JP2019191074A - 反り量測定用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハを製造するための各工程に応じて、ウェハの反り量を簡易に測定することが可能な反り量測定用装置を提供する。【解決手段】ウェハの反り量を測定する際に用いる反り量測定用装置１であって、表面に測定面を有する複数の測定治具Ａと、複数の測定治具Ａが載置される基台Ｂと、を備える。複数の測定治具Ａは、複数の吸着治具Ａ１〜Ａ４を含み、複数の吸着治具Ａ１〜Ａ４の測定面は、ウェハが吸着される吸着面であり、吸着面には、複数の吸着治具Ａ１〜Ａ４毎に異なる数の吸着孔が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハの反り量を測定する際に用いる装置に係るものである。

ウェハとは、シリコン等の半導体素材の種結晶を円柱状に成長させたインゴットと呼ばれる塊を、厚さ１ｍｍ程度に薄くスライスした円盤状の板のことであり、このウェハ上に、トランジスタや配線を多数形成することで、半導体デバイスが製造される。

近年では、この半導体デバイスの高性能化・高機能化を目指し、新たな技術や材料が導入されていることから、半導体デバイスの製造コストが高騰している。そして、このようなコスト上昇に対して、半導体デバイスの材料であるウェハを大口径化することによりコスト削減を図ることが行われてきた。

一方、新たな技術や材料の導入に伴い、ウェハの表面形状が半導体デバイスの品質に与える影響が大きくなっており、ウェハの表面形状に対する評価基準が年々厳しくなりつつある。特に、ウェハに反りが存在する場合には、半導体デバイスの性能や品質、及び製造工程に多大な影響をおよぼすため、反り量の評価は厳しく行う必要がある。

しかしながら、ウェハの大口径化に伴い、ウェハが重力などの外力により容易に変形し、振動等の外乱の影響を受けやすくなることで、反り量の測定精度の向上が困難となっている。

この反り量は、半導体デバイスの信頼性等に関わる重要なパラメータであり、ウェハの品質を保証するためにも、製造時に、ウェハの反り量を定量的に監視及び測定する必要がある。

このため、例えば、特許文献１には、精度良くウェハの反り量を測定可能なウェハの反り測定用装置が記載されている。
この反り量測定用装置は、チャンバと、ウェハ支持部と、加熱源と、変位センサとを備えている。変位センサは、窓部材を通過して半導体ウェハに対して光を入射可能に構成された光源と、半導体ウェハから反射され、かつ窓部材を通過してチャンバの外部に戻ってきた光を検出可能に構成された検出部とを含んでおり、光源が発する光に対する窓部材の透過率は７０％以上で、かつ７８０ｎｍ以上２６００ｎｍ以下の波長を有する赤外光に対する窓部材の透過率は３０％以下に構成されている。
このような構成により、加熱源５が発する赤外光の輻射によって変位センサが加熱されることを抑制し、精度良く半導体ウェハの反りを測定することが可能となる。

また、特許文献２にも、精度良くウェハの反り量を測定可能なウェハの反り量測定用装置が記載されている。
この反り量測定用装置は、ウェハの測定基準面を有するウェハ受台と、ウェハ受台の測定基準面上で起立したウェハの表裏面にエア（姿勢保持ガス）をそれぞれ吹き付け、シリコンウェハを垂直に保持する一対のエアノズル（ガス吹き付け手段）と、この垂直に保持されたウェハの反りを測定する一対の非接触式の静電容量センサ（反り測定手段）と、ウェハの外形を検出するウェハ外形検出センサと、検出されたウェハの外形に基づき、ウェハの表裏面にそれぞれ吹き付けられるエアの吹き付け位置を制御するガス吹き付け位置制御手段と、を備えている。
このような構成により、ウェハ外周部にウェハを保持するための負荷が作用していないトルクフリーの状態で反りを測定するため、ウェハの把持位置の違いによる反りの拡大のおそれを解消でき、その結果、反り量の測定精度を高めることが可能となる。

特開２０１６−２５２４２号公報 特開２００８−１１６３５４号公報

ここで、ウェハの製造工程は、フォトソリグラフィ工程や、エッチング工程等様々な工程を有しており、工程毎にウェハの保持方法が異なる。そして、ウェハの反り量によっては、特定の工程でのウェハの保持が上手くいかず、特定の工程を行う装置が正常に稼働しなくなり、円滑な量産の妨げとなっている。

この点、特許文献１や特許文献２に記載の反り量測定用装置は、測定の精度に主眼を置いたものであり、工程毎の反り量を測定することができない。

本発明は上記のような実状に鑑みてなされたものであり、ウェハを製造するための各工程に応じて、ウェハの反り量を簡易に測定することが可能な反り量測定用装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
ウェハの反り量を測定する際に用いる反り量測定用装置であって、
表面に測定面を有する複数の測定治具と、前記複数の測定治具が載置される基台と、を備え、
前記複数の測定治具は、複数の吸着治具を含み、
前記複数の吸着治具の前記測定面は、前記ウェハが吸着される吸着面であり、
前記吸着面には、前記複数の吸着治具毎に異なる数の吸着孔が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の吸着治具の吸着面毎に、異なる数の吸着孔が設けられていることで、ウェハは、載置される吸着面毎に異なる吸着環境となる。即ち、測定者は、ウェハを製造するための各工程において、反り量の許容値を予め測定したい工程に応じた吸着面を有する吸着治具を適宜選択し、この吸着治具にウェハを載置する。こうすることで、実際の各工程でのウェハ保持時におけるウェハの反りを再現し、オフラインで、各工程でのウェハ保持時におけるウェハの形状や反り量の許容値を推測・把握することが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記吸着面は、前記複数の吸着治具毎に異なる形状を有していることを特徴とする。

このような構成とすることで、ウェハの吸着環境を、載置される吸着面毎に、さらに異なるものとすることができ、各工程でのウェハ保持時におけるウェハの反りの再現度を向上させることが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記複数の測定治具は、互いに隣接するように配置されていることを特徴とする。

このような構成とすることで、装置全体をコンパクトにすることができるため、取り扱いの利便性が向上すると共に、測定時の装置の可動域が減少し、効率的な測定を行うことが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記複数の測定治具は、少なくとも一つの載置治具を含み、前記載置治具の前記測定面は、前記ウェハが載置される載置面であることを特徴とする。

このような構成とすることで、測定者は、載置治具を用いて、吸着面に吸着していない状態でのウェハそのものの反り量を測定することが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記複数の測定治具は、前記基台に対して着脱可能な着脱手段を有することを特徴とする。

このような構成とすることで、測定者は、基台に対して、複数の測定治具の配置の変更や、別の測定治具への交換等が自在に行え、製造工程や測定環境に応じて、独自に装置をカスタマイズすることが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記複数の測定治具は、前記測定面の周縁に沿って、複数の突起部材を有していることを特徴とする。

このような構成とすることで、ウェハの測定面からのはみ出しを防止し、測定面に対する位置決めを容易に行うことができるため、測定者は、吸着面へのより確実な吸着や、より正確な測定を行うことが可能となる。

本発明の好ましい形態では、前記複数の吸着治具は、それぞれ空気の流入出を制御するバルブを有していることを特徴とする。

このような構成とすることで、測定者は、測定に使用する吸着治具に応じてバルブを操作することで、吸着の有無を自在に制御することが可能となる。

本発明によれば、ウェハを製造するための各工程に応じて、ウェハの反り量を簡易に測定することが可能な反り量測定用装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る反り量測定用装置の概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る反り量測定用装置の上面図である。 本発明の実施形態に係る反り量測定用装置における各吸着治具の拡大図である。 本発明の実施形態に係る反り量測定用装置の分解図である。 本発明の実施形態に係る反り量測定用装置の使用例を示す図である。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の実施形態に係る反り量測定用装置について説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではない。
また、これらの図において、符号１は、本実施形態に係る反り量測定用装置を示す。

図１に示すように、反り量測定用装置１は、５つの測定治具Ａと、５つの測定治具Ａが載置される略四角柱形状の基台Ｂと、を備えている。

５つの測定治具Ａは、略円柱状であり、４つの吸着治具Ａ１〜Ａ４と、１つの載置治具Ａ５と、を含んでいる。

図２に示すように、載置治具Ａ５は、基台Ｂの略中央に配置されている。
各吸着治具Ａ１〜Ａ４は、載置治具Ａ５の周縁に沿って略等間隔に、かつ載置治具Ａ５と隣接するように配置されており、吸着治具Ａ１及び吸着治具Ａ４と、吸着治具Ａ２及び吸着治具Ａ３と、が基台Ｂの各対角線上に整列するような態様となっている。

各吸着治具Ａ１〜Ａ４は、その表面に、測定面としての吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａと、貫通孔Ｐとを有している。
各吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａには、複数の吸着孔Ｈが設けられている。
貫通孔Ｐは、各吸着治具Ａ１の周縁に沿って、略等間隔に３つ形成されている。また貫通孔Ｐには、各吸着治具Ａ１〜Ａ４を基台Ｂに取り付けるためのボルトｂが挿入されている。

また、吸着治具Ａ１、Ａ２及びＡ３の吸着面Ａ１ａ、Ａ２ａ及びＡ３ａの周縁には、略ドーム状の突起部材ｅがそれぞれ４つ設けられている。
さらに、吸着治具Ａ４の吸着面Ａ４ａの周縁には、略円柱状の突起部材ｅが４つ設けられている。

また、各吸着治具Ａ１〜Ａ４は、その側面に、複数の吸着孔Ｈに連通する第一カップリング部材Ｃ１と、真空ポンプ（図示せず）による真空引きによる吸着孔Ｈへの空気の流入出を制御する弁が設けられたバルブＶと、を有している。

載置治具Ａ５は、その表面に、測定面としての載置面Ａ５ａと、貫通孔Ｐとを有している。
貫通孔Ｐは、載置治具Ａ５の周縁に沿って、略等間隔に３つ形成されている。また貫通孔Ｐには、載置治具Ａ５を基台Ｂに取り付けるためのボルトｂが挿入されている。

また、載置面Ａ５ａの周縁には、略ドーム状の突起部材ｅが３つ、略円柱状の突起部材ｅが４つ設けられている。

基台Ｂは、略四角柱状であり、その一側面には、４つの第二カップリング部材Ｃ２が載置されるベース部材Ｂ１を有している。
ベース部材Ｂ１の側面には、ベース部材Ｂ１の内部で各第二カップリング部材Ｃ２と連通する、１つの第三カップリング部材Ｃ３が設けられている。

各吸着治具Ａ１〜Ａ４の第一カップリング部材Ｃ１は、エアチューブＴを介して各吸着治具Ａ１〜Ａ４のバルブＶに連通され、各バルブＶは、エアチューブＴを介して各第二カップリング部材Ｃ２に連通されている。
また、第三カップリング部材Ｃ３は、エアチューブＴを介して真空ポンプ（図示せず）に連通されている。

このように、測定者は、各カップリング部材Ｃ１〜Ｃ３、各バルブＶ及び真空ポンプ（図示せず）をエアチューブＴで連通し、真空ポンプ（図示せず）で真空引きを行うことで、各吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａに載置されたウェハを、吸着孔Ｈを介して、各吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａに吸着させることができる。
なお、便宜上、図１及び図２において、エアチューブＴは一点鎖線として示している。

以下、図３を用いて、各吸着治具Ａ１〜Ａ４が有する吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａの具体的な態様について説明する。
なお、図３において、カップリング部材Ｃ１及びバルブＶは省略している。

吸着面Ａ１ａは、吸着治具Ａ１の周縁に沿って湾曲形成された周縁吸着面Ａ１ａ１と、吸着治具Ａ１の直角に交わる中心線に沿って形成された略十字形状の中央吸着面Ａ１ａ２と、により構成される。中央吸着面Ａ１ａ２は、その四方の端部で、周縁吸着面Ａ１ａ１と一続きとなるように連結している。吸着孔Ｈは、周縁吸着面Ａ１ａ１に１３箇所、中央吸着面Ａ１ａ２に５箇所形成されている。
このように、吸着面は複数の吸着面により構成されても良い。なお、複数の吸着面は、一続きとなるように連結している必要はなく、分離していても良い。また、吸着面の数はいくつでも良いし、形状もどのようなものであっても良く、特に限定されない。

吸着面Ａ２ａは、略円盤状に構成されており、その表面には蜘蛛の巣状の溝部ｇが形成されている。吸着孔Ｈは、溝部ｇに２０箇所形成されている。
このように、吸着面には、溝が形成されていても良い。なお、溝の形状はこれに限定されず、どのようなものであっても良く、特に限定されない。

吸着面Ａ３ａは、略円盤状に構成されている。吸着孔Ｈは、周縁に４０箇所、周縁より内側の同心円上に２４箇所、中央に１箇所形成されている。
このように、吸着面はシンプルな略円盤状でも良いし、吸着孔は周縁のみに形成されても良く、特に限定されない。

吸着面Ａ４ａは、略十字形状の角柱として構成されている。また、吸着面Ａ４ａは、４箇所設けられた貫通孔Ｐにボルトｂを挿入し、ボルトｂを、吸着治具Ａ４の表面に設けられたネジ穴（図示せず）に螺着することで、吸着治具Ａ４に固定される。吸着孔Ｈは、四方に1箇所ずつ形成されている。
このように、吸着面は柱状に構成しても良いし、吸着治具に対して着脱可能に構成しても良い。

上記したように、各吸着治具Ａ１〜Ａ４が、それぞれ異なる態様の吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａを有していることで、測定者は、適宜ウェハを吸着させる所望の吸着治具を選択し、フォトソリグラフィ工程、エッチング工程、イオン打ち込み工程、平坦化工程、搬送工程等、様々な製造工程でのウェハの保持状態における反り量の許容値を測定することができる。
また、吸着面の構成や、吸着孔の数及び配置は、本実施形態に限定されるものではなく、対応する製造工程におけるウェハの保持状態を模した態様となるように、適宜変更可能である。

図４（ａ）に示すように、基台Ｂの表面には、測定治具Ａを載置した際の、貫通孔Ｐに一致する位置に、複数のネジ穴Ｓが設けられている。

測定治具Ａは、貫通孔Ｐにボルトｂを挿入し、各ボルトｂを、各ネジ穴Ｓに螺着することで、基台Ｂに固定される。
ここで、各吸着治具Ａ１〜Ａ４は、吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａが含まれる上部材ａ１と、バルブＶが含まれる下部材ａ２と、から構成されている。そして、下部材ａ２の底面から上面に突出する連結ネジｊを、上部材ａ１の底面に設けられた連結穴（図示せず）に螺着することで、上部材ａ１と下部材ａ２とが連結される。この際、上部材ａ１と下部材ａ２、それぞれに設けられた貫通孔Ｐの位置が一致する構成となっている。
また、載置治具Ａ５は、各吸着治具Ａ１〜Ａ４とは異なり、一の部材から構成されている。
なお、図４では、測定治具Ａの内、吸着治具Ａ３及び載置治具Ａ５を例示的に示している。
このように、各ボルトｂ、各ネジ穴Ｓ及び貫通孔Ｐにより、測定治具Ａを基台Ｂに対して着脱可能な、着脱手段Ｄが構成されている。
なお、着脱手段Ｄは、これに限定されず、例えばフック等の係合手段や、磁石等を用いて良い。

また、基台Ｂには、各測定治具Ａが載置される領域に、略円柱状の位置決め突起Ｂ２が、２つずつ設けられている。そして、各測定治具Ａの底面には、位置決め突起Ｂ２と略同径の位置決め孔（図示せず）が２つずつ設けられている。このようにすることで、各測定治具Ａを基台Ｂに載置する際に、各領域において、位置決め突起Ｂ２と各測定治具Ａの位置決め孔（図示せず）とが嵌合し、各測定治具Ａの、基台Ｂに対する載置位置や載置向きが決定される。

反り量測定用装置１を用いてウェハの反りを測定する際には、測定者は、図５に示すようなセンサ装置Ｘを用いる。

センサ装置Ｘは、略四角柱状の測定台Ｘ１と、反り量測定用装置１が載置されたＸＹロボットＸ２と、一対の支柱Ｘ３と、一対の支柱Ｘ３に架設されたベース部材Ｘ４と、ベース部材Ｘ４の略中央に設けられたセンサ部Ｘ５と、を備えている。
なお、ＸＹロボットＸ２として、上面にスライダが設けられたロボシリンダを想定している。

図５に示すように、反り量測定用装置１は、ＸＹロボットＸ２により、基台Ｂの載置面と同一の平面内を自在に移動することができる（矢印ｐ１）。そして、測定者は、測定対象となるウェハ（図示せず）が載置された何れかの測定治具Ａを、ＸＹロボットＸ２によりセンサ部Ｘ５の鉛直下方へ移動させる。

センサ部Ｘ５は、鉛直下方に存在するウェハ（図示せず）の反り量を測定する（矢印ｐ２）。
また、センサ部Ｘ５は、コンピュータ等電子機器（図示せず）に接続されており、センサ部Ｘ５により測定されたウェハ（図示せず）の反り量が、コンピュータ等電子機器（図示せず）に適宜送信される。

なお、測定時において、ウェハは、１つの測定治具Ａにのみ載置されていても良いし、複数の測定治具Ａに１枚ずつ載置されていても良い。

本実施形態によれば、吸着治具Ａ１〜Ａ４に、異なる数の吸着孔が設けられていることで、ウェハは、載置される吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａによって異なる吸着環境となる。こうすることで、実際の各工程でのウェハ保持時におけるウェハの反りを再現し、オフラインで、各工程でのウェハ保持時におけるウェハの形状や反り量の許容値を推測・把握することがすることが可能となる。

また、吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａが、異なる形状を有していることで、ウェハの吸着環境を、載置される吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａによって、さらに異なるものとすることができ、各工程でのウェハ保持時におけるウェハの反りの再現度を向上させることが可能となる。

また、載置治具Ａ５が、基台Ｂの略中央に配置され、各吸着治具Ａ１〜Ａ４が、載置治具Ａ５の周縁に沿って略等間隔に、かつ載置治具Ａ５と隣接するように配置されていることで、反り量測定用装置１全体をコンパクトにすることができるため、取り扱いの利便性を向上する。さらに、測定時の装置の可動域が減少し、効率的な測定を行うことが可能となる。

また、測定治具Ａが、載置治具Ａ５を含み、載置治具Ａ５が、ウェハが載置される載置面Ａ５ａを有することで、測定者は、載置治具Ａ５を用いて、吸着面に吸着していない状態でのウェハそのものの反り量を測定することが可能となる。

また、測定治具Ａが、基台Ｂに対して着脱可能な着脱手段Ｄを有することで、測定者は、基台に対して、複数の測定治具の配置の変更や、別の測定治具への交換等が自在に行え、製造工程や測定環境に応じて、独自に装置をカスタマイズすることが可能となる。

また、測定治具Ａが、各吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａ及び載置面Ａ５ａの周縁に、複数の突起部材ｅを有していることで、ウェハ（図示せず）の測定面からのはみ出しを防止し、測定面に対する位置決めを容易に行うことができるため、測定者は、吸着面Ａ１ａ〜Ａ４ａへのより確実な吸着や、より正確な測定を行うことが可能となる。

また、吸着治具Ａ１〜Ａ４が、それぞれ空気の流入出を制御するバルブＶを有していることで、測定者は、測定に使用する吸着治具Ａ１〜Ａ４に応じてバルブＶを操作し、吸着の有無を自在に制御することが可能となる

なお、前記実施形態において示した各構成部材の諸形状や寸法等は一例であって、設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、反り量測定用装置１が備える測定治具Ａの数は、本実施形態に限定されず、基台Ｂの大きさやネジ穴Ｓの数を適宜変更する等して、任意に増減可能である。

１ 反り量測定用装置
Ａ 測定治具
Ａ１〜Ａ４ 吸着治具
Ａ１ａ〜Ａ４ａ 吸着面（測定面）
Ａ１ａ１ 周縁吸着面
Ａ１ａ２ 中央吸着面
ｇ 溝部
Ｈ 吸着孔
ｅ 突起部材
ａ１ 上部材
ａ２ 下部材
ｊ 連結ネジ
Ａ５ 載置治具
Ａ５ａ 載置面（測定面）
Ｐ 貫通孔
Ｂ 基台
Ｂ１ ベース部材
Ｂ２ 位置決め突起
Ｃ１ 第一カップリング部材
Ｃ２ 第二カップリング部材
Ｃ３ 第三カップリング部材
Ｖ バルブ
Ｓ ネジ穴
Ｄ 着脱手段
Ｔ エアチューブ
Ｘ センサ装置
Ｘ１ 測定台
Ｘ２ ＸＹロボット
Ｘ３ 支柱
Ｘ４ ベース部材
Ｘ５ センサ部

Claims (7)

1. ウェハの反り量を測定する際に用いる反り量測定用装置であって、
   表面に測定面を有する複数の測定治具と、前記複数の測定治具が載置される基台と、を備え、
   前記複数の測定治具は、複数の吸着治具を含み、
   前記複数の吸着治具の前記測定面は、前記ウェハが吸着される吸着面であり、
   前記吸着面には、前記複数の吸着治具毎に異なる数の吸着孔が設けられていることを特徴とする、反り量測定用装置。
2. 前記吸着面は、前記複数の吸着治具毎に異なる形状を有していることを特徴とする、請求項１に記載の反り量測定用装置。
3. 前記複数の測定治具は、互いに隣接するように配置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の反り量測定用装置。
4. 前記複数の測定治具は、少なくとも一つの載置治具を含み、
   前記載置治具の前記測定面は、前記ウェハが載置される載置面であることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載の反り量測定用装置。
5. 前記複数の測定治具は、前記基台に対して着脱可能な着脱手段を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れかに記載の反り量測定用装置。
6. 前記複数の測定治具は、前記測定面の周縁に沿って、複数の突起部材を有していることを特徴とする、請求項１〜５の何れかに記載の反り量測定用装置。
7. 前記複数の吸着治具は、前記吸着孔への空気の流入出を制御するバルブを、それぞれ有していることを特徴とする、請求項１〜６の何れかに記載の反り量測定用装置。