KR20140128250A - 성막 장치의 클리닝 방법 및 성막 장치 - Google Patents

성막 장치의 클리닝 방법 및 성막 장치 Download PDF

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고타 우메자와
요스케 와타나베
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도쿄엘렉트론가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 과제는, 가스 공급로의 내부나, 처리실 하부에 부착된 부착물을 제거할 수 있으며, 또한, 클리닝에 필요로 하는 시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 것도 가능한 성막 장치의 클리닝 방법을 제공하는 것이다.
클리닝 공정(스텝1)과, 성막 처리 공정(스텝2)을 구비하고, 클리닝 공정이, 압력을 제1 압력대, 및 온도를 제1 온도대에서 클리닝 가스를 공급함으로써 행하는 것(S11), 압력을 제1 압력대보다도 높은 제2 압력대, 온도를 제1 온도대 및/또는 제1 온도대보다도 높은 제2 온도대에서 클리닝 가스를 공급함으로써 행하는 것(S12), 압력을 제2 압력대보다도 낮은 제3 압력대, 온도를 제2 온도대에서 클리닝 가스를 공급함으로써 행하는 것(S13)을 포함하고,
클리닝 공정(스텝1)에 연속하여 성막 처리 공정(스텝2)을 행한다.

Description

성막 장치의 클리닝 방법 및 성막 장치{CLEANING METHOD FOR FILM DEPOSITION APPARATUS AND FILM DEPOSITION APPARATUS}
본 발명은 성막 장치의 클리닝 방법 및 성막 장치에 관한 것이다.
화합물 반도체에 있어서, V족 원소로서 질소(N)를 사용한 반도체는 질화물 반도체라고 부르고 있다. 질화알루미늄(AlN), 질화갈륨(GaN), 질화인듐(InN) 등이 질화물 반도체의 대표적인 예이다.
그 중에서도, 질화갈륨은, 광학 응용 분야에서 청색 발광 소자로서 실용화되어 있고, 전자 디바이스 응용 분야에서도 통신 분야 등에 사용되는 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor: HEMT)로서 실용화되어 있다.
또한, 질화갈륨은, 와이드 갭 반도체로서, 탄화 실리콘(SiC)에 길항하는 특성을 구비하고, 고주파 특성, 절연 파괴 내압에 대해서는 탄화 실리콘 이상의 포텐셜을 지니고 있다고 여겨진다. 이 점에서, 한층 더 실용화의 확대, 예를 들어 고주파, 고속, 하이파워와 같은 광범위를 한번에 커버할 수 있는 신규 디바이스의 실현을 향한 연구도 활발히 행해지고 있는 바이다.
질화갈륨의 성막 방법으로서는, 예를 들어, 특허문헌 1에 기재되어 있는 하이드라이드 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy: HVPE)이 알려져 있다. 전형적인 HVPE법은, 염화수소 가스(HCl)와, 금속 갈륨(Ga)을 고온 환경화에서 반응시켜서 3염화갈륨 가스(GaCl3)를 생성하고, 3염화갈륨 가스를 암모니아 가스(NH3)와 반응시킴으로써, 질화갈륨 결정을 사파이어 기판 상에 기상 성장시킨다. 또한, 특허문헌 1에 기재되는 HVPE법은, 할라이드 기상 성장법(Halide Vapor Phase Epitaxy)이라고 불리는 경우도 있다.
질화갈륨을 성막하는 성막 장치에 있어서도, 성막 처리 후, 성막 장치의 내부(처리실의 내벽이나, 처리실 내부에 설치된 부재)의 클리닝은 필요하다. 성막 처리에 수반하여 피처리 기판상뿐만 아니라, 처리실의 내벽이나, 처리실 내부에 설치된 부재에도 막이 부착되기 때문이다. 질화갈륨을 성막하는 성막 장치의 클리닝 방법은, 예를 들어 특허문헌 2에 기재되어 있다. 특허문헌 2에 있어서는, 염소(Cl2) 가스를 사용하여 부착한 질화갈륨을 제거한다.
일본 특허 공개 제2008-66490호 공보 일본 특허 공개 제2013-62342호 공보
특허문헌 2에는, 복수매의 피처리 기판을 수평 방향을 따라서 가열 장치부의 서셉터 상에 배열하는 "횡형 배치식 성막 장치(기판 수평 배치형 성막 장치)"와, 그 클리닝 방법이 기재되어 있다.
최근 들어, 스루풋 향상의 요구가 강해지고 있다. 그로 인해, 복수매의 피처리 기판을 높이 방향에 겹쳐서 배열함으로써, 보다 많은 피처리 기판에 대하여 처리가 가능해지는 종형 배치식 성막 장치(기판 수직 배치형 성막 장치)가 주목받고 있다. 질화갈륨막으로 대표되는 화합물 반도체막의 성막에서도 종형 배치식 성막 장치에의 전환이 모색되고 있다.
화합물 반도체막의 성막을 종형 배치식 성막 장치로 행하기 위해서는 과제도 많다. 예를 들어, 종형 배치식 성막 장치는, 처리실이, 횡형 배치식 성막 장치에 비교하여 높이 방향으로 세로로 길어진다. 세로로 긴 처리실의 내부에는, 화합물 반도체의 원료 가스가 흐르는 인젝터라고 불리는 가스 도입관이 기립하여 배치된다. 처리실이 세로로 길어지면, 가스 도입관은 세로 방향으로 길어진다. 이로 인해, 원료 가스가, 가스 도입관 내를 흐르고 있는 동안에 열분해해버려서 피처리 기판 상에 화합물 반도체막이 성막되지 않는다는 사정을 초래한다. 이러한 사정을 감안하여, 가스 도입관, 즉, 가스 공급로의 길이를 짧게 한 종형 배치식 성막 장치가 본원 발명자들에 의해 개발되어 있다(일본 특허 출원 제2012-173334호 등).
그러나, 가스 공급로의 길이를 짧게 한 종형 배치식 성막 장치는, 기지의 클리닝 방법에서는 가스 공급로의 내부에 부착된 부착물을 전부 제거할 수 없는 사정이 있는 것이 판명되었다. 가스 공급로가 석영제이면, 부착물의 부착에 기인한 실투, 즉 가스 공급로가 물러질 가능성이 발생한다.
또한, 종형 배치식 성막 장치는, 피처리 기판의 출납을 처리실 하부에 형성된 개구를 통하여 행한다. 처리실 하부는, 처리실 하부의 단열에 사용되는 보온통 등이 배치되는 영역이며, 성막 처리에는 기여하지 않는 영역으로 되어 있다. 이로 인해, 처리실 하부는 처리실 상부와 일체의 공간임에도 불구하고, 온도는 처리실 상부에 비교하여 낮아진다.
처리실은 석영제가 일반적이다. 화합물 반도체, 예를 들어 질화갈륨은, 석영에 대하여 성장 레이트 온도 의존성을 갖는다. 즉, 석영의 온도가 "어느 정도의 온도"를 초과하면, 질화갈륨의 성장 레이트는 현저하게 저하된다. 이러한 성질로부터, 처리실 내에서 온도가 낮은 곳에는 질화갈륨이 두껍게 부착된다. 이로 인해, 처리실 하부의 클리닝이 곤란해지는 사정도 있다. 처리실 하부는, 피처리 기판을 출납할 때에 피처리 기판이 통과하는 곳이다. 처리실 하부에 부착물이 많이 부착되어버리면, 처리실이 실투할 가능성이 높아지는 것 외에, 피처리 기판 상에 파티클이 낙하할 가능성도 높아진다.
또한, 질화갈륨에 의한 박막은, 실제의 전자 제품의 제조 프로세스에서는 3 내지 5㎛라는 수 ㎛의 오더로 성막된다. 이로 인해, 몇십nm 오더로 성막되는 실리콘 등의 박막에 비교하여 성막 프로세스 1회당의 부착물의 누적량이 크다. 이로 인해, 부착물을 제거하기 위한 클리닝에는 상응한 오랜 시간이 필요해진다.
본 발명은 가스 공급로의 내부나, 처리실 하부에 부착된 부착물을 제거할 수 있으며, 또한, 클리닝에 필요로 하는 시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 것도 가능한 성막 장치의 클리닝 방법 및 그 클리닝 방법을 실행하는 것이 가능한 성막 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법은, 피처리 기판을 수용하고, 상기 피처리 기판에 대하여 화합물 반도체막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실의 내부에 수용된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 장치와, 상기 처리실의 내부의 압력을 처리에 필요해지는 압력으로 조정하면서 상기 처리실의 내부를 배기하는 것이 가능한 배기 장치와, 상기 처리실의 내부에 연통되는 가스 공급로를 갖고, 상기 처리실의 내부에, 처리에 사용하는 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구를 구비한 성막 장치의 클리닝 방법이며, 상기 성막 장치를 클리닝하는 클리닝 공정과, 상기 피처리 기판 상에 화합물 반도체막을 성막하는 성막 처리 공정을 구비하고, 상기 클리닝 공정이, (1)상기 처리실의 내부 및 상기 처리실의 내부에 수용된 부재를 클리닝하는 공정과, (2)상기 처리실의 내부 및 상기 부재 각각의 하부를 클리닝하는 공정과, (3)상기 가스 공급로의 내부를 클리닝하는 공정을 구비하고, 상기 (1)공정은, 상기 처리실의 내부의 압력을 제1 압력대, 및 상기 처리실의 내부의 온도를 클리닝 가능 온도 이상의 제1 온도대에서 상기 가스 공급로로부터 클리닝 가스를 공급함으로써 행하고, 상기 (2)공정은, 상기 처리실의 내부의 압력을 상기 제1 압력대보다도 높은 제2 압력대, 상기 처리실의 내부의 온도를 상기 제1 온도대 및/또는 상기 제1 온도대보다도 높은 제2 온도대에서 상기 가스 공급로로부터 상기 클리닝 가스를 공급함으로써 행하고, 상기 (3)공정은, 상기 처리실의 내부의 압력을 상기 제2 압력대보다도 낮은 제3 압력대, 상기 처리실의 내부의 온도를 상기 제2 온도대에서 상기 가스 공급로로부터 상기 클리닝 가스를 공급함으로써 행하고, 상기 클리닝 공정에 연속하여 상기 성막 처리 공정을 행한다.
본 발명의 제2 형태에 관한 성막 장치는, 피처리 기판을 수용하고, 상기 피처리 기판에 대하여 화합물 반도체막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 처리실과, 상기 처리실의 내부에 수용된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 장치와, 상기 처리실의 내부의 압력을 처리에 필요해지는 압력으로 조정하면서 상기 처리실의 내부를 배기하는 것이 가능한 배기 장치와, 상기 처리실의 내부에 연통되는 가스 공급로를 갖고, 상기 처리실의 내부에, 처리에 사용하는 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와, 상기 가열 장치, 상기 배기 장치 및 상기 처리 가스 공급 기구를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 제1 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법이 실시되도록 상기 가열 장치, 상기 배기 장치 및 상기 처리 가스 공급 기구를 제어한다.
본 발명에 의하면, 가스 공급로의 내부나, 처리실 하부에 부착된 부착물을 제거할 수 있으며, 또한, 클리닝에 필요로 하는 시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 것도 가능한 성막 장치의 클리닝 방법 및 그 클리닝 방법을 실행하는 것이 가능한 성막 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법을 실시하는 것이 가능한 종형 배치식 성막 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 종단면도이다.
도 2는, 도 1 중의 II-II선을 따르는 수평 단면도이다.
도 3은, 가스 공급로의 일례를 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 4는, 클리닝 가스 공급원의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 5는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 일례를 나타내는 흐름도이다.
도 6은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 7은, 성막 처리 시 및 클리닝 시의 처리실의 내부의 온도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은, 석영 에칭 레이트의 압력 의존성을 나타내는 도면이다.
도 9는, 성막 처리 시 및 클리닝 시의 가이드관의 내부의 온도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법을 실제의 프로세스에 적용한 경우의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 11은, 성막 장치에서 새롭게 발생한 사정을 설명하기 위한 가이드관의 단면도이다.
도 12는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제1 변형예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 13은, 제1 변형예에서의 가이드관의 내부의 클리닝 가스의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 14는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제2 변형예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 15는, 제2 변형예에서의 가이드관의 내부의 클리닝 가스의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 16은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제3 변형예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 17은, 제3 변형예에서의 가이드관의 내부의 가스의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 18은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제4 변형예를 나타내는 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명의 일실시 형태를, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 전체 도면에 걸쳐서 공통된 부분에는 공통된 참조 부호를 붙인다.
(성막 장치)
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법을 실시하는 것이 가능한 종형 배치식 성막 장치의 일례를 개략적으로 도시하는 종단면도, 도 2는 도 1 중의 II-II선을 따르는 수평 단면도이다. 또한, 도 1에 도시하는 종단면은 도 2 중의 I-I선을 따르는 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종형 배치식 성막 장치(이하, 성막 장치라고 함)(100)는, 천장이 있는 원통 형상의 외부관(101)과, 외부관(101)의 내측에 설치되며, 천장이 있는 원통 형상의 내부관(102)을 구비하고 있다. 외부관(101) 및 내부관(102)은, 예를 들어 석영제이며, 내부관(102)의 내측을, 피처리 기판, 본 예에서는 복수의 사파이어 기판(1)을 수용하고, 수용된 복수의 사파이어 기판(1)에 대하여 일괄한 화합물 반도체막, 예를 들어 III-V족 화합물 반도체막의 성막 처리를 실시하는 처리실(103)로 한다. 본 예에 있어서는, III-V족 화합물 반도체막, 예를 들어 V족 원소로서 질소(N)를 사용한 질화물 반도체막, 예를 들어 질화갈륨막을 성막한다.
내부관(102)의 측벽의 한쪽에는 처리실(103)의 내부에 처리 가스를 도입하는 가스 도입부(104)가 설치되어 있다. 가스 도입부(104)는 가스 확산 공간(105a)을 구비하고, 가스 확산 공간(105a)에는, 처리실(103)을 향하여 가스를 토출시키는 가스 토출 구멍(105b)을 높이 방향을 따라서 복수 가진 확산판(105c)이 설치되어 있다.
내부관(102)의 내부에는, 가스 토출 구멍(105b)으로부터 토출되는 처리 가스와는 다른 처리 가스를 처리실(103) 내에 도입하기 위해서 가스 도입관(106a 및 106b)이 배치되어 있다. 가스 도입관(106a 및 106b)은 내부관(102)의 하부로부터 수직으로 기립한다. 가스 도입관(106a 및 106b) 각각에도 처리실(103)을 향하여 가스를 토출하는 가스 토출 구멍(106c)(도 2 참조)이 높이 방향을 따라서 복수 형성되어 있다. 또한, 내부관(102)의 내부에는, 가스 도입관(106a 및 106b) 외에 온도 제어기(107)가 설치되어 있다(도 2 참조). 온도 제어기(107)는 처리실(103)의 내부의 온도를 모니터한다. 온도 제어기(107)도 또한 내부관(102)의 하부로부터 수직으로 기립한다.
내부관(102)의 측벽의 다른 쪽에는 처리실(103) 내를 배기하는 배기구가 형성되어 있다. 배기구는, 예를 들어 처리실(103)의 존마다 설치되고, 본 예에서는 상단 존 배기구(108a), 중단 존 배기구(108b) 및 하단 존 배기구(108c)의 3개가 설치되어 있다. 배기구(108a 내지 108c)는 각각 외부관(101)과 내부관(102)에 의해 구획된 공간에 연통하고 있다. 공간은 배기 공간(109)으로서 기능하고, 배기 공간(109)은 배기관(110)을 통해서 처리실(103) 내를 배기하는 배기 장치(111)에 접속된다. 배기 장치(111)는 처리실(103)의 내부의 분위기를 배기한다. 배기 장치(111)는 APC와 같은 압력 조절기(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 처리실(103)의 내부의 압력을 처리에 필요해지는 압력으로 조절하면서 처리실(103)의 내부를 배기하는 것이 가능하게 되어 있다.
외부관(101) 및 내부관(102)은 베이스 부재(112)의 개공부(112a)에 삽입되어 있다. 베이스 부재(112)에는 외부관(101)의 외측벽 주위를 둘러싸도록 가열 장치(113)가 설치되어 있다. 가열 장치(113)는 처리실(103) 내에 수용된 복수매의 사파이어 기판(1)을 가열한다.
처리실(103)의 하방은 개구(114)로 되어 있다. 기판 적재 지그인 보트(115)는 개구(114)를 통하여 처리실(103)의 내부에 출납된다. 보트(115)는, 예를 들어 석영제이며, 석영제의 복수개의 지주(116)를 갖고 있다. 지주(116)에는, 도시하지 않은 홈이 형성되어 있고, 이 홈에 의해 복수매의 사파이어 기판(1)이 한번에 지지된다. 이에 의해, 보트(115)는 피처리 기판으로서 복수매, 예를 들어 50 내지 150장의 사파이어 기판(1)을 세로 방향에 복수매 적재할 수 있다. 복수매의 사파이어 기판(1)을 적재한 보트(115)가 처리실(103)의 내부에 삽입됨으로써, 처리실(103)의 내부에는 복수의 사파이어 기판(1)이 수용된다.
보트(115)는 석영제의 보온통(117)을 통하여 테이블(118) 상에 적재된다. 테이블(118)은, 예를 들어 스테인리스스틸제의 덮개부(119)를 관통하는 회전축(120) 상에 지지된다. 성막하고 있는 동안에 회전축(120)은 회전하여 보트(115)를 회전시킨다. 보트(115)가 회전한 상태에서, 보트(115)에 적재된 복수의 사파이어 기판(1)에는, 예를 들어 질화갈륨막이 성막된다.
덮개부(119)는 개구(114)를 개폐한다. 덮개부(119)의 관통부에는, 예를 들어 자성 유체 시일(121)이 설치되고, 회전축(120)을 기밀하게 시일하면서 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한, 덮개부(119)의 주변부와, 예를 들어 내부관(102)의 하단부의 사이에는, 예를 들어 O링으로 이루어지는 시일 부재(122)가 개재 설치되고, 처리실(103)의 내부의 시일성을 유지하고 있다. 회전축(120)은, 예를 들어 보트 엘리베이터 등의 승강 기구(도시하지 않음)에 지지된 아암(123)의 선단에 설치되어 있다. 이에 의해, 보트(115) 및 덮개부(119) 등은 일체적으로 높이 방향으로 승강되어 처리실(103)에 대하여 삽입 분리된다.
성막 장치(100)는 처리 가스 공급 기구(130)를 갖고 있다. 처리 가스 공급 기구(130)는, 처리실(103)의 내부에 연통되는 가스 공급로(124a 내지 124d)를 갖고, 가스 공급로(124a 내지 124d)를 통하여 처리에 사용하는 가스를, 처리실(103)의 내부에 공급한다.
본 예의 처리 가스 공급 기구(130)는, 하이드라이드(수소화물) 가스 공급원(131a), 캐리어 가스 공급원(131b) 및 클로라이드(염화물) 가스 공급원(131c)을 포함하고 있다.
하이드라이드 가스 공급원(131a)은, 유량 제어기(MFC)(132a) 및 개폐 밸브(133a)를 개재하여 가스 도입관(106)에 접속되어 있다. 가스 도입관(106)은, 처리실(103)의 내부에, 하이드라이드 가스를 공급하는 가스 공급로(124d)를 구성한다. 본 예의 하이드라이드 가스 공급원(131a)은, 가스 도입관(106)을 통하여 하이드라이드 가스로서 암모니아(NH3) 가스를 처리실(103)의 내부에 공급한다. 암모니아 가스는 V족 원소로서 질소(N)를 포함한다.
캐리어 가스 공급원(131b)은, 유량 제어기(MFC)(132b)를 개재하여 개폐 밸브(133b)의 일단부에 접속되어 있다. 캐리어 가스의 일례는 불활성 가스이며, 불활성 가스의 예로서는 질소(N2) 가스를 들 수 있다.
개폐 밸브(133b)의 타단부는 클로라이드 가스 공급원(131c)에 접속되어 있다. 바이패스 개폐 밸브(133c)의 타단부는 개폐 밸브(133d)의 일단부에 접속되어 있다. 개폐 밸브(133d)의 타단부는, 처리실(103)의 내부에, 클로라이드 가스를 공급하는 가스 공급로(124a 내지 124c) 각각에 접속되어 있다.
클로라이드 가스 공급원(131c)은, 항온조(134)와, 항온조(134)를 가열하는 히터(135)를 포함하여 구성된다. 항온조(134)에는 고체 염화물이 수용된다. 본 예에서는, 고체 염화물로서 고체 3염화갈륨(GaCl3)이 항온조(134)에 수용된다. 항온조(134)는 상기 개폐 밸브(133b)의 타단부에 접속됨과 함께, 개폐 밸브(133f)를 개재하여 상기 개폐 밸브(133d)의 타단부에 접속된다.
고체 염화물, 예를 들어 고체 3염화갈륨을 항온조(134)에 수용하고, 히터(135)를 사용하여 고체 3염화갈륨을 온도 85℃ 정도로 가열하면, 고체 3염화갈륨은 용해되어 3염화갈륨의 증기가 발생한다. 3염화갈륨의 증기는, 개폐 밸브(133b)를 개방하여 항온조(134)에 캐리어 가스를 도입함으로써, 캐리어 가스, 본 예에서는 질소 가스와 함께, 개폐 밸브(133f, 133d) 및 가스 공급로(124a 내지 124c)를 통하여 가스 도입부(104)에 도입된다. 3염화갈륨의 증기는, 가스 도입부(104)를 통하여 처리실(103)의 내부에 공급된다.
이와 같이 가스 도입부(104)로부터는, 성막하고자 하는 화합물 반도체를 구성하는 하나의 원소를 포함하는 가스가, 또한, 가스 도입관(106)으로부터는, 상기 성막하고자 하는 화합물 반도체를 구성하고, 상기 하나의 원소와는 상이한 다른 원소를 포함하는 가스가 사파이어 기판(1)의 성막면을 따라서 공급된다. 본 예에 있어서는, 상기 하나의 원소가 III족 원소의 갈륨(Ga)이며, 상기 다른 원소가 V족 원소의 질소(N)이다. 그리고, 성막되는 화합물 반도체막은, III-V족 화합물이며, 질화물 반도체의 1종이기도 한 질화갈륨(GaN)막이다.
도 3에, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 일례를 확대하여 도시한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 가스 공급로(124a 내지 124c)는, 가이드관(125)과, 가이드관(125)에 접속된 가스 도입관(126)을 구비하고 있다. 가이드관(125)은, 예를 들어 석영제이다. 가이드관(125)은 수평 방향으로 설치되어 있다. 가이드관(125)의 일단부는, 가열 장치(113)에 설치된 슬릿(113a)(도 2 참조)을 통하여 가스 도입부(104), 본 예에서는 가스 확산 공간(105a)에 접속된다. 가이드관(125)의 타단부는 기초부(127)에 접속되어 있다. 기초부(127)는, 가이드관(125)의 타단부를 막는 동시에, 가스 도입관(126)을 가이드관(125)의 내부에 삽입하는 역할을 한다. 본 예에서는, 기초부(127)의 중앙 부분을 통하여 가스 도입관(126)이 가이드관(125)의 내부에 삽입되어 있다. 이에 의해, 가스 도입관(126)의 일단부는 가이드관(125)의 내부에 통하고, 타단부는 개폐 밸브(133d)에 접속된다. 가스 도입관(126)의 직경은 가이드관(125)의 직경보다도 가늘고, 가이드관(125)의 내부에 있어서, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에는 간극이 발생하고 있다.
예를 들어, 3염화갈륨 가스처럼 열분해 온도가 낮고, 또한, 처리실(103) 내에서 비교적 큰 소비량을 필요로 하는 가스에 대해서는, 가스 공급원, 예를 들어 클로라이드 가스 공급원(131c)부터 처리실(103)까지의 조주 거리를, 예를 들어 가이드관(125)을 수평 방향으로 배치함으로써 짧게 한다. 조주 거리를 짧게 함으로써, 예를 들어 가이드관(125)의 내부, 가스 도입부(104)의 내부 및 처리실(103) 내부에서의 활성도의 저하를 억제할 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 3염화갈륨 가스의 열분해를 적게 하고, 높은 활성도를 유지한 채로 처리실(103) 내에 공급할 수 있고, 3염화갈륨 가스를 보다 효율적으로 화합물 반도체막의 성막에 기여시키는 것이 가능해진다.
또한, 예를 들어 암모니아 가스처럼 높은 활성화 에너지가 필요한 가스에 대해서는, 반대로 조주 거리를 길게 한다. 본 예에서는, 암모니아 가스를, 세로로 긴 처리실(103) 내에, 내부관(102)의 하부로부터 수직으로 기립하는 가스 도입관(106a, 106b) 내를 조주시킨다. 조주 거리를 길게 함으로써, 암모니아 가스에는 열에너지가 더욱 가해지게 되어 활성도를 더욱 향상시킬 수 있는 이점을 얻을 수 있다. 이에 의해, 예를 들어 암모니아 가스를 보다 높은 활성도로 처리실(103) 내에 공급할 수 있고, 암모니아 가스를 보다 효율적으로 화합물 반도체막의 성막에 기여시키는 것도 가능해진다.
또한, 캐리어 가스 공급원(131b)은, 유량 제어기(MFC)(132b)를 개재하여 바이패스 개폐 밸브(133c)의 일단부 및 개폐 밸브(133e)의 일단부에도 접속되어 있다. 캐리어 가스 공급원(131b)으로부터 공급되는 불활성 가스, 예를 들어 질소 가스는, 클로라이드 가스를 픽업하여 운반하는 캐리어 가스로서의 역할 외에, 개폐 밸브(133b)를 폐쇄하고, 바이패스 개폐 밸브(133c)와 개폐 밸브(133d) 및/또는 개폐 밸브(133e)를 개방함으로써 가스 공급로(124a 내지 124d)의 내부, 가스 도입부(104)의 내부, 가스 도입관(106a 및 106b)의 내부 및 처리실(103)의 내부를 퍼지하는 퍼지 가스로서도 이용할 수 있다.
예를 들어, 개폐 밸브(133b)를 폐쇄하고, 바이패스 개폐 밸브(133c), 개폐 밸브(133d) 및 개폐 밸브(133e)를 개방한다. 이와 같이 하면, 가스 공급로(124a 내지 124d)를 통하여 가스 도입부(104) 및 가스 도입관(106a 및 106b)의 양쪽에 가스가 공급되고, 가스 공급로(124a 내지 124d)의 내부, 가스 도입부(104)의 내부, 가스 도입관(106a 및 106b)의 내부 및 처리실(103)의 내부를 퍼지할 수 있다.
또한, 개폐 밸브(133b, 133e)를 폐쇄하고, 바이패스 개폐 밸브(133c) 및 개폐 밸브(133d)를 개방한다. 이와 같이 하면, 가스 공급로(124a 내지 124c) 및 가스 도입부(104)에 가스가 공급되고, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부, 가스 도입부(104)의 내부 및 처리실(103)의 내부를 퍼지할 수 있다.
또한, 개폐 밸브(133b, 133c)를 폐쇄하고, 개폐 밸브(133e)를 개방한다. 이와 같이 하면, 가스 공급로(124d) 및 가스 도입관(106a 및 106b)에 가스가 공급되고, 가스 공급로(124d)의 내부, 가스 도입관(106a 및 106b)의 내부 및 처리실(103)의 내부를 퍼지할 수 있다.
또한, 성막 장치(100)는 클리닝 가스 공급 기구(140)를 갖고 있다. 클리닝 가스 공급 기구(140)는 클리닝 가스 공급원(141)을 구비하고 있다. 클리닝 가스 공급원(141)은, 유량 제어기(142a) 및 개폐 밸브(143a)를 개재하여 가스 공급로(124a 내지 124c)에 접속되어 있다. 이에 의해, 클리닝 처리에 사용하는 클리닝 가스는, 가스 공급로(124a 내지 124c), 가스 도입부(104)를 통하여 처리실(103)의 내부에 공급된다. 또한, 본 예의 클리닝 가스 공급원(141)은, 유량 제어기(142b) 및 개폐 밸브(143b)를 개재하여 가스 공급로(124d)에 접속되어 있다. 이에 의해, 클리닝 처리에 사용하는 클리닝 가스는, 가스 공급로(124d), 가스 도입관(106a, 106b)을 통하여 처리실(103)의 내부에 공급할 수도 있다.
도 4는 클리닝 가스 공급원(141)의 일례를 도시하는 블록도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 예의 클리닝 가스 공급원(141)은, 처리실(103)의 내부, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부를 클리닝하는 클리닝 가스의 공급원(이하, Cl2 가스 공급원)(144a)과, 성막 처리의 개시 전에 사파이어 기판(1)의 표면을 클리닝하는 클리닝 가스의 공급원(이하, H2 가스 공급원)(144b)을 구비하고 있다.
처리실(103)의 내부 및 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부를 클리닝하는 클리닝 가스의 일례는, 염소(Cl2) 가스이다. Cl2 가스는, 처리실(103)의 내부 및 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부에 부착될 질화갈륨(GaN)을, 예를 들어 GaCl3이나 N2의 가스로서 기화시킨다. 이에 의해, GaN을 에칭하는 것이 가능하다. 또한, Cl2 가스는, 처리실(103)의 내부 및 가스 공급로(124a 내지 124c)의 재료인 석영(SiO2)이나, 피처리 기판의 재료인 사파이어(Al2O3)에 대해서는 거의 에칭하는 일이 없는 가스이다. 이러한 Cl2 가스는, 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법에 사용되는 클리닝 가스로서 적합한 가스 중 하나이다.
사파이어 기판(1)의 표면을 클리닝하는 클리닝 가스의 일례는, 수소(H2) 가스이다. H2 가스는, 사파이어(Al2O3)를, 예를 들어 Al2O나 H2O의 가스로서 기화시킨다. 이에 의해, 사파이어를 에칭하는 것이 가능하다. 또한, H2 가스에 의해 사파이어 기판(1)의 표면을 고온에서 클리닝하면, 사파이어 기판(1)의 표면 상에 성막되는 GaN막의 극성을 제어, 예를 들어 GaN막의 극성을 Ga 극성으로 할지 N 극성으로 할지를 제어할 수도 있다. GaN막을 성막하기 전에 사파이어 기판(1)의 표면 상에 성막되는 GaN막의 극성을 제어해둠으로써, 사파이어 기판(1)의 표면 상에는, 예를 들어 결정성이 우수한 단결정 GaN막을 성막하는 것이 가능해진다. 이러한 H2 가스는, 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법에 사용되는 클리닝 가스로서 적합한 가스 중 하나이다.
Cl2 가스 공급원(144a)은, 개폐 밸브(145a 및 145b)를 개재하여 유량 제어기(MFC)(142a 및 142b)에 접속되어 있다. 이에 의해, Cl2 가스 공급원(144a)은, Cl2 가스를 가스 공급로(124a 내지 124d)를 통하여 처리실(103)의 내부에 공급할 수 있다.
또한, H2 가스 공급원(144b)은, 개폐 밸브(146a 및 146b)를 개재하여 유량 제어기(MFC)(142a 및 142b)에 접속되어 있다. 이에 의해, H2 가스 공급원(144b)은, H2 가스를 가스 공급로(124a 내지 124d)를 통하여 처리실(103)의 내부에 공급할 수 있다.
성막 장치(100)에는 제어 장치(150)가 접속되어 있다. 제어 장치(150)는, 예를 들어 마이크로프로세서(컴퓨터)로 이루어지는 프로세스 컨트롤러(151)를 구비하고 있고, 성막 장치(100)의 각 구성부의 제어는, 프로세스 컨트롤러(151)가 행한다. 프로세스 컨트롤러(151)에는 유저 인터페이스(152)와 기억부(153)가 접속되어 있다.
유저 인터페이스(152)는, 오퍼레이터가 성막 장치(100)를 관리하기 위하여 커맨드의 입력 조작 등을 행하기 위한 터치 패널 디스플레이나 키보드 등을 포함하는 입력부, 및 성막 장치(100)의 가동 상황을 가시화하여 표시하는 디스플레이 등을 포함하는 표시부를 구비하고 있다.
기억부(153)는, 성막 장치(100)에서 실행되는 각종 처리를 프로세스 컨트롤러(151)의 제어로 실현하기 위한 제어 프로그램이나, 성막 장치(100)의 각 구성부에 처리 조건에 따른 처리를 실행시키기 위한 프로그램을 포함한, 소위 프로세스 레시피가 저장된다. 프로세스 레시피는 기억부(153) 중 기억 매체에 기억된다. 기억 매체는, 하드 디스크나 반도체 메모리이어도 되고, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리 등의 가반성의 것이어도 된다. 또한, 프로세스 레시피는, 다른 장치로부터, 예를 들어 전용 회선을 통하여 적절히 전송시키도록 해도 된다.
프로세스 레시피는, 필요에 따라서 유저 인터페이스(152)로부터의 오퍼레이터의 지시 등으로 기억부(153)로부터 판독되고, 판독된 프로세스 레시피에 따른 처리를 프로세스 컨트롤러(151)가 실행함으로써, 성막 장치(100)는 프로세스 컨트롤러(151)의 제어 하에 요구된 처리를 실행한다.
본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법은, 도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같은 구성을 갖는 성막 장치(100)에 대하여 유효하게 적용할 수 있다. 계속해서, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 상세에 대하여 설명한다.
(클리닝 방법)
도 5는 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 일례를 나타내는 흐름도, 도 6은 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법은, 성막 처리 공정(스텝2) 전에 클리닝 공정(스텝1)을 행한다. 클리닝 공정(스텝1) 전에는, 예를 들어 GaN막의 성막 처리가 행해지는 사파이어 기판(1)을 보유 지지한 보트(115)를 처리실(103)의 내부에 반입해 둔다. 이와 같이, 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법은, 처리실(103)의 내부에, 성막 처리가 행해지는 사파이어 기판(1)을 수용한 상태에서 행해진다.
·클리닝 공정(스텝1)
클리닝 공정(스텝1)에 있어서는, 우선, 처리실(103)의 내부 및 처리실의 내부에 수용된 부재를 클리닝한다(스텝 S11). 여기서, 본 명세서에 있어서는, 처리실(103)의 내부란, 내부관(102)의 내측 벽면 외에, 배기 공간(109)에 노출되는 내부관(102)의 외측벽면, 외부관(101)의 내측 벽면을 포함한다고 정의한다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 부재란, 보트(115), 보온통(117), 가스 도입관(106a, 106b) 및 온도 제어기(107) 등을 포함한다고 정의한다.
스텝 S11에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 압력을, 처리실(103)의 내부 및 부재의 클리닝에 최적이 되는 제1 압력대(P1)로 설정한다. 제1 압력대(P1)의 일례는, 1Torr(133Pa=본 명세서에서는 1Torr를 133Pa로 정의함) 이상 10Torr(1330Pa) 이하이다. 이러한 제1 압력대(P1)에 있어서는, 처리실(103)의 내부에서의 위치 중 사파이어 기판(1)이 수용되는 위치에서 부착물의 에칭의 균일성이 특히 양호해진다. 또한, 압력이 1Torr 이상 10Torr 이하와 같이, 압력이 비교적 낮은 값일 때에는, 압력이 비교적 높은 값일 때에 비교하여 세밀한 부분, 예를 들어 보트(115)의 지주(116)에 형성된 홈이나, 내부관(102) 중 가스 도입관(106a, 106b)을 수용하는 부분 등으로부터 부착물을 효율적으로 에칭하는 것이 가능해진다. 본 예에서는, 처리실(103)의 내부의 압력을 1Torr로 설정하였다.
또한, 스텝 S11에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 온도를, 처리실(103)의 내부 및 부재의 클리닝에 최적이 되는 제1 온도대(T1)로 설정한다. 제1 온도대(T1)는, 부착물의 에칭이 가능해지는 온도, 즉, 클리닝 가능 온도 이상이 되는 온도대이다. 본 예에 있어서는, 외부관(101), 내부관(102) 및 보트(115) 등은 석영제이다. 또한, 성막 장치(100)가 질화갈륨(GaN)막을 성막하는 장치인 점에서, 주된 부착물은 GaN이 된다. 석영 상에 부착된 GaN을 에칭하는 것이 가능해지는 온도는, 에칭 시간에도 좌우되지만 대략 500℃ 내지 550℃이다. 에칭 시간을, 클리닝 시간으로서 적절해지는 시간으로 설정한 경우에는, 약 600℃ 이상이면, 석영 상에 부착된 GaN을 확실하게 에칭할 수 있다. 이 관점에서, 본 예에서는 600℃를 클리닝 가능 온도로 간주하였다. 그리고, 제1 온도대(T1)는 600℃ 이상 900℃ 미만으로 하고, 본 예에서는, 처리실(103)의 내부의 온도를 1000℃까지 상승시키는 과정에서 600℃ 이상이 된 시점부터 스텝 S11을 개시하도록 하였다.
스텝 S11에 있어서, 처리실(103)의 내부의 압력이 1Torr에서 안정되고, 내부의 온도가 600℃에 달하면, 온도를 제1 온도대(T1)로 유지, 본 예에서는 600℃ 이상 900℃ 미만의 범위로 유지한 채, 가스 공급로인 가스 도입부(104) 및 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 클리닝 가스를 공급한다. 클리닝 가스의 일례는, 염소를 포함하는 가스이다. 클리닝 가스는, GaN을 에칭하는 것이 가능한 염소를 포함하는 가스이면 된다. 예를 들어, 염화수소(HCl)를 포함하는 가스이어도 된다. 그러나, HCl을 포함하는 가스는 석영을 환원시켜 버리는 작용이 있어 석영을 에칭해버릴 가능성이 있다. 이로 인해, 본 예에서는, 석영의 환원을 억제하기 위해서 클리닝 가스로서 염소(Cl2) 가스를 선택하였다. Cl2 가스는 불활성의 가스, 예를 들어 질소(N2) 가스 등으로 희석해도 된다. Cl2 가스는, 석영을 환원시키는 경우는 거의 없다. 즉, Cl2 가스는, 석영을 에칭하는 경우가 거의 없다. 또한, Cl2 가스는, 처리실(103)의 내부에 수용되어 있는 사파이어 기판(1)에 대해서도 에칭하는 경우가 거의 없다.
이와 같이, 스텝 S11에 있어서는, 압력을 제1 압력대(P1), 온도를 제1 온도대(T1)에서, Cl2 가스를, 가스 도입부(104) 및 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 소정 시간 계속하여 공급한다. 이에 의해, 처리실(103)의 내부, 및 처리실의 내부에 수용된 부재가 클리닝된다.
그런데, 화합물 반도체, 예를 들어 GaN은 석영에 대하여 성장 레이트 온도 의존성을 갖는다. 즉, 석영의 온도가 "어느 온도"를 초과하면, GaN의 성장 레이트가 현저하게 저하된다. 본원 발명자들의 연구에 따르면, 석영의 온도가 "800℃"를 초과하면, 석영 상에서의 GaN의 성장 레이트가 현저하게 저하되는 것이 발견되었다. 이러한 성질로부터, GaN의 성막 처리 시, 처리실(103)의 내부에서 온도가 "800℃" 이하가 되어버리는 곳에는 GaN이 두껍게 부착된다.
성막 장치(100)는 종형 배치식 성막 장치이다. 종형 배치식 성막 장치에 있어서는, 처리실(103)의 하부에, 예를 들어 보온통(117) 등이 배치된다. 이러한 처리실(103)의 하부의 영역은, 성막 처리에는 기여하지 않는 영역이다. 즉, 처리실(103)의 하부는, 사파이어 기판(1)이 수용되는 처리실(103)의 상부와 일체의 공간임에도 불구하고, 온도는 처리실(103)의 상부에 비해 낮아진다. 이로 인해, 처리실(103)의 하부에는 GaN이 두껍게 부착된다. 그 모습을 도 7에 도시하였다.
도 7은 성막 처리 시 및 클리닝 시의 처리실(103)의 내부의 온도 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, GaN의 성막 처리 시, 처리실(103)의 내부의 온도는, 예를 들어 1000℃로 설정된다. 이로 인해, 성막 처리 시, 사파이어 기판(1)이 수용되어 있는 처리실(103)의 상부의 온도는 1000℃로 유지되어 있다. 그러나, 처리실(103)의 하부의 온도는 1000℃보다도 낮아지며, 보다 덮개부(119)에 가까운 곳에서는 800℃를 하회하는 개소도 발생하게 된다. 온도가 800℃를 하회한 개소(참조 부호200으로 나타내는 개소)에서는 GaN이 두껍게 부착되게 된다.
또한, 스텝 S11에서의 클리닝 시, 처리실(103)의 내부의 온도는 800℃ 이하의 600℃ 이상 약 700℃ 이하 정도의 온도대로 설정된다. 이로 인해, 도 7에도 나타내고 있는 바와 같이, 비록 처리실(103)의 내부의 온도를 800℃로 설정했다고 해도, 클리닝 시에는 처리실(103)의 하부의 온도는 800℃보다도 낮아진다. 그리고, 참조 부호200으로 나타내는 개소에서는 클리닝 가능 온도인 600℃를 하회해버린다. 이로 인해, 참조 부호200으로 나타내는 개소에서는 클리닝을 하는 것이 곤란해져버린다.
따라서, 일실시 형태에 있어서는, 스텝 S11에 이어서 처리실(103)의 내부 및 상기 부재 각각의 하부를 클리닝한다(스텝 S12).
스텝 S12에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 압력을, 제1 압력대(P1)보다도 높은 제2 압력대(P2)로 설정한다. 처리실(103)의 내부에서의 하부 및 상기 부재의 하부를 클리닝하기 위해서 압력을 상승시키는 것은 이하의 지식에 기초한다.
도 8은 석영의 에칭 레이트의 압력 의존성을 나타내는 도면이다.
도 8에 나타내는 데이터는, 불화 수소(HF)와 불소(F2)를 1:1로 혼합한 가스를 사용하여 석영을 건식 에칭했을 때에 얻어진 데이터이다. 본 예에서의 Cl2 가스를 사용하여 GaN을 건식 에칭하는 것과는 상이하지만, 동일한 건식 에칭인 점에서, 본 예에서도 동일한 경향을 나타낸다. 도 8에는, 처리실(103)의 내부의 압력을 50Torr(6650Pa)로 설정하여 건식 에칭하는 것보다도, 150Torr(19950Pa)로 설정하여 건식 에칭한 쪽이 처리실(103)의 내부의 하부의 영역까지 에칭할 수 있는 것이 나타나 있다. 즉, 본 예로 치환하면, 압력을 상승시킴으로써, 처리실(103)의 내부의 하부의 영역을 클리닝하는 것이 가능한 것이 된다.
이러한 지식으로부터, 스텝 S12에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 압력을, 스텝1에서의 제1 압력대(P1)보다도 높은 제2 압력대(P2)로 설정한다. 제2 압력대(P2)의 일례는, 시행을 반복한 결과, 100Torr(13300Pa) 이상 140Torr(18620Pa) 이하가 적합하였다. 본 예에서는, 처리실(103)의 내부의 압력을 120Torr(15960Pa)로 설정하였다.
또한, 본 예에 있어서는, 클리닝 효과를 더욱 높이기 위해서, 압력의 상승 외에, 온도에 따른 어시스트를 추가하였다. 물론, 스텝 S12는, 제1 온도대(T1)의 범위의 온도에서 행하는 것도 가능하지만, 온도가 높아지면, GaN을 에칭하는 효과가 높아진다. 따라서, 본 예의 스텝 S12에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 온도를, 제1 온도대(T1)로부터, 제1 온도대(T1)보다도 높은 제2 온도대(T2)로 상승시키면서 가스 공급로인 가스 도입부(104) 및 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 클리닝 가스, 본 예에서는 Cl2 가스를 공급한다. 제2 온도대(T2)의 일례는, 본 예에서는 제1 온도대(T1)를 600℃ 이상 900℃ 미만으로 한 점에서, 900℃ 이상으로 한다. 실용적인 관점에 기초하는 상한 온도로서는 1100℃ 이하가 바람직할 것이다. 본 예에서는, 처리실(103)의 내부의 온도가 600℃부터 1000℃로 상승하도록 설정하고 있다. 본 예에서는, 스텝 S12 전체가 제1 온도대(T1)의 범위에서 행해지도록 하고 있지만, 물론, 스텝 S12를 제1 온도대(T1)의 범위부터 제2 온도대(T2)의 범위에 걸쳐서 행하도록 해도 되고, 스텝 S12 전체를 제2 온도대(T2)의 범위에서 행하도록 해도 된다. 1000℃라는 온도는, GaN막을 성막 처리할 때의 성막 온도, 및 GaN막의 성막 처리 전에 행해지는 사파이어 기판(1)의 표면을 클리닝할 때의 클리닝 온도이다. 스텝 S12에서의 클리닝 시에 처리실(103)의 내부의 온도를, 예를 들어, 성막 온도와 동일한 온도를 향하여 상승시키면, 예를 들어 도 7 중의 화살표A로 나타낸 바와 같이, 클리닝 가능 온도인 600℃를 하회하고 있었던 개소에서도 600℃ 이상의 온도로 상승시키는 것이 가능해진다. 이로 인해, 참조 부호200으로 나타내는 개소에서도 클리닝을 확실하게 행할 수 있다.
이와 같이, 스텝 S12에 있어서는, 압력을 제1 압력대(P1)보다도 높은 제2 압력대(P2), 온도를 제1 온도대(T1) 및/또는 제2 온도대(T2)에서, Cl2 가스를, 가스 도입부(104) 및 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 소정 시간 계속하여 공급한다. 이에 의해, 처리실(103)의 내부의 하부 및 상기 부재의 하부가 각각 클리닝된다.
일실시 형태에 있어서는, 스텝 S12에 이어 스텝 S13을 행한다. 스텝 S13을 행하는 이유는, 이하와 같다.
성막 장치(100)에서는, 열분해 온도가 낮은 GaCl3 가스를, 열분해를 적게 하고, 높은 활성도를 유지한 채, 처리실(103)의 내부에 유도하기 위해서, 가이드관(125)을 수평 방향으로 배치하고 있다. 이러한 구성으로 함으로써, GaCl3 가스의 조주 거리가 짧아지고, GaCl3 가스를, 열분해가 적고, 높은 활성도를 유지한 채로 처리실(103)의 내부에 유도할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
그러나, 가이드관(125)은 수평 방향으로 배치되므로, 가열 장치(113)에 설치된 슬릿(113a)을 개재하여 가스 도입부(104)에 접속되지 않으면 안된다. 성막 처리 시 및 클리닝 시의 가이드관의 내부의 온도 분포의 일례를 도 9에 나타내었다.
도 9에 도시한 바와 같이, 가이드관(125)은 가열 장치(113)에 설치된 슬릿(113a)을 통과하므로 가열 장치(113)로부터의 열을 받는다. 이로 인해, 가이드관(125)의 온도가 높아진다. GaN막의 성막 처리 시, 처리실(103)의 내부의 온도를 1000℃로 설정하면, 슬릿(113a)의 부분에 있는 가이드관(125)의 온도는, 예를 들어 약 1000℃ 부근까지 상승한다고 생각할 수 있다. 가이드관(125)이 가열 장치(113)로부터 멀어짐에 따라 가이드관(125)의 온도는 저하되어 간다. 가이드관(125)은 석영제이다. 상술한 바와 같이, GaN은 석영에 대하여 성장 레이트 온도 의존성을 갖는다. 석영의 온도가 800℃를 초과하면, GaN의 성장 레이트가 현저하게 저하된다. 반대로, 석영의 온도가 800℃ 이하가 되면, GaN의 성장 레이트가 상승한다. 이로 인해, 가이드관(125)의 내부에 있어서, 성막 처리 시에 800℃를 초과하는 온도가 되는 영역(201)에는 GaN은 거의 부착되지 않는다. 반대로, 성막 처리 시에 800℃ 이하가 되는 영역(202)에는 GaN이 많이 부착된다.
가이드관(125)의 내부에는, 성막 처리 시, GaN막의 원료 가스의 하나인 GaCl3 가스는 흐르지만, 또 하나의 원료 가스가 되는 NH3 가스는 흐르지 않는다. 이로 인해, 가이드관(125)의 내부에는 GaN은 성장하지 않고, 부착도 하지 않을 것이다. 그런데, 실제로는 가이드관(125)의 내부에도 GaN의 부착이 확인되었다. 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 공급된 NH3 가스가, 가이드관(125)의 내부에, 약간이기는 하나 돌아 들어와 있는 것 같다. 그리고, 얼마 안되는 GaN의 부착이 누적되어가, 마침내 육안 가능하게 될 정도로 GaN의 부착이 진행되어버린다. GaN은 석영에 미치는 스트레스가 크다. 가이드관(125)은 석영제의 가는 관이다. 이러한 가이드관(125)의 내부에, 육안 가능한 정도로 GaN이 두껍게 부착되어버리면, GaN으로부터 미치는 스트레스에 의해, 가이드관(125)에 균열이 생길 가능성이 발생한다. 이러한 사정에서, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부, 본 예에서는 가이드관(125)의 내부에 부착된 GaN도 클리닝하고자 한다.
따라서, 일실시 형태에 있어서는, 스텝 S12에 이어, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부를 클리닝한다(스텝 S13).
스텝 S13에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 압력을, 제2 압력대(P2)보다도 낮은 제3 압력대(P3)로 설정한다. 본 예에서는 제3 압력대(P3)의 일례로서, 제1 압력대(P1)와 동일한 1Torr 이상 10Torr 이하로 하였다. 압력을, 제2 압력대(P2)보다도 낮게 하는 이유는, 압력이 비교적 높은 경우에 비해 세밀한 부분을 클리닝하기 쉽기 때문이다. 구체적으로는, 스텝 S13에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 압력을 1Torr로 설정하였다.
또한, 스텝 S13에 있어서는, 처리실(103)의 내부의 온도를, 예를 들어 1000℃를 향하여 상승시키면서 제2 온도대(T2)의 범위에서 유지하는 시간대를 설정한다. 제2 온도대(T2)의 범위에서 유지하는 시간대를 설정하는 이유는 이하와 같다.
클리닝 시, 처리실(103)의 내부의 온도가, 예를 들어 800℃에 달했다고 하자. 이에 의해, 슬릿(113a)의 부분에 있는 가이드관(125)의 온도는 약 800℃ 부근까지 상승한다. 그러나, 가이드관(125)이 가열 장치(113)로부터 멀어짐에 따라 가이드관(125)의 온도는 저하된다. 이로 인해, 가이드관(125)의 내부에서는 클리닝 가능 온도 600℃를 하회하는 영역이 발생한다. 클리닝 가능 온도 600℃를 하회한 영역에서는 클리닝이 곤란해진다.
그러나, 처리실(103)의 내부의 온도를, 제2 온도대(T2)의 범위에서 유지하는 시간대를 설치하면, 가이드관(125)의 내부에서 클리닝 가능 온도 600℃를 하회하는 영역을 없애는 것이 가능해진다. 예를 들어, 처리실(103)의 내부의 온도를, 성막 온도인 1000℃를 향하여 상승시켜 가면, 도 9 중의 화살표B로 나타낸 바와 같이, 가이드관(125)의 내부에서 클리닝 가능 온도 600℃를 하회하는 영역은 없어진다.
처리실(103)의 내부의 온도가 1000℃를 향하여 계속하여 상승하고, 제3 압력대(P3), 온도를 제2 온도대(T2)의 범위로 유지하는 시간을 설정한 채, 가스 도입부(104)(구체적으로는 가스 도입관(126)) 및 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 클리닝 가스를 소정 시간 계속하여 공급한다.
이와 같이, 스텝 S13에 있어서는, 압력을 제2 압력대(P2)보다도 낮은 제3 압력대(P3), 온도를 제2 온도대(T2)에서 유지되는 시간대를 설정하여, Cl2 가스를 가스 도입부(104) 및 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 소정 시간 계속하여 공급한다. 이에 의해, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부, 본 예에서는 가이드관(125)의 내부가 클리닝된다. 물론, 스텝 S13 전체를 제2 온도대(T2)의 범위에서 행하도록 해도 된다.
또한, 본 예의 스텝 S13에 있어서는, 스텝 S13의 개시 시점에서는 처리실(103)의 내부의 온도가 제1 온도대(T1)의 범위에 있다. 이와 같이 스텝 S13의 개시 시점에서는 온도가 제1 온도대(T1)의 범위에 있어도 된다. 최종적으로 제2 온도대(T2)의 범위로 상승하여 제2 온도대(T2)에서 유지되는 시간대가 있으면 된다. 물론, 처리실의 내부의 온도가 제2 온도대(T2)로 끝까지 상승하고나서 스텝 S13을 개시하도록 해도 된다.
스텝 S13이 종료하면, 클리닝 가스의 공급을 멈추고, 성막 처리 공정(스텝2)으로 이행한다.
·성막 처리 공정(스텝2)
성막 처리 공정에 대해서는 여러가지 성막 방법을 이용하는 것이 가능하지만, 본 예에서는, 사파이어 기판(1)의 표면의 클리닝(스텝 S21), 아몰퍼스 GaN 버퍼층의 형성(스텝 S22) 및 단결정 GaN 박막의 성장(스텝 S23)의 순으로 사파이어 기판(1) 상에 GaN 박막을 성막하는 예를 나타낸다.
우선, 스텝 S21에 나타낸 바와 같이, 피처리 기판, 본 예에서는, 사파이어 기판(1)의 표면을 클리닝한다. 사파이어 기판(1)은, 스텝(1)에서의 클리닝 공정 후에도 계속하여 처리실(103)의 내부에 수용되어 있는 것이다.
우선, 스텝 S21에 있어서는, 예를 들어 처리실(103)의 내부의 압력을 제3 압력대(P3)로, 처리실(103)의 내부 온도를 제2 온도대(T2)로 유지한다. 그리고, 사파이어 기판(1)의 표면을 클리닝하는 클리닝 가스를, 가스 공급로인 가스 도입부(104) 및 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 공급한다. 클리닝 가스의 일례는, 사파이어 기판(1)을 에칭 가능함과 함께, 사파이어 기판(1) 상에 성막되는 GaN막의 극성을 제어하는 것이 가능한 가스이다. 그러한 가스의 일례는, 수소(H2) 가스이다. GaN막의 성막 전에 사파이어 기판(1)의 표면을, 예를 들어 압력 1Torr, 온도 1000℃에서 H2 가스에 의한 클리닝을 행하면, 사파이어 기판(1)의 표면 상에 성막되는 GaN막의 극성을 제어, 예를 들어 GaN막의 극성을 Ga 극성으로 할지 N 극성으로 할지를 제어할 수 있다. 사파이어 기판(1)의 표면을 클리닝할 때의 제2 온도대(T2)는, 1000℃에 한정되지 않고, 900℃ 이상 1100℃ 이하이면 된다.
이어서, 처리실(103)의 내부의 온도를 강온시켜서 제2 온도대(T2)보다도 낮은 제3 온도대로 한다. 제3 온도대에서의 온도의 일례는 500℃이다. 처리실(103)의 내부의 압력이 1Torr, 처리실(103)의 내부의 온도가 500℃에서 안정되면, GaCl3 가스를 포함하는 클로라이드 가스를 가스 도입부(104)로부터 공급하고, NH3 가스를 포함하는 하이드라이드 가스를 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 공급한다. 이와 같이 하여 표면이 클리닝된 사파이어 기판(1)의 표면 상에 아몰퍼스 GaN 버퍼층을 형성한다(스텝 S22). 또한, 아몰퍼스 GaN 버퍼층은, 이제부터 성장되는 단결정 GaN 박막의 결정성을 향상시키기 위한 층이다. 이러한 아몰퍼스 GaN 버퍼층을 형성할 때의 제3 온도대는 500℃로 한정되지 않고, 예를 들어 400℃ 이상 600℃ 이하이면 된다.
이어서, 처리실(103)의 내부의 온도를 승온시켜서 제3 온도대보다도 높은 제4 온도대로 한다. 제4 온도대에서의 온도의 일례는 1000℃이다. 처리실(103)의 내부의 압력이 1Torr, 처리실(103)의 내부의 온도가 1000℃에서 안정되면, GaCl3 가스를 포함하는 클로라이드 가스를 가스 도입부(104)로부터 공급하고, NH3 가스를 포함하는 하이드라이드 가스를 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 공급한다. 이와 같이 하여 아몰퍼스 GaN 버퍼층 상에 단결정 GaN 박막을 성장시킨다(스텝 S23). 또한, 단결정 GaN 박막을 성장시킬 때의 제4 온도대는 1000℃로 한정되지 않고, 예를 들어 900℃ 이상 1100℃ 이하이면 된다.
스텝 S23이 종료하면, 처리실(103)의 내부의 온도를, 예를 들어 보트(115)를 반출 가능한 온도가 될 때까지 강온시키고, 성막 처리 공정(스텝2)이 종료된 사파이어 기판(1)을 보유 지지한 보트(115)를 처리실(103)의 내부로부터 반출한다.
도 10은, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법을 실제의 프로세스에 적용한 경우의 일례를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 실제의 전자 제품, 예를 들어 HEMT 등의 화합물 반도체 장치나, 청색 발광 소자 등의 화합물 반도체 발광 소자의 제조 프로세스에 있어서는, 보트 반출·반입 공정(스텝0), 클리닝 공정(스텝1), 성막 처리 공정(스텝2), 그리고, 보트 반출·반입 공정(스텝0)을 반복하여 행하게 된다.
이러한 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법이면, 스텝 S11에 이어지는 스텝 S12에 있어서, 처리실(103)의 내부의 압력을 제1 압력대(P1)보다도 높은 제2 압력대(P2), 처리실(103)의 내부의 온도를 제1 온도대(T1) 및/또는 제1 온도대(T1)보다도 높은 제2 온도대(T2)에서 클리닝 가스를 공급한다. 이에 의해, 처리실(103)의 내부의 하부에 부착된 부착물, 및 처리실(103)의 내부에 설치된 부재의 하부에 부착된 부착물을 클리닝에 의해 제거할 수 있다.
또한, 스텝 S13에 있어서, 처리실(103)의 내부의 압력을 제2 압력대(P2)보다도 낮은 제3 압력대(P3), 온도를 제2 온도대(T2)에서 클리닝 가스를 공급한다. 이 때, 온도에 대해서는 제1 온도대(T1)가 되는 범위가 있어도, 최종적으로는 제2 온도대(T2)가 되는 범위가 있으면 된다. 이에 의해, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부에 부착된 부착물을 클리닝에 의해 제거할 수 있다.
이러한 스텝 S11 내지 S13을 포함하는 클리닝 공정(스텝1)에 연속하여 성막 처리 공정(스텝2)을 행하고, 클리닝 공정(스텝1)과 성막 처리 공정(스텝2)을 반복하면서 화합물 반도체막, 예를 들어 GaN 박막의 성막 처리를 행한다. 이에 의해, 성막되는 GaN 박막의 막 두께가 수 ㎛로 두꺼워서 성막 프로세스 1회당의 부착물의 누적량이 큰 경우에도 클리닝에 필요로 하는 시간을 단축할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 상기 스텝1 내지 스텝2를 제어 장치(150)에 의해 실행시킴으로써, 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법을 실행하는 것이 가능한 성막 장치(100)를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시 형태에 의하면, 가스 공급로의 내부나, 처리실 하부에 부착된 부착물을 제거할 수 있고, 또한, 클리닝에 필요로 하는 시간을 단축하여 생산성을 향상시키는 것도 가능한 성막 장치의 클리닝 방법 및 그 클리닝 방법을 실행하는 것이 가능한 성막 장치를 얻을 수 있다.
이어서, 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 변형예의 몇가지를 설명한다.
<제1 변형예>
도 11은, 성막 장치(100)에 있어서, 새롭게 발생한 사정을 설명하기 위한 가이드관의 단면도이다.
또한, 성막 장치(100)를 사용하여 GaN의 성막 처리를 계속한 바, 도 11에 도시한 바와 같이, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에 생겨 있는 간극에도 GaN의 부착이 확인되었다(도 11의 참조 부호203으로 나타내는 개소). 가스 도입관(106a, 106b)으로부터 공급된 NH3 가스가, 상기 간극에, 또한 미량이지만, 돌아들어와 있는 것 같다.
그러나, 상기 간극은, 가스 도입관(126)의 가스 토출구(126a)보다도 후방측에 있다. 이로 인해, 상기 간극에, 가스 도입관(126)으로부터 많은 클리닝 가스를 보내는 것은 곤란하다. 따라서, 상기 간극의 클리닝은 어렵다.
제1 변형예는, 가스 도입관(126)의 가스 토출구(126a)보다도 후방측에 있고, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에 생겨 있는 간극에 대하여 많은 클리닝 가스를 보내어 상기 간극에 대한 클리닝을 확실하게 행하고자 하는 것이다.
도 12는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제1 변형예를 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 도 12에는, 클리닝 가스의 공급에 관한 타이밍만을 나타내기로 한다. 온도에 관한 타이밍 및 압력에 관한 타이밍은, 도 6에 나타낸 타이밍과 동일한 것이어도 된다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 변형예에 있어서는, 스텝 S13에 있어서, 가스 도입부(104)로부터의 클리닝 가스의 공급을 정지하고(OFF), 가스 도입관(106a, 106b)만으로부터 클리닝 가스를 공급한다(ON). 도 13에, 제2 변형예에서의 가이드관(125)의 내부의 클리닝 가스의 흐름을 도시한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 제1 변형예에 있어서는, 클리닝 가스는 가스 도입관(106a 및 106b)만으로부터 공급된다. 이로 인해, 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터 공급된 클리닝 가스는, 가이드관(125)의 내부에, 가스 도입부(104)를 통하여 공급되게 된다. 클리닝 가스의 흐름은, 도 13 중의 참조 부호C로 나타낸 바와 같이, 가스 도입관(126)으로부터 토출되었을 때의 클리닝 가스의 흐름과는 반대 방향이 된다. 이로 인해, 상기 간극에 대하여 가스 도입관(126)으로부터 클리닝 가스를 공급했을 때와 비교하여 보다 많은 클리닝 가스를 보내는 것이 가능해진다.
따라서, 제1 변형예에 의하면, 가스 도입관(126)의 가스 토출구(126a)보다도 후방측에 있고, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에 생겨 있는 간극에 대한 클리닝을 확실하게 행할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
<제2 변형예>
제2 변형예도 또한 제1 변형예와 마찬가지로, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에 생겨 있는 간극에 대한 클리닝을 확실하게 행하고자 하는 것이다.
도 14는, 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제2 변형예를 나타내는 타이밍 차트이다. 또한, 도 14에는, 클리닝 가스의 공급에 관한 타이밍만을 나타내기로 한다. 온도에 관한 타이밍 및 압력에 관한 타이밍은, 도 6에 나타낸 타이밍과 동일한 것이어도 된다.
도 14에 나타낸 바와 같이, 제2 변형예에 있어서는, 스텝 S13에 있어서, 가스 도입부(104)로부터의 클리닝 가스의 공급, 즉 가스 도입관(126)으로부터의 클리닝 가스의 공급을, 공급(ON)과 정지(OFF)를 교대로 반복하는 간헐 공급으로 한 것이다.
가스 도입관(106a, 106b)으로부터의 클리닝 가스의 공급은 스텝 S13에서도 계속하는 것도 가능하지만, 도 14에 나타낸 바와 같이, 스텝 S13에서는 가스 도입관(106a, 106b)으로부터의 클리닝 가스의 공급은 정지하도록 해도 된다.
제2 변형예에 있어서는, 클리닝 가스가 가스 도입관(126)으로부터 간헐 공급된다. 이로 인해, 클리닝 가스를 계속하여 흐르게 하는 경우와 비교하여 가이드관(125)의 내부에서의 클리닝 가스의 흐름을 어지럽힐 수 있다. 가스 도입관(126)으로부터 클리닝 가스를 계속 흐르게 하면, 가이드관(125)의 내부에서의 클리닝 가스의 흐름은 층류가 되어 안정되어버린다. 이로 인해, 상기 간극에서는 클리닝 가스가 체류되어 가라앉아버린다. 이로 인해, 신선한 클리닝 가스가 늘 계속하여 공급되는 것이 어려워진다. 이러한 체류가, 상기 간극에 가스 도입관(126)으로부터 많은 클리닝 가스를 보내는 것은 곤란한 이유 중 하나로 되어 있다.
도 15는, 제2 변형예에서의 가이드관(125)의 내부의 클리닝 가스의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 15에 도시한 바와 같이, 클리닝 가스를 가스 도입관(126)으로부터 간헐 공급하는 제2 변형예에서는, 클리닝 가스의 공급(ON)과 정지(OFF)를 교대로 반복한다. 이로 인해, 가이드관(125)의 내부에서의 클리닝 가스의 흐름은 안정적이지 않게 된다. 즉, 도 15 중의 참조 부호D로 나타낸 바와 같이, 이른바 난류에 가까운 상태가 된다. 난류에 가까운 상태가 되면, 층류에서 안정되어버리는 경우와 비교하여 상기 간극에 클리닝 가스가 체류될 가능성을 낮게 할 수 있다. 이로 인해, 상기 간극에 신선한 클리닝 가스를 늘 공급하는 것이 가능해진다.
따라서, 제2 변형예에 있어서도, 제1 변형예와 마찬가지로, 간극에 대한 클리닝을 확실하게 행할 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
<제3 변형예>
제3 변형예는, 제2 변형예와 마찬가지로, 스텝 S13에 있어서, 클리닝 가스를 가스 도입부(104), 본 예에서는 가스 도입관(126)으로부터 간헐 공급하는 예이다.
도 16은 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제3 변형예를 나타내는 타이밍 차트, 도 17의 (A) 내지 도 17의 (D)는 제3 변형예에서의 가이드관의 내부의 가스의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 스텝 S13에서 클리닝 가스를 간헐 공급하여 클리닝을 행하는 경우에는 사이클 퍼지 스텝을 병용하는 것도 가능하다.
우선, 제3 변형예에서는 진공화를 행한다. 이에 의해, 가이드관(125)의 내부가 진공화된다(도 17의 (A)).
이어서, 가스 도입부(104), 본 예에서는 가스 도입관(126)과, 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터 클리닝 가스를 공급한다. 이 때, 가이드관(125)의 내부는 진공화되어 있으므로, 가이드관(125)의 내부의 압력은 스텝 S13에서 설정되는 제3 압력대(P3)보다도 낮아져 있다. 이로 인해, 클리닝 가스를 가스 도입관(126)으로부터 공급하면, 클리닝 가스는, 가이드관(125)의 내부의 압력이 제3 압력대(P3)가 되도록, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에 생겨 있는 간극에도 돌아들어가게 된다(도 17의 (B)).
이어서, 클리닝 가스의 공급을 정지시키고, 재차 진공화를 행한다. 이에 의해, 가이드관(125)의 내부는 재차 진공화되고, 클리닝 가스에 의해 기화된 부착물은 배기된다(도 17의 (C)).
이어서, 가스 도입부(104), 본 예에서는 가스 도입관(126)과, 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터 퍼지 가스를 공급한다. 퍼지 가스는 불활성 가스이며, 예를 들어 N2 가스이다. 이 N2 가스는, 예를 들어 도 1에 도시한 성막 장치(100)가 구비하는 캐리어 가스 공급원(131b)으로부터 공급되는 것을 이용할 수 있다. 이 때에도, 가이드관(125)의 내부는 진공화되어 있으므로, 제3 압력대(P3)보다도 낮은 압력으로 되어 있다. 이로 인해, 퍼지 가스는, 가이드관(125)의 내부의 압력이 제3 압력대(P3)가 되도록 상기 간극에 돌아들어간다(도 17의 (D)). 계속해서, 퍼지 가스의 공급을 정지시킨다.
이와 같이, 제3 변형예에 있어서는,
(1)진공화(배기)
(2)클리닝
(3)진공화(배기)
(4)퍼지
의 수순을 "1사이클"로 하고, 이 "1사이클"을 복수회 반복함으로써, 가스 공급로(124a 내지 124c)의 내부, 본 예에서는, 특히, 가이드관(125)의 내부를 클리닝한다.
이러한 제3 변형예에 있어서도, 제1, 제2의 변형예와 마찬가지로, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에 생겨 있는 간극에 대하여 신선한 클리닝 가스를 공급할 수 있다. 게다가, 제3 변형예에 있어서는, 제1, 제2의 변형예와 비교하여 클리닝 가스의 배기 및 클리닝 가스의 퍼지를 또한 행한다. 이로 인해, 제1, 제2의 변형예와 비교하여 상기 간극의 내부로부터, 기화된 부착물을 보다 확실하게 내쫓을 수 있고, 상기 간극에 대하여 보다 청정도가 양호해지는 클리닝이 가능해진다는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제3 변형예에 있어서는, 제2 변형예와 달리 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터 클리닝 가스나 퍼지 가스를 공급하는 예를 나타냈다. 이것은, 제2 변형예와 마찬가지로, 스텝 S13에 있어서, 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터 클리닝 가스나 퍼지 가스의 공급을 정지하도록 해도 된다.
단, 스텝 S13에 있어서, 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터도 클리닝 가스나 퍼지 가스를 공급하도록 하면, 스텝 S13에 있어서, 가스 도입관(106a 및 106b)의 내부에 발생할 가능성이 있는 이차적인 부착물의 부착을 억제할 수 있는 이점을 또한 얻을 수 있다.
<제4 변형예>
제4 변형예도 또한, 스텝 S13에 있어서, 클리닝 가스를, 가스 도입부(104), 본 예에서는 가스 도입관(126)으로부터 간헐 공급하는 예이다.
도 18은 본 발명의 일실시 형태에 관한 성막 장치의 클리닝 방법의 제4 변형예를 나타내는 타이밍 차트이다.
도 18에 나타낸 바와 같이, 제4 변형예가, 제3 변형예와 상이한 점은, 가스 도입부(104)(가스 도입관(126))로부터 클리닝 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 수순E와, 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터 클리닝 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 수순F를 "1사이클" 중에서 어긋나게 하여, 수순E와 수순F를 교대로 행하도록 한 것이다.
제4 변형예와 같이, 가스 도입부(104)(가스 도입관(126))로부터 클리닝 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 수순E와, 가스 도입관(106a 및 106b)으로부터 클리닝 가스 및 퍼지 가스를 공급하는 수순F는, 동시에 행하지 않고, 교대로 행하도록 하는 것도 가능하다.
이러한 제4 변형예에 있어서도, 제1 내지 3의 변형예와 마찬가지로, 가스 도입관(126)의 외측 표면과 가이드관(125)의 내측 표면의 사이에 생겨 있는 간극에 대하여 신선한 클리닝 가스를 공급할 수 있으므로, 상기 간극의 클리닝이 가능해지는 이점을 얻을 수 있다.
또한, 제4 변형예에 의하면, 상기 수순E와 수순F를 교대로 행한다. 이로 인해, 수순F에 있어서는, 가이드관(125)의 내부에, 도 17을 참조하여 설명한 바와 같은 수순E와는 반대 방향의 클리닝 가스의 흐름을 발생시킬 수 있다. 따라서, 제3 변형예와 비교하여 상기 간극에 대하여 보다 많은 클리닝 가스를 보낼 수 있는 이점을 얻을 수 있다.
이상, 본 발명을 일실시 형태에 따라서 설명했지만, 본 발명은 일실시 형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변형 가능하다. 또한, 본 발명의 실시 형태는, 상기 일실시 형태가 유일한 실시 형태가 아니다.
예를 들어, 상기 일실시 형태에 있어서는, 화합물 반도체막을 성막하기 위한 피처리 기판을 사파이어 기판(1)으로 했지만, 피처리 기판은, 사파이어 기판(1)에 한정되지 않는다. 예를 들어, SiC 기판이나 Si 기판 등도 사용할 수 있다.
또한, 상기 일실시 형태에 있어서는, 화합물 반도체막의 성막 방법, 예를 들어 질화갈륨막의 성막 방법으로서, 고체 3염화갈륨을 기화시켜서 3염화갈륨 가스를 픽업하여 처리실(103)로 캐리어 가스와 함께 운반하는 예를 나타냈다. 이러한 성막 방법은, 클로라이드 수송 LPCVD법(Chloride transport LP-CVD)이라고도 불리는 방법이다. 그러나, 화합물 반도체막의 성막 방법은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, HVPE법이나 MOCVD법을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 화합물 반도체막을 성막하기 위해서 화합물 반도체를 구성하는 하나의 원소를 포함하는 클로라이드 가스를 처리실(103)에 공급하도록 했지만, 성막하고자 하는 화합물 반도체막에 따라서 클로라이드 가스 대신에 하이드라이드 가스로 해도 된다.
그리고, 상기 실시 형태에 있어서는, 화합물 반도체막으로서 질화물 반도체막, 예를 들어 질화갈륨막을 예시했지만 질화갈륨막 이외의 질화물 반도체막이나 III-V족 화합물 반도체막을 성막하는 성막 장치나, II-IV족 화합물 반도체막을 성막하는 성막 장치의 클리닝 방법으로서, 본 발명을 적용할 수 있다.
그 밖에, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변형될 수 있다.
101 : 외부관
102 : 내부관
103 : 처리실
104 : 가스 도입부
106a, 106b : 가스 도입관
111 : 배기 장치
113 : 가열 장치
113a : 슬릿
115 : 보트
124a 내지 124d : 가스 공급로
125 : 가이드관
126 : 가스 도입관
130 : 처리 가스 공급 기구
140 : 클리닝 가스 공급 기구
150 : 제어 장치

Claims (23)

  1. 피처리 기판을 수용하고, 상기 피처리 기판에 대하여 화합물 반도체막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 처리실과,
    상기 처리실의 내부에 수용된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 장치와,
    상기 처리실의 내부의 압력을 처리에 필요해지는 압력으로 조정하면서 상기 처리실의 내부를 배기하는 것이 가능한 배기 장치와,
    상기 처리실의 내부에 연통되는 가스 공급로를 갖고, 상기 처리실의 내부에, 처리에 사용하는 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구를 구비한 성막 장치의 클리닝 방법이며,
    상기 성막 장치를 클리닝하는 클리닝 공정과, 상기 피처리 기판 상에 화합물 반도체막을 성막하는 성막 처리 공정을 구비하고,
    상기 클리닝 공정이,
    (1)상기 처리실의 내부 및 상기 처리실의 내부에 수용된 부재를 클리닝하는 공정과,
    (2)상기 처리실의 내부 및 상기 부재 각각의 하부를 클리닝하는 공정과,
    (3)상기 가스 공급로의 내부를 클리닝하는 공정을 구비하고,
    상기 (1)공정은, 상기 처리실의 내부의 압력을 제1 압력대, 및 상기 처리실의 내부의 온도를 클리닝 가능 온도 이상의 제1 온도대에서, 상기 가스 공급로로부터 클리닝 가스를 공급함으로써 행하고,
    상기 (2)공정은, 상기 처리실의 내부의 압력을 상기 제1 압력대보다도 높은 제2 압력대, 상기 처리실의 내부의 온도를 상기 제1 온도대 및 상기 제1 온도대보다도 높은 제2 온도대 중 하나 이상에서, 상기 가스 공급로로부터 상기 클리닝 가스를 공급함으로써 행하고,
    상기 (3)공정은, 상기 처리실의 내부의 압력을 상기 제2 압력대보다도 낮은 제3 압력대, 상기 처리실의 내부의 온도를 상기 제2 온도대에서, 상기 가스 공급로로부터 상기 클리닝 가스를 공급함으로써 행하고,
    상기 클리닝 공정에 연속하여 상기 성막 처리 공정을 행하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 온도대는, 상기 처리실의 내부 및 상기 부재의 표면의 온도를, 이들의 표면에 부착되어 있는 부착물을 제거 가능한 온도로 하는 온도대이며,
    상기 제2 온도대는, 상기 가스 공급로 중 상기 처리실로부터 떨어져 있는 부분의 표면의 온도를, 이 표면에 부착되어 있는 불순물을 제거 가능한 온도로 하는 온도대인 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 압력대는, 상기 처리실의 내부의 압력을, 상기 처리실의 내부 및 상기 부재 각각의 하부의 표면에 부착되어 있는 부착물을 제거 가능한 압력으로 하는 압력대인 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (1)공정 내지 상기 (3)공정은, 상기 처리실의 내부의 온도를 상기 제1 온도대에서 상기 (2)의 온도대로 상승시키면서 순차 행하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리실은, 상기 피처리 기판의 출납을, 상기 처리실의 하부를 통하여 행하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가열 장치는, 상기 처리실의 외측벽 주위를 둘러싸는 구조를 갖고,
    상기 가스 공급로는, 상기 가열 장치에 설치된 슬릿을 통하여 상기 처리실에 연통되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가스 공급로는, 상기 슬릿을 통하여 상기 처리실에 연통되는 가이드관과, 상기 가이드관에 접속되고, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 상기 가이드관의 내부에 처리에 사용하는 가스를 도입하는 가스 도입관을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 가스 도입관의 직경은 상기 가이드관의 직경보다도 가늘고, 상기 가이드관의 내부에 있어서, 상기 가스 도입관의 외측 표면과 상기 가이드관의 내측 표면의 사이에 간극이 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 (3)공정은, 상기 가스 도입관으로부터 상기 클리닝 가스를 상기 가이드관 내부에 대하여 간헐 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 처리 가스 공급 기구는, 상기 가스 공급로와는 별도로 상기 처리실 내부에 연통되는 다른 가스 공급로를 더 갖고,
    상기 (3)공정은, 상기 가스 공급로로부터의 상기 클리닝 가스의 공급을 멈추고, 상기 클리닝 가스를, 상기 다른 가스 공급로로부터 공급하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화합물 반도체막이, V족 원소로서 질소를 사용한 질화물 반도체막인 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 질화물 반도체막이 질화갈륨막인 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 화합물 반도체막이 질화갈륨막일 때,
    상기 (3)공정에 이어서,
    (4)상기 처리실의 내부의 압력을 상기 제3 압력대, 및 상기 처리실의 온도를 상기 제2 온도대에서, 상기 가스 공급로로부터 상기 피처리 기판의 표면 상에 성막되는 상기 질화갈륨막의 극성을 제어하는 것이 가능한 클리닝 가스를 공급하고, 상기 피처리 기판의 표면을 클리닝하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (4)공정에서 사용되는 클리닝 가스가 수소 가스인 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 화합물 반도체막이 질화갈륨막일 때,
    상기 처리실, 상기 부재, 상기 가스 공급로는 석영을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 (1)공정 내지 상기 (3)공정에서 사용되는 클리닝 가스는 염소가스인 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 피처리 기판은 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는, 성막 장치의 클리닝 방법.
  18. 피처리 기판을 수용하고, 상기 피처리 기판에 대하여 화합물 반도체막을 성막하는 성막 처리를 실시하는 처리실과,
    상기 처리실의 내부에 수용된 상기 피처리 기판을 가열하는 가열 장치와,
    상기 처리실의 내부의 압력을 처리에 필요해지는 압력으로 조정하면서 상기 처리실의 내부를 배기하는 것이 가능한 배기 장치와,
    상기 처리실의 내부에 연통되는 가스 공급로를 갖고, 상기 처리실의 내부에, 처리에 사용하는 가스를 공급하는 처리 가스 공급 기구와,
    상기 가열 장치, 상기 배기 장치 및 상기 처리 가스 공급 기구를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 제어 장치는, 제1항 또는 제2항에 기재된 성막 장치의 클리닝 방법이 실시되도록, 상기 가열 장치, 상기 배기 장치 및 상기 처리 가스 공급 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 처리실은, 상기 피처리 기판의 출납을, 상기 처리실의 하부를 통하여 행하는 구조를 갖고,
    상기 가열 장치는, 상기 처리실의 외측벽 주위를 둘러싸는 구조를 갖고,
    상기 가스 공급로는, 상기 가열 장치에 설치된 슬릿을 통하여 상기 처리실에 연통되는 구조를 갖고,
    상기 가스 공급로는, 상기 슬릿을 통하여 상기 처리실에 연통되는 가이드관과, 상기 가이드관에 접속되고, 상기 처리 가스 공급 기구로부터 상기 가이드관의 내부에 처리에 사용하는 가스를 도입하는 가스 도입관을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 제어 장치는, 제9항에 기재된 성막 장치의 클리닝 방법이 실시되도록, 상기 가열 장치, 상기 배기 장치 및 상기 처리 가스 공급 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  21. 제18항에 있어서, 상기 처리 가스 공급 기구는, 상기 가스 공급로와는 별도로 상기 처리실의 내부에 연통되는 다른 가스 공급로를 갖고 있을 때,
    상기 제어 장치는, 제10항에 기재된 성막 장치의 클리닝 방법이 실시되도록 상기 가열 장치, 상기 배기 장치 및 상기 처리 가스 공급 기구를 제어하는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  22. 제19항에 있어서, 상기 가스 도입관의 직경은 상기 가이드관의 직경보다도 가늘고, 상기 가이드관의 내부에 있어서, 상기 가스 도입관의 외측 표면과 상기 가이드관의 내측 표면의 사이에 간극이 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
  23. 제18항에 있어서, 상기 화합물 반도체막이 질화갈륨막일 때,
    상기 처리실 및 상기 가스 공급로는 석영을 포함하여 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 성막 장치.
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