JP2003051461A - 半導体ウェハの高温高圧処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パーティクル、金属汚染をより確実に減少し
た半導体ウェハの処理装置を提供する。 【解決手段】 ウェハ９を処理室に５に対して出し入れ
するための開口を有する圧力容器２と、前記開口を開閉
する蓋部材４と、この蓋部材４と前記圧力容器２との界
面をシールして圧力保持するためのシール部材４Ａと、
このシール部材４Ａ側のガス流路と前記処理室５とを隔
離する隔離手段１２と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＳｉウェハに代表さ
れるＵＬＳＩ半導体を高温・高圧の雰囲気下で処理する
ための装置に関するものであり、とくに、１枚〜２５枚
以下の小ロットでの半導体ウェハを短時間で処理するた
めの装置に関するものである。とくに、ＰＶＤ法や電解
メッキ法、ＣＶＤ法などにより銅合金配線膜を形成した
ウェハを不活性ガス圧により加圧処理するいわゆる配線
膜の加圧埋込み法（高圧リフロープロセス）など、主と
して不活性ガスの圧力により、気孔（ボイド）を除去す
るような処理に用いられる装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェハの製造プロセスとしてガス
圧加圧処理を含むようなプロセスの例としては、ＰＶＤ
法によりアルミ合金配線膜を形成したウェハを不活性ガ
ス圧により加圧処理するいわゆる配線膜の加圧埋込み法
（高圧リフロープロセス：特開平２−２０５６７８号公
報，特開平３−２２５８２９号公報，特開平７−１９３
０６３号公報）が知られている。また、数１０気圧レベ
ルまでの高圧ガスを用いる半導体の処理プロセスとして
は、Ｓｉウェハの表面を酸化させて絶縁体層を形成する
高圧酸化プロセスが知られている。この場合には、処理
の目的が酸化であることから、圧力媒体には必然的に酸
素もしくは水が混合される。

【０００３】前者の場合に用いられる装置としては、半
導体ウェハを一枚ずつＰＶＤ処理しては高圧処理を行う
いわゆる枚葉式のクラスターツール型装置が公知であ
り、特開平７−１９３０６３号公報（当該公報の図６参
照）に示すようにロック室に装入されたウェハをコアチ
ャンバ内の運搬アームにより、コアチャンバの周囲に設
けられた一連の処理用モジュールに順次移動させて処理
が行われる構成で、モジュールの一つとして加圧処理モ
ジュールが直接コアチャンバに装着されたものが提案さ
れている（従来技術１）。この加圧モジュールのより詳
細な構造の例については、同じ出願人により、特開平７
−５０２３７６号公報に示すようなものが提案されてい
る（従来技術２）。

【０００４】近年、先に述べた枚葉式の装置では、圧力
容器（処理容器）の開閉部分のシール構造や材料等を始
め、各部品は非常に苛酷な状況で使用されることにな
り、安全性、信頼性の確保は非常に困難である。又、ウ
ェハの大形化に伴い、ロット単位でのウェハ管理が行わ
れ、２５枚、あるいは２５の倍数である、２５、５０、
１００枚を１ロットとした製品の品質管理が行われてい
る。このような時代の流れに呼応したいわゆるバッチ式
の半導体ウェハの高温高圧処理装置を本出願人は提案し
た（特開２０００−２６９２２４号参照）。

【０００５】この提案の従来技術３は、高温高圧ガスが
非常に自然対流を生じ易く、均熱化しやすいという特性
に着目しなされたものである。すなわち、「ウェハ状の
半導体材料を圧力容器内の処理室に装填して、高温高圧
のガス雰囲気下で処理を行う半導体ウェハの高温高圧処
理装置において、下部にウェハを出入れするための開口
を有する圧力容器と、前記下部開口を開閉するために昇
降自在に設けられた下蓋と、前記下蓋上にウェハを設置
・取出しするための移送手段とを備え、前記処理室内の
ウェハを加熱するためのヒータが、前記下蓋とともに昇
降自在となるように当該下蓋に設けられていることを特
徴とする半導体ウェハの高温高圧処理装置。」であっ
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術１，２のよう
な枚葉式の装置については、本発明によるいわゆるバッ
チ式の装置とは、処理の形態が異なるため、装置の構造
としての欠点よりも、処理そのものに起因する問題点の
方が大きい。すなわち、ウェハを一枚ずつ処理し、かつ
同時並行的に進められるＰＶＤ処理とのサイクルタイム
が同程度でなければならないという必然性から、短サイ
クルで、数万回／月を越えるような運転を行わねばなら
ない。

【０００７】このために、容器の開閉部分のシール構造
や材料等を始め、各部品は非常に苛酷な状況で使用され
ることとなり、安全性や処理の信頼性の確保はかなり困
難と言わざるをえない。とくに、配線膜の加圧埋込処理
を例にとれば、近年、配線膜材料が従来のＡｌから銅に
変わりつつあり、銅配線膜を加圧埋込処理する場合に
は、１００ＭＰａ以上、３５０〜４００℃という低温度
で処理する場合には１５０ＭＰａと言った高圧力が必要
となり、装置の疲労寿命の観点から、枚葉式の装置で必
要とされる１，０００，０００回をこえるような十分な
装置寿命を持たせることは設計的に困難という問題があ
る。

【０００８】従来技術３（特開２０００−２６９２２４
号）は、小ロット（２５枚程度まで）のバッチ式の装置
である。このようなバッチ式装置では前後の工程とは独
立に操業可能であり、前記枚葉式のような短サイクル運
転のような時間的制約は少ない。一方、このような半導
体材料の処理装置において重要なこととしてパーティク
ル、金属汚染等がないことがあげられる。特に、高圧ガ
スのシール部分からのパーティクル、金属汚染は前記シ
ール部の構造（機構）として、シール材と相手材（例え
ば圧力容器）とが接触し、擦れることにより高圧のガス
を気密に保持させねばならないためにパーティクルや金
属汚染の発生源となり得るにも拘らず前述した従来技術
３においては、シール部（シール部材）から発生するパ
ーティクル・金属汚染等について配慮されていないもの
であった。

【０００９】これは、半導体の集積回路は大規模化し、
その集積度の増加に伴って半導体ウェハに刻まれる回路
パターンの線幅はサブミクロンにまで微細化が進んでい
る現状を加味すれば、パーティクルの付着、金属汚染等
は重要な課題となっているのである。本発明は、パーテ
ィクルの付着、金属汚染等を防止（阻止）できるように
した半導体ウェハの高温高圧処理装置、とりわけ、バッ
チ式の処理装置を提供することが目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウェハ状の半
導体材料を圧力容器内に画成した処理室に装入し、高温
高圧のガス雰囲気下で処理を行う半導体ウェハの高温高
圧処理装置において、上記目的を達成するために以下の
技術的手段を講じた。すなわち、請求項１に係る本発明
は、ウェハを前記処理室に対して出し入れするための開
口を有する圧力容器と、前記開口を開閉する蓋部材と、
この蓋部材と前記圧力容器との界面をシールして圧力保
持するためのシール部材と、このシール部材側のガス流
路と前記処理室とを隔離する隔離手段と、を備えている
ことを特徴とするものである。

【００１１】このような構成を採用したことにより、パ
ーティクル、金属汚染が懸念されるシール部を被処理品
であるウェハ状の半導体材料が装入される処理室と隔離
することができ、より信頼性の高い高温高圧ガス雰囲気
下での処理が可能となったのである。前述した請求項１
において、前記蓋部材は下蓋であり、この下蓋が圧力容
器の下部に形成した開口を相対的な昇降動作で開閉自在
とされており、前記シール部材はこの下蓋と圧力容器と
の界面をシールして圧力保持すべく備えられ、前記隔離
部材は処理室とシール部材との間に配設されていること
が推奨される（請求項２）。

【００１２】更に、前記隔離部材（隔離手段）にはフィ
ルタを具備させることが好ましい。すなわち、高圧のガ
スにより処理室側とシール部材側に差圧が生じ圧力容器
内の部材が破損しないために前記処理室とシール部材側
のガス流路を連通するガス流通路が備えられ、このガス
流通路にフィルタが備えられていることが推奨される
（請求項３）。このように構成することで、シール部材
より発生したパーティクルを前記フィルタにより捕捉
し、処理室側に流入しないようにすることができるので
ある。

【００１３】更に、前述した請求項３において、フィル
タを備えているガス流通路は、処理室とシール部材との
間に配設されていることが推奨される（請求項４）。ま
た、前記隔離部材が可撓性（弾性）を具備し、下蓋の上
昇および下降に伴い変形可能な部材、構造であることが
望ましい。すなわち、隔離手段は筒形状であり、蓋部材
の開閉動作に追従して接離自在とされていることが推奨
される（請求項５）。このように構成することで、被処
理品であるウェハ状の半導体材料を装入した後、下蓋上
昇により圧力容器内へ装着する際、接触面を確実かつ衝
撃なく装着することができるのである。

【００１４】更に、隔離手段は、圧力容器内で処理室を
画成する倒立コップ形状の部材（断熱筒体、断熱構造
体）の下部と、前記開口を開閉自在とする下蓋とのいず
れか一方に装着されており、他方に対してシール部材を
介して接離自在とされていることが推奨される（請求項
６）。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。図１は、本発明による半
導体用の高温高圧処理装置１の一例を断面で示してい
る。図１において、上下に開口を有する円筒形に構成さ
れた圧力容器２の上・下開口に蓋部材としての上蓋３お
よび下蓋４がシール部材３Ａ、４Ａを介して挿入、設置
され、圧力容器（処理容器）２の内部に処理室５が画成
されている。また、圧力容器内の処理室に高圧ガスを導
入した際に加わる軸力はプレスフレーム（図示せず）に
より支持されるようになっている。

【００１６】上蓋３の下側には高温のガス（処理ガスで
あり、アルゴン等の不活性ガス）を断熱するための部材
（断熱構造体）６が設置され、中心部には高圧ガス導入
孔７を通じて導入される高圧ガスが通じる孔６Ａが設け
られている。該孔６Ａの終端にはガス分散板８が設けら
れ、孔６Ａから処理室５に導入されたガスを平面方向
（径方向外方）に分散させて処理室５に吹き込む構造と
なっており、高速加圧時に半導体ウェハの移動（躍り）
を防止している。断熱構造体６は金属又は石英又はセラ
ミックスなどの材料で作成されており、椀状又は倒立コ
ップ形状に構成されたものを間隔を設けて数艘重ねあわ
せた構造となっていて、この断熱構造体（断熱筒体）６
で実質的に処理室５を画成している。

【００１７】下蓋４上には、半導体ウェハ９を加熱する
ためのヒータ１０、ウェハ９を棚板状として複数枚（例
えば２５枚）支持するためのウェハ支持具（図示せず）
などが設置され、下蓋とこれら部材の空間には熱が下蓋
４に伝わるのを抑制するとともに、接続用の電極等を収
納するシールドブロック１１が設置されている。本実施
例の場合、ヒータ１０は内外２つに分割（１０Ａ、１０
Ｂ）され、均熱性確保の点からヒータ１０を複数のゾー
ンに分割し、投入電力を独立に抑制することが推奨され
る。

【００１８】高圧ガスのシール部材３Ａ、４Ａは、一般
的にはＯ−リング、Ｕ−パッキン等が用いられるが、高
圧の場合これらのシール部材に加えてバックアップリン
グも同時に用いられることが推奨される。これらのシー
ル部材３Ａ、４Ａはそのガスを気密に保つという役割
上、圧力容器２及び上蓋３又は下蓋４との界面に接触し
て当該界面を圧力保持するためシールする必要がある。
このことは、すなわちシール部材３Ａ、４Ａと各々の接
触面（界面）においてこすれが生じることになり、パー
ティクルの発生源となるのである。

【００１９】特に、下蓋４は圧力容器２の下開口を介し
て処理毎に半導体ウェハ９を入れかえる（出し入れす
る）ために上下方向（容器軸方向）に相対的に移動させ
るため、毎回シール部材４Ａと圧力容器２がこすれるこ
とになる。なお、上蓋３の場合は、メンテナンス以外は
上下方向に移動させる必要がないため、下蓋４よりパー
ティクル発生頻度は少ないし、上蓋３を圧力容器２と一
体に形成したときはシール部材３Ａそのものが必要でな
くなる。ウェハ９を処理するにはガスの流れが必要であ
り、処理中に発生したパーティクル等が半導体ウェハ９
に到達（付着）する可能性は低いものの、絶対に到達し
ないという保証もなく、信頼性確保の点からパーティク
ル発生源として疑わしい、シール部材３Ａ、４Ａのある
空間（シール部材側のガス流であり、実質的に断熱構造
体６の外周面と圧力容器２の内面とで形成される隙間）
と被処理品である半導体ウェハ９のある空間（処理室
５）とを隔離させることが必要となり、このため隔離手
段１２が備えられている。

【００２０】本実施例の場合、蛇腹状の可撓性又は弾性
を有する隔離部材１２Ａで隔離手段１２を構成している
が、可撓性又は弾性のない構造を取ることも可能であ
る。ただし、可撓性のある構造をとることにより以下の
利点がある。本隔壁部材１２Ａは下蓋４側又は上蓋３側
のいずれか一方に固定する（本実施例では上蓋３に取り
つけられた断熱構造体６と下蓋４側に取りつけられたシ
ールドブロック１１との間に設置されている）が、下蓋
４は上下方向（容器軸方向）に相対的に昇降移動するた
め、可撓性のない隔壁部材１２Ａでは位置決め精度、加
工精度をシビアに管理する必要があり、設計的に難度が
高いものとなる。

【００２１】そこで、可撓性をもたせることにより、設
計的に自由度が高くなるとともに、可撓性及びバネ性を
もたせることにより本部分のシール性を確実なものにす
ることができる（下蓋が移動するため、隔壁部材は下蓋
が図１で示すように、処理位置で確実にシール部材の空
間と処理品空間（処理室）を分離（隔離）する必要があ
る）。隔離手段１２をより詳細に、かつフィルタを加え
た図として図２に示す。図２に示した本実施例では、上
蓋３側に固定された断熱構造体６の下部にリング（環
状）形態の支持体６Ｂが設けられ、これに隔壁部材１２
が固定された例であるが、下蓋側に固定することも可能
である。

【００２２】隔壁部材１２Ａはベローズ状の構造をして
おり、金属（ステンレスなど）、テフロン（登録商標）
などの樹脂など、半導体でパーティクル、金属汚染など
に実績のある材料により作られる。本隔壁部材１２Ａに
フィルタ１４を設置することはより確実にパーティクル
を捕捉することができるため好ましい（シール部材のあ
る空間と処理室５のあいだ、すなわち隔壁部材１２Ａの
両側（内外）で差圧がつくことを避けるために均圧孔
（図示せず）が必要となる。もちろん、パーティクルが
両空間で流通しないような場所に極力小さな面積の均圧
孔としなければならない。フィルタを設置することによ
り、より確実にパーティクルが処理室空間に侵入するこ
とを防止できる）。

【００２３】すなわち、図２で示すように、支持体６Ｂ
の下面にリング形状としたフィルター装着体１５を固着
し、この装着体１５にガス流通路１３を放射状配置で複
数個形成し、このガス流通路１３にフィルタ１４が備え
られ、装着体１５には蛇腹部を有する隔壁部材１２Ａを
固着し、この隔壁部材１２Ａの下端に、リング形態のシ
ール取付体１２Ｂを装着し、このシール取付体１２Ｂに
嵌合したシール部材（面シール部材）１２Ｃをシールド
ブロック１１に形成した嵌合リング溝１１Ａに接離自在
として装着しているのである。

【００２４】ここに、前記処理室５とシール部材４Ａ側
のガス流通路を連通するガス流通路１３が備えられ、こ
のガス流通を１３にフィルタ１４が備えられているので
ある。また、フィルタ１４を備えているガス流通路１３
は、処理室５下部とシール部材４Ａとの間に配設されて
いるのであり、これによって沈降して堆積しているパー
ティクルを確実に捕捉するのである。更に、隔離手段１
２は筒形状であり、蓋部材４の開閉動作に追従して接離
自在とされているのであり、また、隔離手段１２は、圧
力容器２内で処理室５を画成する倒立コップ形状の断熱
筒体６の下部と、前記開口を開閉自在とする下蓋４との
いずれか一方に装着されており、他方に対してシール部
材１２Ｃを介して接離自在とされているのである。

【００２５】その他、図１においてガス導入路７には、
閉塞弁１６とフィルタ１７を有する配管を介してガスボ
ンベ等のガス源に接続されている。また、上蓋３には高
圧ガス排出孔１８が形成され、これに接続した配管には
閉塞弁１９が備えられている。更に、下蓋４には真空引
き用のガス排出孔２０が形成され、これには下蓋４の昇
降動作を許容するため可撓配管が接続され、この配管に
閉塞弁２１を備えている。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、半導体ウェハで最も嫌
われるパーティクル、金属汚染をより確実に減少させ、
信頼性の高い半導体ウェハの高温高圧処理が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置を示す断面図である。

【図２】本発明の装置における主要部の断面図である。

【符号の説明】

１ 高温高圧処理装置 ２ 圧力容器 ３ 上蓋 ４ 下蓋 ５ 処理室 １２ 隔離手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 陽一 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 石井 孝彦 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 Ｆターム(参考） 4M104 AA01 BB04 CC01 DD33 DD43 DD52 DD77 DD78 HH20

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェハ状の半導体材料を圧力容器内に画
   成した処理室に装入し、高温高圧のガス雰囲気下で処理
   を行う半導体ウェハの高温高圧処理装置において、 ウェハを前記処理室に対して出し入れするための開口を
   有する圧力容器と、前記開口を開閉する蓋部材と、この
   蓋部材と前記圧力容器との界面をシールして圧力保持す
   るためのシール部材と、このシール部材側のガス流路と
   前記処理室とを隔離する隔離手段と、を備えていること
   を特徴とする半導体ウェハの高温高圧処理装置。
2. 【請求項２】 前記蓋部材は下蓋であり、この下蓋が圧
   力容器の下部に形成した開口を相対的な昇降動作で開閉
   自在とされており、前記シール部材はこの下蓋と圧力容
   器との界面をシールして圧力保持すべく備えられ、前記
   隔離部材は処理室とシール部材との間に配設されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの高温
   高圧処理装置。
3. 【請求項３】 前記処理室とシール部材側のガス流路を
   連通するガス流通路が備えられ、このガス流通路にフィ
   ルタが備えられていることを特徴とする請求項１又は２
   に記載の半導体ウェハの高温高圧処理装置。
4. 【請求項４】 フィルタを備えているガス流通路は、処
   理室とシール部材との間に配設されていることを特徴と
   する請求項３に記載の半導体ウェハの高温高圧処理装
   置。
5. 【請求項５】 隔離手段は筒形状であり、蓋部材の開閉
   動作に追従して接離自在とされていることを特徴とする
   請求項１〜４のいずれかに記載の半導体ウェハの高温高
   圧処理装置。
6. 【請求項６】 隔離手段は、圧力容器内で処理室を画成
   する倒立コップ形状の部材の下部と、前記開口を開閉自
   在とする下蓋とのいずれか一方に装着されており、他方
   に対してシール部材を介して接離自在とされていること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の半導体ウ
   ェハの高温高圧処理装置。