(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下になるよう、前記吸着前のウエハは、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する以前に、ウエハを予備加熱するための予備加熱室において所定の温度まで加熱した後、前記静電チャックの吸着面にウエハを搬送するための、ウエハ搬送手段に設けられた、赤外線ランプからなる非接触式の搬送加熱手段によって予備加熱することを特徴とする、静電チャックのパーティクル発生低減方法。
【請求項２】
前記吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差は、４６℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載の静電チャックのパーティクル発生低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電チャックのパーティクル発生低減方法及び半導体製造装置に関し、さらに詳しくは、半導体ウエハの製膜処理工程において好適に使用することのできる、静電チャックのパーティクル発生低減方法、及びそれを用いた半導体製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハの搬送、露光、ＣＶＤ及びスパッタリングなどの製膜、微細加工、洗浄、エッチング、及びダイシングなどの各工程において、半導体ウエハを吸着し、保持するために、静電チャックが使用されている。
特に、半導体製造装置においては、エッチングガスやクリーニングガスとして、ＣｌＦ3 などのハロゲン系腐食性ガスを使用すること、及び半導体ウエハを保持しつつ、急速に加熱冷却させるために高い熱伝導性が要求されること、また、このような急激な温度変化によっても破壊しないような高い耐衝撃性を具えていることが要求されることから、緻密質の窒化アルミニウム及び緻密質のアルミナなどの緻密質セラミックスが有望視されている。
【０００３】
一方、半導体製造装置内においては、半導体欠陥の原因となるパーティクルの発生を防止する必要がある。このパーティクルは、主に半導体ウエハの裏面で発生し、一部は直接半導体ウエハ上に付着し、他の一部はチャンバ内に広がってチャンバ壁などに付着し、さらに、そこから剥離した後半導体ウエハ上に付着するなどして、半導体欠陥の原因を生じさせている。
【０００４】
このような問題に鑑みて、特開平７−２４５３３６号公報においては、パーティクルの発生は、セラミックス静電チャックの吸着面の凹凸部がシリコンウエハと接触する際に、硬度が相対的に低い前記シリコンウエハが前記凹凸部によって削られることに起因することを見い出し、静電チャックの吸着面にプラズマ照射して凹凸部を研削し、微細な突起を丸めることによって、パーティクルの発生を減少させる方法が開示されている。
また、特開平８−５５９００号公報においては、静電チャックにシリコンウエハを吸着する際の、静電チャックに印加する電圧を緩やかに上昇させることによって、静電チャックにシリコンウエハが接触する際の衝撃を緩和して、前記静電チャックの吸着面の凹凸部に起因したパーティクルの発生を減少させる方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法によってもパーティクルの発生を十分に低減させることはできなかった。すなわち、半導体製造工程においては、例えば、８インチウエハ当たりのパーティクルの発生個数を数百個程度にまで減少させることが要求されているのに対し、上記のような方法では、数千個程度にまでしか減少させることができなかった。
したがって、上記のような方法によってパーティクルの発生を低減させても、十分高い歩留まりで半導体を製造することは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、半導体製造工程におけるパーティクルの発生を低減して、十分高い歩留まりで半導体を製造することが可能な、静電チャックのパーティクル発生低減方法、及びその方法を用いた半導体製造装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下になるよう、前記吸着前のウエハは、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する以前に、ウエハを予備加熱するための予備加熱室において所定の温度まで加熱した後、前記静電チャックの吸着面にウエハを搬送するための、ウエハ搬送手段に設けられた、赤外線ランプからなる非接触式の搬送加熱手段によって予備加熱することを特徴とする、静電チャックのパーティクル発生低減方法である。
【０００８】
また、本発明は、
少なくとも、ウエハを吸着するための静電チャックと、前記ウエハを製膜処理温度にまで加熱する加熱手段と、前記静電チャックと前記加熱手段とを有する製膜処理工程室と、前記静電チャックの吸着面にウエハを搬送するためのウエハ搬送手段とを具えた半導体製造装置において、前記ウエハ搬送手段にはウエハを予備加熱するための搬送加熱手段が設けられていることを特徴とする、半導体製造装置である。
【０００９】
さらに、本発明は、
少なくとも、ウエハを所定の温度まで予備加熱する予備加熱手段と、予備加熱された前記ウエハの予備加熱温度を計測するためのウエハ予備加熱温度計測手段と、前記予備加熱手段と前記ウエハ予備加熱温度計測手段とを有する予備加熱室と、前記ウエハを吸着するための静電チャックと、前記ウエハを製膜処理温度まで加熱する加熱手段と、前記ウエハの加熱温度を計測するためのウエハ加熱温度計測手段と、前記静電チャックと、前記ウエハ加熱温度計測手段と、前記加熱手段とを有する製膜処理工程室とを具えた半導体製造装置において、前記ウエハ予備加熱温度計測手段によって測定した前記ウエハ予備加熱温度と、前記ウエハ加熱温度計測手段によって測定した前記ウエハ加熱温度とを電気信号としてモニタして演算処理を施し、この演算処理に基づいて前記予備加熱手段と、前記加熱手段とを制御する制御信号を伝送する制御システムが設けられていることを特徴とする、半導体製造装置である。
【００１０】
本発明の方法によって、パーティクルの発生が減少する原因については明確ではないが、以下のように考えることができる。
すなわち、本発明の方法にしたがって、吸着前のウエハの温度と吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下とすることにより、吸着前後におけるウエハの熱膨張差を低減することができ、それに伴ってウエハと静電チャックとの擦られる度合いが減少するために、削り取られるウエハーの量が減少するためと考えられる。
【００１１】
なお、本発明における吸着前のウエハ温度とは、ウエハを静電チャックに吸着させる直前であって、吸着前０〜６０秒間におけるウエハ温度を意味するものである。
また、本発明における吸着後のウエハの最高温度とは、ウエハを静電チャックに吸着させた後、前記ウエハを静電チャックから離脱させるまでの間に達する最高温度を意味するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態に則して、本発明を詳細に説明する。
本発明の方法においては、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハと吸着後のウエハの最高温度との差は５０℃以下であることが必要であり、好ましくは４６℃以下である。前記温度差が５０℃よりも大きいと本発明の目的を達成することができない。
【００１３】
露光、微細加工、洗浄、エッチング、及びダイシングなどの半導体製造工程においては、ウエハを特に加熱する必要がないため、前記温度差を達成するために特別の手段を必要としない。
これに対し、ＣＶＤやスパッタリングなどの製膜工程においては、基板となるウエハ上に半導体薄膜をエピタキシャル成長させる必要があるために、一般的には、基板を１００℃以上に加熱する必要が生じる。基板の加熱は、例えば、基板を吸着する静電チャックに内蔵された、あるいは静電チャックの下方において静電チャックと接触するように設けられたヒータによって、前記静電チャックの吸着面を上記温度に加熱することによって行う。
【００１４】
したがって、静電チャックの吸着面にウエハを吸着する際における、吸着前のウエハと吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下とするためには、前記吸着前のウエハを予備加熱することが必要となる。
【００１５】
予備加熱は、製膜処理工程を行うための処理工程室の手前に予備加熱室を設け、この予備加熱室に設けられた予備加熱手段でウエハを所定の温度まで加熱した後、ウエハ搬送手段によって前記処理工程室に搬送する、従来法などを用いて行うことができる。
しかしながら、この方法では、搬送中において加熱したウエハが放熱してウエハ温度が低下してしまうため、前記予備加熱室においては、所望する温度よりも高い温度にまで加熱する必要が生じ、加熱処理に余分なエネルギーと時間を要し、効率的でない。そこで、以下に説明するように、ウエハ搬送手段に加熱手段を設け、この加熱手段によって前記予備加熱を行うことが好ましい。
【００１６】
図１は、本発明の方法の実施において好適に使用することのできる半導体製造装置の一例を示す図である。
図１では、簡略化のため、予備加熱室３０、製膜処理工程室４０、及びウエハ搬送手段５０のみを示している。なお図１では、ウエハ搬送手段５０の手前に予備加熱室３０を設けているが、予備加熱室３０を製膜処理工程室４０の直前に配置し、さらに予備加熱室３０の手前にウエハ搬送手段を設けることによっても、ウエハの加熱を効率よく行うことができる。
また、ウエハ搬送手段５０内における搬送加熱手段として、赤外線ランプ２１を用いているが、ウエハローダ２２の代わりに搬送フォークを用い、この搬送フォーク内にヒータを埋め込んだものを使用することもできる。
【００１７】
予備加熱室３０には、ウエハ１を予備加熱するための予備加熱手段として、ヒータ２が支持台４上に設けられている。また、チャンバ６の上方には、ウエハ予備加熱温度を測定するためのウエハ予備加熱温度計測手段として、サファイアガラス窓９を介して赤外線放射温度計１０が設けられている。さらに、ウエハ１のヒータ２への脱着を行うためのリフトピン３及びリフトピン昇降機５が設けられている。
【００１８】
製膜処理工程室４０には、ウエハ１を吸着するための静電チャック１１が、ウエハ加熱手段としてのヒータ１２を介して支持台１４上に設けられている。また、静電チャック１１の温度を測定するための熱電対１６が設けられ、ウエハ１の加熱温度を測定するためのウエハ加熱温度計測手段として、赤外線放射温度計２７が設けられている。さらに、ウエハ１の静電チャック１１への脱着を行うためのリフトピン１５及びリフトピン昇降機１７が設けられている。
【００１９】
ウエハ搬送手段５０には、ウエハ１を搬送するためのウエハローダ２２が設けられ、さらに、ウエハ１を加熱するための搬送加熱手段としての赤外線ランプ２１が、ウエハ搬送手段５０のチャンバ２３の上面に設けられている。
【００２０】
ウエハ１の温度は、赤外線放射温度計１０及び２７でモニターされ、電気信号として制御システム２５へ伝送され、制御システム２５内のコンピュータによって演算処理される。
【００２１】
また、制御システム２５内には、ウエハ搬送手段５０におけるウエハローダ２２の搬送速度と、赤外線ランプ２１の出力パワーとに基づいて計算された、ウエハの温度曲線がインプットされている。そして、ウエハローダ２２の実際の搬送速度と赤外線ランプ２１の実際の出力とを電気信号として、制御システム２５内に伝送し、前記温度曲線と比較されることによって、制御信号がウエハローダ２２及びランプ電源２４に伝送され、所定のウエハ温度に維持できるようになっている。
【００２２】
次に、図１に示す装置を用いた場合における、本発明の方法の実施工程について説明する。
最初に、ウエハ１を予備加熱室３０に搬送し、上昇位置にあるリフトピン３上に載置する。その後、リフトピン３をリフトピン昇降機５により下降させることによって、ヒータ２上に設置する。予備加熱室３０は真空ポンプ８によって予め１０-5Ｔｏｒｒ以下に排気しておく。
【００２３】
次に、ヒータ電源７によりヒータ２を加熱することによって、ヒータ２上のウエハ１を１００℃以上に加熱する。ヒータ２の温度はヒータ制御用熱電対２６によってモニターし、ウエハ１の温度は赤外線放射温度計１０によってモニターする。ヒータ制御用熱電対５１のモニター信号は電気信号として制御システム２５に伝送され、そこでコンピュータ処理される。
ウエハ１の温度が所定の温度にまで到達した後、リフトピン昇降機５によりリフトピン３を上昇させ、ウエハ１をヒータ２より離脱させる。
【００２４】
次いで、ウエハ１をウエハ搬送手段５０によって、製膜処理工程室４０に移動させる。なお、上述したように、ウエハ搬送手段５０内においては、ウエハローダ２２によってウエハ１を搬送する過程において、予備加熱されたウエハ１の温度低下を防止して加熱効率を上昇させるべく、赤外線ランプ２１によって、ウエハ１を加熱する。ウエハ１の加熱は、前記したような方法によって実施され、ウエハ１の温度は１００℃以上に保持される。
なお、ウエハ搬送手段５０のチャンバ２３内は、ウエハ搬送手段５０の前後に連続して設けられた予備加熱室３０及び製膜処理工程室４０の、真空ポンプ８及び１９によって、１０-8Ｔｏｒｒ以下の真空度に保たれている。
【００２５】
ウエハ１をウエハ搬送手段５０によって、製膜処理工程室４０に搬送した後、前記予備加熱室３０の場合と同様に、上昇したリフトピン１５上にウエハ１を載置する。次いで、リフトピン昇降機１７によってリフトピン１５を下降させて、静電チャック１１上に載置し、赤外線放射温度計２７によって、吸着直前のウエハ１の温度を測定した後、静電チャック電極１３に所定の電圧を印加することによって、ウエハ１を静電チャック１に吸着させる。
次いでＣＶＤあるいはスパッタリングなどの製膜処理を実施して、ウエハ１上に半導体薄膜を形成する。
【００２６】
ヒータ１２の温度はヒータ制御用熱電対５２でモニターし、静電チャック１１の温度は熱電対１６でモニターする。これらの信号は電気信号として制御システム２５に伝送される。この電気信号は制御システム２５内のコンピュータによって演算処理され、制御システム２５からヒータ電源２０に制御信号が伝送されることにより、ヒータ１２の加熱操作が行われるようになっている。
【００２７】
製膜処理終了後、静電チャック１１の静電チャック電極１３の電圧をオフにし、リフトピン昇降機１７によってリフトピン１５を上昇させて、ウエハ１を静電チャック１１より離脱させる。その後、製膜した半導体薄膜に対して微細加工などの処理を施す。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に則して、さらに詳細に説明する。
実施例１
図１に示すような装置を用い、「発明の実施の形態」で述べた手順にしたがって、予備加熱室３０において、真空度１０-5Ｔｏｒｒで、８インチのシリコンウエハ１を３２０℃に加熱した後、ウエハ搬送手段５０を用いて、製膜処理工程室４０にウエハ１を搬送した。
ウエハ搬送手段５０のチャンバ２３内の真空度は１０-5Ｔｏｒｒであり、搬送中のウエハ１は、赤外線ランプ２１を用いて、ウエハ温度を３１０℃に維持した。なお、ウエハローダ２２の搬送速度は０．１ｍ／ｓｅｃ、ランプ電源２４から赤外線ランプ２１への入力電力は１ＫＷで行った。
【００２９】
次いで、真空度１０-8Ｔｏｒｒの製膜処理工程室４０に搬送されたウエハ１は、「発明の実施の形態」で述べたのと同じ手法にしたがって、温度３００℃に加熱された静電チャック１１上に載置、及び吸着させた。
吸着する直前のウエハ温度を、赤外線放射温度計で測定したところ、２９８℃であった。また、吸着後のウエハ１の最高温度を同様にして測定したところ、３００℃であり、その差は２℃であった。
１０分間の吸着の後、「発明の実施の形態」で述べた手順にしたがって、ウエハ１を静電チャック１１より離脱させ、ウエハ１上における０．２μｍ以上のゴミを、ウエハゴミ検査装置（（株）トプコン製ＷＭ−１５００）によって測定したところ、約１１８０個のゴミが観察された。
【００３０】
実施例２
実施例１と同様な８インチのシリコンウエハ１を用い、予備加熱室３０における予備加熱温度を３００℃とし、ウエハ搬送手段５０におけるウエハローダ２２及びランプ電源２４から赤外線ランプ２１への入力電力を１ＫＷとして、搬送中のウエハ温度を２９１℃とした以外は、上記実施例１と同様にしてウエハ１の予備加熱を実施した。
【００３１】
次いで、ウエハ１を３００℃に保持された静電チャック１１上に、実施例１と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ１の温度は２８２℃であり、吸着後のウエハ１の最高温度は３００℃であり、その差は１８℃であった。
実施例１と同様にしてウエハ１を静電チャック１１から離脱させた後、０．２μｍ以上のゴミを測定したところ、約１２２０個のゴミが観察された。
【００３２】
実施例３
実施例１と同様な８インチのシリコンウエハ１を用い、予備加熱室３０における予備加熱温度を２７０℃とし、ウエハ搬送手段５０におけるウエハローダ２２及びランプ電源２４から赤外線ランプ２１への入力電力を１ＫＷとして、搬送中のウエハ温度を２６１℃とした以外は、上記実施例１と同様にしてウエハ１の予備加熱を実施した。
【００３３】
次いで、ウエハ１を３００℃に保持された静電チャック１１上に、実施例１と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ１の温度は２５２℃であり、吸着後のウエハ１の最高温度は２９８℃であり、その差は４６℃であった。
実施例１と同様にしてウエハ１を静電チャック１１から離脱させた後、０．２μｍ以上のゴミを測定したところ、約１１２０個のゴミが観察された。
【００３４】
比較例１
実施例と同様な８インチのシリコンウエハ１を用い、予備加熱室３０における予備加熱温度を２６０℃とし、ウエハ搬送手段５０におけるウエハローダ２２及びランプ電源２４から赤外線ランプ２１への入力電力を１ＫＷとして、搬送中のウエハ温度を２３３℃とした以外は、上記実施例と同様にしてウエハ１の予備加熱を実施した。
【００３５】
次いで、ウエハ１を３００℃に保持された静電チャック１１上に、実施例１と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ１の温度は２４５℃であり、吸着後のウエハ１の最高温度は２９７℃であり、その差は５２℃であった。
実施例と同様にしてウエハ１を静電チャック１１から離脱させた後、０．２μｍ以上のゴミを測定したところ、約２３３０個のゴミが観察された。
【００３６】
比較例２
実施例と同様な８インチのシリコンウエハ１を用い、予備加熱室３０における予備加熱温度を２４０℃とし、ウエハ搬送手段５０におけるウエハローダ２２及びランプ電源２４から赤外線ランプ２１への入力電力を１ＫＷとして、搬送中のウエハ温度を２３３℃とした以外は、上記実施例と同様にしてウエハ１の予備加熱を実施した。
【００３７】
次いで、ウエハ１を３００℃に保持された静電チャック１１上に、実施例１と同様にして載置、及び吸着させた。吸着直前のウエハ１の温度は２２６℃であり、吸着後のウエハ１の最高温度は２９６℃であり、その差は７０℃であった。
実施例と同様にしてウエハ１を静電チャック１１から離脱させた後、０．２μｍ以上のゴミを測定したところ、約３３００個のゴミが観察された。
【００３８】
以上、実施例及び比較例から明らかなように、本発明の方法にしたがって、ウエハ１を静電チャック１１に吸着する直前のウエハ１の温度と、吸着した後のウエハ１の最高温度との差を５０℃以下とすることにより、ウエハ１上のゴミ、すなわち、パーティクルを著しく低減できることが分かる。
【００３９】
また、実施例３における静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真を図２に、また、比較例１における静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真を図３に示す。図３の白い斑点状の部分がパーティクル部分に相当する。
図２及び３の表面顕微鏡写真からも、本発明の方法にしたがって、静電チャック１１への吸着前のウエハ温度と吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下とすることにより、ウエハ上のパーティクルを著しく低減できることが分かる。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の方法にしたがって、静電チャック主面にウエハを吸着する際における。吸着前のウエハの温度と吸着後のウエハの最高温度との差を５０℃以下とすることにより、ウエハ上のパーティクルを著しく低減することができ、半導体欠陥を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に好適に用いることのできる半導体製造装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の方法にしたがってウエハを脱着させた場合における、静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真である。
【図３】本発明と異なる方法にしたがってウエハを脱着させた場合における、静電チャックウエハ吸着面の顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１  ウエハ、２，１２  ヒータ、３，１５  リフトピン、４，１４  支持台、５，１７  リフトピン昇降機、６，１８，２３  チャンバ、７，２０  ヒータ電源、８，１９  真空ポンプ、９，２６  サファイアガラス窓、１０，２７  赤外線放射温度計、１１  静電チャック、１３  静電チャック電極、１６  熱電対、２１  赤外線ランプ、２２  ウエハローダ、２４  ランプ電源、２５  制御システム
【図１】
0004086967.tif 000002
【図２】
0004086967.tif 000003
【図３】
0004086967.tif 000004