JP4086967B2 - 静電チャックのパーティクル発生低減方法及び半導体製造装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックのパーティクル発生低減方法及び半導体製造装置に関し、さらに詳しくは、半導体ウエハの製膜処理工程において好適に使用することのできる、静電チャックのパーティクル発生低減方法、及びそれを用いた半導体製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体ウエハの搬送、露光、CVD及びスパッタリングなどの製膜、微細加工、洗浄、エッチング、及びダイシングなどの各工程において、半導体ウエハを吸着し、保持するために、静電チャックが使用されている。
特に、半導体製造装置においては、エッチングガスやクリーニングガスとして、ClF3 などのハロゲン系腐食性ガスを使用すること、及び半導体ウエハを保持しつつ、急速に加熱冷却させるために高い熱伝導性が要求されること、また、このような急激な温度変化によっても破壊しないような高い耐衝撃性を具えていることが要求されることから、緻密質の窒化アルミニウム及び緻密質のアルミナなどの緻密質セラミックスが有望視されている。
【0003】
一方、半導体製造装置内においては、半導体欠陥の原因となるパーティクルの発生を防止する必要がある。このパーティクルは、主に半導体ウエハの裏面で発生し、一部は直接半導体ウエハ上に付着し、他の一部はチャンバ内に広がってチャンバ壁などに付着し、さらに、そこから剥離した後半導体ウエハ上に付着するなどして、半導体欠陥の原因を生じさせている。
【0004】
このような問題に鑑みて、特開平7−245336号公報においては、パーティクルの発生は、セラミックス静電チャックの吸着面の凹凸部がシリコンウエハと接触する際に、硬度が相対的に低い前記シリコンウエハが前記凹凸部によって削られることに起因することを見い出し、静電チャックの吸着面にプラズマ照射して凹凸部を研削し、微細な突起を丸めることによって、パーティクルの発生を減少させる方法が開示されている。
また、特開平8−55900号公報においては、静電チャックにシリコンウエハを吸着する際の、静電チャックに印加する電圧を緩やかに上昇させることによって、静電チャックにシリコンウエハが接触する際の衝撃を緩和して、前記静電チャックの吸着面の凹凸部に起因したパーティクルの発生を減少させる方法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法によってもパーティクルの発生を十分に低減させることはできなかった。すなわち、半導体製造工程においては、例えば、8インチウエハ当たりのパーティクルの発生個数を数百個程度にまで減少させることが要求されているのに対し、上記のような方法では、数千個程度にまでしか減少させることができなかった。
したがって、上記のような方法によってパーティクルの発生を低減させても、十分高い歩留まりで半導体を製造することは困難であった。
【0006】
本発明の目的は、半導体製造工程におけるパーティクルの発生を低減して、十分高い歩留まりで半導体を製造することが可能な、静電チャックのパーティクル発生低減方法、及びその方法を用いた半導体製造装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差を50℃以下になるよう、前記吸着前のウエハは、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する以前に、ウエハを予備加熱するための予備加熱室において所定の温度まで加熱した後、前記静電チャックの吸着面にウエハを搬送するための、ウエハ搬送手段に設けられた、赤外線ランプからなる非接触式の搬送加熱手段によって予備加熱することを特徴とする、静電チャックのパーティクル発生低減方法である。
【0008】
また、本発明は、
少なくとも、ウエハを吸着するための静電チャックと、前記ウエハを製膜処理温度にまで加熱する加熱手段と、前記静電チャックと前記加熱手段とを有する製膜処理工程室と、前記静電チャックの吸着面にウエハを搬送するためのウエハ搬送手段とを具えた半導体製造装置において、前記ウエハ搬送手段にはウエハを予備加熱するための搬送加熱手段が設けられていることを特徴とする、半導体製造装置である。
【0009】
さらに、本発明は、
少なくとも、ウエハを所定の温度まで予備加熱する予備加熱手段と、予備加熱された前記ウエハの予備加熱温度を計測するためのウエハ予備加熱温度計測手段と、前記予備加熱手段と前記ウエハ予備加熱温度計測手段とを有する予備加熱室と、前記ウエハを吸着するための静電チャックと、前記ウエハを製膜処理温度まで加熱する加熱手段と、前記ウエハの加熱温度を計測するためのウエハ加熱温度計測手段と、前記静電チャックと、前記ウエハ加熱温度計測手段と、前記加熱手段とを有する製膜処理工程室とを具えた半導体製造装置において、前記ウエハ予備加熱温度計測手段によって測定した前記ウエハ予備加熱温度と、前記ウエハ加熱温度計測手段によって測定した前記ウエハ加熱温度とを電気信号としてモニタして演算処理を施し、この演算処理に基づいて前記予備加熱手段と、前記加熱手段とを制御する制御信号を伝送する制御システムが設けられていることを特徴とする、半導体製造装置である。
【0010】
本発明の方法によって、パーティクルの発生が減少する原因については明確ではないが、以下のように考えることができる。
すなわち、本発明の方法にしたがって、吸着前のウエハの温度と吸着後のウエハの最高温度との差を50℃以下とすることにより、吸着前後におけるウエハの熱膨張差を低減することができ、それに伴ってウエハと静電チャックとの擦られる度合いが減少するために、削り取られるウエハーの量が減少するためと考えられる。
【0011】
なお、本発明における吸着前のウエハ温度とは、ウエハを静電チャックに吸着させる直前であって、吸着前0〜60秒間におけるウエハ温度を意味するものである。
また、本発明における吸着後のウエハの最高温度とは、ウエハを静電チャックに吸着させた後、前記ウエハを静電チャックから離脱させるまでの間に達する最高温度を意味するものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態に則して、本発明を詳細に説明する。
本発明の方法においては、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハと吸着後のウエハの最高温度との差は50℃以下であることが必要であり、好ましくは46℃以下である。前記温度差が50℃よりも大きいと本発明の目的を達成することができない。
【0013】
露光、微細加工、洗浄、エッチング、及びダイシングなどの半導体製造工程においては、ウエハを特に加熱する必要がないため、前記温度差を達成するために特別の手段を必要としない。
これに対し、CVDやスパッタリングなどの製膜工程においては、基板となるウエハ上に半導体薄膜をエピタキシャル成長させる必要があるために、一般的には、基板を100℃以上に加熱する必要が生じる。基板の加熱は、例えば、基板を吸着する静電チャックに内蔵された、あるいは静電チャックの下方において静電チャックと接触するように設けられたヒータによって、前記静電チャックの吸着面を上記温度に加熱することによって行う。
【0014】
したがって、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハと吸着後のウエハの最高温度との差を50℃以下とするためには、前記吸着前のウエハを予備加熱することが必要となる。
【0015】
予備加熱は、製膜処理工程を行うための処理工程室の手前に予備加熱室を設け、この予備加熱室に設けられた予備加熱手段でウエハを所定の温度まで加熱した後、ウエハ搬送手段によって前記処理工程室に搬送する、従来法などを用いて行うことができる。
しかしながら、この方法では、搬送中において加熱したウエハが放熱してウエハ温度が低下してしまうため、前記予備加熱室においては、所望する温度よりも高い温度にまで加熱する必要が生じ、加熱処理に余分なエネルギーと時間を要し、効率的でない。そこで、以下に説明するように、ウエハ搬送手段に加熱手段を設け、この加熱手段によって前記予備加熱を行うことが好ましい。
【0016】
図1は、本発明の方法の実施において好適に使用することのできる半導体製造装置の一例を示す図である。
図1では、簡略化のため、予備加熱室30、製膜処理工程室40、及びウエハ搬送手段50のみを示している。なお図1では、ウエハ搬送手段50の手前に予備加熱室30を設けているが、予備加熱室30を製膜処理工程室40の直前に配置し、さらに予備加熱室30の手前にウエハ搬送手段を設けることによっても、ウエハの加熱を効率よく行うことができる。
また、ウエハ搬送手段50内における搬送加熱手段として、赤外線ランプ21を用いているが、ウエハローダ22の代わりに搬送フォークを用い、この搬送フォーク内にヒータを埋め込んだものを使用することもできる。
【0017】
予備加熱室30には、ウエハ1を予備加熱するための予備加熱手段として、ヒータ2が支持台4上に設けられている。また、チャンバ6の上方には、ウエハ予備加熱温度を測定するためのウエハ予備加熱温度計測手段として、サファイアガラス窓9を介して赤外線放射温度計10が設けられている。さらに、ウエハ1のヒータ2への脱着を行うためのリフトピン3及びリフトピン昇降機5が設けられている。
【0018】
製膜処理工程室40には、ウエハ1を吸着するための静電チャック11が、ウエハ加熱手段としてのヒータ12を介して支持台14上に設けられている。また、静電チャック11の温度を測定するための熱電対16が設けられ、ウエハ1の加熱温度を測定するためのウエハ加熱温度計測手段として、赤外線放射温度計27が設けられている。さらに、ウエハ1の静電チャック11への脱着を行うためのリフトピン15及びリフトピン昇降機17が設けられている。
【0019】
ウエハ搬送手段50には、ウエハ1を搬送するためのウエハローダ22が設けられ、さらに、ウエハ1を加熱するための搬送加熱手段としての赤外線ランプ21が、ウエハ搬送手段50のチャンバ23の上面に設けられている。
【0020】
ウエハ1の温度は、赤外線放射温度計10及び27でモニターされ、電気信号として制御システム25へ伝送され、制御システム25内のコンピュータによって演算処理される。
【0021】
また、制御システム25内には、ウエハ搬送手段50におけるウエハローダ22の搬送速度と、赤外線ランプ21の出力パワーとに基づいて計算された、ウエハの温度曲線がインプットされている。そして、ウエハローダ22の実際の搬送速度と赤外線ランプ21の実際の出力とを電気信号として、制御システム25内に伝送し、前記温度曲線と比較されることによって、制御信号がウエハローダ22及びランプ電源24に伝送され、所定のウエハ温度に維持できるようになっている。
【0022】
次に、図1に示す装置を用いた場合における、本発明の方法の実施工程について説明する。
最初に、ウエハ1を予備加熱室30に搬送し、上昇位置にあるリフトピン3上に載置する。その後、リフトピン3をリフトピン昇降機5により下降させることによって、ヒータ2上に設置する。予備加熱室30は真空ポンプ8によって予め10-5Torr以下に排気しておく。
【0023】
次に、ヒータ電源7によりヒータ2を加熱することによって、ヒータ2上のウエハ1を100℃以上に加熱する。ヒータ2の温度はヒータ制御用熱電対26によってモニターし、ウエハ1の温度は赤外線放射温度計10によってモニターする。ヒータ制御用熱電対51のモニター信号は電気信号として制御システム25に伝送され、そこでコンピュータ処理される。
ウエハ1の温度が所定の温度にまで到達した後、リフトピン昇降機5によりリフトピン3を上昇させ、ウエハ1をヒータ2より離脱させる。
【0024】
次いで、ウエハ1をウエハ搬送手段50によって、製膜処理工程室40に移動させる。なお、上述したように、ウエハ搬送手段50内においては、ウエハローダ22によってウエハ1を搬送する過程において、予備加熱されたウエハ1の温度低下を防止して加熱効率を上昇させるべく、赤外線ランプ21によって、ウエハ1を加熱する。ウエハ1の加熱は、前記したような方法によって実施され、ウエハ1の温度は100℃以上に保持される。
なお、ウエハ搬送手段50のチャンバ23内は、ウエハ搬送手段50の前後に連続して設けられた予備加熱室30及び製膜処理工程室40の、真空ポンプ8及び19によって、10-8Torr以下の真空度に保たれている。
【0025】
ウエハ1をウエハ搬送手段50によって、製膜処理工程室40に搬送した後、前記予備加熱室30の場合と同様に、上昇したリフトピン15上にウエハ1を載置する。次いで、リフトピン昇降機17によってリフトピン15を下降させて、静電チャック11上に載置し、赤外線放射温度計27によって、吸着直前のウエハ1の温度を測定した後、静電チャック電極13に所定の電圧を印加することによって、ウエハ1を静電チャック1に吸着させる。
次いでCVDあるいはスパッタリングなどの製膜処理を実施して、ウエハ1上に半導体薄膜を形成する。
【0026】
ヒータ12の温度はヒータ制御用熱電対52でモニターし、静電チャック11の温度は熱電対16でモニターする。これらの信号は電気信号として制御システム25に伝送される。この電気信号は制御システム25内のコンピュータによって演算処理され、制御システム25からヒータ電源20に制御信号が伝送されることにより、ヒータ12の加熱操作が行われるようになっている。
【0027】
製膜処理終了後、静電チャック11の静電チャック電極13の電圧をオフにし、リフトピン昇降機17によってリフトピン15を上昇させて、ウエハ1を静電チャック11より離脱させる。その後、製膜した半導体薄膜に対して微細加工などの処理を施す。
【0028】
【実施例】
以下、本発明を実施例に則して、さらに詳細に説明する。
実施例1
図1に示すような装置を用い、「発明の実施の形態」で述べた手順にしたがって、予備加熱室30において、真空度10-5Torrで、8インチのシリコンウエハ1を320℃に加熱した後、ウエハ搬送手段50を用いて、製膜処理工程室40にウエハ1を搬送した。
ウエハ搬送手段50のチャンバ23内の真空度は10-5Torrであり、搬送中のウエハ1は、赤外線ランプ21を用いて、ウエハ温度を310℃に維持した。なお、ウエハローダ22の搬送速度は0.1m/sec、ランプ電源24から赤外線ランプ21への入力電力は1KWで行った。
【0029】
次いで、真空度10-8Torrの製膜処理工程室40に搬送されたウエハ1は、「発明の実施の形態」で述べたのと同じ手法にしたがって、温度300℃に加熱された静電チャック11上に載置、及び吸着させた。
吸着する直前のウエハ温度を、赤外線放射温度計で測定したところ、298℃であった。また、吸着後のウエハ1の最高温度を同様にして測定したところ、300℃であり、その差は2℃であった。
10分間の吸着の後、「発明の実施の形態」で述べた手順にしたがって、ウエハ1を静電チャック11より離脱させ、ウエハ1上における0.2μm以上のゴミを、ウエハゴミ検査装置((株)トプコン製WM−1500)によって測定したところ、約1180個のゴミが観察された。
【0030】
実施例2
実施例1と同様な8インチのシリコンウエハ1を用い、予備加熱室30における予備加熱温度を300℃とし、ウエハ搬送手段50におけるウエハローダ22及びランプ電源24から赤外線ランプ21への入力電力を1KWとして、搬送中のウエハ温度を291℃とした以外は、上記実施例1と同様にしてウエハ1の予備加熱を実施した。
【0031】
次いで、ウエハ1を300℃に保持された静電チャック11上に、実施例1と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ1の温度は282℃であり、吸着後のウエハ1の最高温度は300℃であり、その差は18℃であった。
実施例1と同様にしてウエハ1を静電チャック11から離脱させた後、0.2μm以上のゴミを測定したところ、約1220個のゴミが観察された。
【0032】
実施例3
実施例1と同様な8インチのシリコンウエハ1を用い、予備加熱室30における予備加熱温度を270℃とし、ウエハ搬送手段50におけるウエハローダ22及びランプ電源24から赤外線ランプ21への入力電力を1KWとして、搬送中のウエハ温度を261℃とした以外は、上記実施例1と同様にしてウエハ1の予備加熱を実施した。
【0033】
次いで、ウエハ1を300℃に保持された静電チャック11上に、実施例1と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ1の温度は252℃であり、吸着後のウエハ1の最高温度は298℃であり、その差は46℃であった。
実施例1と同様にしてウエハ1を静電チャック11から離脱させた後、0.2μm以上のゴミを測定したところ、約1120個のゴミが観察された。
【0034】
比較例1
実施例と同様な8インチのシリコンウエハ1を用い、予備加熱室30における予備加熱温度を260℃とし、ウエハ搬送手段50におけるウエハローダ22及びランプ電源24から赤外線ランプ21への入力電力を1KWとして、搬送中のウエハ温度を233℃とした以外は、上記実施例と同様にしてウエハ1の予備加熱を実施した。
【0035】
次いで、ウエハ1を300℃に保持された静電チャック11上に、実施例1と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ1の温度は245℃であり、吸着後のウエハ1の最高温度は297℃であり、その差は52℃であった。
実施例と同様にしてウエハ1を静電チャック11から離脱させた後、0.2μm以上のゴミを測定したところ、約2330個のゴミが観察された。
【0036】
比較例2
実施例と同様な8インチのシリコンウエハ1を用い、予備加熱室30における予備加熱温度を240℃とし、ウエハ搬送手段50におけるウエハローダ22及びランプ電源24から赤外線ランプ21への入力電力を1KWとして、搬送中のウエハ温度を233℃とした以外は、上記実施例と同様にしてウエハ1の予備加熱を実施した。
【0037】
次いで、ウエハ1を300℃に保持された静電チャック11上に、実施例1と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ1の温度は226℃であり、吸着後のウエハ1の最高温度は296℃であり、その差は70℃であった。
実施例と同様にしてウエハ1を静電チャック11から離脱させた後、0.2μm以上のゴミを測定したところ、約3300個のゴミが観察された。
【0038】
以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明の方法にしたがって、ウエハ1を静電チャック11に吸着する直前のウエハ1の温度と、吸着した後のウエハ1の最高温度との差を50℃以下とすることにより、ウエハ1上のゴミ、すなわち、パーティクルを著しく低減できることが分かる。
【0039】
また、実施例3における静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真を図2に、また、比較例1における静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真を図3に示す。図3の白い斑点状の部分がパーティクル部分に相当する。
図2及び3の表面顕微鏡写真からも、本発明の方法にしたがって、静電チャック11への吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差を50℃以下とすることにより、ウエハ上のパーティクルを著しく低減できることが分かる。
【0040】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の方法にしたがって、静電チャック主面にウエハを吸着する際における。吸着前のウエハの温度と吸着後のウエハの最高温度との差を50℃以下とすることにより、ウエハ上のパーティクルを著しく低減することができ、半導体欠陥を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法に好適に用いることのできる半導体製造装置の一例を示す図である。
【図2】本発明の方法にしたがってウエハを脱着させた場合における、静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真である。
【図3】本発明と異なる方法にしたがってウエハを脱着させた場合における、静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
1 ウエハ、2,12 ヒータ、3,15 リフトピン、4,14 支持台、5,17 リフトピン昇降機、6,18,23 チャンバ、7,20 ヒータ電源、8,19 真空ポンプ、9,26 サファイアガラス窓、10,27 赤外線放射温度計、11 静電チャック、13 静電チャック電極、16 熱電対、21 赤外線ランプ、22 ウエハローダ、24 ランプ電源、25 制御システム
Claims (2)
- 静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差を50℃以下になるよう、前記吸着前のウエハは、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する以前に、ウエハを予備加熱するための予備加熱室において所定の温度まで加熱した後、前記静電チャックの吸着面にウエハを搬送するための、ウエハ搬送手段に設けられた、赤外線ランプからなる非接触式の搬送加熱手段によって予備加熱することを特徴とする、静電チャックのパーティクル発生低減方法。
- 前記吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差は、46℃以下であることを特徴とする、請求項1に記載の静電チャックのパーティクル発生低減方法。
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