JP2000243817A - ウエハステージ、ウエハステージの製造方法及びウエハ保持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハステージ上に載置したウエハ裏面の損
傷及びこの損傷によるパーティクルの発生を防止する。 【解決手段】 ウエハ吸着面２ａに昇降自在な３本のウ
エハ支持ピン４を立設してなるウエハステージにおい
て、ウエハ支持ピン４は降下速度の調節が自在なものと
した。また、ウエハ支持ピン４には、ウエハ支持ピン４
の降下速度を調節するための制御手段５を設けた。この
制御手段５は、ウエハ吸着面２ａ上においてウエハ支持
ピン４を所定位置ｄにまで降下させて一時停止させ、ウ
エハ吸着面２ａからの放射によってウエハＷの温度がウ
エハ吸着面２ａと同程度の温度に達した後、ウエハ支持
ピン４の上端がウエハ吸着面２ａよりも下方になるよう
にウエハ支持ピン４を再降下させ、ウエハ吸着面２ａ上
にウエハＷを降下載置させるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程においてウエハを保持するために用いられるウエハ
ステージ、ウエハステージの製造方法及びウエハ保持方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程では、ウエハの裏
面全面に対して均等にウエハ支持面を接触させて保持す
るウエハステージを用いることで、ウエハの温度や表面
高さの面内均一性を確保する必要がある。図５（１）及
び図５（２）はウエハステージの一例を示す断面図であ
り、図６はこのウエハステージを上方から見た平面図で
ある。これらの図に示すウエハステージは、本体１のウ
エハ吸着面２に、真空ポンプ（図示省略）に接続された
吸着溝３（図６のみに図示）が設けられると共に、昇降
自在な３本のウエハ支持ピン４が立設されたものであ
る。また、ここでの図示は省略したが、本体１にはヒー
タや冷媒管のような温調手段が内設されており、ウエハ
吸着面２に吸着固定されたウエハＷ（図５のみに図示）
が所定温度で保持されるように構成されたものもある。
このようなウエハステージにおいては、ウエハ吸着面２
が鏡面加工されたものとなっている。

【０００３】このような構成のウエハステージを用いて
ウエハを保持する方法を、図５（１）及び図５（２）を
用いて説明する。先ず、図５（１）に示すように、上昇
させた３本のウエハ支持ピン４上にウエハＷを水平に支
持させる。次に、ウエハ支持ピン４を降下させ、図５
（２）に示すように、ウエハ吸着面２上にウエハＷを降
下載置させる。この際、吸着溝３に接続された真空ポン
プを作動させておき、ウエハＷによって吸着溝３を塞ぐ
ことで、ウエハ吸着面２にウエハＷを吸引固定させる。
尚、温調手段が設けられたウエハステージでは、予め温
調手段によって所定温度に加熱（または冷却）されたウ
エハ吸着面２上にウエハＷを降下載置させる。

【０００４】また、ウエハ吸着面２上でのウエハ処理が
終了した後には、真空ポンプの作動を停止させ、図５
（１）に示すように、ウエハ支持ピン４を上昇させるこ
とでウエハ吸着面２からウエハＷを引き離す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体装置の高
集積化及び高機能化に伴い、素子構造の微細化が進展し
ており、製造工程においてはパーティクル汚染に対する
より厳しい管理が要求されてきている。ところが、図７
（１）の断面図に示すように、鏡面加工されたウエハ吸
着面２は、マクロ的に見ると図７（２）の拡大断面図に
示すような凹凸形状になっている。このため、このウエ
ハ吸着面２へのウエハの載置速度が速すぎたり、ウエハ
吸着面２に対するウエハの吸着圧力が速すぎると、図８
に示すようにウエハ吸着面２の凸部がウエハＷの裏面側
に食い込んで傷を与え、ウエハＷの削りかすが発生する
ことになる。ウエハＷの削りかすは、ウエハ吸着面２に
付着し、その後このウエハステージに保持される他のウ
エハＷを汚染する要因になる。

【０００６】また、図９の断面図に示すように、ウエハ
吸着面２に載置されたウエハＷは、ウエハ吸着面２から
の加熱（または冷却）によって膨張（または収縮）す
る。この際、ウエハＷとウエハ吸着面２との間で摩擦が
生じる。この摩擦によって、図１０のウエハ平面図に示
すように、ウエハＷの裏面には、中心から外側に延びる
無数の傷ａが加わる。したがって、上述と同様に他のウ
エハを汚染する要因となるウエハの削りかすが発生する
ことになる。

【０００７】また、図５（２）に示したように、ウエハ
Ｗを吸着固定させた状態においては、ウエハ吸着面２の
吸着溝（３）はウエハＷで塞がれるため、処理が終了し
た後に真空ポンプの作動を停止させても、吸着溝（３）
内の気圧は大気圧にまで戻り難くなっている。このた
め、図５（１）に示したように、ウエハ吸着面２からウ
エハＷを引き離すためにウエハ支持ピン４を上昇させた
場合、ウエハＷに過剰な負荷が加えられることになり、
ウエハＷの傷を拡大させる要因になる。

【０００８】そこで本発明は、ウエハ裏面の損傷による
パーティクルの発生を防止できるウエハステージ、ウエ
ハステージの製造方法及びウエハ保持方法を提供し、も
って半導体装置の製造工程におけるウエハのパーティク
ル汚染を防止することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るための請求項１記載の発明は、ウエハ吸着面に昇降自
在なウエハ支持ピンを立設してなるウエハステージにお
いて、前記ウエハ支持ピンは、降下速度の調節が自在で
あることを特徴としている。

【００１０】請求項１のウエハステージでは、ウエハ支
持ピンを降下させることによってウエハ支持ピン上に支
持したウエハがウエハ吸着面上に降下載置される。この
際、ウエハ支持ピンの降下速度を調節することで、ウエ
ハ吸着面とウエハとの衝突速度が自在に調節される。し
たがって、この衝突速度を極力抑えることで、ウエハ吸
着面とウエハとの衝突によるウエハの損傷を抑得た状態
で、ウエハがウエハ吸着面上に降下載置される。

【００１１】そして、請求項２記載の発明は、請求項１
記載のウエハステージにおいて、ウエハ支持ピンに制御
手段を設けたものである。この制御手段は、前記ウエハ
吸着面上において当該ウエハ支持ピンを所定位置にまで
降下させて一時停止させた後、当該ウエハ支持ピンの上
端が前記ウエハ吸着面よりも下方になるように当該ウエ
ハ支持ピンを再降下させるものである。

【００１２】請求項２のウエハステージでは、ウエハを
支持させた状態でウエハ支持ピンを降下させると、ウエ
ハ吸着面に対して所定間隔を保った状態でウエハが一時
的に保持され、その後ウエハ吸着面にウエハが降下載置
される。このため、ウエハ吸着面に対して極近い位置で
ウエハを一時保持させることで、ウエハ吸着面からの放
射によって当該ウエハ吸着面と同程度の温度にウエハが
加熱または冷却され、その後このウエハが当該ウエハ吸
着面上に載置されるようになる。したがって、ウエハ吸
着面上に載置された状態でのウエハの熱膨張や熱収縮が
防止される。

【００１３】また、請求項３記載の発明は、本体のウエ
ハ吸着面に真空ポンプに接続された吸着溝を設けてなる
ウエハステージにおいて、前記吸着溝には、前記ウエハ
吸着面上にウエハを載置した状態で大気開放されるリー
ク溝が接続されたことを特徴としている。

【００１４】請求項３のウエハステージでは、ウエハ吸
着面上にウエハを載置した状態で吸着溝内を真空排気す
ると、リーク溝から吸着溝内に大気が漏れ込むため、ウ
エハ吸着面に対するウエハの吸着圧力が力が弱められ
る。このため、ウエハ吸着面に対する過度の吸着圧力に
よって、ウエハの裏面に損傷が加わることが防止され
る。また、吸着溝内の真空排気を停止すると、リーク溝
から吸着溝内に大気が漏れ込み、ウエハ吸着面に対する
ウエハの吸着状態が速やかに解除される。このため、ウ
エハ吸着面上からウエハを取り上げる際、ウエハに負荷
が掛かることが防止される。

【００１５】そして、請求項４記載の発明は、ウエハを
吸着保持するためのウエハステージを製造する方法であ
って、本体の平坦化面をブラスト処理する工程と、前記
ブラスト処理された平坦化面上に被膜を形成してウエハ
吸着面とする工程とを行うこと特徴としている。

【００１６】このようなウエハステージの製造方法で
は、ブラスト処理によって凹凸形状に荒らされた本体の
平坦化面上に被膜を形成することで、平坦化面の凸部の
頂点が被膜で覆われて凸曲面になる。このため、被膜を
形成することで得られるウエハ吸着面では、凸曲面によ
ってウエハが支持されることになる。

【００１７】さらに、請求項５記載の発明は、ウエハ吸
着面に立設されたウエハ支持ピンにウエハを支持させ、
当該ウエハ支持ピンを降下させることによって前記ウエ
ハ吸着面上に前記ウエハを吸着固定させるウエハ保持方
法において、先ず、ウエハを支持させた状態で前記ウエ
ハ支持ピンを降下させ、当該ウエハと前記ウエハ吸着面
との間を所定間隔にまで狭めた状態で当該ウエハ支持ピ
ンの降下を停止させて当該ウエハを保持し、前記ウエハ
吸着面からの放射によって前記ウエハの温度が当該ウエ
ハ吸着面と同程度の温度に達した後、前記ウエハ支持ピ
ンをさらに降下させて当該ウエハ吸着面上に当該ウエハ
を載置することを特徴としている。

【００１８】このようなウエハ保持方法によれば、ウエ
ハの温度がウエハ吸着面と同程度に達した後に、ウエハ
吸着面上にウエハが降下載置されるため、ウエハ吸着面
上におけるウエハの熱膨張及び熱収縮が抑えられ、ウエ
ハ吸着面との間の摩擦によるウエハ裏面の損傷が防止さ
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。尚、各実施形態において、従来の
技術で図５及び図６を用いて説明したと同様の構成要素
には同一の符号を付して説明を行う。

【００２０】先ず、図１の断面工程図図及び図２の平面
図を用いて請求項１、請求項２及び請求項３を適用した
ウエハステージの一実施形態例を説明する。これらの図
に示すウエハステージは、本体１のウエハ吸着面２ａ
に、複数本の吸着溝３（図２のみに図示）が同心円状に
設けられると共に、昇降自在な３本のウエハ支持ピン４
が立設されている。これらのウエハ支持ピン４は、ウエ
ハ支持ピン４の降下速度の調整が自在なものである。ま
た、ここでは図示を省略した各ウエハ支持ピン４の動力
源には、各ウエハ支持ピン４の降下速度を制御するため
の制御手段５（図１にのみ図示）が接続されている。さ
らに、ウエハ吸着面２ａには、各吸着溝４に接続させた
リーク溝７（図２にのみ図示）が設けられている。

【００２１】図３の要部拡大断面図に示すように、ウエ
ハ吸着面２ａは複数の凸曲面によって構成されている面
であることとする。このウエハ吸着面２ａを構成する本
体１内には、ヒータ（または冷媒管）のような温調手段
（図示省略）が内設されていることとする。

【００２２】また、図２に示した各吸着溝３は、ウエハ
吸着面２ａ上にウエハＷを載置した際に、ウエハＷによ
って塞がれるように配置されていると共に、これらの吸
着溝３にはここでは図示を省略した真空ポンプが接続さ
れている。

【００２３】３本のウエハ支持ピン４は、上端を同一高
さに保った状態でウエハ吸着面２ａに対して昇降自在で
あり、これらのウエハ支持ピン４の上端によってウエハ
Ｗが水平に支持されるように配置されている。

【００２４】そして、これらのウエハ支持ピン４に設け
られた制御手段５は、次のようにウエハ支持ピン４の降
下速度を制御するように構成されている。すなわち、制
御手段５は、図１（１）に示すように上昇した状態にあ
るウエハ支持ピン４を降下させる際、図１（２）に示す
ように、ウエハ支持ピン４の上端とウエハ吸着面２ａと
の間が所定の間隔ｄにまで狭くなった状態で、ウエハ支
持ピン４の降下を一時停止させ、所定時間経過した後に
再びウエハ支持ピン４の降下を開始させ、図１（３）に
示すように、ウエハ吸着面２ａよりも下方にウエハ支持
ピン（４）の上端が下方になるように、ウエハ支持ピン
（４）を降下させるように構成されたものとする。

【００２５】ここで、図１（２）に示したように、ウエ
ハ支持ピン４の降下を一時停止させる際のウエハ支持ピ
ン４の上端とウエハ吸着面２ａとの間隔ｄは、ウエハ支
持ピン４上に支持させたウエハＷがウエハ吸着面２ａと
接触しない範囲で出来るかぎりウエハ吸着面２ａに近づ
くように設定される。

【００２６】また、ウエハ支持ピン４の降下を一時停止
させる時間は、本体１内の温調手段によって加熱（また
は冷却）状態にあるウエハ吸着面２ａからの放射によっ
て、ウエハ支持ピン４に支持させたウエハＷがウエハ吸
着面２ａと同程度の温度にまで加熱（または冷却）され
るのに十分な時間とする。

【００２７】さらに、図１（３）に示したように、ウエ
ハ支持ピン４を再降下させる場合、ウエハ支持ピン４の
降下速度は極力低速に設定されることとする。

【００２８】尚、スループットを考慮した場合には、ウ
エハ支持ピン４の降下を一時停止させるまで、すなわち
図１（１）〜図１（２）の状態になるまでは、ウエハＷ
に損傷の生じることのない範囲の速い速度でウエハ支持
ピン４を降下させることとする。

【００２９】また、ウエハ吸着面２ａに設けられたリー
ク溝７は、各吸着溝３に接続されると共に、ウエハ吸着
面２ａ上にウエハＷを載置した状態で大気開放されるよ
うに、その一端側がウエハ吸着面２ａの周縁部にまで延
設されていることとする。

【００３０】このような構成のウエハステージを用いた
ウエハ保持を説明する。先ず、図１（１）に示したよう
に、上昇させた状態にあるウエハ支持ピン４上にウエハ
Ｗを載置する。次に、図１（２）及び図１（３）に示し
たように、制御手段５によってウエハ支持ピン４の降下
速度を制御しながら、ウエハＷを支持させた状態のウエ
ハ支持ピン４を降下させ、ウエハ吸着面２ａ上にウエハ
Ｗを降下載置させる。

【００３１】このような構成のウエハステージでは、ウ
エハＷを支持させた状態でウエハ支持ピン４を降下させ
ると、ウエハ吸着面２ａからの放射によってこのウエハ
吸着面２ａと同程度の温度にウエハＷが加熱（または冷
却）されるまで、ウエハＷがウエハ吸着面２ａと接触し
ない範囲の極近い位置に一時的に保持される。このた
め、ウエハ吸着面２ａ上には、ウエハ吸着面２ａと同程
度の温度のウエハＷが降下載置されるようになる。した
がって、このウエハステージによるウエハ保持方法で
は、ウエハ吸着面２ａ上におけるウエハＷの熱膨張（ま
たは収縮）が抑えられ、ウエハ吸着面２ａとの間の摩擦
によるウエハＷ裏面の損傷を防止することができる。

【００３２】また、ウエハＷの降下を一時停止させた後
に再降下させる際のウエハ支持ピン４の降下速度が極力
低速に設定されていることから、ウエハ吸着面２ａとウ
エハＷとの衝突速度も低速になる。したがって、ウエハ
吸着面２ａとウエハＷとの衝突によるウエハＷの損傷を
防止することができる。

【００３３】さらにこのウエハステージでは、ウエハ吸
着面２ａ上にウエハＷを載置して吸着溝３内を真空排気
すると、リーク溝７から吸着溝３内に大気が漏れ込むた
め、ウエハ吸着面２ａに対するウエハＷの吸着圧力が力
が弱められる。このため、ウエハ吸着面２ａに対する過
度の吸引圧力によって、ウエハＷに損傷が加わることが
防止される。しかも、吸着溝３内の真空排気を停止する
と、リーク溝７から吸着溝３内に大気が漏れ込み、ウエ
ハ吸着面２ａに対するウエハＷの吸着状態が速やかに解
除される。したがって、その後ウエハ支持ピン４を上昇
させた場合、ウエハＷに負荷が掛かることが防止され、
この負荷によるウエハＷの損傷を防止することが可能に
なる。

【００３４】以上の結果、このウエハステージ及びウエ
ハ保持方法では、ウエハＷの損傷によるパーティクルの
発生を防止でき、半導体装置の製造工程におけるパーテ
ィクル汚染を防止することが可能になる。

【００３５】次に、このような構成のウエハステージの
製造方法を説明する。先ず、図４（１）に示すように、
本体１に温調手段を内設させた後または内設させる前
に、本体１において平坦に形成された平坦化面１ａをブ
ラスト処理によって故意に荒らす。これによって、平坦
化面１ａを凹凸形状にする。

【００３６】次に、図４（２）に示すように、プラスト
処理によって凹凸形状に荒らされた平坦化面１ａ上に被
膜１ｂを形成し、この被膜１ｂの上面をウエハ吸着面２
ａとする。ここでは、被膜１ｂ形成の一例としてメッキ
処理が行われ、ニッケル系金属膜等の適宜選択された材
質で被膜１ｂが形成されることとする。尚、このような
ウエハ吸着面２ａの形成は、吸着溝３及びリーク溝７の
形成前または形成後に行うこととする。

【００３７】このようなウエハステージの製造方法で
は、ブラスト処理によって凹凸形状に荒らされた本体１
の平坦化面１ａ上に被膜１ｂを形成してウエハ吸着面２
ａとすることで、複数の凸曲面を有するウエハ吸着面２
ａを簡便に形成することが可能になる。そして、図３に
示したように、このウエハステージは、これらの凸曲面
部分によってウエハＷを支持するものになる。このた
め、ウエハＷとウエハ載置面２ａとの接触面積が小さく
抑えられ、かつウエハＷと接触を凸曲面部分のみにする
ことができ、ウエハＷとウエハ載置面２ａとの摩擦によ
るウエハＷ裏面の損傷を抑えることができる。この結
果、ウエハＷ裏面の損傷によるパーティクルの発生を防
止でき、半導体装置の製造工程におけるウエハのパーテ
ィクル汚染を防止することが可能になる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載のウエ
ハステージによれば、降下速度が自在なウエハ支持ピン
をウエハ吸着面に立設させたことで、ウエハ支持ピン上
に支持させたウエハをウエハ吸着面に対して降下載置さ
せる際、ウエハ吸着面とウエハとの衝突速度を抑えてウ
エハの損傷を防止することが可能になる。

【００３９】また請求項２記載のウエハステージによれ
ば、請求項１記載のウエハステージにおいてウエハ支持
ピンの降下を一時停止させた後再降下させる制御手段を
設けたことで、ウエハ吸着面からの放熱によって加熱ま
たは冷却されたウエハをウエハ吸着面に上に降下載置さ
せることができる。このため、ウエハ吸着面上に載置さ
れた状態におけるウエハの熱膨張や収縮が防止され、ウ
エハ吸着面とウエハとの間の摩擦を抑えてウエハの損傷
を防止することが可能になる。

【００４０】そして、請求項３記載のウエハステージに
よれば、ウエハ吸着面上にウエハを載置した状態で大気
開放されるリーク溝を吸着溝に接続させたことで、ウエ
ハ吸着面に対するウエハの吸着圧力を抑えてウエハの損
傷を防止することが可能になる。またウエハ吸着面に対
するウエハの吸着状態を速やかに解除することができ、
ウエハに負荷を掛けることなくウエハ吸着面からウエハ
を引き離すことができる。このため、上記負荷によるウ
エハの損傷を防止することが可能になる。

【００４１】さらに、請求項４記載のウエハステージの
製造方法によれば、ブラスト処理によって凹凸形状に荒
らされた本体の平坦化面上に被膜を形成してウエハ吸着
面とすることで、凸曲面でウエハを支持するウエハステ
ージを得ることができる。このため、ウエハとの接触面
積が小さく接触によるウエハの損傷を防止できるウエハ
ステージを提供することが可能になる。

【００４２】また、請求項５のウエハ保持方法によれ
ば、ウエハ吸着面からの放射によってウエハの温度をウ
エハ吸着面と同程度にした後に当該ウエハ吸着面上にウ
エハを降下載置する構成にしたことで、ウエハ吸着面上
におけるウエハの熱膨張及び収縮を抑え、ウエハ吸着面
との間の摩擦によるウエハ裏面の損傷を防止することが
可能になる。

【００４３】以上の結果、請求項１〜請求項５記載の本
発明によればウエハの損傷によるパーティクルの発生を
防止することができ、もって半導体装置の製造工程にお
けるウエハのパーティクル汚染を防止することが可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態のウエハステージの構成及び動作を説
明するための構成図である。

【図２】実施形態のウエハステージを説明するためのウ
エハ吸着面の平面図である。

【図３】実施形態のウエハステージにおけるウエハ吸着
面の要部拡大断面図である。

【図４】実施形態のウエハステージの製造方法を説明す
るための断面工程図である。

【図５】従来のウエハステージの構成を説明するための
構成図である。

【図６】従来のウエハステージを上方から見た平面図で
ある。

【図７】従来のウエハステージにおけるウエハ吸着面を
示す断面図である。

【図８】従来のウエハステージの課題を説明する断面図
（その１）である。

【図９】従来のウエハステージの課題を説明する断面図
（その２）である。

【図１０】従来のウエハステージの課題を説明するウエ
ハの平面図である。

【符号の説明】

１…本体、１ａ…平坦化面、１ｂ…被膜、２ａ…ウエハ
吸着面、３…吸着溝、４…ウエハ支持ピン、７…リーク
溝、Ｗ…ウエハ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ吸着面に昇降自在なウエハ支持ピ
   ンを立設してなるウエハステージにおいて、 前記ウエハ支持ピンは、降下速度の調節が自在であるこ
   とを特徴とするウエハステージ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のウエハステージにおい
   て、 前記ウエハ支持ピンには、前記ウエハ吸着面上において
   当該ウエハ支持ピンを所定位置にまで降下させて一時停
   止させた後、当該ウエハ支持ピンの上端が前記ウエハ吸
   着面よりも下方になるように当該ウエハ支持ピンを再降
   下させる制御手段が設けられたことを特徴とするウエハ
   ステージ。
3. 【請求項３】 本体のウエハ吸着面に真空ポンプに接続
   された吸着溝を設けてなるウエハステージにおいて、 前記吸着溝には、前記ウエハ吸着面上にウエハを載置し
   た状態で大気開放されるリーク溝が接続されたことを特
   徴とするウエハステージ。
4. 【請求項４】 ウエハを吸着保持するためのウエハステ
   ージを製造する方法であって、 本体の平坦化面をブラスト処理する工程と、 前記ブラスト処理された平坦化面上に被膜を形成してウ
   エハ吸着面とする工程とを行うことを特徴とするウエハ
   ステージの製造方法。
5. 【請求項５】 ウエハ吸着面に立設されたウエハ支持ピ
   ンにウエハを支持させ、当該ウエハ支持ピンを降下させ
   ることによって前記ウエハ吸着面上に前記ウエハを吸着
   固定させるウエハ保持方法において、 ウエハを支持させた状態で前記ウエハ支持ピンを降下さ
   せ、当該ウエハと前記ウエハ吸着面との間を所定間隔に
   まで狭めた状態で当該ウエハ支持ピンの降下を停止させ
   て当該ウエハを保持する工程と、 前記ウエハ吸着面からの放射によって前記ウエハの温度
   が当該ウエハ吸着面と同程度の温度に達した後、前記ウ
   エハ支持ピンをさらに降下させて前記ウエハ吸着面上に
   当該ウエハを載置する工程とを行うことを特徴とするウ
   エハ保持方法。