JP5267366B2

JP5267366B2 - シリコンウェーハの処理装置

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Publication number: JP5267366B2
Application number: JP2009167524A
Authority: JP
Inventors: 貫吉武
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: JP2011023563A

Description

本発明はシリコンウェーハの処理装置に関し、特に、金属を含む部材に汚染防止のためのコーティングが施されたシリコンウェーハの処理装置に関する。

シリコンウェーハの処理装置の一つにエピタキシャル成長装置がある。エピタキシャル成長装置は、主にシリコンウェーハの製造過程で用いられる装置であり、鏡面研磨されたシリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を成長させる装置である。また、エピタキシャル成長装置は、デバイス前工程における選択エピタキシャル成長にも用いられることがある。

エピタキシャル成長装置においては、シリコンウェーハの汚染を防止すべく、チャンバーなどの主要部材が石英によって構成される。しかしながら、全ての部材を石英で形成することは困難であることから、チャンバーの機械的強度を確保するためのベースプレートや、チャンバーから排気されるガスを案内する排気機構など、一部の部材には金属材料が用いられている。このような金属部材によるシリコンウェーハの汚染を防止する方法として、特許文献１には、金属部材のうちプロセスガスに曝される部分を石英コーティングする方法が記載されている。

特開２００９−４９０４７号公報

しかしながら、エピタキシャル成長を行うと、主に排気機構などに副生成物が多く付着する。付着した副生成物は、ガスの流れを阻害するばかりでなく、パーティクルとなってシリコンウェーハを汚染するおそれがあることから、定期的なメンテナンスによってこれを除去する必要がある。

メンテナンス時においては、排気機構がチャンバーなどから取り外され大気開放される結果、付着した副生成物が大気中の酸素や水分を取り込み、ポリシロキサンなどを形成する。これを取り除くためにはフッ酸を含有した液を用いる必要があるが、フッ酸は石英を侵すことから、副生成物が多く付着する部材に石英コーティングを施すと、フッ酸を含有した液を用いることができず、メンテナンスが非常に困難となってしまう。

このような問題は、エピタキシャル成長装置に限らず、各種部材に副生成物が付着しうる全てのシリコンウェーハの処理装置に当てはまる問題である。また、副生成物の付着箇所については装置の種類などよって異なるが、いずれの装置においても副生成物が特に付着しやすい場所が存在する。

したがって、本発明は、金属を含む部材からの汚染が防止され、且つ、メンテナンス時における副生成物の除去が容易なシリコンウェーハの処理装置を提供することを目的とする。

本発明によるシリコンウェーハの処理装置は、シリコンウェーハが収容され、導入されるガスによって所定の処理が行われるチャンバーと、前記チャンバーに取り付けられ、金属を含む材料からなる複数の部材と、を備えるシリコンウェーハの処理装置であって、前記複数の部材のうち、前記ガスによる副生成物の付着が相対的に多い部材には少なくともフッ酸に侵されない材料からなる第１のコーティングが施され、前記ガスによる副生成物の付着が相対的に少ない部材には石英からなる第２のコーティングが施されていることを特徴とする。

本発明によれば、副生成物の付着のしやすさに応じてコーティング材料を選択していることから、金属汚染を防止しつつ、メンテナンス時において副生成物を容易に除去することが可能となる。

本発明において、前記第１のコーティングはＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）からなることが好ましい。ＤＬＣはフッ酸に侵されないことから、メンテナンス時において、フッ酸水溶液を用いてシロキサンなどを含む副生成物を除去することが可能となる。

本発明において、前記複数の部材のうち、前記第１のコーティングが施された部材に与えられる温度は、前記第２のコーティングが施された部材の少なくとも一つに与えられる温度よりも低いことが好ましい。石英からなる第２のコーティングは耐熱性に優れる一方、ＤＬＣなど非石英材料からなる第１のコーティングは、石英と同等の耐熱性を持たせることは困難だからである。

本発明において、前記複数の部材は、前記チャンバーから排気されるガスを案内する排気機構を含んでおり、前記排気機構の少なくとも一部には前記第１のコーティングが施されていることが好ましい。これによれば、エピタキシャル成長装置など、排気機構に副生成物が付着しやすい装置のメンテナンスが容易となる。

本発明において、前記複数の部材は、前記チャンバー内にガスを導入する導入機構をさらに含んでおり、前記導入機構の少なくとも一部には前記第２のコーティングが施されていることが好ましい。エピタキシャル成長装置などにおいては、導入機構には副生成物が付着しにくいことから、このような箇所には石英からなる第２のコーティングを用いることができる。

本発明において、前記複数の部材は、前記チャンバーを保持するベースプレートをさらに含んでおり、前記ベースプレートには前記第２のコーティングが施されていることが好ましい。ベースプレートは比較的高温に曝される部材であるとともに、副生成物の付着がほとんど生じないことから、このような部材には、耐熱性に優れる第２のコーティングを施すことが好ましいからである。

本発明において、前記排気機構は、排気配管と、前記ベースプレートと前記排気配管を接続するイグゾーストキャップとを含んでおり、前記導入機構は、導入配管と、前記ベースプレートと前記導入配管を接続するインジェクトキャップとを含んでおり、前記排気配管及び前記イグゾーストキャップには、いずれも前記第１のコーティングが施されており、前記導入配管及び前記インジェクトキャップには、いずれも前記第２のコーティングが施されていることが好ましい。これは、排気配管及びイグゾーストキャップは、いずれも副生成物が付着しやすい部分だからである。

本発明において、前記複数の部材は、前記チャンバー内に前記シリコンウェーハをロードし又は前記チャンバーから前記シリコンウェーハをアンロードするためのスリットバルブをさらに含んでおり、前記スリットバルブには前記第２のコーティングが施されていることが好ましい。これによれば、スリットバルブからの金属汚染も防止される。

本発明において、前記複数の部材は、前記チャンバー内のシリコンウェーハを回転させるためのローテーションシャフトの挿入部をさらに含んでおり、前記ローテーションシャフトの挿入部には前記第２のコーティングが施されていることが好ましい。これによれば、ローテーションシャフト挿入部からの金属汚染も防止される。

このように、本発明によれば、副生成物の付着のしやすさに応じてコーティング材料を選択していることから、金属汚染を防止しつつ、メンテナンス時において副生成物を容易に除去することが可能となる。

本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハの処理装置１０の構造を示す略断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるシリコンウェーハの処理装置１０の構造を示す略断面図である。本実施形態によるシリコンウェーハの処理装置１０はエピタキシャル成長装置であり、したがって、以下、エピタキシャル成長装置１０と表記する。

図１に示すように、本実施形態によるエピタキシャル成長装置１０は、チャンバー２０と、チャンバー２０内にガスを導入する導入機構３０と、チャンバー２０から排気されるガスを案内する排気機構４０とを有している。

チャンバー２０は、円盤状の上部部材２１、漏斗状の下部部材２２及びリング状の側部部材２３，２４からなる４つの部材によって構成され、これらが図１に示すように組み合わせられることによって、チャンバー２０が構成される。これらの部材２１〜２４はいずれも石英からなる。

チャンバー２０の内部には、処理対象となるシリコンウェーハ１００を保持するサセプタ２５と、シリコンウェーハ１００をサセプタ２５に載置し又はシリコンウェーハ１００をサセプタ２５から取り出す昇降機構２６が設けられている。サセプタ２５はＳｉＣがコーティングされたカーボン製であるが、昇降機構２６は石英からなる。

また、チャンバー２０を構成する下部部材２２には、チャンバー２０内にシリコンウェーハ１００をロードし又はチャンバー２０からシリコンウェーハ１００をアンロードするためのスリットバルブ２７が設けられている。スリットバルブ２７は金属材料からなり、その表面には石英コーティングが施されている。これにより、スリットバルブ２７を構成する金属によるシリコンウェーハ１００の汚染が防止されている。スリットバルブ２７は、エピタキシャル成長中において高温に曝される部材であるが、石英コーティングは耐熱性が高いことから、熱によってコーティングが劣化することはない。また、スリットバルブ２７は副生成物の付着が少ない部材であることから、フッ酸を用いた洗浄の必要性は少ない。

さらに、チャンバー２０の内部には、シリコンウェーハ１００を回転させるためのローテーションシャフト２８が設けられている。ローテーションシャフト２８自体については石英によって構成されているが、ローテーションシャフト２８を回転させるためのモータ５０との接続部分やローテーションシャフト２８を上下動させるためのアクチュエータ６０との接続部分（ローテーションシャフト挿入部）において一部金属が用いられている。具体的に説明すると、ローテーションシャフト挿入部には、ローテーションハウジング２８ａ、ウェハリフトハウジング２８ｂ、コレット２８ｃ及びアイソレーションハウジング２８ｄなどが含まれており、これらに金属が用いられている。このようなローテーションシャフト挿入部には石英コーティングが施されており、これにより、ローテーションシャフト挿入部を構成する金属によるシリコンウェーハ１００の汚染が防止されている。ローテーションシャフト挿入部は複雑な形状を有する部材であるが、石英はポリシラザンを用いることによって複雑な形状に対しても容易にコーティング可能である。また、ローテーションシャフト挿入部は、副生成物の付着が少ない部材であることから、フッ酸を用いた洗浄の必要性は少ない。

図１に示すように、チャンバー２０の周囲にはチャンバー２０を保持するリング状のベースプレート２９が設けられている。ベースプレート２９は金属材料からなり、チャンバー２０を構成する部材２１〜２４を固定するとともに、チャンバー２０の機械的強度を確保する役割を果たす。また、ベースプレート２９は、チャンバー２０と導入機構３０及び排気機構４０との接続部としての役割も果たす。このため、ベースプレート２９の一部は、チャンバー２０に導入されるガス及びチャンバー２０から排気されるガスに触れることになる。

本実施形態においては、ベースプレート２９には石英コーティングが施されており、これによりベースプレート２９を構成する金属によるシリコンウェーハの汚染が防止されている。ベースプレート２９は、エピタキシャル成長中において高温に曝される部材であるが、石英コーティングは耐熱性が高いことから、熱によってコーティングが劣化することはない。また、ベースプレート２９は、副生成物の付着が少ない部材であることから、フッ酸を用いた洗浄の必要性は少ない。

図１に示すように、導入機構３０は、２本の導入配管３１と、ベースプレート２９と導入配管３１を接続するインジェクトキャップ３２と、集合導入配管３４からなる。導入配管３１は、流量調整バルブ３３を介して集合導入配管３４に接続された配管である。集合導入配管３４はメインバルブ３５を介してプロセスガスやキャリアガスのボンベ（図示せず）につながるメイン導入配管３６に接続されている。導入配管３１を流れるプロセスガス又はキャリアガスは、インジェクトキャップ３２を介してチャンバー２０の内部に導入される。メンテナンス時においてはメインバルブ３５が閉じられる。したがって、導入機構３０とは、メイン導入配管３６との境界を規定するメインバルブ３５よりも下流部分の配管として定義される。

エピタキシャル成長時においては、導入機構３０を介して例えばＳｉＨＣｌ_３（トリクロロシラン）及びＨ_２（水素ガス）が導入され、トリクロロシランの分解によって生成されるＳｉ（シリコン）がシリコンウェーハ１００の表面に堆積される。トリクロロシランの分解によって生じるＨＣｌ（塩化水素）は、排気機構４０を介して排出される。尚、導入されるトリクロロシランのうち、エピタキシャル成長に用いられる部分は１０％程度であり、残りの９０％程度は熱分解されて反応性の高いラジカルになり、排気機構４０を介して排出される。これが副生成物を生じる主な原因となる。

尚、トリクロロシランの分解によって生じるシリコンは、シリコンウェーハ１００の表面以外の高温にさらされる部材にも付着するが、これについては、導入機構３０を介して塩化水素を導入することによって除去することができる。但し、塩化水素によってシリコン付着物を除去するためには、チャンバー２０の内部をエピタキシャル成長時と同等の温度に加熱する必要がある。このことは、除去されたシリコンはラジカルとなり、十分に加熱されない箇所（例えば排気機構４０など）においては、副生成物となって付着することを意味する。

導入配管３１、集合導入配管３４及びインジェクトキャップ３２はいずれも金属材料からなり、その表面には石英からなるコーティングが施されている。これにより、導入配管３１、集合導入配管３４及びインジェクトキャップ３２を構成する金属によるシリコンウェーハ１００の汚染が防止されている。導入配管３１、集合導入配管３４及びインジェクトキャップ３２は比較的複雑な形状を有する部材であるが、上述の通り、石英は複雑な形状に対しても容易にコーティング可能である。また、導入配管３１、集合導入配管３４及びインジェクトキャップ３２は、副生成物の付着が少ない部材であることから、フッ酸を用いた洗浄の必要性は少ない。

図１に示すように、排気機構４０は、排気配管４１と、ベースプレート２９と排気配管４１を接続するイグゾーストキャップ４２からなる。排気配管４１は、バルブ４３を介して集合排気配管４４に接続された配管である。したがって、チャンバー２０から排気されるガスは、イグゾーストキャップ４２及び排気配管４１を介して、集合排気配管４４に排出される。メンテナンス時においてはバルブ４３が閉じられ、この状態で排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２が取り外され、洗浄される。したがって、排気配管４１とは、集合排気配管４４との境界を規定するバルブ４３よりも上流部分の配管として定義される。

上述の通り、プロセスガスであるトリクロロシランの大部分がエピタキシャル成長に寄与することなく熱分解することによって生じたラジカル、あるいは塩化水素によって除去されたシリコン起因のラジカルが排気されるため、ガスの温度が急激に低下する排気機構４０において重合し、副生成物であるＳｉｎＨｘＣｌｙが形成される。このため、排気配管４１などの内壁には副生成物が徐々に蓄積され、ガスの流れを阻害したり、パーティクルの発生源となったりする。したがって、蓄積した副生成物は定期的なメンテナンスによって除去する必要がある。メンテナンス時においては、排気機構４０がチャンバー３０などから取り外され大気開放されるため、付着した副生成物が大気中の酸素や水分を取り込み、ポリシロキサンなどを形成する。

排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２はいずれも金属材料からなり、その表面にはＤＬＣからなるコーティングが施されている。これにより、排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２を構成する金属によるシリコンウェーハ１００の汚染が防止されている。排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２は、上述の通り、ガスの温度が急激に低下する領域であることから、副生成物の付着が非常に多い。このため、メンテナンス時においては、フッ酸を含んだ液などを用いた洗浄によってポリシロキサンなどの副生成物を除去する必要があるが、本実施形態においては、これらの表面にＤＬＣコーティングを施していることから、フッ酸を含んだ液を用いてもコーティングが侵されることがない。尚、ＤＬＣコーティングは石英コーティングに比べると耐熱温度が低いが、排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２は、スリットバルブ２７やベースプレート２９ほど高熱に曝されないことから、熱によってＤＬＣコーティングが劣化することもない。

以上説明したように、本実施形態によるエピタキシャル成長装置１０は、金属材料からなる複数の部材のうち、副生成物が多く付着する排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２についてはフッ酸を含んだ液によるメンテナンスが可能なＤＬＣコーティングが施され、副生成物があまり付着しないその他の部材については耐熱性が高く、複雑形状にも対応可能な石英コーティングが施されている。これにより、金属によるシリコンウェーハ１００の汚染を防止しつつ、定期的なメンテナンスによって副生成物の除去を容易に行うことが可能となる。

しかも、ＤＬＣコーティングが施された表面は、石英コーティングが施された表面よりも平滑性に優れることから、排気機構４０への副生成物の付着量が低減されるという効果も得られる。これにより、メンテナンス周期を長くすることも可能となる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２にＤＬＣコーティングを施しているが、コーティング材料についてはＤＬＣに限定されるものではなく、金属汚染を防止することができ且つフッ酸に侵されない材料であれば、他の材料を用いることも可能である。

また、上記実施形態では、ＤＬＣコーティングを施す部材として排気配管４１及びイグゾーストキャップ４２を選択しているが、本発明がこれに限定されるものではない。つまり、副生成物の付着量及び付着部位は、装置の種類や構造によって異なるため、装置の種類や構造に応じてＤＬＣコーティングを施す部材を適宜選択すればよい。

また、上記実施形態ではエピタキシャル成長装置を例に挙げたが、本発明の対象がこれに限定されるものではない。したがって、例えば、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置、ドライエッチング装置など、他の種類のシリコンウェーハの処理装置に本発明を適用することが可能である。

１０シリコンウェーハの処理装置（エピタキシャル成長装置）
２０チャンバー
２１上部部材
２２下部部材
２３，２４側部部材
２５サセプタ
２６昇降機構
２７スリットバルブ
２８ローテーションシャフト
２８ａローテーションハウジング
２８ｂウェハリフトハウジング
２８ｃコレット
２８ｄアイソレーションハウジング
２９ベースプレート
３０導入機構
３１導入配管
３２インジェクトキャップ
３３流量調整バルブ
３４集合導入配管
３５メインバルブ
３６メイン導入配管
４０排気機構
４１排気配管
４２イグゾーストキャップ
４３バルブ
４４集合排気配管
５０モータ
６０アクチュエータ
１００シリコンウェーハ

Claims

シリコンウェーハが収容され、導入されるガスによって所定の処理が行われるチャンバーと、
前記チャンバーに取り付けられ、金属を含む材料からなる複数の部材と、を備えるシリコンウェーハの処理装置であって、
前記複数の部材は、前記チャンバーから排気されるガスを案内する排気機構と、前記チャンバーを保持するベースプレートとを含んでおり、
前記排気機構の少なくとも一部にはＤＬＣからなる第１のコーティングが施され、前記ベースプレートには石英からなる第２のコーティングが施されていることを特徴とするシリコンウェーハの処理装置。
前記複数の部材は、前記チャンバー内にガスを導入する導入機構をさらに含んでおり、前記導入機構の少なくとも一部には前記第２のコーティングが施されていることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの処理装置。
前記排気機構は、排気配管と、前記ベースプレートと前記排気配管を接続するイグゾーストキャップとを含んでおり、
前記導入機構は、導入配管と、前記ベースプレートと前記導入配管を接続するインジェクトキャップとを含んでおり、
前記排気配管及び前記イグゾーストキャップには、いずれも前記第１のコーティングが施されており、
前記導入配管及び前記インジェクトキャップには、いずれも前記第２のコーティングが施されていることを特徴とする請求項２に記載のシリコンウェーハの処理装置。
前記複数の部材は、前記チャンバー内に前記シリコンウェーハをロードし又は前記チャンバーから前記シリコンウェーハをアンロードするためのスリットバルブをさらに含んでおり、前記スリットバルブには前記第２のコーティングが施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの処理装置。
前記複数の部材は、前記チャンバー内のシリコンウェーハを回転させるためのローテーションシャフトの挿入部をさらに含んでおり、前記ローテーションシャフトの挿入部には前記第２のコーティングが施されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの処理装置。