KR20040037162A - 불소 가스에 의한 세정 기구를 구비하는 ｃｖｄ 장치 및ｃｖｄ 장치의 불소 가스에 의한 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
성막 공정시에 반응 챔버의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적하는 SiO2, Si3N4등의 부생성물을, 효율 좋게 제거할 수 있으며, 배출되는 세정 가스의 배출량을 극히 낮게 하고, 지구 온난화 등의 환경에 미치는 영향도 작으며, 비용도 저감할 수 있는 CVD 장치에 있어서의 세정 방법을 제공한다.
불소 화합물에 에너지를 부여하고, 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하고, 생성된 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 분리하여, 불소 가스 성분을 분리 정제함으로써, CVD 장치에 의해 기재의 성막 처리를 행한 후에, 분리 정제된 불소 가스를 플라즈마화하여, 반응 챔버 내에 부착된 부생성물을 제거한다.
Description
종래부터, 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(Si3N4등) 등의 박막은, 박막 트랜지스터 등의 반도체 소자, 광전 변환 소자 등에 광범위하게 이용되고 있다. 이와 같은 산화 실리콘, 질화 실리콘 등의 박막을 형성하는 방법으로는 주로 하기의 3 종류가 이용되고 있다.
(1) 스퍼터, 진공 증착 등의 물리적 기상 성막법
즉, 고체의 박막 재료를 물리적 수법인 원자 또는 원자단으로 하여, 피성막면 상에 퇴적시켜 박막을 형성하는 방법
(2) 열 CVD 법
즉, 기체의 박막 재료를 고온으로 함으로써, 화학 반응을 일으켜 박막을 형성하는 방법.
(3) 플라즈마 CVD 법
즉, 기체의 박막 재료를 플라즈마화 시켜서 화학 반응을 일으켜 박막을 형성하는 방법
특히, (3)의 플라즈마 CVD법(plasma enhanced chemical vapour deposition)이, 치밀하고 균일한 박막을 효율적으로 형성할 수 있기 때문에 광범위하게 이용되고 있다.
이러한 플라즈마 CVD 장치(100)는, 일반적으로는, 도 7에 나타난 바와 같이 구성되어 있다.
즉, 플라즈마 CVD 장치(100)는, 감압 상태로 유지되는 반응 챔버(102)를 구비하고 있으며, 반응 챔버(102) 내에 일정 간격 이격하여 대향하도록 상부 전극(104)과 하부 전극(106)이 배치되어 있다. 이 상부 전극(104)에는, 도시 되지 않은 성막용 가스원에 접속된 성막용 가스 공급 경로(108)가 접속되어, 상부 전극(104)을 통하여, 성막용 가스를 반응 챔버(102) 내에 공급하도록 구성되어 있다.
또한, 반응 챔버(102)에는, 상부 전극(104)의 근방에, 고주파를 인가하는 고주파 인가 장치(110)가 접속되어 있다. 그리고, 반응 챔버(102)에는, 펌프(112)를 통하여 배기 가스를 배기하는 배기 경로(114)가 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 플라즈마 CVD 장치(100)에서는, 예를 들어, 산화 실리콘(SiO2)을 성막하는 경우에는, 모노실란(SiH4), N2O, N2, O2, Ar 등을, 질화 실리콘(Si3N4등)을 성막하는 성막하는 경우에는, 모노실란(SiH4), NH3, N2, O2, Ar 등을, 성막용 가스 공급 경로(108), 상부 전극(104)를 통하여, 예를 들어, 130Pa의 감압 상태로 유지되는 반응 챔버(102) 내로 도입한다. 이 때, 고주파 인가 장치(110)를 통하여, 반응 챔버(102) 내에 대향하여 배치되는 전극(104, 106) 간에, 예를 들어, 13.56MHz의 고주파 전력을 인가하여, 고주파 전계를 발생시킴으로써, 이 전계 내에서 전자를 성막용 가스의 중성 분자로 충돌시키고, 이에 따라 고주파 플라즈마를 형성하여 성막용 가스가 이온이나 라디칼로 분해된다. 그리고, 이온이나 라디칼의 작용에 의해, 한 편의 전극(하부 전극 106)에 설치된 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 제품 W의 표면에 실리콘 박막을 형성하도록 구성되어 있다.
그런데, 이와 같은 플라즈마 CVD 장치(100)에서는, 성막 공정시에, 반응 챔버(102) 내의 방전에 의하여, 성막되어야 할 반도체 제품 W 이외의 반응 챔버(102)의 내벽, 전극 등의 표면에도, SiO2, Si3N4등의 박막 재료가 부착, 퇴적하여 부생성물이 형성된다. 이 부생성물이, 일정 두께까지 성장하면 자체의 중량이나 응력 등에 의해 박리되어, 성막 공정시에, 이물로써, 빈도체 제품에의 미립자의 혼입,오염의 원인으로 되어, 고품질의 박막 제조를 할 수 없으며, 반도체 회로의 단선이나 단락의 원인으로 되고, 또한, 수율 등도 저하시킬 우려가 있다.
이 때문에, 종래부터, 플라즈마 장치(100)에서는, 성막 공정이 종료된 후에, 이와 같은 부생성물을 수시 제거하기 위하여, 예를 들어, CF4, C2F6, COF2등의 불소 함유 화합물과, 필요에 따라 O2등을 가한 세정 가스를 사용하여, 부생성물을 제거하는 공정이 행해지고 있다.
즉, 이와 같은 세정가스를 사용한 종래의 플라즈마 CVD 장치(100)의 세정 방법에서는, 도 7에 나타난 바와 같이, 성막 공정이 종료된 후에, 성막시의 성막용 가스 대신, CF4, C2F6, COF2등의 불소 함유 화합물로 이루어지는 세정 가스를, O2및/또는 Ar 등의 가스와 함께, 성막용 가스 공급 경로(108), 상부 전극(104)을 통하여, 감압 상태로 유지된 반응 챔버(102) 내로 도입한다. 성막시와 마찬가지로, 고주파 인가 장치(110)를 통하여, 반응 챔버(102) 내에 대향하여 배치된 전극(104, 106) 간에 고주파 전력을 인가하여, 고주파 전계를 발생시킴으로써, 이 전계 내에서 전자를 세정 가스의 중성 분자로 충돌시키고, 이에 따라 고주파 플라즈마를 형성하여 세정 가스가 이온이나 라디칼로 분해된다. 그리고, 이온이나 라디칼이, 반응 챔버(102)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적한 SiO2, Si3N4등의 부생성물과 반응하여, SiF4로써 부생성물을 가스화함으로써, 펌프(102)에 의해 배기 가스와 함께 배기 경로(114)를 통하여, 반응 챔버(102)의 외부로 배출되도록 되어 있다.
그런데, 이들 세정 가스로써 이용되는 CF4, C2F6등의 불소 함유 화합물은, 대기 중에서 수명이 긴 안정한 화합물이고, 또한, 세정 후의 배기 가스 처리가 곤란하며, 그 처리 비용이 높다고 하는 문제점이 있었다. 또한, 지구 온난화 계수(적분 기간 100년치)가, CF4는 6500, C2F6는 9200, SF6는 23900으로 극히 커서, 환경에의 악영향이 우려된다.
또한, 배기 경로(114)를 통하여, 반응 챔버(102)의 외부로 배출되는 가스 배출 비율이, 예를 들어, C2F6의 경우에 있어서는 약 60%로 높아서, 지구 온난화에 영향을 미치게 되는 동시에, 해리 효율이 낮아서, 세정 능력도 낮은 것이 현 상황이다.
또한, 통상, 플라즈마 세정의 경우에는, 세정 가스와 함께, 산소, 아르곤 등의 적량의 첨가 가스를 혼합하여 이용하고 있다.
그런데, 세정 가스와 첨가 가스의 혼합 가스계에 있어서, 총 유량이 일정한 조건 하에서, 세정 가스의 함유 농도를 높여 가면, 식각 속도가 상승하는 경향이 있다. 그러나, 세정 가스가 일정 농도를 초과하면 플라즈마 발생의 불안정화, 식각 속도의 순화, 저하가 일어나거나, 세정 균일성이 악화되는 등의 문제점이 있다. 특히, 세정 가스를 100%의 농도로 사용하면, 플라즈마 발생의 불안정화, 식각 속도의 순화, 저하나, 세정 균일성의 악화가 보다 현저하게 되는 경향이 있어서, 실용성이 없다고하는 문제점이 있다.
이 때문에, 세정 가스의 농도를 식각 속도-세정 가스 농도 곡선의 피크 농도또는, 그 이하의 농도로 희석하여 사용할 필요가 있으며, 희석화에 수반되는 식각 속도의 저하를 억제하기 위하여 세정 시의 챔버압을 높이거나, 또는 가스 유량을 증가시켜, 세정 조건의 최적화를 이루고 있다. 그러나, 이와 같이, 세정시의 챔버압을 높이거나, 또는 가스 유량을 증가시키면, 플라즈마의 발생이 안정화되지 않고, 세정 균일성이 손상되어 효율적인 세정이 이루어지지 않게 된다.
이 때문에, 본 발명자 등이 예의 연구한 결과, 불소 가스는 환경에 미치는 영향도 작고, 이 불소 가스를 세정 가스로 이용하면, 가스 총 유량이 1000sccm 정도이고 챔버압이 400Pa 정도인 조건 하에 있어서도 안정적으로 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 처리를 할 수 있고, 극히 우수한 식각 속도가 얻어지며, 더구나, 양호한 세정 균일성을 확보할 수 있음을 발견하였다.
또한, 플라즈마에 의해 생성되는 F 원자가 안정성이 있고, 불소 가스를 세정 가스로 이용함으로써 배출되는 배출 가스는, 불소 가스이며, 필요한 양의 불소 가스를 세정 가스로 이용함으로써 효율적으로 세정 처리할 수 있음을 발견하였다.
그러나, 종래, 이와 같은 불소 가스를 발생시키기 위한 종래의 불소 가스 발생 장치는, 무수 HF의 용액에 전해질로써 KF를 용해하여 전해액으로 하고, 이를 카본 전극에 의해 전기 분해함으로써 불소 가스를 얻도록 구성되어 있다.
이러한 종래의 불소 가스 발생 장치에서는, 대형이고, 안전에는 사용될 수 없으므로, 특별한 안전 관리자가 관리할 필요가 있고, CVD 장치에 사용하면, CVD 장치가 대형화되어 버리며, 더구나, 유지 관리에 번잡한 작업이 필요하게 된다.
그런데, 이와 같은 불소 가스를 CVD 장치의 세정 가스로써 이용하는 경우에는, 1 분간 1 웨이퍼 당 750sccm의 세정 가스를 필요로 하고, 3000매의 웨이퍼를 처리하는 데에는, 100몰의 불소 가스, 즉, 3.8kg의 불소 가스를 필요로 한다. 이는, 29 기압 충전된 47L의 봄베로 환산하면, 1 반응 챔버당 2 개의 봄베를 필요로 한다. 따라서, 종래의 불소 가스 발생 장치의 대신, 불소 가스 봄베를 CVD 장치에 설치하는 것도 장치가 대형화되고, 더구나, 봄베를 번잡하게 교환할 필요가 있어서 불편하다.
본 발명은, 이와 같은 실상을 감안하여, 성막 공정의 경우에 반응 챔버의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적되는 SiO2, Si3N4등의 부생성물을, 효율 좋게 제거할 수 있고, 더구나, 배출되는 세정 가스의 배출량도 극히 작아서, 지구 환경 온난화에 미치는 영향도 작으며, 가스 이용 효율도 좋고, 비용 역시 저감되는 세정을 실시할 수 있는 동시에, 고품질의 박막 제조가 가능하고, 컴팩트한 세정 기구를 구비한 CVD 장치, 및 이를 이용한 CVD 장치의 세정 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 실리콘 웨이퍼 등의 반도체용 기재 표면에 균일하고 고품질의 산화 실리콘(SiO2), 질화 실리콘(Si3N4등) 등의 박막을 형성하는 화학 기상 증착[CVD(chemical vapor deposition)] 장치에 관한 것이다.
보다 구체적으로는, 박막 형성 처리 후의 반응 챔버 내벽 등에 부착된 부생성물을 제거하기 위한 세정을 실시할 수 있는 CVD 장치, 및 이를 이용한 CVD 장치의 세정 방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치의 제 1 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 도 1에서 세정 가스 발생 장치(40)의 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치의 제 2 실시예의 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치에서 실시예 1의 도 2와 마찬가지의 개략도이다.
도 5는, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치에서 실시예 2의 도 2와 마찬가지의 개략도이다.
도 6은, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치에서 실시예 3의 도 2와 마찬가지의 개략도이다.
도 7은, 종래의 플라즈마 CVD 법에 이용되는 CVD 장치를 나타내는 개략도이다.
발명의 개시
본 발명은, 전술한 바와 같은 종래 기술에 있어서의 과제 및 목적을 달성하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치는, 반응 챔버 내에, 반응 가스를 공급하여, 반응 챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성하는 CVD 장치로써,
불소 화합물에 에너지를 부여하고, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하는 에너지 인가 장치와,
상기 에너지 인가 장치에 의해 생성된 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 분리하여, 불소 가스 성분을 분리 정제하는 불소 가스 농축·분리 정제 장치를 구비하는 불소 가스 발생 장치를 포함하며,
상기 CVD 장치에 의해 기재의 성막 처리를 행한 후에, 상기 불소 가스 발생 장치가 분리 정제한 불소 가스를 플라즈마화하여, 반응 챔버 내에 부착된 부생성물을 제거하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 CVD 장치의 세정 방법은, 반응 챔버 내에, 반응 가스를 공급하여, 반응 챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성하는 CVD 장치의 세정 방법으로써,
불소 화합물에 에너지를 부여하고, 상기 불소 화합물을 반응시켜 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하고,
상기 생성된 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 분리하여, 불소 가스 성분을 분리 정제하고,
상기 CVD 장치에 의해 기재의 성막 처리를 행한 후에, 상기 분리 정제된 불소 가스를 플라즈마화하여, 반응 챔버 내에 부착된 부생성물을 제거함을 특징으로 한다.
이와 같이, 불소 화합물에 에너지를 부여하여 반응시키기만 하면, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분이 생성되고, 이를 분리하여, 불소 가스 성분을 분리 정제하기만 하면, 불소 가스를 간단히 얻을 수 있다.
따라서, CVD 장치에 의해 기재의 성막 처리를 행한 후에, 이와 같이 얻은 불소 가스를, 플라즈마화하여, 반응 챔버 내에 부착된 부생성물을 제거하기 위해 이용함으로써, 극히 우수한 식각속도가 얻어지며, 양호한 식각 균일성이 확보될 수 있다.
더구나, 이와 같은 불소 가스 발생 장치는, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치에 비하여 컴팩트하고, 게다가 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치는, 상기 에너지 인가 장치가, 상기 불소 화합물을 가열함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 CVD 장치의 세정 방법은, 상기 불소 화합물을 가열함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성함을 특징으로 한다.
이와 같이 불소 화합물을 가열하기만 하면, 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하여, 불소 가스 성분을 얻을 수 있으므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치는, 상기 에너지 인가 장치가,상기 불소 화합물에 플라즈마를 인가함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 CVD 장치의 세정 방법은, 상기 불소 화합물에 플라즈마를 인가함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성함을 특징으로 한다.
이와 같이 불소 화합물에 플라즈마를 인가하기만 하면, 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하여, 불소 가스 성분을 얻을 수 있으므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치는, 상기 에너지 인가 장치가, 상기 불소 화합물을 촉매에 의해 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 CVD 장치의 세정 방법은, 상기 불소 화합물을 촉매에 의해 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성함을 특징으로 한다.
이와 같이 불소 화합물를 촉매에 의해 반응시키기만 하면, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하여, 불소 가스 성분을 얻을 수 있으므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치는, 상기 불소 가스 농축·분리 정제 장치가, 냉각에 의한 끓는점의 차를 이용하여, 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하도록 구성됨을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 CVD 장치의 세정 방법은, 냉각에 의한 끓는점의 차를 이용하여, 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하도록 구성됨을 특징으로 한다.
이와 같이, 예를 들어, 냉각, 액체 질소 등에 의한 트랩, 전자 냉각 등, 끓는점의 차를 이용하여, 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치에 비하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명은, 상기 불소 화합물이, 질소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 불소 화합물이, 질소를 함유하는 불소 화합물인 경우, 질소를 함유하는 불소 화합물로서는, 예를 들어, FNO, F3NO가 있으나, FNO인 경우, FNO는 안정한 물질이어서, 이를 불소 가스원으로 사용함으로써, 보다 안정적으로 불소 가스를 세정 가스로 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 불소 화합물이, 염소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 불소 화합물이, 염소를 함유하는 불소 화합물, 예를 들어, ClF3인 경우, ClF3는 ClF와 F2로 분해되나, ClF와 F2는, ClF의 끓는점이 -101℃이고, F2의 끓는점이 -188.1℃로 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 불소 화합물이, 요오드를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 불소 화합물이, 요오드를 함유하는 불소 화합물, 예를 들어, IF5, IF7인 경우, IF3등의 생성물은 F2와는 끓는점이 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등의 냉매를 이용함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 불소 화합물이, 황을 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 불소 화합물이, 황을 함유하는 불소 화합물, 예를 들어, SF6인 경우, SO2F2, SO2등의 생성물은 SO2F2의 끓는점이 -83.1℃, SO2의 끓는점이 -10℃이고, F2의 끓는점이 -188.1℃로 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 불소 화합물이, 탄소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 불소 화합물이, 탄소를 함유하는 불소 화합물, 예를 들어, CF4, COF2, C2F6인 경우, CO2(끓는점 -78.5℃), COF2(끓는점 -83.1℃), C2F6(끓는점 -78.2℃), CF4등의 생성물은, F2(끓는점 -188.1℃)의 끓는점과 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태(실시예)를 도면에 기초하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치의 제 1 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 플라즈마 CVD 법에 이용되는 세정 기구를 구비한 플라즈마 CVD 장치에 대하여 설명한다. CVD 장치(10)는, 감압 상태(진공 상태)로 유지되는 반응 챔버(12)를 구비하고 있으며, 반응 챔버(12)의 저벽(12c)에 형성되는 배기 경로(16)를 통하여, 메카니컬 부스터 펌프(11), 드라이 펌프(14), 배기 가스를 무독화하는 제해 장치(13)에 의해, 내부의 기체를 외부로 배출함으로써, 일정한 진공 상태(감압 상태)로 유지되도록 이루어져 있다.
또한, 반응 챔버(12)의 내부에는, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 등의 표면에 실리콘 박막을 퇴적(증착을 포함)하는 기재 A를 위치시키기 위한 스테이지를 구성하는 라부 전극(18)이 배치되어 있다. 이 하부 전극(18)은, 반응 챔버(12)의 저벽(12c)을 관통하여, 도시되지 않은 구동 기구에 의해 상하로 접동 가능하게 구성되고, 위치 조정 가능하게 되어 있다. 또한, 도시되지는 않았으나, 하부전극(18)과 저벽(12c)와의 사이의 접동 부분에는, 반응 챔버(12) 내의 진공도를 확보하기 위하여, 실리콘 등의 봉합 부재가 배설되어 있다.
한편, 반응 챔버(12)의 상방에는, 상부 전극(20)이 설치되어 있으며, 그 기단부(22)가, 반응 챔버(12)의 상부벽(12a)을 관통하여, 반응 챔버(12) 외부로 설치되는 고주파 전원(24)에 접속되어 있다. 이 상부 전극에는, 도시되지는 않았으나, 고주파 인가 코일 등의 고주파 인가 장치(25)가 설치되어 있으며, 이 고주파 인가 장치(25)와 고주파 전원(24)의 사이에는, 도시되지 않은 매칭 회로가 배설되어 있다. 이에 의해, 고주파 전원(24)에 의해 발생한 고주파를 손실없이 고주파 인가 코일 등의 고주파 인가 장치(25)에 전파할 수 있도록 이루어져 있다.
또한, 상부 전극(20)에는, 반응 가스 공급 경로(26)가 형성되어 있으며, 성막용 가스 공급원(28)으로부터, 반응 가스 공급 경로(26), 상부 전극(20)을 통하여, 성막용 가스가, 감압 상태로 유지되는 반응 챔버(12) 내로 도입되도록 구성되어 있다.
한편, 반응 가스 공급 경로(26)에는, 세정 가스 공급 경로(30)가 분지되어 접속되고 있으며, 세정 가스 발생 장치(40)로부터의 세정 가스를, 세정 가스 공급 경로(30)을 통하여, 반응 챔버(12) 내로 도입할 수 있도록 이루어져 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 CVD 장치(10)는, 하기와 같이 작동된다.
먼저, 반응 챔버(12)의 하부 전극(18)의 스테이지 상에, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼 등의 표면에 실리콘 박막을 증착할 기재 A를 위치시키고, 도시하지 않은 구동 기구에 의해, 상부 전극(20)과의 사이 거리를 소정의 거리로 조정한다.
그리고, 반응 챔버(12)의 저벽(12c)에 형성된 배기 경로(16)을 통하여, 드라이 펌프(14)를 통해 내부의 기체를 외부로 배출함으로써, 일정한 진공 상태(감압 상태), 예를 들어, 10-2000Pa의 감압 상태로 유지된다.
그리고, 반응 가스 공급 경로(26)에 배설된 개폐 밸브(52)를 개방하여, 성막용 가스 공급 경로(28)로부터, 반응 가스 공급 경로(26), 상부 전극(20)을 통하여, 성막용 가스가, 감압 상태로 유지된 반응 챔버(12) 내로 도입된다.
이 때, 반응 가스 공급 경로(26)에 배설된 개폐 밸브(52)와, 배기 경로(16)에 배설된 개폐 밸브(54)는 개방되고, 세정 가스 공급 경로(30)에 배설된 개폐 밸브(56)는 폐쇄되어 있다.
이러한 경우, 성막용 가스 공급원(28)로부터 공급되는 성막용 가스로서는, 예를 들어, 산화 실리콘(SiO2)을 성막하는 경우에는, 모노실란(SiH4), N2O, N2, O2, Ar 등을, 질화 실리콘(Si3N4등)을 성막하는 성막하는 경우에는, 모노실란(SiH4), NH3, N2, O2및 Ar을 공급하면 좋다. 그러나, 이러한 성막용 가스로서는, 이에 한정되지 않으며, 성막하는 박막의 종류 등에 따라, 예를 들어, 성막용 가스로써, 디실란(Si2H6), TEOS(테트라에톡시실란; Si(OC2H5)4) 등, 동반 가스로써, O2, O3등을 사용하는 등 적절히 변경할 수 있다.
그리고, 고주파 전원(24)에 의해 발생된 고주파를 고주파 인가 코일 등의 고주파 인가 장치(25)로부터 상부 전극(20)으로 고주파 전계를 발생시키고, 이 전계 내에서 전자를 성막용 가스의 중성 분자에 충돌시켜, 고주파 플라즈마를 형성하여성막용 가스가 이온과 라디칼로 분해된다. 그리고, 이온이나 라디칼의 작용에 의해, 하부 전극(18)에 설치된 실리콘 웨이퍼 등의 기재 A의 표면에 실리콘 박막을 형성한다.
그런데, 이러한 CVD 장치(10)에서는, 성막 공정시, 반응 챔버(12) 내의 방전에 의해, 성막되어야할 반도체 제품 A 이외에 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에도, SiO2, Si3N4등의 박막 재료가 부착, 퇴적하여 부생성물이 형성된다.이 부생성물이, 일정한 두께까지 성장하면 그 자체의 중량, 응력 등에 의해 박리, 비산하여, 이것이 성막 공정시, 이물로써, 반도체 제품에의 미립자의 혼입, 오염의 원인으로 되어, 고품질의 박막 제조를 할 수 없고, 반도체 회로의 단선이나 산락의 원인으로 되며, 또한, 수율 등도 저하되는 문제점이 있다.
이 때문에, 본 발명의 CVD 장치(10)에서는, 세정 가스 발생 장치(40)로부터의 세정 가스를, 세정 가스 공급 경로(30)를 통하여, 반응 챔버(12) 내로 도입하도록 이루어져 있다.
즉, 상기와 같이 박막 처리가 종료된 후, 반응 가스 공급 경로(26)에 배치되는 개폐 밸브(52)를 폐쇄하여, 성막용 가스 공급원(28)으로부터 반응 챔버(12) 내로의 성막용 가스 공급을 정지한다.
그리고, 세정 가스 공급 경로(30)에 배치되는 개폐 밸브(56)를 개방하여, 세정 가스 발생 장치(40)로부터의 세정 가스를, 세정 가스 공급 경로(30)를 통하여, 반응 챔버(12) 내로 도입한다.
그리고, 고주파 전원(24)에 의해 발생된 고주파를 고주파 인가 코일 등의 고주파 인가 장치(25)로부터 상부 전극(20)에 고주파 전계를 발생시켜, 고주파 플라즈마를 형성하고 세정 가스가 이온이나 라디칼로 분해되어, 이온이나 라디칼이, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적한 SiO2, Si3N4등의 부생성물과 반응하여, SiF4로써 부생성물을 가스화시키도록 이루어져 있다.
그리고, 이와 같이 가스화된 부생성물은, 배기 경로(16)를 통하여 배출되도록 이루어져 있다.
이 세정 가스 발생 장치(40)는, 도 2에 나타난 바와 같이, 불소 화합물로 이루어진 세정 가스 원료에, 에너지를 부여하여, 불소 화합물을 반응시킴으로써, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하는 에너지 인가 장치(42)를 구비하고 있다.
그리고, 이 에너지 인가 장치(42)에서 생성된 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분은, 불소 가스 농축·분리 정제 장치(44)에 의하여, 불소 가스 성분이 분리 정제된다. 이 불소 가스 농축·분리 정제 장치(44)에 의하여 분리 정제된 불소 가스는, 세정 가스 공급 경로(30)을 통하여, 세정 가스로써, 반응 챔버(12) 내로 도입되도록 이루어져 있다.
한편, 불소 가스 농축·분리 정제 장치(44)에 의하여, 불소 가스가 분리되는 불소 가스 성분 이외의 성분은, 도시되지는 않았으나, 재새 가능한 성분이라면, 성분에 따라 별도의 도시되지 않은 재생 장치에 의하여 재생되거나, 재생될 필요가없다면, 별도의 도시되지 않은 처리 장치에 의해 처리되어, 폐기되는 별도의 처리가 행해진다.
따라서, 불소 화합물로 이루어진 세정 가스 원료로서는, 질소를 함유하는 불소 화합물이 사용 가능하다. 이와 같은 질소를 함유하는 불소 화합물로서는, 예를 들어, NF3, FNO, F3NO가 사용 가능하다. 이러한 경우, 질소를 함유하는 불소 화합물이, 예를 들어, FNO라면, FNO는 안정한 물질이고, 이를 불소 가스 원료로써 사용함으로써, 보다 안정적으로 불소 가스를 세정 가스로써 사용할 수 있다.
또한, 불소 화합물로 이루어진 세정 가스 원료로서는, 염소를 함유하는 불소 화합물이 사용 가능하다. 이와 같은 염소를 함유하는 불소 화합물로서는, 예를 들어, ClF3가 사용 가능하다. 이러한 경우, 염소를 함유하는 불소 화합물이, 예를 들어, ClF3이라면, ClF3는 ClF와 F2로 분해되나, ClF와 F2는, ClF의 끓는점이 -101℃이며, F2의 끓는점이 -188.1℃로 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 불소 화합물로 이루어진 세정 가스 원료로서는, 요오드를 함유하는 불소 화합물이 사용 가능하다. 이와 같은 요오드를 함유하는 불소 화합물로서는, 예를 들어, IF5, IF7이 사용 가능하다. 이러한 경우, 요오드를 함유하는 불소 화합물이 IF5, IF7이라면, IF3등의 생성물은 F2와는 끓는점이 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등의 냉매를 이용함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수있다.
또한, 불소 화합물로 이루어진 세정 가스 원료로서는, 황을 함유하는 불소 화합물이 사용 가능하다. 이와 같은 황을 함유하는 불소 화합물로서는, 예를 들어, SF6가 사용 가능하다. 이러한 경우, 황을 함유하는 불소 화합물이 SF6이라면, SO2F2, SO2등의 생성물은, SO2F2의 끓는점은 -83.1℃, SO2의 끓는점이 -10℃이고, F2의 끓는점이 -188.1℃로 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 불소 화합물로 이루어진 세정 가스 원료로서는, 탄소를 함유하는 불소 화합물이 사용 가능하다. 이와 같은 탄소를 함유하는 불소 화합물로서는, 예를 들어, CF4, COF2, C2F6가 사용 가능하다. 이러한 경우, 탄소를 함유하는 불소 화합물이, CF4, COF2, C2F6이라면, CO2(끓는점 -78.5℃), COF2(끓는점 -83.1℃), C2F6(끓는점 -78.2℃), CF4등의 생성물은, F2(끓는점 -188.1℃)의 끓는점과 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 에너지 인가 장치(42)로서는, 불소 화합물에 에너지를 부여하여 반응시키기만 하면, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분이 생성되는 것으로, 예를 들어, 불소 화합물을 가열하는 가열 장치, 불소 화합물에 플라즈마를 인가하는 플라즈마 인가 장치, 촉매 분해 장치, 자외선 키세논 램프, 엘시머 레이져 등을이용한 광 여기 장치 등을 사용할 수 있다.
이러한 경우, 이와 같은 가열 장치, 플라즈마 인가 장치 등을 이용함으로써, 불소 화합물을 가열하기만 하면, 또는 불소 화합물에 플라즈마를 인가하기만 하면, 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성시켜, 불소 가스 성분을 얻을 수 있으므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하게 된다.
이러한 경우, 가열 장치로서는, 특히 한정되지는 않으나, 전기로에 의한 가열 등이 사용 가능하며, 그 가열 온도, 가열 시간은, 사용하는 불소 화합물의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다.
구체적으로는, 불소 화합물이, 질소를 함유하는 화합물 예를 들어, FNO라면, 플라즈마 장치에 의해, 상압 또는 감압 상태에서 분해함이 바람직하다.
이러한 경우, 플라즈마 인가 장치로서는, 공지의 감압, 상압 등의 플라즈마 발생 장치를 이용하여도 좋으며, 특히 한정되지는 않으나, 일례를 든다면, 「ASTRON」(ASTEX사 제)를 사용할 수 있다.
또한, 염소를 함유하는 불소 화합물, 예를 들어, ClF3이라면, 가열 온도로서는, 250℃-800℃, 바람직하게는, 350℃-500℃로 가열함이 바람직하다.
그리고, 불소 가스 농축·분리 정제 장치(44)로서는, 냉매에 의해 끓는점의 차, 즉, 증기압의 차를 이용하여, 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하도록 구성된 증류·분류, 또는 액체 트랩 방식에 의한 분리 장치, 몰큘라 시브(molecular sieve) 등의 흡착, 탈리에 의한 분리 장치, 막 분리 장치 등이 사용 가능하다.
이러한 경우, 분리 장치에서 사용하는 냉각제로서는, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스, 또는 전자 냉각기 등의 냉매를 사용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 예를 들어, 액체 질소로 외부 냉각함으로써, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 냉각하고, 분류하여 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하면 좋다.
또, 이와 같은 불소 가스 화합물에 의한 챔버 세정의 목적 화합물로서는, CVD 법 등에 의해, CVD 챔버 벽 또는 CVD 장치의 야구(冶具) 등에 부착된, 규소 화합물로 이루어진 부착물을 들 수 있다. 이와 같은 규소 화합물의 부착물로서는, 예를 들어,
(1) 규소로 이루어진 화합물,
(2) 산소, 질소, 불소 또는 탄소 중 적어도 1 종과, 규소로 이루어지는 화합물, 또는
(3) 고융점 금속 실리사이드로 이루어진 화합물
등의 중에서 적어도 1 종을 들 수 있으며, 보다 구체적으로는, 예를 들어, Si, SiO2, Si3N4, WSi 등의 고융점 금속 실리사이드 등을 들 수 있다.
또한, 불소 성분 가스의 반응 챔버(12) 내로의 도입 유량으로서는, 상기 챔버(12)의 내벽에 부착된 부생성물을 세정하는 효율을 고려하면, 0.1-10L/분, 바람직하게는, 0.5-1L/분으로 함이 바람직하다. 즉, 세정 가스의 반응 챔버(12) 내로의 도입 유량이, 0.1L/분보다 작게 되면, 상기 세정 효과를 기대할 수 없으며, 역으로 도입 유량이, 10L/분보다 많게 되면, 세정에 기여하지 못하고 외부로 배출되는 세정 가스의 양이 많게 되어 버리게 된다.
또, 이러한 도입 유량은, 예를 들어, 플랫 패널 디스크(flat panel disc) 등, 기재 A의 종류, 크기 등에 따라서도 적절히 변경 가능하다. 일례를 들면, 예를 들어, 불소 가스 발생 장치로부터 공급되는 F2로써, 0.5-5L/분으로 하면 좋다.
그리고, 세정 가스의 반응 챔버(12) 내에서의 압력으로서는, 상기 챔버(12)의 내벽에 부착되는 부생성물을 세정하는 효율을 고려하면, 10-2000Pa, 바람직하게는, 50-500Pa로 함이 바람직하다. 즉, 세정 가스의 반응 챔버(12) 내에서의 압력이, 10Pa보다 작거나, 또는, 역으로, 반응 챔버(12) 내에서의 압력이, 2000Pa보다 크게 되면, 상기 세정 효과를 기대할 수 없게 된다. 또, 이러한 반응 챔버(12) 내에서의 압력은, 예를 들어, 플랫 패널 디스크 등, 기재 A의 종류, 크기 등에 따라서도 적절히 변경 가능하다. 일례를 들면, 예를 들어, 불소 가스 성분을 30% 함유하는 경우에는, 100-500Pa로 하면 좋다.
도 3은, 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치의 제 2 실시예에 대한 개략도이다.
이 실시예의 CVD 장치(10)는, 도 1에 나타난 CVD 장치(10)와 기본적으로 마찬가지의 구성이고, 동일한 구성부재에는 동일한 참조 번호를 부여하여, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1의 실시예의 CVD 장치(10)에서는, 세정 가스 발생 장치(40)로부터의 세정 가스를, 세정 가스 공급 경로(30)를 통하여, 반응 챔버(12) 내로 도입하도록 구성하였으나, 이 실시예의 CVD 장치(10)에서는, 도 3에 나타난 바와 같이, 리모트 플라즈마 발생 장치(70)에 의해, 불소 가스 성분을 함유하는 세정 가스를 플라즈마화하여, 접속기관(72)을 통하여, 감압 상태로 유지된 반응 챔버(12)의 측벽(12b)로부터 반응 챔버(12) 내로 도입되도록 이루어져 있다.
이러한 경우, 접속기관(72)의 재질로서는, 특히 한정되지는 않으나, 상기 가스화 효율의 저하를 방지하는 효과를 고려하면, 예를 들어, 알루미나, 부동태화된 알루미늄, 불소계 수지로 코팅된 금속 등으로 함이 바람직하다.
또한, 이 실시예의 경우에는, 리모트 플라즈마 발생 장치(70)와 반응 챔버(12)를, 접속기관(72)을 통하여, 챔버 측벽(12b)으로부터 플라즈마화된 세정 가스를 도입하도록 하였으나. 이에 한정되는 것은 아니며, 직접 세정 가스를 반응 챔버(12) 내로 도입되도록 하면 좋으며, 예를 들어, 챔버(12)의 상부벽(12a)이나 하부벽(12b)으로부터 도입되도록 하여도 좋다.
그리고, 도 3에 나타난 바와 같이, 세정 가스를 리모트 플라즈마 발생 장치(74)를 통하여, 반응 챔버(12)의 상부의 고주파 인가 장치(25)로부터, 플라즈마화된 세정 가스를 반응 챔버(12) 내로 도입하는 것도 가능하다.
(실시예)
이하에, 구체적인 본 발명의 세정 기구를 구비한 CVD 장치를 이용하는 세정 방법의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
실시예 1
질소를 함유하는 불소 화합물(FNO)을 사용한 세정
도 1에 나타난 바와 같이, 반응 챔버(12)의 하부 전극(18)의 스테이지 상에, 실리콘 웨이퍼를 위치시켜, 성막용 가스 공급원(28)으로부터 성막용 가스로써, 모노실란(SiH4), N2O를 70:2000의 비율로 공급하였다. 반응 챔버(12) 내를 200Pa의 감압 상태로 유지하여, 고주파 인가 장치(25)로부터 상부 전극(20)으로 13.56Hz의 고주파 전계를 발생시키고, 고주파 플라즈마를 형성하여, 실리콘 웨이퍼의 기재 A의 표면에 SiO2박막을 형성하였다.
이 때, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에, SiO2등의 부생성물이 부착, 퇴적하고 있었다.
이 후, 세정 가스 발생 장치(40)에 있어서, 불소 화합물로 이루어지는 세정 가스 원료로써, FNO를 사용하고, 이를 Ar로 희석(FNO 75%)하고, 에너지 인가 장치(42)로써, 플라즈마 발생 장치를 사용함으로써, FNO를 발생시켜, NO, NO2등과 F2를 생성시켰다.
그리고, 이와 같이 생성된 NO, NO2등과 F2를, 불소 가스 농축·분리 정제 장치(44)로써 분류 장치를 사용하여, 액체 질소로 트랩함으로써 F2를 농축·분리하였다.
이와 같이 분리된 F2를 세정 가스로써, 세정 가스 공급 경로(30)를 통하여, 반응 챔버(12) 내로 도입하였다. 반응 챔버(12) 내를 250Pa의 감압 상태로 유지하였다. 이 상태에서, 고주파 인가 장치(25)로부터 상부 전극(20)에 13.56MHz의 고주파 전계를 발생시켜 고주파 플라즈마를 형성하고, 발생한 이온이나 F 라디칼이, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적한 SiO2등의 부생성물과 반응하여, SiF4로써 부생성물을 가스화하였다. 그리고, 이와 같이 가스화된 부생성물은, 배기 경로(16)를 통하여 배출되었다. 이와 같은 세정 처리를 60초간 행하였다.
이러한 세정 처리에 의하여, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착된 SiO2등에 의한 파티클의 증가는 확인되지 않았다.
실시예 2
염소를 함유하는 불소 화합물(ClF
3
)을 사용한 세정
도 5에 나타난 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 실리콘 웨이퍼의 기재 A의 표면에 SiO2박막을 형성하였다. 이 때, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에, SiO2등의 부생성물이 부착, 퇴적하고 있었다.
이 후, 세정 가스 발생 장치(40)에 있어서, 불소 화합물로 이루어지는 세정 가스 원료로써, ClF3를 사용하고, 에너지 인가 장치(42)로써, 가열 장치를 사용하여, ClF3를 대기압, 450℃의 온도에서, 전기로 가열에 의해 열분해 반응시킴으로써, ClF와 F2를 생성시켰다.
그리고, 이와 같이 생성된 ClF와 F2를, 불소 가스 농축·분리 정제 장치(44)로써 분류 장치를 사용하고, 냉매로써 액체 질소를 사용하여, ClF2와 F2로 분리하였다.
이와 같이 분리된 F2를 세정 가스로써, 세정 가스 공급 경로(30)를 통하여, 반응 챔버(12) 내로 도입하였다. 반응 챔버(12) 내를, 전극 온도 300℃, 250Pa의 감압 상태로 유지하였다. 이 상태에서, 고주파 인가 장치(25)로부터 상부 전극(20)에 13.56MHz의 고주파 전계를 발생시켜 고주파 플라즈마를 형성하고, 발생한 이온이나 F 라디칼이, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적한 SiO2등의 부생성물과 반응하여, SiF4로써 부생성물을 가스화하였다. 그리고, 이와 같이 가스화된 부생성물은, 배기 경로(16)를 통하여 배출되었다. 이와 같은 세정 처리를 60초간 행하였다.
이러한 세정 처리에 의하여, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착된 SiO2등에 의한 파티클의 증가는 확인되지 않았다.
실시예 3
탄소를 함유하는 불소 화합물(COF
2
)을 사용한 세정
도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지로 하여, SiH4, NH3, N2를 180:320:1000의 비율로 공급하고, 실리콘 웨이퍼의 기재 A의 표면에 SiN 박막을 형성하였다. 이 때, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에, Si3N4등의 부생성물이 부착, 퇴적하고 있었다.
이 후, 세정 가스 발생 장치(40)에 있어서, 불소 화합물로 이루어지는 세정 가스 원료로써, COF3를 사용하고, COF2/O2= 9의 몰비로, 에너지 인가 장치(42)에 공급하였다. 에너지 인가 장치(42)로써, 플라즈마 발생 장치를 사용하고, 13.56MHz, 200Pa에서 분해하여, CO, CO2, F2등을 생성시켰다.
그리고, 이와 같이 생성된 가스를, 상압으로 가압 후, 불소 가스 농축·분리 정제 장치(44)로써 액체 트랩 장치를 사용하고, 냉매로써 액체 질소를 사용하여, 남은 COF2, CO2등을 분리함으로써 농축된 O2를 함유하는 F2가스를 얻었다.
이와 같이 분리된 O2를 함유하는 F2를 세정 가스로써, 세정 가스 공급 경로(30)를 통하여, 반응 챔버(12) 내로 도입하였다. 반응 챔버(12) 내를, 200Pa, 기판 온도 300℃의 감압 상태로 유지하였다. 이 상태에서, 고주파 인가 장치(25)로부터 상부 전극(20)에 13.56MHz의 고주파 전계를 발생시켜 고주파 플라즈마를 형성하고, 발생한 이온이나 F 라디칼이, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적한 SiO2등의 부생성물과 반응하여, SiF4로써 부생성물을 가스화하였다. 그리고, 이와 같이 가스화된 부생성물은, 배기 경로(16)를 통하여 배출되었다. 이와 같은 세정 처리를 60초간 행하였다.
이러한 세정 처리에 의하여, 반응 챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착된 Si3N4등에 의한 파티클의 증가는 확인되지 않았다.
이상, 본 발명의 플라즈마 CVD 장치의 세정 장치의 실시예에 대하여 설명하였다. 다만, 본 발명의 범위 내에서, 예를 들어, 이상의 실시예에 있어서는, 실리콘 박막의 형성에 대하여 기술하였으나, 기타 실리콘 게르마늄막(SiGe), 실리콘 카바이드막(SiC), SiOF막, SiON막, 탄소 함유 SiO2막 등의 박막을 형성하는 경우에도 적용 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는, 횡으로 배치된 형태의 장치에 관하여 설명하였으나, 종으로 배치된 장치로 변경하는 것도 가능하며, 또한, 상기 실시예에서는, 매엽(枚葉)식의 것에 대해 설명하였으나, 배치식의 CVD 장치에도 적용 가능하다.
그리고, 상기 실시예에서는, 일례로써 플라즈마 CVD 장치에 적용하였으나, 박막 재료에 대해 고온 중에서 열분해, 산화, 환원, 중합, 기체화 반응 등을 진행함으로써 기판 상에 박막을 퇴적하는, 진공 증착법 등의 기타 CVD 법에도 적용 가능하게 되는 등 여러 가지 변경이 가능하다는 사실은 말할 것도 없이 당연하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변경이 가능하다.
본 발명에 의하면, 불소 화합물에 에너지를 부여하여 반응시키기만 하면, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분이 생성되고, 이를 분리함으로써, 불소 가스 성분을 분리 정제하기만 하면 불소 가스를 간단히 얻을 수 있다.
따라서, CVD 장치에 의하여, 기재의 성막 처리를 행한 후에, 이와 같이 얻어진 불소 가스를, 플라즈마화하여, 반응 챔버 내에 부착된 부생성물을 제거하기 위하여 이용함으로써, 극히 우수한 식각 속도가 얻어지며, 양호한 세정 균일성을 확보할 수 있다.
더구나, 이와 같은 불소 가스 발생 장치는, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 게다가 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명에 의하면, 불소 화합물을 가열하기만 하면, 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성시키고, 불소 가스 성분을 얻을 수 있으므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명에 의하면, 불소 화합물에 플라즈마를 인가하기만 하면, 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성시키고, 불소 가스 성분을 얻을 수 있으므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명에 의하면, 냉각에 의한 끓는점의 차, 즉, 증기압의 차를 이용하여, 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하므로, 종래의 전기 분해에 의한 불소 가스 발생 장치와 비교하여 컴팩트하고, 더구나 효율 좋게 불소 가스를 얻을 수 있으며, CVD 장치 자체도 컴팩트하고, 관리가 용이하다.
또한, 본 발명에 의하면, 불소 화합물이, 질소를 함유하는 불소 화합물이므로, 질소를 함유하는 불소 화합물로서는, 예를 들어, FNO, F3NO가 사용되나. 예를 들어, FNO라면, FNO는 안정한 물질이어서, 이를 불소 가스원으로 사용함으로써, 보다 안정적으로 불소 가스를 세정 가스로써 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 불소 화합물이, 염소를 함유하는 불소 화합물이므로, 염소를 함유하는 불소 화합물이, 예를 들어, ClF3인 경우, ClF3는 ClF와 F2로 분해되나, ClF와 F2는, ClF의 끓는점이 -101℃이며, F2의 끓는점이 -188.1℃로 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등의 냉매제를 사용함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 불소 화합물이, 요오드를 함유하는 불소 화합물이므로, 요오드를 함유하는 불소 화합물이, 예를 들어, IF5, IF7인 경우, IF3등의 생성물은 F2와는 끓는점이 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등의 냉매제를 이용함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 불소 화합물이, 황을 함유하는 불소 화합물이므로, 황을 함유하는 불소 화합물이, 예를 들어, SF6인 경우, SO2F2, SO2등의 생성물은, SO2F2의 끓는점은 -83.1℃, SO2의 끓는점이 -10℃이고, F2의 끓는점이 -188.1℃로 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 불소 화합물이, 탄소를 함유하는 불소 화합물이므로, 탄소를 함유하는 불소 화합물이, 예를 들어, CF4, COF2, C2F6인 경우, CO2(끓는점 -78.5℃), COF2(끓는점 -83.1℃), C2F6(끓는점 -78.2℃), CF4등의 생성물은, F2(끓는점 -188.1℃)의 끓는점과 다르므로, 예를 들어, 액체 질소, 드라이아이스 등을 이용하여 트랩 등을 함으로써, 불소 가스를 용이하게 분리할 수 있는 등, 기능이 현저하고 특유한 작용 효과를 얻을 수 있는 극히 우수한 발명이다.
Claims (20)
- 반응 챔버 내에, 반응 가스를 공급하여, 반응 챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성하는 CVD 장치로써,불소 화합물에 에너지를 부여하고, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하는 에너지 인가 장치와,상기 에너지 인가 장치에 의해 생성된 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 분리하여, 불소 가스 성분을 분리 정제하는 불소 가스 농축·분리 정제 장치를 구비하는 불소 가스 발생 장치를 포함하며,상기 CVD 장치에 의해 기재의 성막 처리를 행한 후에, 상기 불소 가스 발생 장치가 분리 정제한 불소 가스를 플라즈마화하여, 반응 챔버 내에 부착된 부생성물을 제거하도록 구성됨을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 인가 장치가, 상기 불소 화합물을 가열함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하도록 구성됨을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 인가 장치가, 상기 불소 화합물에 플라즈마를 인가함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하도록 구성됨을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 인가 장치가, 상기 불소 화합물을 촉매에 의해 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하도록 구성됨을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 가스 농축·분리 정제 장치가, 냉각에 의한 끓는점의 차를 이용하여, 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하도록 구성됨을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 질소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 염소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 요오드를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 황을 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 탄소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 세정 기구를 구비하는 CVD 장치.
- 반응 챔버 내에, 반응 가스를 공급하여, 반응 챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성하는 CVD 장치의 세정 방법으로써,불소 화합물에 에너지를 부여하고, 상기 불소 화합물을 반응시켜 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성하고,상기 생성된 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 분리하여, 불소 가스 성분을 분리 정제하고,상기 CVD 장치에 의해 기재의 성막 처리를 행한 후에, 상기 분리 정제된 불소 가스를 플라즈마화하여, 반응 챔버 내에 부착된 부생성물을 제거함을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 불소 화합물을 가열함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성함을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 불소 화합물에 플라즈마를 인가함으로써, 상기 불소 화합물을 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성함을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 불소 화합물을 촉매에 의해 반응시켜, 불소 가스 성분과 불소 가스 성분 이외의 성분을 생성함을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각에 의한 끓는점의 차를 이용하여, 불소 가스 성분을 불소 가스 성분 이외의 성분으로부터 분리하도록 구성됨을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 질소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 염소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 요오드를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 황을 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
- 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 불소 화합물이, 탄소를 함유하는 불소 화합물인 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 세정 방법.
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