KR19990007217A - 액체원료 증발장치 및 cvd 장치의 세척방법 - Google Patents

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코지 미야케
하지메 쿠와하라
츠카사 하야시
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야스이 사다죠
닛신덴기 가부시기가이샤
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Abstract

본 발명은 액체 원료가 주입되는 금속으로 된 증발용기, 상기 증발용기에 주입된 액체를 증발시키기 위해 증발용기를 가열하는 가열기, 및 증발용기와 전기적으로 절연되도록 하는 방식으로 증발용기 내에 위치하는 금속 노즐(전극 수단)을 구비하는 증발 장치에 관한 것이다. 본 발명의 증발 장치는 또한 증발용기 내에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 세척액을 증발용기의 내부에 공급하기 위한 세척액 공급 장치, 및 증발된 세척액을 사용하여 증발용기 내에 플라즈마를 발생시키기 위해서 상기 노즐과 증발용기 사이의 위치에 고주파 전력을 공급하기 위한 플라즈마 발생 전원을 구비한다.

Description

액체원료 증발장치 및 ＣＶＤ 장치의 세척방법
본 발명은 금속 유기화학적 증착장치(Metal Organic Chemical Vapor Deposition Apparatus : 이하 MOCVD 장치라 함) 또는 열을 가함으로써 액체원료를 증발시키기 위한 증발기 및 상기 증발기 내에서 증발된 원료를 사용하여 CVD 법에 의해 기판상에 박막을 형성시키기 위한 처리실을 구비하는 또 다른 CVD 장치를 세척하는 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 증발기 및 처리실내의 잔류물을 제거하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 실온에서 액체인 액체원료는 일본 특허공개공보 소50-211072호에 발표되어 있는 방법에 의해 그리고 소위 버블러(bubbler) 또는 버블링 장치를 이용하여 증발된 상태로 공급된다. 또한 반도체 제조공정에 있어서, 테트라에톡시오르토실란(이하, TEOS라 함)막을 형성하기 위한 장치 또는 초전도성 박막을 형성하기 위한 장치를 포함하는 다수의 막 형성 장치에 상기 방법이 사용된다.
한편 최근에는 유전체 박막이 차세대 DRAM(Dynamic Random Access Memory) 및 FRAM(Ferroelectric Random Access Memory) 장치를 제조하기 위한 중요한 기술로서 주목을 받아 왔다. 이 유전체 및 강유전체 박막에는 예를 들면 BST(BaSrTiO3, 즉 티탄산 스트론튬 바륨)막 및 SrTiO3(티탄산 스트론튬)막이 포함된다.
유전체 박막이 CVD 장치에 의해 형성되는 경우에는 Ba(DPM)2, Sr(DPM)2, 또는 Pb(DPM)2와 같은 금속 유기물질이 사용된다(여기에서 DPM은 디피발로일 메탄(dipivaloyl methane)임). 상술한 물질의 각각은 실온에서 고온이기 때문에 약 200℃ 보다 낮지 않은 고온의 상태로 유지되어야 하고, 따라서 버블링 장치에 의해 기체상태로 물질이 공급되면 액체상태로 유지된다. 그러나 이러한 원료는 상술한 고온상태에서 급속히 분해되어 열화된다는 사실이 알려져 있다.
비교적 저온에서 액체상태를 실현시키기 위해서는 금속 유기물질(고체원료)을 THF(테트라히드로푸란)와 같은 부가제(용매 타입)에 용해시키는 방법이 개발되어 왔다. 증발된 물질이 버블링 장치에 의해 공급되는 경우, 이 물질이 응축 또는 액화되는 것을 방지하기 위해 버블링 장치에서부터 처리실까지 배치된 파이프가 200℃ 또는 그 이상의 온도로 유지되어야 한다. 따라서 고온의 파이프 상태가 유지되어야 한다. 이 경우 THF와 같은 부가제만이 분해되어 증발되고 따라서 필요한 물질, 예를 들면 Sr(DPM)2는 응축되어 파이프 등의 내부에 고정되게 되는 문제점이 발생한다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 상기 필요한 고체 원료를 용매 중에 용해시킴으로써 얻어지는 액체원료를 액체상태로 공급한 후, 이 원료를 처리실의 앞에 구비되어 있는 증발기 내에서 가열시킴으로써 증발되게 한 다음, 즉시 처리실의 내부로 공급되게 하는 방법에 대한 연구가 시작되고 있다.
상술한 증발기를 구비하는 CVD 장치에 대해서는 일본국 특허공개공보 평7-268634호에 발표되어 있다. CVD 장치의 일례를 도 4에 도시하였다.
Sr(DPM)2와 같은 필요한 고체원료를 THF와 같은 용매 중에 용해시킴으로써 얻어지는 액체원료(4)를 액체원료 공급장치(2)로부터 액체원료 파이프(6)를 통해 증발기(8)로 소정의 양만큼 공급한다.
이 예에 따르면 액체원료 공급장치(2)는 액체원료(4)를 수용하기 위한 액체원료 용기(42), 밸브(44∼47), 유량 조절수단(48) 및 이러한 구성요소 들을 연결시키는 파이프를 구비한다. 액체원료 용기(42)에는 밸브(44)를 통해 압력을 이용하여 액체원료(4)를 보내기 위해 불활성 기체(50)가 공급된다. 불활성 기체(50)는 최소한 질소기체 또는 희(稀)기체(즉 He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Rn 등)로 구성된다. 액체원료가 압력을 이용하여 공급되면 밸브(44, 45 및 47)는 열려지고 밸브(46)는 닫혀진다.
증발기(8)는 기체 주입 파이프(16)가 증발용기(10)에 연결되어 있는 구조를 갖는다. 특히 노즐(14)은 기체 주입 파이프(16)와 동축방향으로 증발용기(10)에 삽입되어 있다. 그리고 가열기(12)는 증발용기(10) 둘레에 배치되어 있다. 노즐(14)은 액체원료 파이프(6)에 연결되어 있다. 기체 주입 파이프(16)에는 유량 조절수단(17)을 통해 불활성 기체(18)가 공급된다. 또한 이 불활성 기체(18)는 최소한 질소기체 또는 희기체 중의 하나로 구성되어 있다.
증발기(8)에 공급되는 액체원료(4)는 노즐(14)의 선단부에서 이 선단의 둘레를 흐르는 고속 불활성 기체(18)에 의해 거칠게 입자화된다. 그리고 나서 액체원료(4)는 분산되어 250℃보다 낮지 않은 온도까지 가열된 증발용기(10)의 광범위한 내벽과 충돌하게 됨으로써 액체원료(4)는 즉시 증발된다. 이 증발된 원료(20)는 증발 원료 파이프(22) 및 밸브(24)를 통과한 다음 처리실(26)의 내부로 공급된다.
처리실(26)에는 기판(34)(여기에서 막이 형성됨)을 지지하기 위한 홀더(서셉터라고도 함)(36)가 구비되어 있으며 다수의 작은 개구부를 갖고 있고 처리실(26)에 주입되는 기체를 확산시키기 위해 배치되는 기체 확산판(32)이 구비되어 있다. 홀더(36) 및 홀더(36)위에 배치되는 기판(34)은 가열수단(도시생략)으로 가열된다. 처리실(26)의 내부를 진공 배기 처리하기 위한 진공 배기 처리수단(40)이 밸브(38)를 통해 처리실(26)에 연결되어 있다. 증발된 원료(20) 이외에도 이 증발된 원료(20)와 반응시키기 위해 배치되는 기체(30)가 처리실(26)로 주입된다. SrTiO3으로 이루어진 박막이 형성되는 경우, 기체(30)는 TTIP(Ti(0-iC3H7))와 산화물 기체(O2등)의 혼합기체이다. 증발된 원료(20)와 기체(30)는 처리실(26)에서 혼합된다. 혼합된 기체는 기체 확산판(32)에 의해 일정한 유속을 가지도록 분산된 다음 진공 배기 처리수단(40)에 의해 진공 배기 처리된 처리실(26)로 확산된다. 그 다음 혼합된 기체는 기판(34)의 가열표면과 접촉하게 된다. CVD 반응의 결과로서 SrTiO3등으로 이루어진 박막이 형성된다. 박막을 형성시키는데 사용되지 않은 혼합기체는 진공 배기 처리수단(40)을 통해 외부로 방출된다.
상술한 Sr(DPM)2또는 Ba(DPM)2와 같은 원료는 H2O, CO, CO2등과 같은 추적 불순물(trace impurity)과 쉽게 결합하여 침전된다. 주위온도가 높은 경우에는 시간의 변화로 인해 원료가 점차적으로 분해되어 침전된다. 원료의 잔류물이 증발기(8)(특히 증발기(8)의 증발용기(10))내에 축적됨으로써 많은 문제점을 발생시킨다. 예를 들면 잔류물이 증발용기(10)의 내벽에 고정됨으로써 액체원료(4)의 증발효율을 저하시키거나 고정상태가 균일하지 못하게 된다. 결과적으로 증발이 불안정하게 된다. 더욱이 잔류물이 때때로 노즐(14)을 막히게 한다. 또한 고정된 잔류물이 이탈된다면 이는 하류밸브 또는 파이프가 막힌다는 것을 의미하는 것이다.
이를 방지하기 위해 잔류물을 용해시킬 수 있는 세척용액(예를 들면, 질산)이 증발용기(10)의 내부세척을 위해 주기적으로 사용된다. 세척공정을 수행한 후에 생기는 배기가스(21)는 증발된 원료 파이프(22) 및 밸브(52)를 통과하여 진공 배기 처리수단(54)에 의해 외부로 방출된다.
그러나 이 잔류물은 증발기(8)뿐만 아니라 처리실(26)(특히, 처리실(26)의 내벽과 기체 확산판(32) 및 홀더(36)의 표면)에도 축적된다. 잔류물의 이탈은 기판(34)의 표면에 부착되는 입자(먼지)의 생성을 초래하게 된다. 이러한 경우 기판의 표면을 오염시키는 문제점 등을 발생시킨다.
그러므로 처리실(26)의 내부를 세척하기 위해 잔류물을 용해시키기 위한 세척액을 때때로 사용하여 왔다. 처리실(26)의 내부의 세척공정과 증발기(8)의 내부의 세척공정은 독립적으로 수행된다. 더구나 고정된 잔류물은 세척액에 의해 쉽게 제거되지 않기 때문에 고정된 잔류물을 제거하는데 장시간이 필요하다. 따라서 CVD 장치의 작동이 중단되는 시간이 과다하게 연장되고 이로 인해 CVD 장치의 처리량(단위시간당 처리능력)이 저하된다.
본 발명의 목적은 증발기를 세척하는데 필요한 시간을 단축시킴으로써 CVD 장치의 작동이 중단되는 시간을 단축시키기 위한 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 세척방법이 수행되는 CVD 장치의 제 1 실시예를 도시한 도면.
도 2는 증발된 상태의 세척액을 공급하기 위한 세척액 공급수단의 일례를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따르는 세척방법이 수행되는 CVD 장치의 제 2 실시예를 도시한 도면.
도 4는 종래의 CVD 장치의 일례를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따르는 증발장치를 구비하는 CVD 장치의 제 3 실시예를 도시한 도면.
도 6은 도 5에 도시된 증발장치의 부분의 일례를 도시한 도면.
도 7은 증발된 상태의 세척액을 공급하기 위한 세척액 공급장치의 일례를 도시한 도면.
도 8은 증발장치의 또 다른 예를 도시한 도면.
도 9는 증발장치의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 도면.
도 10은 증발장치의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 도면.
도 11은 증발장치의 또 다른 예를 부분적으로 도시한 도면.
도 12는 본 발명에 따르는 증발장치를 구비하는 CVD 장치의 또 다른 예를 도시한 도면.
도 13은 증발장치 부분의 구조를 보여주는 또 다른 예를 도시한 도면.
본 발명의 제 1 특징은 열을 가함으로써 액체원료를 증발시키기 위한 증발기와 상기 증발기에 의해 증발된 원료를 사용하여 CVD 법에 의해 기판에 박막을 형성시키는 처리실을 구비하는 CVD 장치를 세척하는 방법으로서, 상기 증발기 및 처리실내에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 세척액을 상기 증발기내에 주입한 다음, 이 세척액을 가열시킴으로써 상기 증발기내에서 잔류물이 제거되는 동안 세척액을 증발시키는 단계와, 상기 세척액의 성분을 함유하는 배기가스를 상기 증발기로부터 상기 처리실의 내부로 주입시킴으로써 상기 처리실내의 잔류물을 제거하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 2 특징은 열을 가함으로써 액체원료를 증발시키기 위한 증발기와 상기 증발기에 의해 증발된 원료를 사용하여 CVD 법에 의해 기판에 박막을 형성시키는 처리실을 구비하는 CVD 장치를 세척하는 방법으로서, 상기 증발기 및 처리실내에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 세척액을, 잔류물이 상기 증발기내에서 제거되도록 하기 위해 이 세척액이 증발상태로 되는 방식으로 상기 증발기내에 주입하는 단계와, 상기 세척액의 성분을 함유하는 배기가스를 상기 증발기로부터 상기 처리실의 내부로 주입시킴으로써 상기 처리실내의 잔류물을 제거하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 3 특징은 상기 제 2 특징에 따르는 CVD 장치를 세척하는 방법에 있어서, 상기 증발기는 잔류물이 제거될 때 가열된다는 것이다.
본 발명의 제 4 특징은 상기 제 1 ∼제 3 특징 중 어느 하나의 특징에 따르는 CVD 장치를 세척하는 방법에 있어서, 상기 처리실에 주입되는 배기가스는 잔류물이 제거될 때 플라즈마를 생성시키기 위해 사용된다는 것이다.
본 발명의 제 5 특징은 제 4 특징에 따르는 CVD 장치를 세척하는 방법에 있어서, 상기 처리실내의 기체의 압력이 조절되도록 잔류물이 제거될 때 최소한 질소기체 또는 희기체 중의 하나로 이루어지는 불활성 기체를 상기 처리실에 주입하는 것이다.
본 발명의 제 6 특징은 액체원료가 가해지는 전도성 물질로 이루어진 증발용기, 상기 증발용기 내에 가해진 액체를 증발시키기 위해 상기 증발용기를 가열시키기 위한 가열기, 상기 증발용기에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 세척액 공급수단, 상기 증발용기와 전기적으로 절연되는 방식으로 상기 증발용기에 배치되는 전극수단, 및 상기 증발된 세척액을 사용함으로써 상기 증발용기 내에 플라즈마를 발생시키도록 상기 전극수단과 상기 증발용기 사이의 위치에 고주파 전극 또는 펄스전압을 공급하기 위한 플라즈마 발생 전원을 구비하는 액체원료 증발장치를 제공한다.
본 발명의 제 7 특징은 상기 제 6 특징에 따르는 장치와 같은 구조를 가지며 세척액 공급수단 대신 기체 공급수단을 구비하는 장치를 제공한다. 이 기체 공급수단은 최소한 질소기체 또는 희기체 중의 하나로 이루어진 불활성 기체를 상기 증발용기의 내부에 공급하기 위한 것이다.
본 발명의 제 8 특징은 상기 제 6 특징에 따르는 장치와 같은 구조를 가지며 또한 상기 제 7 특징에 따르는 기체 공급수단을 구비하는 장치를 제공한다.
본 발명의 제 9 특징은 상기 제 6∼제 8 특징에 있어서, 상기 세척액 공급수단이 상기 증발용기 내부에 위치하며, 세척액은 증발상태인 것이다.
본 발명의 제 10 특징은 상기 제 6∼제 9 특징에 있어서, 상기 증발용기 또는 상기 전극수단에 음의 직류 바이어스 전압을 가하기 위한 직류 전원을 추가로 구비하는 것이다.
본 발명의 제 11 특징은 상기 제 6∼제 10 특징에 따르는 액체원료를 증발시키기 위한 장치가 상기 플라즈마 발생 전극에 의해 생기는 전기장에 수직인 자기장을 형성시키기 위한 자기장 형성수단을 구비한다는 것이다.
본 발명의 제 12 특징은 상기 제 6∼제 11 특징에 따르는 액체원료를 증발시키기 위한 장치와, 상기 증발장치에서 증발된 원료를 사용하여 CVD법에 의해 기판에 박막을 형성시키기 위한 처리실을 포함하는 CVD 장치를 세척하는 방법으로서, 상기 처리실의 내부가 진공 배기 처리되는 동안 플라즈마를 사용함으로써 상기 증발용기내의 잔류물을 제거한 후 발생되는 배기가스를 주입하는 단계와, 상기 증발용기내의 잔류물을 제거함과 동시에 상기 처리실내의 잔류물을 제거하기 위해 상기 배기가스에 의해 상기 처리실내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명의 제 13 특징은 상기 제 12 특징에 따르는 CVD를 세척하는 방법으로서, 플라즈마가 배기가스의 사용에 의해 상기 처리실에서 발생될 때, 상기 처리실에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 증발된 세척액 중의 하나 이상 또는 불활성 기체를 상기 처리실내로 주입시키는 방법을 제공한다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명과 청구범위를 통해 보다 분명해 질 것이다.
(실시예)
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따르는 세척방법이 수행되는 CVD 장치의 일례를 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 구성요소에서 종래의 예와 같은 구성요소에는 동일한 번호가 부여되어 있다. 여기에서는 주로 종래의 예와 다른 부분에 대해서 설명하기로 한다.
본 실시예에서 증발기(8), 보다 구체적으로 증발용기(10)는 증발용기(10) 및 처리실(26)에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 세척액(64)을 공급하는 세척액 공급수단(60)을 포함한다.
본 실시예에 따르는 세척액 공급수단(60)은 세척액(64)을 수용하기 위한 세척액 용기(62), 밸브(66∼68) 및 상기 구성요소 들을 서로 연결시켜 주기 위한 파이프를 구비한다. 세척액 용기(62)에는 압력을 이용하여 세척액(64)을 보내기 위해 상술한 불활성 기체(50)가 공급된다. 세척액 공급수단(6)으로부터 공급된 세척액(64)은 액체원료 파이프(6) 및 노즐(14)에 의해 증발용기(10)의 내부로 공급된다. 세척액(64)은 예를 들면 HNO3(질산), HNO2(아질산), H2O2(과산화수소), HCl(염화수소), HF(불화수소) 등으로 이루어진다.
막을 형성시킬 때는 불활성 기체(50)가 액체원료 공급수단(2)으로부터 압력을 이용하여 액체원료(4)가 보내지도록 하는데 사용되도록 밸브(68, 44, 45, 47 및 24)는 열고 밸브(66, 67, 46 및 52)는 닫는다. 유량 조절수단(48)이 액체원료(4)가 유량을 조절하는 동안, 액체원료(4)는 노즐(14)을 통해 증발용기(10)의 내부로 공급된다. 그 다음 도 4에 도시된 종래의 예에 의해 수행되는 것과 같은 과정을 수행함으로써 원하는 박막이 기판(34)에 형성된다.
증발기(8)의 증발용기(10) 및/또는 처리실에 잔류물이 축적되어 세척액이 필요하다면 밸브(47, 24)는 닫고, 밸브(52)는 여는 것이 바람직하다. 이렇게 하여 진공 배기 처리수단(54)을 작동시킴으로써 증발용기(10)의 내부를 배기 처리한다. 그 다음, 밸브(52, 44, 45 및 68)는 열고, 밸브(24, 47, 46, 66 및 67)는 닫는다. 그리고 압력을 이용하여 불활성 기체(50)에 의해 세척액 공급수단(60)으로부터 세척액을 보낸다. 유량 조절수단(48)이 세척액(64)의 유량을 조절하는 동안 세척액(64)은 액체원료 파이프(6) 및 노즐(14)을 통해 증발용기(10)내로 공급된다.
이와 동시에 가열기(12)로 세척액(64)에 대한 증발온도보다 낮지 않은 수준으로 증발용기(10)를 가열한다. 결과적으로 증발용기(10)내의 세척액(64)은 증발되면서 증발용기(10) 및 노즐(14)의 내벽에 고정되어 있는 잔류물을 제거한다.
세척공정이 수행된 후 발생되며 증발기(8)로부터 공급되는 배기가스(21)는 증발된 원료 파이프 및 밸브(24)를 통과하여 처리실(26)로 공급된다. 특히 배기가스(21)는 진공 배기 처리수단(40)에 의해 처리실(26)로 공급된다. 배기가스(21)는 증발기(8)의 내부를 세척하는 공정에서 잔류물로 남아 있는 세척액 성분을 다량 함유한다. 처리실(26)로 공급되는 배기가스(21)는 기체 확산판(32)을 통과함으로써 처리실(26)내로 확산된다. 그 다음 이 배기가스(21)는 처리실(26)(특히 처리실(26), 기체 확산판(32) 및 홀더(36)의 내벽)에 존재하는 잔류물을 제거한다.
세척공정이 수행된 후에 배기가스(21)는 밸브(38)를 통과한다. 특히 트래핑수단(56)은 세척액의 성분 및 잔류물의 성분을 가두어 흡착시킴으로써 성분들이 무해하도록 한다. 그 다음 배기가스(21)는 진공 배기 처리수단(40)에 의해 외부로 방출된다. 트래핑수단(56)은 본 발명의 필수적 구성요소는 아니기 때문에 임의로 구비될 수 있다.
본 발명에 따르는 세척방법은 세척액(64)을 사용하여 증발기(8)내의 잔류물을 제거함과 동시에 세척액의 성분을 함유하는 배기가스(21)를 사용하여 처리실(26)내의 잔류물을 제거하는 것이 가능하다. 그러므로 증발기(8) 및 처리실(26)을 세척하는데 필요한 총시간을 단축시킬 수 있다. 따라서 CVD 장치의 작동을 중단하는 시간이 단축될 수 있다. 결과적으로 CVD 장치의 처리량을 향상시킬 수 있다.
증발기(8) 및 처리실(26)을 세척하는데 같은 세척액(64)을 사용할 수 있기 때문에 증발기(8)와 처리실(26)이 독립적으로 세척되는 방법에 비해 세척액이 절약되고 경제적 효과를 높일 수 있다(즉, 2배).
세척액(64)은 증발된 상태로 증발기(8)에 공급될 수 있다. 이 경우에는 예를 들면 도 2에 도시된 바와 같은 구조를 가지는 세척액 공급수단(60a)을 세척액 공급수단(60) 대신 사용할 수 있다.
세척액 공급수단(60a)은 불활성 기체(50)를 밸브(66)를 통해 세척액(64)내로 주입시킴으로써 세척액(64)내에 기포가 발생되도록 하는 소위 버블러 또는 버블링 장치이다. 이렇게 하여 세척액(64)의 증발이 증가함으로써 세척액(64)이 증발상태로 공급된다. 증발과정이 수행되는 경우 밸브(66, 67, 46 및 47)는 열려지고 밸브(68, 44 및 45)는 닫혀진다. 이렇게 하여 증발된 상태의 세척액(64)은 액체원료 파이프(6)를 통해 증발용기(10)로 공급된다.
증발된 상태의 세척액(64)이 증발기(8)로 공급되는 경우에는 세척공정이 수행될 때 필요한 가열기(12)에 의한 증발기(8)의 가열이 생략될 수 있다. 가열기(12)에 의한 가열이 동시에 이용되는 경우에는 세척액(64)의 잔류물 용해효과가 향상될 수 있으므로 증발기(8)내의 잔류물 제거효과가 더욱 개선된다.
세척공정이 수행되는 경우 처리실(26)로 공급되는 배기가스(21)가 처리실(26)에서 플라즈마를 발생시키는데 사용될 수 있다. 이러한 경우의 구조를 갖는 예를 도 3에 도시하였다.
도 3에 도시된 예는 홀더(36)와 이 홀더(36)에 대한 지지컬럼(71) 사이의 부분이 절연부재(70)에 의해 전기적으로 절연되어 있는 구조를 가진다. 또한 플라즈마 발생전원으로서 역할을 하는 고주파 전원(72)은 병렬회로(74)를 통해 홀더(36)와 병렬회로(74) 사이에 연결되어 있다. 처리실(26)과 이 처리실(26)에 전기적으로 연결되어 있는 기체 확산판(32)은 접지되어 있다. 상기 구조를 가진 결과로서 홀더(36)와 처리실(26) 및 기체 확산판(32) 사이에 고주파 방전이 발생한다. 따라서 처리실(26)내에서 세척액의 성분을 함유하는 플라즈마(76)가 발생한다.
플라즈마(76)가 발생하기 때문에 세척액의 성분이 용해되거나 전기적으로 용해되어 성분중 활성물질이 생성된다. 활성물질에 의해 유발되는 활성물질의 에칭효과 및 스퍼터링 효과로 인해 처리실(26)의 내부, 특히 처리실(26), 기체 확산판(32) 및 홀더(36)의 내벽에 고정되어 있는 잔류물이 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.
고주파 전원(72)으로부터 고주파 전력을 공급하는 방법으로 도 3에 도시된 것과 다른 방법이 있다. 예를 들면 기체 확산판(32)이 처리실(26)과 전기적으로 절연되어 있는 구조를 이용할 수 있다. 이 경우 또한 고주파 전원(72)은 병렬회로(74)를 통해 기체 확산판(32)에 연결되어 있으므로 고주파 전원(72)으로부터 전력이 공급될 수 있다. 이 경우 처리실(26)과 홀더(36)는 접지되어 있다. 또한 이 경우 플라즈마(72)는 기체 확산판(32)과 처리실(26)과 홀더(36) 사이에서 이루어지는 고주파 방전에 의해 발행된다. 결과적으로 처리실(26)내의 잔류물이 제거될 수 있다.
처리실(26)과 기체 확산판(32)과 홀더(36)중의 구성요소에 음의 직류 바이어스 전압을 공급하기 위한 직류 바이어스 전원을 구비할 수 있다. 이렇게 함으로써 음의 바이어스 전압에 의해 플라즈마(76)내의 양이온이 끌어당겨진다. 따라서 음의 바이어스 전압이 공급되는 구성요소들 내의 잔류물은 대부분 제거될 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 직류 바이어스 전원(78)은 처리실(26)이 음극이 되도록 하는 방식으로 처리실(26)의 접지선에 직렬로 삽입되어 있다. 따라서 처리실(26)의 벽 표면은 음전위로 바이어스된다. 그러므로 플라즈마(76)의 양이온이 처리실(26)의 벽 표면을 끌어당김으로써 벽 표면의 잔류물이 대부분 제거된다.
처리실(26)의 기체압력을 조절하기 위해서 처리실내에 질소기체 또는 희기체로 이루어진 불활성 기체(82)를 주입하도록 하기 위해 기체 주입 파이프(80)를 기체 주입 파이프(28)에 연결한 구조를 이용할 수 있다. 처리실(26)에서 플라즈마를 발생시키는데 적합한 기체압력(예를 들면 약 10-1Torr∼약 10 Torr)이 배기가스(21)에 의해서만 쉽게 달성될 수 없는 경우에는 불활성 기체(82)에 의해 적합한 기체압력이 쉽게 달성될 수 있다. 또한 불활성 기체(82)는 처리실(26)내에서 플라즈마로 형성된다. 불활성 기체 플라즈마중의 이온의 스퍼터링 효과와 배기가스(21)내의 세척액의 성분중의 활성물질의 에칭효과 및 스퍼터링 효과의 동반 상승적 효과로 인해 처리실(26)내의 잔류물이 더욱 단시간 내에 효과적으로 제거된다. 불활성 기체(82)로서는 아르곤 기체 또는 크세논 기체와 같은 희기체가 사용되는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따르는 증발장치를 구비하는 CVD 장치의 일례를 도시한 도면이다. 도 6은 도 5에 도시한 증발장치 부분의 일례를 도시한 도면이다.
이 실시예에서는 증발장치(108a)가 제공된다.
증발장치(108a)는 전도성 물질, 특히 금속으로 된 노즐(114) 및 액체원료 파이프(106)를 통해 상술한 액체원료 공급장치(102)로부터 액체원료(104)가 공급되는 증발용기(110)를 구비하고 있다. 또한 증발장치(108a)에는 증발용기(110)로 공급되는 액체원료(104) 및 후에 기술되는 세척액(154)을 증발시키기 위해 증발용기(110)를 가열시키는 가열기(112)가 증발용기 둘레에 위치되어 있다. 가열기(112)는 예를 들면 전기히터이다. 증발된 원료(120)를 처리실(126)로 공급하기 위한 상술한 증발된 원료 파이프(122)는 증발용기(110)에 연결되어 있다.
또한 증발장치(108a)는 증발용기(110)내에서 생성되는 잔류물을 용해시킬 수 있는 세척액(154)을 증발용기(110)의 내부에 공급시키기 위한 세척액 공급장치(150)를 구비하고 있다. 또한 증발장치(108a)는 최소한 질소기체 또는 희기체(즉, He, Ne, Ar, Kr, Xe 또는 Re)중의 하나로 구성되는 불활성 기체(118)를 증발용기(110)의 내부에 공급시키기 위한 기체 공급수단(119)을 구비하고 있다.
이 실시예에서 기체 공급수단(119)은 상술한 기체 주입 파이프(116) 및 불활성 기체(118)가 노즐(114) 주위로 주입될 수 있도록 하기 위한 유량조절 수단(117)을 구비하고 있다.
세척액 공급장치(150)는 세척액(154)을 수용하기 위한 세척액 용기(152), 밸브(156∼158) 및 상기 구성요소 들을 연결시켜 주기 위한 파이프를 구비하고 있다. 압력을 이용하여 세척액(154)을 이동시키기 위해 사용되는 불활성 기체(160)는 세척액 용기(152)로 공급된다. 불활성 기체(160)는 최소한 질소기체 또는 희기체로 구성되어 있다. 세척액(154)은 액체 원료 공급장치(102), 액체원료 파이프(106) 및 노즐(114)(통로로서의 역할도 함)을 통해 세척액 공급장치(150)로부터 증발용기(110)의 내부로 공급된다. 세척액(154)은 예를 들면 HNO3(질산), HNO2(아질산), H2O2(과산화수소), HCl(염화수소), HF(불화수소) 등으로 이루어져 있다.
이 실시예에서, 액체원료 공급장치(102)는 액체원료(104)를 수용하기 위한 액체원료 공급장치(102), 밸브(144∼147), 유량 조절수단(148) 및 상기 구성요소들을 연결시켜 주기 위한 파이프를 구비하고 있다. 밸브(144)와 밸브(146) 사이에 위치하는 라인에는 세척액 공급장치(50)로부터 공급되는 불활성 기체(160)가 공급된다.
노즐(114)은 속이 빈 절연부재(170)를 통해 증발용기(110)에 삽입되어 있다. 상기 절연부재(17)는 증발용기(110)와 노즐(114) 사이의 구간을 전기적으로 절연시킨다. 노즐(114)은 전도성 물질, 특히 금속으로 이루어져 있다. 이 실시예에서 노즐(114)은 전극수단을 형성한다.
액체원료 파이프(106)는 속이 빈 절연부재(168)에 의해 증발용기(110)에 인접한 부근에서 전기적으로 절연되어 있다. 플라즈마 발생전원(172A)은 병렬회로(174)를 통해서 노즐(114)에 연결된 액체원료 파이프(106a)와 접지부분 사이의 위치에 연결되어 있다. 이 실시예에서, 플라즈마 발생전원(172a)은 출력 13.56MHz의 고주파 전력을 생성시키는 고주파 전원이다. 본 실시예에 따르는 증발용기(110)는 상술한 증발 원료 파이프(122)와 밸브(124)를 통해서 처리실(126)에 전기적으로 연결되어 있다. 처리실(126)은 접지되어 있다. 그러므로 고주파 전력이 플라즈마 발생전원(172a)으로부터 전극수단으로서 역할을 하는 노즐과 증발용기(110) 사이의 구간으로 공급될 수 있다.
일반적인 경우, 봉입패킹(sealing packing)은 절연부재(170)와 이 절연부재(170)와 접촉되게 위치하는 증발용기(110) 사이, 그리고 절연부재(170)와 액체원료 파이프(160a) 사이에 각각 위치한다. 봉입패킹은 도면에 도시되어 있지 않다. 또한 절연부재(168)와 절연부재(178 및 180)에 대한 봉입패킹 또한 도시되어 있지 않다.
도 5에 따르면, 증발용기(110)의 내부를 배기 처리하기 위한 배기 처리수단(66)과 증발용기(110)로부터 공급되는 배기가스(121)중의 소정의 성분을 가두어 흡착시키기 위한 트래핑수단(164)이 밸브(162)를 통해 증발된 원료 파이프(122)에 연결되어 있다. 트래핑수단(164)은 본 발명의 필수적 구성요소가 아니므로 임의로 구비될 수 있다. 상술한 내용은 도 12에 도시된 실시예에도 적용될 수 있다.
처리실(126)에는 박막이 형성되는 대상인 기판(134)을 지지하기 위한 홀더(136) 및 다수의 작은 개구부를 가지며 주입된 기체를 처리실(126)로 확산시켜 주기 위해 배치된 기체 확산판(132)이 구비되어 있다. 홀더(136) 및 이 홀더(136) 위에 위치하는 기판(134)은 가열수단(도시생략)에 의해 가열된다. 처리실(126)의 내부를 진공 배기 처리하기 위한 진공 배기 처리수단(140)이 밸브(138)를 통해서 처리실(126)에 공급된다. SrTiO3으로 이루어진 막이 형성되는 경우, 기체(130)는 TTIP와 산화물 기체(O2등)의 혼합기체이다.
이제 도 5에 도시된 증발장치(108a)를 구비하는 CVD 장치의 작동에 대해 기술하기로 한다. 막이 형성되면 밸브(158, 144, 145, 147 및 124)는 열리고 밸브(156, 157, 146 및 162)는 닫힌다. 이렇게 함으로써 액체원료(104)가 압력을 이용하여 불활성 기체(160)에 의해 액체원료 공급장치(102)로부터 공급된다. 유량 조절수단(148)이 불활성 기체(160)의 유량을 조절하는 동안, 액체원료(104)가 노즐(114)을 통해 증발용기(110)의 내부로 공급된다.
이와 동시에 불활성 기체(118)가 기체 주입 파이프(116)로 공급된다. 또한 증발용기(110)는 가열기(112)에 의해 액체원료(104)에 대한 증발온도보다 높은 온도로 가열된다. 액체원료(104)가 Sr(DPM)2또는 Ba(DPM)2를 함유하는 경우, 증발용기(110)는 약 250℃보다 낮지 않은 온도로 가열된다.
이렇게 하여 액체원료(104)는 노즐(114)로부터 거칠게 입자화되어 분출된 다음 분산되어 증발용기(110)의 내벽의 광범위한 부분과 충돌함으로써 액체원료(104)가 순간적으로 증발된다. 증발된 원료(120)는 증발원료 파이프(122) 및 밸브(124)를 통과한 다음 압력차에 의해 처리실(126)로 공급된다. 상기 원료(120)와 기체(130)는 처리실(126)에서 서로 혼합되고 이 혼합기체는 기체 확산판(132)에 의해 일정한 유속을 가지도록 분산된다. 그 다음 이 혼합기체는 진공 배기 처리수단(140)에 의해 진공 배기 처리된 처리실(126)에서 분산된다. 그 다음 이 혼합기체는 가열된 기판(134)의 표면과 접촉하게 되고 CVD 반응이 발생함으로써 SrTiO3등과 같은 물질로 이루어진 박막이 기판(134)에 형성된다. 혼합기체의 일부는 진공 배기 처리수단(140)을 통해 외부로 배출된다.
잔류물이 증발장치(8a)의 증발용기(110)내에 축적되어 세척이 수행되어야 하는 경우에는 밸브(124, 144, 145 및 158)가 닫히고 밸브(162, 147, 146, 156 및 157)가 열리게 된다. 이렇게 하여 압력을 이용하여 세척액(154)을 불활성 기체(160)에 의해 세척액 공급장치(150)로부터 내보낸다. 유량 조절수단(148)이 유량을 조절하는 동안 세척액(154)은 액체원료 파이프(106) 및 노즐(114)을 통해서 증발용기(110)의 내부로 공급된다. 이와 동시에 증발용기(100)는 가열기(112)에 의해 세척액(154)에 대한 증발온도보다 낮지 않은 온도로 가열된다. 결과적으로 예정된 압력을 가지는 증발된 세척액(154)이 증발용기(110)내에 존재하게 된다.
상술한 내용에서 고주파 전력은 플라즈마 발생전원(172a)으로부터 노즐(114)과 증발용기(110) 사이의 위치로 공급된다. 따라서 노즐(114)과 증발용기(110)의 내벽 사이에서 고주파 방전이 일어나므로 그 성분이 증발된 세척액(154)인 플라즈마(176)가 발생된다.
플라즈마(176) 발생의 결과로서 세척액(154)의 성분이 용해되거나 전기적으로 용해됨으로써 세척액(154)중 활성물질이 생성된다. 이 활성물질의 에칭효과 및 스퍼터링 효과로 인해 증발용기(110)의 내부 특히 증발용기(110) 및 노즐(114)의 내벽에 고정되어 있는 잔류물이 단시간 내에 효과적으로 제거될 수 있다. 결과적으로 증발장치(108a)는 장시간 동안 안정하게 작동될 수 있다.
세척공정이 수행된 후 증발용기(110)내에 존재하는 상술한 바와 같은 배기가스(121)는 증발된 원료 파이프(122) 및 밸브(162)를 통과하게 된다. 이 실시예에서 세척액의 성분 및 그 잔류물은 트래핑 수단(164)에 의해 흡착 제거됨으로써 유해성을 주지 않는다. 그 다음 이 성분은 배기 처리수단(166)에 의해 외부로 배출된다.
증발용기(110)의 내부가 세척되는 경우에는 상술한 불활성 기체(118)가 기체 공급수단(119)으로부터 증발용기(110)로 공급될 수 있다. 증발용기(110)내에서 플라즈마를 발생시키기에 충분하도록 높은 기체압력(예를 들면 약 10-1Torr∼약 10 Torr)이 세척액(54)의 증발에 의해서만 쉽게 달성될 수 없을 경우, 불활성 기체(118)에 의해 충분하게 높은 기체압력을 쉽게 달성시킬 수 있다. 또한 불활성 기체(118)는 증발용기(110)내에서 플라즈마로 형성된다. 불활성 기체 플라즈마 중의 이온으로부터 유발되는 스퍼터링 효과와 , 세척액의 성분중 활성물질로부터 유발되는 에칭효과와 스퍼터링효과의 동반 상승적 효과로 인해 증발용기(110)의 내부에 고정되어 있는 잔류물이 단시간 내에 더욱 효과적으로 제거될 수 있다. 이 경우 불활성 기체(118)로부터는 스퍼터링 비율이 증가될 수 있으므로 Ar, Xe 등의 희기체를 사용하는 것이 바람직하다.
세척액(154)을 증발용기(110)내에 공급하지 않고, 불활성 기체(18)만을 기체 공급수단(119)으로부터 공급함으로써 불활성 기체(118)에 의해 플라즈마(176)를 발생시키는 방법을 사용할 수도 있다. 이 경우 불활성 기체 플라즈마 중 이온의 스퍼터링 효과로 인해 증발용기(110)의 내부에 고정되어 있는 잔류물이 단시간 내에 효과적으로 제거될 수 있다.
이와는 다른 방법으로 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이, 증발된 세척액(154) 대신 세척액 공급장치(150a)를 사용할 수 있다. 세척액 공급장치(150a)는 불활성 기체(160)를 밸브(156)를 통해 세척액(154)내로 주입시킴으로써 세척액(154)내에 기포가 발생되도록 하는 소위 버블러 또는 버블링 장치이다. 이렇게 하여 세척액(154)의 증발이 증가함으로써 세척액(154)이 증발상태로 공급된다. 증발과정이 수행되는 경우 밸브(156, 157, 146 및 147)는 열려지고 밸브(158, 144 및 145)는 닫혀진다. 이렇게 하여 증발된 상태의 세척액(154)은 액체원료 파이프(106)를 통해 증발용기(110)로 공급된다.
상술한 바와 같은 세척액 공급장치(150a)를 사용함으로써 증발된 상태의 세척액(154)이 증발용기(110)로 공급될 수 있기 때문에 증발용기(110)는 세척공정이 수행되는 경우 가열기(112)에 의한 가열이 필요하지 않게 된다. 특히, 증발용기(110)내의 기체압력은 액체 세척액(154)이 증발용기(110)내에서 가열에 의해 증발되는 구조를 가지는 경우와 같이 만족할 만한 수준으로 플라즈마 발생을 쉽게 조절할 수 있다. 이와 동시에 가열기(112)에 의해 생성되는 열을 사용할 수도 있다.
도 5 및 도 6에 도시된 구조에 있어서, 증발원료 파이프(122), 처리실(126) 및 기체 주입 파이프(116)는 증발용기(110)와 전기적으로 도통되게 되어 있다. 그러므로 상기 구성요소들의 전위는 모두 같다. 따라서 장치의 모든 부분에 커다란 루프가 전기적으로 형성된다. 따라서 고주파 전력을 플라즈마 발생전원(172a)으로부터 노즐(14)과 접지부분 사이의 위치에 공급함으로써 플라즈마가 예상치 못한 구간에 발생하게 된다. 이러한 경우 증발장치(108)내에 발생되는 플라즈마(176a)로 고주파 전력을 공급하는 효율이 저하된다. 이를 방지하기 위해서, 예를 들면 도 8에 도시된 바와 같이 증발원료 파이프(122)와 기체 주입 파이프(116)의 중간위치(바람직하게는 증발용기(110)에 인접해 있는 위치)에 속이 빈 절연부재(178)를 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 증발용기(110)에 연결되어 있는 모든 지지부재 및 파이프와 증발용기(110) 사이에 전기적 절연이 달성된다. 또한 증발용기(110)는 확실하게 접지되어 있다.
고주파 전원인 플라즈마 발생전원(172a) 및 병렬회로(174) 대신에 예를 들면 도 9에 도시된 바와 같이 펄스전압을 전극수단으로서 역할을 하는 노즐(114)과 증발용기(110) 사이의 위치에 공급하기 위한 플라즈마 발생전원(172b)은 출력 직류전압을 발생시키기 위한 직류전원(182) 및 이 직류전원(182)으로부터 공급되는 직류전압을 온/오프(스위칭)함으로써 출력 직류전압을 발생시키기 위한 스위칭 수단(184)을 구비하고 있다. 직류전원(182)으로부터 발생되는 출력전압은 예를 들면 약 500 V ∼약 10 KV이다. 스위칭 수단(184)은 스위칭 수단(184)이 온일 때 펄스 폭이 예를 들면 약 1□s∼약 1㎳이고 듀티비가 약 0.1％∼약 10％가 되는 방식으로 작동된다. 증발용기내의 기체압력은 파센의 법칙(Paschen's Law)에 따라 결정하기 위해 필요하다.
도 9에 도시된 구조는 노즐(114)과 증발용기(110) 사이에 발생되는 고압 펄스 방전에 의해 증발용기(110)내에서 플라즈마(176)가 발생되는 것이 가능하다. 이 경우 공급되는 펄스전압의 극성, 즉 직류전원(182)의 극성은 세척될 필요가 있는 증발용기(110) 또는 노즐(114)이 음극이 되도록 하는 방식으로(도시된 구조에서는 노즐(114)이 음극이 되도록 하는 방식으로) 결정되는 것이 바람직하다. 이리하여 플라즈마(176)중의 양이온이 음극측 엘리먼트를 끌어당김으로써 스퍼터링 효과를 향상시키게 된다. 따라서 음극측 엘리먼트 잔류물이 제거될 수 있다.
플라즈마(176)를 발생시키기 위해 증발용기(110)내에서 직류 아크방전이 일어나는 방법이 사용될 수도 있으나, 노즐(14) 및 증발용기(110)가 직류 아크방전으로 인해 과다하게 손상될 수 있다. 그러므로 상술한 펄스방전을 이용하는 것이 바람직하다.
동일한 이유로 고주파 전원인 플라즈마 발생전원(172a)이 사용되는 경우 도 10에 도시된 실시예에서와 같이 음의 직류 바이어스 전압을 공급하기 위한 직류 바이어스 전원(186)을 노즐(114) 또는 증발용기(110)에 구비할 수 있다. 이 경우 플라즈마(176)의 양이온이 음의 바이어스 전압에 의해 끌어 당겨진다. 따라서 음의 바이어스 전압이 공급되는 구성요소의 잔류물이 대부분 제거될 수 있다. 직류 바이어스 전원(186)은 도 10에 도시된 실시예에서와 같이 증발용기(110)와 접지부분 사이에 직렬로 삽입될 수도 있고, 플라즈마 발생전원(172a)의 라인에 직렬로 삽입될 수도 있다. 상술한 내용에서 알 수 있는 바와 같이, 직류 바이어스 전원(186)의 방향은 도면에 도시된 것과 반대방향이 될 수도 있다.
도 11에 도시된 바와 같이 플라즈마 발생전원(172b 또는 172a)에 의해 발생되는 전기장(E)에 수직인 자기장(B)을 형성시키기 위한 자기장 형성수단이 증발용기(110) 내에 구비될 수 있다. 도 11에 도시된 실시예에서 자기장 형성수단은 증발용기(110)의 외부에 위치하는 원통형 자기코일(188)이다. 결과적으로 자기장(B)은 증발용기(110)의 축방향으로 형성되며, 이는 증발용기(110)의 기본방향으로 형성되는 전기장(E)에 수직인 방향이다. 자기코일(188) 대신 영구자석을 사용할 수도 있다. 플라즈마 발생전원은 도시된 바와 같은 형태를 가지는 펄스전압 출력을 발생시키는 플라즈마 발생전원(172b)일 수도 있고 고주파 전력출력을 발생시키는 상술한 플라즈마 발생전원(172a)일 수도 있다. 후자의 경우 시간이 경과함에 따라 전기장(E)이 변화하는 차이점에도 불구하고 전기장(E)과 자기장(B)이 서로 수직을 이룬다.
상술한 바와 같이 전기장(E)과 자기장(B)이 증발용기(110)내에서 서로 수직을 이루는 경우, 소위 동축 마그네트론 방전으로 인해 플라즈마가 증발용기(110)내에 효과적으로 국한되어 존재할 수 있다. 그러므로 증발용기(110)내의 잔류물이 제거되는 속도가 더욱 빨라질 수 있다.
증발용기의 구조는 상술한 노즐형태뿐 아니라 예를 들면 도 13에 도시된 바와 같이 디스크를 쌓아올림으로써 형성되는 형태일 수도 있다. 미국특허 제5,361,800호에 발표되어 있는 증발기는 상술한 바와 같은 구조를 갖는다. 즉 액체원료 파이프(106)에 연결되는 원료공급 파이프(206)는 증발용기(110)에 삽입된다. 원료공급 파이프(206)의 선단에 인접한 벽면에는 다수의 개구부(208)가 형성된다. 또한 개구부(208)의 주위에는 다수의 금속 디스크(210)가 쌓여져 갭이 형성된다. 따라서 액체원료(4)는 갭을 통해 사출됨으로써 그 주변으로 방출된다. 가열기(112)는 디스크(210) 각각이 증발용기(110), 원료공급 파이프(206) 등을 통해서 가열되도록 증발용기(110)에 삽입되어 있다. 디스크(210)의 중심부분에 인접한 위치로부터 사출된 액체원료(4)는 가열 디스크(210)의 주변부에서 가열되어 증발된다. 증발된 원료(120)는 증발용기(110)의 나머지 단부에 연결되어 있는 증발된 원료 파이프(122)를 통과한 다음 방출된다.
상술한 실시예는 원료공급 파이프(206)와 이 원료공급 파이프(206)에 연결된 복수의 디스크(210)가 전극수단으로서 역할을 하는 구조를 가지기 때문에 상술한 구성요소들은 증발용기(110)로부터 전기적으로 절연되어 있으며, 절연부재(212) 등에 의해 증발용기(110)에 전기적으로 연결되어 있다. 고주파 전력 또는 펄스전압은 플라즈마 발생전원(172a 또는 172b)에 의해, 원료공급 파이프(206)와 디스크(210) 및 증발용기(110) 사이의 위치에 공급됨으로써 내부에서 증발된 액체원료에 의해 증발용기(110)내에 플라즈마가 발생된다. 결과적으로 증발용기(110)내의 잔류물이 효과적으로 제거될 수 있다.
증발용기(110)의 내부를 세척하기 위해 불활성 기체(118)도 사용되는 경우, 도 13에 도시된 실시예의 구조는 기체 공급수단(119)을 형성하는 기체주입 파이프(116)가 증발용기(110)에 연결되어 있는 것에 의해 불활성 기체(18)가 증발용기(110)에 공급되는 방식으로 되어 있다.
증발용기(110)내의 잔류물을 제거함과 동시에 처리실(126)내의 잔류물을 제거하기 위한 구조 및 방법은 도 12에 도시되어 있다.
이 경우, 밸브(162)는 닫혀지고 밸브(124 및 138)는 열려진다. 따라서 처리실(126)의 내부가 진공 배기 처리수단(140)에 의해 진공 배기 처리되는 동안, 증발용기(110)로부터 공급되며 세척공정이 수행된 후 생성되는 배기가스(121)가 처리실(126)로 공급된다. 또한 배기가스(121)는 처리실(126)내에서 플라즈마(204)를 발생시키는데 사용된다. 플라즈마(204)는 처리실(126)내의 잔류물, 특히 처리실(126), 기체 확산판(132) 및 홀더(136)의 내벽에 고정되어 있는 잔류물을 증발용기(110)의 내부 세척 공정과 동시에 제거시키는데 사용된다.
즉, 증발용기(110)로부터 공급되며 세척공정이 수행된 후에 생성되는 배기가스(121)는 증발용기의 내부를 세척하는데 사용되는 기체의 성분, 특히 최소한 증발된 세척액(154) 또는 불활성 기체(118)중의 하나로 이루어진 성분을 함유한다. 따라서 상술한 기체 성분을 가지는 플라즈마(204)가 처리실(126)에서 발생되는 경우, 플라즈마로부터 유발되는 에칭 효과 및/또는 스퍼터링 효과로 인해 처리실(126)내의 잔류물이 단시간 내에 효과적으로 제거될 수 있다. 증발용기(10)내의 잔류물 제거와 처리실(126)내의 잔류물 제거가 상술한 바와 같이 수행되는 경우, CVD 장치를 세척하는데 필요한 시간이 현저하게 단축될 수 있다.
도 12에 도시된 구조에서 플라즈마(204)는 홀더(136)와 지지컬럼(192) 사이의 구간을 절연부재(190)에 의해 전기적으로 절연시킴으로써 처리실(126)내에서 발생된다. 또한 플라즈마를 발생시키기 위한 전원으로서 역할을 하는 고주파 전원(194)은 병렬회로(196)를 통해서 홀더(136)와 접지부분 사이의 위치에 연결되어 있다. 처리실(126)과 이 처리실(126)에 전기적으로 연결되어 있는 기체 확산판(132)은 접지되어 있다. 상술한 구조의 결과로 홀더(136)와 처리실(126) 및 기체 확산판(132) 사이에서 고주파 방전이 일어나고 이로 인해 플라즈마(204)가 발생된다.
이 실시예에서 잔류물 및 세척액 성분을 가두어 흡착시키기 위한 트래핑수단(164)이 밸브(138)와 진공 배기 처리수단(140) 사이에 구비된다. 처리실(126)의 내부가 세척된 후의 배기가스는 트래핑수단(164)내에서 무해성으로 되며 그 다음 진공 배기 처리수단(140)에 의해 외부로 배출된다.
고주파 전원(194)으로부터 고주파 전력을 공급하는 방법에는 도 12에 도시된 방법과 또 다른 방법이 있다. 예를 들면 기체 확산판(132)이 처리실(126)로부터 전기적으로 절연된 구조를 이용할 수 있다. 또한 고주파 전원(194)은 직렬회로(196)를 통해서 기체 확산판(132)에 연결되어 있기 때문에 고주파 전원(194)으로부터 전력이 공급된다. 이 경우 처리실(126)은 접지되어 있다. 홀더(136)도 접지되는 것이 바람직하지만, 접지부분으로부터 위로 떨어져 있을 수도 있다. 또한 이 경우도 상술한 구조에서와 같이 기체 확산판(132)과 처리실(126) 사이에서 일어나는 고주파 방전에 의해 플라즈마(204)가 처리실(126)내에서 발생된다. 결과적으로 처리실(126)내의 잔류물이 제거될 수 있다.
도 10에 도시된 실시예와 마찬가지로 세척되어야 하는 구성요소에 음의 직류 바이어스 전압을 공급하기 위한 직류 바이어스 전원이 또한 구비될 수 있다. 이 경우 음의 바이어스 전압이 가해지는 구성요소내의 잔류물이 대부분 제거될 수 있다.
도 9에 도시된 실시예와 마찬가지로 고주파 전원(194) 및 직렬회로(196) 대신 출력 펄스전압을 발생시키기 위한 플라즈마 발생전원을 사용함으로써 플라즈마(204)를 발생시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 증발용기(110)의 내부와 처리실(126)의 내부가 동시에 세척되고, 증발용기(110)내의 기체압력이 증발용기(110)내에서 방전이 이루어지기에(플라즈마를 발생시키기에) 적합한 수준으로 유지되는 경우, 처리실(126)내의 기체압력은 당연히 증발용기(110)내의 기체압력보다 낮게 된다. 그 이유는 처리실(126)이 진공 배기 처리수단(140)에 인접해 위치하고, 기체의 콘덕턴스가 증발된 원료 파이프(122) 등에 의해 낮게 되기 때문이다. 그러므로 처리실(126)내의 기체 압력이 매우 낮아지므로 처리실(126)내에서 방전이 일어나게 된다(플라즈마가 발생된다). 이 경우, 최소한 상술한 증발된 세척액 또는 상술한 불활성 기체(즉, 질소 기체 또는 희기체)중의 하나가, 배기 가스(121)에 의해 처리실(126)내로 추가적으로 주입될 수 있다. 결과적으로 증발용기(110)내의 기체 압력뿐만 아니라 처리실(126)내의 기체 압력은 플라즈마를 발생시키기에 적합한 수준으로 유지될 수 있다. 이를 달성하기 위해서 세척액 공급 장치(50a)의 밸브(158)와 기체 주입 파이프(128)가, 예를 들면 도 12에 도시된 바와 같이 파이프(198), 밸브(200 및 201) 및 유량 조절수단(202)을 통해서 서로 연결되어 있다. 결과적으로 최소한 세척액 공급장치(150a)내에서 증발되는 세척액(154) 또는 불활성 기체(160) 중의 하나가 처리실(126)내로 공급될 수 있다.
기체 압력이 비교적 높다 할지라도 증발용기(110)내에서 방전이 유지될 수 있는 경우, 밸브(138)는 개방 정도를 조절하기 위한 밸브가 될 수 있으므로, 방전이 일어나기에 적합한 수준으로 처리실(126)내의 기체의 압력을 유지시킬 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 구조를 가지기 때문에, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 제 1 특징에 따르면, 세척액의 사용에 의한 증발기내의 잔류물 제거와, 세척액의 성분을 함유하는 배기가스의 사용에 의한 처리실내의 잔류물 제거를 동시에 수행할 수 있다. 따라서 증발기 및 처리실을 세척하는데 요구되는 총시간을 단축시킬 수 있다. 그러므로 CVD 장치의 작동을 중단하는 시간을 단축시킬 수 있다. 결과적으로 CVD 장치의 처리량을 증가시킬 수 있다. 또한 증발기와 처리실의 세척공정에 동일한 세척액을 사용할 수 있다. 그러므로 세척액을 절약할 수 있고 경제적 효과도 높일 수 있다.
본 발명의 제 2 특징에 따르면, 증발된 상태의 세척액이 증발기에 주입되는 구조를 가진다. 그러므로 세척공정이 수행될 때 요구되는 증발기내 가열과정이 생략될 수 있다.
본 발명의 제 3 특징에 따르면, 증발상태의 세척액이 증발기내에 주입되고 또한 증발기의 가열이 수행되는 방식으로 이루어진다. 그러므로 세척액의 잔류물 용해효과가 향상될 수 있다. 결과적으로 증발기내의 잔류물 제거효과 또한 향상된다.
본 발명의 제 4 특징에 따르면, 처리실내의 세척액의 성분중 활성인 물질을 생성시키는 배기가스를 사용하여 플라즈마를 발생시키는 방식으로 이루어진다. 그러므로 활성물질의 에칭효과 및 스퍼터링 효과로 인해 처리실의 내부에 고정되어 있는 잔류물이 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 제 5 특징에 따르면, 처리실내에서 플라즈마를 발생시키기에 적합한 기체압력을 쉽게 실현시킬 수 있다. 불활성 기체가 처리실내에서 플라즈마로 형성되기 때문에 불활성 기체가 처리실내에서 플라즈마로 형성되기 때문에 불활성 기체 플라즈마내의 이온에 의해 유발되는 스퍼터링 효과와 세척액의 성분중 활성인 물질의 에칭효과 및 스퍼터링 효과의 동반 상승효과로 인해 처리실의 내부에 고정되어 있는 잔류물이 더욱 단시간 내에 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 제 6 특징에 따르면, 증발된 세척액을 사용함으로써 증발용기 내에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마가 발생됨으로써 세척액의 성분중 활성인 물질이 생성될 수 있다. 그러므로 활성물질의 에칭효과 및 스퍼터링 효과로 인해 증발용기의 내부에 고정될 수 있는 잔류물이 단시간 내에 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 제 7 특징에 따르면, 불활성 기체를 사용함으로써 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그러므로 플라즈마내의 이온의 스퍼터링 효과로 인해 증발용기의 내부에 고정되어 있는 잔류물이 단시간 내에 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 제 8 특징에 따르면, 증발된 세척액 및 불활성 기체를 사용함으로써 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 그러므로 세척액중의 활성물질의 에칭효과 및 스퍼터링 효과와 불활성 기체중의 이온의 스퍼터링 효과로 인해 증발용기의 내부에 고정되어 있는 잔류물이 단시간 내에 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명의 제 9 특징에 따르면, 증발용기의 내부에 증발된 상태의 세척액을 공급할 수 있다. 그러므로 액체 세척액이 증발용기 내에서 가열되어 증발될 때와 비교해서 같은 구조를 가지는 플라즈마를 발생시키기에 적합한 수준으로 증발용기내의 기체압력을 조절할 수 있다.
본 발명의 제 10 특징에 따르면, 상기 증발용기 또는 상기 전극수단에 음의 직류 바이어스 전압을 가할 수 있다. 음의 바이어스 전압으로 가해진 구성요소의 스퍼터링 효과 및 에칭효과가 향상될 수 있으므로 음의 바이어스 전압으로 가해진 구성요소에 고정되어 있는 잔류물이 대부분 제거될 수 있다.
본 발명의 제 11 특징에 따르면, 동축의 마그네트론 방전으로 인해 증발용기 내에 플라즈마를 효과적으로 제한시킬 수 있다. 그러므로 증발용기내의 잔류물이 제거되는 속도가 더욱 빨라질 수 있다.
본 발명의 제 12 특징에 따르면, 증발용기의 내부에 고정되어 있는 잔류물을 제거하는 것과 동시에 단시간 내에 플라즈마를 사용하여 처리실의 내부에 고정되어 있는 잔류물을 효과적으로 제거할 수 있다. 그러므로 CVD 장치를 세척하는데 요구되는 시간이 현저하게 단축될 수 있다.
본 발명의 제 13 특징에 따르면, 처리실내의 기체압력을 플라즈마를 발생시키기에 적합한 수준으로 쉽게 유지시킬 수 있다. 그러므로 증발용기 및 처리실내의 잔류물이 더욱 효과적으로 제거될 수 있다.

Claims (13)

  1. 열을 가함으로써 액체원료를 증발시키기 위한 증발기와 상기 증발기에 의해 증발된 원료를 사용하여 CVD 법에 의해 기판에 박막을 형성시키는 처리실을 구비하는 CVD 장치를 세척하는 방법에 있어서,
    상기 증발기 및 처리실내에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 세척액을 상기 증발기내에 주입한 다음, 이 세척액을 가열시킴으로써 상기 증발기내에서 잔류물이 제거되는 동안 세척액을 증발시키는 단계와,
    상기 세척액의 성분을 함유하는 배기가스를 상기 증발기로부터 상기 처리실의 내부로 주입시킴으로써 상기 처리실내의 잔류물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 처리실에 주입된 배기가스는 잔류물이 제거될 때 플라즈마를 발생시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 처리실내의 기체의 압력이 조절되도록 잔류물이 제거될 때 최소한 질소기체 또는 희(稀)기체중의 하나로 이루어지는 불활성 기체가 상기 처리실에 주입되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  4. 열을 가함으로써 액체원료를 증발시키기 위한 증발기와 상기 증발기에 의해 증발된 원료를 사용하여 CVD 법에 의해 기판에 박막을 형성시키는 처리실을 구비하는 CVD 장치를 세척하는 방법에 있어서,
    상기 증발기 및 처리실내에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 세척액을, 잔류물이 상기 증발기내에서 제거되도록 하기 위해 이 세척액이 증발상태로 되는 방식으로 상기 증발기내에 주입하는 단계와,
    상기 세척액의 성분을 함유하는 배기가스를 상기 증발기로부터 상기 처리실의 내부로 주입시킴으로써 상기 처리실내의 잔류물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 증발기는 잔류물이 제거될 때 가열되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 처리실에 주입된 배기가스는 잔류물이 제거될 때 플라즈마를 발생시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 처리실내의 기체의 압력이 조절되도록 잔류물이 제거될 때 최소한 질소기체 또는 희(稀)기체중의 하나로 이루어지는 불활성 기체가 상기 처리실에 주입되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  8. 액체원료가 주입되는 전도성 물질로 이루어진 증발용기,
    상기 증발용기 내에 가해진 액체를 증발시키도록 상기 증발용기를 가열하기 위한 가열기,
    상기 증발용기 내부에서 생성된 잔류물을 용해시키기 위한 세척액을 상기 증발용기의 내부에 공급하는 세척액 공급수단과, 질소기체 또는 희기체 중의 적어도 어느 하나로 구성되는 불활성 기체를 상기 증발용기의 내부에 공급하기 위한 기체 공급수단 중의 적어도 어느 하나와,
    상기 증발용기와 전기적으로 절연되는 방식으로 상기 증발용기에 배치되는 전극수단, 및
    상기 증발된 세척액과 희가스를 사용함으로써 상기 증발용기 내에 플라즈마를 발생시키도록 상기 전극수단과 상기 증발용기 사이의 위치에 고주파 전력 또는 펄스전압을 공급하기 위한 플라즈마 발생 전원을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체원료 증발장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 세척액 공급수단은 증발된 상태의 세척액을 상기 증발용기의 내부로 공급하는 것을 특징으로 하는 액체원료 증발장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 증발용기 또는 상기 전극수단에 음의 직류 바이어스 전압을 인가하기 위한 직류 전원을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 액체원료 증발장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생전원에 의해 생성되는 전기장에 수직인 자기장을 형성시키기 위한 자기장 형성수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 액체원료 증발장치.
  12. 제 8항에 따르는 액체원료를 증발시키기 위한 장치와, 상기 증발장치에서 증발된 원료를 사용하여 CVD법에 의해 기판에 박막을 형성시키기 위한 처리실을 포함하는 CVD 장치를 세척하는 방법에 있어서,
    상기 처리실의 내부가 진공 배기 처리되는 동안 플라즈마를 사용함으로써 상기 증발용기내의 잔류물을 제거한 후 발생되는 배기가스를 주입하는 단계와,
    상기 증발용기내의 잔류물을 제거함과 동시에 상기 처리실내의 잔류물을 제거하기 위해 상기 배기가스를 사용함으로써 상기 처리실내에 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    플라즈마가 상기 배기가스의 사용에 의해 상기 처리실에서 발생될 때, 상기 처리실에서 생성되는 잔류물을 용해시키기 위한 증발된 세척액이나 불활성 기체 중의 적어도 하나 이상이 상기 처리실내로 주입되는 것을 특징으로 하는 CVD 장치 세척방법.
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