JP4854004B2 - 治具の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハーを熱処理する際に支持する例えば半導体ウエハー用の治具の製造方法に関する。

図７は、従来の半導体ウエハーを支持する半導体ウエハー用治具（図１参照）の製作時における各洗浄工程のフロー図である。
ステップＡに示すように、初めに、例えばＳｉなどの材料を選択する。
ステップＢでは、材料のベース材の切出しを行う（図４参照）。このステップＢにて切り出された材料は、ステップＨに示すように、有機洗浄及び弱アルカリ洗浄による第１洗浄処理がなされる。
有機洗浄では、洗浄剤としてメチルアルコールを用い、切り出し材料は、２０〜４０ｋＨｚの超音波が加えられ、弱アルカリ洗浄では、１０〜１２ｐＨの水酸化アンモニウム水溶液を７０℃に加温して行う。

切り出し材料を洗浄する第１洗浄が終了した後、ステップＣに進み、切り出し材の研磨・成形を行い、ウエハー支持ロッドの外形となるものを形成し、研磨などがなされた切り出し材は、ステップＩに示すように、第２の洗浄が行われる。第２の洗浄では、有機洗浄が行われる。有機洗浄は、ステップＨの有機洗浄の洗浄方法と同じである。
第２の洗浄が終了した後、ステップＤに進み、ウエハー支持ロッドの溝付けなどの仕上げ加工や上下部板の仕上げ加工を行う（図５参照）。この溝付け・仕上げ加工の終了後は、ステップＪに示すように第３の洗浄を行う。
第３の洗浄では、有機洗浄、弱アルカリ洗浄を行う。各洗浄方法は、ステップＨの洗浄方法と同じである。

第３の洗浄が終了した後、ステップＥに進み、半導体ウエハー用治具の上下板及びウエハー支持ロッドの寸法などの検査を行う。この検査でも汚染が生じるため、これらの汚染を取り除くため、ステップＫに示すように、第４の洗浄を行う。第４の洗浄では、有機洗浄、弱アルカリ洗浄を行う。各洗浄方法は、ステップＨの各洗浄方法と同じである。
第４の洗浄が終わった後は、ステップＦに進み、梱包・出荷が行われ、ステップＧの顧客受け入れに示すように、半導体ウエハー用治具をユーザに引き渡す。そして、ユーザが半導体ウエハー用治具を使用する前に、ステップＬに示すように第５の洗浄としてフッ硝酸による洗浄を行うようにしている。フッ硝酸洗浄は、洗浄液にフッ化水素と硝酸の混合液を用いて行う。
特開２００４−１４５３６号公報

従来、第１洗浄〜第４洗浄では、半導体ウエハー用治具の材料の表面洗浄時の全工程で、１μｍ程度に満たない表面剥離しか行われていなかった。
しかしながら、半導体ウエハー用治具の各製作工程で付着する不純物や、製作時の加工歪み、マイクロクラックを次工程に持ち込み、図７に示すフロー図のステップＬの顧客受け入れ後の洗浄工程では、不純物、加工歪み、マイクロクラックを取り除くことができず、半導体ウエハー用治具の品質にバラツキが生じる問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、品質にバラツキのない半導体ウエハーなどを支持する治具などの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の治具の製造方法は、半導体ウエハー用治具材料の切り出し後に、該半導体ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリによって洗浄し、該フッ硝酸洗浄で３００μｍ以上剥離する第１の洗浄工程と、前記半導体ウエハー用治具の研磨、成形後に該半導体用ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、前記半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリによって洗浄し、該フッ硝酸洗浄で２００μｍ以上剥離する第２の洗浄工程と、前記半導体ウエハー用治具材料の溝付け又は仕上げ加工後に前記半導体ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、前記半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリによって洗浄し、該フッ硝酸洗浄で１００μｍ以上剥離する第３の洗浄工程とを含む。
また、上記目的を達成するために本発明の治具の製造方法は、半導体ウエハーを支持する治具材料の切り出し後に、治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の切り出し時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラック部を、該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第１の洗浄工程と、前記治具材料の研磨、成形後に該治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の研磨・成形時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックを該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第２の洗浄工程と、前記治具材料の溝付け又は仕上げ加工後に前記治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の溝付け・仕上げ加工時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックを、該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第３の洗浄工程とを含み、前記第１の洗浄工程では、該治具材料の切り出し時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックによる汚染領域の深さ以上を剥離し、前記第２の洗浄工程では、前記治具材料の研磨・成形時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックによる汚染領域の深さ以上を剥離し、前記第３の洗浄工程では、前記治具材料の溝付け・仕上げ加工時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックによる汚染領域の深さ以上を剥離するようにした。
上記治具の製造方法は、前記有機洗浄が、該有機溶剤に超音波を付加し、前記強アルカリ洗浄が水酸化カリウム水溶液を加温して超音波を付加することが好ましい。
上記治具の製造方法は、前記第３の洗浄工程の後に、さらに前記半導体ウエハー用治具材料のＡＰＭ洗浄及びＨＰＭ洗浄を行い、これらの洗浄液に超音波を付加するようにした第４の洗浄工程を含むことが好ましい。

本発明の治具の洗浄方法は、半導体ウエハー用治具材料の切り出し後に、該半導体ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリ洗浄で２０μｍ以下、該フッ硝酸洗浄で３００μｍ以上剥離する第１の工程と、前記半導体ウエハー用治具の研磨、成形後に該半導体用ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、前記半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリ洗浄で２０μｍ以下、該フッ硝酸洗浄で２００μｍ以上剥離する第２の工程と、前記半導体ウエハー用治具材料の溝付け又は仕上げ加工後に前記半導体ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、前記半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリ洗浄で２０μｍ以下、該フッ硝酸洗浄で１００μｍ以上剥離する第３の工程とを含むので、各工程で半導体ウエハー用治具に付着した不純物、成形時に発生した加工歪み及びマイクロクラックを、洗浄、剥離（エッジング）をすることによって、取り除くことができる。その結果、製造された半導体ウエハー用治具の品質の向上を図ることができる。
上記発明は、前記有機洗浄が、該有機溶剤に２０〜４０ｋＨｚの超音波を付加し、前記強アルカリ洗浄が水酸化カリウム水溶液を加温して７５０ｋＨｚ以上の超音波を付加するようにしたので、振動による洗浄によって、細部まで洗浄液が、洗浄物の洗浄部の隅々まで行き渡り、洗浄物表面の洗浄や剥離を効率良く行うことができるようになった。
上記発明の半導体ウエハー用治具の洗浄方法は、前記第３の工程の後に、さらに前記半導体ウエハー用治具材料のＡＰＭ洗浄及びＨＰＭ洗浄を行い、これらの洗浄液に７５０ｋＨｚ以上の超音波を付加するようにした第４の工程を含むことができるので、洗浄物の最表面の不純物やパーティクルをより効率的に除去することができる。
また、本発明の治具の製造方法は、物品を支持する治具材料の切り出し後に、治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の切り出し時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラック部を、該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第１の工程と、前記治具材料の研磨、成形後に該治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の研磨・成形時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックを該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第２の工程と、前記治具材料の溝付け又は仕上げ加工後に前記治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の溝付け・仕上げ加工時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックを、該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第３の工程とを含むので、各工程で治具材料に付着した不純物、成形時に発生した加工歪み及びマイクロクラックを、洗浄、剥離（エッチング）をすることによって、取り除くことができる。その結果、製造された治具の品質の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態の発明の半導体ウエハー用治具の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の半導体ウエハー用治具１を示し、図２はその分解斜視図である。
半導体ウエハー用治具１は、上下に配置される上部板５、下部板６とこれらの間に着脱自在に、一体的に組み込まれる３本のウエハー支持ロッド２〜４を備えている。
上部板５及び下部板６の材質は、耐久性及び耐熱性に優れるＳｉＣを材料として形成され、略同一形状に形成されている。

上部板５には、３本のウエハー支持ロッド２〜４の上端部が取り付けられ、支持ロッド２〜４の上端が支持される３個の係止孔１１〜１３が形成され、下部板６にはその支持ロッド２〜４の下端部が取付けられ、支持ロッド２〜４の下端が支持される３個の係止孔１４〜１６が形成されている。これら係止孔１１〜１６は、四角形上に形成したが、例えば半月状または楕円形状などの非円形に形成してもよい。
ウエハー支持ロッド２〜４は、半導体ウエハーと同質の材料、即ちシリコンを使用して形成され、それぞれ内側を向く面に複数段（例えば１２５段）の支持部１９〜２１がそれぞれ整列して一体的に突出形成されている。そして、一つの支持部の厚さは載置される半導体ウエハーの厚みと略同一の厚みに形成してある。

ウエハー支持ロッド２〜４の上端部には、角柱状の突起２５〜２７が一体に突出形成されると共に、各ロッドの下端側には、同じく角柱状の突起２８〜３０が形成されている。
また、各ウエハー支持ロッド２〜４の上端部及び下端部をそれぞれ支持するストッパー片３１〜３３及びストッパー片３４〜３６は舌状の板部材で形成され、下面側の一方の端部寄りにボス部３１ａ〜３３ａ及び３４ａ〜３６ａが一体に突出形成されている。これらのボス部は、上部板５に設けた軸孔３７〜３９、下部板６設けた軸孔４０〜４２にそれぞれ嵌まって回転できるように軸支される。

こうしたウエハー用治具１の組み付けに際しては、先ず上下部板５，６に対して３本のウエハー支持ロッド２〜４の突起２５〜３０をそれぞれ対応する係止孔１１〜１６に嵌合して、ウエハー用治具１を起立状態にする。
次いで、各ストッパー片３１〜３６のボス部３１ａ〜３６ａをそれぞれ対応する孔３７〜４２に嵌合し、ストッパー片３１〜３６をウエハー支持ロッド２〜４の突起２５〜３０に形成した凹部に、ボス部３１ａ〜３６ａを回転軸として回転させるようにして差し込み、ウエハー用治具１が組み付けられる。

次に、ウエハー用治具１の各構成部材の生産工程について、図３のフロー図に沿って説明する。なお、成形前の各部材は完成品と同じ符号を付して説明する。
図３のステップＡに示すように、初めに材料を選択する
本実施の形態では、ＳｉＣを材料に使用するが、同質の材料としては、ガリュウム砒素（ＧａＡｓ）またはガリュウム燐（ＧａＰ）等がある。
ステップＢでは、材料の切出しを行う。図４に示すように、上下部板５，６であれば、板状の材料を円形に加工した円板５，６を形成し、ウエハー支持ロッド２〜４であれば、板材を柱状に形成して柱材２〜４の切り出しを行い、その他、ストッパー片３１〜３６の切り出しが行われる（図４に示さず）。この材料の切り出しでは、各材料の精度出しがなされていない外形形状が形成される。
このステップＢにおける材料の切り出しでは、作業中の汚染、切り出しによるマイクロクラックや加工歪みなどが生じる（以下、これらを総称して汚染領域とする）。この汚染領域は、切り出し加工中に材料表面における５０〜１００μｍの深さに汚染領域があり、この汚染領域を取り除くため、以下の第１の洗浄を行う。

ステップＨに示すように、第１の洗浄では、有機洗浄、強アルカリ洗浄、フッ硝酸洗浄を行う。
このうち、有機洗浄では、洗浄剤としてメチルアルコールを用い、２０〜４０ｋＨｚの超音波を加えて行う。強アルカリ洗浄は、１０〜１２ｐＨの水酸化アンモニウム水溶液を７０℃に加温して行う。フッ硝酸洗浄は、洗浄液にフッ化水素と硝酸の混合液を用いて行う。こうして、図４に示す円板５，６及び柱材２〜４の表面を強アルカリ洗浄によって２０μｍ以下の剥離を行い、フッ硝酸で３００μｍ以上の剥離を行う。

第１洗浄が終了した後、ステップＣに進み、図４に示す円板５，６及び柱材２〜４の研磨・成形を行い、上下部板５，６の外形及びウエハー支持ロッド２〜４の外形となるものを形成する。このときに、ウエハー支持ロッド２〜４の上端部の突起２５〜２７と下端部の突起２８〜３０が形成され、円板５，６の係止孔１１〜１６及び軸孔３７〜４２を精度出しした状態で形成される。すなわち、図５に示すウエハー支持ロッド２〜４の支持部１９〜２１に溝が形成されていない状態である。
この研磨・成形では、加工中に５〜５０μｍの深さに汚染領域があり、この汚染領域を取り除くため、以下の第２の洗浄を行う。ステップＩに示すように、第２の洗浄では、有機洗浄、強アルカリ洗浄、フッ硝酸洗浄を行う。各洗浄方法は、ステップＨの洗浄方法と同じであるが、上下部板５，６とウエハー支持ロッド２〜４の洗浄による剥離厚さが異なる。すなわち、それらの表面を強アルカリ洗浄で２０μｍ以下の剥離を行い、フッ硝酸で２００μｍ以上の剥離を行う。

第２の洗浄が終了した後、ステップＤに進み、図５に示すように、ウエハー支持ロッド２〜４の溝付けが行われ、その後、このウエハー支持ロッド２〜４や上下部板５，６の表面処理などの仕上げ加工を行う。この溝付け・仕上げ加工では、０〜３０μｍの汚染領域があり、この汚染領域を取り除くため、第３の洗浄を行う。
ステップＪに示すように、第３の洗浄では、有機洗浄、強アルカリ洗浄、フッ硝酸洗浄を行う。各洗浄方法は、ステップＨの洗浄方法と同じであるが、上下部板５，６とウエハー支持ロッド２〜４の洗浄による剥離厚さが異なる。すなわち、それらの表面を強アルカリ洗浄で２０μｍ以下の剥離を行い、フッ硝酸で１００μｍ以上の剥離を行う。

第３の洗浄が終了した後、ステップＥに進み、上下板５，６及びウエハー支持ロッド２〜４の寸法などの検査を行う。この検査では、ウエハー用治具１の各構成部材が一定範囲内の精度を満たしているか、傷などの有無を検査する。検査処理では、０〜１μｍで各構成部品の取扱い時に付着した表面汚染や、自然酸化による汚染があり、これらの汚染を取り除くため、第４の洗浄を行う。
第４の洗浄は、ステップＫに示すように、ＡＰＭ（Ammonia-Hydrogen Peroxide Mixture）、ＨＰＭ（Hydrochloric acid-Hydrogen Peroxide Mixture）の酸化作用を利用して、最表面の不純物やパーティクルを除去する。ＡＰＭ洗浄では、アンモニア、過酸化水素、水の混合液を６０℃に加温して、７５０〜１０００ｋＨｚの超音波を加えて洗浄を行う。ＨＰＭ洗浄では、塩酸、過酸化水素、水の混合液によって、洗浄を行う。
第４の洗浄が終わった後は、ステップＦに進み、梱包・出荷が行われ、ステップＧの顧客受け入れに示すように、ユーザに引き渡す。そして、ユーザによる使用前に第５の洗浄として、フッ化水素溶液によるフッ酸洗浄を行うようにしている。

図６に本発明の洗浄方法と従来の洗浄方法を比較例とした実験データによる不純物濃度を示す。縦軸は、不純物濃度（ｐｐｂ）を示し、横軸は工程別順にしたがった洗浄工程を示す。本実施例の洗浄方法による例が、不純物濃度が、第１洗浄工程から第５洗浄工程にわたって低いのが分かる。
なお、図中の品質バラツキは、最終ユーザの洗浄方法の相違による品質のバラツキを示す。

このように、本実施の形態では、複数ある加工工程で発生する各工程での不純物による汚染、加工歪みの大きさ及び加工時に発生した微少クラックの深さを考慮し、少なくとも各加工工程時における、それらの汚染領域の最大領域の深さ又は大きさ以上にわたって、洗浄剤による材料の表面処理及び表面剥離を行うようにすることが基本となっている。
すなわち、材料の切り出し時では、材料の切り出し時における汚染領域を考慮し、切り出し材料の汚染領域の最大領域の深さ又は大きさ以上にわたって、材料の表面処理及び洗浄剤による材料の剥離を行うようにしている。また、材料の研磨・成形時では、研磨・成形材料における汚染領域を考慮し、汚染領域の最大領域の深さ又は大きさ以上にわたって、材料の洗浄剤による表面処理及び表面剥離を行うようにしている。さらに、検査時では、材料の検査時における汚染領域を考慮し、汚染領域の最大領域の深さ又は大きさ以上にわたって、検査した材料の洗浄剤による表面処理及び剥離を行うようにしている。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的思想に基づいて、勿論、本発明は種々の変形又は変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態では、半導体ウエハーのウエハー用治具１を対象としたが、本実施の形態は、他の精密部材を支持する支持治具にも適用が可能である。また、図３に示すように、本実施の形態では、加工工程を材料の切り出しＢ、研磨・成形Ｃ、溝付け・仕上げＤ及び検査Ｅ時に分けたが、製造物によっては、加熱・冷却工程など他の工程が追加されることがあり、このような場合は、その加熱・冷却工程での汚染領域を考慮し、汚染領域の最大領域の深さ又は大きさ以上にわたって、材料の洗浄剤による表面処理及び剥離を行うようにするとよい。

本発明の実施の形態による半導体ウエハー用治具の洗浄方法で洗浄される半導体ウエハー用治具の部分破断斜視図である。 図１の半導体ウエハー用治具の分解斜視図である。 本発明の半導体ウエハー用治具の洗浄方法の工程を示すフロー図である。 図１の半導体ウエハー用の治具の材料の切り出しを行った状態の斜視図である。 図４の半導体ウエハー用治具の材料成形品に溝付け等を行った状態の斜視図である。 本発明の実施の形態の洗浄方法と従来例を比較例とした洗浄方法の実験による不純物濃度の比較を示す線図である。 従来例による半導体ウエハー用治具の洗浄方法の工程を示すフロー図である。

符号の説明

１ 半導体ウエハー用治具
２〜４ 半導体ウエハー支持ロッド（柱材）
５ 上部板（円板）
６ 下部板（円板）
１１〜１６ 係止孔
１９〜２１ 支持部
２５〜３０ 突起
３１〜３６ ストッパー片
３７〜４２ 軸孔

Claims (4)

1. 半導体ウエハー用治具材料の切り出し後に、該半導体ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリによって洗浄し、該フッ硝酸洗浄で３００μｍ以上剥離する第１の洗浄工程と、
   前記半導体ウエハー用治具の研磨、成形後に該半導体用ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、前記半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリによって洗浄し、該フッ硝酸洗浄で２００μｍ以上剥離する第２の洗浄工程と、
   前記半導体ウエハー用治具材料の溝付け又は仕上げ加工後に前記半導体ウエハー用治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、前記半導体ウエハー用治具材料の表面を該強アルカリによって洗浄し、該フッ硝酸洗浄で１００μｍ以上剥離する第３の洗浄工程とを含む治具の製造方法。
2. 半導体ウエハーを支持する治具材料の切り出し後に、治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の切り出し時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラック部を、該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第１の洗浄工程と、
   前記治具材料の研磨、成形後に該治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の研磨・成形時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックを該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第２の洗浄工程と、
   前記治具材料の溝付け又は仕上げ加工後に前記治具材料の有機洗浄、強アルカリ洗浄及びフッ硝酸洗浄を行い、該治具材料の溝付け・仕上げ加工時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックを、該強アルカリ洗浄及び該フッ硝酸洗浄で剥離する第３の洗浄工程とを含み、
   前記第１の洗浄工程では、該治具材料の切り出し時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックによる汚染領域の深さ以上を剥離し、
   前記第２の洗浄工程では、前記治具材料の研磨・成形時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックによる汚染領域の深さ以上を剥離し、
   前記第３の洗浄工程では、前記治具材料の溝付け・仕上げ加工時に発生した不純物、加工歪み、マイクロクラックによる汚染領域の深さ以上を剥離するようにした、
   治具の製造方法。
3. 前記有機洗浄が、該有機溶剤に超音波を付加し、前記強アルカリ洗浄が水酸化カリウム水溶液を加温して超音波を付加するようにした請求項１又は２に記載の治具の製造方法
4. 前記第３の洗浄工程の後に、さらに前記半導体ウエハー用治具材料のＡＰＭ洗浄及びＨＰＭ洗浄を行い、これらの洗浄液に超音波を付加するようにした第４の洗浄工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の治具の製造方法。

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