JP2004087943A - 半導体ウェハのチャック装置およびチャック方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】平坦性を高めてチャックすることができる半導体ウェハのチャック装置および方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェハＷを固定するチャック部１０と、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を複数の領域に分割して測定する凹凸測定部２０と、凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部１０による半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向に調節するように制御する制御部３０とを有する構成とする。半導体ウェハＷをチャック部１０に固定し、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を測定し、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸の測定結果に応じて、半導体ウェハＷの表面Ｓの平坦性を高めるように、チャック部１０による半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向に調節する。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体ウェハＷを固定するチャック部１０と、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を複数の領域に分割して測定する凹凸測定部２０と、凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部１０による半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向に調節するように制御する制御部３０とを有する構成とする。半導体ウェハＷをチャック部１０に固定し、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を測定し、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸の測定結果に応じて、半導体ウェハＷの表面Ｓの平坦性を高めるように、チャック部１０による半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向に調節する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェハのチャック装置およびチャック方法に関し、特に平坦性を高めてチャックすることができる半導体ウェハのチャック装置およびチャック方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置のさらなる高集積化を実現するために、半導体装置の微細化が一段と進められており、このために半導体装置のパターンを形成するフォトリソグラフィ工程の重要性がますます高くなってきている。
【０００３】
上記の半導体装置のパターンの微細化を進めるため、フォトリソグラフィ工程においては、使用される露光装置の対物レンズの高開口数化、露光する光の短波長化が進められている。
この結果、露光工程における焦点深度（ＤＯＦ；ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）の許容幅はますます狭くなってきている。
【０００４】
上記のＤＯＦに対する要求値を満足させるために、半導体ウェハの製造プロセスの改善による半導体ウェハの表面の平坦性の向上や、半導体ウェハのチャック装置の設計改善による平坦性の向上が実現され、その結果、チャック装置に固定した状態での半導体ウェハの表面の平坦性の向上へとつながり、ＤＯＦ値の要求を満足してきた。
【０００５】
具体的には、半導体ウェハのチャック装置の半導体ウェハ支持部としては、リング状の支持部材から、例えば均等の間隔で並べて立てられた複数本のピン状の支持部材へと変更されてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置の高集積化や微細化とともにＤＯＦに対する要求値はますます厳しくなってきており、上記の従来の半導体ウェハのチャック装置では対応しきれなくなってきている。
【０００７】
これは、例えばチャック装置に固定した状態での半導体ウェハの表面の平坦性が半導体ウェハの違いにより変動してしまうこと、同じ半導体ウェハを異なるチャック装置にチャックしたときに平坦性が異なってしまうこと、あるいは、半導体ウェハメーカ、半導体ウェハのチャック装置のメーカに対する平坦性の要求値が限りなくゼロに近づいているため、所望の平坦性を有する半導体ウェハの歩留りが低下してしまうことによるコスト的な問題や、所望の平坦性を有する半導体ウェハを製造することができない技術的な問題が発生してしまうためである。
【０００８】
例えば、現状の半導体ウェハの凹凸あるいはうねりの大きさは１００ｎｍ程度あるが、これを５０ｎｍ程度以下にまで低減することが望まれている。
上記のように問題となる半導体ウェハの表面の凹凸やうねりは、配線工程などのプロセスにおいて発生しており、プロセスの途中で発生する凹凸やうねりに対応する必要がある。
【０００９】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、従って本発明の目的は、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる半導体ウェハのチャック装置と、平坦性を高めてチャックすることができる半導体ウェハのチャック方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る半導体ウェハのチャック装置は、半導体ウェハを固定するチャック部と、前記半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定する凹凸測定部と、前記凹凸測定部による凹凸の測定結果に応じて、前記複数の領域毎に、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節するように制御する制御部とを有する。
【００１１】
上記の本発明の半導体ウェハのチャック装置は、好適には、前記チャック部は、チャック基体と、前記チャック基体に設けられ、前記複数の領域毎に前記半導体ウェハを支持し、前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する調節機能を有する半導体ウェハ支持部と、前記チャック基体に設けられ、前記半導体ウェハが前記半導体ウェハ支持部に係止して固定されるように前記半導体ウェハを吸着する吸引部と、を有し、前記制御部により、前記半導体ウェハ支持部の前記調節機能が制御されて前記半導体ウェハを支持する位置が前記半導体ウェハの厚さ方向に調節される。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る半導体ウェハのチャック方法は、半導体ウェハをチャック部に固定する工程と、前記半導体ウェハの表面の凹凸を測定する工程と、前記凹凸の測定結果に応じて、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する工程とを有する。
【００１３】
上記の本発明の半導体ウェハのチャック方法は、好適には、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置の変化量と、前記半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を予め調べる工程をさらに有し、前記半導体ウェハを支持する位置を調節する工程において、前記凹凸の測定結果に応じて、前記対応関係から前記半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、前記半導体ウェハを支持する位置を調節する。
【００１４】
上記の本発明の第１の観点に係る半導体ウェハのチャック装置の作用は、チャック部により半導体ウェハを吸着して固定し、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定する。また、制御部により、凹凸測定部による凹凸の測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節するように制御する。
チャック部は、チャック基体と、チャック基体に設けられた半導体ウェハ支持部および吸引部とを有する構成であり、半導体ウェハ支持部は複数の領域毎に半導体ウェハを支持し、半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節する調節機能を有する。吸引部は半導体ウェハが半導体ウェハ支持部に係止して固定されるように半導体ウェハを吸着する。このような構成として、制御部により、半導体ウェハ支持部の前記調節機能が制御されて半導体ウェハを支持する位置が前記半導体ウェハの厚さ方向に調節される構成とする。
【００１５】
上記の本発明の第２の観点に係る半導体ウェハのチャック方法の作用は、半導体ウェハをチャック部に吸着して固定する。次に、半導体ウェハの表面の凹凸を測定する。次に、凹凸の測定結果に応じて、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節する。
ここで、好ましくは、チャック部による半導体ウェハを支持する位置の変化量と、半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を予め調べておき、半導体ウェハを支持する位置を調節するときに、凹凸の測定結果に応じて、対応関係から半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、半導体ウェハを支持する位置を調節する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の模式構成図である。
本実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置は、チャック部１０、凹凸測定部２０および制御部３０とを有する。
チャック部１０は、半導体ウェハＷを吸着して固定する。
凹凸測定部２０は、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を複数の領域に分割して測定する。
また、制御部３０は、凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部１０による半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向に調節するように制御する。
【００１８】
上記のチャック部１０の構成について説明する。
図２（ａ）は上記のチャック部１０の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図である。
チャック部１０は、半導体ウェハＷ相当の大きさの凹部１２が設けられたチャック基体１１、チャック基体１１の凹部１２の底面に設けられた半導体ウェハ支持部１３および吸引部１４を有する。
半導体ウェハ支持部１３は、複数の領域毎に半導体ウェハＷを支持し、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節する調節機能を有する。
吸引部１４は、チャック基体１１の外部方向１４ａに空気を吸引し、半導体ウェハＷが半導体ウェハ支持部１３に係止して固定されるように半導体ウェハＷを吸着する。
上記の構成において、制御部３０により、半導体ウェハ支持部１３の調節機能が制御されて半導体ウェハＷを支持する位置が半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節される。
【００１９】
具体的には、半導体ウェハ支持部１３は、少なくとも上記の半導体ウェハＷを分割する複数の領域毎に設けられた複数個の支持ピン１３ｂからなり、例えば、支持ピン１３ｂの直径は２ｍｍであり、２ｍｍのピッチで均等にチャック基体１１の凹部１２の底面全面から突起するように設けられている。
さらに、各支持ピン１３ｂは半導体ウェハの厚さ方向１３ａに可動であることにより、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節する調節機能を有する。
【００２０】
図３（ａ）および（ｂ）は支持ピンが半導体ウェハの厚さ方向に可動である機構を示す模式図である。
例えば、図３（ａ）に示すように、支持ピン１３ｂにネジ山１３ｃが形成されており、ネジ山１３ｃに歯車１５ａの歯が噛み合わされ、この歯車１５ａがステッピングモータ１５ｂにより回転駆動されることで、支持ピン１３ｂを半導体ウェハの厚さ方向１３ａに動作させることができる。
各支持ピン１３ｂの動作はそれぞれ別個のステッピングモータ１５ｂにより制御され、ステッピングモータ１５ｂはこれらを統括する制御部３０により制御される。
【００２１】
また、例えば、図３（ｂ）に示すように、支持ピン１３ｂの端部に図面上左右に動かすことができる楔部材１６ａを挟んで固定部材１６ｂが設けられており、固定部材１６ｂを支持点として楔部材１６ａを図面上左右に動かすことで支持ピン１３ｂを半導体ウェハの厚さ方向１３ａに動作させることができる。
各支持ピン１３ｂの動作はそれぞれ別個の楔部材１６ａにより制御され、楔部材１６ａはこれらを統括する制御部３０により制御される。
【００２２】
次に、上記の凹凸測定部２０の構成について説明する。
図４は上記の凹凸測定部２０の模式図である。
凹凸測定部２０は、例えばレーザ光などの光Ｌを出射する発光部２１と光Ｌを検出する受光部２２とから構成される。
チャック部１０の半導体ウェハ支持部１３上に半導体ウェハＷを戴置し、吸引部１４から吸引することで半導体ウェハＷを半導体ウェハ支持部１３に係止して固定する。
この状態で、半導体ウェハＷの表面Ｓに発光部２１から光Ｌを出射し、半導体ウェハＷの表面Ｓで反射した光Ｌを受光部２２で受光する。
半導体ウェハＷの表面Ｓの全面に対して光Ｌの照射と反射光の検出を行い、このときの発光部２１の位置と受光部２２の光の検出位置から、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を複数の領域に分割して測定することができる。
【００２３】
制御部３０は、凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて、半導体ウェハＷの表面Ｓの平坦性を高めるように、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに複数の領域毎に調節する。
例えば、各支持ピンを制御する機構が図３（ａ）あるいは図３（ｂ）に示す構成である場合、制御部３０は各支持ピンを動作させるためのステッピングモータや楔部材などを複数の領域毎に制御する。あるいは、支持ピンを１本ずつ個別に制御することもできる。
【００２４】
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置は、例えば、チャック部による半導体ウェハを支持する位置の変化量と、半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を記憶する記憶部（不図示）をさらに有する。
上記の記憶部は、例えば制御部３０に接続して設けられるか、あるいは、制御部３０に設けられている記憶領域内に実現される。
この場合、制御部３０は、例えば凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて記憶部に記憶された対応関係から半導体ウェハＷを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに複数の領域毎に調節する。
【００２５】
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定し、この測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節できるので、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる。
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、半導体ウェハの種類に関係なく、また、露光工程以外の工程にも用いることができ、使用する装置の種類に関係なく、半導体ウェハの平坦性を高めてチャックすることが可能となる。
【００２６】
次に、本実施形態の半導体ウェハのチャック装置を用いたチャック方法について説明する。
図５は本実施形態の半導体ウェハのチャック方法の手順を示すフローチャートである。
まず、第１ステップＳＴ１０として、チャック部１０の半導体ウェハ支持部１３上に半導体ウェハＷを戴置し、吸引部１４から吸引することで、半導体ウェハＷをチャック部１０に吸着して固定する。
次に、第２ステップＳＴ１１として、発光部２１から光Ｌを出射し、半導体ウェハＷの表面Ｓで反射した光Ｌを受光部２２で検出して、凹凸測定部２０により半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を測定する。
【００２７】
次に、第３ステップＳＴ１２として、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を示すマップを作成する。
図６は半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を示すマップの例である。半導体ウェハのｘ方向とｙ方向に対して区分された領域ごとに半導体ウェハの表面の高さを測定し、その高さ毎に区分して等高線を描いたマップとする。例えば平均の高さとなる領域Ｂに対して、より高い位置である領域Ａと、より低い位置である領域Ｃなどに分類する。
【００２８】
次に、上記のマップから得られた凹凸の値に応じて、チャック部による半導体ウェハの支持位置を半導体ウェハの厚さ方向に半導体ウェハの領域を区分して調整する。
例えば、半導体ウェハの表面の凹凸の測定結果に応じて、半導体ウェハの表面の平坦性を高めるように調節する。
【００２９】
具体的には、第４ステップＳＴ１３として、上記で得られたマップの解析などにより、位置を補正する支持ピン１３ｂを選択する。
次に、第５ステップＳＴ１４として選択した支持ピンを移動させる量（補正量）を決定する。
次に、第６ステップＳＴ１５として、選択した支持ピンに対して、決定した補正量で、実際に位置を補正する。
支持ピンの調整は、１本毎に行ってもよく、また、複数のピンをまとめて領域毎に行ってもよい。
【００３０】
上記の支持ピンの調整には、例えば、チャック部による半導体ウェハを支持する位置の変化量と、半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を予め調べておき、半導体ウェハを支持する位置を調節するときに、凹凸の測定結果に応じて、上記の対応関係から半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、半導体ウェハを支持する位置を調節して行う。
【００３１】
図７は本実施形態のウェハのチャック装置において平坦性を高めてチャックした状態を示す模式図である。
図７に示すように、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、平坦性を高めてチャックすることができる。
【００３２】
次に、第７ステップＳＴ１６として、半導体ウェハの表面の凹凸を測定し、平坦性を確認する。
このようにして平坦性を得たのち、半導体ウェハのチャック工程は終了し、リソグラフィー工程の露光工程などの次工程に移る。
また、第７ステップＳＴ１６は省略し、平坦性を確認せずに次工程に移行してもよい。
さらに、第７ステップＳＴ１６の結果、必要な平坦性が得られなかった場合には、例えば、再度第３ステップＳＴ１２の凹凸を示すマップの作成工程に戻り、もう一度マップから得られた凹凸の値に応じて、チャック部による半導体ウェハの支持位置を半導体ウェハの領域毎に調整する工程を繰り返す。
【００３３】
上記の本実施形態に係る半導体ウェハのチャック方法によれば、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定し、この測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節できるので、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、半導体ウェハの平坦性を高めてチャックすることができる。
【００３４】
第２実施形態
本実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置は、図８の断面図に示すように、第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置において、半導体ウェハ支持部１３が少なくとも複数の領域毎に設けられた複数個の支持ピン１３ｄからなり、各支持ピン１３ｄは半導体ウェハの厚さ方向１３ａに変形可能な弾性部材を含んでおり、第１実施形態のように支持ピンが半導体ウェハの厚さ方向１３ａに動く構成ではない。
さらに、吸引部１４の吸引力１４ｂを複数の領域毎に異ならせることが可能となっている。
【００３５】
上記の構成の半導体ウェハのチャック装置において、吸引部１４の吸引力１４ｂを複数の領域毎に異ならせることにより、図９の断面図に示すように、複数の領域毎に弾性部材の変形の度合いが異なって、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域で大きく変形し、凹部となっている領域で変形を小さくすることにより、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節する調節機能を実現することができる。
【００３６】
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定し、この測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節できるので、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる。
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、半導体ウェハの種類に関係なく、また、露光工程以外の工程にも用いることができ、使用する装置の種類に関係なく、半導体ウェハの平坦性を高めてチャックすることが可能となる。
【００３７】
本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、半導体ウェハをチャックする工程であれば、リソグラフィーの露光工程に限らず、どのような工程にも適用できる。さらに、いずれの工程においても、同様の平坦性を確保することが可能となる。
半導体ウェハの領域の分割の方法には特に限定はなく、種々の大きさのメッシュ状、あるいはその他の形状、種々の大きさをとることができ、複数の形状や大きさなどの領域に分割することもできる。
半導体ウェハ支持部の構成としては、支持ピンに限らず、従来より知られているリング形状の支持部材においても本発明の複数の領域毎に半導体ウェハを支持する位置をその厚さ方向に調節することができる構成であれば適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の半導体ウェハのチャック装置によれば、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる。
【００３９】
また、本発明の半導体ウェハのチャック方法によれば、半導体ウェハの表面の平坦性を高めてチャックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の模式構成図である。
【図２】図２（ａ）は第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置のチャック部の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は支持ピンが半導体ウェハの厚さ方向に可動である機構を示す模式図である。
【図４】図４は第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の凹凸測定部の模式図である。
【図５】図５は第１実施形態の半導体ウェハのチャック方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は半導体ウェハの表面の凹凸を示すマップの例である。
【図７】図７は第１実施形態のウェハのチャック装置において平坦性を高めてチャックした状態を示す模式図である。
【図８】図８は第２実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の断面図である。
【図９】図９は第２実施形態のウェハのチャック装置において平坦性を高めてチャックした状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…チャック部、１１…チャック基体、１２…凹部、１３…ウェハ支持部、１３ａ…ウェハの厚さ方向、１３ｂ，１３ｄ…支持ピン、１３ｃ…ネジ山、１４…吸引部、１４ａ…チャック基体の外部方向、１４ｂ…吸引力、１５ａ…歯車、１５ｂ…ステッピングモータ、１６ａ…楔部材、１６ｂ…固定部材、２０…凹凸測定部、２１…発光部、２２…受光部、３０…制御部、Ｌ…光、Ｗ…半導体ウェハ、Ｓ…半導体ウェハの表面、ＳＴ１０〜ＳＴ１６…ステップ。
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェハのチャック装置およびチャック方法に関し、特に平坦性を高めてチャックすることができる半導体ウェハのチャック装置およびチャック方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置のさらなる高集積化を実現するために、半導体装置の微細化が一段と進められており、このために半導体装置のパターンを形成するフォトリソグラフィ工程の重要性がますます高くなってきている。
【０００３】
上記の半導体装置のパターンの微細化を進めるため、フォトリソグラフィ工程においては、使用される露光装置の対物レンズの高開口数化、露光する光の短波長化が進められている。
この結果、露光工程における焦点深度（ＤＯＦ；ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）の許容幅はますます狭くなってきている。
【０００４】
上記のＤＯＦに対する要求値を満足させるために、半導体ウェハの製造プロセスの改善による半導体ウェハの表面の平坦性の向上や、半導体ウェハのチャック装置の設計改善による平坦性の向上が実現され、その結果、チャック装置に固定した状態での半導体ウェハの表面の平坦性の向上へとつながり、ＤＯＦ値の要求を満足してきた。
【０００５】
具体的には、半導体ウェハのチャック装置の半導体ウェハ支持部としては、リング状の支持部材から、例えば均等の間隔で並べて立てられた複数本のピン状の支持部材へと変更されてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体装置の高集積化や微細化とともにＤＯＦに対する要求値はますます厳しくなってきており、上記の従来の半導体ウェハのチャック装置では対応しきれなくなってきている。
【０００７】
これは、例えばチャック装置に固定した状態での半導体ウェハの表面の平坦性が半導体ウェハの違いにより変動してしまうこと、同じ半導体ウェハを異なるチャック装置にチャックしたときに平坦性が異なってしまうこと、あるいは、半導体ウェハメーカ、半導体ウェハのチャック装置のメーカに対する平坦性の要求値が限りなくゼロに近づいているため、所望の平坦性を有する半導体ウェハの歩留りが低下してしまうことによるコスト的な問題や、所望の平坦性を有する半導体ウェハを製造することができない技術的な問題が発生してしまうためである。
【０００８】
例えば、現状の半導体ウェハの凹凸あるいはうねりの大きさは１００ｎｍ程度あるが、これを５０ｎｍ程度以下にまで低減することが望まれている。
上記のように問題となる半導体ウェハの表面の凹凸やうねりは、配線工程などのプロセスにおいて発生しており、プロセスの途中で発生する凹凸やうねりに対応する必要がある。
【０００９】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、従って本発明の目的は、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる半導体ウェハのチャック装置と、平坦性を高めてチャックすることができる半導体ウェハのチャック方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る半導体ウェハのチャック装置は、半導体ウェハを固定するチャック部と、前記半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定する凹凸測定部と、前記凹凸測定部による凹凸の測定結果に応じて、前記複数の領域毎に、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節するように制御する制御部とを有する。
【００１１】
上記の本発明の半導体ウェハのチャック装置は、好適には、前記チャック部は、チャック基体と、前記チャック基体に設けられ、前記複数の領域毎に前記半導体ウェハを支持し、前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する調節機能を有する半導体ウェハ支持部と、前記チャック基体に設けられ、前記半導体ウェハが前記半導体ウェハ支持部に係止して固定されるように前記半導体ウェハを吸着する吸引部と、を有し、前記制御部により、前記半導体ウェハ支持部の前記調節機能が制御されて前記半導体ウェハを支持する位置が前記半導体ウェハの厚さ方向に調節される。
【００１２】
また、上記の目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る半導体ウェハのチャック方法は、半導体ウェハをチャック部に固定する工程と、前記半導体ウェハの表面の凹凸を測定する工程と、前記凹凸の測定結果に応じて、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する工程とを有する。
【００１３】
上記の本発明の半導体ウェハのチャック方法は、好適には、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置の変化量と、前記半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を予め調べる工程をさらに有し、前記半導体ウェハを支持する位置を調節する工程において、前記凹凸の測定結果に応じて、前記対応関係から前記半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、前記半導体ウェハを支持する位置を調節する。
【００１４】
上記の本発明の第１の観点に係る半導体ウェハのチャック装置の作用は、チャック部により半導体ウェハを吸着して固定し、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定する。また、制御部により、凹凸測定部による凹凸の測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節するように制御する。
チャック部は、チャック基体と、チャック基体に設けられた半導体ウェハ支持部および吸引部とを有する構成であり、半導体ウェハ支持部は複数の領域毎に半導体ウェハを支持し、半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節する調節機能を有する。吸引部は半導体ウェハが半導体ウェハ支持部に係止して固定されるように半導体ウェハを吸着する。このような構成として、制御部により、半導体ウェハ支持部の前記調節機能が制御されて半導体ウェハを支持する位置が前記半導体ウェハの厚さ方向に調節される構成とする。
【００１５】
上記の本発明の第２の観点に係る半導体ウェハのチャック方法の作用は、半導体ウェハをチャック部に吸着して固定する。次に、半導体ウェハの表面の凹凸を測定する。次に、凹凸の測定結果に応じて、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節する。
ここで、好ましくは、チャック部による半導体ウェハを支持する位置の変化量と、半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を予め調べておき、半導体ウェハを支持する位置を調節するときに、凹凸の測定結果に応じて、対応関係から半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、半導体ウェハを支持する位置を調節する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
第１実施形態
図１は、本実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の模式構成図である。
本実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置は、チャック部１０、凹凸測定部２０および制御部３０とを有する。
チャック部１０は、半導体ウェハＷを吸着して固定する。
凹凸測定部２０は、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を複数の領域に分割して測定する。
また、制御部３０は、凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部１０による半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向に調節するように制御する。
【００１８】
上記のチャック部１０の構成について説明する。
図２（ａ）は上記のチャック部１０の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図である。
チャック部１０は、半導体ウェハＷ相当の大きさの凹部１２が設けられたチャック基体１１、チャック基体１１の凹部１２の底面に設けられた半導体ウェハ支持部１３および吸引部１４を有する。
半導体ウェハ支持部１３は、複数の領域毎に半導体ウェハＷを支持し、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節する調節機能を有する。
吸引部１４は、チャック基体１１の外部方向１４ａに空気を吸引し、半導体ウェハＷが半導体ウェハ支持部１３に係止して固定されるように半導体ウェハＷを吸着する。
上記の構成において、制御部３０により、半導体ウェハ支持部１３の調節機能が制御されて半導体ウェハＷを支持する位置が半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節される。
【００１９】
具体的には、半導体ウェハ支持部１３は、少なくとも上記の半導体ウェハＷを分割する複数の領域毎に設けられた複数個の支持ピン１３ｂからなり、例えば、支持ピン１３ｂの直径は２ｍｍであり、２ｍｍのピッチで均等にチャック基体１１の凹部１２の底面全面から突起するように設けられている。
さらに、各支持ピン１３ｂは半導体ウェハの厚さ方向１３ａに可動であることにより、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節する調節機能を有する。
【００２０】
図３（ａ）および（ｂ）は支持ピンが半導体ウェハの厚さ方向に可動である機構を示す模式図である。
例えば、図３（ａ）に示すように、支持ピン１３ｂにネジ山１３ｃが形成されており、ネジ山１３ｃに歯車１５ａの歯が噛み合わされ、この歯車１５ａがステッピングモータ１５ｂにより回転駆動されることで、支持ピン１３ｂを半導体ウェハの厚さ方向１３ａに動作させることができる。
各支持ピン１３ｂの動作はそれぞれ別個のステッピングモータ１５ｂにより制御され、ステッピングモータ１５ｂはこれらを統括する制御部３０により制御される。
【００２１】
また、例えば、図３（ｂ）に示すように、支持ピン１３ｂの端部に図面上左右に動かすことができる楔部材１６ａを挟んで固定部材１６ｂが設けられており、固定部材１６ｂを支持点として楔部材１６ａを図面上左右に動かすことで支持ピン１３ｂを半導体ウェハの厚さ方向１３ａに動作させることができる。
各支持ピン１３ｂの動作はそれぞれ別個の楔部材１６ａにより制御され、楔部材１６ａはこれらを統括する制御部３０により制御される。
【００２２】
次に、上記の凹凸測定部２０の構成について説明する。
図４は上記の凹凸測定部２０の模式図である。
凹凸測定部２０は、例えばレーザ光などの光Ｌを出射する発光部２１と光Ｌを検出する受光部２２とから構成される。
チャック部１０の半導体ウェハ支持部１３上に半導体ウェハＷを戴置し、吸引部１４から吸引することで半導体ウェハＷを半導体ウェハ支持部１３に係止して固定する。
この状態で、半導体ウェハＷの表面Ｓに発光部２１から光Ｌを出射し、半導体ウェハＷの表面Ｓで反射した光Ｌを受光部２２で受光する。
半導体ウェハＷの表面Ｓの全面に対して光Ｌの照射と反射光の検出を行い、このときの発光部２１の位置と受光部２２の光の検出位置から、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を複数の領域に分割して測定することができる。
【００２３】
制御部３０は、凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて、半導体ウェハＷの表面Ｓの平坦性を高めるように、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに複数の領域毎に調節する。
例えば、各支持ピンを制御する機構が図３（ａ）あるいは図３（ｂ）に示す構成である場合、制御部３０は各支持ピンを動作させるためのステッピングモータや楔部材などを複数の領域毎に制御する。あるいは、支持ピンを１本ずつ個別に制御することもできる。
【００２４】
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置は、例えば、チャック部による半導体ウェハを支持する位置の変化量と、半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を記憶する記憶部（不図示）をさらに有する。
上記の記憶部は、例えば制御部３０に接続して設けられるか、あるいは、制御部３０に設けられている記憶領域内に実現される。
この場合、制御部３０は、例えば凹凸測定部２０による凹凸の測定結果に応じて記憶部に記憶された対応関係から半導体ウェハＷを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに複数の領域毎に調節する。
【００２５】
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定し、この測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節できるので、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる。
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、半導体ウェハの種類に関係なく、また、露光工程以外の工程にも用いることができ、使用する装置の種類に関係なく、半導体ウェハの平坦性を高めてチャックすることが可能となる。
【００２６】
次に、本実施形態の半導体ウェハのチャック装置を用いたチャック方法について説明する。
図５は本実施形態の半導体ウェハのチャック方法の手順を示すフローチャートである。
まず、第１ステップＳＴ１０として、チャック部１０の半導体ウェハ支持部１３上に半導体ウェハＷを戴置し、吸引部１４から吸引することで、半導体ウェハＷをチャック部１０に吸着して固定する。
次に、第２ステップＳＴ１１として、発光部２１から光Ｌを出射し、半導体ウェハＷの表面Ｓで反射した光Ｌを受光部２２で検出して、凹凸測定部２０により半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を測定する。
【００２７】
次に、第３ステップＳＴ１２として、半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を示すマップを作成する。
図６は半導体ウェハＷの表面Ｓの凹凸を示すマップの例である。半導体ウェハのｘ方向とｙ方向に対して区分された領域ごとに半導体ウェハの表面の高さを測定し、その高さ毎に区分して等高線を描いたマップとする。例えば平均の高さとなる領域Ｂに対して、より高い位置である領域Ａと、より低い位置である領域Ｃなどに分類する。
【００２８】
次に、上記のマップから得られた凹凸の値に応じて、チャック部による半導体ウェハの支持位置を半導体ウェハの厚さ方向に半導体ウェハの領域を区分して調整する。
例えば、半導体ウェハの表面の凹凸の測定結果に応じて、半導体ウェハの表面の平坦性を高めるように調節する。
【００２９】
具体的には、第４ステップＳＴ１３として、上記で得られたマップの解析などにより、位置を補正する支持ピン１３ｂを選択する。
次に、第５ステップＳＴ１４として選択した支持ピンを移動させる量（補正量）を決定する。
次に、第６ステップＳＴ１５として、選択した支持ピンに対して、決定した補正量で、実際に位置を補正する。
支持ピンの調整は、１本毎に行ってもよく、また、複数のピンをまとめて領域毎に行ってもよい。
【００３０】
上記の支持ピンの調整には、例えば、チャック部による半導体ウェハを支持する位置の変化量と、半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を予め調べておき、半導体ウェハを支持する位置を調節するときに、凹凸の測定結果に応じて、上記の対応関係から半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、半導体ウェハを支持する位置を調節して行う。
【００３１】
図７は本実施形態のウェハのチャック装置において平坦性を高めてチャックした状態を示す模式図である。
図７に示すように、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、平坦性を高めてチャックすることができる。
【００３２】
次に、第７ステップＳＴ１６として、半導体ウェハの表面の凹凸を測定し、平坦性を確認する。
このようにして平坦性を得たのち、半導体ウェハのチャック工程は終了し、リソグラフィー工程の露光工程などの次工程に移る。
また、第７ステップＳＴ１６は省略し、平坦性を確認せずに次工程に移行してもよい。
さらに、第７ステップＳＴ１６の結果、必要な平坦性が得られなかった場合には、例えば、再度第３ステップＳＴ１２の凹凸を示すマップの作成工程に戻り、もう一度マップから得られた凹凸の値に応じて、チャック部による半導体ウェハの支持位置を半導体ウェハの領域毎に調整する工程を繰り返す。
【００３３】
上記の本実施形態に係る半導体ウェハのチャック方法によれば、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定し、この測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節できるので、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、半導体ウェハの平坦性を高めてチャックすることができる。
【００３４】
第２実施形態
本実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置は、図８の断面図に示すように、第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置において、半導体ウェハ支持部１３が少なくとも複数の領域毎に設けられた複数個の支持ピン１３ｄからなり、各支持ピン１３ｄは半導体ウェハの厚さ方向１３ａに変形可能な弾性部材を含んでおり、第１実施形態のように支持ピンが半導体ウェハの厚さ方向１３ａに動く構成ではない。
さらに、吸引部１４の吸引力１４ｂを複数の領域毎に異ならせることが可能となっている。
【００３５】
上記の構成の半導体ウェハのチャック装置において、吸引部１４の吸引力１４ｂを複数の領域毎に異ならせることにより、図９の断面図に示すように、複数の領域毎に弾性部材の変形の度合いが異なって、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域で大きく変形し、凹部となっている領域で変形を小さくすることにより、半導体ウェハＷを支持する位置を半導体ウェハＷの厚さ方向１３ａに調節する調節機能を実現することができる。
【００３６】
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、凹凸測定部により半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定し、この測定結果に応じて、複数の領域毎に、チャック部による半導体ウェハを支持する位置を半導体ウェハの厚さ方向に調節できるので、半導体ウェハの表面の凸部となっている領域を低く支持し、凹部となっている領域を高く支持することにより、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる。
本実施形態の半導体ウェハのチャック装置によれば、半導体ウェハの種類に関係なく、また、露光工程以外の工程にも用いることができ、使用する装置の種類に関係なく、半導体ウェハの平坦性を高めてチャックすることが可能となる。
【００３７】
本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、半導体ウェハをチャックする工程であれば、リソグラフィーの露光工程に限らず、どのような工程にも適用できる。さらに、いずれの工程においても、同様の平坦性を確保することが可能となる。
半導体ウェハの領域の分割の方法には特に限定はなく、種々の大きさのメッシュ状、あるいはその他の形状、種々の大きさをとることができ、複数の形状や大きさなどの領域に分割することもできる。
半導体ウェハ支持部の構成としては、支持ピンに限らず、従来より知られているリング形状の支持部材においても本発明の複数の領域毎に半導体ウェハを支持する位置をその厚さ方向に調節することができる構成であれば適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明の半導体ウェハのチャック装置によれば、半導体ウェハをチャックしたときの表面の平坦性を高めることができる。
【００３９】
また、本発明の半導体ウェハのチャック方法によれば、半導体ウェハの表面の平坦性を高めてチャックすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の模式構成図である。
【図２】図２（ａ）は第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置のチャック部の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中のＡ−Ａ’における断面図である。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は支持ピンが半導体ウェハの厚さ方向に可動である機構を示す模式図である。
【図４】図４は第１実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の凹凸測定部の模式図である。
【図５】図５は第１実施形態の半導体ウェハのチャック方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は半導体ウェハの表面の凹凸を示すマップの例である。
【図７】図７は第１実施形態のウェハのチャック装置において平坦性を高めてチャックした状態を示す模式図である。
【図８】図８は第２実施形態に係る半導体ウェハのチャック装置の断面図である。
【図９】図９は第２実施形態のウェハのチャック装置において平坦性を高めてチャックした状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１０…チャック部、１１…チャック基体、１２…凹部、１３…ウェハ支持部、１３ａ…ウェハの厚さ方向、１３ｂ，１３ｄ…支持ピン、１３ｃ…ネジ山、１４…吸引部、１４ａ…チャック基体の外部方向、１４ｂ…吸引力、１５ａ…歯車、１５ｂ…ステッピングモータ、１６ａ…楔部材、１６ｂ…固定部材、２０…凹凸測定部、２１…発光部、２２…受光部、３０…制御部、Ｌ…光、Ｗ…半導体ウェハ、Ｓ…半導体ウェハの表面、ＳＴ１０〜ＳＴ１６…ステップ。
Claims (10)
- 半導体ウェハを固定するチャック部と、
前記半導体ウェハの表面の凹凸を複数の領域に分割して測定する凹凸測定部と、
前記凹凸測定部による凹凸の測定結果に応じて、前記複数の領域毎に、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節するように制御する制御部と
を有する半導体ウェハのチャック装置。 - 前記チャック部は、
チャック基体と、
前記チャック基体に設けられ、前記複数の領域毎に前記半導体ウェハを支持し、前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する調節機能を有する半導体ウェハ支持部と、
前記チャック基体に設けられ、前記半導体ウェハが前記半導体ウェハ支持部に係止して固定されるように前記半導体ウェハを吸着する吸引部と、
を有し、
前記制御部により、前記半導体ウェハ支持部の前記調節機能が制御されて前記半導体ウェハを支持する位置が前記半導体ウェハの厚さ方向に調節される
請求項１に記載の半導体ウェハのチャック装置。 - 前記半導体ウェハ支持部が少なくとも前記複数の領域毎に設けられた複数個の支持ピンを有し、
前記各支持ピンは前記半導体ウェハの厚さ方向に可動であることにより前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する前記調節機能を有する
請求項２に記載の半導体ウェハのチャック装置。 - 前記半導体ウェハ支持部が少なくとも前記複数の領域毎に設けられた複数個の支持ピンを有し、
前記各支持ピンは前記半導体ウェハの厚さ方向に変形可能な弾性部材を含み、
前記吸引部の吸引力を前記複数の領域毎に異ならせることにより、前記複数の領域毎に前記弾性部材の変形の度合いが異なって、前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する前記調節機能を有する
請求項２に記載の半導体ウェハのチャック装置。 - 前記凹凸測定部による凹凸の測定結果に応じて、前記半導体ウェハの表面の平坦性を高めるように、前記制御部により前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に前記複数の領域毎に調節する
請求項１に記載の半導体ウェハのチャック装置。 - 前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置の変化量と、前記半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を記憶する記憶部をさらに有し、
前記制御部において、前記凹凸測定部による凹凸の測定結果に応じて前記記憶部に記憶された対応関係から前記半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に前記複数の領域毎に調節する
請求項１に記載の半導体ウェハのチャック装置。 - 半導体ウェハをチャック部に固定する工程と、
前記半導体ウェハの表面の凹凸を測定する工程と、
前記凹凸の測定結果に応じて、前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置を前記半導体ウェハの厚さ方向に調節する工程と
を有する半導体ウェハのチャック方法。 - 前記半導体ウェハを支持する位置を調節する工程においては、前記半導体ウェハの表面の凹凸の測定結果に応じて、前記半導体ウェハの表面の平坦性を高めるように調節する
請求項７に記載の半導体ウェハのチャック方法。 - 前記チャック部による前記半導体ウェハを支持する位置の変化量と、前記半導体ウェハの表面の凹凸の変化量の対応関係を予め調べる工程をさらに有し、
前記半導体ウェハを支持する位置を調節する工程において、前記凹凸の測定結果に応じて、前記対応関係から前記半導体ウェハを支持する位置を調節すべき量をシミュレーションにより算出し、前記半導体ウェハを支持する位置を調節する請求項７に記載の半導体ウェハのチャック方法。 - 前記半導体ウェハの表面の凹凸を測定する工程の後、前記半導体ウェハの表面の凹凸を示すマップを作成する工程をさらに有し、
前記半導体ウェハを支持する位置を調節する工程においては、前記マップの凹凸の値に応じて領域を区分して調節する
請求項７に記載の半導体ウェハのチャック方法。
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