JPH10107130A - ウエハ保持具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウエハへのパティクルの付着を低減する。 【解決手段】半導体ウエハの周縁を保持する略リング状
をしたセラミック製の板状体からなるウエハ保持具の少
なくとも頂面及び内壁面に耐熱性樹脂膜を被着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程におけるエッチングや成膜、あるいはフォトレジス
トに対する露光処理等に用いられる各種処理装置におい
て、半導体ウエハを保持するために使用するウエハ保持
具に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程におけるエ
ッチングや成膜、あるいはフォトレジストに対する露光
処理等に用いられる各種処理装置においては、半導体ウ
エハを載置台の上に配置し、該ウエハの周縁を略リング
状をしたウエハ保持具で押さえ付けて保持するようにし
たものがあった。

【０００３】例えば、半導体ウエハにエッチング処理を
施す場合、上記半導体ウエハを保持した載置台を有する
処理室内にエッチング用ガスとしてフッ素系や塩素系の
腐食性ガスを供給するとともに、プラズマを発生させる
ことにより、半導体ウエハに微細加工を施すようになっ
ていた。

【０００４】そして、上記半導体ウエハを保持するウエ
ハ保持具には、処理中プラズマに常に曝されるとともに
高温に加熱されることから、耐熱性及び耐プラズマ性を
有する材質により形成する必要があり、これらを構成す
る材質として石英、あるいは高純度のアルミナセラミッ
クスや窒化アルミニウム質セラミックスで形成したもの
があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウエハ保持
具を石英で形成したものではエッチングされ易く、短期
間で寿命となってしまうとともに、剛性が低いために高
精度に半導体ウエハを保持することができないといった
課題があった。

【０００６】また、ウエハ保持具をアルミナセラミック
スや窒化アルミニウム質セラミックスで形成したものは
耐プラズマ性には優れているものの、腐食性ガスと反応
し易く反応膜を形成するために、該反応膜が電位勾配に
より加速されたイオンとの衝突によりエッチングされ、
その微粉がウエハにパーティクルとして付着するために
悪影響を与えるといった課題があった。

【０００７】即ち、上記ウエハ保持具を構成するアルミ
ナセラミックスや窒化アルミニウム質セラミックスは、
エッチング用ガスとして処理室内に供給された腐食性ガ
ス、特にフッ素系ガスと反応して、ウエハ保持具の頂部
や内外壁面に反応膜としてＡｌＦ₃ 膜を形成する。そし
て、このＡｌＦ₃ 膜は電位勾配により加速されたイオン
との衝突によりエッチングされ、その微粉がウエハにパ
ーティクルとして付着することになる。

【０００８】また、エッチングされた微粉は処理室内に
残留しているため、エッチング処理を終えたウエハを搬
送し、次のウエハを保持するまでの間、載置台が処理室
内に露出するため、載置台の支持面には処理室内に残留
した反応膜の微粉が堆積し、その上にウエハを載置する
と、微粉がウエハにパーティクルとして付着することに
なる。

【０００９】その為、ウエハ保持具の表面に形成された
反応膜を定期的に除去しなければならないことは勿論の
こと、処理室内にも反応膜の微粉が付着することから、
処理室の洗浄も定期的に行う必要があり、その度に装置
を停止しなければならず、製造効率を向上させることが
できなかった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、半導体ウエハの周縁を保持する略リング状を
したセラミック製の板状体からなり、該板状体の少なく
とも頂面及び内壁面に耐熱性樹脂膜を被着してウエハ保
持具を構成したものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は本発明に係るウエハ保持具を用いたプ
ラズマエッチング装置を示す概略図であり、処理室２５
内に配置する載置台２１の上にシリコン等のウエハ２０
を配置し、上記ウエハ２０の周縁を略リング状をしたウ
エハ保持具１０により押さえ付けて保持してある。ま
た、載置台２１を挟んで上下部にはプラズマ発生用電極
２２、２３を配設してあり、高周波電圧を印加して腐食
性ガス下でプラズマを発生させることにより、ウエハ２
０をプラズマエッチングするようになっている。

【００１２】また、図２（ａ）、（ｂ）に上記ウエハ保
持具１０の詳細を示すように、中央に開口部２を有する
とともに、該開口部２に連通し、ウエハ２０の外形状に
合致する第１の凹部３ａと、該凹部３ａに連通し、載置
台２１の外形状に合致する第２の凹部３ｂをそれぞれ備
え、かつ外周部に段差部４を備えてなる略リング状をし
た板状体１をしたもので、該板状体１はセラミックスに
より形成するとともに、その頂面１ａ及び内外壁面１
ｃ、１ｄに耐熱性樹脂膜５を被着してある。

【００１３】このように、本発明はウエハ保持具１０を
なす板状体１そのものを高剛性を有するセラミックスで
形成してあることから、載置台２１に配置するウエハ２
０を確実に保持することができる。また、板状体１の少
なくとも頂面１ａ及び内壁面１ｃに耐熱性樹脂膜５を被
着してあることから、ウエハ２０へのパーティクルの付
着を大幅に低減することができる。

【００１４】即ち、耐熱性樹脂はセラミックスの耐プラ
ズマ性と同等あるいは若干劣る程度であるものの、処理
室２５内に供給される腐食性ガスと反応膜を作ることな
く蒸発し、ガスとして排出させることができるため、従
来のセラミックスのみからなるウエハ保持具のように反
応膜がエッチングされることによる微粉の発生がなく、
それ故、ウエハ２０へのパーティクルの付着を防ぐこと
ができるとともに、反応膜除去の洗浄を施す必要も殆ど
ない。しかも、微粉の発生がないため処理室２５内への
パーティクルの付着も少ないことから処理室２５内の洗
浄を施す必要も殆どない。

【００１５】また、板状体１に被着した耐熱性樹脂膜５
がエッチングにより摩耗したとしても、再度、被着し直
せばよく、セラミックスからなる板状体１はそのまま再
使用することができるため経済的である。

【００１６】ところで、板状体１に被着する耐熱性樹脂
膜５としてはエッチング処理の雰囲気温度（２００〜５
００℃程度）に耐えるとともに、フッ素系や塩素系等の
腐食性ガスに対し高い耐蝕性を有するものが良く、例え
ば、ポリテトラフルオルエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラ
フルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン（ＦＥ
Ｐ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（Ｅ
ＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ハーフルオロアル
キルビニールエーテル共重合体（ＰＦＡ）等のフッ素樹
脂やポリイミド樹脂（ＰＡＢＭ）、ポリベンズイミダゾ
ール樹脂（ＰＢＩ）等が好適に使用することができる。

【００１７】これらの樹脂は表１にその特性を示すよう
に、耐熱温度がエッチング処理や低温の成膜処理、ある
いはクリーニング処理の雰囲気温度である２００〜５０
０℃程度の範囲にあり、また、使用する腐食性ガスによ
っては従来より使用されている石英や窒化アルミニウム
質セラミックスより優れた耐蝕性を有している。

【００１８】

【表１】

【００１９】これらの中でも特にポリベンズイミダゾー
ル樹脂（ＰＢＩ）は耐熱温度が６００℃と充分な耐熱性
を有するとともに、腐食性ガスに対するエッチングレー
トも４８０〜５６０Ａ／ｍｉｎとアルミナセラミックス
に対し２倍程度腐食し易いだけであるため、樹脂膜５の
再被着回数が少なくて済み経済的である。

【００２０】なお、本発明でいう耐熱樹脂膜５は表１に
示したものだけに限定されるものではなく、少なくとも
２００℃以上の耐熱性を有するとともに、フッ素系や塩
素系等の腐食性ガスに対し高い耐蝕性を有するものであ
れば良い。また、これらの耐熱性樹脂膜５を板状体１に
被着する手段としては、スプレーやスクリーン印刷、あ
るいは浸漬等により適宜行えば良い。

【００２１】ただし、被着する耐熱性樹脂膜５の厚みｔ
が薄すぎると、短期間のうちにプラズマによりエッチン
グされて摩耗して使用不能となることから、少なくとも
１０μｍ以上の厚みｔをもって被着することが良い。ま
た、耐熱性樹脂膜５の表面状態が粗すぎるとエッチング
の影響を受け易いことから、耐熱性樹脂膜５の表面状態
は中心線平均粗さ（Ｒａ）で３μｍ以下とすることが良
い。

【００２２】一方、板状体１を構成するセラミックスと
しては、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニ
ウム等のセラミックスで形成すれば良い。これらのセラ
ミックスは表２に示すように比剛性が０．３×１０⁹ ｃ
ｍ以上と充分な剛性を有するとともに、熱膨張係数が
２．５〜７．５×１０^-6／℃とシリコン等のウエハ２０
の熱膨張係数に近似していることから、ウエハ２０を確
実に押さえ付けて保持することができる。

【００２３】

【表２】

【００２４】また、図１に示すウエハ保持具１０では板
状体１の頂面１ａ及び内外壁面１ｃ、１ｄに耐熱性樹脂
５を被着した例を示したが、板状体１の頂面１ａと内壁
面１ｃにのみ耐熱性樹脂膜５を被着した場合、外壁面１
ｄがプラズマ及び腐食性ガスに曝されることになるた
め、このような場合には板状体をセラミックスの中でも
耐プラズマ性及び耐蝕性に優れるアルミナや窒化アルミ
ニウムにより形成することが好ましい。

【００２５】さらに、耐熱性樹脂膜５を被着する部位の
板状体１の表面が粗すぎると耐熱性樹脂膜５を被着した
時に欠け等が発生して密着性が低下し、逆に滑らか過ぎ
ると耐熱性樹脂膜５を被着することができなくなる。そ
の為、耐熱性樹脂膜５を被着する板状体１の表面は中心
線平均粗さ（Ｒａ）で０．５〜６μｍとすることが必要
である。

【００２６】なお、本発明に係るウエハ保持具１０は図
１に示す形状をしたものだけに限らず、少なくともウエ
ハ保持具１０そのものがセラミックスからなり、少なく
とも頂面１ａ及び内壁面１ｃに耐熱性樹脂膜５を被着し
たものであれば良い。

【００２７】

【実施例】本発明に係るウエハ保持具１０と従来のウエ
ハ保持具を用意し、これらを図１に示すようなエッチン
グ装置に組み込んで６インチのウエハ２０にエッチング
加工を施し、ウエハ２０に付着するパーティクル数につ
いて測定を行った。

【００２８】本実験ではプラズマ発生用電極２２、２３
に６００Ｗの電力を印加してプラズマを発生させるとと
もに、処理室２５内にエッチング用ガスとしてＣＨ₄ と
ＣＨＦ₃ の混合ガスと雰囲気ガスであるＡｒを供給して
エッチング処理を施し、ウエハ処理枚数が１００枚目の
ウエハ２０に付着するパーティクル数をパーティクルカ
ウンターにより測定した。

【００２９】また、本発明のウエハ保持具１０には、純
度９９．５％のアルミナセラミックスからなる板状体１
の頂面１ａ及び内外壁面１ｃ、１ｄに耐熱性樹脂膜５と
してポリベンズイミダゾール樹脂（ＰＢＩ）を被着した
ものを使用し、従来のウエハ保持具には、純度９９．５
％のアルミナセラミックス及び石英で形成したものをそ
れぞれ用意した。

【００３０】測定結果は表３に示す通りである。

【００３１】

【表３】

【００３２】この結果、石英からなる従来のウエハ保持
具は、パーティクル数が１５０個程度とほとんど付着が
見られなかったものの、摩耗量が１０μｍと大きく、短
期間で寿命となってしまった。

【００３３】また、アルミナセラミックスからなる従来
のウエハ保持具はプラズマによる大きな摩耗は見られな
かったものの、表面に形成された腐食性ガスとの反応膜
がエッチングされ、ウエハ２０に３６５０個のパーティ
クルが付着していた。

【００３４】これに対し、本発明のウエハ保持具１０は
プラズマによる摩耗が２．５μｍとアルミナセラミック
スと比べて若干劣る程度で大きな摩耗は見られず、ま
た、パーティクル数も５５個と殆どウエハ２０に微粉の
付着が見られなかった。

【００３５】このように、本発明に係るウエハ保持具１
０を用いれば、ウエハ２０へのパーティクルの付着が殆
どなく、また、ウエハ保持具１０そのものの洗浄を殆ど
行う必要がない。また、プラズマによる耐熱性樹脂膜５
の摩耗も少ないことから、長期間にわたり使用できると
ともに、耐熱性樹脂膜５が摩滅したとしても再被着し直
すだけで再使用することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
ウエハの周縁を保持する略リング状をしたセラミック製
の板状体からなり、該板状体の少なくとも頂面及び内壁
面に耐熱性樹脂膜を被着してウエハ保持具を構成したこ
とにより、腐食性ガスとの反応生成物を生成することが
なく、ウエハへのパティクルの付着を大幅に低減するこ
とができる。その為、ウエハ保持具及び処理室内の洗浄
を殆ど施す必要がないため、製造効率を向上させること
ができる。しかも、耐熱性樹脂膜が摩耗したとしても再
被着し直すだけで再使用することができ経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウエハ保持具を用いたプラズマエ
ッチング装置を示す概略図である。

【図２】本発明に係るウエハ保持具を示す図であり、
（ａ）は斜視図、（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。

【符号の説明】

１・・・板状体、 ２・・・開口部、孔３ａ，３ｂ・・
・凹部、４・・・段差部、 ５・・・耐熱性樹脂膜、
１０・・・ウエハ保持具

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハの周縁を保持する略リング状
   をしたセラミック製の板状体からなり、該板状体の少な
   くとも頂面及び内壁面に耐熱性樹脂層が被着してあるこ
   とを特徴とするウエハ保持具。