JP7070313B2 - 半導体ウエハ基板の熱処理装置及び熱処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ基板の製造工程において、レジストまたはポリイミドが塗布され、その後に加熱や冷却処理を行うための熱処置装置及び熱処理方法に関するものである。

従来の半導体ウエハ基板の熱処理装置では、加熱または冷却処理において、高精度な温度制御を行っている。具体的には、半導体ウエハを加熱する加熱プレート上において、上下に昇降する移動可能な支持ピンにて、半導体ウエハ基板を支持しながら、加熱または冷却処理している。（例えば、特許文献１参照）

特開平７－２５４５４５号公報（段落００２８～００２９、図４）

このような半導体ウエハ基板の熱処理装置では、加熱や冷却に対する任意の温度制御や処理速度を向上することは可能であったが、前工程からの異物持込みや熱処理装置内での異物付着により、半導体ウエハ基板に対し品質を満たすことができない場合があった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、半導体ウエハ基板の熱処理工程において、半導体ウエハ基板への異物付着を抑制、異物除去する半導体ウエハ基板の熱処理装置を提供することを目的とする。

また半導体ウエハ基板への異物付着を抑制、異物除去する半導体ウエハ基板の熱処理方法を提供することを目的とする。

また、本発明にかかる半導体ウエハ基板の熱処理方法は、搬送機構が半導体ウエハ基板をチャンバー内に搬入する搬入ステップと、チャンバーの側面に設けられた通風入口から、チャンバーの対向する側面に設けられた通風出口に向かって、半導体ウエハ基板に沿うようにファンが送風する送風ステップと、ヒーターが半導体ウエハ基板を加熱する加熱ステップと、加熱ステップの後に、ファンの送風により半導体ウエハ基板を冷却する冷却ステップと、搬送機構が半導体ウエハ基板をチャンバーから搬出する搬出ステップと、を備えた半導体ウエハ基板の熱処理する方法である。

本発明にかかる半導体ウエハ基板の熱処理装置によれば、半導体ウエハ基板の熱処理工程において、半導体ウエハ基板への異物付着を抑制、異物除去することができる。

また本発明にかかる半導体ウエハ基板の熱処理方法によれば、半導体ウエハ基板への異物付着を抑制、異物除去することができる。

実施の形態１にかかる半導体ウエハ基板の熱処理装置を示す断面図である。 実施の形態２にかかる半導体ウエハ基板の熱処理装置を示す断面図である。 実施の形態３にかかる半導体ウエハ基板の熱処理装置を示す断面図である。 実施の形態３にかかる半導体ウエハ基板の熱処理装置を示す断面図である。

実施の形態１．
実施の形態１にかかる熱処理装置の構成を説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体ウエハ基板の熱処理装置を示す断面図である。

図１に示すように、半導体ウエハ基板の熱処理装置内にステージ２が設置され、ステージ２の内部にはステージ用ヒーター３が搭載されている。ステージ用ヒーター３には、温度制御ユニット５が接続されている。温度制御ユニット５は、ステージ上面の温度を測定しながら温度管理し、所定の温度になるようステージ用ヒーター３を温度制御する。

ステージ２のステージ用ヒーター３側、つまりステージ２の上側には、チャンバー６が設けられており、半導体ウエハ基板１を配置することができる。チャンバー６の上面には、排気口８が取り付けられており、チャンバー６内から外部に向かって、加熱により気化した溶剤、異物等が排出される。排気口８は、工場のダクトに接続されている。

半導体ウエハ基板１は、チャンバー６内において、駆動ピン４によって、支持されており、駆動ピン４によりチャンバー６内を上下に昇降する。

チャンバー６の両側面には、通風入口１０、通風出口１１が設けられており、通風入口１０と通風出口１１は対向した位置に配置されている。通風入口１０には、ファン９が取り付けられており、ファン９により発生した送風が、通風入口１０から通風出口１１に向かって流れる。

半導体ウエハ基板１は、例えば、電力半導体素子を製造するためのウエハ基板であり、半導体ウエハ基板１の表面、裏面に回路が形成され、最終的にＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ―Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ダイオードといった電力半導体素子となる。なおＳｉ製に限らず、ＳｉＣもしくはＧａＮ製でもかまわない。

半導体ウエハ基板１のサイズは、厚さが０．１２～０．３５ｍｍ程であり、４インチ、６インチ、８インチと種類があり、チャンバー６は、各サイズの半導体ウエハ基板１に対応しており、１枚の半導体ウエハ基板１を投入し配置できるようになっている。半導体ウエハ基板１の熱処理前に、半導体ウエハ基板１が図示しない搬送機構によりチャンバー６内に投入され、熱処理後に同じ搬送機構によりチャンバー６から半導体ウエハ基板１を取り出す。

半導体ウエハ基板１の製造工程である写真製版するときに、半導体ウエハ基板１に、レジストやポリイミドが塗布され、その後レジストやポリイミド内に含まれる水分や溶剤を揮発させる必要があるため、半導体ウエハ基板の熱処理装置を用いて加熱する。溶剤は、例えば、PGMEA（プロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート)である。

半導体ウエハ基板１は、チャンバー６内で、複数の駆動ピン４にて支持されており、ステージ２上面から０．１～１０ｍｍの位置にあり、ステージ２もしくはステージ用ヒーター３と接触していない。駆動ピン４は、図示しない駆動モータやエアーシリンダーに接続され、制御されることにより、昇降可能である。駆動モータのほうが、昇降位置を複数設定でき、また高精度な位置決めや速度制御が可能なため好ましい。

チャンバー６内の半導体ウエハ基板１が、８０～１３０℃になるよう、ステージ用ヒーター３は、温度制御ユニット５により温度管理され、温度制御されている。こうすることにより、半導体ウエハ基板１に塗布されたレジストやポリイミドの水分や溶剤を揮発することができる。揮発された水分や溶剤は、チャンバー６の上部に設けられた排気口８からチャンバー６の外部に排出される。

加熱もしくは冷却およびその前後において、チャンバー６の側面に設けられた通風入口１０のファン９により、チャンバー６の外部からチャンバー６内に送風され、チャンバー６内においては、半導体ウエハ基板１の上面及び下面を沿うように送風され、通風出口１１から排出される。なお送風の一部は排気口８からも排出される。

このように半導体ウエハ基板１を加熱処理し、レジストやポリイミドの水分や溶剤を揮発するとともに、通風入口１０のファン９により半導体ウエハ基板１の表面及び裏面に沿って送風され、通風出口１１から排出することにより、半導体ウエハ基板１への異物付着抑制と、半導体ウエハ基板１に付着していた異物を除去することができる。またチャンバー６内に浮遊している異物をチャンバー６の外に排出することができる。さらに加熱処理後においては、加熱により異物が半導体ウエハ基板１に固着してしまうことがあるので、半導体ウエハ基板１への異物付着を抑制することができる。これにより、異物付着を抑制した半導体ウエハ基板１を得ることができ、半導体製品として要求される品質を満たすことができる。

異物は、半導体ウエハ基板１の熱処理工程前の工程にて、半導体ウエハ基板１に付着することにより、熱処理装置内に持ち込まれることが多く、人体に関わるもの、有機材やセラミック材が付着していることがある。

半導体ウエハ基板１の加熱処理後、半導体ウエハ基板１を冷却するときも同様に、通風入口１０に取り付けられたファン９により半導体ウエハ基板１の表面及び裏面を沿うように送風され、通風出口１１から排出され、半導体ウエハ基板１に付着した異物の除去やチャンバー内に浮遊している異物を外部に排出することができる。

チャンバー６内において、通風入口１０から半導体ウエハ基板１の表面及び裏面に沿って、通風出口１１から排出される送風は、大気に限定せず、窒素といった不活性ガスでもかまわない。

図１に送風の流れを矢印にて示している通り、通風入口１０から半導体ウエハ基板１の表面及び裏面に沿ってＡの方向に送風が流れるので、半導体ウエハ基板１の表面及び裏面と、送風が流れる方向は、略平行である。しかし、半導体ウエハ基板１の配置方向を変更することもできる。例えば、異物を除去したい半導体ウエハ基板が、表面だけの場合は、通風入口１０側に、半導体ウエハ基板１の表面を配置し、半導体ウエハ基板１の表面に向けて送風を流すことにより、異物を除去することも可能である。

次に、実施の形態１における半導体ウエハ装置の熱処理装置を用いた熱処理方法について説明する。

はじめにチャンバー６の奥軸を中心に手前側が開き、搬送機構により、チャンバー６に半導体ウエハ基板１が一枚投入され、複数の駆動ピン４に支持される。通風入口１０に取り付けられたファン９により、半導体ウエハ基板１の表面及び裏面に沿うように送風が流れ、異物を除去しながら、通風出口１１から異物とともに排出される。ステージ２内部にはステージ用ヒーター３があり、温度制御ユニット５により、温度管理され、半導体ウエハ基板１を所定の温度に加熱され、レジストやポリイミドの水分や溶剤が揮発する。その後、温度制御ユニット５によりステージ用ヒーター３の加熱を停止し、通風入口１０に取り付けられたファン９により半導体ウエハ基板１の表面及び裏面を沿うように異物を除去しながら送風が流れ、通風出口１１から異物とともに送風が排出される。チャンバー６が開き、搬送機構により半導体ウエハ基板１が搬出される。なお排気口８からも通風入口１０からの送風の一部が排出する。

このように半導体ウエハ基板１をチャンバー６に搬入する搬入ステップと、通風入口１０から半導体ウエハ基板１の表面及び裏面を沿うように流れ、通風出口１１から排出する送風ステップと、半導体ウエハ基板１を加熱する加熱ステップと、半導体ウエハ基板１をチャンバー６から搬出する搬出ステップがある。

実施の形態１では、半導体ウエハ基板１の熱処理工程において、半導体ウエハ基板１がチャンバー６内で駆動ピン４により支持され、チャンバー６の側面にある通風入口１０のファン９によりチャンバー６内に送風され、半導体ウエハ基板１の表面及び裏面に沿うように送風が流れ、通風出口１１に排出される。以上のような構成としたことにより、半導体ウエハ基板１への異物付着を抑制、異物除去という効果を得ることができる。

通風出口１１が、排気口８同様に、工場内のダクトや集塵機に接続されていてもよい。半導体ウエハ基板の熱処理装置がある生産ラインのクリーンルーム外に排出することにより、通風出口１１から排出された送風内に含まれる異物が、さらに半導体ウエハ基板の熱処理装置内に再び混入することを抑制することができる。以上のような構成としたことにより、同様に半導体ウエハ基板１への異物付着を抑制、異物除去する効果を得ることができる。

なおレジストやポリイミドの溶剤に応じて、ステージ用ヒーター３の温度設定、駆動ピン４の位置を可変できる。

またステージ用ヒーター３はステージ２内に埋め込まれているが、チャンバー６の排気口８側、つまり半導体ウエハ基板１の上側にあってもよい。例えば、半導体ウエハ基板１を加熱するとき、半導体ウエハ基板１の上側からと下側から両方から加熱することにより、加熱時間の短縮効果を得ることができる。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２における半導体ウエハ基板の熱処理装置を示す断面図である。なお本実施の形態における半導体ウエハ基板の熱処理装置は、多くの構成が実施の形態１と共通する。このため、実施の形態１における半導体ウエハ基板の熱処理装置と異なる点について説明するとともに、同一または対応する構成については同じ符号を付けて示し、その説明を省略する。実施の形態１とは、通風入口１０にフィルター１２、チャンバー６の両側面にシャッターを取り付けた構成が相違している。

チャンバー６の通風入口１０において、ファン９が送風する側と反対の方向に、つまりファン９からみてチャンバー６の外側にフィルター１２が取り付けられている。

フィルター１２は、ＨＥＰＡ（Ｈｉｇｈ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルター、もしくはＵＬＰＡ（Ｕｌｔｒａ Ｌｏｗ Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒ）フィルターである。

通風入口１０のファン９が送風するとき、フィルター１２により送風内に含まれる異物を除去し、チャンバー６の外からチャンバー６内に異物が入り込むことを抑制することができる。また送風内の異物が半導体ウエハ基板１に付着することを抑制することができる。なおフィルター１２は交換することができる構成となっている。半導体ウエハ基板の熱処理装置の稼働時間及び熱処理後の半導体ウエハ基板１への異物付着状況に応じて、フィルター１２を交換する。

チャンバー６の両側面には、シャッター７が取り付けられ、チャンバー６を開閉できるようになっている。チャンバー６内に半導体ウエハ基板１を配置し、加熱または冷却するときはシャッター７が閉まる。またチャンバー６内に半導体ウエハ基板１を出し入れするときには、シャッター７が開くようになっている。シャッター７は、チャンバー６において対向した位置にある。

実施の形態２においても、半導体ウエハ基板１の熱処理工程において、半導体ウエハ基板１がチャンバー６内で駆動ピン４により支持され、チャンバー６の側面にある通風入口１０のファン９によりチャンバー６内に送風され、半導体ウエハ基板１の表面及び裏面に沿うように送風が流れ、通風出口１１に排出される。以上のような構成としたことにより、実施の形態１と同様に、半導体ウエハ基板１への異物付着を抑制、異物除去する効果を得ることができる。

さらに通風入口１０にフィルター１２を取り付けることにより、チャンバー６内に異物が入り込むことを抑制することができる。また送風内の異物が半導体ウエハ基板１に付着することを抑制する効果を得ることができる。

なお実施の形態２では、チャンバー６内において、半導体ウエハ基板１は複数の駆動ピン４で保持されているため、駆動ピン４を昇降しながら冷却してもよい。こうすることで、冷却処理時間の短縮効果を得ることができる。

また通風入口１０に取り付けられたファン９の回転数を制御することにより、送風速度、送風量を制御することができる。こうすることにより、半導体ウエハ基板１への異物付着状態に応じて、容易に異物除去を図ることができるとともに、半導体ウエハ基板１の冷却処理時間の短縮効果を得ることができる。

実施の形態３．
図３及び図４は、実施の形態３における半導体ウエハ基板の熱処理装置を示す断面図である。なお本実施の形態における半導体ウエハ基板の熱処理装置は、多くの構成が実施の形態２と共通する。このため、実施の形態２における半導体ウエハ基板の熱処理装置と異なる点について説明するとともに、同一または対応する構成については同じ符号を付けて示し、その説明を省略する。図４は図３を紙面右からみたときの断面図である。実施の形態２とは、通風入口１０に送風用ヒーター１３を取り付け、駆動ピン４でなく支持機構１４により半導体ウエハ基板１が支持されている構成が相違している。

支持機構１４は、ステージ２上の図示しない駆動軸に取り付けられ、Ｌ字形状をした複数のアームから構成され、半導体ウエハ基板１を支持している。半導体ウエハ基板１を投入するときは、Ｌ字形状をしたアームが外側に開き、半導体ウエハ基板１が投入されるとＬ字形状をしたアームが内側に閉じる。半導体ウエハ基板１の外周部の側面と下面が、Ｌ字形状をしたアームにより支持されている。

通風入口１０において、ファン９より通風出口１１側に送風用ヒーター１３が取り付けられている。半導体ウエハ基板１を加熱処理するとき、 ステージ２内のステージ用ヒーター３による加熱とともに、通風入口１０のファン９によりチャンバー６内に向けて送風され、その送風は送風用ヒーター１３により加熱され、半導体ウエハ基板１の表面及び裏面を沿うように流れ、通風出口１１から排出される。加熱された送風により半導体ウエハ基板１に付着した異物を除去するとともに、半導体ウエハ基板１を加熱し、半導体ウエハ基板１のレジストやポリイミドの水分や溶剤を揮発させる。

また加熱された送風により、半導体ウエハ基板１の加熱処理時間を短縮することができる。図３及び図４に送風の流れを記す。図４は紙面の奥から手前に向かって送風が流れることを示している。

半導体ウエハ基板１の加熱処理終了後、半導体ウエハ基板１を冷却するときは、ステージ用ヒーター３とともに送風用ヒーター１３の加熱を停止する。また、送風用ヒーター１３を停止しているので、ファン９の送風により、半導体ウエハ基板１の冷却時間を短縮できる冷却ステップがある。

実施の形態３において、半導体ウエハ基板１の熱処理工程において、半導体ウエハ基板１がチャンバー６内で支持機構１４により支持され、チャンバー６の側面にある通風入口１０のファン９によりチャンバー６内に送風され、半導体ウエハ基板１の表面及び裏面に沿うように送風が流れ、通風出口１１に排出される。以上のような構成としたことにより、半導体ウエハ基板１への異物付着を抑制、異物除去する効果を得ることができる。

また通風入口１０にフィルター１２を取り付けることにより、チャンバー６内に異物が入り込むことを抑制することができる。また送風内の異物が半導体ウエハ基板１に付着することを抑制する効果を得ることができる。

さらに半導体ウエハ基板１を加熱するときは、ステージ用ヒーター３の加熱とともに、送風用ヒーター１３によりファン９の送風が加熱されるため、加熱処理時間を短縮する効果を得ることができる。

そして半導体ウエハ基板１を冷却するときは、ステージ用ヒーター３の加熱を停止するとともに、送風用ヒーター１３の加熱を停止させ、ファン９の送風により、冷却処理時間を短縮する効果を得ることができる。

支持機構１４により、半導体ウエハ基板１に対し、Ｌ字形状をしたアームにより支持しているため、半導体ウエハ基板１の下面側、半導体ウエハ基板１のステージ側の面に流れる送風は、圧損が小さくなり、流れやすくなる。こうすることにより、半導体ウエハ基板１に付着した異物を容易に除去する効果を得ることができる。

なお支持機構１４のＬ字形状をしたアームに溝を設け、その溝に半導体ウエハ基板１を挿入することにより、チャンバー６内に、半導体ウエハ基板１を複数枚投入することもできる。

なお本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 半導体ウエハ基板
２ ステージ
３ ステージ用ヒーター
４ 駆動ピン
６ チャンバー
９ ファン
１０ 通風入口
１１ 通風出口
１２ フィルター
１３ 送風用ヒーター
１４ 支持機構

Claims (1)

1. 搬送機構が半導体ウエハ基板をチャンバー内に搬入する搬入ステップと、
   前記チャンバーの側面に設けられた通風入口から、前記チャンバーの対向する側面に設けられた通風出口に向かって、前記半導体ウエハ基板に沿うようにファンが送風する送風ステップと、
   ヒーターが前記半導体ウエハ基板を加熱する加熱ステップと、
   前記加熱ステップの後に、前記ファンの送風により前記半導体ウエハ基板を冷却する冷却ステップと、
   前記搬送機構が前記半導体ウエハ基板を前記チャンバーから搬出する搬出ステップと、を備えていることを特徴とする半導体ウエハ基板の熱処理方法。

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