source generator
And a TCP generating unit for generating TCP by winding an antenna around the ferrite core formed on the outer periphery of the reactor is formed at each of the upper and lower sides of the reactor, Generating portion is formed,
The process chamber
A tandem plasma source generating unit, and a body having an upper opening to which the cover is coupled,
The electrode unit is connected to the tandem plasma source generating unit, and the power supply unit is connected to one side of the electrode unit to apply DC power.
The electrode portion
A lower portion of which is supported by an independent block formed at a step of the groove, a lower portion of which is extended downward to form a bridge on both sides of the lower portion, and a shower head Is formed on the outer surface of the outer casing
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 반응기의 페라이트 코어와 챔버 둘레에 연결된 안테나에 전원을 공급하는 제너레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
The method according to claim 1,
And a generator for supplying power to an antenna connected to the ferrite core and the chamber of the reactor.
제 1항에 있어서,
상기 프로세스 챔버의 일측에는 CCP 방전되도록 2차 가스 주입부가 형성된 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
The method according to claim 1,
And a secondary gas injection unit is formed on one side of the process chamber to discharge CCP.
삭제delete 제 1항에 있어서,
서로 다른 플라즈마 소스인 TCP와 ICP 조합을 1개의 단위(텐덤)로 하고, 텐덤 소스가 직렬로 반복하는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the combination of TCP and ICP, which are different plasma sources, is one unit (tandem), and the tandem source repeats in series.
제 6항에 있어서,
상기 텐덤 소스를 원격(Remote) 플라즈마로 설치하는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
The method according to claim 6,
Wherein the tandem source is installed with a remote plasma.
제 1항에 있어서,
상기 TCP발생부와 ICP 발생부는 1개의 제너레이터로 연결되거나 독립된 2개의 제너레이터로 각각 연결된 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the TCP generating unit and the ICP generating unit are connected to one generator or connected to two independent generators, respectively.
제 8항에 있어서,
1개의 제너레이터로 연결되는 경우 TCP와 ICP 주파수는 280~420kHz인 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the TCP and ICP frequencies are 280 to 420 kHz when connected to one generator.
제 8항에 있어서,
독립된 2개의 제너레이터로 연결되는 경우 TCP 주파수는 280~420kHz이고, ICP 주파수는 13.56~60MHz인 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the TCP frequency is 280 to 420 kHz and the ICP frequency is 13.56 to 60 MHz when connected to two independent generators.
제 1항에 있어서,
상기 반응기에 투입되는 가스는 F를 함유하는 CF4, SF6, NF3와, H를 포함하는 CH4와 같은 하이드로카본(Hydrocarbon)계열, NH3 및 O2를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the gas introduced into the reactor comprises hydrocarbon radicals such as CF 4 , SF 6 , NF 3 containing F and CH 4 containing H, NH 3 and O 2 , Dry cleaning device.
제 1항에 기재된 상기한 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용한 클리닝 방법에 있어서,
반도체 웨이퍼를 척에 로딩하는 1단계;
텐덤 플라즈마소스 발생부에서 라디칼 및 이온 생성하는 2단계;
상기 라디칼이 프로세스 챔버로 확산되고, 이온은 + 디씨 파워로 통과량이 결정되는 3단계;
상기 프로세스 챔버에서 CCP로 라디칼과 이온을 2차 활성화하는 4단계;
상기 라디칼은 컨택홀 바닥으로 확산되고, 상기 이온은 - 디씨 파워로 컨택홀 바닥으로 가속화되는 5단계;
소프트 에치이 진행되어 폴리머성 잔류물, 자연산화막, 손상된 실리콘 막을 제거하는 6단계;
In-situ로 실리콘(Si) 표면에 패시베이션(passivation)시키는 7단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용한 클리닝 방법.
A cleaning method using the remote radical dry cleaning apparatus according to claim 1,
Loading a semiconductor wafer onto a chuck;
A second step of generating radicals and ions in the tandem plasma source generating unit;
The radical is diffused into the process chamber, and the amount of ions is determined by + DC power;
4) secondary activation of radicals and ions with CCP in the process chamber;
The radicals are diffused to the bottom of the contact hole and the ions are accelerated to the bottom of the contact hole with DC power;
Six steps of soft etching to remove polymeric residues, native oxide, and damaged silicon film;
Passivation of the silicon (Si) surface in-situ;
The method of claim 1, wherein the cleaning is performed by using a remote radical dry cleaning apparatus.
제 12항에 있어서,
상기 3단계는
CCP 주파수는 13.56~60MHz이고, 상기 CCP가 인가되는 부위에 비활성 가스가 투입되는 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용한 클리닝 방법.
13. The method of claim 12,
The third step
Wherein the CCP frequency is 13.56 to 60 MHz, and an inert gas is injected into a site to which the CCP is applied.
제 12항에 있어서,
상기 1단계는,
반도체 웨이퍼가 로딩되는 척의 하부에 - 디씨파워를 인가하여 이온을 가속화하도록 하고,
상기 - 디씨파워는 펄스 형태로 인가되며,
상기 반도체 웨이퍼가 로딩되는 척의 온도는 10~200 ℃인 것을 특징으로 하는 원격 라디칼 드라이 클리닝 장치를 이용한 클리닝 방법.
13. The method of claim 12,
In the first step,
DC power is applied to the lower part of the chuck on which the semiconductor wafer is loaded to accelerate ions,
The DC power is applied in a pulse form,
Wherein the temperature of the chuck on which the semiconductor wafer is loaded is in the range of 10 to 200 ° C.
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