JPH01227438A - 半導体基板用載置台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、半導体基板用載置台に関する。

（従来の技術） 従来、半導体集積回路の製造においては、エツチング装
置やイオン注入装置やスパッタリング装置等が用いられ
、これら装置においては、真空中で半導体ウェハを載置
台に固定して！膜形成や微細パターンの高精度形成等の
処理を行う。

この様な処理時に半導体ウェハが、高温になり物理特性
等が変化するのを防止する為に、半導体ウェハを強制的
クランプや静電吸着等を用いて載置台の凸形状載置面に
載置固定して冷却を行う技術が特開昭６１−２０４２お
５号、実公昭５８−４１７２２号、特開昭６０−５５４
０号、特公昭６２−５７０６６号公報等に開示される。

（発明が解決しようとすや課題） しかしながら、上記した特開昭６１−２０６２２５号公
報に開示された技術では半導体ウェハを載置台に静電吸
着するために、載置台対向電極と載置台の両方に！圧を
かけるので、バイアススパッタリングの場合で、たまた
ま処理に適切な電圧と静電吸着に必要な電圧が一致した
場合のみしか所望の処理状況とならず、他の方式のスパ
ッタリングやエッチング等１ｉｐ４ｉ１合には所望の処
理条件に設定できないという問題があり、イオン注入の
場合にはイオン注入量測定に影響を与えるという問題が
あった。。

また、上記した実公昭５８−４１７２２号公報に開示さ
れた技術では半導体ウェハ全面に渡って載置台と半導体
ウェハを密着することができないので、半導°体つェハ
と載置台が密着した所とそうでない所で処理条件が変化
してしまい、処理の均一性が悪化するという問題があっ
た。

しかも、上記した特開昭６０−５５４０号と特公昭６２
−５７０６６号公報に開示された技術では載置台の凸面
状載置面に柔軟で熱伝導性の物質、具体的にはシリコン
ゴム等の層を設けるが、このシリコンゴム等は塵を発生
するので半導体ウェハを汚染するという問題があり、ま
た、シリコンゴム等の内部からのガスの発生や塵の発生
で真空度が低下し、このことで処理能力が低下し処理効
率の低下を招くという問題があった。

本発明は、上記点に対処してなされたもので、処理等に
影響を与えずに、半導体基板の全面を載置台に均一に密
着させ、処理の均一性を向上し安定した処理を効率よく
行うことのできる半導体基板用載置台を提供するもので
ある。

【発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、半導体基板が等分布荷重により変形した曲面
と同一の曲面で載置面を凸状に形成したことを特徴とす
る。

（作　用） 本発明の半導体基板用載置台では、半導体基板を載置台
に固定する為に、半導体基板周縁にクランプ荷重をかけ
る場合に、このクランプ荷重を周辺固定による等分布荷
重におきかえて半導体基板がこの等分布荷重により変形
した曲面と同一の曲面で載置面を凸状に形成したので、
半導体基板周縁にクランプ荷重をかけ変形した半導体基
板と載置面が密着する。これは、上記等分布荷重により
変形した曲面と同一の曲面が、上記半導体基板周縁にク
ランプ荷重をかけ変形した半導体基板の曲率よりも小さ
く、従って、半導体基板変形時に接触が生じ、しかも、
理想的な接触状態となり、半導体基板全面に渡り載置面
との接触圧力が均一で非接触部分の発生を防ぐことがで
きる。

（実施例） 以下、本発明の半導体基板用載置台を半導体製造工程の
エツチング装置に適用した実施例につき図面を参照して
説明する。

ＡＱ製で表面をアルマイト処理した円筒状真空容器（ト
）内の上部には、電極昇降機構■例えばエアシリンダや
ボールネジ等と連結棒■を介して昇降可能な上部電極に
）が設けられている。この上部電極に）は、　ＡＱ製で
表面にアルマイト処理を施しである平板状で１図示しな
いガス供給源からの反応ガス例えばアルゴンやフレオン
等を導入する反応ガス供給パイプ■に接続されている。

また、上部電極（イ）下部表面には多数の図示しない小
孔が設けられ、この小孔から真空容器ω内に反応ガスを
流出可能となっている。しかも、上部電極（イ）はプラ
ズマ発生用で例えば電力が５００Ｗで１３ＭＨｚ程度の
高周波電源０に接続されており、また、上部電極に）上
側には、この上部電極に）を循環冷却液例えば水等で冷
却可能な如く、図示しない冷却液循環器から冷却液パイ
プ■を介して冷却液を循環可能な円板状上部電極冷却ブ
ロック（ハ）が設けられている。

そして、真空容器■の下部には、上部電極に）と同様に
図示しない冷却液循環器から冷却液パイプ０を介して冷
却液例えば水等を循環可能な円板状下部電極冷却ブロッ
ク（１０）が設けられており、この下部電極冷却ブロッ
ク（１０）の上面と接する如く、Ａｆｆｉ製で表面にア
ルマイト処理を施しである平板状下部電極（１１）が設
置されていて、この下部電極（１１）は半導体基板用載
置台を兼ねていて、電気的に接地されている。

ここで、真空容器■は図示しない開閉機構例えばゲート
バルブ機構等により開閉可能で、また。

、　　図示しない搬送機構例えばハンドアーム等で内部
に半導体基板（１２）を搬送し、下部電極（１１）上に
半導体基板（１２）を載置可能となっている。しかも、
真空容器■は、図示しない開閉機構を閉じる気密状態と
なり、内部を図示しない真空ポンプで所望の真空状態例
えば数１０ｍＴｏｒｒ〜数１０　Ｔｏｒｒ程度とするこ
とが可能となっている。ここで、図示しない搬送機構を
真空予備室内に設置して、真空容器ωと気密に連結する
と、半導体基板（１２）の搬送後に真空容器■内を図示
しない真空ポンプで所望の真空度とする時間が短縮でき
る。

それから、下部電極（１１）上側外周には、載置した半
導体基板（１２）周縁を下部電極（１１）に所望のクラ
ンプ荷重で圧着可能なＡｌ製で表面にアルマイト処理を
施しであるクランプリング（１３）が、連結棒（１４）
を介してリング昇降機構（１５）例えばエアシリンダ等
で昇降可能に設置されている。また、下部電極（１１）
の中央付近の内部には、半導体基板（１２）を下部電極
（１１）対して昇降可能な如く、連結部（１６）を介し
てビン昇降機構（１７）例えばエアシリンダ等に連結さ
れた例えば３本のＳＵＳ製リフトビン（１８）が設けら
れている。このリフトビン（１８）は、下部電極（１１
）内に穿設された孔（１９）の一部を利用して下部電極
（１１）内に挿入されている。そして、孔（１９）は、
図示しない冷却ガス供給源からの冷却ガス例えばヘリウ
ムガスを半導体基板（１２）裏面に供給可能な如く冷却
ガス供給パイプ（２０）に接続されている。

また、下部電極（１１）と半導体基板（１２）載置面間
には、半導体基板（１２）とこの半導体基板（１２）を
保持する電極即ち下部電極（１１）間のインピーダンス
を一様にする如く、シート状合成高分子フィルム（２１
）例えば厚さ２０−〜１００．程度の耐熱性ポリイミド
系樹脂が、下部電極（１１）の半導体基板（１２）載置
面に耐熱性アクリル樹脂系粘着剤で接着することにより
設けられている。

そして、下部電極（１１）外周と真空容器０間には、反
応ガスを真空容器ω側壁の排気パイプ（２２）に排気す
る如く、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製で多数の排
気孔（２３）を有する排気リング（２４）が設けられて
いる。

また、下部電極（１１）に保持した半導体基板（１２）
とほぼ同じ大きさにプラズマを発生可能な如く、上部電
極に）外周には、絶縁性例えば四弗化エチレン樹脂製の
シールドリング（２５）が設けられている。

ここで、下部電極（１１）は半導体基板（１２）用載置
台を兼ねていて、半導体基板（１２）載置面は、半導体
基板（１２）周縁にクランプリング（１３）で加えたク
ランプ荷重が、半導体基板（１２）周辺固定による等分
布荷重として加わったと仮定した時の半導体基板（１２
）の変形曲面と同一の曲面で凸状に形成しである。

また、上記構成のエツチング装置は図示しない制御部で
動作制御及び設定制御される。

次に、上述したエツチング装置による半導体基板（１２
）のエツチング方法を説明する。

まず、図示しない開閉機構で真空容器のを開け、ビン昇
降機構（１７）と連結部（１６）により上昇したりフト
ビン（１８）上に、図示しない搬送機構で搬送した半導
体基板（１２）を受は取る。この後、リフートビン（１
８）を降下して半導体基板（１２）を下部電極（１１）
上に載置し、リング昇降機構（１５）と連結棒（１４）
により上昇していたクランプリング（１３）を下降させ
。

半導体基板（１２）を下部電極（１１）に圧着する。

ここで、半導体基板（１２）用載置台を兼ねる下部電極
（１１）は、半導体基板が等分布荷重により変形した曲
面と同一の曲面で半導体基板（１２）の載置面を凸状に
形成しであるので、クランプリング（１３）で半導体基
板（１２）周縁にクランプ荷重例えば２−〜３ｋｇ程度
を加えて半導体基板（１２）周縁を例えば０　、７　ｍ
　＝　０．８　ｍ程度強制変位させ、半導体基板（１２
）を下部電極（１１）載置面に圧着すると、半導体基板
（１２）全面に渡り載置面との接触圧力が均一となり非
接触部分の発生を防止でき、半導体基板（１２）全面が
載置面に密着する。

例えば、半導体基板（１２）を厚さ０．６２５■で直径
５インチのシリコンウェハとし、このシリコンウェハ周
縁のクランプリング（１３）による強制変位量を０．７
５１でクランプリング（１３）のクランプ荷重を２．６
ｋｇとした場合で、下部電極（１１）と半導体基板（１
２）の載置面間のシート状合成高分子フィルム（２１）
を除いた時に、下部電極（１１）載置面形状を半導体基
板（１２）が等分布荷重により変形した曲面と同一の曲
面で凸状となる様に、第２図に示す如くシリコンウェハ
載置面の中心から距離に対するＺ方向座標を第３図の如
くする。

この場合、第４図に示す如く、シリコンウェハ載置面の
中心からの距離に対して、クランプリング（１３）によ
るシリコンウェハと下部電極（１１）の圧着の面圧は高
く一定となり接触圧力は均一化する。

しかも、第５図に示す如く、シリコンウェハ載置面の中
心からの距離に対して、下部電極（１１）とシリコンウ
ェハ非接触間隔は小さく一定となり非接触部分の発生を
防止している。

また、上記した例と同様の条件で、クランプリング（１
３）のクランプ荷重を２．４ｋｇで下部電極（１１）と
半導体基板（１２）の載置面間にシート状合成高分子フ
ィルム（２１）を設けた場合は、第６図に示す如く、第
４図と同様にシリコンウェハと下部電極（１１）の圧着
の面圧は一定となり接触圧力は均一化し、第７図に示す
如く、第５図と同様に下部電極（１１）とシリコンウェ
ハ非接触間隔は小さく一定となり非接触部分の発生を防
止できる。

即ち、下部電極（１１）の半導体基板（１２）を載置す
る面に形成した曲面は、半導体基板（１２）が等分布荷
重により変形した曲面と同一であり、半導体基板（１２
）周縁にクランプリング（１３）でクランプ荷重をかけ
変形した半導体基板（１２）の曲率よりも小さく、この
半導体基板（１２）変形時に理想的な接触状態となるの
で、半導体基板（１２）は全面に渡り載置面と接触圧力
が均一となり、非接触部分の発生を防ぐことができる。

このことよにより、所望゛の処理条件や測定条件に設定
したまま半導体基板（１２）を載置台兼下部電極（１１
）に密着し均一に冷却することが可能となる。また、全
面に渡り均一な圧力で密着し、非接触部分の発生を防止
できるので処理の均一性が向上する。しかも、載置面に
柔軟で熱伝導性の物質例えばシリコンゴム等の層を設け
なくて済むので、塵の発生を防止したクリーンで所望の
真空処理を実現し、処理効率を向上することができる。

よって、処理等に影響を与えずに、半導体基板（１２）
全面を均一に密着載置及び冷却でき、均一性を向上し安
定した処理を効率よく行うことができる。

ここで、半導体基板（１２）がオリエンテーションフラ
ット部を有する場合は、半導体基板（１２）中心から周
縁までの距離及びオリエンテーションフラット部までの
距離の差を考慮し、オリエンテーションフラット部の強
制変位量を決定するのが望ましい。例えば直径５インチ
のシリコンウェハの周縁のクランプリング（１３）によ
る強制変位量を０．７５−とすると、オリエンテーショ
ンフラット部の強制変位量は０．６５ｍ〜０．７５＋ｍ
程度がよい。

また、半導体基板（１２）の厚み等を変更しても同様の
結果が得られることは当然である。例えば、直径５イン
チのシリコンウェハの板厚を０．５７５ｍｍ〜０．６５
ｎｎとした場合でも、クランプリング（１３）のクラン
プ荷重を１．９ｋｇ〜３．２ｋｇ程度の適正な荷重とす
ることにより、半導体基板（１２）が等分布荷重により
変形した曲面と同一の曲面で載置面を凸状に形成すると
、同様の効果が得られることは、本発明者の多数の実験
により既に確認されている。

この時既に、真空容器■の図示しない開閉機構は閉じら
れており、真空容器ω内は図示しない真空ポンプで所望
の真空状態となっている。

そして、電極昇降機構■と連結棒■により、上部電極（
イ）は降下し、下部電極（１１）との電極間隔が所望の
間隔例えば数画程度となる如く設定される。

次に１図示しないガス供給源より反応ガス例えばアルゴ
ン等がガス供給パイプ０を介して上部電極（イ）に供給
され、反応ガスは上部電極に）下面の図示しない小孔よ
り真空容器ω内に流出する。同時に、高周波電源０によ
り上部電極に）へ高周波電圧を印加し、接地した下部電
極（１１）との間にプラズマを発生させ、このプラズマ
で下部電極（１１）上の半導体基板（１２）をエツチン
グ処理する。

この時、半導体基板（１ｚ）はクランプリング（１３）
で下部電極（１１）に圧着されているが、ミクロ的には
表面粗さ等の為、第８図に示す如く下部電極（１１）と
半導体基板（１２）の間には空隙（２８）が存在する。

この空隙（２８）による半導体基板（１２）と下部電極
（１１）間のインピーダンスは小さいが均一性が悪くば
らつきが大きい。また、下部電極（１１）表面のアルマ
イトによる絶縁層は多孔性であるので、半導体基板（１
２）と下部電極（１１）間のインピーダンスの均一性は
より悪くなる。しかしながら、第８図の如く、半導体基
板（１２）とこの半導体基板（１２）を保持する電極即
ち下部電極（１１）間のインピーダンスを一様にする手
段として、半導体基板（１２）と下部電極（１１）間に
合成高分子フィルム（２１）を設け、例えば、厚さ２０
．〜１００．程度の耐熱性ボリイミド系樹脂を下部電極
（１１）の厚さ２５７ａ程度の耐熱性アクリル樹脂系粘
着剤で接着した。この空隙（２８）と下部電極（１１）
間の合成高分子フィルム（２１）のインピーダンスは空
隙（２８）のインピーダンスより十分に大きいので、半
導体基板（１２）と下部電極（１１）間のインピーダン
スのばらつきを小さくできるので、このインピーダンス
を均一で一様とすることができる。また、合成高分子フ
ィルム（２１）はアルマイトの様に多孔性ではないので
、半導体基板（１２）との接触性がよく、空隙（２８）
のばらつきも小さくでき、空隙（２８）のインピーダン
スの均一性を向上するという効果もある。これらにより
、半導体基板（１２）と下部電極（１１）間のインピー
ダンスは一様となり、このことにより、半導体基板（１
２）のエツチングの均一性を向上させることができる。

ここで真空度２．４　Ｔｏｒｒ、高周波電源０出力ｓｏ
ｏｗ。

フレオンガス流量８０ｃｃ／＋ｍｉｎ、アルゴンガス流
量５００ｃｃ／ｍ１ｎｔ上部電極に）温度２０℃、下部
電極（１１）温度８℃以下の時に、アルマイトの絶縁膜
厚１５ｍの下部電極（１１）上に厚さ２５ｐの耐熱性ア
クリル樹脂系粘着剤を介して厚さ２５μｓの合成高分子
フィルム（２１）である耐熱性ポリイミド系樹脂を接着
した時の合成高分子フィルム（２１）枚数とエツチング
速度とエツチングの均一性を第９図に示す、この第９図
より、エツチング速度は十分実用範囲であり、エツチン
グの均一性が顕著に向上していることが明らかである。

また、合成高分子フィルム（２１）は。

表面が密で安定した材料なので、空隙（２８）のインピ
ーダンスのばらつき等による異常放電を防止でき、異常
放電による半導体基板（１２）にダメージを与えること
はなく、安定したエツチング処理を行える。

ここで、エツチング処理時に、図示しない冷却液循環器
による冷却液で、冷却パイプ（７，９）と上部電極冷却
ブロック（ハ）と下部電極冷却ブロック（１０）を介し
て、上部電極に）及び下部電極（１１）を所望の温度に
冷却すると、エツチング速度が向上する・また、図示し
ない冷却ガス供給源からの冷却ガスを、冷却ガス供給パ
イプ（２０）と孔（１９）を介して半導体基板（１２）
と合成高分子フィルム（２１）間に所定の圧力と流量例
えば数ｃｃ／ｗｉｎ程度で供給し。

半導体基板（１２）裏面を冷却することにより、半導体
基板（１２）の温度均一性が向上し、この結果、エツチ
ングの均一性が向上する。

また、上部電極に）外周部に設けた絶縁性のシールドリ
ング（２５）と下部電極（１１）外周部に設けた絶縁性
のクランプリング（１３）により、半導体基板（１２）
の処理面とほぼ同じ大きさにプラズマを発生することが
できるので、プラズマの拡散を防止でき、安定したエツ
チング処理を行える。

そして、処理後の反応ガスを、排気リング（２４）の排
気孔（２３）を介して排気パイプ（２２）から排出する
。

次に、図示しない開閉機構で真空容器ωを開ｉ、クラン
プリング（１３）とりフトピン（１８）を上昇し、リフ
トピン（１８）上の半導体基板（１２）を図示しない搬
送機構で搬送し、動作が終了する。

上記実施例ではエツチング装置の半導体基板用□載置台
兼下部電極を用いて説明したが、半導体基板を載置する
載置台であれば何でもよく、半導体基板を逆様に保持す
るものでもよく、スパッタリング装置やイオン注入装置
やＣｖＤ装置の載置台でもよく、その他の真空装置の載
置台でもよいことは当然である。

また、上記実施例では半導体基板をシリコンウェハを用
いて説明したが、ガリウム・ヒ素のウニ八でも良く、種
々の半導体基板に適用できることは言うまでもな°い。

しかも、上記実施例では直径５インチのシリコンウェハ
の場合の載置面を用いて説明したが、半導体基板が等分
布荷重により変形した曲面と同一の曲面で載置面を凸状
に形成すればよく、上記実、施例に限定されるものでは
ない。

□ また、上記実施例では半導体基板と載置面との□　密着
状態をシート状合成高分子フィルムを設けた場合と設け
なかった場合について説明したが、合成高分子フィルム
は設けても設けなくてもどちらでも良い。

以上述べたようにこの実施例によれば、半導体基板周縁
をクランプして載置台兼下部電極に圧着保持してエツチ
ング処理を行う時、載置台兼下部電極を、半導体基板が
等分布荷重により変形した曲面と同一の曲面で載置面を
凸状に形成したので。

半導体基板と載置面は全面に渡り接触圧力が均一となり
、非接触部分の発生も防止できるので、半導体基板を所
望の処理条件下で均一に冷却可能とし、処理の均一性を
向上させることができる。しかも、クリーンで所望の真
空度の処理も効率よく行うことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、処理等に影響を与
えずに、半導体基板全面を密着載置及び冷却でき、均一
性を向上し安定した処理を効率よく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の半導体基板用載置台を適用したエツチ
ング装置を説明する為の構成図、第２図。 第３図は第１図の載置面の曲面を説明する為の図、第４
図は第２図の載置面にシート状合成高分子フィルムを設
けなかった場合の半導体基板と載置面の面圧の分布を示
す図、第５図は第４図の場合の半導体基板と載置面の非
接触間隔の分布を示す図。 第６図は第２図の載置面にシート状合成高分子フィルム
を設けた場合の半導体基板と載置面の面圧の分布を示す
図、第７１１は第６図の場合の半導体基板と載置面の非
接触間隔の分布を示す図、第８図は第１図のシート状合
成高分子フィルムの働きを説明する為の図、第９図は第
１図のエツチング速度と均一性とシート状合成高分子フ
ィルム枚数の関係を示す図である。 図において。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　半導体基板が等分布荷重により変形した曲面と同一の
   曲面で載置面を凸状に形成したことを特徴とする半導体
   基板用載置台。