JP2010177239A - 半導体ウェハ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの全面にわたって均一なＵＶキュア処理を長期間にわたって施すことが可能な半導体ウェハ処理装置を提供する。
【解決手段】炉体１５は、シャッタ１３および蓋部１８を有する。ホットプレート１６は、炉体１５の内部における蓋部１８の下方に配置され、ワーク２４を下から支持しつつ加熱するように構成される。エキシマランプ２０は、蓋部１８に設けられた、ホットプレート１６上のワーク２４を露光する紫外線を照射可能である。石英ガラス２２は、板状を呈しており、エキシマランプ２０とワーク２４とを隔てるように支持部１５２に支持される。第１の第１のパージ管２８および第２の第２のパージ管２６は、石英ガラス２２に昇温されたパージガスを吹き付けるように構成される。
【選択図】図２

Description

この発明は、減圧状況下において絶縁膜が形成された半導体ウェハ等のワークに対して加熱処理を行いつつ紫外線照射処理を行うように構成された半導体ウェハ処理装置に関する。

近年、半導体デバイスを製造する工程において、絶縁膜が塗布された半導体ウェハ等のワークに対して加熱処理および紫外線照射処理を同時に行うＵＶキュアという処理が広く採用されている。その理由は、このＵＶキュアを用いることにより、絶縁膜の材料に架橋反応を発生させてその強度を向上させることが可能となり、また、加熱温度を低めの温度に抑えることが可能になるからである。

例えば、ＵＶキュアを用いた従来技術の中には、半導体ウェハに絶縁膜を塗布する塗布工程と、絶縁膜が塗布された半導体ウェハを３００℃以下で乾燥する乾燥工程と、乾燥した半導体ウェハに対して３５０℃以上で加熱しながら紫外線を照射する照射工程とを行う被膜の形成方法が存在する（例えば、特許文献１参照。）。

このような技術を用いることにより、ウェハに形成される絶縁膜の誘電率（Ｋ値）を低く保ちつつ強度を上げることが可能となり、また、酸化防止のために処理温度を低くしてもエネルギ不足が発生しにくくなるという作用効果を奏する、とされている。

特開２００８−１２４２２４号公報

しかしながら、従来のＵＶキュアにおいては、時間の経過とともに、半導体ウェハの全面にわたって均一なＵＶキュア処理を施すことができなくなることがあった。その理由は、加熱された半導体ウェハから発生する昇華物がエキシマランプの照射面に付着することよって、エキシマランプの照度が部分的に低下し、照度の分布に不均一が生じることがあったからである。

また、エキシマランプの照射面に付着する昇華物の量が増えてくると、エキシマランプの交換を余儀なくされるが、エキシマランプの交換は非常にコストがかかるため、なるべくエキシマランプの交換頻度を少なくしたいという要望がある。

この発明の目的は、ワークの全面にわたって均一なＵＶキュア処理を長期間にわたって施すことが可能な半導体ウェハ処理装置を提供することである。

この発明に係る半導体ウェハ処理装置は、減圧状況下において絶縁膜が形成されたワークに対して加熱処理および紫外線照射処理を行うように構成される。この半導体ウェハ処理装置は、炉体、ホットプレート、エキシマランプ、支持部、石英ガラス、およびパージガス吹付部を備える。

炉体は、ワークの搬入または排出がされる際に開放可能な扉部、および天井部の一部を選択的に開放可能な蓋部を有する。ホットプレートは、炉体の内部における蓋部の下方に配置され、ワークを下から支持しつつ加熱するように構成される。エキシマランプは、蓋部に設けられた、ホットプレート上のワークを露光する紫外線を照射可能に構成される。

支持部は、炉体における蓋部の下方に設けられる。支持部の構成例としては、炉体の内部に石英ガラスの端部を下から支持するための鍔状の部位を設ける構成が挙げられる。また、パージガス吹付部を構成する環状のパージ管によって石英ガラスを支持する支持部を構成することも可能である。

石英ガラスは、板状を呈しており、エキシマランプとワークとを隔てるように支持部に支持される。石英ガラスには、ガスが通過可能な通気孔が形成されることが好ましい。その理由は、石英ガラスの上側と下側とを同じ圧力状態にすることが可能になり、石英ガラスの厚みを薄くすることや、排気部の構成を簡略化することが可能になるからである。

パージガス吹付部は、石英ガラスに昇温されたパージガスを吹き付けるように構成される。パージガス吹付部の構成例としては、炉体内部の側面にブラケット等を介して取り付けた環状のパージ管や、炉体の底部に支持されたポール等によって支持されるパージ管が挙げられる。

ホットプレートの下方に減圧ポンプに接続された排気部が設けられる場合、パージガス吹付部は、少なくとも石英ガラスの上方に設けられる必要がある。ただし、その場合でも、パージガス吹付部を石英ガラスの上方および下方の両方に設けても良い。

以上の構成においては、エキシマランプとワークとの間に板状の石英ガラスが設置されるため、ワークからの昇華物がエキシマランプの照射面に吸着することがほとんどなく、その結果、昇華物の付着が原因でエキシマランプの交換が必要になることがほとんどない。

また、エキシマランプに用いられる筒状の石英ガラスに比較すると、板状の石英ガラスの方が比較的容易にクリーニングすることが可能となる。このとき、エキシマランプを解体する必要もない。

さらに、昇温したパージガス（例えば、Ｎ₂ 、Ａｒ）を石英ガラスに向けて吹き付けることにより、石英ガラスが加温されるため、ワークからの昇華物が石英ガラスに吸着しにくくなる。さらに、ワーク付近がパージガスによって与圧状態になることから微量リークによる炉体の外部からの酸素がワークに近づきにくくなる。

さらに、エキシマランプから発した光のスペクトラムのうち、パージガス（例えば、Ｎ₂ 、Ａｒ）を酸化させ易い波長帯をカットするフィルタとして石英ガラスが機能することが予想される。

この発明によれば、ワークの全面にわたって均一なＵＶキュア処理を長期間にわたって施すことが可能になる。

本発明の実施形態に係る減圧チャンバ装置の概略を示す図である。 減圧チャンバ装置の内部の概略を示す図である。 減圧チャンバ装置における蓋部近傍の概略を示す図である。 第１のパージ管および第２のパージ管の概略を示す図である。 石英ガラスを通過する紫外線の概略を示す図である。 蓋部が開放した減圧チャンバ装置の状態を示す図である。 石英ガラスを支持する構成のバリエーションを示す図である。 石英ガラスの通気孔のバリエーションを示す図である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、本発明の実施形態に係る減圧チャンバ装置１０の概略を示す図である。減圧チャンバ装置１０は、シャッタ１３および蓋部１８を有する炉体１５を備える。炉体１５の内部には、クールプレート１２、搬送アーム１４、およびホットプレート１６が設けられる。

クールプレート１２は、シャッタ１３の近傍に配置される。クールプレート１２は、加熱処理されたウェハを炉体１５の外部に排出する前に載置するために用いられるものであり、低酸素状態にてウェハを冷却するために用いられる。搬送アーム１４は、クールプレート１２およびホットプレート１６の間におけるウェハの搬送を行うように構成される。ホットプレート１６は、ウェハを設定された温度にて加熱するように構成される。ここでは、ウェハに形成された銅配線の酸化を防止するためにホットプレート１６における加熱温度が３５０℃程度に設定されているが、ホットプレート１６における加熱温度の設定はこれに限定されるものではない。

シャッタ１３は、ウェハが搬入または搬出される際に開閉するように構成されている。蓋部１８は、炉体１５の天井部におけるホットプレート１６の上方に配置されており、炉体１５の天井部の一部を選択的に開放するように構成される。また、蓋部１８には複数のエキシマランプ２０が設けられる。エキシマランプ２０は、照射するレーザの波長が１１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲であることが好ましく、約２００ｎｍであることがさらに好ましい。この実施形態では、エキシマランプ２０は、ピーク波長２２２ｎｍの紫外線を照射するように構成される。

図２は、減圧チャンバ装置１０における炉体１５内部の概略を示す図である。図２に示すように、ホットプレート１６にはピン３２を介してウェハ２４が載置される。ホットプレート１６の下方には、減圧ポンプ３１に接続された排気部３０が設けられる。また、ホットプレート１６の上方には、厚さ３ｍｍ程度の円板状の石英ガラス２２が配置される。石英ガラス２２は、縁部近傍に複数の通気孔２２２が形成されている。この石英ガラス２２は、炉体１５における蓋部１８の下方近傍に形成された鍔状の支持部１５２によって支持されている。石英ガラス２２は、図２および図３に示すように、エキシマランプ２０とウェハ２４とを隔てるように配置される。このとき、石英ガラス２２の縁部は、支持部１５２によって下から支持され、さらにネジ等によって支持部１５２に固定されている。

石英ガラス２２の上方および下方には、図４に示すように、第１の第１のパージ管２８および第２のパージ管２６がそれぞれ配置される。第１のパージ管２８および第２のパージ管２６は、昇温されたＮ₂ ガスを石英ガラス２２に吹き付ける吹出部をそれぞれ備える。この実施形態では、第１のパージ管２８および第２のパージ管２６の吹出部から約１００℃のＮ₂ ガスが吹き出す構成を採用しているが、第１のパージ管２８および第２のパージ管２６の吹出部から吹き出すパージガスの種類や温度はこれに限定されるものではない。

以上の構成において、絶縁膜を塗布する塗布工程および塗布された絶縁膜を３００℃以下で乾燥させる乾燥する乾燥工程を経た半導体ウェハ２４が、減圧チャンバ装置１０の炉体１５の内部に、シャッタ１３を介して搬入される。そして、減圧チャンバ装置１０では、減圧状況下においてワーク２４に対して加熱処理および紫外線照射処理が行われる。

減圧チャンバ装置１０が炉体１５の圧力を下げる際には、まず排気部３０を介して排気処理が行われ、続いて、第１のパージ管２８および第２のパージ管２６からパージガスを導入しさらに排気処理が行われる。これを１回〜数回繰り返すことにより、炉体１５の内部の酸素濃度が低くなる。

炉体１５の内部に搬出されたウェハ２４は、まずクールプレート１２に載置される。その後、ウェハ２４は、搬送アーム１４によってホットプレート１６上に移され、ホットプレート１６上にて設定された時間だけ設定された温度によって加熱される。ホットプレート１６にてウェハ２４を加熱する際には、エキシマランプ２０からエキシマレーザが放出され、ホットプレート１６およびエキシマランプ２０の両方からの熱エネルギによってウェハ２４が加熱される。

絶縁膜が塗布されたウェハ２４が加熱されると、ウェハ２４から昇華物が発生する。この発生した昇華物は、ウェハ２４近傍の雰囲気の中に放出される。従来、この昇華物がエキシマランプ２０の照射面まで届いていたが、この実施形態では、ウェハ２４とエキシマランプ２０とが石英ガラス２２によって隔てられているため昇華物はエキシマランプ２０には到達しない。

さらに、石英ガラス２２には、第１のパージ管２８および第２のパージ管２６から昇温されたパージガスが吹付けられるため、石英ガラス２２が暖められており、石英ガラス２２に昇華物が結露しにくい状況が形成されている。このため、ウェハ２４から発生した昇華物は、石英ガラス２２に付着することなく、排気部を介して回収され易くなる。

さらに、石英ガラス２２とウェハ２４との間においてパージガスが流通しているため、石英ガラス２２とウェハ２４との間が与圧状態になっており、外部から酸素が侵入してきた場合でも侵入した酸素がウェハ２４近傍に近づきにくくなっている。この結果、エキシマランプ２０から照射される光によってオゾンが発生することが抑えられ、ウェハ２４に形成された絶縁膜の変質や破壊が防止される。そして、この結果、ウェハ２４に形成された絶縁膜のＫ値が上がることが防止される。

さらには、石英ガラス２２とウェハ２４との間がパージガスによって与圧状態になっているため、真空度を高くする必要性が少なくなり、コストの削減が図られる。また、石英ガラス２２の上側および下側の圧力がほぼ等しいので、石英ガラス２２の厚みが薄くても良いため、石英ガラス２２を軽量化しやすくなり、交換が行い易くなる。

図５は、石英ガラス２２を通過するエキシマランプからの光の状態を示している。図５に示すように、エキシマランプ２０とウェハ２４との間に石英ガラス２２を配置することにより、複数のエキシマランプ２０から発生した光を面発光状態に近づけることが可能になる。このため、ウェハ２４の全面にわたって均一なＵＶキュア処理を施し易くなる。

さらに、昇華物が石英ガラス２２に付着した場合でも、エキシマランプ２０に直接付着する場合に比較すると照射光の強度分布の不均一が発生しにくい。

なお、石英ガラス２２を通過する際に、エキシマランプからの光のスペクトラムのうち、パージガスに悪影響を与える波長帯がフィルタリングされることが予想される。

図６は、減圧チャンバ装置１０における蓋部１８が開放した状態を示している。同図に示すように、蓋部１８を開放し、石英ガラス２２を支持部１５２に固定しているネジを取り外すことにより、石英ガラス２２を減圧チャンバ装置１０から取り出すことが可能になる。このため、汚れた石英ガラス２２を汚れていない他の石英ガラスと容易に交換することができ、また、汚れた石英ガラス２２を容易にクリーニングすることが可能になる。

図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、第１のパージ管２８および第２のパージ管２６を用いて石英ガラス２２を支持する構成例を示している。図７（Ａ）では、第１のパージ管２８によって石英ガラス２２の上面を支持する構成を示しており、この構成を採用することにより、石英ガラス２２をネジ止め等する必要がなくなる。また、図７（Ｂ）では、さらに第２のパージ管２６によって石英ガラス２２の下面を支持する構成を示しており、この構成を採用することにより、石英ガラス２２を支持するためにのみ用いる支持部１５２を炉体１５の内部に別途構成する必要がなくなる。なお、図７（Ａ）または図７（Ｂ）のいずれの構成を採用する場合であっても、熱膨張率の差を考慮して、第１のパージ管２８および第２のパージ管２６と石英ガラス２２との間に樹脂材料を介在させておくことが好ましい。

上述の実施形態においては、昇温されたパージガスを導入するために石英ガラス２２の上方および下方にそれぞれ配置された第１のパージ管２８および第２のパージ管２６を用いているが、パージ管は必ずしも石英ガラス２２の上方および下方の両方に必要となるわけではない。例えば、ホットプレートの下方に減圧ポンプ３０が設けられた上述の実施形態では、石英ガラス２２の上方の第１のパージ管２８は必須的構成であるが、第２のパージ管２６は任意的構成となる。ただし、図８のように、第２のパージ管２６を用いない場合には、石英ガラス２２の辺縁部近傍ではなく、石英ガラス２２の中央部に通気孔２２４を設けることが好ましい。このように構成することにより、第１のパージ管２８からのパージガスの流通がより円滑になるからである。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０−減圧チャンバ装置
１２−クールプレート
１６−ホットプレート
１８−蓋部
２０−エキシマランプ
２２−石英ガラス
２６−第２のパージ管
２８−第１のパージ管
１５２−支持部

Claims (3)

1. 減圧状況下において絶縁膜が形成されたワークに対して加熱処理および紫外線照射処理を行うように構成された半導体ウェハ処理装置であって、
   ワークの搬入または排出がされる際に開放可能な扉部、および天井部の一部を選択的に開放可能な蓋部を有する炉体と、
   前記炉体の内部における前記蓋部の下方に配置された、ワークを下から支持しつつ加熱するように構成されたホットプレートと、
   前記蓋部に設けられた、前記ホットプレート上のワークを露光する紫外線を照射可能なエキシマランプと、
   前記炉体における前記蓋部の下方に設けられた支持部と、
   前記エキシマランプと前記ワークとを隔てるように前記支持部に支持された板状の石英ガラスと、
   前記石英ガラスに昇温されたパージガスを吹き付けるように構成されたパージガス吹付部と
   を備えた半導体ウェハ処理装置。
2. 前記石英ガラスに、ガスが通過可能な通気孔が形成された請求項１に記載の半導体ウェハ処理装置。
3. 前記ホットプレートの下方に減圧ポンプに接続された排気部が設けられ、かつ、
   前記パージガス吹付部が、少なくとも前記石英ガラスの上方に設けられた請求項１または２に記載の半導体ウェハ処理装置

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