JPH11238780A - 半導体シリコンウエーハ搬送保持具およびこれを用いた半導体プロセス装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 エッチングガスやプラズマに侵され難く、パ
ーティクルやコンタミネーションを発生することがない
と共に、寿命が長く強度の高い、半導体シリコンウエー
ハ搬送保持具と該保持具を具備した搬送装置を配備した
半導体プロセス装置を提供する。 【解決手段】 半導体シリコンウエーハを搬送、保持す
る搬送装置の保持具において、該保持具の材質がシリコ
ンである半導体シリコンウエーハ搬送保持具と該保持具
を具備した搬送装置を配備した半導体プロセス装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造工程におけるＣＶＤ装置やスパッタ装置、又は、生
成薄膜をエッチングするエッチング装置等に使用され
る、被処理物である半導体シリコンウエーハを保持・搬
送する搬送装置の保持具および該保持具を具備したマテ
リアルハンドリングロボット或は自動搬送装置を配置し
て成る半導体プロセス装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体のデバイスを作製する際に
は、半導体シリコンウエーハ上にポリシリコン膜や酸化
シリコン膜、導体膜、誘電体膜等をＣＶＤ装置やスパッ
タ装置で形成したり、逆にエッチング装置により、これ
らの薄膜をエッチングしたりする技術はよく知られてい
る。そして、これらの半導体プロセス装置において、被
処理物であるシリコンウエーハの半導体プロセス装置へ
の搬入、搬出にマテリアルハンドリングロボットや自動
搬送装置が使用されるが、このロボットのウエーハを保
持し、接触する保持具にも、ウエーハをプロセス処理す
る場合のパーティクルや不純物の発生を極力抑えるよう
にしたものが要求されている。

【０００３】従来のウエーハ保持具は、コスト、低発塵
性、耐食性、機械的強度等を兼ね備えたステンレスを材
質としたものが一般的であったが、ステンレスからの重
金属汚染（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ等）が問題となり、材質の
改良が求められてきた。

【０００４】そこで、近年、耐食性に優れた材料として
アルミニウムにアルマイト処理を施したものや、セラミ
ックス等がウエーハ搬送用保持具として用いられるよう
になった。しかし、両者共一長一短があり、前者のＡｌ
−アルマイト製保持具は、材料として安価ではあるが、
柔らかいＡｌにアルマイト処理を行うため、平面度等の
機械的精度が出にくく、結果として加工歩留りが悪く高
価になってしまう。また、低温のプロセス下において
は、アルマイト処理による酸化膜が耐食性において有利
となるが、高温のプロセス下においては、Ａｌが不純物
として拡散し、半導体製品に悪影響を及ぼす可能性が高
い。さらにポアーが多いアルマイト部分からの発塵も多
く、デバイスの歩留り低下を引き起こしてしまうという
欠点がある。

【０００５】後者のセラミックス製の保持具は、硬い材
質であるため良好な平面度は得られるが、難加工性のた
め加工費が高くなってしまう。また、セラミックスは、
腐食されにくいが、セラミックスを焼結するための焼結
助剤が原料に不純物として数％含まれており、一般に焼
結助剤は半導体プロセスで混入してはならない重金属の
化合物であるため、半導体プロセスで使用するのは避け
たい。また、通常セラミックスは１０¹²Ω・ｃｍ以上の
高抵抗値であるから、静電気によるパーティクルの付着
が避けられず、やはり半導体製品に悪影響を及ぼすこと
が考えられる。

【０００６】従って、アルマイト処理済みＡｌやセラミ
ックスを用いたウエーハ搬送保持具では、半導体製品の
歩留りの低下を引き起こすことが考えられ、充分に満足
できるウエーハ搬送保持具とは言い難い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点を解決するためになされたもので、エッチングガ
スやプラズマに侵され難く、パーティクルやコンタミネ
ーションを発生することがないと共に、寿命が長く、強
度の高いウエーハ搬送保持具、およびこの搬送保持具を
具備したマテリアルハンドリングロボットまたは自動搬
送装置を備えた半導体プロセス装置を提供することを主
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に記載した発明は、半導体シリコ
ンウエーハを搬送、保持する搬送装置の保持具におい
て、該保持具の材質がシリコンであることを特徴とする
半導体シリコンウエーハ搬送保持具である。

【０００９】このように、半導体シリコンウエーハを保
持・搬送する保持具の材質を、被処理物であるシリコン
ウエーハと同じ材質とすることにより、エッチングガス
やプラズマに曝されてもパーティクルを発生したり、コ
ンタミネーションとなることは殆どなく、シリコンウエ
ーハのデバイス工程における歩留りを向上させることが
できる。

【００１０】この場合、請求項２に記載したように、前
記シリコンが単結晶シリコンであること、また請求項３
に記載したようにシリコンの体積固有抵抗値が１０Ω・
ｃｍ以下であることが望ましい。

【００１１】このように、保持具の素材を単結晶シリコ
ンとすると、抵抗値調整用に添加するドープ剤である不
純物含有量や機械的強度の点からも、品質管理上も多結
晶シリコンより優れており、保持具作製用素材として有
利に使用される。また、シリコンの抵抗値を１０Ω・ｃ
ｍ以下の低抵抗値のものとすると、静電気によるパーテ
ィクルの付着もなく、保持具として適切な値であると共
に、保持具作製用の素材として入手し易くなり、経済的
にも有利である。

【００１２】そして、本発明の請求項４に記載したよう
に、前記単結晶シリコンがドープ剤としてボロン（Ｂ）
を添加したものが好ましい。この単結晶シリコンの電気
抵抗値の調整は、原料として使用するいわゆるテンナイ
ンやイレブンナインと称される高純度多結晶シリコンに
ドープ剤を添加することで行われる。このドープ剤とし
ては、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）等が例
示され、本発明ではどのようなドープ剤を用いてもよい
が、Ｐ型で抵抗調製が容易であると共に、製造歩留りが
高いボロンを用いるのが好ましい。電気抵抗率を低くす
るにはドープ剤の添加量を増やし、抵抗率を高くするに
はドープ剤の添加量を減らせば良い。

【００１３】次に本発明の請求項５に記載した発明は、
前記保持具が、載置板、真空吸着器または静電吸着器で
あることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれ
か１項に記載した半導体シリコンウエーハ搬送保持具で
ある。

【００１４】このように、保持具を載置板、真空吸着器
または静電吸着器とすれば、これらの保持具は、いずれ
も搬送保持される半導体シリコーンウエーハと同一材質
のシリコン製であるから、ウエーハと接触して保持して
もウエーハを汚染することはなく、パーティクルが付着
することも殆どない。そして、半導体プロセス装置のウ
エーハをセットする場所、方向等の形態あるいは都合に
応じて上記保持具の内から適切なものを選択して保持搬
送すればよい。

【００１５】本発明の請求項６に記載した発明は、少な
くとも反応室内に半導体シリコンウエーハを配置し、こ
れに処理を加える半導体プロセス装置において、該反応
室に半導体シリコンウエーハを搬入、搬出する搬送装置
の保持具として、請求項１ないし請求項５のいずれか１
項に記載した半導体シリコンウエーハ搬送保持具を具備
したマテリアルハンドリングロボット或は自動搬送装置
を設置して成ることを特徴とする半導体プロセス装置で
ある。

【００１６】このように、半導体プロセス装置を構成す
ると、被処理物である半導体シリコンウエーハを搬送・
保持する保持具の材質がシリコンウエーハと同じ材質に
なるため、エッチングガスやプラズマに曝されてもパー
ティクルを発生したり、不純物を発生してコンタミネー
ションとなることは殆どなく、シリコンウエーハの歩留
りを向上させ生産性を高めることができるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。ここで、図１は本発明の保持具の一例
で、シリコン製真空吸着器の縦断面図である。図２は、
マテリアルハンドリングロボットのアームヘッドに真空
吸着器を具備した状態を示す斜視図である。

【００１８】本発明者等は、特に半導体デバイス製造用
プロセス装置に使用される半導体シリコンウエーハ搬送
保持具の腐食防止について種々検討した結果、これには
該保持具の材質に、主な被処理物である半導体シリコン
ウエーハと同素材を使用すればよいことに想到し、本発
明を完成させたものである。

【００１９】先ず、本発明では、半導体シリコンウエー
ハを保持、搬送する搬送装置の保持具において、該保持
具の材質をシリコンとした。このように、半導体シリコ
ンウエーハを保持、搬送する保持具の材質をシリコンウ
エーハと同じ材質とすることにより、エッチングガスや
プラズマに曝されてもパーティクルを発生したり、コン
タミネーションとなることは殆どなく、シリコンウエー
ハの製造歩留りを向上させることができる。

【００２０】そして、この素材を単結晶シリコンとする
と、抵抗率調整用に添加するドープ剤である不純物含有
量や機械的強度の点からも、品質管理上も多結晶シリコ
ンより優れており、保持具作製用素材として有利に使用
される。単結晶シリコンはもともと耐食性に優れたもの
であるが、たとえ腐食されても半導体製品と同材質であ
るため、不純物の発生の心配はない。

【００２１】パーティクルを反応室内に持ち込む問題に
関しては、このシリコン製保持具の体積固有抵抗値を１
０Ω・ｃｍ以下にすることにより静電気の発生を抑える
ことができ、その結果、パーティクルを引き寄せること
はなく、パーティクルを持ち込む問題はなくなった。ま
たこの抵抗値の範囲は、保持具作製用の素材として入手
し易くなり、経済的に有利である。

【００２２】そして、この単結晶シリコンの電気抵抗率
の調整は、例えばチョクラルスキー法により単結晶棒を
育成する際に、原料として使用するいわゆるテンナイン
やイレブンナインと称される高純度多結晶シリコン融液
にドープ剤を添加することで行われる。このドープ剤と
しては、ボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）等が
例示されるが、特に本発明では、ドープ剤については限
定されないが、リン、砒素は飛散し易く、抵抗調製が難
しい上に、偏析係数が小さいので、所望抵抗に入る割合
が少ないために、歩留りが低いからである。一方、ボロ
ンは飛散しないし、偏析係数も大きいので好ましい。ま
た、抵抗率を低くするにはドープ剤の添加量を増やし、
抵抗率を高くするにはドープ剤の添加量を減らせば良
い。

【００２３】このように、単結晶シリコンの製造は、通
常チョクラルスキー法で作製すればよく、この方法によ
ればボロンドープ単結晶シリコンが容易に作製される。
この単結晶シリコンを搬送保持具材料として使用すれば
被処理物であるシリコンウエーハと全く同一の素材とな
り、最も好ましい。

【００２４】ここで、シリコン製保持具の一例として図
１の真空吸着器について説明する。真空吸着器１０は、
真空室１２、多孔吸着板１１および排気管１３から成
り、搬送装置先端接続部１４で例えばマテリアルハンド
リングロボットのアームヘッドに接続される。ウエーハ
吸着操作は、排気管１３から真空ポンプ（図示せず）に
より真空室１２のガスを排気しつつ、多孔吸着板１１を
ウエーハＷ直上に持って行ってウエーハＷを吸着保持す
ることができる。ロボットで所定の場所に搬送した後、
真空を解除して多孔吸着板１１からウエーハＷを離脱さ
せれば良い。

【００２５】この場合、真空吸着器１０全体を単結晶シ
リコンで作製するのがよいが、シリコンウエーハと直接
接触する多孔吸着板１１だけを単結晶シリコンで作製し
てもよい。図２は、マテリアルハンドリングロボット１
５のアームヘッド１６に真空吸着器１０を接続した状態
の一例を示した。

【００２６】この搬送保持具については、上記真空吸着
器の他にウエーハを載置して搬送する載置板、ウエーハ
を静電的に吸着して搬送する静電吸着器等があり、これ
らの保持具は、いずれも搬送保持される半導体シリコン
ウエーハと同一材質のシリコン製であるから、ウエーハ
と接触して保持してもウエーハを汚染することはなく、
パーティクルが付着することも殆どない。そして、半導
体プロセス装置の反応室内のウエーハをセットする場
所、方向等の形態に応じて上記保持具の内から適切なも
のを選択して保持搬送すればよい。

【００２７】そして、これらの搬送保持具は、少なくと
も反応室内に半導体シリコンウエーハを配置し、これに
処理を加える半導体プロセス装置において、該反応室に
半導体シリコンウエーハを搬入、搬出する搬送装置であ
るマテリアルハンドリングロボットのアームヘッド或は
自動搬送装置の先端部に取り付けて作動させればよい。

【００２８】このように、半導体プロセス装置を構成す
ると、被処理物である半導体シリコンウエーハを搬送・
保持する保持具の材質がシリコンウエーハと同じ材質に
なるため、エッチングガスやプラズマに曝されてもパー
ティクルを発生したり、不純物を発生してコンタミネー
ションとなることは殆どなく、シリコンウエーハの製造
歩留りを向上させ生産性を高めることができる装置にな
る。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 （実施例）シリコン製保持具の素材には、ボロンを添加
してチョクラルスキー法（ＣＺ法）により引き上げられ
た、体積固有抵抗値が５〜１０Ω・ｃｍの直径１０イン
チの単結晶シリコンのインゴットを用意して、次の手順
により加工し、シリコン製保持具として載置板を作製し
た。

【００３０】（１）シリコンインゴットを横倒しにした
状態で台座に熱可塑性樹脂で接着固定した後、＃３２０
のダイヤモンドソーを用いて、短冊形の所定の寸法にス
ライスカットした。 （２）スライスされたシリコン板をロータリー研削機で
３０μｍ以下の平行度を出しつつ、厚さ３．１ｍｍまで
研削した。 （３）次に、マシニングセンターにセットしてシリコン
ウエーハを載置する形状に切削、孔開け加工等を行っ
た。 （４）ロータリー研削時の研削傷を無くすため、ＧＣ＃
１０００で両面約０．０５ｍｍづつラッピング、研磨を
行い、３．０ｍｍまで研磨した。このように構成したシ
リコン製載置板は、表面粗さがＲａ＝０．１μｍ、平行
度が２８μｍとなった。

【００３１】このシリコン製載置板をドライエッチング
装置にセットして耐食性をテストした。このドライエッ
チング装置は、載置板に直径６インチのシリコンウエー
ハを載せ、ドライエッチングガスとしてＣＦ₄ を流し、
温度２００℃で処理するものである。この処理を反復
し、通算５０００時間に及ぶシリコンウエーハのドライ
エッチング処理を行った。

【００３２】その結果、シリコン製載置板には何らの支
障なく操業することができ、次のような結果が得られ
た。 （１）５０００時間のドライエッチング操業により、シ
リコン製載置板の板厚は平均して０．０５ｍｍ程度減少
し、表面に腐食が見られた。しかし、このシリコン製載
置板の腐食が原因となるような被処理物であるシリコン
ウエーハの製造歩留りの低下や歩留り、品質の経時変化
は起こらず、半導体ウエーハと同材質の保持具を使用し
たことによる優位性が確認された。 （２）５０００時間操業後のシリコン製載置板の表面を
観察した結果、パーティクルの付着は見られず、使用前
の清浄度を保つことができた。これはシリコン単結晶素
材の体積固有抵抗値を１０Ω・ｃｍ以下としたことによ
り静電気の発生が抑制されたためであると考えられる。 （３）５０００時間操業後のシリコン製載置板の平行度
は、使用前と同じ２８μｍとなり、経時的な反りの変化
はなかった。また、シリコン製載置板の表面には装置内
の他の部分と擦れたような痕跡が見られないことから、
ドライエッチング操業中の高温プロセス下においても、
シリコン製保持具は大きな変形を起こさず、摩擦による
発塵も起こしていないことが確認された。

【００３３】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００３４】例えば、上記では本発明の実施例として、
高温ガスでシリコンウエーハをエッチングするドライエ
ッチング装置に本発明のシリコン製保持具を使用した例
を示したが、本発明はこのような例に限定されるもので
はなく、半導体シリコンウエーハ上に、ポリシリコン
膜、酸化シリコン膜、導電膜、誘電体膜等を形成するＣ
ＶＤ装置やスパッタ装置、または上記各膜をエッチング
する装置等種々の半導体プロセス装置あるいは洗浄装
置、研磨装置等に対するシリコンウエーハの搬送装置に
使用することが出来ることは言うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、半導体プロセス装置の
被処理物である半導体シリコンウエーハを保持し、該装
置に搬入・搬出する時に使用する搬送装置の保持具の材
質として、ウエーハと同材質のシリコン製としたことに
より、保持具からの不純物の拡散がなくなり、またエッ
チングガスやプラズマに曝されてもパーティクルやコン
タミネーションを発生することはなく、被処理物である
シリコンウエーハに与えるダメージは、他の素材から成
る保持具を使用した場合と比較して格段に小さくするこ
とができる。また、保持具をシリコン製としたことによ
り半導体製造工程において長期間安定して使用すること
ができ、プロセスの安定操業が可能になると共に反応処
理時のウエーハの歩留り低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコン製保持具である真空吸着器の
縦断面図である。

【図２】マテリアルハンドリングロボットのアームヘッ
ドに真空吸着器を具備した状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０…真空吸着器、 １１…多孔吸着板、 １２…真空室、 １３…排気管、 １４…搬送装置先端接続部、 １５…マテリアルハンドリングロボット、 １６…アームヘッド。 Ｗ…半導体シリコンウエーハ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体シリコンウエーハを搬送、保持す
   る搬送装置の保持具において、該保持具の材質がシリコ
   ンであることを特徴とする半導体シリコンウエーハ搬送
   保持具。
2. 【請求項２】 前記シリコンが単結晶シリコンであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載した半導体シリコンウエ
   ーハ搬送保持具。
3. 【請求項３】 前記シリコンの体積固有抵抗値が、１０
   Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載した半導体シリコンウエーハ搬送保持具。
4. 【請求項４】 前記単結晶シリコンがドープ剤としてボ
   ロン（Ｂ）を添加したものであることを特徴とする請求
   項１ないし請求項３のいずれか１項に記載した半導体シ
   リコンウエーハ搬送保持具。
5. 【請求項５】 前記保持具が、載置板、真空吸着器また
   は静電吸着器であることを特徴とする請求項１ないし請
   求項４のいずれか１項に記載した半導体シリコンウエー
   ハ搬送保持具。
6. 【請求項６】 少なくとも反応室内に半導体シリコンウ
   エーハを配置し、これに処理を加える半導体プロセス装
   置において、該反応室に半導体シリコンウエーハを搬
   入、搬出する搬送装置の保持具として、請求項１ないし
   請求項５のいずれか１項に記載した半導体シリコンウエ
   ーハ搬送保持具を具備したマテリアルハンドリングロボ
   ット或は自動搬送装置を設置して成ることを特徴とする
   半導体プロセス装置。