KR20140040644A - Mocvd 반응 챔버의 현장 세정 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법을 제공한다. 본 발명의 방법은, 반응 챔버 속으로 제1 세정 가스를 도입하고, 제1 세정 가스를 반응 챔버 내부에서 제1 플라즈마로 변환시키고, 제1 시간 주기 동안 미리 결정된 제1 압력 범위에서 반응 챔버 내부의 압력을 유지시켜, 반응 챔버 내부의 탄소 유기 물질을 완전히 제거하고, 제1 세정 가스는 제1 산소-함유 가스를 포함하고; 반응 챔버 속으로 제2 세정 가스를 도입시키고, 제2 세정 가스를 반응 챔버 내부에서 제2 플라즈마로 변환시켜 반응 챔버 내부의 금속 산화물을 완전히 제거하는 단계를 포함하고, 제2 세정 가스는 제1 할로겐-함유 가스를 포함한다.
Description
본 출원은 2012. 9. 26.자로 중국 특허청에 출원된 중국 특허 출원 번호 제201210365205.0호의 "MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법"의 우선권을 향유하고, 그 내용은 인용에 의해 본 출원에 합체된다.
본 발명은 반도체 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 유기-금속 화학 증착(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)의 현장 세정 방법에 관한 것이다.
MOCVD 기술은 3 그룹 요소(들) 및 5 그룹 요소(들)(GaN, InN, AlN, InGaN 및 GaP 등)의 화합물을 생성하는데 광범위하게 사용된다. 종래기술에 있어서, 3 그룹 요소(들) 및 5 그룹 요소(들)의 합성물을 생성하기 위한 MOCVD 반응 챔버에 있어서, 각각의 반응 단계 후에 반응 챔버에서 여분의 고형 부산물(탄소 유기물 또는 금속 및 그 화합물)이 생성될 수 있는 주요한 문제점이 있다. 이러한 증착물은 반응 챔버 내부(예, 샤워 헤드, 서셉터(susbceptor) 및 내부 벽)에 증착되어 공정 드리프트(drift)와 성능 저하를 유발시킨다. 또한, 3 그룹 요소(들) 및 5 그룹 요소(들)의 화합물을 준비하는 동안 미립자와 같은 불순물들이 기재의 표면에 형성될 가능성이 높고, 이러한 불순물은 후속 공정에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 3 그룹 요소와 5 그룹 요소의 준비되는 화합물의 품질을 개선하고 반응 챔버 내부의 증착물을 제거하기 위해, MOCVD 반응 챔버는 사용될 때 세정할 필요가 있다.
선행기술에 있어서, MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물은 일반적으로 수동으로 제거된다. 특히, MOCVD 반응 챔버가 개방된 후, 샤워 헤드 등의 증착물은 수동으로 제거된다. 그러나, 수동으로 제거하면, 수율이 저하되고, 반복성이 열악하고, 세정 효율이 높지 않다. 이러한 이유로, 선행기술의 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 제거 방법들이 개발되었다. 이러한 방법들에 있어서, 증착물을 현장에서 제거하기 위해 가스 함유 할로겐화합물(Cl2, Hcl 및 HBr 등)이 MOCVD 반응 챔버 속으로 도입된다. 이러한 유형의 세정 방법에 있어서, MOCVD 반응 챔버는 개방되지 않으며, 반복성이 양호하고, 세정 효율이 높고 생산성이 높다.
그러나, 상대적으로 낮은 온도를 가진 표면들(예, 물로 냉각되는 샤워 헤드의 표면 또는 반응 챔버의 내부 벽의 표면)에는, 금속 유기 화합물의 전구체(precursor)가 불완전하게 분해되어 여분의 증착물을 형성한다. 이러한 여분의 증착물은 대체적으로 상대적으로 안정한 유기 리간드 또는 관련 폴리머와 금속 및 그 화합물을 포함한다. 상대적으로 안정된 유기 리간드 또는 관련 폴리머는 주로 고농축 탄소 유기 물질이다. 이 경우에, 간단한 할로겐화합물(Cl2, HCl 및 HBr 등)에 근거한 현장 세정은 상대적으로 낮은 온도를 가진 표면들의 증착물의 제거에 영향을 미치지 않는다.
본 발명은 MOCVD 반응 챔버 내부의 상대적으로 낮은 온도를 가진 표면들의 증착물 제거의 효용성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법은, MOCVD 반응 챔버의 내부 압력을 미리 결정된 압력 범위로 유지시키고, MOCVD 반응 챔버 내부의 플라즈마를 미리 결정된 시간 주기 동안 유지하여 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물을 완전히 제거하는 단계로서, 플라즈마는 다음 단계들에 의해 생성된다.
MOCVD 반응 챔버 속으로 세정 가스를 도입시켜, 세정 가스를 MOCVD 반응 챔버 내부에서 플라즈마로 변환시키는 단계; 및/또는 MOCVD 반응 챔버 외부에서 세정 가스를 플라즈마로 변환시키고 플라즈마를 MOCVD 반응 챔버로 도입시키는 단계를 포함하고, 세정 가스는 산소-함유 가스 및 할로겐-함유 가스를 포함한다.
바람직하게, 세정 가스는 Ar을 더 구비한다.
바람직하게, 본 발명의 방법은, 미리 결정된 시간 주기 동안, MOCVD 반응 챔버를 가열하여 MOCVD 반응 챔버의 내부 온도를 70℃ 내지 80℃ 범위로 유지시킨다.
바람직하게, 산소-함유 가스는 O2, O3, CO2, CO, H2O2, N2O 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, BCl/O2, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물, HBr 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 세정 가스는 H2/Cl2/CO2 가스 혼합물, H2/Cl2/O2 가스 혼합물, HCl/O2 가스 혼합물, HCl/CO2 가스 혼합물, BCl3/O2 가스 혼합물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 미리 결정된 압력 범위는 0.1 Torr 내지 10 Torr이고, 미리 결정된 시간 주기는 3분보다 더 길다.
또한, 본 발명은 다른 형태의 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은, MOCVD 반응 챔버 속으로 세정 가스를 도입하는 단계를 포함하고, 세정 가스는 산소-함유 가스 및 할로겐-함유 가스를 포함하고; MOCVD 반응 챔버의 내부 압력을 미리 결정된 압력 범위로 유지하고, MOCVD 반응 챔버의 내부 온도를 200℃ 내지 500℃ 범위로 미리 결정된 시간 주기 동안 유지시켜 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물을 완전히 제거시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 세정 가스는 Ar을 더 포함한다.
바람직하게, 산소-함유 가스는 O2, O3, CO2, CO, H2O2, N2O 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 미리 결정된 압력 범위는 0.1 Torr 내지 10 Torr이고, 미리 결정된 시간 주기는 3분보다 더 길다.
또한, 본 발명은 다른 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은, MOCVD 반응 챔버 속으로 세정 가스를 도입시키는 단계로서, 세정 가스는 산소-함유 가스와 할로겐-함유 가스를 포함하고; MOCVD 반응 챔버의 내부 압력은 미리 결정된 압력 범위로 유지되고, MOCVD 반응 챔버의 내부 온도는 200℃ 내지 500℃ 범위에서 미리 결정된 시간 주기 동안 유지되어 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물을 완전히 제거하는 단계를 포함한다.
바람직하게, 세정 가스는 Ar을 더 포함한다.
바람직하게, 산소-함유 가스는 O2, O3, CO2, CO, H2O2, N2O 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물, HBr 똔느 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 세정 가스는 H2/Cl2/CO2 가스 혼합물, H2/Cl2/O2 가스 혼합물, HCl/O2 가스 혼합물, HCl/CO2 가스 혼합물, BCl3/O2 가스 혼합물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
바람직하게, 미리 결정된 압력 범위는 0.1 Torr 내지 10 Torr이고, 미리 결정된 시간 주기는 3분보다 더 길다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예들에 있어서, 세정 가스는 산소-함유 가스와 할로겐-함유 가스를 포함하고 및/또는 세정 가스로부터 변환된 플라즈마는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물과 반응하도록 사용되어, 탄소 유기 물질과 금속 및 그 화합물은 가스 상태의 탄소 화합물과 가스 상태의 금속 화합물로 변환되어, MOCVD 반응 챔버의 가스 배출 장치를 통해 배출됨으로써, 증착물들이 MOCVD 반응 챔버로부터 완전히 제거된다.
본 발명의 바람직한 예시적 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은 상대적으로 안정한 유기 리간드 또는 관련 폴리머 및 금속 및 그 화합물을 포함하는 증착물을 제거할 수 있기 때문에, 반응 챔버 내부에서 상대적으로 낮은 온도를 가진 표면의 증착물의 세정 효율을 양호하게 한다.
본 발명의 상세한 설명의 실시예들 또는 선행기술에서 이용된 도면들은 다음과 같으며, 본 발명의 실시예들 또는 선행기술에 따른 기술적 해결책이 보다 더 선명해 질 것이다. 도면들에서 동일한 구성요소들은 동일한 참조부호가 부여되었다. 이어지는 상세한 설명의 도면들은 본 발명의 특정 실시예들에 한정되는 것은 자명하다. 그 어떤 창작적 활동 없이도 이러한 도면들에 따른 다른 도면을 얻을 수 있음은 당업자가 이해할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 개략적 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 플로우챠트이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 플로우챠트이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 개략적 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 플로우챠트이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 플로우챠트이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 장점들을 분명하게 하기 위해, 이하에서는 본 발명의 실시예들의 기술적 해결책이 도면들과 관련하여 분명하고 완전하게 설명된다. 서술된 실시예들은 본 발명의 실시예들의 일 부분에 불과함은 명백하다. 본 발명의 실시예들에 근거하여 창작적 작업 없이 당업자에 의해 얻어지는 다른 실시예들은 본 발명의 보호 범위에 속한다.
MOCVD 반응 챔버 내부의 상대적으로 낮은 온도를 가진 표면들의 증착물이 효과적으로 제거되지 않았던 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명자에 의해 제안된 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은 다음과 같다.
제1
실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 플로우챠트이다. 본 실시예의 방법은 MOCVD 반응 챔버를 개략적으로 도시한 구성도(도 2)를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
S101 단계 : 반응 챔버(10) 속으로 세정 가스를 도입하고, 반응 챔버(10) 내부에서 세정 가스를 플라즈마로 변환한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 세정 가스는 산소-함유 가스와 할로겐-함유 가스를 포함한다. 세정 가스가 2 종류의 가스들만 포함하는 경우에, 2 종류의 가스들은 2개의 유입 덕트들(예, 유입 덕트(41,42))를 통해 반응 챔버(10) 속으로 도입될 수 있다. 세정 가스가 여러 종류의 가스들을 포함하는 경우, 여러 종류의 가스들은 다수의 유입 덕트들을 통해 반응 챔버(10) 내부로 도입됨으로써 여러 종류의 가스들이 반응 챔버(10) 속으로 분리되어 도입되는 것을 보장한다. 즉, 여러 종류의 가스들은 반응 챔버(10) 속으로 도입되기까지 서로 혼합되지 않는다. 또한, 세정 가스는 반응 챔버(10) 속으로 들어가기 전에 혼합된 후 유입 덕트(41)(42)를 통해 반응 챔버(10) 속으로 도입될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예의 산소-함유 가스는 O2, CO2, CO, H2O2, N2O 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 제1 실시예의 할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물(본 출원에 있어서, "H2/Cl2 가스 혼합물"은 'H2와 Cl2의 가스 혼합물'을 의미하고 유사한 설명은 유사한 것을 의미한다), HBr 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 특히, 본 발명의 제1 실시예의 세정 가스는 H2/Cl2/CO2 가스 혼합물, H2/Cl2/O2 가스 혼합물, HCl/O2 가스 혼합물, HCl/CO2 가스 혼합물, BCl3/O2 가스 혼합물 또는 이들의 조합 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 세정 효율과 세정 속도를 더 향상시키기 위해, 본 단계에서, 제2 세정 가스는 적절한 양의 Ar을 포함할 수 있다. 반응 챔버(10) 내부에서, Ar은 Ar 플라즈마로 변환됨으로써 반응을 촉진할 수도 있다.
제1 실시예에 따르면, 세정 가스는 반응 챔버(10) 속으로 들어간 후 플라즈마로 변환된다. 특히, 특정의 전력을 가진 RF(무선 주파수) 전압이 반응 챔버(10) 내부의 샤워 헤드(11)와 서셉터(13) 사이에 인가될 수 있고, 세정 가스는 반응 챔버(10) 내부의 반응 영역(M)의 RF 전압에 의해 플라즈마로 변환된다(예를 들어, 반응 영역은 샤워 헤드(11)와 서셉터(13) 사이의 영역일 수 있고, 서셉터(13)는 3 그룹 요소(들)과 5 그룹 유소(들)의 화합물을 준비하기 위해 처리될 기재를 배치하는데 사용됨). 또한, 세정 가스는 반응 영역(M) 이외의 반응 챔버(10) 내부의 영역에서 플라즈마로 변환될 수도 있다. 특히, 특정 전력을 가진 RF 전압은 반응 챔버(10)와 서셉터(13) 사이에 인가될 수 있거나, 특정 전력을 가진 RF 전압은 반응 챔버(10)의 내부 벽과 샤워 헤드(11) 사이에 인가될 수도 있다. 세정 가스는 반응 영역(M) 이외의 다른 영역(도 2의 반응 영역(M)과 다른 반응 챔버(10)의 내부의 영역)에서 RF 전압에 의해 플라즈마로 변환될 수 있다. 특히, 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 세정 가스를 플라즈마로 변환하는 방식은 이러한 2개의 방식에 한정되는 것은 아니며, 업계에 알려진 통상적인 방식들 역시 사용될 수 있으며, 이러한 내용은 본 명세서에서 더 이상 반복되지 않는다.
S102 단계 : 반응 챔버(10)의 내부 압력을 미리 결정된 압력 범위로 유지시키고, 반응 챔버(10) 내부의 플라즈마를 미리 결정된 시간 주기 동안 유지시켜 반응 챔버(10) 내부의 증착물을 완전히 제거한다.
세정 가스가 반응 챔버(10) 내부에서 플라즈마로 변환된 후, 세정 공정(즉, 반응 챔버 내부의 탄소 유기 물질과 금속 및 그 화합물을 제거하는 공정)이 적절히 수행되도록 하기 위해, 반응 챔버의 내부 압력은 미리 결정된 압력 범위(예, 0.1 Torr 내지 10 Torr)로 미리 결정된 시간 주기 동안(예, 3분 이상) 유지된다. 예를 들어, 반응 챔버의 내부 압력은 0.1 Torr 내지 10 Torr 범위에서 5분 내지 30분 동안 유지될 수 있다. 당업자는 반응 챔버의 내부 압력과 반응 시간 주기를 실제 세정 조건(본 명세서에서는 개시되지 않음)에 적합하도록 적절히 선택할 수 있다.
세정 공정 동안, 가스 배출 장치(12)는 항상 개방된 상태에서 제어될 수 있으므로, 한편으로, 플라즈마와 반응 챔버(10) 내부의 증착물 사이의 반응 후 생성된 가스는 반응 챔버(10)로부터 연속적으로 배출되어 세정 공정을 가속화시켜 세정 효율을 향상시킬 수 있고, 다른 한편으로, 반응 챔버(10)의 내부 압력은 세정 공정의 조건을 만족시키는 특정 수준까지 유지될 수 있다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 반응 챔버(10)의 내부 압력은 가스 배출 장치(12)의 개방 정도의 조절에 의해 즉, 가스 배출 장치(12)의 가스 변위 제어에 의해 제어될 수 있다.
또한, 세정 효율 및 세정 속도를 향상시키기 위해, 본 단계에서, 세정 가스는 어느 정도 양의 Ar을 포함할 수 있다. 반응 챔버(10) 내부에서, Ar은 Ar 플라즈마로 변환될 수 있으며, 이것은 세정 공정(즉, 플라즈마와 반응 챔버 내부의 증착물 사이의 반응)을 촉진시킬 수 있다.
예를 들어, 세정 가스가 플라즈마로 변환된 후, 반응 챔버의 내부 압력은 0.1 Torr 내지 10 Torr의 범위(예, 미리 결정된 압력 범위)로 3분 이상 동안(예, 미리 결정된 시간 주기) 유지됨으로써, 플라즈마와 반응 챔버 내부의 증착물은 적절하게 반응한다. 본 발명의 실시예들에 있어서, "미리 결정된 시간 주기"는 예를 들어, 5분, 20분, 30분 등일 수 있다. 당업자들은 세정을 위한 특정 요구 조건에 따른 "미리 결정된 시간 주기"의 길이를 적절하게 조절할 수 있으며, 이것은 본 발명의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 반응 챔버의 내부 압력 및 세정에 필요한 특정 조건에 따른 유동율을 적절하게 선택할 수 있다.
산소-함유 가스와 할로겐-함유 가스를 포함하는 세정 가스가 플라즈마로 변환된 후, 플라즈마는 적어도 산소와 할로겐, 및 산소 이온과 할로겐 이온을 포함한다. 본 단계에서, 플라즈마의 산소와 할로겐은, 최종적으로 가스 배출 장치(12)를 통해 반응 챔버(10)로부터 배출되는 가스 상태의 탄소 화합물과 가스 상태의 금속 할로겐화합물을 생성하기 위해, 주로 탄소 유기 물질과 금속 및 그 화합물과 반응하는데 사용된다. 특히, 산소는 증착물에 있는 탄소 유기 물질과 반응하여 가스 상태의 옥시탄화물을 생성할 수 있고, 할로겐은 금속 및 그 화합물과 반응하여 가스 상태의 금속 할로겐화합물을 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법에 의해, 세정 가스는 반응 챔버 내부로 도입되어 반응 챔버 내부에서 플라즈마로 변환된다. 온도와 압력이 적절한 상태에서, 플라즈마는 탄소 유기 물질 또는 탄소 폴리머의 탄소 결합을 붕괴시킴으로써 반응을 촉진시키고, 특정의 방식으로 반응 챔버로부터 배출될 탄소 가스 또는 탄소 할로겐화합물을 생성한다. 따라서, 상대적으로 안정된 유기 리간드 및 관련 폴리머들은 더 높은 활성을 가지며 용이하게 제거될 수 있는 물질로 변환된다. 그렇게 얻어진 물질은 유동율, 압력 및 온도 하의 가스 유동으로 반응 챔버로부터 배출되어 세정 목적을 달성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은 상대적으로 안정된 유기 리간드 또는 관련 폴리머를 제거함으로써, 반응 챔버 내부의 상대적으로 저온의 표면의 증착물의 제거를 위한 양호한 세정 효과를 거둘 수 있다.
본 발명의 제1 실시예의 S101 단계 및 S102 단계의 각각은 한 번씩만 수행될 수 있다. 즉, 반응 챔버 내부의 증착물은 원-스텝(one-step)으로 제거될 수 있다. 대안적으로, 제1 실시예의 S101 단계 및 S102 단계는 세정 효율을 더 향상시키기 위해 반복될 수도 있다.
제1 실시예의 기술적 해결책은 후술하는 특정의 예에 의해 더 상세히 설명될 것이다.
본 실시예에서, O2, Cl2 및 Ar은 반응 챔버(10) 속으로 동시에 도입된다. 특히, O2, Cl2, Ar은 도 2에 도시된 유입 덕트들을 통해 반응 챔버 속으로 각각 250sccm, 500sccm 및 500sccm의 유동율로 각각 도입될 수 있다. 샤워 헤드(11)와 반응 챔버(10)의 내부 벽 사이에는 2000W의 RF 전력 및 13.56MHz의 RF 주파수를 가진 RF 전압이 인가된다. 반응 챔버(10)의 내부 압력은 0.72 Torr로 유지되고, 플라즈마의 반응 시간 주기는 10분(즉, 미리 결정된 시간 주기)이다. 본 단계 후, 반응 챔버(10) 내부의 대부분의 증착물이 제거된다.
제1 실시예에 있어서, 한편으로, 세정 가스의 산소-함유 성분은 증착물의 탄소 유기 물질과 반응하는데 이용되어, 증착물의 탄소 유기 물질을 가스 배출 장치(12)를 통해 반응 챔버(10)로부터 추후에 방출될 가스 상태의 탄소 화합물로 변환시킨다. 예를 들어, 플라즈마의 산소 이동은 탄소 유기 물질과 반응하여 가스 배출 장치(12)를 통해 반응 챔버(10)로부터 배출될 가스 상태의 옥시탄화물을 생성함으로써, 반응 챔버(10) 내부의 탄소 유기 물질이 제거될 수 있다. 다른 한편으로, 플라즈마로 변환되는 할로겐은 반응 챔버 내부에 남아 있는 금속 및 그 화합물과 반응하는데 사용되어 남아 있는 금속 및 그 화합물을 반응 챔버(10)로부터 배출될 가스 상태의 금속 할로겐화합물로 변환시킨다. 예를 들어, Ga, In Al, GaN 및 AlN과 같이 MOCVD 반응 챔버 내부에 대체적으로 남아 있는 금속 및 그 화합물은 반응 챔버(10) 내부의 할로겐-함유 가스(예, Cl2)의 플라즈마와 반응하여, 가스 배출 장치(12)를 통해 반응 챔버(10)로부터 배출될 수 있는 가스 상태의 GaCl3, InCl3, AlCl3 등을 생성함으로써, 반응 챔버(10) 내부의 금속 및 그 화합물이 제거될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 현장 세정 방법에 의해 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물(특히, 상대적으로 낮은 온도의 표면의 증착물)의 제거에 있어서, 안정된 공정과 향상된 성능이 달성되어 전체 MOCVD 공정이 자동적으로 수행될 수 있다.
제1 실시예에 있어서, 반응 챔버(10)는 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 공정 동안(예, S101 단계 및 S102 단계) 반응 챔버(10)의 특정의 내부 온도를 유지하기 위해 가열될 수 있다. 이러한 방식에서, 현장 세정의 속도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 플라즈마와 증착물 사이의 반응 부산물이 가스 상태가 되도록 보장하고 상대적으로 저온의 표면과 접촉하여 반응 챔버 내부에 남아 있을 때 가스 상태의 부산물이 액체 또는 고체가 되는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버(10)의 내부 온도는 70℃ 내지 100℃ 범위(예, 70℃, 80℃ 또는 100℃)로 유지될 수 있다. 특히, 반응 챔버의 내부 벽 또는 외부 벽은 가열됨으로써 반응 챔버의 내부 온도를 유지할 수 있다.
제1 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법에 있어서, 세정 가스를 반응 챔버로 도입하고, 세정 가스를 반응 챔버 내부에서 플라즈마로 변환시키고, 플라즈마를 반응 챔버 내부의 증착물과 반응시켜 가스 상태의 부산물을 생성한 후 가스 상태의 부산물을 반응 챔버로부터 가스 배출 장치로부터 방출시킴으로써, MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 목적이 달성된다. 플라즈마는 반응 챔버 내부에서 생성될 수 있고, 대안적으로 플라즈마는 반응 챔버 외부에서 생성된 후 반응 챔버 내부로 도입될 수도 있음을 유의해야 한다.
제2
실시예
본 발명의 제2 실시예의 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은 본 발명의 제1 실시예의 그것과 유사하다. 다른 점은, 본 발명의 제2 실시예에 있어서, 반응 챔버(10) 외부에서 플라즈마가 생성된 후, 플라즈마가 유입 덕트를 통해 반응 챔버 내부로 유입될 수 있다는 것이다. 단순함을 위하여, 본 발명의 제1 실시예와 다른 점들만 설명될 것이다. 당업자는 본 발명의 제1 실시예의 관련 설명으로부터 본 발명의 제2 실시예에 대한 다른 내용을 용이하게 얻을 수 있음을 이해할 것이다.
S301 단계 : 반응 챔버(10) 외부에서 세정 가스를 플라즈마로 변환하여, 플라즈마를 반응 챔버(10) 내부로 도입시키며, 세정 가스는 산소-함유 가스와 할로겐-함유 가스를 포함한다.
특히, 플라즈마는 플라즈마 변환 장치에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, 세정 가스는 우선 플라즈마 변환 장치 내부로 도입된 후 플라즈마 변환 장치 내부에서 플라즈마로 변환될 수 있다.
제2 실시예의 산소-함유 가스는 O2, CO2, CO, H2O2, N2O 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 제2 실시예의 할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물, HBr 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 또한, 본 실시예에 있어서, 세정의 효율과 속도를 더 향상시키기 위해, 세정 가스는 적절한 양의 Ar을 더 포함할 수 있다. 반응 챔버(10) 내부에서, Ar은 Ar 플라즈마로 변환될 수 있으므로, 반응을 촉진시킬 수 있다.
S302 단계 : 반응 챔버(10) 내부 압력을 미리 결정된 압력 범위로 유지하고, MOCVD 반응 챔버 내부의 플라즈마를 미리 결정된 시간 주기 동안 유지시켜 반응 챔버(10) 내부의 증착물을 완전히 제거한다.
플라즈마가 반응 챔버(10) 속으로 도입된 후, 반응 챔버(10) 내부의 압력은 3분 이상 동안(예, 5분 30초) 0.1 Torr 내지 10 Torr 범위(미리 결정된 압력 범위)로 유지될 수 있으므로, 플라즈마는 증착물에 남아 있는 금속 및 그 화합물과 적절하게 반응하여 가스 상태의 금속 할로겐화합물을 생성하고, 가스 상태의 금속 할로겐화합물은 가스 배출 장치에 의해 반응 챔버로부터 방출된다.
본 발명의 제2 실시예의 세정 가스는 본 발명의 제1 실시예의 그것과 동일한 의미를 가지며, "동일한 의미를 가진다"는 표현은 제2 실시예의 세정 가스는 제1 실시예(예, 2개 모두 산소-함유 가스와 할로겐-함유 가스를 포함함)의 그것과 동일한 범위를 가진다는 것을 의미한다.
또한, 세정 효율과 세정 속도를 향상시키기 위해, 본 실시예에 있어서, 세정 가스는 어느 정도의 Ar을 포함할 수 있다. 반응 챔버(10) 내부에서, Ar은 Ar 플라즈마로 변환될 수 있고, 이것은 세정 반응(즉, 세정 가스의 플라즈마와 반응 챔버 내부의 증착물 사이의 반응)을 촉진할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 있어서, MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 공정 동안(예, S301 단계 및 S302 단계) 반응 챔버(10)는 반응 챔버(10)의 특정의 내부 온도를 유지할 수 있도록 가열될 수 있다. 이러한 방식에서, 현장 세정 공정의 속도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 플라즈마와 증착물 사이의 반응의 부산물이 가스 상태가 되도록 보장하고, 상대적으로 저온의 표면과 접촉하여 반응 챔버 내부에 남아 있을 때 가스 상태의 부산물이 액체 또는 고체가 되는 것을 방지할 수 있다.예를 들어, 반응 챔버(10)의 내부 온도는 70℃ 내지 100℃ 범위(예, 70℃, 80℃, 또는 100℃)로 유지될 수 있다. 특히, 반응 챔버의 내부 벽과 외부 벽은 반응 챔버의 내부 온도를 유지하기 위해 가열될 수 있다.
제2 실시예에 있어서, 세정 가스로부터 변환되고, 산소-함유 가스 및 할로겐-함유 가스를 포함하는 플라즈마는, MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물과 반응하도록 사용되어, 탄소 유기 물질과 증착물의 금속 및 그 화합물을 가스 상태의 탄소 화합물과 가스 상태의 금속 화합물로 변환시키고, 이러한 화합물은 MOCVD 반응 챔버의 가스 배출 장치를 통해 방출됨으로써, 증착물은 MOCVD 반응 챔버로부터 완전히 제거될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은 상대적으로 안정된 유기 리간스 또는 관련 폴리머 및 금속 및 그 화합물을 제거할 수 있으므로, 반응 챔버 내부의 상대적으로 낮은 온도를 가진 표면의 증착물의 제거를 위한 양호한 세정 효율을 얻을 수 있다.
제1 실시예의 인자들(압력, 시간 주기, 온도 등), 조성물 가스 등의 함량의 상세한 설명은 제2 실시예에 적용될 수 있고, 간결성을 위해 본 실시예에서는 그 설명이 생략됨을 유의해야 한다. 그러나, 제2 실시예의 해결책을 상응하는 제1 실시예의 내용과 결합시킴에 의해, 당업자는 여전히 본 발명의 보호 범위에 속하게 되는 특정의 구현예를 얻을 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예들에 있어서, 플라즈마(제1 플라즈마 및/또는 제2 플라즈마)는 반응 챔버 내부의 증착물(탄소 유기 물질 및/또는 금속 및 그 화합물)을 제거하는데 사용되는 것을 위주로 설명되었다. 사실상, 본 발명의 실시예들에 있어서, 후술하는 바와 같이, 반응 챔버 내부의 증착물은 세정 가스와 증착물 사이의 열적 반응에 의해 제거될 수도 있다.
제3
실시예
본 발명의 제3 실시예의 MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법은 제1 실시예의 그것과 유사하다. 차이점은, 제3 실시예에 있어서, 세정 가스는 증착물을 제거하기 위해 반응 챔버의 내부의 증착물과 열적 반응을 위해 사용되는 것이다. 간단하게 설명하면, 본 발명의 제1 실시예와 다른 점들만 본 발명의 제3 실시예에 설명될 것이다. 당업자는 본 발명의 제1 실시예의 관련 설명으로부터 제3 실시예에 대한 다른 내용을 용이하게 얻을 수 있음을 이해할 것이고, 본 명세서에는 되풀이하지 않는다.
S401 단계 : 반응 챔버(10) 속으로 세정 가스를 도입시키고, 세정 가스는 산소-함유 가스 및 할로겐-함유 가스를 포함한다.
만약, 세정 가스가 2종류의 가스들만 포함하는 경우, 2종류의 세정 가스들은 2개의 유입 덕트들(예, 유입 덕트(41,42))을 통해 반응 챔버(10) 속으로 도입될 수 있다. 세정 가스가 여러 종류의 가스들을 포함하는 경우, 여러 종류의 가스들은 다수의 유입 덕트들을 통해 반응 챔버(10) 내부로 도입되고 여러 종류의 가스들은 반응 챔버(10) 내부로 분리되어 도입되는 것을 허용한다. 대안적으로, 세정 가스는 반응 챔버(10) 속으로 들어가기 전에 혼합된 후, 유입 덕트(41)(42)를 통해 반응 챔버(10) 속으로 도입될 수 있다.
제3 실시예의 산소-함유 가스는 O2, CO2, CO, H2O2, N2O 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 제3 실시예의 할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물, HBr 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 특히, 제3 실시예의 세정 가스는 H2/Cl2/CO2 가스 혼합물, H2/Cl2/O2 가스 혼합물, HCl/O2 가스 혼합물, HCl/CO2 가스 혼합물, BCl3/O2 가스 혼합물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 세정 효율 및 세정 속도를 더욱 향상시키기 위해, 세정 가스는 본 단계에서 적절한 양의 Ar을 더 포함할 수 있다.
S402 단계 : 반응 챔버(10)의 내부 압력을 미리 결정된 압력 범위로 유지하고, 반응 챔버의 내부 온도를 200℃ 내지 500℃ 범위로 미리 결정된 시간 주기 동안 유지시켜, 반응 챔버(10) 내부의 증착물을 완전히 제거한다.
본 단계에서, 고온(200℃ 내지 500℃) 하에서, 반응 챔버(10) 내부의 세정 가스와 증착물 사이의 열적 반응은 고체 증착물을 가스 상태의 결과물로 변환시킨 후 반응 챔버(10)로부터 방출되게 함으로써, MOCVD 반응 챔버의 현장 세정 방법의 목적이 달성된다. 특히, 세정 가스의 산소-함유 성분은 증착물의 탄소 유기 물질과 반응하여 가스 상태의 탄소 화합물을 생성할 수 있다. 또한, 세정 가스의 할로겐-함유 성분은 증착물의 잔류 금속 및 그 화합물과 반응하여 금속 할로겐화합물을 생성할 수 있다. 예를 들어, MOCVD 반응 챔버 내부에 대체적으로 남아 있기 쉬운 Ga, In, Al, GaN, 및 InN과 같은 금속 및 그 화합물들은 반응 챔버(10) 내부의 할로겐 함유 가스(Cl2 등)의 플라즈마와 반응하여 가스 상태의 GaCl3, InCl3, AlCl3 등을 생성하고, 이러한 생성물은 가스 배출 장치(12)를 통해 반응 챔버(10)로부터 방출됨으로써, 반응 챔버(10) 내부의 금속 및 그 화합물이 제거될 수 있다.
제3 실시예에 있어서, 산소-함유 가스와 할로겐-함유 가스를 포함하는 세정 가스는 반응 챔버 내부의 증착물과 열적 반응을 하는데 사용되고, 증착물의 탄소 유기 물질과 금속 및 그 화합물을 가스 상태의 탄소 화합물 및 가스 상태의 금속 화합물로 변환시켜 반응 챔버의 가스 배출 장치를 통해 배출시킴으로써, 반응 챔버로부터 증착물이 완전히 제거될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 MOCVD 반응 챔버의 현장 세적 방법은 상대적으로 안정한 유기 리간드 또는 관련 폴리머 및 금속 및 그 화합물을 제거할 수 있고, 이것은 결과적으로 반응 챔버 내부의 상대적으로 낮은 온도의 증착물의 제거를 위해 양호한 세정 효율을 얻을 수 있다.
제1 및/또는 제2 실시예의 인자들(예, 압력, 시간 주기, 온도 등), 가스의 조성물 및 함량 등의 상세한 설명은 제3 실시예의 해결책에 적용될 수 있고, 간단성을 위해 본 실시예에 나열되지 않음을 유의해야 한다. 그러나, 제3 실시예의 해결책과 제1 및/또는 제2 실시예의 상응하는 내용을 결함시킴에 의해, 당업자는 본 발명의 보호 범위에 속하는 특정의 구현예를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에 있어서, 반응 챔버 내부의 증착물은 세정 가스와 증착물 사이의 열적 반응에 의해 제거될 수도 있다. 또한, 반응 챔버 내부의 증착물은 우선 세정 가스를 플라즈마로 변환시킨 후 플라즈마를 증착물과 반응시킬 수 있다. 플라즈마는 반응 챔버 외부에서 생성될 수도 있고, 아니면 반응 챔버 내부에서 생성(반응 챔버의 반응 영역에서 생성되거나 반응 영역 이외의 반응 챔버 내부의 다른 영역에서 생성)될 수도 있다. 또한, 본 발명의 전술한 실시예들의 해결책을 사용함으로써, 반응 챔버 내부의 증착물의 탄소 유기 물질과 금속 및 그 화합물은 하나의 단계 만에 의해 완전히 제거될 수 있다.
전술한 상세한 설명은 본 발명의 바람직한 예시적 실시예들에 불과하고, 본 발명에 대한 다양한 개선 및 변형은 본 발명의 원칙을 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 얼마든지 가능하고, 본 발명의 개선 및 변형은 본 발명의 보호 범위에 속하게 된다.
10...반응 챔버
11...샤워 헤드
12...가스 배출 장치
13...서셉터
41,42...유입 덕트
11...샤워 헤드
12...가스 배출 장치
13...서셉터
41,42...유입 덕트
Claims (13)
- MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법에 있어서,
반응 챔버의 내부 압력을 미리 결정된 압력 범위로 유지시키고, 반응 챔버 내부의 플라즈마를 미리 결정된 시간 주기 동안 유지하여, 반응 챔버 내부의 증착물을 완전히 제거하는 단계를 포함하고;
상기 플라즈마는:
반응 챔버 속으로 세정 가스를 도입시켜, 세정 가스를 반응 챔버 내부에서 플라즈마로 변환시키는 단계; 및/또는
MOCVD 반응 챔버 외부에서 세정 가스를 플라즈마로 변환시키고 플라즈마를 반응 챔버로 도입시키는 단계를 포함하는 단계에 의해 생성되고;
세정 가스는 산소-함유 가스 및 할로겐-함유 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 1에 있어서,
세정 가스는 Ar을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 1에 있어서,
미리 결정된 시간 주기 동안, 반응 챔버의 내부 온도가 70℃ 내지 80℃ 범위로 유지되도록 반응 챔버를 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 1에 있어서,
산소-함유 가스는 O2, O3, CO2, CO, H2O2, N2O, 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 1에 있어서,
할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물, HBr 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
세정 가스는 H2/Cl2/CO2 가스 혼합물, H2/Cl2/O2 가스 혼합물, HCl/O2 가스 혼합물, HCl/CO2 가스 혼합물, BCl3/O2 가스 혼합물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
미리 결정된 압력 범위는 0.1 Torr 내지 10 Torr이고, 미리 결정된 시간 주기는 3분보다 더 긴 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법에 있어서,
산소-함유 가스 및 할로겐-함유 가스를 포함하는 세정 가스를 반응 챔버 속으로 도입하는 단계; 및
반응 챔버의 내부 압력을 미리 결정된 압력 범위로 유지하고, 반응 챔버의 내부 온도를 200℃ 내지 500℃ 범위로 미리 결정된 시간 주기 동안 유지시켜 반응 챔버 내부의 증착물을 완전히 제거시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 8에 있어서,
세정 가스는 Ar을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 8에 있어서,
산소-함유 가스는 O2, O3, CO2, CO, H2O2, N2O 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 8에 있어서,
할로겐-함유 가스는 HCl, BCl3, Cl2, H2/Cl2 가스 혼합물, HBr 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
세정 가스는 H2/Cl2/CO2 가스 혼합물, H2/Cl2/O2 가스 혼합물, HCl/O2 가스 혼합물, HCl/CO2 가스 혼합물, BCl3/O2 가스 혼합물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
- 청구항 8 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
미리 결정된 압력 범위는 0.1 Torr 내지 10 Torr이고, 미리 결정된 시간 주기는 3분보다 더 긴 것을 특징으로 하는 MOCVD 반응 챔버 내부의 증착물의 현장 세정 방법.
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