(57)【要約】      【課題】  静電チャック可能で耐プラズマ性などに優れた気相工程用トレーを提供する。      【解決手段】  厚み０．０５〜１ｍｍで開気孔率５〜５０％である無機連続気孔焼結体を保護基板として、半導体基板に接着してなる静電チャック用の気相工程用トレー。      【効果】  従来の静電チャック機能を実質的に改良せずに使用可能とできる耐塩素プラズマ等を用いる気相工程用トレーが提供できる。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み０．０５〜１ｍｍで開気孔率５〜５０％である無機連続気孔焼結体を保護基板として、半導体基板に接着してなる静電チャック用の気相工程用トレー。
【請求項２】
該半導体基板が、厚み０．３〜０．８ｍｍのシリコン・ウェハーである請求項１記載の気相工程用トレー。
【請求項３】
該無機連続気孔焼結体が、窒化アルミニウム−窒化硼素複合体（ＡｌＮ−ｈ−ＢＮ）、窒化アルミニウム−炭化珪素−窒化硼素複合体（ＡｌＮ−ＳｉＣ−ｈ−ＢＮ）、アルミナ−窒化硼素複合体（Ａｌ２Ｏ３−ｈ−ＢＮ）から選択したものである請求項１記載の気相工程用トレー。
【請求項４】
該無機連続気孔焼結体からなる保護基板が、アルミニウム系有機化合物による熱分解を伴う表面処理したものである請求項１記載の気相工程用トレー。
【請求項５】
該無機連続気孔焼結体からなる保護基板が、さらに、熱硬化性樹脂溶液による気孔内壁面への密着含侵処理したものである請求項４記載の気相工程用トレー。
【請求項６】
該接着を、熱可塑性ポリイミド樹脂にて行う請求項１記載の気相工程用トレー。
【請求項７】
該無機連続気孔焼結体からなる保護基板が、被加工品積載用の補助加工をしてなるものである請求項１記載の気相工程用トレー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェハーなどの静電チャック可能な基板に、耐プラズマ性などに優れた保護基板を接着してなる気相工程用トレーを提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器は、小型化、薄型、軽量化のニーズが要求され、身近には、携帯電話やＩＣカ−ドで代表されるように益々、薄型化が進展している。
これらを支える製造技術の進展、特にドライエッチング技術に見られる半導体の微細加工技術は、半導体加工に止まらず、半導体加工、機械加工、電子回路技術を融合した製造技術として、種々の超小型機器、いわゆるマイクロマシンの製造技術として大きく発展しつつある。圧力、加速度、赤外線などの光、磁気、熱などの各種センサー、マイクロリレー、光スイッチ、マイクロバルブ、フィルターなどへの応用、さらにマイクロガスクロマトグラフィーなどの化学分析システム、バイオセンサー、ＤＮＡチップなど、極めて多岐に渡る応用開発が行われ、機械、通信、医療などの分野で必要不可欠な部品やデバイスとして一部実用化され、今後、大きく発展していくものと期待されている。
【０００３】
この微細加工技術を支えるドライエッチングは、典型的には、シリコン・ウェハーなどに耐エッチング性レジストパターンを形成し、これを耐エッチング性の保護膜を形成したシリコン・ウェハーなどを保持基板として用いてその上に載せ、静電チャックにてエッチングゾーンに移送保持し、ここで保持基板を冷却してエッチング温度を一定とするように制御しつつ、塩素プラヅマなどを用いてエッチング加工した後、酸素プラズマなどにてレジストを除去することからなる工程を、適宜、複数回繰り返すことにより所望の立体形状を作製することによる。
【０００４】
この工程の加工精度は、レジスト膜の作製精度もあるが、特に、エッチング速度のバラツキをより小さくすることにより高精度が達成される。エッチングは、化学反応にて、例えば、露出している固体のシリコンを気体クロルシランとして取り除くことによる。この反応は、（１）反応剤である塩素プラズマの固体シリコン上への供給、（２）クロルシランの生成、（３）反応にて生成したクロルシランの系外への排除にて完結する。このプロセスは、反応剤および反応生成物が気体であることから、（１）と（３）とは比較的容易に制御可能であることから、液相反応に比較すると無視可能なほど影響は小さい。
しかし、（２）は発熱反応である。化学反応速度は温度に大きく依存する。エッチング量の精密制御は、この反応温度をより厳密に制御することであり、これはキャリァーガスの使用、その他により、ある程度の制御は可能であるが、高い熱伝導率の保持基板を用いて接触冷却にて強制的に所定温度に保つことが最も効果的である。
また、保持基板は、エッチング剤に侵されないことが、繰り返し使用回数の点から必要である。これは、また保持基板や耐エッチング保護膜がエッチングされて発熱することがなく、より精密な温度制御を可能とする点からも望ましい。
【０００５】
従来、このような用途の保持トレーとしては、炭化珪素や有機保護膜を形成したシリコン・ウェハーがある。炭化珪素は半導体特性を有することから静電チャック可能であるが、ハロゲンプラズマに弱く、そのままではシリコンと同様に使用は困難であり、ポリイミドなどの保護膜を形成して用いる必要があった。有機保護膜として用いるポリイミドはプラズマに徐々に侵されるとの問題があった。また、炭化珪素は極めて硬く、加工が困難であることから補助加工にて所望の補助機能を付与することも困難とである。
これらの改良として、カーボンを用いて所望形状とした後、その表面に炭化珪素膜を形成してなるもの（特開平５−２８３３５１号公報、特開平１０−２２３５４６号公報など）、炭化珪素に代えて窒化アルミニウム皮膜を形成したもの（特開平１０−７４７０５号公報）がある。皮膜の形成方法は本体と形成した皮膜との間の密着性および歪みの発生の問題があり、十分な実用性を示すまでには至っていない。
【０００６】
また、耐プラズマエッチング性の極めて優れた窒化アルミニウムを使用したものが開示（特開平７−８６３７９号公報、特開平７−１５３７０６号公報、特開平８−３０６６２９号公報、特開平１１−１００２７０号公報、特開２０００−６３１７９号公報など）されている。例えば、特開平７−８６３７９号公報は、窒化アルミニウムを主体とする本体に窒化アルミニウムからなる緻密な皮膜を形成し、本体内部に発熱回路を設けたものを開示する。また、特開平１１−１００２７０号公報、特開２０００−６３１７９号公報は、少量の希土類元素や微量のリチウムを添加して半導体性を付与して静電チャック性をもたせたものを開示する。これらは耐プラズマエッチング性の点では優れたものであるが、窒化アルミニウムは炭化珪素と同様に加工が困難であるという欠点がある。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−２８３３５１号公報
【特許文献２】特開平１０−２２３５４６号公報
【特許文献３】特開平１０−７４７０５号公報
【特許文献４】特開平７−８６３７９号公報
【特許文献５】特開平７−１５３７０６号公報
【特許文献６】特開平８−３０６６２９号公報
【特許文献７】特開平１１−１００２７０号公報
【特許文献８】特開２０００−６３１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記から、耐エッチング性と高い熱伝導率を有し、かつ、静電チャック可能な保持基板の要求があることは明白である。そして、この保持基板は、使用条件下、被エッチング物を保持基板上に安定的に保持できるとの要件も極めて重要である。このためには、被加工品（被エッチング物）の搭載部、並びにその周囲には、適宜、このための補助加工や補助具の設置を行えるものであることがより好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題の解決のために、静電チャック可能、特に，従来の工程にそのまま適用可能で、高い熱伝導率と、耐エッチング性とを両立させ、さらに適宜、補助加工による補助具の取り付けなどの容易な気相工程用トレーを開発すべく鋭意検討した結果、本発明に至った。
すなわち、本発明は、厚み０．０５〜１ｍｍで開気孔率５〜５０％である無機連続気孔焼結体を保護基板として、半導体基板に接着してなる静電チャック用の気相工程用トレーである。
【００１０】
本発明において、該半導体基板が、厚み０．３〜０．８ｍｍのシリコン・ウェハーであること、該無機連続気孔焼結体が、窒化アルミニウム−窒化硼素複合体（ＡｌＮ−ｈ−ＢＮ）、窒化アルミニウム−炭化珪素−窒化硼素複合体（ＡｌＮ−ＳｉＣ−ｈ−ＢＮ）、アルミナ−窒化硼素複合体（Ａｌ２Ｏ３−ｈ−ＢＮ）から選択したものであること、該無機連続気孔焼結体からなる保護基板が、アルミニウム系有機化合物による熱分解を伴う表面処理したものであること、さらに、熱硬化性樹脂溶液による気孔内壁面への密着含侵処理したものであることが好ましい。
また、本発明は、該接着を、熱可塑性ポリイミド樹脂にて行うものであること、該無機連続気孔焼結体からなる保護基板が、被加工品積載用の補助加工をしてなるものである気相工程用トレーである。
【００１１】
以下、本発明の構成を説明する。
本発明で用いる半導体基板としては、典型的にはシリコン・ウェハーである。同様の半導体性を有するもの、例えば、炭化珪素または半導体性を付与したもの、例えば、導電性化合物を含侵或いは付着してなる窒化アルミニウム系の連続気孔焼結体などが挙げられ、厚みは、０．２〜１．５ｍｍの範囲、好ましくは、厚み０．３〜０．８ｍｍである。薄いと強度が劣り、本保護基板との接着一体化が困難となり、また、静電力が小さくなるので好ましくない。また、耐エッチング性の保護基板にて保護されることから、エッチングにより薄くなることを実質的に考慮する必要がないことから、強度と静電力などを考慮した所望の厚みで十分であり、厚くすることに意味は無い。
【００１２】
本発明で保護基板に用いる無機連続気孔焼結体は、厚み０．０５〜１ｍｍで開気孔率５〜５０ｖｏｌ％、好ましくは５〜３５ｖｏｌ％、特に１０〜３０ｖｏｌ％であり、閉気孔は２ｖｏｌ％以下で少ないものほど好ましい。また、平均気孔径は０．０５〜１０μｍ、好ましくは０．１〜５μｍである。また、気相工程において、真空蒸着やスパッタリング、さらに気相エッチングなどを行うにあたり裏面からの加熱や冷却をすることから、熱伝導率は大きいものが好ましい。
本発明では、具体的には、窒化アルミニウム−窒化硼素複合体（ＡｌＮ−ｈ−ＢＮ）、炭化珪素が５％以下、特に３〜０．５％である窒化アルミニウム−炭化珪素−窒化硼素複合体（ＡｌＮ−ＳｉＣ−ｈ−ＢＮ）、アルミナ−窒化硼素複合体（Ａｌ２Ｏ３−ｈ−ＢＮ）から選択したものが例示され、特に、窒化アルミニウム系が好ましい。
【００１３】
この保護基板は、アルミニウム系有機化合物による熱分解を伴う表面処理したものであること、具体的には、アルミニウムトリス（エチルアセチルアセテート）（品名；ＡＬＣＨ−ＴＲ、川研ファインケミカル（株）製）などのアルミニウム系キレート化合物の含侵、風乾、加熱乾燥、加熱、熱分解による表面処理したものが好ましく、また、熱硬化性樹脂溶液による気孔内壁面への密着含侵処理したものであるものが好ましい。ここで、樹脂含侵処理を行った場合には、そのまま使用できいことはないが、予めプラズマエッチング処理して表面の樹脂を除いておくことが好ましい。
【００１４】
さらに、本保護基板は、被加工品搭載用の補助加工をしてなるものであることが好ましく、また、通常、必須である。
この補助加工の具体例には、搭載部に相当する所望の深さ、例えば０．０５〜０．５ｍｍ程度の凹みを設けること、搭載部の周囲に当たる３個所程度乃至それ以上の位置（辺）に、搭載用の基準やガイド（ピン）、搭載物押さえ治具、搭載物取り出し治具用の穴や凹み、その他を必要に応じて適宜組み合わせて設けることが挙げられる。また、加工にて、例えば、６インチトレーに、これより小さいサイズ、例えば４インチの被加工品を搭載する搭載部を設けたものとするなども容易に選択でき、複数サイズの被処理ウェハーを同一プロセスで加工することを可能とし、プロセスのより合理的運用が可能となる。
【００１５】
搭載（積載）部に相当する凹みと搭載物（被加工品）とのクリアランスから、搭載用のガイドが無い場合、搭載機には、このクリアランスより精度の高い位置決め精度が要求される。この制限を緩和することを主目的とするのがガイド（ピン）であり、搭載部の位置認識のための基準位置指定に用いることを主目的とするものが基準（マーク、ピン）である。ガイド（ピン）は、通常、搭載部に向かって落ち込む傾斜を形成してなり、通常の自動搭載機などを使用する場合、その位置決め精度の少なくとも３倍以上の水平・垂直広さ、例えば、０．３ｍｍ以上を有するものとすることが好ましい。基準（マーク、ピン）は、通常、光学認識が用いられていることから、光沢か、艶消しかのいずれか一方のみの認識方式であり、また、通常、認識可能設定位置範囲も限定されるので、これらを勘案して設置する。
【００１６】
被加工品は、所定の加工終了後或いは加工工程中に、適宜、トレーから取り出すことが必要である。自動搭載機などにて自動的に行うためには、搭載物取り出し治具用の穴や凹みを設け、基準（マーク、ピン）にて位置確認のもとに、この穴や凹みを用いて取り出しを行う。以上により、通常のトレーとしての安定的な工程適用は可能である。
これらに対して、工程によっては、振動、傾け、９０℃を超える傾斜、場合によっては反転、さらに回転などを行う場合にも保持可能なことが要求される。これらの場合には、何らかの形で搭載物を押さえる機構が必須となる。
９０°未満、特に７０°程度までの傾きの場合には、内側、すなわち、搭載物側に迫り出すように傾斜した面（内側傾斜面）を有するものであれば、この機能を十分に果たすことができる。また、回転の場合も、共振振動などの発生がなければ内側傾斜面治具で対応可能である。
【００１７】
これに対して、自由積載では共振の可能性がある場合、また、反転させる場合には、搭載物の変形許容範囲を考慮した押さえ治具が必須である。この押さえ治具は、プロセス適合性・操作性を考慮しなければ極めて容易なものであるが、プロセス適合性・操作性を考慮した場合、大きさ、着脱自在とする操作性、押さえ込み荷重、繰り返し使用回数（耐プラズマ性）など、さらに、価格からその解決策は大きく限定されてくる。
ここで、（１）．大きさ、特に、高さがトレーの上端部から０．５ｍｍ程度までを許容範囲と仮定する。次に、押さえ込み荷重は、厚さ１００μｍ、６インチのシリコン・ウェハーの重さが約４．３ｇであることから、重みを支えるとの考えは不要であり、（２）．破壊に至らない最高荷重・面積と、加工中に発生する応力変形を押さえこむ力との主に２つの側面から考慮することとなる。繰り返し使用回数（耐プラズマ性）は、多い（高い）ほど好ましく、（３）．耐プラズマ性の許容範囲を考慮して材料選択する必要がある。そして、固く脆いシリコン・ウェハーなどを押さえ込むためのものなので、少なくとも接触面は樹脂などの柔らかいものであることが好適となる。
【００１８】
この治具の大きさから材料価格は小さい。価格は、（４）．加工が容易であること或いは加工費用のかからない構造（設計）であることにて決定されることとなる。
ところで、磁気や静電気力を除く従来の仮止めを含む固定或いは止め機構は、粘着、接着、マジックテープ、ねじ止め、結び或いははさみ止め（ゴム止め、縄結び、クリップ）、ピン止め（ホッチキス）、嵌め込み止め（ボタン、チャック）、・・・と種々の形、材料、名称がある。これらの中で、繰り返し使用が容易で着脱自在のものの基本的機構は、ねじ止めを除き、弾性或いは可撓性を利用したものであり、これらはワンタッチ機構であり、操作性にも優れたものである。
【００１９】
上記よりの一つの解は、耐プラズマ性の許容される材料（価格によるが、一回ごとの使い捨てから複数回の繰り返し使用）を用い、バネなどの弾性を示す構造を付与した部分（位置再現性のある弾性部）、その片端に保持基板への取り付け部、反対の端に被搭載品の押さえ込み部を取り付けた構造体とすることである。保持基板への取り付け部の機構としては、ねじ止め、差し込みなど適宜使用可能であるが、特に、搭載部側からの差し込みによる方法は好ましい。また、当然にこの補助治具は単一材料の一体物として作製すること、弾性部の両側に接着などにて容易に一体化できること、さらには、長尺品として複数分の大きさのものを作製し、単なる切断にて個別の補助具とすることなどを適宜採用できるものとすることが好適である。
【００２０】
以上、説明したような補助加工を施した本保護基板と、半導体基板とを接着一体化し本トレーとする。通常、上記した補助具はこの一体化の後に取り付ける。
接着は、本保護基板の接着面側表面に接着用樹脂層を形成し、通常、酸化物などを除き清浄化した半導体面に、必要に応じて接着用樹脂層を薄く形成し、重ねて加熱加圧することにより行う。
接着層は通常、樹脂にて形成する。本用途の場合、耐プラズマ性に優れたものが好ましく、さらに熱可塑性樹脂が好ましく、特に、熱可塑性ポリイミド樹脂が好適である。
なお、本保護基板と半導体基板とは、用いる工程の静電チャック能力とを考慮して決定することが好適である。この点より、０．３ｍｍ未満、０．１ｍｍ程度の部分が必要な場合には、両者を接着一体化した後に、該薄肉部分を作製する方法を選択することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上、本発明のトレーは、従来のドライエッチング装置、スパッタ装置、ＣＶＤ装置などの設定された静電チャック機能を実質的に改良せずに使用可能とできるものが提供できる。そして、半導体ウェハーを載せて、静電力により、浮遊させて、真空中、塩素ガス等の腐食性ガス中も移動可能であり、加熱盤、冷却盤にも着地し、加熱や冷却も効率良く実施できるものであり、且つ、塩素プラズマ等の強力なエッチング等から、シリコンウェハーを保護することから、これら工程中に、長期に渡り、メインテナンス性もよく、使い勝手が良く、その意義はきわめて高い。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例などにより本発明を具体的に説明する。
実施例1
保護基板の作製。
厚さ０．６４ｍｍ、直径１５０．５ｍｍの窒化アルミニウム−炭化珪素−窒化硼素系連続気孔焼結体（ＳｉＣ  １．０％、ｈ−ＢＮ  １３％、嵩密度２．５３ｇ／ｃｍ３、真気孔率１６．５ｖｏｌ％、平均気孔径０．５２μｍ）の円板を表面研磨し、厚さ０．６０ｍｍ、表面粗さＲａ：０．３μｍ、平行度２μｍ、平坦度２μｍにしたものを準備した。
この円盤に、被加工品のトレーの積載時の位置決め及び処理中の安定的保持の機能をもたせるためのガイドピンの固定用の４．０ｍｍ径の穴を所定の位置に３箇所加工し、更に、アルミニウム系化合物溶液の含侵、風乾、熱処理、熱分解による表面処理したもの（以下「ＡＮ１」と記す）を準備した。
【００２３】
ビフェニルテトラカルボン酸無水物（ＢＰＤＡ）を主酸無水物成分とした熱可塑性ポリイミド樹脂（宇部興産（株）製、商品名：ユピタイト  ＵＰＡ−２２１、濃度２０ｗｔ％）９０ｗｔ部とＮ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）１０ｗｔ部とを混合して接着剤溶液（以下、ＰＩ−１８と記す）を調製した。
コーターにより、ＡＮ１の片面に接着剤溶液ＰＩ−１８を塗布し、塗布側を上にして、一昼夜自然乾燥した後、１２０℃／３０分＋２００℃／１時間で乾燥して接着層形成保護基板(以下、ＡＮ１−ＰＩと記す）を得た。接着層厚みは約９μｍであった。
【００２４】
半導体基板（シリコンウェハー）との接着。
接着層形成保護基板の接着層の上に、酸化層を除去したシリコンウェハー（厚さ６２５μｍ、直径１５０．５ｍｍ）をのせた。
この上下にそれぞれ、０．４ｍｍ厚のアルミニウム合金板／シリコンクッションシート（商品名；ＰＯＲＯＮ  ＨＴ−１５００、ロジャース（株）製）／アルミニウム合金板を重ねたものを配置し、これを真空プレスの熱盤間に挿入した。プレス雰囲気を、１０ｍｍＨｇ以下に減圧とし、面圧０．３ＭＰａでプレスし、１０℃／分で昇温し、温度２３０℃で１５分保持した後、大気開放し、放冷して、保護基板付きシリコンウェハー（以下、ＡＮ１−Ｓｉと記す）を作製した。
【００２５】
ガイドピンの取り付け。
内側傾斜面治具として、直径４ｍｍ高さ１ｍｍの円筒部、その上に高さ２ｍｍの４５°傾斜円錐面を介して直径８ｍｍ高さ０．２ｍｍの円筒頂部からなるガイドピン（デュポン社製、商品名：ベスベル（ポリイミド樹脂）にて作製）の４．０ｍｍ径円筒部分を長さ０．５８ｍｍ長に切断し、この部分に接着剤溶液ＰＩ−１８を塗布し、一昼夜自然乾燥を行った。
ＡＮ１−Ｓｉのガイドピン孔に、ガイドピンの接着層形成部分を差し込み、各ガイドピンに２００ｇを負荷し、２２０℃の乾燥機中に入れ、６０分維持し、ガイドピンを固定して本気相工程用トレー（以下、ＡＮ１−Ｓｉ−Ｐと記す）を得た。
【００２６】
工程試験。
１００μｍ厚の５インチの被加工シリコンウェハーを３個のガイドピンに押し当てるようにして本気相工程用トレーＡＮ１−Ｓｉ−Ｐ上にセツトした。これをシリコンウェハー用の静電チャック上にセツトし、移送し、冷却盤上（−２０℃設定）にて、塩素プラズマによるシリコンのエツチングを行った。
エッチング中、被加工シリコンウェハーの温度をその中心および周囲４点にて測定した結果、全ての測定点で１０１〜１０４℃に維持された。
【００２７】
実施例２
保護基板の作製。
実施例１に準じて厚み０．３ｍｍのＡＮ２基板を作製した。このＡＮ２基板の内側に、内径１２５．３ｍｍ、オリフラ長４２ｍｍのウェハーサイズの切り抜きをルーターにて作製し、丁度５インチのシリコンウェハーがはまり込む様にし、さらに、ガイドピンの固定用の４．０ｍｍ径の穴を所定の位置に３箇所加工したものに、実施例１と同様にして接着層を形成して補助加工保護基板（以下、ＡＮ２−５ＰＩと記す)を準備した。
【００２８】
上記で切り抜いた残りのＡＮ２基板を圧力分布の均等化の為に、ＡＮ２−５ＰＩの内側にはめ込み、実施例１と同様に６インチの酸化層を除去したシリコンウェハーを張り付け保護基板付きシリコンウェハー（以下、ＡＮ２−５Ｓｉと記す）を得た。
得られたＡＮ２−５Ｓｉに実施例１に準じてガイドピンを接着固定して本気相工程用トレー（以下、ＡＮ２−５Ｓｉ−Ｐと記す）を得た。
本気相工程用トレーＡＮ２−５Ｓｉ−Ｐを用いる他は実施例１と同様に試験した。その結果、被加工シリコンウェハーの温度は、１０１〜１０４℃に維持された。