JP2011009597A

JP2011009597A - 熱処理用治具の清浄化方法

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Publication number: JP2011009597A
Application number: JP2009153270A
Authority: JP
Inventors: Takehisa Sakai; 武久堺
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】熱処理用治具を洗浄した後に外部から熱処理用治具表面に付着する汚染物を可及的に低減できる熱処理用治具の清浄化方法を提供する。
【解決手段】熱処理炉内で用いる治具を酸系の薬液で酸洗浄する工程ａと、酸系の薬液で酸洗浄した前記治具を水洗・乾燥する工程ｂと、水洗・乾燥した前記治具の表面に酸化膜を形成する工程ｃと、還元性ガス雰囲気中で気相エッチングして前記酸化膜を除去する工程ｄとを有する清浄化方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱処理用治具の清浄化方法に関するもので、特に、シリコンウェーハなどの半導体ウェーハを熱処理する際に使用される熱処理用治具からの汚染を防止する方法に関するものである。

半導体デバイスの製造工程には、酸化、拡散、成膜等の種々の加熱処理プロセスがあり、半導体ウェーハはこれらのプロセスで様々な加熱処理を受ける。そして、これらの処理の態様、使用する加熱手段の種類等に応じて種々の熱処理用治具が用いられている。

例えば、縦型熱処理炉を用いる半導体ウェーハの熱処理工程の場合、複数枚の半導体ウェーハが、縦型多段のウェーハ保持治具、いわゆる縦型ウェーハボ−トに搭載保持されて熱処理される。この縦型ウェーハボ−トの形成素材としては、一般的に、石英ガラス、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化ケイ素（SiC）などが用いられている。近年、熱処理用治具の高純度化を図るために、これら材質を基材とする熱処理用治具表面にＣＶＤ法（気相成長法）により炭化ケイ素膜を被覆した熱処理用治具なども用いられている。

また、エピタキシャル成長装置等によるウェーハ表面への薄膜気相成長工程の場合においても、半導体ウェーハを載置するサセプターの形成素材として一般的に炭化ケイ素が用いられており、高純度化を目的に基材をカーボン、SiCなどで構成し、その表面をＣＶＤ法によりSiCを被覆させたサセプターなどの熱処理用治具も使用されている。

通常、これらの熱処理用治具は治具からの汚染低減を目的に熱処理装置内に装填される前に洗浄処理が施される。この熱処理用治具の洗浄方法としては、HF等の酸系溶液を収容した洗浄槽内に熱処理用治具を浸漬させる洗浄する方法がある。例えば特許文献１には、所定濃度の硝酸又は弗硝酸水溶液に熱処理用治具を30分以上浸漬させる洗浄方法が開示されている。

別の洗浄方法としては、例えば特許文献２に開示されているように、少なくとも表面がSiCで形成される半導体ウェーハ熱処理用ボートに対して、酸化により前記半導体ウェーハ熱処理用ボートの表面を酸化する工程と、前記酸化する工程で形成された酸化膜の表層部を除去する工程を有する表面清浄化方法がある。

特開平８−７８３７５号公報特開２００８−８５０２８号公報

しかしながら、特許文献１の発明では、酸洗浄を行った直後は熱処理用治具表面がクリーンな状態であるものの、その後、治具を乾燥し、熱処理炉に設置するまでの間に、運搬やハンドリングの影響により、再び不純物が熱処理用治具表面に付着するという問題があった。その場合、治具の表面汚染を除去する為の熱処理が再度必要となり、表面に付着した不純物が炉内に拡散する結果、その後にウェーハを熱処理する際に悪影響（ウェーハ汚染）を及ぼすことがあった。

また、特許文献２の発明については、酸化膜の表層部のみ除去して酸化膜の一部をボート表面に残存させて熱処理を行うものであるため、熱処理中、ボート表面に形成した酸化膜とウェーハが接触する部分において、ウェーハにクモリ等の異常発生や、両者の部分的な溶着によるウェーハの欠け、割れ等の発生する懸念がある。また、ボート表面に残存させた酸化膜がパーティクルとしてウェーハに悪影響を及ぼすことも懸念される。

本発明の目的は、熱処理用治具を洗浄した後に、熱処理用治具表面に付着する外部からの汚染物を可及的に低減できる熱処理用治具の清浄化方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、熱処理炉内で用いる治具を酸系の薬液で酸洗浄する工程と、酸洗浄した前記治具の表面に酸化膜を形成する工程と、還元性ガス雰囲気中で気相エッチングして前記酸化膜を除去する工程とを具える清浄化方法を用いれば、酸洗浄によって前記熱処理用治具表面に付着した不純物を効率的に除去できることに加えて、その後、酸化膜を形成することで酸洗浄後に熱処理用治具表面に付着した不純物を酸化膜中に取り込み、この不純物を取り込んだ酸化膜を気相エッチングにより除去することで、シリコンウェーハへの汚染を低減できることを見出した。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）熱処理炉内で用いる治具を酸洗浄する工程と、酸洗浄した前記治具の表面に酸化膜を形成する工程と、還元性ガス雰囲気中で気相エッチングして前記酸化膜を除去する工程とを有することを特徴とする熱処理用治具の清浄化方法。

（２）前記酸化膜の形成工程及び除去工程は、同一の熱処理炉内で行われる上記（１）記載の熱処理用治具の清浄化方法。

（３）前記酸化膜の膜厚が、0.5〜500nmの範囲である上記（１）又は（２）記載の熱処理用治具の清浄化方法。

（４）前記気相エッチングを、水素ガス、アルゴンガス又はこれらの混合ガス雰囲気で行う上記（１）、（２）又は（３）記載の熱処理用治具の清浄化方法。

（５）前記熱処理用治具は、少なくとも表面がSi、SiO₂又はSiCからなる上記（１）〜（４）のいずれか１項記載の熱処理用治具の清浄化方法。

この発明によれば、熱処理用治具を酸洗浄した後に、熱処理用治具表面に外部から付着する汚染物を可及的に低減できる熱処理用治具の清浄化方法の提供が可能となった。

本発明に従う熱処理用治具の清浄化方法の工程を示したフロー図である。本発明に従う熱処理用治具の酸化膜形成工程及び気相エッチング工程における不純物除去を示す概念図である。

本発明による熱処理用治具の清浄化方法について、図面を参照しながら説明する。

本発明の熱処理用治具の清浄化方法は、図１に示すように、熱処理炉内で用いる治具を酸系の薬液で酸洗浄する工程（図１(ａ)）と、酸洗浄した前記治具の表面に酸化膜を形成する工程（図１(ｃ)）と、還元ガス雰囲気中で気相エッチングして前記酸化膜を除去する工程（図１(ｄ)）とを有する。

上記構成を採用することで、酸洗浄工程によって、従来の酸洗浄と同様に、前記熱処理用治具表面に付着した不純物を効率的に除去することができる。そして、洗浄後の前記治具の表面に酸化膜を形成することで、図２に示すように、酸洗浄後に外部から治具１の表面に付着した不純物２（図２(ａ)）を酸化膜３中に取り込むことができ（図２(ｂ)）、その後、気相エッチングによって、酸化膜３とともに前記不純物２除去することができる（図２(ｃ)）。そのため、熱処理用治具を効率的に清浄化できることに加え、洗浄後の外部からの汚染についてもより効果的に低減できるという効果を奏する。

前記酸洗浄工程（図１(ａ)）は、熱処理炉内で用いる治具を酸系の薬液で酸洗浄する工程であり、具体的には、所定の酸溶液中に前記治具を浸漬させることなどによって、処理することができる。なお、前記酸系の薬液の種類としては、通常用いられているものであれば特に限定はしないが、例えば、HFやHNO₃等を含む溶液を用いることができる。

なお、前記熱処理用治具とは、熱処理炉内で用いられる治具のことであり、例えば、熱処理用ボート、サセプター、又はボートの下部に設置する熱反射治具等が挙げられる。また、前記熱処理用治具は、純度および耐熱性の観点から、少なくとも表面がSi、SiO₂又はSiCからなることが好ましい。

また、図１に示すように、前記酸洗浄工程（図１(ａ)）の後、酸洗浄した前記治具を、水洗して表面に付着した酸溶液を取り除き、水洗後に乾燥させる工程（図１(ｂ)）が行われるのが一般的である。

前記酸化膜形成工程（図１(ｃ)）は、酸洗浄した前記熱処理用治具の表面に酸化膜を形成する工程である。具体的には、前記熱処理用治具に施す熱酸化処理条件（ガス種、温度、時間など）を調整することにより熱処理用治具表面に形成する酸化膜厚みを制御することができる。
また、熱処理用治具表面に形成する酸化膜の厚みは薄くても厚くても構わない。０．５ｎｍ以上の厚みがあれば酸化膜内に不純物を確実に捕獲させることができる。なお、過度に酸化膜厚みを厚くするとその後の気相エッチングによる除去処理に多大な時間を要してしまうため、清浄化処理の効率向上の観点からは酸化膜の厚みを500ｎｍ以下の範囲に留めることが望ましい。

前記気相エッチング工程（図１(ｄ)）は、還元性ガス雰囲気中で気相エッチングすることにより、前記酸化膜形成工程で形成した酸化膜を除去する工程である。この工程によって、前記酸化膜とともに、該酸化膜中に取り込まれた不純物を除去することができる。また、気相エッチング処理であることから、エッチング除去された不純物はエッチングガスと共に系外に排気され、熱処理用治具に不純物が再付着することによる汚染を防止することができる。

また、前記気相エッチングは、水素ガス（H₂）、アルゴンガス（Ar）またはこれらの混合ガス雰囲気で行うことが望ましい。特に、酸化膜の除去効果が高い水素ガスを含むガス雰囲気中で気相エッチングすることが望ましい。なお、アルゴンガスは不活性ガスとして知られているが、高温度条件下では弱いながらも還元作用を有しており適用することができる。

なお、前記酸化膜の形成工程及び除去工程は、同一の熱処理炉内で行われることが好ましい。同一の熱処理炉内で前記酸化膜の形成工程及び除去工程を行えば、その後の外部からの不純物の付着がなく、確実に前記熱処理用治具の汚染を抑制することができることに加えて、効率的に酸化膜形成及びエッチング除去を行えるためである。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

（本実施例）
本実施例として、縦型熱処理炉で使用される縦型ウェーハボ−トを清浄化する実験を行った。具体的には、本実施例で用いた縦型ウェーハボ−トは、直径200mmのシリコンウェーハを積載可能なサイズのものであり、SiCを基材とし、その表面をCVD法でSiCコーティングしたものを使用した。このウェーハボートを熱処理炉内に配置する前に、ウェーハボートをHF 溶液（濃度：5％）で60分間浸漬させる洗浄処理を施し（図１(ａ)）た。HF洗浄したウェーハボートを水洗し、乾燥させた後（図１(ｂ)）、ウェーハボートを熱処理炉内に移送し、ドライ酸素雰囲気中で熱処理を施すことによりウェーハボート表面に酸化膜（膜厚：約1.2nm）を形成した（図１(ｃ)）。その後、ウェーハボートを水素とアルゴンの混合ガス雰囲気中（H₂：3.8％）で、炉内温度1200℃の条件で気相エッチングすることにより、ウェーハボート表面に形成した酸化膜の除去を行った（図１(ｄ)）。

（比較例）
比較例として、酸化膜形成工程（図１(ｃ)）及び気相エッチング工程（図１(ｄ)）を行わないこと以外は、本実施例と同様の条件でウェーハボートを処理した。

実施例及び比較例で清浄化処理を行った各ウェーハボートについて、実際に複数枚のシリコンウェーハを積載して熱処理を行い、熱処理後のウェーハ汚染度の評価を行った。具体的には、シリコンウェーハを積載した各ウェーハボートを熱処理炉内に投入した後、アルゴンガス雰囲気中で1200℃の温度で1時間の熱処理を行い、熱処理後の各ウェーハそれぞれについて、Fe濃度（／cm³）を表面光電圧法（ＳＰＶ：ＳｕｒｆａｃｅＰｈｏｔｏＶｏｌｔａｇｅ）により測定した。

その結果、比較例で処理された縦型ウェーハボートを使用して熱処理したウェーハのＦｅ濃度（Ave.）は、5×10¹⁰ｃｍ⁻³であり、非常に汚染量が多いものであったのに対し、本実施例で処理された縦型ウェーハボートを使用して熱処理したウェーハのＦｅ濃度（Ave.）は、1×10¹⁰ｃｍ⁻³であり、十分なFe汚染の低減効果が確認できた。これは、HF洗浄後、縦型ウェーハボートを熱処理炉へ設置するまでの間に付着したFeを含む不純物を有効に除去できたことによるものである。また、ウェーハボート表面に形成する酸化膜厚も1.2nmと非常に薄いため、短時間の気相エッチング処理で酸化膜を完全に除去することができた。

この発明によれば、効率的に熱処理用治具を洗浄できるとともに、洗浄した後に発生する外部からの汚染についても有効に低減できる熱処理用治具の清浄化方法を提供することが可能になった。

１治具
２不純物
３酸化膜

Claims

熱処理炉内で用いる治具を酸洗浄する工程と、酸洗浄した前記治具の表面に酸化膜を形成する工程と、還元性ガス雰囲気中で気相エッチングして前記酸化膜を除去する工程とを有することを特徴とする熱処理用治具の清浄化方法。
前記酸化膜の形成工程及び除去工程は、同一の熱処理炉内で行われる請求項１記載の熱処理用治具の清浄化方法。
前記酸化膜の膜厚が、0.5〜500nmの範囲である請求項１又は２記載の熱処理用治具の清浄化方法。
前記気相エッチングを、水素ガス、アルゴンガス又はこれらの混合ガス雰囲気中で行う請求項１、２又は３記載の熱処理用治具の清浄化方法。
前記熱処理用治具は、少なくとも表面がSi、SiO₂又はSiCからなる請求項１〜４のいずれか１項記載の熱処理用治具の清浄化方法。