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JP2008078179A - 部材のクリーニング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】クリーニングガスを用いることなく、汚染物質を低減させる部材のクリーニング方法を提供する。
【解決手段】部材のクリーニング方法は、部材72の表面にポリシリコン膜76を成膜する工程と、成膜後の部材72を熱処理することで部材72からポリシリコン膜76へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の部材72表面のポリシリコン膜76をエッチングする工程とを有する。
【選択図】図3

Description

本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する熱処理装置等に用いられる部材のクリーニング方法に関するものである。
基板を処理する熱処理装置等の反応炉内で用いられる部材には炭化珪素(SiC)などの高い耐熱性を有する部材が用いられている。この部材の表面や内部には、例えばシリコン(Si)からなる基板と比較して金属元素等の汚染物質(不純物)が多く付着(含有)しており、この汚染物質による基板の汚染が問題となっている。そこで、熱処理装置内に塩化水素(HCl)等のクリーニングガスをキャリアガスとともに供給することで汚染物質を除去する方法が知られている。
しかしながら、上記の技術においては、汚染物質を除去する際に塩化水素(HCl)等のクリーニングガスを多量に使用するとの問題があった。
本発明の目的は、上記従来の問題を解消し、不純物を低減させる部材のクリーニング方法を提供することにある。
本発明の第1の特徴とするところは、部材の表面に膜を成膜する工程と、成膜後の前記部材を熱処理することで前記部材から前記膜へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の前記部材表面の前記膜をエッチングする工程とを有する部材のクリーニング方法にある。
好適には、前記部材は炭化珪素、酸化アルミニウム及び窒化珪素からなる群から選択される少なくとも一つから構成される。
好適には、前記部材は珪素を含浸した炭化珪素及び前記珪素を含浸した炭化珪素に炭化珪素をコーティングした炭化珪素の少なくとも一方から構成される。
好適には、前記膜はポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜及びシリコン酸化膜からなる群から選択される少なくとも一つの膜からなる。
好適には、前記膜はポリシリコン膜、アモルファスシリコン膜及びシリコン酸化膜からなる群から選択される少なくとも二つの膜が積層された積層膜からなる。
好適には、前記エッチングはウエットエッチング及びドライエッチングの少なくとも一方である。
好適には、前記ドライエッチングには三フッ化塩素ガス、三フッ化窒素ガス及びフッ素ガスからなる群から選択される少なくとも一つのガスが用いられる。
好適には、前記部材は炭化珪素からなり、該部材の表面にポリシリコン膜を成膜する工程と、成膜後の前記部材を熱処理することで前記ポリシリコン膜へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の前記部材の表面の前記ポリシリコン膜をウエットエッチングにより除去する工程とを有する。
好適には、前記部材は炭化珪素からなり、該部材の表面にアモルファスシリコン膜を成膜する工程と、成膜後の前記部材を熱処理することで前記部材から前記アモルファスシリコン膜へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の前記部材表面の前記アモルファスシリコン膜をウエットエッチングにより除去する工程とを有する。
好適には、前記部材は炭化珪素からなり、該部材の表面にシリコン酸化膜を成膜する工程と、成膜後の前記部材を熱処理することで前記部材から前記シリコン酸化膜へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の前記部材表面の前記シリコン酸化膜をウエットエッチングにより除去する工程とを有する。
好適には、前記部材は炭化珪素からなり、該部材の表面にポリシリコン膜及びアモルファスシリコン膜並びにシリコン酸化膜を積層した積層膜を成膜する工程と、成膜後の前記部材を熱処理することで前記部材から前記積層膜へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の前記部材の表面の前記積層膜を除去する工程とを有する。
本発明の第2の特徴とするところは、部材の表面に膜を成膜する工程と、成膜後の前記部材を熱処理することで前記部材から前記膜へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の前記部材表面の前記膜をエッチングする工程とを有する部材のクリーニング方法によりクリーニングされてなる部材にある。
本発明の第3の特徴とするところは、部材の表面に膜を成膜する工程と、成膜後の前記部材を熱処理することで前記部材から前記膜へ不純物を拡散させる工程と、熱処理後の前記部材表面の前記膜をエッチングする工程とを有する部材のクリーニング方法によりクリーニングされてなる部材を有する熱処理装置にある。
好適には、前記部材は、前記熱処理装置に用いられる反応管、基板支持具及びガスノズルからなる群から選択される少なくとも一つである。
本発明によれば、部材から膜へ不純物を拡散させ、該膜をエッチングする工程を有するので、クリーニングガスを用いることなく部材の不純物を減少させることができる。
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1に、本発明の実施の形態に係る熱処理装置10の一例を示す。この熱処理装置10は、バッチ式縦型熱処理装置であり、主要部が配置される筺体12を有する。この筺体12の正面側には、ポッドステージ14が接続されており、このポッドステージ14にポッド16が搬送される。ポッド16には、例えば25枚の被処理基板としてのウエハが収納され、図示しない蓋が閉じられた状態でポッドステージ14にセットされる。
筺体12内の正面側であって、ポッドステージ14に対向する位置には、ポッド搬送装置18が配置されている。また、このポッド搬送装置18の近傍には、ポッド棚20、ポッドオープナ22及び基板枚数検知器24が配置されている。ポッド棚20はポッドオープナ22の上方に配置され、基板枚数検知器24はポッドオープナ22に隣接して配置される。ポッド搬送装置18は、ポッドステージ14とポッド棚20とポッドオープナ22との間でポッド16を搬送する。ポッドオープナ22は、ポッド16の蓋を開けるものであり、この蓋が開けられたポッド16内の基板の枚数が基板枚数検知器24により検知される。
さらに、筺体12内には、基板移載機26、ノッチアライナ28及び基板支持具(ボート)30が配置されている。基板移載機26は、例えば5枚の基板を取り出すことができるアーム(ツイーザ)32を有し、このアーム32を動かすことにより、ポッドオープナ22の位置に置かれたポッド、ノッチアライナ28及び基板支持具30間で基板を搬送する。ノッチアライナ28は、基板に形成されたノッチまたはオリフラを検出して基板のノッチまたはオリフラを一定の位置に揃えるものである。
さらに、筺体12内の背面側上部には反応炉40が配置されている。この反応炉40内に、複数枚の基板を装填した基板支持具30が搬入され熱処理が行われる。
図2に反応炉40の一例を示す。この反応炉40は、炭化珪素(SiC)製の反応管42を有する。この反応管42は、上端部が閉塞され下端部が開放された円筒形状をしており、開放された下端部はフランジ状に形成されている。この反応管42の下方には反応管42を支持するよう石英製のアダプタ44が配置される。このアダプタ44は上端部と下端部が開放された円筒形状をしており、開放された上端部と下端部はフランジ状に形成されている。アダプタ44の上端部フランジの上面に反応管42の下端部フランジの下面が当接している。この反応管42とアダプタ44により反応容器43が形成されている。また、反応容器43のうち、アダプタ44を除いた反応管42の周囲には、ヒータ46が配置されている。
反応管42とアダプタ44により形成される反応容器43の下部は、基板支持具30を挿入するために開放され、この開放部分(炉口部)は炉口シールキャップ48がOリングを挟んでアダプタ44の下端部フランジの下面に当接することにより密閉されるようにしてある。炉口シールキャップ48は基板支持具30を支持し、基板支持具30と共に昇降可能に設けられている。炉口シールキャップ48と基板支持具30との間には、石英製の第1の断熱部材52と、この第1の断熱部材52の上部に配置された炭化珪素(SiC)製の第2の断熱部材50とが設けられている。基板支持具30は、多数枚、例えば25〜100枚の基板54を略水平状態で隙間をもって多段に支持し、反応管42内に装填される。
1200℃以上の高温での処理を可能とするため、反応管42は炭化珪素(SiC)製としてある。このSiC製の反応管42を炉口部まで延ばし、この炉口部をOリングを介して炉口シールキャップでシールする構造とすると、SiC製の反応管を介して伝達された熱によりシール部まで高温となり、シール材料であるOリングを溶かしてしまうおそれがある。Oリングを溶かさないようSiC製の反応管42のシール部を冷却すると、SiC製の反応管42が温度差による熱膨張差により破損してしまう。そこで、反応容器43のうちヒータ46による加熱領域をSiC製の反応管42で構成し、ヒータ46による加熱領域から外れた部分を石英製のアダプタ44で構成することで、SiC製の反応管42からの熱の伝達を和らげ、Oリングを溶かすことなく、また反応管42を破損することなく炉口部をシールすることが可能となる。また、SiC製の反応管42と石英製のアダプタ44とのシールは、双方の面精度を良くすれば、SiC製の反応管42はヒータ46の加熱領域に配置されているため温度差が発生せず、等方的に熱膨張する。よって、SiC製の反応管42下端部のフランジ部分は平面を保つことができ、アダプタ44との間に隙間ができないので、SiC製の反応管42を石英製のアダプタ44に載せるだけでシール性を確保することができる。
アダプタ44には、アダプタ44と一体にガス供給口56とガス排気口59とが設けられている。ガス供給口56にはガス導入管60が、ガス排気口59には排気管62がそれぞれ接続されている。
アダプタ44の内壁は反応管42の内壁よりも内側にあり(突出しており)、アダプタ44の側壁部(肉厚部)には、ガス供給口56と連通し、垂直方向に向かうガス導入経路64が設けられ、その上部にはノズル取付孔が上方に開口するように設けられている。このノズル取付孔は、反応管42の内部におけるアダプタ44の上端部フランジ側の上面に開口しており、ガス供給口56およびガス導入経路64と連通している。このノズル取付孔にはノズル66が挿入され固定されている。すなわち、反応管42内部におけるアダプタ44の反応管42の内壁よりも内側に突出した部分の上面にノズル66が接続され、このアダプタ44の上面によりノズル66が支持されることとなる。この構成により、ノズル接続部は熱で変形しにくく、また破損しにくい。また、ノズル66とアダプタ44の組立て、解体が容易になるというメリットもある。ガス導入管60からガス供給口56に導入された処理ガスは、アダプタ44の側壁部に設けられたガス導入経路64、ノズル66を介して反応管42内に供給される。なお、ノズル66は、反応管42の内壁に沿って基板配列領域の上端よりも上方、すなわち基板支持具30の上端よりも上方まで延びるように構成される。
このように、熱処理装置10の反応炉40内では、炭化珪素(SiC)製の部材72(例えば反応管42、基板支持具30、第2の断熱部材50及びノズル66等)が用いられている。
次に上述したように構成された熱処理装置10の作用について説明する。
なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作はコントローラ70により制御される。
まず、ポッドステージ14に複数枚の基板54を収容したポッド16がセットされると、ポッド搬送装置18によりポッド16をポッドステージ14からポッド棚20へ搬送し、このポッド棚20にストックする。次に、ポッド搬送装置18により、このポッド棚20にストックされたポッド16をポッドオープナ22に搬送してセットし、このポッドオープナ22によりポッド16の蓋を開き、基板枚数検知器24によりポッド16に収容されている基板54の枚数を検知する。
次に、基板移載機26により、ポッドオープナ22の位置にあるポッド16から基板54を取り出し、ノッチアライナ28に移載する。このノッチアライナ28においては、基板54を回転させながら、ノッチを検出し、検出した情報に基づいて複数枚の基板54のノッチを同じ位置に整列させる。次に、基板移載機26により、ノッチアライナ28から基板54を取り出し、基板支持具30に移載する。
このようにして、1バッチ分の基板54を基板支持具30に移載すると、例えば600℃程度の温度に設定された反応炉40(反応容器43)内に複数枚の基板54を装填した基板支持具30を装入し、炉口シールキャップ48により反応炉40内を密閉する。次に、炉内温度を熱処理温度まで昇温させて、ガス導入管60からガス導入口56、アダプタ44側壁部に設けられたガス導入経路64、及びノズル66を介して反応管42内に処理ガスを導入する。処理ガスには、窒素(N)、アルゴン(Ar)、水素(H)、酸素(O)等が含まれる。基板54を熱処理する際、基板54は例えば1200℃程度以上の温度に加熱される。
基板54の熱処理が終了すると、例えば炉内温度を600℃程度の温度に降温した後、熱処理後の基板54を支持した基板支持具30を反応炉40からアンロードし、基板支持具30に支持された全ての基板54が冷えるまで、基板支持具30を所定位置で待機させる。次に、待機させた基板支持具30の基板54が所定温度まで冷却されると、基板移載機26により、基板支持具30から基板54を取り出し、ポッドオープナ22にセットされている空のポッド16に搬送して収容する。次に、ポッド搬送装置18により、基板54が収容されたポッド16をポッド棚20、またはポッドステージ14に搬送して一連の処理が完了する。
次に、上述した熱処理装置10の反応炉40内で用いられる部材72のクリーニング方法を図3に基づいて説明する。
図3(a)に示すように、例えば炭化珪素(SiC)からなる部材72には、例えば金属元素(例えばFe)などの汚染物質(不純物)74が付着(含有)している。
なお、部材72は、酸化アルミニウム(アルミナ:Al)、又は窒化珪素(SiN)でもよい。また、部材72は、シリコン(珪素:Si)を含浸した炭化珪素(SiC)でもよく、又は、このシリコンを含浸した炭化珪素(SiC)に対してさらにCVD装置を用いて炭化珪素(SiC)をコーティングした炭化珪素(SiC)でもよい。
まず、図3(b)に示すように、一般的に用いられるCVD(Chemical Vapor Deposition)装置(図示省略)を用いて、部材72の表面にポリシリコン(Poly−Si)膜76を成膜する(成膜工程)。
続いて、図3(c)に示すように、部材72の表面にポリシリコン膜76を成膜後、一般的に用いられる熱処理装置(図示省略)を用いて該部材72を熱処理する。図3(d)に示すように、表面にポリシリコン膜76が成膜された部材72を熱処理することで、汚染物質74がポリシリコン膜76へ拡散する。図3(e)に示すように、部材72から汚染物質74が拡散することで、ポリシリコン膜76に該汚染物質74がゲッタリングされる(拡散工程)。
なお、この拡散工程において、上述した基板を熱処理するための熱処理装置10を用いて部材72を熱処理してもよい。
続いて、図3(f)に示すように、一般的に用いられるエッチング装置(図示省略)を用いて、部材72表面の汚染物質74がゲッタリングされたポリシリコン膜76を薬液に浸漬するウエットエッチングにより除去する(エッチング工程)。薬液は、例えばHF(10%)、HNO(40%)及びHO(50%)を混合したものが用いられる。
なお、このエッチング工程において、三フッ化塩素(ClF)ガス、三フッ化窒素(NF)ガス、フッ素(F)ガス等を用いたドライエッチングによりエッチングを行なってもよい。このドライエッチングは、例えば部材72を真空容器内にセットして、100〜500℃程度の温度に加熱し、真空容器内に三フッ化塩素ガス、三フッ化窒素ガス、フッ素ガス等を所定量供給し、所定の圧力で所定時間処理するものである。
次に、比較例における部材のクリーニング方法を図6に基づいて説明する。
図6(a)に示すように、反応炉を所定の温度に加熱するとともにキャリアガスとしての窒素(H)とクリーニングガスとしての塩化水素(HCl)とを該反応炉内へ供給する。図6(b)に示すように、塩化水素(HCl)と部材100に付着(含有)する汚染物質(不純物)としての金属元素(例えばFe)102とが反応し、発生した水素(H)及び塩化第二鉄(FeCl)とが窒素(H)とともに炉外に排出される。本比較例においては、図6(c)に示すように、部材100に付着(含有)する汚染物質102は減少するが、クリーニングガスやキャリアガス等が多量に使用されていた。
以上のように、本発明の部材のクリーニング方法によれば、比較例におけるクリーニング方法と比較し、クリーニングガスを用いることなく、部材74の汚染物質(不純物)を低減させることができる。
次に本発明の第2の実施形態における部材72のクリーニング方法を図4を用いて説明する。
図4(a)に示すように、例えば炭化珪素(SiC)からなる部材72には、例えば金属元素(例えばFe)などの汚染物質(不純物)74が付着(含有)している。
まず、図4(b)に示すように、一般的に用いられるCVD(Chemical Vapor Deposition)装置(図示省略)を用いて、部材72の表面にアモルファスシリコン(a−Si)膜78を成膜する(成膜工程)。
続いて、図4(c)に示すように、部材72の表面にアモルファスシリコン膜78を成膜後、一般的に用いられる熱処理装置(図示省略)を用いて該部材72を熱処理する。図4(d)に示すように、表面にアモルファスシリコン膜78が成膜された部材72を熱処理することで、汚染物質74がアモルファスシリコン膜78へ拡散する。図4(e)に示すように、部材72から汚染物質74が拡散することで、アモルファスシリコン膜78に該汚染物質74がゲッタリングされる(拡散工程)。
続いて、図4(f)に示すように、一般的に用いられるエッチング装置(図示省略)を用いて、部材72表面の汚染物質74がゲッタリングされたアモルファスシリコン膜78をウエットエッチングにより除去する(エッチング工程)。
なお、炭化珪素(SiC)製の部材72の表面にシリコン酸化(二酸化珪素:SiO)膜を成膜し、成膜後の部材72を熱処理することで該シリコン酸化膜へ不純物を拡散させ、熱処理後の部材72の表面のシリコン酸化膜をウエットエッチングにより除去するようにしてもよい。
次に本発明の第3の実施形態における部材72のクリーニング方法を図5に基づいて説明する。
図5(a)に示すように、例えば炭化珪素(SiC)からなる部材72には、例えば金属元素(例えばFe)などの汚染物質(不純物)74が付着(含有)している。
まず、図5(b)に示すように、一般的に用いられるCVD(Chemical Vapor Deposition)装置(図示省略)を用いて、部材72の表面にポリシリコン膜76、アモルファスシリコン膜78、シリコン酸化膜80を積層した積層膜82を成膜する(成膜工程)。
続いて、図5(c)に示すように、部材72の表面に積層膜82を成膜後、一般的に用いられる熱処理装置(図示省略)を用いて該部材72を熱処理する。図5(d)に示すように、表面に積層膜82が成膜された部材72を熱処理することで、汚染物質74が積層膜82へ拡散する。図5(e)に示すように、部材72から汚染物質74が拡散することで、積層膜82に該汚染物質74がゲッタリングされる(拡散工程)。
続いて、図5(f)に示すように、一般的に用いられるエッチング装置(図示省略)を用いて、部材72表面の汚染物質74がゲッタリングされた積層膜82をウエットエッチングにより除去する(エッチング工程)。
なお、上記実施の形態の説明においては、一度に複数枚の基板を熱処理するバッチ式の熱処理装置を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、枚葉式のものであってもよい。
本発明の熱処理装置は、基板の製造工程にも適用することができる。
SOI(Silicon On Insulator)ウエハの一種であるSIMOX(Separation by Implanted Oxygen)ウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用する例について説明する。
まずイオン注入装置等により単結晶シリコンウエハ内へ酸素イオンをイオン注入する。その後、酸素イオンが注入されたウエハを上記実施の形態の熱処理装置を用いて、例えばAr、O雰囲気のもと、1300℃〜1400℃、例えば1350℃以上の高温でアニールする。これらの処理により、ウエハ内部にSiO層が形成された(SiO層が埋め込まれた)SIMOXウエハが作製される。
また、SIMOXウエハの他、水素アニールウエハやArアニールウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することも可能である。この場合、ウエハを本発明の熱処理装置を用いて、水素雰囲気中もしくはAr雰囲気中で1200℃程度以上の高温でアニールすることとなる。これによりIC(集積回路)が作られるウエハ表面層の結晶欠陥を低減することができ、結晶の完全性を高めることができる。また、この他、エピタキシャルウエハの製造工程の一工程に本発明の熱処理装置を適用することも可能である。
以上のような基板の製造工程の一工程として行う高温アニール処理を行う場合であっても、本発明の熱処理装置を適用することができる。
本発明の熱処理装置は、半導体装置(デバイス)の製造工程に適用することも可能である。
特に、比較的高い温度で行う熱処理工程、例えば、ウェット酸化、ドライ酸化、水素燃焼酸化(パイロジェニック酸化)、HCl酸化等の熱酸化工程や、硼素(B)、リン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)等の不純物(ドーパント)を半導体薄膜に拡散する熱拡散工程等に適用するのが好ましい。
このような半導体デバイスの製造工程の一工程としての熱処理工程を行う場合においても、本発明の熱処理装置を適用することができる。
本発明は、半導体ウエハやガラス基板等の基板を処理する熱処理装置等の反応炉内で用いられる部材の不純物を低減させる必要があるものに利用することができる。
本発明の第1の実施形態に係る熱処理装置全体を示す斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る熱処理装置に用いた反応炉を示す断面図である。 本発明の第1の実施形態に係る部材のクリーニング方法を示し、(a)〜(c)は部材の表面に成膜する工程、(d)〜(e)は部材から膜へ不純物を拡散させる工程、(f)は熱処理後の部材表面の膜をエッチングする工程を説明する模式図である。 本発明の第2の実施形態に係る部材のクリーニング方法を示し、(a)〜(c)は部材の表面に成膜する工程、(d)〜(e)は部材から膜へ不純物を拡散させる工程、(f)は熱処理後の部材表面の膜をエッチングする工程を説明する模式図である。 本発明の第3の実施形態に係る部材のクリーニング方法を示し、(a)〜(c)は部材の表面に成膜する工程、(d)〜(e)は部材から膜へ不純物を拡散させる工程、(f)は熱処理後の部材表面の膜をエッチングする工程を説明する模式図である。 比較例におけるクリーニング方法を示す模式図である。
10 熱処理装置
30 基板支持具
42 反応管
50 第2の断熱部材
66 ノズル
72 部材
76 ポリシリコン膜
78 アモルファスシリコン膜
80 シリコン酸化膜
82 積層膜

Claims (1)

  1. 部材の表面に膜を成膜する工程と、
    成膜後の前記部材を熱処理することで前記部材から前記膜へ不純物を拡散させる工程と、
    熱処理後の前記部材表面の前記膜をエッチングする工程と、
    を有することを特徴とする部材のクリーニング方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017120830A (ja) * 2015-12-28 2017-07-06 信越半導体株式会社 エピタキシャルウェーハの製造方法

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