JP2009099581A - エッチング装置、無欠陥層基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課題】欠陥層を除去できる低コストの技術を提供する。
【解決手段】反応室６にバッファータンク３５を接続し、固体ＸｅＦ₂が配置されたガスボンベ３１を加熱して発生させたエッチングガスでバッファータンク３５を充填し、反応室６とバッファータンク３５を接続して反応室６内をエッチングガスで充満させ、プラズマを発生させずにシリコン基板１１表面の欠陥層１３をエッチング除去する。バッファータンク３５により、固体ＸｅＦ₂からのエッチングガス発生速度が遅くても、待ち時間を発生させないで済む。バッファータンク３５を昇温させておき、バッファータンク３５の内壁に固体ＸｅＦ₂が析出しないようにしておくとよい。
【選択図】 図１

Description

本発明はエッチング装置の技術分野にかかり、特に、シリコンインゴットからスライスされた基板のダメージ層を除去するエッチング装置に関する。

シリコン基板はシリコンインゴットを切断して製造されているが、単結晶や多結晶のシリコンインゴットを切断し、シリコン基板を形成する際に、シリコン基板表面に欠陥層が形成されてしまう。

図３の符号１１は、シリコン基板であり、無欠陥の基板本体１２の両面に、欠陥層１３が形成されている。
このような欠陥層１３は、半導体素子や太陽電池の特性を劣化させ、不良品発生の原因となるため、従来技術では、酸やアルカリを用いたウェットエッチング方法によって除去されている。

しかし、ウェットエッチング方法では、エッチング工程後に洗浄工程や乾燥工程を必要とすることから製造工程が複雑になり、また、それらの工程を実行中にシリコン基板表面にパーティクルが付着するという問題がある。

他方、プラズマを用いたエッチング方法が知られており、ドライプロセスによって欠陥層を除去すれば洗浄工程や乾燥工程が不要であり、パーティクルの付着も発生しないが、エッチングガスプラズマを発生させるための装置が高価であり、また、高価なエッチングガスを多量に消費することからランニングコストも高価であった。
特開平２−２５０３２３号公報

本発明は上記従来技術の課題を解決するために創作されたものであり、低コストの装置で、低ランニングコストの方法で無欠陥層基板を得られる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、反応室と、ＸｅＦ₂ガスから成るエッチングガスが充填されたガスボンベと、前記反応室と前記ガスボンベに接続されたバッファータンクと、前記バッファータンクを加熱するタンク加熱装置とを有し、前記ガスボンベから前記エッチングガスが前記バッファータンクに供給され、前記エッチングガスが前記タンク加熱装置によって加熱され、５０℃以上１００℃以下の温度で前記反応室に導入されるように構成されたエッチング装置である。
本発明はエッチング装置であって、前記ガスボンベを６０℃以下の温度に加熱するボンベ加熱装置を有するエッチング装置である。
本発明はエッチング装置であって、前記反応室には、前記エッチングガスを回収する回収装置が設けられたエッチング装置である。
本発明はエッチング装置であって、前記反応室に接続された前処理室と、前記前処理室内に位置する基板を加熱する基板加熱装置を有するエッチング装置である。
本発明は無欠陥層基板の製造方法であって、表面に欠陥層を有するシリコン基板が配置され、真空雰囲気にされた反応室と、ＸｅＦ₂を含有するエッチングガスが充満され、５０℃以上１００℃以下の温度に昇温されたバッファータンクとを接続し、前記バッファータンク内の前記エッチングガスを前記反応室内に導入し、前記シリコン基板と反応させ、前記シリコン基板表面の欠陥層を除去する無欠陥層基板の製造方法である。
本発明は無欠陥層基板の製造方法であって、前記シリコン基板は５０℃以上１２０℃以下の温度範囲に昇温させた状態で前記エッチングガスと反応させる無欠陥層基板の製造方法である。
本発明は無欠陥層基板の製造方法であって、前記エッチングガスは、ガスボンベ内に固体ＸｅＦ₂を配置し、前記ガスボンベを室温よりも高く、６０℃以下の温度範囲に昇温させて発生させる無欠陥層基板の製造方法である。

プラズマを発生させずにエッチングガスと接触するだけで欠陥層をエッチングしているので、低コストである。
ドライプロセスで欠陥層を除去できるので、洗浄工程や乾燥工程が不要であり、パーティクルも付着しにくい。
バッファータンクをエッチングガスで充填し、反応室に接続しているから、エッチング中や基板交換中にバッファータンクをエッチングガスで充填すれば、エッチングガスの発生速度が遅くても待ち時間が発生しない。

図１の符号１は、本発明のエッチング装置を示しており、搬送室２に、前処理室３と反応室６が接続されている。
前処理室３には搬出入室７が接続されており、図２に示すように、欠陥層(結晶欠陥を有するシリコン層)を有するシリコン基板１１をトレイ１５に複数枚装着し、搬出入室７に装填する。

前処理室３と搬送室２と反応室６の内部は、それぞれ真空ポンプに接続されており、真空ポンプによってそれぞれ真空雰囲気にされている。
搬出入室７も真空ポンプに接続されており、搬出入室７と大気との間の扉を閉じ、搬出入室７を真空排気した後、搬出入室７の内部と前処理室３の内部を接続し、トレイ１５と共にシリコン基板１１を前処理室３の内部に搬入する。

前処理室３には基板加熱装置３８が設けられており、搬出入室７と前処理室３の間の扉を閉じ、前処理室３内部のシリコン基板１１を加熱し、５０℃以上１２０℃以下の温度範囲に昇温させる。
基板加熱装置３８に赤外線ランプを用い、前処理室３の壁面に赤外線が透過可能なガラス窓を設け、シリコン基板１１に赤外線を照射して加熱することができる。

シリコン基板１１が上記温度範囲に昇温された後、前処理室３と搬送室２の間の扉と、反応室６と搬送室２の間の扉を開け、搬送室２内に配置された基板搬送ロボットによって前処理室３内のシリコン基板１１をトレイ１５に乗せた状態で反応室６内に搬入し、反応室６と搬送室２の間の扉を閉じる。

反応室６には、ガス導入系３０とガス回収系４０が接続されている。
ガス回収系４０は、高真空ポンプ４１と、補助ポンプ４２と、排ガス処理装置４３と、スクラバー４５が設けられている。反応室６には、高真空ポンプ４１と補助ポンプ４２が直列接続されており、反応室６内を真空排気する際には高真空ポンプ４１と補助ポンプ４２を起動し、反応室６内の気体を吸引し、排ガス処理装置４３とスクラバー４５を通して除害した状態で大気に放出している。

ガス導入系３０は、ガスボンベ３１とバッファータンク３５が配置されており、ガスボンベ３１の内部には、ＸｅＦ₂が配置されている。ＸｅＦ₂は常温(２５℃)で蒸気圧が５００Ｐａの固体である。

ガスボンベ３１にはボンベ加熱装置３２が設けられている。ボンベ加熱装置３２は通電されると発熱し、ガスボンベ３１を室温よりも高温であって６０℃以下の温度範囲に加熱するように構成されており、ガスボンベ３１が加熱されるとガスボンベ３１内部に配置された固体のＸｅＦ₂が昇温し、蒸気圧が上昇してガスボンベ３１内でＸｅＦ₂の蒸気が発生する。

ガスボンベ３１は、バッファータンク３５を介して反応室６に接続されている。バッファータンク３５の内部は、真空ポンプによって直接、又は反応室６を介して真空排気されており、ＸｅＦ₂の蒸気の発生後、反応室６とバッファータンク３５の間のバルブを開いた状態及びガス回収系４０と反応室６の間のバルブを閉じた状態で、ガスボンベ３１とバッファータンク３５の間のバルブを開けると、ガスボンベ３１内のＸｅＦ₂蒸気は、エッチングガスとしてバッファータンク３５を介して反応室６内に導入される。

バッファータンク３５には、タンク加熱装置３６が設けられており、バッファータンク３５は予め加熱しておき、導入されたエッチングガスが５０℃以上１００℃以下の温度に昇温され、バッファータンク３５の内壁面に固体のＸｅＦ₂が析出しないようにしておく。
エッチングガスの導入によって反応室６の内部が所定圧力まで上昇したところで、バッファータンク３５とガスボンベ３１の間のバルブと、ガス回収系４０と反応室６の間のバルブを閉じる。

固体のＸｅＦ₂からのＸｅＦ₂ガス放出速度は遅くても、バッファータンク３５にＸｅＦ₂ガスが多量に蓄積されており、また、バッファータンク３５の容量は、反応室６の容量の１／３以上の大きさにされており、バッファータンク３５が反応室６に接続され、５０℃以上１００℃以下の温度に昇温されたエッチングガスが反応室６内に流入すると、反応室６内の圧力が急激に上昇する。

反応室６内にはシャワープレートが設けられており、反応室６内にエッチングガスが導入される際には、エッチングガスはシャワープレートから、５０℃以上１２０℃以下の温度範囲に昇温されたシリコン基板１１の表面に向かって噴出され、エッチングガスがシリコン基板１１表面の欠陥層と接触する。

エッチングガスはシリコン基板１１表面に露出するシリコンと反応し、欠陥層のシリコンが気体となって除去される。このエッチングでは、エッチングガスのプラズマは生成しない。

尚、７０℃のシリコン基板１１を２分間エッチングガスに曝した時のエッチング速度は５μｍ／分であった。更にエッチングの際にシリコン基板１１にＵＶを照射すると、エッチング速度は６０％程度向上させることができる。

ガス回収系４０には、エッチングガス回収装置４７と、回収タンク４８が設けられており、バッファータンク３５を反応室６に接続してから所定時間経過した後、ガス回収系４０内の経路のうち、高真空ポンプ４１と補助ポンプ４２との間のバルブ５０を閉じ、反応室６を、高真空ポンプ４１を介して、エッチングガス回収装置４７に接続すると共に、補助ポンプ４２によって回収タンク４８内部を真空排気すると、反応室６やバッファータンク３５内の残留ガスはエッチングガス回収装置４７に導入され、残留ガス中のＸｅＦ₂ガスや、遊離したキセノンガスを回収し、回収タンク４８に蓄積する。

反応室６とバッファータンク３５の内部がガス回収系４０によって真空排気され、高真空雰囲気になった後、反応室６とバッファータンク３５の間のバルブを閉じ、上記と同様に、バッファータンク３５とガスボンベ３１を接続してバッファータンク３５内を所定圧力のエッチングガスで充満させる。

次いで、シリコン基板１１を反応室６内に配置したままバッファータンク３５と反応室６とを接続し、５０℃以上１００℃以下の温度に昇温されたエッチングガスを反応室６内に導入し、同じシリコン基板１１表面に接触させ、欠陥層１３のエッチングを更に進行させる。

このように、バッファータンク３５の接続による、反応室６内へのエッチングガスの導入工程と、エッチングガスとシリコン基板１１との接触によるエッチング工程と、反応室６内とバッファータンク３５内の真空排気による残留ガス(残留ガスにはエッチングガスや反応生成物ガスが含まれている)の除去工程とを繰り返し行ない、シリコン基板１１表面の欠陥層１３を除去すると、無欠陥層基板を得ることができる。
得られた無欠陥層基板はトレイ１５と共に反応室６から搬出し、搬送室２に接続された処理室５内に搬入し、後処理を行なう。

なお、上記実施例では、反応室６内に導入したエッチングガスのプラズマを形成せずに、シリコン基板１１表面とエッチングガスとを接触させ、シリコン基板１１表面をエッチングしたが、反応室６に紫外線照射装置３９を設けておき、シリコン基板１１両面に紫外線を照射しながらエッチングガスを接触させ、エッチング速度が早くなるようにしてもよい。
また、上記はエッチングガスとしてＸｅＦ₂ガスを用いたが、Ａｒ等の希釈ガスを含有するエッチングガスを用いてもよい。

また、バッファータンク３５を用い、シリコン基板１１の欠陥層を除去することができるエッチングガスはＸｅＦ₂ガスに限定されるものではなく、ＨＦガスやＦ₂ガスも用いることもできる。ＸｅＦ₂ガスに、ＨＦガスやＦ₂ガスの一方又は両方を添加することもできる。

本発明のエッチング装置の一例 シリコン基板をトレイに装着した状態を示す平面図 シリコン基板の断面図

符号の説明

１……エッチング装置 ３……前処理室 ６……反応室 １１……基板（シリコン基板） １３……欠陥層 ３１……ガスボンベ ３２……ボンベ加熱装置 ３５……バッファータンク ３６……タンク加熱装置 ３８……基板加熱装置 ４７……回収装置（エッチングガス回収装置）

Claims (7)

1. 反応室と、
   ＸｅＦ₂ガスから成るエッチングガスが充填されたガスボンベと、
   前記反応室と前記ガスボンベに接続されたバッファータンクと、
   前記バッファータンクを加熱するタンク加熱装置とを有し、
   前記ガスボンベから前記エッチングガスが前記バッファータンクに供給され、前記エッチングガスが前記タンク加熱装置によって加熱され、５０℃以上１００℃以下の温度で前記反応室に導入されるように構成されたエッチング装置。
2. 前記ガスボンベを６０℃以下の温度に加熱するボンベ加熱装置を有する請求項１記載のエッチング装置。
3. 前記反応室には、前記エッチングガスを回収する回収装置が設けられた請求項１又は請求項２のいずれか１項記載のエッチング装置。
4. 前記反応室に接続された前処理室と、
   前記前処理室内に位置する基板を加熱する基板加熱装置を有する請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のエッチング装置。
5. 表面に欠陥層を有するシリコン基板が配置され、真空雰囲気にされた反応室と、ＸｅＦ₂を含有するエッチングガスが充満され、５０℃以上１００℃以下の温度に昇温されたバッファータンクとを接続し、前記バッファータンク内の前記エッチングガスを前記反応室内に導入し、前記シリコン基板と反応させ、前記シリコン基板表面の欠陥層を除去する無欠陥層基板の製造方法。
6. 前記シリコン基板は５０℃以上１２０℃以下の温度範囲に昇温させた状態で前記エッチングガスと反応させる請求項５記載の無欠陥層基板の製造方法。
7. 前記エッチングガスは、ガスボンベ内に固体ＸｅＦ₂を配置し、前記ガスボンベを室温よりも高く、６０℃以下の温度範囲に昇温させて発生させる請求項５又は請求項６のいずれか１項記載の無欠陥層基板の製造方法。

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