特開 2024-88430 半導体ウエハ処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024088430

(43)【公開日】2024-07-02

(54)【発明の名称】半導体ウエハ処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/268 20060101AFI20240625BHJP

   H01L 21/68 20060101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

H01L21/268 T

H01L21/268 G

H01L21/68 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022203586

(22)【出願日】2022-12-20

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105887

【弁理士】

【氏名又は名称】来山 幹雄

(72)【発明者】

【氏名】大庭 卓

【テーマコード（参考）】

5F131

【Ｆターム（参考）】

5F131AA02

5F131BA24

5F131CA32

5F131CA42

5F131DA32

5F131DA33

5F131DA36

5F131DA42

5F131DB76

5F131EA04

5F131EA22

5F131EB26

5F131EB32

5F131EB34

5F131KA12

5F131KA72

5F131KB12

5F131KB32

5F131KB35

(57)【要約】

【課題】規格の異なる半導体ウエハを処理する際に、規格の異なるロットの処理順の登録や、ユーザの介入を必要とすることなく、半導体ウエハの規格に応じた適切な処理を行うことが可能なウエハ処理装置を提供する。
【解決手段】処理部が、処理対象の半導体ウエハに対して処理を施す。アライメント部が、半導体ウエハの回転方向の位置合わせを行う。移送機構が、アライメント部で回転方向の位置合わせが完了した半導体ウエハを処理部に移送する。制御部が、移送機構を制御する。アライメント部は、半導体ウエハを支持して回転させる回転機構と、回転中の半導体ウエハのエッジの径方向の位置を検出するセンサとを有する。制御部は、センサによるエッジの検出結果と、半導体ウエハの回転方向の位置との関係に基づいて、半導体ウエハのオリエンテーションフラットの寸法を検出することにより、半導体ウエハが準拠する規格を判別する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

処理対象の半導体ウエハに対して処理を施す処理部と、
前記半導体ウエハの回転方向の位置合わせを行うアライメント部と、
前記アライメント部で回転方向の位置合わせが完了した前記半導体ウエハを前記処理部に移送する移送機構と、
前記移送機構を制御する制御部と
を備え、
前記アライメント部は、
前記半導体ウエハを支持して回転させる回転機構と、
回転中の前記半導体ウエハのエッジの径方向の位置を検出するセンサと
を有し、
前記制御部は、前記センサによるエッジの検出結果と、前記半導体ウエハの回転方向の位置との関係に基づいて、前記半導体ウエハのオリエンテーションフラットの寸法を検出することにより、前記半導体ウエハが準拠する規格を判別する半導体ウエハ処理装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記半導体ウエハを前記処理部に移送した後、前記半導体ウエハの準拠する規格に応じた処理を前記半導体ウエハに施す請求項１に記載の半導体ウエハ処理装置。

【請求項3】

前記制御部が前記処理部に実行させる異なる処理は、前記半導体ウエハに及ぼす作用は同一で、前記半導体ウエハに対して作用を及ぼす領域の形状及び面積の少なくとも一方が異なる処理である請求項１または２に記載の半導体ウエハ処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウエハ処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエハにドープしたドーパントの活性化を行うアニール方法として、半導体ウエハにパルスレーザビームを入射させてビームスポットを半導体ウエハ面内で移動させるレーザアニール方法が知られている（例えば、特許文献１等）。一般的に、ウエハサイズが同一の半導体ウエハが連続して処理される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－２０２２４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

半導体ウエハには複数の規格があり、規格によってオリエンテーションフラットの長さが異なる場合がある。例えば、シリコンウエハには、ＪＥＩＴＡとＳＥＭＩとの２つの規格がある。例えば、６インチのシリコンウエハのオリエンテーションフラットの長さは、ＪＥＩＴＡ規格では４７．５ｍｍであるのに対し、ＳＥＭＩ規格では５７．５ｍｍである。オリエンテーションフラットの長さが異なると、半導体ウエハの上面の形状及び面積が異なる。

【0005】

例えば、半導体ウエハの表面をレーザビームで走査してアニールを行う場合、ＪＥＩＴＡ規格のウエハと、ＳＥＭＩ規格のウエハとで、走査すべき領域の大きさが異なる。例えば、処理対象の半導体ウエハにＪＥＩＴＡ規格のロットとＳＥＭＩ規格のロットとが混在している場合、規格の異なる複数のロットに対して適切な処理を行うために、規格の異なるロットの処理順を予め登録しておかなければならない。または、次に処理するロットの規格が直前に処理したロットの規格と異なる場合、規格に応じた適切な処理を行うように、ユーザの介入が必要になる。

【0006】

本発明の目的は、規格の異なる半導体ウエハを処理する際に、規格の異なるロットの処理順の登録や、ユーザの介入を必要とすることなく、半導体ウエハの規格に応じた適切な処理を行うことが可能なウエハ処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によると、
処理対象の半導体ウエハに対して処理を施す処理部と、
前記半導体ウエハの回転方向の位置合わせを行うアライメント部と、
前記アライメント部で回転方向の位置合わせが完了した前記半導体ウエハを前記処理部に移送する移送機構と、
前記移送機構を制御する制御部と
を備え、
前記アライメント部は、
前記半導体ウエハを支持して回転させる回転機構と、
回転中の前記半導体ウエハのエッジの径方向の位置を検出するセンサと
を有し、
前記制御部は、前記センサによるエッジの検出結果と、前記半導体ウエハの回転方向の位置との関係に基づいて、前記半導体ウエハのオリエンテーションフラットの寸法を検出することにより、前記半導体ウエハが準拠する規格を判別する半導体ウエハ処理装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

制御部が半導体ウエハのオリエンテーションフラットの寸法を検出して半導体ウエハの規格を判別するため、規格の異なるロットの処理順の登録や、ユーザの介入を必要とすることなく、半導体ウエハの規格に応じた適切な処理を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、一実施例によるウエハ処理装置の概略図である。

【図2】図２は、本実施例によるウエハ処理装置の各構成要素の平面的な位置関係を示す図である。

【図3】図３Ａは、アライメント部の概略断面図であり、図３Ｂは、アライメント部の構成部品の平面視における位置関係を示す図である。

【図4】図４は、センサの検出結果の一例を示すグラフである。

【図5】図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ６インチのＳＥＭＩ規格及びＪＥＩＴＡ規格の半導体ウエハの平面図である。

【図6】図６は、半導体ウエハに対して処理を施すときの制御部による制御の手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１～図６を参照して、一実施例によるウエハ処理装置について説明する。
図１は、本実施例によるウエハ処理装置の概略図である。ウエハ処理装置は、処理部３０、アライメント部２０、及び制御部４０を含む。

【0011】

処理部３０は、レーザ発振器３１、ビームエキスパンダ３２、ビーム整形光学素子３３、折り返しミラー３４、ＸＹステージ３５、及びチャックテーブル３６を含む。処理対象の半導体ウエハ１０がチャックテーブル３６の上に吸着されて保持される。チャックテーブル３６はＸＹステージ３５によって水平面内の二方向に移動可能である。

【0012】

レーザ発振器３１がパルスレーザビームを出力する。レーザ発振器３１から出力されたパルスレーザビームがビームエキスパンダ３２、ビーム整形光学素子３３、及び折り返しミラー３４を経由して半導体ウエハ１０に入射する。なお、必要に応じてアパーチャ、レンズ等を配置してもよい。例えば、半導体ウエハ１０にドーパントがイオン注入されており、パルスレーザビームの入射によってドーパントの活性化アニールを行う。

【0013】

レーザ発振器３１として、例えばファイバレーザ発振器、レーザダイオード、固体レーザ発振器等を用いることができる。ビームエキスパンダ３２は、ビーム整形光学素子３３へのレーザビームの入射位置におけるビームサイズを調整する。ビーム整形光学素子３３は、半導体ウエハ１０の表面におけるビームスポットを整形するとともに、強度分布を均一化する。ビーム整形光学素子３３として、例えば回折光学素子が用いられる。

【0014】

制御部４０が、アライメント部２０、ＸＹステージ３５、及びレーザ発振器３１を制御する。例えば、制御部４０は、パルスレーザビームが半導体ウエハ１０の表面の目標位置に入射するように、ＸＹステージ３５を制御する。さらに、レーザ発振器３１からのパルスレーザビームの出力タイミングを制御する。半導体ウエハ１０にパルスレーザビームを入射させながら、パルスレーザビームの経路に対して垂直な二方向に半導体ウエハ１０を移動させることにより、半導体ウエハ１０の所定の領域をアニールすることができる。

【0015】

アライメント部２０は、半導体ウエハ１０の回転方向の位置決め、及び半導体ウエハ１０が準拠する規格を判別するための基礎となる情報を取得する。アライメント部２０の詳細な構成及び機能については、後に図３及び図４を参照して説明する。

【0016】

図２は、実施例によるウエハ処理装置の各構成要素の平面的な位置関係を示す図である。実施例によるウエハ処理装置は、処理チャンバ３７及びロボット室５５を備えている。処理チャンバ３７内にチャックテーブル３６及びＸＹステージ３５（図１）が配置されている。処理チャンバ３７、チャックテーブル３６、及びＸＹステージ３５は、処理部３０の一部を構成する。ロボット室５５に、移送機構としてのロボットアーム５０、２つのウエハカセット５１、及びアライメント部２０が収容されている。

【0017】

平面視において、ロボットアーム５０の周囲に２つのウエハカセット５１及びアライメント部２０が配置されている。一方のウエハカセット５１に未処理の半導体ウエハ１０が収納されており、他方のウエハカセット５１に処理済の半導体ウエハ１０が収納される。なお、ウエハカセット５１を未処理用と処理済用とに区分することなく、未処理の半導体ウエハ１０を処理し、処理済の半導体ウエハ１０をウエハカセット５１の元の位置に戻す搬送方法を採用してもよい。

【0018】

ロボットアーム５０は、制御部４０によって制御されることにより、半導体ウエハ１０をウエハカセット５１、アライメント部２０、及びチャックテーブル３６の間で移送する。

【0019】

図３Ａは、アライメント部２０の概略断面図であり、図３Ｂは、アライメント部２０の構成部品の平面視における位置関係を示す図である。ウエハ吸着部２１が回転機構２２を介してベース２４に支持されている。半導体ウエハ１０が、裏面のほぼ中心においてウエハ吸着部２１に吸着されて、ほぼ水平に支持される。回転機構２２は、制御部４０からの制御により、ウエハ吸着部２１に支持された半導体ウエハ１０を回転させる。半導体ウエハ１０には、オリエンテーションフラット１０Ｆが設けられている。

【0020】

センサ２３が、支持部材２５によりベース２４に支持されている。センサ２３は、発光部２３Ａ及び受光部２３Ｂを含む。発光部２３Ａ及び受光部２３Ｂは、相互に間隔を隔てて上下方向に対向して配置されており、両者の間に半導体ウエハ１０の縁（エッジ）が位置する。受光部２３Ｂは、図３Ｂに示した平面視において、回転機構２２の回転中心を通過する直線に沿って配置されたラインセンサで構成される。センサ２３は、半導体ウエハ１０のエッジの径方向の位置を検出する。制御部４０（図２）は、半導体ウエハ１０を回転させながら、センサ２３の検出結果を取得する。なお、センサ２３として、反射型のセンサを用いてもよい。

【0021】

図４は、センサ２３の検出結果の一例を示すグラフである。横軸は半導体ウエハ１０の基準の径方向からの回転角を単位［°］で表し、縦軸は、半導体ウエハ１０のエッジの、基準位置からの偏差を単位［ｍｍ］で表す。半導体ウエハ１０の中心と、回転機構２２の回転中心とが一致しているときのエッジの位置を、基準位置としている。

【0022】

図４において、周期が３６０°の波形が現れているのは、半導体ウエハ１０の中心が、回転機構２２の回転中心からずれているためである。この波形から、半導体ウエハ１０の中心のずれ量、及びずれの方向を検出することができる。

【0023】

図４において、回転角が９０°～１３０°の範囲に現れている窪みは、オリエンテーションフラット１０Ｆがセンサ２３の検出位置を通過したことを意味する。この窪みが現れている回転角から、半導体ウエハ１０のオリエンテーションフラット１０Ｆの回転方向の位置を検出することができる。また、窪みが現れている回転角の幅から、オリエンテーションフラット１０Ｆの寸法を求めることができる。

【0024】

図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ６インチのＳＥＭＩ規格及びＪＥＩＴＡ規格の半導体ウエハ１０Ｓ、１０Ｊの平面図である。ＳＥＭＩ規格では、オリエンテーションフラット１０Ｆの長さＬが５７．５ｍｍであり、ＪＥＩＴＡ規格では、オリエンテーションフラット１０Ｆ長さＬが４７．５ｍｍである。このように、規格によってオリエンテーションフラット１０Ｆの長さＬが異なる。

【0025】

制御部４０（図１、図２）は、アライメント部２０で測定された回転角とエッジの偏差との関係（図４）から、オリエンテーションフラット１０Ｆの長さＬを計算する。オリエンテーションフラット１０Ｆの長さＬの計算値によって、半導体ウエハ１０がＳＥＭＩ規格のものかＪＥＩＴＡ規格のものかを判別する。なお、オリエンテーションフラット１０Ｆに対応する中心角（すなわち、回転角の幅）から、半導体ウエハ１０がＳＥＭＩ規格のものかＪＥＩＴＡ規格のものかを判別してもよい。このように、オリエンテーションフラット１０Ｆの寸法を、長さで規定してもよいし、中心角で規定してもよい。

【0026】

図６は、半導体ウエハ１０に対して処理を施すときの制御部４０が実行する制御の手順を示すフローチャートである。まず、制御部４０は、ロボットアーム５０を制御することにより、未処理の半導体ウエハ１０をウエハカセット５１から取り出し、アライメント部２０に移送する（ステップＳ１）。より具体的には、半導体ウエハ１０の中心と、回転機構２２（図３Ａ、図３Ｂ）の回転中心との粗い位置合わせを行い、半導体ウエハ１０をウエハ吸着部２１（図３Ａ、図３Ｂ）に吸着させる。

【0027】

次に、制御部４０は、回転機構２２を動作させて半導体ウエハ１０を回転させながら、センサ２３からの検出値を取得し、半導体ウエハ１０の回転方向の位置合わせを行う（ステップＳ２）。例えば、回転機構２２の回転中心に対する半導体ウエハ１０の中心の偏差、及びオリエンテーションフラット１０Ｆの回転方向の位置を検出し、オリエンテーションフラット１０Ｆを、回転方向の所定の位置に位置決めした姿勢で半導体ウエハ１０を静止させる。

【0028】

次に、制御部４０は、半導体ウエハ１０が準拠する規格を判別する（ステップＳ３）。例えば、オリエンテーションフラット１０Ｆの長さＬ（図５Ａ、図５Ｂ）から、半導体ウエハ１０がＳＥＭＩ規格のものか、ＪＥＩＴＡ規格のものかを判別する。

【0029】

制御部４０は、ロボットアーム５０を制御して、半導体ウエハ１０をアライメント部２０から処理部３０に移送する（ステップＳ４）。このとき、チャックテーブル３６に対して半導体ウエハ１０を所定の位置に位置決めして、チャックテーブル３６に支持させる。

【0030】

半導体ウエハ１０がＳＥＭＩ規格のものである場合は、ＳＥＭＩ規格の半導体ウエハ１０に対する処理を実行し（ステップＳ５、Ｓ６）、半導体ウエハ１０がＪＥＩＴＡ規格のものである場合は、ＪＥＩＴＡ規格の半導体ウエハ１０に対する処理を実行する（ステップＳ５、Ｓ７）。例えば、半導体ウエハ１０のうちオリエンテーションフラット１０Ｆで切り取られた部分以外の部分にレーザビームを入射させて、ドーパントの活性化アニールを行う。ＳＥＭＩ規格の半導体ウエハ１０とＪＥＩＴＡ規格の半導体ウエハ１０とで、半導体ウエハ１０に及ぼす作用は同一であり、作用を及ぼす領域の形状及び大きさの少なくとも一方が異なる。

【0031】

半導体ウエハ１０に対する処理を行った後、制御部４０は、ロボットアーム５０を制御して、処理済みの半導体ウエハ１０を処理部３０からウエハカセット５１に移送する（ステップＳ８）。

【0032】

次に、本実施例の優れた効果について説明する。
処理対象の複数の半導体ウエハ１０に、規格の異なるものが混在している場合に、次に処理する半導体ウエハ１０の規格をオペレータが指示することなく、半導体ウエハ１０に対して、規格に適した処理を施すことができる。また、半導体ウエハ１０を処理部３０に移送する（ステップＳ４）前に、半導体ウエハ１０の規格を判別する（ステップＳ３）ため、半導体ウエハ１０を処理部３０に移送した後、直ちに処理を開始することができる。さらに、半導体ウエハ１０の位置合わせを行うためのセンサ２３の測定結果を用いて、半導体ウエハ１０の規格の判別を行うため、規格判別のための専用のセンサを配置する必要がない。

【0033】

次に、上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例では、オリエンテーションフラット１０Ｆの寸法の相違に基づいて、半導体ウエハ１０の規格を判別するが、半導体ウエハ１０に設けられたノッチの形状等の違いに基づいて規格を判別することも可能である。

【0034】

また、上記実施例では、半導体ウエハ１０に対してドーパントの活性化アニールを行う例について説明したが、その他の処理を行う場合にも、上記実施例による手法を適用することが可能である。

【0035】

上述の実施例は例示であり、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

【符号の説明】

【0036】

１０ 半導体ウエハ
１０Ｆ オリエンテーションフラット
１０Ｊ ＪＥＩＴＡ規格の半導体ウエハ
１０Ｓ ＳＥＭＩ規格の半導体ウエハ
２０ アライメント部
２１ ウエハ吸着部
２２ 回転機構
２３ センサ
２３Ａ 発光部
２３Ｂ 受光部
２４ ベース
２５ 支持部材
３０ 処理部
３１ レーザ発振器
３２ ビームエキスパンダ
３３ ビーム整形光学素子
３４ 折り返しミラー
３５ ＸＹステージ
３６ チャックテーブル
３７ 処理チャンバ
４０ 制御部
５０ ロボットアーム
５１ ウエハカセット
５５ ロボット室

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】