KR100440632B1 - Ｃｖｄ 장치의 클리닝 방법 - Google Patents

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Abstract

대면적 기판에 플라즈마 CVD에 의해 실란 등의 재료 가스를 사용하여 실리콘 산화막 등을 성막할 수 있는 장치, 예를 들어, 복수의 관통구멍 또는 확산구멍이 형성된 도전성 격벽판을 설치함으로써 진공 용기 내부가 플라즈마 생성 공간과 성막 처리 공간으로 격리되어, 플라즈마 생성 공간에서 생성된 활성종이 상기 격벽판의 관통구멍을 통하여 성막 처리 공간에 도입되는 CVD 장치에 대하여 최적의 클리닝 방법을 제공한다.
도전성 격벽판을 접지 전위로 하면서 또는 도전성 격벽판을 접지 전위로 하면서 가열하고, 플라즈마 생성 공간에 클리닝 가스를 도입하며, 그 내부에 배치되어 있는 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 활성종을 생성시켜 플라즈마 생성 공간 내를 클리닝하는 동시에, 상기 생성된 활성종을 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 성막 처리 공간에 유도하여, 이 성막 처리 공간에 도입된 활성종에 의해 성막 처리 공간도 클리닝함으로써 과제를 해결했다.

Description

ＣＶＤ 장치의 클리닝 방법{METHOD OF CLEANING A CVD DEVICE}
본 발명은 화학 기상 성장 장치(본 명세서에서 「CVD 장치」라고 함)의 클리닝 방법에 관한 것이다.
종래, 대형 액정표시장치의 제작 방법으로서, 고온 폴리실리콘형 TFT(박막트랜지스터)를 이용하는 것과 저온 폴리실리콘형 TFT를 이용하는 것이 알려져 있다.
고온 폴리실리콘형 TFT를 이용하는 제작 방법에서는, 고품질 산화막을 얻기 위해 1000℃ 이상의 고온에 견디는 석영기판이 사용되었다.
이에 대하여 저온 폴리실리콘형 TFT의 제작에서는 통상의 TFT용 유리기판을 사용하기 때문에, 저온 환경(예를 들어, 450℃ 이하)에서 성막을 행할 필요가 있으나, 저온 폴리실리콘형 TFT를 이용하여 액정표시장치를 제작하는 방법은 특별한 기판을 사용할 필요가 없고, 성막 조건의 설정이 간단하다는 이점을 갖고 있어, 최근 실용화되어 그 생산량이 확대되고 있다.
저온 폴리실리콘형 TFT를 이용하는 액정표시장치의 제작에 있어서 저온에서 게이트 절연막으로서 적당한 실리콘 산화막을 성막할 경우, 플라즈마 CVD가 사용된다. 이 플라즈마 CVD에 의해 실리콘 산화막을 성막할 때, 대표적인 재료 가스로서는 실란, 테트라에톡시실란(TEOS) 등이 사용된다.
재료 가스로서 실란 등을 사용하여 플라즈마에 의한 CVD로 실리콘 산화막을 성막할 경우, 종래의 플라즈마 CVD 장치에 의하면, 기판의 앞면 공간에 재료 가스와 산소 등을 도입하고, 재료 가스와 산소의 혼합 가스로 플라즈마를 생성하여, 상기 플라즈마에 대하여 기판을 노출시킴으로써, 상기 기판의 표면 상에 실리콘 산화막을 형성하도록 했다.
이와 같이 종래의 플라즈마 CVD 장치에서는, 재료 가스는 플라즈마 CVD 장치 내에 생성된 플라즈마 중에 직접적으로 공급하도록 구성되어 있었다. 따라서, 종래의 플라즈마 CVD 장치의 구성에 의하면, 기판의 앞면 공간에 존재하는 플라즈마로부터 기판의 성막면에 대하여 고(高)에너지의 이온이 입사하여, 실리콘 산화막에 손상을 주어, 막 특성이 악화된다는 문제가 존재했다. 또한, 플라즈마 중에 재료 가스가 직접적으로 도입되기 때문에, 재료 가스와 플라즈마가 격렬하게 반응하여 파티클(particle)이 발생하고, 이에 의해 제조수율이 저하된다는 문제도 있었다.
그래서, 상기 문제를 해결하기 위해, 본원 출원인은 선출원인 일본국 특원평11-157692호에 의해 종래의 원격 플라즈마 방식 CVD 장치의 개선을 시도하여 새로운 CVD 장치를 제안했다.
이 일본국 특원평11-157692호에서 제안한 CVD 장치는, 진공 용기 내에서 플라즈마를 생성하여 활성종(래디컬(radical))을 발생시키고, 이 활성종과 재료 가스에 의해 상기 진공 용기 내에 수용되어 있는 기판에 성막 처리를 행하는 CVD 장치로서, 다음과 같이 구성되어 있다.
즉, 진공 용기에는 진공 용기의 내부를 2개의 챔버로 격리하는 도전성 격벽판이 설치되어 있다. 이들 2개의 챔버 중에서 한쪽 챔버의 내부는 고주파 전극이 배치된 플라즈마 생성 공간으로서 형성되고, 다른쪽 챔버의 내부는 기판을 탑재하는 기판 유지 기구가 배치된 성막 처리 공간으로서 형성된다. 이 도전성 격벽판에는 플라즈마 생성 공간과 성막 처리 공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍이 형성되어 있다. 또한, 이 도전성 격벽판에는 플라즈마 생성 공간과 격리되며 성막 처리 공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통하고 있는 내부 공간을 갖고 있다. 재료 가스는 이 도전성 격벽판의 내부 공간에 외부로부터 공급되고, 상기 복수의 확산구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 도입되도록 구성되어 있다. 그리고, 상기 플라즈마 생성 공간에서 생성된 활성종이 상기 도전성 격벽판에 형성되어 있는 복수의 관통구멍을 통하여 성막 처리 공간에 도입되어, 상기 기판에 성막 처리가 실행되는 것이다.
일본국 특원평11-157692호에서 제안한 상기 CVD 장치에 있어서는, 상기 도전성 격벽판에 설치되어 있는 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 성막 처리 공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍은, 상기 관통구멍 내에서의 가스 유속을 u, 실질적인 관통구멍의 길이를 L, 상호 가스 확산 계수를 D라고 할 때, uL/D＞1의 조건을 만족시키도록 형성되어 있다.
이 일본국 특원평11-157692호에서 제안한 상기 CVD 장치에 있어서는, 플라즈마 생성 공간과 성막 처리 공간이 도전성 격벽판에 의해 격리되어 있기 때문에, 성막 처리 공간에 배치된 기판의 처리 표면이 플라즈마에 노출되지 않는 구성으로 되어 있다. 또한, 도전성 격벽판에는 플라즈마 생성 공간과 성막 처리 공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍이 형성되어 있으나, 이 관통구멍은 상기와 같은 조건을 만족시키도록 형성되어 있기 때문에, 성막 처리 공간에 도입된 재료 가스가 플라즈마 생성 공간 측으로 역확산되는 것이 방지되고 있다.
또한, 일본국 특원평11-157692호에서는, 성막 처리 공간에 도입된 활성종이 격벽판의 내부 공간으로 역확산되는 것을 방지하기 위해, 상기 복수의 확산구멍도 관통구멍에 요구되고 있는 상술한 조건을 만족시키도록 형성되어 있는 CVD 장치도 제안되어 있다.
즉, 일본국 특원평11-157692호에 있어서는, CVD 장치를 구성하는 진공 용기의 일부와 도전성 격벽판을 접지 전극으로서 이용함으로써, 고주파 전극과 진공 용기 상면부 사이 및 고주파 전극과 격벽판의 제한된 공간 내에서 플라즈마가 생성되는 CVD 장치가 제안되어 있다. 또한, 전극 구조를 변형시키고, 상기 도전성 격벽판을 이용하여, 격벽판의 상기 복수의 관통구멍을 제외하고 밀폐된 플라즈마 생성 챔버를 형성하기 위해, 고주파 전극을 플라즈마 생성 공간의 상측 위치에 설치하고, 고주파 전극과 격벽판과의 사이에서 플라즈마 방전을 발생시키도록 한 CVD 장치도 제안되어 있다.
그런데, CVD 장치는 일반적으로 성막을 반복하게 되면, 기판 지지체, 성막 챔버 내벽 등에 퇴적물이 부착되는 공통의 문제점을 갖는다. 상기 퇴적물이 성막 중의 기판 상에 낙하되면, 파티클로서 배선의 단선(斷線) 등의 원인을 야기시켜, 제품으로서의 제조수율을 저하시킨다.
따라서, 성막 프로세스와는 별도로, 소정의 기판 개수 처리 후에, 플라즈마 형성 방식이나 구조 또는 성막된 막 조성 등의 용도 차이에 따른 개별의 클리닝 가스를 사용하는 최적의 클리닝을 적시에 행하고 있다. 이 CVD 장치의 클리닝은, CVD 장치의 안정된 연속 가동을 실현하기 위해, 성막 프로세스와 동일하게 중요한프로세스로 되어 있다.
본 발명의 목적은 상술한 일본국 특원평11-157692호에서 새롭게 제안한 CVD 장치에 대하여 최적의 클리닝 프로세스를 제공하는 것이다.
즉, 저온 폴리실리콘형 TFT를 이용한 대형 액정표시장치의 제작 등에 있어서, 저온에서 게이트 절연막으로서 적당한 실리콘 산화막을 성막하기 위해, 상술한 일본국 특원평11-157692호에서 새롭게 제안한 CVD 장치에 의해, 플라즈마를 이용하고, 실란 등의 재료 가스를 사용하여 실리콘 산화막 등을 대면적 기판에 성막하는 것이나, 이 새롭게 제안된 CVD 장치에 상응하는 적절한 클리닝 방법을 제안하여, 파티클의 발생을 충분히 억제하고, 상기 CVD 장치에 의한 높은 제품 제조수율을 유지하며, 상기 CVD 장치가 안정적으로 연속 가동을 행할 수 있도록 하기 위한 CVD 장치의 클리닝 방법을 제공함에 있다.
또한, 클리닝 가스로서 일종 또는 복수 종류의 플루오르화 가스를 사용하는 경우일지라도, 클리닝 공정 후의 성막 공정에서 발생할 가능성이 있는 불소에 기인한 박막 오염을 미연에 방지할 수 있는 CVD 장치의 클리닝 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 클리닝 방법이 적용되는 CVD 장치의 제 1 실시형태의 구성을 나타내는 종단면도.
도 2는 본 발명의 클리닝 방법이 적용되는 CVD 장치의 제 2 실시형태의 구성을 나타내는 종단면도.
도 3a는 격벽판 고정 개소의 확대단면도, 도 3b는 가열수단이 내장되어 있는 실시형태의 격벽판의 확대단면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11 : 유리 기판
12 : 진공 용기
12a : 상측 용기
12b : 하측 용기
12b-1 : 배기 포트
13 : 배기 기구
14 : 격벽판
15 : 플라즈마 생성 공간
16 : 성막 처리 공간
17 : 기판 유지 기구
18, 30 : 히터
19 : 플라즈마
20 : 전극
20a : 전극에 형성되어 있는 구멍
21a, 21b : 절연부재
22 : 도전재 고정부
23a : 산소 가스 도입 파이프
23b : 클리닝 가스 도입 파이프
24 : 내부 공간
25 : 관통구멍
26 : 확산구멍
27 : 균일판
28 : 도입 파이프
29 : 전력 도입 로드(rod)
31 : 절연물
32 : 코드(cord) 형상의 도전체
33 : 부착 나사
41 : 접지 전위
본 발명이 제안하는 CVD 장치의 클리닝 방법은, 상술한 일본국 특원평11-157692호에서 새롭게 제안한 CVD 장치에 적용되는 클리닝 방법으로서, 상기 도전성 격벽판을 접지 전위로 하면서, 상기 플라즈마 생성 공간에 클리닝 가스를 도입하고, 그 내부에 배치되어 있는 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 활성종을 생성시키며, 상기 생성된 활성종을 상기 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 유도하여, 이 성막 처리 공간에 도입된 상기 활성종에 의해 상기 성막 처리 공간을 클리닝하는 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법이다.
즉, 상술한 일본국 특원평11-157692호에서 새롭게 제안한 CVD 장치에 있어서는, 플라즈마 생성 공간과 성막 처리 공간이 도전성 격벽판에 의해 격리되어 있고, 상기 도전성 격벽판에는 플라즈마 생성 공간과 성막 처리 공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍이 형성되어 있으나, 이 관통구멍은 성막 처리 공간에 도입된 재료 가스의 플라즈마 생성 공간 측에 대한 역확산을 방지하는 조건을 만족시키도록 형성되어 있다.
그래서, 성막 처리 공간과 도전성 격벽판에 의해 격리되어 있는 플라즈마 생성 공간에 직접 클리닝 가스를 도입하고, 상기 플라즈마 생성 공간 내의 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 활성종(래디컬)을 생성시키며, 이 생성된 활성종(래디컬)을 접지 전위의 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 성막 처리 공간에 유도하여, 이 성막 처리 공간에 도입된 활성종에 의해 성막 처리 공간을 클리닝한다는 것이다.
여기서, 클리닝 가스로서는 플루오르화 가스를 사용할 수 있고, 예를 들어, NF3, F2, SF6, CF4, C2F6, C3F8등의 플루오르화 가스 중에서 일종 또는 복수 종류를 사용할 수 있다.
이와 같이 클리닝 가스로서 플루오르화 가스를 사용하는 상술한 본 발명의 CVD 장치의 클리닝 방법에 의하면, 실리콘 산화막, a-Si막을 소정 처리 매수 성막한 후, 플라즈마 생성 공간에 플루오르화 가스를 도입하고, 플라즈마 생성 공간에서 방전을 행하여 활성종(불소 래디컬)을 생성시키며, 접지 전위의 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 불소 래디컬을 성막 처리 공간에 유도하여 성막 처리 공간을 클리닝한다. 즉, 진공 용기의 내벽, 기판 유지 기구 등의 표면에 부착된 퇴적물과 상기 불소 래디컬을 반응시키고, 이것을 제거시켜, 배기 포트로부터 배출시킬 수 있다.
여기서, 불소 래디컬로의 해리(解離)를 촉진시키기 위해서는, 상술한 플루오르화 가스에 산소 가스를 첨가하는 것이 좋다. 예를 들면, J. Appl. Phys. Vol.52(1981) p.162에 제안되어 있는 바와 같이, 60% 이하의 농도로 산소를 첨가함으로써, 불소 원자 래디컬의 밀도를 무첨가의 경우에 비하여 증대시킬 수 있다.
상기와 같이 플루오르화 가스를 사용하면, 플라즈마 생성 공간 내에서 생성되는 래디컬은 불소 래디컬로 되나, 성막 처리 공간 등에 대한 퇴적물이 탄화물일 경우에는 클리닝 가스로서 O2를 사용한다.
또한, 플라즈마 밀도가 낮고, 충분한 클리닝 속도가 얻어지지 않을 경우에는, He, Ne, Ar, Kr, Xe 등의 전리 전압이 높은 불활성 가스를 클리닝 가스에 혼입시키면, 상기 불활성 가스의 혼입에 의해 전자 온도가 높아지고, 플루오르화 가스 등의 클리닝 가스의 해리가 촉진되어, 클리닝 속도의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 상기와 같이 클리닝 가스로서 플루오르화 가스를 사용하여 본 발명의 CVD 장치의 클리닝 방법을 실시한 경우, 클리닝 공정에서 격벽판의 관통구멍 등의 내면에 흡착되어 있던 클리닝 가스가 클리닝 완료 후의 성막 공정의 진행에 따라 격벽판 내부로부터 성막 처리 공간에 방출되고, 이러한 클리닝 가스에 기인한 불소가 클리닝 완료 후의 성막 공정에서 성막 중의 박막에 수용되어, 박막 본래의 특성을 열화시키는 경우가 있다.
본원은 본 발명의 클리닝 방법에 있어서 플루오르화 가스를 클리닝 가스로서 사용할 경우에 발생할 수 있는 상기와 같은 문제점을 미연에 방지할 수 있는 후술하는 CVD 장치의 클리닝 방법도 제안하는 것이다.
이 클리닝 방법은, 상술한 본 발명의 CVD 장치의 클리닝 방법에 있어서, 도전성 격벽판을 접지 전위로 하면서, 상기 플라즈마 생성 공간에 클리닝 가스를 도입하고, 그 내부에 배치되어 있는 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 활성종을 생성시키며, 상기 생성된 활성종을 상기 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 유도할 때에, 상기 도전성 격벽판의 가열이 실행되고 있는 것을 특징으로 하는 것이고, 보다 구체적으로는, 상기 도전성 격벽판의 가열을 상기 관통구멍의 내주면 및 격벽판 표면에 대한 불소의 흡착을 방지하는 온도 범위에서 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
관통구멍의 내주면 및 격벽판 표면에 대한 불소의 흡착을 방지하는 온도 범위는 클리닝 가스로서 사용되는 플루오르화 가스의 종류에 따라 각각 상이하다.예를 들면, 클리닝 가스가 CF4, C2F6, C3F8등의 플루오르화 탄소 가스 또는 NF3등의 플루오르화 질소 가스일 경우에는 200℃ 이상, SF6등의 플루오르화 유황 가스일 경우에는 100℃ 이상으로 도전성 격벽판이 가열된다.
이러한 도전성 격벽판의 가열은, 예를 들어, 도전성 격벽판에 히터 등의 가열수단을 내장시켜 두어 행할 수 있다.
이러한 클리닝 방법에 의하면, 클리닝 가스로서 사용되는 플루오르화 가스의 종류에 따라, 도전성 격벽판을 이것에 설치되어 있는 상기 복수의 관통구멍의 내주면에 대한 클리닝 가스의 흡착을 방지할 수 있는 필요 온도 이상까지 가열할 수 있기 때문에, 클리닝 중에 관통구멍 내주면 및 격벽판 표면 등에 흡착하는 불소를 탈리(脫離)시켜, 클리닝 완료 후의 성막 공정에서의 성막에 있어서의 박막에 대한 불소 오염을 미연에 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 적합한 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 클리닝 방법이 적용되는 CVD 장치의 실시형태를 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 CVD 장치는 바람직하게는 실란을 재료 가스로서 사용하고, 통상의 TFT용 유리기판(11) 상면에 실리콘 산화막을 게이트 절연막으로서 성막할 때에 이용되는 것이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, CVD 장치의 진공 용기(12)는 성막 처리를 행할 때에 배기 기구(13)에 의해 그 내부가 원하는 진공 상태로 유지된다. 배기 기구(13)는 진공 용기(12)에 형성된 배기 포트(12b-1)에 접속되어 있다.
진공 용기(12)의 내부에는 수평 상태에서 도전성 부재로 만들어진 격벽판(14)이 설치되어 있고, 평면 형상이, 예를 들어, 직사각형인 격벽판(14)은 그 에지부가 도전재 고정부(22)의 하면에 꽉 눌려서 밀폐 상태를 형성하도록 배치되어 있다. 이와 같이 하여 진공 용기(12)의 내부는 격벽판(14)에 의해 상하 2개의 챔버로 격리되며, 상측 챔버는 플라즈마 생성 공간(15)에 형성되고, 하측 챔버는 성막 처리 공간(16)에 형성되어 있다.
격벽판(14)은 원하는 특정 두께를 가지며 전체적으로 평판 형상의 형태를 갖고, 진공 용기(12)의 수평 단면 형상과 유사한 평면 형상을 갖는다. 격벽판(14)에는 내부 공간(24)이 형성되어 있으며, 소정 조건을 만족시키는 복수의 관통구멍(25)이 내부 공간(24)을 관통하는 상태로 분산하여 형성되어 있어, 이들 관통구멍(25)을 통해서만 플라즈마 생성 공간(15)과 성막 처리 공간(16)이 연결되어 있다.
유리기판(11)은 성막 처리 공간(16)에 설치된 기판 유지 기구(17) 상에 배치되어 있다. 유리기판(11)은 격벽판(14)과 실질적으로 평행으로서, 그 성막면(상면)이 격벽판(14)의 하면에 대향하도록 배치되어 있다. 기판 유지 기구(17)의 전위는 진공 용기(12)와 동일한 전위인 접지 전위(41)로 유지된다. 또한, 기판 유지 기구(17)의 내부에는 히터(18)가 설치되어 있다. 이 히터(18)에 의해 유리기판(11)의 온도는 소정 온도로 유지된다.
진공 용기(12)의 구조를 설명한다. 진공 용기(12)는 그 조립성을 양호하게하는 관점에서 플라즈마 생성 공간(15)을 형성하는 상측 용기(12a)와 성막 처리 공간(16)을 형성하는 하측 용기(12b)로 구성된다. 상측 용기(12a)와 하측 용기(12b)를 조합하여 진공 용기(12)를 만들 때, 양자 사이의 위치에 도전성 격벽판(14)이 설치된다. 격벽판(14)은 확실하게 접지 전위로 하기 위해서, 예를 들어, 도 3a에 나타낸 방식에 의해 도전재 고정부(22)에 접촉하도록 하여 부착된다. 이에 의해, 격벽판(14)의 상측과 하측에 격리된 플라즈마 생성 공간(15)과 성막 처리 공간(16)이 형성되며, 격벽판(14)과 상측 용기(12a)에 의해 플라즈마 생성 공간(15)이 형성된다.
도 1에 나타낸 실시형태에서는, 플라즈마 생성 공간(15)에서 플라즈마(19)가 생성되어 있는 영역은 격벽판(14)과 상측 용기(12a)와 대략 중앙 위치에 배치되어 있는 판 형상의 전극(고주파 전극)(20)으로 형성되어 있다.
전극(20)에는 복수의 구멍(20a)이 형성되어 있다. 전극(20)은 상측 용기(12a)의 측부 내면을 따라 설치된 2개의 절연부재(21a, 21b)에 의해 지지되어, 고정된다.
또한, 격벽판(14)은 진공 용기(12) 내에 있는 도전재 고정부(22)와의 사이에 도전체(32)를 끼우고, 부착 나사(33)에 의해 도전재 고정부(22)에 고정되어 있다(도 3a). 도전체(32)는 이른바 스파이럴 실드(spiral shield)와 같은 탄력성이 있는 코드 형상의 도전체로서, 도 3a에 나타낸 바와 같은 부착 구조를 채용함으로써, 격벽판(14)과 접지 전위의 금속면과의 접촉을 확실하게 하여, 고주파의 성막 처리 공간에 대한 누설을 완전히 없앨 수 있다. 다만, 격벽판(14)의 부착은, CVD 장치의 클리닝 시에 격벽판(14)을 확실하게 접지 전위로 할 수 있는 것이라면, 도 3a의 구조에 한정되지 않는다.
또한, 격벽판(14)은 도 3b에 나타낸 바와 같이 내부에 격벽판(14)을 가열하기 위한 히터(30)를 내장할 수 있다. 이 경우, 도입 파이프(28)는 히터(30) 아래에 배치된다.
히터(30)는, 클리닝 가스로서 플루오르화 가스가 사용될 경우에, 플루오르화 가스의 종류에 따라, 격벽판(14)에 설치되어 있는 복수의 관통구멍(25)의 내주면에 대한 클리닝 가스의 흡착을 방지하는 필요 온도 이상까지 격벽판(14)을 가열하는 것을 목적으로 하여 배치되는 것이다. 그래서, 격벽판(14)의 크기, 필요한 가열 온도 등의 조건에 따라, 내장되는 히터(30)의 개수 및 배치 상태 등을 임의로 정할 수 있다. 또한, 히터(30)와 동일하게 하여 격벽판(14)의 가열 온도를 검지하기 위한 열전쌍 등의 검출 센서(도시 생략)를 격벽판(14)에 내장시킬 수도 있다.
또한, 격벽판(14)을 가열하기 위한 구조, 가열수단 등은 상기 목적이 달성되는 것이라면, 도 3b에 나타낸 형태에 한정되지 않는다.
절연부재(21a)에는 외측으로부터 플라즈마 생성 공간(15)에 산소 가스와 클리닝 가스를 도입하는 도입 파이프(23a, 23b)가 설치되어 있다. 산소 가스 도입 파이프(23a), 클리닝 가스 도입 파이프(23b)는 유량 제어를 행하는 매스 플로 콘트롤러(도시 생략)를 통하여 산소 가스 공급원(도시 생략) 및 클리닝 가스 공급원(도시 생략)에 접속되어 있고, 복수 개소 설치되어 있다.
클리닝 가스로서는 NF3, F2, SF6, CF4, C2F6, C3F8등의 플루오르화 가스를 사용한다.
클리닝 가스의 실리콘 산화막에 대한 에칭 속도가 작을 경우에는, 플라즈마 방전의 전자 온도를 높임으로써, 클리닝 가스의 해리도를 더 높여, 래디컬 밀도를 증대시키도록 He, Ne, Ar, Kr, Xe 등의 불활성 가스를 클리닝 가스에 첨가할 수 있다.
이들 첨가 가스의 도입 방법은, 산소 가스 도입 파이프(23a) 또는 클리닝 가스 도입 파이프(23b)와 동일한 계통의 가스 배관의 도중으로부터 접속하여 도입할 수도 있고, 또는 첨가 가스 전용으로 다른 계통의 배관 및 도입 파이프를 새롭게 설치하는 것도 가능하다.
진공 용기(12)의 내부는 격벽판(14)에 의해 플라즈마 생성 공간(15)과 성막 처리 공간(16)으로 격리되어 있으나, 격벽판(14)에는 소정 조건을 만족시키는 복수의 관통구멍(25)이 내부 공간(24)을 관통하는 상태로 분산하여 형성되어 있으며, 이들 관통구멍(25)을 통해서만 플라즈마 생성 공간(15)과 성막 처리 공간(16)이 연결되어 있다.
또한, 격벽판(14)의 하측 벽에는 재료 가스를 성막 처리 공간(16)에 공급하는 복수의 확산구멍(26)이 형성되어 있다.
상기 관통구멍(25)은 성막 처리 공간(16)에 도입된 재료 가스가 플라즈마 생성 공간(15) 측으로 역확산되는 것을 방지하도록, 관통구멍(25) 내에서의 가스 유속을 u, 실질적인 관통구멍(25)의 길이를 L, 상호 가스 확산 계수(관통구멍(25) 양측의 2종의 가스의 상호 가스 확산 계수)를 D라고 할 때, uL/D＞1의 조건을 만족시키도록 하여 형성되어 있다. 또한, 확산구멍(26)도 관통구멍(25)에 적용되어 있는 상기 조건이 적용되어 있도록 구성하여 두면, 성막 처리 공간(16)에 도입된 활성종이 격벽판(14)의 내부 공간(24)으로 역확산되는 것을 방지하는데 한층 더 효과적이다.
내부 공간(24)에는 재료 가스를 도입하기 위한 도입 파이프(28)가 접속되어 있다. 도입 파이프(28)는 측방으로부터 접속되도록 배치되어 있다. 또한, 내부 공간(24) 중에는 재료 가스가 확산구멍(26)으로부터 균일하게 공급되도록 복수의 구멍을 갖도록 천공된 균일판(27)이 대략 수평으로 설치되어 있다.
상측 용기(12a)의 천정부에는 전극(20)에 접속된 전력 도입 로드(29)가 설치되어 있다. 전력 도입 로드(29)에 의해 전극(20)에 방전용 고주파 전력이 공급된다. 전극(20)은 고주파 전극으로서 기능한다.
전력 도입 로드(29)는 절연물(31)로 덮여 있어, 다른 금속 부분과의 절연이 도모되고 있다.
도 2에 나타낸 실시형태의 CVD 장치는, 도 1에 나타낸 실시형태와는 전극 구조를 변형시켜, 고주파 전극(20)을 플라즈마 생성 공간(15)의 상측 위치에 설치하여, 고주파 전극(20)과 격벽판(14) 사이에서 플라즈마 방전을 발생시키는 것이다.
기본적인 구성요소는 도 1에서 설명한 실시형태의 CVD 장치의 구성요소와 실질적으로 동일하고, 공퉁되는 구성요소에는 동일한 부호를 병기하여, 여기서 상세한 설명을 반복하는 것은 생략한다.
도 2에 나타낸 실시형태의 특징적 구성은, 상측 용기(12a)의 천정부 내측에 절연부재(21a)를 설치하며, 그 하측에 전극(20)을 배치하도록 한 점에 있다. 전극(20)에는 구멍(20a)은 형성되지 않고, 1매의 판 형상 형태를 갖는다. 전극(20)과 격벽판(14)에 의해 평행 평판형 전극 구조에 의한 플라즈마 생성 공간(15)을 형성한다.
그 밖의 구성은 제 1 실시형태의 구성과 실질적으로 동일하다.
상기와 같이 구성된 CVD 장치에 있어서, 본 발명의 클리닝 방법을 필요로 하는 성막 방법의 개략에 대해서 설명한다. 반송 로봇(도시 생략)에 의해 유리기판(11)이 진공 용기(12)의 내부에 반입되어, 기판 유지 기구(17) 상에 배치된다. 진공 용기(12)의 내부는 배기 기구(13)에 의해 배기되고, 감압되어 소정의 진공 상태로 유지된다. 다음으로, 산소 가스 도입 파이프(23a)를 통하여 산소 가스가 진공 용기(12)의 플라즈마 생성 공간(15)에 도입된다.
한편, 재료 가스인, 예를 들어, 실란이 도입 파이프(28)를 통하여 격벽판(14)의 내부 공간(24)에 도입된다. 실란은 최초로 내부 공간(24)의 상측 부분에 도입되고, 균일판(27)에 의해 균일화되어 하측 부분으로 이동하며, 이어서 확산구멍(26)을 통과하여 성막 처리 공간(16)에 직접적으로, 즉, 플라즈마와 접촉하지 않고 도입된다. 성막 처리 공간(16)에 설치된 기판 유지 기구(17)는 히터(18)에 통전이 실행되고 있기 때문에, 미리 소정 온도로 유지되어 있다.
상기의 상태에서 전극(20)에 대하여 전력 도입 로드(29)를 통하여 고주파 전력이 공급된다. 이 고주파 전력에 의해 방전이 발생하고, 플라즈마 생성 공간(15) 내에서 전극(20)의 주위에 산소 플라즈마(19)가 생성된다. 산소 플라즈마(19)를 생성함으로써, 중성 여기종(勵起種)인 래디컬(여기 활성종)이 생성되고, 기판(11)의 표면 상에 실리콘 산화물이 퇴적되어 박막이 형성된다.
다음으로, 상술한 CVD 장치에 적용되는 본 발명의 클리닝 방법에 대해서, 클리닝 가스로서 NF3가스를 사용한 경우에 대해서 설명한다.
클리닝을 행하는 타이밍은 미리 결정된 소정 시간마다 또는 소정 기판 매수마다 등의 기준에 의거하여 성막 후 적시에 실행되며, 실란과 같은 원료 가스를 차단하여, 성막 시에 플라즈마 생성 공간(15)에 도입되어 있던 산소 가스를 불소 가스와 같은 클리닝 가스로 바꿈으로써, 이용하는 래디컬의 차이는 있지만 기구적으로는 상술한 성막 시의 것과 큰 차이는 없다.
즉, 본 발명에 의한 CVD 장치의 클리닝 방법은 다음과 같이 실행된다. 도전 재료로 형성되어 있는 격벽판(14)을 접지 전위로 해 두고, 플라즈마 생성 공간(15)에 클리닝 가스로서 NF3가스를 도입하고, 전극(20)에 고주파 전력을 공급하여, 플라즈마 생성 공간(15) 내에 불소 래디컬을 생성한다. 생성된 불소 래디컬은 격벽판(14)의 복수의 관통구멍(25)을 통과하여 성막 처리 공간(16)에 도입되며, 이에 의해 성막 처리 공간(16) 내가 클리닝된다.
또한, 이 때에 클리닝 속도를 향상시키기 위해, Ar 가스 등의 불활성 가스 또는 산소 가스를 클리닝 가스(NF3)에 혼입시킬 수도 있다.
또한, 탄화물이 퇴적되어 있는 경우에는, 클리닝 가스로서 산소를 사용하는 것이 좋다.
또한, 클리닝 가스로서 플루오르화 가스가 사용될 경우에는, 관통구멍(25)의 내주면에 대한 불소의 흡착을 방지하도록, 클리닝 가스로서 사용되는 플루오르화 가스의 종류에 따라, 예를 들어, CF4, C2F6, C3F8등의 플루오르화 탄소 가스 또는 NF3등의 플루오르화 질소 가스가 사용되고 있을 때에는, 히터(30)에 의해 격벽판(14)을 200℃ 이상으로, SF6등의 플루오르화 유황 가스일 경우에는 격벽판(14)을 100℃ 이상으로 가열하여 두면서 상기 클리닝 방법을 실시하는 것이 바람직하다.
이 본 발명의 실리콘 산화막에 대한 클리닝 방법의 구체적인 설정치의 일례는 다음과 같다.
60㎒의 고주파 전극(20)에 인가하는 파워를 2㎾, 클리닝 가스인 NF3의 유량을 표준 상태에서 200㎤/min(0.63g/min)로 하고, 클리닝 가스의 해리를 촉진시키기 위해 Ar 가스를 표준 상태에서 100㎤/min(0.18g/min)의 유량으로 클리닝 가스(NF3)에 혼입시켰다. 성막 처리 공간(16)의 압력은 16㎩이었다. 이 때, 성막 처리 공간(16)에서 산화실리콘이 박리되는 속도, 즉, 클리닝 속도는 30∼4O㎚/min였다.
이상의 설명에서 명확히 알 수 있듯이, 본 발명에 의하면, 대면적 기판에 플라즈마 CVD에 의해 실란 등의 재료 가스를 사용하여 실리콘 산화막 등을 성막할 수 있는 장치, 예를 들어, 복수의 관통구멍 또는 확산구멍이 형성된 도전성 격벽판을 설치함으로써 진공 용기 내부가 플라즈마 생성 공간과 성막 처리 공간으로 격리되며, 플라즈마 생성 공간에서 생성된 활성종이 상기 격벽판의 관통구멍을 통하여 성막 처리 공간에 도입되는 CVD 장치에 대하여 최적의 클리닝 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 클리닝 방법을 이용하여 성막 후에 최적의 클리닝을 행함으로써, 파티클의 발생을 저감시키고, 상기 형태의 CVD 장치를 대면적 기판에 대한 제조에 효과적으로 이용하여, 클리닝 가스에 기인한 불소에 의한 제품 오염이 없고, 높은 제품 제조수율을 유지한 상태에서 안정적으로 연속 가동시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 진공 용기 내에서 플라즈마를 생성하여 활성종을 발생시키고, 이 활성종과 재료 가스에 의해 진공 용기 내에 수용되어 있는 기판에 성막을 행하는 CVD 장치의 클리닝 방법에 있어서,
    상기 CVD 장치는,
    상기 진공 용기 내에 도전성 격벽판을 구비하고 있어, 상기 도전성 격벽판에 의해 상기 진공 용기 내부가 2개의 챔버로 격리되고, 상기 2개의 챔버로 격리된 진공 용기 내부 중의 한쪽 챔버는 그 내부에 고주파 전극을 배치한 플라즈마 생성 공간을 형성하며, 다른쪽 챔버는 그 내부에 상기 기판을 탑재하는 기판 유지 기구가 배치된 성막 처리 공간을 형성하도록 구성되어 있고,
    상기 도전성 격벽판에는, 상기 플라즈마 생성 공간과 상기 성막 처리 공간을 통하게 하는 복수의 관통구멍으로서, 상기 관통구멍 내에서의 가스 유속을 u, 실질적인 관통구멍의 길이를 L, 상호 가스 확산 계수를 D라고 할 때, uL/D＞1의 조건을 만족시키도록 형성되어 있는 복수의 관통구멍이 천공되어 있는 동시에, 상기 플라즈마 생성 공간으로부터 격리되며 상기 성막 처리 공간과 복수의 확산구멍을 통하여 통하고 있는 내부 공간이 형성되고,
    상기 재료 가스는 외부로부터 상기 도전성 격벽판의 내부 공간에 공급되고, 상기 복수의 확산구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 도입되도록 구성되며,
    상기 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 상기 플라즈마 생성 공간에서플라즈마 방전을 발생시킴으로써 상기 플라즈마 생성 공간에서 생성된 상기 활성종을 상기 격벽판에 형성된 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 도입시키는 CVD 장치로서,
    상기 CVD 장치의 클리닝은, 상기 도전성 격벽판을 접지 전위로 하면서, 상기 플라즈마 생성 공간에 클리닝 가스를 도입하고, 그 내부에 배치되어 있는 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 활성종을 생성시키며, 상기 생성된 활성종을 상기 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 유도하여, 이 성막 처리 공간에 도입된 상기 활성종에 의해 상기 성막 처리 공간을 클리닝하는 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    도전성 격벽판을 접지 전위로 하면서, 상기 플라즈마 생성 공간에 클리닝 가스를 도입하고, 그 내부에 배치되어 있는 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 활성종을 생성시키며, 상기 생성된 활성종을 상기 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 유도할 때에, 상기 도전성 격벽판의 가열이 실행되고 있는 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    클리닝 가스는 일종 또는 복수 종류의 플루오르화 가스로 한 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    플루오르화 가스는 NF3, F2, SF6, CF4, C2F6, C3F8로 한 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    클리닝 가스에 산소 가스가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    첨가되는 산소 가스의 첨가량은 60% 이하의 농도로 하는 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    클리닝 가스가 O2인 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  8. 제 3 항에 있어서,
    클리닝 가스에 He, Ne, Ar, Kr, Xe 중의 어느 하나가 첨가되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  9. 제 3 항에 있어서,
    도전성 격벽판을 접지 전위로 하면서, 상기 플라즈마 생성 공간에 클리닝 가스를 도입하고, 그 내부에 배치되어 있는 고주파 전극에 고주파 전력을 공급하여 활성종을 생성시키며, 상기 생성된 활성종을 상기 도전성 격벽판의 복수의 관통구멍을 통하여 상기 성막 처리 공간에 유도할 때에 실행되는 상기 도전성 격벽판의 가열은, 상기 관통구멍의 내주면에 대한 불소의 흡착을 방지하는 온도 범위에서 실행되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    관통구멍의 내주면에 대한 불소의 흡착을 방지하는 온도 범위에서 실행되는 도전성 격벽판의 가열은, 클리닝 가스가 플루오르화 탄소 가스 또는 플루오르화 질소 가스일 경우에는 도전성 격벽판을 200℃ 이상으로 가열하는 것이고, 클리닝 가스가 플루오르화 유황 가스일 경우에는 도전성 격벽판을 100℃ 이상으로 가열하는 것인 것을 특징으로 하는 CVD 장치의 클리닝 방법.
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