KR20120054023A - 프로세스 챔버의 세척 방법 - Google Patents

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KR20120054023A
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KR1020127004640A
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루돌프 벡만
미하엘 가이슬러
해럴드 로스트
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레이볼드 압틱스 게엠베하
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Abstract

불소 가스를 포함하는 세척 가스로 플라즈마-프로세스 챔버의 내부 영역에 배치된 적어도 하나의 부품을 세척하기 위한 방법으로서, 상기 프로세스 챔버는 1 ㎡보다 큰 표면을 가진 평면 기판을 플라즈마 처리, 특히 CVD 또는 PECVD 처리하기 위한 플라즈마를 생성하기 위한 적어도 하나의 전극 및 상대 전극을 포함하는, 세척 방법에 있어서, 내부 영역에 기체 불소 화합물이 5 mbar 보다 큰 부분 압력으로 제공되는 것을 특징으로 한다. 불소 가스를 포함하는 세척 가스로 프로세스 챔버의 내부 영역에 배치된 적어도 하나의 부품을 세척하기 위한 다른 방법 V에서는, 상기 프로세스 챔버가 1 ㎡보다 큰 표면을 가진 평면 기판을 특히 CVD 또는 PECVD 처리하기 위한 플라즈마를 생성하기 위한 적어도 하나의 전극 및 상대 전극을 포함하고, 온도 제어 수단에 의해 불소 가스의 열 활성화가 이루어지고, 세척될 부품은 온도 < 350℃를 갖는다.

Description

프로세스 챔버의 세척 방법{CLEANING OF A PROCESS CHAMBER}
본 발명은 독립 청구항들의 각각의 전제부에 따른 방법 및 프로세스 챔버에 관한 것이다.
전자적 또는 광전자적 용도용 기판, 예컨대 반도체 소자 또는 태양 전지용 기판들은 프로세스 챔버 내에서 바람직하게는 PVD, CVD 또는 PECVD 방법(PVD; physical vapor deposition CVD: chemical vapor deposition-Chemische Gasphasenabscheidung; PECVD: plasma enhanced chemical vapor deposition-Plasmaunterstuetzte chemische Gasphasenabscheidung)에 의해 처리되고, 이 경우 프로세스 챔버 내로 반응 가스가 유입되고, 상기 반응 가스가 기판에 증착된다.
WO 2009/0033552에는 큰 면적의 기판을 플라즈마 코팅하는 처리 시스템이 공지되어 있으며, 상기 기판 면적은 1 ㎡ 이상의 크기일 수 있다. 플라즈마는 프로세스 챔버 내에서 전극과 상대 전극 사이에 생성되고, 이 사이에 처리될 기판이 삽입된다. 전극 내로 통합된 가스 스프레이를 통해 반응 가스 가스가 공급된다. 가스 스프레이는 다수의 배출구를 가진 가스 스프레이 배출 플레이트를 포함하고, 상기 배출구에 의해 반응 가스가 균일하게 프로세스 챔버 내로 안내된다.
플라즈마 증착물의 코팅 속도 및 코팅 품질은 다수의 프로세스 파라미터들, 특히 반응 가스의 압력, 유량 및 조성, 플라즈마 여기의 출력 밀도 및 주파수, 기판 온도 및 전극과 상대 전극 사이의 간격 또는 기판 표면과 각각 상대 전극 사이의 간격에 의존한다.
이러한 코팅 방법의 단점은 반응 가스가 기판에만 증착되는 것이 아니라 프로세스 챔버의 부분 영역에도 코팅된다는 것이다. 프로세스 챔버의 코팅에 의해, 이 코팅으로부터 입자가 분리되어 기판을 오염시킬 수 있다. 기판의 이러한 오염은 코팅의 품질 저하를 일으킬 수 있다.
따라서, 프로세스 챔버의 코팅을 세척하는 것이 중요하다. 이를 위해, 바람직하게는 에칭 세척 가스가 프로세스 챔버 내로 도입되어 오염된 면을 세척한다. 세척 동안 그리고 세척 후 특정 시간 동안 진공 챔버 내에서 코팅이 불가능하기 때문에, 상기 세척을 가능한 신속하게 실시하는 것이 바람직하다.
선행 기술에는 실질적으로 2가지 세척 방법이 공지되어 있다. 인-시투(in-situ) 세척시, 세척 가스가 직접 프로세스 챔버 내에서 여기되는 한편, 원격-플라즈마-세척시 세척 가스의 여기는 외부 장치 내에서 이루어지고 여기된 세척 가스가 낮은 압력에서 프로세스 챔버 내로 유입된다.
세척 가스로는 현재 주로 삼불화질소 NF3가 사용된다. 삼불화질소의 여기에 의해 제공된 불소 종 또는 불소 라디칼들은 태양 전지의 코팅을 위해 사용된 실리콘 화합물, 예컨대 실리콘 디옥사이드, 실리콘 옥사이드 니트라이드 및/또는 실리콘 니트라이드를 오염된 면으로부터 분리시킬 수 있다. 그러나, 삼불화질소는 온실 가스로서 작용하고 수백 년의 방사성 반감기를 갖는 환경 유해 가스이다. 게다가, 삼불화질소는 최근에 급격한 수요 증가로 인해 매우 비싸다.
삼불화질소를 대체하기 위해, 다른 불소 가스 혼합물, 예컨대 테트라플루오로메탄 CF4, 황헥사플루오라이드 SF6, 또는 아르콘, 질소 및 불소의 혼합물 Ar/N2/F2 를 사용하는 것이 선행 기술에 제시되었다. 특히, EP 1 138 802 A2에는 적어도 50 부피%의 분자 불소를 함유한 세척 가스를 사용하는 것이 공지되어 있으며, 이 경우 370 mT 내지 450 mT의 챔버 압력에서 챔버 또는 적어도 챔버 내의 세척될 대상물이 약 450℃의 온도로 된다.
본 발명의 과제는 삼불화질소가 사용되지 않지만 신속하고 효과적인 세척을 가능하게 하는 프로세스 챔버 내부 공간의 부품 표면의 세척을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항들의 특징들에 의해 해결된다.
바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명은 불소 가스를 포함하는 세척 가스의 제공에 의해 프로세스 챔버의 내부 영역에 배치된 적어도 하나의 부품들의 표면 세척 방법으로서, 상기 프로세스 챔버는 기판의 플라즈마 처리를 위한 플라즈마를 생성하기 위한 적어도 하나의 전극 및 상대 전극을 포함하는, 세척 방법에 있어서,
세척될 부품에 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물이 5 mbar 보다 큰 총 부분 압력으로 제공되고
및/또는
상기 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물이 열 활성화되며 및
세척될 부품이 온도 < 350℃로 온도 제어되는 것을 특징으로 한다.
특히, 필수적이지는 않지만, 프로세스 챔버가 1 ㎡ 보다 큰 표면을 가진 평면 기판의 CVD 또는 PECVD 처리를 위해 설계된다. 기판, 전극 및 상대 전극이 평면 표면을 갖는 것이 바람직하다. 상기 표면이 평면인 것이 바람직하다. 기판, 전극 및 상대 전극은 오목한 또는 볼록한 표면을 가질 수도 있다.
비정질 또는 미정질 코팅의 제조시 100 Pa 내지 2000 Pa, 특히 1300 Pa의 프로세스 가스 압력, 및 0.01 W/㎤ 내지 5 W/㎤, 특히 1 W/㎤의 출력 밀도가 바람직하다. HF-제너레이터의 출력은 50 W 내지 50 kW 범위 내에 있고, 바람직하게는 1 kW 이다. 여기 주파수는 1 MHz 내지 150 MHz 범위 내에 있고, 바람직하게는 13.56 MHz 이다.
본 발명에 따라 불소 가스, 또는 더 쉬운 사용 가능성으로 인해 불소 혼합물을 세척 가스로서 사용하는 것이 제안되고, 이 경우 챔버의 내부 영역 내의 총 부분 압력은 적어도 프로세스 챔버의 부분 영역에서 5 mbar, 바람직하게는 20 mbar 보다 크다. 분자 불소가 사용되는 것이 바람직하지만, 원자 불소도 사용될 수 있다.
놀랍게도, 세척률이 불소 가스 또는 기체 불소 화합물의 본 발명에 따른 높은 부분 압력에 의해 현저히 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 부품의 표면으로부터, 예컨대 태양 전지의 제조시 사용되는 실리콘 화합물, 예컨대 실리콘 디옥사이드, 실리콘 옥사이드 니트라이드 및/또는 실리콘 니트라이드에 의한 오염 또는 기생 코팅이 세척된다. 물론, 다른 오염에 대한 적용도 가능하다.
20 mbar 내지 1000 mbar의 총 부분 압력이 특히 바람직한 것으로 나타났고, 250 내지 500 mbar에 의해서도 매우 양호한 결과가 얻어질 수 있다. 세척 가스는 20 mbar 내지 1000 mbar의 불소 부분 압력으로 공급될 수 있고 및/또는 프로세스 챔버 내에서 20 mbar 내지 1000 mbar의 상기 불소 화합물 분분 압력으로 될 수 있다.
세척 가스는 불소 가스로서 또는 운반 가스 중의, 예컨대 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스 중의 불소 가스로서, 운반 가스 중의 1%, 10%, 20%, 30% 및 그 이상의 불소 몰-농도를 가진 불소 가스로서 선택될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라 프로세스 챔버의 내부 영역에 배치된 적어도 하나의 부품의 세척 방법으로서, 바람직하게는 온도 제어 수단에 의해 불소 가스의 열 활성화가 이루어지고, 세척될 부품은 온도 < 350℃를 갖는 것을 특징으로 하는 세척 방법이 제공된다. 이 방법에서는 열 활성화되는 불소를 함유하는 세척 가스가 세척될 부품에 제공되고, 통상의 열 에칭과는 달리, 세척될 부품 또는 그 표면이 가열되지 않거나 상대적으로 적게, 특히 플라즈마 처리, 예컨대 PECVD 또는 CVD 코팅 동안 부품의 가열에 비해 적게 가열된다.
본 발명의 상기 관점에 따라서도 실리콘 화합물, 예컨대 실리콘 디옥사이드, 실리콘 옥사이드 니트라이드 및/또는 실리콘 니트라이드에 의한 오염 또는 코팅이 부품으로부터 세척된다. 물론, 이 경우에도 다른 오염에 대한 적용이 가능하다.
특히, 세척될 부품은 온도 < 250℃, < 200℃, < 150℃, < 100℃ 또는 20℃ 내지 60℃의 온도를 갖는다. 세척 가스의 열 활성화는 세척될 부품 자체보다 더 높은 온도를 가진 가열된 표면과 세척 가스와의 접촉을 통해 이루어질 수 있다. 프로세스 챔버의 외부에서도, 예컨대 특히 온도 > 350°로 가열된 파이프 부분에서도 열 활성화(원격 열 활성화)가 이루어질 수 있다.
세척을 위해 불소 가스가 열 활성화되고, 종래의 열 에칭과는 달리, 세척될 부품은 비교적 낮은 온도를 갖는다. 놀랍게도, 불소의 이러한 열 활성화는 프로세스 챔버의 내부에서 표면을 세척하는 것을 가능하게 하고, 특히 세척될 부품이 적합하게 선택되는 경우, 잔류물 또는 기생 코팅에 의한 기판의 오염을 효과적으로 줄이는 것을 가능하게 하는 것으로 나타났다. 플라즈마 생성을 위한 전극은 프로세스 챔버의 기생 코팅에 대한 특히 임계적인 영역에 속하며, 특히 이것이 반응 가스용 배출구, 예컨대 통합된 가스 스프레이를 포함하고 상기 배출구가 코팅되기 쉬워서 매우 확실하고 완전하게 세척되어야 하는 경우에 그러하다.
상기 방법은 열 에칭과 조합될 수 있다. 여기서, 열 에칭은 대상물 또는 표면의 온도가 높을 때 대상물 또는 표면의 에칭을 의미하며, 에칭될 표면의 온도 증가에 따른 에칭률의 증가가 이용된다. 다른 바람직한 실시예에 따라, 프로세스 챔버의 부분들, 특히 기생 코팅되기 쉬운 프로세스 챔버의 부분들이 세척 전에 또는 세척 동안 가열되는 경우, 세척 효과가 더욱 높아질 수 있다.
적어도 하나의 세척될 부품이 전극, 상대 전극 및/또는 가스 분배기이고 및/또는 적어도 하나의 전극, 상대 전극 및/또는 가스 분배기가 불소 가스의 열 활성화를 위한 온도 제어 수단으로서 사용되는 경우, 기생 코팅과 관련해서 특히 임계적인 부품의 세척이 공간적으로 가깝게 놓인 온도 제어 수단에 의해 이루어진다. 즉, 상이한 부품들은 상이한 온도로 될 수 있다. 예컨대 외부의 온도 제어 수단이 높은 온도로, 예컨대 온도 > 350 ℃로 될 수 있는 한편, 전극은 20℃ 내지 80℃ 범위의 온도로 되며, 상대 전극은 180℃로 될 수 있다.
세척 가스의 제공 전에 플라즈마 처리에 의해 기판이 실리콘을 포함하는 층으로 코팅되고 적어도 세척될 부품에 실리콘을 포함하는 잔류물이 형성되는 경우, 통합된 코팅 및 세척 프로세스가 제공될 수 있다.
세척 가스의 제공 동안 세척될 부품이 플라즈마 처리 동안 부품 온도의 최대 1.8 배인, 바람직하게는 60℃보다 낮은, 특히 바람직하게는 20℃보다 낮은 온도를 갖는 경우, 세척될 부품의 열 부하 및 세척시 필요한 에너지 사용이 줄어들 수 있다.
상기 방법은 세척 가스의 제공 전에 기판이 실리콘을 포함하는 층으로 에칭되고 적어도 세척될 부품 상에 실리콘을 포함하는 잔류물이 형성된 경우에도 사용될 수 있다.
세척될 표면으로서, 전극, 상대 전극, 상기 전극에 할당된 가스 분배기, 상기 상대 전극에 할당된 기판-지지면 또는 프로세스 챔버의 벽면의 적어도 일부가 선택될 수 있고 및/또는 세척 가스의 제공 동안 세척될 표면은 플라즈마 처리 동안 표면의 온도의 최대 1.8배인, 바람직하게는 60℃보다 낮은, 특히 바람직하게는 20℃보다 낮은 온도를 가질 수 있다.
전극, 상대 전극, 가스 분배기, 기판-지지면 및/또는 프로세스 챔버의 벽면의 표면 영역에 잔류물 형성의 방지에 의해, 임계 영역들이 오염되지 않기 때문에 세척 가스에 의한 세척이 경제적으로 부분 영역으로 제한될 수 있다. 커버링은 구조적-기계적 커버링 수단 또는 구조적-전기적 커버링 수단에 의해 이루어질 수 있고, 후자는 플라즈마가 형성될 수 없는 어두운 공간 차폐 영역에 표면이 놓이는 경우 오염이 이루어지지 않게 하기 위해 사용된다.
기판이 플라즈마 처리 동안 지지면 상에 배치되는 경우, 특히 기판 지지면의 커버링이 이루어지므로, 이것이 오염되지 않는다. 특히, 기판에 의한 커버링은 플라즈마 처리 동안 기판-지지면 상에 잔류물 형성이 방지되도록 이루어진다. 커버링은 세척에 필요한 시간을 줄이고 세척에 필요한 가스량을 줄인다. 또한, 바람직하게는 큰 면적의 지지면이 가열되거나 온도 제어될 수 있어서, 세척 가스, 특히 불소 가스의 열 활성화를 위한 수단으로서 사용된다.
특히, 세척될 표면으로서, 홀딩 수단들의 적어도 부분 표면이 선택될 수 있고, 상기 홀딩 수단들은 기판-지지면에 할당된다. 홀딩 수단은 플라즈마 처리 동안 기판의 홀딩을 위해 사용된다. 특히, 홀딩 수단들은 지지면으로부터 열적 및/또는 전기적으로 절연될 수 있으므로, 지지면이 높은 온도로, 예컨대 온도 > 350℃로 되는 한편, 지지 수단은 온도 < 350℃, 특히 < 80℃ 또는 20℃ 내지 60℃의 범위에 놓인다.
세척 가스의 제공 동안 전극에 할당된 가스 분배기의 가스 배출 플레이트와 상대 전극 사이에 2 ㎜ 내지 100 ㎜ 범위의 간격이 설정되면, 세척 가스가 전극의 영역 및 상대 전극에 작용할 수 있다. 상대 전극이 가열되는 한편, 전극 및/또는 가스 분배기가 더 낮은 온도, 예컨대 플라즈마 처리시, 특히 코팅시 온도 범위의 온도를 가지면 특히 바람직하다. 지지면은 상대 전극에 할당될 수 있거나, 또는 상대 전극과 무관하게 가열됨으로써, 전술한 바와 같이, 세척 가스의 열 활성화가 특히 간단히 가능해질 수 있다.
세척 가스 중에 불소 가스와 더불어 불활성 가스, 특히 질소 또는 아르곤이 사용되면, 방법의 핸들링이 간단해지는데, 그 이유는 그러한 가스 혼합물이 챔버 부품 및 라인 시스템의 부식과 관련해서 간단히 제어될 수 있기 때문이다. 아르곤은 또한 코팅 성분, 특히 실리콘과의 결합을 형성하지 않기 때문에 질소에서와 같이 먼지 오염이 예상되지 않는다는 장점을 갖는다.
프로세스 챔버의 내부 및/또는 외부에서(원격-플라즈마-세척) 세척 가스의 플라즈마 여기가 이루어짐으로써 여기된 불소 종이 형성되면, 세척 가스의 반응성이 더욱 높아질 수 있다.
기판의 플라즈마 처리를 위한 플라즈마의 생성을 위해 적어도 하나의 전극 및 상대 전극을 포함하는 본 발명에 따른 프로세스 챔버는 상기 청구항들 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위해 설계되고,
세척될 부품에 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물을 5 mbar 보다 큰 총 부분 압력으로 제공하기 위한 수단
및/또는
상기 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물을 열 활성화하고 세척될 부품을 온도 < 350℃로 온도 제어하기 위한 수단을 포함한다.
기판의 플라즈마 처리를 위한 본 발명에 따른 장치는 하나의 실시예에서
- 전극과 상대 전극 사이의 영역에서 용량 결합된 플라즈마 방전을 여기시키기 위한 수단, 및
- 적어도 하나의 활성화 가능한 가스 종의 일정 량을 플라즈마 방전의 영역 내로 운반하기 위한 수단을 포함하고,
-상기 기판이 전극과 상대 전극 사이에 기판의 처리될 표면 영역과 전극 사이에 배치되거나 배치될 수 있다.
플라즈마 방전은 특히 1 MHz 내지 150 MHz, 바람직하게는 13.56 MHz의 여기 주파수에서 이루어진다. 바람직하게는 전극 또는 상대 전극이 접지 전위에 접속되거나 접속될 수 있다. 물론, 부동 전극 및/또는 상대 전극을 가진 구성도 가능하다.
특히, 제어 장치가 제공되고, 상기 제어 장치는 세척 가스의 공급 및 배출을 위한 펌프 장치 및 소정 불소-부분 압력의 설정을 제어한다.
불소 가스 또는 기체 불소 화합물의 열 활성화를 위한 수단은 적어도 전극, 상기 전극에 할당된 가스 분배기, 상대 전극, 상기 상대 전극에 할당된 기판-지지면의 적어도 부분들 및/또는 프로세스 챔버 외부에 배치된 열 활성화 장치를 포함할 수 있다.
다른 바람직한 실시예에 따라, 세척 가스 불소 종의 열 여기는 대안으로서 또는 추가로 프로세스 챔버의 외부에 배치된 가열 수단 또는 온도 제어 수단에 의해 이루어질 수 있다. 세척 가스가 프로세스 챔버 내로 유입 전에 가열 가능한 면을 통해 안내되는 것이 특히 바람직하다. 가열 가능한 면은 특히 가열 가능한 필라멘트 또는 가열 가능한 유입 파이프 부분일 수 있다.
세척될 프로세스 챔버에서는 이 챔버가 종종 코팅될 큰 면적의 부재(> 1 ㎡)에 대해 설계되는 것이 고려된다. 즉, 코팅 품질뿐만 아니라 세척 품질도 전극과 상대 전극 사이의 간격에 의존할 수 있다. 예컨대, 전극 또는 상대 전극에 의한 불소 가스의 여기시 10 내지 20 mm의 작은 간격이 바람직한 것으로 나타났다. 전극 및 상대 전극을 서로 상대적으로 이동시킬 수 있는 장치가 제공되는 경우, 전극 및/또는 상대 전극의 세척 동안 둘 사이의 간격이 작게 유지될 수 있고 좁은 갭 내로 활성화된 불소 가스가 유입됨으로써, 전극과 상대 전극의 서로를 향한 표면들에 열 활성화된 불소의 상대적으로 높은 흐름 밀도를 가진 불소가 제공된다.
또한, 프로세스 챔버는 바람직하게는 온도 제어 수단을 포함하는 가스 분배기가 제공되는 것을 특징으로 한다. 이러한 가스 분배기는 균일한 플라즈마 처리, 특히 코팅을 위해 유용하며, 온도 제어 수단은 다른 부품의 서로 마주 놓인 전극의 세척을 허용한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 세척 가스는 전극 내에 통합된 가스 분배기를 통해, 예컨대 코팅 가스용 가스 분배기를 통해 프로세스 챔버 내로 안내된다. 프로세스 챔버 내로 균일한 가스 공급을 보장하기 위해, 가스 분배기는 가스 배출 플레이트를 포함하고, 상기 가스 배출 플레이트는 하나의 면에 규칙적으로 배치된 다수의 가스 배출구를 포함한다.
예컨대 전극 및/또는 상대 전극에 할당된 온도 제어 수단은 예컨대 회로 내에서 순환하는 온도 제어액에 의해 바람직하게 (제어된 또는 조절된 상태로) 온도 제어한다. 바람직하게는 예컨대 프로세스 챔버 외부에 있는 순환 온도 조절기에 의해 일시적으로 일정한 온도로 유지되는 히트 캐리어 오일이 사용된다.
본 발명에 의해, 삼불화질소가 사용되지 않지만 신속하고 효과적인 세척을 가능하게 하는 프로세스 챔버 내부 공간의 부품 표면의 세척이 제공된다.
이하, 본 발명의 실시예가 첨부한 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따라 세척될, 기판의 플라즈마 처리 장치의 종단면도.
도 2는 세척 가스의 온도에 대한, 불소 또는 불소 함유 가스 성분의 상이한 총 부분 압력에서 열 활성화된 불소/질소 혼합물의 에칭률을 나타낸 그래프.
도 1은 평면 기판(2)을 처리하기 위한 바람직한 반응기(1)의 개략도를 도시한다. 반응기(1)는 특히 PECVD-반응기로서 형성될 수 있다. 반응기(1)는 기판(2) 표면의 처리, 특히 코팅을 지원하는 플라즈마를 생성하기 위한 전극(4) 및 상대 전극(5)을 구비한 프로세스 챔버(3)를 포함한다. 전극들(4, 5)은 큰 면적의 금속 플레이트로서 형성되며, 프로세스 챔버(3) 내에 전기장을 발생시키기 위해 1 MHz 내지 150 MHz, 바람직하게는 13.56 MHz의 여기 주파수를 가진 (도 1에 도시되지 않은) 전압원, 바람직하게는 고주파수 공급원에 접속될 수 있다. 바람직하게는 전극 및 다른 부품이 불소 내성 재료(특히 금속)로 형성되거나 또는 불소 내성 재료로 이루어진 코팅을 포함한다.
반응기(1)는 예컨대 1 ㎡ 이상의 면적을 가진 평면 기판의 처리를 위해 적합하다. 특히, 반응기(1)는 예컨대 비정질 또는 미정질 실리콘-박막-태양 전지를 위한 고효율 박막 태양광 모듈의 제조시 처리 단계를 실시하기 위해 적합하다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 2개의 전극들(4, 5)은 프로세스 챔버(3)의 2개의 마주 놓인 벽들을 형성한다. 프로세스 챔버(3)는 진공화 가능한 하우징(8)을 구비한 진공 챔버(7) 내에 배치되고, 상기 하우징은 기판의 도입 및 배출을 위한 개구(10)를 포함한다. 챔버 개구(10)는 폐쇄 장치(9)에 의해 진공 밀봉 방식으로 폐쇄될 수 있다. 외부 공간(12)에 대한 진공 챔버(7)의 밀봉을 위해, 시일(11)이 제공된다. 시일은 바람직하게 불소 내성 재료로 형성된다. 진공 챔버(7)는 임의의 공간 형태를 가질 수 있고 특히 둥근 또는 직사각형 횡단면을 가질 수 있다. 진공 챔버(7) 내로 매립된 프로세스 챔버(3)는 특히 편평한 실린더 디스크 또는 편평한 직육면체의 형상을 가질 수 있다. 본 발명은 달리 형성된 반응기, 특히 다른 프로세스 챔버 형상 및/또는 전극 형상을 가진 반응기에도 사용될 수 있다. 마찬가지로, 프로세스 챔버 자체가 진공 챔버인 실시예도 본 발명에 포함된다.
전극(4)은 도 1의 실시예에서 하우징 후방 벽(19)으로 형성된 진공 챔버(7) 내의 지지 구조(37) 내에 배치된다. 이를 위해, 전극(4)이 하우징 후방 벽(19)의 리세스(38) 내에 수용되고, 유전체(20)에 의해 상기 하우징 후방 벽으로부터 분리된다.
상대 전극(5)은 전극(4)을 향한 측면에 기판 홀딩 장치(21)를 포함한다. 바람직하게 고정 장치로서 형성된 기판 홀딩 장치(21)는 홀딩 수단으로서 하나 또는다수의 홀드-다운 수단(31)을 포함하고, 상기 홀드-다운 수단은 기판을 가장 자리 측에서 기판-지지 면으로서 작용하는 상대 전극(5)의 표면(5a) 상으로 가압할 수 있다. 홀딩 수단들은 핑거 형태로 또는 프레임 형태로 형성될 수 있다. 특히, 홀딩 수단들은 상대 전극(3)과 기계적으로 연결되고, 동시에 전기적으로 및/또는 열적으로 상기 상대 전극으로부터 절연된다. 특히 상대 전극(3) 또는 기판-지지면(5a)의 온도가 350℃ 보다 클 때, 홀딩 수단의 온도는 20℃ 내지 100℃의 범위에 있다.
도 1에 나타나는 바와 같이, 상대 전극(5)은 처리의 실시 동안 지지 구조(37)의 리세스(38)를, 상대 전극(5)의 가장자리 영역(23)과 리세스(38)의 가장자리 영역(24) 사이에 갭(25)이 형성되도록, 커버한다. 갭(25)은 약 1 ㎜의 폭을 갖는다. 갭 폭은 한편으로는 처리의 실시 동안 플라즈마가 프로세스 챔버(3)의 내부에 유지되며, 다른 한편으로는 프로세스 챔버(3)와 진공 챔버(7)의 나머지 내부 공간 사이에서 매우 큰 압력 강하가 형성되지 않는 치수로 설계된다.
기판의 코팅 또는 에칭을 위해, 반응성 가스가 프로세스 챔버(3) 내로 안내된다. 이를 위해, 반응성 가스는 소스로부터 공급 채널(13)을 통해 가스 분배기(15) 내로 공급되고, 거기서부터 프로세스 챔버(3) 내로 유입된다.
본 실시예에서 가스 분배기(15)는 가스 챔버(16)를 포함하고, 상기 가스 챔버(16)는 상대 전극(5)을 향한 면에 가스 배출 플레이트(17)를 포함하며, 상기 플레이트는 가스의 통과를 위한 다수의 배출구(도시되지 않음)를 갖는다. 가스 배출 플레이트(17)의 약 1.0 ㎡ - 2.0 ㎡의 면에 전형적으로 수천 개의 배출구가 제공된다.
선택된 표면 또는 부품들은 플라즈마 처리 동안 커버될 수 있다. 커버링은 구조적-기계적 커버링 수단 또는 구조적-전기적 커버링 수단에 의해 이루어질 수 있고, 후자는 플라즈마가 형성될 수 없는 어두운 공간 차폐의 영역에 표면이 놓이는 경우 오염이 생기지 않도록 하기 위해 사용된다. 예컨대, 갭(25)의 오염이 생기지 않는다.
도 1의 장치에서, 기판(2)은 플라즈마 처리 동안 기판-지지면(5a) 상에 배치된다. 특히 기판에 의한 기판-지지면의 커버링이 이루어지므로, 이것은 오염되지 않는다. 특히, 기판(2)에 의한 커버링은 플라즈마 처리 동안 기판-지지면(5a) 상에 잔류물의 형성이 방지되도록 이루어질 수 있다. 도 1과 달리 형성된 본 발명의 실시예에서, 상대 전극(5)은 가스 스프레이 영역을 지나지 않거나 또는 약간만 지나는 단부 영역(23)을 포함하기 때문에, 오염이 생기지 않는다.
프로세스 챔버(3) 외부에 배치된 진공 챔버(7)의 영역은 진공 라인(26)을 통해 진공 펌프(26')와 연결되므로, 진공 펌프(26')의 작동시 진공 챔버(7)의 더 큰 체적으로 인해 간단한 방식으로 프로세스 챔버(3)로부터 갭(25)을 통해 진공 챔버(7)로의 가스 흐름의 큰 균일성이 달성될 수 있다.
프로세스 챔버(3)는 펌프 장치와 제어장치를 구비한 제어 수단들을 포함하고, 상기 제어 수단들은 프로세스 챔버(3) 내에 적어도 일시적으로 그리고 부분 영역에서 불소를 포함하는 세척 가스를 5 mbar 보다 큰, 바람직하게는 20 mbar 내지 1000 mbar 범위의 기체 불소 화합물의 부분 압력으로 제공하도록, 설계된다.
세척 동안 일반적으로 기판이 프로세스 챔버 내에 수용되지 않는다. 프로세스 챔버(3) 또는 진공 챔버(7)의 세척을 위해, 세척 가스가 프로세스 챔버(3) 내로 안내된다. 이를 위해, 세척 가스가 소스(14)로부터 공급 채널, 예컨대 채널(13)을 통해 바람직하게는 가스 분배기(15)에 공급되고, 가스 분배기로부터 프로세스 챔버(3) 내로 유입된다. 바람직하게는 소스(14) 및/또는 공급 채널은 5 mbar 보다 큰, 바람직하게는 20 mbar, 100 mbar, 500 mbar 또는 1000 mbar 보다 큰 불소-부분 압력에 대해 압력 내성으로 설계된다.
본 방법의 변형예에서 세척 동안 세척 가스가 펌핑될 수 있다. 다른 변형예에서, 프로세스 챔버(3)는 세척의 시간 인터벌 동안 세척 가스로 플러싱되고, 더 나중 시점에서야 펌핑이 이루어진다.
특히 양호한 세척 결과를 얻기 위해, 반응기(1) 내에 가열 또는 온도 제어 수단들(27, 29, 30)이 제공된다. 이러한 수단들(27, 29, 30)에 의해, 세척 프로세스 동안 전극(4) 및/또는 상대 전극(5) 또는 지지면(5a)에 대한 열 에너지 공급이 제어 또는 조절된다. 실험 결과, 온도 제어 장치는 전극들 중 하나, 예컨대 전극(4) 또는 상대 전극(5)에만 배치되면 충분한 것으로 나타났다. 온도 제어된 전극(4) 또는 상대 전극(5)에서 세척 가스의 열 여기(thermal excitation)에 의해, 마주 놓인(상대) 전극(5, 4)을 세척하기에 충분한 수의 불소 라디칼이 생긴다.
도 1의 실시예에서, 전극들(4, 5)에 할당된 온도 제어 수단들이 제공되고, 상대 전극(5)의 온도 제어 수단들은 진공 챔버(7) 내에서 상대 전극(5) 하부에 배치된 장치(29)를 포함한다. 상기 장치(29)에 의해, 상대 전극(5), 특히 기판-지지면(5a)은 최적의 세척이 이루어질 수 있도록 온도 제어될 수 있다. 바람직하게는 기판-지지면(5a)이 기판(2)에 의해 오염되지 않으므로, 이 부품들의 세척이 이루어지지 않는다. 온도 > 350°로 가열된 표면(5a)과 전극(4) 또는 가스 분배기(15)와의 작은 간격에 의해, 전극(4)과 가스 분배기(15)의 매우 효과적인 세척이 이루어질 수 있고, 이들이 세척 동안 20℃ 내지 80℃ 범위에서보다 더 높은 온도를 가질 필요가 없다.
온도 제어 장치는 원칙적으로 전극(4)에 대해서도 제공될 수 있다.
대안으로서, 전극(4) 및/또는 상대 전극(5)이 제공될 수 있고, 이 전극에서 장치(29)는 전극(4, 5)과 일체로 형성될 수 있다.
장치들(27), (29) 또는 (30)의 필요한 온도 제어 출력의 크기를 결정하기 위해, 측정이 실시될 수 있고, 상기 측정들에서 전극들(4, 5)이 서로를 향한 면에 열 센서(40, 40')를 포함한다. 상기 열 센서(40, 40')에 의해, 상이한 HF-출력, 가스 흐름 등에 대해, 전극들(4, 5)의 국부적 온도가 온도 제어 장치(27, 29, 30)의 출력의 함수로서 결정될 수 있다. 이러한 측정을 기초로, 현재 온도 제어 출력, 필요한 경우 온도 제어 장치(27, 29, 30)의 형상이 최적화될 수 있다. 또한, 세척 동안 열 센서들(40, 40')의 측정값들이 얻어질 수 있고, 온도 제어 장치(27, 29, 30)의 출력의 프로세스 수반 조절을 위해 사용될 수 있다.
하나 또는 2개의 전극들(4, 5)에 대해 동일하게 사용될 수 있는 온도 제어 장치들(27, 29, 30)과 더불어, 전극(4)도 가스 분배기(15)를 통해 도입된 가열된 가스에 의해 접촉할 수 있거나 또는 소정 온도로 될 수 있다. 특히, 이를 위해 세척 가스 자체가 사용되는 것이 특히 바람직하다. 이는 예컨대 온도 제어 수단에 의해 가열 가능한 공급 채널(13)에 의해 가열될 수 있거나 또는 가열 가능한 면 또는 가열 가능한 필라멘트를 통해 안내될 수 있다.
또한, 가스 배출 플레이트(17)가 온도 제어될 수 있다. 이를 위해, 가스 배출 플레이트(17)가 바아(35)에 의해 전극(4)에 연결될 수 있고, 상기 바아가 높은 열 전도성을 가진 재료로 이루어짐으로써, 가스 배출 플레이트(17)가 전극(4)과 열 접속된다. 전극(4)(및 그에 따라 가스 배출 플레이트 17)은 세척 동안에도, 온도 제어액이 채널들(36)을 통해 전극(4) 내에서 순환함으로써 온도 제어될 수 있다. 전극(4)의 온도 제어는 제어 또는 조절된 상태로 이루어질 수 있다. 특히, 가스 배출 플레이트(17)의 영역에 열 센서들(40')이 배치될 수 있고, 그 측정값이 전극(4)을 통한 온도 제어 매체의 유동률을 조절하기 위해 사용된다.
이하에서, 본 발명에 따른 방법의 에칭률이 종래 방법의 에칭률과 비교된다.
비교될 에칭 방법에서는, 4.5 ㎛ μc-실리콘 또는 비정질 실리콘으로 코팅된, 광전지용 실리콘-박막을 증착하기 위한 프로세스 챔버가 전제된다. 코팅은 태양 전지에 통상적으로 사용되는 실리콘 화합물, 예컨대 실리콘 디옥사이드, 실리콘 옥사이드 니트라이드 및/또는 실리콘 니트라이드로 이루어질 수 있다. 코팅은 특히 가스 분배기를 포함하는 전극(4)에서 나타난다. 전극은 온도 제어 장치에 의해 약 60℃로 온도 제어된다; 상대 전극은 약 200℃로 온도 제어된다. 전극들 간의 간격은 코팅시 14 ㎜ 이고, 전극의 면적은 각각 약 2 ㎡ 이다.
a) 종래의 방법(원격-플라즈마, 3 KW, 마이크로웨이브):
원격-플라즈마-장치(상품명 R3T; 마이크로웨이브에 의한 여기)는 정면으로 반응기에 플랜지 연결된다. 2개의 전극들의 간격은 14 ㎜로부터 180 ㎜로 증가되고, 여기된 NF3는 홀을 통해 전극 면에 대해 평행한 흐름으로 프로세스 챔버 내로 유입된다. 가스 유량은 2 slm(Standard Liter per Minute)이다. 에칭 프로세스 동안 챔버 내의 압력은 2 mbar 이다. 45분 후에 에칭 과정이 종료된다. 반응기의시각적 검사 결과, 균일하게 더 깨끗한 표면이 나타났다. 에칭 프로세스의 지속 시간은 잔류 가스 분석에 의해 결정되었다: SiF4 가 더 이상 생성되지 않았으면, 에칭 프로세스가 종료되었다.
b) 본 발명에 따른 방법:
전극들은 14 ㎜의 간격을 갖는다. N2 중의 20% F2로 이루어진 세척 가스가 18 slm의 유량으로 전극에 통합된 가스 스프레이(가스 분배기)를 통해 프로세스 챔버 내로 유입되며, 이 경우 전기 방전 방식에 의한 여기가 필요 없다. 프로세스 가스 펌프에 대한 밸브는 510 리터의 프로세스 챔버 총 체적에서 15분 후에 250 mbar의 일정한 프로세스 챔버 압력이 설정되도록 폐쇄된다. 추가의 15분 동안, 가스 혼합물이 18 slm의 유량으로 챔버 내에 머문다. 그리고 나서, 유량이 0 slm으로 설정되었고 챔버는 추가 10분 내에 펌핑되었다. 그 후에, 챔버가 개방되었고 남은 실리콘 코팅에 대해 시각적으로 검사되었다. 그 결과, 챔버는 완전히 더 깨끗했다. 놀랍게도, 200℃의 뜨거운 상대 전극이 더 깨끗하게 에칭되었을 뿐만 아니라, 60℃의 비교적 차가운 전극도 완전하게 세척되었다. 본 발명에 따라 F2-가스가 뜨거운 상대 전극에서 여기된 다음, 더 차가운 전극에서도 효과적으로 에칭을 하기에 충분하게 여기된다. 이 경우에, 약 14 ㎜의 전극들의 작은 간격이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법 b)에서 40분의 총 시간(가스 유입부터 펌핑까지) 후에, 전극 및 가스 스프레이 상의 4.5 ㎛ 코팅이 완전히 제거되었다. 따라서, 본 발명에 따른 방법은 3KW 출력 및 2 slm NF3 유량을 가진 R3T 원격-플라즈마-장치에 의한 종래의 세척보다 더 신속하다.
b)에서 설명되었던 바와 같이, 가열된 상대 전극에 의한 불소 라디칼의 열 여기는 바람직하게 신속하고 완전한 세척 결과를 제공하기에 충분한 것으로 나타난다. 이는 에칭될 표면의 온도에 따른 불소/질소 혼합물의 에칭률의 분석에 의해서도 증명된다.
도 2는 온도(℃; x-축)에 대한 열 활성화된 불소 질소 혼합물의 에칭시 에칭률(nm/s; y-축)을 나타낸 그래프이다. 이 경우 250 mbar의 부분 압력을 가진 불소/질소 혼합물이 선택된다.
도 2에 도시된 그래프(100)는 250 mbar의 부분 압력에서 약 100 ℃의 온도부터 에칭률이 최대 1 mbar의 통상적인 낮은 압력에서의 에칭에 비해 급상승하는 것을 나타내고, 150℃ 이상의 값에서 8 nm/s 보다 큰 에칭률이 얻어진다. 200℃의 온도에서 에칭률은 이미 3배가 된다.
따라서, 전극들 중 하나가 가능한 높은 온도로 되는 것이 바람직하고, 이 경우 플레이트 반응기 또는 전극 또는 다른 부재의 수명을 단축시키지 않기 위해, 구조적인 전제 조건 및 제한이 고려되어야 한다. 상당한 에칭률을 나타내는 약 200℃의 온도가 양호한 절충안으로 나타났다. 다른 전극은 바람직하게 더 낮은 온도, 예컨대 20℃ 또는 60℃ 내지 100℃ 범위의 온도, 바람직하게는 기판의 플라즈마 처리, 예컨대 플라즈마 코팅시 온도에 비해 최대 15%의 온도를 갖는다.

Claims (17)

  1. 불소 가스를 포함하는 세척 가스의 제공에 의해 프로세스 챔버의 내부 영역에 배치된 적어도 하나의 부품의 표면 세척 방법으로서, 상기 프로세스 챔버는 기판의 플라즈마 처리를 위한, 특히 1 ㎡ 보다 큰 표면을 가진 평면 기판의 CVD 또는 PECVD 처리를 위한 플라즈마를 생성하기 위해 적어도 하나의 전극 및 상대 전극을 포함하는, 세척 방법에 있어서,
    세척될 부품에 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물이 5 mbar 보다 큰 총 부분 압력으로 제공되고
    및/또는
    상기 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물이 열 활성화되며 및
    상기 세척될 부품이 온도 < 350℃로 온도 제어되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 내부 영역에 불소 가스 또는 기체 불소 화합물이 5 mbar 보다 큰 총 부분 압력으로 제공되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 세척 가스의 제공 전에 상기 플라즈마 처리에 의해 기판이 바람직하게는 실리콘 또는 실리콘 함유 화합물을 포함하는 층으로 코팅되고, 적어도 상기 세척될 부품에 바람직하게는 실리콘 또는 실리콘 함유 화합물을 포함하는 잔류물이 형성되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 가스의 제공 전에 상기 플라즈마 처리에 의해 기판이 에칭되고 적어도 상기 세척될 부품에 바람직하게는 실리콘 또는 실리콘 함유 화합물을 포함하는 잔류물이 형성되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 세척될 표면으로서, 상기 전극, 상기 상대 전극, 상기 전극에 할당된 가스 분배기, 상기 상대 전극에 할당된 기판-지지면 또는 프로세스 챔버의 벽면의 적어도 일부가 선택되고 및/또는 상기 세척 가스의 제공 동안 상기 세척될 표면은 플라즈마 처리 동안 표면의 온도의 최대 1.8배인, 바람직하게는 60℃보다 낮은, 특히 바람직하게는 20℃보다 낮은 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 전극, 상기 상대 전극, 상기 가스 분배기, 상기 기판-지지면 및/또는 상기 프로세스 챔버의 벽면의 표면 영역에 잔류물 형성이 특히 구조적-기계적 또는 구조적-전기적 커버링 수단에 의해 방지되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 기판 지지면의 커버링은 바람직하게는 기판에 의해, 상기 플라즈마 처리 동안 상기 기판-지지면 상에 잔류물 형성이 방지되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 세척될 표면으로서 홀딩 수단들의 적어도 부분 표면들이 선택되고, 상기 홀딩 수단들은 상기 기판-지지면에 할당되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 및/또는 상기 전극에 할당된 가스 분배기의 적어도 부분들이 상기 불소 가스 및/또는 상기 기체 불소 화합물의 열 활성화를 위한 수단으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상대 전극 및/또는 상기 상대 전극에 할당된 기판-지지면의 적어도 부분들이 상기 불소 가스 또는 상기 기체 불소 화합물의 열 활성화를 위한 수단으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 가스 중에 불소 가스와 더불어 불활성 가스, 특히 질소 또는 아르곤이 사용되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 가스의 플라즈마 여기는 상기 프로세스 챔버의 내부 및/또는 외부에서 및/또는 열 활성화는 상기 프로세스 챔버의 외부에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 세척 가스의 제공 동안 상기 전극에 할당된 가스 분배기의 가스 배출 플레이트와 상기 상대 전극에 할당된 기판-지지면 사이에 2 ㎜ 내지 100 ㎜ 범위의 간격이 설정되는 것을 특징으로 하는 세척 방법.
  14. 기판의 플라즈마 처리를 위한 플라즈마의 생성을 위한 적어도 하나의 전극 및 상대 전극을 포함하는 프로세스 챔버로서, 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하기 위해 설계되고,
    세척될 부품에 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물을 5 mbar 보다 큰 총 부분 압력으로 제공하기 위한 수단
    및/또는
    상기 불소 가스 및/또는 기체 불소 화합물을 열 활성화하고 세척될 부품을 온도 < 350℃로 온도 제어하기 위한 수단을 포함하는 프로세스 챔버.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 불소 가스 또는 기체 불소 화합물을 열 활성화하기 위한 수단은 상기 전극, 상기 전극에 할당된 가스 분배기, 상기 상대 전극, 상기 상대 전극에 할당된 기판-지지면의 적어도 부분들 및/또는 상기 프로세스 챔버 외부에 배치된 열 활성화 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 플라즈마 처리 동안 잔류물의 형성을 방지하기 위한 커버링 수단은 상기 전극, 상기 상대 전극, 상기 가스 분배기 및/또는 상기 기판-지지면의 표면 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 상대 전극에 할당된 기판-지지면이 제공되고, 상기 기판-지지면은 기판의 상기 플라즈마 처리 동안, 바람직하게는 기판에 의해 커버링될 수 있어서, 상기 플라즈마 처리 동안 상기 기판-지지면 상에 잔류물의 형성이 방지될 수 있는 것을 특징으로 하는 프로세스 챔버.
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