KR20190030163A

KR20190030163A - 배기관의 클리닝 방법

Info

Publication number: KR20190030163A
Application number: KR1020180098987A
Authority: KR
Inventors: 다카히토 우메하라; 마사토 고아쿠츠; 츠바사 와타나베
Original assignee: 도쿄엘렉트론가부시키가이샤
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2019-03-21
Also published as: US10975466B2; US20210180182A1; US20190078198A1; JP2019052339A

Abstract

본 발명의 과제는 격리를 하지 않아도 안전하게 대기 개방하여 배기관의 메인터넌스를 행할 수 있는 배기관의 클리닝 방법을 제공하는 것이다.
처리실(1)과, 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부[처리 가스 노즐(31)]와, 처리실에 접속된 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67) 등을 포함함]과, 처리실의 상기 배기관에 대한 접속부의 근방에 설치된 클리닝 가스 공급부[클리닝 가스 공급관(12a)]를 갖는 성막 장치에 있어서, 가스 공급부로부터 성막의 원료 가스를 처리실에 공급했을 때에 발생하는 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분을 제거하는 배기관의 클리닝 방법이며, 배기관 부착 성분과 반응하여 배기관의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 클리닝 가스를, 클리닝 가스 공급부로부터 처리실을 경유하지 않고 직접 배기관에 공급하여, 배기관 부착 성분을 클리닝 가스와 반응시키고 기화시켜 제거한다.

Description

배기관의 클리닝 방법 {CLEANING METHOD FOR EXHAUST PIPE}

본 발명은 배기관의 클리닝 방법에 관한 것이다.

기판에 성막 처리를 행하는 성막 장치에 있어서, 예를 들어 반응관의 내부에 성막 대상의 기판을 보유 지지하고, 원료 가스를 공급하여 원자층 퇴적법(ALD: Atomic Layer Deposition) 혹은 화학 기상 성장법(CVD: Chemical Vapor Deposition)에 의해 원하는 막을 형성한다. 이때, 원료 가스의 화학 반응에 의한 부생성물이 성막 장치의 배기관에 부착된다. 배기관에 부착된 부생성물은 배기관으로부터 박리하면 파티클이 된다. 발생한 파티클이 성막 처리 중인 기판에 부착되면, 형성한 막의 품질이나 수율의 저하를 초래한다. 파티클 저감 등의 목적으로, 배기관은 정기적으로 유지 관리되어, 배기관에 부착된 부생성물 등의 제거가 행해진다.

배기관에 부착되는 부생성물은 형성하는 막의 종류나 원료 가스의 종류 등에 따라 상이하다. 특허문헌 1에는 CVD에 의한 실리콘 질화막의 형성 방법, 형성 장치 및 이 형성 장치의 세정 전 처리 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에는 헥사클로로디실란 및 암모니아를 공급하여 반도체 웨이퍼에 실리콘 질화막을 형성하는 형성 장치가 개시되어 있고, 배기관에 부착되는 부생성물로서, 염화암모늄과 Si-Cl-N-H를 포함하는 화합물이 있다. 특허문헌 1에 기재된 형성 장치는 배기관 및 밸브를 100℃ 내지 200℃로 가열하고, 처리 가스 도입관으로부터 배기관으로 암모니아를 공급한다. 이에 의해, 배기관으로의 부생성물의 부착을 억제한다. 또한, 메인터넌스 작업으로 배기관을 해방했을 때에, 배기관에 부착된 부생성물이 가수분해에 의해 염화수소를 발생시키는 것을 억제한다.

또한, 원료 가스로서 유해 성분을 포함하는 가스를 사용하는 성막 처리에 있어서, 원료 가스가 배기관에 부착, 잔류하고 있는 경우가 있다. 특허문헌 2에는 배기관 무해화 방법 및 ALD에 의한 성막 장치가 개시되어 있다.

일본 특허 공개 제2002-334869호 공보 일본 특허 공개 제2016-141845호 공보

그런데, 원료 가스로서 헥사클로로디실란을 사용한 성막 처리에 있어서의 화학 반응의 부생성물의 하나로 클로로실란 폴리머가 있다. 클로로실란 폴리머는 고연소성, 발화성인 점에서, 클로로실란 폴리머를 발생시키지 않거나, 혹은 발생해도 안전하게 제거하는 것이 필요하다.

클로로실란 폴리머는 가수분해에 의한 생성물이 매우 위험한 물질이다. 클로로실란 폴리머가 존재할 가능성이 있는 배기관의 대기에 대한 개방을 수반하는 메인터넌스의 경우에는, 개방하는 개소를 질소 분위기로 치환한 상태, 즉 글로브 백 등에 의해 대기 중의 수분으로부터 격리된 상태로 하여, 대기에 대한 개방을 행한다.

그러나, 상기한 대기 중의 수분으로부터 격리된 상태로 하고 나서 배기관을 대기로 개방함으로써 안전하게 작업하는 것이 가능해지기는 하지만, 개방하는 개소의 질소 분위기로의 치환 공정이 필요해져 작업성이 매우 나쁘고, 격리 범위도 매우 좁은 범위가 되어 버린다. 격리를 하지 않고 안전하게 대기 개방하여 배기관의 메인터넌스를 행할 수 있는 배기관의 클리닝 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 일 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법은, 처리실과, 상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실에 접속된 배기관과, 상기 처리실의 상기 배기관에 대한 접속부의 근방에 설치된 클리닝 가스 공급부를 갖는 성막 장치에 있어서, 상기 가스 공급부로부터 성막의 원료 가스를 상기 처리실에 공급했을 때에 발생하는 상기 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분을 제거하는 배기관의 클리닝 방법이며,

상기 배기관 부착 성분과 반응하여 상기 배기관의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 클리닝 가스를, 상기 클리닝 가스 공급부로부터 상기 처리실을 경유하지 않고 직접 상기 배기관에 공급하여, 상기 배기관 부착 성분을 상기 클리닝 가스와 반응시키고 기화시켜 제거하는 공정을 갖는다.

본 발명의 다른 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법은, 처리실과, 상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실에 접속된 배기관을 갖는 성막 장치에 있어서, 상기 가스 공급부로부터 성막의 원료 가스를 상기 처리실에 공급했을 때에 발생하는 상기 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분을 제거하는 배기관의 클리닝 방법이며,

상기 성막 장치의 운전 중이며 상기 처리실에 있어서 성막 처리를 행하고 있지 않은 소정 기간에, 상기 배기관 부착 성분과 반응하여 상기 배기관의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 클리닝 가스를, 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실을 경유하여 상기 배기관에 공급하여, 상기 배기관 부착 성분을 상기 클리닝 가스와 반응시키고 기화시켜 제거하는 공정을 갖는다.

개시된 배기관의 클리닝 방법에 의하면, 격리를 하지 않아도 안전하게 대기 개방하여 배기관의 메인터넌스를 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 배기관의 일례의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 일례의 단면도이다.
도 3은 도 2의 성막 장치의 처리실 내의 구조를 도시하는 사시도다.
도 4는 도 2의 성막 장치의 처리실 내의 구조를 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 2의 성막 장치의 일부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법의 일례의 시퀀스를 도시한 타이밍 차트이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 관한 배기관의 클리닝 방법의 클리닝 가스의 유로와 대기 해방한 개소를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 관한 FT-IR에 의한 SiF₄ 농도의 시간 변화를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 관한 배기관의 클리닝 방법에 있어서 대기 해방한 개소를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 관한 XPS 분석 결과를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 관한 XPS 분석 결과를 도시한 도면이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 이하에 설명한다. 또한, 동일한 부재 등에 대해서는, 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

먼저, 성막 처리 반응에 있어서의 부생성물에 대하여 설명한다.

〔성막 처리의 반응에 있어서의 부생성물〕

예를 들어, 실리콘 질화막의 ALD에 의한 성막 처리에서는, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라클로로실란, 헥사클로로디실란 등의 클로로실란류와 암모니아가 원료 가스로서 사용된다. 클로로실란류를 원료 가스로 하는 경우, 식 (1) 내지 (3)에 나타내는 바와 같이, 부생성물로서 클로로실란 폴리머가 생성된다.

식 (1)에서는, 디클로로실란으로부터 열에 의해 H₂가 탈리하고, 중합함으로써 클로로실란 폴리머가 형성된다. 식 (2)에서는, 트리클로로실란으로부터 열에 의해 HCl가 탈리하고, 중합함으로써 클로로실란 폴리머가 형성된다. 식 (3)에서는, 테트라클로로실란으로부터 열에 의해 Cl₂가 탈리하고, 중합함으로써 클로로실란 폴리머가 형성된다. 클로로실란 폴리머는 고연소성이고 발화성을 갖는다. 예를 들어, 성막 처리 중에 발생한 클로로실란 모노머가 배기계에 있어서 중합하여, 클로로실란 폴리머가 된다.

클로로실란 폴리머는 마찰 감도 및 정전기 불꽃 감도는 낮지만, 가연성이고 다소의 폭발성이 있다. 클로로실란 폴리머는 가수분해 후에 건조가 진행되고, 저온이 되면, 폭발 위력과 타격 감도가 증대된다(클로로실란 폴리머 가수분해물에 대해서는 후술함).

또한, 클로로실란류를 원료 가스로 하는 경우, 부생성물로서 폴리실록산이 생성된다. 식 (4)는 폴리실록산의 기본적인 구조를 나타낸다. Si-O-Si 결합을 주골격으로 하고 있고, 치환기 a와 치환기 b에 의해 상이한 특성을 갖는다. 식 (5)는 가연성의 실리콘유이고, 치환기 a와 치환기 b가 모두 메틸기(-CH₃)인 경우에 해당한다. 식 (6)은 불안정하고 고연소성의 반응성 폴리실록산이고, 치환기 a와 치환기 b가 모두 수소(-H)인 경우에 해당한다. 식 (7)은 안정된 폴리실록산이고, 치환기 a와 치환기 b가 모두 수산기(-OH)인 경우에 해당한다. 폴리실록산은 젤리 상태로부터 반고체·고체의 형태를 갖는다. 치환기 a와 치환기 b가 모두 수소(-H)인 경우, 연소성은 가장 높아진다. 공기 등의 산화제의 존재 하에서는, 기계적 충격이나 반응열 등의 약간의 에너지로 폭발적으로 반응하는 경우가 있고, 연소 속도가 매우 빠르다.

상기한 반응성 폴리실록산은, 예를 들어 하기의 식 (8)로 나타나는 화학 반응에 의해 생성된다. 예를 들어, 디클로로실란 8a가 가수분해하여, HCl를 발생하면서, 클로로실란올 8b가 된다. 클로로실란올 8b와 디클로로실란 8a는 탈HCl 반응에 의해 클로로실란올 8b의 수산기의 산소 원자와 디클로로실란 8a의 실리콘 원자가 결합하여, 〔SiH₂-O〕를 반복 유닛으로서 갖는 식 (6)에 상당하는 구조의 반응성 폴리실록산 8c가 된다. 반응성 폴리실록산 8c는 다시 탈HCl 반응과 가수분해를 반복하여, 폴리머화된다.

또한, 상기한 안정된 폴리실록산은, 예를 들어 하기의 식 (9)에 의해 생성된다. 예를 들어, 클로로실란 폴리머 9a는 가수분해되기 쉽고, HCl를 발생하여 반응열을 방출하면서 가수분해하여, 클로로실란 폴리머 가수분해물 9b가 된다. 클로로실란 폴리머 가수분해물 9b는 〔Si(OH)₂-Si(OH)₂〕를 반복 유닛으로서 갖는다. 클로로실란 폴리머 가수분해물 9b는, 식 (9c)에 나타낸 바와 같이 물(H₂O)과 반응하여 Si와 Si 사이에 산소 원자가 결합하도록 재배열되어, 〔Si(OH)₂-O〕를 반복 유닛으로서 가져, 상기한 식 (7)에 상당하는 구조가 안정된 폴리실록산 9d가 된다. 단, 클로로실란 폴리머 가수분해물 9b는 충격이나 가열에 의해 발화, 폭발할 가능성이 있다. 클로로실란 폴리머 9a가 클로로실란 폴리머 가수분해물 9b로 된 후에, 건조가 진행되거나 혹은 저온이 되는 것 등에 의해 식 (9c)를 거쳐서 안정된 폴리실록산 9d로 되는 반응이 진행되지 않는 상태가 되면, 발화, 폭발할 가능성이 있는 클로로실란 폴리머 가수분해물 9b의 상태로 존재하게 되어 버린다.

또한, 클로로실란류를 원료 가스로 하는 경우, 부생성물로서 실리코옥살산이 생성된다. 헥사클로로디실란으로부터 실리코옥살산이 생성되는 반응을 하기의 식 (10)에 나타낸다. 예를 들어, 헥사클로로디실란 10a가 가수분해하여, 식 (10b)에 나타낸 바와 같이, 물의 산소가 Si 원자에 이중 결합하고, 또한 물의 수산기가 Si 원자에 결합하고, HCl를 발생하면서 실리코옥살산 10c가 생성된다. 예를 들어, 헥사클로로디실란 등의 클로로폴리실란이 배기계에 응집하고, 배기관의 대기 해방 중에 대기 중의 수분 등으로 가수분해함으로써, 배기계에 있어서 실리코옥살산이 생성될 가능성이 있다. 실리코옥살산은 발화성이 있고, 마찰 등의 작은 충격이나 가열에 의해 용이하게 발화되고, 특히 건조 상태에서는 폭발성 반응을 나타내고, 위력도 강하다. 예를 들어, 300 내지 350℃의 가열로 발화되는 경우가 있다.

그 밖의 부생성물로서는, Si_xH_y, Si_xCl_y, Si_xH_yCl_z 등이 있다. Si_xH_y는 Si-H 결합을 포함하는 아몰퍼스 실리콘 미세 분말이고, 연소 시에 매우 대량의 에너지를 방출한다. Si_xH_y는 산성 수용액과의 반응으로, H₂나 SiH₄가 발생할 가능성이 있다. Si_xCl_y나 Si_xH_yCl_z는 투명한 점성이 있는 액체이고, 미량의 수분과 반응하여 연소성이 높은 폴리실록산을 불안정 중간체로서 생성하는 경우가 있다. 이때, HCl나 H₂가 발생한다. 또한, Si_xCl_y나 Si_xH_yCl_z는 대기 중의 산소와 직접 반응하는 경우가 있다. 특히, 디클로로실란(SiH₂Cl₂)이 수분과 직접 반응하여 연소성이 높은 반응성 폴리실록산이 형성되는 것은 상기한 식 (8)에 나타낸 바와 같다.

상기한 각종 부생성물에 있어서, 특히 충격이나 가열에 의해 발화나 폭발의 가능성이 있는 부생성물로서 들 수 있는 것은, 클로로실란 폴리머의 가수분해물, 반응성 폴리실란, 실리코옥살산이다. 이 중, 반응성 폴리실란과 실리코옥살산은 성막 장치와 배기관의 통상 운전 상태에 있어서의 수분이 격리된 환경 하에서는, 배기관에 있어서 형성될 가능성은 낮아진다. 또한, 클로로실란 폴리머의 가수분해물도, 수분이 격리된 환경 하에서는, 배기관에 있어서 형성될 가능성은 낮아진다. 단, 클로로실란 폴리머는 수분의 존재가 없어도 생성 가능하다. 성막 장치와 배기관의 통상의 운전 상태에서는, 배기관에 있어서의 클로로실란 폴리머의 생성에 주의하는 것이 중요해진다.

〔성막 장치의 배기관〕

본 실시 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법을 행하는 배기관에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 성막 장치의 배기관의 일례를 도시한 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어 성막 장치의 처리실(1)은 용기 본체(12)와 천장판(11)을 갖고, 서셉터(2)가 설치되고, 성막 대상의 기판(이하, 「웨이퍼 W」라고 함)이 적재된다. 처리실(1)의 저부 근방에, 처리실(1)의 내부를 배기하는 배기관(63)이 접속되어 있다. 처리실(1)의 내부에 성막 처리의 원료 가스 등의 가스를 공급하는 처리 가스 노즐(31)이 설치되어 있다. 또한, 처리실(1)의 배기관(63)에 대한 접속부의 근방에 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급부인 클리닝 가스 공급관(12a)이 설치되어 있다.

배기관(63)은 자동 압력 조정기(64)가 접속되고, 또한 배기관(65)이 접속되어 있다. 이상의 처리실(1)로부터 배기관(65)까지는 성막 장치 주설비 MF에 설치되어 있다. 배기관(65)은 성막 장치 주설비 MF와 성막 장치 부설비 SF를 이격하는 바닥부를 관통하여 배기관(66)에 접속되어 있다. 배기관(66)은 플렉시블 배관(67)을 거쳐서, 드라이 펌프(68)에 접속된다. 드라이 펌프(68)는 배기관(69)에 접속되어 있다. 배기관(69)의 도중에는 FT-IR(푸리에 변환 적외 분광) 측정기(70)가 접속되어 있다. 배기관(69)은 성막 장치 주설비 MF와 성막 장치 부설비 SF를 이격하는 바닥부를 관통하여 배기관(71)에 접속되어 있다. 이상의 배기관(66)으로부터 배기관(69)까지는 성막 장치 부설비 SF에 설치되어 있다. 배기관(71)은 제해 장치(72)에 접속되어 있다. 이상의 배기관(71)과 제해 장치(72)는 성막 장치 주설비 MF에 설치되어 있다. 상기 구성의 성막 장치에 있어서, 배기관(63)으로부터 제해 장치(72)까지를 통합하여 배기계라고 칭한다.

상기한 배기계를 구성하는 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67) 등을 포함함]과, 이것들에 접속되어 있는 밸브 등에는, 예를 들어 200℃까지 가온 가능한 도시하지 않은 히터가 설치되어 있다. 본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법을 행할 때는, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67) 등을 포함함] 등의 온도를, 예를 들어 90℃ 이하로 한다.

〔성막 장치〕

본 실시 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법의 대상이 되는 성막 장치에 대하여 설명한다. 먼저, 도 2 내지 도 5를 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치의 일례에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시 형태에 관한 성막 장치는 본 발명의 실시 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법이 적합하게 적용 가능한 성막 장치이다. 여기서, 성막 장치는, 소위 회전 테이블식(후술)의 서셉터를 사용한 성막 장치이며, 원료 가스를 포함하는 처리 가스를 소정의 공급 영역을 향해 공급함으로써, 복수의 기판의 표면 상에 성막을 행하는 성막 장치를 예로 들어 설명한다. 또한, 기판이 적재되는 서셉터는 반드시 회전 테이블식일 필요는 없고, 노즐을 사용한 다양한 성막 장치에 적용 가능하다.

도 2는 성막 장치의 단면도이고, 도 4의 I-I'선을 따른 단면을 도시하고 있다. 도 3 및 도 4는 처리실(1)(후술) 내의 구조를 설명하는 도면이다. 도 3 및 도 4는 설명의 편의상, 천장판(11)(후술)의 도시를 생략하고 있다.

도 5는 처리 가스 노즐(31)(후술)로부터 처리 가스 노즐(32)(후술)까지의 서셉터(2)(후술)의 동심원을 따른 처리실(1)의 단면도이다.

도 2 내지 4에 도시한 바와 같이, 성막 장치는 대략 원형의 평면 형상을 갖는 편평한 처리실(1)과, 처리실(1) 내에 설치되는 서셉터(2)와, 성막 장치 전체의 동작[예를 들어, 처리 가스 노즐(31, 32)의 가스 공급 타이밍]을 제어하는 제어부(100)(제어 수단)를 구비한다.

처리실(1)은 바닥이 있는 원통 형상을 갖는 용기 본체(12)와, 용기 본체(12)의 상면에 기밀하게 착탈 가능하게 배치되는 천장판(11)을 구비한다. 천장판(11)은, 예를 들어 O링 등의 시일 부재(13)(도 2)를 통해 기밀하게 착탈 가능하게 배치되어, 처리실(1) 내의 기밀성을 확보한다.

서셉터(2)는 처리실(1)의 중심을 회전 중심으로, 케이스체(20)에 수납되어 있는 원통 형상의 코어부(21)에 고정된다. 서셉터(2)는 복수의 기판(이하, 「웨이퍼 W」라고 함)이 적재되는 적재부를 상면에 갖는다.

케이스체(20)는 그 상면이 개구된 통 형상의 케이스이다. 케이스체(20)는 그 상면에 설치된 플랜지 부분을 처리실(1)의 저부(14)의 하면에 기밀하게 설치되어 있다. 케이스체(20)는 그 내부 분위기를 외부 분위기로부터 격리한다.

코어부(21)는 연직 방향으로 신장하는 회전축(22)의 상단에 고정되어 있다. 회전축(22)은 처리실(1)의 저부(14)를 관통한다. 또한, 회전축(22)의 하단은 회전축(22)을 연직축 주위로 회전시키는 구동부(23)에 설치된다. 또한, 회전축(22) 및 구동부(23)는 케이스체(20) 내에 수납되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 서셉터(2)의 표면은 회전 방향(둘레 방향)을 따라 복수(본 실시 형태에서는 5매)의 웨이퍼 W를 적재하기 위한 원 형상의 복수의 오목부(24)(기판 적재 영역)를 갖는다. 여기서, 도 4에서는 편의상, 1개의 오목부(24)에만 웨이퍼 W를 도시한다. 또한, 본 발명에 사용할 수 있는 서셉터(2)는 복수의 기판으로 하고, 4매 이하 또는 6매 이상의 웨이퍼 W를 적재하는 구성이어도 된다.

오목부(24)는, 본 실시 형태에서는 웨이퍼 W의 직경(예를 들어, 300㎜)보다도 약간 큰 내경(예를 들어, 4㎜ 큰 내경)으로 한다. 또한, 오목부(24)는 웨이퍼 W의 두께에 대략 동등한 깊이로 한다. 이에 의해, 성막 장치는 오목부(24)에 웨이퍼 W를 적재하면, 웨이퍼 W의 표면과 서셉터(2)의 표면(웨이퍼 W가 적재되지 않는 영역)을 대략 동일한 높이로 할 수 있다.

성막 장치에 있어서, 처리 가스 노즐(31)은 제1 가스 공급부이고, 서셉터(2)의 상방에 있어서 구획되는 제1 처리 영역(후술)에 배치된다. 처리 가스 노즐(31)은 웨이퍼 W에 원료 가스를 공급하는 원료 가스 공급 노즐로서 사용된다. 처리 가스 노즐(32)은 제2 가스 공급부이고, 원료 가스와 반응하여 반응 생성물을 생성 가능한 반응을 공급하는 반응 가스 공급 노즐로서 사용된다. 처리 가스 노즐(32)은 서셉터(2)의 둘레 방향을 따라 제1 처리 영역으로부터 이격되는 제2 처리 영역(후술)에 배치된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 분리 가스 공급부이고, 제1 처리 영역과 제2 처리 영역 사이에 배치된다[이하, 간단히 「가스 노즐(31, 32, 41, 42)」이라고 칭해도 되는 것으로 함]. 또한, 가스 노즐(31, 32, 41, 42)은, 예를 들어 석영으로 이루어지는 노즐을 사용해도 된다.

구체적으로는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 성막 장치는 처리실(1)의 둘레 방향으로 간격을 두고, 기판 반송용의 반송구(15)로부터 시계 방향[서셉터(2)의 회전 방향]으로 처리 가스 노즐(32), 분리 가스 노즐(41), 처리 가스 노즐(31) 및 분리 가스 노즐(42)의 순으로 배열된다. 이들의 가스 노즐(31, 32, 41 및 42)은 각각의 기단부인 가스 도입 포트(31a, 32a, 41a 및 42a)(도 4)를 용기 본체(12)의 외주벽에 고정하고 있다. 또한, 가스 노즐(31, 32, 41 및 42)은 처리실(1)의 외주벽으로부터 처리실(1) 내로 도입된다. 또한, 가스 노즐(31, 32, 41 및 42)은 용기 본체(12)의 반경 방향을 따라 서셉터(2)의 중심 방향으로, 또한 서셉터(2)에 대하여 평행으로 신장되도록 설치된다.

가스 노즐(31, 32)은 서셉터(2)를 향해 하방으로 개구되는 복수의 가스 토출 구멍(33)(도 5 참조)을 구비한다. 가스 노즐(31, 32)은 그 노즐의 길이 방향을 따라, 예를 들어 10㎜의 간격으로 개구를 배열할 수 있다. 이에 의해, 처리 가스 노즐(31)의 하방 영역은 웨이퍼 W에 원료 가스를 흡착시키는 영역(이하, 「제1 처리 영역 P1」이라고 함)이 된다. 또한, 처리 가스 노즐(32)의 하방 영역은 웨이퍼 W에 흡착되어 있는 원료 가스에 반응 가스를 반응시켜, 원료 가스와 반응 가스의 반응 생성물을 퇴적시키는 영역(이하, 「제2 처리 영역 P2」라고 함)이 된다. 제1 처리 영역 P1은 원료 가스를 공급하는 영역이기 때문에, 「원료 가스 공급 영역 P1」이라고 칭해도 되고, 제2 처리 영역 P2는 원료 가스와 반응하는 반응 가스를 공급하는 영역이므로, 「반응 가스 공급 영역 P2」라고 칭해도 된다.

원료 가스에는, 예를 들어 실리콘 질화막을 성막하는 경우에는, Si와, Cl와 H의 적어도 한쪽을 포함하는 화합물의 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 배기관에 클로로실란 폴리머를 생성할 수 있는 가스이다. 예를 들어, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라클로로실란, 헥사클로로디실란 등의 클로로실란류, 혹은 실란, 디실란 등의 실란류 등의 실리콘 함유 가스가 사용되어도 된다.

예를 들어, 실리콘 질화막을 성막하는 경우에, 예를 들어 원료 가스의 화학 반응에 의해 생성되어 배기관에 부착된 부생성물이 배기관에 부착되는 경우가 있고, 당해 부생성물로서는, 예를 들어 클로로실란 폴리머를 들 수 있다. 클로로실란 폴리머는 상기와 같이 수분과 반응하여 가수분해하면 발화·폭발할 가능성이 있는 클로로실란 폴리머 가수분해물이 되어 버린다. 본 실시 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법에서는, 클로로실란 폴리머 등을 기화하여 제거하는 처리를 행하지만, 이 점에 대해서는 후술한다.

원료 가스는 상술한 가스에 한정되는 것은 아니고, 다양한 가스를 사용해도 된다.

처리 가스 노즐(32)은 서셉터(2)의 상면의 상방에 있어서 구획되는 반응 가스 공급 영역 P2에 배치된다.

분리 가스 노즐(41, 42)은 둘레 방향을 따라 이격하여 설치된 제1 처리 영역 P1과 제2 처리 영역 P2 사이에 각각 설치된다. 분리 가스 노즐(41, 42)은 도시하지 않은 배관 등을 통해, 분리 가스 공급원에 접속되어 있다. 즉, 분리 가스 노즐(41, 42)은 서셉터(2)의 상면에 분리 가스를 공급한다.

반응 가스로서는, 원료 가스와 반응 가능한 다양한 반응 가스가 사용되어도 되지만, 예를 들어 질소를 함유하는 질화 가스, 혹은 산소를 함유하는 산화 가스를 사용해도 된다. 본 실시 형태에서는, 이하, 반응 가스로서 질화 가스 혹은 산화 가스를 사용한 예를 들어 설명한다. 질화 가스가, 예를 들어 암모니아이다. 또한, 산화 가스는, 예를 들어 산소 가스, 오존 가스 또는 수증기이다. 즉, 처리 가스 노즐(31)로부터 공급되어 기판에 흡착된 원료 가스는 처리 가스 노즐(32)로부터 공급된 반응 가스에 의해 질화 혹은 산화되어, 질화물 또는 산화물을 생성한다.

성막 장치는 분리 가스로서, 불활성 가스를 사용한다. 불활성 가스는, 예를 들어 Ar이나 He 등의 희가스 또는 질소 가스이다. 분리 가스는 웨이퍼 W를 퍼지하는 퍼지 가스로서 사용된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 퍼지 가스로서 일반적으로 사용되는 N₂ 가스를 분리 가스로서 사용한 예를 들어 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 성막 장치의 처리실(1) 내에는 두 볼록 형상부(4)가 설치되어 있다. 볼록 형상부(4)는 정상부가 원호형으로 절단된 대략 부채형의 평면 형상을 갖는다. 볼록 형상부(4)는, 본 실시 형태에서는 내원호가 돌출부(5)에 연결된다. 또한, 볼록 형상부(4)는 외원호가 처리실(1)의 용기 본체(12)의 내주면을 따르도록 배치되어 있다.

구체적으로는, 볼록 형상부(4)는, 도 5에 도시한 바와 같이 천장판(11)의 이면에 설치된다. 또한, 볼록 형상부(4)는 그 하면인 평탄한 낮은 천장면(44)(제1 천장면)과, 이 천장면(44)의 둘레 방향 양측에 위치하는 천장면(45)(제2 천장면)을 갖는다. 여기서, 볼록 형상부(4)의 천장면(45)은 천장면(44)보다도 높은 천장면이다. 이에 의해, 볼록 형상부(4)는 처리실(1) 내에, 좁은 공간인 분리 공간 H와, 분리 공간 H로부터 가스가 유입되는 공간(481) 및 공간(482)을 형성한다. 즉, 볼록 형상부(4)는 형성된 좁은 공간인 분리 공간 H를 후술하는 도 3에 도시하는 분리 영역 D로서 기능시킨다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 볼록 형상부(4)는 둘레 방향 중앙에 홈부(43)를 갖는다. 홈부(43)는 서셉터(2)의 반경 방향을 따라 연장되어 있다. 또한, 홈부(43)는 분리 가스 노즐(42)이 수용되어 있다. 다른 하나의 볼록 형상부(4)에도 마찬가지로 홈부(43)가 형성되고, 여기에 분리 가스 노즐(41)이 수용되어 있다.

또한, 분리 가스 노즐(42)의 하면, 즉 서셉터(2)와의 대향면에는 가스 토출 구멍(42h)이 형성되어 있다. 가스 토출 구멍(42h)은 분리 가스 노즐(42)의 길이 방향을 따라 소정의 간격(예를 들어, 10㎜)을 두고 복수개 형성되어 있다. 또한, 가스 토출 구멍(42h)의 개구 직경은, 예를 들어 0.3 내지 1.0㎜이다. 도시를 생략하지만, 분리 가스 노즐(41)에도 마찬가지로 가스 토출 구멍(42h)이 형성되어 있다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 성막 장치는 높은 천장면(45)의 하방의 공간에 처리 가스 노즐(31, 32)을 각각 설치한다. 이들의 처리 가스 노즐(31, 32)은 천장면(45)으로부터 이격하여 웨이퍼 W의 근방에 설치되어 있다. 또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 처리 가스 노즐(31)은 공간(481)[높은 천장면(45)의 하방의 공간] 내에 설치되고, 처리 가스 노즐(32)은 공간(482)[높은 천장면(45)의 하방의 공간]에 설치되어 있다.

처리 가스 노즐(31, 32)은 웨이퍼 W의 표면 근방에 설치되고, 가스 토출 구멍(33)은 웨이퍼 W의 표면과 대향하도록, 처리 가스 노즐(31, 32)의 하면에 형성된다. 처리 가스 노즐(31, 32)의 가스 토출 구멍(33)과 서셉터(2)의 오목부(24)가 형성되어 있지 않은 표면의 거리는, 예를 들어 1 내지 5㎜의 범위로 설정되고, 적합하게는 3㎜ 전후로 설정된다. 또한, 원료 가스를 공급하는 처리 가스 노즐(31)은, 도 5에 도시한 바와 같이 직사각형의 단면 형상으로 구성되어도 된다. 또한, 다른 쪽 처리 가스 노즐(32) 및 분리 가스 노즐(41, 42)은 원환형의 단면 형상으로 구성된다.

낮은 천장면(44)은 좁은 공간인 분리 공간 H를 서셉터(2)에 대하여 형성하고 있다. 분리 가스 노즐(42)로부터 불활성 가스(예를 들어, N₂ 가스)가 공급되면, 이 불활성 가스는 분리 공간 H를 유통하여, 공간(481) 및 공간(482)을 향해 유출된다. 여기서, 분리 공간 H의 용적은 공간(481 및 482)의 용적보다도 작기 때문에, 성막 장치는 공간(481 및 482)의 압력과 비교하여, 공급된 불활성 가스를 사용하여 분리 공간 H의 압력을 높게 할 수 있다. 즉, 공간(481 및 482)의 간극에 있어서, 분리 공간 H는 압력 장벽을 형성한다.

또한, 분리 공간 H로부터 공간(481 및 482)으로 유출된 불활성 가스는, 제1 처리 영역 P1의 제1 처리 가스(원료 가스)와, 제2 처리 영역 P2의 제2 처리 가스(반응 가스)에 대하여 카운터 플로우로서 작용한다. 따라서, 성막 장치는 분리 공간 H를 사용하여, 제1 처리 영역 P1의 제1 처리 가스와, 제2 처리 영역 P2의 제2 처리 가스를 분리한다. 즉, 성막 장치는 처리실(1) 내에 있어서 제1 처리 가스와, 제2 처리 가스가 혼합하여 반응하는 것을 억제한다.

또한, 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은 성막 시의 처리실(1) 내의 압력, 서셉터(2)의 회전 속도 및/또는 공급하는 분리 가스(N₂ 가스)의 공급량 등에 기초하여, 분리 공간 H의 압력을 공간(481 및 482)의 압력에 비해 높게 하는 데 적합한 높이로 할 수 있다. 또한, 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은 성막 장치의 사양 및 공급하는 가스의 종류에 대응한 높이로 할 수 있다. 또한, 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이 h1은, 미리 실험 또는 계산 등으로 정해지는 높이로 할 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 천장판(11)의 하면에는 서셉터(2)를 고정하는 코어부(21)의 외주를 둘러싸도록 돌출부(5)가 설치되어 있다. 돌출부(5)는, 본 실시 형태에서는 볼록 형상부(4)에 있어서의 회전 중심측의 부위와 연속하고 있고, 그 하면이 천장면(44)과 동일한 높이로 형성되어 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 대략 부채형의 볼록 형상부(4)의 주연부[처리실(1)의 외연측의 부위]에는 서셉터(2)의 외측 단부면에 대향하도록 L자형으로 굴곡하는 굴곡부(46)가 형성되어 있다. 굴곡부(46)는 서셉터(2)와 용기 본체(12)의 내주면 사이의 공간을 통해, 공간(481) 및 공간(482) 사이에서 가스가 유통하는 것을 억제한다. 부채형의 볼록 형상부(4)는 천장판(11)에 설치된다.

성막 장치는 천장판(11)을 용기 본체(12)로부터 제거할 수 있으므로, 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12) 사이에는 약간의 간극을 갖는다. 성막 장치는 굴곡부(46)의 내주면과 서셉터(2)의 외측 단부면의 간극 및 굴곡부(46)의 외주면과 용기 본체(12)의 간극을, 예를 들어 서셉터(2)의 상면에 대한 천장면(44)의 높이와 동일한 치수로 설정할 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 서셉터(2)와 용기 본체의 내주면 사이에 있어서, 공간(482)(도 4)과 연통하는 제1 배기구(610)와, 공간(481)(도 4)과 연통하는 제2 배기구(620)가 형성되어 있다. 제1 배기구(610)는, 도 2에 도시한 바와 같이 배기관(63)을 통해, 진공 배기 수단[드라이 펌프(68)]에 접속되어 있다. 또한, 배기관(63)의 진공 배기 수단[드라이 펌프(68)]까지의 경로 중에 자동 압력 조정기(64)가 설치된다. 제2 배기구(620)도 마찬가지로, 도시하지 않은 배기관과 자동 압력 조정기를 통해, 드라이 펌프 등의 진공 배기 수단에 접속되어 있다.

서셉터(2)와 처리실(1)의 저부(14) 사이의 공간에는, 도 2에 도시한 바와 같이 가열 수단인 히터 유닛(7)이 설치된다. 서셉터(2)를 통해 서셉터(2) 상의 웨이퍼 W가, 프로세스 레시피에서 정해진 온도(예를 들어, 450℃)로 가열된다. 서셉터(2)의 주연 부근의 하방측에는 서셉터(2)의 하방 공간으로 가스가 침입하는 것을 억제하기 위해, 링형 커버 부재(81)가 설치되어 있다.

가스 노즐(31, 32, 41 및 42)에는 원료 가스를 공급하기 위한 기화기, 매스 플로우 컨트롤러, 자동 압력 제어기, 밸브 등(각각 도시하지 않음)이 접속되어 있다. 분리 가스 공급관(51), 퍼지 가스 공급관(82, 83)에는 각각 N₂ 등을 공급하기 위한 가스원, 매스 플로우 컨트롤러, 자동 압력 제어기, 밸브 등(각각 도시하지 않음)이 접속되어 있다.

예를 들어, 처리실(1)의 제1 배기구(610)의 측부와 통하는 클리닝 가스 공급관(12a)이 설치되어 있다. 클리닝 가스 공급관(12a)에는 클리닝 가스를 공급하기 위한 가스원, 매스 플로우 컨트롤러, 자동 압력 제어기, 밸브 등(각각 도시하지 않음)이 접속되어 있다.

또한, 상기한 가스 노즐(31, 32, 41 및 42)의 어느 것이, 원료 가스 등을 공급하는 가스 노즐과 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급관을 겸하는 구성으로 할 수 있다. 이 경우에는, 예를 들어 처리 가스 노즐(31)은 상기와 같이 원료 가스를 공급하기 위한 기화기 등 외에, 밸브 등으로 온/오프의 전환을 가능하게 하여 클리닝 가스의 가스원도 접속되어 있다. 혹은, 처리실(1) 내의 가스 노즐(31, 32, 41 및 42)의 근방 등에 있어서, 클리닝 가스를 전용으로 공급하는 클리닝 가스 공급관이 설치된 구성이어도 된다.

도 2에 도시되는 제어부(100)는 성막 장치의 각 구성에 동작을 지시하고, 각 구성의 동작을 제어하는 수단이다. 성막 장치에서는, 제어부(100)는 장치 전체의 동작의 컨트롤을 행하기 위한 컴퓨터로 구성된다. 제어부(100)는, 예를 들어 기억부(101)에 기억된 프로그램을 실행하고, 하드웨어와 협동함으로써, 복수의 기판의 표면을 성막한다. 또한, 제어부(100)는 일반적인 CPU(Central Processing Unit, 중앙 처리 장치) 및 메모리(예를 들어, ROM, RAM) 등을 포함하는 연산 처리 장치로 구성할 수 있다.

구체적으로는, 제어부(100)는 내장한 메모리 내에, 후술하는 성막 방법을 성막 장치에 실시시키기 위한 프로그램을 저장할 수 있다. 이 프로그램은, 예를 들어 스텝군이 짜여져 있다. 제어부(100)는 매체(102)(하드 디스크, 콤팩트 디스크, 광자기 디스크, 메모리 카드, 플렉시블 디스크 등)에 기억되어 있는 상기 프로그램을 기억부(101)로 판독하고, 그 후, 제어부(100) 내에 인스톨할 수 있다.

이상, 본 실시 형태에 관한 성막 장치의 일례에 대하여 설명했지만, 본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법을 행하는 대상이 되는 성막 장치로서는, 적어도 클리닝 가스 공급관이 설치되어 있거나, 어떤 가스 노즐이 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급관을 겸하는 구성이라면, ALD 성막 장치나 CVD 성막 장치 등의 어떤 종류의 성막 장치에 대해서도 적용 가능하다.

〔성막 방법〕

상기한 성막 장치의 처리실(1)에서는, 예를 들어 성막 대상의 기판(웨이퍼 W)을 반송 암(10)을 사용하여 반송구(15)를 통해 처리실(1)의 내부에 적재하고, 도시하지 않은 게이트 밸브에 의해 반송구(15)를 폐쇄한다. 서셉터(2)를 회전 구동하고, 반도체 웨이퍼 W를 회전 이동시킨다. 처리실(1)의 내부를, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]을 갖는 배기계에 의해 배기하고, 자동 압력 조정기(64)로 처리실(1)의 내부의 압력을 조정하면서, 가스 노즐(31, 32)로부터 처리실(1)의 내부로 헥사클로로디실란 등의 원료 가스와 암모니아 등의 반응 가스를 공급한다. 처리실(1) 내부를 가열하는 것 등에 의해, ALD에 의해, 원료 가스를 화학 반응시켜 기판 상에 실리콘 질화막 등을 성막한다.

처리 가스 노즐(31)이 공급하는 원료 가스로서는, 예를 들어 실리콘 질화막을 성막하는 경우에는, Si와, Cl와 H의 적어도 한쪽을 포함하는 화합물의 가스를 사용할 수 있다. 예를 들어, 배기관에 클로로실란 폴리머를 생성할 수 있는 가스이고, 디클로로실란, 트리클로로실란, 테트라클로로실란, 헥사클로로디실란 등의 클로로실란류, 혹은 실란, 디실란 등의 실란류 등의 실리콘 함유 가스를 사용할 수 있다. 가스 노즐(32)이 공급하는 반응 가스로서는, 암모니아 등의 질소 함유 가스를 사용한다.

〔배기관의 클리닝 방법〕

본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법은, 상기한 성막 장치에 있어서, 처리 가스 노즐(31)로부터 성막의 원료 가스를 처리실(1)에 공급했을 때에 발생하는 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분을 제거하는, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]의 클리닝 방법이다.

본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법은, 예를 들어 성막 처리를 행하고 있는 소정 기간 중에 행할 수 있다. 또한, 성막 조치의 운전 중이며 성막 처리는 행하고 있지 않은 소정 기간 중에 행할 수 있다. 예를 들어, 성막 레시피간 등에 있어서의 웨이퍼 W의 반송 타이밍 등에서 행할 수 있다.

상기한 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분이란, 예를 들어 원료 가스의 화학 반응에 의해 생성되어 배기관에 부착된 부생성물이다. 또한, 원료 가스가 배기관에 부착·잔류한 유해 성분 등이어도 된다. 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분으로서는, 상기와 같이 실리콘 질화막을 성막하는 경우, 클로로실란 폴리머를 들 수 있다.

본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법은 상기한 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분과 반응하여 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 클리닝 가스를, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급한다. 이에 의해, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 부착된 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분을 클리닝 가스와 반응시키고 기화시켜 제거한다. 여기서, 기화 가능이란, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함] 내의 분위기 하에서, 기체가 되는 데 충분한 증기압을 갖는 것을 나타낸다.

클리닝 가스는 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분과 반응하여 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 가스이다. 예를 들어, 실리콘 질화막을 성막하는 경우에는, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클로로실란 폴리머가 부착될 가능성이 있다. 클로로실란 폴리머 등의 Si 함유 화합물과 반응하여 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 가스로서는, 예를 들어 불소계의 가스, 염소계의 가스, 할로겐계의 가스이고, 예를 들어 ClF₃를 사용할 수 있다. 예를 들어, 클로로실란 폴리머 등의 Si 함유 화합물과 ClF₃가 반응하여 생성되는 SiF₄는 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]의 내부의 분위기 하에서 기화 가능하여, 가스로서 배기계에서 제거된다.

클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급하는 공정에 있어서, 예를 들어 처리 가스 노즐(31)로부터 처리실(1)을 경유하여 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급한다. 이것은, 처리 가스 노즐(31)이, 원료 가스를 공급하는 가스 공급관과, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 가스 공급관을 겸하는 구성의 경우에 적용 가능하다.

혹은, 처리실(1)의 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 대한 접속부의 근방에 클리닝 가스 공급관(12a)이 설치되어 있는 경우에는, 클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급하는 공정에 있어서, 클리닝 가스 공급관(12a)으로부터 처리실(1)을 경유하지 않고 직접 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급한다.

상기한 클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급하는 공정은, 배기계의 드라이 펌프(68) 등은 구동하고 있는 상태, 즉 배기계에서 배기하고 있는 상태에서 행한다. 배기관 부착 성분을 클리닝 가스와 반응시키고 기화시켜, 이것을 제거하기 위해서이다.

이어서, 도 6을 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법에 있어서의 시퀀스에 대하여 설명한다. 도 6의 (A) 내지 (C)는 실시 형태에 관한 배기관의 클리닝 방법의 일례의 시퀀스를 도시한 타이밍 차트이다.

도 6의 (A)에 나타내는 배기관의 클리닝 방법에서는 성막 처리를 행하고 있는 기간에 클리닝 처리를 행한다. 클리닝 가스 공급관(12a)으로부터 처리실(1)을 경유하지 않고 직접 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급하는 경우에 적용할 수 있다. 시각 t1에 제1 레시피 R1이 개시된다. 여기서는, 프리 데포지션 기간 PR을 거치고, 시각 t2에 성막 기간 F가 개시된다. 성막 기간 F는 시각 t3에 종료하고, 포스트 데포지션 기간 PO를 거쳐, 시각 t4에 제1 레시피 R1이 종료된다. 프리 데포지션 기간 PR이란, 예를 들어 처리 전의 웨이퍼 W 처리실(1)에 대한 반입, 처리실(1)의 내부의 압력이나 온도의 조정, 웨이퍼 W의 표면의 질화 처리 혹은 산화 처리 등의 처리를 행하는 기간이다. 포스트 데포지션 기간 PO는, 예를 들어 처리 후의 웨이퍼 E의 처리실(1)로부터의 반출, 웨이퍼 W의 표면에 형성된 막의 질화 처리 혹은 산화 처리 등의 개질 처리를 행하는 기간이다. 상기한 시퀀스에 있어서, 성막의 원료 가스는 시각 t2에 개시하고 시각 t3에 종료하는 성막 기간 F의 타이밍에 있어서 공급되고 있다. 한편, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 기간 C는 시각 t2에 개시하고 시각 t3에 종료한다. 혹은, 클리닝 기간 C의 종료 타이밍은 연장되어 시각 t4 등이어도 된다. 이 시퀀스에서는, 처리실(1)에 있어서 성막 처리를 행하고 있는 소정 기간에, 클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급한다. 클리닝 가스 공급관(12a)으로부터 처리실(1)을 경유하지 않고 직접 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급하므로, 성막 기간 F와 클리닝 기간 C를 동시에 설정할 수 있다. 성막과 동시에 클리닝할 수 있으므로, 다운 타임 없이 클리닝을 완료시킬 수 있다.

도 6의 (B)에 도시되는 배기관의 클리닝 방법에서는, 성막 장치의 운전 중이며 성막 처리를 행하고 있지 않은 기간에 클리닝 처리를 행한다. 클리닝 가스 공급관(12a)으로부터 처리실(1)을 경유하지 않고 직접 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급하는 경우와, 처리 가스 노즐(31)로부터 처리실(1)을 경유하여 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급하는 경우에 적용할 수 있다. 시각 t1에 제1 레시피 R1이 개시된다. 프리 데포지션 기간 PR을 거쳐, 시각 t2에 성막 기간 F가 개시된다. 성막 기간 F는 시각 t3에 종료하고, 포스트 데포지션 기간 PO를 거쳐, 시각 t4에 제1 레시피 R1이 종료된다. 또한, 시각 t5에 제2 레시피 R2가 개시된다. 프리 데포지션 기간 PR을 거쳐, 시각 t6에 성막 기간 F가 개시된다. 성막 기간 F는 시각 t9에 종료하고, 포스트 데포지션 기간 PO를 거쳐, 시각 t10에 제2 레시피 R2가 종료한다. 예를 들어, 레시피간의 기간에서는, 웨이퍼 W의 반출입 이외의 부분에서의 반송이나 준비 등이 행해진다. 상기한 시퀀스에 있어서, 성막의 원료 가스는 시각 t2에 개시하고 시각 t3에 종료하는 성막 기간 F와, 시각 t6에 개시하고 시각 t9에 종료하는 성막 기간 F의 타이밍에 있어서 공급되고 있다. 한편, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 기간 C는 시각 t3에 개시하고 시각 t6에 종료한다. 즉, 제1 레시피 R1의 성막 기간 F의 종료 시로부터, 제2 레시피 R2의 성막 기간 F의 개시 시까지이다. 이 시퀀스에서는, 성막 장치의 운전 중이며, 처리실(1)에 있어서 성막 처리를 행하고 있지 않은 소정 기간에, 클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급한다. 클리닝 가스의 공급을 행하는 것은, 처리 가스 노즐(31)과 클리닝 가스 공급관(12a)의 어느 것이어도 된다. 또한, 처리 가스 노즐(31)과 클리닝 가스 공급관(12a)의 양쪽으로부터 클리닝 가스를 공급해도 된다. 웨이퍼 반송 등을 행하는 레시피간의 기간이나, 포스트 데포지션 기간 PO와 프리 데포지션 기간 PR에서 클리닝을 실시함으로써, 다운 타임 없이 클리닝을 완료시킬 수 있다.

도 6의 (C)에 도시되는 배기관의 클리닝 방법에서는, 성막 장치의 운전 중이며 성막 처리를 행하고 있지 않은 기간에 클리닝 처리를 행한다. 클리닝 가스 공급관(12a)으로부터 처리실(1)을 경유하지 않고 직접 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급하는 경우와, 처리 가스 노즐(31)로부터 처리실(1)을 경유하고 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 클리닝 가스를 공급하는 경우에 적용할 수 있다. 시각 t1에 제1 레시피 R1이 개시한다. 프리 데포지션 기간 PR을 거쳐, 시각 t2에 성막 기간 F가 개시된다. 성막 기간 F는 시각 t3에 종료하고, 포스트 데포지션 기간 PO를 거쳐, 시각 t4에 제1 레시피 R1이 종료된다. 또한, 시각 t7에 제2 레시피 R2가 개시된다. 프리 데포지션 기간 PR을 거쳐, 시각 t8에 성막 기간 F가 개시된다. 성막 기간 F는 시각 t11에 종료하고, 포스트 데포지션 기간 PO를 거쳐, 시각 t12에 제2 레시피 R2가 종료된다. 상기한 시퀀스에 있어서, 성막의 원료 가스는 시각 t2에 개시하고 시각 t3에 종료하는 성막 기간 F와, 시각 t8에 개시하고 시각 t11에 종료하는 성막 기간 F의 타이밍에 있어서 공급되고 있다. 한편, 클리닝 가스를 공급하는 클리닝 기간 C는 시각 t4에 개시하고 시각 t7에 종료한다. 즉, 제1 레시피 R1의 종료 시부터, 제2 레시피 R2의 개시 시까지이다. 이 시퀀스에서는, 처리실(1)에 있어서 성막 처리를 행하고 있지 않은 소정 기간에, 클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급한다. 클리닝 가스의 공급을 행하는 것은, 처리 가스 노즐(31)과 클리닝 가스 공급관(12a)의 어느 것이어도 된다. 또한, 처리 가스 노즐(31)과 클리닝 가스 공급관(12a)의 양쪽으로부터 클리닝 가스를 공급해도 된다. 웨이퍼 반송 등을 행하는 레시피간의 기간에 클리닝을 실시함으로써, 다운 타임 없이 클리닝을 완료시킬 수 있다.

또한, 상기한 도 6의 (A) 내지 (C)에 도시되는 시퀀스를 조합하여 실시하는 것도 가능하다.

부생성물 등의 배기관 부착 성분의 클리닝(제거)은 배기관 부착 성분의 부착량이 지나치게 많으면 클리닝에 걸리는 시간이 길어진다. 배기관 부착 성분의 부착량이 적은 동안, 예를 들어 성막마다 레시피별로 배기관의 클리닝을 실시함으로써, 단시간에 확실하게 클리닝을 행할 수 있다. 배기관의 클리닝을 레시피별로 행하는 경우는, 성막과 동시, 혹은 성막 종료 후 등, 예를 들어 도 6의 (A) 내지 (C)에 도시되는 시퀀스의 어느 것이어도 가능하다.

또한, 본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법의 클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급하는 공정에 있어서, 배기관 부착 성분과 클리닝 가스가 반응하여 생성한, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질을 모니터하여, 배기관 부착 성분의 잔존 상태를 확인한다. 예를 들어, 배기관 부착 성분의 클리닝(제거)의 완료를 검지한다. 예를 들어, 실리콘 질화막을 성막하는 경우에 있어서, 클로로실란 폴리머를 제거하기 위해 클리닝 가스로서 ClF₃를 사용하는 경우, 클로로실란 폴리머와 ClF₃가 반응하여 SiF₄가 생성된다. 여기서, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함] 중의 SiF₄의 농도를 모니터함으로써, 클로로실란 폴리머의 잔존 상태를 확인한다. SiF₄의 농도 모니터는, 예를 들어 배기관(69)의 중도부에 접속되어 있는 FT-IR 측정기(70) 등으로 행할 수 있다.

본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법에서는, 상기와 같이 클리닝 가스를 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]에 공급하는 공정 후에, 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]을 대기 해방하여 배기관(63, 65, 66, 69, 71)[플렉시블 배관(67)을 포함함]의 내부의 메인터넌스를 행한다. 예를 들어, 배기관 부착 성분의 클리닝(제거)의 완료를 검지한 후에, 안전하게 배기관을 대기 해방한다. 격리를 하지 않아도 안전하게 대기 개방하여 배기관의 메인터넌스를 행할 수 있다.

본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법에서는, 배기계에 직접 ClF₃를 공급한다. ClF₃에 의한 부식에 의해 드라이 펌프에 대한 대미지가 커질 가능성이 있기 때문에, 부식 대책 사양의 드라이 펌프를 사용하는 것이 바람직하다. 배기관의 가온 대책을 강화함으로써 부생성물 등의 배기관 부착 성분의 부착량을 억제하고, ClF₃ 공급량을 억제함으로써 드라이 펌프에 대한 대미지를 저감시킬 수 있다.

상기와 같이 본 실시 형태의 배기관의 클리닝 방법에 의하면, 격리를 하지 않아도 안전하게 대기 개방하여 배기관의 메인터넌스를 행할 수 있다.

〔제1 실시예〕

본 실시예에서는 상기한 실시 형태의 성막 장치에 있어서, 실리콘 질화막의 성막 처리와, 부생성물의 클리닝 처리를 각각 10사이클 행하였다.

실리콘 질화막의 성막 처리는 트리클로로실란과 암모니아를 사용하고, 처리 온도 760℃, 처리 압력 4Torr, 서셉터 회전 속도 10rmp, 트리클로로실란 유량 200sccm, 암모니아 유량 8000sccm, 처리 시간 550S로 1사이클로 했다.

도 7은 제1 실시예에 관한 배기관의 클리닝 방법의 클리닝 가스의 유로와 대기 해방한 개소를 도시한 도면이다. 클리닝 가스는 클리닝 가스 공급관(12a)으로부터 공급했다. 배기관의 클리닝 처리는 클리닝 가스로서 ClF₃를 사용하고, 처리 온도 760℃, 처리 압력 6.7Torr, 서셉터 회전 속도 6rmp, ClF₃ 유량 1000sccm, 처리 시간 600S로 1사이클로 했다. 클리닝 처리는 동시에 FT-IR 측정기(70)에 의해 SiF₄를 모니터하면서 행하였다.

상기한 성막 처리와 클리닝 처리에 있어서, 배기계는 90℃로 가온하여 행하였다.

도 8은 본 실시예에 관한 상기한 10사이클의 클리닝 처리에서의 FT-IR(푸리에 변환 적외 분광)에 의한 SiF₄ 농도의 시간 변화를 도시한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 1사이클째부터 10사이클째까지, SiF₄ 농도에 유의한 변화는 보이지 않았다. 즉, 상기와 같은 1사이클 600S의 클리닝 처리에서, 1사이클분의 성막 처리에 기인하는 클로로실란 폴리머는 제거할 수 있었던 것이라고 생각된다.

또한, 상기한 10사이클의 성막 처리와 클리닝 처리 후에, 도 7 중, 파선의 원 A 내지 D로 둘러싼 개소의 배기관의 대기 해방을 행하였다. 대기 해방한 개소는 다음과 같다. (A) 자동 압력 조정기(64) 2차측 플랜지부, (B) 플렉시블 배관(67)부, (C) 드라이 펌프(68) 2차측 출구부, (D) 제해 장치(72) 입구부. 대기 해방한 각 개소에 있어서, HCl 농도 측정을 행한바, A, B, D에 있어서 대기 해방 직후에 0ppm, C에서 1.6ppm이었다. 대기 해방으로부터 10분 후에, A 내지 D의 모두 0ppm이고, 배기관 내에 있어서 대기 해방 시에 HCl를 발생시키는 성분의 부착은 거의 보이지 않았다. 배기관 내에 있어서 대기 해방 시에 HCl를 발생시키는 성분으로서는, 예를 들어 Si-Cl-N-H를 포함하는 화합물이 있다.

한편, 상기에 있어서 클리닝 처리를 행하지 않은 경우에는, 대기 해방 직후의 HCl 농도는 검출기의 측정 상한인 6ppm을 초과한 값이 되어 있었다.

상기와 같이 본 실시예에 의하면, 실리콘 질화막의 성막 처리와, 부생성물의 클리닝 처리를 각각 10사이클 반복한 결과, 각 사이클의 성막 처리에서 발생하는 클로로실란 폴리머는 제거할 수 있었다. 또한, 대기 해방 시에 HCl를 발생시키는 성분은 실질적으로 부착되어 있지 않았다.

〔제2 실시예〕

제1 실시예에 이어서, 실리콘 질화막의 성막 처리와, 부생성물의 클리닝 처리를 각각 10사이클 행한 성막 장치에 있어서, 배기관의 대기 해방을 행하였다. 도 9는 제2 실시예에 관한 배기관의 클리닝 방법에 있어서 대기 해방한 개소를 도시한 도면이다. 도 9 중, (1) 내지 (11)로 나타내는 11개소에서 대기 해방하고, 배기관의 내부에 배기관 부착 성분이 잔존하고 있는지, 눈으로 확인했다. 대기 해방한 개소는 다음과 같다. (1) 배기관(63) 막다름부, (2) 자동 압력 조정기(64) 1차측 플랜지부, (3) 자동 압력 조정기(64) 2차측 플랜지부, (4) 배기관(65) 바닥 위부, (5) 플렉시블 배관(67)부, (6) 드라이 펌프(68) 1차측 입구부, (7) 드라이 펌프(68) 2차측 출구부, (8) 배기관(69)부, (9) 제해 장치(72) 바로 위 플렉시블 배관 1차측부, (10) 제해 장치(72) 바로 위 플렉시블 배관 2차측부, (11) 제해 장치(72) 입구부.

상기한 배기관의 내부의 목시 결과, 도 9 중 (3), (7), (11)로 나타내는 개소에 배기관 부착 성분의 존재가 확인되었다. 다른 장소에서는 배기관 부착 성분은 눈으로 존재를 확인하지 못했다.

본 실시예에서는, 도 9 중 (3), (7), (11)로 나타내는 개소에 배기관 부착 성분을 채취하여, XPS 분석(X선 광전자 분광 분석)을 행하였다. 도 10은 Si-Si 결합에 상당하는 결합 에너지의 영역을 커버하는 XPS 분석 결과를 도시한 도면이다. 도 10 중, 실선 a는 도 9 중 (3)으로 나타내는 개소, 점선 b는 도 9 중 (7)로 나타내는 개소, 파선 c는 도 9 중 (11)로 나타내는 개소로부터, 각각 채취한 배기관 부착 성분에 대응한다. 도 10에서는, 실선 a, 점선 b, 파선 c 모두, Si-Si 결합에 상당하는 에너지 영역에 XPS 강도의 피크는 보이지 않았다. 이것은, 각 개소에서 채취된 배기관 부착 성분은 Si-Si 결합을 갖고 있는 화합물은 아님을 나타내고 있고, 클로로실란 폴리머 및 클로로실란 폴리머의 가수분해물은 아님이 확인되었다.

도 11은 상기한 각 개소에서 채취된 배기관 부착 성분에 대하여, Si-Cl 결합 및 N-Cl 결합에 상당하는 결합 에너지의 영역을 커버하는 XPS 분석 결과를 도시한 도면이다. 도 11 중, 실선 a는 도 9 중 (3)으로 나타내는 개소, 점선 b는 도 9 중 (7)로 나타내는 개소, 파선 c는 도 9 중 (11)로 나타내는 개소로부터, 각각 채취한 배기관 부착 성분에 대응한다. 도 11에서는 파선 c에 대하여 Si-Cl 결합 및 N-Cl 결합을 갖는 화합물임이 확인되었다. 실선 a, 점선 b에 대해서는, Si-Cl 결합 및 N-Cl 결합을 갖는 화합물은 아님이 확인되었다.

이상과 같이, 본 실시예에서는 10사이클의 성막 처리의 각 사이클에서의 클리닝 처리를 행한 결과, 클로로실란 폴리머와 그 가수분해물은 배기관 내에 부착 잔존하고 있지 않은 것이 확인되었다.

이상, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서, 다양한 변형·변경이 가능하다.

1 : 처리실
2 : 서셉터
4 : 볼록 형상부
5 : 돌출부
7 : 히터 유닛
10 : 반송 암
11 : 천장판
12 : 용기 본체
12a : 클리닝 가스 공급관
13 : 시일 부재
14 : 저부
15 : 반송구
20 : 케이스체
21 : 코어부
22 : 회전축
23 : 구동부
24 : 오목부
31 : (처리) 가스 노즐
31a : 가스 도입 포트
32 : (처리) 가스 노즐
32a : 가스 도입 포트
33 : 가스 토출 구멍
41 : (분리) 가스 노즐
41a : 가스 도입 포트
42 : (분리) 가스 노즐
42a : 가스 도입 포트
42h : 가스 토출 구멍
43 : 홈부
44 : 천장면
45 : 천장면
46 : 굴곡부
51 : 분리 가스 공급관
63, 65, 66, 69, 71 : 배기관
64 : 자동 압력 조정기
67 : 플렉시블 배관
68 : 드라이 펌프
70 : FT-IR 측정기
72 : 제해 장치
81 : 커버 부재
82, 83 : 퍼지 가스 공급관
100 : 제어부
101 : 기억부
102 : 매체
481, 482 : 공간
610 : 제1 배기구
620 : 제2 배기구

Claims

처리실과, 상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실에 접속된 배기관과, 상기 처리실의 상기 배기관에 대한 접속부의 근방에 설치된 클리닝 가스 공급부를 갖는 성막 장치에 있어서, 상기 가스 공급부로부터 성막의 원료 가스를 상기 처리실에 공급했을 때에 발생하는 상기 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분을 제거하는 배기관의 클리닝 방법이며,
상기 배기관 부착 성분과 반응하여 상기 배기관의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 클리닝 가스를, 상기 클리닝 가스 공급부로부터 상기 처리실을 경유하지 않고 직접 상기 배기관에 공급하여, 상기 배기관 부착 성분을 상기 클리닝 가스와 반응시키고 기화시켜 제거하는 공정을 갖는 배기관의 클리닝 방법.
제1항에 있어서, 상기 처리실에 있어서 성막 처리를 행하고 있는 소정 기간에, 상기 클리닝 가스를 상기 배기관에 공급하는 공정을 행하는 배기관의 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 처리실에 있어서 성막 처리를 행하고 있지 않은 소정 기간에, 상기 클리닝 가스를 상기 배기관에 공급하는 공정을 행하는 배기관의 클리닝 방법.
처리실과, 상기 처리실에 가스를 공급하는 가스 공급부와, 상기 처리실에 접속된 배기관을 갖는 성막 장치에 있어서, 상기 가스 공급부로부터 성막의 원료 가스를 상기 처리실에 공급했을 때에 발생하는 상기 원료 가스 유래의 배기관 부착 성분을 제거하는 배기관의 클리닝 방법이며,
상기 성막 장치의 운전 중이며 상기 처리실에 있어서 성막 처리를 행하고 있지 않은 소정 기간에, 상기 배기관 부착 성분과 반응하여 상기 배기관의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질로 화학 변화시키는 클리닝 가스를, 상기 가스 공급부로부터 상기 처리실을 경유하여 상기 배기관에 공급하여, 상기 배기관 부착 성분을 상기 클리닝 가스와 반응시키고 기화시켜 제거하는 공정을 갖는 배기관의 클리닝 방법.
제4항에 있어서, 상기 처리실의 상기 배기관에 대한 접속부의 근방에 클리닝 가스 공급부가 설치되어 있고,
상기 클리닝 가스를 상기 배기관에 공급하는 공정에 있어서, 상기 클리닝 가스 공급부로부터도 상기 가스 공급부와 동시에 상기 처리실을 경유하지 않고 직접 상기 배기관에 상기 클리닝 가스를 공급하는 배기관의 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원료 가스는 Si와, Cl와 H의 적어도 한쪽을 포함하는 화합물의 가스인 배기관의 클리닝 방법.
제6항에 있어서, 상기 원료 가스는 배기관에 클로로실란 폴리머를 생성할 수 있는 가스인 배기관의 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클리닝 가스는 ClF₃인 배기관의 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클리닝 가스를 상기 배기관에 공급하는 공정에 있어서, 상기 배기관 부착 성분과 상기 클리닝 가스가 반응하여 생성한 상기 배기관의 내부의 분위기에 있어서 기화 가능한 물질을 모니터하여, 상기 배기관 부착 성분의 잔존 상태를 확인하는 배기관의 클리닝 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 클리닝 가스를 상기 배기관에 공급하는 공정 후에, 상기 배기관을 대기 해방하여 상기 배기관의 내부의 메인터넌스를 행하는 공정을 더 갖는 배기관의 클리닝 방법.