KR20010114169A - 열처리장치 및 열처리장치의 세정방법 - Google Patents

열처리장치 및 열처리장치의 세정방법 Download PDF

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Abstract

반도체 웨이퍼와 같은 피처리체(W)위의 막을 분해하기 위하여 불필요한 막은 처리용기(8) 내를 통과하는 세정가스에 의해 제거된다. 이 경우에, 세정가스는 가스가열 기구(52)에 의해 가열되고 활성화되며, 세정가스는 이러한 상태에서 처리용기(8)를 통과한다. 이와 같이 함으로써, 석영제 처리용기 내의 처리용기를 손상시키지 않고 불필요한 막은 효과적으로 제거된다.

Description

열처리장치 및 열처리장치의 세정방법 {HEAT TREATMENT APPARATUS AND CLEANING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 피처리체나 처리 디바이스 없이 막위의 오염물질을 제거하기 위한 열처리장치 및 그 세정방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 디바이스를 제조하기 위하여, 피처리체인 반도체 웨이퍼에 대하여 막형성 처리와 패턴 에칭 처리가 반복적으로 실행되고, 요구되는 디바이스가 제조된다. 특히, 막형성 처리에 관하여는, 반도체 디바이스의 고집적화와 고밀도화로 인하여 그 사양, 즉 설계규준이 해마다 엄격해지고 있다. 예를 들면, 디바이스의 축전기 절연막이나 게이트 절연막과 같은 극히 얇은 산화막에 대하여도, 더욱 얇은 막이 요구되고, 동시에 더욱 높은 절연성이 요구된다 .
이러한 여건 하에서, 종래에 사용된 실리콘 산화막과 실리콘 질화막 대신에, 보다 나은 절연성 및 유전율 등의 전기적 특성을 가지는 재료로서, 예를 들면 탄탈륨 산화막과 같은 금속 산화막과, 탄탈륨 산화막보다 더 큰 유전율을 가지는 합금산화막, 예를 들면 SrTiO3(이하 STO라 호칭한다)과 BaxSri-xTiO3(이하 BSTO라 호칭한다)이 연구되어 왔다. 이것들 외에도, 다양한 금속막과 금속 산화막이 유전층으로서 연구되어 왔다.
한편, 막형성 장치와 같은 배치 타입의 열처리장치는 석영으로 제조된 종(縱)형·횡(橫)형의 원통형 처리용기를 가진다. 그러한 배치 타입의 열처리장치에서는, 처리용기나 웨이퍼 보트의 내벽에 접착된 불필요한 막을 제거하기 위하여, 그러한 불필요한 막을 제거하는 세정처리가 주기적으로 또는 불규칙적으로 실행된다.
세정처리에서는, 처리용기 자체를 제거하고, 처리용기를 세정 용액에 침지하여, 불필요한 막을 제거하는 대규모의 습식 세정이 개발되었다. 처리용기가 조립된 상태에서 ClF3, HCl, Cl2, NF3, 또는 F2와 같은 세정 가스를 흐르게 하여 불필요한 막을 제거하는 긴 처리시간을 요구하지 않는 간단한 건식 세정이 개발되었다.
전체적으로 반도체 디바이스의 생산성 향상의 관점에서, 건식 세정을 사용하여 불필요한 막을 보다 효과적으로 제거하는 것이 요구된다.
그러나, 상기 언급한 최근에 연구되어 온 STO나 BSTO와 같은 합금 산화막 또는 새로운 금속 산화막을 형성하는 경우에는, 그러한 불필요한 막이 완전히 제거될 수 없는 경우가 있다. 예를 들면, 일반적으로, 세정시에 처리용기의 온도가 증가하는 경우에는, 세정가스의 반응성이 증가한다. 그 결과, 현재까지 제거하기 어려웠던 신종 막이 제거될 수 있고, 그리하여 세정 효율이 증가한다. 그러나, 동시에, 반도체 웨이퍼를 지지하는 석영으로 된 처리용기와 석영으로 된 웨이퍼보트는 세정가스에 의해 손상을 받을 수도 있고 처리용기의 온도는 과도하게 증가될 수 없다.
게다가, 종래에 사용된 실리콘 산화막이나 실리콘 질화막 같은 불필요한 막을 보다 효과적으로 또한 보다 짧은 시간 내에 제거하는 것이 요구된다 하더라도, 상기한 바와 같이, 온도가 증가하면 처리용기 자체는 큰 손상을 입게된다. 그러므로, 세정가스의 가스종류에 의한다 하더라도, 온도는 예를 들면 800℃ 이상으로 증가될 수 없고 세정효율도 더욱 향상될 수 없다.
더욱이, 세정가스의 도입부 근처에서, 가스는 상온에 근접한 온도에서 도입되고, 따라서 세정가스의 온도가 부분적으로 낮아지는 문제가 발생되고, 그리하여 가스 도입부의 근처에서 불필요한 막은 효과적으로 완전히 제거될 수 없다.
본 발명의 목적은 상술한 문제점들을 효과적으로 해결하기 위한 것이고, 처리 디바이스에 손상을 주지 않고 석영제 처리용기 내에 있는 불필요한 막을 효과적으로 제거하고 피처리체 위의 오염물질을 효과적으로 제거하기 위한 열처리장치 및 이를 위한 세정방법을 제공하고자 함에 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 열처리장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 석영제 외부 원통을 가지는 단관 구조의 열처리장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 단관 구조의 열처리장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 열처리장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에서 히터의 온도와 반응튜브(처리용기)의 온도와의 상관관계를 나타내는 표이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 101 : 열처리장치 2, 103 : 내관
4 : 갭 6, 104 : 외관
8, 102 : 처리용기(반응튜브) 10 : 가열수단
12 : 단열재 16, 105 : 매니폴드
18, 109 :웨이퍼보트 22 : 회전테이블
24, 107 : 커버 32 : 승강기구
34 : 아암 36 : 가스도입 노즐
38 : 세정가스도입노즐 40 : 배기구
42 : 세정가스 공급수단 50 : 유량제어기
52 : 가스가열 기구 54 : 가스히터
108 :보트승강기 112 : 처리용기 히터
113 : 세정가스 도입관 114 : 배출구
115 : 히터 116 : 제어부
본 발명은 세정가스를 가열되고 유지된 처리용기 내에 공급하고 처리용기에서 불필요한 막을 제거하기 위한 열처리장치의 세정방법으로서, 세정가스처리용기의 외측에서 세정가스를 예열하는 단계와, 예열된 세정가스를 처리용기에 공급하는단계와, 소정의 온도로 처리용기의 내부를 가열하고 유지하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 피처리체의 유지수단이 처리용기내에 포함된 상태에서 처리용기가 소정의 온도로 가열되고 유지되는 세정방법이다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 세정가스는 예열단계에서 세정가스의 활성화 가능온도로 예열되는 세정방법이다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 세정가스는 예열단계에서 세정가스의 열 분해온도로 예열되는 세정방법이다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 상기 세정가스는 ClF3를 포함하며, 예열단계에서 200℃ 내지 400℃의 범위에서 ClF3의 활성화 가능온도까지 예열되는 세정방법이다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 상기 세정가스는 ClF3를 포함하며, 예열단계에서 300℃ 내지 1000℃의 범위에서 ClF3의 열분해 온도까지 예열되는 세정방법이다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 처리용기내의 불필요한 막은 처리용기내의 피처리체의 표면 위에 형성된 막과 같은 종류의 막인 세정방법이다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 처리용기는 석영이나 SiC로 제조된 세정방법이다.
본 발명은 피처리체를 포함하는 처리용기 내로 세정가스를 공급하고 처리용기 내에서 피처리체 위의 오염물질을 제거하기 위한 열처리장치의 세정방법으로서, 세정가스를 처리용기의 외측에서 세정가스의 활성화 가능온도까지 예열하는 단계와, 처리용기 내로 예열된 세정가스를 공급하는 단계와, 소정의 온도로 처리용기의 내부를 가열하고 유지하는 단계를 포함하여 구성된다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 예열 세정가스는 염산을 포함하며, 800℃이상의 염산의 활성화 가능온도까지 가열되며, 처리용기 내부는 700℃ 내지 1000℃로 가열되고 유지된다.
본 발명은 열처리장치의 세정방법에 있어서, 피처리체 위의 오염물질은 철, 구리, 알루미늄, 텅스텐 중의 하나 이상이다.
본 발명은 피처리체에 대한 유지수단을 가지는 처리용기, 처리용기를 가열하기 위하여 처리용기의 외측에 배치된 처리용기 히터, 처리용기 내로 세정가스를 공급하기 위한 세정가스 공급수단, 처리용기의 외측에서 세정가스를 예열하기 위하여 세정가스 공급수단에 연결된 세정가스 히터를 포함하여 구성되는 열처리장치에 있어서, 세정가스 히터와 처리용기 히터는 제어수단에 의해 제어되는 열처리장치이다.
본 발명은 열처리장치에 있어서, 피처리체는 유지수단에 의해 유지되고, 세정가스는 세정가스 히터에 의해 활성화 가능온도까지 예열되어 피처리체 위의 오염물질이 제거되는 열처리장치이다.
본 발명은 열처리장치에 있어서, 세정가스는 염산을 포함하고 제어수단은 세정가스를 800℃이상의 활성화 가능온도까지 가열하도록 세정가스 히터를 제어하고, 처리용기를 700℃ 내지 1000℃로 가열하도록 처리용기 히터를 제어하는 열처리장치이다.
본 발명은 열처리장치에 있어서, 피처리체 위의 오염물질은 철, 구리, 알루미늄, 텅스텐 중의 하나 이상인 열처리장치이다.
본 발명은 열처리장치에 있어서, 처리 디바이스는 피처리체를 수용하기 위한 내관과 내관을 덮도록 천정부를 가지는 외관으로 구성되며, 세정가스 공급수단은 내관 내로 연결되는 열처리장치이다.
본 발명은 열처리장치에 있어서, 세정가스 히터의 하류측에는 세정가스에 유로저항(flow path resistance)을 주도록 오리피스가 설치되어 있는 열처리장치이다.
본 발명에 따르면, 처리용기 또는 처리용기와 피처리체의 유지수단에 손상을 주는 일없이, 불필요한 막의 제거율은 향상되고 종래의 방법에 의해서는 제거할 수 없었던 불필요한 막이 효과적으로 제거될 수 있다.
본 발명에 따르면, 세정가스는 활성화 가능온도로 가열되고 가열된 세정가스는 처리용기로 공급된다. 처리용기에서 온도는 소정의 온도, 예를 들면 세정가스의 활성화 상태를 유지하는 온도로 가열되고 가열된다. 그러므로, 세정가스는 활성화된 상태에서 처리용기로 공급되고 처리용기 내에서조차도 활성화된 상태로 유지된다. 활성화된 상태에서 세정가스는 피처리체의 오염물질과 이러한 방식으로 반응하고 그리하여 반응은 증진된다. 따라서, 피처리체에 부착된 오염물질의 제거효율은 향상될 수 있다.
본 발명에 따르면, 세정가스는 제어수단에 의하여 제어되는 세정가스 히터에 의해 활성화 가능온도까지 가열되고 가열된 세정가스는 세정가스 공급수단에 의해 처리용기 내로 공급된다. 게다가, 처리용기 내의 온도는 처리용기 히터에 의해 소정의 온도, 예를 들면 제어수단에 의해 세정가스의 활성화 상태를 유지하는 온도로 가열된다. 그러므로, 세정가스는 활성화된 상태로 처리용기 내로 공급되고 처리용기 내에서조차도 활성화된 상태로 유지된다. 활성화된 상태에서 세정가스는 오염물질과 이러한 방식으로 반응하고 따라서 반응은 증진된다. 그리하여, 피처리체에 부착된 오염물질의 제거 효율은 향상될 수 있다.
제 1 실시예
본 발명에 의한 열처리장치 및 그 세정방법의 제 1 실시예를 첨부도면을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 세정방법을 실행하기 위한 열처리장치(막형성 장치)를 나타내는 개략도이다. 여기에서, 열처리장치(1)로서, LP-CVD를 사용하는 종형 막형성 디바이스의 일 예가 설명된다. 도면에 나타낸 바와 같이, 열처리장치(1)는 석영제 원통형 내관(2) 및 내관과 외관 사이에 소정의 갭(4)을 형성하도록 내관 (2)의 외측에 집중적으로 배치된 석영제 외관(6)으로 구성된 이중관 구조의 처리용기(8)를 가지며, 처리용기(8)의 외측은 히터와 같은 가열수단(처리용기히터)(10)과 단열재(12)를 가지는 가열 유니트(14)에 의해 덮여있다. 가열수단(10)은 단열재 (12)의 전체 내부표면에 설치된다.
처리용기(8)의 하단은 예를 들면 스테인레스 스틸제인 원통형의 매니폴드 (16)에 의해 지지되고, 내부실린더(2)는 매니폴드(16)의 내벽으로부터 내부 쪽으로 돌출된 링형태의 지지판(16A)에 의해 지지되며, 석영제 웨이퍼보트(18)는 피처리체인 복수개의 반도체 웨이퍼(W)를 수직으로 이동가능하고 자유롭게 제거할 수 있도록 매니폴드(16)의 하부로부터 로딩(loading)하기 위하여 피처리체의 지지수단으로서 설치된다.
웨이퍼보트(18)는 석영제 절연실린더(20)를 통하여 회전테이블(22)위에 장착되고, 턴테이블(22)은 매니폴드(16)의 하단 개구부를 개폐하는 커버(24)를 관통하는 회전축(26)위에 지지된다.
자성유체 씨일(28)은 회전축을 둘러싸도록 마련되어, 예를 들면 자유롭게 회전하도록 기밀하게 회전축(26)을 지지한다. 게다가 커버(24)의 주변부와 매니폴드(16)의 하단사이에는 예를 들면 O링으로 구성된 씨일 부재(30)가 용기(8)의 내부에서 씨일링 성질을 유지하도록 마련된다.
회전축(26)은 웨이퍼보트(18)와 커버(24)가 합체하여 상하로 이동하도록 보트승강기와 같은 승강 기구(32)에 의해 지지되는 아암(34)의 단부에 부착된다.
매니폴드(16)의 측면에는, 막형성 가스와 비활성 가스, 예를 들면 N2가스를 내부실린더(2)에 도입하는 가스 도입 노즐(36)과, 처리용기에서 건식 세정을 할 때에 세정가스를 도입하는 세정가스 도입 노즐(38), 및 처리용기(8)에서 내관(2)과 외관(2) 사이의 갭(4)의 바닥으로부터 대기를 배기하는 배기구(40)가 각각 마련된다. 진공 배기 시스템이 배기구(40)에 진공 펌프(도시하지 않음)를 통하여 연결된다. 게다가, 세정가스 공급수단(42)은 세정가스 도입 노즐(38)에 연결된다. 상기 세정가스 공급수단(42)은 세정가스 공급원(44)과 개폐밸브(48)에 연결된 가스통로 (46)를 가지며, 질량유량 제어기와 같은 세정가스의 유량율을 제어하는 유량 제어기(50)와, 유동하는 세정가스를 소정의 온도로 예열하기 위하여 유량 제어기의 하류측에 가스가열 기구(52)가 가스통로(46)에 설치된다. 그 유량이 요구되는 수치로 제어되는 세정가스는 소정의 온도로 가열되고 처리용기 내로 흐른다. 가스가열 기구(52)는 제어되는 가스 히터(세정가스 히터)(54)를 갖는다. 그 내부구조는 세정가스를 가열시킬 수만 있다면 어느 구조를 사용하여도 좋다. 여기에서는, 세정가스로서, 예를 들면 삼플루오르화 염소ClF3가 사용되었다. 세정가스로서, 플루오르화 염소(ClF)가 사용될 수도 있다. 도면에서, 참조번호 (56)는 외관(6)의 하단과 매니폴드(16)의 상단사이에 있는 O링과 같은 씨일 부재를 나타낸다.
다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 장치를 사용하는 막형성 처리에 대하여 설명한다.
우선, 반도체 웨이퍼(피처리체)를 유지하는 웨이퍼보트(피처리체에 대한 유지수단)(18)가 로드되지 않은 상태이고 막형성 장치가 대기상태일 때에는, 처리용기(8)는 막형성 처리 온도, 예를 들면 600℃이하의 온도에서 유지된다. 처리되지 않은 웨이퍼(W)는 웨이퍼 캐리어(도시하지 않음)로부터 웨이퍼보트(18)에 로드되고 상온에서 로드된 웨이퍼(W)를 갖는 웨이퍼보트(18)는 위로 이동하여 처리용기에 아래로부터 로드되고 매니폴드(16)의 하단 개구부는 커버(24)에 의해 폐쇄되며, 그리하여 처리용기(8)는 기밀하게 폐쇄된다.
그런 다음에, 처리용기(8)는 소정의 막형성 처리 압력에서 유지되고 웨이퍼 온도가 상승하여 소정의 막형성 처리 온도로 안정될 때까지 대기하고, 그리고 나서 소정의 막형성 가스는 처리가스 도입 노즐(36)로부터 처리용기(8) 내로 도입된다. 막형성 가스는 처리가스 도입 노즐(36)로부터 내관(2)의 내부 바닥위로 도입되고, 그리고 나서 내관(2)에서 회전하는 웨이퍼(W)와 접촉하여 막형성 반응을 실행함으로써 위쪽으로 움직이고, 천정부로부터 내관(2)과 외관(6) 사이의 갭(4)내에서 아래쪽으로 움직이며, 배기구로부터 용기의 외측으로 배출된다. 그 결과, 소정의 막이 각각의 웨이퍼(W)에 형성된다.
막형성 처리의 흐름에 대하여 상술하였다.
그러나, 이러한 막형성 처리가 반복되면, 막형성 가스의 흐름방향을 따라서, 불필요한 막이 석영부재의 벽 표면에 불가피하게 형성된다. 불필요한 막은 웨이퍼보트(18), 내관(2)의 내부 및 외부표면, 외관(6)의 내부표면, 단열관의 표면에 부착된다.
따라서, 막형성 처리가 어느 정도로 실행된 때에, 파티클의 원인이 되는 불필요하게 부착된 막의 제거를 위한 세정 조작이 실행된다.
세정조작은, 예를 들면 아무런 웨이퍼도 유지하지 않는 빈 웨이퍼보트(18)가 처리용기(8) 내로 도입되는 상태에서 실행된다. 즉, 상술한 막형성 처리가 실행된 후에, 승강기구(32)가 구동되고, 그리하여 웨이퍼보트(18)는 처리용기(8)로부터 언로드(unloaded)된다. 따라서, 웨이퍼보트(18)에 수용된 처리된 웨이퍼(W)는 이송기구(도시하지 않음)를 사용하는 웨이퍼캐리어(도시하지 않음) 내로 모두 이송되고, 웨이퍼보트(18)는 비워지게 된다. 처리된 웨이퍼의 이동이 이와 같이 실행되고 난 후에, 승강기구(32)는 다시 구동되고, 그리하여 빈 웨이퍼보트(18)는 처리용기(8)에서 로드되고 매니폴드(16)의 하단 개구부는 커버(24)에 의해 기밀하게 폐쇄된다.
처리용기(8)는 소정의 온도에서, 예를 들면 200℃ 내지 1000℃의 범위 내에서 가열수단(10)에 의해 유지되고, 유량이 제어되는 세정가스로서의 ClF3가스는 세정가스 도입 노즐(38)로부터 내관(2)의 내부바닥으로 공급되고, 이와 동시에, 필요하면 희석가스로서의 비활성 가스, 예를 들면 N2가스가 처리가스 도입 노즐(36)로부터 도입된다. 이 경우에, 상술한 세정가스는 처리용기(8)로 도입되기 직전에 가스가열 기구(52)에 의해 소정의 온도까지 예열된다.
상술한 비활성 가스와 미리 소정의 온도로 예열된 세정가스는 처리용기(8)에서 혼합되고, 혼합가스는 상술한 막형성 가스와 같은 방식으로 내관(2) 내를 상승하여 천정부에 도달하며, 여기서 되돌려, 내관(2)과 외관(6) 사이의 갭(4)내를 아래로 흐르고, 배기구(40)로부터 용기의 외부로 배출된다. ClF3가스가 흐르는 경로에서, 벽 표면에 부착된 불필요한 막은 ClF3가스와 반응하여 에칭되고 조금씩 제거된다.
이 경우에, 상술한 바와 같이, 세정가스는 처리용기(8)로 도입되기 직전에소정의 온도까지 예열되어 불필요한 막은 충분한 반응상태에 있고 효과적이고 신속하게 제거될 수 있으며 세정은 효과적으로, 예를 들면 짧은 시간 내에 실행된다.
구체적으로는, 가스가열 기구(52)에서 가열됨으로써 세정가스의 온도는 가스분자의 운동에너지가 단지 증가하는 온도일 수도 있고, 또는 가스분자가 고에너지 상태로 여기되어 화학적으로 매우 쉽게 반응하는 상태까지 활성화되는 온도, 예를 들면, ClF3가스의 경우에는 약 200℃ 내지 400℃ 또는 그 이상의 온도일 수도 있으며, 가스분자가 원소로 분해되는 온도, 예를 들면 ClF3가스의 경우에는 약 300℃ 내지 1000℃의 온도일 수도 있다.
본 발명에 의한 세정방법에 있어서는, 세정가스는 처리용기(8)로 도입되기 직전에 소정의 온도로 예열된다.
상온 등에서 세정가스가 종래의 방법과 같이 도입된다면, 가스도입부 근처에서의 온도는 부분적으로 낮아지고 그 부분의 불필요한 막은 완전히 제거되지 않을 것이지만, 본 발명에 의한 방법에서는, 가스도입부 근처에서의 온도는 낮아지지 않고, 따라서 그 부분의 불필요한 막은 거의 완전히 제거될 수 있다.
게다가, 처리용기(8)의 온도 등의 세정 처리 조건이 종래의 방법과 같은 방식으로 설정되고 처리용기(8)가 세정된다면, 세정율(막제거율)은 본 발명에 따라 세정가스를 예열함으로써 증가되고 세정시간은 짧아질 수 있으며, 더욱이, 석영제 구성부품은 큰 손상을 입지 않는다.
게다가, 종래의 방법에서는, 석영제 구성부품의 손상이 크다 하더라도 세정온도가 증가되지 않으면 불필요한 막은 제거될 수 없었지만, 본 발명에 의한 방법에서는, 세정온도가 낮게 설정되더라도, 세정가스의 온도는 불필요한 막과 충분히 반응하도록 예열에 의해 증가되어 석영제 구성부품의 표면은 크게 손상을 입지 않으며 불필요한 막은 효과적으로 제거되고, 그 결과 처리용기(8)는 세정될 수 있다.
더욱이, 히터(14)에 의해 증가될 수 있는 상한 온도가 전력기기의 구성의 관점에서 약 800℃ 내지 1000℃이고 이러한 온도에서 불필요한 막은 제거될 수 없는 때에도, 본 발명에 의한 방법에서는 세정 처리 온도(처리용기 및 기타의 온도)는 상술한 바와 같이 약 800℃ 내지 1000℃에서 유지될 수 있고 세정가스는 용기(8)의 온도보다 더 높은 온도, 예를 들면 약 1200℃로 예열되어, 석영제 구성부품에 손상을 입히지 않으며 종래의 방법에 의하면 제거될 수 없었던 불필요한 막이 제거될 수 있다.
게다가, 종래의 세정방법에서는 처리용기내의 압력이 약 수백 파스칼(Pa)(수 Torr)이었지만, 이것을 수십 킬로 파스칼(kPa)(수백 토르)로 설정하면, 불필요한 막은 보다 효과적으로 제거될 수 있고, 세정효과는 더욱 향상될 수 있다.
여기서, 세정되어야 할 불필요한 막으로는, 예를 들면 Si막, SiO2막, Si3N4막, BSTO(BaxSr1-xTiO3)막, STO(SrTiO3)막, TiN막, Ru막, RuO2막, Ti2O5막, W막, WSi막 등과 같이 MOSFET에서 사용되는 막들이 있다.
상술한 실시예에서는, 종형 처리용기(8)가 내관(2)과 외관(6)으로 구성된 이중관 구조를 가지는 경우의 예를 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이러한 처리용기에 한정되지 않고 처리용기(8)가, 예를 들면 석영제 외관(6)으로만 구성된 단관 구조의 막형성 장치인 도 2에 나타낸 바와 같은 경우에도 적용될 수 있다. 도 2에서는, 도 1에 나타낸 장치의 동일한 구성부분 각각에 대해 동일한 참조번호가 사용되었고 그 상세한 설명은 생략한다. 이 경우에, 상술한 바와 같이, 처리용기(8)는, 예를 들면 하나의 석영제 외관(6)으로 구성된다. 큰 구경의 배기구(40)가 외관(6)의 상단에 마련되어 처리용기(8)를 진공배기한다.
이 경우에, 세정시에, 예열된 세정가스는 처리용기(8)에서 매니폴드(16)에 마련된 세정가스 도입 노즐(36)로부터 상승하고, 석영제 구성부품의 표면에 부착된 불필요한 막을 제거하며, 상단에서 배기구(40)로부터 용기의 외부로 배기된다.
도 2에 나타낸 단관 구조의 장치의 예에서는, 배기구(40)는 처리용기(8)의 상단에 마련된다. 그러나, 본 발명은 도 2의 장치에 한정되지 않는다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 배기구(40)는 도 1에 나타낸 경우와 같은 방식으로 매니폴드(16)에 마련될 수도 있고, 가스 도입 노즐(36)과 세정가스 도입 노즐(38)은 단관 구조의 처리용기의 내벽을 따라 위쪽으로 연장되며, 노즐 끝단은 처리용기(8)의 천정부에서 위치된다. 예열된 세정가스는 세정가스 도입 노즐(36)을 따라 흐르고 나서 처리용기(8)에서 하강한다. 세정가스는 석영제 구성부품의 표면에 부착된 불필요한 막을 제거하고, 매니폴드(16)에서 배기구(40)로부터 용기(8)의 외부로 배기된다.
도 2 및 도 3에 나타낸 장치에서도, 도 1에 나타낸 작동효과와 같은 작동효과가 발휘되고, 예를 들면 석영제 부재의 표면에 손상을 주지 않고서 불필요한 막을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명에 의한 방법은 동시에 복수개의 반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 배치타입의 막형성 장치의 일 예를 사용하여 상술되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 타입의 장치에 한정되지 않으며, 본 발명에 의한 방법은 반도체 웨이퍼를 하나씩 처리하기 위한 단일-웨이퍼 처리 타입의 막형성 장치에도 적용될 수 있다.
피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않으며, LCD기판, 유리기판도 사용될 수 있다.
게다가, 이중관 구조 또는 단관 구조의 처리용기(8)는 SiC로 제조될 수도 있다.
제 2 실시예
본 발명에 의한 열처리장치 및 그 세정방법에 대하여 도 4에 나타낸 배치타입의 종형 열처리장치를 사용하여 반도체 웨이퍼에 부착된 오염물질이 제거되는 경우의 예를 들어 이하에서 설명한다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 열처리장치(101)는 길이방향이 수직으로 향하는 실질적으로 원통형인 반응튜브(처리용기)(102)를 갖는다. 반응튜브(102)는 내관 (103)과, 천정부를 가지는 외관(104)으로 구성되는 이중관으로 구성되며, 외관 (104)은 내관(103)을 덮고 내관과 고정된 간격을 가지도록 형성된다. 내관(103)과 외관(104)은 단열재료, 예를 들면 석영으로 형성된다.
외관(104)의 아래에는, 스테인레스 스틸(SUS)제의 원통형 매니폴드(105)가 배치된다. 매니폴드(105)는 외관(104)의 하단과 기밀하게 연결된다. 내관(103)은매니폴드(105)의 내벽으로부터 돌출하고 매니폴드(105)와 일체로 형성된 지지링 (106)에 의해 지지된다.
커버(107)는 매니폴드(105)의 아래에 마련된다. 커버(107)는 보트승강기에 의해 상하로 이동가능 하도록 구성된다. 커버(107)가 보트승강기(108)에 의해 상승하면, 커버는 매니폴드(105)와 접촉하고 반응튜브(102)는 기밀하게 폐쇄된다.
커버(107)의 위에는, 예를 들면 석영으로 제조된 웨이퍼보트(피처리체에 대한 유지수단)(109)가 로드된다. 복수개의 피처리체, 예를 들면 반도체 웨이퍼 (110)는 소정의 간격을 두고 웨이퍼 보트(109)에 수직으로 수용된다.
단열체(111)는 반응튜브(102)를 둘러싸도록 설치된다. 예를 들면 저항발열체로 구성된 승온용 히터(처리용기 히터)(112)가 단열체(111)의 내벽면에 설치된다.
세정가스 도입관(세정가스 공급수단)(113)은 매니폴드(105)의 측면에 연결된다. 세정가스 도입관(113)은, 예를 들면 내관(103)을 향하도록 지지링(106)의 아래에 매니폴드(105)부분에 연결된다. 세정가스 도입관(113)으로부터 도입된 세정가스, 예를 들면 염산(HCl)가스와 희석가스로서의 질소(N2)가스는 내관(102)에서 반응튜브(102)로 공급된다. 매니폴드(105)의 측면에는, 처리가스 도입관(도시하지 않음)이 반응튜브(102)에 연결된다. 처리가스 도입관으로부터 도입된 처리가스에 의해 각각의 반도체 웨이퍼(110)에 박막을 형성하는 등의 각종의 처리가 실행된다.
히터(세정가스 히터)(115)는 세정가스 도입관(113)에 연결된다. 히터(115)는 예를 들면 저항발열체로 구성되고, 히터(115)내로 공급된 세정가스를 소정의 온도로 가열한다.
배출구(114)는 매니폴드(105)에 형성된다. 배출구(114)는 지지링(106)의 위쪽에 마련되고 반응튜브(102)내에서 내관(103)과 외관(104)의 사이에 형성된 공간과 소통된다. 세정가스는 세정가스 도입관(113)으로부터 내관(103)내로 공급되고, 각각의 반도체 웨이퍼(110)의 표면에 부착된 오염물질의 제거 처리가 실행되며, 제거처리에 의해 발생된 반응생성물은 내관(103)과 외관(104) 사이의 간격을 통하여 배출구(114)로부터 배출된다.
제어부(116)는 보트승강기(108), 승온용 히터(112), 세정가스 도입관(113), 히터(115)에 연결된다. 제어부(116)는 마이크로 프로세서, 프로세스 컨트롤러로 구성되고, 열처리장치(101)의 각 유니트의 온도와 압력을 측정하고 측정된 데이터에 기초하여 상기 각 유니트에 제어신호를 출력하여 열처리장치(101)의 각 유니트를 제어한다.
다음으로, 상술한 구조를 가지는 열처리장치(101)를 사용하여 반도체 웨이퍼 (110)를 세정하는 방법을 각각의 반도체 웨이퍼(110)의 표면에 부착된 오염물질이 염산 가스(세정가스)에 의해 제거되는 경우의 예를 사용하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 열처리장치(101)를 구성하는 각 유니트의 작동은 제어부(116)에 의해 제어된다.
우선, 히터(115)는 소정의 온도로 가열된다. 히터(115)의 온도는 히터(115)내로 공급된 세정가스를 활성화시키는 온도일 수도 있고, 본 실시예와 같이 염산가스를 포함하는 세정가스의 경우에는, 히터(115)의 온도는 800℃ 이상인 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 히터(115)는 1000℃로 가열되었다.
게다가, 반응튜브(102)는 그 내부가 승온용 히터(112)에 의해 소정의 온도로 가열된다. 반응튜브(102)내의 온도는 세정가스 도입관(113)으로부터 공급된 세정가스의 활성화 상태를 유지하는 온도일 수도 있고, 세정가스가 본 실시예에서와 같이 염산 가스를 포함하는 경우에는, 700℃ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 알루미늄, 철, 구리 등과 같은 중금속(오염물질)의 극히 작은 양이 내관의 석영에 포함되어 있고, 반응튜브(102)가 그 내부온도가 1000℃이상의 온도로 가열될 때에는, 석영으로부터 오염물질이 방출될 가능성이 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 반응튜브(102)는 그 내부온도가 800℃로 가열된다.
다음으로, 보트 승강기(108)에 의해 커버(107)가 낮아진 상태에서, 수용된 반도체 웨이퍼를 가지는 웨이퍼 보트(109)가 커버(107)에 로드된다. 그 다음에, 커버(107)는 보트승강기(108)에 의해 상승되고, 웨이퍼보트(109){반도체 웨이퍼 (110)}는 반응튜브(102)에 로드된다. 이렇게 함으로써, 반도체 웨이퍼(110)는 반응튜브(102)의 내관에 수용되고 반응튜브(102)는 기밀하게 폐쇄된다.
반응튜브(102)가 기밀하게 폐쇄된 후에, 세정가스는 소정의 유량으로 세정가스 도입관(113)으로부터 히터(115)로 공급된다. 본 실시예에서는, 0.5 l/min의 염산 가스와 10 l/min의 질소(N2)가스가 공급된다. 히터(115)로 공급된 염산 가스는 가열되어 히터(115)내에서 활성화된다. 그리고 나서, 그 가스는 활성화된 상태에서 세정가스 도입관(113)으로 공급되고, 내관(103)으로 도입된다. 이 경우에, 반응튜브(102)는 그 내부온도가 세정가스의 활성화 상태를 유지하는 온도로 가열되어, 염산가스는 활성화된 상태에서 각각의 반도체 웨이퍼(110)의 표면에 공급된다.
활성화된 염산 가스가 각각의 반도체 웨이퍼(110)의 표면으로 공급되면, 각각의 반도체 웨이퍼(110)의 표면에 부착된 오염물질(예를 들면, 철)과 염산 가스의 염소는 상호 반응하여 염화물{예를 들면, 2염화철(FeCl2), 3염화철(FeCl3)}이 생성된다. 이 경우에, 각각의 반도체 웨이퍼(110)의 표면에 공급된 염산 가스는 활성화되어 염산가스의 염소와 오염물질과의 반응이 촉진되고 오염물질의 제거 효율이 향상될 수 있다.
생성된 염화물은 배출구(114)를 통하여 열처리장치(101)로부터 배출된다. 염소 가스가 소정의 시간동안, 예를 들면 15분 동안 공급되면, 각각의 웨이퍼의 표면에 부착된 오염물질은 거의 제거가 되고 반도체 웨이퍼(110)는 세정된다.
반도체 웨이퍼(110)가 세정되면, 세정가스 도입관으로부터의 염소가스의 공급은 중단된다. 다음으로, 질소 가스의 소정의 양, 예를 들면 20 l/min가 세정가스 도입관(113)으로부터 공급된다. 반응튜브(102)내의 미반응 염산가스를 확실하게 배출하기 위해서는 반응튜브(102)에서 가스의 공급과 배출을 반복하는 것이 바람직하다.
미반응 염산 가스가 반응튜브(102)로부터 배출된 후에, 각각의 세정된 반도체 웨이퍼(110)에 대한 막형성처리와 같은 각종 처리가 실행된다. 반도체 웨이퍼(110)에 대하여 각종 처리가 실행되는 때에, 보트 승강기(108)에 의해 커버(107)는 하강하고 웨이퍼보트(109){반도체 웨이퍼(110)}는 반응튜브(102)로부터 언로드된다. 그런 후에, 다음 반도체 웨이퍼(110)가 웨이퍼 보트(109)에 수용되고 웨이퍼보트(109)는 반응튜브(102)에 로드되며, 같은 처리가 반복된다.
다음으로, 본 실시예의 효과를 확인하기 위해서, 오염물질로서 1×1013(atoms/cm2)의 철이 반도체 웨이퍼(110)에 부착되고 반도체 웨이퍼(110)는 세정된다. 반도체 웨이퍼(110)를 세정하기 위하여 0.5 l/min의 염산 가스와 10 l/min의 질소(N2)가스가 15분 동안 세정가스 도입관(113)으로부터 반응튜브(102)로 공급된다. 히터의 가열온도(가열하지 않고, 700℃, 800℃, 1000℃)와 반응튜브(102)의 온도(600℃, 700℃, 800℃) 사이의 상관관계가 연구되었다. 그 결과는 도 5에 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 반응튜브(102)의 온도가 700℃ 이상인 경우에는, 히터(115)의 가열온도가 800℃ 이상으로 설정되고 세정가스가 가열되면, 세정가스가 히터(115)에 의해 가열되지 않는 경우와 비교할 때에, 반도체 웨이퍼(110)에 부착된 철의 양은 크게 감소될 수 있다는 것을 확인하였다. 그 이유는 세정가스를 히터(115)에 의해 가열함으로써, 염소가스는 활성화되고, 반응튜브(102)내의 온도를 700℃ 이상으로 설정함으로써 세정가스가 반응튜브(102)내에서 활성화된 상태로 유지될 수 있기 때문이다.
반응튜브(102)내의 온도가 800℃인 경우에는, 히터(115)의 가열온도가 700℃로 설정되고 세정가스가 가열된다고 하더라도, 반응튜브(102)로 공급된 염소 가스는 활성화되지 않고 세정가스가 히터(115)에 의해 가열되지 않는 경우와 비교하여 볼 때, 반도체 웨이퍼(110)에 부착된 철의 양은 감소될 수 없다. 게다가, 반응튜브내의 온도가 600℃인 경우에는, 히터의 가열온도가 1000℃로 설정되고 세정가스가 가열된다 하더라도, 활성화된 염소 가스는 반응튜브(102)에서 활성화된 채로 유지될 수 없고, 세정가스가 히터(115)에 의해 가열되지 않는 경우와 비교하여 볼 때, 반도체 웨이퍼(110)에 부착된 철의 양은 감소될 수 없다.
상술한 바와 같이, 염소 가스가 히터(115)에 의해 활성화되고 염소가스가 반응튜브(102)내에서 활성화된 채로 유지되면, 세정가스가 히터(115)에 의해 가열되지 않는 경우와 비교하여 볼 때에, 반도체 웨이퍼(110)에 부착된 철의 양은 크게 감소될 수 있고 철(오염물질)의 제거 효과도 향상될 수 있다.
세정가스 도입관(113)으로부터 염산 가스의 유량이 0.5 l/min에서 1 l/min와 같이 2배로 되고 세정가스 도입관(113)으로부터 염산 가스의 공급시간이 15분에서 30분과 같이 2배가 될 때에, 반도체 웨이퍼(110)가 같은 방식으로 세정되고 세정가스 도입관으로부터의 유량과 공급시간에 대하여 연구되었다. 세정효과는 염산 가스의 유량과 공급시간에 의해 거의 영향을 받지 않고 동일한 결과가 얻어진다는 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 히터(115)의 가열온도가 800℃ 이상으로 설정되고, 염산 가스가 활성화되며, 반응튜브(102)내의 온도가 700℃이상으로 설정되어 염산 가스가 활성화된 채로 유지되면, 세정가스가 히터(115)에 의해 가열되지 않는 경우와 비교하여 볼 때에, 반도체 웨이퍼(110)에 부착된 철의 양은 크게 감소될 수 있었고 철의 제거 효과는 향상될 수 있었다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 예를 들면 다음의 경우에도 적용될 수 있다.
본 실시예에는, 본 발명은 반도체 웨이퍼(110)에 부착된 오염물질을 제거하기 위하여 세정가스로서 염산 가스의 예를 사용하여 설명한다. 그러나, 오염물질에 따라 각종 세정가스가 사용될 수 있다. 본 실시예에서는 히터(115)의 온도는 히터(115)에 공급된 세정가스를 활성화시키는 온도이고 반응튜브(102)내의 온도는 세정가스의 활성화된 상태를 유지하는 온도인 것이 바람직하다. 그의 온도는 사용되는 세정가스의 종류에 따라 변한다.
염산 가스를 포함하는 세정가스는, 예를 들면 염산가스와 디클로로에틸렌 가스(C2H2Cl2)의 혼합가스일 수도 있다. 더욱이, 산소 가스는 염산가스와 혼합될 수도 있다. 이 경우에, 오염물질이 산화물이라 하더라도, 열처리장치(101)로부터 배출될 수 있고 오염물질의 제거 효율은 향상될 수 있다. 그러나, 각각의 반도체 웨이퍼(110)의 표면이 불필요한 산화막을 갖지 않도록 반도체 웨이퍼(110)에 대한 세정조건을 엄격하게 제어하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서, 본 발명은 오염물질로서 철의 예를 사용하여 설명되었다. 그러나, 오염물질은 철 이외에 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W)일 수도 있다. 이들 중에 어느 것이 사용된다 하더라도, 제거 효율은 철의 경우와 같은 방식으로향상될 수 있다.
본 실시예에서는, 본 발명은 염산 가스에 대한 희석 가스로서 질소가스가 사용된 경우의 예를 가지고 설명되었다. 그러나, 희석 가스는 염산 가스와 아무런 반응성을 가지지 않는 가스일 수도 있다. 예를 들면, 아르곤(Ar)과 같은 비활성 가스가 사용될 수도 있다.
세정가스 도입관(113)의 히터(115)의 하류측에는, 세정가스 도입관(113)의 내경을 축소시키는 오리피스(113a)가 마련될 수도 있다. 이 경우에, 히터(115)의 내부를 통과하는 세정가스에는 충분한 체류시간이 주어져 히터(115)에 의한 가열 효율이 향상된다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(110)에 부착된 오염물질의 제거 효율은 더욱 향상될 수 있다. 게다가, 히터(115)의 가열온도는 낮아질 수 있다.
본 실시예에서는, 배치타입의 종형 열처리장치가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이러한 장치에 한정되지 않고, 예를 들면 단일-웨이퍼 처리 타입의 열처리장치에도 또한 적용될 수 있다. 피처리체는 반도체 웨이퍼에 한정되지 않고 LCD 유리기판에도 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피처리체에 부착된 오염물질의 제거 효율은 향상될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 세정방법에 따르면, 다음과 같은 우수한 작용효과가 발휘될 수 있다.
세정가스는 예열되고 처리용기로 도입되기 때문에, 처리용기나 처리용기 및피처리체에 대한 유지수단에 손상을 주지 않고, 불필요한 막의 제거율이 향상될 수 있고 종래의 방법에 의해서는 제거될 수 없던 불필요한 막도 효과적으로 제거될 수 있다.

Claims (17)

  1. 세정가스를 처리용기 내에 공급하고 처리용기에서 불필요한 막을 제거하기 위한 열처리장치의 세정방법으로서,
    상기 처리용기의 외측에서 상기 세정가스를 예열하는 단계와,
    상기 예열된 세정가스를 상기 처리용기에 공급하는 단계와, 소정의 온도로 상기 처리용기의 내부를 가열하고 유지하는 단계를 포함하여 구성되는 열처리장치의 세정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 피처리체의 유지수단이 상기 처리용기 내에 포함된 상태에서 상기 처리용기가 소정의 온도로 가열되고 유지되는 열처리장치의 세정방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 세정가스는 예열단계에서 상기 세정가스의 활성화 가능온도로 예열되는 열처리장치의 세정방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 세정가스는 예열단계에서 상기 세정가스의 열 분해온도로 예열되는 열처리장치의 세정방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 세정가스는 ClF3를 포함하며, 상기 예열단계에서200℃ 내지 400℃의 범위에서 ClF3의 활성화 가능온도까지 예열되는 열처리장치의 세정방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 세정가스는 ClF3를 포함하며, 상기 예열단계에서 300℃ 내지 1000℃의 범위에서 ClF3의 열 분해 온도까지 예열되는 열처리장치의 세정방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 처리용기 내의 상기 불필요한 막은 상기 처리용기내의 피처리체의 표면 위에 형성된 막과 같은 종류의 막인 열처리장치의 세정방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 처리용기는 석영이나 SiC로 제조된 열처리장치의 세정방법.
  9. 피처리체를 포함하는 처리용기 내로 세정가스를 공급하고 상기 처리용기 내에서 상기 피처리체 위의 오염물질을 제거하기 위한 열처리장치의 세정방법으로서,
    상기 세정가스를 상기 처리용기의 외측에서 상기 세정가스의 활성화 가능온도까지 예열하는 단계와,
    상기 처리용기 내로 상기 예열된 세정가스를 공급하는 단계와, 소정의 온도로 상기 처리용기의 내부를 가열하고 유지하는 단계를 포함하여 구성되는 열처리장치의 세정방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 세정가스는 염산을 포함하고, 800℃ 이상의 염산의 활성화 가능온도까지 가열되며,
    상기 처리용기 내부는 700℃ 내지 1000℃로 가열되고 유지되는 열처리장치의 세정방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 피처리체 위의 상기 오염물질은 철, 구리, 알루미늄, 텅스텐 중의 하나 이상인 열처리장치의 세정방법.
  12. 피처리체에 대한 유지수단을 가지는 처리용기와,
    상기 처리용기를 가열하기 위하여 상기 처리용기의 외측에 배치된 처리용기 히터와,
    상기 처리용기 내로 세정가스를 공급하기 위한 세정가스 공급수단과,
    상기 처리용기의 외측에서 상기 세정가스를 예열하기 위하여 상기 세정가스 공급수단에 연결된 세정가스 히터를 포함하여 구성되며,
    상기 세정가스 히터와 상기 처리용기 히터는 제어수단에 의해 제어되는 열처리장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 피처리체는 상기 유지수단에 의해 유지되고,
    상기 세정가스는 상기 세정가스 히터에 의해 활성화 가능온도까지 예열되어 상기 피처리체 위의 오염물질이 제거되는 열처리장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 세정가스는 염산을 포함하고,
    상기 제어수단은 상기 세정가스를 800℃이상의 상기 활성화 가능온도까지 가열하도록 상기 세정가스 히터를 제어하고, 상기 처리용기를 700℃ 내지 1000℃로 가열하도록 상기 처리용기 히터를 제어하는 열처리장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 피처리체 위의 상기 오염물질은 철, 구리, 알루미늄, 텅스텐 중의 하나 이상인 열처리장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 처리 디바이스는 상기 피처리체를 수용하기 위한 내관과 상기 내관을 덮도록 천정부를 가지는 외관으로 구성되며,
    세정가스 공급수단은 상기 내관 내로 상호 연결되는 열처리장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 세정가스 히터의 하류측에는 상기 세정가스에 유로저항을 주도록 오리피스가 설치되어 있는 열처리장치.
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