JP2013247126A - ウエハ洗浄用ヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】 耐食性及び耐久性に優れたウエハ洗浄用ヒータを提供する。
【解決手段】 ウエハ洗浄時のウエハを加熱するためのウエハ洗浄用ヒータであって、いずれも炭化ケイ素又は炭化ケイ素を含む複合体からなる上板１及び下板２と、これら上板１及び下板２の間に挟み込まれたＯ−リングなどのシール部材３と、これら上板１及び下板２並びにシール部材３で囲まれた空間内に設けられた加熱機構４とからなる。下板２の下側には筒状の支持体５を設けるのが好ましく、これにより加熱機構４や測温素子７に接続するリード線６ａ、６ｂを支持体５の内側に収納することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハを洗浄する際に使用される、ウエハを加熱するためのウエハ洗浄用ヒータに関する。

従来、ウエハの洗浄に関しては、アンモニア水やフッ酸溶液等の洗浄液が満たされた洗浄槽に複数のウエハを浸漬して洗浄する方法や（特許文献１）、ウエハ上に薬液を滴下して洗浄する方法が知られている（特許文献２）。このように、ウエハの洗浄では、塩酸や硫酸などの酸類や、過酸化水素水、アンモニア水などの薬液をウエハ上に滴下するか、該薬液中にウエハを浸漬させる薬液洗浄が行われている。そして、この薬液洗浄は、ウエハに付着している薬液を除去することで完了する。

上記薬液洗浄では、ウエハを加熱することができれば、薬液の活性を高めることができるので、洗浄速度を速くしてスループットを向上させることができる。そこで、石英で保護された加熱用ランプや、石英で保護された加熱用ヒータ線を用いてウエハを加熱しながらウエハの洗浄を行う技術が提案されている（特許文献３）。

特開平０４−１４２２２号公報 特開２００８−１３５７０３号公報 特開平０５−１２１３８８号公報

しかしながら、ウエハの加熱に加熱用ランプを使用する場合、ウエハの中心部と周縁部で温度差が発生しやすく、その結果ウエハ全面が均一に洗浄されにくいという問題が生ずることがあった。すなわち、ウエハの周縁部は、中心部に比べてウエハ加熱時に温度が低くなる傾向にあるため、洗浄ムラが発生しやすく、その結果例えばレジストの洗浄では部分的にレジストが残ってしまうという問題が生じることがあった。

また、石英で保護された加熱用ヒータ線を用いた場合においては、石英は熱伝導率が低いため、ヒータ線の直上部ではウエハの温度が局所的に高くなる一方で、隣り合うヒータ線の間に位置する部分ではウエハの温度が局所的に低くなり、前述した加熱用ランプを用いた場合と同様の洗浄ムラの問題が生ずることがあった。

また、石英はフッ酸等に対する耐食性に劣るため、洗浄プロセスで使用できる薬液の種類に制約があるという問題があった。すなわち、ウエハの洗浄時においてフッ酸を含む薬液を使用する雰囲気で石英を使用した場合、石英に失透が生じたり、その表面の平滑性がなくなったりすることがあった。更には、パーティクルが発生するなどの問題を生ずることもあった。

本発明においては上記課題を解決するため、洗浄するウエハを加熱するためのヒータを、炭化ケイ素もしくは炭化ケイ素を含む複合体で形成している。これらの材料は、塩酸や硫酸などの酸類や、過酸化水素水、アンモニア水だけではなく、フッ酸に対しても耐食性を有し、パーティクルの発生を抑えることもできる。また、炭化ケイ素もしくは炭化ケイ素を含む複合体は、いずれも熱伝導率が高いため、ヒータとして使用した場合にウエハを均一に加熱することができる。

すなわち、本発明に係るウエハ洗浄時のウエハを加熱するためのウエハ洗浄用ヒータは、いずれも炭化ケイ素又は炭化ケイ素を含む複合体からなる上板及び下板と、これら上板及び下板の間に挟み込まれたシール部材と、これら上板及び下板並びにシール部材で囲まれた空間内に設けられた加熱機構とからなることを特徴としている。

本発明によれば、耐食性及び耐久性に優れたウエハ洗浄用ヒータを提供することが可能となる。また、本発明のウエハ洗浄用ヒータは、上板と下板の間にシール部材を挟み込み、上板と下板とシール部材とで囲まれた空間に加熱機構を具備させるものであるので、比較的容易かつ簡単に作製することが可能である。

本発明に係るウエハ洗浄用ヒータの一具体例を模式的に示す縦断面図である。

以下、本発明に係る洗浄時のウエハを加熱するためのウエハ洗浄用ヒータの一具体例を図１を参照しながら説明する。この一具体例のウエハ洗浄用ヒータは、略同一の直径を有する２枚の円板状の上板１及び下板２が、上下方向で対向するように配置されている。そして、これら上板１及び下板２の間に環状のシール部材３が挟み込まれている。シール部材３は上板１及び下板２の外周部に沿って設けられており、これら上板１及び下板２並びにシール部材３によって形成される空間内に加熱機構４が設けられている。このウエハ洗浄用ヒータは、図１に示すようにウエハＷを直接載置するものであっても良いし、ウエハＷとウエハ洗浄用ヒータとの間に空間が設けられるものであってもよい。

これら上板１及び下板２は、いずれも炭化ケイ素又は炭化ケイ素を含む複合体によって形成されている。炭化ケイ素を含む複合体としては、例えばＡｌ−ＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣを挙げることができる。これら炭化ケイ素又はそれを含む複合体は、薬液洗浄の際に使用される塩酸や硫酸などの酸類、過酸化水素水、アンモニア水、更にはフッ酸に対して耐食性を有している。このため、ウエハ洗浄に使用する薬液に対する制約をなくすことができる。

更に、炭化ケイ素又はそれを含む複合体は、例えば１００Ｗ／ｍＫ以上という高い熱伝導率を有しているため、上板１と下板２とで加熱機構４を挟み込むという簡単な構造であるにもかかわらず、均熱性に優れたヒータを実現することができる。このように、本発明のウエハ洗浄用ヒータは、ウエハ洗浄時のウエハを均一に加熱することができるため、洗浄ムラの発生を抑えて高品質な半導体デバイスを作製することが可能となる。

上板１と下板２とで挟み込むシール部材３は、その内側に位置する加熱機構４に薬液が直接接触することがないように気密シール構造にできるものであることが望ましく、このため、シール部材３には例えばガスケットやＯ−リングを使用する。そして、ガスケットの場合は、その材質に黒鉛やメタル等を使用するのが好ましい。これらの材質は数百℃の耐熱性を有するからである。

上記したように、薬液の浸入しない気密シール構造の空間内に加熱機構４を設置し、加熱機構４を薬液から保護するのが望ましいが、加熱機構４が薬液に対して耐食性を有する場合は必ずしも完全に気密シールする必要はない。逆に、加熱機構４の材質が薬液に対して耐食性を有しない場合は気密シールが望ましいが、気密シールが困難である場合は、ウエハ洗浄用ヒータを所定の時間使用する毎に加熱機構４を交換すれば良い。この場合であっても、加熱機構４は、ガスケットやＯ−リング等のシール部材３を挟んで対向する上板１及び下板２の内側に配置されているだけであるので、加熱機構４の交換は比較的容易である。

これら上板１と下板２とを連結する方法は、上板１及び下板２並びにシール部３材で囲まれる空間内に薬液が流れ込みにくくできるのであれば特に限定するものではない。例えば、上板１又は下板２のいずれかに、ネジを挿通させる複数の貫通孔を周縁部に沿って均等に形成する。そして、もう一方の板に、各貫通孔を挿通させたネジの先端部を螺合させるためのザグリ部を設ける。これにより、Ｏ−リングなどのシール部材３を挟んで対向する上板１と下板２の周縁部を複数のネジを用いて均等に締め付けることができ、よって薬液が上記空間内に流れ込みにくい構造にすることができる。なお、ネジを貫通孔に挿通させてネジ止めした後に、耐食性を有する樹脂等のコーキング材で貫通孔に生じた隙間を埋めてもよい。

上記の方法により、薬液の浸入しにくい空間内に加熱機構４を設置することができるので、加熱機構４には公知のものを用いることができる。但し、一般に上板１及び下板２の材質である炭化ケイ素もしくは炭化ケイ素を含む複合体は、導電性を有することが多いため、これら上板１及び下板２に対して加熱機構４は電気的に絶縁状態が確保されることが望ましい。この場合、加熱機構４の構造には、例えば絶縁性セラミックス中に発熱体を埋設したものや、シースヒータ、ラバーヒータ等を使用することができる。

また、加熱機構４は、発熱体としての金属箔をパターンエッチングし、この金属箔を、例えばシリコン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの耐熱性を有する樹脂に挟み込んだ構造か、あるいは該耐熱性の樹脂内にパターンエッチングされた金属箔を埋設する構造にすることができる。このように、金属箔を用いた加熱機構は、比較的自由にヒータパターンを設計することができるので、より均熱性に優れたウエハ洗浄用ヒータが得られるので特に好ましい。

下板２の下側には、両端にフランジ部を有する筒状の支持体５が設けられている。この支持体５内には、加熱機構４に給電するためのリード線６ａや、ウエハ洗浄用ヒータの温度を測定するための測温素子７に接続されたリード線６ｂが収納されている。支持体５は、その外径が下板２の外径よりも小さければ、薬液に直接さらされる頻度が上板１や下板２のように高くないので、比較的自由に材質を選択することができる。例えば、ステンレスや、コバールなどの金属、ムライト、アルミナ、ムライト−アルミナの複合体、窒化アルミニウムなどのセラミックスなどを使用することができる。また、当然のことながら上板１や下板２に使用した炭化ケイ素もしくは炭化ケイ素を含む複合体を使用してもよい。

前述したように、支持体５はリード線６ａ、６ｂ等を薬液から保護する役割を有しているが、下板２の下側に取り付けられているため、下板２がひさしとなって支持体５内への薬液の浸入が比較的少ない。従って、支持体５を下板２に取り付ける場合は、支持体５と下板２の間は特に気密シールしなくても良い。しかし、薬液の支持体５内への侵入を完全に防ぐことが要求される場合は、支持体５と下板２の間を気密シールすることが好ましい。

気密シールする方法としては、接合剤を使用して接合する方法や、上板１と下板２との間に設置した、例えばガスケットやＯ−リングなどのシール部材３と同様のものを使用して気密シールするなど、公知の方法を使用することができる。図１には、下板２の下面と支持体５のフランジ面との間に環状のＯ−リング８を設ける例が示されている。

図１に示すウエハ洗浄用ヒータには、前述したようにヒータの温度を測定するための測温素子７が、上板１、下板２及びシール部材３に囲まれた空間内に設置されている。この測温素子７は例えばシース熱電対からなり、図１に示すように上板１の下面に設けたザグリ部に挿入させることにより上板１に接触させることができる。あるいは、測温素子７に例えば測温抵抗体を使用し、これを耐熱性樹脂で上板１に接着してもよい。このようにして温度を測定することで、ウエハ洗浄用ヒータの温度を安定的に制御することができ、よって比較的安定した洗浄能力を得ることができる。

以上説明したように、本発明のウエハ洗浄用ヒータを用いてウエハを洗浄した場合、薬液及びウエハの温度を高くすることができるため、薬液の活性が高まり、よって洗浄速度を速くすることができる。なお、本発明のウエハ洗浄用ヒータは、ウエハを間接的に加熱しても良いし、ウエハを載置面に直接載置して加熱しても良い。後者のように直接載置する場合は、上板にウエハポケットや、真空吸着、あるいは静電チャック機能を付与することも可能である。

以上、本発明のウエハ洗浄用ヒータについて具体例を挙げて説明したが、本発明は係る具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能である。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲およびその均等物に及ぶものである。

（実施例１）
上板及び下板として、炭化ケイ素からなる直径３００ｍｍ、厚み５ｍｍの基板を２枚作製した。これら基板の片面側の外周部付近に、Ｏ−リングを装着するための平面視で環状の溝を形成した。更に、２枚の基板のうち、上板となる基板の下面側に測温素子を装着するため、ザグリ部を形成した。このザグリ部に、測温素子を耐熱性樹脂で取り付けた。また、２枚の基板のうち、下板となる基板の中心部に直径５０ｍｍの貫通孔を形成した。また、この貫通孔の外側に、後述する支持体のフランジ面とで挟み込むＯ−リングを嵌めこむための平面視環状の溝を形成した。

これら上板と下板とをネジで結合するため、下板の周縁部に、該ネジを挿通させるための内径５ｍｍの貫通孔を８個設けた。そして、上板において該下板の各貫通孔に対向する位置に、ネジの先端部が螺合する雌ネジ部を形成した。なお、これら貫通孔及び雌ネジ部は、前述した外周部付近に設けた環状の溝の外側に設けた。これにより、上板と下板とで挟み込むＯ−リングにネジが干渉しないようにした。

次に、発熱体としてのステンレス箔を所定の回路パターンにエッチングし、その上下面をポリイミドフィルムで圧着して加熱機構を作製した。この加熱機構において、給電のためのリード線を接続する部分は、ステンレス箔を露出させた。また、前述した測温素子に接続するリード線が挿通するための貫通孔を設けた。

下板と同じ材質を用いて、内径５０ｍｍ、肉厚３ｍｍ、高さ１２０ｍｍの筒状の支持体を作製した。この支持体の両端部にはフランジ部を形成した。更に上側のフランジ部の上面には、前述したように、下板との間で気密シールするためのＯ−リング用の平面視環状の溝を形成した。上記の部材を図１に示すように組み立てることにより試料１のウエハ洗浄用ヒータを作製した。

更に、炭化ケイ素の代わりにそれぞれＡｌ−ＳｉＣ複合体及びＳｉ−ＳｉＣ複合体を用いた以外は上記試料１のウエハ洗浄用ヒータの場合と同様にして試料２及び試料３のウエハ洗浄用ヒータを作製した。また、比較のため、炭化ケイ素やその複合体の代わりに石英板を用いた以外は上記試料１〜３のウエハ洗浄用ヒータと同様にして試料４のウエハ洗浄用ヒータを作製した。

これら試料１〜４のウエハ洗浄用ヒータの各々に対して、上板１の上面にウエハＷを載置し、その上側から薬液としてフッ酸を滴下し、ヒータを１００℃に設定してウエハＷを２分間洗浄した。洗浄後、ウエハＷの薬液を除去し、その洗浄状態を顕微鏡により確認した。またヒータの表面状態も顕微鏡により観察した。これら試料１〜４の洗浄結果を、基板に用いた材質と共に下記表１に示す。

上記表１に示すように、炭化ケイ素または炭化ケイ素を含む複合体からなるヒータを使用した場合は、石英からなるヒータに比べてウエハを均一に洗浄でき、かつパーティクルの発生が少ないことが分かる。一方、石英を使用したヒータは、表面が失透した上、表面に荒れが生じていた。このことから、石英を使用した場合は耐久性に劣ることが分かる。

また、ウエハの洗浄完了後、上板、下板、支持体、Ｏ−リングの表面状態を確認したが、特に変化はなかった。また、これらの内部に装着されていた加熱機構、測温素子、及びこれらに接続されていたリード線についても、変化がなかった。

（実施例２）
実施例１と同様にして試料１〜４のウエハ洗浄用ヒータを作製し、それらの各々に対してフッ酸の代わりにアンモニア水を薬液として使用し、更にヒータの温度を１００℃に代えて８０℃に設定した以外は上記実施例１と同様にしてウエハの洗浄試験を行った。その結果を下記表２に示す。

上記表２に示すように、この実施例２では石英が失透するようなことはなかったが、やはりウエハに残渣が残った。それに対し、ＳｉＣ、Ｓｉ−ＳｉＣ、Ａｌ−ＳｉＣを使用したものは、均一に洗浄ができていた

（実施例３）
実施例１と同様にして試料１〜４のウエハ洗浄用ヒータを作製し、それらの各々に対してフッ酸の代わりに過酸化水素水を薬液として使用し、更にヒータの温度を１００℃に代えて６０℃に設定した以外は上記実施例１と同様にしてウエハの洗浄試験を行った。その結果を下記表３に示す。

上記表３に示すように、ヒータの温度が低温であっても実施例２と同様に石英の場合は残渣が残っていることが分かる。

１ 上板
２ 下板
３ シール部材
４ 加熱機構
５ 支持体
６ａ、６ｂ リード線
７ 測温素子
８ シール部材

Claims (2)

1. ウエハ洗浄時のウエハを加熱するためのウエハ洗浄用ヒータであって、
   いずれも炭化ケイ素又は炭化ケイ素を含む複合体からなる上板及び下板と、これら上板及び下板の間に挟み込まれたシール部材と、これら上板及び下板並びにシール部材で囲まれた空間内に設けられた加熱機構とからなることを特徴とするウエハ洗浄用ヒータ。
2. 前記ウエハ洗浄用ヒータは更に前記下板の下側に筒状の支持体を有しており、該支持体の内側に前記加熱機構に給電するリード線及び／又はウエハ洗浄用ヒータの温度を測定する測温素子に接続されるリード線が収納されていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ洗浄用ヒータ。

Images