KR100654121B1 - 부착막의 제거방법 - Google Patents
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Abstract
(과제) 처리장치 내부에 부착된 막을 효율적으로 제거할 수 있는 부착막의 제거방법, 나아가서는 발열체 CVD 장치의 인-시츄 클리닝법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(해결수단) 처리실내를 배기한 후, 내부에 배치한 발열체를 2000 ℃ 이상으로 가열유지하고, 이 상태에서 상기 발열체에 의해 분해 및/또는 활성화되어 생성되는 활성물질이 부착막과 반응하여 부착막을 기체상태 물질로 변환시키는 클리닝가스를 도입하고, 생성된 기체상태 물질을 배기함으로써 부착막을 제거하는 것을 특징으로 한다.
발열체 CVD, 부착막, 인-시츄 클리닝
Description
도 1 은 본 발명에 관한 클리닝방법이 적용되는 발열체 CVD 법을 사용한 막형성 처리장치의 일구성예를 나타내는 개념도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 처리실 2 : 가스공급기
3 : 발열체 4 : 기판홀더
11 : 배기계 12 : 메인밸브
22 : 밸브 23 : 원료가스 공급계
24 : 밸브 25 : 클리닝가스 공급계
30 : 에너지 공급기구 31 : 지지체
210 : 분출구
본 발명은 부착막의 제거방법에 관한 것으로서, 특히 소정의 온도로 유지된 발열체를 사용하여 소정의 막을 제작하는 발열체 CVD 장치의 인-시츄 (즉석) 클리닝법에 관한 것이다.
LSI (대규모 집적회로) 를 비롯한 각종 반도체 디바이스나 LCD (액정 디스플레이) 등의 제작에 있어서는, 기판상에 소정의 박막을 제작하는 프로세스의 하나로서 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD) 법이 널리 사용된다.
CVD 법에는 방전 플라즈마중에서 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜 막을 형성하는 플라즈마 CVD 법이나 기판을 가열하여 그 열에 의해 화학반응을 일으켜서 막을 형성하는 열 CVD 법 등 외에, 소정의 고온으로 유지한 발열체에 의해 원료가스를 분해 및/또는 활성화시켜 막을 형성하는 방식의 CVD 법 (이하, 발열체 CVD 법이라 함) 이 있다.
발열체 CVD 법을 수행하는 막형성 처리장치 (발열체 CVD 장치) 는 진공배기 가능한 처리실내에 기판을 배치하고, 처리실내에 설치된 텅스텐 등의 고융점 금속으로 이루어지는 발열체를 1000 ∼ 1800 ℃ 정도의 온도로 유지하면서 원료가스를 도입하도록 구성되어 있다. 도입된 원료가스는 발열체의 표면을 통과할 때에 분해나 활성화되며, 이들이 기판에 도달함으로써 최종적인 목적물인 재료의 막이 기판의 표면에 퇴적된다. 그리고, 이와 같은 발열체 CVD 법 중 와이어형상의 발열체를 사용하는 것에 대해서는 핫 와이어 (Hot Wire) CVD 법이라 불리고, 또한 발열체에 의한 원료가스의 분해 혹은 활성화에 있어서 발열체의 촉매반응을 이용하고 있다고 생각되는 것에 대해서는 촉매 CVD (또는 Cat-CVD : Catalytic-CVD) 법이라 불린다.
발열체 CVD 법에서는 원료가스의 분해나 활성화는 발열체의 표면을 통과할 때에 일어나기 때문에, 기판의 열만으로 반응을 일으키게 하는 열 CVD 법에 비하여 기판의 온도를 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 플라즈마 CVD 법과 같이 플라즈마를 형성하는 일이 없기 때문에, 플라즈마로 인한 기판의 손상을 일으키는 문제와도 무관하다. 이와 같은 점에서 발열체 CVD 법은 고집적화나 고기능화가 점점 진행되는 차세대 반도체 디바이스나 표시 디바이스 등의 막형성방법으로서 유망시되고 있다.
그런데, CVD 법으로 한정되지 않고 각종 막형성법에 의해 기판상에 막을 퇴적하는 막형성 처리장치에서는, 막형성중에 기판 이외의 막형성 처리장치 내부의 구성부재에도 막이 부착된다. 막형성 처리장치의 내부에 부착된 막은 두꺼워지면 박리되어 파티클의 원인이 된다. 기판상의 막중으로 들어가거나 막표면에 부착된 파티클은 디바이스의 결함원인으로 되어 제품 생산율을 저하시킨다. 따라서, 기판상으로의 막퇴적을 연속하여 반복하는 도중에, 부착막이 박리되기 전에 적절한 타이밍으로 막형성 처리장치 내부에 부착된 막을 제거할 필요가 있다.
부착막의 박리로 인한 파티클의 발생을 방지하는 방법으로서는, 막형성 처리실 내면을 적당한 부착방지판 등의 부재로 덮고, 이 부재에 막을 부착시켜 이것을 정기적으로 교환하는 방법이 있다. 그러나, 예컨대 CVD 장치에서는 좁은 틈이나 이들 부재의 뒷쪽 등 미세부분에까지 막이 부착되기 때문에, 이들 막의 박리로 인한 파티클의 발생을 완전히 방지하기는 어렵다.
또한 부착막을 제거하는 방법으로서, 막형성 처리실내로 소정의 클리닝가스를 도입하여 플라즈마나 열 에너지의 작용에 의해 클리닝가스와 부착막을 반응시키고, 부착막을 기체상태 생성물로 하여 배기제거하는 방법 (인-시츄 (즉석) 클리닝법이라 함) 이 있다. 이 방법은 처리실내를 대기상태에 노출시키기 않고 처리할 수 있는 점에서 안정된 막특성을 계속해서 얻을 수 있음과 동시에 부재교환, 처리실을 대기압에서 소정의 압력까지 배기할 필요도 없기 때문에, 클리닝공정에 필요한 시간을 단축할 수 있으므로 생산성에 있어서 유리하다. 또한, 미세부분에 부착된 막도 제거할 수 있으므로 파티클의 발생을 억제하는 데 효과적이다.
이 인-시츄 클리닝법으로서는, 예컨대 실리콘이나 질화실리콘의 막을 형성하는 플라즈마 CVD 장치의 경우, 막형성을 반복한 후, 적절한 타이밍으로 처리실내로 NF3 나 CF4, CCl4 등의 클리닝가스를 도입하여 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마에 의해 분해 및/또는 활성화된 클리닝가스는 부착막과 반응하여, 실리콘막의 경우에는 사플루오르화실리콘 (SiF4) 이나 사염화실리콘 (SiCl4), 질화실리콘막의 경우에는 이들과 질소 (N2) 라는 기체상태 생성물로 하여 배기제거한다.
한편, 클리닝가스에 ClF3 와 같이 분해하기 쉬운 가스를 사용할 경우에는, 플라즈마를 사용하지 않고, 막형성 처리실을 가열하는 것만으로 부착막을 기체상 생성물로서 배기제거할 수 있다. 그러나, 실용상의 제거속도를 얻기 위해서는 막형성실을 200 ℃ 정도로 가열할 필요가 있기 때문에, 진공시일의 열화의 문제 외에 막형성 처리실의 가열, 냉각에 장시간을 요하므로 실질적인 클리닝 처리시간이 길어진다는 문제도 있다.
상술한 바와 같이 막형성 처리실의 인-시츄 클리닝은 안정된 막특성을 계속해서 퇴적하기 위해서는 매우 중요한 프로세스이다. 따라서, 본 발명자는 금후 발전이 기대되는 발열체 CVD 법에 의해 막퇴적을 수행하는 막형성 처리장치에 대하여 인-시츄 클리닝방법을 검토한 결과, 상술한 종래의 인-시츄 클리닝법에서는 발열체 자체가 클리닝가스와 반응하여 와이어의 선직경이 감소함을 알 수 있었다. 즉, 발열체 CVD 장치의 막형성 처리실내에 미리 플라즈마 발생용 전극을 배치해 두고, 클리닝가스를 도입하여 플라즈마를 발생시켜 클리닝을 수행하면, 부착막은 제거할 수 있지만, 발열체 자신도 세선화되어 다음에 막을 형성하려고 하면 원하는 발열특성을 얻을 수 없게 된다는 문제가 일어남을 알 수 있었다.
한편, 클리닝가스에 ClF3 을 사용하고, 막형성 처리실을 히터로 외부에서 200 ℃ 로 가열하고, 가스를 도입하여 클리닝을 수행한 경우에도 마찬가지로 발열체가 클리닝가스와 반응하여 세선화된다는 문제가 일어남을 알 수 있었다.
이상과 같이 종래의 인-시츄 클리닝법은 발열체 CVD 장치에 적용할 수는 없음이 명백해졌다. 그러나, 발열체 CVD 법에 의한 막형성을 안정되면서 계속해서 수행하고, 항상 고특성의 막을 얻기 위해서는 인-시츄 클리닝은 불가결한 기술인 점에서, 본 발명자는 이러한 인-시츄 클리닝기술을 확립하기 위하여 클리닝조건을 검토하였다.
본 발명자는 여러 가지 클리닝조건의 검토의 일환으로 발열체 자체를 가열하여 클리닝처리를 수행한 결과, 가열하면 발열체의 소모는 가속되지만, 매우 고온으로 처리하면, 발열체와 클리닝가스의 반응이 억제됨을 발견하였다. 이 특이한 현상이 일어나는 상세한 이유는 현재로서는 명확하지 않으나, 본 발명자는 발열체의 온도가 매우 높으면, 클리닝가스가 발열체 표면에 부착되어 있는 시간이 클리닝가스가 발열체와 반응하는 데 필요한 시간보다 짧아서 실질적으로 반응이 일어나지 않게 되기 때문이 아닌가라고 생각하고 있다. 그리고, 발열체를 소정의 온도 이상으로 가열함으로써, 플라즈마를 발생시키지 않아도 막형성 처리장치의 내부에 부착된 막을 효율적으로 제거할 수 있음도 발견하였다.
본 발명은 상술한 인식에 의거하여 처음으로 완성할 수 있었던 것으로서, 본 발명이 목적으로 하는 점은 복잡한 형상의 부재라도 부재가열수단을 설치하여 가열하지 않고, 그 표면에 부착된 막을 효율적으로 완전히 제거할 수 있는 부착막의 제거방법을 제공하는 데 있다. 그리고, 본 발명의 목적은 소정의 온도로 유지된 발열체를 사용하여 소정의 막을 제작하는 발열체 CVD 장치에 있어서, 처리실을 대기상태로 되돌리지 않고 막형성 처리실의 내부에 부착된 막을 제거할 수 있는 인-시츄 클리닝법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 발명자가 상기 목적을 달성하기 위하여 면밀히 연구한 결과, 완성하게 된 것으로서, 본 발명의 부착막의 제거방법은 진공배기 가능한 처리실의 내부 및/또는 이 처리실내에 배치된 부재에 부착된 부착막의 제거방법에 있어서, 상기 처리실내를 배기한 후, 내부에 배치한 발열체를 2000 ℃ 이상으로 가열유지하고, 이 상태에서 상기 발열체에 의해 분해 및/또는 활성화되어 생성되는 활성물질이 부착막과 반응하여 부착막을 기체상태 물질로 변환시키는 클리닝가스를 도입하고, 생성된 기체상태 물질을 배기함으로써 부착막을 제거하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 상기 처리실은, 원료가스를 상기 발열체에 의해 분해 및/또는 활성화시키고, 기판상에 상기 원료가스의 구성원소중 적어도 하나를 함유하는 막을 퇴적시키는 발열체 CVD 장치의 처리실인 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 발열체를 2000 ℃ 이상의 고온으로 가열함으로써, 발열체와 클리닝가스의 반응에 수반하는 발열체의 소모를 실용상 무시할 수 있는 정도로 억제할 수 있게 된다. 또한 2000 ℃ 이상으로 함으로써, 클리닝가스의 분해 및/또는 활성화시켜 활성물질의 생성을 효율적으로 수행할 수 있으므로, 막형성 처리장치의 내부에 부착된 막을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 이와 같이 하여 얻어지는 활성물질의 수명은 길고, 복잡한 형상이나 파이프의 내부에 부착된 막도 제거할 수 있게 된다.
따라서, 종래의 발열체 CVD 장치 그대로의 구성에서, 클리닝가스의 공급계를 설치하는 것만으로 고특성막의 안정된 계속 막형성에 필요불가결한 막형성 처리실의 인-시츄 클리닝이 가능해진다.
또한, 상기 처리실의 내부 및/또는 이 처리실내에 배치된 부재의 적어도 일부를 백금으로 피복하는 것을 특징으로 한다.
발열체 이외의 부재 등은 2000 ℃ 에 도달하지 않기 때문에, 클리닝가스와 반응하여 에칭되는 것으로 된다. 이들 부재는 일반적으로 두껍고, 통상 에칭되어도 막형성성능 및 부착막의 제거성능에 영향을 미치는 일이 전혀 없으나, 예컨대 측정소자, 센서 등으로 그 특성에 영향이 생기는 경우에는, 그 부분을 백금으로 피복하여 클리닝가스와의 접촉을 차단하는 것이 바람직하다. 또한, 전류도입부재 등도 가는 봉형상부재를 사용할 필요가 있는 경우에는, 그 표면을 백금으로 피복하면 된다.
본 발명의 부착막의 제거방법에 있어서, 상기 클리닝가스는 불소 (F2), 염소 (Cl2), 삼플루오르화질소 (NF3), 사플루오르화메탄 (CF4), 육플루오르화에탄 (C2F6), 팔플루오르화프로판 (C3F8), 사염화탄소 (CCl4), 오플루오르화염화에탄 (C2ClF5), 삼플루오르화염소 (ClF3), 삼플루오르화염화메탄 (CClF3) 혹은 육플루오르화황 (SF6) 중 어느 하나 또는 1 종 이상을 함유하는 혼합가스로 하는 것이 바람직하다.
이들 가스를 사용함으로써, 2000 ℃ 이상으로 가열유지된 발열체에 의해 클리닝가스는 충분히 분해 및/또는 활성화되고, 부착막과 반응하여 기체상태 물질을 효율적으로 생성할 수 있으므로 부착막을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
그리고, 본 발명의 부착막의 제거방법에 있어서, 상기 발열체를 텅스텐, 탄탈, 니오븀, 탄소, 오스뮴, 이리듐, 몰리브덴 혹은 루테늄 중 어느 하나 또는 이들의 합금 혹은 이들의 복합체로 하는 것이 바람직하다.
이들 금속 혹은 합금 또는 복합체를 사용함으로써, 2000 ℃ 이상에서 클리닝가스를 효율적으로 분해 및/또는 활성화하여 수명이 길고 또한 부착막과의 반응성이 높은 활성물질을 생성하기 때문에 부착막을 효율적으로 제거할 수 있다.
발명의 실시형태
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.
도 1 은 본 발명에 관한 인-시츄 클리닝방법을 수행할 수 있는 발열체 CVD 법을 이용한 막형성 처리장치 (발열체 CVD 장치) 의 일구성예를 나타내는 개념도이다.
도 1 에 나타내는 막형성 처리장치는 처리실 (1), 처리실내를 진공배기하기 위한 배기계 (11), 막퇴적용 원료가스 및 클리닝가스 공급계 (23, 25), 및 기판을 반출입하기 위한 게이트 밸브 (5) 로 구성되고, 처리실 내부에는 가스공급계 (23, 25) 와 접속된 가스공급기 (2), 기판홀더 (4), 및 발열체 (3) 가 배치되어 있다.
여기서, 원료가스와 클리닝가스의 가스공급기 (2) 로의 공급전환은 밸브 (22, 24) 에 의해 수행된다. 또한, 가스의 공급량은 가스공급계 (23, 25) 의 각각에 설치된 유량조정기 (도시생략) 에 의해 제어된다. 가스공급기 (2) 는 중공구조로 되어 있으며, 기판홀더 (4) 와 대향하는 면에 다수의 가스 분출구 (210) 가 형성되어 있다. 한편, 배기계 (11) 는 배기속도 조정기능을 갖는 메인밸브 (12) 를 통해 처리실 (1) 과 접속되어 있으며, 이 조정기능에 의해 처리실내의 압력이 제어된다.
발열체 (3) 는 지지체 (31) 에 의해 지지되며, 소정의 온도로 가열·유지하기 위한 에너지 공급기구 (30) 에 접속되어 있다. 이 발열체를 고온가열함으로써 막형성시에는 원료가스를, 클리닝시에는 클리닝가스를 분해 및/또는 활성화하여 막형성 또는 클리닝을 효율적으로 수행할 수 있다.
이어서, 도 1 의 장치를 참조하여 막형성 및 클리닝방법의 일례를 설명한다.
(막형성)
우선, 게이트 밸브 (5) 를 통해 도시하지 않은 로드 록 실로부터 기판을 반입하여 기판홀더 (4) 상에 올려놓는다. 이어서, 처리실 (1) 내를 배기계 (11) 에 의해 소정의 압력까지 진공배기한 후, 에너지 공급기구 (30) 로부터 발열체 (3) 로 에너지를 공급하여 소정의 온도로 가열유지한다. 이 온도는 퇴적막 및 원료가스의 종류에 따라 적절히 선택되는데, 통상 1000 ∼ 1800 ℃ 정도의 온도가 사용된다.
이어서, 밸브 (22) 를 열어 소정의 유량의 원료가스를 처리실내로 도입하고, 메인밸브 (12) 의 배기속도 조정기능에 의해 처리실내의 압력을 소정의 압력으로 설정한다. 원료가스는 원하는 퇴적막에 따라 적절히 선택되는데, 예컨대 실리콘막의 경우는 실란 (SiH4) 과 수소 (H2), 질화실리콘막의 경우에는 SiH4 와 H2 와 암모니아 (NH3), 탄화실리콘의 경우에는 SiH4 와 H2 와 메탄 (CH4) 등이 사용된다.
가스공급기 (2) 로 공급된 원료가스는 가스 분출구 (210) 에서 발열체 방향으로 분출되며, 고온의 발열체에 의해 분해 및/또는 활성화되어 활성물질을 생성한다. 이 활성물질은 기판상에 도달하여 원하는 막을 퇴적한다. 기판상에 원하는 막두께가 퇴적된 시점에서 원료가스의 공급과 발열체로의 에너지공급을 정지하여 처리실 내부를 진공배기한 후, 게이트 밸브 (5) 를 통해 기판을 로드 록 실로 반출하여 막형성을 종료한다.
(클리닝)
이상의 막형성을 반복하면, 처리실 내벽, 기판홀더, 가스공급기, 지지체 등에도 막이 부착된다. 이 부착막이 두꺼워지면, 박리되어 막형성중에 퇴적막으 로 혼입되거나 표면에 부착되어 막특성을 열화시키거나 디바이스의 결함원인으로 되기 때문에, 부착막이 박리되어 파티클을 발생하는 두께로 되기 전에 이하에 나타내는 클리닝처리를 수행한다. 그리고, 부착막의 막두께는 광학식 모니터 등으로 감시하여도 되고 또한 전체 퇴적시간으로부터 추측하도록 하여도 된다.
클리닝은, 우선 처리실내를 진공배기하고, 그 후 에너지 공급기구 (30) 로부터의 에너지에 의해 발열체를 2000 ℃ 이상의 소정의 온도로 가열·유지한다. 이어서, 밸브 (24) 를 열어 소정의 클리닝가스를 처리실 (1) 로 도입하고, 메인밸브 (12) 에 의해 처리실내 압력을 소정의 압력으로 설정한다.
가스 분출구 (210) 에서 분출되는 가스는, 2000 ℃ 이상으로 가열된 발열체에 의해 효율적으로 분해 및/또는 활성화되어 부착막과 반응성이 높은 활성물질을 생성한다. 이 활성물질은 처리실 내벽, 기판홀더 등의 위에 부착된 막과 반응하여 기체상태 물질로 변환시킨다. 기체상태 물질은 배기계에 의해 외부로 배출되기 때문에 부착막은 서서히 제거된다.
소정의 시간동안 이 상태를 유지하여 부착막이 완전히 제거된 후, 밸브 (24) 를 닫아 클리닝가스의 공급을 정지하고, 처리실 내부를 진공배기하여 그 후 발열체로의 에너지공급을 정지한다.
이상으로 클리닝공정은 종료되는데, 이 클리닝공정에서 중요한 것은, 클리닝가스를 도입할 때, 발열체의 온도를 2000 ℃ 이상으로 유지한 상태로 하는 것이다. 이것은 클리닝가스를 도입한 후에 발열체 (3) 를 가열하면, 발열체가 2000 ℃ 이상으로 될 때까지의 동안에 발열체와 클리닝가스가 반응하여 선직경 등이 감소하기 때문이다. 또한, 클리닝 종료시에 있어서 발열체로의 에너지 공급을 정지하는 경우도 마찬가지이며, 클리닝가스를 배기한 후에 발열체의 온도를 낮출 필요가 있다. 즉, 발열체를 2000 ℃ 보다 낮은 온도에서 반응성가스와 접촉시키지 않는 프로세스로 할 필요가 있다. 또한, 발열체는 특히 산화되기 쉬운 상태로 있기 때문에, 발열체의 장수명화의 관점에서 처리실내의 산소분압은 가능한 한 낮게 하는 것이 바람직하다.
발열체 (3) 는 통상 처리실내에 설치된 Mo 나 Cu 제의 봉 또는 블록으로 이루어지는 전류도입부재에 연결고정되며, 이를 통해 외부의 에너지 공급기구 (30) 에서 발열체로 전류가 도입된다. 전류도입부재는 온도가 거의 상승하지 않기 때문에 클리닝가스와 반응하여 에칭되지만, 발열체에 비하여 단면적이 매우 크기 때문에 발열체의 발열특성에 영향을 미치는 일은 없다. 그리고, 전류도입부재 및 그 외 부재의 표면을 백금으로 피복하여 클리닝가스와의 반응을 방지할 수도 있다. 이 경우, 백금의 피막은 전자빔 증착법 혹은 스퍼터링법, 도금법, 라이닝 법 등으로 형성된다.
이상, 발열체 CVD 장치의 인-시츄 클리닝법에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 처리장치나 여러 가지 부재에 부착된 막을 제거하는 경우에도 바람직하게 적용된다. 그리고, 여기서 부재란 진공장치에 사용되는 측정기구, 센서, 밸브 등도 포함하는 것을 의미한다.
예컨대, 진공용기 내부에 부착된 막은 진공용기에 클리닝가스 도입구를 형성하며, 그리고 용기내부에 발열체를 외부에서 가열가능하게 배치하여 발열체를 2000 ℃ 이상으로 가열유지한 상태에서 클리닝가스를 흘려보냄으로써 부착막을 제거할 수 있다. 또한, 부재의 경우에는 이 진공용기내에 부재를 배치하고, 동일한 방법으로 처리하면 된다. 또한, 어느 정도의 길이를 갖는 파이프인 경우에는, 파이프의 상류측에 발열체를 배치하고, 가스가 파이프 내부를 흐르도록 구성하면 된다. 또한, 파이프, 부재로 진공용기의 일부를 구성하도록 하여도 된다.
본 발명에 의해 형상이 복잡한 부재의 좁은 틈이나 배관의 내부에 부착된 막이어도 효율적으로 제거할 수 있는 것은, 발열체를 2000 ℃ 이상으로 가열함으로써 클리닝가스를 부착막과 반응성이 매우 높은 활성물질으로 할 수 있는 점과, 이와 같이 하여 생성된 활성물질은 수명이 길기 때문이라고 생각된다.
본 발명의 부착막의 제거방법은, 클리닝가스의 종류나 클리닝조건을 적절히 선택함으로써 여러 가지 부착막에 적용할 수 있다. 예컨대, 불소계 혹은 염소계의 클리닝가스를 사용한 경우에는, 상기한 실리콘, 탄화실리콘, 질화실리콘 등의 여러 가지 반도체나 절연물의 부착막 외에 W, Ta, Ti 등의 금속부착막 등, 막형성에 의해 부착되는 막에 적용할 수 있다.
본 발명의 발열체는 적어도 2000 ℃ 보다 높은 온도에 견디는 것이라면, 어떠한 재료여도 되는데, 특히 텅스텐, 탄탈, 니오븀, 탄소, 오스뮴, 이리듐, 몰리브덴 또는 루테늄을 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 이들의 합금이어도 된다. 나아가서는 이들의 단체나 합금을 다층으로 적층한 복합체여도 된다. 특히, 예컨대 텅스텐과 같이 일단 고온도로 가열하면 약해지는 금속의 경우에는, 다른 금속과 복합체로 하는 것이 바람직하다. 또한, 절연물과의 복합체여도 된다.
발열체는 선형상, 봉형상, 판형상, 통형상, 박막형상 등 여러 가지 형상의 것이 사용되며, 또한 예컨대 선형상의 발열체를 톱날형상, 코일형상 등으로 하여 배치하여도 된다.
또한, 클리닝가스도 부착막의 종류, 처리조건, 처리실의 재질 등에 따라 적절히 선택되는데, 특히 불소계 가스, 염소계 가스가 바람직하게 사용되며, 그 중에서도 NF3, F2, Cl2, CF4, C2F6, C3F8, CCl4, C2ClF5, ClF3, CClF3 또는 SF6 을 사용하는 것이 보다 바람직하다. 이들 가스는 100 % 로 사용하거나 또한 예컨대 Ar, He 등의 가스로 희석한 것 혹은 이들의 혼합가스로서 사용하여도 된다.
그리고, 본 발명의 방법은 처리실 (1) 내에 플라즈마 발생용 전극을 설치하며, 그럼으로써 발생시킨 플라즈마와 병용하여 클리닝을 수행하여도 됨은 물론이다.
실시예
이하, 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하는데, 본 발명이 이하의 실시예로 한정되지 않음은 물론이다.
본 실시예에서는 상술한 방법에 의해 우선 실리콘막을 반복하여 막형성하고, 그 후 처리실 내부에 부착된 막의 제거처리를 수행한다.
도 1 에 나타낸 구성의 장치를 사용하여 실란 (SiH4) 과 수소 (H2) 를 원료가스로서 사용하여 실리콘막을 형성한다. 여기서, 발열체 (3) 에는 직경 0.5 ㎜ 의 텅스텐선을 사용하고, 에너지 공급기구 (30) 에 직류전원을 사용한다. 텅스 텐선으로 직류전원에서 직류전류 약 13 A 를 흘려보내 약 1800 ℃ 로 통전가열하여 막을 형성한다.
처리실 (1) 내의 전체면에 두께 약 2 ㎛ 의 실리콘막이 부착될 때까지 막을 반복해서 형성한다.
최후의 기판을 게이트 밸브를 통해 꺼낸 후, 메인밸브 (12) 를 완전히 열어 배기계 (11) 에 의해 처리실 (1) 내를 진공배기한다.
이어서, 텅스텐선으로 직류전류 22 A 를 흘려보내 텅스텐선을 약 2500 ℃ 로 통전가열한다. 이 상태에서 밸브 (24) 를 열어 클리닝가스 공급계 (25) 에서 NF3 가스를 가스공급기 (2) 를 통해 처리실 (1) 내로 도입한다. 처리실 (1) 내의 압력은 메인밸브 (12) 의 배기속도 조정기구에 의해 40 Pa 로 제어한다. 이 상태를 10 분간 유지하여 처리실 (1) 내의 부착막을 제거한다.
10 분 경과후, 밸브 (24) 를 닫아 클리닝가스의 도입을 정지하고, 메인밸브 (12) 를 완전히 열어 처리실 (1) 내를 배기계 (11) 에 의해 진공배기하고, 발열체로의 통전을 정지한다.
그 후, 처리실내를 대기상태로 되돌려서 텅스텐선을 꺼내서 그 선직경을 마이크로미터로 측정한 결과, 클리닝 전후에서 선직경은 전혀 변화하지 않았음이 확인되었다. 또한, 처리실 내벽 및 구성부재 표면을 상세하게 조사한 결과, 부착막은 완전히 제거되어 있음을 알 수 있었다.
본 실시예의 구성에서, 처리실내에 부착된 실리콘막이 완전히 제거되고 또한 클리닝중에도 발열체인 텅스텐선이 안정한 이유에 대하여 이하에 설명한다.
우선, 부착 실리콘막이 제거되는 이유인데, 클리닝가스로서 사용한 NF3 는 그 성질상 400 ℃ 정도에서 분해 및/또는 활성화된다. 따라서, 도입한 NF3 는 이 온도보다 훨씬 높은 2500 ℃ 의 온도로 유지한 발열체인 텅스텐선에 의해 충분히 분해 및/또는 활성화된다. 그럼으로써 발생한 불소가 처리실내에 부착된 실리콘막과 반응하여 상온에서 기체상태 생성물, 사플루오르화실리콘 (SiF4) 을 형성한다. 이 반응을 이용함으로써, 처리실내에 부착된 실리콘막을 SiF4 의 형태로 완전히 배기제거할 수 있게 된다. 또한, 이와 같이 하여 생성된 불소는 수명이 길기 때문에 미세부분에까지 미쳐서 부착막과 반응하고 SiF4 를 형성하여 틈 등에 부착된 막도 완전히 제거할 수 있는 것으로 생각된다.
이어서, 발열체인 텅스텐선이 클리닝처리중에도 안정한 이유인데, 통상 텅스텐은 불소와 반응하여 상온에서 기체상태 생성물, 육플루오르화텅스텐 (WF6) 으로 된다. 만약, 이 반응이 일어나면, 발열체인 텅스텐선은 부착 실리콘막과 마찬가지로 배기제거되어 세선화(細線化)된다. 그러나, 텅스텐선의 온도를 2500 ℃ 로 하면, 반응은 실질적으로 일어나지 않게 된다. 이것은 발열체의 온도가 매우 고온이기 때문에, 불소가 발열체 표면에 부착되어 있는 시간이 발열체와 반응하는 데 필요한 시간보다 짧다는 조건을 만족하기 때문이라 생각된다.
본 실시예의 부착막 제거효율이 매우 높은 것은, 본 실시예의 클리닝처리와 동일한 조건으로 수행한 실리콘 웨이퍼의 에칭실험으로부터도 확인되었다. 즉, 도 1 의 장치로 발열체와 15 ㎝ 떨어진 위치에 실리콘 웨이퍼를 놓고, 동일한 조건으로 클리닝처리를 수행한 결과, 10 분간의 처리로 결정실리콘이 2 ㎛ 에칭되어 있음을 알 수 있으므로, 본 발명의 제거효율이 매우 높음이 확인되었다.
이어서, 클리닝시의 발열체의 가열온도를 2000 ℃ 로 한 것 이외에는, 상기 실시예와 동일한 방법으로 막형성과 클리닝을 수행한 결과, 10 분간의 클리닝에 의해 부착막은 완전히 제거됨을 알 수 있었다. 또한, 클리닝처리후의 텅스텐선은 지지체와의 접촉부에서 외관상 약간 변화가 있는 것처럼 보이지만, 마이크로미터의 측정에서는 변화는 보이지 않으며, 적어도 2000 ℃ 로 가열함으로써 실용상 문제가 없음이 확인되었다.
그리고, 본 실시예에서는 처리실내의 압력을 40 Pa 로서 클리닝처리를 수행하였으나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니며, 이보다 높거나 낮아도 된다. 특히, 플라즈마 클리닝법과 달리 방전을 일으킬 필요가 없는 점에서 플라즈마가 발생할 수 없는 어떠한 압력이든 클리닝처리가 가능하며, 제거대상막의 종류 및 처리실 또는 부재의 재질, 형상 등에 따라 실용상 적절한 압력을 선택할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 에너지 공급기구 (30) 에 직류전원을 사용하였으나, 교류전원도 바람직하게 사용할 수 있다.
그리고, 상기 실시예에서는 클리닝 처리대상인 처리실 (1) 의 내벽, 기판홀더 (4), 가스공급기 (2) 등의 온도에 대해서는 특별히 기술하지 않았으나, 클리닝가스의 부착막과의 반응속도는 온도가 높을수록 빠르기 때문에, 클리닝공정의 시간단축을 위하여 이들에 히터를 부설하여 가열하면서 처리할 수도 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 본 발명은 가열하지 않아도 충분히 단시간에 처리가 가능하기 때문에, 필요에 따라 가열의 유무를 선택하면 된다. ClF3 가스와 같은 가스종인 경우에도, 종래에는 실질적인 제거속도를 얻기 위하여 막형성 처리실의 가열을 필요로 하였으나, 본 발명에서는 그럴 필요가 없으므로 장시간을 필요로 했던 막형성 처리실의 가열, 냉각을 생략하여 실질적인 클리닝 처리시간을 단축할 수 있다.
본 발명에 의해, 즉 발열체를 2000 ℃ 이상으로 가열하고, 이 상태에서 클리닝가스를 작용시킴으로써, 부착막과 반응성이 높은 활성물질이 생성되며 또한 발열체 자체는 안정되게 보호할 수 있기 때문에, 여러 가지 막형성장치나 부재에 부착된 막을 효과적으로 제거할 수 있는 부착막의 제거방법을 제공할 수 있게 된다.
그리고, 발열체 CVD 장치의 인-시츄 클리닝이 가능해지며, 그 결과 고특성 막의 제작수단으로서 유망시되고 있는 발열체 CVD 법에 의한 막형성을 안정되게 수행할 수 있으므로, 반도체 디바이스, 표시 디바이스 등의 한층 더 고특성화, 그 개발촉진, 생산성 향상에 공헌할 수 있다.
Claims (5)
- 진공배기 가능한 처리실의 내부, 이 처리실내에 배치된 부재, 또는 진공배기 가능한 처리실의 내부와 이 처리실내에 배치된 부재에 부착된 부착막의 제거방법에 있어서,상기 처리실내를 배기한 후, 내부에 배치한 발열체를 2000 ℃ 이상으로 가열유지하고, 이 상태에서 상기 발열체에 의해 분해, 활성화, 또는 분해 및 활성화되어 생성되는 활성물질이 부착막과 반응하여 부착막을 기체상태 물질로 변환시키는 클리닝가스를 도입하고, 생성된 기체상태 물질을 배기함으로써 부착막을 제거하는 것을 특징으로 하는 부착막의 제거방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 처리실은, 원료가스를 상기 발열체에 의해 분해, 활성화, 또는 분해 및 활성화시키고, 기판상에 상기 원료가스의 구성원소중 하나 이상을 함유하는 막을 퇴적시키는 발열체 CVD 장치의 처리실인 것을 특징으로 하는 부착막의 제거방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 처리실의 내부, 이 처리실내에 배치된 부재, 또는 상기 처리실의 내부와 이 처리실내에 배치된 부재의 적어도 일부를 백금으로 피복하는 것을 특징으로 하는 부착막의 제거방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 클리닝가스는 불소 (F2), 염소 (Cl2), 삼플루오르화질소 (NF3), 사플루오르화메탄 (CF4), 육플루오르화에탄 (C2F6), 팔플루오르화프로판 (C3F8), 사염화탄소 (CCl4), 오플루오르화염화에탄 (C2ClF5), 삼플루오르화염소 (ClF3), 삼플루오르화염화메탄 (CClF3) 혹은 육플루오르화황 (SF6) 중 어느 하나 또는 1 종 이상을 함유하는 혼합가스인 것을 특징으로 하는 부착막의 제거방법.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 발열체는 텅스텐, 탄탈, 니오븀, 탄소, 오스뮴, 이리듐, 몰리브덴 혹은 루테늄 중 어느 하나 또는 이들의 합금 혹은 이들의 복합체인 것을 특징으로 하는 부착막의 제거방법.
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