JPH1129880A

JPH1129880A - ダミーウェハー

Info

Publication number: JPH1129880A
Application number: JP21889797A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Tatsumi; 良昭辰巳; Kinya Miyashita; 欣也宮下
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 1999-02-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、半導体デバイスの製造工程で使用さ
れるダミーウェハーに関するものであり、さらに詳しく
は高耐久性・高機能性を有する絶縁材料上に導電層を形
成することにより、静電チャックによる吸着が可能なダ
ミーウェハーを提供することを目的とする。【構成】窒化アルミニウム、アルミナ、または石英のい
ずれかの絶縁体からなる基板の片面上に、シリコン、
炭化ケイ素、アモルファスカーボン、またはＤ．Ｌ．
Ｃ．（ダイヤモンド・ライク・カーボン）のいずれかよ
りなる導電層を形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスの製造
工程で使用されるダミーウェハーに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造工程で使用
されるダミーウェハーには以下のようなものがあった。（ａ）シリコン製ダミーウェハー（ｂ）石英製ダミーウェハー（ｃ）セラミックス（アルミナ、窒化アルミニウム単
体）製ダミーウェハー（ｄ）ガラス状カーボン製ダミーウェハー

【０００３】また、半導体製造装置におけるウェハーク
ランプ方法の主流は、機械的クランプ（メカクランプ）
であるが、一部では静電引力を利用する静電チャックも
使われ始めた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術による
ダミーウェハーにおいては、次のような問題点があっ
た。

【０００５】（ａ）シリコン製ダミーウェハー：これが
従来の主流であった。これはデバイス製造用ウェハーと
同原料であり、かつ、ほとんど使い捨てに近いものであ
るため、その使用量はデバイス製造用のウェハーとほぼ
同数であった。そのため半導体需要が旺盛でデバイス製
造用ウェハー、およびダミーウェハーの消費量が増える
と、その原料であるポリシリコンの供給はたちまち逼迫
してしまうという状況にあった。

【０００４】この問題を解決するためにシリコン以外の
材料を用いたダミーウェハーの開発を試みられており、
その結果、以下（ｂ）〜（ｄ）に述べるような種々の材
質のダミーウェハーを実用化されてきた。しかし、それ
らのダミーウェハーについても、それぞれにまた別の問
題があった。

【０００５】（ｂ）石英製ダミーウェハー：耐プラズマ
性が低いためエッチング工程においては消耗が激しく、
製品価格の割に短寿命であった。また、薬品性（ＨＦ）
も低く、プロセス使用後の酸洗浄でも消耗してしまうの
で、リサイクル使用はほとんど不可能であった。ただ
し、シリコン酸化膜エッチングのプロセスにおいては、
石英の成分が酸化シリコンそのものであることから、エ
ッチングレートの計測などその特性が機能的に利用され
ている場合もあった。しかし、石英は絶縁材料であるた
め、そのクランプ方法はメカクランプに限定され、静電
チャック搭載型の装置での使用は不可能であった。した
がって、静電チャック搭載型の装置で前述のエッチング
レート計測をおこなうには、この石英製ダミーウェハー
は使用でず、代わりにシリコンウェハー上に分厚いシリ
コン酸化膜を形成したものを使用していた。

【０００６】（ｃ）セラミックス（アルミナ、窒化アル
ミニウム）製ダミーウェハー：耐プラズマ性、耐薬品性
は優れているが、上記（ｂ）と同様に絶縁材料であるた
め、静電吸着ができなかった。

【０００７】（ｄ）ガラス状カーボン製ダミーウェハー
の問題点：導電性があるため、静電チャックでの使用は
可能。しかし、耐酸化性が低いため、酸素プラズマ下で
使用すると発塵源となっていた。

【０００８】すなわち、シリコン以外の材料を用いたダ
ミーウェハーにおいては、セラミックスの高耐性、ある
いは石英の機能性を備え、かつ、静電チャックでの使用
が可能であるものは無かった。この静電吸着が不可能で
あるということは、従来主流のメカクランプ型の半導体
製造装置においては何ら問題とはならないが、次世代以
降の半導体製造装置においては深刻な問題となる。すな
わち、次世代以降の半導体製造においては、ほとんどの
プロセスで静電チャックの使用が不可欠であるとされて
いるため、この静電吸着不能のダミーウェハーは、ほと
んど実用に供さないものとなってしまうのである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上のような
問題点を解決するために考案されたもので、次のような
技術的手段により構成される。

【００１０】絶縁体からなる基板の片面上に、導電層を
形成する。

【００１１】前記の絶縁体基板は、窒化アルミニウム、
アルミナ、または石英のいずれかよりなる。その形状に
おいては、プロセスで使用されるシリコンウェハーと同
直径であり、好ましくはシリコンウェハーと同様のオリ
フラ形状、またはノッチ形状を有す。また、厚さはシリ
コンウェハーと同じか、もしくはこの絶縁基板片面上に
形成される導電層の厚さに応じて減ぜられる。

【００１２】前記の導電層は、シリコン、炭化ケイ素、
アモルファスカーボン、またはＤ．Ｌ．Ｃ．（ダイヤモ
ンド・ライク・カーボン）のいずれかよりなる。導電層
の厚さは数Å〜数百μｍで、好ましくは１μｍ〜１００
μｍである。

【００１３】また、絶縁基板上に導電層を形成する手段
としては、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、熱フィラ
メント法、原料ペーストの塗布・焼成によるコーティン
グ法がある。

【００１４】さらに、絶縁基板と導電層は、それらの間
に介在する中間層により一体的に接合、または接着して
もよい。すなわち、接合する場合は、この中間層に金属
ロウ材（シリコン、金、銀、銅、錫、インジウム、チタ
ン、アルミニウムのうちの単一の金属か、もしくは二種
以上を含む合金からなる）を用いて冶金的に一体化す
る。また、接着の場合は、ポリイミド系、カーボン系の
高純度樹脂接着剤を用いて各部材を貼り合わせる。

【００１５】

【作用】上記の手段により、次のような作用が得られ
た。すなわち、本発明によるダミーウェハーの導電層側
を下向きにして、半導体製造装置の静電チャックの吸着
面上に置き、さらに、静電チャックに接続された高圧Ｄ
Ｃ電源をＯＮして、静電チャックに電圧を印可する。

【００１５】すると、ダミーウェハー上の導電層には誘
電現象により、静電チャックの電極に印可された電圧の
極性とは逆の極性を持った電荷が現れる。このとき静電
チャックの誘電体を介して存在する正負の正電荷は静電
引力により互いに引っ張り合うため、導電層すなわち本
発明によるダミーウェハーが静電チャックに吸着される
ことになる。

【００１７】

【実施例１】次に、本発明によるダミーウェハーの実施
例１について述べる。本実施例では、本発明によるダミ
ーウェハーを用いてメタルエッチングのダミープロセス
をおこなった。

【００１８】図１は、本発明によるダミーウェハーの形
状、および寸法に示すもので、これは８インチウェハー
に相当するものである。図２は、本発明によるダミーウ
ェハーの断面拡大図である。また図３は、本実施例にお
けるプラズマエッチング装置内におけるダミーウェハー
の配置を模式的にあらわしたものである。

【００１９】本実施例で使用したウェハーは、図２に示
す通り窒化アルミニウム製基板の片面にシリコンをメ
タライズし導電層を形成したものである。そのメタラ
イズ方法を簡単に説明すると、高純度シリコン粉末をポ
リビニルアルコールでペースト化したものを窒化アルミ
ニウム製基板の片面に塗布し、乾燥後これをアルゴン雰
囲気中１４５０℃で加熱、焼成し、最後に両面を研磨し
て厚さ、平坦度、および平行度を仕上げたものである。
仕上げ加工後のシリコン層の厚さは５０μｍ、表面粗さ
はＲａ０．３μｍ、窒化アルミニウムの厚さは５８０μ
ｍ、表面粗さはＲａ０．０１μｍであった。また、プロ
セス中におけるコンタミネーションを低減するため、材
料はすべて高純度のものを使用した。本実施例で使用し
た窒化アルミニウムとシリコンの成分分析表を図４、お
よび図５に示す。

【００２０】図３に示すプラズマエッチング装置に搭載
された静電チャックは単極型静電チャックである。こ
こで、本実施例におけるウェハーの吸着機構について簡
単に説明する。この静電チャック内には、単電極が
配置されており、これに接続された直流電源より正電
位が与えられる。その電位は１００〜１５００Ｖで、も
う一方は接地電位である。また、プロセス中において
は、ソース電源より高周波電力を供給された放電電極
とバイアス電源に接続された静電チャックとの間
でエッチングガス▲１０▼がプラズマ化する。そして、
このプラズマが導電経路となり、静電チャック上に置
かれたダミーウェハーはチャンバー▲１１▼と導通す
る。すなわち、ダミーウェハーは、プラズマの状態や
装置の構成によって決まるあるインピーダンスを介して
接地されることになる。その結果、静電チャック内の
電極上には正電荷、ダミーウェハー上には負電荷が
チャージし、それらの間に静電引力がはたらくため、ダ
ミーウェハーは静電チャックに吸着されることにな
る。この静電チャックで通常のシリコンウェハーを吸
着する場合は、ＤＣ８００Ｖ印可時約１５００Ｐａの吸
着能力がある。本発明によるダミーウェハー使用時の吸
着力は、プロセス中測定したところシリコンウェハーの
場合とほぼ同等の１３５０Ｐａが得られた。

【００２１】本実施例では、図３に示す装置でアルミエ
ッチングのダミープロセスをおこなった。エッチング条
件は、エッチングガスＣｌ_２４５０ｓｃｃｍ、ガス圧１
００ｍＴｏｒｒ、ソースパワー４００ｋＨｚ−６００
Ｗ、ＲＦバイアス１３．５６ＭＨｚ−１００Ｗであっ
た。

【００２２】ダミープロセス終了後、ダミーウェハーに
対し、超音波洗浄（３％ＨＦに浸潰、４０ｋＨｚ、１５
０Ｗ、１０分間）および、純水リンスを実施した。そし
て、洗浄後の窒化アルミニウム基板とシリコン導電層の
厚さと表面粗さを測定したところ、それぞれ厚さの減少
や表面粗さの粗化は検出されなかった。これは、本発明
により窒化アルミニウム基板は勿論のこと、シリコン導
電層もプロセス・酸洗浄を通じてダメージをほとんど受
けないことを示している。すなわち、本発明により高耐
性、かつ静電チャックでの使用が可能なダミーウェハー
が提供された。

【００２３】

【実施例２】次に、本発明によるダミーウェハーの実施
例２について述べる。本実施例では、本発明によるダミ
ーウェハーを用いてシリコン酸化膜エッチングのダミー
プロセスをおこなった。

【００２４】図６は、本発明によるダミーウェハーの構
造図を示す断面拡大図である。形状、および寸法は、実
施例１と同様に通常の８インチウェハーに相当するもの
である。図７は、プラズマエッチング装置内におけるダ
ミーウェハーの配置を模式的にあらわしたものである。

【００２５】図６に示すダミーウェハーは、石英製基板
▲１２▼の片面にシリコンをメタライズし導電層▲１３
▼を形成したものである。そのメタライズ方法を簡単に
説明すると、高純度シリコン粉末をポリビニルアルコー
ルでペースト化したものを石英基板の片面に塗布し、乾
燥後これをアルゴン雰囲気中１４２０℃で加熱、焼成
し、最後に両面を研磨して厚さ、平坦度、および平行度
を仕上げたものである。仕上げ加工後の石英基板の厚さ
は１００μｍ、表面粗さはＲａ０．００５μｍ、シリコ
ン導電層の厚さは５２０μｍ、表面粗さはＲａ０．３μ
ｍであった。また、プロセス中におけるコンタミネーシ
ョンを低減するため、材料はすべて高純度のものを使用
した。本実施例で使用した石英の成分分析表を図８に示
す。シリコンについては前記実施例１と同等のものを使
用した。

【００２６】図７に示すプラズマエッチング装置に搭載
された静電チャック▲１４▼は、双極型静電チャックで
ある。以下、本実施例におけるダミーウェハーの吸着機
構について簡単に説明する。静電チャック▲１４▼の内
部には、双極の電極▲１５▼、および▲１５▼’が配置
されており、それぞれの電極には直流電源▲１６▼から
正負の直流電圧が印加される。このとき、静電チャック
▲１４▼上に置かれたダミーウェハー▲１７▼上に形成
されたシリコン層▲１３▼には、双型電極▲１５▼、▲
１５▼’に印加された電位とは逆極性の電荷が現れる。
この逆極性の電荷同士は静電引力によって互いに引っ張
り合う。すなわち、静電チャック内部の電極▲１５▼、
▲１５▼’とダミーウェハー▲１７▼上のシリコン層▲
１３▼は静電引力によって引っ張り合うことになり、ダ
ミーウェハー▲１７▼は静電チャック▲１４▼の表面に
吸着されるのである。本実施例の静電チャック９で通常
のシリコンウェハーを吸着する場合は、ＤＣ１０００Ｖ
印可時約１２００Ｐａの吸着能力がある。本発明による
ダミーウェハー使用時の吸着力を測定したところシリコ
ンウェハーの場合とほぼ同等の１２００Ｐａであった。

【００２１】本実施例では、図７に示す装置でシリコン
酸化膜エッチングのダミープロセスをおこなった。エッ
チング条件はエッチングガスＣ_２Ｆ_６４００ｓｃｃｍ、
ガス圧１００ｍＴｏｒｒ、ソースパワー４００ｋＨｚ−
１０００Ｗ、ＲＦバイアス１３．５６ＭＨｚ−１００Ｗ
であった。

【００２２】ダミープロセスにおける石英のエッチング
をモニターしながら装置を運転することにより、シリコ
ン酸化膜エッチングの装置条件を得ることができた。す
なわち、本発明により石英の機能性を有し、かつ静電チ
ャックでの使用が可能なダミーウェハーが提供すること
ができた。

【００２３】

【発明の効果】本発明によって次のような効果を得るこ
とができた。すなわち、耐久性、リサイクル性に優れた
窒化アルミニウムやアルミナの特性を有しながら、次世
代半導体プロセスにおいては必須条件である静電チャッ
クでの使用が可能なダミーウェハーを提供することがで
きた。また、次世代の酸化膜エッチングプロセスにおい
ても使用可能な、すなわち静電チャックによる吸着が可
能な石英製ダミーウェハーを提供することができた。

【００２４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１におけるダミーウェハーの形
状、および寸法を示す。

【図２】本発明の実施例１におけるダミーウェハーの断
面拡大図である。

【図３】本発明の実施例１におけるプラズマエッチング
装置の構成を模式的にあらわしたものである。

【図４】本発明の実施例１において使用した窒化アルミ
ニウムの成分分析表である。

【図５】本発明の実施例１において使用したシリコンの
成分分析表である。

【図６】本発明の実施例２におけるダミーウェハーの断
面拡大図である。

【図７】本発明の実施例２におけるプラズマエッチング
装置の構成を模式的にあらわしたものである。

【図８】本発明の実施例２で使用した石英の成分分析表
である。

【符号の説明】窒化アルミニウム製基板、シリコン導電層、静電
チャック、単電極、直流電源、ダミーウェハー、
ソース電源、放電電極、バイアス電源、▲１０▼
エッチングガス、▲１１▼チャンバー、▲１２▼石英製
基板、▲１３▼シリコン導電層、▲１４▼静電チャッ
ク、▲１５▼および▲１５▼’静電チャック内部の双電
極、▲１６▼直流電源、▲１７▼ダミーウェハー。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁体からなる基板の片面上に導電膜を形
成したことを特徴とするダミーウェハー。
【請求項２】上記請求項第一項記載の絶縁体は、窒化ア
ルミニウム、アルミナ、または石英のいずれかよりなる
ことを特徴とするダミーウェハー。
【請求項３】上記請求項第一項記載の導電層は、シリコ
ン、炭化ケイ素、アモルファスカーボン、またはＤ．
Ｌ．Ｃ．（ダイヤモンド・ライク・カーボン）のいずれ
かよりなることを特徴とするダミーウェハー。
【請求項４】上記請求項第一項記載の絶縁基板と導電層
は、それらの間に介在する中間層により一体的に接合、
または接着されており、この中間層は金属ロウ材、また
は樹脂よりなることを特徴とするダミーウェハー。