JP2004247404A

JP2004247404A - 半導体ウェーハのチャッキング評価方法およびその評価装置

Info

Publication number: JP2004247404A
Application number: JP2003033726A
Authority: JP
Inventors: Shinji Okawa; 真司大川; Masatoshi Fukuo; 正利福尾
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】異なる保持板間であっても、半導体ウェーハと保持板との接触性を正確にしかも短時間で評価可能な半導体ウェーハのチャッキング評価方法およびその評価装置を提供する。
【解決手段】シリコンウェーハＷを静電チャック１２のチャック板１１に吸着し、この状態のまま、シリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間にヘリウムガスを供給する。その際、シリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間から漏れたヘリウムガスのリーク量を測定する。その結果から、シリコンウェーハＷとチャック板１１との接触性を評価することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハのチャッキング評価方法およびその評価装置に係り、詳しくは、半導体ウェーハを保持板に保持して処理する際、半導体ウェーハの保持側の面と保持板の保持作用面との粗さにかかわる接触性を評価する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、シリコンウェーハに対してドライエッチング処理またはＣＶＤ処理する場合、特許文献１のようなシリコンウェーハを静電力を利用して吸着固定する静電チャックが知られている。静電チャックはチャック板（保持板）上に静電層が設けられ、そのチャック板とシリコンウェーハとの間に電圧を印加し、両者の間に発生したクーロン力によりシリコンウェーハを吸着する。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１０７１３４号（第１頁、図２）
【０００４】
このようなドライエッチング処理によるシリコンウェーハのエッチレートまたはＣＶＤ処理による所定の薄膜の堆積は、ウェーハ間において均一であることが必要である。それには、チャック板に内蔵された熱交換部とシリコンウェーハとの間で熱交換を行い、ウェーハの温度を一定に保つ必要がある。
ところで、熱交換部とシリコンウェーハとの熱交換には、シリコンウェーハとチャック板との接触性が大きく影響する。すなわち、接触性が良ければ熱交換が円滑に行われる。反対に接触性が悪ければ、熱交換が阻害される。
【０００５】
従来、シリコンウェーハとチャック板との接触性は、シリコンウェーハの裏面（保持側の面）の粗さと、チャック板のチャッキング面（保持作用面）の粗さとを、例えばスタイラスなどの接触式の粗さ測定装置、または、光学式共焦点型センサなどによる非接触式の粗さ測定装置によりそれぞれ測定して評価されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来のシリコンウェーハとチャック板との接触性の評価は、シリコンウェーハの裏面の粗さと、チャック板のチャッキング面の粗さとを個別に測定して行われていた。
単一のチャック板に対しては、シリコンウェーハの裏面の粗さを測定するだけで接触性を評価することが可能である。しかしながら、この接触性は、シリコンウェーハの裏面の粗さと、チャック板のチャッキング面の粗さとの相互作用によって変動する。そのため、異なる静電チャックのチャック板と各シリコンウェーハ間における接触性、および、異なる種類のウェーハ保持装置のチャック板と各シリコンウェーハ間における接触性については、このようにウェーハの粗さを単独で測定するだけでは正しく評価することができなかった。
また、その評価時には、上述したようにシリコンウェーハの裏面の粗さと、チャック板のチャッキング面の粗さとを個別に測定しなければならない。そのため、評価を行うまでに時間と手間を要していた。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、異なる保持板間であっても、半導体ウェーハと保持板との接触性を正確にしかも短時間で評価することができる半導体ウェーハのチャッキング評価方法およびその評価装置を提供することを目的としている。
また、この発明は、接触性の評価試験の安全性を高めることができるとともに、より正確な接触性の評価を行うことができ、しかも使用済みリーク量測定用気体の処理装置の小型化、低コスト化を図ることができる半導体ウェーハのチャッキング評価方法およびその評価装置を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハを保持板に保持する工程と、この保持状態を維持し、前記半導体ウェーハと保持板との隙間にリーク量測定用気体を供給する工程と、該リーク量測定用気体の供給後、前記半導体ウェーハと保持板との隙間から漏出したリーク量測定用気体のリーク量を測定し、その測定結果から、前記半導体ウェーハと保持板とのチャッキング状態を評価する工程とを備えた半導体ウェーハのチャッキング評価方法である。
【０００９】
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハなどを採用することができる。
ここでいうリーク量とは、半導体ウェーハと保持板との隙間からリーク量測定用気体が単位時間当たりに漏れる量を測定することである。具体的な漏れ量は、１０ｍｌ／分以下である。
リーク量測定用気体の種類は限定されない。例えば、不活性ガスを採用することができる。そのほか空気、水素、酸素などでもよい。
リーク量測定用気体を半導体ウェーハと保持板との隙間に供給する方法は限定されない。例えば、ガスボンベから圧送されるリーク量測定用気体の供給圧を利用した方法でもよい。また、保持板を密閉可能なチャンバに収納し、その後、チャンバ内を減圧化したときのリーク量測定用気体のリーク量を測定する方法でもよい。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、前記リーク量測定用気体が不活性ガスである請求項１に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価方法である。
不活性ガスとしては、例えばヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガスなどを採用することができる。特に、ヘリウムガスは不活性ガスの中でも分子量が小さく、半導体ウェーハと保持板との隙間からのガス漏れを生じやすい。したがって、半導体ウェーハと保持板との接触性の評価には有利である。
リーク量測定用気体が、半導体ウェーハおよびまたは保持板と反応する活性な気体であれば、リーク量の測定中、半導体ウェーハの裏面およびまたは保持板のチャッキング面の粗さを変えてしまう。しかも、反応生成物が半導体ウェーハと保持板との隙間に堆積する。その結果、この接触性を正確に評価することができない。また、活性な気体の場合には、リーク量測定用気体の処理が複雑化し、大型の処理装置が必要となり、設備コストが高騰する。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記保持板が、静電気を利用して半導体ウェーハを吸着する静電チャックのチャック板である請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価方法である。
静電チャックの種類は限定されない。例えば、シリコーンゴムなどの高分子系の静電チャックでもよい。また、アルミナ、窒化アルミニウムなどのセラミックス系の静電チャックでもよい。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、半導体ウェーハを保持する保持板と、該保持板が収納される密閉可能なチャンバと、前記半導体ウェーハと保持板との隙間にリーク量測定用気体を供給する気体供給手段と、前記半導体ウェーハと保持板との隙間から漏出したリーク量測定用気体のリーク量を測定する流量計とを備えた半導体ウェーハのチャッキング評価装置である。
保持板としては、例えば静電チャックのチャック板、半導体ウェーハを真空吸着する真空チャックのチャック板などを採用することができる。その他、把持爪により半導体ウェーハを把持するクランプ装置用の保持板でもよい。
保持板は、熱交換部を有するものでもよい。半導体ウェーハと接触して熱交換を行うことにより、ウェーハの温度が制御される。例えば、保持板の半導体ウェーハの載置面付近に冷媒液（例えば冷却水）を流通させるパイプが埋設され、常時、冷却水ガスを循環させて半導体ウェーハを冷却する。
気体供給手段としては、例えばガスボンベを採用することができる。
流量計の種類は限定されない。ただし、気体の微量な流量を測定可能なものが好ましい。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記リーク量測定用気体が不活性ガスである請求項４に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価装置である。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、前記保持板が、静電気を利用して半導体ウェーハを吸着する静電チャックのチャック板である請求項４または請求項５に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価装置である。
【００１５】
【作用】
請求項１の半導体ウェーハのチャッキング評価方法および請求項３の半導体ウェーハのチャッキング評価装置によれば、半導体ウェーハを保持板に保持し、この状態のまま、半導体ウェーハと保持板との隙間にリーク量測定用気体を供給する。その際、半導体ウェーハと保持板との隙間から漏れたリーク量測定用気体のリーク量（漏れ量）を測定する。その結果から、半導体ウェーハと保持板との接触性（チャッキングの良否）を評価することができる。
【００１６】
特に、請求項２の半導体ウェーハのチャッキング評価方法および請求項４の半導体ウェーハのチャッキング評価装置によれば、リーク量測定用気体として不活性ガスを使用する。そのため、接触性の評価試験の安全性を高めることができる。また、その試験中、リーク量測定用気体と半導体ウェーハおよびまたは保持板とが反応し、半導体ウェーハの裏面の粗さ、保持板のチャッキング面の粗さが変化するおそれを解消することができる。しかも、その際に生成された反応生成物が半導体ウェーハと保持板との隙間に堆積するおそれも解消される。これにより、半導体ウェーハと保持板との接触性を正確に評価することができる。さらには、リーク量測定用気体として活性な気体を採用した際には、リーク量測定用気体の処理が複雑化し、大型の処理装置が必要となり設備コストの高騰を招くおそれがあるものの、不活性ガスを採用したことで、これらの問題が解消される。
殊に、リーク量測定用気体を、分子量が小さいヘリウムガスとした場合には、半導体ウェーハと保持板との隙間からのガス漏れが発生しやすく、接触性の評価精度も高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１において、１０は半導体ウェーハのチャッキング評価装置（以下、チャッキング評価装置）で、シリコンウェーハＷを静電気を利用してチャック板１１の吸着作用面（上面）に吸着する静電チャック１２と、静電チャック１２が収納された密閉可能なチャンバ１３と、シリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間にヘリウムガス（リーク量測定用気体）を供給するガス供給部（気体供給手段）１４と、シリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間から漏れたヘリウムガスのリーク量を測定する流量計１５と、チャンバ１３内を負圧化する真空ポンプ１６と、チャンバ１３の内圧を測定する圧力計１７とを備えている。
【００１８】
静電チャック１２は、チャック板１１のシリコンウェーハＷを吸着するチャッキング面（上面）に誘電層（吸着用電極）１１ａが設けられ、チャック板１１とシリコンウェーハＷとの間に所定の電圧を印加することにより、その両者間にクーロン力を発生させ、シリコンウェーハＷを吸着する装置である。チャック板１１には、上面および下面を貫通して、ヘリウムガスをシリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間に流入させるガス流入孔１１ｂが形成されている。このガス流入孔１１ｂには、元部がガス供給部１４のガス送出口と連通したガス供給パイプ１８の先部が連通されている。
ガス供給部１４は、ガス供給パイプ１８およびチャック板１１のガス流入孔１１ｂを通して、リーク量測定用のヘリウムガス（Ｈｅ）をシリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間に供給する。
【００１９】
次に、このチャッキング評価装置１０を用いたシリコンウェーハＷのチャッキング評価方法を説明する。シリコンウェーハＷとチャック板１１との接触性の評価は、シリコンウェーハＷをドライエッチング処理またはＣＶＤ処理する前に実施される。
まず、チャンバ１３内チャック板１１の吸着作用面上にシリコンウェーハＷを載置する。このとき、チャック板１１上の誘電層１１ａには直流電源から直流電圧が印加されている。そのため、チャック板１１とシリコンウェーハＷとの間に発生するクーロン力によって、シリコンウェーハＷがチャック板１１に吸着される。
次に、ガス供給パイプ１８の途中部に設けられた開度調整弁１９を閉じ、真空ポンプ１６を作動してチャンバ１３の内圧を０．１Ｐａとする。
次に開度調整弁１９を開き、ガス供給部１４からヘリウムガスをシリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間に流し込む。流し込まれたヘリウムガスは、チャンバ１３内が真空状態であることも作用し、前記隙間から外部に漏出する。その際、チャンバ１３の内圧が１Ｐａを保持するように開度調整弁１９の開きを調整する。このとき、ヘリウムガスの流量を流量計１５により測定する。この測定結果から、シリコンウェーハＷとチャック板１１との接触性を評価する。
接触性が高いと、シリコンウェーハＷと冷却盤との熱交換が円滑となり、ウェーハ面内の温度を低く保つことができる。これにより、ドライエッチング処理によるシリコンウェーハＷのエッチレートまたはＣＶＤ処理による所定の薄膜の堆積をある設定値通りにすることができる。
【００２０】
このように、シリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間にヘリウムガスを流し込み、そのリーク量を測定するようにしたので、仮に異なるチャック板間であっても、シリコンウェーハＷとチャック板との接触性を正確にしかも短時間で評価することができる。
また、リーク量測定用気体として人体に対する毒性が小さいヘリウムガスを採用したので、接触性の評価試験の安全性を高めることができる。しかも、このようにリーク量測定用気体が不活性ガスであるため、シリコンウェーハＷまたはチャック板１１と反応する活性な気体を採用した場合のように、リーク量の測定中、シリコンウェーハＷの裏面およびまたはチャック板１１のチャッキング面の粗さを変えてしまうおそれがない。しかも、そのときの反応生成物が、シリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間に堆積するおそれもない。その結果、接触性を正確に評価することができる。また、ヘリウムガスの使用により使用済みリーク量測定用気体の処理が容易となり、その処理装置の小型化が図れて設備コストを低減することができる。
さらに、ヘリウムガスは、例えばアルゴンガスなどの他の不活性ガスよりも分子量が小さい。これにより、ヘリウムガスを使用すると、シリコンウェーハＷとチャック板１１との隙間から漏れやすく、接触性の評価精度をさらに高めることができる。
【００２１】
ここで、図２のグラフを参照して、実際にチャッキング面の粗さが異なる２台の静電チャックを用いて実施した、試料ウェーハとチャック板との接触性の評価試験の結果を報告する。
試料ウェーハには、裏面の粗さがそれぞれ異なる直径２００ｍｍの４種類のシリコンウェーハ（水準１〜４）を使用した。水準の数値が大きいほど裏面は粗くなる。そのほかの条件は一実施例の場合と同じである。
図２のグラフから明らかなように、チャック板Ａに対する水準２ウェーハの接触性と、チャック板Ｂに対する水準４ウェーハの接触性とが略同じであることが判った。また、ヘリウムガスの漏れ量から、チャック板Ａのチャッキング面の方がチャック板Ｂのチャッキング面よりも粗いことが判明した。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の半導体ウェーハのチャッキング評価方法および請求項３の半導体ウェーハのチャッキング評価装置によれば、半導体ウェーハと保持板との隙間にリーク量測定用気体を供給し、そのリーク量を測定するので、異なる保持板間であっても、半導体ウェーハと保持板との接触性を正確にしかも短時間で評価することができる。
【００２３】
特に、請求項２の半導体ウェーハのチャッキング評価方法および請求項４の半導体ウェーハのチャッキング評価装置によれば、リーク量測定用気体として不活性ガスを使用するので、接触性の評価試験の安全性を高めることができる。しかも、より正確に接触性を評価することができる。さらには、使用済みの不活性ガスの処理装置の小型化が可能となり、設備コストを低減することができる。
殊に、リーク量測定用気体にヘリウムガスを採用すれば、他の不活性ガスよりも半導体ウェーハと保持板との隙間からリーク量測定用気体が漏れやすく、接触性の評価精度をさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハのチャッキング評価装置の模式図である。
【図２】この発明の一実施例に係るウェーハと保持板との隙間からのガスリーク量とウェーハ裏面の粗さとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１１チャック板（保持板）、
１２静電チャック、
１３チャンバ、
１４ガス供給部（気体供給手段）、
１５流量計、
Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims

半導体ウェーハを保持板に保持する工程と、
この保持状態を維持し、前記半導体ウェーハと保持板との隙間にリーク量測定用気体を供給する工程と、
該リーク量測定用気体の供給後、前記半導体ウェーハと保持板との隙間から漏出したリーク量測定用気体のリーク量を測定し、その測定結果から、前記半導体ウェーハと保持板とのチャッキング状態を評価する工程とを備えた半導体ウェーハのチャッキング評価方法。
前記リーク量測定用気体が不活性ガスである請求項１に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価方法。
前記保持板が、静電気を利用して半導体ウェーハを吸着する静電チャックのチャック板である請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価方法。
半導体ウェーハを保持する保持板と、
該保持板が収納される密閉可能なチャンバと、
前記半導体ウェーハと保持板との隙間にリーク量測定用気体を供給する気体供給手段と、
前記半導体ウェーハと保持板との隙間から漏出したリーク量測定用気体のリーク量を測定する流量計とを備えた半導体ウェーハのチャッキング評価装置。
前記リーク量測定用気体が不活性ガスである請求項４に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価装置。
前記保持板が、静電気を利用して半導体ウェーハを吸着する静電チャックのチャック板である請求項４または請求項５に記載の半導体ウェーハのチャッキング評価装置。