KR101024891B1 - 자기 세정을 수행하는 플라즈마 ｃｖｄ 장치 및 자기 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치는 반응챔버, 서셉터, 샤워헤드, 상기 샤워헤드의 온도를 200℃에서 400℃로 직접 조절하는 온도조절 메카니즘, 상기 반응챔버의 외부에 마련된 원격 플라즈마 방전장치, 및 상기 서셉터나 상기 샤워헤드 중 어느 하나에 전기적으로 연결된 고주파 전원을 포함한다.
Description
도 1은 자기세정 메카니즘을 갖는 종래의 용량결합형 플라즈마 CVD 장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치의 개략도,
도 3은 일실시예에서 상부전극 온도와 세정속도 사이의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 일실시예에서 하부전극 면적/기판 면적에 관련한 세정속도와 막두께 불균일도 사이의 관계를 나타내는 그래프,
도 5는 세정속도과 상부전극 면적/하부전극 면적 사이의 관계를 나타내는 그래프, 및
도 6은 본 발명에 다른 실시예에 따른 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치의 개락도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 피처리체
2 : 반응챔버
3 : 서셉터
4 : 샤워헤드
5, 12, 14 : 파이프
6 : 밸브
7, 11 : 개구부
8, 18 : 고주파 전원
9 : 출력케이블
10 : 임피던스 매칭박스
13 : 원격 플라즈마 방전장치
15 : 공기냉각팬
16 : 외장히터(sheath heater)
20 : 배기구
21 : 컨덕턴스 조절밸브
22 : 열전쌍
23 : 대역여파기 필터
24 : 고체 릴레이
25 : 온도제어기
26 : AC 전원
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치의 개략도,
도 3은 일실시예에서 상부전극 온도와 세정속도 사이의 관계를 나타내는 그래프,
도 4는 일실시예에서 하부전극 면적/기판 면적에 관련한 세정속도와 막두께 불균일도 사이의 관계를 나타내는 그래프,
도 5는 세정속도과 상부전극 면적/하부전극 면적 사이의 관계를 나타내는 그래프, 및
도 6은 본 발명에 다른 실시예에 따른 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치의 개락도이다.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 피처리체
2 : 반응챔버
3 : 서셉터
4 : 샤워헤드
5, 12, 14 : 파이프
6 : 밸브
7, 11 : 개구부
8, 18 : 고주파 전원
9 : 출력케이블
10 : 임피던스 매칭박스
13 : 원격 플라즈마 방전장치
15 : 공기냉각팬
16 : 외장히터(sheath heater)
20 : 배기구
21 : 컨덕턴스 조절밸브
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24 : 고체 릴레이
25 : 온도제어기
26 : AC 전원
본 발명은 자기 세정 장치를 포함하는 플라즈마 CVD(화학적 기상 증착) 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 원격에서 생성된 활성종들을 이용하여 반응챔버 내부의 세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 플라즈마 처리장치는 막을 형성 혹은 제거하거나 피처리체의 표면을 재형성하는데 이용된다. 특히, 규소나 유리기판 같은 반도체 웨이퍼 상에 (플라즈마 CVD에 의한) 박막을 형성하거나 박막을 에칭하는 것은 메모리, CPU 등의 반도체 장치 또는 LCD(액정표시장치)를 제조하는데 있어 핵심적인 기술이다.
종래, CVD 장치는 산화규소(SiO), 질화규소(SiN), 탄화규소(SiC) 및 산소탄화규소(SiOC)와 같은 절연막, 규화텅스텐(WSi), 질화티타늄(TiN) 및 알루미늄 합금과 같은 도체막, 및 PZT(PbZr1-xTixO3) 및 BST(BaxSr1-xTiO3)와 같은 고유전체막이 형성된 규소기판 또는 유리기판을 형성하는데 이용되어 왔다.
이러한 막을 형성하기 위하여, 다양한 성분을 갖는 복합 반응가스가 반응챔버로 유입된다. 플라즈마 CVD 장치에서, 이러한 반응가스는 고주파 에너지에 의해 플라즈마로 여기되고 기판 상에 화학반응을 유발함으로써 원하는 박막을 형성한다.
또한, 플라즈마 화학반응에 의해 반응챔버 내부에 생성된 생성물은 반응챔버의 내벽 및 서셉터의 표면에 축적된다. 박막형성이 반복됨에 따라, 플라즈마 CVD 장치 내부에 그러한 증착물(deposits)이 점차 축적된다. 그런 다음, 증착물은 내벽과 서셉터 표면으로부터 박리되어 반응챔버 내부에서 부유한다. 이후, 증착물은 이물질로서 기판에 부착되고, 불순물 오염을 유발시켜 결함을 발생시킨다.
반응챔버 내벽에 부착된 원하지 않는 증착물을 제거하기 위하여, 반응챔버가 동작되는 동안에 반응챔버 내부의 세정을 수행하는 인시츄(insitu) 세정이 효과적이다. 챔버세정(반응챔버 내벽에 존재하는 원하지 않는 이질적인 물질 및 증착물의 제거)은 상기 이질적인 물질의 타입에 따라 선택된 세정가스를 반응챔버로 유입시키고, 플라즈마 분해반응에 의해 활성종을 생성시켜, 증착물을 가스화시킴으로써 증착물을 제거하는 것이다. 예를 들어, 산화규소나 질화규소, 또는 텅스텐이나 그 질화물 또는 그 규화물이 부착할 경우, CF4, C2F6, C3F8 또는 NF3 같은 불소함유가스가 세정가스로 이용된다. 이 경우에, 불소원자(불소기)의 활성종 또는 불소함유 활성종은 반응챔버의 내벽에 부착한 물질과 반응하고, 그들의 반응생성물은 가스상 물질의 형태로 반응챔버 외부로 방출된다.
1990년 10월 2일자로 등록된 미국특허 제4,960,488호에는, 좁은 간격을 갖는 상부 및 하부전극 사이에 비교적 고압상태에서 세정플라즈마를 형성하여 국부적인 세정을 수행하는 프로세스와, 넓은 간격을 갖는 상부 및 하부전극 사이에 비교적 저압상태에서 세정플라즈마를 생성하여 광범위 세정을 수행하는 프로세스를 조합함으로써 용량결합형(capacitive coupled) 플라즈마 CVD 장치의 챔버세정을 효율적으로 수행하는 방법이 개시되어 있다. 이 경우의 챔버세정은 세정가스를 반응챔버로 유입시키고 상부 및 하부전극 사이의 영역에 고주파 전력을 가하여, 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시킴으로써 불소원자의 활성종 또는 불소함유 활성종을 생성시켜 반응챔버 내부의 증착물을 제거시키는 인시츄 플라즈마 세정의 한가지 방법이다. 특히, 이 발명의 목적은 챔버의 측벽이나 상부전극의 주변부를 매우 효과적으로 세정하는 것으로서, 이 인시츄 플라즈마 세정방법에서는 세정속도 자체를 조절하고, 배기 시스템의 세정을 수행한다.
인시츄 플라즈마 세정방법을 이용하는 이 플라즈마 CVD 장치의 약점은 막 형성에 이용된 플라즈마 여기장치가 세정가스의 활성화에도 이용되기 때문에 세정가스에 가해진 고주파(RF) 전력에 의해 전극 사이에서 중이온 충격(heavy ion bombardment)이 일어난다는 것이다. 그 결과, 원하지 않는 부산물(예를 들어, 전극이 알루미늄 합금으로 만들어진 경우, 불화알루미늄)이 형성된다. 그 부산물이 부유하거나 이온 충격에 의해 영향을 입은 전극 표면의 표면층이 박리되어 기판상에 떨어지기 때문에, 불순물 오염이 일어난다. 영향을 받은 부분은 주기적으로 세정되거나 교체되어야 한다. 그러한 유지작업이 요구되기 때문에, 장치 생산성이 저하되고 운영비용이 증가한다.
인시츄 플라즈마 세정방법에서 이온 충격 문제를 해결하기 위하여, 플라즈마가 반응챔버 외부에서 발생되고, 발생된 플라즈마에 의해 세정가스가 활성화되는 원격 플라즈마 세정방법이 개발되었다. 1998년 8월 4일자로 등록된 미국특허 제5,788,799호에서, 세정가스(NF3)가 마이크로파에 의해 플라즈마 상태로 여기되고 반응챔버와 분리된 외부 방출챔버 내부에서 활성화되는 원격 플라즈마 세정방법이 설명되었다. 그 발명에서, 유량조절된 NF3는 외부 마이크로파 발생원에 의해 해리되고 활성화되며, NF3의 해리/활성화에 의해 발생된 불소 활성종은 튜브관을 통해 반응챔버로 유입되고 반응챔버의 내벽 표면에 부착된 외부물질을 분해·제거한다.
반도체 기판의 직경이 최근 더 커짐에 따른 반응챔버의 증가된 용적으로 인하여, 세정되어야 할 잔류 증착물의 양이 증가하고 세정에 소요되는 시간이 증가하는 경향이 있다. 세정에 소요되는 시간이 증가하는 경우, 단위시간 당 처리된 기판의 수(생산성)가 감소한다. 그 결과, 장치의 생산성이 감소한다. 결론적으로, 효율적으로 세정을 수행하는 것이 필요하다. 전술한 미국특허 제5,788,799호에는, 반응챔버의 내벽에 인접한 온도조절된 세라믹 라이너를 설치하는 것에 의해 반응챔버의 표면에 부착한 증착물의 제거율을 개선함으로써 효율적으로 챔버를 세정을 수행하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 본 발명자들은 상기 발명이 다음의 단점을 갖는다고 믿는다. 우선, 온도조절된 세라믹 라이너가 이용된 경우, 가열을 위한 열저항 히터배선이 세라믹 라이너 내부에 설치되어야 할 필요가 있고, 이것의 비용이 상업적으로 높다. 또한, 챔버세정을 효율적으로 수행하기 위하여, 반응챔버 내부의 면적은 세정속도를 조절하도록 결정되어야 한다. 전술한 발명에서 이 점에 대한 고려는 전혀 없다. 실제로, 증착물이 반응챔버의 내벽에 부착되는 형태는 사용된 증착방법 즉, 고밀도 플라즈마 CVD, 용량결합형 플라즈마 CVD 또는 열 CVD에 따라 다양하다. 당연히, 세정속도를 조절하는 면적은 전술된 미국특허 제4,960,488호에 개시된 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에서의 인시츄 플라즈마 세정과 미국특허 제5,788,799호에 설명된 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 이용된 원격 플라즈마 세정 사이에서 다르다.
일반적으로, 플라즈마 처리장치는 막을 형성 혹은 제거하거나 피처리체의 표면을 재형성하는데 이용된다. 특히, 규소나 유리기판 같은 반도체 웨이퍼 상에 (플라즈마 CVD에 의한) 박막을 형성하거나 박막을 에칭하는 것은 메모리, CPU 등의 반도체 장치 또는 LCD(액정표시장치)를 제조하는데 있어 핵심적인 기술이다.
종래, CVD 장치는 산화규소(SiO), 질화규소(SiN), 탄화규소(SiC) 및 산소탄화규소(SiOC)와 같은 절연막, 규화텅스텐(WSi), 질화티타늄(TiN) 및 알루미늄 합금과 같은 도체막, 및 PZT(PbZr1-xTixO3) 및 BST(BaxSr1-xTiO3)와 같은 고유전체막이 형성된 규소기판 또는 유리기판을 형성하는데 이용되어 왔다.
이러한 막을 형성하기 위하여, 다양한 성분을 갖는 복합 반응가스가 반응챔버로 유입된다. 플라즈마 CVD 장치에서, 이러한 반응가스는 고주파 에너지에 의해 플라즈마로 여기되고 기판 상에 화학반응을 유발함으로써 원하는 박막을 형성한다.
또한, 플라즈마 화학반응에 의해 반응챔버 내부에 생성된 생성물은 반응챔버의 내벽 및 서셉터의 표면에 축적된다. 박막형성이 반복됨에 따라, 플라즈마 CVD 장치 내부에 그러한 증착물(deposits)이 점차 축적된다. 그런 다음, 증착물은 내벽과 서셉터 표면으로부터 박리되어 반응챔버 내부에서 부유한다. 이후, 증착물은 이물질로서 기판에 부착되고, 불순물 오염을 유발시켜 결함을 발생시킨다.
반응챔버 내벽에 부착된 원하지 않는 증착물을 제거하기 위하여, 반응챔버가 동작되는 동안에 반응챔버 내부의 세정을 수행하는 인시츄(insitu) 세정이 효과적이다. 챔버세정(반응챔버 내벽에 존재하는 원하지 않는 이질적인 물질 및 증착물의 제거)은 상기 이질적인 물질의 타입에 따라 선택된 세정가스를 반응챔버로 유입시키고, 플라즈마 분해반응에 의해 활성종을 생성시켜, 증착물을 가스화시킴으로써 증착물을 제거하는 것이다. 예를 들어, 산화규소나 질화규소, 또는 텅스텐이나 그 질화물 또는 그 규화물이 부착할 경우, CF4, C2F6, C3F8 또는 NF3 같은 불소함유가스가 세정가스로 이용된다. 이 경우에, 불소원자(불소기)의 활성종 또는 불소함유 활성종은 반응챔버의 내벽에 부착한 물질과 반응하고, 그들의 반응생성물은 가스상 물질의 형태로 반응챔버 외부로 방출된다.
1990년 10월 2일자로 등록된 미국특허 제4,960,488호에는, 좁은 간격을 갖는 상부 및 하부전극 사이에 비교적 고압상태에서 세정플라즈마를 형성하여 국부적인 세정을 수행하는 프로세스와, 넓은 간격을 갖는 상부 및 하부전극 사이에 비교적 저압상태에서 세정플라즈마를 생성하여 광범위 세정을 수행하는 프로세스를 조합함으로써 용량결합형(capacitive coupled) 플라즈마 CVD 장치의 챔버세정을 효율적으로 수행하는 방법이 개시되어 있다. 이 경우의 챔버세정은 세정가스를 반응챔버로 유입시키고 상부 및 하부전극 사이의 영역에 고주파 전력을 가하여, 세정가스를 플라즈마 상태로 여기시킴으로써 불소원자의 활성종 또는 불소함유 활성종을 생성시켜 반응챔버 내부의 증착물을 제거시키는 인시츄 플라즈마 세정의 한가지 방법이다. 특히, 이 발명의 목적은 챔버의 측벽이나 상부전극의 주변부를 매우 효과적으로 세정하는 것으로서, 이 인시츄 플라즈마 세정방법에서는 세정속도 자체를 조절하고, 배기 시스템의 세정을 수행한다.
인시츄 플라즈마 세정방법을 이용하는 이 플라즈마 CVD 장치의 약점은 막 형성에 이용된 플라즈마 여기장치가 세정가스의 활성화에도 이용되기 때문에 세정가스에 가해진 고주파(RF) 전력에 의해 전극 사이에서 중이온 충격(heavy ion bombardment)이 일어난다는 것이다. 그 결과, 원하지 않는 부산물(예를 들어, 전극이 알루미늄 합금으로 만들어진 경우, 불화알루미늄)이 형성된다. 그 부산물이 부유하거나 이온 충격에 의해 영향을 입은 전극 표면의 표면층이 박리되어 기판상에 떨어지기 때문에, 불순물 오염이 일어난다. 영향을 받은 부분은 주기적으로 세정되거나 교체되어야 한다. 그러한 유지작업이 요구되기 때문에, 장치 생산성이 저하되고 운영비용이 증가한다.
인시츄 플라즈마 세정방법에서 이온 충격 문제를 해결하기 위하여, 플라즈마가 반응챔버 외부에서 발생되고, 발생된 플라즈마에 의해 세정가스가 활성화되는 원격 플라즈마 세정방법이 개발되었다. 1998년 8월 4일자로 등록된 미국특허 제5,788,799호에서, 세정가스(NF3)가 마이크로파에 의해 플라즈마 상태로 여기되고 반응챔버와 분리된 외부 방출챔버 내부에서 활성화되는 원격 플라즈마 세정방법이 설명되었다. 그 발명에서, 유량조절된 NF3는 외부 마이크로파 발생원에 의해 해리되고 활성화되며, NF3의 해리/활성화에 의해 발생된 불소 활성종은 튜브관을 통해 반응챔버로 유입되고 반응챔버의 내벽 표면에 부착된 외부물질을 분해·제거한다.
반도체 기판의 직경이 최근 더 커짐에 따른 반응챔버의 증가된 용적으로 인하여, 세정되어야 할 잔류 증착물의 양이 증가하고 세정에 소요되는 시간이 증가하는 경향이 있다. 세정에 소요되는 시간이 증가하는 경우, 단위시간 당 처리된 기판의 수(생산성)가 감소한다. 그 결과, 장치의 생산성이 감소한다. 결론적으로, 효율적으로 세정을 수행하는 것이 필요하다. 전술한 미국특허 제5,788,799호에는, 반응챔버의 내벽에 인접한 온도조절된 세라믹 라이너를 설치하는 것에 의해 반응챔버의 표면에 부착한 증착물의 제거율을 개선함으로써 효율적으로 챔버를 세정을 수행하는 방법이 개시되어 있다.
그러나, 본 발명자들은 상기 발명이 다음의 단점을 갖는다고 믿는다. 우선, 온도조절된 세라믹 라이너가 이용된 경우, 가열을 위한 열저항 히터배선이 세라믹 라이너 내부에 설치되어야 할 필요가 있고, 이것의 비용이 상업적으로 높다. 또한, 챔버세정을 효율적으로 수행하기 위하여, 반응챔버 내부의 면적은 세정속도를 조절하도록 결정되어야 한다. 전술한 발명에서 이 점에 대한 고려는 전혀 없다. 실제로, 증착물이 반응챔버의 내벽에 부착되는 형태는 사용된 증착방법 즉, 고밀도 플라즈마 CVD, 용량결합형 플라즈마 CVD 또는 열 CVD에 따라 다양하다. 당연히, 세정속도를 조절하는 면적은 전술된 미국특허 제4,960,488호에 개시된 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에서의 인시츄 플라즈마 세정과 미국특허 제5,788,799호에 설명된 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 이용된 원격 플라즈마 세정 사이에서 다르다.
따라서, 본 발명의 목적은 높은 챔버세정속도로 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치와 그러한 자기세정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최적화된 챔버세정 빈도로 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치와 그러한 자기세정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 불순물 오염문제 없이 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치와 그러한 자기세정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 고생산성을 갖는 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치 및 그러한 자기세정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최적화된 챔버세정 빈도로 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치와 그러한 자기세정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 불순물 오염문제 없이 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치와 그러한 자기세정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 고생산성을 갖는 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치 및 그러한 자기세정을 수행하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일실시예에서, 본 발명은 (ⅰ) 반응챔버, (ⅱ) 상기 반응챔버의 내부에 배치되고 플라즈마를 발생시키기 위한 2 개의 전극 중 하나를 구성하며, 상부에 피처리체를 적치하여 가열하는 서셉터, (ⅲ) 상기 서셉터에 평행하게 배치되고 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 하나의 전극을 구성하며, 반응가스나 세정가스를 상기 반응챔버의 내부로 분사하는 샤워헤드, (ⅳ) 상기 샤워헤드를 소정 온도로 가열하는 히터, 및 (ⅴ) 상기 서셉터 및 상기 샤워헤드 중 어느 하나에 전기적으로 연결된 고주파 전원을 포함하는 플라즈마 CVD 장치를 제공한다. 자기 세정시 샤워헤드를 직접 가열함으로써 세정속도를 증가시킬 수 있고, 처리 중에 샤워헤드를 직접 가열합으로써 샤워헤드에 증착된 막이 오랜 기간 동안 입자 먼지를 생성시키지 않게 되어, 세정빈도가 감소된다.
이상에서, 이온 충격에 의한 입자 오염을 방지하고자, 플라즈마 CVD 장치는 반응챔버의 상류 세정가스를 활성화시키기 위한 원격 플라즈마 방전장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 원격 플라즈마 방전장치는 반응챔버의 외부에 배치된다.
일실시예에서, 히터는 200℃에서 400℃(225℃, 250℃, 275℃, 300℃, 325℃, 350℃, 375℃ 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 범위)의 온도에서 샤워헤드를 가열하도록 프로그램된 제어기가 제공되어 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 서셉터가 500℃ 이상으로 가열되는 경우에도, 직접적인 열전도가 없다면 상기 샤워헤드는 200℃ 이상까지 가열되지 않는다. 가스를 통한 열전달이나 복사열은 샤워헤드를 200℃ 이상으로 가열하는데 충분하지 않다. 샤워헤드의 온도를 정확히 조절하기 위하여, 상기 제어기는 샤워헤드의 온도를 검출하는 검출기를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 히터는 샤워헤드의 외주면 부근에 배치된 외장히터(sheath heater)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 샤워헤드 표면에 대한 온도 조절은 가열뿐만 아니라 냉각도 포함할 수 있다. 이상의 범위로 온도를 조절하기 위하여, 일례로, 가열과 냉각이 모두 행해질 수 있다. 예를 들어, 냉각은 냉각재킷에 의해 달성될 수 있다.
일실시예에서, 상기 서셉터는 피처리체의 표면적에 대한 서셉터 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위를 갖도록 구성된 표면적을 가질 수 있다. 대상물의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비는 세정속도 및 대상물(기판) 상에 증착된 막의 균일도와 관련된다. 샤워헤드 표면이 클수록 세정속도는 더 높아지지만, 막의 균일도는 더 나빠진다. 막, 반응기 및 가스의 타입과 처리/세정 조건에 따라 바람직한 범위(예, 1.05-1.50의 범위)가 다르지만 상기한 범위가 바람직할 수 있다.
실시예에서, 샤워헤드 및 서셉터는 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05에서 1.44의 범위를 갖도록 만들어진다. 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비는 세정속도와 관련된다. 샤워헤드 표면이 클수록, 세정속도는 더 높아지지만, 세정속도는 상기한 범위를 지나서 정체기에 이른다. 그러나, 상기한 범위는 막, 반응기 및 가스의 타입 및 처리/세정 조건에 따라 다를 수 있다(예, 1.05-1.50의 범위).
플라즈마 CVD 장치는 피처리체를 로딩시키고 처리된 상기 피처리체를 언로딩시키기 위한 이송챔버를 더 포함할 수 있으며, 여기서 이송챔버는 반응챔버와 동축으로 배치되며, 불활성가스를 이송챔버로 도입시키는 불활성가스 공급기가 제공된다. 일실시예에서, 상기 반응챔버는 (ⅰ) 상기 반응챔버와 상기 이송챔버 사이에서 상기 서셉터를 수직 구동시키기 위한 승강구동수단; (ⅱ) 상기 반응챔버와 상기 이송챔버를 분리하는 절연체이며 처리 동안 상기 서셉터를 둘러싸며, 상기 서셉터와의 사이에, 처리 중에 불활성가스가 상기 이송챔버에서 상기 반응챔버까지 유동할 수 있도록 하는 갭을 제공하는 분할링; 및 (ⅲ) 상기 샤워헤드의 외주면 부근에서 상기 반응챔버의 내벽을 따라 배치되고 상기 반응챔버로부터 가스를 방출시키고, 상기 분할 링과의 사이에 상기 반응챔버로부터 가스가 방출될 수 있는 갭을 갖도록 하는 하부 가장자리를 갖는 원형덕트 포함한다. 상기한 구조에 따르면, 반응공간이 감소되면서도 운전능력이 개선될 수 있다.
본 발명은 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법에 동일하게 적용될 수 있다. 일실시예에서, 상기 방법은 (ⅰ) 반응챔버에서 처리된 피처리체를 언로딩시킨 후, 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계; (ⅱ) 상기 반응챔버 내부로 세정가스를 도입시키는 단계; 및 (ⅲ) 상기 세정가스를 사용하여 플라즈마 반응에 의해 상기 반응챔버를 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 위에서, 상기 세정가스는 반응챔버의 상류에서 원격 플라즈마 챔버에 의해 활성화될 수 있다. 또한, 상기 가열하는 단계는 상기 샤워헤드의 외주면 부근에서 가열함으로써 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 반응챔버에서 피처리체를 처리하면서 상기 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열함으로써 자기 세정 빈도를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 장치에 관하여 개시한 바와 같이, 반응챔버 내부에 배치된 서셉터는 피처리체의 표면적에 대한 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내이도록 구성된 표면적을 가질 수 있다. 또한, 반응챔버 내부에 배치된 상기 샤워헤드 및 서셉터는 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내이도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 (ⅰ) 피처리체의 표면적에 대한 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내인 서셉터를 선택하는 단계; (ⅱ) 상기 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내인 샤워헤드를 선택하는 단계; (ⅲ) 상기 서셉터 상에 배치된 피처리체를 처리하는 단계; 및 (ⅳ) (a) 상기 샤워헤드의 온도를 200℃ 내지 400℃의 범위 내로 제어하고; (b) 세정가스를 활성화시켜 반응챔버 내에 활성 세정종을 제공하며; (c) 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 소정 압력에서 자기 세정을 수행하도록 자기 세정을 개시하는 단계를 포함하는 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법을 제공한다. 상기 장치에 대하여 설명된 바와 같이, 상기 처리하는 단계는 상기 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 200℃ 내지 400℃의 온도와 200℃ 내지 400℃ 온도에서의 세정속도에서, 입자 오염을 초래하지 않는 상기 샤워헤드 상에 증착된 막의 최대 두께에 기초한 자기 세정 빈도를 최적화시키는 단계를 더 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명 및 종래기술보다 우수한 이점을 요약하기 위하여, 본 발명의 어떤 목적 및 이점이 개시되었다. 그러나, 본 발명의 어떤 실시예에 따르면, 반드시 이들 목적이나 이점들 모두가 달성될 수 있다는 것은 아님이 이해되어야 한다. 그러므로, 예를 들어, 당업자는 본 발명이 본 명세서에서 교시되거나 제안된 바와 같이, 다른 목적들 또는 이점들을 반드시 달성하지 않고서도 본 명세서에서 교시된 바에 따라 하나의 이점 또는 일군의 일점들을 달성하고 최적화하는 방법으로 본 발명이 실시되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
후술하는 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 측면, 특징 및 이점들이 명확해질 것이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 특징들에 관하여 개시하기로 한다. 그러나, 이들 도면들은 본 발명을 예시하기 위함이지 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 전술한 실시예를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 실시예에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 다음의 실시예를 포함한다.
1) 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치는 (ⅰ)반응챔버, (ⅱ) 플라즈마를 발생시키기 위한 두 개의 전극 중 하나로 이용되고 대상물을 적치하여 가열하는데 이용되며, 상기 반응챔버의 내부에 배치되는 서셉터, (ⅲ) 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 한쪽 전극으로 이용되며, 반응가스 흐름을 상기 대상물 방향으로 배출시키는데 이용되고, 상기 서셉터에 대향하며 평행하게 배치된 샤워헤드, (ⅳ) 상기 샤워헤드의 온도를 주어진 온도로 조절하는 온도조절 메카니즘, (ⅴ) 세정가스를 이격되어 활성화시키는데 이용되며, 상기 반응챔버 외부에 마련된 원격 플라즈마 방전장치, 및 (ⅵ) 상기 서셉터나 상기 샤워헤드 중 하나에 전기적으로 연결된 고주파 전원공급수단을 포함한다.
2) 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치는 (ⅰ) 반응기, (ⅱ) 플라즈마를 발생시키기 위한 두 개의 전극 중 하나로 이용되고 대상물을 적치하여 가열하는데 이용되며, 상기 반응기의 내부에 배치되는 서셉터, (ⅲ) 상기 서셉터를 상하구동시키는 승강수단, (ⅳ) 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 한쪽 전극으로 이용되며, 반응가스 흐름을 상기 대상물 방향으로 배출시키는데 이용되고, 상기 서셉터에 대향하며 평행하게 상기 반응기의 천정에 배치된 샤워헤드, (ⅴ) 상기 반응기의 내벽을 따라서 원형으로 마련되며, 상기 샤워헤드의 외주면 부근에 위치된 덕트수단, (ⅵ) 상기 반응기를 사실상 반응챔버와 웨이퍼 처리챔버(WHC)로 구분하며, 상기 덕트수단과의 사이에 약간의 갭을 형성하고, 증착 중에 상기 서셉터와의 사이에 약간의 갭을 형성하도록 배치되며, 상기 덕트수단과 동축을 갖는 절연구분판, (ⅶ) 증착 중에 상기 절연구분판과 상기 서셉터 사이에 형성된 갭을 통과하여 상기 웨이퍼 처리챔버(WHC)에서 상기 반응챔버 방향으로 불활성가스 흐름을 통과시키는 수단으로도 이용되며, 불활성가스를 상기 웨이퍼 처리챔버로 유입시키는 수단, (ⅷ) 상기 샤워헤드의 온도를 주어진 온도로 조절하는 온도조절 메카니즘, (ⅸ) 세정가스를 멀리서 활성화시키기 위해 이용되며, 상기 반응기의 외부에 배치된 원격 플라즈마 방전장치, 및 (ⅹ) 상기 서셉터나 상기 샤워헤드 중 어느쪽에 전기적으로 연결된 고주파 전원공급수단을 포함한다.
3) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 주어진 온도는 200℃에서 400℃의 범위이다.
4) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 온도조절 메카니즘은 상기 샤워헤드에 가깝게 배치된 하나 이상의 가열수단, 온도측정수단 및 상기 가열수단과 상기 온도측정수단에 결합된 온도조절수단을 포함한다.
5) 항목 4에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 가열수단은 외장히터이며, 상기 온도수단은 열전쌍이다.
6) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 대상물의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비는 1.08에서 1.38의 범위이다.
7) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비는 1.05에서 1.44의 범위이다.
8) 항목 1에 따른 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 효율적으로 자기세정을 수행하는 방법은 (ⅰ) 상기 대상물의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비가 1.08에서 1.38의 범위를 갖는 서셉터를 선택하는 단계, (ⅱ) 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05에서 1.44를 갖는 샤워헤드를 선택하는 단계, (ⅲ) 상기 샤워헤드의 온도를 200℃에서 400℃의 범위 내에서 조절하는 단계, (ⅳ) 상기 원격 플라즈마 방전장치를 이용하여 세정가스를 활성화시키고, 활성 세정종을 상기 반응챔버로 유입시키는 단계, (ⅴ) 상기 서셉터와 상기 샤워헤드 사이의 반응영역에 플라즈마를 발생시키는 단계, 및 (ⅵ) 상기 반응챔버 내부의 압력을 조절하는 단계를 포함한다.
9) 항목 8에 따른 방법은 자기세정 빈도를 최적화시키는 단계를 더 포함한다.
10) 항목 9에 따른 방법에서, 자기세정의 빈도를 최적화시키는 단계는 연속적으로 처리할 수 있는 누적 막두께의 상한선을 찾아내는 단계 및 상기 상한선을 막두께로 나눔으로써 최대 세정사이클을 찾아내는 단계를 포함한다.
검증 1
본 발명의 발명자들은, 용량 결합형 CVD 장치를 위한 원격 플라즈마 세정 공정을 이용한 실험으로부터, 세정 처리속도를 조절하는 면적은 샤워헤드(상부전극)의 표면이라는 것을 발견했다. 이하에서는 상기 실험에 관하여 상세히 설명한다.
상기 실험에 사용된 장치는 도 1에 도시된다. 도 1은 지금까지 산업적으로 이용되고 있는 용량결합형 플라즈마 CVD 장치를 개략적으로 나타낸다. 이 장치는 300mm 기판 처리용 용량결합형 플라즈마 CVD 장치이며, 원격 플라즈마 세정을 수행한다.
반응챔버(2)의 내부에서, 그 위에 유리나 규소기판 같은 피처리체(1)를 에 배치하기 위한 서셉터(3)가 배치된다. 상기 서셉터는 바람직하게는 세라믹이나 알루미늄 합금으로 형성될 수 있으며, 상기 서셉터의 내부에는 열저항식 히터가 삽입된다. 따라서, 상기 서셉터는 플라즈마를 발생시키기 위한 하부전극으로도 이용된다. 상기 서셉터에 대향하면서 평행한 위치에, 상기 피처리체 위에 균일하게 반응 가스를 도입시키기 위한 샤워헤드(4)가 배치된다. 또한, 샤워헤드(4)는 플라즈마를 발생시키기 위한 상부전극으로 이용된다. 반응챔버(2)의 측벽에 배기구(20)가 제공된다. 배기구(20)는 컨덕턴스 조절밸브(21)를 통하여 진공펌프(미도시)와 연통된다(communicatively connected).
반응챔버(2)의 외부에는, 원격 플라즈마 방전장치(13)가 제공되고, 원격 플라즈마 방전장치(13)는 파이프(14)를 통해 샤워헤드(4)의 개구부(7)에 연결된다. 세정가스원(미도시)은 파이프(12)을 통해 원격 플라즈마 방전장치(13)에 연결된다. 파이프(5)의 일 단부가 밸브(6)를 지나 파이프(14)의 개구부(11)에 부착된다. 파이프(5)의 타 단부는 반응가스원(미도시)에 부착된다. 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원(8,18)은 출력케이블(9)을 통하여 매칭회로(10)를 지나 샤워헤드(4)에 연결된다. 이 경우, 서셉터(3)는 접지된다. 고주파 전원(8,18)은 수백 kHz에서 수십 MHz까지 전력을 공급할 수 있으며, 바람직하게는, 막 질 조절능력을 향상시키기 위하여, 상기 고주파 전원에서 다른 주파수가 사용된다.
샤워헤드의 대기측 상에는, 샤워헤드(4)의 온도변화를 방지하기 위한 공기냉각팬(15)이 제공된다. 반응챔버(2)의 상부판에는, 샤워헤드(4)의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(122)이 삽입된다. 공기냉각팬(15)은 대역통과 필터(bandpass filter; 123') 및 고상 릴레이(solid state relay; 124)를 통하여 온도제어기(125)에 연결된다. 열전쌍(122)은 대역통과 필터(123)를 통하여 온도제어기(125)에 연결된다. 온도제어기(125)는 AC 전원에 연결된다.
피처리체(1)의 표면 상에 막을 형성하기 위한 반응가스는, 그것의 흐름이 질량 유량제어기(mass flow controller, 미도시)에 의해 고정된 유속으로 조절된 후에, 파이프(5)를 통하여 밸브(6)를 지나고, 이후 개구부(7)을 통과하여 샤워헤드(4)에 공급된다. 반응챔버(2) 내부로 유입된 반응가스는 고주파 전원(8,18)으로부터 공급된 고주파 전력에 의해 플라즈마 상태로 여기되어, 피처리체(1)의 표면 상에 화학반응을 일으킨다. 상기 화학반응에 의해 생성된 막은 피처리체(1) 뿐만 아니라, 샤워헤드(4)의 표면이나 반응챔버의 내벽 그리고 다른 곳에도 부착된다.
피처리체(1) 상의 증착이 완료되고, 송수단(미도시)에 의해 반응챔버(2)로부터 대상물(1)이 반출된 후에, 세정 처리가 개시된다. 반응챔버 내부의 증착물 세정을 위한 세정가스는 예를 들면, C2F6+O2, NF3+Ar, F2+Ar 등의 불소함유 가스를 포함한다. 상기 세정가스는, 소정의 유량으로 조절된 후, 파이프(12)를 통하여 원격 플라즈마 방전장치 내로 유입된다. 상기 세정 가스는, 상기 원격 플라즈마 방전장치 내부에서 활성화된 후, 파이프(14)를 통과하여 개구부(7)로 유입된다. 개구부(7)로부터 반응챔버(2)로 유입된 상기 세정가스는 샤워헤드(4)를 통하여 반응챔버(2) 내부에 균일하게 공급되고, 반응챔버(2)의 내벽이나 샤워헤드(4)의 표면 등에 부착된 증착물과 화학적으로 반응한다. 증착물은 가스화되어, 진공펌프(미도시)에 의해 반응챔버(2)의 배기구(20)로부터 컨덕턴스 조절밸브(21)를 통하여 외부로 방출된다. 도 1에 도시된 용량 결합형 플라즈마 CVD 장치에서, 샤워헤드(4)의 온도는 샤워헤드(4)의 대기측에 배치된 공기냉각팬(15)에 의해 약 70 ℃ 내지 150 ℃의 범위에서 일정한 온도로 조절된다. 그 결과, 샤워헤드의 온도 상승이 조절될 수 있고, 생성된 막의 질(막 두께 또는 막 밀도 등) 변화가 방지될 수 있다.
이하에서는, 도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용한 실험에 관하여 상술하기로 한다. TEOS 유량이 250 sccm, O2 유량이 2.3 slm, 상부과 하부전극 사이의 거리가 10 mm, 상부 및 하부전극 직경이 φ350 mm, 챔버 압력이 400 Pa, 고주파 전력(13.56MHz)이 600 W, 고주파 전력(430kHz)이 400 W, 서셉터 온도가 400 ℃, 샤워헤드 온도가 150 ℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 140℃인 증착조건 하에서, 직경이 φ300mm 인 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 수행되었다.
증착 처리를 한 직후의 관찰에 의하면, 이온 충격이 큰 상부 및 하부전극의 표면에서는, 높은 막 밀도를 갖는 치밀한 막이 증착되었다. 상부 및 하부전극에서 떨어져 있으며 이온 충격이 작은 반응챔버의 측벽이나 샤워헤드의 외주면 부근에서는 막이라기보다는 오히려 분상 이물질이 관찰되었다.
계속하여, 동일한 증착 조건 하에서, 1μm의 막두께를 갖는 플라즈마 산화규소막을 증착한 후에, NF3 유량이 1 slm, Ar 유량이 2 slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14 mm, 챔버 압력이 670 Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7 kW, 서셉터 온도가 400℃, 샤워헤드 온도가 150 ℃ 그리고 반응챔버 내벽 온도가 140 ℃인 세정조건 하에서 챔버세정이 수행되었다. 1μm의 보통 막 두께를 갖는 막이 형성된 후에, 반응챔버의 세정은 이러한 조건 하에서는 약 120초 내로 완료된다. 그러나, 세정이 가장 어려운 영역을 조사하기 위해, 세정 처리를 60초 내일 때 정지하고 반응챔버 내부를 관찰하였다.
관찰 결과, 서셉터에 부착된 막 및 반응챔버의 측벽이나 샤워헤드의 외주면 부근에 부착된 분상 증착물은 거의 완전히 제거되었으나, 샤워헤드(상부전극)의 표면 상에는 증착물이 가장 많이 남아있는 것이 발견되었다. 이 관찰 결과는 다음과 같이 정성적으로 이해될 수 있다.
Arrhenius 반응속도와 화학반응에 관한 온도 사이의 관계는 다음 식으로 표현될 수 있다.
k = A exp(-E/RT) (1)
여기서, k는 속도상수, A는 빈도 인자, E는 활성화 에너지, R은 가스 상수 및 T는 절대온도이다. 이 경우에, k는 세정속도이며, A는 불소 라디칼의 분압에 주로 의존하고, E는 반응에 필요한 최소 에너지이며 부착물의 의 밀도나 조성에 의존하는 것으로 여겨진다.
반응챔버의 내벽이나 샤워헤드의 외주면 부근에 부착되는 분상 증착물은 낮은 막 밀도를 갖고 그것의 활성화 에너지가 낮기 때문에, 세정속도는 높다. 서셉터(하부전극) 표면 상의 증착물이 높은 막밀도를 갖는 치밀한 막이어도, 증착물의 표면 온도가 400℃로 높기 때문에 세정속도는 높다. 샤워헤드(상부전극) 표면 상의 증착물은 플라즈마에 의한 이온 충격 때문에 높은 막 밀도를 갖는 치밀한 막이고, 그것의 표면 온도가 서셉터의 온도와 비교하여 낮기 때문에 세정속도는 최소화되는 것으로 추측된다.
또한, 동일한 증착 조건과 세정조건 하에서 110초 동안 세정처리를 한 후, 반응챔버의 내부를 관찰하였다. 그 결과, 상기 샤워헤드 표면의 중심 부근에 부착된 막은 완전히 제거되었지만, 상기 샤워헤드 표면의 최외곽 외주면 부근에 부착된 막은 남아 있었다. 플라즈마는 증착 중에 샤워헤드 표면의 외주면 부근 영역과 상기 서셉터 사이뿐만 아니라 샤워헤드 표면의 외주면 부근 영역과 금속 반응챔버 내벽 사이에서도 발생되기 때문에, 상당한 양의 치밀한 막이 샤워헤드 표면의 최외곽 외주면에 부착되는 것으로 예상된다.
전술된 실험과 관찰에 따르면, 용량 결합형 플라즈마 CVD 장치의 챔버 세정이 원격 플라즈마 세정을 이용하여 수행될 경우, 자체로 세정처리를 조절하는 영역은 샤워헤드 표면, 특히 샤워헤드의 외주면 부근 영역이라는 것이 명확해 진다.
검증 2
본 발명의 발명자들은 챔버 세정 속도를 증가시키고 장치의 생산성을 개선시키기 위하여, 후술하는 실험으로부터 200℃ 내지 400℃의 범위 내에서 샤워헤드의 온도를 조절하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.
도 2는 본 발명에 따른 자기세정을 수행하는 용량 결합형 CVD 장치의 일실시예의 개략도이며, 상기 CVD 장치는 본 실험을 위해 사용되었다. 도 2에 도시된 장치가 도 1에 도시된 장치와 다른 점은, 본 발명의 실시예에 따른 장치가 서셉터 히터와 다르게 샤워헤드 내에 히터를 구비하는 온도조절 메카니즘을 갖는다는 것이다. 상기 히터는 샤워헤드(상부전극) 표면(4)의 온도를 증가시키기 위해 샤워헤드를 적극적으로 가열시키기 위한 열원으로서 사용된다. 온도조절 메카니즘은 샤워헤드(4)의 상부 근처에 배치되어 샤워헤드(4)를 가열하기 위한 외장히터(16), 샤워헤드(4)의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(22), 증착 중에 외장히터(16) 및 열전쌍(22)과 연결된 고주파 전력의 영향을 피하기 위한 대역통과 필터(23, 23'), 대역통과 필터(23')와 연결된 전력을 조절하기 위한 고체 릴레이(또는 사이리스터; 24), 대역통과 필터 (23') 및 고상 리레이(24)를 지나 외장히터(16)와 대역통과 필터(23)를 지나 열전쌍(22)에 각각 연결되는 온도 제어기(25) 및 온도제어기(25)에 연결된 AC 전원(26)을 포함한다. 고주파 노이즈의 영향이 높지 않은 경우, 대역통과 필터(23, 23')가 반드시 필요한 것은 아니다. 도 2에 도시된 플라즈마 CVD장치는 200mm 기판을 처리하기 위한 용량 결합형 플라즈마 CVD장치이기 때문에, 그것의 크기는 도 1에 도시된 장치의 크기와 다르다. 전술된 온도조절 메카니즘을 제외한 모든 구성요소가 도 1에 도시된 장치의 구성요소와 동일하다.
식(1)로부터, 온도 T를 증가시키면 세정속도가 증가된다는 것이 이해된다. 이와 같은 맥락에서, 샤워헤드(상부전극)(4)의 온도를 각각 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃로 각각 설정함으로써, 각 온도에 대한 챔버 세정속도가 측정된다.
우선, TEOS 유량이 110 sccm, O2 유량이 1.0 slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10 mm, 샹부 및 하부전극 직경이 φ250mm, 챔버 압력이 400 Pa, 서셉터 온도가 400 ℃ 및 반응 챔버 내벽 온도가 120 ℃인 증착조건 하에서, φ200mm 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행된다. 샤워헤드(4)의 온도를 변화시킴으로써 증착이 수행된다면, 규소기판 상에 증착된 플라즈마 산화규소막의 응력이 변화될 것이다. 막 응력을 -150 MPa로 고정하기 위하여, 고주파 전력을 조절함으로써 증착이 조절된다.
증착이 완료된 후에, 규소기판은 반응챔버로부터 반출되고 세정이 행해진다. NF3 유량이 1 slm, Ar 유량이 2 slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14 mm, 챔버 압력이 670 Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 120 ℃인 세정조건 하에서, 챔버 세정이 행하여 졌다. 세정처리 동안에, 50W의 고주파 전력(13.56MHz)을 인가하여 약한 플라즈마가 발생되고, 광전 변환장치에 의해 발광 강도가 모니터링되었다. 상기 발광 강도의 변화로부터 세정 종료점을 검출하고, 세정속도를 구하였다.
도 3은 실험결과를 도시한 그래프이다. 각각 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃ 온도에서 샤워헤드(4) 표면의 세정속도는 검은 점(그래프에서 ●)으로 도시된다. 실험결과는 샤워헤드의 온도가 상승함에 따라 세정속도가 증가하고, 세정속도는 300℃에서 최대에 도달하며 400℃에서 다소 감소되는 것을 나타낸다. 식(1)(도 3에서 (301))에 80℃, 130℃, 165℃ 및 200℃에 대응하는 세정속도를 일치시킨 결과에 따르면, 다음 식(2)이 얻어진다.
<세정속도> = 6.10×103·exp(-6.03×103/RT) (2)
식(2)는 샤워헤드(4)의 온도 T가 증가하는 경우 세정속도가 증가한다는 것을 나타낸다. 샤워헤드(4)의 온도가 200℃를 초과할 경우 이 식으로부터 벗어난다. 이것은, 처리를 위한 온도가 반드시 그러한 것은 아니지만, 바람직하게는, 높은 처리량을 달성하기 위해서는 세정을 위한 온도와 동일하고, 상기 처리 동안 200 ℃를 초과하는 온도에서는 샤워헤드(4)의 표면 상에 부착되는 막의 밀도가 증가하고 극도로 치밀한 막이 형성되어, 활성화 에너지 값이 식(2)의 6.03 kJ/mol보다 커지기 때문이다. 그러나, 세정을 위한 온도는 처리를 위한 온도와 다를 수 있으며, 처리를 위한 온도가 200℃ 보다 낮고 세정을 위한 온도가 200℃를 초과하면, 식(2)는 좋은 대표성을 나타낼 것이다.
또한, 샤워헤드의 온도 조절은 증착 처리 중에, 샤워헤드의 표면을 포함하는 샤워헤드(4) 상에 형성된 막의 부착성에 영향을 미친다. 박리를 유발하지 않고 연속적인 실행에 의한 기판 처리 매수는 샤워헤드의 온도에 따라 다르다. 세정 없이 연속적으로 처리될 수 있는 상기 기판 처리 매수가 더 많을수록, 장치의 생산성이 더 높다. 결론적으로, 샤워헤드 표면의 온도에 따른 세정 주기를 조사하는 실험을 행하였다.
전술된 동일한 조건 하에서, 규소기판 상에 0.5μm의 플라즈마 산화규소막의 증착이 수행되었다. 샤워헤드의 온도는 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃ 설정하고, 세정을 수행하지 않고 각 온도에서 연속적으로 증착 처리를 수행하였으며, 샤워헤드 표면으로부터 막 박리가 일어나고 먼지 발생이 확인되기까지의 기판 처리 매수를 확인하였다.
실험 결과,샤워헤드의 온도가 각각 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃로 설정된 경우, 먼지 발생이 확인되기까지의 기판 처리 매수는 3, 5, 6, 11, 23 및 40개 이상의 기판이었다(400℃의 경우, 40 개까지의 기판이 관찰되었고 먼지 발생은 관찰되지 않았다). 샤워헤드 표면의 온도가 증가함에 따라 상기 매수가 증가되었다. 이러한 결과로부터, 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께의 상한선은 온도가 200℃인 경우 약 5μm, 온도가 300℃인 경우는 약 11μm, 온도가 400℃인 경우는 20μm 이상이라는 것을 확인하였다. 누적 막 두께의 상한이 확인되면, 처리될 어떤 막 두께에 대한 최대 세정 주기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 샤워헤드 표면의 온도가 300℃로 설정된 경우, 기판 당 1μm 두께를 갖는 막이 증착될 경우 최대 세정 주기는 11 개 기판이 될 것이다. 비록 이 세정 주기가 증착된 막의 타입과 샤워헤드 표면의 거칠기 및 다른 요소에 달려있지만, 어느 경우에도 샤워헤드의 온도가 증가할 경우, 막 밀도가 증가하고 부착성이 증가되어 막이 박리되기가 어려워진다고 할 수 있다.
전술된 결과와 함께, 챔버 세정속도를 증가시키기 위하여, 세정 사이클을 증가시키고 장치의 생산성을 개선하도록 샤워헤드의 온도를 200℃에서 400℃ 범위의 온도로 조절하는 것이 바람직하다(더욱 바람직하게는 250℃-350℃).
가이드라인으로서 상기한 바에 따르면, 타겟 세정조건 하에서 샤워헤드의 바람직한 온도 범위가 결정될 수 있다.
검증 3
본 발명의 발명자들은 챔버 세정속도를 증가시키고 막 두께의 불균일도를 개선하기 위하여, 1.08에서 1.38 범위 내에서 하부전극 면적/기판 면적의 비를 조절하는 것이 바람직하다는 것을 확인하였다.
샤워헤드의 외주면의 특히 느린 세정속도는 고밀도를 갖는 막이 이 영역에 다량으로 부착되기 때문이라고 여겨진다. 결론적으로, 이 영역에 플라즈마의 농도를 경감시키고 부착되는 막의 밀도 및 양을 감소시키기 위하여 기판 면적에 대한 하부전극 면적의 비를 변화시키는 실험을 행하였다.
이 실험을 위해, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 실시예 1의 용량결합형 플라즈마 CVD장치가 사용되었다. TEOS 유량이 110sccm, O2 유량이 1.0slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 상부 및 하부전극 직경이 φ250mm, 챔버 압력이 400Pa, 샤워 해드 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃인 증착조건 하에서, φ200mm의 규소기판 상에 1μm의 플라즈마 산화규소막의 증착을 수행하였다. 서셉터(3)의 면적을 변화시키면서 증착이 수행된 경우, 규소기판 상에 형성된 플라즈마 산화규소막의 응력이 변할 것이다. 막 응력을 약 -150MPa로 고정하기 위하여, 증착은 고주파 전력을 조절함으로써 제어되었다.
각 서셉터 영역 상에 증착이 완료된 후에, 반응챔버로부터 규소기판이 반출되고, NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃ 인 세정 조건하에서 세정이 수행되었다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 고주파 전력(13.56MHz)이 50W로 가해졌고 세정속도는 전술한 것과 동일한 방법으로 얻어졌다. 또한 기판 상에 형성된 산화규소막의 두께는 두께 간섭계(thickness interferometer)에 의해 측정되고, 막두께 불균일도는 하기의 식에 의해 계산되었다. 측정될 점은 원점인 기판의 중심에 대하여 (x,y)좌표이며, 9개의 점 즉, (0,0), (0,97), (97,0), (0,-97), (-97,0), (0,47), (47,0), (0,-47) 및 (-47,0)이다. 좌표의 단위는 mm이다. 막 두께 불균일도는 다음에 의해 측정되었다.
(막두께 불균일도(±%)) = {(최대값)-(최소값)}×100/2(평균값)
도 4는 기판 면적에 대한 서셉터(하부전극) 면적의 비를 변화시킨 경우에 반응챔버의 세정속도와 막두께 불균일도를 측정한 결과를 나타낸다. 도 4에 도시된 실험결과는 서셉터 면적의 값이 기판 면적의 값에 접근함에 따라 세정속도가 증가한다는 것을 입증한다. 이것은 서셉터 면적이 작아짐에 따라 플라즈마가 중심 부근에 집중되고 샤워헤드 표면의 최외주면 부근에서 증착물의 밀도 및 양이 감소되기 때문이라고 생각된다. 서셉터 면적 값이 기판 면적 값에 도달함에 따라 막두께 불균일도가 감소한다. 예를 들어, 서셉터 면적/기판 면적의 비가 1.05일 경우 막두께 불균일도는 반도체 장치 제조에서 일반적으로 요구되는 기준치인 ±3%을 초과하는 ±4.3%이다. 서셉터 면적/기판 면적의 비가 1.08일 경우 막두께 불균일도는 기준치에 부합하는 ±2.8%이다. 따라서, 실험결과로부터 서셉터 면적/기판 면적의 비는 1.08 내지 1.38(더욱 바람직하게는 1.1 내지 1.3)의 범위 내라면, 외주면에 대한 막의 부착성이 조절되고, 세정속도가 증가되며 막두께 불균일도가 개선된다.
가이드라인으로서 상기 사항에 따르면, 타겟 세정 조건 하에서 서셉터 면적/기판 면적의 바람직한 비가 결정될 수 있다.
검증 4
다음으로 본 발명의 발명자들은, 하기의 실험으로부터, 상부전극 면적/하부전극 면적의 비를 1.05 내지 1.44 범위 내로 조절하는 다른 방법에 의해서도 챔버 세정속도를 증가시킬 수 있는 것을 발견하였다.
샤워헤드 표면의 외주면의 특히 낮은 세정속도에 대한 원인은 고밀도를 갖는 많은 양의 치밀한 막이 이 영역에 부착하기 때문인 것으로 여겨진다. 이러한 상황에서, 이 영역에 플라즈마의 농도를 감소시키고 상기 막의 밀도와 양을 더욱 감소시키기 위하여, 서셉터(하부전극)에 대한 샤워헤드(상부전극)의 비를 변화시키는 실험을 수행하였다.
이 실험을 위해, 도 2에 도시된 본 발명에 제 1 실시예에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치가 이용되었다. TEOS 유량이 110sccm, O2 유량이 1.0slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 하부전극의 직경이 φ225mm, 챔버 압력이 400Pa, 샤워헤드 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃인 증착조건 하에서, φ200mm인 규소기판 상에서 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행되었다. 샤워헤드(상부전극)(4)의 면적을 변화시키면서 증착이 수행되면, 규소기판 상에 형성된 플라즈마 산화규소막의 응력이 변한다. 상기 막 응력을 약 -150Mpa로 고정하기 위하여, 고주파 전력을 제어함으로써 증착이 조절되었다.
각 상부전극 상의 증착이 완료된 후에, 규소기판은 반응챔버로부터 반출되고 세정이 행해진다. 챔버세정은 NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드의 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃의 세정조건 하에서 수행되었다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 고주파 전력(13.56MHz)이 50W로 인가되었고 세정속도는 전술된 것과 같은 방법으로 얻어졌다(검증 2).
도 5는 하부전극 면적에 대한 상부전극 면적의 비가 변화될 경우 반응챔버의 세정속도에 대한 측정결과를 나타낸다. 어느 경우에서도, 막 두께 불균일도는 ±3%를 초과하지 못한다. 도 5에 도시된 실험결과는 상기 하부전극 면적에 대한 상기 상부 전극 면적이 증가함에 따라 세정속도가 증가하는 것을 입증한다. 이것은 하부전극 면적에 대한 상부전극 면적이 증가함에 따라, 상부전극의 외주면 부근의 플라즈마가 확장되고, 플라즈마 밀도가 감소되며, 상부전극 표면의 최외주면 부근에서 증착물의 밀도와 양이 감소되기 때문인 것으로 추측된다. 상부전극 면적/하부전극 면적의 비가 1.00 내지 1.23의 범위 내일 경우, 세정속도의 증가율이 크며 개선은 현저하다. 1.23와 1.44 값이 비교된다면 세정속도의 증가율은 비교적 작다. 샤워헤드 면적이 더욱 증가되더라도 세정속도의 현저한 증가는 기대되지 않을 뿐만 아니라 장치의 크기가 증가하기 때문에 바람직하지도 못하다. 따라서, 실험결과로부터, 상기 샤워헤드의 외주면에 대한 막의 부착성이 제어되고, 세정속도가 증가되며, 장치 크기의 불필요한 증가가 초래되지 않으므로, (1.10, 1.15, 1.20, 1.25, 1.30, 1.35, 1.40 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 범위를 포함하는) 1.05 내지 1.44 범위의 상부전극 면적/하부전극 면적의 비가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
상기 사항을 가이드라인으로서 사용하면, 타겟 세정조건 하에서 샤워헤드 면적/서셉터 면적에 대한 바람직한 비가 결정될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 관한 상세한 설명
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기세정을 수행하기 위한 용량결합형 플라즈마 CVD 장치를 나타낸다. 이 장치는 300mm의 기판을 처리하도록 원격 플라즈마 세정을 수행하기 위한 용량결합형 플라즈마 CVD 장치이다.
상기 반응기 내부에는, 상부에 유리나 규소기판과 같은 피처리체(601)를 배치시키기 위한 서셉터(603)가 제공된다. 서셉터(603)는 세라믹이나 알루미늄 합금을 포함하는 것이 바람직하며, 내부에 열저항 히터가 제공된다. 또한 서셉터(603)는 플라즈마를 발생시키기 위한 하부전극으로 이용된다. 이 실시예에서, 서셉터(603)는 325mm의 직경 및 φ300mm의 직경을 갖는 피처리체(601) 보다 1.17배 큰 면적을 갖는다. 1.08에서 1.38 배의 범위 내에서 다른 직경을 갖는 서셉터가 이용될 수 있다. 피처리체(601)에 대하여 동일하게 반응가스를 방출시키기 위한 샤워헤드(604)가 반응기의 천정에 그리고 서셉터에 대향하여 평행하게 설치된다. 또한 샤워헤드(604)는 플라즈마를 발생시키기 위한 상부전극으로 사용된다. 본 실시예에서 샤워헤드는 380mm의 직경 및 서셉터(603)보다 1.37배 큰 면적을 갖는다. 1.05 내지 1.44의 범위 내의 다른 직경을 갖는 샤워헤드가 이용될 수 있다.
샤워헤드(604)의 상부에는, 알루미나 상판(647)이 제공된다. 샤워헤드(604)는 반응기의 내벽을 따라 원형으로 설치되는 알루미나 덕트수단(633)에 의해 지지된다. 원형 알루미나 구분판(634)는 덕트수단(633)과 동축으로 설치되어, 상기 덕트수단의 바닥과 좁은 갭을 형성하고 증착시에 상기 서셉터와 좁은 갭을 형성한다. 구분판(634)에 의해, 반응기는 반응챔버와 웨이퍼 처리챔버(WHC)로 실질적으로 구분된다. 좀 전에 설명된 바와 같이, 반응기 내부의 샤워헤드(604)에 인접한 모든 구성요소에 대하여 절연체를 이용함으로써, 샤워헤드(604)와 반응챔버 내벽 사이에 플라즈마가 발생하는 것이 방지될 수 있다. 전술된 상판(647), 덕트수단(633) 및 구분판(634)과 같은 절연체 구성요소가 세라믹으로 제조될 경우, 절연성, 내열성, 내식성, 플라즈마 저항성 및 낮은 먼지 생성을 포함하는 요구조건을 만족시킨다. 또한, 알루미나, 질화알루미늄(AlN) 또는 마그네시아(MgO) 이외의 것이 사용될 수도 있다.
구분판(634)과 덕트수단(633) 사이에, 배기갭(exhaust gap; 625)이 형성된다. 덕트수단(633)의 측벽 상에, 배기구(620)가 제공된다. 배기구는 컨덕턴스 조절밸브(621)를 통해 진공펌프(미도시)와 연통된다. 알루미늄 합금으로 만들어진 WHC의 측벽 상에는, WHC의 내/외로 피처리체(601)를 도입/반출시키기 위한 개구부(623)가 제공된다. 또한, 측벽(602)의 일부 상에, 불활성가스를 유입시키기 위한 수단(미도시)과 연결된 불활성가스 유입구(635)가 제공된다. 불활성가스 유입구(635)로부터 유입된 불활성가스(바람직하게는 Ar 또는 He)는 구분판(634)과 서셉터(603) 사이에 형성된 갭을 통하여 WHC에서 반응챔버로 흐른다. 이 불활성가스를 퍼지시킴으로써, 서셉터(603) 아래에 반응가스 또는 플라즈마가 침투하는 것이 방지된다. 측벽(602), 덕트수단(633), 샤워헤드(604) 및 상판(647)은 O-링과 같은 봉합수단에 의해 봉합되고 대기로부터 완전히 분리된다. 서셉터(603) 아래에는, 웨이퍼 리프팅 메카니즘이 제공되고 다수의 알루미나 웨이퍼 리프트핀(624)을 지지한다. 웨이퍼 리프트핀(624)은 서셉터(603)를 통하여 피처리체(601)의 가장자리를 지지한다. 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 리프팅 메카니즘은 상기 반응기 외부에 제공된 승강 메카니즘(미도시)과 기계적으로 조합되고 서로에 대하여 상하 운동하면서, 서셉터(603) 상에 반도체 웨이퍼(601)를 배치하거나 공중에서 웨이퍼를 지지한다.
반응기 외부에는, 파이프(615)를 통하여 밸브(614)를 지나 샤워헤드(604)의 개구부(616)와 결합되는 원격 플라즈마 방전장치(613)가 설치된다. 세정가스원(미도시)은 파이프(612)를 통하여 원격 플라즈마 방전장치(613)와 연통된다. 파이프(615)의 일 단부는 밸브(612)를 통하여 파이프(614)의 개구부(611)에 연결된다. 파이프(605)의 타 단부는 반응가스원(미도시)에 연결된다. 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원(608,618)은 출력케이블(609)를 통하여 매칭회로(610)를 지나 샤워헤드(604)의 상부(642)에 연결된다. 본 실시예에서, 서셉터(603)는 접지된다. 고주파 전원(608,618)은 수백 kHz 내지 수십 MHz의 고주파 전력을 공급할 수 있다. 바람직하게는, 막 질의 조절능력을 개선하기 위하여, 고주파 전원(608,618)의 주파수가 변할 수 있다.
제 1 실시예에서와 같이, 본 발명의 제 2 실시예는 샤워헤드(상부전극) (604)의 표면 온도를 조절하기 위한 온도조절 메카니즘을 갖는다. 상기 온도조절 메카니즘은 샤워헤드(604)에 매립되어 샤워헤드(604)를 가열하기 위한 외장히터(631), 샤워헤드(604)의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(630), 외장히터(631) 및 열전쌍(630)과 연결되어 증착시 고주파 전력의 영향을 피하기 위한 대역통과 필터(643,643'), 대역통과 필터(643')에 연결된 전력을 조절하기 위한 고상 릴레이(또는 사이리스터)(644), 대역통과 필터(643')와 고상 릴레이(644)를 지나 외장히터(631)에 그리고 대역통과 필터(643)를 지나 열전쌍(630)에 각각 연결되는 온도제어기(645) 및 상기 온도제어기와 연결된 AC 전원(646)을 포함한다. 고주파 노이즈의 영향이 크지 않을 경우, 대역통과 필터(643,643')가 반드시 필요한 것은 아니다.
진공 로드락챔버 내에서 진공 핸들링 로봇(미도시) 상에 배치된 φ300mm의 유리 또는 규소기판인 피처리체(601)는 반응기 벽(602)의 개구부(623)로부터 WHC(640)의 내부로 이송된다. 이 때, WHC(640) 내에 설치된 서셉터(603)와 웨이퍼 리프팅 메카니즘(632) 상에 부착된 다수의 웨이퍼 리프트핀들(624)은 모두 반응기 외부에 설치된 모터 같은 승강 메카니즘(미도시)에 의해 상기 기판보다 상대적으로 낮은 위치로 하강한다. 다수의 리프트핀들(624)은 서셉터(603)의 표면으로부터 상대적으로 상승하고 상기 기판의 가장자리 부근을 지지한다. 이 후, 서셉터(603)는 그 표면 상에 기판을 재치하면서, 웨이퍼 리프트 메카니즘(632)과 함께 증착조건에 따라서 결정되는 전극간 거리가 달성되는 위치까지 상승한다. 피처리체(601)의 표면 상에 막을 형성하기 위한 반응가스는 질량 유량제어기(미도시)에 의해 소정의 유량으로 조절된 후에, 파이프(605)로부터 밸브(606), 파이프(614), 상판(647)의 개구부(616), 가스 분산판(607) 및 샤워헤드(604)에 제공되는 다수의 가스 배기 노즐을 지나 반응역역(614)에 균일하게 유입된다.
반응영역(641)에 유입된 반응가스는 압력이 조절되고 고주파 전원(608,618)에 의해 공급된 수백 kHz 내지 수십 MHz의 고주파 전력에 의해 플라즈마 상태로 여기된다. 피처리체(601)의 표면 상에서 화학반응이 일어나고 소정의 막이 형성된다. 증착 시, 불활성가스 주입구(635)로부터 He, Ar, 또는 N2 같은 불활성가스가 WHC(640)의 내부로 유입된다. 이것에 의해, WHC(640) 내부의 압력이 반응영역(641)보다 양압으로 변하고, 상기 반응가스가 WHC(640) 내부로 유입되는 것이 방지된다. 그 결과, WHC(640)의 내벽에 원하지 않는 증착물이 부착하는 것을 피할 수 있을 뿐 아니라, 증착 목적에 부합하도록 반응가스를 효과적으로 사용될 수 있다. 불활성가스의 흐름은 반응가스 유량이나 반응챔버 내부의 압력에 따라 적절히 조절된다.
증착 처리가 완료된 후에, 반응영역에 남아있는 반응가스와 부산물이 배기갭(625)으로부터 덕트(633) 내의 가스통로(626)를 통과하고, 이후 배기구(632)로부터 외부로 배출된다. 증착처리가 완료되면, 서셉터(603)와 웨이퍼 리프팅 메카니즘(632)이 웨이퍼 처리 위치로 내려온다. 상기 서셉터가 그 위치로부터 더 내려오면, 웨이퍼 리프트핀들(624)은 서셉터의 위치에 상대적으로 서셉터(603)의 표면 위로 돌출되어 공중에서 피처리체(반도체 웨이퍼)를 지지한다. 이 후, 반도체 웨이퍼(601)는 개구부(623)를 통하여 핸들링 수단(미도시)에 의해 로드락챔버(미도시)의 외부로 반출된다.
하나 이상의 복수의 웨이퍼에 대한 증착이 완료된 후에, 반응영역(641) 내부의 반응가스에 노출된 부분에 부착된 증착물을 세정하기 위한 자기세정이 수행된다. 세정가스(예를 들어, C2F6+O2, NF3+Ar, F2+Ar 등)는 소정의 유량으로 조절된 후, 상기 세정가스는 파이프(612)를 통해 원격 플라즈마 방전장치(613) 내부로 유입된다. 원격 플라즈마 방전장치(613)에 의해 활성화된 세정가스는 밸브(615)를 지나 파이프(614)을 통하여 반응기 상판(647)의 개구부 내로 유입된다. 개구부(616)로부터 반응기 내부로 유입된 상기 세정가스는 가스 분산판(607) 및 샤워헤드(604)에 제공되는 복수의 가스 배기 노즐을 지나 반응영역(614)에 균일하게 분산된다. 상기 유입된 세정가스는 반응영역(641)에서 반응챔버의 내벽에 부착한 증착물과 반응하고 상기 증착물을 가스화시킨다. 가스화된 증착물은 배기갭(625)로부터 덕트(633) 내부의 가스통로(626)를 통하여, 배기구(620)로부터 외부로 배기된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 세정효율을 개선하는 방법을 설명하기로 한다. 상기 방법은 서셉터의 표면적/피처리체의 표면적의 값이 1.08 내지 1.38의 범위인 서셉터를 선택하는 단계, 샤워헤드의 표면적/서셉터의 표면적의 값이 1.05 내지 1.44의 범위인 샤워헤드를 선택하는 단계, 및 샤워헤드의 온도를 200℃ 내지 400℃ 범위 내로 조절하는 단계를 포함한다. 상기 기판의 면적에 대한 서셉터 표면적의 비를 1.08 내지 1.38의 범위로 제한하는 단계는, 상기 서셉터의 크기를 변화시키는 것뿐만 아니라, 특별히, 원형 절연판으로 여분의 서셉터 표면을 덮음으로써 플라즈마 생성을 억제하는 것에 의해서도 면적을 실질적으로 제한할 수도 있다. 상기 200℃ 내지 400℃의 범위로 샤워헤드의 온도를 조절하는 단계는, 구체적으로는 온도제어기(645)의 온도가 열전쌍(630)으로부터의 신호에 응답하여 소정의 온도로 변하도록 복수의 외장히터(631)에 전력을 공급하는 것을 포함한다. 열전쌍(630)은 증착 시에 고주파 전력의 영향을 피하도록 대역통과 필터(643)를 통하여 온도제어기(645)에 신호를 보낸다. 온도제어기(645)는 그 신호에 응답하고 전력을 조절하기 위한 고상 릴레이(644)와 증착 시에 고주파 전력의 영향을 피하기 위한 대역통과 필터(643)를 통하여 복수의 외장히터(631)에 전력을 공급한다.
또한, 상기 방법은 자기세정 빈도를 최적화시키는 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 단계는 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께의 상한값을 구하는 단계 및 피처리체 상에 증착될 막두께로 상기 상한값을 나눔으로써 최대 세정 주기를 구하는 단계를 포함한다. 상기 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께의 상한값을 구하는 단계는 세정을 실시하지 않고 연속적으로 증착 처리를 수행하여 샤워헤드 표면으로부터 막 박리가 일어나고 먼지 발생이 관찰될 때까지의 처리된 기판의 수(최대 처리 매수)를 확인하는 것을 포함한다. 예를 들면, 상술한 실험(검증 2)에서와 같이 0.5μm의 플라즈마 산화규소막이 증착될 경우, 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께는 다음과 같이 계산된다.
연속적으로 처리가능한 누적 막 두께(μm) = 0.5μm×(최대 처리 매수)
실시예
도 1에 도시된 종래의 용량결합형 플라즈마 CVD 및 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 하기의 조건 하에서 증착속도, 막두께 불균일도, 세정속도 및 세정 사이클을 비교하기 위한 실험이수행되었다.
(1) 증착 조건
도 1에 도시된 종래의 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 증착조건은 TEOS 유량이 250sccm, O2 유량이 2.3slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 샤워헤드 직경이 φ350mm, 챔버압력이 400Pa, 샤워헤드 온도가 150℃, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 140℃, 고주파 전력(13.56MHz)이 600W이며 고주파 전력(430kHz)은 400W이다. 이러한 증착조건 하에서, φ300mm의 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행되었다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 증착 조건은 TEOS 유량이 250sccm, O2 유량이 2.3slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 샤워헤드 직경이 φ380mm, 챔버압력이 400Pa, 샤워헤드 온도가 300℃, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 230℃, WHC 내벽 온도가 150℃, 고주파 전력(13.56MHz)이 600W 이며 고주파 전력(430kHz)이 400W이다. 이러한 증착조건 하에서, φ300mm의 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행되었다.
(2) 세정 조건
도 1에 도시된 종래의 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 세정조건은 NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드 온도가 150℃ 및 서셉터 온도가 400℃이다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 50W의 고주파 전력(13.56MHz)을 가함으로써(검증 2), 전술된 바와(검증 2) 동일한 방법으로 세정속도를 구하였다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 세정조건은 NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드 온도가 300℃, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 230℃이며 WHC 내벽 온도가 150℃이다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 50W 고주파 전력(13.56MHz)을 가함으로써(검증 2), 전술된 바와(검증 2) 동일한 방법으로 세정속도를 구하였다.
막 두께를 측정하는 방법과 막 두께 불균일도를 계산하는 방법은 전술된 것(검증 3)과 동일하다. 그러나 막 두께는 기판의 중심을 원점으로 하여 (x,y)좌표로 측정되었으며, 9 개의 점 즉, (0,0), (0,147), (147,0), (0,-147), (-147,0), (0,73), (73,0), (0,-73) 및 (-73,0)이다.
이하의 표1은 실험결과를 나타낸다.
표 1
A : 증착속도(mm/min)
B : 막두께 불균일도(±%)
C : 막 응력(MPa)
D : 세정속도(mm/min)
E : 세정 주기(매수/세정)
F : 처리량(매수/hr).
실험결과에 의해, 종래의 실시예와 비교하면, 본 실시예에서 증착속도가 약 7%까지 개선되었고, 세정속도는 약 300%까지 개선되었으며, 세정 주기는 약 4배까지 개선되었다. 이러한 결과는 본 발명의 본 실시예에 따른 장치가 막두께 불균일도 및 막 응력을 열화시키지 않으면서도 증착속도, 세정속도 및 세정 주기를 개선할 수 있다는 것을 나타낸다. 그 결과, 시간 당 그리고 장치 당 (1μm 플라즈마 산화규소막의 증착이 연속적으로 수행된) 기판의 최대 처리 매수는, 종래의 장치를 이용하여 연속적으로 처리된 기판의 최대 매수인 12.6 개/hr와 비교할 때, 본 발명의 실시예에 따른 장치를 사용하면 19.3 매수/hr로 증가되었다. 이로부터 장치의 처리량이 50% 이상으로 개선되었음을 알 수 있다.
본 발명의 범위는 플라즈마 산화규소막(SiO)의 증착을 위한 플라즈마 CVD 장치로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명은 질화규소막(SiN), 산소질화규소막(SiON), 탄화규소막(SiC) 및 산화탄화규소막(SiOC)과 같은 절연막의 증착이나 규소화텅스텐(WSi) 및 질화티타늄(TiN)과 같은 도전막의 증착을 위한 플라즈마 CVD 장치에도 적용될 수 있다.
당업자는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고서도 많은 다양한 변형례을 실시할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시 형태는 오직 예시적인 것이지 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아님은 자명하다.
이상에서, 이온 충격에 의한 입자 오염을 방지하고자, 플라즈마 CVD 장치는 반응챔버의 상류 세정가스를 활성화시키기 위한 원격 플라즈마 방전장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 원격 플라즈마 방전장치는 반응챔버의 외부에 배치된다.
일실시예에서, 히터는 200℃에서 400℃(225℃, 250℃, 275℃, 300℃, 325℃, 350℃, 375℃ 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 범위)의 온도에서 샤워헤드를 가열하도록 프로그램된 제어기가 제공되어 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 서셉터가 500℃ 이상으로 가열되는 경우에도, 직접적인 열전도가 없다면 상기 샤워헤드는 200℃ 이상까지 가열되지 않는다. 가스를 통한 열전달이나 복사열은 샤워헤드를 200℃ 이상으로 가열하는데 충분하지 않다. 샤워헤드의 온도를 정확히 조절하기 위하여, 상기 제어기는 샤워헤드의 온도를 검출하는 검출기를 포함할 수 있다. 일실시예에서, 히터는 샤워헤드의 외주면 부근에 배치된 외장히터(sheath heater)를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 또한, 샤워헤드 표면에 대한 온도 조절은 가열뿐만 아니라 냉각도 포함할 수 있다. 이상의 범위로 온도를 조절하기 위하여, 일례로, 가열과 냉각이 모두 행해질 수 있다. 예를 들어, 냉각은 냉각재킷에 의해 달성될 수 있다.
일실시예에서, 상기 서셉터는 피처리체의 표면적에 대한 서셉터 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위를 갖도록 구성된 표면적을 가질 수 있다. 대상물의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비는 세정속도 및 대상물(기판) 상에 증착된 막의 균일도와 관련된다. 샤워헤드 표면이 클수록 세정속도는 더 높아지지만, 막의 균일도는 더 나빠진다. 막, 반응기 및 가스의 타입과 처리/세정 조건에 따라 바람직한 범위(예, 1.05-1.50의 범위)가 다르지만 상기한 범위가 바람직할 수 있다.
실시예에서, 샤워헤드 및 서셉터는 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05에서 1.44의 범위를 갖도록 만들어진다. 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비는 세정속도와 관련된다. 샤워헤드 표면이 클수록, 세정속도는 더 높아지지만, 세정속도는 상기한 범위를 지나서 정체기에 이른다. 그러나, 상기한 범위는 막, 반응기 및 가스의 타입 및 처리/세정 조건에 따라 다를 수 있다(예, 1.05-1.50의 범위).
플라즈마 CVD 장치는 피처리체를 로딩시키고 처리된 상기 피처리체를 언로딩시키기 위한 이송챔버를 더 포함할 수 있으며, 여기서 이송챔버는 반응챔버와 동축으로 배치되며, 불활성가스를 이송챔버로 도입시키는 불활성가스 공급기가 제공된다. 일실시예에서, 상기 반응챔버는 (ⅰ) 상기 반응챔버와 상기 이송챔버 사이에서 상기 서셉터를 수직 구동시키기 위한 승강구동수단; (ⅱ) 상기 반응챔버와 상기 이송챔버를 분리하는 절연체이며 처리 동안 상기 서셉터를 둘러싸며, 상기 서셉터와의 사이에, 처리 중에 불활성가스가 상기 이송챔버에서 상기 반응챔버까지 유동할 수 있도록 하는 갭을 제공하는 분할링; 및 (ⅲ) 상기 샤워헤드의 외주면 부근에서 상기 반응챔버의 내벽을 따라 배치되고 상기 반응챔버로부터 가스를 방출시키고, 상기 분할 링과의 사이에 상기 반응챔버로부터 가스가 방출될 수 있는 갭을 갖도록 하는 하부 가장자리를 갖는 원형덕트 포함한다. 상기한 구조에 따르면, 반응공간이 감소되면서도 운전능력이 개선될 수 있다.
본 발명은 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법에 동일하게 적용될 수 있다. 일실시예에서, 상기 방법은 (ⅰ) 반응챔버에서 처리된 피처리체를 언로딩시킨 후, 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계; (ⅱ) 상기 반응챔버 내부로 세정가스를 도입시키는 단계; 및 (ⅲ) 상기 세정가스를 사용하여 플라즈마 반응에 의해 상기 반응챔버를 세정하는 단계를 포함할 수 있다. 위에서, 상기 세정가스는 반응챔버의 상류에서 원격 플라즈마 챔버에 의해 활성화될 수 있다. 또한, 상기 가열하는 단계는 상기 샤워헤드의 외주면 부근에서 가열함으로써 행해질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 방법은 반응챔버에서 피처리체를 처리하면서 상기 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열함으로써 자기 세정 빈도를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 장치에 관하여 개시한 바와 같이, 반응챔버 내부에 배치된 서셉터는 피처리체의 표면적에 대한 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내이도록 구성된 표면적을 가질 수 있다. 또한, 반응챔버 내부에 배치된 상기 샤워헤드 및 서셉터는 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내이도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 본 발명은 (ⅰ) 피처리체의 표면적에 대한 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내인 서셉터를 선택하는 단계; (ⅱ) 상기 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내인 샤워헤드를 선택하는 단계; (ⅲ) 상기 서셉터 상에 배치된 피처리체를 처리하는 단계; 및 (ⅳ) (a) 상기 샤워헤드의 온도를 200℃ 내지 400℃의 범위 내로 제어하고; (b) 세정가스를 활성화시켜 반응챔버 내에 활성 세정종을 제공하며; (c) 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시켜, 소정 압력에서 자기 세정을 수행하도록 자기 세정을 개시하는 단계를 포함하는 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법을 제공한다. 상기 장치에 대하여 설명된 바와 같이, 상기 처리하는 단계는 상기 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 방법은 200℃ 내지 400℃의 온도와 200℃ 내지 400℃ 온도에서의 세정속도에서, 입자 오염을 초래하지 않는 상기 샤워헤드 상에 증착된 막의 최대 두께에 기초한 자기 세정 빈도를 최적화시키는 단계를 더 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명 및 종래기술보다 우수한 이점을 요약하기 위하여, 본 발명의 어떤 목적 및 이점이 개시되었다. 그러나, 본 발명의 어떤 실시예에 따르면, 반드시 이들 목적이나 이점들 모두가 달성될 수 있다는 것은 아님이 이해되어야 한다. 그러므로, 예를 들어, 당업자는 본 발명이 본 명세서에서 교시되거나 제안된 바와 같이, 다른 목적들 또는 이점들을 반드시 달성하지 않고서도 본 명세서에서 교시된 바에 따라 하나의 이점 또는 일군의 일점들을 달성하고 최적화하는 방법으로 본 발명이 실시되거나 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
후술하는 바람직한 실시예에 관한 상세한 설명으로부터 본 발명의 다른 측면, 특징 및 이점들이 명확해질 것이다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관한 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 특징들에 관하여 개시하기로 한다. 그러나, 이들 도면들은 본 발명을 예시하기 위함이지 이에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 전술한 실시예를 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 실시예에 적용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명은 다음의 실시예를 포함한다.
1) 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치는 (ⅰ)반응챔버, (ⅱ) 플라즈마를 발생시키기 위한 두 개의 전극 중 하나로 이용되고 대상물을 적치하여 가열하는데 이용되며, 상기 반응챔버의 내부에 배치되는 서셉터, (ⅲ) 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 한쪽 전극으로 이용되며, 반응가스 흐름을 상기 대상물 방향으로 배출시키는데 이용되고, 상기 서셉터에 대향하며 평행하게 배치된 샤워헤드, (ⅳ) 상기 샤워헤드의 온도를 주어진 온도로 조절하는 온도조절 메카니즘, (ⅴ) 세정가스를 이격되어 활성화시키는데 이용되며, 상기 반응챔버 외부에 마련된 원격 플라즈마 방전장치, 및 (ⅵ) 상기 서셉터나 상기 샤워헤드 중 하나에 전기적으로 연결된 고주파 전원공급수단을 포함한다.
2) 자기세정을 수행하는 플라즈마 CVD 장치는 (ⅰ) 반응기, (ⅱ) 플라즈마를 발생시키기 위한 두 개의 전극 중 하나로 이용되고 대상물을 적치하여 가열하는데 이용되며, 상기 반응기의 내부에 배치되는 서셉터, (ⅲ) 상기 서셉터를 상하구동시키는 승강수단, (ⅳ) 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 한쪽 전극으로 이용되며, 반응가스 흐름을 상기 대상물 방향으로 배출시키는데 이용되고, 상기 서셉터에 대향하며 평행하게 상기 반응기의 천정에 배치된 샤워헤드, (ⅴ) 상기 반응기의 내벽을 따라서 원형으로 마련되며, 상기 샤워헤드의 외주면 부근에 위치된 덕트수단, (ⅵ) 상기 반응기를 사실상 반응챔버와 웨이퍼 처리챔버(WHC)로 구분하며, 상기 덕트수단과의 사이에 약간의 갭을 형성하고, 증착 중에 상기 서셉터와의 사이에 약간의 갭을 형성하도록 배치되며, 상기 덕트수단과 동축을 갖는 절연구분판, (ⅶ) 증착 중에 상기 절연구분판과 상기 서셉터 사이에 형성된 갭을 통과하여 상기 웨이퍼 처리챔버(WHC)에서 상기 반응챔버 방향으로 불활성가스 흐름을 통과시키는 수단으로도 이용되며, 불활성가스를 상기 웨이퍼 처리챔버로 유입시키는 수단, (ⅷ) 상기 샤워헤드의 온도를 주어진 온도로 조절하는 온도조절 메카니즘, (ⅸ) 세정가스를 멀리서 활성화시키기 위해 이용되며, 상기 반응기의 외부에 배치된 원격 플라즈마 방전장치, 및 (ⅹ) 상기 서셉터나 상기 샤워헤드 중 어느쪽에 전기적으로 연결된 고주파 전원공급수단을 포함한다.
3) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 주어진 온도는 200℃에서 400℃의 범위이다.
4) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 온도조절 메카니즘은 상기 샤워헤드에 가깝게 배치된 하나 이상의 가열수단, 온도측정수단 및 상기 가열수단과 상기 온도측정수단에 결합된 온도조절수단을 포함한다.
5) 항목 4에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 가열수단은 외장히터이며, 상기 온도수단은 열전쌍이다.
6) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 대상물의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비는 1.08에서 1.38의 범위이다.
7) 항목 1 또는 항목 2에 따른 플라즈마 CVD 장치에서, 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비는 1.05에서 1.44의 범위이다.
8) 항목 1에 따른 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 효율적으로 자기세정을 수행하는 방법은 (ⅰ) 상기 대상물의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비가 1.08에서 1.38의 범위를 갖는 서셉터를 선택하는 단계, (ⅱ) 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05에서 1.44를 갖는 샤워헤드를 선택하는 단계, (ⅲ) 상기 샤워헤드의 온도를 200℃에서 400℃의 범위 내에서 조절하는 단계, (ⅳ) 상기 원격 플라즈마 방전장치를 이용하여 세정가스를 활성화시키고, 활성 세정종을 상기 반응챔버로 유입시키는 단계, (ⅴ) 상기 서셉터와 상기 샤워헤드 사이의 반응영역에 플라즈마를 발생시키는 단계, 및 (ⅵ) 상기 반응챔버 내부의 압력을 조절하는 단계를 포함한다.
9) 항목 8에 따른 방법은 자기세정 빈도를 최적화시키는 단계를 더 포함한다.
10) 항목 9에 따른 방법에서, 자기세정의 빈도를 최적화시키는 단계는 연속적으로 처리할 수 있는 누적 막두께의 상한선을 찾아내는 단계 및 상기 상한선을 막두께로 나눔으로써 최대 세정사이클을 찾아내는 단계를 포함한다.
검증 1
본 발명의 발명자들은, 용량 결합형 CVD 장치를 위한 원격 플라즈마 세정 공정을 이용한 실험으로부터, 세정 처리속도를 조절하는 면적은 샤워헤드(상부전극)의 표면이라는 것을 발견했다. 이하에서는 상기 실험에 관하여 상세히 설명한다.
상기 실험에 사용된 장치는 도 1에 도시된다. 도 1은 지금까지 산업적으로 이용되고 있는 용량결합형 플라즈마 CVD 장치를 개략적으로 나타낸다. 이 장치는 300mm 기판 처리용 용량결합형 플라즈마 CVD 장치이며, 원격 플라즈마 세정을 수행한다.
반응챔버(2)의 내부에서, 그 위에 유리나 규소기판 같은 피처리체(1)를 에 배치하기 위한 서셉터(3)가 배치된다. 상기 서셉터는 바람직하게는 세라믹이나 알루미늄 합금으로 형성될 수 있으며, 상기 서셉터의 내부에는 열저항식 히터가 삽입된다. 따라서, 상기 서셉터는 플라즈마를 발생시키기 위한 하부전극으로도 이용된다. 상기 서셉터에 대향하면서 평행한 위치에, 상기 피처리체 위에 균일하게 반응 가스를 도입시키기 위한 샤워헤드(4)가 배치된다. 또한, 샤워헤드(4)는 플라즈마를 발생시키기 위한 상부전극으로 이용된다. 반응챔버(2)의 측벽에 배기구(20)가 제공된다. 배기구(20)는 컨덕턴스 조절밸브(21)를 통하여 진공펌프(미도시)와 연통된다(communicatively connected).
반응챔버(2)의 외부에는, 원격 플라즈마 방전장치(13)가 제공되고, 원격 플라즈마 방전장치(13)는 파이프(14)를 통해 샤워헤드(4)의 개구부(7)에 연결된다. 세정가스원(미도시)은 파이프(12)을 통해 원격 플라즈마 방전장치(13)에 연결된다. 파이프(5)의 일 단부가 밸브(6)를 지나 파이프(14)의 개구부(11)에 부착된다. 파이프(5)의 타 단부는 반응가스원(미도시)에 부착된다. 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원(8,18)은 출력케이블(9)을 통하여 매칭회로(10)를 지나 샤워헤드(4)에 연결된다. 이 경우, 서셉터(3)는 접지된다. 고주파 전원(8,18)은 수백 kHz에서 수십 MHz까지 전력을 공급할 수 있으며, 바람직하게는, 막 질 조절능력을 향상시키기 위하여, 상기 고주파 전원에서 다른 주파수가 사용된다.
샤워헤드의 대기측 상에는, 샤워헤드(4)의 온도변화를 방지하기 위한 공기냉각팬(15)이 제공된다. 반응챔버(2)의 상부판에는, 샤워헤드(4)의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(122)이 삽입된다. 공기냉각팬(15)은 대역통과 필터(bandpass filter; 123') 및 고상 릴레이(solid state relay; 124)를 통하여 온도제어기(125)에 연결된다. 열전쌍(122)은 대역통과 필터(123)를 통하여 온도제어기(125)에 연결된다. 온도제어기(125)는 AC 전원에 연결된다.
피처리체(1)의 표면 상에 막을 형성하기 위한 반응가스는, 그것의 흐름이 질량 유량제어기(mass flow controller, 미도시)에 의해 고정된 유속으로 조절된 후에, 파이프(5)를 통하여 밸브(6)를 지나고, 이후 개구부(7)을 통과하여 샤워헤드(4)에 공급된다. 반응챔버(2) 내부로 유입된 반응가스는 고주파 전원(8,18)으로부터 공급된 고주파 전력에 의해 플라즈마 상태로 여기되어, 피처리체(1)의 표면 상에 화학반응을 일으킨다. 상기 화학반응에 의해 생성된 막은 피처리체(1) 뿐만 아니라, 샤워헤드(4)의 표면이나 반응챔버의 내벽 그리고 다른 곳에도 부착된다.
피처리체(1) 상의 증착이 완료되고, 송수단(미도시)에 의해 반응챔버(2)로부터 대상물(1)이 반출된 후에, 세정 처리가 개시된다. 반응챔버 내부의 증착물 세정을 위한 세정가스는 예를 들면, C2F6+O2, NF3+Ar, F2+Ar 등의 불소함유 가스를 포함한다. 상기 세정가스는, 소정의 유량으로 조절된 후, 파이프(12)를 통하여 원격 플라즈마 방전장치 내로 유입된다. 상기 세정 가스는, 상기 원격 플라즈마 방전장치 내부에서 활성화된 후, 파이프(14)를 통과하여 개구부(7)로 유입된다. 개구부(7)로부터 반응챔버(2)로 유입된 상기 세정가스는 샤워헤드(4)를 통하여 반응챔버(2) 내부에 균일하게 공급되고, 반응챔버(2)의 내벽이나 샤워헤드(4)의 표면 등에 부착된 증착물과 화학적으로 반응한다. 증착물은 가스화되어, 진공펌프(미도시)에 의해 반응챔버(2)의 배기구(20)로부터 컨덕턴스 조절밸브(21)를 통하여 외부로 방출된다. 도 1에 도시된 용량 결합형 플라즈마 CVD 장치에서, 샤워헤드(4)의 온도는 샤워헤드(4)의 대기측에 배치된 공기냉각팬(15)에 의해 약 70 ℃ 내지 150 ℃의 범위에서 일정한 온도로 조절된다. 그 결과, 샤워헤드의 온도 상승이 조절될 수 있고, 생성된 막의 질(막 두께 또는 막 밀도 등) 변화가 방지될 수 있다.
이하에서는, 도 1에 도시된 플라즈마 CVD 장치를 이용한 실험에 관하여 상술하기로 한다. TEOS 유량이 250 sccm, O2 유량이 2.3 slm, 상부과 하부전극 사이의 거리가 10 mm, 상부 및 하부전극 직경이 φ350 mm, 챔버 압력이 400 Pa, 고주파 전력(13.56MHz)이 600 W, 고주파 전력(430kHz)이 400 W, 서셉터 온도가 400 ℃, 샤워헤드 온도가 150 ℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 140℃인 증착조건 하에서, 직경이 φ300mm 인 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 수행되었다.
증착 처리를 한 직후의 관찰에 의하면, 이온 충격이 큰 상부 및 하부전극의 표면에서는, 높은 막 밀도를 갖는 치밀한 막이 증착되었다. 상부 및 하부전극에서 떨어져 있으며 이온 충격이 작은 반응챔버의 측벽이나 샤워헤드의 외주면 부근에서는 막이라기보다는 오히려 분상 이물질이 관찰되었다.
계속하여, 동일한 증착 조건 하에서, 1μm의 막두께를 갖는 플라즈마 산화규소막을 증착한 후에, NF3 유량이 1 slm, Ar 유량이 2 slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14 mm, 챔버 압력이 670 Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7 kW, 서셉터 온도가 400℃, 샤워헤드 온도가 150 ℃ 그리고 반응챔버 내벽 온도가 140 ℃인 세정조건 하에서 챔버세정이 수행되었다. 1μm의 보통 막 두께를 갖는 막이 형성된 후에, 반응챔버의 세정은 이러한 조건 하에서는 약 120초 내로 완료된다. 그러나, 세정이 가장 어려운 영역을 조사하기 위해, 세정 처리를 60초 내일 때 정지하고 반응챔버 내부를 관찰하였다.
관찰 결과, 서셉터에 부착된 막 및 반응챔버의 측벽이나 샤워헤드의 외주면 부근에 부착된 분상 증착물은 거의 완전히 제거되었으나, 샤워헤드(상부전극)의 표면 상에는 증착물이 가장 많이 남아있는 것이 발견되었다. 이 관찰 결과는 다음과 같이 정성적으로 이해될 수 있다.
Arrhenius 반응속도와 화학반응에 관한 온도 사이의 관계는 다음 식으로 표현될 수 있다.
k = A exp(-E/RT) (1)
여기서, k는 속도상수, A는 빈도 인자, E는 활성화 에너지, R은 가스 상수 및 T는 절대온도이다. 이 경우에, k는 세정속도이며, A는 불소 라디칼의 분압에 주로 의존하고, E는 반응에 필요한 최소 에너지이며 부착물의 의 밀도나 조성에 의존하는 것으로 여겨진다.
반응챔버의 내벽이나 샤워헤드의 외주면 부근에 부착되는 분상 증착물은 낮은 막 밀도를 갖고 그것의 활성화 에너지가 낮기 때문에, 세정속도는 높다. 서셉터(하부전극) 표면 상의 증착물이 높은 막밀도를 갖는 치밀한 막이어도, 증착물의 표면 온도가 400℃로 높기 때문에 세정속도는 높다. 샤워헤드(상부전극) 표면 상의 증착물은 플라즈마에 의한 이온 충격 때문에 높은 막 밀도를 갖는 치밀한 막이고, 그것의 표면 온도가 서셉터의 온도와 비교하여 낮기 때문에 세정속도는 최소화되는 것으로 추측된다.
또한, 동일한 증착 조건과 세정조건 하에서 110초 동안 세정처리를 한 후, 반응챔버의 내부를 관찰하였다. 그 결과, 상기 샤워헤드 표면의 중심 부근에 부착된 막은 완전히 제거되었지만, 상기 샤워헤드 표면의 최외곽 외주면 부근에 부착된 막은 남아 있었다. 플라즈마는 증착 중에 샤워헤드 표면의 외주면 부근 영역과 상기 서셉터 사이뿐만 아니라 샤워헤드 표면의 외주면 부근 영역과 금속 반응챔버 내벽 사이에서도 발생되기 때문에, 상당한 양의 치밀한 막이 샤워헤드 표면의 최외곽 외주면에 부착되는 것으로 예상된다.
전술된 실험과 관찰에 따르면, 용량 결합형 플라즈마 CVD 장치의 챔버 세정이 원격 플라즈마 세정을 이용하여 수행될 경우, 자체로 세정처리를 조절하는 영역은 샤워헤드 표면, 특히 샤워헤드의 외주면 부근 영역이라는 것이 명확해 진다.
검증 2
본 발명의 발명자들은 챔버 세정 속도를 증가시키고 장치의 생산성을 개선시키기 위하여, 후술하는 실험으로부터 200℃ 내지 400℃의 범위 내에서 샤워헤드의 온도를 조절하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다.
도 2는 본 발명에 따른 자기세정을 수행하는 용량 결합형 CVD 장치의 일실시예의 개략도이며, 상기 CVD 장치는 본 실험을 위해 사용되었다. 도 2에 도시된 장치가 도 1에 도시된 장치와 다른 점은, 본 발명의 실시예에 따른 장치가 서셉터 히터와 다르게 샤워헤드 내에 히터를 구비하는 온도조절 메카니즘을 갖는다는 것이다. 상기 히터는 샤워헤드(상부전극) 표면(4)의 온도를 증가시키기 위해 샤워헤드를 적극적으로 가열시키기 위한 열원으로서 사용된다. 온도조절 메카니즘은 샤워헤드(4)의 상부 근처에 배치되어 샤워헤드(4)를 가열하기 위한 외장히터(16), 샤워헤드(4)의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(22), 증착 중에 외장히터(16) 및 열전쌍(22)과 연결된 고주파 전력의 영향을 피하기 위한 대역통과 필터(23, 23'), 대역통과 필터(23')와 연결된 전력을 조절하기 위한 고체 릴레이(또는 사이리스터; 24), 대역통과 필터 (23') 및 고상 리레이(24)를 지나 외장히터(16)와 대역통과 필터(23)를 지나 열전쌍(22)에 각각 연결되는 온도 제어기(25) 및 온도제어기(25)에 연결된 AC 전원(26)을 포함한다. 고주파 노이즈의 영향이 높지 않은 경우, 대역통과 필터(23, 23')가 반드시 필요한 것은 아니다. 도 2에 도시된 플라즈마 CVD장치는 200mm 기판을 처리하기 위한 용량 결합형 플라즈마 CVD장치이기 때문에, 그것의 크기는 도 1에 도시된 장치의 크기와 다르다. 전술된 온도조절 메카니즘을 제외한 모든 구성요소가 도 1에 도시된 장치의 구성요소와 동일하다.
식(1)로부터, 온도 T를 증가시키면 세정속도가 증가된다는 것이 이해된다. 이와 같은 맥락에서, 샤워헤드(상부전극)(4)의 온도를 각각 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃로 각각 설정함으로써, 각 온도에 대한 챔버 세정속도가 측정된다.
우선, TEOS 유량이 110 sccm, O2 유량이 1.0 slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10 mm, 샹부 및 하부전극 직경이 φ250mm, 챔버 압력이 400 Pa, 서셉터 온도가 400 ℃ 및 반응 챔버 내벽 온도가 120 ℃인 증착조건 하에서, φ200mm 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행된다. 샤워헤드(4)의 온도를 변화시킴으로써 증착이 수행된다면, 규소기판 상에 증착된 플라즈마 산화규소막의 응력이 변화될 것이다. 막 응력을 -150 MPa로 고정하기 위하여, 고주파 전력을 조절함으로써 증착이 조절된다.
증착이 완료된 후에, 규소기판은 반응챔버로부터 반출되고 세정이 행해진다. NF3 유량이 1 slm, Ar 유량이 2 slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14 mm, 챔버 압력이 670 Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 120 ℃인 세정조건 하에서, 챔버 세정이 행하여 졌다. 세정처리 동안에, 50W의 고주파 전력(13.56MHz)을 인가하여 약한 플라즈마가 발생되고, 광전 변환장치에 의해 발광 강도가 모니터링되었다. 상기 발광 강도의 변화로부터 세정 종료점을 검출하고, 세정속도를 구하였다.
도 3은 실험결과를 도시한 그래프이다. 각각 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃ 온도에서 샤워헤드(4) 표면의 세정속도는 검은 점(그래프에서 ●)으로 도시된다. 실험결과는 샤워헤드의 온도가 상승함에 따라 세정속도가 증가하고, 세정속도는 300℃에서 최대에 도달하며 400℃에서 다소 감소되는 것을 나타낸다. 식(1)(도 3에서 (301))에 80℃, 130℃, 165℃ 및 200℃에 대응하는 세정속도를 일치시킨 결과에 따르면, 다음 식(2)이 얻어진다.
<세정속도> = 6.10×103·exp(-6.03×103/RT) (2)
식(2)는 샤워헤드(4)의 온도 T가 증가하는 경우 세정속도가 증가한다는 것을 나타낸다. 샤워헤드(4)의 온도가 200℃를 초과할 경우 이 식으로부터 벗어난다. 이것은, 처리를 위한 온도가 반드시 그러한 것은 아니지만, 바람직하게는, 높은 처리량을 달성하기 위해서는 세정을 위한 온도와 동일하고, 상기 처리 동안 200 ℃를 초과하는 온도에서는 샤워헤드(4)의 표면 상에 부착되는 막의 밀도가 증가하고 극도로 치밀한 막이 형성되어, 활성화 에너지 값이 식(2)의 6.03 kJ/mol보다 커지기 때문이다. 그러나, 세정을 위한 온도는 처리를 위한 온도와 다를 수 있으며, 처리를 위한 온도가 200℃ 보다 낮고 세정을 위한 온도가 200℃를 초과하면, 식(2)는 좋은 대표성을 나타낼 것이다.
또한, 샤워헤드의 온도 조절은 증착 처리 중에, 샤워헤드의 표면을 포함하는 샤워헤드(4) 상에 형성된 막의 부착성에 영향을 미친다. 박리를 유발하지 않고 연속적인 실행에 의한 기판 처리 매수는 샤워헤드의 온도에 따라 다르다. 세정 없이 연속적으로 처리될 수 있는 상기 기판 처리 매수가 더 많을수록, 장치의 생산성이 더 높다. 결론적으로, 샤워헤드 표면의 온도에 따른 세정 주기를 조사하는 실험을 행하였다.
전술된 동일한 조건 하에서, 규소기판 상에 0.5μm의 플라즈마 산화규소막의 증착이 수행되었다. 샤워헤드의 온도는 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃ 설정하고, 세정을 수행하지 않고 각 온도에서 연속적으로 증착 처리를 수행하였으며, 샤워헤드 표면으로부터 막 박리가 일어나고 먼지 발생이 확인되기까지의 기판 처리 매수를 확인하였다.
실험 결과,샤워헤드의 온도가 각각 80℃, 130℃, 165℃, 200℃, 300℃ 및 400℃로 설정된 경우, 먼지 발생이 확인되기까지의 기판 처리 매수는 3, 5, 6, 11, 23 및 40개 이상의 기판이었다(400℃의 경우, 40 개까지의 기판이 관찰되었고 먼지 발생은 관찰되지 않았다). 샤워헤드 표면의 온도가 증가함에 따라 상기 매수가 증가되었다. 이러한 결과로부터, 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께의 상한선은 온도가 200℃인 경우 약 5μm, 온도가 300℃인 경우는 약 11μm, 온도가 400℃인 경우는 20μm 이상이라는 것을 확인하였다. 누적 막 두께의 상한이 확인되면, 처리될 어떤 막 두께에 대한 최대 세정 주기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 샤워헤드 표면의 온도가 300℃로 설정된 경우, 기판 당 1μm 두께를 갖는 막이 증착될 경우 최대 세정 주기는 11 개 기판이 될 것이다. 비록 이 세정 주기가 증착된 막의 타입과 샤워헤드 표면의 거칠기 및 다른 요소에 달려있지만, 어느 경우에도 샤워헤드의 온도가 증가할 경우, 막 밀도가 증가하고 부착성이 증가되어 막이 박리되기가 어려워진다고 할 수 있다.
전술된 결과와 함께, 챔버 세정속도를 증가시키기 위하여, 세정 사이클을 증가시키고 장치의 생산성을 개선하도록 샤워헤드의 온도를 200℃에서 400℃ 범위의 온도로 조절하는 것이 바람직하다(더욱 바람직하게는 250℃-350℃).
가이드라인으로서 상기한 바에 따르면, 타겟 세정조건 하에서 샤워헤드의 바람직한 온도 범위가 결정될 수 있다.
검증 3
본 발명의 발명자들은 챔버 세정속도를 증가시키고 막 두께의 불균일도를 개선하기 위하여, 1.08에서 1.38 범위 내에서 하부전극 면적/기판 면적의 비를 조절하는 것이 바람직하다는 것을 확인하였다.
샤워헤드의 외주면의 특히 느린 세정속도는 고밀도를 갖는 막이 이 영역에 다량으로 부착되기 때문이라고 여겨진다. 결론적으로, 이 영역에 플라즈마의 농도를 경감시키고 부착되는 막의 밀도 및 양을 감소시키기 위하여 기판 면적에 대한 하부전극 면적의 비를 변화시키는 실험을 행하였다.
이 실험을 위해, 도 2에 도시된 본 발명에 따른 실시예 1의 용량결합형 플라즈마 CVD장치가 사용되었다. TEOS 유량이 110sccm, O2 유량이 1.0slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 상부 및 하부전극 직경이 φ250mm, 챔버 압력이 400Pa, 샤워 해드 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃인 증착조건 하에서, φ200mm의 규소기판 상에 1μm의 플라즈마 산화규소막의 증착을 수행하였다. 서셉터(3)의 면적을 변화시키면서 증착이 수행된 경우, 규소기판 상에 형성된 플라즈마 산화규소막의 응력이 변할 것이다. 막 응력을 약 -150MPa로 고정하기 위하여, 증착은 고주파 전력을 조절함으로써 제어되었다.
각 서셉터 영역 상에 증착이 완료된 후에, 반응챔버로부터 규소기판이 반출되고, NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃ 인 세정 조건하에서 세정이 수행되었다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 고주파 전력(13.56MHz)이 50W로 가해졌고 세정속도는 전술한 것과 동일한 방법으로 얻어졌다. 또한 기판 상에 형성된 산화규소막의 두께는 두께 간섭계(thickness interferometer)에 의해 측정되고, 막두께 불균일도는 하기의 식에 의해 계산되었다. 측정될 점은 원점인 기판의 중심에 대하여 (x,y)좌표이며, 9개의 점 즉, (0,0), (0,97), (97,0), (0,-97), (-97,0), (0,47), (47,0), (0,-47) 및 (-47,0)이다. 좌표의 단위는 mm이다. 막 두께 불균일도는 다음에 의해 측정되었다.
(막두께 불균일도(±%)) = {(최대값)-(최소값)}×100/2(평균값)
도 4는 기판 면적에 대한 서셉터(하부전극) 면적의 비를 변화시킨 경우에 반응챔버의 세정속도와 막두께 불균일도를 측정한 결과를 나타낸다. 도 4에 도시된 실험결과는 서셉터 면적의 값이 기판 면적의 값에 접근함에 따라 세정속도가 증가한다는 것을 입증한다. 이것은 서셉터 면적이 작아짐에 따라 플라즈마가 중심 부근에 집중되고 샤워헤드 표면의 최외주면 부근에서 증착물의 밀도 및 양이 감소되기 때문이라고 생각된다. 서셉터 면적 값이 기판 면적 값에 도달함에 따라 막두께 불균일도가 감소한다. 예를 들어, 서셉터 면적/기판 면적의 비가 1.05일 경우 막두께 불균일도는 반도체 장치 제조에서 일반적으로 요구되는 기준치인 ±3%을 초과하는 ±4.3%이다. 서셉터 면적/기판 면적의 비가 1.08일 경우 막두께 불균일도는 기준치에 부합하는 ±2.8%이다. 따라서, 실험결과로부터 서셉터 면적/기판 면적의 비는 1.08 내지 1.38(더욱 바람직하게는 1.1 내지 1.3)의 범위 내라면, 외주면에 대한 막의 부착성이 조절되고, 세정속도가 증가되며 막두께 불균일도가 개선된다.
가이드라인으로서 상기 사항에 따르면, 타겟 세정 조건 하에서 서셉터 면적/기판 면적의 바람직한 비가 결정될 수 있다.
검증 4
다음으로 본 발명의 발명자들은, 하기의 실험으로부터, 상부전극 면적/하부전극 면적의 비를 1.05 내지 1.44 범위 내로 조절하는 다른 방법에 의해서도 챔버 세정속도를 증가시킬 수 있는 것을 발견하였다.
샤워헤드 표면의 외주면의 특히 낮은 세정속도에 대한 원인은 고밀도를 갖는 많은 양의 치밀한 막이 이 영역에 부착하기 때문인 것으로 여겨진다. 이러한 상황에서, 이 영역에 플라즈마의 농도를 감소시키고 상기 막의 밀도와 양을 더욱 감소시키기 위하여, 서셉터(하부전극)에 대한 샤워헤드(상부전극)의 비를 변화시키는 실험을 수행하였다.
이 실험을 위해, 도 2에 도시된 본 발명에 제 1 실시예에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치가 이용되었다. TEOS 유량이 110sccm, O2 유량이 1.0slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 하부전극의 직경이 φ225mm, 챔버 압력이 400Pa, 샤워헤드 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃인 증착조건 하에서, φ200mm인 규소기판 상에서 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행되었다. 샤워헤드(상부전극)(4)의 면적을 변화시키면서 증착이 수행되면, 규소기판 상에 형성된 플라즈마 산화규소막의 응력이 변한다. 상기 막 응력을 약 -150Mpa로 고정하기 위하여, 고주파 전력을 제어함으로써 증착이 조절되었다.
각 상부전극 상의 증착이 완료된 후에, 규소기판은 반응챔버로부터 반출되고 세정이 행해진다. 챔버세정은 NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드의 온도가 130℃, 서셉터 온도가 400℃ 및 반응챔버 내벽 온도가 120℃의 세정조건 하에서 수행되었다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 고주파 전력(13.56MHz)이 50W로 인가되었고 세정속도는 전술된 것과 같은 방법으로 얻어졌다(검증 2).
도 5는 하부전극 면적에 대한 상부전극 면적의 비가 변화될 경우 반응챔버의 세정속도에 대한 측정결과를 나타낸다. 어느 경우에서도, 막 두께 불균일도는 ±3%를 초과하지 못한다. 도 5에 도시된 실험결과는 상기 하부전극 면적에 대한 상기 상부 전극 면적이 증가함에 따라 세정속도가 증가하는 것을 입증한다. 이것은 하부전극 면적에 대한 상부전극 면적이 증가함에 따라, 상부전극의 외주면 부근의 플라즈마가 확장되고, 플라즈마 밀도가 감소되며, 상부전극 표면의 최외주면 부근에서 증착물의 밀도와 양이 감소되기 때문인 것으로 추측된다. 상부전극 면적/하부전극 면적의 비가 1.00 내지 1.23의 범위 내일 경우, 세정속도의 증가율이 크며 개선은 현저하다. 1.23와 1.44 값이 비교된다면 세정속도의 증가율은 비교적 작다. 샤워헤드 면적이 더욱 증가되더라도 세정속도의 현저한 증가는 기대되지 않을 뿐만 아니라 장치의 크기가 증가하기 때문에 바람직하지도 못하다. 따라서, 실험결과로부터, 상기 샤워헤드의 외주면에 대한 막의 부착성이 제어되고, 세정속도가 증가되며, 장치 크기의 불필요한 증가가 초래되지 않으므로, (1.10, 1.15, 1.20, 1.25, 1.30, 1.35, 1.40 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 범위를 포함하는) 1.05 내지 1.44 범위의 상부전극 면적/하부전극 면적의 비가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
상기 사항을 가이드라인으로서 사용하면, 타겟 세정조건 하에서 샤워헤드 면적/서셉터 면적에 대한 바람직한 비가 결정될 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에 관한 상세한 설명
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기세정을 수행하기 위한 용량결합형 플라즈마 CVD 장치를 나타낸다. 이 장치는 300mm의 기판을 처리하도록 원격 플라즈마 세정을 수행하기 위한 용량결합형 플라즈마 CVD 장치이다.
상기 반응기 내부에는, 상부에 유리나 규소기판과 같은 피처리체(601)를 배치시키기 위한 서셉터(603)가 제공된다. 서셉터(603)는 세라믹이나 알루미늄 합금을 포함하는 것이 바람직하며, 내부에 열저항 히터가 제공된다. 또한 서셉터(603)는 플라즈마를 발생시키기 위한 하부전극으로 이용된다. 이 실시예에서, 서셉터(603)는 325mm의 직경 및 φ300mm의 직경을 갖는 피처리체(601) 보다 1.17배 큰 면적을 갖는다. 1.08에서 1.38 배의 범위 내에서 다른 직경을 갖는 서셉터가 이용될 수 있다. 피처리체(601)에 대하여 동일하게 반응가스를 방출시키기 위한 샤워헤드(604)가 반응기의 천정에 그리고 서셉터에 대향하여 평행하게 설치된다. 또한 샤워헤드(604)는 플라즈마를 발생시키기 위한 상부전극으로 사용된다. 본 실시예에서 샤워헤드는 380mm의 직경 및 서셉터(603)보다 1.37배 큰 면적을 갖는다. 1.05 내지 1.44의 범위 내의 다른 직경을 갖는 샤워헤드가 이용될 수 있다.
샤워헤드(604)의 상부에는, 알루미나 상판(647)이 제공된다. 샤워헤드(604)는 반응기의 내벽을 따라 원형으로 설치되는 알루미나 덕트수단(633)에 의해 지지된다. 원형 알루미나 구분판(634)는 덕트수단(633)과 동축으로 설치되어, 상기 덕트수단의 바닥과 좁은 갭을 형성하고 증착시에 상기 서셉터와 좁은 갭을 형성한다. 구분판(634)에 의해, 반응기는 반응챔버와 웨이퍼 처리챔버(WHC)로 실질적으로 구분된다. 좀 전에 설명된 바와 같이, 반응기 내부의 샤워헤드(604)에 인접한 모든 구성요소에 대하여 절연체를 이용함으로써, 샤워헤드(604)와 반응챔버 내벽 사이에 플라즈마가 발생하는 것이 방지될 수 있다. 전술된 상판(647), 덕트수단(633) 및 구분판(634)과 같은 절연체 구성요소가 세라믹으로 제조될 경우, 절연성, 내열성, 내식성, 플라즈마 저항성 및 낮은 먼지 생성을 포함하는 요구조건을 만족시킨다. 또한, 알루미나, 질화알루미늄(AlN) 또는 마그네시아(MgO) 이외의 것이 사용될 수도 있다.
구분판(634)과 덕트수단(633) 사이에, 배기갭(exhaust gap; 625)이 형성된다. 덕트수단(633)의 측벽 상에, 배기구(620)가 제공된다. 배기구는 컨덕턴스 조절밸브(621)를 통해 진공펌프(미도시)와 연통된다. 알루미늄 합금으로 만들어진 WHC의 측벽 상에는, WHC의 내/외로 피처리체(601)를 도입/반출시키기 위한 개구부(623)가 제공된다. 또한, 측벽(602)의 일부 상에, 불활성가스를 유입시키기 위한 수단(미도시)과 연결된 불활성가스 유입구(635)가 제공된다. 불활성가스 유입구(635)로부터 유입된 불활성가스(바람직하게는 Ar 또는 He)는 구분판(634)과 서셉터(603) 사이에 형성된 갭을 통하여 WHC에서 반응챔버로 흐른다. 이 불활성가스를 퍼지시킴으로써, 서셉터(603) 아래에 반응가스 또는 플라즈마가 침투하는 것이 방지된다. 측벽(602), 덕트수단(633), 샤워헤드(604) 및 상판(647)은 O-링과 같은 봉합수단에 의해 봉합되고 대기로부터 완전히 분리된다. 서셉터(603) 아래에는, 웨이퍼 리프팅 메카니즘이 제공되고 다수의 알루미나 웨이퍼 리프트핀(624)을 지지한다. 웨이퍼 리프트핀(624)은 서셉터(603)를 통하여 피처리체(601)의 가장자리를 지지한다. 상기 서셉터와 상기 웨이퍼 리프팅 메카니즘은 상기 반응기 외부에 제공된 승강 메카니즘(미도시)과 기계적으로 조합되고 서로에 대하여 상하 운동하면서, 서셉터(603) 상에 반도체 웨이퍼(601)를 배치하거나 공중에서 웨이퍼를 지지한다.
반응기 외부에는, 파이프(615)를 통하여 밸브(614)를 지나 샤워헤드(604)의 개구부(616)와 결합되는 원격 플라즈마 방전장치(613)가 설치된다. 세정가스원(미도시)은 파이프(612)를 통하여 원격 플라즈마 방전장치(613)와 연통된다. 파이프(615)의 일 단부는 밸브(612)를 통하여 파이프(614)의 개구부(611)에 연결된다. 파이프(605)의 타 단부는 반응가스원(미도시)에 연결된다. 플라즈마를 발생시키기 위한 고주파 전원(608,618)은 출력케이블(609)를 통하여 매칭회로(610)를 지나 샤워헤드(604)의 상부(642)에 연결된다. 본 실시예에서, 서셉터(603)는 접지된다. 고주파 전원(608,618)은 수백 kHz 내지 수십 MHz의 고주파 전력을 공급할 수 있다. 바람직하게는, 막 질의 조절능력을 개선하기 위하여, 고주파 전원(608,618)의 주파수가 변할 수 있다.
제 1 실시예에서와 같이, 본 발명의 제 2 실시예는 샤워헤드(상부전극) (604)의 표면 온도를 조절하기 위한 온도조절 메카니즘을 갖는다. 상기 온도조절 메카니즘은 샤워헤드(604)에 매립되어 샤워헤드(604)를 가열하기 위한 외장히터(631), 샤워헤드(604)의 온도를 측정하기 위한 열전쌍(630), 외장히터(631) 및 열전쌍(630)과 연결되어 증착시 고주파 전력의 영향을 피하기 위한 대역통과 필터(643,643'), 대역통과 필터(643')에 연결된 전력을 조절하기 위한 고상 릴레이(또는 사이리스터)(644), 대역통과 필터(643')와 고상 릴레이(644)를 지나 외장히터(631)에 그리고 대역통과 필터(643)를 지나 열전쌍(630)에 각각 연결되는 온도제어기(645) 및 상기 온도제어기와 연결된 AC 전원(646)을 포함한다. 고주파 노이즈의 영향이 크지 않을 경우, 대역통과 필터(643,643')가 반드시 필요한 것은 아니다.
진공 로드락챔버 내에서 진공 핸들링 로봇(미도시) 상에 배치된 φ300mm의 유리 또는 규소기판인 피처리체(601)는 반응기 벽(602)의 개구부(623)로부터 WHC(640)의 내부로 이송된다. 이 때, WHC(640) 내에 설치된 서셉터(603)와 웨이퍼 리프팅 메카니즘(632) 상에 부착된 다수의 웨이퍼 리프트핀들(624)은 모두 반응기 외부에 설치된 모터 같은 승강 메카니즘(미도시)에 의해 상기 기판보다 상대적으로 낮은 위치로 하강한다. 다수의 리프트핀들(624)은 서셉터(603)의 표면으로부터 상대적으로 상승하고 상기 기판의 가장자리 부근을 지지한다. 이 후, 서셉터(603)는 그 표면 상에 기판을 재치하면서, 웨이퍼 리프트 메카니즘(632)과 함께 증착조건에 따라서 결정되는 전극간 거리가 달성되는 위치까지 상승한다. 피처리체(601)의 표면 상에 막을 형성하기 위한 반응가스는 질량 유량제어기(미도시)에 의해 소정의 유량으로 조절된 후에, 파이프(605)로부터 밸브(606), 파이프(614), 상판(647)의 개구부(616), 가스 분산판(607) 및 샤워헤드(604)에 제공되는 다수의 가스 배기 노즐을 지나 반응역역(614)에 균일하게 유입된다.
반응영역(641)에 유입된 반응가스는 압력이 조절되고 고주파 전원(608,618)에 의해 공급된 수백 kHz 내지 수십 MHz의 고주파 전력에 의해 플라즈마 상태로 여기된다. 피처리체(601)의 표면 상에서 화학반응이 일어나고 소정의 막이 형성된다. 증착 시, 불활성가스 주입구(635)로부터 He, Ar, 또는 N2 같은 불활성가스가 WHC(640)의 내부로 유입된다. 이것에 의해, WHC(640) 내부의 압력이 반응영역(641)보다 양압으로 변하고, 상기 반응가스가 WHC(640) 내부로 유입되는 것이 방지된다. 그 결과, WHC(640)의 내벽에 원하지 않는 증착물이 부착하는 것을 피할 수 있을 뿐 아니라, 증착 목적에 부합하도록 반응가스를 효과적으로 사용될 수 있다. 불활성가스의 흐름은 반응가스 유량이나 반응챔버 내부의 압력에 따라 적절히 조절된다.
증착 처리가 완료된 후에, 반응영역에 남아있는 반응가스와 부산물이 배기갭(625)으로부터 덕트(633) 내의 가스통로(626)를 통과하고, 이후 배기구(632)로부터 외부로 배출된다. 증착처리가 완료되면, 서셉터(603)와 웨이퍼 리프팅 메카니즘(632)이 웨이퍼 처리 위치로 내려온다. 상기 서셉터가 그 위치로부터 더 내려오면, 웨이퍼 리프트핀들(624)은 서셉터의 위치에 상대적으로 서셉터(603)의 표면 위로 돌출되어 공중에서 피처리체(반도체 웨이퍼)를 지지한다. 이 후, 반도체 웨이퍼(601)는 개구부(623)를 통하여 핸들링 수단(미도시)에 의해 로드락챔버(미도시)의 외부로 반출된다.
하나 이상의 복수의 웨이퍼에 대한 증착이 완료된 후에, 반응영역(641) 내부의 반응가스에 노출된 부분에 부착된 증착물을 세정하기 위한 자기세정이 수행된다. 세정가스(예를 들어, C2F6+O2, NF3+Ar, F2+Ar 등)는 소정의 유량으로 조절된 후, 상기 세정가스는 파이프(612)를 통해 원격 플라즈마 방전장치(613) 내부로 유입된다. 원격 플라즈마 방전장치(613)에 의해 활성화된 세정가스는 밸브(615)를 지나 파이프(614)을 통하여 반응기 상판(647)의 개구부 내로 유입된다. 개구부(616)로부터 반응기 내부로 유입된 상기 세정가스는 가스 분산판(607) 및 샤워헤드(604)에 제공되는 복수의 가스 배기 노즐을 지나 반응영역(614)에 균일하게 분산된다. 상기 유입된 세정가스는 반응영역(641)에서 반응챔버의 내벽에 부착한 증착물과 반응하고 상기 증착물을 가스화시킨다. 가스화된 증착물은 배기갭(625)로부터 덕트(633) 내부의 가스통로(626)를 통하여, 배기구(620)로부터 외부로 배기된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 세정효율을 개선하는 방법을 설명하기로 한다. 상기 방법은 서셉터의 표면적/피처리체의 표면적의 값이 1.08 내지 1.38의 범위인 서셉터를 선택하는 단계, 샤워헤드의 표면적/서셉터의 표면적의 값이 1.05 내지 1.44의 범위인 샤워헤드를 선택하는 단계, 및 샤워헤드의 온도를 200℃ 내지 400℃ 범위 내로 조절하는 단계를 포함한다. 상기 기판의 면적에 대한 서셉터 표면적의 비를 1.08 내지 1.38의 범위로 제한하는 단계는, 상기 서셉터의 크기를 변화시키는 것뿐만 아니라, 특별히, 원형 절연판으로 여분의 서셉터 표면을 덮음으로써 플라즈마 생성을 억제하는 것에 의해서도 면적을 실질적으로 제한할 수도 있다. 상기 200℃ 내지 400℃의 범위로 샤워헤드의 온도를 조절하는 단계는, 구체적으로는 온도제어기(645)의 온도가 열전쌍(630)으로부터의 신호에 응답하여 소정의 온도로 변하도록 복수의 외장히터(631)에 전력을 공급하는 것을 포함한다. 열전쌍(630)은 증착 시에 고주파 전력의 영향을 피하도록 대역통과 필터(643)를 통하여 온도제어기(645)에 신호를 보낸다. 온도제어기(645)는 그 신호에 응답하고 전력을 조절하기 위한 고상 릴레이(644)와 증착 시에 고주파 전력의 영향을 피하기 위한 대역통과 필터(643)를 통하여 복수의 외장히터(631)에 전력을 공급한다.
또한, 상기 방법은 자기세정 빈도를 최적화시키는 단계를 포함한다. 구체적으로, 상기 단계는 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께의 상한값을 구하는 단계 및 피처리체 상에 증착될 막두께로 상기 상한값을 나눔으로써 최대 세정 주기를 구하는 단계를 포함한다. 상기 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께의 상한값을 구하는 단계는 세정을 실시하지 않고 연속적으로 증착 처리를 수행하여 샤워헤드 표면으로부터 막 박리가 일어나고 먼지 발생이 관찰될 때까지의 처리된 기판의 수(최대 처리 매수)를 확인하는 것을 포함한다. 예를 들면, 상술한 실험(검증 2)에서와 같이 0.5μm의 플라즈마 산화규소막이 증착될 경우, 연속적으로 처리가능한 누적 막 두께는 다음과 같이 계산된다.
연속적으로 처리가능한 누적 막 두께(μm) = 0.5μm×(최대 처리 매수)
실시예
도 1에 도시된 종래의 용량결합형 플라즈마 CVD 및 도 6에 도시된 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치를 이용하여, 하기의 조건 하에서 증착속도, 막두께 불균일도, 세정속도 및 세정 사이클을 비교하기 위한 실험이수행되었다.
(1) 증착 조건
도 1에 도시된 종래의 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 증착조건은 TEOS 유량이 250sccm, O2 유량이 2.3slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 샤워헤드 직경이 φ350mm, 챔버압력이 400Pa, 샤워헤드 온도가 150℃, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 140℃, 고주파 전력(13.56MHz)이 600W이며 고주파 전력(430kHz)은 400W이다. 이러한 증착조건 하에서, φ300mm의 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행되었다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 증착 조건은 TEOS 유량이 250sccm, O2 유량이 2.3slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 10mm, 샤워헤드 직경이 φ380mm, 챔버압력이 400Pa, 샤워헤드 온도가 300℃, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 230℃, WHC 내벽 온도가 150℃, 고주파 전력(13.56MHz)이 600W 이며 고주파 전력(430kHz)이 400W이다. 이러한 증착조건 하에서, φ300mm의 규소기판 상에 플라즈마 산화규소막의 증착이 1μm 두께로 수행되었다.
(2) 세정 조건
도 1에 도시된 종래의 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 세정조건은 NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드 온도가 150℃ 및 서셉터 온도가 400℃이다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 50W의 고주파 전력(13.56MHz)을 가함으로써(검증 2), 전술된 바와(검증 2) 동일한 방법으로 세정속도를 구하였다.
도 6에 도시된 본 발명에 따른 용량결합형 플라즈마 CVD 장치에 대한 세정조건은 NF3 유량이 1slm, Ar 유량이 2slm, 상부 및 하부전극 사이의 거리가 14mm, 챔버 압력이 670Pa, 원격 플라즈마원 전력이 2.7kW, 샤워헤드 온도가 300℃, 서셉터 온도가 400℃, 반응챔버 내벽 온도가 230℃이며 WHC 내벽 온도가 150℃이다. 세정 종료점을 확인하기 위하여, 50W 고주파 전력(13.56MHz)을 가함으로써(검증 2), 전술된 바와(검증 2) 동일한 방법으로 세정속도를 구하였다.
막 두께를 측정하는 방법과 막 두께 불균일도를 계산하는 방법은 전술된 것(검증 3)과 동일하다. 그러나 막 두께는 기판의 중심을 원점으로 하여 (x,y)좌표로 측정되었으며, 9 개의 점 즉, (0,0), (0,147), (147,0), (0,-147), (-147,0), (0,73), (73,0), (0,-73) 및 (-73,0)이다.
이하의 표1은 실험결과를 나타낸다.
표 1
| A | B | C | D | E | F | |
| 종래 | 749 | 1.5 | -150 | 503 | 3 | 12.6 |
| 실시예 | 803 | 1.5 | -150 | 1498 | 11 | 19. 3 |
A : 증착속도(mm/min)
B : 막두께 불균일도(±%)
C : 막 응력(MPa)
D : 세정속도(mm/min)
E : 세정 주기(매수/세정)
F : 처리량(매수/hr).
실험결과에 의해, 종래의 실시예와 비교하면, 본 실시예에서 증착속도가 약 7%까지 개선되었고, 세정속도는 약 300%까지 개선되었으며, 세정 주기는 약 4배까지 개선되었다. 이러한 결과는 본 발명의 본 실시예에 따른 장치가 막두께 불균일도 및 막 응력을 열화시키지 않으면서도 증착속도, 세정속도 및 세정 주기를 개선할 수 있다는 것을 나타낸다. 그 결과, 시간 당 그리고 장치 당 (1μm 플라즈마 산화규소막의 증착이 연속적으로 수행된) 기판의 최대 처리 매수는, 종래의 장치를 이용하여 연속적으로 처리된 기판의 최대 매수인 12.6 개/hr와 비교할 때, 본 발명의 실시예에 따른 장치를 사용하면 19.3 매수/hr로 증가되었다. 이로부터 장치의 처리량이 50% 이상으로 개선되었음을 알 수 있다.
본 발명의 범위는 플라즈마 산화규소막(SiO)의 증착을 위한 플라즈마 CVD 장치로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 본 발명은 질화규소막(SiN), 산소질화규소막(SiON), 탄화규소막(SiC) 및 산화탄화규소막(SiOC)과 같은 절연막의 증착이나 규소화텅스텐(WSi) 및 질화티타늄(TiN)과 같은 도전막의 증착을 위한 플라즈마 CVD 장치에도 적용될 수 있다.
당업자는 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않고서도 많은 다양한 변형례을 실시할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시 형태는 오직 예시적인 것이지 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아님은 자명하다.
본 발명의 실시예에서, 용량결합형 플라즈마 CVD 장치의 세정 처리속도를 조절하는 샹부전극 표면의 세정효율이 개선될 수 있으며, 챔버의 전체 내벽에 대해 높은 세정 속도를 갖는 플라즈마 CVD 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상부전극 표면 및 증착물의 부착성을 증가시킬수 있으므로, 챔버 세정 주기가 감소되고 최적화될 수 있다.
그 결과, 불순물 오염이 적고 생산성이 높은 플라즈마 CVD 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
또한, 상부전극 표면 및 증착물의 부착성을 증가시킬수 있으므로, 챔버 세정 주기가 감소되고 최적화될 수 있다.
그 결과, 불순물 오염이 적고 생산성이 높은 플라즈마 CVD 장치 및 방법이 제공될 수 있다.
Claims (22)
- 반응챔버;상기 반응챔버의 내부에 배치되고 플라즈마를 발생시키기 위한 2 개의 전극 중 하나를 구성하며, 상부에 피처리체를 적치하여 가열하는 서셉터;상기 서셉터에 평행하게 배치되고 플라즈마를 발생시키기 위한 다른 하나의 전극을 구성하며, 반응가스 또는 세정가스를 상기 반응챔버의 내부로 분사하는 샤워헤드;세정 처리 동안 상기 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열하도록 프로그램된 제어기가 제공되고 상기 제어기에 의해 조절되는 히터; 및상기 서셉터 및 상기 샤워헤드 중 어느 하나에 전기적으로 연결된 고주파 전원을 포함하고,상기 서셉터는 상기 피처리체의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내이도록 구성된 표면적을 갖고,상기 샤워헤드의 표면적은 상기 서셉터의 표면과 마주하는, 상기 2개의 전극 중 다른 하나의 전극의 표면적으로 정의되고, 상기 샤워헤드 및 상기 서셉터는 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내이도록 구성되는 플라즈마 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 반응챔버의 외부에 배치되고, 상기 반응챔버의 상류 세정가스를 활성화시키는 원격 플라즈마 방전장치를 더 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 제어기는 상기 샤워헤드의 온도를 검출하는 검출기를 포함하는 플라즈마 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 히터는 상기 샤워헤드의 외주면 부근에 배치된 외장히터인 플라즈마 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 서셉터는 상기 피처리체의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내이도록 구성된 표면적을 갖는 플라즈마 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 샤워헤드 및 상기 서셉터는 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내이도록 구성된 플라즈마 CVD 장치.
- 제 1 항에 있어서,피처리체를 로딩시키고 처리된 피처리체를 언로딩시키기 위한 이송 챔버를 더 포함하며,상기 이송 챔버는 상기 반응챔버와 동축으로 배치되고, 상기 이송 챔버 내부로 불활성 가스를 도입하기 위한 불활성 가스 공급기를 가지며,상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버와 상기 이송 챔버 사이에서 상기 서셉터를 수직 구동시키기 위한 승강구동수단; 상기 반응챔버와 상기 이송챔버를 분리하고 절연체이며 처리 동안 상기 서셉터를 둘러싸는 분할 링; 및 상기 샤워헤드의 외주면의 부근에서 상기 반응 챔버의 내벽을 따라 배치되고, 상기 반응 챔버로부터 가스를 배출하기 위한 원형 덕트를 더 포함하며,상기 서셉터와 상기 분할 링 사이에, 상기 처리 동안 상기 이송 챔버로부터 상기 반응 챔버로 불활성 가스가 유동할 수 있는 제 1 갭이 제공되고,상기 원형 덕트의 하부 가장자리와 상기 분할 링 사이에, 상기 반응 챔버로부터 가스가 방출되는 제 2 갭이 제공되는 플라즈마 CVD 장치.
- 반응챔버에서 처리된 피처리체를 언로딩시킨 후, 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃ 온도로 가열하는 단계;상기 반응챔버 내부로 세정가스를 도입시키는 단계; 및상기 세정가스를 사용하여 플라즈마 반응에 의해 상기 반응챔버를 세정하는 단계를 포함하고,상기 반응챔버의 내부에 배치되는 서셉터는 피처리체의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내이도록 구성된 표면적을 갖고, 상기 서셉터는 플라스마를 생성하기 위한 2개의 전극들 중의 하나로서 작용하고 상기 샤워헤드는 플라스마를 생성하기 위한 2개의 전극들 중의 다른 하나로서 작용하고,상기 샤워헤드의 표면적은 상기 서셉터의 표면과 마주하는 상기 다른 하나의 전극의 표면적으로 정의되고, 상기 반응 챔버 내부에 배치된 샤워헤드 및 서셉터는 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내이도록 구성되는 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 세정가스는 상기 반응챔버 상류의 원격 플라즈마 챔버에서 활성화되는 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 가열하는 단계는 상기 샤워헤드의 외주면 부근에서 가열함으로써 수행되는 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 반응챔버에서 상기 피처리체를 처리하면서 상기 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열함으로써 자기 세정 빈도를 감소시키는 단계를 더 포함하는 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 반응챔버 내부에 배치된 서셉터는 피처리체의 표면적에 대한 상기 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내이도록 구성된 표면적을 갖는 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
- 제 9 항에 있어서,상기 반응챔버 내부에 배치된 상기 샤워헤드 및 서셉터는 상기 서셉터의 표면적에 대한 상기 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내이도록 구성된 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
- 피처리체의 표면적에 대한 서셉터의 표면적의 비가 1.08 내지 1.38의 범위 내인 상기 서셉터를 선택하는 단계;상기 서셉터의 표면적에 대한 샤워헤드의 표면적의 비가 1.05 내지 1.44의 범위 내인 샤워헤드를 선택하는 단계;상기 서셉터 상에 배치된 피처리체를 처리하는 단계; 및(ⅰ) 상기 샤워헤드의 온도를 200℃ 내지 400℃의 범위 내로 제어하고; (ⅱ) 세정가스를 활성화시켜 반응챔버 내에 활성 세정종들을 제공하며; (ⅲ) 상기 반응챔버 내에 플라즈마를 발생시켜 소정 압력에서 자기 세정을 수행함으로써, 자기 세정을 개시하는 단계를 포함하는 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법.
- 제 15 항에 있어서,상기 처리하는 단계는 상기 샤워헤드를 200℃ 내지 400℃의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법.
- 제 16 항에 있어서,상기 200℃ 내지 400℃의 온도에서 입자 오염을 초래하지 않고서 상기 샤워헤드 상에 증착되는 막의 최대 두께 및 상기 200℃ 내지 400℃의 온도에서의 세정속도에 기초하여, 자기 세정 빈도를 최적화시키는 단계를 더 포함하는 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법.
- 제15항에 있어서,상기 세정가스의 활성화는 원격 플라즈마 챔버에서 수행되는 플라즈마 CVD 장치의 자기 세정 방법.
- 제1항에 있어서,상기 히터가 상기 샤워헤드의 외주에 매립된 플라즈마 CVD 장치.
- 제19항에 있어서,상기 히터에 대역통과 필터가 연결되고, 상기 대역통과 필터에 고상 릴레이가 연결되고, 상기 고상 릴레이에 온도제어기가 연결되고, 그 결과 상기 고상 릴레이에 의하여 상기 히터로 공급되는 전력을 제어하고 상기 대역통과 필터를 이용함으로써 세정을 위하여 사용되는 고주파 전력의 영향을 피할 수 있는 플라즈마 CVD 장치.
- 제9항에 있어서,상기 가열하는 단계가 상기 샤워헤드의 외주를 가열하는 히터를 이용하여 수행되는 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
- 제21항에 있어서,상기 가열하는 단계가,상기 히터에 연결된 대역통과 필터를 이용함으로써 세정을 위하여 사용되는 고주파 전력의 영향을 피하면서 상기 히터에 의하여 상기 샤워헤드의 외주를 가열하는 단계; 및상기 대역통과 필터에 연결된 고상 릴레이에 의하여 상기 히터에 공급되는 전력을 제어하는 단계;를 포함하고, 상기 고상 릴레이에 온도 제어기가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 CVD 장치를 위한 자기 세정 방법.
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