JP5454152B2 - エピタキシャルウェーハの製造装置 - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造装置、特に、エピタキシャル炉と、該エピタキシャル炉から排出された排ガス中に含まれるシリコン化合物を除去するための排ガス処理手段と、前記エピタキシャル炉と前記排ガス処理手段とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置に関するものである。
一般的なエピタキシャルウェーハの製造方法としては、ＣＶＤ法が挙げられる。この方法は、所定のエピタキシャル炉の中でシリコン基板を高温に加熱した後、エピタキシャル炉内に所定のキャリアによってエピタキシャル成長用ガスを供給し、前記シリコン基板上での反応を通じて、シリコン単結晶からなるエピタキシャル膜を、堆積・成長させるというものである。また、前記エピタキシャル成長用ガスは、前記エピタキシャル炉内に供給された後、エピタキシャル炉と連結したガス管を通じて外部へと排出される。
ただし、前記エピタキシャル成長用ガス（例えば、シラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン等）は、毒性が強く、可燃性が高いことから、通常、スクラバー等の排ガス処理手段によって、処理された上で外部へと排出される。
ここで、前記エピタキシャル炉から排出されたエピタキシャル成長用ガス（以下、「排ガス」という。）は、その一部がガス管の内部において、液化又は固化することでシリコン化合物を生成し、堆積するという問題があった。堆積したシリコン化合物は、排出したガスの流れを阻害し、最終的にはガス管の内部全体を塞ぐ恐れや、固化したシリコン化合物等の何らかの反応で発生した物質が前記ガス管を逆流し、前記エピタキシャル膜表面に付着することで、汚染や欠陥を引き起こす恐れがある。
そのため、上述の問題を解決することを目的として、例えば特許文献１では、ガス管の内部において、半導体製造装置から排出された排ガスが液化したシリコン化合物を、排気配管に連結された側管に導き、そのシリコン化合物を不活性物質層を通過させた後に、水層に導くことで、水と反応させ、固体生成物を形成させるシリコン化合物の処理方法が開示されている。
また、特許文献２では、反応炉と、反応炉で発生する排ガスを散水タンク内で溶解処理するスクラバーとを備えており、該スクラバーは散水タンク内に排ガスを導入するガス導入管の内部に管軸方向に移動可能に挿入された管状の掻き出し部材を用いた管内清掃機構を装備するエピタキシャルウェーハの製造設備が開示されている。
また、特許文献２では、反応炉と、反応炉で発生する排ガスを散水タンク内で溶解処理するスクラバーとを備えており、該スクラバーは散水タンク内に排ガスを導入するガス導入管の内部に管軸方向に移動可能に挿入された管状の掻き出し部材を用いた管内清掃機構を装備するエピタキシャルウェーハの製造設備が開示されている。
しかしながら、特許文献１の方法では、ガス管内部に形成されたシリコン化合物を水層にまで導くことができた場合には、一定の効果を奏するものの、実際に前記シリコン化合物を水層へと導くことは困難であり、ガス管内部に堆積したシリコン化合物を十分に排出・除去できない。
また、特許文献２の設備では、前記シリコン化合物を除去するため掻き出し部材の制御が複雑になること、さらに、スクラバーに隣接したガス管部分についてはシリコン化合物を除去できるものの、その他の部分のガス管部分については内部に形成されたシリコン化合物を有効に除去できないことが問題である。
本発明の目的は、排ガスが移動するためのガス管の適正化を図ることによって、ガス管内部に堆積したシリコン化合物を、容易かつ確実に除去することができるエピタキシャルウェーハの製造装置を提供することにある。
本発明者らは、エピタキシャル炉と、該エピタキシャル炉から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段と、前記エピタキシャル炉と前記排ガス処理手段とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置について、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、前記ガス管を、冷却された前記排ガスが液状化したシリコン化合物を回収するための少なくとも１つのシリコン化合物捕獲手段を具え、前記エピタキシャル炉及び排ガス処理手段からそれぞれ前記シリコン化合物捕獲手段へ向かって下方に連続的に傾斜してなるようにすることで、シリコン化合物捕獲手段によって容易かつ確実にシリコン化合物の回収が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）エピタキシャル炉と、該エピタキシャル炉から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段と、前記エピタキシャル炉と前記排ガス処理手段とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、前記ガス管は、冷却された前記排ガスが液状化したシリコン化合物を回収するための少なくとも１つのシリコン化合物捕獲手段を具え、前記エピタキシャル炉及び排ガス処理手段からそれぞれ前記シリコン化合物捕獲手段へ向かって下方に連続的に傾斜してなることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。
（１）エピタキシャル炉と、該エピタキシャル炉から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段と、前記エピタキシャル炉と前記排ガス処理手段とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、前記ガス管は、冷却された前記排ガスが液状化したシリコン化合物を回収するための少なくとも１つのシリコン化合物捕獲手段を具え、前記エピタキシャル炉及び排ガス処理手段からそれぞれ前記シリコン化合物捕獲手段へ向かって下方に連続的に傾斜してなることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。
（２）前記シリコン化合物捕獲手段は、前記排ガスを冷却するための冷却手段を有する上記（１）記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
（３）前記冷却手段は、前記排ガスの温度が10〜30℃の範囲となるまで冷却を行う上記（２）記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
（４）前記ガス管は、２以上の管部材を連結部材で連結してなり、全箇所において実質的に同一の内径を有する上記（１）、（２）又は（３）記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
この発明によれば、ガス管内部に堆積したシリコン化合物を、容易かつ確実に除去することができるエピタキシャルウェーハの製造装置の提供が可能となった。
本発明によるエピタキシャルウェーハの製造装置について、図面を参照しながら説明する。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造装置は、図１に示すように、エピタキシャル炉１０と、該エピタキシャル炉１０から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段２０と、前記エピタキシャル炉１０と前記排ガス処理手段２０とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管３０とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置１である。なお、説明の便宜のため、図１に記載されたエピタキシャル製造装置の構成は、実際の装置の構成に比べて簡素化して示している。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造装置は、図１に示すように、エピタキシャル炉１０と、該エピタキシャル炉１０から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段２０と、前記エピタキシャル炉１０と前記排ガス処理手段２０とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管３０とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置１である。なお、説明の便宜のため、図１に記載されたエピタキシャル製造装置の構成は、実際の装置の構成に比べて簡素化して示している。
ここで、前記エピタキシャル炉１０とは、所望のエピタキシャル膜を成長させるための成長炉のことであり、炉内へエピタキシャル成長用ガス及びキャリアガスを導入し、基板上にエピタキシャル膜を成長させる。エピタキシャル炉１０の具体的な種類については、通常用いられているものであれば、特に限定はしない。例えば、図２(ａ)〜(ｃ)に示すように、ワークコイル１１１の上にドーナツ状のサセプタ１１２上に複数の基板１１３を載置する縦型エピタキシャル炉（図２(ａ)）や、多角錐台状のサセプタ１１４に複数の基板１１３を載置するシリンダ型のエピタキシャル炉（図２(ｂ)）、円盤状のサセプタ１１５に１枚の基板１１３を載置する枚葉型のエピタキシャル炉（図２(ｃ)）などを用いることが可能である。
また、前記エピタキシャル炉１０から排出される排ガスとは、エピタキシャル膜の成長のために用いられたエピタキシャル成長用のガスのことである。エピタキシャル成長用ガスについては、通常用いられるものであれば特に限定はせず、例えば、シラン、ジクロロシラン、トリクロロロシラン、テトラクロロシラン等を用いることができる。
また、前記排ガス処理手段２０とは、前記排ガス中に含まれる有害物質を除去するための手段である。その構成については、有害物質を有効に除去できるものであれば、特に限定はない。例えば、水などの液体を洗浄液として、前記排ガスに対して噴射したり、前記洗浄液に排ガスをくぐらせたりすることで前記有害物質を回収するスクラバーなどを用いることが可能である。
ここで、前記排ガス処理手段２０によって除去すべき有害物質とは、例えば、HCl、クロロシラン、B2H6等のことである。
本発明のガス管３０とは、前記エピタキシャル炉１０と前記排ガス処理手段２０とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつ配管のことである。そして本発明では、図１に示すように、前記ガス管３０は、冷却された前記排ガスが液状化したシリコン化合物４０を回収するための少なくとも１つのシリコン化合物捕獲手段３１を具え、前記エピタキシャル炉１０及び排ガス処理手段２０からそれぞれ前記シリコン化合物捕獲手段３１へ向かって下方に連続的に傾斜してなることを特徴とする。
上記構成を採用することで、前記配管３０の傾斜によって、容易に前記シリコン化合物４０を前記シリコン化合物捕獲手段３１へと導くことが可能となり、さらに、シリコン化合物捕獲手段３１によって前記シリコン化合物４０を確実に回収できる。
ここで、前記ガス管３０が下方に傾斜するとは、図１に示すように、前記ガス管３０が水平方向Ｅから重力方向へ向かって、所定の角度αだけ傾斜していることをいう。また、前記ガス管３０が下方に連続的に傾斜するとは、水平となる部分や、上方向へ向かって傾斜する部分が全くなく、前記ガス管３０のすべての部分について、角度αの大小に関わらず下方へ傾斜していることをいう。なお、図１のエピタキシャル製造措置は、前記シリコン化合物捕獲手段３１と前記エピタキシャル炉１０及び前記排ガス処理手段２０との位置関係をわかりやすくするために、実際の装置構成を簡略化して示している。
また、図３に示すように、前記ガス管３０は、その部分によって種々の傾斜角度（図３ではα１、α２、α３）を有するが、傾斜角度α１、α２、α３は、いずれも2〜90°の範囲であることが好ましい。傾斜角度が2°未満の場合、傾斜が十分でないため、前記配管３０中で発生したシリコン生成物４０を前記シリコン化合物捕獲手段３１へと導くことができない恐れがあるからである。
さらに、前記ガス管３０は、図４に示すように、２つ以上の管部材３２、３３を連結部材３４で連結してなるが、前記ガス管３０の全箇所において実質的に同一の内径を有する（Ｂ１＝Ｂ２）ことが好ましい。各管部材３２、３３の内径Ｂ１、Ｂ２が異なる場合、前記管部材３２、３３の連結部に前記シリコン化合物４０が堆積する恐れがあるからである。なお、前記管部剤３２、３３の外径Ａ１、Ａ２については特に限定はなく、その大きさが異なっても構わない。
ここで、図６は従来のエピタキシャルウェーハの製造装置を２０日間使用したときの、使用日数（日）と、エピタキシャル膜表面のFe−B濃度（atoms／cm3）及び製造装置の排圧（基準値100に対する指数で表示）との関係を示したものである。図６から、使用日数が経過するに連れて、Fe−B濃度及び排圧のいずれも増加することわかる。前記シリコン化合物４０が前記ガス管３０中に残存するため、ガス管の一部が何らかの反応によって腐食し、Feを含有する金属物質が前記エピタキシャル成長炉内へと逆流する結果、前記エピタキシャル膜表面に付着する恐れがある。そのため、本発明のように、前記シリコン化合物４０を確実に回収することができれば、上述の問題を解消できる。
本発明のシリコン化合物捕獲手段３１は、前記ガス管３０を通して、前記シリコン化合物４０を回収するための手段であり、具体的な構成については、確実に前記シリコン化合物４０を回収することができれば特に限定はしない。例えば、水を溜めたタンクを用い、前記シリコン化合物４０を該タンク内へ導き、タンク内で前記シリコン化合物４０の固体生成物を浮上させることによって回収を行うことができる。また、安全に前記シリコン化合物４０の処理を行う点から、前記ガス管３０と前記シリコン化合物捕獲手段３１の連結部は外気に触れることなく密閉空間であることが好ましい。
ここで、前記シリコン化合物４０とは、前記排ガスが冷却されることによって、液化された化合物である。エピタキシャル成長用ガスにトリクロロシランを用いた場合の、シリコン化合物４０（SixCly）が生成するメカニズムを以下に示す。
SiHCl3 → SiCl2＋HCl ・・・（１）
SiCl2＋2HCl → SixCly＋H2 ・・・（２）
このシリコン化合物４０が前記ガス管３０の内部に堆積することで、前記排ガスの流れを阻害したり、固化して前記エピタキシャル膜の表面付着や副生成物が何らかの反応で生じた物質でウェーハの汚染等の問題を引き起こしたりする。
SiHCl3 → SiCl2＋HCl ・・・（１）
SiCl2＋2HCl → SixCly＋H2 ・・・（２）
このシリコン化合物４０が前記ガス管３０の内部に堆積することで、前記排ガスの流れを阻害したり、固化して前記エピタキシャル膜の表面付着や副生成物が何らかの反応で生じた物質でウェーハの汚染等の問題を引き起こしたりする。
また、図５に示すように、前記シリコン化合物捕獲手段３１は、前記排ガスを冷却するための冷却手段３５を有することが好ましい。前記シリコン化合物４０は、前記排ガスが冷却されることによって生じることから、前記シリコン化合物捕獲手段３１を通過する前後に、前記排ガスを冷却する冷却手段３５を設ければ、効率的に前記シリコン化合物４０の回収が可能となるからであり、前記冷却手段３５を設けない場合、十分に前記シリコン化合物４０を回収できない恐れがある。
さらに、前記冷却手段３５は、前記排ガスの温度が10〜30℃の範囲となるまで冷却を行うことが好ましい。10℃未満の場合、前記排ガスの温度が低すぎるため、前記排ガスが固化し、前記シリコン化合物捕獲手段３１によって回収することができない恐れがあり、一方、30℃を超えると、前記排ガスの温度が高すぎるため、前記排ガスをシリコン化合物４０へと変えることができず、十分に前記シリコン化合物４０の回収ができない恐れがあるからである。なお、本発明では、前記排ガスの温度については、前記ガス管３０の温度を測定することによって得られる温度のことをいう。
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。
（実施例）
実施例として、図１に示すように、エピタキシャル炉１０と、該エピタキシャル炉１０から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段２０と、前記エピタキシャル炉１０と前記排ガス処理手段２０とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管３０とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置１を用いてエピタキシャルウェーハの製造を行った。
なお、前記ガス管３０は、冷却された前記排ガスが液状化したシリコン化合物４０を回収するためのシリコン化合物捕獲手段３１を２つ具え、前記エピタキシャル炉１０及び排ガス処理手段２０からそれぞれ前記シリコン化合物捕獲手段３１へ向かって下方に連続的に傾斜（2〜90°）してなり、前記ガス管３０の内径は、図４に示すように、全箇所において実質的に同一である。また、前記シリコン化合物捕獲手段３１は、図５に示すように前記排ガスの温度が10〜30℃の範囲となるまで冷却を行う冷却手段３５を有する。
実施例として、図１に示すように、エピタキシャル炉１０と、該エピタキシャル炉１０から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段２０と、前記エピタキシャル炉１０と前記排ガス処理手段２０とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管３０とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置１を用いてエピタキシャルウェーハの製造を行った。
なお、前記ガス管３０は、冷却された前記排ガスが液状化したシリコン化合物４０を回収するためのシリコン化合物捕獲手段３１を２つ具え、前記エピタキシャル炉１０及び排ガス処理手段２０からそれぞれ前記シリコン化合物捕獲手段３１へ向かって下方に連続的に傾斜（2〜90°）してなり、前記ガス管３０の内径は、図４に示すように、全箇所において実質的に同一である。また、前記シリコン化合物捕獲手段３１は、図５に示すように前記排ガスの温度が10〜30℃の範囲となるまで冷却を行う冷却手段３５を有する。
（比較例）
比較例として、前記ガス管３０が連続的に下方へ傾斜していないことと連続的に配管冷却し、液状化したシリコン化合物を回収するためのシリコン化合物捕獲手段31以外は、実施例と同様の条件のエピタキシャルウェーハの製造装置を用いてエピタキシャルウェーハの製造を行った。
比較例として、前記ガス管３０が連続的に下方へ傾斜していないことと連続的に配管冷却し、液状化したシリコン化合物を回収するためのシリコン化合物捕獲手段31以外は、実施例と同様の条件のエピタキシャルウェーハの製造装置を用いてエピタキシャルウェーハの製造を行った。
（評価方法）
（１）エピタキシャルウェーハの汚染について
実施例及び比較例によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜表面に付着した異物（主に、ガス管３０に堆積したシリコン化合物が固化し、ガス管３０を逆流してエピタキシャル膜表面に付着したもの）の量について、ＳＰ１（Spinner 1）を用いて、配管洗浄前後のＬＰＤ（0.25μm以上）の数を測定した。実施例の装置の使用期間（日）とロット内の最大ＬＰＤ数（個）との関係を示したグラフを図７、比較例の装置の使用期間（日）とロット内の最大ＬＰＤ数（個）との関係を示したグラフを図８に示す。
また、実施例及び比較例のエピタキシャルウェーハ製造を１年間行ったときの、各装置の排ガス配管の洗浄回数（回／年）を計測し、その結果を表１に示す。
（１）エピタキシャルウェーハの汚染について
実施例及び比較例によって製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜表面に付着した異物（主に、ガス管３０に堆積したシリコン化合物が固化し、ガス管３０を逆流してエピタキシャル膜表面に付着したもの）の量について、ＳＰ１（Spinner 1）を用いて、配管洗浄前後のＬＰＤ（0.25μm以上）の数を測定した。実施例の装置の使用期間（日）とロット内の最大ＬＰＤ数（個）との関係を示したグラフを図７、比較例の装置の使用期間（日）とロット内の最大ＬＰＤ数（個）との関係を示したグラフを図８に示す。
また、実施例及び比較例のエピタキシャルウェーハ製造を１年間行ったときの、各装置の排ガス配管の洗浄回数（回／年）を計測し、その結果を表１に示す。
（２）排ガス処理手段にかかる負荷について
実施例及び比較例のエピタキシャルウェーハ製造装置の使用を１年間行ったときの、排ガス処理手段２０（スクラバー）の洗浄回数（回／年）を計測し、その結果を表１に示す。なお、洗浄回数については、回数が少ないほどスクラバーがクリーンな状態で作動しており、排ガス処理手段２０（スクラバー）にかかる負荷が少ないことがわかる。
実施例及び比較例のエピタキシャルウェーハ製造装置の使用を１年間行ったときの、排ガス処理手段２０（スクラバー）の洗浄回数（回／年）を計測し、その結果を表１に示す。なお、洗浄回数については、回数が少ないほどスクラバーがクリーンな状態で作動しており、排ガス処理手段２０（スクラバー）にかかる負荷が少ないことがわかる。
図７及び図８から、実施例で製造されたウェーハは、比較例で製造されたウェーハに比べてＬＰＤの数が少なく、ガス管に堆積したシリコン化合物に起因した汚染が低減されていることがわかる。
また、表１から、実施例の装置を用いてエピタキシャルウェーハの製造を行った場合、比較例に比べて、ガス管の洗浄回数が大幅に少なく、シリコン化合物を有効に回収できていることがわかる。
さらに、表１から、実施例では、スクラバーの洗浄回数が比較例に比べて少ないため、シリコン化合物を有効に回収できており、それによって有害物質を除去するための排ガス処理手段にかかる負荷を低減できることがわかる。
また、表１から、実施例の装置を用いてエピタキシャルウェーハの製造を行った場合、比較例に比べて、ガス管の洗浄回数が大幅に少なく、シリコン化合物を有効に回収できていることがわかる。
さらに、表１から、実施例では、スクラバーの洗浄回数が比較例に比べて少ないため、シリコン化合物を有効に回収できており、それによって有害物質を除去するための排ガス処理手段にかかる負荷を低減できることがわかる。
この発明によれば、ガス管内部に堆積したシリコン化合物を、容易かつ確実に除去することができるエピタキシャルウェーハの製造装置を提供することが可能になった。
１ エピタキシャルウェーハの製造装置
１０ エピタキシャル炉
２０ 排ガス処理手段
３０ ガス管
３１ シリコン化合物捕獲手段
３２、３３ 管部材
３４ 連結部材
３５ 冷却手段
４０ シリコン化合物
１１１ ワークコイル
１１２、１１４、１１５ サセプタ
１１３ 基板
１０ エピタキシャル炉
２０ 排ガス処理手段
３０ ガス管
３１ シリコン化合物捕獲手段
３２、３３ 管部材
３４ 連結部材
３５ 冷却手段
４０ シリコン化合物
１１１ ワークコイル
１１２、１１４、１１５ サセプタ
１１３ 基板
Claims (4)
- エピタキシャル炉と、該エピタキシャル炉から排出された排ガス中に含まれる有害物質を除去するための排ガス処理手段と、前記エピタキシャル炉と前記排ガス処理手段とを連結し、前記排ガスが移動するための密閉空間をもつガス管とを具えるエピタキシャルウェーハの製造装置であって、
前記ガス管は、冷却された前記排ガスが液状化したシリコン化合物を回収するための少なくとも１つのシリコン化合物捕獲手段を具え、前記エピタキシャル炉及び排ガス処理手段からそれぞれ前記シリコン化合物捕獲手段へ向かって下方に連続的に傾斜してなることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。 - 前記シリコン化合物捕獲手段は、前記排ガスを冷却するための冷却手段を有する請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
- 前記冷却手段は、前記排ガスの温度が10〜30℃の範囲となるまで冷却を行う請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
- 前記ガス管は、２以上の管部材を連結部材で連結してなり、全箇所において実質的に同一の内径を有する請求項１、２又は３に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
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