KR20040045930A - Ｃｖｄ장치 및 그것을 이용한 ｃｖｄ장치의 클리닝 방법 - Google Patents

Ｃｖｄ장치 및 그것을 이용한 ｃｖｄ장치의 클리닝 방법 Download PDF

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도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠
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Abstract

성막공정 시에 반응 챔버의 내벽, 전극 등의 표면, 및 배기경로 등의 배관 등의 측벽에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물을, 효율좋게 제거할 수 있고, 배출되는 클리닝 가스의 배출량도 극히 적어, 지구온난화 등의 환경에 미치는 영향도 줄어들고, 코스트도 저감할 수 있는 CVD장치에 있어서의 클리닝 방법을 제공한다.
반응챔버 내로, 반응가스를 공급하여, 반응챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성하는 CVD장치로서, 반응챔버 내로부터 펌프를 개재하여 배기가스를 배기하는 배기경로에, 펌프의 하류측에서부터 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하는 배기가스 환류경로를 설치함과 동시에, 배기가스 환류경로에 플라즈마 발생장치를 설치한다.

Description

ＣＶＤ장치 및 그것을 이용한 ＣＶＤ장치의 클리닝 방법{CVD APPARATUS AND METHOD OF CLEANING THE CVD APPARATUS}
종래부터, 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4등) 등의 박막은, 박막 트랜지스터 등의 반도체 소자, 광전(光電)변환소자 등에 광범위하게 사용되고 있다. 이와 같은 산화실리콘, 질화실리콘 등의 박막을 형성하는 방법에는 주로 다음의 3종류가 이용되고 있다.
(1) 스퍼터, 진공증착 등의 물리적 기상 성막법
즉, 고체의 박막재료를 물리적 수법인 원자 또는 원자단으로 하여, 피성막면 상에 퇴적시켜서 박막을 형성하는 방법
(2) 열 CVD법
즉, 기체의 박막재료를 고온으로 함으로써, 화학반응을 일으켜서 박막을 형성하는 방법
(3) 플라즈마 CVD법
즉, 기체의 박막재료를 플라즈마화시킴으로써, 화학반응을 일으켜서 박막을 형성하는 방법
특히, (3)의 플라즈마 CVD법(plasma enhanced chemical vapor deposition)이, 치밀하고 균일한 박막을 효율적으로 형성할 수 있기 때문에 광범위하게 사용되기에 이르렀다.
이 플라즈마 CVD법에서 사용하는 플라즈마 CVD장치(100)는, 일반적으로 도 4에 도시한 바와 같이 구성되어 있다.
즉, 플라즈마 CVD장치(100)는, 감압으로 유지된 반응챔버(102)를 구비하고 있고, 반응챔버(102)내에 일정 간격 이격되어 대향하도록 상부전극(104)과 하부전극(106)이 배치되어 있다. 이 상부전극(104)에는, 도시하지 않은 성막용 가스원에 접속된 성막용 가스 공급경로(108)가 접속되어, 상부전극(104)을 개재하여, 성막용 가스를 반응챔버(102)내로 공급하도록 구성되어 있다.
또, 반응챔버(102)에는 상부전극(104)의 근방에, 고주파를 인가하는 고주파 인가장치(110)가 접속되어 있다. 또한, 반응챔버(102)에는 펌프(112)를 개재하여배기가스를 배기하는 배기경로(114)가 접속되어 있다.
이와 같이 구성되는 플라즈마 CVD장치(100)에서는, 가령, 산화실리콘(SiO2)를 성막할 때에는, 모노 시레인(SiH4), N2O, N2, O2, Ar 등을, 질화실리콘(Si3N4등)을 성막할 때에는 모노 시레인(SiH4), NH3, N2, O2, Ar 등을, 성막용 공급경로(108), 상부전극(104)을 개재하여, 가령, 130㎩의 감압상태로 유지된 반응챔버(102)내로 도입한다. 이때, 고주파 인가장치(110)를 개재하여, 반응챔버(102)내에 대향하여 배치된 전극(104, 106)사이에, 가령 13.56㎒의 고주파 전력을 인가하여, 고주파 전계를 발생시키고, 이 전계 내에서 전자를 성막용 가스의 중성분자에 충돌시켜서, 고주파 플라즈마를 형성하여 성막용 가스가 이온과 래디컬로 분해된다. 그리고, 이온과 래디컬의 작용에 의해서, 한쪽의 전극(하부전극(106))에 설치된 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 제품(W)의 표면에 실리콘 박막을 형성하도록 구성되어 있다.
그런데, 이와 같은 플라즈마 CVD장치(100)에서는, 성막공정 시에, 반응챔버(102)내의 방전에 의해서, 성막해야 할 반도체 제품(W) 이외에 반응챔버(102)의 내벽, 전극 등의 표면에도, SiO2, Si3N4등의 박막재료가 부착, 퇴적되어 부생성물이 형성된다. 이 부생성물이, 일정한 두께까지 성장하면, 자중이나 응력 등에 의해서 박리되고, 이것이 성막공정 시에, 이물로서 반도체 제품으로의 미립자의 혼입, 오염의 원인이 되어, 고품질의 박막을 제조할 수 없고, 반도체 회로의 단선이나 단락의 원인이 되며, 또 수율 등도 저하될 우려가 있었다.
이 때문에, 종래부터 플라즈마 CVD장치(100)에서는, 성막공정이 종료된 후에, 이와 같은 부생성물을 제거하기 위해서, 가령, CF4, C2F6, COF2등의 함불소 화합물과, 필요에 따라서 O2등을 가한 클리닝 가스를 이용하여, 부생성물을 제거하는 것이 행해지고 있다.
즉, 이와 같은 클리닝 가스를 이용한 종래의 플라즈마 CVD장치(100)의 클리닝 방법에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 성막공정이 종료된 후에, 성막 시의 성막용 가스 대신에, CF4, C2F6, COF2등의 함불소 화합물로 이루어지는 클리닝 가스를, O2및/또는 Ar 등의 가스에 동반시켜서, 성막용 가스 공급경로(108), 상부전극(104)을 개재하여 감압상태로 유지된 반응챔버(102)내로 도입한다. 성막 시와 마찬가지로, 고주파 인가장치(110)를 개재하여 반응챔버(102)내에 대향하여 배치된 전극(104, 106)간에 고주파 전력을 인가하여, 고주파 전계를 발생시키고, 이 전계 내에서 전자를 클리닝 가스의 중성분자에 충돌시켜서, 고주파 플라즈마를 형성하여 클리닝 가스가 이온과 래디컬로 분해된다. 그리고, 이온과 래디컬이, 반응챔버(102)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물과 반응하여, SiF4로서 부생성물을 가스화함으로써, 펌프(112)에 의해 배기가스와 함께 배기경로(114)를 개재하여, 반응챔버(102)의 외부로 배출되도록 되어 있다.
그런데, 이들 클리닝 가스로서 이용하는 CF4, C2F6등의 함불소 화합물은, 대기중에서 수명이 긴 안정된 화합물이며, 또 클리닝 후의 배기가스 처리가 곤란하고, 그 처리 코스트가 높다고 하는 문제점이 있었다. 또, 지구 온난화 계수(적분기간 100년치)가, CF4는 6500, C2F6는 9200, SF6는 23900으로 매우 커서, 환경에 대한 악영향이 염려된다.
또, 배기경로(114)를 개재하여, 반응챔버(102)의 외부로 배출되는 가스배출 비율이, 가령, C2F6의 경우에 있어서는 약 60%로 높아, 지구 온난화에 영향을 주게 됨과 동시에, 해리효율이 낮고, 클리닝 능력도 낮은 것이 현재의 상태이다.
또, 배기경로(114)등의 배관의 측벽 등에도, 반응챔버(102)로부터의 부생물이 부착되고, 이것에 의해서, 배기경로(114)가 폐쇄되어 버려, 성막효율, 가스 이용효율이 저하되어 버리는 일도 있었다.
본 발명은, 이와 같은 실상을 감안하여, 성막공정 시에 반응챔버의 내벽, 전극 등의 표면, 및 배기경로 등의 배관 등의 측벽에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물을, 효율좋게 제거할 수 있고, 더구나, 배출되는 클리닝 가스의 배출량도 극히 적어, 지구온난화 등의 환경에 미치는 영향도 줄어들며, 가스 이용효율도 좋고, 코스트도 저감할 수 있는 클리닝을 실시할 수 있음과 동시에, 고품질인 성막제조가 가능한 CVD장치, 및 그것을 이용한 CVD장치의 클리닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 실리콘 웨이퍼 등의 반도체용 기재의 표면에 균일하게 고품질의 산화실리콘(SiO2), 질화실리콘(Si3N4등) 등의 박막을 형성하는 화학 기상 증착CVD(chemical vapor deposition)장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 박막 형성처리 후의 반응챔버의 내벽 등에 부착된 부생성물을 제거하기 위한 클리닝을 실시할 수 있는 CVD장치, 및 그것을 이용한 CVD장치의 클리닝 방법에 관한 것이다.
도 1은, 본 발명의 CVD장치의 제 1실시예를 나타내는 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 CVD장치의 제 2실시예를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 CVD장치의 제 3실시예를 나타내는 개략도이다.
도 4는, 종래의 플라즈마 CVD법에서 이용하는 플라즈마 CVD장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명은, 상술한 바와 같은 종래기술에 있어서의 과제 및 목적을 달성하기 위해서 발명된 것으로서, 본 발명의 CVD장치는, 반응챔버 내로, 반응가스를 공급하여, 반응챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성하는 CVD장치로서,
상기 반응챔버 내로부터 펌프를 개재하여 배기가스를 배기하는 배기경로에, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하는 배기가스 환류경로를 설치함과 동시에,
상기 배기가스 환류경로에 플라즈마 발생장치를 설치한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 CVD장치의 클리닝 방법은, 반응챔버 내로, 반응가스 공급경로를 개재하여 반응가스를 공급하여, 반응챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성한 후에 반응챔버 내를 클리닝하는 CVD장치의 클리닝 방법으로서,
상기 반응챔버 내로부터 펌프를 개재하여 배기가스를 배기하는 배기경로에 배치된 배기가스 환류경로를 개재하여, 배기가스를 플라즈마화하고, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하여 배관 내의 클리닝을 행함과 동시에,
상기 배기가스 환류경로에, 반응챔버로 배기가스를 환류하는 반응챔버 환류경로가 설치되고,
상기 반응챔버 환류경로를 개재하여 반응챔버 내를 클리닝하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 반응챔버 내를 클리닝함과 동시에, 배기가스 환류경로를 개재하여, 배기경로의 상류측으로 플라즈마 발생장치에 의해서 플라즈마화된 배기가스를 환류하면서, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관에 부착되는 SiO2, Si3N4등의 부생성물을 클리닝할 수 있기 때문에, 배관이 폐쇄되는 일이 없으므로, 성막효율, 가스이용 효율이 향상되게 된다.
따라서, 반응챔버 내에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물을 제거할 수 있으므로, 성막 시에, 반도체 제품으로의 미립자의 혼입, 오염이 없어져, 고품질인 박막제조가 가능하고, 수율 등도 향상된다.
또, 외부로 최종적으로 배출되는 클리닝 가스성분이 극히 적어지므로, 클리닝 가스의 배출량도 극히 적어, 지구 온난화 등의 환경에 미치는 영향도 줄어든다.
또, 본 발명은, 상기 배기가스 환류경로가, 드라이 펌프의 하류측에서부터 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 압력이 높아져, 파티클의 발생이 없으며, 필터의 눈막힘이 적고, 파티클이 반응챔버 내로 환류하는 일 등이 없으므로, 클리닝 효과가 향상되게 된다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로에, 배기가스 중의 불활성 가스를 흡수 제거하는 고분자막 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 고분자막 장치에 의해서, 가령, N2, O2등의 불활성 가스를 흡수 제거할 수 있으므로, 클리닝 가스성분만을 배기경로의 상류측으로 환류하여, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관을 클리닝할 수 있으므로, 가스 이용효율이 향상된다. 또, 이와 같이 흡수 제거한 불활성 가스를 회수하여 재이용하는 것이 가능하다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로에, 불필요한 배기가스 성분을 선택적으로 제거하는 분리장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 분리장치에 의해서, 가령, SiF4, HF, CO, CO2등의 불필요한 배기가스 성분을 선택적으로 제거하므로, 가령, COF2, CF4, F2등의 클리닝 가스성분 또는 농축된 가스성분을 반응챔버 내로 환류하여, 클리닝할 수 있으므로 가스 이용효율이 향상된다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로에, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 승압하여 환류하는 압축기가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 압축기에 의해서, 배기가스, 즉 클리닝 가스를 승압하여 배기경로의 상류측으로 환류하므로, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관 내의 압력을 일정하게 유지할 수 있으므로, 클리닝 효과를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로에, 배기경로의 상류측으로 환류하는 배기가스의 성분을 검지하여, 가스성분을 일정하게 하기 위한 제어장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 제어장치에 의해서, 배기가스 환류경로를 흐르는, 가령, COF2의 농도를 모니터함으로써, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관 내의 클리닝 가스성분을 일정한 정상상태로 유지할 수 있으므로, 균일하면서 효율이 좋은 클리닝을 실시할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로에, 배기가스 환류경로가 일정압력 이상이 되었을 때에 압력을 개방하는 압력 개방장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 압력 개방장치에 의해서, 배기가스 환류경로의 압력이 일정압력 이상이 되었을 때에 압력을 개방하므로, 배기가스 환류경로의 압력이 상승하여, 배기경로, 배기가스 환류경로의 배관, 펌프, 고분자막 장치, 분리장치 등의 기기류가 파손, 손상되는 일이 없다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로와, 반응가스 공급경로를 절환하는 절환장치를 구비함과 동시에,
상기 반응챔버 내로 반응가스 공급경로를 개재하여 클리닝 가스를 도입하여 반응챔버 내를 클리닝할 때에는, 배기가스 환류경로를 개방하고,
상기 반응챔버 내의 기재 표면 상에 퇴적막을 형성할 때에는, 배기가스 환류경로를 폐지(閉止)하게끔 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로와, 반응가스 공급경로를 절환하는 절환장치를 구비함과 동시에,
상기 반응챔버 내로, 리모트 플라즈마 발생장치를 개재하여 클리닝 가스를 도입하여 반응챔버 내를 클리닝할 때에는, 배기가스 환류경로를 개방하고,
상기 반응챔버 내의 기재 표면 상에 퇴적막을 형성할 때에는, 배기가스 환류경로를 폐지하게끔 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 클리닝 시에는, 배기가스 환류경로가 개방되게 되므로, 배기가스 환류경로를 개재하여, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하면서, 배기경로, 배기가스 환류경로의 배관 내를 클리닝하므로, 배기가스 중에 포함되는, 클리닝 가스성분을 다시, 배기경로, 배기가스 환류경로의 배관 내를 클리닝하는 클리닝 가스로서 이용할 수 있다. 이 때문에, 가스 이용효율이 향상되게 된다.
한편, 반응챔버 내의 기재 표면 상에 퇴적막을 형성할 때에는, 배기가스 환류경로를 폐지하므로, 성막용 가스의 성분을 일정하게 유지할 수 있어, 균일하고 일정한 품질의 박막을 기재 상에 형성하는 것이 가능하다.
또, 본 발명은 상기 배기가스 환류경로에, 반응챔버로 배기가스를 환류하는 반응챔버 환류경로가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 반응챔버 환류경로를 개재하여, 반응챔버로 배기가스를 환류하면서, 반응챔버 내를 클리닝하므로, 배기가스 중에 포함되는 클리닝 가스성분을 다시, 반응챔버 내에서 클리닝 가스로서 이용할 수 있으므로, 가스 이용효율이 향상되게 된다.
따라서, 반응챔버 내에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물을 제거할 수 있으므로, 성막 시에, 반도체 제품으로의 미립자의 혼입, 오염이 없어져, 고품질인 박막제조가 가능하고, 수율 등도 향상된다.
또, 외부로 최종적으로 배출되는 클리닝 가스성분이 극히 적어지므로, 클리닝 가스의 배출량도 극히 적어, 지구 온난화 등의 환경에 미치는 영향도 줄어든다.
또, 본 발명의 CVD장치는, 상기 클리닝 시에, 클리닝의 초기단계에서는, 반응가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
클리닝이 진행된 후에, 반응가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하게끔 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 CVD장치의 클리닝 방법은, 상기 클리닝 시에, 클리닝의 초기단계에서는, 반응가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
클리닝이 진행된 후에, 반응가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 CVD장치는, 상기 클리닝 시에, 클리닝의 초기단계에서는, 리모트 플라즈마 발생장치로부터의 클리닝 가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
클리닝이 진행된 후에, 클리닝 가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하게끔 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 CVD장치의 클리닝 방법은, 상기 반응챔버 내로, 리모트 플라즈마 발생장치를 개재하여 클리닝 가스를 도입하여 반응챔버 내를 크리닝할 때에, 클리닝의 초기단계에서는, 리모트 플라즈마 발생장치로부터의 클리닝 가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
클리닝이 진행된 후에, 클리닝 가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 구성함으로써, 클리닝 가스인, 가령 C2F6가 일정 시간 흐른 후에는 COF2가 발생하게 되므로, 이 COF2를 배기가스 환류경로, 반응챔버 환류경로에 의해서 환류함으로써, 이것을 클리닝 가스로서 이용할 수 있어, 클리닝 가스의 이용효율이 향상되고, 코스트도 저감할 수 있다.
또, 본 발명에서는, 상기 CVD장치에 의해서 기판의 성막처리를 행한 후에, 반응챔버 내에 부착된 부생성물을 제거할 때에 사용하는 클리닝 가스가, 불소가스를 포함하는 클리닝 가스인 것을 특징으로 한다.
이와 같이, 불소가스를 포함하는 클리닝 가스를 이용함으로써, 안정되게 플라즈마를 발생할 수 있음과 동시에, 양호한 클리닝 균일성이 얻어진다.
이하, 본 발명의 실시형태(실시예)를 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 CVD장치의 제 1실시예를 나타내는 개략도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 CVD법에서 이용하는 플라즈마 CVD장치(10)는, 감압상태(진공상태)로 유지되는 반응챔버(12)를 구비하고 있고, 반응챔버(12)의 저벽(12c)에 형성된 배기경로(16)를 개재하여, 메카니컬 부스터 펌프(11), 드라이 펌프(14), 배기가스를 무독화하는 제해(除害)장치(13)에 의해서, 내부의 기체를 외부로 배출함으로써, 일정한 진공상태(감압상태)로 유지되도록 되어 있다.
또, 반응챔버(12)의 내부에는, 가령, 실리콘 웨이퍼 등의 표면에 실리콘 박막을 퇴적(증착을 포함함)하는 기재(A)를 안착하기 위한 스테이지를 구성하는 하부전극(18)이 배치되어 있다. 이 하부전극(18)은, 반응챔버(12)의 저벽(12c)을 관통하여, 도시하지 않은 구동기구에 의해서 상하로 미끄럼 이동 가능하게 구성되어, 위치 조절이 가능하게 되어 있다. 또, 도시하지 않았으나, 하부전극(18)과 저벽(12c)간의 미끄럼 이동부분에는, 반응챔버(12)내의 진공도를 확보하기 위해서, 시일링 등의 시일부재가 설치되어 있다.
한편, 반응챔버(12)의 상방에는, 상부전극(20)이 설치되어 있고, 그 베이스 부분(22)이, 반응챔버(12)의 상부벽(12a)을 관통하여, 반응챔버(12)의 외부에 설치된 고주파 전원(24)에 접속되어 있다. 이 상부전극(20)에는, 도시하지 않았으나,고주파 인가코일 등의 고주파 인가장치(25)가 설치되어 있고, 이 고주파 인가장치(25)와 고주파 전원(24)간에는, 도시하지 않은 매칭회로가 설치되어 있다. 이것에 의해, 고주파 전원(24)에 의해 발생한 고주파를 손실없이 고주파 인가코일 등의 고주파 인가장치(25)로 전파할 수 있도록 되어 있다.
또, 상부전극(20)에는 반응가스 공급경로(26)가 형성되어 있고, 성막용 가스 공급원(28)으로부터, 반응가스 공급경로(26), 상부전극(20)을 개재하여, 성막용 가스가 감압상태로 유지된 반응챔버(12)내로 도입되도록 구성되어 있다.
한편, 반응가스 공급경로(26)에는, 클리닝 가스 공급경로(30)가 분기되어 접속되어 있고, 클리닝 가스원(34)으로부터의 클리닝 가스를, 클리닝 가스 공급경로(30)를 개재하여, 반응챔버(12)내로 도입할 수 있도록 되어 있다.
또, 배기경로(16)의 드라이 펌프(14)의 하류측에서 분기되고, 반응가스 공급경로(26)에 이르는 반응챔버 환류경로(32)와, 또 도중에서 분기되고, 배기경로(16)의 상류측으로 환류하는 배기가스를 환류하는 배기가스 환류경로(36)가 설치되어 있다. 또, 이 배기가스 환류경로(36)는, 후술하는 클리닝 시에, 반응챔버(12)내로 도입된 클닝 가스의 배기가스를, 플라즈마 발생장치(33)에 의해서, 배기가스가 플라즈마화된 후에, 배기경로(16)의 상류측으로 환류하는 것이다.
또, 플라즈마 발생장치(33)로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, ASTEX사의 아스트론(상품명)등이 사용 가능하다.
배기가스 환류경로(36)에는, 배기가스 중의, 가령, N2, O2등의 불활성 가스를 흡수 제거하는 고분자막 장치(40)가 설치되어 있다. 이와 같은 고분자막 장치(40)로서는 특히 한정되는 것은 아니지만, 가령, 폴리술폰이나 공중사막 등의 고분자막을 사용한 것을 채용하는 것이 가능하다.
그리고, 고분자막 장치(40)의 하류에는, 필요에 따라서, 가령, 0.01∼0.5㎫의 압력으로 승압하는 압축기(42)를 개재하여, 분리장치(44)를 설치할 수 있다. 이 분리장치(44)에 의해서, 가령 SiF4, HF, CO, CO2등의 불필요한 배기가스 성분을 선택적으로 제거하는 것도 고려할 수 있다.
또한, 배기가스 환류경로(36)에는, 가스 분석센서(46)가 배치되어 있고, 이것에 의해 반응챔버(12)내로 환류하는 배기가스 환류경로(36)중의 배기가스의 성분을 검지하고, 도시하지 않은 제어장치에 의해서, 고분자막 장치(40), 분리장치(44)와 반응챔버(12) 내로 도입되는 클리닝 가스의 가스량을 제어함으로써, 가스성분을 일정하게 유지하도록 되어 있다. 가령, COF2의 농도를 모니터함으로써, 반응챔버 환류경로(32)가 개방된 경우에도, 반응챔버(12)내의 클리닝 가스성분을 일정한 정상상태로 유지하도록 되어 있다.
또, 배기가스 환류경로(36)에는, 압력 개방장치를 구성하는 안전밸브(50)가 구성되어 있어, 배기가스 환류경로(36)가, 가령, 0.5㎫의 일정압력 이상이 되었을 때에, 도시하지 않은 제어장치의 제어에 의해서, 압력을 개방하도록 구성되어 있다. 또, 이 안전밸브(50)는, 제어장치의 제어에 의하지 않고, 자동적으로 일정압력이 되면 개방하는 릴리프 밸브로 구성해도 된다.
또한, 배기가스 환류경로(36)에는, 배기가스 환류경로(36)로부터 분기하여 반응챔버(12)로 배기가스를 환류하는 반응챔버 환류경로(32)가 설치되어 있다.
또, 도면에서, 52, 54, 56, 58, 60, 62는 개방밸브이다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 CVD장치(10)는, 하기와 같이 작동된다.
먼저, 반응챔버(12)의 하부전극(18)의 스테이지 상에, 가령, 실리콘 웨이퍼 등의 표면에 실리콘 박막을 증착하는 기재(A)를 올려놓고, 도시하지 않은 구동기구에 의해서, 상부전극(20) 간의 거리를 소정의 거리로 조정한다.
그리고, 반응챔버(12)의 저벽(12c)에 형성된 배기경로(16)를 개재하여, 드라이 펌프(14)를 통해서 내부의 기체를 외부로 배출함으로써, 일정한 진공상태(감압상태), 가령, 10∼2000㎩의 감압상태로 유지된다.
그리고, 반응가스 공급경로(26)에 설치된 개폐밸브(52)를 개방하여, 성막용 가스 공급원(28)으로부터 반응가스 공급경로(26), 상부전극(20)을 개재하여, 성막용 가스가 감압상태로 유지된 반응챔버(12)내로 도입된다.
이때, 반응가스 공급경로(26)에 배치된 개폐밸브(52)와, 배기경로(16)에 배치된 개폐밸브(54)는 개방되고, 클리닝 가스 공급경로(30)에 설치된 개폐밸브(56)와, 배기가스 환류경로(36)에 설치된 개폐밸브(58, 62)와, 반응챔버 환류경로(32)에 설치된 개폐밸브(60)는 폐지되어 있다.
이 경우, 성막용 가스 공급원(28)으로부터 공급되는 성막용 가스로서는, 가령, 산화실리콘(SiO2)을 성막할 때에는, 모노 시레인(SiH4), N2O, N2, O2, Ar 등을,질화실리콘(Si3N4등)을 성막할 때에는 모노 시레인(SiH4), NH3, N2, O2및 Ar을 공급하면 된다. 그러나, 이 성막용 가스로서는, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 성막할 박막의 종류 등에 따라서, 가령, 성막용 가스로서, 디시레인(Si2H6), TEOS(테트라 에톡시 시레인; Si(OC2H5)4)등, 동반 가스로서, O2, O3등을 사용하는 등 적절히 변경할 수 있다.
그리고, 고주파 전원(24)에 의해 발생된 고주파를 고주파 인가코일 등의 고주파 인가장치(25)로부터 상부전극(20)에 고주파 전계를 발생시키고, 이 전계 내에서 전자를 성막용 가스의 중성분자에 충돌시켜서, 고주파 플라즈마를 형성하여 성막용 가스가 이온과 래디컬로 분해된다. 그리고, 이온과 래디컬의 작용에 의해서, 하부전극(18)에 배치된 실리콘 웨이퍼 등의 기재(A)의 표면에 실리콘 박막을 형성한다.
그런데, 이와 같은 CVD장치(10)에서는, 성막공정 시에, 반응챔버(12)내의 방전에 의해서, 성막해야 할 반도체 제품(A)이외의 반응챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에도, SiO2, Si3N4등의 박막재료가 부착, 퇴적되어 부생성물이 형성된다. 이 부생성물이, 일정한 두께까지 성장하면, 자중이나 응력 등에 의해서 박리, 비산하고, 이것이 성막공정 시에, 이물로서 반도체 제품으로의 미립자의 혼입, 오염의 원인이 되어, 고품질의 박막을 제조할 수 없고, 반도체 회로의 단선이나 단락의 원인이 되며, 또 수율 등도 저하될 우려가 있다.
또, 배기경로(16)등의 배관의 측벽 등에도, 반응챔버(12)로부터의 부생물이부착되고, 이것에 의해서, 배기경로(16)가 좁아져서, 성막효율, 가스 이용효율이 저하되어 버리는 일도 있었다.
이 때문에, 본 발명의 CVD장치(10)에서는, 함불소 화합물을 포함한 불소계의 클리닝 가스, 즉, 클리닝 가스원(34)으로부터의 클리닝 가스를, 클리닝 가스 공급경로(30)를 개재하여, 반응챔버(12)내로 도입하도록 되어 있다.
즉, 상기와 같이 박막처리가 종료된 후, 반응가스 공급경로(26)에 설치된 개폐밸브(52)를 폐지하고, 성막용 가스 공급원(28)으로부터 반응챔버(12)내로의 성막용 가스의 공급을 정지한다.
그리고, 클리닝 가스 공급경로(30)에 설치된 개폐밸브(56)를 개방하여, 클리닝 가스원(34)으로부터의 클리닝 가스를, 클리닝 가스 공급경로(30)를 개재하여, 반응챔버(12) 내로 도입한다.
그리고, 고주파 전원(24)에 의해 발생한 고주파를 고주파 인가코일 등의 고주파 인가장치(25)로부터 상부전극(20)에 고주파 전계를 발생시켜, 고주파 플라즈마를 형성하여 클리닝 가스가 이온과 래디컬 분해되고, 이온과 래디컬이 반응챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물과 반응하여, SiF4로서 부생성물을 가스화하도록 되어 있다.
이때, 배기경로(16)에 설치된 개폐밸브(54)를 폐지하고, 배기가스 환류경로(36)에 설치된 개폐밸브(58, 62)와 반응챔버 환류경로(32)에 설치된 개폐밸브(60)를 개방함으로써, 배기가스 환류경로(36)와, 반응챔버 환류경로(32)가 개방된다.
이 경우, 개폐밸브(54)를 완전히 닫을 필요는 없으며, 배기가스의 일부는, 배기경로(16)의 제해장치(13)로 흘러들어가도록 해도 된다.
이것에 의해서, 반응챔버(12) 내에서 클리닝 처리를 행한 후의 배기가스가, 배기가스 환류경로(36)를 흘러서, 플라즈마 발생장치(33)에 의해서, 배기가스가 플라즈마화된 후에, 배기경로(16)의 상류측으로 환류하도록 되어 있다.
또, 반응챔버(12)내에서 클리닝 처리를 행한 후의 배기가스가, 배기가스 환류경로(36)로부터, 반응챔버 환류경로(32)로 흐르고, 반응가스 공급경로(26)에 도달하여, 반응챔버(12)로 환류하도록 되어 있다.
그런데, 반응챔버(12)내에서 클리닝 처리를 행한 후의 배기가스 중에는, 가령, COF2, CF4, C2F6, F2, SiF4, CO, CO2, HF, N2, O2등의 가스 성분이 포함되어 있다.
그리고, 배기가스 환류경로(36)를 환류하는 배기가스는, 고분자막 장치(40)에 의해서, 배기가스 중의, 가령, N2, O2등의 불활성 가스를 흡수 제거한다. 또, 이와 같이 고분자막 장치(40)에 의해서 흡수제거한 불활성 가스는, 도시하지 않은 별도의 회수경로를 통해서 회수하여 재이용하는 것도 가능하다.
이와 같이 고분자막 장치(40)에 의해서, 배기가스 중의 불활성 가스가 제거된 배기가스는, 필요에 따라서, 압축기(42)를 개재하여 승압된 후, 분리장치(44)가 필요한 경우에는, 분리장치(44)로 도입된다. 또, 이 경우, 압축기(42)에 의해서 승압하는 압력으로서는, 분리장치(44)의 눈막힘을 방지함과 동시에, 파티클의 발생을 방지하기 위해서는, 0.01∼0.5㎫의 압력으로 승압하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 분리장치(44)를 설치한 경우에는, 배기가스로부터, 가령 SiF4, HF, CO, CO2등의 불필요한 배기가스 성분을 선택적으로 제거할 수 있다. 또, 이 경우에는, 분리장치(44)를 개재하여 제거한 불필요한 배기가스 성분은, 도시하지 않았으나, 무해화하는 제해장치를 개재하여 적절히 폐기하거나, 또는 적절히 분리하여 재이용하도록 해도 된다.
따라서, 이 분리장치(44)를 통과한 배기가스 중에는, 클리닝 가스성분으로서, 가령, COF2, CF4, C2F6, F2등의 클리닝 가스 성분, 또는 농축된 가스를 포함하게 된다. 이 배기가스를, 배기가스 환류경로(36)로부터, 플라즈마 발생장치(33)에 의해서, 배기가스가 플라즈마화된 후에, 배기경로(16)의 상류측으로 환류함으로써, 배기경로(16) 등의 배관 내의 측벽을 클리닝할 수 있어, 배기경로(16)가 폐쇄되는 일이 없으므로, 성막효율, 가스 이용효율이 향상되게 된다.
또, 분리장치(44)를 통과하여, 반응챔버 환류경로(32)를 통해서 반응가스 공급경로(26)에 도달하여, 반응챔버(12)로 환류하는 배기가스 중에는, 클리닝 가스성분으로서, 가령 COF2, CF4, C2F6, F2등의 클리닝 가스성분 또는 농축된 가스성분을 포함하고, 클리닝할 수 있으므로 가스 이용효율이 향상되게 된다. 또, 이 경우 가스 이용효율이란, 공급된 클리닝 가스의 몇 %가 리사이클 가스로 치환되었는지를 나타내는 비율을 의미한다.
이 경우, 상기의 배기가스 환류경로(36), 플라즈마 발생장치(33)에 의한 배기가스(클리닝 가스)의 배기경로(16)의 상류측으로의 환류, 및 반응챔버 환류경로(32)에 의한 배기가스(클리닝 가스)의 반응챔버(12)로의 환류는, 양쪽을 동시에 행해도 되며, 또, 어느 한쪽만을 행해도 된다. 이와 같은 제어는, 미리 제어장치에서의 프로그램에 의거하여, 배기가스 환류경로(36)에 설치된 개폐밸브(58, 62)와, 반응챔버 환류경로(32)에 설치된 개폐밸브(60)를 제어함으로써 행해도 된다.
또, 이 경우, 상기와 같이 배기가스 환류경로(36)에는, 가스분석 센서(46)가 설치되어 있다. 이것에 의해, 반응챔버(12)내로 환류하는 배기가스 환류경로(36) 및 반응챔버 환류경로(32) 중의 배기가스의 성분을 검지하고, 제어장치에 의해서, 고분자막 장치(40)와, 분리장치(44)와, 반응챔버(12) 내로 도입되는 클리닝 가스의 가스량을 제어함으로써, 가스성분을 일정하게 하도록 되어 있다.
즉, 가령, COF2의 농도를 모니터함으로써, 반응챔버(12)내의 클리닝 가스 성분을 일정한 정상상태로 유지하도록 되어 있다. 이것에 의해, 균일하면서도 효율이 좋은 클리닝을 실시할 수 있다.
이와 같은 정상상태로서는, 가스 이용효율을 고려하면, 가령, COF2의 농도로서, 50%이상, 바람직하게는 70∼80%의 농도범위가 되도록 설정하면 된다.
또, 상기와 같이, 배기가스 환류경로(36)에는 압력 개방장치를 구성하는 안전밸브(50)가 구성되어 있고, 배기가스 환류경로(36)가, 일정압력 이상이 되었을때에, 제어장치의 제어에 의해서, 압력을 개방하도록 구성되어 있다.
이와 같이 구성함으로써, 압력 개방장치에 의해서, 배기가스 환류경로(36)의 압력이 일정압력 이상이 되었을 때에 압력을 개방하므로, 배기가스 환류경로(36)의 압력이 상승하여, 배기가스 환류경로(36)의 배관, 펌프, 고분자막 장치, 분리장치 등의 기기류가 파손, 손상되는 일이 없도록 되어 있다. 또, 이 안전밸브(50)는, 상술한 바와 같이 성막공정 시에, 이 배기가스 환류경로(36)로 대류하는 배기가스의 압력이 상승했을 때에도, 작동하도록 제어되고 있다.
그리고, 이와 같이, 배기가스를 배기가스 환류경로(36)를 개재하여 반응챔버(12)내로 환류하면서, 클리닝 처리를 행함과 동시에, 배기가스 환류경로(36)를 흘려보내고, 플라즈마 발생장치(33)에 의해서, 배기가스를 플라즈마한 후에, 배기경로(16)의 상류측으로 환류함으로써, 배기경로(16) 등의 배관 내의 측벽에 대한 클리닝을 행한다.
그 후, 클리닝 처리가 종료된 후, 클리닝 가스 공급경로(30)에 설치된 개폐밸브(56)를 폐지하여, 클리닝 가스원(34)으로부터의 클리닝 가스의 공급을 정지한다.
또, 배기가스 환류경로(36)에 설치된 개폐밸브(58, 62)와, 반응챔버 환류경로(32)에 설치된 개폐밸브(60)를 폐지하고, 배기가스 환류경로(36)와 반응챔버 환류경로(32)를 폐지한다. 그리고, 배기경로(16)에 설치된 개폐밸브(54)를 개방함과 동시에, 반응가스 공급경로(26)에 설치된 개폐밸브(52)를 개방하여, 성막용 가스 공급원(28)으로부터의 반응챔버(12) 내로의 성막용 가스의 공급을 개시하고, 다시성막처리 사이클이 개시되도록 되어 있다.
이 경우, 클리닝 시에, 클리닝의 초기단계에서는, 반응가스 공급경로(26)를 개방하고, 필요한 시점에서, 배기가스 환류경로(36)와 반응챔버 환류경로(32)를 개방하며, 클리닝이 진행된 후에, 반응가스 공급경로(26)를 폐지하여 클리닝을 행하도록 제어장치에 의해서 제어하게끔 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써, 클리닝 가스인, 가령, C2F6가 일정시간 흐른 후에는, COF2가 발생하게 되므로, 이 COF2를 반응챔버 환류경로(32), 배기가스 환류경로(36)에 의해서 환류함으로써, 이것을 클리닝 가스로서 이용할 수도 있어, 클리닝 가스의 이용효율이 향상되고, 코스트도 저감할 수 있다.
이 경우, 클리닝 처리에 사용하는 불소 화합물을 포함한 불소계의 클리닝 가스로서는, 가령,
CF4, C2F6, C3F8, C4F10, C5F12등의 쇄형상 지방족계 퍼플루오로 카본류;
C4F8, C5F10, C6F12등의 지환계 퍼플루오로 카본류;
CF3OCF3, CF3OC2F5,C2F5OC2F5등의 직쇄형상 퍼플루오로 에테류류;
C3F6O, C4F8O, C5F10O 등의 고리형상 퍼플루오로 에테르류;
C3F6, C4F8, C5F10등의 불포화계 퍼플루오로 카본류;
C4F6, C5F8등의 디엔계 퍼플루오로 카본류 등의 탄소원자수 1∼6의 퍼플루오로 카본류를 들 수 있다.
또, COF2, CF3COF, CF3OF 등의 산소를 포함하는 퍼플루오로 카본류, NF3, FNO, F3NO, FNO2등의 질소를 포함하는 불소 화합물, 바람직하게는 산소와 질소를 포함하는 불소 화합물 등을 이용할 수도 있다.
또, 이들의 함불소 화합물은 불소원자의 일부가 수소원자로 치환된 적어도 1개의 불소원자를 포함하는 함불소 화합물이라도 된다.
이들 중에서는, CF4, C2F6, C3F8을 사용하는 것이 바람직하고, CF4, C2F6을 이용하는 것이 보다 바람직하다.
이들 함불소 화합물은, 1종 단독 또는 복수를 조합하여 이용할 수 있다.
또, 본 발명에서 사용하는 함불소 화합물을 포함한 클리닝 가스는, 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서, 적절히 다른 가스를 혼합하여 사용할 수 있다. 이와 같은 다른 가스로서는, 가령, He, Ne, Ar, O2등을 들 수 있다. 이와 같은 다른 가스의 배합량은 특히 한정되지 않으며, CVD장치(10)의 반응챔버(12)의 내벽 등에 부착된 부생성물(부착물)의 양, 두께, 사용하는 함불소 화합물의 종류, 부생성물의 조성 등에 대응하여 결정할 수 있다.
또, 클리닝 처리에 사용하는 클리닝 가스로서는, 상기의 불소 화합물을 포함한 불소계의 클리닝 가스 이외에도, 불소가스(F2)를 사용할 수 있다.
즉, 통상 플라즈마 클리닝 시에는, 클리닝 가스와 함께, 산소, 아르곤 등의 적량의 첨가가스를 혼합하여 사용하고 있다.
그런데, 클리닝 가스와 첨가가스의 혼합가스계에 있어서, 가스 총유량 일정의 조건하에, 클리닝 가스의 함유농도를 높여가면, 에칭속도가 상승하는 경향이 있다. 그러나, 클리닝 가스가 일정속도를 넘으면 플라즈마 발생의 불안정화, 에칭속도의 둔화, 저하가 일어나거나, 클리닝 균일성이 악화되는 등의 문제가 있다. 특히, 클리닝 가스를 100%의 농도로 사용하면, 플라즈마 발생의 불안정화, 에칭속도의 둔화, 저하나, 클리닝 균일성의 악화가 보다 현저하게 되는 경향이 있어, 실용성이 결여된다고 하는 문제가 있다.
이 때문에, 클리닝 가스의 농도를 에칭속도-클리닝 가스 농도곡선의 피크 농도 또는, 그 이하의 저농도로 희석하여 사용할 필요가 있고, 희석화에 따르는 에칭속도의 저하를 억제하기 위해서, 클리닝 시의 챔버압을 높이거나, 또는 가스유량을 증가시켜서, 클리닝 조건의 최적화가 이루어고 있다. 그러나, 이와 같이, 클리닝 시의 챔버압을 높이거나, 또는 가스 유량을 증가시키면, 플라즈마의 발생이 안정되지 않아, 클리닝 균일성이 손상되거나, 효율적인 클리닝이 행해지지 않게 된다.
한편, 불소가스, 또는 불소가스와, 플라즈마 중에 있어서 실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스와의 혼합가스를 클리닝 가스로서 이용하면, 플라즈마 처리할 수 있어, 극히 우수한 에칭속도가 얻어지고, 게다가 가스 총유량이 1000sccm 정도이고 챔버압이 400㎩정도의 조건하에서도 안정되게 플라즈마를 발생시킬 수 있음과 동시에, 양호한 클리닝 균일성을 확보할 수 있다.
또, 이와 같은 불소가스를 사용하면, 반응챔버(12)내에서 클리닝 처리를 행한 후의 배기가스에는, 미반응의 F2이외에, HF, SiF4등을 포함하게 된다. 따라서, 분리장치(44)를 작동시키지 않고도, 고분자막 장치(40)를 작동시킴으로써, 배기가스 환류경로(36) 중의 배기가스 중에 포함된다. 가령, N2, O2등의 불활성 가스를 흡수 제거하는 것만으로, 다시 배기가스를 클리닝 가스로서 재이용할 수 있으므로, 보다 균일하면서 효율이 좋은 클리닝을 실시할 수 있다.
이때, 개폐밸브(54)를 완전 개방하지 않고, 일부의 배기가스를 제해장치(13) 쪽으로 흘려보내, HF, SiF4의 과잉축적을 억제한다.
이와 같은 클리닝 가스로서 이용하는 불소가스는, 100용량%의 불소가스로서, 방전에 의해 플라즈마를 발생시키는 불소가스인 것이 바람직하다.
또, 클리닝용 가스가, 방전에 의해 플라즈마를 발생시키는 불소가스와, 플라즈마 중에서 실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스로 구성되어도 된다.
이 경우, 방전에 의해 플라즈마를 발생시키는 불소가스의 농도가 20용량%를 넘고 100용량% 미만의 범위에 있으며, 상기 플라즈마 중에서 실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스의 농도가 0용량%를 넘고 80용량% 이하의 범위에 있는(단, 방전에 의해 플라즈마를 발생시키는 불소가스+실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스=100용량%) 것이 바람직하다.
또, 상기 방전에 의해 플라즈마를 발생시키는 불소가스의 농도가 30용량%를 넘고 100용량% 미만의 범위에 있으며, 상기 플라즈마 중에서 실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스의 농도가 0용량%를 넘고 70용량% 이하의 범위에 있는(단, 방전에의해 플라즈마를 발생시키는 불소가스+실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스=100용량%) 것이 보다 바람직하다.
또한, 플라즈마 중에서 실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스가, 질소, 산소, 이산화탄소, N2O, 건조공기, 아르곤, 헬륨, 네온으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하다.
또, 이 경우, 실질적으로 불소와 반응하지 않는 가스에 있어서의 「불소」는, 불소분자, 불소원자, 불소래디컬, 불소이온 등을 포함하고 있다.
이와 같은 불소계 화합물에 의한 챔버 클리닝의 목적 화합물로서는, CVD법 등에 의해, CVD 챔버벽 또는 CVD 장치의 치구(jig) 등에 부착된, 규소계 화합물로 이루어지는 부착물을 들 수 있다. 이와 같은 규소계 화합물의 부착물로서는, 가령,
(1) 규소로 이루어지는 화합물,
(2) 산소, 질소, 불소 또는 탄소 중의 적어도 1종과, 규소로 이루어지는 화합물, 또는
(3) 고용융 금속 실리사이트로 이루어지는 화합물
등의 중에서 적어도 1종을 들 수 있고, 보다 구체적으로는, 가령 Si, SiO2, Si3N4, WSi 등의 고융점 금속 실리사이트 등을 들 수 있다.
또, 클리닝 가스의 반응챔버(12)내로의 도입 유량으로서는, 상기 반응챔버(12)의 내벽에 부착된 부생성물을 클리닝하는 효과를 고려하면, 0.1∼10L/분, 바람직하게는 0.5∼1L/분으로 하는 것이 바람직하다. 즉, 클리닝 가스의 반응챔버(12)내로의 도입 유량이, 0.1L/분보다 적으면, 상기 클리닝 효과를 기대할 수 없고, 역으로 도입유량이, 10L/분보다 많으면, 클리닝에 기여할 수 없으며, 외부로 배출되는 클리닝 가스의 양이 많아져 버리기 때문이다.
또, 이 도입 유량은, 가령, 플랫 패널 디스크 등, 기재(A)의 종류, 크기 등을 토대로 적절히 변경 가능하다. 일예를 들면, 가령, 함불소 화합물이, C2F6의 경우에는, 0.5∼5L/분으로 하면 된다.
또한, 클리닝 가스의 반응챔버(12) 내에서의 압력으로서는, 상기 반응챔버(12)의 내벽에 부착된 부생성물을 클리닝하는 효과를 고려하면, 10∼2000㎩, 바람직하게는 50∼500㎩로 하는 것이 바람직하다. 즉, 클리닝 가스의 반응챔버(12) 내에서의 압력이 10㎩보다 작거나, 또는 역으로 반응챔버(12) 내에서의 압력이 2000㎩보다 크면, 상기 클리닝 효과를 기대할 수 없기 때문이다. 또, 이 반응챔버(12) 내에서의 압력은, 가령, 플랫 패널 디스크 등, 기재(A)의 종류, 크기 등을 토대로 적절히 변경 가능하다. 일예를 들면, 가령, 함불소 화합물이, C2F6인 경우에는, 100∼500㎩로 하면 된다.
도 2는 본 발명의 CVD장치(10)의 제 2실시예의 개략도이다.
이 실시예의 CVD장치(10)는, 도 1에 도시한 CVD장치(10)와 기본적으로는 동일한 구성이며, 동일 구성부재에는 동일 참조부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다. 또, 도 2중에서, 63은 각각의 배기가스 환류경로(36)에 설치된 개폐밸브를 나타내고 있다.
도 1의 실시예의 CVD장치(10)에서는, 반응챔버(12)를 단일 반응챔버로 하였으나, 이 실시예의 CVD장치(10)에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 복수의 반응챔버(12)를 병렬로 접속한, 소위 멀티 챔버 방식으로 하고 있다. 이것에 의해, 성막효율 및 가스 이용효율이 보다 향상되게 된다.
도 3은, 본 발명의 CVD장치(10)의 제 3실시예의 개략도이다.
이 실시예의 CVD장치(10)는, 도 1에 도시한 CVD장치(10)와 기본적으로는 동일한 구성이며, 동일 구성부재에는 동일 참조부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1의 실시예의 CVD장치(10)에서는, 클리닝 가스원(34)으로부터의 클리닝 가스를, 클리닝 가스 공급경로(30)를 개재하여, 반응챔버(12) 내로 도입하도록 구성하였으나, 이 실시예의 CVD장치(10)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 리모트 플라즈마 발생장치(70)에 의해서, 함불소 화합물을 포함한 불소계의 클리닝 가스를 플라즈마화하고, 접속배관(72)을 개재하여, 감압상태로 유지된 반응챔버(12)의 측벽(12b)으로부터 반응챔버(12) 내로 도입되도록 되어 있다.
이 경우, 접속배관(72)의 재질로서는, 특히 한정되는 것은 아니지만, 상기의 가스화 효율의 저하를 막는 효과를 고려하면, 가령, 알루미나, 부동태화한 알루미늄, 불소계 수지, 불소계 수지로 코팅한 금속 등으로 하는 것이 바람직하다.
또, 이 실시예의 경우에는, 리모트 플라즈마 발생장치(70)와 반응챔버(12)를, 접속배관(72)을 개재하여 챔버 측벽(12b)으로부터 플라즈마화한 클리닝 가스를 도입하도록 하였으나, 이것으로 한정되는 것은 아니며, 직접 클리닝 가스를 반응챔버(12) 내로 도입하도록 하면 되고, 가령, 반응챔버(12)의 상부벽(12a)이나, 저벽(12c)으로부터 도입되도록 해도 된다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 클리닝 가스를 리모트 플라즈마 발생장치(70)를 개재하여, 플라즈마화한 클리닝 가스를, 반응챔버(12) 상부의 상부전극(20)의 샤워 헤드를 통해서, 반응챔버(12)내로 도입하는 것도 가능하다.
또, 배기가스 환류경로(36)에 의해서 환류되는 클리닝 가스는, 도 3에 도시한 바와 같이, 리모트 플라즈마 발생장치(70) 또는 리모트 플라즈마 발생장치(74)의 앞으로 되돌아가, 이들 리모트 플라즈마 발생장치(70) 또는 리모트 플라즈마 발생장치(74)에 의해서, 클리닝 가스를 플라즈마화하고, 반응챔버(12)의 챔버 측벽(12b)로부터, 또는 반응챔버(12) 상부의 상부전극(20)의 샤워헤드를 통해서, 반응챔버(12)내로 도입하는 것이 바람직하다.
이 경우, 클리닝 시에, 클리닝 초기단계에서는, 리모트 플라즈마 발생장치(70 또는 74)로부터의 클리닝 가스 공급경로(접속배관(72))을 개방하고, 필요한 시점에서, 배기가스 환류경로(36), 반응챔버 환류경로(32)를 개방하며, 클리닝이 진행된 후에, 클리닝 가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하게끔 제어장치에 의해서 제어하도록 해도 된다.
이와 같이 구성함으로써, 클리닝 가스인, 가령, C2F6가 일정 시간 흐른 후에는, COF2가 발행하게 되므로, 이 COF2를 배기가스 환류경로에 의해서 환류함으로써, 이것을 클리닝 가스로서 이용할 수 있어, 클리닝 가스의 이용효율이 향상되고, 코스트도 저감할 수 있다.
또한, 리모트 플라즈마 발생장치(70)로서는, 공지의 리모트 플라즈마 발생장치를 이용하면 되며, 특히 한정되는 것은 아니지만, 일예를 들면, 「ASTRON」(ASTEX사제)를 사용할 수 있다.
이와 같이 성막처리를 행한 후에, 함불소 화합물을 포함한 불소계의 클리닝 가스를 리모트 플라즈마 발생장치(70)에 의해서 플라즈마화하고, 플라즈마화한 클리닝 가스를, 반응챔버(12)내로 도입하여, 반응챔버 내에 부착된 부생성물을 제거하도록 구성하였으므로, 클리닝 가스의 해리효과가 좋고, 반응챔버(12)의 내벽, 전극 등의 표면에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물을, 효율좋게 제거할 수 있다. 게다가, 배출되는 클리닝 가스의 배출량도 극히 적어, 지구 온난화 등의 환경에 주는 영향도 줄어들고, 코스트도 저감할 수 있다.
이상으로, 본 발명의 플라즈마 CVD장치의 클리닝 장치의 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서, 가령, 이상의 실시예에 대해서는, 실리콘 박막의 형성에 대해 설명하였으나, 다른 실리콘 게르마늄막(SiGe), 실리콘 카바이드막(SiC), SiOF막, SiON막, 함탄소 SiO2막 등의 박막을 형성할 경우에도 적용 가능하다.
또, 상기 실시예에서는, 횡배치형의 장치에 대해서 설명하였으나, 종배치형의 장치로 변경하는 것도 가능하며, 또, 상기 실시예에서는 단일 시트(sheet)식의 것에 대해서 설명하였으나, 배치(batch)식 CVD장치에도 적용 가능하다.
또, 상기 실시예에서는 배기가스(클리닝 가스)를, 배기가스 환류경로(36)로부터, 플라즈마 발생장치(33)에 의해서, 배기가스가 플라즈마화된 후에, 배기경로(16)의 상류측으로 유통함으로써, 배기경로(16) 등의 배관 내의 측벽을 클리닝하도록 구성하였으나, 이와 같은 배기경로(16) 등의 배관 이외에서도 사용하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시예에서는, 일예로서 플라즈마 CVD장치에 적용하였으나, 박막재료를 고온 중에서 열분해, 산화, 환원, 중합, 기상화 반응 등에 의해서 기판 상에 박막을 퇴적하는, 진공증착법 등의 그 밖에 다른 CVD법에도 적용할 수 있는 등, 다양하게 변경하는 것이 물론 가능하다.
이상으로, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 이탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
본 발명에 의하면, 반응챔버 내를 클리닝함과 동시에, 배기가스 환류경로를 개재하여, 배기경로의 상류측으로 플라즈마 발생장치에 의해서 플라즈마화된 배기가스를 환류하면서, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관에 부착되는 SiO2, Si3N4등의 부생성물을 클리닝할 수 있기 때문에, 배관이 폐쇄되는 일이 없으므로, 성막효율, 가스이용 효율이 향상되게 된다.
또, 본 발명에 의하면, 배기가스 환류경로, 반응챔버 환류경로를 개재하여, 반응챔버로 배기가스를 환류하면서, 반응챔버 내를 클리닝하므로, 배기가스 중에 포함되는, 클리닝 가스 성분을 다시, 반응챔버 내에서 클리닝 가스로서 이용할 수 있으므로, 가스 이용효율이 향상되게 된다.
따라서, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관, 반응챔버 내에 부착, 퇴적된 SiO2, Si3N4등의 부생성물을 제거할 수 있으므로, 성막 시에, 반도체 제품으로의 미립자의 혼입, 오염이 없어져, 고품질인 박막제조가 가능하고, 수율 등도 향상된다.
또, 외부로 최종적으로 배출되는 클리닝 가스성분이 극히 적어지므로, 클리닝 가스의 배출량도 극히 적어, 지구 온난화 등의 환경에 미치는 영향도 줄어든다.
또, 본 발명에 의하면, 드라이 펌프의 하류측에서부터 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하도록 구성되어 있으므로, 압력이 높아져, 파티클의 발생이 없으며, 필터의 눈막힘이 적고, 파티클이 반응챔버 내로 환류하는 일 등이 없으므로, 클리닝 효과가 향상되게 된다.
또, 본 발명에 의하면, 고분자막 장치에 의해서, 가령, N2, O2등의 불활성 가스를 흡수 제거할 수 있으므로, 클리닝 가스성분만을 배기경로의 상류측으로 환류하여, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관을 클리닝할 수 있으므로, 가스 이용효율이 향상된다. 또, 이와 같이 흡수 제거한 불활성 가스를 회수하여 재이용하는 것이 가능하다.
또, 본 발명에 의하면, 분리장치에 의해서, 가령, SiF4, HF, CO, CO2등의 불필요한 배기가스 성분을 선택적으로 제거하므로, 가령, COF2, CF4, F2등의 클리닝 가스성분 또는 농축된 가스성분을 반응챔버 내로 환류하여, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관을 클리닝할 수 있으므로 가스 이용효율이 향상된다.
또, 본 발명에 의하면, 압축기에 의해서, 배기가스, 즉 클리닝 가스를 승압하여 배기경로의 상류측으로 환류하므로, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관 내의 압력을 일정하게 유지할 수 있으므로, 클리닝 효과를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
또, 본 발명에 의하면, 제어장치에 의해서, 배기가스 환류경로를 흐르는, 가령, COF2의 농도를 모니터함으로써, 배기경로, 배기가스 환류경로 등의 배관 내의 클리닝 가스성분을 일정한 정상상태로 유지할 수 있으므로, 균일하면서도 효율이 좋은 클리닝을 실시할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 압력 개방장치에 의해서, 배기가스 환류경로의 압력이 일정압력 이상이 되었을 때에 압력을 개방하므로, 배기가스 환류경로의 압력이 상승하여, 배기경로, 배기가스 환류경로의 배관, 펌프, 고분자막 장치, 분리장치 등의 기기류가 파손, 손상되는 일이 없다.
또, 본 발명에 의하면, 클리닝 시에는, 배기가스 환류경로가 개방되게 되므로, 배기가스 환류경로를 개재하여, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하면서, 배기경로, 배기가스 환류경로의 배관 내를 클리닝하므로, 배기가스 중에 포함되는, 클리닝 가스성분을 다시, 배기경로, 배기가스 환류경로의 배관 내를 클리닝하는 클리닝 가스로서 이용할 수 있으므로, 가스 이용효율이 향상되게 된다.
한편, 반응챔버 내의 기재 표면 상에 퇴적막을 형성할 때에는, 배기가스 환류경로를 폐지하므로, 성막용 가스의 성분을 일정하게 유지할 수 있어, 균일하고 일정한 품질의 박막을 기재 상에 형성하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 클리닝 가스인, 가령 C2F6가 일정 시간 흐른 후에는 COF2가 발생하게 되므로, 이 COF2를 배기가스 환류경로, 반응챔버 환류경로에 의해서 환류함으로써, 이것을 클리닝 가스로서 이용할 수 있어, 클리닝 가스의 이용효율이 향상되고, 코스트도 저감할 수 있는 등의 여러 가지 현저하고 특유한 작용효과를 얻는 극히 우수한 발명이다.

Claims (24)

  1. 반응챔버 내로, 반응가스를 공급하여, 반응챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성하는 CVD장치로서,
    상기 반응챔버 내로부터 펌프를 개재하여 배기가스를 배기하는 배기경로에, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하는 배기가스 환류경로를 설치함과 동시에,
    상기 배기가스 환류경로에 플라즈마 발생장치를 설치한 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로가, 드라이 펌프의 하류측에서부터 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기가스 중의 불활성 가스를 흡수 제거하는 고분자막 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 불필요한 배기가스 성분을 선택적으로 제거하는 분리장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 승압하여 환류하는 압축기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기경로의 상류측으로 환류하는 배기가스의 성분을 검지하여, 가스성분을 일정하게 하기 위한 제어장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기가스 환류경로가 일정압력 이상이 되었을 때에 압력을 개방하는 압력 개방장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  8. 제 1항 내지 제 7항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로와, 반응가스 공급경로를 절환하는 절환장치를 구비함과 동시에,
    상기 반응챔버 내로 반응가스 공급경로를 개재하여 클리닝 가스를 도입하여 반응챔버 내를 클리닝할 때에는, 배기가스 환류경로를 개방하고,
    상기 반응챔버 내의 기재 표면 상에 퇴적막을 형성할 때에는, 배기가스 환류경로를 폐지(閉止)하도록 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  9. 제 1항 내지 제 7항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로와, 반응가스 공급경로를 절환하는 절환장치를 구비함과 동시에,
    상기 반응챔버 내로, 리모트 플라즈마 발생장치를 개재하여 클리닝 가스를 도입하여 반응챔버 내를 클리닝할 때에는, 배기가스 환류경로를 개방하고,
    상기 반응챔버 내의 기재 표면 상에 퇴적막을 형성할 때에는, 배기가스 환류경로를 폐지하게끔 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  10. 제 1항 내지 제 9항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 반응챔버로 배기가스를 환류하는 반응챔버 환류경로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 클리닝 시에, 클리닝의 초기단계에서는, 반응가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
    클리닝이 진행된 후에, 반응가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하게끔 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  12. 제 10항에 있어서, 상기 클리닝 시에, 클리닝의 초기단계에서는, 리모트 플라즈마 발생장치로부터의 클리닝 가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
    클리닝이 진행된 후에, 클리닝 가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하게끔 절환장치에 의해서 절환 제어되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  13. 제 1항 내지 제 12항의 어느 한 항에 있어서, 상기 CVD장치에 의해 기판의 성막처리를 행한 후에, 반응챔버 내에 부착된 부생성물을 제거할 때에 사용하는 클리닝 가스가, 불소가스를 포함하는 클리닝 가스인 것을 특징으로 하는 CVD장치.
  14. 반응챔버 내로, 반응가스 공급경로를 개재하여 반응가스를 공급하여, 반응챔버 내에 배치한 기재 표면 상에 퇴적막을 형성한 후에 반응챔버 내를 클리닝하는 CVD장치의 클리닝 방법으로서,
    상기 반응챔버 내로부터 펌프를 개재하여 배기가스를 배기하는 배기경로에 배치된 배기가스 환류경로를 개재하여, 배기가스를 플라즈마화하고, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하여 배관 내의 클리닝을 행함과 동시에,
    상기 배기가스 환류경로에, 반응챔버로 배기가스를 환류하는 반응챔버 환류경로가 설치되고,
    상기 반응챔버 환류경로를 개재하여 반응챔버 내를 클리닝하는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로가, 드라이 펌프의 하류측에서부터 배기경로의 상류측으로 배기가스를 환류하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기가스 중의 불활성 가스를 흡수 제거하는 고분자막 장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  17. 제 14항 내지 제 16항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 불필요한 배기가스 성분을 선택적으로 제거하는 분리장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  18. 제 14항 내지 제 17항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기경로의 상류측으로 배기가스를 승압하여 환류하는 압축기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  19. 제 41항 내지 제 18항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기경로의 상류측으로 환류하는 배기가스의 성분을 검지하여, 가스성분을 일정하게 하기 위한 제어장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  20. 제 14항 내지 제 19항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 배기가스 환류경로가 일정압력 이상이 되었을 때에 압력을 개방하는 압력 개방장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  21. 제 14항 내지 제 20항의 어느 한 항에 있어서, 상기 배기가스 환류경로에, 반응챔버로 배기가스를 환류하는 반응챔버 환류경로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  22. 제 14항 내지 제 21항의 어느 한 항에 있어서, 상기 클리닝 시에, 클리닝의 초기단계에서는, 반응가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
    클리닝이 진행된 후에, 반응가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  23. 제 14항 내지 제 21항의 어느 한 항에 있어서, 상기 반응챔버 내로, 리모트 플라즈마 발생장치를 개재하여 클리닝 가스를 도입함으로써 반응챔버 내를 클리닝할 때에, 클리닝의 초기단계에서는, 리모트 플라즈마 발생장치로부터의 클리닝 가스 공급경로를 개방하고, 필요한 시점에서 배기가스 환류경로와 반응챔버 환류경로를 개방하며,
    클리닝이 진행된 후에, 반응가스 공급경로를 폐지하여 클리닝을 행하는 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
  24. 제 14항 내지 제 23항의 어느 한 항에 있어서, 상기 CVD장치에 의해 기판의 성막처리를 행한 후에, 반응챔버 내에 부착된 부생성물을 제거할 때에 사용하는 클리닝 가스가, 불소가스를 포함하는 클리닝 가스인 것을 특징으로 하는 CVD장치의 클리닝 방법.
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