JP3541286B2 - クランプ板及びエッチング装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置の試料台上などにウエハを保持するクランプ板及びエッチング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体集積回路の製造に用いられるエッチング装置やCVD装置の試料台上に半導体ウエハを保持する方法として、ウエハの周縁部を押さえて保持する機械的なクランプ方法がある。
【0003】
図2は、この機械的クランプ法により試料台上にウエハを保持する機構を備えた平行平板型エッチング装置の模式的断面図である。
【0004】
処理室11は、処理容器壁19で囲まれており、処理室11の上方には上部基台13に固定された上部電極12が配設されている。上部電極12には、上部基台13および高周波整合器(図示せず)を介して高周波電源31が接続されている。上部電極12および上部基台13は、絶縁部材17および18により処理容器壁19から絶縁されており、上部電極12には、上部電極12を冷却するための冷媒循環路15が設けられている。プロセスガスは、上部基台13および上部電極12に形成されたプロセスガス供給路16、拡散空間14および多数の孔12aから処理室11に供給され、排気路27から排気される。
【0005】
処理室11の下方には、下部基台22上に固定され、かつ電気的に接地された試料台(下部電極)21が配設されている。この試料台21は、アルミニウムなどの熱伝導率の大きい金属で形成されており、その周囲はシールド部材25で覆われ、また絶縁部材26によって処理室11と絶縁されている。
【0006】
試料台21の下部には、試料台21を冷却してウエハSの温度を制御するために、冷媒循環路23が形成されている。また、試料台21とウエハSとの間にHeガスを供給して、試料台21とウエハSとの間の熱伝達を向上させるためのHeガス供給路24が設けられている。
【0007】
ウエハSは、その周縁部をクランプ板10で押さえつけることにより、試料台21上に保持される。ウエハSをエッチング処理する場合には、エッチング用のガスを処理室11内に供給し、上部電極12と試料台(下部電極)21との間に高周波電力を印加してプラズマを生成させて、ウエハSをエッチングする。その際、ウエハSと試料台21との間にヘリウム(He)を導入し、ウエハSを均一に効率よく冷却する。
【0008】
ウエハSの温度制御性をさらに高める手段として、試料台の試料載置面の形状を凸状とする方法がいくつか提案されている。例えば、特開平1−227438号公報では、この試料台の試料載置面の形状をウエハが等分布荷重により変形した曲面と同一の曲面形状とすることにより、ウエハ面内における試料台とウエハとの間の接触圧力の均一性を高めるものが提案されている。
【0009】
図3は、ウエハSをクランプ板10で押さえている部分を拡大した模式的断面図である。その下端面が水平のクランプ板の押さえ部10aにより、ウエハSが試料台21上に押さえられている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図5は、従来のクランプ板を説明する模式図であり、(a)はその平面図、(b)はA−A’断面図、(c)はB−B’斜視図、(d)はC−C’斜視図、(e)は、従来のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのB−B’断面図、(f)は、従来のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのC−C’断面図である。
【0011】
従来のクランプ板のウエハ押さえ部10aは、その下端面の高さが同一平面上にあり、下端面の高さが、オリエンテーションフラット部以外もオリエンテーションフラット部(X1−X2)も、周方向で一定である(図5(c)、図5(d))。
【0012】
この従来のクランプ板を用いた場合、オリエンテーションフラット部(X1−X2)では、試料台21のウエハ載置面が凸状であり、オリエンテーションフラット部の中央部が端部に比べて突きだした形状であるため、オリエンテーションフラット部(X1−X2)の中央部で、ウエハはクランプ板に押さえられる。また、その他の部分では、ウエハ中心に対するオリエンテーションフラット部の反対側(Y1−Y2)の中央部で、ウエハはクランプ板にもっとも強く押さえられる。したがって、ウエハの周縁すべてを均一に押さえることができず、試料台21とウエハSとの間に隙間40を生じてしまう(図5(e))。
【0013】
この隙間40は、オリエンテーションフラット部の両端が最も広いので、この部分から洩れるHe量がそれ以外の部分から洩れるHe量に比べて多くなる。そのため、Heによるウエハと試料台との間の熱伝達が不均一になる。したがって、ウエハを均一に冷却することができず、また、エッチング処理する場合には、ウエハ面内におけるエッチングレートの分布が不均一となっていた。
【0014】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ウエハの周縁を均一に押さえつけることができるクランプ板及び該クランプ板を備えたエッチング装置を提供することを目的とする
【0015】
【課題を解決するための課題】
本発明のクランプ板は、載置面が曲面形状の試料台上に載置されたオリエンテーションフラット部を有するウエハの周縁部を押さえ部で押さえるクランプ板であって、前記押さえ部のウエハのオリエンテーションフラット部に対応する部分は、ウエハのオリエンテーションフラット部が位置する試料台載置面の曲面または試料台載置面にウエハを密着させたときのウエハの曲面に合わせて成形されており、前記押さえ部のウエハのオリエンテーションフラット部に対応しない部分は、平面で成形されていることを特徴としている。
また、本発明のエッチング装置は、ウエハの載置面が曲面形状である試料台と、該試料台上に載置されたウエハを保持する前記クランプ板とを備えることを特徴としている。
【0016】
本発明のクランプ板は、この試料台の断面形状の変化にあわせて、オリエンテーションフラット部に対応するクランプ板の押さえ部の形状を、ウエハを押さえたときにウエハと試料台との間に間隙を生じないような曲面としている。そのため、従来存在した、ウエハのオリエンテーションフラット部の端部を中心としたウエハと試料台との間の隙間をなくし、それ以外の部分においても隙間を生じさせることなく、均一な力でウエハを押さえることができる。
【0017】
その結果、ウエハの全周縁部にわたって洩れるHe量を均一にして、ウエハの冷却を均一にできる。
また、本発明のエッチング装置は、エッチング処理をする場合にはウエハ面内におけるエッチングレートの均一性を向上させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明のクランプ板の1例について説明する。
【0019】
図1は、本発明のクランプ板を説明する模式図であり、(a)はその平面図、(b)はA−A’断面図、(c)はB−B’斜視図、(d)はC−C’斜視図、(e)は、本発明のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのB−B’断面図、(f)は、本発明のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのC−C’断面図である。
【0020】
本発明のクランプ板は、ウエハのオリエンテーションフラット部を押さえる部分(X1−X2)のウエハ押さえ部のオリエンテーションフラット方向の形状が、ウエハを試料台に密着させたときにウエハが持つ曲率に応じた曲面となっている(図1(c))。また、ウエハのオリエンテーションフラット部を押さえる部分以外(例えば、Y1−Y2)のウエハ押さえ部の形状は、その下端面が同一平面上にある(図1(d))。
【0021】
そうすることにより、ウエハのオリエンテーションフラット部を押さえる部分(X1−X2)およびそれ以外の部分で、ウエハの周縁部を試料台との間に隙間を生じさせることなく、均一に押さえることができる(図1(e)、(f))。
【0022】
なお、載置面が凸状の試料台の例について説明したが、それ以外の形状、例えば凹状の曲面にも本発明を適用することができる。
【0023】
【実施例】
以下、本発明のクランプ板の実施例について、図1に基づき具体的に説明する。本実施例のクランプ板は、8インチシリコンウエハ用のものである。クランプ板の材料はアルミナ(Al2 3 )である。ウエハのオリエンテーションフラット部以外の部分を押さえる部分の内径Dを195.50mmとし、中心からウエハのオリエンテーションフラット部までの長さLを93.25mmとした。ウエハ押さえ部の下端面は、ウエハのオリエンテーションフラット部以外の部分では周方向に同一高さとし、ウエハのオリエンテーションフラット部では、曲率半径Rが5725mmの曲面となるように加工した。
【0024】
試料台は、その直径が201.78mmであり、その試料載置面の曲面形状は、中央が端に対して35mil(0.889mm)高い凸形とした。
【0025】
このクランプ板および試料台を用いて、ウエハにエッチング処理を施し、エッチングレートの均一性を調べることによって、クランプ板の性能を評価した(本発明例)。この評価に用いたエッチング装置は、図2に示したものであり、説明は省略する。また、比較例として、図5に示した従来のクランプ板を用いて同様の評価を行った(従来例)。
【0026】
使用したウエハは、表面にSiO2 とSiNが順次成膜されたシリコンウエハである。エッチング条件は以下のとおりである。プロセスガスとして、SF6 とCHF3 を1:4の流量比で供給し、圧力は425mTorrとした。高周波電力(13.56MHz)は250W、試料台冷媒温度は40℃、He背圧は5Torrとした。
【0027】
図4は、SiNのエッチングレートの測定結果を示すグラフである。○は本発明例の結果であり、×は従来例の結果である。測定はウエハの周方向の8ヶ所で行った。本発明例の場合には、ウエハ全面にわたってSiNのエッチングレートが均一であった。それに対して、比較例は、SiNのエッチングレートの分布が不均一であった。
【0028】
以上の結果から、本発明のクランプ板を用いることにより、ウエハを試料台に均一に押さえることができることが確認された。
【0029】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のクランプ板によれば、載置面が曲面形状である試料台上にウエハの周縁を均一に押さえつけることができる。したがって、例えばエッチング装置に本発明のクランプ板を適用した場合、ウエハ面内のエッチングレートの均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のクランプ板を説明する模式図であり、(a)はその平面図、(b)はA−A’断面図、(c)はB−B’斜視図、(d)はC−C’斜視図、(e)は、本発明のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのB−B’断面図、(f)は、本発明のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのC−C’断面図である。
【図2】機械的クランプ法により試料台上にウエハを保持する機構を備えた平行平板型エッチング装置の模式的断面図である。
【図3】ウエハSをクランプ板で押さえている部分を拡大した模式的断面図である。
【図4】SiNのエッチングレートの測定結果を示すグラフである。
【図5】従来のクランプ板を説明する模式図であり、(a)はその平面図、(b)はA−A’断面図、(c)はB−B’斜視図、(d)はC−C’斜視図、(e)は、従来のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのB−B’断面図、(f)は、従来のクランプ板により凸状の試料台上にウエハを押さえつけたときのC−C’断面図である。
【符号の説明】
10 クランプ板
10a ウエハ押さえ部
11 処理室
12 上部電極
12a 孔
13 上部基台
14 拡散空間
15 冷媒循環路
16 ガス供給路
17 絶縁部材
18 絶縁部材
19 処理容器壁
21 試料台(下部電極)
22 下部基台
23 冷媒循環路
24 Heガス供給路
25 シールド部材
26 絶縁部材
27 排気路
31 高周波電源
40 隙間

Claims (2)

  1. 載置面が曲面形状の試料台上に載置されたオリエンテーションフラット部を有するウエハの周縁部を押さえ部で押さえるクランプ板であって、
    前記押さえ部のウエハのオリエンテーションフラット部に対応する部分は、ウエハのオリエンテーションフラット部が位置する試料台載置面の曲面または試料台載置面にウエハを密着させたときのウエハの曲面に合わせて成形されており、
    前記押さえ部のウエハのオリエンテーションフラット部に対応しない部分は、平面で成形されていることを特徴とするクランプ板。
  2. ウエハの載置面が曲面形状である試料台と、
    該試料台上に載置されたウエハを保持する請求項1に記載のクランプ板と
    を備えることを特徴とするエッチング装置。
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