JPH09246238A - プラズマエッチング用平板状基台およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 プラズマエッチングを行なう際に半導体
ウエハを載置して保持するためのプラズマエッチング用
平板状基台は、半導体ウエハを載置するための全体とし
て平坦な載置面を有する導電性材料にて形成された基体
部を準備し、該基体部の少なくとも前記載置面上を覆う
ようにしてポリカルボシラン溶液を付与してポリカルボ
シラン層を形成し、その後、該ポリカルボシラン層を焼
成してＳｉＣ被膜層とすることによって、形成される。 【効果】 静電チャックの誘電体層を、プラズマに対し
て耐性のあるＳｉＣ被膜層にて、しかも静電吸着力を制
御し易い非常に薄い厚みの層として簡単に形成できるの
で、半導体ウエハのエッチング加工領域を制限すること
なく、全体として安価で寿命の長いプラズマエッチング
装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマエッチン
グを行なう際に半導体ウエハを載置して保持するための
プラズマエッチング用平板状基台およびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程の一つとして、半
導体ウエハのエッチング加工がある。この種のエッチン
グ加工には、種々あり、大きく分けると、ウエットエッ
チング（化学的エッチング）による加工と、ドライエッ
チングによる加工とがある。そして、ドライエッチング
としても、プラズマを利用した種々なエッチングがあ
り、ここでは、これらを総称してプラズマエッチングと
いうことにする。

【０００３】従来、半導体ウエハのプラズマエッチング
を行なうための装置として、添付図面の図４に略示する
ようなものがある。図４に示す装置は、いわゆる、平行
平板形エッチングを行なうもので、例えば、石英で形成
されたベルジャー１内に、平板状基台２と、平行平板電
極３とを配置している。ベルジャー１には、ベルジャー
１内に真空を引くためのポンプを接続するための排気ポ
ート１Ａと、ベルジャー１内に、例えば、フレオンガス
等のエッチングガスを導入するためのエッチングガス導
入ポート１Ｂとが設けられている。平板状基台２は、例
えば、アルミニウム等の導電性材料で形成されており、
その周辺には、例えば、石英やアルミナセラミックで形
成されたリング状把持爪２Ａが設けられている。

【０００４】このような装置にてエッチングを行なうに
は、図４に示されるように、エッチング加工すべき半導
体ウエハ５を平板状基台２の載置面上の適所に載置し
て、リング状把持爪２Ａにて固定保持する。ベルジャー
１内を排気した後、エッチングガスを導入して、平板状
基台２に、高周波電圧４または直流電圧を印加する。す
ると、平行平板電極３と平板状基台２との間にプラズマ
６が発生し、プラズマ６中に形成されたイオンが、電界
により半導体ウエハ５に垂直入射しエッチングが行われ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来の装置にお
いては、エッチングすべき半導体ウエハを固定保持する
ために平板状基台の周辺にリング状の把持爪を設けた、
いわゆる、メカクランプが使用されている。しかなが
ら、このようなリング状把持爪を用いるのでは、図４の
概略図からも分かるように、半導体ウエハの周辺部が把
持爪によって覆われてしまうので、半導体ウエハの周辺
部分を装置構成部分として使用できず、それだけ半導体
ウエハを構成するシリコン材料等の無駄が大きくなって
しまう。

【０００６】そこで、このような問題点を解消するもの
として、従来、いわゆる、静電チャックを利用したプラ
ズマエッチング用平板状基台が開発され、使用されてき
ている。この静電チャックを利用した従来の平板状基台
の概略構成を図５に示している。図５に示すように、こ
の従来の平板状基台は、アルミニウム等の導電性材料に
て上面が平坦面となるように形成された基体部２０と、
この基体部２０の平坦上面に、接着剤層２２を介して接
着された、例えば、３０μｍ程度の厚さのポリイミド樹
脂フィルム２１とを備えてなる。このポリイミド樹脂フ
ィルム２１は、静電チャックの誘電体層として作用する
もので、この誘電体層を介して導電性の基体部２０と、
吸着すべき半導体ウエハ５との間に吸着用の電圧を印加
するとき、その上に載置された半導体ウエハ５に対して
吸引力を及ぼすものである。このような平板状基台の構
成によれば、半導体ウエハ５は、静電力によって基台上
の所定位置に固定保持されるので、半導体ウエハ５の上
面の全体をプラズマに対して露出させることができるの
で、半導体ウエハの全表面に亘ってエッチング加工を行
なうことが可能となり、シリコン材料等の無駄をなくす
ることができる。

【０００７】しかしながら、静電チャックの誘電層を構
成しているポリイミド樹脂フィルム２１は、プラズマに
対して弱いもので、プラズマによって浸食されがちなも
のである。したがって、平板状基台に付与されたポリイ
ミド樹脂フィルムは、プラズマエッチング加工を行って
いる際にそのプラズマによって浸食されてしまい、装置
寿命が短くなってしまうという問題があった。そこで、
従来、このような装置寿命の問題を解決するために、静
電チャックの誘電体層としてのポリイミド樹脂フィルム
２１の代わりに、プラズマによって浸食され難い材料を
用いるものが種々提案されている。

【０００８】例えば、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、炭化珪
素（ＳｉＣ）、サファイア、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）等を、静電チャックの誘電体層として使用すること
が提案されている。プラズマエッチング用平板状基台の
静電チャックの誘電体層としての材料に要求される特性
としては、プラズマに対する耐性の他に、主として、熱
伝導性の良いこと、基体部２０のアルミニウム等、接着
剤層２２のエポキシ樹脂接着剤等と熱膨張係数ができる
だけ近いこと、良好な冷却効果が得られるように熱伝導
性が良好なこと、等がある。これらの観点から、炭化珪
素、最もよいものとして、サファイア、最近において
は、窒化アルミニウムが好んで使用されてきている。

【０００９】一方、静電チャックの誘電体層としては、
小さな吸引用電圧にて適度な吸着力が得られるようにす
るためには、厚みが出来るだけ薄い方が良いとされてい
る。ところが、炭化珪素、サファイヤ、窒化アルミニウ
ム等は、0.１mm程度の薄さに加工するのは不可能に近
い。また、サファイアは、非常に高価なものである。そ
の上、これらの材料による機械加工された薄い誘電体層
は、加工の段階にて反りを生じ易く、このように反りを
生じた誘電体層は、基体部の平坦面上に接着したりろう
付けするのが非常に難しくなってしまう。静電チャック
の誘電体層として実効的に作用する部分の厚みを出来る
だけ薄くするように、炭化珪素、サファイヤ、窒化アル
ミニウム等の板状体内に吸引用電圧を印加するための電
極を埋設するようにしたものもあるが、これでは、板状
体の全体の厚みがどうしても厚くなってしまい、小型化
や低価格化の上で問題となってしまう。

【００１０】前述したように、従来の静電チャックを利
用したプラズマエッチング用平板状基台もまた、耐プラ
ズマ性の点で問題があったり、小型化に支障があった
り、価格が高くなったり、組立てが難しくなったり、適
度な吸着力を得る点で問題があったり、基体部との熱膨
張率の差異の問題があったりで、どれも改良の余地のあ
るものであった。

【００１１】本発明の目的は、前述したような従来技術
の問題点を解消しうるようなプラズマエッチング用平板
状基台およびその製造方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点によ
れば、プラズマエッチングを行なう際に半導体ウエハを
載置して保持するためのプラズマエッチング用平板状基
台において、半導体ウエハを載置するための全体として
平坦な載置面を有する導電性材料にて形成された基体部
と、該基体部の少なくとも前記載置面上を覆うようにし
て付与されたポリカルボシランを焼成してなるＳｉＣ被
膜層とを備え、前記ＳｉＣ被膜層は、その上に載置され
た半導体ウエハを静電吸着する誘電体層として作用する
ことを特徴とする。

【００１３】本発明の好ましい実施例によれば、前記Ｓ
ｉＣ被膜層は、前記載置面を越えて前記基体部の側面ま
で延長している。

【００１４】本発明の別の好ましい実施例によれば、前
記基体部は、上部基体部と下部基体部とからなり、前記
上部基体部の前記載置面となる側とは反対側の下面には
凹溝が形成されており、前記下部基体部の上面にも凹溝
が形成されており、前記上部基体部の前記下面は、前記
下部基体部の前記上面に接着層を介して結合されてい
て、前記上部基体部の前記凹溝と前記下部基体部の前記
凹溝とは、互いに対応するもの同志が一緒に合わさって
冷却路を構成しており、前記ＳｉＣ被膜層は、前記載置
面を越えて前記基体部の側面まで延長していて、前記上
部基体部と前記下部基体部との前記接着層の端面を覆っ
ている。

【００１５】本発明のさらに別の好ましい実施例によれ
ば、前記基体部の前記載置面には、半導体ウエハを該載
置面から引き離す作用をする流体を通すための溝が形成
されており、前記ＳｉＣ被膜層は、前記溝の内壁面に沿
うようにして形成されている。

【００１６】本発明のさらに別の好ましい実施例によれ
ば、前記基体部は、カーボンで形成されていて、ヒータ
としても作用しうる。

【００１７】本発明の第二の観点によれば、プラズマエ
ッチングを行なう際に半導体ウエハを載置して保持する
ためのプラズマエッチング用平板状基台を製造する方法
において、半導体ウエハを載置するための全体として平
坦な載置面を有する導電性材料にて形成された基体部を
準備し、該基体部の少なくとも前記載置面上を覆うよう
にしてポリカルボシラン溶液を付与してポリカルボシラ
ン層を形成し、その後、該ポリカルボシラン層を焼成し
てＳｉＣ被膜層とすることを特徴とする。

【００１８】本発明の好ましい実施例によれば、前記ポ
リカルボシラン溶液を付与する前に、前記基体部の前記
載置面に、半導体ウエハを該載置面から引き離す作用を
する流体を通すための溝を形成しておき、前記ポリカル
ボシラン層を、前記溝の内壁面に沿うように形成する。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、添付図面の図１から図３
を、特に参照して、本発明の実施例について、本発明を
より詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明による一実施例としてのプ
ラズマエッチング用平板状基台の上に半導体ウエハを載
置した状態を示す概略断面図である。図２は、図１のプ
ラズマエッチング用平板状基台の概略平面図である。こ
れら図１および図２に示されるように、本発明によるプ
ラズマエッチング用平板状基台は、半導体ウエハ５を載
置するための全体として平坦な載置面を有する導電性材
料、例えば、アルミニウム、カーボンまたはカーボン補
強繊維コンポジットにて形成された基体部３０を備えて
いる。この基体部３０の全体的な形状は、従来の基体部
と同様でよいので、ここでは、それらについては、これ
以上説明しない。

【００２１】この実施例では、基体部３０の載置面に
は、図２の平面図によく示されるようなパターンにて溝
３１が形成されている。また、基体部３０には、図１の
断面図によく示されるように、凹溝３１の底部に通ずる
貫通孔３２が形成されている。基体部３０の半導体ウエ
ハ５の載置面および側面には、ポリカルボシランを焼成
してなるＳｉＣ被膜層３３が付与され、静電チャックの
誘電体層として作用するものとされている。このＳｉＣ
被膜層３３は、図１によく示されるように、基体部３０
の溝３１および貫通孔３２の内壁面に沿うようにして形
成されていて、半導体ウエハ５を載置面から引き離す作
用をするフレオンガスの如き流体を通すための溝３４お
よびガス導入通路３５を作り出している。

【００２２】基体部３０に付与されたＳｉＣ被膜層３３
の厚みは、５μｍから５０μｍが好ましく、こうするこ
とにより、静電チャックの誘電体層として、その上に載
置される半導体ウエハ５に対する適度な吸引力を及ぼす
ことができる。このような本発明の実施例のプラズマエ
ッチング用平板状基台によれば、図１に示すように、基
体部３０の載置面のＳｉＣ被膜層３３の上に、エッチン
グ加工すべき半導体ウエハ５を載置して、基体部３０と
半導体ウエハ５との間に静電チャックの吸引用電圧を印
加すれば、誘電体層であるＳｉＣ被膜層３３に対して半
導体ウエハ５が吸着されて所定位置に保持されることに
なる。エッチング加工の終了時には、吸引用電圧を除去
して、ガス導入通路３５を通してフレオンガス等の流体
を吹き込むことにより、溝３４に流れ込んだ流体の押し
上げ力により、半導体ウエハ５は、基体部３０の載置面
から引き剥がされることになる。なお、溝３４へ吹き込
む流体の圧力を高めることにより、静電チャックの吸引
用電圧を印加したまままでも、その吸引力に抗して、半
導体ウエハ５を浮き上がらせて、載置面から引き剥がす
ようにすることもできる。また、半導体ウエハを載置面
から引き離すには、このような流体圧に頼る方法の他
に、基体部３０に吸引用電圧とは逆の電圧を印加した
り、基体部の底部から上部へと突き出すような突き上げ
ロッドを使用することによることもでき、このような場
合には、溝３４やガス導入通路３５を設ける必要はな
い。さらにまた、前述の説明は、ＳｉＣ被膜層３３を単
極型の静電チャックの誘電体層として使用する場合であ
ったが、本発明は、これに限るものではない。例えば、
基体部３０内に適当に絶縁された複数の吸引電圧印加用
電極を埋設するようにすることにより、双極型静電チャ
ックまたは櫛型静電チャックとしても作動させることが
できる。

【００２３】次に、前述したような構成を有する本発明
の一実施例としてのプラズマエッチング用平板状基台を
製造する方法について説明する。先ず、アルミニウム、
カーボンまたはカーボン補強繊維コンポジットにて、図
１および図２に示したような形状の基体部３０を形成す
る。基体部３０には、溝３１および貫通孔３２を予め形
成しておく。次いで、ポリカルボシランの溶液を用意す
る。このポリカルボシラン溶液を、基体部３０の半導体
ウエハ５の載置面および側面に、適当な厚みに付与す
る。この付与方法は、例えば、ディッピング方法でも、
コーティング方法でも、任意の方法でよい。ポリカルボ
シラン溶液の付与層の厚みは、例えば、５μｍから５０
μｍ程度の任意の厚みでよいが、この実施例では、１０
μｍ厚とする。この実施例においてより重要なことは、
ポリカルボシラン溶液付与層は、基体部３０の溝３１お
よび貫通孔３２の内壁面にも同じような厚みにて付与さ
れるということであり、溝３１および貫通孔３２のそれ
ぞれにおいて、溝３４およびガス導入通路３５が形成さ
れうるようなものとするということである。最後に、ポ
リカルボシラン溶液層を付与された基体部３０を、適当
な炉中において、約６００°Ｃから１０００°Ｃにて焼
成する。すると、ポリカルボシラン溶液層は、ＳｉＣ被
膜層３３として焼成される。ＳｉＣ被膜層３３の厚み
は、焼成によって５％程度の収縮により、約9.５μｍ程
度となる。

【００２４】このような製造方法によれば、非常に薄い
ＳｉＣ被膜層を非常に簡単に形成できるだけでなく、基
体部の側面にも同時にＳｉＣ被膜層を形成することが容
易にでき、プラズマに対する保護を行なうことができ
る。また、半導体ウエハの引き離しを行なうためのガス
を吹き込むための溝およびガス導入通路も非常に容易に
形成できる。

【００２５】図３は、本発明による別の実施例としての
プラズマエッチング用平板状基台の概略断面図である。
この実施例のプラズマエッチング用平板状基台の全体構
造は、図１および図２に関して説明した実施例のものと
同じであるので、異なる部分についてのみ以下説明す
る。この実施例では、基体部４０が、上部基体部４０Ｂ
と下部基体部４０Ａとからなっている。この実施例で
は、上部基体部４０Ｂおよび下部基体部４０Ａは、とも
にカーボンで形成されている。そして、上部基体部４０
Ｂの載置面となる側とは反対側の下面には凹溝４５Ｂが
形成されており、下部基体部４０Ａの上面にも同様の凹
溝４５Ａが形成されている。上部基体部４０Ｂの下面
は、下部基体部４０Ａの上面に接着層４６を介して結合
されていて、上部基体部４０Ｂの凹溝４５Ｂと下部基体
部４０Ａの凹溝４５Ａとは、互いに対応するもの同志が
一緒に合わさって冷却路を構成している。

【００２６】このように上部基体部４０Ｂと下部基体部
４０Ａとを結合させることにより形成された基体部４０
の半導体ウエハ５の載置面および側面には、図１および
図２の実施例と同様に、ＳｉＣ被膜層４３が付与焼成形
成されている。この実施例のような構造とすると、冷却
剤を流すための冷却路の形成が非常に容易にできる。接
着層４６があっても、側面に形成されたＳｉＣ被膜層４
３によって、その接着層４６の端面が覆われているの
で、プラズマに対して充分に保護されている。その上、
基体部４０がカーボンで形成されているので、これを、
ヒータとして作用させることも可能となる。

【００２７】

【発明の効果】プラズマエッチング用平板状基台におい
て、静電チャックの誘電体層を、プラズマに対して耐性
のあるＳｉＣ被膜層にて、しかも静電吸着力を制御し易
い非常に薄い厚みの層として簡単に形成できるので、半
導体ウエハのエッチング加工領域を制限することなく、
全体として安価で寿命の長いプラズマエッチング装置を
提供できる。

【００２８】ＳｉＣ被膜層を基台の載置面を越えて側面
まで形成することも容易であるので、基台の基体部の側
面がプラズマによって浸食され難いものとすることがで
きる。これにより、例えば、基体部の形成材料であるア
ルミニウム金属粉やカーボン材料粉等が飛散して、装置
内部を汚染するようなことも防止できる。

【００２９】基台の基体部に予め溝を形成しておいてか
らポリカルボシラン溶液層を付与して焼成することによ
り、半導体ウエハの引き剥がしのためのガス吹込み溝を
容易に形成できるので、製造コストを低減することが可
能である。

【００３０】基体部を接着剤層にて互いに結合される２
つの部材にて構成することも可能となるので、この場合
には、冷却剤を通すための冷却路の形成も容易で、カー
ボンにてこれを構成することも容易となり、基体部をヒ
ータとして兼用することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による一実施例としてのプラズマエッチ
ング用平板状基台の上に半導体ウエハを載置した状態を
示す概略断面図である。

【図２】図１のプラズマエッチング用平板状基台の概略
平面図である。

【図３】本発明による別の実施例としてのプラズマエッ
チング用平板状基台の概略断面図である。

【図４】従来の半導体ウエハのプラズマエッチングを行
なうための装置の一例を示す概略図である。

【図５】半導体ウエハのプラズマエッチングを行なうた
めの装置に使用する従来の静電チャックを利用したプラ
ズマエッチング用平板状基台の概略断面図である。

【符号の説明】

１ ベルジャー ２ プラズマエッチング用平板状基台 ２Ａ リング状把持爪 ３ 平行平板電極 ４ 高周波電圧 ５ 半導体ウエハ ６ プラズマ ３０ 基体部 ３１ 溝 ３２ 貫通孔 ３３ ＳｉＣ被膜層 ３４ 溝 ３５ ガス導入通路 ４０ 基体部 ４０Ａ 下部基体部 ４０Ｂ 上部基体部 ４３ ＳｉＣ被膜層 ４５Ａ 凹溝 ４５Ｂ 凹溝 ４６ 接着層

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマエッチングを行なう際に半導体
   ウエハを載置して保持するためのプラズマエッチング用
   平板状基台において、半導体ウエハを載置するための全
   体として平坦な載置面を有する導電性材料にて形成され
   た基体部と、該基体部の少なくとも前記載置面上を覆う
   ようにして付与されたポリカルボシランを焼成してなる
   ＳｉＣ被膜層とを備えており、前記ＳｉＣ被膜層は、そ
   の上に載置された半導体ウエハを静電吸着する誘電体層
   として作用することを特徴とするプラズマエッチング用
   平板状基台。
2. 【請求項２】 前記ＳｉＣ被膜層は、前記載置面を越え
   て前記基体部の側面まで延長している請求項１記載のプ
   ラズマエッチング用平板状基台。
3. 【請求項３】 前記基体部は、上部基体部と下部基体部
   とからなり、前記上部基体部の前記載置面となる側とは
   反対側の下面には凹溝が形成されており、前記下部基体
   部の上面にも凹溝が形成されており、前記上部基体部の
   前記下面は、前記下部基体部の前記上面に接着層を介し
   て結合されていて、前記上部基体部の前記凹溝と前記下
   部基体部の前記凹溝とは、互いに対応するもの同志が一
   緒に合わさって冷却路を構成しており、前記ＳｉＣ被膜
   層は、前記載置面を越えて前記基体部の側面まで延長し
   ていて、前記上部基体部と前記下部基体部との前記接着
   層の端面を覆っている請求項１記載のプラズマエッチン
   グ用平板状基台。
4. 【請求項４】 前記基体部の前記載置面には、半導体ウ
   エハを該載置面から引き離す作用をする流体を通すため
   の溝が形成されており、前記ＳｉＣ被膜層は、前記溝の
   内壁面に沿うようにして形成されている請求項１または
   ２または３記載のプラズマエッチング用平板状基台。
5. 【請求項５】 前記基体部は、カーボンで形成されてい
   て、ヒータとしても作用しうる請求項１または２または
   ３または４記載のプラズマエッチング用平板状基台。
6. 【請求項６】 プラズマエッチングを行なう際に半導体
   ウエハを載置して保持するためのプラズマエッチング用
   平板状基台を製造する方法において、半導体ウエハを載
   置するための全体として平坦な載置面を有する導電性材
   料にて形成された基体部を準備し、該基体部の少なくと
   も前記載置面上を覆うようにしてポリカルボシラン溶液
   を付与してポリカルボシラン層を形成し、その後、該ポ
   リカルボシラン層を焼成してＳｉＣ被膜層とすることを
   特徴とするプラズマエッチング用平板状基台の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記ポリカルボシラン溶液を付与する前
   に、前記基体部の前記載置面に、半導体ウエハを該載置
   面から引き離す作用をする流体を通すための溝を形成し
   ておき、前記ポリカルボシラン層を、前記溝の内壁面に
   沿うように形成する請求項６記載のプラスチックエッチ
   ング用平板状基台の製造方法。