JP4694878B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、一般にサファイアウェハを用いた半導体装置の製造プロセスは、シリコンウェハを用いた半導体装置の製造プロセスをほぼ踏襲することができ、半導体製造装置を共有化してその製造プロセスを低コストで製作することができる。
熱吸収効率が低いことに関し、従来の半導体装置は、サファイアウェハの裏面に光吸収体または導電体を密着形成し、ランプ加熱法または高周波誘導加熱法によりサファイア基板を放射加熱または誘導加熱してサファイア基板を効率よく加熱している(例えば、特許文献1参照。)。
図8はサファイア基板の反りの様子を示す説明図である。
図8において、1は基板としてのサファイア基板であり、サファイア結晶で形成された円形の薄板である。
51は加熱板であり、ヒータ52により加熱され、その上面に載置されたサファイア基板1を加熱する機能を有する実験用の加熱板である。
雰囲気温度を室温にして加熱板51の温度をヒータ52により加熱して350℃に設定し、その上に載置したサファイア基板1の反りの様子を観察した。
すなわち、加熱板51の上面に平板状のサファイア基板1の裏面を載置する(図8(a))と、その直後から椀型に反り始め、10秒程度経過すると中心部のみが加熱板51の上面に接触した状態の椀型に反った状態になる(図8(b))。これは、サファイア基板1の熱伝導性が低いために、サファイア基板1の厚さ方向に温度分布が生じ、加熱された裏面の温度が高く、雰囲気温度に曝されているおもて面の温度が低くなって、サファイア基板1の表裏に熱膨張差が生じ、伸びの少ないおもて面側に引張られてサファイア基板1の周縁部が持上がるからである。
このようにして加熱したサファイア基板1を椀型のままその裏面から室温プレート53の上面に載置する((図8(d))と、載置した瞬間に反り方が逆になりサファイア基板1の中心部が盛り上がった釣鐘状の反りになる((図8(e))。これは、凸状態のサファイア基板1の裏面の中心部が室温プレート53により急激に冷却され、サファイア基板1の周縁部の温度よりも低くなるために、裏面側の中心部が縮んで裏面側の伸びが減少し、これに引張られてサファイア基板1の中心部が持上がるからである。
次に、サファイア基板1の裏面から5mm離した位置に400℃に設定した加熱板を設置して大気圧状態での非接触による加熱の影響を確認した。
図9は非接触で加熱したときのサファイア基板の温度変化を示すグラフである。
図9に示すように、サファイア基板1の温度上昇は、シリコン基板に比べて緩やかであるが、サファイア基板1のおもて面の温度が200℃付近を超えたところから中心の温度上昇が速まり、330℃付近を超えたところで急激に立ち上がって380℃に達していることが判る。またサファイア基板1の周縁部の温度は300℃付近で安定し、シリコン基板の中心の温度変化にサファイア基板1の中心のような温度変化は見られない。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、サファイア基板等を加熱することが必要な工程に用いる半導体製造装置おけるサファイア基板等の反りを抑制する手段を提供することを目的とする。
なお、図1は図2に示すA−A断面線に沿った断面を示し、図2は図1に示すホットプレートとサファイア基板を取り除いた状態を示す上面図である。また上記図8と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
3はホットプレートであり、電気ヒータ等によって加熱され、サファイア基板1と所定の間隔を隔てて対向し、サファイア基板1の上方に配置された円盤状部材であって、サファイア基板1を加熱すると共に、サファイア基板1を加熱しながら行われる当該工程の工程作業の作業台としても用いられる。本実施例ではサファイア基板1を負圧により吸引して保持するための吸引口4を有している。
6は支持台であり、ホットプレート3と所定の間隔を隔てて対向して設置された円盤状の支持板6aに3本の略L字状のアーム7を溶接等により接合して形成され、支持板6aに接合等により取付けられた昇降装置5の内側昇降軸5bにより昇降する。
なお、支持台6は、支持板6aとアーム7とを一体にして形成するようにしてもよく、支持部7aの数は4以上であってもよい。
8は外側昇降軸5aにより昇降する遮蔽カバーであり、ステンレス板、アルミニウム板、石英等で形成され、ホットプレート3の外径より小さく、支持台6の外径より大きい内径を有する側面8aと、支持台6を挟んでホットプレート3と対向し、昇降装置5の外側昇降軸5aに接合等により取付けられる底面8bとで構成され、ホットプレート3とサファイア基板1との間の空間、およびサファイア基板1と支持板6aとの間の空間を外部から遮蔽する機能を有している。
上記の半導体製造装置2を用いてサファイア基板1の反りを抑制しながら半導体装置を製造する場合は、サファイア基板1を加熱するホットプレート3と、支持板6aと支持部7aとを備えホットプレート3と所定の間隔を隔てて設置された支持台6と、この支持台6を昇降させる昇降装置5とを準備しておき、サファイア基板1のおもて面を下にしてその周縁部1aにより支持台6のアーム7の支持部7aの先端に支持させて設置し、サファイア基板1の予熱のために、昇降装置5により内側昇降軸5bを上昇させ、400℃の設定温度になっているホットプレート3の下面から5mm程度の間隔を隔てた位置にサファイア基板1の裏面を停止させる。
次いで、外側昇降軸5aにより遮蔽カバー8を上昇させ、遮蔽カバー8の側面8aの先端をホットプレート3の下面に当接させる。
すなわち、サファイア基板1の回りの空気が外部の空気から遮蔽されるので、ホットプレート3の昇温により熱せられた遮蔽カバー8内の空気が対流して支持台6のアーム7の間からサファイア基板1のおもて面に達し、熱伝達によりサファイア基板1のおもて面および裏面からサファイア基板1をほぼ均等に加熱してサファイア基板1の全体をほぼ均一な温度に昇温させてサファイア基板1を予熱する。
サファイア基板1の保持後に、内側昇降軸5b、外側昇降軸5aを降下させて支持台6および遮蔽カバー8を保持されているサファイア基板1から退避させ、サファイア基板1に対する当該工程の所定の工程作業を開始する。
また、上記では予熱時のホットプレート3の下面とサファイア基板1の裏面との間隔は5mm程度として説明したが、この間隔は1mm以上、5mm以下にするとよい。1mm未満であれば、上流の工程やサファイア基板1の製作時等に生じた許容範囲内の反りにより、ホットプレート3に近づき過ぎる部位が生じ、図9を用いて説明したと同様の現象が生じてサファイア基板1とホットプレート3が接触することがあり、間隔が5mmを超えると遮蔽カバー8内で対流する空気による熱伝達の効率が低下し過ぎるからである。
以上説明したように、本実施例では、昇降装置により昇降する支持台にサファイア基板を載置し、このサファイア基板に対向するホットプレートと遮蔽カバーによりサファイア基板の囲うようにしたことによって、遮蔽カバー内の空気を外部から遮蔽することができ、遮蔽カバー内の空気の対流による熱伝達によってサファイア基板をほぼ均一に予熱することができ、サファイア基板を加熱することが必要な工程におけるサファイア基板の反りを抑制して、当該工程の効率化を図ることができる。
なお、図3は図4に示すB−B断面線に沿った断面を示し、図4は図3に示すホットプレートとサファイア基板を取り除いた状態を示す上面図である。また上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
上記の構成の作用について説明する。
その後、昇降装置5により昇降軸12を上昇させ、おもて面から予熱したサファイア基板1の裏面を400℃の設定温度になっているホットプレート3の下面から数mm程度の間隔を隔てた位置に停止させる。
なお、予熱プレート11の設定温度をホットプレート3の設定温度±40℃の設定温度としたのは、これにより予熱されるサファイア基板1のおもて面の温度とホットプレート3の設定温度との差を80℃以内とすることができるからである。
なお、本実施例の支持台に、この支持台を囲う上記実施例1と同様にした遮蔽カバーを設けるようにしてもよい。
なお、上記実施例1および実施例2と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図5において、21はホットプレートであり、電気ヒータ等によって加熱され、上面に載置されたサファイア基板1を加熱すると共に、サファイア基板1を加熱しながら行われる当該工程の工程作業の作業台として用いられる。
23は搬送機構であり、先端にフォーク状のフォーク部24aを有する搬送アーム24を備えており、予熱プレート22で予熱され、リフトピンにより持上げられたサファイア基板1に搬送アーム24のフォーク部24aを挿し込んでサファイア基板1を持上げて保持し、ホットプレート21の上面に移載する機能を有している。
図6は実施例3の半導体製造装置の作動を示す説明図である。
なお、図6は搬送機構23の図示を省略して示してある。
上記の半導体製造装置2を用いてサファイア基板1の反りを抑制しながら半導体装置を製造する場合は、サファイア基板1と300℃以上の温度(例えば400℃)に設定されたホットプレート21と、ホットプレート21の設定温度を超える温度(例えば500℃)に設定された予熱プレート22と、予熱プレート22上のサファイア基板1を持上げてホットプレート21の上面に移載する搬送機構23とを準備しておき、ホットプレート21の設定温度より高い設定温度になっている予熱プレート22の上面にサファイア基板1を裏面から載置してサファイア基板1を昇温させると、上記図8(b)を用いて説明したと同様に予熱プレート22上のサファイア基板1は周縁部1aが持上がり中心部が予熱プレート22に接触する椀型に反って不均一に予熱されるが、予熱プレート22の設定温度が高いのでサファイア基板1はホットプレート21の設定温度以上に予熱される(図6(a))。
その後、当該工程の所定の工程作業を開始する。
このように、予熱プレート上で予熱したサファイア基板をホットプレートに移載するようにしたことによっても、サファイア基板の全体をホットプレート上でほぼ均一な温度にすることができ、上記実施例1と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施例1と同様の部分は、同一の符号を付してその説明を省略する。
図7において、25はホットプレートであり、ランプ26からの放射熱により加熱され、上面に載置されたサファイア基板1を加熱すると共に、サファイア基板1を加熱しながら行われる当該工程の工程作業の作業台として用いられる。
上記の構成の作用について説明する。
上記の半導体製造装置2を用いてサファイア基板1の反りを抑制しながら半導体装置を製造する場合は、サファイア基板1と、サファイア基板1が載置され、300℃以上の設定温度で工程作業が行われるホットプレート25と、通電により熱線を放射してホットプレート25を加熱するランプ26とを準備しておき、ホットプレート25の上面にサファイア基板1を裏面から載置し、ホットプレート25をランプ26に通電して工程作業における設定温度(工程設定温度という。本実施例では400℃)を超える温度(予熱設定温度という。本実施例では500℃)に加熱する。この場合にサファイア基板1は上記図6(a)の予熱プレート22上と同様に中心部がホットプレート25に接触する椀型に反って不均一に予熱されるが、予熱設定温度が高いのでサファイア基板1はホットプレート25の工程設定温度以上に予熱され、サファイア基板1の周縁部1aの温度が工程設定温度(400℃)以上になった時にランプ26を非通電または供給電力を減少させて放熱によりホットプレート25を冷却して降温させ、ホットプレート25の温度が工程設定温度になった時にランプ26に再び通電または供給電力を増加させてホットプレート25の温度を工程設定温度(400℃)に維持する。
その後、当該工程の所定の工程作業を開始する。
このように、ホットプレート上で予熱したサファイア基板をホットプレートの降温により工程設定温度にするようにしたことによっても、上記実施例3と同様の効果を得ることができる。
なお、本実施例ではホットプレートの冷却を放熱により行うとして説明したが、ホットプレートの下面に冷却用のプレートを押し付けたり、ホットプレート内に冷却用のガスや液体等の流体を流す等して積極的に冷却するようにしてもよい。このようにすれば当該工程全体の作業時間の短縮化を更に図ることができる。
2 半導体製造装置
3、21、25 ホットプレート
4 吸引口
5 昇降装置
5a 外側昇降軸
5b 内側昇降軸
6 支持台
6a 支持板
7 アーム
7a 支持部
8 遮蔽カバー
8a 側面
8b 底面
11、22 予熱プレート
12 昇降軸
13 コンタクト
23 搬送機構
24 搬送アーム
26 ランプ
51 加熱板
52 ヒータ
53 室温プレート
Claims (10)
- サファイア基板の裏面を負圧により吸引保持する吸引口を有し、サファイア基板を加熱するホットプレートと、
前記ホットプレートに対向させて配置された支持板と、前記サファイア基板の裏面を前記ホットプレートに対向させて、その周縁部を支持する支持部とを有する支持台と、
前記支持部に支持されたサファイア基板、および前記支持台の周囲を覆う側面と、前記支持台を挟んで前記ホットプレートに対向する底面とからなる遮蔽カバーと、
前記支持台を昇降させる昇降装置とを備え、
前記サファイア基板の予熱時に、前記昇降装置により前記サファイア基板を前記ホットプレートから所定の間隔を隔てた位置に停止させると共に、前記遮蔽カバーにより、前記ホットプレートと前記サファイア基板との間の空間、および前記サファイア基板と前記支持板との間の空間を外部から遮蔽し、前記ホットプレートによって、前記サファイア基板を昇温させることを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項1において、
前記遮蔽カバーの内面を、鏡面にしたことを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項1または請求項2において、
前記サファイア基板の裏面と前記ホットプレートとの前記所定の間隔を1mm以上、5mm以下としたことを特徴とする半導体製造装置。 - サファイア基板の裏面を負圧により吸引保持する吸引口を有し、サファイア基板を加熱するホットプレートと、
前記ホットプレートに対向させて配置された支持板と、前記サファイア基板の裏面を前記ホットプレートに対向させて、その周縁部を支持する支持部とを有する支持台と、
前記支持板に設置され、前記支持部に支持された前記サファイア基板のおもて面から離間した位置に対向して配置された予熱プレートと、
前記支持台を昇降させる昇降装置とを備え、
前記サファイア基板の予熱時に、前記昇降装置により前記サファイア基板を前記ホットプレートから所定の間隔を隔てた位置に停止させ、設定温度に加熱されたホットプレートおよび前記設定温度と同程度の温度に加熱された予熱プレートによって、前記サファイア基板を昇温させることを特徴とする半導体製造装置。 - 請求項1から請求項4のいずれか一項において、
前記ホットプレートの設定温度を、雰囲気温度に対して300℃以上高く設定したことを特徴とする半導体製造装置。 - サファイア基板の裏面を負圧により吸引保持する吸引口を有し、サファイア基板を加熱するホットプレートと、前記ホットプレートに対向させて配置された支持板と、前記サファイア基板の裏面を前記ホットプレートに対向させて、その周縁部を支持する支持部とを有する支持台と、前記支持部に支持されたサファイア基板、および前記支持台の周囲を覆う側面と、前記支持台を挟んで前記ホットプレートに対向する底面とからなる遮蔽カバーと、前記支持台を昇降させる昇降装置とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法において、
前記サファイア基板を、その裏面を前記ホットプレートに対向させて、前記支持台の支持部により前記ホットプレートと前記支持板との間に支持する工程と、
前記昇降装置により前記支持台を上昇させて、前記サファイア基板の裏面を、設定温度に加熱されたホットプレートから所定の間隔を隔てた位置に停止させる工程と、
前記遮蔽カバーにより、前記ホットプレートと前記サファイア基板との間の空間、および前記サファイア基板と前記支持板との間の空間を外部から遮蔽する工程と、
遮蔽後に、前記ホットプレートにより、前記サファイア基板を所定の予熱温度に昇温する工程と、
前記所定の予熱温度に予熱したサファイア基板を、前記昇降装置により前記支持台を上昇させて、前記吸引口に供給された負圧により前記サファイア基板の裏面を前記ホットプレートで吸引保持する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6において、
前記遮蔽カバーにより、前記ホットプレートと前記サファイア基板との間の空間、および前記サファイア基板と前記支持板との間の空間を外部から遮蔽する工程における、前記遮蔽カバーは、内面が鏡面であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6または請求項7において、
前記昇降装置により前記支持台を上昇させて、前記サファイア基板の裏面を、設定温度に加熱されたホットプレートから所定の間隔を隔てた位置に停止させる工程における、前記所定の間隔は1mm以上、5mm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - サファイア基板の裏面を負圧により吸引保持する吸引口を有し、サファイア基板を加熱するホットプレートと、前記ホットプレートに対向させて配置された支持板と、前記サファイア基板の裏面を前記ホットプレートに対向させて、その周縁部を支持する支持部とを有する支持台と、前記支持板に設置され、前記支持部に支持された前記サファイア基板のおもて面から離間した位置に対向して配置された予熱プレートと、前記支持台を昇降させる昇降装置とを備えた半導体製造装置を用いた半導体装置の製造方法において、
前記サファイア基板を、その裏面を前記ホットプレートに対向させ、そのおもて面を前記予熱プレートに対向させて、前記支持台の支持部により前記ホットプレートと前記予熱プレートとの間に支持する工程と、
前記昇降装置により前記支持台を上昇させて、前記サファイア基板の裏面を、設定温度に加熱されたホットプレートから所定の間隔を隔てた位置に停止させる工程と、
前記ホットプレートおよび前記設定温度と同程度の温度に加熱された予熱プレートによって、前記サファイア基板を所定の予熱温度に昇温する工程と、
前記所定の予熱温度に予熱したサファイア基板を、前記昇降装置により前記支持台を上昇させて、前記吸引口に供給された負圧により前記サファイア基板の裏面を前記ホットプレートで吸引保持する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項6から請求項9のいずれか一項において、
前記ホットプレートの設定温度を、雰囲気温度に対して300℃以上高く設定したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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