JP2017168613A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理終了後のウェーハを冷却する際の金属汚染を防止し、且つ、ウェーハの帯電によるパーティクルの付着も同時に抑制することができる熱処理装置を提供する。【解決手段】ウェーハを熱処理するための熱処理チャンバーと、熱処理後のウェーハを冷却するための冷却チャンバーとを具備する熱処理装置であって、冷却チャンバー内に、ウェーハを載置する金属製の冷却ステージを有し、金属製の冷却ステージの上面に接触する導電性の非金属プレートを有し、導電性の非金属プレートはウェーハの下面に接触してウェーハを支持する熱処理装置。【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェーハに熱処理を行う熱処理装置に関する。

ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）炉のような枚葉式の熱処理装置においては、熱処理直後の高温のウェーハを直接、樹脂性の収納容器（例えば、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ−Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）など）に収納することができない。そのため、図４の（ａ）に示すように、高温のウェーハＷを冷却ステージ１０６に置き、十分にウェーハＷを冷却してから収納容器に回収する。冷却ステージ１０６の材質としては、熱伝導率が高いアルミニウム等の金属が用いられることが一般的である。また、図４の（ｂ）のように、ウェーハＷの搬送時には貫通穴１１０からリフトピン１１１が上昇し、ウェーハＷを持ち上げてから搬送を行うことができる。また、図４、５に示すように、冷却ステージ１０６としては、その内部に冷却水が流通する水冷部１１２を有する水冷式のものを使用することができる。

特開２００３−１４２５６２号公報 特開平８−３３９９４８号公報

しかしながら、上記のような金属製の冷却ステージを使用した場合に、ウェーハの裏面が金属汚染されるという問題がある。例えば、特許文献１、特許文献２には、冷却ステージとしてアルミニウム等の金属が用いられており、このような金属が熱処理後のウェーハと直接接触することにより金属汚染やパーティクルの発生といった問題が生じることが記載されている。また、これらの文献によれば、ウェーハ裏面と冷却ステージとの間に隙間を形成するようにウェーハを支持するための支持部材を設け、金属汚染の発生を防止することが記載されている。

しかし、ウェーハの金属汚染を上記のような方法で防止する場合であっても、冷却後のウェーハが帯電しているために、静電気によりウェーハに異物（パーティクル）が付着してしまうという問題もあった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、熱処理終了後のウェーハを冷却する際の金属汚染を防止し、さらに、ウェーハの帯電によるパーティクルの付着も同時に抑制することができる熱処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ウェーハを熱処理するための熱処理チャンバーと、熱処理後の前記ウェーハを冷却するための冷却チャンバーとを具備する熱処理装置であって、前記冷却チャンバー内に、前記ウェーハを載置する金属製の冷却ステージを有し、該金属製の冷却ステージの上面に接触する導電性の非金属プレートを有し、該導電性の非金属プレートは前記ウェーハの下面に接触して前記ウェーハを支持するものであることを特徴とする熱処理装置を提供する。

このように本発明の熱処理装置は、冷却チャンバー内で非金属プレートを加熱後のウェーハに直接接触させて支持するものであるので、金属汚染が起きることが無い。また、本発明で用いる非金属プレートは導電性を有するため、これにウェーハを接触させることで、冷却後のウェーハの帯電を抑制することができる。

このとき、前記導電性の非金属製プレートがＳｉＣからなるものであることが好ましい。

ＳｉＣは、低抵抗率のものを選択できるのに加えて、強度や加工性に優れるため、導電性の非金属プレートとして特に好ましい。

また、前記導電性の非金属製プレートの抵抗率が０．１Ωｃｍ以下であることが好ましい。

導電性の非金属製プレートを、抵抗率が０．１Ωｃｍ以下の低抵抗率のものとすれば、ウェーハの帯電をより十分に抑制することができ、静電気によるウェーハへのパーティクルの付着をより少なくできる。

また、前記導電性の非金属製プレートが、前記ウェーハに接触する面に溝が形成されているものであることが好ましい。

非金属製プレートのウェーハの下面と接触する面に溝が形成されていれば、ウェーハの下面との接触面積を低減することができる。その結果、ウェーハが非金属製プレートに軽く貼りつくことにより生ずる搬送トラブルを防止することができる。

また、本発明の熱処理装置は、さらに、前記ウェーハの搬入、搬出を行うためのロード・アンロード用ポートと、前記ウェーハを搬送するための搬送ロボットとを具備してもよい。

本発明の熱処理装置では、ロード・アンロード用ポートから装置内外へのウェーハの搬入出を行っても良く、また、ウェーハの搬送は搬送ロボットによって行っても良い。

本発明の熱処理装置であれば、熱処理終了後のウェーハを冷却する際の金属汚染を防止し、さらに、ウェーハの帯電によるパーティクルの付着も同時に抑制することができる。

本発明の熱処理装置の一例を模式的に示す概略上面図である。 本発明の熱処理装置の一例における冷却ステージ及び導電性の非金属プレートとそれらの周辺部分を示す概略断面図である。 本発明の熱処理装置の一例における冷却ステージを上方から見た時の断面図である。 従来の熱処理装置の冷却ステージ及びその周辺部分の概略断面図である。 従来の熱処理装置の一例における冷却ステージを上方から見た時の断面図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記のように、金属製の冷却ステージに直接高温のウェーハを接触させた場合に、ウェーハの裏面が金属汚染されるという問題がある。また、冷却後のウェーハが帯電しているために、静電気によりウェーハにパーティクルが付着してしまうという問題もあった。

そこで、本発明者らがこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、冷却ステージの上面に接触する導電性の非金属プレートを設け、該導電性の非金属プレートによりウェーハの下面からウェーハを支持すれば、ウェーハの金属汚染を防止でき、且つ、ウェーハの帯電も抑制できることを知見し、本発明を完成させた。

以下、図を参照して本発明の熱処理装置を説明する。

図１に示すように、本発明の熱処理装置１は、ウェーハＷを熱処理するための熱処理チャンバー２と、熱処理後のウェーハＷを冷却するための冷却チャンバー３とを具備している。また、熱処理装置１内へのウェーハＷの搬入、熱処理装置１外へのウェーハＷの搬出を行うためのロード・アンロード用ポート４と、ウェーハＷを搬送するための搬送ロボット５とを有していても良い。また、熱処理チャンバー２と冷却チャンバー３の間には開閉可能なゲートドア７を配置することができる。ロード・アンロード用ポート４には、ウェーハＷの取り出し、収納ができるＦＯＵＰ等の収納容器１４を設置しても良い。例えば、この収容容器１４から搬送ロボット５によりウェーハＷを熱処理チャンバー２へ搬送し、次いで熱処理が終了したウェーハＷを搬送ロボット５により冷却チャンバー３へ搬送し、最後に、冷却後のウェーハＷを搬送ロボット５により収容容器１４へ搬送することで、ウェーハの熱処理及び冷却を完了することができる。

冷却チャンバー３内には、ウェーハＷを載置する金属製の冷却ステージ６を有している。ここで、図２、３を参照して、冷却ステージ６及びその周辺部分について詳細に説明する。

図２に示すように、本発明の熱処理装置１は、金属製の冷却ステージ６の上面に接触する導電性の非金属プレート８を有する。この非金属プレート８は、図２の（ａ）のように、冷却するウェーハＷの下面に接触してウェーハＷを支持する。このように本発明の熱処理装置１は、非金属プレート８により加熱後のウェーハＷを接触支持し、金属製の冷却ステージ６はウェーハＷに接触させないので、ウェーハＷの金属汚染を防止できる。また、非金属プレート８は導電性を有するため、これにウェーハＷを接触させることで、ウェーハＷの帯電を抑制することができ、冷却後のウェーハＷにパーティクルが付着し難くなる。このように、本発明の熱処理装置１であれば、金属汚染の発生を防止しつつ、同時に、静電気によるウェーハＷへのパーティクルの付着を抑制できる。

非金属製プレート８の材質としては、非金属であり、かつ、導電性を有するものであれば特に限定されないが、これらを満たし、強度や加工性にも優れた低抵抗率のＳｉＣを用いることが好ましい。ＳｉＣ以外の材料としては、例えば、ＳｉやＧｅなどの半導体基板（単結晶又は多結晶）を用いることもできる。材質としてＳｉＣ等の非金属のものをプレートに用いても、導電性が無ければ本発明の効果は十分には得られない。ウェーハを支持する部材としてＳｉＣ等の非金属を用いることは従来もあった（例えば、特許文献１にＳｉＣが材質として例示されている）が、その導電性には着目されていなかった。

また、導電性の非金属製プレート８は、抵抗率が０．１Ωｃｍ以下であることが好ましく、０．０２Ωｃｍ以下とすることが特に好ましい。このような非金属製プレート８にウェーハＷを接触させることで、ウェーハＷの帯電をより十分に抑制することができる。

また、図２に示すように、非金属製プレート８は、ウェーハＷに接触する面に溝９が形成されていることが好ましい。このような溝９が形成されていれば、ウェーハＷの下面との接触面積が小さいため、ウェーハＷが非金属製プレート８に貼りつき難く、搬送トラブルを防止することができる。これは、貼りつきやすい両面研磨ウェーハに対して特に効果的である。

例えば、図２の（ｂ）のように、ウェーハＷの搬送時には、貫通穴１０からリフトピン１１が上昇し、ウェーハＷを持ち上げてから搬送を行うことができるが、このような搬送時に、上記の溝９を有していれば搬送トラブルを防止できる。

また、冷却ステージ６としては、図２、３のように、その内部に冷却水が流通する水冷部１２を有する水冷式のものを使用することができる。冷却ステージ６の材質としては、金属であればよく、特に限定されることは無いが、アルミニウムなどを用いることができる。

熱処理チャンバー２は、図１のように、ウェーハＷを加熱する加熱部１３を有するものとでき、この加熱部１３は、半導体ウェーハの熱処理に一般的に用いられている加熱手段とすれば良い。例えば、加熱手段はランプによるものなどを選択できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

下記の実施例、比較例１、及び比較例２の熱処理装置により、ウェーハの熱処理及び冷却を行い、ウェーハの金属汚染の有無、静電気量、パーティクルの付着量をそれぞれ評価した。評価用のウェーハとしては、直径：３００ｍｍ、方位：＜１００＞、導電型：ｐ型、抵抗率：１０Ωｃｍのシリコン単結晶ウェーハを準備した。

（実施例）
図１〜３に示すような本発明の熱処理装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハの熱処理及び熱処理後の冷却を行った。熱処理装置の冷却ステージはアルミニウム製とした。この冷却ステージは、熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ、抵抗率が２．８×１０^−８Ωｃｍであった。導電性を有する非金属製プレートはＳｉＣ製とした。また、表１に示すように、非金属プレートの熱伝導率が２３０Ｗ／ｍ・Ｋ、抵抗率が０．０２ΩｃｍであるＳｉＣを用いた。また、非金属製プレートの厚さを１ｍｍとした。また、冷却ステージ及び非金属製プレートは直径３００ｍｍの円盤型とした。

（比較例１）
非金属製プレートを具備しない、即ち、冷却ステージに熱処理後のシリコン単結晶ウェーハを直接載置して冷却を行うこと以外、実施例と同様の構成の熱処理装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハの熱処理及び熱処理後の冷却を行った。アルミニウム製の冷却ステージの熱伝導率は２３０Ｗ／ｍ・Ｋ、抵抗率は２．８×１０^−８Ωｃｍであった。

（比較例２）
非金属製プレートの材質を絶縁性の石英としたこと以外、実施例と同様の構成の熱処理装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハの熱処理及び熱処理後の冷却を行った。石英製の非金属製プレートの熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋ、抵抗率は１×１０^１８Ωｃｍ、厚さは１ｍｍであった。

表１に非金属プレートの特性と冷却ステージの特性をまとめたものを示す。

また、ウェーハの金属汚染の有無、静電気量、パーティクルの付着量は以下のように評価した。

（金属汚染評価）
まず、熱処理前のシリコン単結晶ウェーハにＳＣ１洗浄（アンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液による洗浄）及びＳＣ２洗浄（塩酸と過酸化水素水の混合水溶液による洗浄）を行った。

続いて、熱処理装置の熱処理チャンバー内で洗浄後のシリコン単結晶ウェーハをＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）処理した。この際の加熱温度は１０００℃、加熱時間は３０秒、雰囲気はＯ_２とした。

次に、熱処理終了後のシリコン単結晶ウェーハを冷却チャンバー内で冷却した。ここで、実施例、比較例２では、非金属プレート上にシリコン単結晶ウェーハを載置し冷却した。一方、比較例１では、アルミニウム製の冷却ステージ上にシリコン単結晶ウェーハを直接載置して冷却した。

シリコン単結晶ウェーハの冷却終了後、自動エッジハンドリング装置によりシリコン単結晶ウェーハの表裏を反転させ、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）により裏面の化学分析を行った。これにより、アルミニウム汚染量を測定した。

（静電気量評価）
まず、ＦＯＵＰに収納された２５枚のシリコン単結晶ウェーハを取り出し、ＳＣ１洗浄及びＳＣ２洗浄した。洗浄終了後、シリコン単結晶ウェーハをＦＯＵＰに回収した。

次に、自動ＦＯＵＰオープナーにてＦＯＵＰ扉をオープンし、洗浄後のシリコン単結晶ウェーハの静電気測定を行い、シリコン単結晶ウェーハに帯電が無いことを確認した。なお、静電気量はＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ ＦＩＥＬＤ ＭＥＴＥＲ（ＳＩＭＣＯ社製）により測定した。

続いて、２５枚のシリコン単結晶ウェーハを、熱処理装置の熱処理チャンバー内で、順に枚葉式ＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）処理した。この際の加熱温度は１０００℃、加熱時間は３０秒、雰囲気はＯ_２とした。

また、熱処理終了後のシリコン単結晶ウェーハを順次冷却チャンバー内で冷却した。ここで、実施例、比較例２では、非金属プレート上にシリコン単結晶ウェーハを載置し冷却した。一方、比較例１では、アルミニウム製の冷却ステージ上にシリコン単結晶ウェーハを直接載置して冷却した。

冷却が終了したシリコン単結晶ウェーハをＦＯＵＰに全て回収した後、自動ＦＯＵＰオープナーにてＦＯＵＰ扉をオープンし、前洗浄後のシリコン単結晶ウェーハの静電気測定を行った。

（パーティクル付着量評価）
まず、ＦＯＵＰに収納された２５枚のシリコン単結晶ウェーハを取り出し、ＳＣ１洗浄及びＳＣ２洗浄した。次に、洗浄終了後の各シリコン単結晶ウェーハの表面に付着する０．１６μｍ以上の異物（パーティクル）の量を測定した。パーティクルの量の測定には、Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｃｏｕｎｔｅｒ ＳＰ１（ＫＬＡ−ＴＥＮＣＯＲ社製）を使用した。

続いて、２５枚のシリコン単結晶ウェーハを、熱処理装置の熱処理チャンバー内で、順に枚葉式ＲＴＯ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）処理した。この際の加熱温度は１０００℃、加熱時間は３０秒、雰囲気はＯ_２とした。

また、熱処理終了後のシリコン単結晶ウェーハを順次冷却チャンバー内で冷却した。ここで、実施例、比較例２では、非金属プレート上にシリコン単結晶ウェーハを載置し冷却した。一方、比較例１では、アルミニウム製の冷却ステージ上にシリコン単結晶ウェーハを直接載置して冷却した。

次に、冷却後の各シリコン単結晶ウェーハの表面の０．１６μｍ以上のパーティクルの量を測定した。そして、各シリコン単結晶ウェーハにおけるパーティクルの増加量を、冷却後に測定したパーティクル量から洗浄後に測定したパーティクル量を減算することで算出し、２５枚のシリコン単結晶ウェーハのパーティクルの増加量の平均値を取った。

表２に、実施例、比較例１、２における金属汚染量、静電気量、パーティクル量の評価結果をまとめたもの示す。

表２からわかるように、実施例の熱処理装置で熱処理及び冷却を行った場合、シリコン単結晶ウェーハの裏面のアルミニウム汚染量は、０．１×１０^１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満となり、実施例のように非金属プレート上にシリコン単結晶ウェーハを載置して冷却した場合には、比較例１のようにシリコン単結晶ウェーハを金属製の冷却ステージに直接載置した場合に比べて金属汚染を極めて少なく抑制できることが確認された。また、実施例のように、非金属プレートを導電性とした場合、比較例２のように非金属プレートを絶縁性とした場合に比べて冷却後のシリコン単結晶ウェーハの静電気量を小さく抑制でき、パーティクルの付着量も極めて少なく抑制できることが確認された。このように実施例では、金属汚染が無く、パーティクルの付着も少ないシリコン単結晶ウェーハが得られた。一方で、比較例１、２では、金属汚染が有るか、又は、パーティクルの付着が多いシリコン単結晶ウェーハとなってしまった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…熱処理装置、 ２…熱処理チャンバー、 ３…冷却チャンバー、
４…ロード・アンロード用ポート、 ５…搬送ロボット、 ６…冷却ステージ、
７…ゲートドア、 ８…非金属プレート、 ９…溝、 １０…貫通穴、
１１…リフトピン、 １２…水冷部、 １３…加熱部、
１４…収納容器、 Ｗ…ウェーハ。

Claims (5)

1. ウェーハを熱処理するための熱処理チャンバーと、熱処理後の前記ウェーハを冷却するための冷却チャンバーとを具備する熱処理装置であって、
   前記冷却チャンバー内に、前記ウェーハを載置する金属製の冷却ステージを有し、
   該金属製の冷却ステージの上面に接触する導電性の非金属プレートを有し、該導電性の非金属プレートは前記ウェーハの下面に接触して前記ウェーハを支持するものであることを特徴とする熱処理装置。
2. 前記導電性の非金属製プレートがＳｉＣからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の熱処理装置。
3. 前記導電性の非金属製プレートの抵抗率が０．１Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置。
4. 前記導電性の非金属製プレートが、前記ウェーハに接触する面に溝が形成されているものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の熱処理装置。
5. さらに、前記ウェーハの搬入、搬出を行うためのロード・アンロード用ポートと、前記ウェーハを搬送するための搬送ロボットとを具備することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の熱処理装置。

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