JP2005101549A - 高温対流加熱を利用する半導体基板表面の準備工程 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハの計測の前に、半導体ウェハの局所的な未処理雰囲気に由来するウェハ表面の汚染物質を除去する装置及び方法の提供。
【解決手段】半導体ウェハ６をロボットアームアセンブリ４によって脱着ステーション１０に移動し、先ず前記半導体ウェハを対流加熱して前記半導体ウエハ６から汚染物質を除去し、引き続き前記脱着ステーション１０において前記半導体ウェハ６を計測に適した温度に冷却し、前記半導体ウエハ６を前記ロボットアームアセンブリ４によって計測器１２に移送し、前記計測器１２で前記半導体ウェハを測定し、その特性を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体ウエハ処理に関し、より詳細には半導体ウエハ表面からの１もしくは１より多くの汚染物質の脱着に関する。

半導体基板、特にシリコンウエハは表面汚染層を形成する可能性がある。この表面汚染は、ウエハの処理および監視に悪影響を及ぼすので好ましくない。かかる汚染は局所的な未処理雰囲気に由来し、こうした雰囲気は典型的には多くの気体および気体状蒸気の混合物である。これらの気体および蒸気はウエハ表面に凝縮して、流動体のまたは半流動体の膜を形成すると考えられている。この汚染層を構成する成分は精確には不明であるが、水が主成分であると考えられる。他の汚染物質はその大部分が種々の炭化水素分子で構成され、これらを集合的に有機物と称する。

汚染層を除去する一手法はウエハの加熱である。これまで、ウエハの加熱は輻射または伝導により行われてきた。この輻射加熱の手法の１つは、ウエハを加熱要素の下に置くこと、そして主として輻射によりウエハの上側を加熱することを含む。実際の輻射加熱では、熱源を所望表面温度より著しく高い温度に保持する必要がある。この熱は、周りの領域に好ましからざる温度上昇をもたらすことがあり、これにより追加の温度管理手法が必要になる。

輻射加熱要素はウエハ上面の直上にあるので、この要素は高温下であっても密閉されなければならず汚染があってはならない。要素の密閉は輻射効率を低減させることがあり、なお一層の高温熱源を必要とする。非汚染要件を満たす材料は、また、高価であり、製作が困難である。直線状加熱要素の配列は要素間に冷域を生成することがあり、その結果、ウエハ表面が不均一加熱となる。

伝導加熱の一手法は、ホットプレートなどの加熱された表面上へウエハを載置することを含む。次に、ウエハは、その上側が所望温度に達するまで、裏側から主として伝導により加熱される。加熱板の使用に伴う１つの問題は、ウエハをその裏面で搬送するロボットアームの使用に起因する。ウエハをホットプレートの加熱面上へ下ろして置くということは、ロボットアームの撤去が必要になるということである。そうするために、通常は、機械的なウエハ下降機構、またはホットプレート面の逃げポケットが必要になる。ウエハ下降機構は装置の複雑さを高め、他方、逃げポケットは不均一なウエハ加熱をもたらす。伝導加熱に伴う別の問題は、ホットプレート自体がウエハ裏面を汚染する可能性があることである。

従って、後に続く半導体ウエハ試験のために、半導体ウエハ上の汚染物質の脱着を促進するべく、半導体ウエハの温度を充分に高めることを可能にしつつ、上記および他の問題を回避する装置および方法を提供することが望ましい。

本発明は、計測器による測定のために、半導体ウエハの表面から１もしくは１より多くの汚染物質を脱着する方法である。この方法は、ウエハを加熱板との離間した平行関係に位置決めするステップ、および加熱板で加熱された気体による対流でウエハを所定時間加熱してウエハ表面から汚染物質を除去するステップを含む。次に、ウエハは、加熱板との離間した平行関係から離脱され、気体を吹き付けられることによって冷却される。ウエハの少なくとも１つの特性が、ウエハ加熱の完了後の所定時間に計測器で測定される。

上記方法は複数のウエハに対して繰返すことができる。各ウエハは、一対の離間した平行な加熱板間に、離間した平行関係で位置決め可能である。

本発明は、計測器による測定のために、半導体ウエハを準備する方法でもある。この方法は、ウエハを平面加熱要素との離間した平行関係に位置決めするステップと、加熱要素で加熱された気体による対流でウエハを所定時間加熱してウエハ表面から汚染物質を除去するステップとを含む。次に、ウエハは、前記加熱要素との離間した平行関係から離脱させられ、気体の流れが前記ウエハの表面の上を所定冷却時間にわたって通過させられ、それにより前記ウエハを冷却する。次に、ウエハは、計測器に対して有効な関係に位置決めされ、ウエハの少なくとも１つの特性が計測器で測定される。

最後に、本発明は半導体ウエハを処理する方法である。この方法は、加熱された気体を利用して半導体ウエハの少なくとも一部を対流加熱し、それにより少なくとも１の汚染物質がそこから脱着されるステップを含む。加熱された気体がないときに、冷却気体の流れが半導体ウエハの一部の上を通過するようにさせられて半導体ウエハの一部を冷却する。次に、計測器が半導体ウエハの一部を測定するようにさせられて、その少なくとも１つの特性を判定する。

添付した図面を参照して本発明を説明するが、類似する符号は類似の構成要素に対応する。

図１を参照すると、半導体ウエハの１もしくは１より多くの面から１もしくは１より多くの汚染物質を脱着する装置２は、半導体ウエハ６を投入／取出ステーション８から脱着ステーション１０へ移動するロボットアームアセンブリ４を含む。半導体ウエハ６が半導体ウエハ６の対流加熱に応じて脱着ステーション１０により脱着されて、半導体ウエハ６が更なる試験のために適切な温度へ冷却されると、ロボットアームアセンブリ４は、計測器１２による試験のために半導体ウエハ６を計測器１２へ移送する。典型的な計測器１２は、半導体ウエハ６の表面に接触して適切な電気刺激を与えるプローブチップを含んでもよい。しかし、このことは本発明を限定するものと解釈してはならない。

適切な電気刺激の例には、静電容量−電圧（ＣＶ）、電流−電圧（ＩＶ）、コンダクタンス−電圧（ＧＶ）、または静電容量−時間（Ｃｔ）の、各種の電気刺激がある。計測器１２は、電気刺激に対する半導体ウエハ６の応答を測定し、この応答から、電気刺激を与えられた部位における半導体ウエハ６の少なくとも１つの特性を判定する。計測器１２に関する詳細は、説明を簡単にするために、ここで説明しない。しかし、当業者には分かるように、半導体ウエハ６の性質を判定するのに好適ないずれの計測器１２も利用できる。

図２を参照するとともに、引続き図１を参照すると、投入／取出ステーション８は、１枚以上の半導体ウエハ６を支えるように構成されたキャリア１６を支持するベース１４を含む。ベース１４はコントローラ２０に制御されて、図１に矢印１８で示すようにキャリア１６を上方向にまたは下方向に移動するよう構成できる。

ロボットアームアセンブリ４は、複数のアーム２６ａ〜２６ｃに結合されたベース２４を含む。ベース２４は、図１に矢印２８で示すようにアーム２６ａ〜２６ｃを上方向にまたは下方向に移動するよう構成できる。アーム２６ａの一端はベース２４へ回転可能に結合される一方、アーム２６ａの他端はアーム２６ｂの一端へ回転可能に結合される。アーム２６ｂの他端はアーム２６ｃの一端へ回転可能に結合される。望ましくは、アーム２６ｃは櫂形状であり、その遠端に隣接し、そこに配設された１つ以上の真空孔３０を有する。真空孔３０は真空源（不図示）へ接続され、真空源はコントローラ２０に制御されて真空孔３０へ真空を伝えることができる。図示するように、半導体ウエハ６をアーム２６ｃの遠端に配置して、真空孔３０へ供給した真空手段によりアーム２６ｃの遠端上に保持できる。

脱着ステーション１０は、直径が望ましくは半導体ウエハ６の直径以上である円形加熱板３４を含む。加熱板３４の好ましい構造の１つは、円形セラミック基板上に形成された１個以上の厚膜抵抗器を含む。この種の円形加熱板は、Watlow Electric Manufacturing Company, #6 Industrial Loop Road, P.O. Box 975, Hannibal, Missouri, 63401, USA から入手できる。しかし、この特定形態の加熱板が本発明を限定するものと解釈してはならない。

加熱板３４は適切な隔離体３６により脱着ステーション１０のベースから離すのが好ましい。加えて、隔離体３８が加熱板３４の上面に配置されて、半導体ウエハ６からの１もしくは１より多くの汚染物質の脱着中に半導体ウエハ６を加熱板３４に対して離間した平行関係に維持する。隔離体３６および３８は、好ましくは高温ガラス雲母セラミックで形成される。しかし、このことが本発明を限定するものと解釈してはならない。というのは、隔離体３６および３８を形成するために好適ないかなる高温用非汚染材料の使用が想定されているからである。

アーム２６ｃの遠端はその上の半導体ウエハ６を位置決めでき、その後真空孔３０への真空の供給源を止めることができるように、各隔離体３８の高さが選定される。すると、アーム２６ｃの遠端を、半導体ウエハ６の裏面に接触する位置から、半導体ウエハ６と円形加熱板３４との間の位置へ移動できる。一旦この位置にくると、アーム２６ｃの遠端は、半導体ウエハ６と円形加熱板３４との間の空間から退去させることができ、それにより、加熱板３４により加熱された気体の対流での半導体ウエハ６の加熱を容易にする。

加熱板３４の温度が制御できるように、コントローラ２０での制御の下で加熱板３４へ電流を供給することができる。適切な温度検知手段（不図示）を加熱板３４またはそれに隣接して配置するとともに、コントローラ２０へ接続することにより、コントローラ２０が加熱板３４の温度を検出および制御できるようにする。更にまたは代替として、脱着ステーション１０は、隔離体３８の上方に配設された、図１に想像線で示す円形加熱板４０を含むことができる。加熱板４０の温度を制御するために、コントローラ２０での制御の下で電流が加熱板４０へ供給される。加熱板３４および４０を設けるときに、加熱板間の間隔は、半導体ウエハ６とアーム２６ｃの遠端とがその間に収容されるに足る間隔であることか好ましい。

半導体ウエハ６から１もしくは１より多くの汚染物質を脱着するのに充分な所定時間にわたり半導体ウエハ６を対流加熱した後、アーム２６ｃの遠端を、コントローラ２０の制御の下で加熱板３４と半導体ウエハ６との間の空間内へ再導入できる。しかる後、ロボットアームアセンブリ４を制御してアーム２６を上昇させ、半導体ウエハ６の裏面と接触させることができる。そこで、半導体ウエハ６をアーム２６ｃの遠端へ固定するために、真空孔３０へ真空が作用する。次に、ロボットアームアセンブリ４を制御して半導体ウエハ６を隔離体３８から持上げ、そして半導体ウエハ６を脱着ステーション１０から退去させることができる。

図３を参照するとともに、引続き図１および２を参照すると、ロボットアームアセンブリ４は次に、気体４２、好ましくは液体窒素の流れを通って半導体ウエハ６を移動させるように制御されるが、気体４２の流れは適切な気体源４６から前記気体を受入れるマニホルド４４によって分配される。

図示の実施の形態において、マニホルド４４は脱着ステーション１０の底側へ結合される。しかし、このことが本発明を限定するものと解釈してはならない。というのは、マニホルド４４は、ロボットアームアセンブリ４がアクセスできる好都合な任意位置へ配置できるからである。

ロボットアームアセンブリ４により、半導体ウエハ６が気体４２の流れを通って移動する速度は、計測器１２による試験のために半導体ウエハ６が充分に冷却されるように選定される。このために、ロボットアームアセンブリ４は必要に応じて、半導体ウエハ６を気体４２の流れの中を複数回にわたって移動させることができる。所望すれば、コントローラ２０の制御の下で気体４２の流れをオン／オフするオン／オフ気体制御弁（不図示）をマニホルド４４へ流体的に接続できる。

半導体ウエハ６が充分に冷却されると直ちに、ロボットアームアセンブリ４は制御されて、試験のために半導体ウエハ６を計測器１２へ送る。半導体ウエハ６が計測器１２による試験を受ける適正位置に来ると直ちに、コントローラ２０は、半導体ウエハ６の試験が開始可能である旨、計測器１２へ信号を送る。

脱着ステーション１０による半導体ウエハ６の対流加熱が完了してから所定時間に、計測器１２が半導体ウエハ６の試験を開始するのが望ましい。脱着ステーション１０で処理された各半導体ウエハ６の対流加熱の終了と計測器１２での前記半導体ウエハ６の試験の開始との間の時間を管理することにより、脱着後の大気への曝露に起因する２枚以上のウエハ間の、試験結果におけるバラツキは回避される。

半導体ウエハ６の試験が終了すると直ちに、計測器１２がコントローラ２０へ信号を送る。計測器１２からのこの信号の受信に応答して、コントローラ２０はロボットアームアセンブリ４を制御して、半導体ウエハ６を計測器１２から離脱させ、最初に半導体ウエハ６を持ってきたキャリア１６の同じ場所に半導体ウエハを戻す。しかる後、キャリア１６に支持された後続の半導体ウエハ６を、脱着ステーション１０、気体４２の流れ、および試験用計測器１２へ送り、その後、先に説明した方法でキャリア１６の同じ位置へ戻すように、ベース１４およびロボットアームアセンブリ４の垂直方向位置が制御される。好ましくは、キャリア１６にある各半導体ウエハ６を処理する方法は、キャリア１６にある半導体ウエハ６の全てが先に説明した方法で処理されるまで継続する。

特に図２を参照すると、通常の大気、すなわち空気を、脱着ステーション１０にある半導体ウエハ６の対流加熱に利用できる。しかし、所望すれば、半導体ウエハ６を、脱着ステーション１０での半導体ウエハ６の脱着中に液体窒素（？）などの所望の気体雰囲気へ曝露することができる。このために、脱着ステーション１０は、脱着ステーション１０に収容された半導体ウエハ６へ、前記気体の適切な供給源、例えば気体源４６から適切な気体を配送するマニホルド４８を含んでもよい。

先に説明した実施の形態において、加熱板３４および／または加熱板４０は、半導体ウエハ６の直径以上の直径を有するものとして説明された。しかし、所望すれば、加熱板３４および／または加熱板４０の直径は、半導体ウエハ６の直径未満であってもよく、それにより半導体ウエハ６の一部だけが、係る小さい直径の加熱板により加熱された気体で対流加熱される。

図４を参照すると、更にまたは代替として、脱着ステーション１０は、気体５２の流れを気体源、例えば気体源４６から半導体ウエハ６の少なくとも一部分５４へ向ける管５０を含んでもよい。管５０は、管５０を加熱する、つまりそこを通って流れる気体を加熱する、適切な電源へ接続された加熱要素５６を含む。このように加熱された気体５２の流れは、半導体ウエハ６の一部５４を対流によって加熱することができる。加熱された気体５２の温度は、半導体ウエハ６の一部５４から少なくとも１の汚染物質を脱着するのに充分なように、管５０および加熱要素５６は協働するように構成されるのが好ましい。

半導体ウエハ６の一部５４が脱着されると直ちに、半導体ウエハ６は、少なくともその一部５４を冷却するために、冷却気体の流れに曝露されてもよい。冷却気体のこの流れは、先に説明した方法でマニホルド４４を経由して半導体ウエハ６へ供給される。代替として、冷却気体の流れは、加熱要素５６をその電源から遮断することによって管５０を経由して供給されてもよく、もはや加熱要素５６で加熱されてはいない気体５２の流れは半導体ウエハ６の一部５４の冷却に利用できる。

半導体ウエハ６の一部５４が充分に冷却されると、半導体ウエハ６は、少なくともその一部５４を試験するために計測器１２へ送られる。しかる後、半導体ウエハ６は計測器１２から離脱され、キャリア１６へ戻される。

以上のように、半導体ウエハ６の表面の１以上の汚染物質は、効果的で予測可能な方法で脱着でき、それにより計測器１２による半導体ウエハ６の信頼性のある試験を行うことができる。対流によって半導体ウエハ６を加熱することができることは、半導体ウエハ６の伝導加熱中に加熱要素と半導体ウエハ６との間の接触に起因する半導体ウエハ６の汚染の可能性を回避し、そして半導体ウエハ６の輻射加熱用の密閉された輻射加熱要素の必要性を回避する。最後に、その上に加熱気体を吹き付けることによって半導体ウエハ６の一部を対流加熱することができることは、前記一部の脱着を可能にする一方、半導体ウエハ６の残部を脱着温度へ加熱する必要性を回避する。しかる後、半導体ウエハ６の脱着された一部は、半導体ウエハ６の残部からは独立して試験できる。対流によって半導体ウエハの一部または複数箇所を選択的に加熱することができることは、半導体ウエハ製品の計測器での試験に、従来の計測器を利用できるようにすることを構想させる。

本発明は、好ましい実施の形態を参照して説明された。先の詳細な説明を読んで理解すると、自明な改変および代替が思い浮ぶであろう。本発明が、付属の特許請求の範囲またはその均等物の範囲内に該当する限りにおいて、そのような全ての改変および代替を包含すると解釈されることを意図するものである。

図１は、１枚以上の半導体ウエハを脱着および試験する装置の側面図である。 図２は、図１に示す装置の平面図である。 図３は、図１の装置であって、ロボットアームアセンブリが、冷却気体の流れを通って脱着処理された半導体ウエハを移動する位置にある。 図４は、図１および３の脱着ステーションを示す部分図であり、更にあるいは代替として、半導体ウエハの少なくとも一部へ加熱された気体を送る、加熱された管を含む。

符号の説明

２ 装置
４ ロボットアームアセンブリ
６ 半導体ウエハ
８ 投入／取出ステーション
１０ 脱着ステーション
１２ 計測器
１４ ベース
１６ キャリア
１８、２８ 矢印
２０ コントローラ
２４ ベース
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ アーム
２８ 矢印
３０ 真空孔
３４、４０ 円形加熱板
３６、３８ 隔離体
４２ 気体
４４、４８ マニホルド
４６ 気体源
５０ 管
５２ 気体
５４ 半導体ウエハの一部
５６ 加熱要素

Claims (11)

1. 計測器による測定のために、半導体ウエハの表面から１以上の汚染物質を脱着する方法であって；
   （ａ）ウエハを加熱板との離間した平行関係に位置決めするステップと；
   （ｂ）前記加熱板で加熱された気体による対流で前記ウエハを所定時間加熱して前記ウエハ表面から汚染物質を除去するステップと；
   （ｃ）前記ウエハを前記加熱板との離間した平行関係から離脱させるステップと；
   （ｄ）前記ウエハに気体を吹き付けることによって前記ウエハを冷却するステップと；
   （ｅ）前記ウエハの少なくとも１つの特性を、ステップ（ｂ）の完了後所定時間で計測器により測定するステップとを含む方法。
2. ステップ（ａ）乃至（ｅ）が複数のウエハに対して繰返される；
   請求項１の方法。
3. ステップ（ａ）は、一対の離間した平行な加熱板間に、離間した平行関係で前記ウエハを位置決めするステップを含む；
   請求項１の方法。
4. 計測器による測定のために、半導体ウエハを準備する方法であって；
   （ａ）ウエハを加熱要素との離間した平行関係に位置決めするステップと；
   （ｂ）前記加熱要素で加熱された気体による対流で前記ウエハを所定加熱時間の間加熱して前記ウエハ表面から汚染物質を除去するステップと；
   （ｃ）前記ウエハを前記加熱要素との離間した平行関係から離脱させるステップと；
   （ｄ）動いている気体の流れを所定冷却時間の間前記ウエハの表面を通過させ、それにより前記ウエハを冷却するステップと；
   （ｅ）前記ウエハを前記計測器に対して有効な関係に位置決めするステップと；
   （ｆ）前記ウエハの少なくとも１つの特性を前記計測器で測定するステップとを含む方法。
5. ステップ（ａ）は、一対の離間した加熱要素間に、前記ウエハを離間した平行関係に位置決めするステップを含む；
   請求項４の方法。
6. ステップ（ａ）乃至（ｆ）が複数のウエハに対して繰返される；
   請求項４の方法。
7. ステップ（ｄ）の完了とステップ（ｆ）の開始との間の時間が各ウエハに対して同じである；
   請求項６の方法。
8. ステップ（ｂ）の完了とステップ（ｄ）の開始との間の時間が各ウエハに対して同じである；
   請求項６の方法。
9. 半導体ウエハを処理する方法であって；
   （ａ）加熱された気体を利用して半導体ウエハの少なくとも一部を対流加熱し、それにより少なくとも１の汚染物質が前記半導体ウエハの少なくとも一部から脱着されるステップと；
   （ｂ）前記加熱された気体がない状態で、冷却気体の流れを前記半導体ウエハの前記一部の上を通過させて、前記半導体ウエハの前記一部を冷却するステップと；
   （ｃ）計測器が前記半導体ウエハの前記一部を測定するようにさせ、前記半導体ウエハの前記一部の少なくとも１つの特性を判定するステップとを含む方法。
10. ステップ（ａ）乃至（ｃ）が複数のウエハに対して繰返される；
    請求項９の方法。
11. ステップ（ａ）の完了とステップ（ｃ）の開始との間の時間が各ウエハに対して同じである；
    請求項１０の方法。
    

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