(57)【要約】【課題】半導体製造装置で使用される静電型ウエハー保持装置にて、吸着が可能な導電性を持たせ、あらゆる反応性プラズマに耐え、かつ安価なダミーウエハー、クリーニングウエハーを提供すること。【解決手段】本発明のウエハー構造は、その材料として安価で化学的、熱的に安定な導電性ポリイミドシートと、剛性の高い導電性アラミド繊維層を積層融着整形させることで実現する。通常のポリイミドシートは絶縁体であるため、静電吸着型ウエハー保持装置に吸着できないが、本発明では導電性を持たせたポリイミドシートを使用し、上記二種の層を従来のウエハー厚さにまで積層熱圧着することで、既存の半導体製造プロセスで使用できるようにする。また、本発明の積層ウエハーの表面層硬さを、静電型ウエハー保持装置のウエハー装着面よりやわらかくすることで、同保持装置表面に付着のゴミ、パーティクルを取り込み、捕獲し、同装置外へ除去することを可能とした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハー処理装置等で使用するウエハーであって、その材質構成が複数の薄膜導電性ポリイミド製シートを積層し、熱融着成形することにより、静電型ウエハー保持装置に吸着脱可能としたことを特徴とする導電性積層ウエハー。
【請求項２】
材質構成が少なくとも一層の導電性アラミド系材料、あるいは同等なポリイミドより機械的強固な高分子材質からなる部位を含む、上記請求項１の導電性積層ウエハー。
【請求項３】
材質構成が少なくとも一層のシリコン材料、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐あるいは同等な半導体基盤材料からなる部位を表面となるよう構成した、上記請求項１、２の導電性積層ウエハー。
【請求項４】
半導体製造装置にて、前記請求項１、２、３いずれかの積層ウエハーの表面材質の機械的硬度を静電型ウエハー保持装置ウエハー装着面材質よりも低い材質で構成し、これら前記請求項１、２、３のウエハーを前記半導体製造装置内に導入、装着し、前記ウエハー保持装置に所定電圧を印加し、吸着力を一定時間維持させることで前記ウエハーを押し付け、前記保持装置表面に付着しているゴミ、パーティクルを前記ウエハー表面構成層に取り込み、所定電圧印加を解除し、吸着を解除し、前記半導体製造装置外に移送する、半導体製造装置クリーニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体製造プロセスで用いられている様々な装置に具備されている静電型ウエハー保持装置に吸着が可能なダミーウエハーの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダミーウエハーの用途としては以下三件が一般に実施されている。第一に、前記静電型ウエハー保持装置を有する半導体ウエハー処理装置に、搬送のみ、あるいは試験を目的としてダミー用ウエハーを使用する方法がある。第二に、静電型ウエハー保持装置を有する半導体ウエハー処理装置に、ダミーウエハーを導入し、前期ウエハー保持装置に装着することにより、前期ウエハー保持装置などに付着しているゴミなどの不要物を吸着させ、そのウエハーを回収することで、前記処理装置を清掃する方法がある。以下それぞれについて説明する。
【０００３】
半導体製造プロセスにおいて、例えば、プラズマエッチング装置、プラズマＣＶＤ装置、イオン注入装置、イオンドーピング装置、アッシング装置、ステッパー装置、リソグラフィー装置、その他ウエハーの各種物性評価、検査装置においてパーティクル評価などの検査目的、製品ウエハーのロット内およびロット間枚数調整、あるいは前記各装置のパーティクル除去などのコンデショニング時にシリコン製ダミーウエハーを一般的に使用していた。このシリコン製ダミーウエハーは、その表面に半導体素子を形成する通常品質のウエハーより純度、平坦度などが低く、価格も安価なものが使われる。
【０００４】
近年は、機械式クランプ機構が省略できるウエハー保持装置として静電吸着型のものが注目されているが、この保持装置に吸着可能とできるウエハーは、上記シリコンなど以下に説明するシリコンと同程度の導電性を持った材質から成るものに限られる。
【０００５】
プラズマエッチング装置などでは、化学的反応性が低いガラス状グラファイト製のダミーウエハーを用い、その寿命を延ばす提案が特開平７−２４０４０１号によって開示されている。また同様の目的で、特開２００１−３０２３９７号には硬質のＳｉＣを素材としたダミーウエハーが提案されている。
【０００６】
さらには本発明者により、窒化アルミニウム、アルミナ、または石英のいずれかの絶縁体基盤上片面にシリコン、炭化珪素などの導電層を形成したことを特徴とするダミーウエハーが、特開平１１−２９８００号に提案されている。
【０００７】
使用回数の増加とともに上記装置類の内部には、半導体素子形成、ウエハー処理上有害な様々な不要物、たとえばシリコンウエハーからの欠片、レジストの汚れ、プラズマ中で形成、あるいは金属性機械構成部材、真空容器材料から離脱する金属汚染物質、その他ウエハーの搬送により取り込まれたパーティクルなどが付着している。特に静電型ウエハー吸着装置ではこれら不要物による性能劣化に伴う装置動作維持、及び半導体素子性能に悪影響を与える懸念が大きく、未然にこれを防ぐ手段が定期的にとられている。これら半導体製造プロセスでのプラズマ発生装置のパーティクル除去などの清掃は現在のところ手作業による部品、容器掃除などで対応しているが、この手法は新たな人為的汚染を導入するため、なるべくダミーウエハーを使用するなどして、対応している。
【０００８】
このような用途に使われるダミーウエハーは一般にクリーニングウエハーと呼ばれ、近年半導体デバイスの微細化とともに、その役割が重要視されている。その例として、ダミーウエハーを装着後プラズマエッチャー装置の励起プラズマの状態を通常運転時よりも大きくして行うものが、米国特許ＵＳ５，７４６，９２８号に提案されている。また同様に特定のダミーウエハーに電荷を発生させた後、装着させて、清掃させるものが特開２０００−２６０６７１号に、ウエハー材質としてガラス状グラファイトを使うものが特開平７−２４０４０１号に開示されている。
【０００９】
さらには、本発明者により、導電性をもたせるため薄い銅などの金属性板をポリイミドシートなどで挟み込む構成により、プラズマ中での耐性を持たせる実験も行われて来たが、永年変化によりその周辺部位から前記使用金属の汚染が発生する危険性と、ウエハー表面の平坦度が出ないという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のダミーウエハーあるいはクリーニングウエハーでは以下の欠点を有している。
【００１１】
シリコン製ウエハーについては、エッチング装置内のプラズマでスパッタされやすく、また割れやすいという寿命などにおいて難点がある。その使用に当たっては使った回数などの管理が必要である。再生使用も可能であるが、新ウエハーを購入する場合に比べてもそれほど価格優位性が認められないので、結局、使い捨てとなってしまい、管理費用が高価になってしまう。
【００１２】
シリコンカーバイトはその材料そのものがシリコンに比べ大変高価であるため、安価な母材の表面にＣＶＤ法などで薄い同高純度材料を堆積させて形成するが、長く使っているとその母材の一部からの不純物が、プラズマの反応により析出し、同装置内部を汚染することになる。またこの材質は大変硬質なため静電ウエハー吸着装置などの接触面を傷つけてしまうという欠点を有する。
【００１３】
ガラス状グラファイトは耐酸化性が低いため、酸素プラズマ中ではスパッタ率が非常に大きくなり、短時間でパーティクル発生の、そして寿命が短くなる原因となる。この材料では、あらゆる反応性プラズマ雰囲気で使用することができない。
【００１４】
そこで、本発明では上記説明のように半導体製造装置で、寿命が長く、安価で、しかも万能な用途に使用できるダミーウエハーあるいはクリーニングウエハーを提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載のウエハーは第一にその材料として、大量生産で市場に広く使われている比較的安価な樹脂であるポリイミド製シートを使用する。通常のポリイミドシートは絶縁体であるため、静電吸着型ウエハー保持装置に吸着できないが、本発明では導電性を持たせたポリイミドシートを使用し、このシートを従来のウエハー厚さにまで積層することで、既存の半導体製造プロセスで問題なく使用できるようにする。ウエハー全体としての導電性を維持するため、各層は隣接する層とおのおの電気的に接触する方法で、接着する必要がある。
【００１６】
請求項２記載のウエハーは、上記積層ウエハーのシートの一部をより機械的に剛性の高いアラミド系繊維などにより構成することにより、従来のシリコン半導体、あるいはシリコンカーバイトなどと同等な機械的強度を持たせるものである。このアラミド材質も導電性を持ったものを使う。アラミド系材質は鋼材に比べ２０％軽量であるが７倍の引張強度有し、かつ柔軟性も持つ。また剛性の高い材質を積層構造に導入することで、ウエハーの平坦度が出しやすくなる、という効果がある。
【００１７】
請求項３記載のウエハーは上面、具体的例としては静電型ウエハー保持装置に吸着される側と反対の面のみを従来のシリコン、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐等の半導体材料にて製作するものである。他層部は請求項１、あるいは請求項２で示した導電性ポリイミドあるいは、導電性アラミド製材質を使用する。このような構成をとることで、従来使われているシリコン製ウエハー等と表面抵抗値などの電気的特性を一致させることができる。
【００１８】
請求項４記載の半導体製造装置のクリーニング方法は静電型ウエハー保持装置吸着面の微細なゴミ、パーティクルなどを積層ウエハーを構成している柔軟性を有するポリイミドの表面層に取り込み、これを装置外へ除去する手段である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態として一実施例を図１〜図２に基づいて説明する。
【００２０】
図１において、導電性積層ウエハー１ａを上底面二層の導電性ポリイミドシート２と、五層の導電性アラミド材質部３を熱融着形成することで構成する一実施例を挙げる。
【００２１】
ポリイミドシートは汎用商品として販売されているが、本発明では導電性のものを使用する必要があるため、デュポン社の「カプトンＸＣ」と呼ばれるものを使用する。一般的にポリイミド材質は−２７０℃〜４００℃までの耐熱性を有し、高弾性、機械的強度も合わせ持つ。また放射線、薬品などに対する耐性もある。従い、物理的、電気的、化学的に強い高分子材料であると言える。本発明では上記特性に加え、カーボン微粒子などの導電フィラーを添加して導電性を持たせたポリイミドシートを用いる。通常の半導体シリコンウエハーのシート抵抗値はおよそ１００〜１０００Ω／ｃｍ２であるが、本材質のシート抵抗値は５０〜１０００Ω／ｃｍ２とシリコンウエハー以下あるいは同等のシート抵抗値を有するため、静電吸着型ウエハー保持装置に吸着が可能となる。
【００２２】
アラミドと呼ばれる物質は衣類などで使われるナイロンと同じ分子結合をもつ、芳香族ポリアミドである。この物質の特徴は前述した高剛性に加えポリイミドと同等な対腐食性、柔軟性を持つ。本発明でのアラミド材質形態は太さ１０μｍ程度のアラミド繊維を編んだものである。積層ウエハー全体の導電性を維持するため、このアラミド材質もアラミド繊維の中にカーボン繊維などの導電フィラーを織り込んで導電性を付与したものを用いる。繊維状であるためそのシート抵抗値を計測することは困難であるが、体積抵抗率はおよそ１０６〜１０８Ω・ｃｍの範囲である。
【００２３】
半導体製造装置で使用するウエハーはある程度の平坦性が求められる。これはウエハーのたわみ、あるいは局所部で凸凹が存在すると、その搬送系、あるいは静電型ウエハー保持装置などで吸着力の不均一性のため、正常経路から脱落する危険が生じるためである。特に近年、及び将来のウエハー径の大型化（現在直径３００ｍｍ、将来直径４５０ｍｍ）に伴いその重要性が高まっている。本発明ではウエハーの構成材質としてポリイミド、アラミドなどの樹脂を使うので、ウエハーは高い柔軟性を有する。したがって、本発明によるウエハーを静電型ウエハー保持装置で吸着した場合、ウエハー全体が吸着面に倣って弾性変形するので、硬いシリコンウエハーなどと比べウエハーの保持吸着性を向上させる事ができる。
【００２４】
半導体製造装置で使われるウエハーはその寸法が標準化されているため、所定の厚さに作成する必要がある。導電性ポリイミドシート２の厚さは０．０４ｍｍであるため、たとえば８インチの積層ウエハーを製作する場合、標準の０．７５ｍｍの厚さにするため上下２層の導電性ポリイミドシート２の厚さが合計０．０８ｍｍ、導電性アラミド材質部３の合計厚さが０．６７ｍｍ、となるよう積層、整形することで、導電性積層ウエハーを形成する。各層貼り付けには接着剤は用いず、プラズマ処理を施した各層に、熱を加え力学的な圧力により接合する熱融着整形手法を用いる。これにより真空中での接着剤からのガス放出を懸念する必要がなく、係る作業工程も簡単になる利点がある。別の方法としては、エポキシ系の接着剤に導電性のものを使い、各層を貼り付け、成形することも可能である。
【００２５】
実験によると、本実施例により製作した導電積層ウエハーの体積抵抗率はおよそ１０２〜１０４Ω・ｃｍ程度の範囲であった。また表面粗さはおよそ０．１〜０．５μｍ程度が達成出来た。静電型ウエハー保持装置での吸着に関しても、半導体ウエハーと同等の保持力を維持できた。
【００２６】
積層ウエハー端面の端面処理はアラミド繊維などが露出していることから、水蒸気の吸着あるいは、繊維の離脱が懸念されるが、積層ウエハー端面全周を樹脂あるいは、ガラスなどで封じ込む処理を施すことで対応できる。樹脂の場合であると、両表面層の導電性ポリイミドシート２を導電性アラミド材質部３より大きく作成し、両表面層の導電性ポリイミドシート２どうしを外周部で接着させ、導電性アラミド材質部３を包み込んで、外部に露出させない構造とすることも出来る。
【００２７】
図２には積層表面下部に半導体基盤材料であるシリコン層を持つ導電性積層ウエハー１ｂを示す。この構成ではウエハー片表面を従来の半導体のシリコン材質部５で構成している一実施例を示す。図２には示していないが一面だけでなく両面ともシリコン材質部５で構成することも可能である。シリコン層の形成方法としてはスパッタ方式、ＣＶＤ方式などが考えられる。また、この表面に形成する材料としてシリコンだけでなくガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐などの半導体ウエハー材質が可能である。さらに、上記表面には半導体材質でなく、アルミ、銅、などの金属層を形成することが将来必要になることも考えられる。この場合形成方法はスパッタ手法、めっき手法等を用いることが可能である。片面をシリコン等の半導体とする構成にすることで、静電型ウエハー装置には柔軟性のある導電性ポリイミド等の樹脂が接触することで吸着を確かなものとし、かつ半導体製造装置内では従来のシリコン等で形成された面しか露出させないことにより、従来の半導体のみで製作されたウエハーとの表面電気特性などの物性面での相似性を高めることができる。
【００２８】
半導体素子を製造する上でその製造装置内でのゴミ、パーティクルなどが歩留まりを低下することが問題となる。近年では半導体素子を形成する表面だけでなく裏面、すなわち静電型ウエハー吸着装置に接触する片面の管理も要求されるようになってきた。これは裏面のゴミ、パーティクルが露光装置での焦点ズレを引き起こす。またゴミ、パーティクルが金属質の場合、洗浄層などの中でウエハーから離脱したそれらゴミ、パーティクルが次ぎに処理されるウエハーに付着するなどする。これが半導体接合領域などを汚染すると、その接合ポテンシャル設定が変動し、正しい設計の素子が形成できない。これらの事象について国際的な指針が国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）という機関でまとめられ、同インターネットホームページで公開されている、ｈｔｔｐ：／／ｐｕｂｌｉｃ．ｉｔｒｓ．ｎｅｔ／ｏたとえば西暦２００１年版フロントエンド処理の中で、許容パーティクルの指針は３００ｍｍ径ウエハーの場合、ウエハー表面ではクリティカルパーテクルサイズは０．０５８μｍでウエハー当たり９４個；同ウエハー裏面では０．２μｍ、４６８個、となっている。この指針の示す簡単なことは、ウエハーの裏面でゴミ、パーティクルを除去できる、ということである。通常の場合パーティクルはレーザースキャン方式のパーティクルカウンター装置に非測定ウエハーを装填して計測される。ウエハー裏面にパーティクルの存在が確認されるということは、ウエハーが移送中に、あるいはある半導体製造装置内で処理される間にパーティクルが付着し、その状態を保っていることを意味している。製造、出荷されたばかりの初期ウエハーへのパーティクル付着は原則皆無であること、また装置間の移送はクリーン度の高い環境下で行われることが一般的であるため、ウエハーの裏面パーティクル付着は接触する頻度が高い半導体製造装置内で起こっていると考えられる。よって、クリーニングウエハーの裏面によりゴミ、パーティクルなどを積極的に取り込み、捕獲することで、あるひとつの半導体製造装置から他の系へ拡散を防ぐことが可能になる。
【００２９】
本発明では特に請求項２、あるいは請求項３で挙げた構成、すなわち中間層に剛性の高いアラミド系材質を、そして静電型ウエハー保持装置などの吸着面に接触する面を、ポリイミド層で構成することにより、クリーニングウエハーとしてより実施しやすくなる。この構造では、吸着時にウエハー全面において均一な力でウエハー保持装置に押さえつけられる。均一にクリーニングウエハーが静電型ウエハー保持装置面に押さえつけられると、接触面全面に存在するミクロン単位のゴミ、パーティクルなどがクリーニングウエハー層、あるいはウエハー保持装置面に食い込むことになる。ここで、クリーニングウエハーの表面硬度をウエハー保持装置吸着表面よりも低くできると、よりいっそう、クリーニングウエハーの表面層に取り込まれやすくなる。静電ウエハー保持装置表面はたとえばシリコンカーバイト、アルミナなど、あるいは同等に硬い合金が可能である。シリコンカーバイトアルミナのヌープ硬度はそれぞれ２５００Ｈｋ、２１００Ｈｋである。ゴミ、パーティクルは組成が半導体製造に最も有害とされる鉄とすると３００Ｈｋである。そしてポリイミドは通常のプラステックと同程度で１００Ｈｋである。従い、クリーニングウエハーの表面は比較的やわらかく、静電吸着装置表面は硬い素材で形成する。吸着したいゴミ、パーティクルなどは一般的にクリーニングウエハーの表面よりも硬いものであると考えることができる。使用方法については本クリーニングウエハーを通常どおり半導体製造装置に導入し、静電型ウエハー保持装置に一定の印加電圧を加え、一定時間吸着させる。後、印加電圧を切り、吸着を解除、同装置外に移送する。この一連の流れを同製造装置が空いているとき、あるいは必要に応じ複数のクリーニングウエハー、たとえば一ロット実施し、必要ならばさらにそれを複数回繰り返す。また、クリーニングウエハーは片面ずつ色を変えて作っておくなどして識別し、その使用頻度、寿命を管理することもできる。また使用済みのウエハーはその表面を削ることで、付着しているゴミとともに除去することで、再生が可能である。
【００３０】
半導体エッチング装置での実験によると、セラミック表面の静電型ウエハー保持装置において、本実施例によるクリーニングウエハーの効果は、一回の着脱において１０〜１０００個の微少ゴミの除去が確認された。
【００３１】
本実施例では積層ウエハーの表面樹脂として導電性ポリイミドの例を揚げたが、他の物質たとえば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、アセチルセルロース、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アラミド、ポリカルボジイミド、ナイロンなどの樹脂に導電性を付与した物質、あるいはシリコンなどのゴム系物質を使用することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の積層ウエハー構成とすることで、従来では例えば円柱シリコン単結晶引き上げ後の輪切り切削による、円形ウエハー作成の後、表面研磨加工、厚さ管理などのコストのかかる製造プロセスを実施することなく、所定厚みの長いシートを互いに融着させることで先ず、所定厚さの積層シートを作成し、その後、円形、あるいは任意形状に成型加工するので、より大量生産に適する。これは素材の安さと相乗して、最終ウエハーの価格を下げる効果がある。また素材としてポリイミドを使用するので、反応性、酸化性プラズマなどのあらゆる使用環境に対して長期耐性のあるダミーウエハーを提供できる。またこのウエハーはその表面層の硬さを選定することで、静電型ウエハー保持装置表面のゴミ、パーティクルなどを取り除くクリーニングウエハーとして、効果を発揮する特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】硬性素材を積層ウエハーに埋め込ませる構造を持つウエハーの縦断面図である。
【図２】積層ウエハーの片面をシリコンなどの半導体材質で構成する例である。
【符号の説明】
１ａ    積層中間部にアラミド層を持つ導電性積層ウエハー
１ｂ    積層表面下部にシリコン層を持つ導電性積層ウエハー
２      導電性ポリイミドシート
３      導電性アラミド材質部
４      シリコン材質部
【図１】
2004214422.tif 000003
【図２】
2004214422.tif 000004