JP5000597B2 - 半導体ウェーハの支持具 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」ともいう）の支持具に関する。

従来より、ウェーハの製造工程においては、ウェーハの裏面部を支持部材や吸着部材で接触保持し、ウェーハの水平状態を保ちながら各種プロセスが行われている。例えば、ウェーハの製造工程の例として、ウェーハの搬送工程や、縦型ボートを使用した熱処理工程、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）工程、枚葉式エピタキシャル成長工程、ＳＯＩ熱処理工程等が挙げられる。

ところで、近年においては、ウェーハの大口径化に伴い、更に微細化された高集積化デバイスが製造されている。このため、ウェーハと上記支持部材等とが接触することによって生ずる接触傷を可能な限り少なくする必要がある。

このような要請により、ウェーハをハンドリングする際に、ウェーハの裏面部を吸着部材等で保持せずに、ウェーハのエッジ部のみを保持するエッジハンドリング技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１に係る従来技術では、上下動自在のハンド部材と、当該ハンド部材に取り付けられ、かつ、下端部をフランジ部とした少なくとも３個のチャック爪部材とを有するハンドリング装置が提案されている。

上記ハンドリング装置は、チャック爪部材のフランジ部の上面部分にテーパ面が形成されている。そして、上記ハンドリング装置は、ウェーハの上方からハンド部材をウェーハ側方まで下降させ、各チャック爪部材を閉じることによって、上記テーパ面上でウェーハを保持するように構成されている。

上記特許文献１に係る従来技術によれば、ウェーハにはチャック爪部材からの力は何ら加わらないため、ウェーハの裏面部を吸着する方法等では保持が困難であったいわゆる薄物ウェーハを、変形や割れを生じさせずに安定して保持できる、とされている。

しかしながら、直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハをエッジハンドリングすると、ウェーハの自重によりウェーハが大きく撓んでしまうため、保持が非常に不安定となり、搬送中にウェーハが脱落する虞があるという課題があった。

特に、直径が４５０ｍｍのウェーハをエッジハンドリングすると、室温でさえも、ウェーハ自重による撓み量が１ｍｍ前後となってしまう。このため、熱プロセス終了後の高温のウェーハを搬送する場合には、ウェーハ面内の温度差も大きくなることから、上記室温時の撓みよりも更に大きな撓みが発生する可能性が高い。このように撓んだウェーハは、装置内の構成部品や収納容器等と接触し、接触傷やメタル汚染等が発生する虞がある。

一方、撓んだウェーハが上記装置内の構成部品や収納容器等と接触しないようにするためには、ウェーハの移動に必要な空間を大きめに見積もって装置を構成する必要があるため、装置が大型化してしまうという課題があった。

上記のような課題を解決すべく、本願出願人は、直径が３００ｍｍ以上、かつその厚みが７００μｍ〜１０００μｍのシリコンウェーハの裏面部を支持部材或いは吸着部材で接触保持し、シリコンウェーハの中心から、シリコンウェーハの半径×０．５０〜０．８０の領域内でシリコンウェーハ裏面部を接触保持する手段を提供している（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−３３３７８号公報 特開２００７−２８１０３０号公報

しかしながら、上記特許文献２に係る従来技術は、ウェーハの上記所定領域内をリング形状支持部材によって面接触により支持するものであり、ウェーハと支持部材の接触面積を小さくし、接触によって生ずる接触傷を可能な限り少なくするという要請には、必ずしも十分に応えられるものではなかった。

また、上記特許文献２に係る従来技術は、ウェーハの上記所定領域内を支持部材によって多点接触（外周部３点又は４点接触）により支持する手段をも開示しているが、特に直径が４５０ｍｍ程度の大口径のウェーハは重量が大きいため、点接触では当該接触部分に応力が集中し、接触傷が生じる虞があった。

したがって、大口径のウェーハであっても、簡易な構成で撓みを最小に抑えることができると共に、ウェーハとの接触面積を少なくしてウェーハに接触傷や汚れ等が付くのを抑制できる半導体ウェーハの支持具の提供が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大口径のウェーハであっても、簡易な構成で撓みを最小に抑えることができると共に、ウェーハとの接触面積を少なくしてウェーハに接触傷や汚れ等が付くのを抑制できる半導体ウェーハの支持具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、（１）の発明は、直径が４５０ｍｍであり、かつ、厚みが８００μｍ以上の半導体ウェーハの裏面部を下方から線接触して支持する半導体ウェーハの支持具であって、前記支持具は、前記半導体ウェーハの中心に一致する中心を有する仮想の正六角形を構成する６つの辺のうち、対向する２組以上の辺の位置に配置される棒状部材からなり、前記正六角形の頂点は、前記半導体ウェーハの中心から当該半導体ウェーハの半径の０．８〜０．９倍の領域内に配置されることを特徴とする。

（１）の発明によれば、仮想の正六角形を構成する６つの辺のうち、対向する２組以上の辺の位置に配置される棒状部材によって支持具を簡易に構成できると共に、上記正六角形の頂点を上記領域内に位置させることで、半導体ウェーハの撓みを最小に抑えることができる。また、支持具は、半導体ウェーハの裏面部を下方から線接触して支持できるので、半導体ウェーハとの接触面積を少なくして半導体ウェーハに接触傷や汚れ等が付くのを抑制できる。

（２） （１）の発明においては、前記支持具は、前記正六角形の一の内角を挟む二辺上に配置された第１支持具と、前記内角と対向する内角を挟む二辺上に配置された第２支持具と、からなることが好ましい。

（２）の発明によれば、支持具は、直線の棒状部材である第１支持具及び第２支持具の単純な組み合わせによって構成されているので、容易に作製することができる。これにより、支持具をいわゆるハンドリング治具に適用する場合においても構造を簡略化でき、軽量化を図ることができる。

（３） （２）に記載の発明においては、前記第１支持具及び前記第２支持具の両端部は、前記半導体ウェーハの外周部から突出して配置されることが好ましい。

（３）の発明によれば、第１支持具及び第２支持具の両端部によって半導体ウェーハの外周縁部を支持することができる。これにより、半導体ウェーハの外周縁部の撓み量を低減することができる。

（４） （２）又は（３）に記載の発明においては、前記第１支持具及び前記第２支持具の断面形状が三角形であることが好ましい。

（４）の発明によれば、断面が三角形という、きわめて簡易な形状であるため、支持具を製作し易く、当該三角形の頂点部によって半導体ウェーハの裏面部を下方から線接触して支持できる。

本発明によれば、大口径のウェーハであっても、簡易な構成で撓みを最小に抑えることができると共に、ウェーハとの接触面積を少なくしてウェーハに接触傷や汚れ等が付くのを抑制できる半導体ウェーハの支持具を提供することができる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

本実施形態の半導体ウェーハ（以下、単に「ウェーハ」ともいう）は、直径が４５０ｍｍである。ここで、ウェーハの直径が４５０ｍｍであるとは、製造時の目標値としての数値であり、製造時の許容誤差等を含むものである。例えば、ウェーハの直径は、±０．２ｍｍの許容誤差を含むものとする。

また、本実施形態のウェーハは、厚みが８００μｍ以上である。その意義は、直径が４５０ｍｍのウェーハで、厚みが８００μｍ以上であれば、ウェーハの撓み量が、従来のウェーハの撓み量と同等以下となるので、収納容器や製造装置等の設計・製造時に従来のウェーハの撓み量を適用することができる点にある。ウェーハの撓み量が従来のウェーハの撓み量と同等以下となることについては、後述する。

図１は、ウェーハの支持具を示す裏面図、図２は、ウェーハの支持具を示す側断面図である。図１及び図２を参照しながら、ウェーハの支持具の構成について説明する。

図１に示すように、ウェーハ１０の支持具２０は、ウェーハ１０の中心Ｃに一致する中心を有する仮想の正六角形１５の一の内角Ｒ１を挟む二辺上に配置された一対の第１支持具２１，２１と、内角Ｒ１と対向する内角Ｒ２を挟む二辺上に配置された一対の第２支持具２２，２２と、からなる。内角Ｒ１，Ｒ２の大きさは１２０度である。

一対の第１支持具２１，２１同士は、互いに一端部を当接させることにより正六角形１５の頂点Ｔ１を形成している。また、一対の第２支持具２２，２２同士も互いに一端部を当接させることにより、正六角形１５の頂点Ｔ２を形成している。

なお、図１においては、頂点Ｔ１，Ｔ２の配置間隔を符号Ｌにて表示してある。また、説明の便宜上、支持具２０によってウェーハ１０が支持されていない方向をＤ１とし、支持具２０によってウェーハ１０が支持されている方向をＤ２とする。

正六角形１５の頂点Ｔ１，Ｔ２は、ウェーハ１０の中心Ｃから当該ウェーハ１０の半径ｒの０．８〜０．９倍の領域内に配置される。すなわち、図１に示すように、頂点Ｔ１，Ｔ２は、０．８ｒで示される想像線と、０．９ｒで示される想像線とで囲まれる領域内に配置される。頂点Ｔ１，Ｔ２を上記領域内に配置する理由については、後述する。

また、第１支持具２１及び第２支持具２２のそれぞれの端部２１ａ，２２ａは、ウェーハ１０の外周部から所定量突出して配置される。

第１支持具２１及び第２支持具２２は、同一形状かつ同一寸法で形成されている。例えば、直径が４５０ｍｍであり、かつ、厚みが８００μｍ以上のウェーハ１０を支持具２０によって支持する場合には、第１支持具２１及び第２支持具２２の長さは、３００ｍｍ程度であることが好ましい。

また、第１支持具２１及び第２支持具２２は、図２に示すように、断面形状が略二等辺三角形に形成されている。すなわち、第１支持具２１及び第２支持具２２は、頂点部２１ｂ，２２ｂによってウェーハ１０の裏面部１０ａを下方から略線接触によって支持しているとみなすことができる。

第１支持具２１及び第２支持具２２の頂点部２１ｂ，２２ｂは、曲面又は平面状に所定の面取り加工が施されている。頂点部２１ｂ，２２ｂの高さは、３．５ｍｍ程度であることが好ましい。

また、第１支持具２１及び第２支持具２２として好ましい材質は、石英、単結晶シリコン、多結晶シリコン、炭化珪素、シリコン含浸炭化珪素等が挙げられる。第１支持具２１及び第２支持具２２としてどの材質を採用するかは、対象とする工程の熱環境等に応じて適宜選定すればよい。

後述するように、直径が４５０ｍｍであり、かつ、厚みが８００μｍ以上のウェーハ１０を支持具２０によって支持する場合には、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌが３６０〜４００ｍｍのときに、撓み量及び撓み変化量が共に少ないため、この配置間隔Ｌで支持するのが好ましい。配置間隔Ｌが３６０〜４００ｍｍであるとは、直径が４５０ｍｍのウェーハ１０の半径ｒ（＝２２５ｍｍ）で換算すると、概ね０．８ｒ〜０．９ｒに相当する。

したがって、本実施形態によれば、直径が４５０ｍｍであり、かつ、厚みが８００μｍ以上のウェーハ１０を支持具２０によって支持する場合には、上記正六角形１５の頂点Ｔ１，Ｔ２がウェーハ１０の中心Ｃから当該ウェーハ１０の半径ｒの０．８〜０．９倍の領域内に配置されるときに、ウェーハ１０の撓みを最小とすることができる。

また、支持具２０は、頂点部２１ｂ，２２ｂによってウェーハ１０の裏面部１０ａと線接触しているので、接触面積が少なく、ウェーハ１０に傷や汚れ等が付くのを抑制することができる。

また、支持具２０は、直線の棒状部材である第１支持具２１及び第２支持具２２の単純な組み合わせによって構成されているので、容易に作製することができる。

また、支持具２０は、上記のように簡易に構成することができるので、いわゆるハンドリング治具に適用する場合においても構造を簡略化でき、軽量化を図ることができる。

更に、支持具２０は、直線の棒状部材である第１支持具２１及び第２支持具２２を、各種装置に備えられている水平なベース盤部分に、きわめて小さな突出高さで設けることができる。このため、上記装置に対してウェーハ１０を水平方向から保持装填したり、取り出したりするように構成することができる。すなわち、上記装置に、ウェーハ１０を水平方向から保持装填等のためのアクセス用の開口部を設けることにより、搬送や熱処理の各工程においてウェーハ１０へのアクセスを容易に実現することができる。

また、第１支持具２１及び第２支持具２２の端部２１ａ，２２ａは、ウェーハ１０の外周部から突出して配置されているので、当該端部２１ａ，２２ａによってＤ１方向（反Ｄ１方向も含む）におけるウェーハ１０の外周縁部を効果的に支持することができる。これにより、ウェーハ１０の外周縁部の撓み量を低減することができる。

なお、上記実施形態では、支持具２０は、正六角形１５を構成する６つの辺のうち、対向する２組の辺の位置に配置される第１支持具２１，２１及び第２支持具２２，２２からなるものとして説明したが、これに限定されない。

例えば、支持具は、上記正六角形１５を構成する６つの辺のうち、対向する３組の辺の位置に棒状部材を配置することによって構成されていてもよい。この場合も上記実施の形態が奏する効果と同様の効果を奏すると期待できる。

次に、本発明について、図１〜図５を参照しながら実施例を用いて更に詳細に説明する。なお、この実施例は、本発明の範囲を限定するものではない。

本実施例では、ウェーハ１０は、直径が４５０ｍｍの単結晶シリコン製のものを用いた。また、ウェーハ１０の厚みは、８２５μｍ、９２５μｍ及び１８００μｍとした。更に、第１支持具２１及び第２支持具２２の長さは３００ｍｍとし、第１支持具２１及び第２支持具２２の頂点部２１ｂ，２２ｂの高さは、３．５ｍｍとした。

図３は、不支持方向（図１におけるＤ１方向）における各部でのウェーハ１０の撓み量を示すグラフであり、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌを３００ｍｍ、３３０ｍｍ、３６０ｍｍ、４００ｍｍ、４４０ｍｍと種々変化させて比較したものである。

ここで、上記各部とは、図１に示されるウェーハ１０の中心Ｃ、Ｄ１方向におけるｒ／２の位置Ｈ１、Ｄ１方向におけるウェーハ１０の外周縁部から中心Ｃ側に１０ｍｍ近づけた位置Ｅ１である。

また、図４は、支持方向（図１におけるＤ２方向）における各部でのウェーハ１０の撓み量を示すグラフであり、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌを３３０ｍｍ、３６０ｍｍ、４００ｍｍと種々変化させて比較したものである。

ここで、上記各部とは、図１に示されるウェーハ１０の中心Ｃ、Ｄ２方向におけるｒ／２の位置Ｈ２、Ｄ２方向におけるウェーハ１０の外周縁部から中心Ｃ側に１０ｍｍ近づけた位置Ｅ２である。

また、図５は、ウェーハ１０の撓み変化量と支持具２０の配置間隔Ｌとの関係を示すグラフである。上記撓み変化量は、ウェーハ１０の撓み量の面内ばらつきを示すものであり、最大撓み量から最小撓み量を差し引いて得られた値である。

図３に示すように、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌが３３０ｍｍ、３６０ｍｍ、４００ｍｍの場合には、ウェーハ１０の厚みにかかわらず、不支持方向（Ｄ１方向）における全ての位置（中心Ｃ、位置Ｈ１及び位置Ｅ１）において撓み量は均一で略±１００μｍ以内に収まっており、かなり少ないことが分かる。

配置間隔Ｌが４４０ｍｍの場合には、ウェーハ１０の厚みが薄いものほど、中心Ｃでの撓み量が多くなり、それに伴って位置Ｈ１での撓み量が多くなっているが、概ね−２５０μｍ以内に収まっており、少ないことが分かる。

また、図４に示すように、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌが３３０ｍｍ、３６０ｍｍ、４００ｍｍの場合には、ウェーハ１０の厚みにかかわらず、支持方向（Ｄ２方向）における全ての位置（中心Ｃ、位置Ｈ２及び位置Ｅ２）において撓み量は均一で略±１００μｍ以内に収まっており、かなり少ないことが分かる。

上記のように、不支持方向（Ｄ１方向）及び支持方向（Ｄ２方向）共に、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌが３６０〜４００ｍｍのときに、撓み量が少なくなっていることが分かる。

また、図５に示すように、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌが３６０ｍｍのときには、どの厚みにおいても撓み変化量が５０μｍ未満と非常に少なく、かなり良好に支持できていることが分かる。

配置間隔Ｌが３３０ｍｍ及び４００ｍｍであって、厚みが８２５μｍ及び９２５μｍのときには、撓み変化量が１００μｍを若干超えるものの、小さい撓み変化量であり、良好に支持できていることが分かる。すなわち、本実施例における撓み変化量は、上記特許文献２に係る最大撓み量（最大変位量）が２００μｍ以下であることと比較すると、従来のウェーハの撓み量と同等以下となっていることが確認できた。

以上のことから、直径が４５０ｍｍであり、かつ、厚みが８００μｍ以上のウェーハ１０を支持具２０によって支持する場合には、第１支持具２１及び第２支持具２２の配置間隔Ｌが３６０〜４００ｍｍのときに、撓み量及び撓み変化量が共に少ないため、この配置間隔Ｌで支持するのが好ましい。配置間隔Ｌが３６０〜４００ｍｍであるとは、直径が４５０ｍｍのウェーハ１０の半径ｒ（＝２２５ｍｍ）で換算すると、概ね０．８ｒ〜０．９ｒに相当する。

したがって、本実施例によれば、直径が４５０ｍｍであり、かつ、厚みが８００μｍ以上のウェーハ１０を支持具２０によって支持する場合には、上記正六角形１５の頂点Ｔ１，Ｔ２がウェーハ１０の中心Ｃから当該ウェーハ１０の半径ｒの０．８〜０．９倍の領域内に配置されるときに、ウェーハ１０の撓みを最小とすることができる。

ウェーハの支持具を示す裏面図である。 ウェーハの支持具を示す側断面図である。 不支持方向（図１におけるＤ１方向）における各部でのウェーハの撓み量を示すグラフである。 支持方向（図１におけるＤ２方向）における各部でのウェーハの撓み量を示すグラフである。 ウェーハの撓み変化量と支持具の配置間隔との関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ ウェーハ（半導体ウェーハ）
１０ａ 裏面部
１５ 正六角形
２０ 支持具
２１ 第１支持具
２１ａ，２２ａ 端部
２１ｂ，２２ｂ 頂点部
２２ 第２支持具
Ｃ 中心
Ｌ 配置間隔
Ｒ１，Ｒ２ 内角
Ｔ１，Ｔ２ 頂点
ｒ 半径

Claims (4)

1. 直径が４５０ｍｍであり、かつ、厚みが８００μｍ以上の半導体ウェーハの裏面部を下方から線接触して支持する半導体ウェーハの支持具であって、
   前記支持具は、前記半導体ウェーハの中心に一致する中心を有する仮想の正六角形を構成する６つの辺のうち、対向する２組以上の辺の位置に配置される棒状部材からなり、
   前記正六角形の頂点は、前記半導体ウェーハの中心から当該半導体ウェーハの半径の０．８〜０．９倍の領域内に配置されることを特徴とする半導体ウェーハの支持具。
2. 前記支持具は、前記正六角形の一の内角を挟む二辺上に配置された第１支持具と、前記内角と対向する内角を挟む二辺上に配置された第２支持具と、からなることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの支持具。
3. 前記第１支持具及び前記第２支持具の両端部は、前記半導体ウェーハの外周部から突出して配置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェーハの支持具。
4. 前記第１支持具及び前記第２支持具の断面形状が三角形であることを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体ウェーハの支持具。

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