JP2008047841A - 保持冶具 - Google Patents
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Abstract
【課題】予め設定された大きさよりも小さい試料基板を装置内の試料基板保持部で保持することができる保持治具を提供する。
【解決手段】半導体処理装置内で予め設定された大きさの試料基板を保持する試料基板保持部に取り付けられる保持冶具100であって、試料基板と略同じ大きさを有し、試料基板の大きさよりも小さい試料基板800の一面を露出した状態で小さい試料基板800の一面に対する裏面を支持する冶具本体200を備え、冶具本体200には、小さい試料基板の裏面を露出する穴210が設けられた。
【選択図】図1
【解決手段】半導体処理装置内で予め設定された大きさの試料基板を保持する試料基板保持部に取り付けられる保持冶具100であって、試料基板と略同じ大きさを有し、試料基板の大きさよりも小さい試料基板800の一面を露出した状態で小さい試料基板800の一面に対する裏面を支持する冶具本体200を備え、冶具本体200には、小さい試料基板の裏面を露出する穴210が設けられた。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体処理装置において、シリコンウエハなどの試料基板に対して処理を施す場合に、試料基板を保持する保持冶具に関する。より詳しくは、半導体処理装置における試料基板を保持する保持部の仕様として予め設定された試料基板の大きさよりも小さい試料基板に対して処理を施す場合に、当該保持部に取り付けられる保持冶具に関する。
半導体の前工程に供されるステッパまたはエッチング装置などは、その多くが特定のサイズの基板を想定した仕様となっている。しかしながら、試験的にエッチングなどの処理を施したい場合や多品種少量生産に対応する場合に、装置の仕様において設定された特定のサイズよりも小さい基板に対して処理を施すことができることが望ましい。
上記小さい基板に対して露光またはエッチングなどの処理を施す場合に、例えば特許文献1に記載されるように、当該基板をワックスまたは接着剤で基板を固定する方法がある。この場合に、上記小さい基板が上記特定のサイズと同じ大きさの支持基盤に接着固定されて、当該支持基盤を上記装置内で保持する。また、特許文献2に記載されるように、基板を静電吸着により保持する方法がある。
特開2005−48259号公報
特開2005−64460号公報
しかしながら、基板を支持基盤に接着固定する方法では、基板を支持基盤に接着固定する工程、および、上記装置における処理後に基板を支持基盤から剥がす工程が加わるので、作業が増えて加工コストの増加に繋がる。また、上記装置に基板を静電吸着により保持する構成を追加する場合、装置費用が高くなる。
上記課題を解決するために、本発明の第1の形態においては、半導体処理装置内で予め設定された大きさの試料基板を保持する試料基板保持部に取り付けられる保持冶具であって、試料基板と略同じ大きさを有し、試料基板の大きさよりも小さい試料基板の一面を露出した状態で小さい試料基板の一面に対する裏面を支持する冶具本体を備え、冶具本体には、小さい試料基板の裏面を露出する穴が設けられた保持冶具が提供される。このような保持冶具によれば、半導体処理装置の仕様において予め設定された大きさよりも小さい試料基板を、当該装置内の試料基板保持部で簡便に保持することができる。また、試料基板の裏面が露出しているので、ガスなどを試料基板の裏面に直接吹き付けることにより、処理装置内において試料基板を効率よく冷却することができる。
また、上記保持冶具は、冶具本体の穴を囲んで配され、小さい試料基板の裏面と当接する弾性環状部材と、弾性環状部材との間で小さい試料基板を挟む蓋とをさらに備え、蓋には、小さい試料基板の一面を露出する穴が設けられてもよい。これにより、上記試料基板保持部で蓋を押さえることで上記小さい試料基板を保持することができる。また、当該試料基板を保持したときに、裏面を傷めることがない。さらに、蓋に穴が設けられているので、当該試料基板における処理される側の面を露出させたまま保持することができる。
また、上記保持冶具は、冶具本体に対して蓋を固定する固定部材をさらに備え、固定部材は、蓋と弾性環状部材とが小さい試料基板を挟んだ状態で、蓋と冶具本体との間に間隙を有して冶具本体に対して蓋を固定してもよい。これにより、蓋と冶具本体とで上記小さい試料基板を挟んだ状態で蓋および冶具本体が固定されるので、当該試料基板をより強固に保持することができる。
また、上記保持冶具の蓋は、蓋の穴の一部を覆うマスキング部を有してもよい。これにより、上記小さい試料基板の処理される側の面における任意の部分だけを処理することができる。
また、上記小さい試料基板は、円板の一部を切り欠いた切欠き部を有し、上記保持冶具の蓋は、小さい試料基板の一面における切欠き部の近傍および切欠き部に対向する部分を押さえてもよい。これにより、上記小さい試料基板の処理される側の面における切欠き部の近傍および切欠き部に対向する部分以外の全ての部分に対して処理を施すことができるので、当該試料基板をより有効に利用することができる。
また、上記保持冶具の蓋は、蓋の穴の側に向けて延伸する複数の爪を有してもよい。これにより、上記小さい試料基板の処理される側の面における爪と当接する部分以外の全ての部分に対して処理を施すことができるので、当該試料基板をより有効に利用することができる。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図1は、本発明の一の実施形態に係る保持冶具100の分解斜視図である。図1に示すように、保持冶具100は、冶具本体200と蓋300とを備える。冶具本体200および蓋300は、耐腐食性の材料、例えばアルミナで形成される。
冶具本体200は、略円盤形状で中央に円形の穴210を有する。また、冶具本体200の片側の面には、穴210と同心円状に段差240が形成されている。冶具本体200を段差240が形成された面を上にして水平に載置した場合、穴210の縁と段差240との間の基板載置面250は、段差240と冶具本体200の外周との間の面よりも段差240の高さの分だけ低い。また、この基板載置面250上には、穴210および段差240と同心円状のOリング230が穴210を囲むように配されている。なお、このOリング230は、ゴムで形成され、弾性環状部材の一例である。また、冶具本体200における上記段差240と外周との間には、複数(本実施形態では4つ)のネジ穴220が形成されている。
蓋300は、円形の上面306、および、上面306の外周から上面306と直交する方向に延びる側面308を有する。上面306の中央には円形の穴310が形成されている。この穴310は、略円板形状である試料基板800の直径よりやや小さい大きさであることが好ましい。なお、試料基板800は、図1に示すように、その一部を切り欠いた切欠き部810を有する。蓋300における穴310と外周との間には、複数(本実施形態では4つ)のネジ挿通穴320が形成されている。ここで、これらのネジ挿通穴320は、蓋300が冶具本体200との間で試料基板800を挟んだときに、冶具本体200のネジ穴220に対応する位置に形成されている。
図1に示すように、保持冶具100の冶具本体200および蓋300は、試料基板800を挟んで保持し、互いにネジ400で固定される。ここで、ネジ400は、冶具本体200に対して蓋300を固定する固定部材の一例であり、ネジ400に代えてクリップ等により冶具本体200と蓋300とを固定してもよい。ここで、蓋300の中心に穴310が形成されている。したがって、蓋300は、試料基板800を保持するとき、試料基板800の上面の縁を押さえる。また、このとき、試料基板800の上面の大部分は露出する。これにより、試料基板800の上面における上記露出する部分には、後述するエッチング処理等が施される。
図2は、試料基板800を保持する保持冶具100が取り付けられたプラズマエッチング装置10の概略断面図である。図2に示すように、保持冶具100が試料基板800を保持している状態において、試料基板800は、蓋300と冶具本体200のOリング230とによって挟まれる。このとき、試料基板800の上面の高さは、冶具本体200における段差240と外周との間の面の高さよりも高くなる。したがって、蓋300は、冶具本体200との間に間隙を有して上記のようにネジ400で固定される。
図2に示すように、プラズマエッチング装置10は、チャンバ20と、チャンバ20の側面を囲むように配されるコイル90と、チャンバ20の底面26に固定されたテーブル50とを備える。チャンバ20は、側面にシャッター22にて開閉可能な搬入出口24を有し、また、底面26に排気口28を有する。
処理ガス導入部42は、チャンバ20の天面に取り付けられている。処理ガス導入部42の内部には、処理ガス流通路44が形成されている。処理ガス流通路44は、その一端が処理ガス供給部40と接続し、他端は枝分かれしてそれぞれの先端が処理ガス噴出孔46を経てチャンバ20の内部空間と繋がっている。処理ガス供給部40は、エッチング処理に使用される処理ガスを蓄えるタンク、および、処理ガス導入部42を経てチャンバ20内に処理ガスを送り込むポンプ等を備えている。当該タンクにはCF4等のフッ素系ガスおよび酸素を主体とするプラズマ発生用の混合ガスが処理ガスとして蓄えられる。
チャンバ20の底面26の排気口28は、排気装置80に接続されている。排気装置80は圧力制御弁および真空ポンプ等を備え、エッチング処理開始時にチャンバ20内を所定の真空度まで減圧するとともにその真空度を保持する。また、エッチング処理後にチャンバ20内の処理ガスを排気する。
テーブル50の上面には、環状のOリング52が配される。Oリング52は、プラズマエッチング装置10の装置仕様において予め設定された大きさの試料基板(以下、「仕様基板」と称する)の底面積よりもやや小さな面積を囲み、当該仕様基板が載せられたときにその処理面と反対側の裏面を支持する。ここで、保持冶具100の冶具本体200および蓋300の直径は、仕様基板の大きさと略同じに設定される。これにより、Oリング52は、図2に示すように、テーブル50に保持冶具100が載せられたときに、冶具本体200の底面を支持する。
また、テーブル50の内部には、冷却管62および伝熱ガス流通路74が形成されている。冷却管62は、両端がチラーユニット60と連通する。また、伝熱ガス流通路74は、一端が伝熱ガス供給部70および伝熱ガス排気部78と連通し、他端がテーブル50の上面の空間と連通する。テーブル50は、チラーユニット60から供給されて冷却管62内を循環する冷却水によって冷却される。伝熱ガス供給部70と伝熱ガス流通路74との間にはマスフローコントローラ72が接続されている。マスフローコントローラ72は、伝熱ガス供給部70から伝熱ガス流通路74を経てテーブル50の上面の空間へ供給される伝熱ガスの圧力が一定になるように制御する。また、伝熱ガス排気部78と伝熱ガス流通路74との間にはポンプ76が接続されている。ポンプ76は、テーブル50の上面の空間へ供給された伝熱ガスを吸引して伝熱ガス排気部78の側へ排気する。上記において、伝熱ガスには例えばHeガスなどが用いられる。
図3は、チャンバ20内において保持冶具100の蓋300をパッド34が押さえる様子を示す概略上面図である。図2および図3に示すように、チャンバ20内におけるテーブル50の外側には、円形の蓋300を囲むように複数(本実施形態では4つ)の円柱形状のロッド32が配される。これらのロッド32は、上端にパッド34が固定されており、下端は駆動部30と接続する。駆動部30は、モータおよび駆動力伝達部材等を備え、複数のロッド32を鉛直方向に駆動させると同時に、蓋300の上面306と平行にパッド34が回転するようにロッド32を回転駆動する。
保持冶具100の蓋300を押さえるときは、パッド34が、図2および図3に実線で示す位置に回動され、蓋300に当接して蓋300を下方に押し付ける。このようにパッド34が蓋300を押さえることにより、試料基板800を保持する保持冶具100は、テーブル50上面のOリング52およびパッド34により固定された状態で保持される。なお、ロッド32の鉛直方向における長さは、パッド34が押さえる対象物の厚さによって所望に調節される。一方、保持冶具100の取替え時等において、パッド34は図2および図3に破線で示す位置に回動される。
ここで、すなわち、プラズマエッチング装置10が仕様基板に対してエッチング処理する場合は、テーブル50上面のOリング52およびパッド34により保持された仕様基板に対してエッチング処理が施される。これに対し、試料基板800に対してエッチング処理する場合は、試料基板800の直径が仕様基板よりも小さいので、試料基板800を直接、テーブル50上面のOリング52およびパッド34により固定することができない。これに対し、上記保持冶具100を用いることにより、試料基板800を保持した保持冶具100をテーブル50上面のOリング52およびパッド34により固定することができる。このように、保持冶具100は、上記仕様基板よりも直径の小さい試料基板800に対してプラズマエッチング装置10でエッチング処理を施す場合に用いることができる。
続いて、プラズマエッチング装置10により試料基板800に対してドライエッチング処理を施すときの処理手順について説明する。まず、予めチャンバ20の外部で試料基板800を冶具本体200および蓋300で挟んでネジ400で固定する。このとき、保持冶具100に保持されている試料基板800は、冶具本体200の基板載置面250上に載置されてOリング230にその裏面が支持されている。この保持冶具100を搬入出口24からチャンバ20内に搬入する。次に、搬入された保持冶具100は、図2に示すように、プラズマエッチング装置10に取り付けられて、Oリング52およびパッド34で固定する。このとき、保持冶具100の冶具本体200は、テーブル50上でOリング52にその底面を支持されており、保持冶具100の蓋300は、パッド34によって下方に押し付けられて固定されている。
次に、チャンバ20の内部を所定の真空度に保持しつつ、処理ガス噴出孔46からチャンバ20内へ処理ガスを供給してチャンバ20内に処理ガスを充満させる。ここで、コイル90に高周波電力を印加してチャンバ20内の処理ガスにプラズマを生成する。生成したプラズマによって試料基板800の上面における穴310によって露出した部分がドライエッチング(RIE)される。
ここで、試料基板800の温度上昇を抑えるために、テーブル50の上面における伝熱ガス流通路74の開口から伝熱ガスが供給される。このとき、上記のように冶具本体200の中心には穴210が形成されているので、試料基板800は、保持冶具100に保持された状態において、その裏面が露出している。したがって、テーブル50の上面における上記開口から放出される伝熱ガスは、テーブル50の上面、Oリング52、冶具本体200、Oリング230および試料基板800の裏面によって形成される閉じた空間(以下、「試料基板800の裏面側空間」と称する)に供給される。このように、伝熱ガスが試料基板800の裏面側空間に充填されたときに伝熱ガスが試料基板800の裏面と接触するので、試料基板800と冷却されたテーブル50との熱伝達効率を高めることができる。
試料基板800に対するドライエッチング処理が終了すると、チャンバ20内の処理ガスは排気装置80によって、排気口28から排気されるとともに、チャンバ20内に大気圧まで空気が導入される。最後に、試料基板800が保持された保持冶具100を搬入出口24からチャンバ20外に搬出する。以上により、試料基板800のドライエッチング処理が終了する。
図4は、試料基板800を保持する保持冶具101の概略上面図である。図4に示す保持冶具101において、上記保持冶具100と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。保持冶具101は、中央に穴311を有する蓋301、および、図4には示されないが保持冶具100と同様の冶具本体200を有する。図4に示すように、蓋301の穴311は、その一部がマスキング部500で覆われている。このマスキング部500は、蓋301と一体的に形成されるか、または、蓋301に取り付けられた平板状の部材であり、穴311の所望の部分を覆うようにその形状が選択される。
図4に示すように、これら冶具本体200および蓋301が試料基板800を挟んでネジ400で固定されたとき、試料基板800の処理面である上面の一部がマスキング部500で覆われる。したがって、上記のプラズマエッチング装置10により試料基板800に対してドライエッチング処理を施すときに、試料基板800の処理面における所望の部分だけをドライエッチング処理を施すことができる。
図5は、試料基板800を保持する保持冶具102の概略上面図である。図5に示す保持冶具102において、上記の保持冶具100と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。保持冶具102は、中央に穴312を有する蓋302、および、図5には示されないが保持冶具100と同様の冶具本体200を有する。図5に示すように、蓋302における穴312の外周は、円形である蓋302の外周と同心円の円弧部分と2本の対向する直線部分とを有する。また、穴312の上記円弧部分の円の直径は、試料基板800の外径よりも大きい。
したがって、図5に示すように、保持冶具102が試料基板800を保持するときに、蓋302は、試料基板800の切欠き部810の近傍および切欠き部810に対向する部分だけを押さえることができる。ここで、試料基板800における切欠き部810の近傍および切欠き部810に対向する部分は、多くの場合、半導体等へ加工するときに不要な部分となる。したがって、上記のプラズマエッチング装置10により試料基板800に対してドライエッチング処理を施すときに、試料基板800の処理面における切欠き部810の近傍および切欠き部810に対向する部分以外の全ての部分に対してドライエッチング処理を施すことができる。よって、試料基板800をより有効に利用することができる。
図6は、保持冶具103の分解斜視図である。また、図7は、試料基板800を保持する保持冶具103の概略上面図である。図6および図7に示す保持冶具103において、上記の保持冶具100と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。保持冶具103は、中央に試料基板800の外径よりも大きな径の穴313を有する蓋303、および、冶具本体203を有する。冶具本体203は、片側の面における穴210と冶具本体203の外周との間に、穴210と同心円の円弧状の段差243および直線状の段差245が形成されている。蓋303は、穴313の縁から中心側に向けて延伸する複数(本実施形態では4本)の爪600を有する。本実施形態において、爪600は、ネジ穴220が設けられている位置に対応した位置に配されている。これにより、ネジ400からの締結力で試料基板800をより確実に保持することができる。なお、爪600の数は4本に限られないし、爪600を配する位置はネジ穴220に対応した位置に限られない。
図6および図7に示すように、保持冶具103の冶具本体203および蓋303は、試料基板800を挟んでネジ400で固定される。このとき、試料基板800は、切欠き部810が冶具本体203の直線状の段差245と対向するように冶具本体203の基板載置面250上に載置されてOリング230にその裏面が支持される。また、蓋303の4本の爪600が試料基板800の処理面における外周近傍の部分と当接して試料基板800を保持する。このとき、試料基板800の処理面における爪600と当接する部分以外の部分は蓋303の穴313を通じて露出する。したがって、上記のプラズマエッチング装置10により試料基板800に対してドライエッチング処理を施すときに、試料基板800の処理面における爪600と当接する部分以外の全ての部分に対してドライエッチング処理を施すことができる。よって、試料基板800をより有効に利用することができる。
図8は、保持冶具104の分解斜視図である。また、図9は、試料基板800を保持する保持冶具104がプラズマエッチング装置10のチャンバ20内に固定されている様子を示す概略断面図である。図8および図9に示す保持冶具104において、上記の保持冶具100と同様の構成については同じ参照番号を付し、説明を省略する。図8に示すように、保持冶具104は、蓋304および冶具本体204を有する。蓋304は、中心に穴310を有する略円板状の上部346、および、上部346の外周よりも内側において上部346の下方に環状に延びる環状凸部348を有する。
冶具本体204は、段差240と外周との間に、パッキン262が嵌め込まれた環状の溝260が形成されている。図9に示すように、プラズマエッチング装置10のチャンバ20内において試料基板800を保持する保持冶具104が固定されているとき、蓋304の環状凸部348は冶具本体204の溝260に挿入されてパッキン262と当接する。したがって、このような保持冶具104によれば、上記のプラズマエッチング装置10により試料基板800に対してドライエッチング処理を施すときに、試料基板800を保持するために固定部材を必要としないので、ネジなどの固定部材を用いて試料基板800を保持する保持冶具と比べて、チャンバ20内でのパーティクルの発生を抑えることができる。
上記実施形態において、保持冶具101、102、103、104が用いられる半導体処理装置の一例として、プラズマエッチング装置10を示して説明した。しかしながら、本実施形態の保持冶具101、102、103、104は、いわゆる半導体前工程において、試料基板800に対して例えば露光やスパッタリングなどの種々の表面処理を施す工程において利用することができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
10 プラズマエッチング装置、20 チャンバ、22 シャッター、24 搬入出口、26 底面、28 排気口、30 駆動部、32 ロッド、34 パッド、40 処理ガス供給部、42 処理ガス導入部、44 処理ガス流通路、46 処理ガス噴出孔、50 テーブル、52 Oリング、60 チラーユニット、62 冷却管、70 伝熱ガス供給部、72 マスフローコントローラ、74 伝熱ガス流通路、76 ポンプ、78 伝熱ガス排気部、80 排気装置、90 コイル、100、101、102、103、104 保持冶具、200、203、204 冶具本体、210 穴、220 ネジ穴、230 Oリング、240、243、245 段差、250 基板載置面、260 溝、262 パッキン、300、301、302、303、304 蓋、306 上面、308 側面、310、311、312、313 穴、320 ネジ挿通穴、346 上部、348 環状凸部、400 ネジ、500 マスキング部、600 爪、800 試料基板、810 切欠き部
Claims (6)
- 半導体処理装置内で予め設定された大きさの試料基板を保持する試料基板保持部に取り付けられる保持冶具であって、
前記試料基板と略同じ大きさを有し、前記試料基板の大きさよりも小さい試料基板の一面を露出した状態で前記小さい試料基板の前記一面に対する裏面を支持する冶具本体を備え、
前記冶具本体には、前記小さい試料基板の前記裏面を露出する穴が設けられた保持冶具。 - 前記冶具本体の前記穴を囲んで配され、前記小さい試料基板の前記裏面と当接する弾性環状部材と、
前記弾性環状部材との間で前記小さい試料基板を挟む蓋と
をさらに備え、
前記蓋には、前記小さい試料基板の前記一面を露出する穴が設けられた請求項1に記載の保持冶具。 - 前記冶具本体に対して前記蓋を固定する固定部材をさらに備え、
前記固定部材は、前記蓋と前記弾性環状部材とが前記小さい試料基板を挟んだ状態で、前記蓋と前記冶具本体との間に間隙を有して前記冶具本体に対して前記蓋を固定する請求項2に記載の保持冶具。 - 前記蓋は、前記蓋の穴の一部を覆うマスキング部を有する請求項2に記載の保持冶具。
- 前記小さい試料基板は、円板の一部を切り欠いた切欠き部を有し、
前記蓋は、前記小さい試料基板の前記一面における前記切欠き部の近傍および前記切欠き部に対向する部分を押さえる請求項2に記載の保持冶具。 - 前記蓋は、前記蓋の前記穴の側に向けて延伸する複数の爪を有する請求項2に記載の保持冶具。
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