DE60125935T2

DE60125935T2 - Wafer-spannfutter, belichtungssystem und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE60125935T2
Application number: DE60125935T
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Hitachi Tokyo Electronics Ome-shi KOBAYASHI; Koichi Hitachi Tokyo Electronics Ome-shi KOYANAGI; Ltd. Teruo Hitachi Tokyo Electronics Co. Ome-shi HONDA; Ltd. Hideo Hitachi Tokyo Electronics Co. Ome-shi SAEKI; Masaharu Hitachi Tokyo Electronics Ome-shi MOTOHASHI
Original assignee: Hitachi Tokyo Electronics Co Ltd
Current assignee: Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-27
Also published as: KR100886399B1; EP1291910B1; JP2010166085A; EP1291910A4; KR100804006B1; KR20020079807A; US20030001103A1; DE60125935D1; WO2001056074A1; EP1291910A1; KR20070122242A; US6664549B2

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wafer-Spannfutter und ein Belichtungsverfahren, welches das Wafer-Spannfutter verwendet, und ein Herstellungsverfahren eines Halbleiterbauelementes und spezieller ein Verfahren, das wirksam auf ein Wafer-Spannfutter oder dergleichen angewandt wird, das zum Vakuum- bzw. Unterdruck-Einspannen eines Halbleiter-Wafers bei den Schritten zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
In einem Belichtungssystem, das auf einen Halbleiter-Wafer eine Schutzschicht aufträgt und das ein Schaltungsmuster auf einer Schicht freilegt und entwickelt, die auf einer Negativschablone, die als ein Original dient, ausgebildet ist, um so ein vorher bestimmtes Schutzschichtmuster auf dem Halbleiter-Wafer zu bilden, ist zum Beispiel der Grad der Ebenheit des Halbleiter-Wafers eine wichtige technische Aufgabe, um Auflösungsfehler zu verhindern, die dadurch verursacht werden, dass eine Ausbildung eines Bildes innerhalb einer Tiefenschärfe nicht erreicht wird, und um ein scharfes Schaltungsmuster zu bilden. Aus diesem Grund soll ein ebener Zustand des Halbleiter-Wafers in einer derartigen Weise erforderlich sein, dass der Wafer von dessen Rückfäche durch ein Wafer-Spannfutter mit einem hohen Grad von Ebenheit durch Unterdruck eingespannt wird. An dem Wafer wird ein Belichtungsverfahren durchgeführt.
Als ein Beispiel, in dem ein Belichtungssystem ausführlich beschrieben wird, ist 'VLSI MANUFACTURING AND TEST DEVICE GUIDEBOOK IN 1998", herausgegeben von Kogyo Chosakai Publishing Co., Ltd. (20. November 1997) bekannt. Das Wafer-Spannfutter hat eine Gestaltung, in der eine große Anzahl von Halterungsstiften innerhalb eines kappenähnlichen Behälters eingesetzt wird. Bei diesem Aufbau werden jedoch die äußere Umfangswand des tassenähnlichen Behälters und eine große Anzahl von Halterungsstiften mit der Rückfläche des Halbleiter-Wafers so in Kontakt gebracht, dass im kappenähnlichen Behälter ein negativer bzw. Unterdruck ausgeübt wird, wobei dadurch der Halbleiter-Wafer gehalten wird. Daher wird eine Verwertung am Umfangsbereich des Halbleiter-Wafers nicht ausreichend korrigiert. Da die Mikromusterung in einem Verfahren die Tiefenschärfe weiterhin verkleinert, wird das Glätten eines Halbleiter-Wafers bei der Belichtung jedes Jahr eine wichtige technische Aufgabe.
Mit Bezug auf die Technik, ist als ein wichtiges, das den Grad der Ebenheit im Umfangsbereich eines Halbleiter-Wafers erhöht, eine Technik bekannt, die in der japanischen offen gelegten Patentanmeldung Nr. 8-37 227 offenbart ist. Diese Technik kann eine vorher bestimmte Wirkung wie eine Korrektur nach innen einer nach oben verzogenen Umformung am Umfangsbereich des Halbleiter-Wafers erreichen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Bei dem Wafer-Spannfutter, das nach der obigen herkömmlichen Technik beschrieben ist, kann jedoch ein ausreichender Grad der Ebenheit nicht erreicht werden. Wenn spezieller ein Wafer nach der obigen Erfindung umgekehrt (nach unten) verzogen ist, offenbart die Erfindung kein vorher bestimmtes Verhältnis der Form, das die Verwerfung so korrigiert, dass die Korrektur des Wafers zur Realisierung eines hohen Grades der Ebenheit der gesamten Fläche des Halbleiter-Wafers eine vorgegebene Grenze hat.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das eine Verwertung eines Halbleiter-Wafers, der an einem Wafer-Spannfutter eingespannt ist, wirksamer verhindem kann und der einen hohen Grad von Ebenheit auf der gesamten Fläche des Halbleiter-Wafers realisieren kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das Halbleiter-Wafer mit verschiedenen Durchmessern in einem einzelnen Wafer-Spannfutter durch Unterdruck einspannen kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das den Herstellungsertrag der Halbleiterbauelemente verbessern kann.
Die oben genannten Aufgaben und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und neue Eigenschaftsmerkmale werden anhand der Beschreibung dieser Patentschrift und der begleitenden Zeichnungen deutlich.
Der Überblick über typische der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird unten kurz beschrieben.
Spezieller wird ein Wafer-Spannfutter entsprechend der vorliegenden Erfindung eingeführt, das einen Halbleiter-Wafer mit einer Rückfläche durch Unterdruck eben einspannt, der an Halterungsstiften durch Ansaugen mit einer Ansaugkammer bei einem darauf ausgeübten Unterdruck gehalten wird, wobei die Ansaugkammer von einer äußeren Wand umgeben ist, wobei die obere Fläche der äußeren Wand so ausgebildet ist, dass sie eine Ebene hat, die etwas niedriger ist als jene der oberen Flächen der Halterungsstifte, wobei die äußere Wand den Halbleiter-Wafer nicht einspannt und nicht mit dem Halbleiter-Wafer in Kontakt kommt und Luft leicht in die Ansaugkammer gesogen wird.
Zusätzlich ist das Wafer-Spannfutter dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der äußeren Wand und dem dichtesten Halterungsstift konstant gehalten wird, wobei ein Moment so erzeugt wird, dass das Gefälle des Halbleiter-Wafers, der sich mit dem äußersten dichtesten Halterungsstift in Kontakt befindet, klein und die durch den Unterdruck verursachte Biegung des Halbleiter-Wafers minimal ist.
Ein Belichtungssystem entsprechend der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass es durch die Verwendung des Wafer-Spannfutters gebildet wird.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes entsprechend der vorliegenden Erfindung wendet das Wafer-Spannfutter auf den Schritt zum Polieren des Halbleiter-Wafers und auf ein Belichtungssystem zum Belichten des Halbleiter-Wafers an, um ein Halbleiterbauelement herzustellen.
Entsprechend dem Wafer-Spannfutter mit dem oben genannten Aufbau erzeugt einströmende Luft einen Druckverlust durch die äußere Wand, um den Druck in der Ansaugkammer negativ zu machen, wobei durch den negativen bzw. Unterdruck ein Unterdruck zwischen der äußeren Wand und dem dichtesten Halterungsstift erzeugt wird. Wenn ein Moment, das durch den Unterdruck erzeugt wird, dem Moment entspricht, das auf die innere Seite des dichtesten Halterungsstiftes wirkt, ist der Wafer an einer Position über dem dichtesten Halterungsstift nicht geneigt, da die Momente ausgeglichen sind.
Wenn zusätzlich der Abstand zwischen der äußeren Wand und dem dichtesten Halterungsstift nicht größer als ein vorgegebener Abstand ist, kann die Biegung oder das Gefälle des Wafers vom dichtesten Halterungsstift zu einer äußeren Reihe ausreichend klein hergestellt werden. Aus diesem Grund kann der Grad der Ebenheit des Wafers in der Nähe des Umfangsbereichs des Wafers bei einer hohen Genauigkeit aufrechterhalten werden.
Entsprechend dem Belichtungssystem, das das oben beschriebene Wafer-Spannfutter verwendet, kann selbst bei einem Mikromusterungsverfahren mit einer geringen Tiefenschärfe ein bevorzugtes Schaltungsmuster auf einen Halbleiter-Wafer übertragen werden.
Entsprechend dem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters mittels des Wafer-Spannfutters oder des Belichtungssystems kann ein Halbleiterbauelement selbst bei einem Mikromusterungsverfahren mit einer geringen Tiefenschärfe hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:
1 eine konzeptionelle grafische Darstellung, die ein Belichtungssystem zeigt, das ein Wafer-Spannfutter entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet;
2 eine Perspektivansicht, die das Wafer-Spannfutter entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einen Halbleiter-Wafer zeigt;
3 eine Draufsicht eines Wafer-Spannfutters entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine schematische Schnittansicht eines Teils entlang einer Linie A-A in 3;
5 eine Schnittansicht, die eine Modifikation des Wafer-Spannfutters entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Draufsicht, die eine Modifikation des Wafer-Spannfutters entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine grafische Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels der Funktionsweise des Wafer-Spannfutters entsprechend dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESTE AUSFÜHRUNGSART DER ERFINDUNG
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden unten mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
(Ausführungsbeispiel 1)
1 ist eine schematische grafische Darstellung eines Belichtungssystems, die ein Wafer-Spannfutter entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei 2 eine Perspektivansicht, die das Wafer-Spannfutter und einen Halbleiter-Wafer zeigt, 3 eine Draufsicht des Wafer-Spannfutters in 2 und 4 eine schematische Schnittansicht eines Teils entlang einer Linie A-A in 3 ist.
Gemäß 1 verwendet ein Belichtungssystem, das mit einem Wafer-Spannfutter versehen ist, zum Beispiel eine Hg-Lampe 2 als eine Belichtungs-Lichtquelle. Das von der Hg-Lampe ausgestrahlte Belichtungslicht 3 wird durch einen elliptischen Spiegel 4 und dann durch eine Kondensorlinse 8 durch einen Reflektor 5, eine Relais-Linse 6 und einen Reflektor 7 konvergiert. Das Licht, das durch das Beleuchtungssystem geführt wird, nimmt ein Schaltungsmuster an, das in einer Negativschablone 9 ausgebildet ist, und wird durch eine Reduktionslinse 10 reduziert, so dass das Licht schließlich auf einen Halbleiter-Wafer 11 projiziert wird, der durch ein Wafer-Spannfutter 1 eingespannt ist. Auf diese Weise wird das Schaltungsmuster auf den Halbleiter-Wafer 11 übertragen, auf dem eine Schutzschicht aufgetragen ist.
Das Wafer-Spannfutter 1 besteht aus einem Material wie Keramik, um eine Umformung zu verhindern, die durch Alterung oder Wärmeausdehnung verursacht wird, und ist so angeordnet, dass sie den Halbleiter-Wafer 11 einspannt. Gemäß 2 weist das Wafer-Spannfutter eine Ansaugkammer 13 auf, die von einer äußeren Wand 12 umgeben ist und die in einem Spannfuttergehäuse 14 ausgebildet ist. Die Ansaugkammer 13 ist mit einer äußeren Abzugspumpe oder dergleichen (nicht dargestellt) durch ein Ansaugloch 16 verbunden. Gemäß 3 ist die äußere Wand 12 so ausgebildet, dass sie eine Größe hat, die etwas kleiner ist als die des Halbleiter-Wafers 11, und zur Rückfläche des Halbleiter-Wafers 11 gewölbt ist, um ein Anhaften oder dergleichen der aufgetragenen Schutzschichtlösung zu verhindern.
Die obere Fläche der äußeren Wand 12 ist so ausgeführt, dass sie etwas niedriger ist als die Ebene einer Vielzahl von Halterungsstiften 15, die den Halbleiter-Wafer 11 von seiner Rückfläche halten. Die Rückfläche des Halbleiter-Wafers 11 und die obere Fläche der äußeren Wand 12 haben einen schmalen Spalt δ. Folglich steht die Ansaugkammer 13, aus der Luft durch das Ansaugloch 16 abgezogen wird, mit der Außenseite durch den Spalt in Verbindung. Eine Durchtritts-Strömungsgeschwindigkeit Q wird durch die folgende Gleichung anhand einer theoretischen Berechnung und eines experimentellen Ergebnisses ausgedrückt. Q = 3bδ3/4μ·dp/dx(Gleichung 1) wobei b: die Umfangslänge der äußeren Wand, δ: der Spalt, μ: der Viskositätskoeffizient, dP/dx: das Druckgefälle sind.
Wenn gemäß Gleichung 1 der Spalt klein hergestellt wird, wirkt die Viskosität der Luft, die durch den Spalt strömt, stark, wobei ein Druckverlust erzeugt wird, wenn Luft durch die äußere Wand 12 gelangt (von der eine Vakuumdichtung errichtet wird, wenn der Druckverlust erzeugt wird).
Als ein experimentelles Beispiel wurde der Halbleiter-Wafer 11 (die Rückfläche ist mattiert) mit einem Durchmesser von 200 verwendet, wobei die Breite der äußeren Wand 12 0,3 mm, der Spalt δ 0,5 μm und der Druck einer Unterdruckquelle 0,79 kPa (600 mmHg) betrug. In diesem Fall betrug das Abnehmen des Drucks, das durch das Einströmen von Luft von der äußeren Wand 12 verursacht wurde, 3,2%. In der gleichen Weise betrug ein Abnehmen des Drucks in einem herkömmlichen Aufbau, in dem sich die äußere Wand 12 mit einem Stift in Kontakt befand, 1,3%. Wenn die Breite der äußeren Wand 12 und der Spalt δ geändert werden, kann ein Abnehmen des Drucks gesteuert werden. Aus diesem Grund kann ein Wafer-Spannfutter 1 hergestellt werden, das mit einer Änderung des Durchmessers des Halbleiter-Wafers 11 zurechtkommt.
Wenn der Halbleiter-Wafer 11 von den spitzen Halterungsstiften 15 gehalten wird, werden die Pressdrücke an den oberen Enden der Halterungsstifte 15 auf Grund einer Druckdifferenz dP zwischen dem Druck der Ansaugkammer 13 und dern atmosphärischen Druck erzeugt. Es ist jedoch erfahrungsgemäß bekannt, dass ein Ergebnis auf der Annahme erreicht wird, dass sich die Umformung eines Bereiches, der durch eine kontinuierliche Oberfläche wie der Oberfläche der äußeren Wand 12 gepresst wird, von der Umformung eines Bereiches unterscheidet, der durch die obere Enden der Halterungsstifte 15 gepresst wird. Diese Differenz steht mit einem Unterdruck, den Flächen der oberen Enden der Stifte, der Anordnung der Stifte, dem Zustand der Rückfläche des Halbleiter-Wafers 11 und dergleichen im Zusammenhang.
Obwohl kein durchgehender Kontaktbereich zwischen der Rückfläche des Halbleiter-Wafers 11 und der oberen Fläche der äußeren Wand 12 bereitgestellt wird, muss in diesem Ausführungsbeispiel die Anordnung der Halterungsstifte 15 betrachtet werden. Wenn die Ausrichtungsabstände der Halterungsstifte 15 so gleich wie möglich eingestellt sind und wenn die dichtesten Halterungsstifte 15a zur äußeren Wand 12 so angeordnet sind, um Unterdrucke aufzunehmen, die zueinander gleich sind, kann der höchste Grad der Ebenheit unabhängig vom Zustand der Rückfläche des Halbleiter-Wafers 11 erreicht werden. Spezieller können die Halterungsstifte 15a so angeordnet sein, dass ein Abstand (Abstand L1) zwischen der äußeren Wand 12 und dem dichtesten Halterungsstift 15a nahezu gleich zur Hälfte eines Ausrichtungsabstands L2 der Halterungsstifte 15 ist. Wenn ein Genauigkeitsfehler innerhalb von ±50 nm als Ziel eingestellt ist, erfüllen der Ausrichtungsabstand L2 der inneren Halterungsstifte 15 und der Abstand L1 zwischen der äußeren Wand 12 und dem dichtesten Halterungsstift 15a wünschenswerterweise eine Beziehung: L2/6 ≤ L1 ≤ L2.
Die Beziehung zwischen dem Abstand L1 zwischen der äußeren Wand 12 und den dichtesten Halterungsstiften 15a und dem Ausrichtungsabstand L2 der inneren Halterungsstifte 15 kann nicht nur auf die Ausrichtungsabstände in einer radialen Richtung des Wafer-Spannfutters, wie oben beschrieben, sondern auch auf Ausrichtungsabstände in einer Umfangsrichtung angewandt werden.
Spezieller wird von einem Standpunkt, dass die Drücke, die durch die Halterungsstifte aufgenommen werden, so gleich wie möglich eingestellt sind, der Ausrichtungsabstand L2 so eingestellt, dass er nicht mehr als das 1,5-fache des Abstands L1 zwischen der äußeren Wand 12 und den dichtesten Halterungsstiften 15a aus den folgenden Gründen beträgt.
Es muss zum Realisieren eines hohen Grades der Ebenheit des Halbleiter-Wafers 11 notwendig sein, dass Drücke, die auf die oberen Enden der Halterungsstifte 15 wirken, so gleich wie möglich eingestellt sind. Das heißt, beim Unterdruck-Einspannen wird eine Fläche, auf die der atmosphärische Druck wirkt, durch die Halterungsstifte 15 gleichmäßig geteilt.
Insbesondere wird ein Problem an einem Umfangsbereich (der inneren Wand 17) von einem Loch zum Hochdrücken 18 herausragend aufgeworfen, in das/von dem ein Stift zum Hochdrücken 19, der in 5 veranschaulicht ist (wird später beschrieben), zum Drücken des Halbleiter-Wafers 11 eindringt. Hauptsächlich werden Drücke, die auf die oberen Enden der dichtesten Halterungsstifte 15a zur inneren Wand 17 wirken, beträchtlich vom Grad der Ebenheit beeinflusst.
Es wird eine experimentelle Überprüfung der vorausberechneten Verformung mit Bezug auf diesen Einfluss durchgeführt.
Bei dem Experiment, wie es in 8 veranschaulicht ist, wurde das Verhältnis der Dichte der Ausrichtung der dichtesten Halterungsstifte 15a, die sich am dichtesten zur inneren Wand 17 befanden, zur Dichte der Ausrichtung der Halterungsstifte 15b, die sich benachbart außerhalb der Ausrichtung der dichtesten Halterungsstifte 15a befanden, auf das 1,5-fache geändert, wobei das Verhältnis eines Drucks P1 (Druck der Fläche ➀ ), der auf das obere Ende des Halterungsstifts 15a wirkt, zu einem Druck P2 (Druck der Fläche ➁), der auf das obere Ende des Halterungsstifts 15b wirkt, so eingestellt wurde, dass es das 1,5-fache bis 1/1,5-fache beträgt. In diesem Fall wurde eine Verformung von etwa 90 nm gemessen. Da die Verformung 100 nm oder weniger auf Grund anderer Faktoren beträgt, wird das Verhältnis des 1,5-fachen als die Grenze der praktischen Nutzung angesehen. Um eine höhere Genauigkeit zu erreichen, sollte das Verhältnis selbstverständlich so nahe wie möglich eher zum 1,0-fachen als zum 1,5-fachen hergestellt werden.
Der Wert L2 muss 1 mm oder mehr auf Grund von Einschränkungen oder dergleichen der eigentlichen Verfahrenstechnologie des Wafer-Spannfutters 1 betragen. In der Annahme, wenn P1/P2 = ➀/➁ das 1,5-fache bis 1/1,5-fache, wie oben beschrieben, betragen kann, dass der Minimalwert des Wertes L2 wie oben beschrieben 1 mm beträgt, ist, um das Verhältnis der Fläche ➀ zur Fläche ➁ auf das 1,5-fache bis 1/1,5-fache zu regeln, die folgende Bedingung erfüllt.
Wenn das Verhältnis das 1,5-fache beträgt, ist L1 = L2 erfüllt, da L2/2 + L1 (= L2) = 1,5-faches von L2 erfültt ist.
Wenn das Verhältnis das 1/1,5 fache beträgt, ist L1 = 1/6 = 0,17 mm, da L2/2 + L1 (= L2/6) = L2 – 2/3 erfüllt ist.
Da jedoch L1 auf etwa 0,2 mm auf Grund der Einschränkungen der Verfahrenstechnologie beschränkt ist, beträgt der Minimalwert von L1 0,2 mm.
Andererseits wird der Abstand L1 zwischen der äußeren Wand 12 und dem dichtesten Halterungsstift 15a wünschenswerterweise so eingestellt, dass er in Anbetracht der Biegung eines Strahls bis etwa 1,8 mm beträgt.
Der Grund, warum der Abstand L1 zwischen der äußeren Wand 12 und den dichtesten Halterungsstiften 15a auf bis zu 1,8 mm eingestellt wird, wird unten beschrieben.
Es wird angenommen, dass die Abstände der dichtesten Halterungsstifte 15a zur äußeren Wand 12 und der Halterungsstifte 15b, die zu den dichtesten Halterungsstiften 15a intern benachbart sind, durch L2 dargestellt werden, wobei ein Überhang (d. h., der Abstand zwischen der äußeren Wand 12 und dem dichtesten Halterungsstift 15a) des Umfangsbereichs des Halbleiter-Wafers 11 durch L1, eine verteilte Last durch w, ein längsgerichteter elastischer Koeffizient durch E und ein geometrisches Trägheitsmoment durch I dargestellt werden. In diesem Fall wird eine Biegung y des distalen Endes (unmittelbar über der äußeren Wand 12) des Überhangs annähernd durch die folgende Gleichung ausgedrückt: y = w(L1)4/8EI + w(L1)3L2/6E1(Gleichung 2)
Ein Si-Substrat wird als der Halbleiter-Wafer 11 angenommen, wobei 80 kPa (600 mmHg) für das w, 1,8 mm für L1, 2 mm für L2, 166 MPa für das E ausgetauscht werden und die Dicke des Halbleiter-Wafers 11 durch 0,725 mm → I = 0,0318 mm⁴ angegeben wird. In diesem Fall wird die Biegung y durch y = 50 nm angegeben. Um einen Grad der Ebenheit von 100 nm oder weniger zu erreichen, ist es angemessen, dass der Biegungsfaktor auf 50 nm oder weniger eingestellt wird. Aus diesem Grund wird es als notwendige Bedingung angesehen, dass L1 1,8 mm oder weniger beträgt.
(Ausführungsbeispiel 2)
Bei dem Wafer-Spannfutter 1 entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1 ändert sich eine Einströmgeschwindigkeit der äußeren Luft abhängig vom Abstand des Spalts zwischen dem Halbleiter-Wafer 11 und der oberen Fläche der äußeren Wand 12. Die Einströmgeschwindigkeit der Luft wird durch die Gleichung 1 ausgedrückt. Wenn in diesem Fall der Spalt δ übermäßig groß ist, steigt die Einströmgeschwindigkeit des Gases an, um den Druck in der Ansaugkammer 13 zu senken. Wenn die Einströmgeschwindigkeit übermäßig klein ist, wird der Halbleiter-Wafer 11 mit der oberen Fläche der äußeren Wand 12 in Kontakt gebracht, wobei die im Ausführungsbeispiel 1 beschriebene Wirkung möglicherweise nicht erreicht wird. Wenn zusätzlich Fremdmaterial, das an der Rückfläche des Halbleiter-Wafers 11 haftet, zwischen dem Halbleiter-Wafer 11 und der äußeren Wand 12 eingeklemmt ist, bildet das Fremdmaterial einen Hügel auf dem entsprechenden Teil des Halbleiter-Wafers 11 und kann den Grad der Ebenheit beeinträchtigen.
In einem Experiment wird angenommen, dass ein Halbleiter-Wafer 11 mit einem Durchmesser ∅ von 200 und einer mattierten Rückfläche verwendet wird, wobei die Breite der äußeren Wand 12 0,3 mm und der Spaltabstand 0,5 μm beträgt. Der Druck in der Ansaugkammer 13 nimmt um etwa 3% ab. Es wird angenommen, dass die eigentliche Toleranz der Druckabnahme auf 10% eingestellt wird. Der Wert wird auf die Gleichung 1 angewandt.
Wenn die Breite einer äußeren Wand 0,3 mm beträgt, beträgt der Spalt δ an seinem Maximum 0,75 μm, und wenn die Breite der äußeren Wand 2,0 mm beträgt, beträgt der Spalt δ an seinem Maximum 1,4 μm, so dass solche Werte als das Maximum angesehen werden, bis zu dem der Spalt δ eingestellt werden kann.
Zusätzlich ist ein Spalt δ von 0,1 μm oder mehr am Minimum erforderlich, so dass der Halbleiter-Wafer 11 nicht mit der äußeren Wand 12 in Kontakt gebracht wird.
Wenn die Breite der äußeren Wand 12 2,0 mm oder mehr beträgt, nimmt die Biegung des Umfangsbereichs des Halbleiter-Wafers 11 auf Grund des Einflusses eines Unterdrucks zu. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass die Breite so eingestellt wird, dass sie 2,0 mm oder weniger beträgt.
(Ausführungsbeispiel 3)
sBei dem Wafer-Spannfutter 1 entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1, bei dem die dichtesten Halterungsstifte 15a so angeordnet sind, dass sie einen Kreis entlang der äußeren Wand 12 bilden, und die Halterungsstifte 15b auf der zweiten kreisförmigen Linie innerhalb der dichtesten Halterungsstifte 15a so angeordnet sind, dass sie einen Kreis bilden, ist der Zwischenraum zwischen den dichtesten Halterungsstiften 15a und den Halterungsstiften 15b wichtig, um eine hohe Genauigkeit des Grades der Ebenheit des Umfangsbereichs des Halbleiter-Wafers 11 zu erreichen.
Spezieller sollte bei einem Halbleiter-Wafer 11, der um eine durchschnittliche Krümmung von 1/R verzogen ist, der Halbleiter-Wafer 11 einem Unterdruck ausgesetzt werden, um so die Verwertung zu korrigieren, so dass ein Anordnungszustand der Halterungsstifte 15 zum Durchführen der Korrektur am äußersten Bereich erforderlich ist.
Bei dem Aufbau eines Wafer-Spannfutters einer herkömmlichen Technik befindet sich die äußere Wand 12 mit dem Halbleiter-Wafer 11 in Kontakt, um als eine Vakuumdichtung zu dienen. Aus diesem Grund kann an dem Bereich, wo sich der Halbleiter-Wafer 11 mit der äußeren Wand 12 in Kontakt befindet, die durchschnittliche Krümmung des Halbleiter-Wafers 11 nicht ausreichend korrigiert werden, um ein Gefälle zurückzulassen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann das Gefälle des Halbleiter-Wafers 11 an den Kontaktbereichen zum Halbleiter-Wafer 11 der dichtesten Halterungsstifte 15a zur äußeren Wand 12 gesenkt werden, wobei die Halterungsstifte 15b auf der zweiten kreisförmigen Linie innerhalb der äußersten Stifte 15a angeordnet sind, um einen Kreis derart zu bilden, dass der Druck der Kontaktfläche der dichtesten Halterungsstifte 15a zur äußeren Wand 12 dem der anderen Kontaktstifte 15 entspricht, so dass die Anordnungsdichte der Kontaktstifte 15 gleichförmig hergestellt wird und so, dass der Grad der Ebenheit eines Bereiches in der Nähe der äußeren Wand 12, wo ein hoher Grad der Ebenheit nicht leicht erreicht werden kann, verbessert werden kann. In diesem Fall wird, wie oben beschrieben ist, der Abstand (Ausrichtungsabstand L2) zwischen den dichtesten Halterungsstiften 15a zur äußeren Wand 12 und den Halterungsstiften 15b auf der zweiten kreisförmigen Linie vorzugsweise auf einen Wert eingestellt, der in einem Bereich von 1 bis 2,5 mm, besser 2 mm fällt, um die Genauigkeit des Grades der Ebenheit des Halbleiter-Wafers 11 leicht zu erreichen.
Der Fall, bei dem die Flächen der oberen Enden der Halterungsstifte 15 zueinander gleich eingestellt werden, wurde oben beschrieben. In dem Fall jedoch, wo die Anordnungsdichte der Halterungsstifte 15 nicht gleichmäßig ist, können die Flächen der oberen Enden der Halterungsstifte 15 abhängig von der Dichte geändert werden.
(Ausführungsbeispiel 4)
Bei jedem der Wafer-Spannfutter 1 entsprechend den Ausführungsbeispielen 1 bis 3, können die gleichen Funktionswirkungen wie jene für die äußere Wand 12, die dichtesten Halterungsstifte 15a und die Halterungsstifte 15b auf der zweiten kreisförmigen Linie für eine innere Wand 17 mit einem Loch zum Hochdrücken 18 für einen Stift zum Hochdrücken 19 erzielt werden, die an einem Bereich in der Nähe der Mitte des Wafer-Spannfutters 1 gemäß 5 angeordnet ist und verwendet wird, um den Halbleiter-Wafer 11 für die dichtesten Halterungsstifte 15a zur inneren Wand 17 und für die Halterungsstifte 15b auf der zweiten kreisförmigen Linie von der inneren Wand zu befördern.
Wie oben beschrieben ist, verhindert das in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Wafer-Spannfutter 1 eine Verwerfung in der Nähe der äußeren Wand 12 des eingespannten Halbleiter-Wafers 11 und der inneren Wand 17, um den Halbleiter-Wafer 11 eben einzuspannen. Aus diesem Grund kann, wenn dieses Ausführungsbeispiel auf das Wafer-Spannfutter 1 eines in 1 veranschaulichten Belichtungssystems angewandt wird, ein Schaltungsmuster mit einer bevorzugten Auflösung auf den Halbleiter-Wafer 11 übertragen werden, ohne die Tiefenschärfe der Reduktionslinse 10 auf die jeweiligen Teile des Halbleiter-Wafers 11 zu ändern.
(Ausführungsbeispiel 5)
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der Fall, in dem der Halbleiter-Wafer 11 mit einer speziellen Größe durch Unterdruck von einer äußeren Wand 12 fixiert wird, beispielhaft dargestellt. Es können jedoch äußere Wände 12 mit unterschiedlichen Durchmessern auf einmal angeordnet werden, wobei mehrere Halbleiter-Wafer 11 mit unterschiedlichen Größen durch Unterdruck fixiert werden können.
Spezieller wird bei dem in 6 veranschaulichten Wafer-Spannfutter 1 eine äußere Wand 12A innerhalb der äußeren Wand 12 angeordnet. Auf diese Weise kann ein Wafer-Spannfutter 1 verwendet werden, um einen beliebigen von einem Halbleiter-Wafer 11 mit einem kleinen Durchmesser, der der äußeren Wand 12 entspricht, und von einem Halbleiter-Wafer 11 mit einem großen Durchmesser, der der äußeren Wand 12A entspricht, durch Unterdruck fixiert werden.
In diesem Fall befinden sich die äußere Wand 12 und die äußere Wand 12A nicht in Kontakt mit der Rückfläche des Halbleiter-Wafers 11, selbst wenn jeder der Halbleiter-Wafer 11 den kleinen Durchmesser und den großen Durchmesser hat. Aus diesem Grund kann, wenn die Gestaltung der inneren Wand 17, des Lochs zum Hochdrücken 18, des Stifts zum Hochdrücken 19 und dergleichen, die in 5 veranschaulicht sind, lediglich am mittleren Bereich der innersten äußeren Wand 12 angeordnet ist, ein negativer Unterdruck an der gesamten Oberfläche des Halbleiter-Wafers 11 realisiert werden.
Entsprechend der Gleichung 1 befindet sich eine Verbindung Q im Verhältnis zu einer Umfangslänge b. Aus diesem Grund muss, um dP auf einen für den Unterdruck erforderlichen Wert aufrechtzuerhalten, ein Spalt δ zwischen vorgegebenen Wänden kleiner sein als ein Spalt δ zwischen Wänden außerhalb der vorgegebenen Wände.
Wenn Halbleiter-Wafer mit unterschiedlichen Durchmessern nicht geplant sind und wenn ein Halbleiter-Wafer mit einer großen Verwerfung einem Unterdruck ausgesetzt wird, wird der Halbleiter-Wafer sequentiell vom mittleren Bereich dem Unter druck ausgesetzt. Auf diese Weise können Probleme von Unterdruckfehlern, die durch Verwerfung verursacht werden, beträchtlich reduziert werden. In diesem Fall wird die Differenz zwischen den Ebenen der inneren Reihen (Umfangswände) so eingestellt, dass sie bis zu 0,3 mm beträgt, wobei dieses im Allgemeinen als eine Grenze zum zuverlässigen Durchführen des Haltens durch Unterdruck betrachtet wird und so eingestellt sein kann, dass sie 0,1 μm oder mehr beträgt.
(Ausführungsbeispiel 6)
7 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes durch Verwendung des Wafer-Spannfutters und des Belichtungssystems, das das Wafer-Spannfutter aufweist, zeigt.
Spezieller wird ein Halbleitersubstrat, das durch Schneiden eines Rohlings, der aus einem monokristallinen Halbleiter besteht, in Scheiben gewonnen wird, poliert, um einen Halbleiter Wafer 11 herzustellen (Schritt 101).
Bei dem bekannten Wafer-Verfahren wird ein Schaltungsmuster für ein Halbleiterbauelement auf den Halbleiter-Wafer 11 durch Fotolithografie mittels des Belichtungssystems in 1 übertragen und darauf ausgebildet. Zu diesem Zeitpunkt kann, wenn das Wafer-Spannfutter 1 entsprechend jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet wird, um den Halbleiter-Wafer 11 für das Belichtungssystem zu fixieren, das Schaltungsmuster mit einer bevorzugten Auflösung auf den Halbleiter Wafer 11 übertragen werden, ohne die Tiefenschärfe der Reduktionslinse 10 für die jeweiligen Teile des Halbleiter-Wafers 11 zu ändern.
Bei diesem Wafer-Verfahren wird die Oberfläche des Halbleiter-Wafers 11 durch ein CMP-Verfahren (CMP – chemical mechanical polishing für chemisches mechanisches Polieren) oder dergleichen geglättet, um einen nachteiligen Einfluss auf eine unebene Oberfläche des Wafer-Basisbereiches in einer Mehrfachebenen-Zwischenverbindungsstruktur oder dergleichen zu verhindem. Wenn das Wafer-Spannfutter 1 entsprechend jedem der Ausführungsbeispiele verwendet wird, um den Halbleiter-Wafer 11 in einer Poliervorrichtung zum Ausführen des CMP-Verfahrens einzuspan nen, kann eine Glättung auf hohem Niveau so durchgeführt werden, dass maximale Biegungen an den jeweiligen Teilen des Halbleiter-Wafers 11 auf 50 nm oder weniger geregelt werden, wobei eine Reduzierung oder dergleichen von Fehlern des Schaltungsmusters auf der oberen Schicht, die durch die Unebenheit oder dergleichen auf der Basis verursacht werden, realisiert werden kann (Schritt 102).
Bei dem Halbleiter-Wafer 11, auf dem eine große Anzahl von Halbleiterbauelementen auf einmal durch das oben genannte Wafer-Verfahren ausgebildet werden, werden die Funktionen der jeweiligen Halbleiterbauelemente durch eine Wafer-Sonde oder dergleichen geprüft (Schritt 103). Des Weiteren werden im Zerteilungsschritt für den Halbleiter-Wafer 11 mehrere Halbleiterbauelemente in unabhängige Chips (Pellets) geteilt (Schritt 104), wobei nur Chips, die als nicht defekte Chips im Prüfungsschritt im Schritt 103 ermittelt werden, verpackt werden (Schritt 105).
Auf diese Weise werden Halbleiterbauelemente fertig gestellt, die als Produkte dienen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird, wie oben beschrieben ist, der Halbleiter-Wafer 11 durch das Wafer-Spannfutter 1 mit einem hohen Grad von Ebenheit eingespannt und belichtet. Aus diesem Grund wird eine hohe Genauigkeit der Tiefenschärfe der Reduktionslinse 10 auf die jeweiligen Teile des Halbleiter-Wafers 11 erreicht, wobei eine Verbesserung der Übertragungsgenauigkeit eines Schaltungsmusters realisiert werden kann.
Wenn das Wafer-Spannfutter 1 entsprechend diesem Ausführungsbeispiel auf den CMP-Schritt angewandt wird, kann eine Verringerung von Fehlern wie die Unterbrechung in einer mehrfach geschichteten Zwischenverbindungsstruktur durch Glättung auf hohem Niveau des Halbleiter-Wafers 11 im CMP-Schritt realisiert werden. Infolgedessen kann ein hoher Ertrag bei den Schritten zur Herstellung von Halbleiterbauelementen erreicht werden.
Die durch den gegenwärtigen Erfinder gemachte vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der Ausführungsbeispiele konkret beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, wobei verschiedene Ände rungen und Modifikationen bewirkt werden können, ohne selbstverständlich von Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
Bei der obigen Beschreibung wurde die durch den gegenwärtigen Erfinder gemachte Erfindung mit Bezug auf ein optisches Belichtungssystem auf dem Gebiet der Erfindung erläutert, das den Hintergrund der Erfindung bildet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf das optische Belichtungssystem beschränkt, wobei die vorliegende Erfindung auf ein Elektronenstrahlbelichtungssystem und nicht nur auf diese Belichtungssysteme, sondern auch auf verschiedene Halbleiter-Herstellungsvorrichtungen und Halbleiter-Prüfungsvorrichtungen angewandt werden kann, die Halbleiter-Wafer eben einspannen müssen.
Zusätzlich kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Schritte zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, sondern auch auf die Schritte zur Herstellung von Flüssigkristall oder dergleichen angewandt werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Wirkungen, die durch eine typische der Ausführungsformen der Erfindung, die in dieser Anmeldung offenbart ist, erreicht werden, werden unten kurz beschrieben.

(1) Wenn spezieller entsprechend dem Wafer-Spannfutter der vorliegenden Erfindung äußere Luft in eine Ansaugkammer durch einen Raum zwischen einem Halbleiter-Wafer und der oberen Fläche einer äußeren Wand gesogen wird, wird ein Druckverlust durch einen Viskositätswiderstand verursacht, um eine Vakuumdichtung zwischen der Ansaugkammer und der Außenseite zu errichten, wobei der Halbleiter-Wafer nur durch Halterungsstifte durch Unterdruck eingespannt werden kann. Auf diese Weise kann ein gleichförmiges Unterdruck-Einspannen in einer gesamten Fläche durchgeführt werden, die dem Wafer-Unterdruck ausgesetzt ist, wobei das Unterdruck-Einspannen mit einem äußerst hohen Grad von Ebenheit durchgeführt werden kann.
(2) Entsprechend dem Wafer-Spannfutter der vorliegenden Erfindung kann eine Wirkung erreicht werden, dass Halbleiter-Wafer mit unterschiedlichen Durchmessern durch Unterdruck durch ein Wafer-Spannfutter eingespannt werden können.
(3) Da entsprechend einem Belichtungssystem, das den Wafer entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet, der Grad der Ebenheit eines eingespannten Halbleiter-Wafers einschließlich seines Umfangsbereiches ansteigt, ändert sich die Tiefenschärfe in der gesamten Fläche des Halbleiter-Wafers nicht, wobei ein Schaltungsmuster mit einer bevorzugten Auflösung auf den Halbleiter-Wafer übertragen werden kann.
(4) Wenn ein Wafer-Spannfutter entsprechend der vorliegenden Erfindung in einer Halbleiter-Wafer-Poliervorrichtung verwendet wird, kann eine polierte Oberfläche mit einem hohen Grad von Ebenheit erzielt werden.
(5) Entsprechend den oben genannten Punkten (3) und (4) können bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes, das das Wafer-Spannfutter der vorliegenden Erfindung verwendet, nicht defekte Halbleiterchips in der gesamten Fläche des Halbleiter-Wafers hergestellt werden, wobei ein Ertrag von Halbleiterbauelementen erhöht werden kann.

Claims

Wafer-Spannfutter (1) zum ebenen Vakuum-Einspannen eines Halbleiter-Wafers (11), der auf Halterungsstiften (15) durch Ansaugen mit einer Ansaugkammer (13) bei einem darauf ausgeübten Unterdruck gehalten wird, wobei die Ansaugkammer von einer ersten Umfangswand (14) umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine obere Fläche der ersten Umfangswand (14) so ausgebildet ist, dass sie niedriger ist als eine obere Fläche der Halterungsstifte (15), wobei sich die obere Fläche der ersten Umfangswand nicht in Kontakt mit dem Halbleiter-Wafer befindet; und – ein erster Abstand zwischen der ersten Umfangswand (14) und ersten dichtesten Halterungsstiften (15a) der Halterungsstifte (15) so eingestellt ist, dass er kürzer ist als ein zweiter Abstand zwischen den ersten Halterungsstiften und zweiten Halterungsstiften, die innerhalb der ersten Halterungsstifte positioniert sind.
Wafer-Spannfutter nach Anspruch 1, wobei der erste Abstand nicht kleiner als 0,2 mm und nicht größer als 1,8 mm ist.
Wafer-Spannfutter nach Anspruch 1, wobei eine Differenz zwischen der Ebene der oberen Fläche der ersten Umfangswand und der Ebene der oberen Flächen der Halterungsstifte in einen Bereich von 0,1 μm bis 1,4 μm fällt.
Wafer-Spannfutter nach Anspruch 1, wobei die ersten Halterungsstifte so angeordnet sind, dass sie einen Kreis entlang der ersten Umfangswand bilden, wobei die zweiten Halterungsstifte auf einer zweiten kreisförmigen Linie innerhalb der dichtesten Halterungsstifte mit einem Abstand angeordnet sind, der in einen Bereich von 1 mm bis 2,5 mm fällt.
(berichtigt) Wafer-Spannfutter nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine zweite Umfangswand innerhalb der ersten Umfangswand angeordnet ist und ein Positionsverhältnis zwischen den dritten Halterungsstiften und der zweiten Umfangswand von wenigstens einer Seite innerhalb oder außerhalb der zweiten Umfangswand zu einem Positionsverhältnis zwischen der ersten Umfangswand und den ersten Halterungsstiften im Wafer-Spannfutter gemäß Anspruch 1, 2, 3 oder 4 äquivalent ist.
Wafer-Spannfutter nach Anspruch 5, wobei eine Differenz zwischen der Ebene der oberen Fläche der zweiten Umfangswand und der Ebene der oberen Fläche der ersten Halterungsstifte in einen Bereich von 0,1 μm bis 0,3 μm fällt.
Wafer-Spannfutter nach Anspruch 5, wobei die Halterungsstifte nicht innerhalb der zweiten Umfangswand angeordnet sind und ein Druck innerhalb der zweiten Umfangswand der atmosphärische Druck ist.