KR100893252B1 - 박막 형성 장치 및 박막 형성 장치의 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 과제는 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 동시에, 장치 내부를 평탄화할 수 있는 박막 형성 장치의 세정 방법 및 박막 형성 장치를 제공하는 것이다.
열처리 장치(1)의 제어부(100)는 장치 내부에 부착물이 부착되면 반응관(2) 내를 소정의 온도로 가열하는 동시에 처리 가스 도입관(17)으로부터 클리닝 가스를 공급하여 부착물을 제거한다. 계속해서, 반응관(2) 내를 실온으로 유지하는 동시에 처리 가스 도입관(17)으로부터 불화수소를 포함하는 가스를 공급한다.
열처리 장치, 가스 도입관, 클리닝 가스, 반응관, 반도체 웨이퍼
Description
도1은 본 발명의 실시 형태의 열처리 장치를 도시하는 도면.
도2는 본 발명의 실시 형태의 박막 형성 장치의 세정 방법을 설명하기 위한 성막 처리의 레시피를 나타낸 도면.
도3은 본 발명의 실시 형태의 박막 형성 장치의 세정 방법을 설명하기 위한 세정 처리의 레시피를 나타낸 도면.
도4는 반응관의 벽면의 표면 상태 및 비표면적을 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 열처리 장치
2 : 반응관
3 : 정상부
4 : 배기구
5 : 배기관
6 : 덮개
7 : 보온 통
8 : 히터
9 : 지지체
10 : 회전 테이블
11 : 웨이퍼 보우트
12 : 회전 지주
13 : 회전 기구
14 : 회전축
15 : 회전 도입부
16 : 승온용 히터
17 : 처리 가스 도입관
18 : 퍼지 가스 공급관
100 : 제어부
W : 반도체 웨이퍼
본 발명은, 박막 형성 장치 및 박막 형성 장치의 세정 방법에 관한 것으로, 상세하게는 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼에 박막을 형성함으로써 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 박막 형성 장치의 세정 방법 및 박막 형성 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조 공정에서는 CVD(Chemical Vapor Deposition) 등의 처리 에 의해 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼에 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등의 박막을 형성하는 박막 형성 처리가 행해지고 있다. 이와 같은 박막 형성 처리에서는, 예를 들어 이하와 같이 하여 반도체 웨이퍼에 박막이 형성된다.
우선, 열처리 장치의 반응관 내를 히터에 의해 소정의 로드 온도로 가열하여 복수매의 반도체 웨이퍼를 수용한 웨이퍼 보우트를 로드한다. 다음에, 반응관 내를 히터에 의해 소정의 처리 온도로 가열하는 동시에, 배기 포트로부터 반응관 내의 가스를 배기하여 반응관 내를 소정의 압력으로 감압한다. 반응관 내가 소정의 온도 및 압력으로 유지되면, 처리 가스 도입관으로부터 반응관 내에 성막용 가스를 공급한다. 반응관 내에 성막용 가스가 공급되면, 예를 들어 성막용 가스가 열반응을 일으키고, 열반응에 의해 생성된 반응 생성물이 반도체 웨이퍼의 표면에 퇴적하여 반도체 웨이퍼의 표면에 박막이 형성된다.
그런데, 박막 형성 처리에 의해 생성되는 반응 생성물은 반도체 웨이퍼의 표면뿐만 아니라, 예를 들어 반응관의 내벽이나 각종 지그 등의 열처리 장치의 내부에도 퇴적(부착)되어 버린다. 이 반응 생성물이 열처리 장치 내에 부착한 상태에서 박막 형성 처리를 계속해서 행하면, 곧 반응 생성물이 박리되어 파티클을 발생하기 쉬워진다. 그리고, 이 파티클이 반도체 웨이퍼에 부착하면 제조되는 반도체 장치의 수율을 저하시켜 버린다.
이로 인해, 박막 형성 처리를 복수회 행한 후, 히터에 의해 소정의 온도로 가열한 반응관 내에 클리닝 가스, 예를 들어 불소와 함할로겐 산성 가스와의 혼합 가스를 공급하여 반응관의 내벽 등의 열처리 장치 내에 부착한 반응 생성물을 제거 (드라이 에칭)하는 열처리 장치의 세정 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1).
[특허 문헌 1]
일본 특허 공개 평3-293726호 공보
그러나, 반응관 내에 클리닝 가스를 공급하여 열처리 장치 내에 부착한 반응 생성물을 드라이 에칭하면 반응관을 구성하는 재료, 예를 들어 석영이 손상을 받아 반응관에 크랙이 발생해 버리는 일이 있다. 이와 같이 반응관에 크랙이 발생하면 반응관의 내벽의 표면적이 증대되어, 예를 들어 성막 속도가 저하되게 되는 문제가 있다.
또한, 예를 들어 불화수소(HF)산 용액을 이용하여 반응관의 벽면을 습윤 세정하는 습윤 에칭에 의해 반응 생성물을 제거하는 동시에 반응관의 표면적을 감소(평탄화)시키는 것이 가능하다. 그러나, 습윤 에칭에서는 열처리 장치의 부품을 제거하여 수작업으로 세정하고, 다시 조립 및 조정하는 작업이 필요해 열처리 장치를 장기간 정지해야만 한다. 이로 인해, 큰 다운 타임이 발생해 버려 열처리 장치의 가동률이 저하되게 되는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로, 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 동시에, 장치 내부를 평탄화할 수 있는 박막 형성 장치의 세정 방법 및 박막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 동시에, 성막 속도 의 저하를 억제할 수 있는 박막 형성 장치의 세정 방법 및 박막 형성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 관점에 관한 박막 형성 장치의 세정 방법은 박막 형성 장치의 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 피처리체에 박막을 형성한 후, 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 박막 형성 장치의 세정 방법이며,
소정의 온도로 가열된 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 클리닝 가스를 활성화시키고, 상기 활성화된 클리닝 가스에 의해 상기 부착물을 제거하여 장치 내부를 클리닝하는 클리닝 공정과,
상기 클리닝 공정에 의해 클리닝된 반응실 내를 소정의 온도로 유지하고, 상기 온도로 유지된 반응실 내에 불화수소를 포함하는 가스를 공급하여 장치 내부를 평탄화시키는 평탄화 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 소정의 온도로 가열된 반응실 내에 클리닝 가스가 공급되면 클리닝 가스가 활성화되고, 이 활성화된 클리닝 가스에 의해 부착물이 제거(클리닝)된다. 그리고, 클리닝된 반응실 내가 소정의 온도로 유지되고, 이 온도로 유지된 반응실 내에 불화수소를 포함하는 가스가 공급되어 장치 내부가 평탄화된다. 이와 같이, 클리닝 공정 후에 평탄화 공정이 실행되므로, 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 동시에, 장치 내부를 평탄화할 수 있고, 성막 속도의 저하를 억제할 수 있다.
상기 평탄화 공정에서는 상기 반응실 내를 0 ℃ 내지 200 ℃로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 평탄화 공정에서는 상기 반응실 내를 실온으로 유지하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 장치 내부의 재료에 석영을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 클리닝 가스에 불소와 불화수소를 포함하는 가스를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 피처리체에 형성되는 박막으로서는, 예를 들어 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 폴리실리콘막이 있다. 이 경우, 상기 클리닝 공정에서는 상기 피처리체에 상기 박막을 형성함으로써 박막 형성 장치의 내부에 부착된 질화규소, 산화규소, 또는 폴리실리콘을 상기 클리닝 가스로 제거한다.
본 발명의 제2 관점에 관한 박막 형성 장치는,
피처리체가 수용된 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 피처리체에 박막을 형성하여 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 박막 형성 장치이며,
상기 반응실 내를 소정의 온도로 가열하는 가열 수단과,
상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과,
상기 반응실 내에 불화수소를 포함하는 평탄화 가스를 공급하는 평탄화 가스 공급 수단과, 박막 형성 장치의 각 부를 제어하는 제어 수단을 구비하고,
상기 제어 수단은,
상기 가열 수단을 제어하여 반응실 내를 소정의 온도로 가열한 상태에서 상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 클리닝 가스를 활성화시키고, 상기 활성화된 클리닝 가스에 의해 상기 부착물을 제거하여 장치 내부를 클리닝하도록 상기 클리닝 가스 공급 수단을 제어하고,
상기 가열 수단을 제어하여 반응실 내를 소정의 온도로 유지한 상태에서 상기 반응실 내에 평탄화 가스를 공급하도록 상기 평탄화 가스 공급 수단을 제어하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 반응실 내를 소정의 온도로 가열한 상태에서 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여 클리닝 가스를 활성화시키고, 활성화된 클리닝 가스에 의해 상기 부착물을 제거하여 장치 내부가 클리닝된다. 그리고, 반응실 내를 소정의 온도로 유지한 상태에서 반응실 내에 평탄화 가스가 공급되어 장치 내부가 평탄화된다. 이와 같이, 클리닝 후에 평탄화되므로, 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 동시에 장치 내부를 평탄화할 수 있고, 성막 속도의 저하를 억제할 수 있다.
상기 제어 수단은 상기 가열 수단을 제어하여 반응실 내를 0 ℃ 내지 200 ℃로 유지한 상태에서 상기 반응실 내에 평탄화 가스를 공급하도록 상기 평탄화 가스 공급 수단을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제어 수단은 상기 가열 수단을 제어하여 반응실 내를 실온으로 유지한 상태에서 상기 반응실 내에 평탄화 가스를 공급하도록 상기 평탄화 가스 공급 수단을 제어하는 것이 바람직하다.
적어도 상기 평탄화 가스에 노출되는 장치 내부의 재료는 석영인 것이 바람직하다. 이 경우, 장치 내부가 부식되기 어려워진다.
상기 클리닝 가스 공급 수단은 불소와 불화수소를 포함하는 클리닝 가스를 상기 반응실 내에 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 피처리체에 형성되는 박막으로서는, 예를 들어 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 폴리실리콘막이 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 박막 형성 장치 및 박막 형성 장치의 세정 방법에 대해 도1에 도시하는 배치식 종형 열처리 장치(1)의 경우를 예로 설명한다.
도1에 도시한 바와 같이, 열처리 장치(1)는 길이 방향이 수직 방향을 향하게 된 대략 원통형의 반응관(2)을 구비하고 있다. 반응관(2)은 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어, 석영에 의해 형성되어 있다.
반응관(2)의 상단부에는 상단부측을 향해 직경이 축소되도록 대략 원추형으로 형성된 정상부(3)가 설치되어 있다. 정상부(3)의 중앙에는 반응관(2) 내의 가스를 배기하기 위한 배기구(4)가 설치되고, 배기구(4)에는 배기관(5)이 기밀하게 접속되어 있다. 배기관(5)에는 도시하지 않은 밸브, 진공 펌프 등의 압력 조정 기구가 설치되어 반응관(2) 내를 원하는 압력(진공도)으로 제어한다.
반응관(2)의 하방에는 덮개(6)가 배치되어 있다. 덮개(6)는 내열 및 내부식성이 우수한 재료, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 또한, 덮개(6)는 도시하지 않은 보우트 엘리베이터에 의해 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 그리고, 보우트 엘리베이터에 의해 덮개(6)가 상승하면 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 폐쇄되고, 보우트 엘리베이터에 의해 덮개(6)가 하강하면 반응관(2)의 하방측(노구 부분)이 개구된다.
덮개(6)의 상부에는 보온 통(7)이 설치되어 있다. 보온 통(7)은 반응관(2)의 노구 부분으로부터의 방열에 의한 반응관(2) 내의 온도 저하를 방지하는 저항 발열체로 이루어지는 평면형의 히터(8)와, 이 히터(8)를 덮개(6)의 상면으로부터 소정의 높이로 지지하는 통형의 지지체(9)로 주로 구성되어 있다.
또한, 보온 통(7)의 상방에는 회전 테이블(10)이 설치되어 있다. 회전 테이블(10)은 피처리체, 예를 들어 반도체 웨이퍼(W)를 수용하는 웨이퍼 보우트(11)를 회전 가능하게 적재하는 적재대로서 기능한다. 구체적으로는, 회전 테이블(10)의 하부에는 회전 지주(12)가 설치되고, 회전 지주(12)는 히터(8)의 중앙부를 관통하여 회전 테이블(10)을 회전시키는 회전 기구(13)에 접속되어 있다. 회전 기구(13)는 도시하지 않은 모터와, 덮개(6)의 하면측으로부터 상면측으로 기밀 상태에서 관통 도입된 회전축(14)을 구비하는 회전 도입부(15)로 주로 구성되어 있다. 회전축(14)은 회전 테이블(10)의 회전 지주(12)에 연결되어 모터의 회전력을 회전 지주(12)를 거쳐서 회전 테이블(10)로 전한다. 이로 인해, 회전 기구(13)의 모터에 의해 회전축(14)이 회전하면, 회전축(14)의 회전력이 회전 지주(12)에 전해져 회전 테이블(10)이 회전한다.
웨이퍼 보우트(11)는 반도체 웨이퍼(W)가 수직 방향에 소정의 간격을 두고 복수매, 예를 들어 100매 수용 가능하게 구성되어 있다. 웨이퍼 보우트(11)는, 예를 들어 석영에 의해 형성되어 있다. 웨이퍼 보우트(11)가 회전 테이블(10) 상에 적재되어 있으므로, 회전 테이블(10)이 회전하면 웨이퍼 보우트(11)가 회전하고, 웨이퍼 보우트(11) 내에 수용된 반도체 웨이퍼(W)가 회전한다.
반응관(2)의 주위에는 반응관(2)을 둘러싸도록, 예를 들어 저항 발열체로 이루어지는 승온용 히터(16)가 설치되어 있다. 이 승온용 히터(16)에 의해 반응관(2)의 내부가 소정의 온도로 가열되고, 이 결과, 반도체 웨이퍼(W)가 소정의 온도 로 가열된다.
반응관(2)의 하단부 근방의 측면에는 반응관(2) 내에 처리 가스(예를 들어, 성막용 가스, 클리닝용 가스, 평탄화용 가스)를 도입하는 처리 가스 도입관(17)이 삽입 관통되어 있다. 처리 가스 도입관(17)은 도시하지 않은 매스플로우 컨트롤러(MFC)를 거쳐서 도시하지 않은 처리 가스 공급원에 접속되어 있다. 또한, 도1에서는 처리 가스 도입관(17)을 하나만 그리고 있지만, 본 실시 형태에서는 반응관(2) 내로 도입하는 가스의 종류에 따라서 복수개의 처리 가스 도입관(17)이 삽입 관통되어 있다. 구체적으로는 반응관(2) 내로 성막용 가스를 도입하는 성막용 가스 도입관과, 반응관(2) 내로 클리닝용 가스를 도입하는 클리닝용 가스 도입관과, 반응관(2) 내에 평탄화용 가스를 도입하는 평탄화용 가스 도입관이 반응관(2)의 하단부 근방의 측면에 삽입 관통되어 있다.
또한, 반응관(2)의 하단부 근방의 측면에는 퍼지 가스 공급관(18)이 삽입 관통되어 있다. 퍼지 가스 공급관(18)에는 도시하지 않은 MFC를 거쳐서 도시하지 않은 퍼지 가스 공급원에 접속되어 있고, 소망량의 퍼지 가스가 반응관(2) 내에 공급된다.
또한, 배기관(5)에 설치된 압력 조정 기구, 보우트 엘리베이터, 히터(8), 회전 기구(13)의 모터, 승온용 히터(16), 처리 가스 도입관(17) 및 퍼지 가스 공급관(18)에 설치된 MFC 등에는 제어부(100)가 접속되어 있다. 제어부(100)는 마이크로 프로세서, 프로세스 제어기 등으로 구성되어 열처리 장치(1)의 각 부의 온도나 압력 등을 측정하고, 측정 데이터를 기초로 하여 상기 각 부에 제어 신호 등을 출력 하여 열처리 장치(1)의 각 부를 도2 및 도3에 도시한 바와 같은 레시피(타임 시퀀스)에 따라서 제어한다.
다음에, 이상과 같이 구성된 열처리 장치(1)의 세정 방법에 대해 설명한다. 본 실시 형태에서는 반도체 웨이퍼(W) 상에 실리콘 질화막을 형성하는 성막 처리에 의해 질화규소가 부착된 열처리 장치(1)의 내부를 세정하는 세정 처리를 예로, 도3에 나타내는 레시피를 참조하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에서는 열처리 장치(1)의 내부에 질화규소가 부착되는 성막 처리에 대해서도 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서 열처리 장치(1)를 구성하는 각 부의 동작은 제어부(100)에 의해 제어되어 있다.
우선, 성막 처리에 대해 도2에 나타내는 레시피를 참조하여 설명한다.
승온용 히터(16)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 로드 온도, 예를 들어 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 가열한다. 또한, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소(N2)를 공급한 후, 반도체 웨이퍼(W)가 수용된 웨이퍼 보우트(11)를 덮개(6) 상에 적재하여 도시하지 않은 보우트 엘리베이터에 의해 덮개(6)를 상승시켜 웨이퍼 보우트(11)를 반응관(2) 내에 로드한다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)를 반응관(2) 내에 수용하는 동시에, 반응관(2)을 밀폐한다(로드 공정).
다음에, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소를 공급하는 동시에, 승온용 히터(16)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 성막 온도(처리 온도), 예를 들어 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 600 ℃로 가열한다. 또한, 반응관(2) 내의 가스를 배출하여 반응관(2)을 소정의 압력, 예를 들어 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 13.3 Pa(0.1 Torr)로 감압한다. 그리고, 이 감압 및 가열 조작을 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도로 안정될 때까지 행한다(안정화 공정).
또한, 회전 기구(13)의 모터를 제어하여 회전 테이블(10)을 회전시키고, 웨이퍼 보우트(11)를 회전시킨다. 웨이퍼 보우트(11)를 회전시킴으로써 웨이퍼 보우트(11)에 수용된 반도체 웨이퍼(W)도 회전하여 반도체 웨이퍼(W)가 균일하게 가열된다.
반응관(2) 내가 소정의 압력 및 온도로 안정되면 퍼지 가스 공급관(18)으로부터의 질소의 공급을 정지한다. 그리고, 처리 가스 도입관(17)으로부터 처리 가스로서의 헥사클로로디실란(Si2Cl6)을 소정량, 예를 들어 도2의 (d)에 도시한 바와 같이 0.1 리터/분, 암모니아(NH3)를 소정량, 예를 들어 도2의 (e)에 도시한 바와 같이 1 리터/분을 반응관(2) 내로 도입한다.
반응관(2) 내로 도입된 헥사클로로디실란 및 암모니아는 반응관(2) 내의 열에 의해 열분해 반응이 일어나 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 질화규소(Si3N4)가 퇴적된다. 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 표면에 실리콘 질화막(Si3N4막)이 형성된다(성막 공정).
반도체 웨이퍼(W)의 표면에 소정 두께의 실리콘 질화막이 형성되면 처리 가 스 도입관(17)으로부터의 헥사클로로디실란 및 암모니아의 공급을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출하는 동시에, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 소정량의 질소를 공급하여 반응관(2) 내의 가스를 배기관(5)에 배출한다(퍼지 공정). 또한, 반응관(2) 내의 가스를 확실하게 배출하기 위해, 반응관(2) 내의 가스의 배출 및 질소의 공급을 복수회 반복하는 사이클 퍼지를 행하는 것이 바람직하다.
그리고, 승온용 히터(16)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 하는 동시에, 도2의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소를 공급하고, 도2의 (b)에 도시한 바와 같이 반응관(2) 내의 압력을 상압으로 복귀시킨다. 마지막으로, 도시하지 않은 보우트 엘리베이터에 의해 덮개(6)를 하강시킴으로써 언로드한다(언로드 공정).
이상과 같은 성막 처리를 복수회 행하면, 성막 처리에 의해 생성되는 질화규소가 반도체 웨이퍼(W)의 표면뿐만 아니라, 반응관(2)의 내벽 등에도 퇴적(부착)한다. 이로 인해, 성막 처리를 소정 횟수 행한 후, 열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소를 제거하는 세정 처리가 행해진다. 이하, 열처리 장치(1)의 세정 처리에 대해 도3에 나타내는 레시피를 참조하여 설명한다.
우선, 승온용 히터(16)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 로드 온도, 예를 들어 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 300 ℃로 유지한다. 또한, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 반응관(2) 내에 소정량의 질소를 공급한 후 , 반도체 웨이퍼(W)가 수용되어 있지 않은 웨이퍼 보우트(11)를 덮개(6) 상에 적재하고, 도시하지 않은 보우트 엘리베이터에 의해 덮개(6)를 상승시켜 웨이퍼 보우트(11)를 반응관(2) 내에 로드한다(로드 공정).
다음에, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소를 공급하는 동시에, 승온용 히터(16)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 클리닝 온도, 예를 들어 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 400 ℃로 가열한다. 또한, 반응관(2) 내의 가스를 배출하여 반응관(2)을 소정의 압력, 예를 들어 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 53200 Pa(400 Torr)로 감압한다. 그리고, 이 감압 및 가열 조작을 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도로 안정될 때까지 행한다.
반응관(2) 내가 소정의 압력 및 온도로 안정되면 처리 가스 도입관(17)으로부터 클리닝용 가스를 반응관(2) 내로 도입한다. 본 실시 형태에서는 불화수소(HF)를 소정량, 예를 들어 도3의 (d)에 도시한 바와 같이 2 리터/분과, 불소(F2)를 소정량, 예를 들어 도3의 (e)에 도시한 바와 같이 2리터/분과, 희석 가스로서의 질소를 소정량, 예를 들어 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 6 리터/분으로 이루어지는 클리닝용 가스를 반응관(2) 내로 도입한다. 도입된 클리닝용 가스는 반응관(2) 내에서 가열되어 클리닝용 가스 중의 불소가 활성화, 즉 반응성을 갖는 자유로운 원자를 다수 가진 상태가 된다. 이 활성화된 불소가 반응관(2)의 내벽 등에 부착된 질화규소에 접촉함으로써 질화규소가 에칭된다. 이 결과, 열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소가 제거된다(클리닝 공정).
열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소가 제거되면 처리 가스 도입관(17)으로부터의 클리닝용 가스의 도입을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출하는 동시에, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 소정량의 질소를 공급하여 반응관(2) 내의 가스를 배기관(5)으로 배출한다. 또한, 승온용 히터(16)에 의해 반응관(2) 내를 소정의 온도, 예를 들어 도3의 (a)에 도시한 바와 같이 25 ℃(실온)로 한다. 또한, 반응관(2)을 소정의 압력, 예를 들어 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 53200 Pa(400 Torr)로 유지한다. 그리고, 이 조작을 반응관(2)이 소정의 압력 및 온도로 안정될 때까지 행한다(퍼지 및 안정화 공정).
반응관(2)이 소정의 압력 및 온도로 안정되면 처리 가스 도입관(17)으로부터 평탄화용 가스를 반응관(2) 내로 도입한다. 본 실시 형태에서는 불화수소(HF)를 소정량, 예를 들어 도3의 (d)에 도시한 바와 같이 3 리터/분과, 질소를 소정량, 예를 들어 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 7 리터/분으로 이루어지는 평탄화용 가스를 반응관(2) 내로 도입한다. 여기서, 반응관(2) 내가 실온(25 ℃)으로 설정되어 있으므로, 반응관(2) 내로 도입된 평탄화용 가스 중 불소는 반응관(2)의 내벽 등의 표면을 천천히 에칭하고, 이 결과, 반응관(2)의 내벽 등이 평탄화된다. 이와 같이 반응관(2)의 내벽 등이 평탄화되므로, 성막 처리에 있어서의 성막 속도의 저하를 억제할 수 있다.
평탄화 공정에 있어서의 반응관(2) 내의 온도는 0 ℃ 내지 200 ℃인 것이 바람직하다. 0 ℃보다 낮게 하면, 평탄화용 가스(불소)가 활성화되기 어려워져 반응관(2) 등을 에칭하는 것이 곤란해지기 때문이다. 또한, 200 ℃보다 높게 하면 클 리닝 공정에서 반응관(2) 등에 발생한 크랙 부분이 선택적으로 에칭되기 쉬워져 버려 반응관(2)의 내벽 등의 표면적이 증대되어 버릴 우려가 있기 때문이다.
그런데, 반응관(2) 내의 온도를 낮게 하면, 반응관(2) 내의 미량의 수분과 불화수소에 의해 반응관(2) 내의 재료가 부식되기 쉬워진다. 예를 들어, 평탄화용 가스에 노출되는 부위, 예를 들어 덮개(6)를 스테인레스강(SUS)에 의해 형성하면 덮개(6)가 부식되어 버린다. 본 실시 형태에서는 반응관(2) 및 덮개(6)가 내열 및 내부식성이 우수한 재료인 석영에 의해 형성되어 있으므로, 반응관(2) 내의 재료가 부식되기 어려워진다.
반응관(2)의 내벽 등이 평탄화되면 처리 가스 도입관(17)으로부터의 불화수소 및 질소의 공급을 정지한다. 그리고, 반응관(2) 내의 가스를 배출하는 동시에, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 소정량의 질소를 공급하여 반응관(2) 내의 가스를 배기관(5)에 배출한다(퍼지 공정).
그리고, 도3의 (c)에 도시한 바와 같이 퍼지 가스 공급관(18)으로부터 반응관(2) 내로 소정량의 질소를 공급하고, 도3의 (b)에 도시한 바와 같이 반응관(2) 내의 압력을 상압으로 복귀시킨다. 마지막으로, 도시하지 않은 보우트 엘리베이터에 의해 덮개(6)를 하강시킴으로써 언로드한다(언로드 공정).
이상과 같은 세정 처리를 행한 후, 보우트 엘리베이터에 의해 덮개(6)를 하강시키고, 반도체 웨이퍼(W)가 수용된 웨이퍼 보우트(11)를 덮개(6) 상에 적재함으로써 열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소를 제거하는 동시에, 열처리 장치(1)의 내부를 평탄화한 상태에서 반도체 웨이퍼(W) 상에 실리콘 질화막을 형성하는 성막 처리를 행하는 것이 가능해진다.
다음에, 이상과 같은 세정 처리에 의해 열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소를 제거하는 동시에, 열처리 장치(1)의 내부를 평탄화할 수 있는지 여부에 대한 확인을 행하였다. 구체적으로는 도2의 레시피에 나타내는 방법으로 반응관(2)의 벽면에 1.5 ㎛의 질화규소를 퇴적시킨 후, 도3의 레시피에 나타내는 방법으로 반응관(2)의 벽면의 세정 처리를 행하여 반응관(2)의 벽면의 표면 상태 및 비표면적을 측정하였다. 도4에 반응관(2)의 벽면의 표면 상태 및 비표면적을 나타낸다. 또한, 벽면의 표면 상태를 현미경으로 촬영한 사진을 기초로 하여 작성한 개략도로 도시한다. 또한, 비표면적은 성막 처리를 행하고 있지 않은 신품의 반응관(2)[도4의 (a)]의 표면적을 1로 한 경우의 표면적의 비로 나타낸다. 이 표면적은 BET법에 따라서 산출하였다. 도4의 (b)에 클리닝 공정 후의 반응관(2)의 벽면의 표면 상태 및 비표면적을 도시하고, 도4의 (c)에 평탄화 공정 후의 반응관(2)의 벽면의 표면 상태 및 비표면적을 도시한다. 또한, 비교를 위해, 도4의 (a)에 성막 처리를 행하고 있지 않은 신품의 반응관(2)의 벽면의 표면 상태를 도시하고, 도4의 (d)에 반응관(2) 내의 온도가 300 ℃에서 평탄화 공정을 행한 경우의 반응관(2)의 벽면의 표면 상태를 도시한다. 또한, 도4의 (c) 및 도4의 (d)의 평탄화 공정 후의 반응관(2)의 벽면의 표면 상태를 도시하는 도면 중 클리닝 공정 후의 반응관(2)의 벽면의 표면 상태[도4의 (b)]를 파선으로 나타낸다.
도4의 (b) 및 도4의 (c)에 도시한 바와 같이 클리닝 공정 후에 평탄화 공정을 행함으로써 반응관(2)의 벽면이 평탄화되고, 비표면적을 절반 이하로 감소할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 이로 인해, 평탄화 공정을 행함으로써 반응관(2)을 평탄화할 수 있고, 성막 처리에 있어서의 성막 속도의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 반응관(2) 내의 온도가 25 ℃에서 평탄화 공정을 행하면 도4 (b)에 도시한 바와 같이 반응관(2)의 벽면 전체가 에칭되어 반응관(2)이 평탄화되지만, 반응관(2) 내의 온도가 300 ℃에서 평탄화 공정을 행하면 도4의 (d)에 도시한 바와 같이 클리닝 공정에서 발생한 크랙 부분이 선택적으로 에칭되기 쉬운 것을 확인할 수 있었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따르면 세정 처리에 있어서 클리닝 공정 후에 평탄화 공정을 행하고 있으므로, 열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소를 제거하는 동시에, 반응관(2)의 내벽 등을 평탄화할 수 있다. 이로 인해, 성막 처리에 있어서의 성막 속도의 저하를 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 따르면, 반응관(2) 및 덮개(6)가 석영에 의해 형성되어 있으므로, 반응관(2) 및 덮개(6)가 부식되기 어려워진다.
또한, 본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형, 응용이 가능하다. 이하, 본 발명에 적용 가능한 다른 실시 형태에 대해 설명한다.
상기 실시 형태에서는 열처리 장치(1)의 내부에 부착된 질화규소를 제거하는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 열처리 장치(1)의 내부에 부착되는 부착물은 질화규소로 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 산화규소, 폴리실리콘, 산화티탄, 산화탄탈, 실리카, 실리콘 게르마늄(SiGe), BSTO(BaSrTiO3), STO(SrTiO3)라도 좋다. 또한, 이와 같은 부착물은 반응 생성물로 한정되는 것은 아니고, 반응 부생성물, 예를 들어 염화암모늄이라도 좋다.
상기 실시 형태에서는 평탄화용 가스에 불화수소와 질소의 혼합 가스를 이용한 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 불화수소를 포함하는 가스이면 된다. 또한, 희석 가스로서의 질소 가스를 포함하는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 희석 가스를 포함하지 않아도 좋다. 단, 희석 가스를 포함시킴으로써 처리 시간의 설정이 용이해지므로, 희석 가스를 포함시키는 것이 바람직하다. 희석 가스로서는 불활성 가스인 것이 바람직하고, 질소 가스 외에, 예를 들어 헬륨 가스(He), 네온 가스(Ne), 아르곤 가스(Ar)를 적용할 수 있다.
상기 실시 형태에서는 클리닝 가스에 불소와 불화수소와 질소의 혼합 가스를 이용한 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 각종 클리닝 가스를 이용하는 것이 가능하고, 예를 들어 불소, 불화수소, 3불화 염소, 또는 이들 혼합 가스를 포함하는 클리닝 가스를 이용해도 좋다.
상기 실시 형태에서는 반응관(2) 내의 압력을 53200 Pa(400 Torr)로 설정하여 세정 처리를 행한 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 반응관(2) 내의 압력은 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 세정 처리의 빈도는 수회의 성막 처리마다 행해도 좋지만, 예를 들어 1회의 성막 처리마다 행해도 좋다.
상기 실시 형태에서는 반응관(2) 및 덮개(6)가 석영에 의해 형성되어 있는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 덮개(6)가 SUS에 의해 형성되어 있어도 좋다. 단, 평탄화용 가스에 노출되는 부위에서는 평탄화용 가스에 의한 부 식이 발생할 우려가 있으므로, 내부식성이 우수한 재료를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 실시 형태에서는 처리 가스의 종류마다 처리 가스 도입관(17)이 설치되어 있는 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 처리 가스를 구성하는 가스의 종류마다(불소, 불화수소, 헥사클로로디실란, 암모니아, 질소의 5개) 처리 가스 도입관(17)을 설치해도 좋다. 또한, 복수개로부터 동일 가스가 도입되도록 반응관(2)의 하단부 근방의 측면에 복수개의 처리 가스 도입관(17)이 삽입 관통되어 있어도 좋다. 이 경우, 복수개의 처리 가스 도입관(17)으로부터 반응관(2) 내로 처리 가스가 공급되어 반응관(2) 내로 처리 가스를 보다 균일하게 도입할 수 있다.
본 실시 형태에서는 열처리 장치로서, 단일관 구조의 배치식 열처리 장치인 경우를 예로 본 발명을 설명하였지만, 예를 들어 반응관(2)이 내관과 외관으로 구성된 이중관 구조의 배치식 종형 열처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 매엽식의 열처리 장치에 본 발명을 적용하는 것도 가능하다. 또한, 피처리체는 반도체 웨이퍼(W)에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 LCD용 유리 기판 등에도 적용하는 것도 가능하다.
본 발명에 따르면, 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 동시에, 장치 내부를 평탄화할 수 있다.
Claims (12)
- 박막 형성 장치의 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 피처리체에 박막을 형성한 후, 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 박막 형성 장치의 세정 방법에 있어서,가열된 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 클리닝 가스를 활성화시키고, 상기 활성화된 클리닝 가스에 의해 상기 부착물을 제거하여 장치 내부를 클리닝하는 클리닝 공정과,상기 클리닝 공정에 의해 클리닝된 반응실 내를 0 ℃ 내지 200 ℃로 유지하고, 상기 온도로 유지된 반응실 내에 불화수소를 포함하는 가스를 공급하여 장치 내부를 평탄화시키는 평탄화 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 평탄화 공정에서는 상기 반응실 내를 실온으로 유지하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 장치 내부의 재료에 석영을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 클리닝 가스에 불소와 불화수소를 포함하는 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 피처리체에 형성되는 박막은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 또는 폴리실리콘막이고,상기 클리닝 공정에서는 상기 피처리체에 상기 박막을 형성함으로써 박막 형성 장치의 내부에 부착된 질화규소, 산화규소, 또는 폴리실리콘을 상기 클리닝 가스로 제거하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치의 세정 방법.
- 피처리체가 수용된 반응실 내에 처리 가스를 공급하여 피처리체에 박막을 형성하여 장치 내부에 부착된 부착물을 제거하는 박막 형성 장치에 있어서,상기 반응실 내를 가열하는 가열 수단과,상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급 수단과,상기 반응실 내에 불화수소를 포함하는 평탄화 가스를 공급하는 평탄화 가스 공급 수단과,박막 형성 장치의 각 부를 제어하는 제어 수단을 구비하고,상기 제어 수단은,상기 가열 수단을 제어하여 반응실 내를 가열한 상태에서 상기 반응실 내에 클리닝 가스를 공급하여 상기 클리닝 가스를 활성화시키고, 상기 활성화된 클리닝 가스에 의해 상기 부착물을 제거하여 장치 내부를 클리닝하도록 상기 클리닝 가스 공급 수단을 제어하고,상기 가열 수단을 제어하여 반응실 내를 0 ℃ 내지 200 ℃로 유지한 상태에서 상기 반응실 내에 평탄화 가스를 공급하도록 상기 평탄화 가스 공급 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 삭제
- 제7항에 있어서, 상기 제어 수단은 상기 가열 수단을 제어하여 반응실 내를 실온으로 유지한 상태에서 상기 반응실 내에 평탄화 가스를 공급하도록 상기 평탄화 가스 공급 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제7항에 있어서, 적어도 상기 평탄화 가스에 노출되는 장치 내부의 재료는 석영인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 클리닝 가스 공급 수단은 불소와 불화수소를 포함하는 클리닝 가스를 상기 반응실 내에 공급하는 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 피처리체에 형성되는 박막은 실리콘 질화막, 실리콘 산화막, 또는 폴리실리콘막인 것을 특징으로 하는 박막 형성 장치.
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