KR20070018037A - Self-cleaning catalyst chemical vapor deposition device and cleaning method therefor - Google Patents
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Abstract
촉매체를 2000℃ 이상으로 가열하지 않고 클리닝 가스에 의해 촉매체의 부식 열화를 억제하고, 저렴하게 실용적인 클리닝 레이트 및 양호한 클리닝을 가능하게 하는 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치가 제공된다. 반응 챔버 (2) 로부터 전기적으로 절연된 가열용 전원 (6) 의 단자 (6a, 6b) 및 가열용 전원 (6) 으로부터 반응 챔버 (2) 내의 촉매체에 정전류를 공급하는 도선 (5a, 5b) 에 의해, 할로겐 원소를 함유하는 클리닝 가스는, 배기된 반응 챔버 (2) 에 도입되고, 촉매체 (4) 는 가열용 전원 (6) 으로부터 전류를 통함으로써 가열된다. 이러한 가열에 의해 발생된 활성 종은 반응 챔버 (2) 의 내부에 부착되는 부착막과 반응하게 됨으로써, 부착막은 제거된다. 이러한 부착막의 제거 동안에, 적절한 극성 및 적절한 값을 갖는 직류 바이어스 전압은 정전압 전원 (8) 으로부터 가열용 전원 (6) 의 도선 (5b) 에 인가된다.A self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus is provided which suppresses corrosion deterioration of a catalyst body by a cleaning gas without heating the catalyst body above 2000 ° C., and enables a practical cleaning rate and good cleaning at low cost. Conductors 5a and 5b for supplying a constant current to the catalyst bodies in the reaction chamber 2 from the terminals 6a and 6b of the heating power supply 6 electrically insulated from the reaction chamber 2 and the heating power supply 6. By this, the cleaning gas containing a halogen element is introduce | transduced into the exhausted reaction chamber 2, and the catalyst body 4 is heated by passing an electric current from the power supply 6 for heating. The active species generated by this heating reacts with the adhesion film attached to the inside of the reaction chamber 2, whereby the adhesion film is removed. During the removal of this adhesion film, a direct current bias voltage having an appropriate polarity and an appropriate value is applied from the constant voltage power supply 8 to the conductive wire 5b of the heating power supply 6.
자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치, 촉매체, 바이어스 전압, 반응 챔버, 부착막 Self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus, catalyst body, bias voltage, reaction chamber, adhesion film
Description
본 발명은, 내부에서 클리닝 가스에 의해 촉매체의 부식 열화가 억제되고 실용적인 클리닝 레이트 및 양호한 클리닝을 가능케 하는 자가-클리닝 (self-cleaning) 촉매 화학 증착 장치 및 그 클리닝 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus and a cleaning method thereof in which corrosion degradation of the catalyst body is suppressed by the cleaning gas therein and enables a practical cleaning rate and good cleaning.
다양한 종류의 반도체 디바이스, LCD (액정 디스플레이) 등의 제조에서, 예를 들어 CVD 방법 (화학 증착 방법) 은 기판상에 박막을 형성하는 방법으로서 지금까지 알려져 왔다.In the manufacture of various kinds of semiconductor devices, LCDs (liquid crystal displays) and the like, for example, the CVD method (chemical vapor deposition method) has been known so far as a method of forming a thin film on a substrate.
지금까지, 열 CVD 방법, 플라즈마 CVD 방법 등이 CVD 방법으로 알려져 왔다. 그러나, 최근에 촉매 화학 증착 방법 (또는 Cat-CVD 방법 또는 열선 CVD 방법이라고도 함) 이 실용화되기 시작하였으며, 이러한 방법에서, 텅스텐 등의 가열된 선 (이후, "촉매체"라 함) 은 촉매로서 이용되고, 이 촉매체에 의한 촉매 작용에 의해 반응 챔버에 공급되는 원료 (raw material) 가스를 분해함으로써 박막이 기판상에 퇴적된다.To date, thermal CVD methods, plasma CVD methods, and the like have been known as CVD methods. Recently, however, a catalytic chemical vapor deposition method (also called a Cat-CVD method or a hot-wire CVD method) has begun to be practical, in which a heated line of tungsten or the like (hereinafter referred to as "catalyst") is used as a catalyst. The thin film is deposited on the substrate by decomposing the raw material gas which is used and supplied to the reaction chamber by the catalytic action of the catalyst body.
촉매 CVD 방법은 열 CVD 방법과 비교하여 저온에서 막 형성을 수행할 수 있고, 플라즈마 CVD 방법 등에서와 같이 플라즈마의 발생에 의해 기판이 손상되는 문 제가 없다. 따라서, 촉매 CVD 방법은 LCD 등과 같은 차세대 반도체 디바이스 및 디스플레이 디바이스의 막 형성 방법으로서 주목받고 있다.The catalytic CVD method can perform film formation at a low temperature compared with the thermal CVD method, and there is no problem that the substrate is damaged by the generation of plasma as in the plasma CVD method. Accordingly, the catalytic CVD method has attracted attention as a film forming method of next-generation semiconductor devices and display devices such as LCDs.
이 촉매 CVD 방법에 의해 막 형성을 수행하는 촉매 CVD 장치에서, 열 CVD 장치 및 플라즈마 CVD 장치와 같이, 막 형성 공정에서 분해된 원료 가스가 기판상에 퇴적막을 형성하는 경우, 분해된 원료 가스 부분이 막으로서 반응 챔버의 내벽, 기판 스테이지 (stage) 등에 부착된다. In the catalytic CVD apparatus which performs film formation by this catalytic CVD method, as in the thermal CVD apparatus and the plasma CVD apparatus, when the source gas decomposed in the film forming process forms a deposited film on the substrate, the decomposed source gas portion is formed. The film is attached to the inner wall of the reaction chamber, the substrate stage, or the like.
이러한 부착막이 퇴적하게 되는 경우, 오래지 않아 박리되고, 반응 챔버 내에서 부유하며, 기판에 부착함으로써, 처리 품질을 감소시킨다.When such an adhesion film is deposited, it does not take long to peel off, float in the reaction chamber, and adhere to the substrate, thereby reducing processing quality.
이러한 이유로, 반응 챔버의 내벽, 기판 스테이지 등에 부착된 막 (이하, "부착막" 이라 칭함) 은 제거될 필요가 있다. 부착막을 제거하는 인-시츄 (in-situ) 클리닝 방법으로서, 지금까지는 일반적으로, HF, NF3, SF6, 및 CF4 와 같은 할로겐 원소를 함유하는 클리닝 가스를 반응 챔버에 도입하고, 가열된 가열 소자인 촉매체에 의해, 클리닝 가스의 분해에 의해 발생하는 할로겐 함유 라디칼 종이 부착막과 반응함으로써 부착막이 제거되는 단계를 포함하는 방법이 채용되었다.For this reason, the film (hereinafter referred to as "attachment film") adhering to the inner wall of the reaction chamber, the substrate stage, and the like needs to be removed. As an in-situ cleaning method for removing the adhesion film, so far, generally, a cleaning gas containing halogen elements such as HF, NF 3 , SF 6 , and CF 4 is introduced into the reaction chamber, and heated A method including a step of removing an adhesion film by reacting with a halogen-containing radical species adhesion film generated by decomposition of a cleaning gas by a catalyst body as a heating element has been adopted.
종래의 클리닝 방법에서는, 원료 가스의 분해에 이용되는 텅스텐과 같은 가열된 촉매체는 상술한 클리닝 가스를 분해하는데에도 이용되기 때문에, 이때 발생하는 할로겐 함유 라디칼 종은 촉매체와 반응하고, 촉매체는 에칭되어 부식 열화를 야기하며, 이에 의해 클리닝 이후에 막 형성이 수행되는 경우 소정의 발열 특성이 획득될 수 없고, 막 퇴적 레이트의 재생성을 잃어버리는 등의 문제가 제기된다.In the conventional cleaning method, since a heated catalyst body such as tungsten used to decompose the source gas is also used to decompose the above-described cleaning gas, the halogen-containing radical species generated at this time react with the catalyst body, and the catalyst body Etching causes corrosion deterioration, whereby some exothermic properties cannot be obtained when film formation is performed after cleaning, and problems such as loss of reproducibility of film deposition rate are raised.
이러한 이유로, 상술한 문제를 해결하기 위해, 텅스텐 등의 촉매체를 2000℃이상 가열하여 촉매체와 클리닝 가스 간의 반응에 의해 발생하는 촉매체의 에칭 (부식 열화) 을 억제하는 단계를 포함하는 클리닝 방법이 제안되었다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조)For this reason, in order to solve the above-mentioned problem, a cleaning method comprising the step of heating a catalyst body such as tungsten or more to 2000 ° C. or more to suppress etching (corrosion deterioration) of the catalyst body caused by the reaction between the catalyst body and the cleaning gas. This has been proposed (see, for example, Patent Document 1)
특허문헌 1: 일본 특허 공개공보 제 2001-49436 호Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2001-49436
발명의 개시Disclosure of the Invention
그러나, 상기의 특허문헌 1에서 설명한 클리닝 방법에서, 텅스텐 등의 촉매체 (열선) 를 2000℃ 이상 가열하는 것이 필요하다. 따라서, 촉매체는 2000℃ 이상으로 가열된 촉매체 자체의 증발에 기인하여 열화될 수도 있고, 이러한 증발에 의해 발생하는 촉매체의 구성 원소에 의해 반응 챔버 (처리 챔버) 의 내부가 오염될 수도 있는 가능성이 있어, 개선의 여지가 있다.However, in the cleaning method described in
또한, 2000℃ 이상으로 촉매체를 가열함에 의해, 촉매체 부근에 제공되는 구성 부재 및 반응 챔버의 내벽이 촉매체로부터의 방열에 의해 고온으로 가열된다. 따라서, 내열성을 갖고 열에 의한 가스 방출이 작은 부재를 사용하는 것이 필요하고, 이용될 수 있는 부재가 제한되며, 가격이 상승한다. 따라서, 개선의 여지가 있다.In addition, by heating the catalyst body at 2000 ° C. or higher, the constituent members provided near the catalyst body and the inner wall of the reaction chamber are heated to a high temperature by heat radiation from the catalyst body. Therefore, it is necessary to use a member having heat resistance and small gas release by heat, the member that can be used is limited, and the price increases. Therefore, there is room for improvement.
이러한 문제를 고려하여, 본 발명은, 촉매체를 2000℃ 이상으로 가열하지 않고 클리닝 가스에 의한 부식 열화를 억제하는 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치를 제공하는 것을 목표로 하고, 저렴하게 실용적인 클리닝 레이트 및 양호한 클리닝, 및 그 장치의 클리닝 방법을 가능하게 한다.In view of these problems, the present invention aims to provide a self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus which suppresses corrosion deterioration by a cleaning gas without heating the catalyst body to 2000 ° C. or higher, and provides a practical and low-cost cleaning rate. Good cleaning and cleaning method of the apparatus are enabled.
상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치를 위한 본 발명의 제 1 양태는, 진공으로 배기할 수 있는 반응 챔버 내에서 저항 가열된 촉매체의 촉매 작용을 이용함으로써 박막을 형성하는 촉매 화학 증착 장치에서, 그 장치가 촉매체에 바이어스 전압을 인가하는 전원 및 인가될 바이어스 전압의 극성을 변경하는 변환 스위치를 포함하고, 도입된 클리닝 가스가 저항 가열된 촉매체와 접촉하게 되고 분해되는 경우에 발생하는 라디칼 종, 촉매체에 인가된 바이어스 전압, 및 바이어스 전압의 극성에 기초하여 촉매체 자체를 에칭하지 않고 반응 챔버의 내부에 부착된 부착막을 제거하는 구성을 가진다.In order to achieve the above object, the first aspect of the present invention for the self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus of the present invention is a thin film by utilizing the catalytic action of a catalytically heated catalyst body in a reaction chamber capable of evacuating to vacuum In a catalytic chemical vapor deposition apparatus, the apparatus includes a power supply for applying a bias voltage to the catalyst body and a conversion switch for changing the polarity of the bias voltage to be applied, wherein the introduced cleaning gas is in contact with the resistance heated catalyst body. And remove the adhered film attached to the inside of the reaction chamber without etching the catalyst body itself based on the radical species generated when decomposed and decomposed, the bias voltage applied to the catalyst body, and the polarity of the bias voltage.
본 발명의 제 2 양태는, 전술한 구성에 부가하여, 클리닝 가스를 라디칼 종으로 분해하고 라디칼 종을 반응 챔버에 도입하는 라디칼 종 발생기가 제공되는 것을 특징으로 한다.In a second aspect of the present invention, in addition to the above-described configuration, a radical species generator is provided which decomposes the cleaning gas into radical species and introduces radical species into the reaction chamber.
본 발명의 제 3 양태는 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 불활성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 하나의 혼합 가스인 것을 특징으로 한다.A third aspect of the present invention is characterized in that the cleaning gas is a mixed gas of any one of a halogen-containing gas and an inert gas or a reducing gas.
본 발명의 제 4 양태는, 클리닝 가스가 불활성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 하나를 함유하고, 불활성 가스 및 환원성 가스의 종류에 기초한 바이어스 전압의 극성이 획득되는 것을 특징으로 한다.A fourth aspect of the present invention is characterized in that the cleaning gas contains either an inert gas or a reducing gas, and the polarity of the bias voltage based on the type of the inert gas and the reducing gas is obtained.
본 발명의 제 5 양태는, 소정의 극성의 바이어스 전압이 0 인 경우에 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 환원성 가스의 혼합 가스인 구성을 갖는다.The fifth aspect of the present invention has a configuration in which the cleaning gas is a mixed gas of a halogen-containing gas and a reducing gas when the bias voltage of a predetermined polarity is zero.
본 발명의 제 6 양태는, 할로겐 함유 가스는 NF3, HF, C2F6, C3F8, SF6, CF4, CClF3, C2ClF5, 및 CCl4 또는 이들 가스의 조합을 구성하는 그룹으로부터 선택된 임의의 가스이고, 환원성 가스가 H2 이며, 불활성 가스가 희 (稀) 가스인 구성을 가진다.According to a sixth aspect of the present invention, the halogen-containing gas may include NF 3 , HF, C 2 F 6 , C 3 F 8 , SF 6 , CF 4 , CClF 3 , C 2 ClF 5 , and CCl 4 or a combination of these gases. It is any gas selected from the group comprising, a reducing gas is H 2, has the configuration of an inert gas diluent (稀) gas.
본 발명의 제 7 양태는, 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 H2 의 혼합 가스이고, 양극의 바이어스 전압이 인가되는 구성을 가진다.According to a seventh aspect of the present invention, the cleaning gas is a mixed gas of halogen-containing gas and H 2 , and has a configuration in which the bias voltage of the anode is applied.
본 발명의 제 8 양태는, 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 Ar 의 혼합 가스이고, 음극의 바이어스 전압이 인가되는 구성을 가진다.The eighth aspect of the present invention has a configuration in which the cleaning gas is a mixed gas of a halogen-containing gas and Ar, and a bias voltage of the cathode is applied.
본 발명의 제 9 양태는, 촉매체의 전기 저항에 기초하여 촉매체 자체의 에칭의 발생을 검출하는 모니터링 장치가 제공된다.In a ninth aspect of the present invention, there is provided a monitoring apparatus for detecting the occurrence of etching of the catalyst body itself based on the electrical resistance of the catalyst body.
본 발명의 촉매 화학 증착 장치의 클리닝 방법에 대한 본 발명의 제 10 양태는, 진공으로 배기될 수 있는 반응 챔버 내부에서 저항 가열된 촉매체의 촉매 작용을 이용함으로써 박막을 형성하는 촉매 화학 증착 장치의 클리닝 방법에서, 클리닝 방법은 저항 가열된 촉매체에 소정의 극성의 바이어스 전압을 인가하는 단계, 클리닝 가스를 도입하는 단계, 클리닝 가스가 저항 가열된 촉매체와 접촉하고 분해되어 라디칼 종을 발생시키는 단계, 및 촉매체 자체를 에칭하지 않고 반응 챔버의 내부에 부착된 부착막을 제거하는 단계를 포함하는 구성을 가진다.A tenth aspect of the present invention for a method for cleaning the catalytic chemical vapor deposition apparatus of the present invention is to provide a catalytic chemical vapor deposition apparatus for forming a thin film by utilizing the catalytic action of a resistance-heated catalyst body inside a reaction chamber that can be evacuated to a vacuum. In the cleaning method, the cleaning method includes applying a bias voltage of a predetermined polarity to the resistance heated catalyst body, introducing a cleaning gas, contacting and decomposing the cleaning gas with the resistance heated catalyst body to generate radical species. And removing the adhesion film attached to the inside of the reaction chamber without etching the catalyst body itself.
본 발명의 제 11 양태는, 클리닝 가스를 도입하는 단계는 클리닝 가스를 라디칼 종으로 분해하고 라디칼 종을 반응 챔버에 도입하는 단계인 것을 특징으로 한다.An eleventh aspect of the invention is characterized in that the step of introducing the cleaning gas is a step of decomposing the cleaning gas into radical species and introducing the radical species into the reaction chamber.
본 발명의 제 12 양태는, 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 불활성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 하나의 혼합 가스인 것을 특징으로 한다.According to a twelfth aspect of the present invention, the cleaning gas is a mixed gas of any one of a halogen-containing gas and an inert gas or a reducing gas.
본 발명의 제 13 양태는, 클리닝 가스는 불활성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 하나를 함유하고 불활성 가스 및 환원성 가스의 종류에 기초하여 결정된 극성의 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.A thirteenth aspect of the present invention is characterized in that the cleaning gas contains any one of an inert gas or a reducing gas and a bias voltage having a polarity determined based on the type of the inert gas and the reducing gas is applied.
본 발명의 제 14 양태는, 소정의 극성의 바이어스 전압이 0 인 경우에 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 환원성 가스의 혼합 가스인 것을 특징으로 한다.According to a fourteenth aspect of the present invention, the cleaning gas is a mixed gas of a halogen-containing gas and a reducing gas when the bias voltage of a predetermined polarity is zero.
본 발명의 제 15 양태는, 할로겐 함유 가스는 NF3, HF, C2F6, C3F8, SF6, CF4, CClF3, C2ClF5 및 CCl4, 또는 이들 가스의 조합으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 임의의 가스이고, 환원성 가스는 H2 이며, 불활성 가스는 희가스인 것을 특징으로 한다.According to a fifteenth aspect of the present invention, the halogen-containing gas is NF 3 , HF, C 2 F 6 , C 3 F 8 , SF 6 , CF 4 , CClF 3 , C 2 ClF 5 and CCl 4 , or a combination of these gases. Any gas selected from the group consisting of, the reducing gas is H 2 , the inert gas is characterized in that the rare gas.
본 발명의 제 16 양태는, 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 H2 의 혼합 가스이고 양극의 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.A sixteenth aspect of the present invention is characterized in that the cleaning gas is a mixed gas of halogen-containing gas and H 2 and a bias voltage of the anode is applied.
본 발명의 제 17 양태는, 클리닝 가스가 할로겐 함유 가스와 Ar 의 혼합 가스이고 음극의 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.A seventeenth aspect of the present invention is characterized in that the cleaning gas is a mixed gas of a halogen-containing gas and Ar and a bias voltage of the cathode is applied.
본 발명의 제 18 양태는, 클리닝 동안 전기 저항에 기초하여 촉매체 자체의 에칭의 발생이 인 시츄 (in situ) 모니터링되는 것을 특징으로 한다.An eighteenth aspect of the invention is characterized in that the occurrence of etching of the catalyst body itself is monitored in situ based on the electrical resistance during cleaning.
본 발명의 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 및 그 클리닝 방법에 따르면, 본 발명은, 촉매체를 2000℃ 이상 가열하지 않고 클리닝 가스에 의한 촉매체의 부식 열화를 억제하는 것이 가능하고, 실용적인 클리닝 레이트로 반응 챔버의 내벽 등에 부착된 부착막을 제거하는 것이 가능하다는 장점을 가진다.According to the self-cleaning catalyst chemical vapor deposition apparatus of the present invention and the cleaning method thereof, the present invention can suppress corrosion deterioration of the catalyst body by the cleaning gas without heating the catalyst body at 2000 ° C or higher, and at a practical cleaning rate. The advantage is that it is possible to remove the adhesion film attached to the inner wall of the reaction chamber or the like.
또한, 클리닝 가스에 의한 촉매체의 부식 열화가 억제되기 때문에, 막 형성 동안에도 기판상에 안정되고 양호한 막을 퇴적 (형성) 하는 것이 가능하다.In addition, since corrosion deterioration of the catalyst body due to the cleaning gas is suppressed, it is possible to deposit (form) a stable and good film on the substrate even during film formation.
또한, 클리닝 동안 2000℃ 이상까지 촉매체를 가열하는 것이 불필요하기 때문에, 촉매체 자체의 증발에 의한 열화 또는 촉매체의 구성 원소에 의한 반응 챔버 내부의 오염이 발생하지 않는다. 또한, 낮은 녹는점을 갖는 염가의 부재를 이용할 수 있기 때문에 비용을 줄이는 것이 가능해진다.In addition, since it is unnecessary to heat the catalyst body to 2000 ° C or more during cleaning, deterioration due to evaporation of the catalyst body itself or contamination inside the reaction chamber by constituent elements of the catalyst body does not occur. In addition, since the inexpensive member having a low melting point can be used, the cost can be reduced.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태와 관련된 클리닝 방법에 의한 클리닝을 수행하는 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치를 나타내는 개략 블록도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a schematic block diagram showing a self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus for performing cleaning by a cleaning method according to a first embodiment of the present invention.
도 2 는 "NF3 와 H2 의 혼합 가스" 가 클리닝 가스로 이용되는 때에 바이어스 전압이 인가되는 경우 및 바이어스 전압이 인가되지 않는 경우에 가열용 전원의 단자 간에 발생하는 전압 변화를 나타내는 다이어그램이다.Fig. 2 is a diagram showing a voltage change occurring between terminals of a heating power supply when a bias voltage is applied when " mixed gas of NF 3 and H 2 " is used as the cleaning gas and when no bias voltage is applied.
도 3 은 "NF3 와 Ar 의 혼합 가스" 가 클리닝 가스로 이용되는 때에 바이어스 전압이 인가되는 경우 및 바이어스 전압이 인가되지 않는 경우에 가열용 전원의 단자 간에 발생하는 전압 변화를 나타내는 다이어그램이다.FIG. 3 is a diagram showing a voltage change occurring between terminals of a heating power supply when a bias voltage is applied when " mixed gas of NF 3 and Ar " is used as a cleaning gas and when a bias voltage is not applied.
도 4 는 "NF3 와 H2 의 혼합 가스" 또는 "NH3 와 Ar 의 혼합 가스" 가 클리닝 가스로 이용되는 때에 가열용 전원의 단자 간에 발생하는 전압 변화를 나타내는 다이어그램이다.4 is a diagram showing a voltage change occurring between terminals of a heating power supply when "mixed gas of NF 3 and H 2 " or "mixed gas of NH 3 and Ar" is used as the cleaning gas.
도 5 는 본 발명의 제 3 실시형태와 관련된 클리닝 방법에 의해 클리닝을 수행하는 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치를 나타내는 개략 불록도이다.Fig. 5 is a schematic block diagram showing a self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus which performs cleaning by the cleaning method according to the third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 * Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1, 20: 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치1, 20: self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus
2: 반응 챔버2: reaction chamber
4: 촉매체4: catalyst body
6: 가열용 전원6: power supply for heating
8: 정전압 전원8: constant voltage power
10: 제어기10: controller
11: 클리닝 가스 분해용 용기11: Container for cleaning gas decomposition
14: 모니터14: monitor
본 발명의 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치는, 진공으로 배기 가능한 반응 챔버 내에서 저항 가열된 촉매체의 촉매 작용을 이용하여 박막을 형성하는 촉매 화학 증착 장치로서, 촉매체에 바이어스 전압을 인가하는 전원 및 인가될 바이어스 전압의 극성을 변경하는 변환 스위치를 포함하며, 도입된 클리닝 가스가 저항 가열된 촉매체와 접촉하게 되고 분해되는 경우에 발생되는 라디칼 종, 촉매체에 인가되는 바이어스 전압, 및 바이어스 전압의 극성에 기초하여 촉매체 자체를 에칭하지 않고 반응 챔버의 내부에 부착하는 부착막을 제거한다.The self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus of the present invention is a catalytic chemical vapor deposition apparatus that forms a thin film by using a catalytic action of a resistance-heated catalyst body in a vacuum-exhaust reaction chamber, and a power supply for applying a bias voltage to the catalyst body. And a conversion switch for changing the polarity of the bias voltage to be applied, wherein the radical species generated when the introduced cleaning gas is brought into contact with and decomposed into the resistance heated catalyst body, the bias voltage applied to the catalyst body, and the bias voltage On the basis of the polarity of, the adhesive film attached to the inside of the reaction chamber is removed without etching the catalyst body itself.
도 1 내지 5 에 기초하여, 실질적으로 동일 또는 대응하는 부재에 대해 동일한 참조 기호를 이용하여 본 발명의 최선의 실시형태를 설명한다.Based on FIGS. 1 to 5, the best embodiments of the present invention will be described using the same reference symbols for substantially the same or corresponding members.
<제 1 실시형태><1st embodiment>
먼저, 제 1 실시형태를 설명한다.First, the first embodiment will be described.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태와 관련된 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치를 나타내는 개략 블록도이다.1 is a schematic block diagram showing a self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus according to a first embodiment of the present invention.
이러한 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 (1) 에 반응 챔버 (2), 이 반응 챔버 (2) 내에 제공되고 기판 (미도시) 이 위치할 기판 스테이지 (3), 및 지름 0.5㎜ 의 텅스텐 선으로부터 형성되고, 원료 가스를 가열함으로써 반응 챔버 (2) 에 공급되는 원료 가스를 분해하는 촉매 작용을 가진 촉매체 (4) 가 제공된다.This self-cleaning catalytic chemical
촉매체 (4) 는, 클리닝 동안에 클리닝 가스를 가열함으로써 반응 챔버 (2) 에 공급되는 클리닝 가스를 분해하고, 클리닝 가스를 촉매체 (4) 에 접촉하여 라디칼 종을 발생시킨다.The
촉매 작용을 갖는 촉매체로서, 텅스텐 선에 추가하여 인듐, 몰리브덴, 탄탈, 니오브 등을 이용하는 것이 가능하며, 또한, 이들 합금도 이용될 수도 있다.As a catalyst having a catalytic action, it is possible to use indium, molybdenum, tantalum, niobium or the like in addition to tungsten wire, and these alloys may also be used.
반응 챔버 (2) 에, 반응 챔버 (2) 의 클리닝 동안에 클리닝 가스를 공급하고 막 형성 동안에 원료 가스를 공급하는 가스 공급 시스템 (미도시), 및 반응 챔버 (2) 를 진공으로 배기하고 반응 챔버 (2) 의 내부 압력을 조정하는 가스 배기 시스템 (미도시) 이 제공된다. 도 1 에 나타난 바와 같이, 클리닝 가스는 가스 공 급 포트 (2a) 로부터 도입되고, 반응 챔버 (2) 는 가스 배출 포트 (2b) 로부터 진공으로 배기된다.To the
NF3, HF, C2F6, C3F8, SF6, CF4, CClF3, C2ClF5 및 CCl4 와 같은 할로겐 함유 가스와, H2 와 같은 환원성 가스 또는 Ar 과 같은 불활성 가스 중 어느 하나의 혼합 가스가 클리닝 가스로 이용된다. Halogen-containing gases such as NF 3 , HF, C 2 F 6 , C 3 F 8 , SF 6 , CF 4 , CClF 3 , C 2 ClF 5 and CCl 4, and reducing gases such as H 2 or inert gases such as Ar Either mixed gas is used as the cleaning gas.
불활성 가스로서, Ar 과 동일한 종류의 희가스가 이용될 수 있다.As the inert gas, a rare gas of the same kind as Ar may be used.
정직류 전원인 가열용 전원 (6) 은 도선 (5a, 5b) 을 통해 촉매체 (4) 에 접속되고, 정전류 제어되는 직류 전압이 가열용 전원 (6) 으로부터 인가되는 경우에 촉매체 (4) 는 저항 가열된다.The
하나의 단자측이 가열용 전원 (6) 의 단자 (6a, 6b) 에 각각 접속되는 각각의 도선 (5a, 5b) 은 반응 챔버 (2) 로부터 절연 재료 (7a, 7b) 에 의해 전기적으로 절연되고, 반응 챔버 (2) 및 가열용 전원 (6) 이 접지된다.Each of the
상술한 바와 같이, 가열용 전원 (6) 및 각각의 도선 (5a, 5b) 이 반응 챔버 (2) 로부터 전기적으로 절연되고, 촉매체 (4) 에의 급전 회로가 가열용 전원 (6) 및 각각의 도선 (5a, 5b) 에 의해 구성된다. 이 가열용 전원 (6) 은 정전류 제어되는 교류 전원일 수도 있다.As described above, the
가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 인가된 전기 전위를 제어하기 위한 정직류 전원인 정전압 전원 (8) 은, 저항기 (9) 를 통해 가열용 전원 (6) 및 촉매체 (4) 를 함께 전기적으로 접속하는 도선 (5b) 에 접속된다.The constant
정전압 전원 (8) 은 인가될 바이어스 전압의 극성을 변경하기 위한 변환 스위치 (8a) 를 가지고, 인가될 바이어스 전압의 극성은 접속된 제어기 (10) 로부터 제어 신호에 의해 변경될 수 있다.The constant
또한, 제어기 (10) 로부터의 제어 신호에 의해 소망하는 극성 및 양극 또는 음극의 전기 전위값으로 제어되는 바이어스 전압을 저항기 (9) 를 통하여 촉매체 (4) 에 인가함에 의해, 정전압 전원 (8) 은 가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 인가될 전기 전위, 즉 가열용 전원 (6) 의 단자 사이의 전압을 제어할 수 있다 (상세히는 후술함).Further, the constant
인가될 바이어스 전압의 극성은, 저항 가열된 촉매체 (4) 자체의 에칭 발생을 방지하기 위해 설정되고, 도입된 불활성 가스 및 환원성 가스의 종류에 따라 적절히 변경될 수 있다.The polarity of the bias voltage to be applied is set to prevent etching occurrence of the resistance-
제 1 실시형태에서, 정전류 전원 (6) 의 출력 단자 (6a, 6b) 사이의 전압을 검출함에 의해 촉매체 (4) 자체의 에칭의 발생을 검출하는 모니터 (14) 가 제공된다.In the first embodiment, a
정전류 전원이 촉매체 (4) 의 저항 가열에 급전하는데 이용하는 경우에, 촉매체 (4) 자체의 에칭이 자가-클리닝 동안에 발생한다면, 섬세한 선으로부터 보통 형성되는 촉매체의 지름이 감소하고 전기 저항이 증가하며, 결과적으로 설정 전류전원의 출력 단자 사이의 전압이 증가한다.In the case where a constant current power source is used to feed the resistive heating of the
따라서, 모니터 (14) 를 이용하여 자가-클리닝 동안에 단자 사이의 전압을 검출함으로써, 촉매체 (4) 자체의 에칭의 발생을 검출하는 것이 가능하다.Thus, by detecting the voltage between the terminals during self-cleaning using the
다음으로, 제 1 실시형태와 관련된 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 (1) 를 이용한 막 형성 및 인-시츄 클리닝 방법을 설명한다.Next, the film formation and in-situ cleaning method using the self-cleaning catalytic chemical
도 1 을 참조하여, 이 실시형태와 관련된 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 (1) 에 의한 막 형성 처리에서, 기판 (미도시) 은 반응 챔버 (2) 로 이동되고, 기판 스테이지 (3) 상에 위치한다.Referring to FIG. 1, in the film formation process by the self-cleaning catalytic chemical
다음으로, 반응 챔버 (2) 의 내부는 진공으로 배기되는 동안에 Ar 가스 또는 할로겐 가스로 퍼지 (purge) 된다. 이후, 직류 전압이 촉매체 (4) 에 인가되고, 촉매체 (4) 는 압력이 이 퍼지 가스의 대기에서 소정의 압력으로 제어되는 동안 저항 가열에 의해 소정의 온도, 예를 들어 1700℃ 정도로 가열된다.Next, the inside of the
결과적으로, 가스 공급 포트 (2a) 를 통해 가스 공급 시스템으로부터 반응 챔버 (2) 로의 원료 가스, 예를 들어 SiH4 와 H2 의 혼합 가스의 도입에 의해 변환되고, 가스 배출 포트 (2b) 를 통해 처리 챔버 (2) 가 가스 배출 시스템에 의해 배기됨으로써, 소정의 압력으로 조정된다.As a result, it is converted by introduction of a source gas, for example a mixed gas of SiH 4 and H 2 , from the gas supply system to the
이때, 도입된 원료 가스가 1700℃ 로 가열된 촉매채 (4) 와 접촉하게 되고, 분해되면서 라디칼 종이 발생하며, 박막이 기판상에 퇴적된다.At this time, the introduced source gas comes into contact with the
이러한 막 형성 공정의 처리를 반복함으로써, 분해된 반응 가스 부분은 퇴적된 막처럼 반응 챔버의 내벽 (2), 기판 스테이지 (3) 등에도 부착된다.By repeating the process of this film forming process, the decomposed reaction gas portion is attached to the
이러한 이유로, 촉매 화학 증착 장치가 소정의 작동 시간 간격으로 반응 챔버 (2) 의 내부를 클리닝하는 것이 필요하다.For this reason, it is necessary for the catalytic chemical vapor deposition apparatus to clean the inside of the
다음으로, 반응 챔버의 내벽 (2), 기판 스테이지 (3) 등에 부착된 부착막을 제 1 실시형태와 관련된 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치를 이용하여 제거하기 위한 촉매 화학 증착 장치의 클리닝 방법을 설명한다.Next, the cleaning method of the catalytic chemical vapor deposition apparatus for removing the adhesion film attached to the
본 발명의 촉매 화학 증착 장치의 클리닝 방법은 진공으로 배기될 수 있는 반응 챔버 (2) 내에서 저항 가열된 촉매체 (4) 의 촉매 작용을 이용함으로써 박막을 형성하는 촉매 화학 증착 장치의 클리닝 방법이고, 이러한 클리닝 방법은, 저항 가열된 촉매체 (4) 에 소정의 극성의 바이어스 전압을 인가하는 단계, 클리닝 가스를 도입하는 단계, 클리닝 가스가 저항 가열된 촉매체와 접촉하고 분해되어 라디칼 종을 발생시키는 단계, 및 촉매체 자체를 에칭하지 않고 반응 챔버의 내부에 부착된 부착막을 제거하는 단계를 포함한다.The cleaning method of the catalytic chemical vapor deposition apparatus of the present invention is a cleaning method of the catalytic chemical vapor deposition apparatus which forms a thin film by utilizing the catalytic action of the catalytically
이하, 클리닝 방법을 상술한다.Hereinafter, the cleaning method will be described in detail.
먼저, 반응 챔버 (2) 의 내부는 진공으로 배기되는 동안 Ar 가스 또는 수소 가스로 퍼지된다. 이후, 이 퍼지 가스의 대기에서 압력이 65㎩ 로 제어되면서 촉매체 (4) 는 저항 가열에 의해, 예를 들어 1700℃ 로 가열된다.First, the interior of the
이때, 극성은 Ar 가스가 도입되는 경우에는 음극으로, 수소 가스가 도입되는 경우에는 양극으로 설정되어 바이어스 전압이 미리 인가된다.At this time, the polarity is set to the cathode when Ar gas is introduced, and to the anode when hydrogen gas is introduced, and a bias voltage is applied in advance.
다음으로, 가스 공급 시스템의 도입 가스의 변환 작동에 의해, 클리닝 가스는 가스 공급 포트 (2a) 를 통해 반응 챔버 (2) 로 도입된다.Next, by the conversion operation of the introduction gas of the gas supply system, the cleaning gas is introduced into the
이 실시형태에서, 할로겐 함유 가스인 NF3 (삼불화 질소) 와 H2 (수소) 의 혼합 가스가 클리닝 가스로서 각각 20sccm 의 양이 도입된다.In this embodiment, a mixed gas of NF 3 (nitrogen trifluoride) and H 2 (hydrogen), which are halogen-containing gases, is introduced in an amount of 20 sccm, respectively, as a cleaning gas.
수소 가스가 환원성 가스로서 흐르게 되기 때문에, 극성은 양극으로 미리 스위칭된다.Since the hydrogen gas flows as the reducing gas, the polarity is previously switched to the anode.
이때, 반응 챔버 (2) 로의 혼합 가스의 도입과 동일한 시간에, 반응 챔버 (2) 의 내부는 가스 배출 포트 (2b) 를 통해 가스 배출 시스템에 의해 진공으로 배기되면서 반응 챔버 (2) 의 압력은 65㎩ 로 조정되고 이러한 레벨로 유지된다.At this time, at the same time as the introduction of the mixed gas into the
도입된 클리닝 가스는, 1700℃ 로 가열된 촉매체 (4) 와 클리닝 가스가 접촉함에 의해, 그리고 그 분해에 의해 발생하는 할로겐 함유 라디칼 종에 의해, 반응 챔버의 내벽 (2), 기판 스테이지 (3) 등에 부착된 부착막을 에칭 및 제거하고, 제거된 부착막을 가스 배출 포트 (2b) 를 통해 배출된다.The introduced cleaning gas is formed by contacting the
이러한 방법으로, 촉매체의 촉매 작용을 이용함으로써, 촉매 화학 증착 장치는 실용적인 클리닝 레이트로 만족스럽게 클리닝될 수 있는 외에, 촉매체 자체의 에칭은 억제될 수 있다.In this way, by utilizing the catalytic action of the catalyst body, the catalytic chemical vapor deposition apparatus can be satisfactorily cleaned at a practical cleaning rate, and the etching of the catalyst body itself can be suppressed.
이 실시형태의 촉매 화학 증착 장치의 클리닝이 방법의 클리닝 조건은 다음과 같이 요약된다. 즉, 반응 챔버 (2) 의 압력은 65㎩ 이고, 촉매체 (4) 의 가열 온도는 1700℃ 정도이고, NF3 와 H2 의 유량 (flow rate) 은 각각 20sccm 이며, 촉매체 (4) 의 지름은 0.5㎜ 이다.Cleaning of the catalytic chemical vapor deposition apparatus of this embodiment The cleaning conditions of this method are summarized as follows. That is, the pressure of the
도 2 는, 이 실시형태의 클리닝 동안 직류 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 도선 (5b) 으로 인가되는 경우 및 이 바이어스 전압이 인가되지 않은 경 우에 가열용 전원 (6) 의 단자 간에 발생하는 전압 (가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 인가되는 전기 전위) 의 변화를 나타낸 것이다.FIG. 2 shows the voltage generated between the terminals of the
도 2 에서, 문자 a 는 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되지 않는 경우를 나타내고, 문자 b 는 +120V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우를 나타내며, 문자 c 는 -180V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우를 나타낸다.In Fig. 2, the letter a indicates the case where a bias voltage is not applied from the constant
모든 경우에서, 반응 챔버의 내벽 (2), 기판 스테이지 (3) 등에 부착된 부착막은 잘 제거된다.In all cases, the adhesion film attached to the
도 2 에 도시된 결과로부터 명백한 바와 같이, 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되지 않은 경우 (도 2 의 a) 에, 가열용 전원 (6) 의 단자 간에 발생되는 전압은 클리닝이 진행하면서 (약 68V 에서 약 77.5V로) 상승한다.As is apparent from the results shown in Fig. 2, when the bias voltage is not applied from the constant voltage power supply 8 (a in Fig. 2), the voltage generated between the terminals of the
이는 클리닝 동안 촉매체 (4) 가 클리닝 가스의 분해에 의해 발생하는 할로겐 원소 함유 라디칼 종에 의해 에칭 (부식 열화) 되고 촉매체 (4) 의 지름이 감소됨으로써, 촉매체 (4) 의 전기 저항이 증가한다는 사실에 기인한다.This is because during cleaning, the
한편, +120V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우 (도 2 의 b) 에, 클리닝이 진행되는 경우에도, 가열용 전원 (6) 의 단자 간에 발생하는 전압의 상승이 (약 81V 에서 약 84V로) 작고, 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 가 억제된다.On the other hand, when a bias voltage of + 120V is applied from the constant voltage power supply 8 (b in Fig. 2), even when cleaning is performed, the increase in voltage generated between the terminals of the
또한, -180V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우 (도 2 의 c) 에, 클리닝이 진행되면서 가열용 전원 (6) 의 단자 간에 발생하는 전 압이 (약 78V 에서 약 82.5V 로) 약간 상승하고, 이는 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 에 기인한다.In addition, when a bias voltage of -180 V is applied from the constant voltage power supply 8 (Fig. 2C), the voltage generated between the terminals of the
이 실시형태에서, NF3 와 Ar 가스의 혼합 가스가 클리닝 가스로 이용되는 경우에도, 도 3 은, 직류 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 도선 (5b) 에 인가되는 경우 및 이 바이어스 전압이 인가되지 않는 경우에 가열용 전원 (6) 의 단자 간에 발생하는 전압 (가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 인가되는 전기 전위) 의 변화를 유사하게 나타낸 것이다.In this embodiment, even when a mixed gas of NF 3 and Ar gas is used as the cleaning gas, FIG. 3 shows a case where a direct current bias voltage is applied from the constant
도 3 에서, 문자 a 는 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되지 않은 경우를 나타내고, 문자 b 는 +120V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우를 나타내며, 문자 c 는 -180V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우를 나타낸다.In Fig. 3, the letter a indicates the case where the bias voltage is not applied from the constant
모든 경우에서, 반응 챔버의 내벽 (2), 기판 스테이지 (3) 등에 부착한 부착막은 잘 제거된다.In all cases, the adhesion film adhered to the
이러한 클리닝 동안에 클리닝 조건은 다음과 같다. 즉, 반응 챔버 (2) 의 압력은 65㎩ 이고, 촉매체 (4) 의 가열 온도는 1700℃ 정도이고, NF3 와 Ar 의 유량은 각각 20sccm 이며, 촉매체 (4) 의 지름은 0.5㎜ 이다.The cleaning conditions during this cleaning are as follows. That is, the pressure of the
도 3 에 나타난 결과로부터 명백한 바와 같이, 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되지 않은 경우 (도 3의 a) 에, 가열용 전원 (6) 의 단자 사이에 발생되는 전압은 클리닝이 진행되면서 (약 100V 에서 110V 까지) 상승하고, 촉매체 (4) 는 에칭 (부식 열화) 된다.As is apparent from the results shown in Fig. 3, when the bias voltage is not applied from the constant voltage power supply 8 (a in Fig. 3), the voltage generated between the terminals of the
+120V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우 (도 3 의 b) 에, 가열용 전원 (6) 의 단자 간에 발생되는 전압이 클리닝이 진행되면서 (약 82V 에서 약 100V 까지) 상승하고, 촉매체 (4) 는 에칭 (부식 열화) 된다.When a bias voltage of +120 V is applied from the constant voltage power supply 8 (Fig. 3B), the voltage generated between the terminals of the
한편, -180 V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우 (도 3 의 c) 에, 가열용 전원 (6) 의 단자 간에 발생되는 전압은 클리닝이 진행되는 경우에도 거의 상승하지 않고 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 은 억제된다.On the other hand, when a bias voltage of -180 V is applied from the constant voltage power supply 8 (Fig. 3C), the voltage generated between the terminals of the
도 2 및 도 3 에 나타난 바와 같은 결과는, 정전압 전원 (8) 으로부터의 바이어스 전압의 인가가 촉매체 (4) 의 표면상에 흡착 종을 환원 또는 산화시키는 구동력의 정도에 대응하는 촉매체 (4) 의 d-전자 및 흡착 종으로부터의 공여 전자의 수여 궤도 (d 구멍) 의 (촉매체 (4) 의 페르미 준위에 관련된) 에너지 준위의 변화를 야기하고, 이는 촉매체 4) 의 표면상에 흡착된 할로겐계 라디칼 종과 H2 와 같은 환원제 간의 표면 반응의 레이트, 즉 에칭의 발생 또는 에칭의 억제의 레이트의 변화를 발생시킨다.The results as shown in FIGS. 2 and 3 indicate that the application of the bias voltage from the constant
따라서, 도 2 에 나타난 바와 같이, 클리닝 가스가 NF3 와 H2 의 혼합 가스인 경우, 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 은 +120V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우에 억제되고, 도 3 에 나타난 바와 같이, 클리닝 가스가 NF3 와 Ar 가스의 혼합 가스인 경우, 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 는 -180V 의 바이어스 전압이 정전압 전원 (8) 으로부터 인가되는 경우에 억제된다.Therefore, as shown in FIG. 2, when the cleaning gas is a mixed gas of NF 3 and H 2 , etching (corrosion deterioration) of the
상술한 바와 같이, 반응 챔버 (2) 로부터 촉매체 (4) 의 가열용 전원 (6) 및 도선 (5a, 5b) 를 전기적으로 절연하고, 정전압 전원 (8) 으로부터 적절한 극성 및 적절한 값의 바이어스 전압을 가열용 전원 (6) 의 단자 사이의 전기 전위, 즉 가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 인가될 전기 전위를 인가함으로써, 클리닝 가스에 의해 촉매체 (4) 의 부식 열화를 억제하고, 클리닝 가스에 의해 반응 챔버의 내벽 (2), 기판 스테이지 (3) 등에 부착된 부착막을 만족스럽게 제거하는 것이 가능하다.As described above, the
또한, 클리닝 가스에 의한 촉매체 (4) 의 부식 열화가 억제되기 때문에 막 형성 동안에도 기판상에 안정하고 양호한 막을 퇴적하는 것이 가능하게 된다.In addition, since corrosion deterioration of the
또한, 종래의 실시예에서와 같이 클리닝 동안 2000℃ 이상까지 촉매체 (4) 를 가열하는 것은 불필요하기 때문에, 촉매체 (4) 자체의 증발에 기인한 열화 또는 증발에 기인한 촉매체 (4) 의 구성 원소와 반응 챔버 (2) 내부의 오염이 발생하지 않는다. 또한, 낮은 녹는점을 갖는 저렴한 부재가 이용될 수 있기 때문에 비용을 줄이는 것이 가능하게 된다.In addition, since it is unnecessary to heat the
<제 2 실시형태><2nd embodiment>
다음으로, 제 2 실시형태를 설명한다.Next, 2nd Embodiment is described.
이 실시형태에서, 도 1 에 나타난 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 (1) 가 이용되고, 정전압 전원 (8) 으로부터 가열용 전원 (6) 의 단자 사이에 발생되는 전압에 바이어스 전압을 인가하지 않고 0 바이어스 전압이 인가된다.In this embodiment, the self-cleaning catalytic chemical
이 실시형태에서의 클리닝 조건은 다음과 같다. 반응 챔버의 압력은 10 ㎩ 이고, 촉매체의 선경 (wire diameter) 은 0.7 ㎜ 이며, 촉매체의 가열 온도는 1700 ℃ 이다. 클리닝 가스로서, NF3 와 H2 의 혼합 가스는 20sccm 의 유량이 각각 도입된다.The cleaning conditions in this embodiment are as follows. The pressure of the reaction chamber was 10 kPa, the wire diameter of the catalyst body was 0.7 mm, and the heating temperature of the catalyst body was 1700 ° C. As the cleaning gas, a mixed gas of NF 3 and H 2 was introduced at a flow rate of 20 sccm, respectively.
도 4 는, 제 2 실시형태의 촉매체 자체의 에칭 발생을 나타내는 가열용 전원의 단자 사이에 발생되는 전압과 클리닝 시간 간의 관계를 나타내는 다이어그램이다. 문자 a 는 NF3 와 H2 의 혼합 가스가 제 2 실시형태와 관련된 클리닝 가스로서 이용되는 경우를 나타내고, 문자 b 는 비교예로서 NF3 와 Ar 의 혼합 가스가 클리닝 가스로 이용되는 경우를 나타낸다.4 is a diagram showing a relationship between a voltage generated between a terminal of a heating power supply indicating the occurrence of etching of the catalyst body itself of the second embodiment and a cleaning time. The letter a indicates the case where the mixed gas of NF 3 and H 2 is used as the cleaning gas according to the second embodiment, and the letter b indicates the case where the mixed gas of NF 3 and Ar is used as the cleaning gas as a comparative example.
도 4 에 나타난 바와 같이, 제 2 실시형태에서, 가열용 전원의 단자 사이에 발생하는 전압의 경사가 평탄하기 때문에, 촉매체 자체의 에칭은 거의 발생하지 않고 반응 챔버 내의 부착막은 잘 제거될 수 있다.As shown in Fig. 4, in the second embodiment, since the inclination of the voltage generated between the terminals of the heating power source is flat, etching of the catalyst body itself hardly occurs and the adhesion film in the reaction chamber can be removed well. .
비교를 위해, 수치는, "NF3 와 Ar 의 혼합 가스" 가 이용되는 경우에 클리닝 동안 가열용 전원 (6) 의 단자 사이의 전압, 즉 가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 인가되는 전기 전위의 변화를 나타낸다.For comparison, a numerical value is applied to the
이 비교예의 클리닝 조건은 제 2 실시형태에서와 동일하고, NF3 과 Ar 의 유량은 각각 20sccm 이다.The cleaning conditions of this comparative example were the same as in the second embodiment, and the flow rates of NF 3 and Ar were 20 sccm, respectively.
도 4 에 나타난 결과로부터 명백한 바와 같이, 클리닝 과정에서 가열용 전원 (6) 의 단자 사이에 발생하는 전압의 상승은, NF3 와 Ar 의 혼합 가스가 이용되는 경우 보다 NF3 와 H2 의 혼합 가스가 이용되는 경우에서 훨씬 더 작고, 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 은 억제된다.As is apparent from the results shown in 4, rise of the voltage occurring between the terminals of the
도 4 에 나타난 결과로부터, NF3 와 Ar 의 혼합 가스가 클리닝 가스로 이용되는 경우, 가열된 촉매체 (텅스텐 선; 4) 와 NF3 의 접촉 및 분해에 의해 발생되는 불소 함유 라디칼 종 부분이 촉매체 자체를 환원제로서 불화 텅스텐 (WFX: 일반적으로, x ≤ 6) 을 형성하는 반응 경로의 존재 때문에, 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 가 진행된다.From the results shown in FIG. 4, when a mixed gas of NF 3 and Ar is used as the cleaning gas, the portion of the fluorine-containing radical species generated by contacting and decomposition of the heated catalyst body (tungsten wire; 4) with NF 3 is catalyzed. Etching (corrosion deterioration) of the
한편, NF3 와 H2 의 혼합 가스가 클리닝 가스로 이용되는 경우, 가열된 촉매체 (텅스텐 선; 4) 와 H2 의 접촉 및 분해에 의해 발생한 수소 라디칼이 또한 존재하고, 이 수소 라디칼은, 촉매체 (4) 와 경쟁적인 환원제로서 불소 함유 라디칼 종으로 작용한다. 따라서, 또 다른 방법으로, 불화 수소 (HF) 가 발생되는 반응 경로가 결과적으로 촉매체의 에칭 (부식 열화) 이 억제되면서 형성될 수도 있다.On the other hand, when a mixed gas of NF 3 and H 2 is used as the cleaning gas, there are also hydrogen radicals generated by contacting and decomposition of the heated catalyst body (tungsten wire; 4) and H 2 , and the hydrogen radicals, It acts as a fluorine-containing radical species as a reducing agent competing with the catalyst body (4). Thus, as another method, a reaction path in which hydrogen fluoride (HF) is generated may be formed while suppressing etching (corrosion deterioration) of the catalyst body as a result.
또한, 제 1 실시형태에서보다 더 낮은 반응 챔버 (2) 의 압력은 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 의 억제에 기여할 수도 있다.In addition, the pressure in the
또한, 이러한 방법으로 클리닝 가스로서 NF3 와 H2 의 혼합 가스를 이용함으로써, 반응 챔버의 내부에 부착하는 부착막을 제거하고 촉매체 (4) 의 에칭 (부식 열화) 을 억제하는 것도 가능하다.It is also possible that as the cleaning gas in this way by using a mixed gas of NF 3 and H 2, removably attached to adhere to the inside of the reaction chamber, and a film suppressing the etching (corrosion degradation) of the catalyst body (4).
<제 3 실시형태>Third Embodiment
다음으로, 제 3 실시형태를 설명한다.Next, a third embodiment will be described.
도 5 는 제 3 실시형태와 관련된 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치를 나타내는 개략 블록도이다.5 is a schematic block diagram showing a self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus according to a third embodiment.
한편, 동일한 참조부호는 도 1 에 도시된 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치와 동일한 기능을 가진 부재를 나타내고, 이러한 부재의 중복 설명은 생략한다.It is noted that the same reference numerals denote members having the same function as the self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus shown in Fig. 1, and redundant description of such members is omitted.
이러한 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 (20) 에, 클리닝 가스를 분해하고 라디칼 종을 발생시키는 라디칼 발생기로서 클리닝 가스 분해 (11) 용 용기가 반응 챔버 (2) 의 외부에 제공된다.In this self-cleaning catalytic chemical
클리닝 가스 분해 (11) 용 용기에 RF 플라즈마, 전자파 플라즈마 등의 플라즈마 발생기 (12) 가 제공되고, 이 용기는 도입된 클리닝 가스, 예를 들어 전자기력에 의한 NF3 와 Ar 의 혼합 가스의 플라즈마 분해에 의해 할로겐 함유 라디칼 종을 발생시킬 수 있다.A vessel for cleaning
도입된 클리닝 가스의 분해 수단으로서, 플라즈마 이외의 수단, 예를 들어, 자외선의 조사 (照射) 에 의한 광에너지가 이용될 수도 있다.As means for decomposing the introduced cleaning gas, means other than plasma, for example, light energy by irradiation of ultraviolet rays may be used.
다른 구성은 도 1 에 도시된 제 1 실시형태에 따른 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 (1) 에서와 동일하다.The other configuration is the same as in the self-cleaning catalytic chemical
이후, 이 실시형태의 인-시츄 클리닝 방법을 설명한다.The in-situ cleaning method of this embodiment will now be described.
먼저, 반응 챔버 (2) 의 내부가 불활성 가스로 퍼지되는 동안, 반응 챔버 (2) 의 내부는 가스 배출 포트 (2b) 를 통해 가스 배출 시스템 (미도시) 에 의해 진공으로 배기되고 압력은 소정의 압력, 예를 들어 65Pa 로 조정된다.First, while the interior of the
저항 가열은 도선 (5a, 5b) 을 통해 가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 직류 전압을 인가함으로써 수행되고, 촉매체 (4) 는 소정의 온도, 예를 들어 1700℃ 정도로 가열된다.Resistance heating is performed by applying a direct-current voltage to the
이때, Ar 가스는 불활성 가스로 이용되기 때문에, 바이어스 전압은 극성이 음극으로 설정되어 미리 인가된다.At this time, since the Ar gas is used as the inert gas, the bias voltage is applied in advance with the polarity set to the cathode.
다음으로, 클리닝 가스, 이 실시형태에서는 NF3 와 Ar 의 혼합 가스가 압력이 65㎩ 로 조정되고 유지되는 동안에 클리닝 가스 분해 (11) 용 용기에 도입된다.Next, a cleaning gas, in this embodiment, a mixed gas of NF 3 and Ar is introduced into the container for cleaning
이러한 도입된 클리닝 가스, 즉, NF3 와 Ar 의 혼합 가스는 할로겐 함유 라디칼 종의 발생중에 플라즈마 발생기 (12) 에 의해 플라즈마 분해되기 쉽고, 이 할로겐 함유 라디칼 종은 반응 챔버 (2) 에 공급됨으로써, 반응 챔버의 내벽 (2), 기판 스테이지 (3) 등에 부착하는 막에 부착되고 에칭에 의해 제거되며 가스 배출 포트 (2b) 를 통해 방출된다.This introduced cleaning gas, that is, a mixed gas of NF 3 and Ar, is likely to be plasma decomposed by the
이러한 경우에, 제 1 실시형태에서와 동일한 방법으로, 적절한 극성 및 적절한 값을 갖는 바이어스 전압은, 제어기 (10) 의 제어에 의해 정전압 전원 (8) 으로부터 가열용 전원 (6) 의 단자 사이의 전기 전위 (가열용 전원 (6) 으로부터 촉매체 (4) 에 인가되는 전기 전위) 에 인가된다.In this case, in the same manner as in the first embodiment, the bias voltage having the appropriate polarity and the appropriate value is controlled by the control of the
결과적으로, 제 1 실시형태에서 상술한 바와 같이, 할로겐 함유 라디칼 종에 의한 촉매체 (4) 의 부식 열화를 억제하는 것이 가능하다.As a result, as described above in the first embodiment, it is possible to suppress corrosion deterioration of the
이 실시형태의 클리닝 동안에, 가스 공급 포트 (2a) 를 통해 반응 챔버 (2) 에 환원성 가스로서 H2 를 도입함으로써, 제 2 실시형태에서 설명한 바와 같이 할로겐 함유 종에 의한 촉매체 (4) 의 부식 열화를 더 만족적으로 억제하는 것이 가능하다.During the cleaning of this embodiment, by introducing H 2 as a reducing gas into the
이 실시형태에서 H2 가 가스 공급 포트 (2a) 로부터 반응 챔버 (2) 에 공급되더라도, 또한, 클리닝 가스와 함께 클리닝 가스 분해 (11) 용 용기에 H2 를 도입하고 클리닝 가스 분해 (11) 용 용기를 통해 반응 챔버 (2) 에 H2 를 공급하는 것이 가능하다.In this embodiment, even when supplied to
상술한 바와 같이, 반응 챔버 (2) 외부에 제공된 클리닝 가스 분해 (11) 용 용기에서 클리닝 가스를 분해하고 발생된 할로겐 함유 라디칼 종을 부착막이 제거된 반응 챔버 (2) 에 공급함으로써, 클리닝 가스가 가열된 촉매체 (4) 에 의해 반응 챔버 (2) 내에서 분해되는 제 1 실시형태의 경우에서보다 더 효율적으로 부착막을 제거하는 것이 가능하고, 따라서 클리닝 시간을 단축하는 것이 가능하다.As described above, the cleaning gas is decomposed by decomposing the cleaning gas in a container for cleaning
상술한 실시형태의 클리닝 방법에서 NF3 가 클리닝 가스로 이용되더라도, 다른 가스, 예를 들어, HF, C2F6, C3F8, SF6, CF4, CClF3, C2ClF5, 및 CCl4 와 같은 할로겐 함유 가스를 이용하는 것도 가능하다.Although NF 3 is used as the cleaning gas in the cleaning method of the above-described embodiment, other gases such as HF, C 2 F 6 , C 3 F 8 , SF 6 , CF 4 , CClF 3 , C 2 ClF 5 , And halogen-containing gases such as CCl 4 .
본 발명의 자가-클리닝 촉매 화학 증착 장치 및 그 클리닝 방법에서, 저항 가열된 촉매체의 촉매 작용을 이용함으로써 부착 재료를 제거하기 위한 클리닝이 수행된다. 그러나, 촉매체 자체의 에칭을 억제하고 부착 재료만을 제거하는 것이 가능하기 때문에, 본 발명은 촉매 작용에 의해 박막을 형성하는 촉매 화학 증착 장치의 클리닝에서 유용하다. In the self-cleaning catalytic chemical vapor deposition apparatus of the present invention and the cleaning method thereof, cleaning is performed to remove the adhesion material by utilizing the catalytic action of the resistance heated catalyst body. However, since it is possible to suppress the etching of the catalyst body itself and to remove only the adhesion material, the present invention is useful in cleaning a catalytic chemical vapor deposition apparatus which forms a thin film by catalytic action.
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