DE2901968C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der US-PS 37 47 282 bekannt.

Die Fortschritte bei der Herstellung von Halb­ leiterbauteilen mit hohem Integrationsmaß wurde hauptsäch­ lich durch Fotolitographie mit höherer Auflösung möglich, welche die Herstellung von feineren Mustern auf einem Halb­ leiterwafer ermöglicht. Demgemäß können Schaltungsbauteile kleiner gemacht werden, so daß es möglich ist, eine größere Anzahl von Bauteilen auf einem einzelnen Substrat unterzu­ bringen. Es werden so Schaltungen höherer Komplexität, höherer Geschwindigkeit, mit geringerem Leistungsbedarf und mit ge­ ringeren Kosten erhalten.

In praktischer Hinsicht wird die Feinheit der Muster bei der Fotolithographie nicht durch die Auflösung der optischen Bauteile oder des Fotolacks begrenzt, sondern eher durch die Ebenheit der Halbleiteroberflächen. Eine Folge mangelnder Ebenheit besteht in der Verzerrung der abgelichteten Muster und einem Fehler in der Brennebenen­ lage. Die Ebenheit der Oberfläche ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Druckerstellung durch Projektion ange­ wendet wird, wobei die zu belichtende Halbleiteroberfläche im wesentlichen mit der Brennebene der Projektionsoptik über­ einstimmen muß, wenn die maximale Auflösung der Projektions­ optik erreicht werden soll. Abweichungen der Oberfläche von der Brennebene dürfen die Schärfentiefe (Tiefenschärfe) des optischen Systems nicht überschreiten. Wenn beispielsweise die Schärfenbreite 10 µm beträgt, dann muß die Halbleiter­ oberfläche einschließlich eines ungefähr 1 µm dicken Fotolacks während der Belichtungszeit innerhalb von 10 µm eben gehalten werden. Ein hohes Ausmaß an Oberflächen­ ebenheit ist auch beim Kontaktdruck und dem Annäherungsdruck­ verfahren (proximity printing) erforderlich, wenn die Muster frei von Verzerrungen bzw. die höchste Auflösung haben sollen, obzwar das Erfordernis nicht so kritisch ist wie bei dem Druckverfahren aufgrund von Projektion.

Nichtebenheit bei Halbleiterwafer können zwei Ursachen haben. Die erste Ursache liegt in nichtlinearer Dickenschwankung des Wafers. Während der Musterbelichtung wird normalerweise die eine Oberfläche des Wafers (Rück­ seite) im wesentlichen in Übereinstimmung mit einer ebenen Oberfläche durch eine Halteeinrichtung angepreßt gehalten. Die andere Oberfläche des Wafers (die Vorderseite) würde eben sein, wenn der Wafer keine nichtlinearen Schwankungen aufweisen würde. Wenn der Wafer eine lineare Dickenschwan­ kung aufweisen würde, d. h. Keilform besäße, würde die Vorderseite zwar eben sein, aber nicht parallel zur Rück­ seite. Dies kann von den meisten Projektions- und Annähe­ rungsdrucksystemen toleriert werden, da diese Einrichtungen zur Schwenkung der Waferoberfläche aufweisen, um diese parallel zur optischen Ebene des Drucksystems auszurichten. Wenn jedoch der Wafer eine nichtlineare Dickenschwankung zeigt, dann ist die Vorderseite nicht eben. Die nichtli­ nearen Dickenschwankungen können auf ein annehmbares Maß durch sorgfältige Herstellung des Wafers reduziert werden.

Die zweite Quelle der Nichtlinearität von Wafern geht auf Verziehen zurück. Da die Wafer für integrierte Schaltungen sehr dünn sind, wird immer ein gewisses Ausmaß an Verwerfung oder Verwindung angetroffen. Ein typischer Wafer von 7,6 cm Durchmesser und einer Dicke von 0,038 bis 0,05 cm zeigt eine Formabweichung von etwa 0,005 cm oder ungefähr 50 µm. Das Verziehen bzw. Verwerfen wird erstmalig eingeführt, wenn der Halbleiterwafer von der Einbettung abgeschnitten wird. Da der dünne Halbleiterwafer ziemlich federnd ist, wird das Verziehen nicht durch das nachfolgende Läppen und Polieren in dem weiteren Herstel­ lungsverfahren beseitigt. Die Wärmebehandlung, das Wachstum und der Niederschlag von verschiedenen Filmen auf dem Halb­ leiterwafer während der Herstellung der Halbleitergruppe kann das Verziehen noch verschlimmern.

Die übliche Methode zur Beseitigung der Formab­ weichung des Wafers während der Musterherstellung besteht darin, den Wafer auf einer Vakuumhalteeinrichtung mit einer äußerst ebenen Haltefläche zu halten. Wenn die Form­ abweichung des Wafers nicht zu schwerwiegend ist (weniger als 50 µm) und der Wafer nur geringe nichtlineare Dicken­ schwankungen aufweist, bringt die Vakuumhalteeinrichtung im Prinzip die Vorderseite dazu, einen hohen Grad an Eben­ heit aufzuweisen.

Es tritt jedoch ein Problem auf, wenn Schmutzpar­ tikel zwischen den Wafer und die Halteoberfläche treten und den innigen Kontakt verhindern. Da Schmutzpartikel eine Größe von 10 µm Durchmesser oder darüber aufweisen können, verursachen sie eine genügende Abweichung der Vor­ derseite des Wafers von der Ebenheit, so daß Musterver­ zerrungen während der Belichtung im fotolitographischen Verfahren auftreten. Das Problem von Schmutzpartikeln ist insbesondere dann schwer zu lösen, wenn bei der Herstellung die Notwendigkeit eines hohen Durchsatzes an Wafern bei jedem fotolitographischen Schritt besteht, so daß die wie­ derholte Reinigungsprozedur zur Entfernung von Schmutzpar­ tikeln von dem Wafer und dem Waferhalter unpraktisch wird. Die Entfernung von Partikeln aus der Luft in einem ultra­ sauberen Raum löst das Problem nicht vollständig, da die meisten Schmutzpartikel von den Wafern selbst in der Form von Absplitterungen herrühren, und zwar von den Scheiben­ kanten und Splittern des Films, der auf die Scheibenober­ fläche niedergeschlagen oder gewachsen ist. Ein gebrochener Wafer verursacht die gravierendsten Kontaminationen mit Partikeln.

Saugbefestigungseinrichtungen zum Halten dünner Werkstücke sind an sich bekannt (US-PS 36 27 338, 37 47 282). Solche Einspannvorrichtungen weisen eine Halteseite für das Werkstück mit einer planen Oberfläche und ringförmige und radiale Nuten zur Verteilung des Vakuums an die Rück­ seite des Werkstücks auf. Dadurch werden Ringsegmente als Abstützbereiche gewonnen. Diese bekannten Einspannvorrich­ tungen sind für Anwendungen beim Zerspanen und Polieren von Halbleiterwafern ausgelegt, wobei die Erfordernisse für die Werkstückeben­ heit nicht so kritisch ist wie bei der Fotolitographie.

Deswegen bieten die bekannten Einspannvorrichtungen keine Lösung für die bei der Fotolitographie auftretenden Pro­ bleme mit der Ebenheit des Halbleiterwafers und den schäd­ lichen Wirkungen von Schmutzpartikeln bei der Erzielung dieser Ebenheit.

Aus der vorhergehenden Betrachtung folgt, daß ein Bedarf an einer Vakuumhalteeinrichtung für Halbleiter­ wafer existiert, die im wesentlichen immun gegen Schmutz­ partikel ist, welche bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen immer vorhanden sind.

Der Erfin­ dung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs so weiterzubilden, daß der Halbleiterwafer auch beim Vorhandensein von Schmutz­ partikeln, wie sie in der Umgebung beim Herstellen von Halbleiterwafern immer vorhanden sind, eben eingespannt werden kann.

Die geschilderten Probleme werden erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Saughalteeinrichtung, teilweise aufge­ brochen;

Fig. 2 eine Ansicht von oben auf die Einrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2 und

Fig. 4 einen Halbleiterwafer beim manuellen Auf­ bringen auf die Halteeinrichtung.

Eine im großen und ganzen kreisförmige Basisplat­ te 10 (Fig. 1, 2 3) besitzt einen erhabenen Rand 11. Der Rand schließt einen preßeingesetzten Einsatz 12 ein und weist eine Schmalfläche 13 auf, die glatt und eben ist, um den Rand der Oberfläche eines dünnen Werkstücks abzu­ stützen, beispielsweise einen Halbleiterwafer 14 mit einer darauf aufgebrachten Fotolackschicht 19. Der Durchmes­ ser des Randes 11 ist kleiner als der Werkstückdurchmesser, so daß die Werkstückkante über den Rand 11 hinwegreicht. In einer typischen Ausbildungsform zum Halten von Halb­ leiterwafern von 7,62 cm beträgt der Außendurchmesser der Schmalfläche 7,26 cm. Die Schmalfläche tritt im wesentli­ chen in einen luftdichten Abdichtkontakt mit der Rückseite des Werkstücks, so daß sich eine evakuierbare Kammer 15 bildet. Ein Absaugkanal 16 in der Basisplatte 10 verbindet die evakuierbare Kammer 15 mit einer nicht dargestellten Saugpumpe. Steife zylindrische Stifte 17 mit Abstützbe­ reichen 18 an den sich verjüngenden Enden sind im regel­ mäßigen Abstand voneinander auf der Basisplatte 10 und im wesentlichen senkrecht zu dieser befestigt. Die Ab­ stützbereiche 18 liegen zusammen mit der Schmalseite 13 in einer Haltefläche, gegen welche die Rückseite des Werk­ stücks gepreßt wird, wenn die Kammer 15 evakuiert ist.

Die Abstützbereiche 18 stellen punktförmige, ört­ lich verteilte Abstützstellen dar, deren Flächen wesent­ lich kleiner gemacht werden können, als die von flächen­ haften Abstützstellen in bekannten Saugeinspannvorrichtun­ gen, welche ringstreifenförmige Abstützfelder zwischen den das Vakuum verteilenden Nuten auf der Halteseite der Vorrichtung aufweisen.

Die Höhe der Stifte 17 und des Randes 11 muß im wesentlichen übereinstimmen, damit die Haltefläche ein hohes Maß an Ebenheit aufweist. In der bevorzugten Ausfüh­ rungsform wird die Ebenheit durch Läppen der Gesamtfläche nach der Herstellung erzielt. Die Haltefläche wird auf diese Weise bis auf einen Bruchteil eines µm über den ge­ samten kreisförmigen Bereich von ungefähr 7,6 cm Durchmesser eben hergestellt.

Da der Erfindungsgedanke davon Gebrauch macht, daß die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von Schmutz­ partikeln auf der Haltefläche dadurch abnimmt, daß deren Größe reduziert wird, sollte die Haltefläche aus so wenig Stiftenden wie möglich bestehen. Die Stiftenden dürfen aber nicht so weit voneinander stehen, daß die nicht unter­ stützenden Bereiche des Werkstücks unter der Saugkraft durchbiegen, da dadurch das Hauptziel der Erfindung, die Werkstückoberfläche zu einem hohen Ausmaß an Ebenheit aus­ zurichten, vereitelt werden würde. Der optimale Abstand zwischen angrenzenden Stiftenden hängt von der Dicke des Werkstücks und den mechanischen Eigenschaften des Werkstücks ab. Der richtige Abstand kann von einem Durchschnittsfach­ mann leicht errechnet oder durch Experiment bestimmt werden. Als Beispiel einer solchen Berechnung ist auf "Advance Strength of Materials", J.P. Den Hartog, McGraw-Hill Book Co., 1952, Seite 128, hinzuweisen. In dem speziellen, dargestellten Ausführungsbeispiel zum Halten von Siliciumwafern mit 7,6 cm Durchmesser und 0,05 cm Dicke beträgt der Abstand zwischen angrenzenden Stiftenden in der Haltefläche 0,508 cm. Die Durchmesser von Halbleiterwafern, wie sie bei der Herstel­ lung von Schaltungsbauteilen verwendet werden, schwanken etwas, und im allgemeinen nimmt die Dicke der Scheibe mit zunehmendem Durchmesser zu. Gemäß Erfindungsgedanken können verschiedene Vorrichtungen so ausgelegt werden, daß Wafer beliebigen Durchmessers gehalten werden können.

Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, die Fläche jedes einzelnen Abstützbereichs in der Halte­ fläche zu verringern und dadurch die Wahrscheinlichkeit zu vergrößern, daß ein Schmutzpartikel abgebürstet wird, während das Werkstück aufgelegt wird, und daß der Druck einer kleinen, lokalisierten Abstützstelle zum Wegdrücken eines Schmutzpartikels führt, welches sich zwischen dem Abstützbereich und dem Werkstück befinden sollte. In der Praxis hängt die Kleinheit des Abstützbereichs vom Abstütz­ material, von dem Herstellungsverfahren der Stifte, von dem Verfahren zur ebenen Herstellung der Haltefläche und von der Abnutzungsgeschwindigkeit der verwendeten Abstützung ab. In der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Stifte aus Keramik mit geschliffenen Spitzen und geläppten, plani­ sierten Abstützbereichen, die einen Durchmesser zwischen 0,025 und 0,038 cm haben. Die Haltefläche, durch Läppen planisiert, hat praktisch Abstützbereiche mit minimalen Abmessungen größer als 0,013 cm. In der gleichen Ausfüh­ rungsform besteht der eingefügte Rand 12 beispielsweise aus gehärtetem Stahl und besitzt eine Schmalfläche 13 von 0,05 cm Breite.

Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, den Halbleiterwafern beim Aufbringen auf die Haltefläche (manuell mit Pinzette oder mit einer automatischen Ladeein­ richtung) immer etwas seitliche Bewegung zu erteilen, gerade wenn der Halbleiterwafer die Haltefläche berührt, wie dies durch Fig. 4 angedeutet wird. Die seitliche Be­ wegung wird vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, Schmutzpartikel von den Stiftenden wegzu­ bürsten, was dadurch gewährleistet wird, daß der Durchmes­ ser jedes Abstützbereichs (oder die maximale Abmessung im Falle von Stiftenden mit nicht kreisförmiger Ausbildung) geringer ist als das Ausmaß der seitlichen Bewegung des Halbleiterwafers. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie dieses in Verbindung mit einem automatisch arbeiten­ den Ladegerät für Halbleiterwafer verwendet wird, welche für eine minimale seitliche Schubbewegung von mindestens 0,130 cm sorgt, wird der Durchmesser der Stiftenden dem­ gemäß kleiner gemacht als 0,130 cm. Daher sollte die Fläche jedes kreisförmigen Abstützbereichs in der Größenordnung von 1,3 × 10 ^-4 bis 1,3 × 10 ^-2 cm² betragen.

In Fig. 4 ist auch eine Darstellung eines üblichen Musterbelichtungsgeräts 20 enthalten, mit welchem ein Muster hoher Auflösung in der Schicht 19 belichtet werden kann.

Obzwar die spezielle, dargestellte Ausführungsform der Erfindung das Halten kreisförmiger Halbleiterwafer während der fotolitographischen Belichtung betraf, kann die Erfindung auch auf eine Einrichtung zum Halten anderer dünner Werkstücke verschiedener Gestalt während anderer Operationen verwendet werden, beispielsweise beim Polieren, Schleifen oder Fräsen. Es versteht sich, daß der Ausdruck "Abstützbereich" nicht nur einen runden Fleck abdecken soll, sondern auch eine willkürliche Gestalt mit kleiner Fläche betreffen soll. Ferner versteht es sich, daß der Ausdruck "Stift", wie er in der Beschreibung und den An­ sprüchen verwendet ist, zylinderförmige Glieder beliebi­ gen Querschnitts und Höhe einschließt und eine der Vielzahl möglicher Strukturen zum Tragen kleinflächiger örtlicher Abstützungen darstellt. Zahlreiche weitere Modi­ fikationen können vom Fachmann durchgeführt werden, ohne von dem Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Welche spezielle Einrichtung immer gewählt wird, ist es offensichtlich, daß die Verwendung einer solchen Einrich­ tung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren ermöglicht, welches den zu erzielen­ den Durchsatz bei der Herstellung von mikro- oder minia­ turisierten Bauteilen ermöglicht.

Claims (1)

1. Verfahren zum ebenen Einspannen dünner Halbleiterwafer (14), bei dem die Rückseite des Halbleiterwafers (14) gegen eine Vielzahl von in einer Ebene liegenden Abstützbereichen (18) gedrückt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   • a) die Oberfläche der Abstützbereiche (18), auf der der Halbleiterwafer (14) aufliegt, beträgt jeweils zwischen 1,3 × 10 ^-4 cm² und 1,3 × 10 ^-2 cm²,
   • b) der Halbleiterwafer (14) wird vor der endgültigen Fixierung in der Waferebene gegenüber den Abstützberei­ chen (18) verschoben, wodurch die zwischen Halbleiterwafer (14) und Abstützbereichen (18) befindlichen Schmutzparti­ kel abgebürstet werden.