JP2011210910A - ウェハカセット及び半導体ウェハの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャル成長前の表面処理（エッチング処理、洗浄処理、乾燥処理）において、半導体ウェハの表面パーティクル数が増大するのを効果的に抑制し、表面パーティクル数が少ない半導体ウェハを実現できる技術を提供する。
【解決手段】ウェハカセットを、当該ウェハカセットの前面を構成する前方支持体と、前方支持体に対向配置され、当該ウェハカセットの背面を構成する後方支持体と、収容される半導体ウェハを下方に案内する上溝部を有し、前方支持体と後方支持体を上部で連結する上側部フレームと、上溝部に対応して設けられ、収容される半導体ウェハを支持する下溝部を有し、前方支持体と後方支持体を下部で連結する下側部フレームとを備えた構成とする。上側部フレームと下側部フレームの間が開口し、側部周縁が開放された状態で半導体ウェハを収容可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェハを収納する枚葉式のウェハカセット及びウェハカセットを用いた半導体ウェハの表面処理方法に関し、特に、半導体ウェハを収容した状態で表面処理を行う際に好適な技術に関する。

一般に、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの半導体ウェハの表面に化合物半導体をエピタキシャル成長させる場合、半導体ウェハには、前処理として、アンモニア系溶液又は硫酸系溶液などのエッチャント（エッチング液）によるエッチング処理が施される。
通常、鏡面研磨された半導体ウェハは、洗浄処理された後、実際にエピタキシャル成長が行われるまでに数ヶ月間保管される。この保管中に酸化物あるいは有機物がウェハ表面に発生してしまう可能性がある。化合物半導体のエピタキシャル成長では、半導体ウェハにおいて曇りのない完全な鏡面を確実に創出する必要があるため、エピタキシャル成長直前の前処理としてエッチング処理を行い、ウェハ表面に発生した酸化物や有機物を除去するようにしている。そして、エッチング処理が施された半導体ウェハは、純水による洗浄処理、乾燥処理を経てエピタキシャル成長に供される。

上述したエッチング処理、純水による洗浄処理及び乾燥処理（以下、各処理を併せて表面処理と称する）は、一般に、枚葉式のウェハカセットに複数枚の半導体ウェハを収容した状態で行われる（例えば特許文献１）。特許文献１には、半導体ウェハに対して表面処理を均一に施すために、側面を上段溝壁、中段溝壁、下段溝壁で構成し、上段溝壁と中段溝壁の間、及び中段溝壁と下段溝壁の間を開口させたウェハカセットが開示されている。

図３は従来の枚葉式ウェハカセット（市販のフッ素樹脂製ウェハカセット）の一例について示す外観図で、図４はスリット部の中心を通る断面を示す図である。
図３，４に示すように、ウェハカセット２は、前方に立設された２本の前方支柱２３、後方に立設された２本の後方支柱２４、前方支柱２３と後方支柱２４の間に設けられた側部フレーム２１を備えて構成されている。２本の前方支柱２３，２３が補強部材２５で連結され、２本の後方支柱２４，２４が補強部材２６で連結されており、ウェハカセット２は全体として箱型となっている。

側部フレーム２１は、前方支柱２３と後方支柱２４の間に連架された上側部フレーム２１１、下側部フレーム２１２、及び前後方向に平行に配列された複数枚の仕切板２１３,２１３・・を備えている。仕切板２１３，２１３・・の上部は上側部フレーム２１１に接合され、下部は下側部フレーム２１２に接合されている。
すなわち、側部フレーム２１の上部には、上側部フレーム２１１と仕切板２１３，２１３・・により上溝部２１４が形成され、側部フレーム２１の下部には、下側部フレーム２１２と仕切板２１３，２１３・・により下溝部２１５が形成され、上側部フレーム２１１と下側部フレーム２１２の間には、仕切板２１３，２１３・・によりスリット部２１６が形成されている。
また、下側部フレーム２１２の下溝部２１５には、半導体ウェハＷの周縁に当接して支持する支持部２１５ａが形成されている。

半導体ウェハＷは、上溝部２１４、スリット部２１６、下溝部２１５に沿ってウェハカセット２内に案内される。そして、ウェハ上部周縁が上溝部２１４に位置し、ウェハ側部周縁がスリット部２１６に位置し、ウェハ下部周縁が下溝部２１５に位置した状態で、支持部２１５ａによって支持される。すなわち、ウェハカセット２では、上溝部２１４、スリット部２１６及び下溝部２１５によって、複数の半導体ウェハＷが離間した状態で収容されるようになっている。

半導体ウェハＷは、このようなウェハカセット２に収容された状態で、ウェハ製造時に洗浄・乾燥処理が一度施され、数ヶ月保管された後、エッチング及び洗浄・乾燥処理が施されることとなる。上述したウェハカセット２を使用して半導体ウェハの表面処理を行う場合、スリット部２１６をエッチャントや純水が通過するため、均一な表面処理が期待される。

特許第４２５６１２２号公報

ところで、エピタキシャル成長前に表面処理を施した直後の半導体ウェハは、表面処理が繰り返し行われたことによって表面が活性化した状態となっているため、大気中の微細な塵埃が非常に吸着しやすい。たとえクリーンルーム内で処理を行ったとしても、表面処理前（エッチング処理前）に比べて表面処理後（乾燥処理後）の表面パーティクル数が増大することがある。実際に、本発明者等が上述したウェハカセット２に半導体ウェハＷを収容して表面処理を行ったところ、表面処理前に比較して表面処理後の表面パーティクル数が著しく増大した。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、エピタキシャル成長前の表面処理（エッチング処理、洗浄処理、乾燥処理）において、半導体ウェハの表面パーティクル数が増大するのを効果的に抑制し、表面パーティクル数が少ない半導体ウェハを実現できる技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、複数の半導体ウェハを前後方向に並べて収容可能な箱型のウェハカセットであって、
当該ウェハカセットの前面を構成する前方支持体と、
前記前方支持体に対向配置され、当該ウェハカセットの背面を構成する後方支持体と、
収容される半導体ウェハを下方に案内する上溝部を有し、前記前方支持体と前記後方支持体を上部で連結する上側部フレームと、
前記上溝部に対応して設けられ、収容される半導体ウェハを支持する下溝部を有し、前記前方支持体と前記後方支持体を下部で連結する下側部フレームとを備え、
前記上側部フレームと前記下側部フレームの間が開口し、側部周縁が開放された状態で半導体ウェハを収容可能となっていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウェハカセットにおいて、前記上側部フレームと前記下側部フレームを連結するリブ部を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のウェハカセットにおいて、前記リブ部は、前記上溝部を形成する上部仕切片と前記下溝部を形成する下部仕切片に連設されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３の何れか一項に記載のウェハカセットに、ウェハ表面が前記前方支持体、前記後方支持体又は前記リブ部と接触しないように半導体ウェハを収容し、エッチング処理、洗浄処理又は乾燥処理を行うことを特徴とする半導体ウェハの表面処理方法である。

本発明によれば、エピタキシャル成長前の表面処理において、半導体ウェハの表面パーティクル数が増大するのを効果的に抑制でき、表面パーティクル数が少ない半導体ウェハを実現することができる。

実施形態に係るウェハカセットの外観を示す図である。 実施形態に係るウェハカセットの断面構造を示す図である。 従来のウェハカセットの外観を示す図である。 従来のウェハカセットの断面構造を示す図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は実施形態に係るウェハカセットの一例について示す外観図で、図２は溝部の中心を通る断面を示す図である。図１，２に示すウェハカセット１は、複数の半導体ウェハを前後方向に並べて収容可能な枚葉式のウェハカセットであり、例えばテフロン（登録商標）等の材料で構成される。
図１，２に示すように、ウェハカセット１は、前方に立設された２本の前方支柱１３、後方に立設された２本の後方支柱１４、前方支柱１３と後方支柱１４の間に設けられた上側部フレーム１１及び下側部フレーム１２を備えて構成されている。２本の前方支柱１３，１３間が補強部材１５で連結され、２本の後方支柱１４，１４が補強部材１６で連結されており、ウェハカセット１は全体として箱型となっている。

上側部フレーム１１には、２４枚の上部仕切片１１１,１１１・・が前後方向に平行に形成されており、前方支柱１３、後方支柱１４及び上部仕切片１１１,１１１・・によって２５条の上溝部１１２，１１２・・が形成されている。また、上部仕切片１１１の内側下部は、水平方向に対して例えば４５°をなす傾斜面１１１ａとされ、半導体ウェハＷの上部周縁と上部仕切片１１１との当接部分が極力小さくなるようにしている。

下側部フレーム１２には、上部仕切片１１１，１１１・・に対応して２４枚の下部仕切片１２１,１２１・・が前後方向に平行に形成されており、前方支柱１３、後方支柱１４及び下部仕切片１２１,１２１・・によって上溝部１１２，１１２・・に対応する２５条の下溝部１２２，１２２・・が形成されている。また、下部仕切片１２１の内側上部は、水平方向に対して例えば４５°をなす傾斜面１２１ａとされ、半導体ウェハＷの下部周縁と下部仕切片１２１との当接部分が極力小さくなるようにしている。
また、下側部フレーム１２の下溝部１２２には、半導体ウェハＷの周縁に当接して指示する支持部１２２ａが形成されている。上溝部１１２及び下溝部１２２の幅は、収容する半導体ウェハＷの厚さに応じて設計されており、例えば４．７６ｍｍとされる。

半導体ウェハＷは、上溝部１１２及び下溝部１２２に沿ってウェハカセット１内に案内される。そして、半導体ウェハＷの上部周縁が上溝部１１２に位置し、下部周縁が下溝部１２２に位置した状態で、支持部１２２ａによって支持される。すなわち、ウェハカセット１では、２５枚の半導体ウェハＷを離間した状態で収容可能となっている。
なお、下仕切板１２１だけで半導体ウェハＷを安定して保持できれば、上仕切板１１１が半導体ウェハＷの上部周縁に当接しないようにしてもよい。

また、上側部フレーム１１と下側部フレーム１２は、前後方向の略中央において、リブ部１７により連結されている。具体的には、上側部フレーム１１の略中央（例えば前方から１２番目）の上部仕切片１１１Ａと、この上部仕切片１１１Ａに対応する下側部フレーム１２の略中央の下部仕切片１２１Ａに、リブ部（補強部材）１７が連設されている。すなわち、上部仕切片１１１Ａ、リブ部１７及び下部仕切片１２１Ａは、一枚の板状部材で構成されている。

本実施形態１のウェハカセット１は、従来のウェハカセット２（図２参照）において、上側部フレーム２１１と下側部フレーム２１２の間にある仕切板２１３,２１３・・を、前方から１２番目の１枚を除いて切断した構造となっている。したがって、従来のウェハカセットの設計を利用して、簡単にウェハカセット１を作製することができる。

ウェハカセット１の側面に大きな開口を設けることで強度が不足すると、ウェハカセット１をスピンコータに配置して洗浄処理や乾燥処理を行う場合等に、ウェハカセット１が歪みを生じて半導体ウェハＷが落下する虞がある。そこで、本実施形態では、リブ部１７を設けてウェハカセット１において一定の強度が保持されるようにしている。

このように、ウェハカセット１は、当該ウェハカセット１の前面を構成する前方支柱（前方支持体）１３と、前方支持体１３に対向配置され、当該ウェハカセット１の背面を構成する後方支柱１４（後方支持体）と、収容される半導体ウェハＷを下方に案内する上溝部１１２を有し、前方支柱１３と後方支柱１４を上部で連結する上側部フレーム１１と、上溝部１１２に対応して設けられ、収容される半導体ウェハＷを支持する下溝部１２２を有し、前方支柱１３と後方支柱１４を下部で連結する下側部フレーム１２とを備えている。そして、上側部フレーム１１と下側部フレーム１２の間が開口し、側部周縁が開放された状態（いずれの部材にも接触しない状態）で半導体ウェハＷを収容可能となっている。

ウェハカセット１によれば、半導体ウェハＷを収容したときに、半導体ウェハＷの側部周縁表面がウェハカセット１と極力接触しないようにできる。したがって、純水による洗浄処理においてはウェハ表面に残留するエッチャントを迅速に除去でき、乾燥処理においてはウェハ表面に残留する水滴を迅速に除去できるので、ウェハカセット１からの発塵による悪影響を最小限に抑えることができる。すなわち、エピタキシャル成長前の表面処理において、半導体ウェハの表面パーティクル数が増大するのを効果的に抑制し、表面パーティクル数が少ない半導体ウェハを実現することができる。

［実施例］
実施例では、上述したウェハカセット１を用いて表面処理を行った。まず、ウェハの側部周縁が、前方支柱１３、後方支柱１４又はリブ部１７と接触しないように、直径２インチのＩｎＰウェハを収容した。例えば、後方から２番目（前方から２４番目）の溝Ｃ２４にウェハ表面を前方に向けて配置した。
この状態で、エッチャント（Ｈ_２ＳＯ_４：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝５：１：１）に１分間浸漬して、エッチング処理を行った。次いで、超純水をオーバーフローさせた洗浄槽に４分間浸漬して、洗浄処理を行った。このとき、ウェハカセット１を揺動させ、カセット内部のウェハ当接部分（上部仕切片１１１の下部及び下部仕切片１２１の上部、図２の網掛け部分）に水が適度に通過するようにした。ウェハカセットを揺動するのは、ウェハ全体、とりわけウェハ周縁部分の硫酸の溶け残りを除去するためである。
そして、ウェハカセット１をスピンドライヤーに設置し、静電気除去対策を施された窒素パージ環境下（常温）で、ウェハカセット１を自転させることで基板を乾燥させた（乾燥処理）。具体的には、３０００回転／分で１８０秒回転させた後、５００回転／分で５０秒回転させた。

［比較例］
比較例では、図２に示す従来のウェハカセット２を用いて表面処理を行った。実施例と同様に、直径２インチのＩｎＰウェハを後方から２番目の溝Ｃ２４にウェハ表面を前方に向けて配置し、同様の表面処理を行った。比較例では、ウェハの側部周縁の大部分が、仕切板２１３と接触することとなる（図４の網掛け部分）。

実施例及び比較例における表面処理前後の半導体ウェハＷについて、Ｓｕｒｆｓｃａｎ６２２０により表面パーティクル数を測定し、パーティクル数の増減について調べた。測定結果を表１に示す。
表１に示すように、実施例では、表面パーティクル数の増加は、表面処理前後で概ね３５以内に抑えられていた。これに対して、比較例では、表面パーティクル数の増加が８０を超え、２００近くまで増加しているものもあった。表面パーティクル数が多い半導体ウェハは、その後のエピタキシャル成長時に異常成長をきたす原因となるため、概ね４０以内であることが望ましい。

比較例のウェハカセット２では、半導体ウェハＷの側部周縁の表裏面が仕切板２１３に接触し、この部分における表面処理が不十分となるために、表面処理後の表面パーティクル数の増大を十分に抑制できなかったと考えられる。
ウェハカセット１は２５条の溝部１１２，１２２を有しているので、最大２５枚の半導体ウェハＷを収容することが可能である。しかし、比較例のようにウェハの側部周縁の大部分が仕切板などに接触していると、表面処理が不十分となる。したがって、ウェハカセット１を用いて表面処理を行う場合、半導体ウェハＷの表面（エピタキシャル成長面）が前方支柱１３、後方支柱１４又はリブ部１７と接触しないように半導体ウェハＷを収容し、エッチング処理、洗浄処理及び乾燥処理を行うのが望ましい。

例えば、表面をウェハカセット１の前方に向けて半導体ウェハＷを収容する場合、前方から１番目の溝Ｃ１に配置された半導体ウェハＷは、側部周縁においてウェハ表面が前方支柱１３に接触する。また、前方から１３番目の溝Ｃ１３に配置された半導体ウェハＷは、側部周縁においてウェハ表面がリブ部１７に接触する。したがって、半導体ウェハＷをこれらの位置には収容しないようにする。つまり、ウェハカセット１では、実質的に最大２３枚の半導体ウェハＷを収容して表面処理を行うことができる。
なお、前方から１２番目の溝Ｃ１２に配置される半導体ウェハＷは、側部周縁がリブ部１７に接触することとなるが、接触するのはウェハ裏面側であるので問題ない。同様に、前方から２５番目の溝Ｃ２５に配置される半導体ウェハＷは、側部周縁が後方支柱１４に接触することとなるが、接触するのはウェハ裏面側であるので問題ない。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
実施形態では、ウェハカセット１の略中央に位置する１２番目の上部仕切片１１１Ａと下部仕切片１２１Ａにリブ部１７を連設し、１枚の板状部材で構成した場合について説明したが、リブ部の数や配置箇所はこれに限定されない。例えば、その他の上部仕切片１１１と下部仕切片１２１を連設するリブ部を設けるようにしてもよいし、上部仕切片１１１や下部仕切片１２１とは別に、上側部フレーム１１と下側部フレーム１２を接続するリブ部を設けるようにしてもよい。

なお、リブ部の数を多くしすぎると、実質的に収容可能な半導体ウェハＷの数が少なくなり生産性が低下する虞がある。また、リブ部の形状を大きくしすぎると、開口が狭くなり均一な表面処理が妨げられる虞がある。そこで、リブ部の数、配置箇所又は形状は、ウェハカセット１の強度を保持し得る程度で最小限に抑えるのが望ましい。

また、ウェハカセット１では、前面及び背面がほぼ開放された構成となっているが、前面を構成する前方支持体（実施形態では前方支柱１３）又は背面を構成する後方支持体（実施形態では後方支柱１４）を、板状部材で構成するようにしてもよい。

今回開示された実施の形態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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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。

１ ウェハカセット
１１ 上側部フレーム
１１１ 上部仕切片
１１２ 上部溝部
１２ 下側部フレーム
１２１ 下部仕切片
１２２ 下部溝部
１３ 前方支柱
１４ 後方支柱
１５，１６ 補強部材
１７ リブ部

Claims (4)

1. 複数の半導体ウェハを前後方向に並べて収容可能な箱型のウェハカセットであって、
   当該ウェハカセットの前面を構成する前方支持体と、
   前記前方支持体に対向配置され、当該ウェハカセットの背面を構成する後方支持体と、
   収容される半導体ウェハを下方に案内する上溝部を有し、前記前方支持体と前記後方支持体を上部で連結する上側部フレームと、
   前記上溝部に対応して設けられ、収容される半導体ウェハを支持する下溝部を有し、前記前方支持体と前記後方支持体を下部で連結する下側部フレームとを備え、
   前記上側部フレームと前記下側部フレームの間が開口し、側部周縁が開放された状態で半導体ウェハを収容可能となっていることを特徴とするウェハカセット。
2. 前記上側部フレームと前記下側部フレームを連結するリブ部を有することを特徴とする請求項１に記載のウェハカセット。
3. 前記リブ部は、前記上溝部を形成する上部仕切片と前記下溝部を形成する下部仕切片に連設されていることを特徴とする請求項２に記載のウェハカセット。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のウェハカセットに、ウェハ表面が前記前方支持体、前記後方支持体又は前記リブ部と接触しないように半導体ウェハを収容し、エッチング処理、洗浄処理又は乾燥処理を行うことを特徴とする半導体ウェハの表面処理方法。

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