特許 7525985 半導体ウェーハ搬送治具およびそれを用いた搬送方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-23

(45)【発行日】2024-07-31

(54)【発明の名称】半導体ウェーハ搬送治具およびそれを用いた搬送方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20240724BHJP

   C23C 16/44 20060101ALI20240724BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 A

C23C16/44 F

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019113327

(22)【出願日】2019-06-19

(65)【公開番号】P2020205386

(43)【公開日】2020-12-24

【審査請求日】2021-06-16

【審判番号】

【審判請求日】2023-04-18

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】丹波 佑太

【合議体】

【審判長】恩田 春香

【審判官】三浦 みちる

【審判官】松永 稔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０９９９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０８７５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００９－００１２７０２（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００２－２９９４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１１９３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１１／１４８５６０（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01L 21/677

C23C 16/44

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェーハに熱処理を加えるチャンバーに搬入及び搬出するための半導体ウェーハ搬送治具であって、
前記半導体ウェーハの裏面を支持するための、樹脂部材からなる先端部と根本部とを有し、
前記先端部には、前記半導体ウェーハを、前記半導体ウェーハ搬送治具の異なる接触位置で支持するための、少なくとも２段の段差が設けられ、前記少なくとも２段の段差それぞれの、前記半導体ウェーハと接触する上面が、いずれも前記根本部側に向かって低くなる傾斜面を有しており、
前記根本部は、前記半導体ウェーハと接触する上面が前記先端部側に向かって低くなる傾斜面を有しており、
前記先端部と前記根本部のほかに、前記半導体ウェーハをチャッキングするためのプッシャーを、さらに有するものであることを特徴とする半導体ウェーハ搬送治具。

【請求項2】

前記樹脂部材がピーク材であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハ搬送治具。

【請求項3】

前記請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハ搬送治具を用いて、半導体ウェーハを、熱処理を加えるチャンバーに搬入及び搬出する半導体ウェーハ搬送方法であって、
前記半導体ウェーハを、前記少なくとも２段の段差のうち異なる段に載せることで、前記チャンバーに搬入する時と搬出する時とで、前記接触位置を変えることを特徴とする半導体ウェーハ搬送方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェーハ搬送治具およびそれを用いた搬送方法に関する。

【背景技術】

【0002】

熱処理を加えるチャンバー内へウェーハを搬送して熱処理を加える際、例えば、エピタキシャル成長用リアクター内にＰＷ（ポリッシュドウェーハ）を搬送してエピタキシャル成長を行う際、ウェーハが入ったＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ－Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）等のウェーハ収納容器をリアクターのＦＩ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）部にドックし、ＦＩ内のウェーハ搬送治具により、ＦＯＵＰ内のウェーハをロードロックに搬送する。その後、ロードロックの窒素置換を行い、窒素流通下のトランスファーチャンバー中に設置されたウェーハ搬送治具上にウェーハが受け渡され、そのウェーハ搬送治具上のウェーハが、エピタキシャル成長を行うチャンバー（エピタキシャル成長用リアクター）内に搬送される。そして、チャンバー内でウェーハ上にエピタキシャル成長が行われる。

【0003】

図４に、熱処理を加えるチャンバーへの搬出入に用いられる一般的なウェーハ搬送治具の概略図を示す。ＦＩ部のウェーハ搬送治具では、例えば、図４のように、ウェーハ搬送治具１０’の先端部１’および根本部２’のウェーハＷ’との接触位置にピーク材等の樹脂部材が使用されており、同様の材料からなるプッシャー３’でウェーハをチャッキングした状態で、ウェーハＷ’を搬送する。搬送の際、ウェーハＷ’のノッチをプッシャー３’に近接させることが一般的である。ＦＯＵＰからＰＷを取り出し、ロードロックに搬送する過程で、図５に示す一般的なウェーハ搬送治具でウェーハをチャッキングした際のパーティクル発生の様子のように、プッシャーでウェーハＷ’をチャッキングする際に、ノッチが近接した根本部２’において、チャッキングによりＷ’が前進し、主に根本部２’の接触位置の樹脂部材が削れることで発生したパーティクルＰが、ウェーハ表面のノッチ付近に付着し、その状態でエピタキシャル成長が行われることで、ノッチ付近にエピタキシャル欠陥が発生することが問題となっている。

【0004】

一般的に熱処理を加える装置、特に現在のエピタキシャル成長用リアクターでは、反応前のＰＷと、反応後のエピタキシャルウェーハを、同一のＦＩブレード（ウェーハ搬送治具）で搬送しており、エピタキシャルウェーハ裏面のエッジ部には、固着異物、こすれキズのような欠陥が多数みられ、ピーク材等の樹脂部材との接触を繰り返すことで、材料劣化の要因になっている。劣化した樹脂部材は発塵しやすい状態となり、ＰＷをチャッキング、接触させた際に、樹脂部材由来のパーティクルが発生する。このように、チャッキングや接触によりウェーハ表面にパーティクルが付着し、このようなウェーハに対してエピタキシャル成長等の熱処理を加えた際の、欠陥の発生等の品質の悪化が問題となっている。

【0005】

従来、チャッキング速度を動作可能な範囲で遅く調整する、使用済の樹脂部材を洗浄する等の対策を行っていたが、樹脂部材由来のパーティクルによるエピタキシャル欠陥の発生を抑えることは難しかった。また、表面粗さが小さい新品の樹脂部材に交換することで、一時的にノッチ部エピタキシャル欠陥個数が減少する傾向がみられたが、エピタキシャルウェーハとの接触を繰り返すことで粗さが増加し、すぐに発塵しやすい状態となるため、エピタキシャル欠陥の発生を抑制することはできなかった。

【0006】

また、ウェーハ搬送治具に関して下記特許文献１～４の提案がある。特許文献１には、シリコンウェーハを製造する全工程において、シリコンウェーハと、ウェーハ搬送具としての支持部材との接触領域をシリコンウェーハの半径×０．５０～０．８０の領域内に限定することが開示されている。また特許文献２には、ウェーハ搬送治具に高純度の石英、ＳｉＣ等が使用されることが開示されている。また特許文献３には、常圧ＣＶＤにおいてシリコン基板がＳｉＣトレーに載置された状態で搬送されることが開示されている。しかしながら、このような方法の場合、接触領域を限定しなくてはならないこと、搬送治具の材料が摩擦係数の低い石英、ＳｉＣ等であること等による搬送の困難性があった。

【0007】

特許文献４には、ガラス基板等の基板を載置して搬送する搬送装置において、基板と搬送装置の載置面との最大静止摩擦力を大きくなるように該載置面の材質と面積とを設定することが開示されている。しかしながら、このように最大静止摩擦力を大きくなるように該載置面の材質と面積を設定した場合、発塵を十分に抑制することができない問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００７－２８１０３０号公報

【文献】特開平１０－２２３７１８号公報

【文献】国際公開第２０１７／０１８３００号

【文献】特開２００１－３５１９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、熱処理を加えるチャンバーに搬入及び搬出する際に、欠陥等の原因と考えられるパーティクルの発生を抑制する半導体ウェーハ搬送治具及びそれを用いた搬送方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を解決するために、本発明は、半導体ウェーハに熱処理を加えるチャンバーに搬入及び搬出するための半導体ウェーハ搬送治具であって、
前記半導体ウェーハの裏面を支持するための、樹脂部材からなる先端部と根本部とを有し、
前記先端部には、前記半導体ウェーハを、前記半導体ウェーハ搬送治具の異なる接触位置で支持するための、少なくとも２段の段差が設けられたものであることを特徴とする半導体ウェーハ搬送治具を提供する。

【0011】

このような半導体ウェーハ搬送治具であれば、熱処理を加えるチャンバーに半導体ウェーハを搬入する時と搬出する時とで、半導体ウェーハと半導体ウェーハ搬送治具との接触位置を変えることができるので、半導体ウェーハ搬出入時に半導体ウェーハが半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化が抑制することができる。その結果、接触による発塵が減り、パーティクルの発生が低減されるため、パーティクルに起因するエピタキシャル欠陥の発生等の熱処理による半導体ウェーハの品質悪化を抑制することができる。

【0012】

このとき、前記樹脂部材がピーク材であることが好ましい。

【0013】

このように、先端部と根本部の樹脂部材がピーク材であれば、更にパーティクルの発生を抑制することができる。

【0014】

またこのとき、前記半導体ウェーハをチャッキングするためのプッシャーを、さらに有するものであることが好ましい。

【0015】

このような半導体ウェーハ搬送治具であれば、半導体ウェーハの搬出入時に、半導体ウェーハをチャッキングすることで、搬出入がより容易となる。また、このような半導体ウェーハ搬送治具であれば、半導体ウェーハをチャッキングした場合にも、半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化を抑制することができ、パーティクルの発生の低減、熱処理による品質悪化を抑制することができる。

【0016】

また本発明は、上記記載の半導体ウェーハ搬送治具を用いて、半導体ウェーハを、熱処理を加えるチャンバーに搬入及び搬出する半導体ウェーハ搬送方法であって、
前記半導体ウェーハを、前記少なくとも２段の段差のうち異なる段に載せることで、前記チャンバーに搬入する時と搬出する時とで、前記接触位置を変えることを特徴とする半導体ウェーハ搬送方法を提供する。

【0017】

このような半導体ウェーハ搬送方法であれば、熱処理を加えるチャンバーに半導体ウェーハを搬入する時と搬出する時とで、半導体ウェーハと半導体ウェーハ搬送治具との接触位置を変えることで、半導体ウェーハ搬出入時に半導体ウェーハが半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化を抑制することができる。その結果、接触による発塵が減り、パーティクルの発生が低減されるため、パーティクルに起因するエピタキシャル欠陥の発生等の熱処理による品質悪化を抑制することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明の半導体ウェーハ搬送治具は、熱処理を加えるチャンバーに半導体ウェーハを搬入する時と搬出する時とで、半導体ウェーハと半導体ウェーハ搬送治具との接触位置を変えることができる。また本発明の半導体ウェーハ搬送方法は、熱処理を加えるチャンバーに半導体ウェーハを搬入する時と搬出する時とで、半導体ウェーハと半導体ウェーハ搬送治具との接触位置を変更する。このため、半導体ウェーハ搬出入時に半導体ウェーハが半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化を抑制することができる。その結果、接触による発塵が減り、パーティクルの発生が低減されるため、パーティクルに起因するエピタキシャル欠陥の発生等の熱処理による品質悪化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の半導体ウェーハ搬送治具の先端部及び根本部の構造の例を示す図である。

【図2】本発明の半導体ウェーハ搬送治具の例の概略図である。

【図3】実施例及び比較例のエピタキシャル欠陥のスタックマップと、ノッチ付近に発生したエピタキシャル欠陥の平均個数を示す図である。

【図4】熱処理を加えるチャンバーへの搬出入に用いられる一般的なウェーハ搬送治具の概略図である。

【図5】一般的なウェーハ搬送治具でウェーハをチャッキングした際のパーティクル発生の様子を示す概略図である。

【図6】一般的な半導体ウェーハ搬送治具の先端部及び根本部の構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

上述したようにエピタキシャル成長用リアクターでは、一般的に、反応前のＰＷ（ポリッシュドウェーハ）と、反応後のエピタキシャルウェーハを、同一のウェーハ搬送治具で搬送している。エピタキシャルウェーハ裏面エッジ部には、固着異物、こすれキズのような欠陥が多数みられ、上記搬送において、ピーク材等の樹脂部材との接触を繰り返すことで、樹脂部材の劣化の要因になっている。劣化した樹脂部材は発塵しやすい状態となり、ＰＷをチャッキングした際や接触した際に、樹脂部材由来のパーティクルが発生する。そして、接触部の樹脂部材が削れることで発生したパーティクルが、ウェーハ表面の主にノッチ付近に付着し、その状態でエピタキシャル成長等の熱処理が行われることで、ノッチ付近などにエピタキシャル欠陥が発生すること等の熱処理による品質悪化が問題となっていた。

【0021】

本発明者はこのような問題に対し、鋭意検討を重ねたところ、半導体ウェーハ搬送治具の先端部分に少なくとも２段の段差を設け、熱処理を行うチャンバーに半導体ウェーハを搬入する時と熱処理後、チャンバーから搬出する時とで、接触位置を変えることができれば、半導体ウェーハ搬出入時に半導体ウェーハが半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化が抑制されるため、接触による発塵が減り、パーティクルの発生が低減されるためパーティクルに起因するエピタキシャル欠陥の発生等の熱処理による品質の悪化を抑制することができることがわかり、本発明を完成させた。

【0022】

即ち、本発明は、半導体ウェーハに熱処理を加えるチャンバーに搬入及び搬出するための半導体ウェーハ搬送治具であって、
前記半導体ウェーハの裏面を支持するための、樹脂部材からなる先端部と根本部とを有し、
前記先端部には、前記半導体ウェーハを、前記半導体ウェーハ搬送治具の異なる接触位置で支持するための、少なくとも２段の段差が設けられたものであることを特徴とする半導体ウェーハ搬送治具である。

【0023】

図６に、一般的な半導体ウェーハ搬送治具の先端部及び根本部の構造を示す。図６に示すように、従来の一般的な半導体ウェーハ搬送治具には、先端部１’に段差が１段しか設けられていない。この場合、半導体ウェーハＷ’は、半導体ウェーハＷ’を熱処理を加えるチャンバー（ＣＨ）に搬出入する際に、先端部１’及び根本部２’の同じ接触位置に接触することとなり（図６のＣＨ投入時、及び、ＣＨ取り出し時）、半導体ウェーハ搬送治具の劣化を促進してしまっていた。

【0024】

一方、本発明の半導体ウェーハ搬送治具であれば、熱処理を加えるチャンバーに半導体ウェーハを搬入する時と搬出する時とで、半導体ウェーハと半導体ウェーハ搬送治具との接触位置を変えることができるので、半導体ウェーハ搬出入時に半導体ウェーハが半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化を抑制することができる。そのため、接触による発塵が減り、パーティクルの発生が低減されるため、パーティクルに起因するエピタキシャル欠陥の発生等の熱処理による品質悪化を抑制することができる。

【0025】

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0026】

本発明の半導体ウェーハ搬送治具は、樹脂部材からなる先端部と根本部とを有するものである。

【0027】

図１に本発明の半導体ウェーハ搬送治具の先端部及び根本部の構造の例を示す。図１に示すように、本発明の半導体ウェーハ搬送治具は樹脂部材からなる先端部１が少なくとも２段の段差を有している。半導体ウェーハはこの先端部１と根本部２で支持され、根本部２にも樹脂部材が使用されている。ここで樹脂部材としては特に限定されないが、例えばピーク材を使用することができる。ピーク材は他の樹脂部材と比べて、発塵しにくいため、樹脂部材としてピーク材を用いることで、更にパーティクルの発生を抑制することができる。

【0028】

また、図２に示すように、本発明の半導体ウェーハ搬送治具１０は、先端部１及び根本部２のほかに、半導体ウェーハＷをチャッキングするためのプッシャー３を、さらに有してもよい。このような半導体ウェーハ搬送治具であれば、半導体ウェーハの搬出入時に、半導体ウェーハをチャッキングすることで、搬出入がより容易となる。また、このような半導体ウェーハ搬送治具であれば、半導体ウェーハをチャッキングした場合にも、半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化を抑制することができ、パーティクルの発生の低減、熱処理による品質悪化を抑制することができる。このように、先端部１以外の構造は、図４に示す一般的なウェーハ搬送治具と同様とすることもできる。

【0029】

図１に示すように、先端部１が上段１１と下段１２の少なくとも２段を有していれば、例えば、半導体ウェーハＷをチャンバーに搬入する時には上段１１に、搬出する時には下段１２に載せる等として、半導体ウェーハと半導体ウェーハ搬送治具との接触位置を変えることができ、半導体ウェーハ搬送治具の劣化を抑制することができる。また、先端部に設ける段は、少なくとも２段であればよく、段差の数は特に限定されるものではない。

【0030】

次に、このような半導体ウェーハ搬送治具を用いて半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う場合の、半導体ウェーハの搬送方法を説明する。以下、エピタキシャル成長を行う場合を例に本発明の半導体ウェーハの搬送方法について説明するが、本発明の半導体ウェーハの搬送方法は、エピタキシャル成長を行う場合に限定されるものではなく、より一般的に、半導体ウェーハに種々の熱処理を加えるチャンバーに搬出入する場合に用いることができる。

【0031】

図１に示すように、２段の段差が設けられた先端部を有する半導体ウェーハ搬送治具を用いる場合、最初に、エピタキシャル成長を行うチャンバーに搬入する際に、半導体ウェーハＷを半導体ウェーハ搬送治具の樹脂部材からなる先端部１の例えば上段１１に半導体ウェーハの裏面が接触するように載せてチャンバー内に搬入し（図１のＣＨ投入時）、半導体ウェーハをサセプタにセットする。その後、チャンバーに搬入された半導体ウェーハの表面上にシリコン単結晶膜のエピタキシャル成長が行われる。

【0032】

このエピタキシャル成長は、具体的には、ヒータによって半導体ウェーハの温度を所定の成長温度（具体的には例えば１０００℃～１２００℃）にして、サセプタを回転させながら、半導体ウェーハの表面上に、シリコンソースガス（トリクロロシラン等）、キャリアガス（水素等）を含んだエピタキシャル成長用ガスが供給されることで行われる。エピタキシャル成長が終了すると、ヒータによって、反応チャンバー内の温度が所定の搬出時温度（例えば常温以上、８００℃以下）に制御される。

【0033】

エピタキシャル成長終了後、今度は半導体ウェーハ搬送治具の樹脂部材からなる先端部１の下段１２にエピタキシャルウェーハＷを載せチャンバーから搬出する（図１のＣＨ取り出し時）。半導体ウェーハ搬送の際は、このように必ずしも搬入時に上段、搬出時に下段に半導体ウェーハを載せる必要はなく、搬入時に下段、搬出時に上段としても良い。また、段差が２段より多い場合には、異なる搬出入時において、異なる２つの段の組合せを用いることもできる。要は搬入時と搬出時で異なる段に載せれば良い。このように搬入時と搬出時で異なる段に載せることで、根本部の半導体ウェーハの接触位置も搬入時と搬出時で異なることとなる。

【0034】

このような半導体ウェーハ搬送方法であれば、チャンバーに半導体ウェーハを搬入する時とエピタキシャル成長等の熱処理を加えた後チャンバーから搬出する時とで接触位置を変えるので、半導体ウェーハ搬出入時に半導体ウェーハが半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化が抑制される。その結果、接触による発塵が減り、パーティクルの発生が低減されるためパーティクルに起因するエピタキシャル欠陥の発生等の熱処理による品質悪化を抑制することができる。

【実施例】

【0035】

以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより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。

【0036】

（実施例）
図１のように、半導体ウェーハ搬送治具の先端部分のピーク材を２段構造とし、図２に示すような半導体ウェーハ搬送治具を用いて、エピタキシャル成長を行うチャンバーへの搬出入を行った。ＰＷを半導体ウェーハ搬送治具１０に載せてチャンバーに投入する際、先端部１のピーク材の上段１１に載せてＰＷをチャンバーに搬入した後、エピタキシャル成長を行い、その後エピタキシャルウェーハをチャンバーから取り出す際は、先端部１のピーク材の下段１２に載せるようにして根本部２のピーク材の接触位置が搬入時と搬出時で異なるようにした。取り出したエピタキシャルウェーハ（Ｎ＝９１４枚）についてエピタキシャル欠陥の測定を行い、ウェーハ搬送治具の根本部の接触位置付近のノッチ部分のエピタキシャル欠陥が下記比較例に対して改善するか、確認を行った。先端部分のピーク材の段差は０．６ｍｍ、上段１１のウェーハののりしろは４ｍｍのものを使用した。また、搬出入時にはプッシャー３によりチャッキングして搬送した。

【0037】

（比較例）
図４のように、一般的に使用されている、段差が１段のウェーハ搬送治具を用いて、チャンバーに搬入する時と搬出する時で同じ接触位置となるようにしたことを除き、実施例と同様にエピタキシャル成長を行い、取り出したエピタキシャルウェーハ（Ｎ＝８９９枚）のエピタキシャル欠陥の測定を行った。先端部分のピーク材の段差は０．８ｍｍのものを使用した。

【0038】

図３に、実施例（Ｎ＝９１４枚）と比較例（Ｎ＝８９９枚）のエピタキシャル欠陥のスタックマップと、ノッチ付近に発生したエピタキシャル欠陥の平均個数を示す。なお、図３においてノッチは図示しないが、ノッチ付近とは図３中の四角で囲まれたノッチ部を指す。図３に示すように、エピタキシャル欠陥の平均個数は、実施例、比較例において、それぞれ０．０５個／ｗｆ、０．１２個／ｗｆであり、実施例は比較例に比べてノッチ部のエピタキシャル欠陥の発生個数に改善がみられた。

【0039】

上記結果から、本発明の半導体ウェーハ搬送治具、及び、半導体ウェーハ搬送方法であれば、半導体ウェーハ搬出入時に半導体ウェーハが半導体ウェーハ搬送治具に接触する部分の劣化が抑制することができ、パーティクルの発生が低減されるため、パーティクルに起因するエピタキシャル欠陥の発生等の熱処理による品質悪化を抑制することができることが示された。

【0040】

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。

【符号の説明】

【0041】

１０、１０’…搬送システム、
１、１’…先端部、 １１…上段、 １２…下段、
２、２’…根本部、 ３、３’…プッシャー、
Ｗ、Ｗ’…ウェーハ、 Ｐ…パーティクル。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】