JP6148850B2 - クリーニング用素材およびクリーニング方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエハを保持するチャック等の試料保持具の表面のデポおよびパーティクルなどの付着物を除去するための素材に関する。

半導体ウエハ基板は、製造工程のなかで製造装置や検査装置の上に複数回保持される。保持方法としては機械的な力、差圧力、静電気力またはクーロン力のような様々な方法がある。近年、半導体ウエハ基板が高面積化しており、それに伴って試料保持具も高面積化が進んでいる。加えて、半導体ウエハ加工の高精度化も進んでいる。よって、ウエハ加工の際、試料保持具の平面度が重要になるため、試料保持具の形状はピンを有したものが多くなっている。ウエハを吸着する試料保持具の表面上にパーティクルやデポなどの付着物があると、ウエハと試料保持具の表面との間に付着物が挟みこまれることにより、ウエハの一部に盛り上がりが発生する場合があり、当該盛り上がりの存在によりウエハの加工精度が低下するおそれがある。

さらに、試料保持具の高面積化によって、パーティクルやデポなどといった付着物の発生箇所も広範囲となっている。試料保持具の表面上のパーティクルやデポといった付着物を除去するために、クリーニングが行われているが、試料保持具の高面積化によって、洗浄槽などでのクリーニングが困難となっているため、ワイピングクロス等といった従来品や溶剤を用いたクリーニングを行っている。

そこで、真空中で絶縁物であるウエハが電極を載置した上でプラズマにより帯電させ、静電力により試料保持具上に付着しているパーティクルを除去する手法が提案されている（特許文献１参照）。これにより、真空チャンバ内を大気に開放することなく、試料保持具のクリーニングが可能となる。

特開平６-１７３０４１号公報

しかし、試料保持具が複数のピンを有する場合、当該複数のピン間のパーティクルはウエハに付着しやすいが、ピントップに付着したパーティクルはウエハに付着しにくく、試料保持具上に残存する。これは、ウエハが試料保持具に載置され、ピントップに付着しているパーティクルがウエハによってピントップ面に物理的に押さえつけられることによって、静電力によって除去されないためである。また、ウエハが試料保持具のピンまたはエッジにぶつかることによって、ピントップおよびエッジの欠損のリスクが高く、破損したことにより、新たなパーティクルの原因になっていた。

そこで、本発明は、パーティクル等の付着物を新たに発生させることなく、試料保持具の付着物を場所に寄らずに均等に除去し、当該試料保持具の平面度の維持を図りうるクリーニング用素材および方法を提供することを目的とする。

本発明のクリーニング用素材は、絶縁性セラミックスにより構成され、試料保持具の表面に接触するクリーニング面を有するクリーニング用素材であって、前記クリーニング面の表面粗さＸ［μｍ］および平面度Ｙ［μｍ］の組み合わせを表わすプロットが、Ｘ−Ｙ平面において０．２０≦Ｘ≦０．５０および０．１０≦Ｙ≦０．４０で表わされる第１指定範囲に含まれていることを特徴とする。前記プロットが、Ｘ−Ｙ平面において前記第１指定範囲の一部である、０．３０≦Ｘ≦０．４０および０．２０≦Ｙ≦０．３０で表わされる第２指定範囲に含まれていることが好ましい。
前記セラミックスの体積抵抗率の前記試料保持具の体積抵抗率に対する比率が、前記セラミックスの種類に応じて定まる、クリーニング後に前記試料保持具の表面が本来の平面度をもたせることができる所定範囲に含まれていることが好ましい。前記セラミックスがアルミナである場合、前記所定範囲は１０以上の範囲であり、前記セラミックスがジルコニアである場合、前記所定範囲は０．１以上の範囲であることが好ましい。

本発明のクリーニング方法は、前記クリーニング用素材の前記クリーニング面を試料保持具に対して０．１０［Ｎ／ｃｍ^２］以下の圧力で当接させて当該試料保持具上の付着物を除去することを特徴とする。

本発明のクリーニング用素材およびクリーニング方法によれば、試料保持具が有するピンのトップおよびピン同士の間隙等の場所の相違にかかわらず、パーティクルおよびデポ等の付着物が均一かつ確実に除去され、試料保持具の平面度の向上が図られうる。また、ピンの欠損の確率が著しく低減されうる。試料保持具がチャンバの構成部品等に装着されている状態のままクリーニングされうるので、クリーニングの効率化が図られる。

本発明の一実施形態としてのクリーニング用素材の斜視図。 クリーニング面の表面粗さおよび平面度の相関関係に関する説明図。 試料保持具の表面における平面度の測定結果に関する説明図。

（クリーニング用素材の構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としてのクリーニング用素材１は、略円盤状の絶縁性セラミックスにより構成され、試料保持具の表面に接触するクリーニング面１０を有している。セラミックスとしては、アルミナ、イットリアまたはジルコニアなどの酸化物を主原料とするセラミックスが好ましいが、絶縁体であれば、非酸化物を主原料とするセラミックスであってもよい。クリーニング用素材１を構成するセラミックスの体積抵抗率の、試料保持具の体積抵抗率に対する比率が、当該セラミックスの種類に応じて定まる、クリーニング後に試料保持具の表面が本来の平面度をもたせることができる所定範囲に含まれていることが好ましい。具体的には、セラミックスがアルミナである場合、所定範囲は１０以上の範囲である。セラミックスがジルコニアである場合、所定範囲は０．１以上の範囲である。

クリーニング用素材１を構成するセラミックスの相対密度は、結晶粒子の結合力の低下および空隙の過多を回避する観点から９０％以上が好ましい。セラミックスの結晶粒子の結合力が弱いと、当該結晶粒子の一部が脱落して試料保持具の表面に付着し、試料保持具面の平面度の向上が図れない、または、低下させる可能性がある。セラミックスに存在する空隙が多いと、空隙部分に付着物が溜まって、帯電しにくいほどに粗大化したまま付着物として試料保持具面上に残留してしまう。

セラミックスの組織は均一な粒子であることが好ましい。材質によって、粒径は異なるが、いずれも平均粒径１５［μｍ］以下が好ましく、より好ましくは１０［μｍ］以下である。平均粒径が１５［μｍ］よりも粗大であると、クリーニングストーンからの脱粒が起きやすく、新たな付着物の原因になる。セラミックスの純度は９０％以上が好ましい。特に好ましい純度は９５％以上である。純度が９０％未満であると、不純物による発塵が発生し、新たな付着物の原因になる。

クリーニング面の表面粗さＸ［μｍ］および平面度Ｙ［μｍ］の組み合わせを表わすプロットが、図２に示されているＸ−Ｙ平面において一点鎖線により画定されている矩形状の第１指定範囲Ｃ１に含まれていることが好ましい。第１指定範囲Ｃ１は、０．２０≦Ｘ≦０．５０および０．１０≦Ｙ≦０．４０で表わされる。当該プロットが、図２に示されているＸ−Ｙ平面において二点鎖線により画定されている矩形状の第２指定範囲Ｃ２に含まれていることがより好ましい。第２指定範囲Ｃ２は、第１指定範囲Ｃ１の一部であり、０．３０≦Ｘ≦０．４０および０．２０≦Ｙ≦０．３０で表わされる。クリーニング面１０の表面粗さが０．２よりも小さい場合、クリーニング面１０と試料保持具がリンキングしてしまい、クリーニング効果がみられず、加えて、試料保持具からクリーニングストーンを脱着する際に過剰に力を加えなければならず、試料保持具を破損させる可能性がある。また、クリーニング面１０の表面粗さが０．５よりも大きい場合、試料保持具を磨耗させ、新たな付着物の原因となる。クリーニング面１０が中凸のような形状であれば、クリーニング可能面積が減り、クリーニングにかかる時間が長くなるため、このような平面度範囲が好ましい。

試料保持具が複数のピンを有する場合、当該ピンの破損を回避する観点から、クリーニング面１０の周縁部分１１がＲ０．５〜１．０［ｍｍ］に加工されていることが好ましい。

試料保持具の形状に応じてクリーニング用素材１を構成するセラミックスの大きさ及び形状は適当に変更されうる。クリーニング用素材１の試料保持具の表面に対する圧力は０．１０［Ｎ／ｃｍ^２］以下であることが好ましい。当該圧力は０．０５［Ｎ／ｃｍ^２］以下であることがより好ましい。これにより、クリーニング用素材１の当接によって試料保持具を磨耗または破損させ、新たな付着物を発生させる確率が著しく低減されうる。

（実施例）
アルミナに適量の分散剤、バインダーおよびイオン交換水を加え、１８[ｈｒ]混合した後に顆粒を作製した。この顆粒を用いて、１２０[ＭＰａ]にてＣＩＰ 成形し、Φ１００[ｍｍ]形状の成形体を作製した。この成形体を大気雰囲気において、昇温１５[℃/ｈｒ]、１６００[℃]、３[ｈｒ]にて焼成した。このように作製した素材を用いて、表１に示されているように表面粗さおよび平面度が調節されたクリーニング面１０を有する実施例１〜９のセラミックス（アルミナ）がクリーニング用素材１として準備され、当該セラミックス１を用いて試料保持具の表面に対して０．１０［Ｎ／ｃｍ²］の圧力で当接した状態で当該表面がクリーニングされた。なお、クリーニングは、試料保持具が装置に装着された状態で行った。

図２のＸ−Ｙ平面には、各実施例のセラミックス１のクリーニング面１０の表面粗さＸおよび平面度Ｙの組み合わせが丸付き数字（数字は該当数番の実施例を示す。）によりプロットされている。実施例１〜９のプロットは、一点鎖線で画定されている第１指定範囲Ｃ１に含まれている。実施例６〜９のプロットは、二点鎖線で画定されている第２指定範囲Ｃ２（第１指定範囲Ｃ１の一部）に含まれている。

（比較例）
実施例と同様の方法にて、素材を作製し、表１に示されているように表面粗さおよび平面度が調節されたクリーニング面１０を有する比較例１〜８のクリーニング用素材１が準備され、当該クリーニング用素材１が試料保持具の表面に対して０．１０［Ｎ／ｃｍ²］の圧力で当接した状態で当該表面がクリーニングされた。図２のＸ−Ｙ平面には、各比較例のセラミックス１のクリーニング面１０の表面粗さＸおよび平面度Ｙの組み合わせが四角付き数字（数字は該当数番の実施例を示す。）によりプロットされている。比較例１〜８のプロットは、第１指定範囲Ｃ１から外れている。

クリーニング効果の有無を判定するため、レーザー干渉計によりクリーニング前後における試料保持具の表面形状が測定された。図３（ａ）には、試料保持具の表面がクリーニングされる前において、当該表面およびエッジ部分に付着物の存在が確認できる場合の測定結果が示されている。図３（ｂ）には、試料保持具の表面がクリーニングされた後において、当該表面等の付着物が除去され、試料保持具の平面度が回復していることが確認できる場合の測定結果が示されている。表１には、当該測定結果に基づくクリーニング効果の有無の判定結果が示されている。

表１から、次の事実がわかる。すなわち、表面粗さおよび平面度の組み合わせを表わすプロットが第１指定範囲Ｃ１に含まれている実施例１〜９のセラミックスが用いられた場合、試料保持具の表面における付着物が除去されており、クリーニング効果が十分である。特に、当該プロットが第１指定範囲Ｃ１の一部である第２指定範囲Ｃ２に含まれている場合、クリーニング効果が特に十分である。これに対して、当該プロットが第１指定範囲Ｃ１から外れている比較例１〜８のセラミックスが用いられた場合、クリーニング効果が不十分である。

１‥セラミックス（クリーニング用素材）、１０‥クリーニング面、１１‥Ｒ加工。

Claims (5)

1. 絶縁性セラミックスにより構成され、試料保持具の表面に接触するクリーニング面を有するクリーニング用素材であって、
   前記クリーニング面の表面粗さＸ［μｍ］および平面度Ｙ［μｍ］の組み合わせを表わすプロットが、Ｘ−Ｙ平面において０．２０≦Ｘ≦０．５０および０．１０≦Ｙ≦０．４０で表わされる第１指定範囲に含まれていることを特徴とするクリーニング用素材。
2. 請求項１記載のクリーニング用素材であって、
   前記プロットが、Ｘ−Ｙ平面において前記第１指定範囲の一部である、０．３０≦Ｘ≦０．４０および０．２０≦Ｙ≦０．３０で表わされる第２指定範囲に含まれていることを特徴とするクリーニング用素材。
3. 請求項１または２記載のクリーニング用素材であって、
   前記絶縁性セラミックスが、アルミナであることを特徴とするクリーニング用素材。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のクリーニング用素材であって、
   前記絶縁性セラミックスの相対密度が９０％以上であり、かつ、前記絶縁性セラミックスの平均粒径が１５μｍ以下であることを特徴とするクリーニング用素材。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のクリーニング用素材の前記クリーニング面を前記試料保持具に対して０．１０［Ｎ／ｃｍ^２］以下の圧力で当接させて当該試料保持具の付着物を除去することを特徴とするクリーニング方法。