JP2006294868A - ウエハ保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハの搬送エラーを防止し、反応チャンバ内での異常放電を抑制するウエハ保持装置を提供する。
【解決手段】半導体ウエハを反応チャンバ内へ搬入または搬出する際に、サセプタ上で半導体ウエハを保持するためのウエハ保持装置１０は、一端が半導体ウエハを支持する面１４を形成する縦長形状のウエハピンロッド１１と、ウエハピンロッド１１の他端を収容する開口部１６及び内部空間１７を有し、その底面１５が反応チャンバの下面に固定されているピンサポートロッド１２と、内部空間１７に配置される阻止手段１３とから成り、ウエハピンロッド１１の他端はピンサポートロッド１２内で阻止手段１３と係合し、それによってウエハピンロッド１１の下降が阻止される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体処理装置に関し、特に、ハンドリングの際に半導体ウエハをサセプタ上で保持するためのウエハ保持装置に関する。

被処理体である半導体ウエハを処理する際、該半導体ウエハは、ロボットアームにより搬送室を介してロードロック室から反応チャンバ内に搬入され、反応チャンバ内のサセプタ上に載置される。薄膜形成処理などの半導体ウエハ処理が完了した後、半導体ウエハは、再びロボットアームにより、反応チャンバから搬送室を介してロードロック室へ搬出される。

搬送の際に、半導体ウエハはウエハ保持装置によりサセプタ上で保持される。その様子が図１に示されている。ウエハ保持装置は、ウエハピンロッド1と、ピンサポートロッド2から成る。ピンサポートロッド2は、反応チャンバ5の下面6に固定されている。サセプタ3には等間隔に少なくとも３つの貫通孔7が設けられ、該貫通孔を通過するように、ウエハ保持装置が位置決めされている。

半導体ウエハ4を反応チャンバ5に搬入する際には、まずサセプタ3を下方に変位させ、貫通孔7からウエハピンロッド1が１０mmから２５mm程度突き出るようにする。次に、反応チャンバ5の側面に設けられたゲートバルブを開いて、ロボットアームを使って、処理すべき半導体ウエハをロードロック室からサセプタ上まで搬送する。ウエハ保持装置がロボットアームから処理すべき半導体ウエハを受け取った後、サセプタ3を上方に変位させ、半導体ウエハをサセプタ3上に載置させる。最後にゲートバルブを閉じる。

半導体ウエハ4を反応チャンバ5から搬出する際には、サセプタ3を下方に変位させ、ウエハピンロッド1により、処理済の半導体ウエハ4をサセプタ上１０mmから２５mmに保持する。次に、ゲートバルブを開いて、ロボットアームを使って、処理済の半導体ウエハ4をサセプタ3上からロードロック室まで搬送する。最後に、ゲートバルブを閉じる。

従来のウエハ保持装置は、例えば特開平７−８６３８２号に記載されている。
特開平７−８６３８２号明細書

図２は、従来のウエハ保持装置を示したものである。従来のウエハ保持装置では、ウエハピンロッド1は、ピンサポートロッド2に嵌合挿入されているのみであるため、振動により徐々に降下してしまうという問題があった。ウエハピンロッド1が降下すると、ウエハ保持位置が低くなり、ロボットアームと接触して、搬送エラーを引き起こす。

他に、従来のウエハ保持装置には、異常放電の問題があった。ウエハピンロッド1とピンサポートロッド2とは、ウエハピンロッド1の自重だけで接触しているため、その接触が非常に弱い。その結果、ウエハピンロッド1の電位は浮遊電位になり易く、サセプタ3とウエハピンロッド1との間で異常放電が頻繁に生じていた。

本発明は、上記問題を解決するために為されたものであり、その目的は、半導体ウエハの搬送エラーを防止するウエハ保持装置を与えることである。

本発明の他の目的は、反応チャンバ内での異常放電を抑制するウエハ保持装置を与えることである。

本発明の第１の態様において、半導体ウエハを反応チャンバ内へ搬入または搬出する際に、サセプタ上で半導体ウエハを保持するためのウエハ保持装置は、
一端が半導体ウエハを支持する面を形成する縦長形状のウエハピンロッドと、
ウエハピンロッドの他端を収容する開口部及び内部空間を有する中空のピンサポートロッドであって、ピンサポートロッドの底面が反応チャンバの下面に固定されている、ところのピンサポートロッドと、
内部空間に配置される阻止手段と、
から成り、
ウエハピンロッドの他端はピンサポートロッド内で阻止手段と係合し、それによってウエハピンロッドの下降が阻止されることを特徴とする。

具体的には、阻止手段は、位置決めネジから成る。

本発明の他の態様において、半導体ウエハを反応チャンバ内へ搬入または搬出する際に、サセプタ上で前記半導体ウエハを保持するためのウエハ保持装置は、
一端が半導体ウエハを支持する面を形成し、他端の外周部分が螺刻された縦長形状のウエハピンロッドと、
ウエハピンロッドの他端を収容する開口部及び螺刻された内側面を有する内部空間を有する中空のピンサポートロッドであって、ウエハピンロッドと内部空間の内側面とが螺合し、ピンサポートロッドの底面が反応チャンバの下面に固定されている、ところのピンサポートロッドと、
内部空間に配置される、ウエハピンロッドを押し上げる手段と、
から成り、
ウエハピンロッドの他端はピンサポートロッド内で押し上げる手段と係合し上方に押し上げられ、それによってウエハピンロッドの下降が防止され、かつウエハピンロッドとピンサポートロッドとの接触が良くなることを特徴とする。

具体的には、押し上げる手段は、プレート部材及びそれを支持する弾性部材から成り、該弾性部材は、好適にはバネである。

本発明に係るウエハ保持装置によれば、ウエハピンロッドの緩みまたは下降は許容範囲内であり、搬送エラーの発生を効果的に防止することができた。

また、本発明に係るウエハ保持装置によれば、異常放電の発生を完全に抑制することが可能となり、プロセス安定性が向上した。

以下、図面を参照しながら、本発明を詳細に説明する。図３は本発明に係るウエハ保持装置の第１の実施例を略示したものである。本発明に係るウエハ保持装置10は、ウエハピンロッド11を含む。ウエハピンロッド11は、例えば円柱形状の下部及び円錐台形の上部から成り、該上部の上端面が半導体ウエハを支持するための支持面14を形成する。またウエハ保持装置10は、ピンサポートロッド12を含む。ピンサポートロッド12は、例えば、開口部16及び内側面が螺刻された内部空間17を有する中空の円柱形状を有する。ピンサポートロッド12の底面15は反応チャンバの下面に固定される。

本発明に係る位置決めネジ13がピンサポートロッド12の内部空間17の内側面と螺合する。位置決めネジ13は導電性部材から成り、回転により所定の位置まで上下移動が可能である。開口部16から挿入されたウエハピンロッド11の下端は、位置決めネジ13の上端面に当接し、それによってウエハピンロッド11の下降が阻止される。位置決めネジ13の上端面とウエハピンロッド11の下端面はともに平坦に加工されており、密着性が高い。それによって、ウエハピンロッド11とピンサポートロッド12の電位が等しくなり、異常放電が防止される。

図４は、本発明に係るウエハ保持装置の第２の実施例を示す。本発明に係るウエハ保持装置20は、ウエハピンロッド21を含む。ウエハピンロッド21は、例えば円柱形状の下部及び円錐台形の上部から成り、該上部の上端面が半導体ウエハを支持するための支持面23を形成する。ウエハピンロッド21の下部の下端付近外周24が螺刻されている。ウエハ保持装置20は、ピンサポートロッド22を含む。ピンサポートロッド22は、例えば、開口部27並びに内側面が螺刻された第１の内部空間28及び第２の内部空間29を有する中空の円筒形状を有する。第１の内部空間28と第２の内部空間29の内径は等しくても、異なっていてもよい。ウエハピンロッド21はピンサポートロッド22の第１の内部空間の内側面と螺合する。

上記第２の内部空間29内にはプレート部材25及び該プレート部材を支持する弾性部材26が設置される。プレート部材は耐熱性の材料であれば、金属でも非金属でもよい。弾性部材26は、例えばバネであるが、これに限定されない。開口部27から挿入されたウエハピンロッド21の下端は、プレート部材25の上端面に当接し、それによってウエハピンロッド21は上方に押し上げられる。それによって、螺合部分の接触が良くなり、ウエハピンロッド21とピンサポートロッド22の電位が等しくなって、異常放電が防止される。

以下、本発明に係るウエハ保持装置を用いた実験を行ったので説明する。従来のウエハ保持装置と本発明に係るウエハ保持装置の上記２つの実施例のそれぞれに対して、ウエハピンロッドの下降距離評価実験と、異常放電発生観測実験を行った。

１．ウエハピンロッド下降距離評価実験（実験１）
実験方法
実験には、図５に示されるように、ウエハ保持装置33をサセプタ32に対し中心から等距離かつ円周方向に等間隔に３個配置した反応チャンバ30を使用した。室温でウエハピンロッドをピンサポートロッドに締め込み、サセプタヒータを昇温させた状態で、サセプタの昇降移動を３００００回繰返し、１０００回毎に目視、触診による緩み及びノギスによる高さ測定を３個のピンロッドのそれぞれについて行った。

実験条件
サセプタヒータ温度：設定４００℃
サセプタ昇降時間：上昇／下降とも２.５秒（ストローク１５mm、動作周期３秒）
ウエハピンロッド締め付けトルク：１cNm（従来例はトルク無し）
昇降動作時の半導体ウエハ：φ３００mm、１２７g

２．異常放電発生観測実験（実験２）
実験方法
実験は、日本エー・エス・エム社製のプラズマCVD装置を使用し、１００００枚の半導体ウエハ上に以下の条件で酸化シリコン膜を連続成膜処理し、異常放電の発生を観測することにより行われた。ウエハ保持装置の数及び配置は上記実験と同じである。

実験条件
膜種：低誘電率炭素ドープ酸化シリコン膜
原料ガス：DM-DMOS（ジメチル・ジメトキシシラン） （２００sccm）
添加ガス：He（４００sccm）
第１高周波電源(HRF)：２７.１２MHz（３.６W/cm²）
半導体ウエハ基板：φ３００mm シリコン基板
クリーニング頻度：枚葉

３．実験結果
実験結果を以下の表並びに図６、７及び８に示す。

まず、実験１の結果を考察する。図６は、従来のウエハ保持装置を使用した場合のウエハピンロッド下降距離の動作回数依存性を示すグラフである。従来のウエハ保持装置では、最も下降距離が大きいウエハピンロッドにおいて、８０００回で搬送エラーの許容範囲である０.５mmを超えていることがわかる。したがって、従来のメンテナンス周期３ヶ月（昇降回数の見積もり１５０００回）では、次回のメンテナンス前に搬送エラーが生じてしまう危険性が高い。また、従来のウエハ保持装置ではピンの緩みが常時観測された。

図７は、本発明に係る実施例１のウエハ保持装置を使用した結果を示すグラフである。実施例１のウエハ保持装置の場合、ウエハピンロッドの降下は１６０００枚目から観測され、３００００枚目までの下降距離はいずれのウエハピンロッドも０.２mm以下であることがわかる。また、ウエハピンロッドの緩みは１６０００枚目までは観測されなかった。

図８は、本発明に係る実施例２のウエハ保持装置を使用した結果を示すグラフである。実施例２のウエハ保持装置では、３００００回の昇降を通じてウエハピンロッドの降下は観測されず、緩みも全く観測されなかった。

次に、実験２の結果を考察する。従来のウエハ保持装置では最初の１０００枚で１５回の異常放電が観測され、その後、発生頻度が増加する傾向のあることが観測された。これに対し、実施例１のウエハ保持装置では、一度も異常放電の発生は観測されなかった。これは、位置決めネジを介して、ウエハピンロッドとピンサポートロッドとの電気伝導性が良くなり、ウエハピンロッドを締め込むことによりその効果がさらに改善され、両者が同電位となって異常放電の発生が防止されたものと考えられる。

同様に、実施例２のウエハ保持装置でも、一度も異常放電の発生は観測されなかった。これは、ウエハピンロッドの下端をプレート部材及びバネ部材で支持することにより、ウエハピンロッドが押し上げられ、螺合部分の接触が良くなり、電気伝導性が改善された結果、ウエハピンロッドとピンサポートロッドとの電位が等しくなり、異常放電が防止されたものと考えられる。

図１は、従来のウエハ保持装置の動作を示す。 図２は、従来のウエハ保持装置を示す。 図３は、本発明に係るウエハ保持装置の第１の実施例を示す。 図４は、本発明に係るウエハ保持装置の第２の実施例を示す。 図５は、実験で使用された反応チャンバ内部の平面図である。 図６は、従来のウエハ保持装置を使ったウエハピンロッドの下降距離の動作回数依存性を示すグラフである。 図７は、本発明に係るウエハ保持装置の第１実施例を使ったウエハピンロッドの下降距離の動作回数依存性を示すグラフである。 図８は、本発明に係るウエハ保持装置の第２実施例を使ったウエハピンロッドの下降距離の動作回数依存性を示すグラフである。

Claims (5)

1. 半導体ウエハを反応チャンバ内へ搬入または搬出する際に、サセプタ上で前記半導体ウエハを保持するためのウエハ保持装置であって、
   一端が前記半導体ウエハを支持する面を形成する縦長形状のウエハピンロッドと、
   前記ウエハピンロッドの他端を収容する開口部及び内部空間を有する中空のピンサポートロッドであって、前記ピンサポートロッドの底面が前記反応チャンバの下面に固定されている、ところのピンサポートロッドと、
   前記内部空間に配置される阻止手段と、
   から成り、
   前記ウエハピンロッドの前記他端は前記ピンサポートロッド内で前記阻止手段と係合し、それによって前記ウエハピンロッドの下降が阻止されることを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載のウエハ保持装置であって、前記阻止手段は、位置決めネジから成る、ところの装置。
3. 半導体ウエハを反応チャンバ内へ搬入または搬出する際に、サセプタ上で前記半導体ウエハを保持するためのウエハ保持装置であって、
   一端が前記半導体ウエハを支持する面を形成し、他端の外周部分が螺刻された縦長形状のウエハピンロッドと、
   前記ウエハピンロッドの他端を収容する開口部及び螺刻された内側面を有する内部空間を有する中空のピンサポートロッドであって、前記ウエハピンロッドと前記内部空間の内側面とが螺合し、前記ピンサポートロッドの底面が前記反応チャンバの下面に固定されている、ところのピンサポートロッドと、
   前記内部空間に配置される、前記ウエハピンロッドを押し上げる手段と、
   から成り、
   前記ウエハピンロッドの前記他端は前記ピンサポートロッド内で前記押し上げる手段と係合し上方に押し上げられ、それによって前記ウエハピンロッドの下降が防止され、かつ前記ウエハピンロッドと前記ピンサポートロッドとの接触が良くなることを特徴とする装置。
4. 請求項３に記載のウエハ保持装置であって、前記押し上げる手段は、プレート部材及びそれを支持する弾性部材から成る、ところの装置。
5. 請求項４に記載のウエハ保持装置であって、前記弾性部材は、バネである、ところの装置。

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