JP2007281030A - シリコンウェーハの保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコンウェーハの裏面を保持した際のウェーハの撓みを防止するとともに、シリコンウェーハの裏面を保持した際の支持部材との接触傷の発生を低減できるシリコンウェーハの保持方法の提供にある。
【解決手段】 直径３００ｍｍ以上、かつその厚みが７００μｍ〜１０００μｍのシリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持し、シリコンウェーハの中心から、シリコンウェーハの半径×０．５０〜０．８０の領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持する。ウェーハ面内の最大変位量が３００μｍ以下の状態で保持する。シリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持する全ての工程において、前記保持領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持して処理を行う際のシリコンウェーハの保持方法に関する。

シリコンウェーハを製造する各工程において、シリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持して処理を行う工程が多数存在する。例えば、シリコンウェーハの搬送工程や、その他、縦型ボートを使用した熱処理工程、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程、枚葉式エピタキシャル成長工程、ＳＯＩ熱処理工程など、数多くの熱処理工程においてシリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持した状態で各種プロセスが行われている。

特に、シリコンウェーハの搬送工程にあっては、近年、ＳＥＭＩ規格に準拠したＦＯＵＰ（ＦｒｏｎｔＯｐｅｎ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ：フロント・オープニング・ユニファイド・ポッド）などの次世代ウェーハ収納容器を配置した熱処理装置やエピタキシャル装置の使用等も盛んとなり、ごく限られた狭い空間領域内で収納容器〜装置間のウェーハ搬送が行われており、ウェーハ裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持してウェーハ搬送を行う場合に、ウェーハと装置内構造品とが接触しないように細心の注意を払わなければならない状況になってきている。

一方、特許文献１に見られるように、ウェーハの裏面を吸着部材等で保持せずに、シリコンウェーハの外周部のみを保持（エッジハンドリング）することが報告されている。

特開２００２−３３３７８号公報

これまで、直径２００ｍｍ以下のシリコンウェーハの搬送では、ウェーハ径も小径であることから、搬送時にウェーハ自重によってウェーハが撓むといったような問題はなく、ハンドリングの容易性から、主にウェーハ裏面部を吸着部材により保持することが行われていたが、近年、ウェーハの大口径化も進み、直径３００ｍｍ以上、特に直径４５０ｍｍのシリコンウェーハの裏面部を保持して搬送を行った場合には、ウェーハが撓む可能性が高い。加えて、ウェーハの裏面を保持する位置は、シリコンウェーハ製造メーカー、半導体装置製造メーカー、デバイスメーカー各社それぞれが任意に設定したウェーハ裏面部を保持していたため、１枚のシリコンウェーハの裏面は各工程にて様々な裏面位置で接触保持されるため、吸着部材等との接触傷がウェーハ裏面の様々な箇所において発生してしまい、接触傷によるパーティクル付着を誘発し、後のデバイス工程で実施されるリソグラフィー作成時にウェーハ表面に段差が生じるなどの悪影響をもたらす問題があった。

今後、直径３００ｍｍ以上、特に直径４５０ｍｍのシリコンウェーハにあっては、更に微細化された世代でのデバイスが製造されるため、ウェーハ裏面と吸着部材等との接触傷を可能な限り少なくすることが必要であり、シリコンウェーハのエッジハンドリングの採用が避けられない状況になってきている。

しかしながら、直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハをエッジハンドリングするとウェーハの自重増加によりウェーハが大きく撓んでしまうという問題がある。特に直径４５０ｍｍのシリコンウェーハをエッジハンドリングすると、室温でのウェーハ自重による変位量が１ｍｍ前後となり、熱プロセス終了後の高温のシリコンウェーハを搬送する場合には、ウェーハ面内の温度差が大きくなることからそれ以上のウェーハ変形が発生する可能性が高い。このため、撓んだウェーハが装置内構造品や収納容器などと接触してしまい、メタル汚染や傷、クラックなどが発生する恐れがあり、これを解消するには装置が大型化してしまう問題がある。また、大口径ウェーハのエッジハンドリングは非常に保持が不安定であり、ウェーハ搬送中にウェーハが脱落する可能性がある。更に、エッジハンドリングによってエッジ部に接触傷を発生させてしまうと、それを起点にウェーハ外周部から中央部に向けてスリップ転位などが発生する問題もある。

本発明の目的は、ウェーハの変位量を低減でき、ウェーハ搬送時のトラブルが少なく、かつ各プロセスで熱処理を行った場合でもスリップの発生を抑えることのできるシリコンウェーハの保持方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明者はシリコンウェーハ裏面部の保持位置とウェーハ面内の変位量との関係に着目し、鋭意検討を行い本発明を完成させた。

本発明は、直径３００ｍｍ以上、かつその厚みが７００μｍ〜１０００μｍのシリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持し、シリコンウェーハの中心から、シリコンウェーハの半径×０．５０〜０．８０の領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持することを特徴とするものである。

本発明は、裏面保持されるシリコンウェーハは、ウェーハ面内の最大変位量が３００μｍ以下の状態で保持されることを特徴とするものである。ここで、ウェーハ面内の最大変位量とは、室温状態のウェーハを前提として、有限要素法を用いて算出した値である。

本発明は、シリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持する全ての工程において、前記領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持することを特徴とするものである。

本発明によれば、３００ｍｍ以上、特に４５０ｍｍの大口径ウェーハであっても、ウェーハ面内の最大変位量が極めて小さくなるように設定された特定領域のウェーハ裏面部を支持部材あるいは吸着部材で保持するものであることから、大口径ウェーハをエッジハンドリングしたときのようなウェーハの撓みの問題を解消することができる。すなわち、撓んだウェーハが装置内構造品等と接触することによるメタル汚染、傷、クラック発生などの二次的弊害を防止することができ、極めて高品質なシリコンウェーハを製造することができる。しかも、ウェーハの撓みを考慮した装置の大型化を図る必要もなく、搬送速度も向上するので生産コスト低減にも寄与する。

本発明のシリコンウェーハの保持方法は、直径３００ｍｍ以上、かつその厚みが７００μｍ〜１０００μｍのシリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持してシリコンウェーハの処理を行う際に、シリコンウェーハの中心から、シリコンウェーハの半径（ｒ）×０．５ｒ〜０．８ｒの領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持するものである。図１は本発明のウェーハ裏面保持領域を模式的に示す図である。ウェーハ１中の裏面保持領域２の範囲内でウェーハを保持することにより、ウェーハ面内の最大変位量を可及的に低減することができる。保持領域が０．５ｒ未満の領域で保持するとウェーハ外周部で撓みを生じ易く、０．８ｒ超の領域で保持するとウェーハ中央部で撓みを生じてしまう。ただし、本発明で規定する保持領域内で保持する場合であっても、シリコンウェーハの厚みが７００μｍ未満では変位量が大幅に増加してしまうことから、ウェーハの厚みは厚いほど好ましいが、製造コストを考慮すると厚み１０００μｍ以内に止めることが望ましい。

本発明のシリコンウェーハの保持方法は、ウェーハ面内の最大変位量が３００μｍ以下の状態で保持するものである。ウェーハの変位量はウェーハの熱環境によってその値は異なり、ウェーハ面内に温度差が発生するほどその変位量は増加することになる。本発明で規定するウェーハ面内の最大変位量は室温状態のウェーハを前提に算出した値ではあるが、本発明で規定する変位量内であれば、１０００℃以上の熱環境プロセスに適用してもウェーハに撓みを生じることはない。

本発明のシリコンウェーハの保持方法は、シリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持する全ての工程において、前記領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持するものである。本発明では、シリコンウェーハの裏面部を保持するものであることから、ウェーハ裏面と支持部材との接触保持による傷の発生が懸念されるが、ウェーハを裏面保持する全ての工程で同一領域を接触保持することにより、接触傷の発生箇所がごく限られた特定領域内に限定され、裏面チャックによる傷やパーティクル付着が最小限に抑えることができる。特に、ウェーハ製造メーカー、半導体装置メーカー、デバイスメーカー各社がそれぞれ、本発明で規定するリング状の最小面積の領域で保持することを標準化することにより、接触傷の発生箇所がより特定領域内に限定され、裏面チャックによる傷やパーティクル付着を可及的に低減することができる。しかも、本発明によれば接触傷の発生領域が特定されるため、例えば、デバイスにおけるリソグラフィー製作時にはあっては、接触傷発生領域のみをピンチャックなどで保持しないようにウェーハを保持すれば、接触傷発生領域において段差発生を生じず、ウェーハ表面へのパターン形成に悪影響を及ぼすことがない。

本発明が対象とするウェーハの裏面を接触保持する工程としては、各工程間のウェーハ搬送工程、ウェーハ収納容器と熱処理装置間の搬送工程、縦型ボートを使用した熱処理工程、ＲＴＡ熱処理工程、酸化熱処理工程、枚葉式エピタキシャル成長工程、ＳＯＩ熱処理工程、ＳＩＭＯＸ熱処理工程、収納容器などが挙げられるが、これらに限定されるものではなく、シリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持して処理を行う全て工程において、本発明の保持方法を適用することができる。特に、シリコンウェーハを水平状態に保ちながら処理を行う工程において有効である。

図２は、本発明で規定する保持領域を接触保持する吸着部材の好ましい形態を示す模式図である。図２（ａ）〜（ｅ）は何れも、ウェーハ１の裏面を吸着部材３に設けた吸着部３aで吸着保持（チャッキング）するものであり、その形状は、リング状（図２（ａ））、円弧状（図２（ｂ）、（ｃ））、点支持（図２（ｄ）、（ｅ））など、ウェーハを周方向に均一に支持あるいは吸着する構造が望ましく、吸着部材・支持部材として望ましい材質としては、石英、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化珪素、シリコン含浸炭化珪素などが挙げられる。どの形状、どの材質を採用するかは対象とする工程の熱環境に応じて適宜選定すればよい。

以下に本発明の実施例を説明する。
直径４５０ｍｍのシリコンウェーハの保持位置およびウェーハ厚みによって、どの程度ウェーハ面内の最大変化量が変化するのか、図３（ａ）〜（ｅ）に示す支持部材形状それぞれについて、有限要素法を用いて調査した。その結果を図４に示す。

図３（ａ）は、本発明例１として、ウェーハ半径（ｒ）の０．６５ｒ〜０．７０ｒの領域を支持するリング形状支持部材であり、図３（ｂ）は、本発明例２として、ウェーハ半径（ｒ）の０．６５ｒの領域を３点支持する支持部材であり、図３（ｃ）は、比較例１として、エピタキシャル成長装置内で使用されるウェーハ搬送ブレード（外周部４点支持）であり、図３（ｄ）は、比較例２として、エピタキシャル成長装置ロードロック室内でウェーハを待機保持する保持具（外周部４点支持）であり、図３（ｅ）は、比較例３として、縦型熱処理ボート（外周部４点支持）である。

図４から明らかなように、本発明で規定するウェーハ裏面保持領域内で保持した本発明例１、２の最大変位量は、全て２００μｍ以下であり、３点支持であってもリング支持であっても大幅な低減効果が確認された。

本発明のシリコンウェーハの保持方法によれば、３００ｍｍ以上の大口径ウェーハ裏面を保持しても、ウェーハ面内の最大変位量が極めて小さいため、ウェーハが撓むことはなく、装置構造品等と接触することによるメタル汚染、傷、クラック発生などの二次的弊害を防止することができる。また、装置を大型化する必要もなく、搬送速度も向上するため、低コストでウェーハを製造することができる。このため、本発明で保持されたシリコンウェーハは安価でデバイス特性不良を生じないウェーハとして有効に機能する。

本発明の実施の形態におけるウェーハ裏面保持領域を示す模式図である。 本発明の保持方法に好適に使用されるウェーハ保持部材を示す模式図である。 本発明の実施例におけるウェーハ変位量を調査した各種ウェーハ支持部材を示す模式図である。 本発明の実施例における各種ウェーハ支持部材のウェ−ハ変位量を示すグラフである。

符号の説明

１ シリコンウェーハ
２ ウェーハ裏面保持領域
３ ウェーハ吸着部材
３ａ ウェーハ裏面と接触するウェーハ吸着部

Claims (3)

1. 直径３００ｍｍ以上、かつその厚みが７００μｍ〜１０００μｍのシリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持し、シリコンウェーハの中心から、シリコンウェーハの半径×０．５０〜０．８０の領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持することを特徴とするシリコンウェーハの保持方法。
2. 前記シリコンウェーハは、ウェーハ面内の最大変位量が３００μｍ以下の状態で保持され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保持方法。
3. シリコンウェーハの裏面部を支持部材あるいは吸着部材で接触保持する全ての工程において、前記保持領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンウェーハの保持方法。

Images