JPH1154591A - ダミーウェハ及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】静電容量式センサーや静電チャックを備えた半
導体製造プロセスに、電気絶縁体で構成した長寿命のダ
ミーウェハを使用できるようにする。 【解決手段】電気絶縁材料からなる絶縁基材１１中に導
電板１２を埋め込んでダミーウェハ１を構成する。導電
板１２は、ダミーウェハ１の裏面１ｂに近い位置に埋め
込んで、静電容量式センサーによる検出感度を向上させ
るとともに、静電チャックによる保持力を大きくする。
電気絶縁材料からなる母材中に導電材料を分散させてダ
ミーウェハを構成することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造プロセ
スにおいて用いられるダミーウェハ及びその使用方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】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、ＣＶＤ装置、スパッタリング
装置等の各種処理装置の稼働テスト、バッチ処理時のウ
ェハの枚数合わせ、ローディング効果対策等のために、
実際のＩＣパターンが形成されていないダミーウェハが
用いられる。また、プラズマＣＶＤ装置等の各種プラズ
マ装置の反応室のクリーニングをプラズマクリーニング
で行う場合に、例えば、基板保持電極をプラズマから保
護するためにもダミーウェハが用いられる。

【０００３】このダミーウェハには、従来、シリコンウ
ェハが一般的に用いられて来たが、同じダミーウェハを
繰り返し使用してコストダウンを図るという点では、シ
リコンウェハは比較的脆いためにその耐久性が低く、こ
のため、使用可能回数が少ないという欠点が有った。そ
こで、石英やサファイア等のセラミック材料からなるダ
ミーウェハが製作され、寿命延長でのコスト低減がなさ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、石英やサフ
ァイア等の電気絶縁性の材料で構成したダミーウェハに
は、次のような問題が有った。

【０００５】即ち、近年、エッチング、ＣＶＤ、スパッ
タリング等の各工程へウェハを搬送する搬送ロボット等
に、ウェハの有無やウェハセッティングの善し悪しをチ
ェックするための静電容量式のセンサーを備えたものが
多くなっている。ところが、この静電容量式センサー
は、対象物とセンサーとの間の静電容量の微小変化を測
定して、対象物を検知するものであるため、検知対象物
が、金属等の導電体や精々シリコン等の半導体に限ら
れ、上述したような電気絶縁性の材料で構成したダミー
ウェハを用いると、その検知ができずに、センサーが検
知エラーを発生する場合がしばしば有った。

【０００６】また、ウェハを保持するために、反応室内
の基板支持台や搬送系に静電チャックを用いる場合が多
くなっている。静電チャックは、例えば、基板支持台の
上に誘電体層を設け、基板支持台とウェハの間に電圧を
印加して、両者の間に発生したクーロン力によりウェハ
を吸着保持する機構である。従って、電気絶縁性の材料
で構成したダミーウェハは、この静電チャックでは保持
することができなかった。

【０００７】そこで、この静電チャックの問題を解決す
るために、ダミーウェハを、プラズマの電界によって帯
電する帯電体とこの帯電体を覆う被覆材の二重構造にし
たプラズマ装置用ダミーウェハが提案されている（特開
平９−４５７５１号公報）。

【０００８】この構造によれば、例えば、電気絶縁体で
ある被覆材の内部に、帯電体として導電体を埋め込むこ
とにより、プラズマの電界中で帯電体に静電荷が溜まっ
て、帯電体が帯電するので、これを静電チャックにより
吸着保持することができる。

【０００９】しかし、この構造では、導電体が、ダミー
ウェハの厚み方向のほぼ中心部に埋め込まれるので、こ
のダミーウェハを、上述した静電容量式センサーに近接
配置しても、ダミーウェハの導電体部分はセンサーから
比較的遠い位置に有るため、センサーによる検出感度が
悪く、この結果、誤検出を招く虞が多分に有った。

【００１０】そこで、本発明の目的は、主として電気絶
縁性の材料からなり、且つ、静電容量式センサーによる
確実な検知が可能な構造のダミーウェハ及びその使用方
法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
本発明のダミーウェハは、主として電気絶縁性材料から
なるダミーウェハであって、その厚み方向中心部と一方
のウェハ面との間の領域に導電層が埋め込まれている。

【００１２】また、本発明のダミーウェハの使用方法で
は、前記一方のウェハ面の側に近接配置した静電容量式
センサーにより、そのセンサーと前記導電層との間の静
電容量の変化を検出する。

【００１３】また、本発明の別の態様では、ダミーウェ
ハを、電気絶縁性材料からなる母材中に導電性物質を分
散させて構成している。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を好ましい実施の形
態に従い説明する。

【００１５】〔第１の実施の形態〕図１に、本発明の第
１の実施の形態によるダミーウェハの概略断面図を示
す。ダミーウェハ１は、例えば、石英や、サファイアそ
の他のアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）類、窒化アルミニウム
（ＡｌＮ）等の電気絶縁性のセラミック材料からなる絶
縁基材１１中に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、炭化
ケイ素（ＳｉＣ）、カーボングラファイト等の導電材料
からなる、厚みが１μｍ〜数十μｍ、例えば、厚み１０
μｍ程度の導電板１２が埋め込まれて、導電層が形成さ
れている。

【００１６】この時、図示の如く、導電板１２は、ダミ
ーウェハ１の一方のウェハ面１ｂに近い側の領域に埋め
込まれている。

【００１７】即ち、ダミーウェハ１の厚みをＴ（例え
ば、６インチウェハの場合、約０．６ｍｍ、８インチウ
ェハの場合、約０．７５ｍｍ）とした時、導電板１２
は、ウェハ面１ｂからの距離ｔが、例えば、Ｔ／２＞ｔ
≧Ｔ／２０の範囲、より好ましくは、Ｔ／３≧ｔ≧Ｔ／
１０の範囲の位置に埋め込まれている。この導電板１２
を埋め込む位置は、ウェハ面１ｂにできるだけ近いのが
好ましいが、あまり近過ぎると、導電板１２とウェハ面
１ｂとの間の絶縁基材１１が薄くなり過ぎて、例えば、
ＣＶＤやスパッタリング後にダミーウェハ１の再生のた
めに施す、ＳＰＭ（sulfuric acid-hydrogen peroxide
mixture)液を用いた所謂ピラナークリーンの際、その部
分の絶縁基材１１が破れて、導電板１２が損傷を受ける
虞が有る。なお、これを確実に防止することを考える
と、その部分における絶縁基材１１の膜厚、即ち、ウェ
ハ面１ｂと導電板１２との距離ｔは、０．１〜０．２ｍ
ｍ程度有るのが好ましい。

【００１８】導電板１２に近い側のウェハ面１ｂは、ダ
ミーウェハ１の裏面であり、搬送ロボットの静電容量式
センサーに近接して配置される面であるとともに、各種
処理装置において基板支持台等に載置される面である。
一方、導電板１２から遠い側のウェハ面１ａは、ダミー
ウェハ１の表面又は主面であり、例えば、各種処理装置
において反応ガスやプラズマ等に直接曝される面であ
る。従って、この表面側のウェハ面１ａは、反応ガスや
プラズマ等によるダメージを低減するために、鏡面仕上
げされているのが好ましい。なお、裏面側のウェハ面１
ｂも同様に鏡面仕上げされても良いが、その場合には、
ダミーウェハ１の表裏を識別するための何らかの手段、
例えば、印刷によるマークや刻印等を設ける必要が有
る。

【００１９】このダミーウェハ１は、例えば、図２に示
すようにして製造される。

【００２０】即ち、絶縁基材１１を、比較的厚い表面側
基材１１ａとそれより薄い裏面側基材１１ｂとで構成
し、それらの間に導電板１２を挟み込んで、接着剤によ
る接着又は熱圧着によりそれらを互いに接合する。この
時、表面側基材１１ａと裏面側基材１１ｂの一方又は両
方の接合面に、導電板１２を収容するための凹部を設け
ても良い。

【００２１】図３に、このダミーウェハを、静電容量式
センサーを備えた搬送ロボットに載置した状態を示す。

【００２２】搬送ロボット２は、例えば、ウェハを収容
するための凹部２１の底面に静電容量式センサー３を備
えている。ダミーウェハ１等のウェハは、凹部２１の一
方の壁面２１ａに設けられた傾斜面の作用により、他方
の垂直壁面２１ｂに当接して位置決めされた状態で凹部
２１内に収容される。また、各ウェハは、凹部２１底面
の静電容量式センサー３に接触しないように、傾斜壁面
２１ａの途中位置で、全体に少し斜めに傾いた状態で保
持される。

【００２３】ダミーウェハ１は、その裏面側のウェハ面
１ｂを下にした状態でこの搬送ロボット２に載置され
る。従って、ダミーウェハ１内の導電板１２（図１参
照）と静電容量式センサー３との距離が近くなって、そ
の検知を確実に行うことができる。

【００２４】以上に説明したように、この第１の実施の
形態によるダミーウェハ１では、その裏面側のウェハ面
１ｂに近い側の領域に導電板１２を埋め込んでいるの
で、例えば、搬送ロボット２に備えられた静電容量式セ
ンサー３による検出感度が向上し、ダミーウェハ１の検
知を確実に行うことができる。

【００２５】また、この第１の実施の形態のダミーウェ
ハ１は、静電チャックによる保持が可能であり、その場
合でも、導電板１２が、ダミーウェハ１の裏面側のウェ
ハ面１ｂに近い側の領域に埋め込まれているので、静電
チャックによる保持力が大きくなるという効果が有る。

【００２６】これらの結果、主として電気絶縁性の材料
からなる長寿命のダミーウェハを、静電容量式センサー
や静電チャックを備えた半導体製造プロセスにも好適に
使用することが可能となり、ひいては、そのプロセスに
より製造される半導体装置の製造コストを下げることが
できる。

【００２７】例えば、実際にシリコン製のダミーウェハ
と本発明によるセラミック製のダミーウェハの使用可能
回数を夫々調べたところ、シリコン製のダミーウェハで
は、２０〜３０回程度の使用が限度であったのに対し、
本発明によるセラミック製のダミーウェハでは、１５０
０〜２０００回程度の使用が可能であった。

【００２８】〔第２の実施の形態〕図４に、本発明の第
２の実施の形態によるダミーウェハを示す。

【００２９】このダミーウェハ４は、例えば、酸化シリ
コン（ＳｉＯ₂ ）、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＡｌＮ等の電気絶縁性
のセラミック材料に、Ａｌ、ＳｉＣ、カーボングラファ
イト等の導電材料を練り込んだ後、それを焼き固めて構
成されている。

【００３０】従って、電気絶縁性材料からなる母材中に
導電性物質が分散した状態で存在するため、静電容量式
センサーによる検出感度が高く、また、静電チャックに
よる保持も好適に行える。

【００３１】この導電材料の混入量は、１０〜２０wt％
程度であるのが好ましい。この混入量があまり少な過ぎ
ると、静電容量式センサーによる検出感度が低くなり過
ぎる虞が有り、一方、混入量があまり多過ぎると、相対
的に電気絶縁性材料の量が少なくなり過ぎて、反応ガス
やプラズマに対する耐性が低下し過ぎる虞が生じる。

【００３２】なお、この第２の実施の形態のダミーウェ
ハ４において、導電材料として金属を用いる場合には、
上述したＡｌのように、金属汚染の原因となり難いもの
を用いるのが好ましい。

【００３３】また、図４では、ダミーウェハ４の全体に
ほぼ均一に導電性物質が分布した構成を示しているが、
例えば、ダミーウェハ４の裏面側ほど導電性物質の分布
量が多くなるように、導電性物質の分布量に変化を持た
せても良い。

【００３４】〔第３の実施の形態〕図５に、本発明の第
３の実施の形態として、上述した第２の実施の形態の構
成において、導電性物質の分布量に変化を持たせるため
の一例を示す。

【００３５】この第３の実施の形態によるダミーウェハ
５は、導電性物質の分布密度が低い表面側基板５ａと導
電性物質の分布密度が高い裏面側基板５ｂとを互いに貼
り合わせて構成されている。

【００３６】このように構成することにより、例えば、
反応ガスやプラズマ等に曝される表面側では導電性物質
が少なく、静電容量式センサーや静電チャックの電極に
近接される裏面側では導電性物質が多いダミーウェハ５
を簡便に得ることができる。なお、表面側基板５ａは、
導電性物質を実質的に全く含有していなくても良い。

【００３７】この第３の実施の形態の構成によれば、ダ
ミーウェハ５の表面側に導電性物質が少ない又は存在し
ないので、この表面側における反応ガスやプラズマ等に
対する耐性を高くすることができ、また、導電性物質に
よる汚染の問題も軽減又は無くすことができる。一方、
ダミーウェハ５の裏面側は導電性物質を多く含有してい
るので、静電容量式センサーによる検出感度が高く、ま
た、静電チャックによる保持力も大きくなる。

【００３８】更に、絶縁体ウェハの裏面に導電体を貼り
付けてダミーウェハを構成する場合に比較して、この第
３の実施の形態のダミーウェハ５では、裏面側基板５ｂ
も、反応ガスやプラズマ等に対し或る程度の耐性を有し
ているので、ダミーウェハ全体としての寿命が向上し、
使用可能回数が増える。

【００３９】

【発明の効果】本発明においては、主として電気絶縁性
材料からなるダミーウェハの厚み方向中心部と一方のウ
ェハ面との間の領域に導電層を埋め込んでいるので、例
えば、搬送ロボットに備えられた静電容量式センサーに
よるダミーウェハの検知を確実に行うことができ、ま
た、静電チャックによる保持も好適に行うことができ
る。この結果、静電容量式センサーや静電チャックを備
えた半導体製造プロセスにおいても、主として電気絶縁
性材料からなる長寿命のダミーウェハを使用することが
可能となり、そのプロセスで製造される半導体装置のコ
ストダウンを達成することができる。

【００４０】また、本発明の別の態様に従い、電気絶縁
性材料からなる母材中に導電性物質を分散させて構成し
たダミーウェハによっても、同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるダミーウェハ
の概略断面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態によるダミーウェハ
の製造方法を示す概略図である。

【図３】静電容量式センサーを備えた搬送ロボットにダ
ミーウェハを載置した状態を示す概略断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態によるダミーウェハ
の一部破断斜視図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態によるダミーウェハ
の一部破断斜視図である。

【符号の説明】

１、４、５…ダミーウェハ、１ａ、１ｂ…ウェハ面、２
…搬送ロボット、３…静電容量式センサー、５ａ…表面
側基板、５ｂ…裏面側基板、１１…絶縁基材、１１ａ…
表面側基材、１１ｂ…裏面側基材、１２…導電板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主として電気絶縁性材料からなるダミー
   ウェハであって、その厚み方向中心部と一方のウェハ面
   との間の領域に導電層が埋め込まれている、ダミーウェ
   ハ。
2. 【請求項２】 前記一方のウェハ面の反対側のウェハ面
   が鏡面仕上げされている、請求項１に記載のダミーウェ
   ハ。
3. 【請求項３】 前記ダミーウェハの厚みをＴとした時、
   前記導電層が、前記一方のウェハ面からＴ／２＞ｔ≧Ｔ
   ／２０の距離ｔの位置に埋め込まれている、請求項１又
   は２に記載のダミーウェハ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載した
   ダミーウェハの使用方法であって、 前記一方のウェハ面の側に近接配置した静電容量式セン
   サーにより、そのセンサーと前記導電層との間の静電容
   量の変化を検出する、ダミーウェハの使用方法。
5. 【請求項５】 電気絶縁性材料からなる母材中に導電性
   物質を分散させて構成したダミーウェハ。