JP4875824B2

JP4875824B2 - ２００と３００ｍｍのウェーハを固定するリングチャック

Info

Publication number: JP4875824B2
Application number: JP2002521328A
Authority: JP
Inventors: ガール、クリストファー; シンハ、ジャイディープ
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2000-08-22
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: WO2002017354A2; US6538733B2; WO2002017354A3; WO2002017354A9; JP2004507101A; EP1311827A2; US6954269B2; US20020024174A1; US20030142300A1

Description

【０００１】
＜関連出願について＞
この出願は米国法３５、１１９（ｅ）に基づいて、２０００年８月２２日出願の仮出願６０／２２７，０７１，の恩典を主張し、これに開示されたもの全てを、引用をもってここに組み込む。
【０００２】
＜連邦政府の後援による研究開発に関する宣明＞
なし
【０００３】
＜発明の背景＞
本発明は一般的に半導体検査装置に関し、特に、検査されるウェーハの固定に用いるチャックに関する。半導体製造者は製造工程において、特に半導体ウェーハを処理して集積回路を生産する前に、半導体ウェーハを検査する。最もスムースで最も平たい表面のウェーハが最多数の集積回路の合格品を生む事が証明されている。従って、該ウェーハの微小な欠陥を検知できる検査装置の製造に対する要求が高まっている。
【０００４】
集積回路は200mm或は300mmの半導体ウェーハから主として製造される。該ウェーハには、通常円形のエッジに平たく、或は、エッジに施す小さなノッチ(notch)による基準マーク(fiducial mark)が組み込まれている。これらの基準は該ウェーハ表面の測定位置を判定する為の基準点(reference point)を提供する。典型的には、該ウェーハ表面の外周エッジの約3mm幅の除外帯域(exclusion band)は集積回路が製造されない範囲である。該基準はこの除外帯域内に保持される。
【０００５】
ウェーハをより高い精度と断定性で測定したい望みが、剛性を最大に保持しながらウェーハの変形を最小限かつ断定可能に固定する必要性に導く。ウェーハは壊れやすく、その表面に汚染物質を伝染させない材質によってのみ触る事が出来る。それに加え、該ウェーハを扱う装置は該ウェーハを傷付けたり永久に破損してはならない。真空チャックはその目的に良く適っているが、該ウェーハは充分薄い為、一方の表面に接触しているチャックのイメージ(image)が反対側の表面で認識可能になる。
【０００６】
従来技術の検査装置では、ウェーハをしっかり固定する為に、該ウェーハの下に多数の真空ポートをある間隔で配置したチャックを用いて検査されるウェーハを固定する。最小振動用にデザインされたチャックには、背面側の接点を完全に表示するタイプと、ピン接点(pin contacts)を裏側全体に等間隔に配置したタイプがある。該チャックは、該ウェーハの製造と検査工程に浸透するエラーを最小限にするようにデザインされなければならない。エラーは、該ウェーハに接触するチャックの材質からの汚染によって引き起こされるかも知れない。第二のエラーソースは該チャックの表面からの分子移動である。それに加え、既に該ウェーハの表面に存在する分子が該チャックの表面接触によって表面内に押し込まれるかも知れない。該ウェーハ上に掛かる真空力は、該チャックの接触点のイメージが該ウェーハの反対表面の測定器によって検知されてしまうプリントスル(print-through)と呼ばれる効果を引き起こすであろう。従来技術のチャックでは、接触汚染の測定を犠牲にしないでウェーハをしっかりと固定する事に成功しなかった。
【０００７】
一旦該ウェーハが該チャックにしっかり固定されると、全表面を検査する為に、該検査装置は該ウェーハをセンサーの下で回転する。このようにして得る測定精度は、該ウェーハの剛性、該ウェーハの振動、表面の汚染、該チャックからのプリントスルの量、そして、測定値から要因(factor)として取り除けない計測器ノイズ等によって制限される。検査スループット(throughput)は制限されるが、振動による影響を制限する為に非常に遅い回転スピードにする必要があった。
【０００８】
＜発明の概要＞
リングチャックは、ウェーハの外周エッジ全体を支える真空によって該ウェーハを水平、又は、如何なる方向にも固定する。該チャックは計測装置に設置され、基盤を有し、該基盤は、基盤内の真空チャンネルで検査される該ウェーハと同等か或は少し小さめの最上部表面を有する。非汚染材質の環の最上部外周エッジ近くから上方に伸びる複数の同心リングを有する該リングは該基盤に張られ、該同心リングの間には該溝(trough)が該真空チャンネルに接続されている。該真空溝(vacuum trough)はウェーハをチャックにしっかりと固定し、該ウェーハを回転させる時振動を最小限にする。該複数の同心リングを該ウェーハ除外帯域内に保持すると、該被検査体へのプリントスルが最小限に留まる。一実施例では、該同心リングの最上部は該基盤の最上部表面の近くに位置し、該ウェーハの内部を支える為の密閉された容積(volume)を提供する。
【０００９】
該ウェーハの汚染を最小限にし、そして、該チャックと該ウェーハ間の分子の移転を制限する為に、該同心リングの最上部は非常に狭くしてある。それに加え、該狭いリングは、既に該ウェーハの裏側に付着し該ウェーハに押さえつけられる分子の数を制限する。該リングチャックによる一貫した支えは該チャック/ウェーハシステムのモデル化(modeling)を簡略化し、計測から計測器シグネチャ(signature)を除去する能力を向上させる。
本発明のその他の面や特徴や利点は以下の詳細な説明において開示される。
【００１０】
＜発明の詳細な説明＞
従来技術のチャック2を図1に示す。該チャック2は、該基盤から伸びている三つの真空チャック円柱(columns)６を有する基盤4を有する。各円柱6は、該円柱6の上部周囲に密閉リング５を有し、該密閉リング５内に真空ポートを有する窪み7を有する。ウェーハ(図示せず)は該チャック2の上に配置され、該真空円柱6の吸引力によって該チャック2に固定される。該真空力は該ウェーハをしっかり固定するのに充分でなければならず、従って、該密閉リング5と円柱ヘッドの真空窪み7のプリントスルが予想される。データ分析で計測データからプリントスルの人工物(artifact)をある程度除去するようにする為に、該ウェーハの該真空円柱上でのセンタリング(centering)は反復可能でなければならない。しかも、該ウェーハの支えられていない部分が振動するので測定は更に歪を生じ、反復可能な配置の要求が高まる。該チャック/ウェーハシステムのモデル化によってある程度の該エラー源の識別を試みる事は可能であるが、部分的計測器エラーシグネチャを定義するには、該システムの複雑さに対処する為に経験的データが必要になる。
【００１１】
集積回路内のエッチ(etched)線の幅が細くなっているために製造過程で行なわければならない測定の一つに、ウェーハ表面の滑らかさ(smoothness)の測定が有る。これはナノトポロジ(nano-topology)と呼ばれる。これを成し遂げる手段は、ウェーハスキャン(scan)の傾斜(slope)データを記録し、統合してナノトポロジを構成する事である。このスキャン方法によって、製造上の測定で必要とされる高スループットが可能になる。全ウェーハ表面を計測するには、普通該ウェーハをセンサ下で回転させて素早くスキャンしなければならない。該ナノトポロジを認識できる程高感度なシステムは表面の凸凹や表面振動やプリントスルの影響にも敏感である。
【００１２】
図3に示す本発明のリングチャック70は、これらの新しい必要条件に良く適応する。該リングチャック70は、業界で知られている基盤72と、該基盤72の最上部表面75に張られた低汚染材質の環(hoop)或は環(annulus)74からなる。一実施例では、環74は最上部表面75の外周エッジに張られている。業界で知られているように、基盤72は真空供給用チャンネル(図示せず)と、該基盤を計測器に固定する為の装着装置と共に形成される。該基盤72の最上部表面75は、本質的にソリッド(solid)であっても良いし、該チャックを操作しやすく出来るような形状でも良い。図2は該チャック70を該計測器に固定する手段を提供する装着ホール78を表示する。
【００１３】
該基盤72と環74の大きさは検査するウェーハに対応している。該リングチャックのデザインは直径200mm又は300mmのウェーハにも、その他の大きさの物にも容易に適応できる。多数の隆起した同心リング76は環74の表面の外周のエッジの直ぐ内側を円形に取り囲む。溝80は該同心リング間に形成される。真空源は溝(trough)80の中に導かれる。ウェーハ(図示せず)が該リングチャック70上に配置された後、該ウェーハの全円周を該リングチャック70に固定する為に比較的均一な真空が溝80の中に形成される。この機構が該ウェーハを固定し、該ウェーハのエッジ全体を一貫して支える。
【００１４】
図3は該リングチャック70の一部切欠図である。チャンネル真空分配チャンネル82が該基盤72内に形成され、内部の通路(図示せず)を経て真空源(図示せず)に繋がる。更に、該真空分配チャンネル82と該真空溝80との間の、図示しないチャンネル経路が該環74内に内包されている。該基盤72は、業界で知られているように機械で仕上げるか鋳造され、該環74を内包する為の設置範囲92を提供する。
【００１５】
図4は、該基盤72内の真空チャンネル82を表す二つのリング76を用いたリングチャックのエッジの外部を一部切り取った図である。分配チャンネル100と102が真空を該真空チャンネル82から溝80にもたらす。該リング76の幅は該溝より有効的に狭い。ある実施例では、該リングの幅と該溝の幅との比は4：1である。該外側のリング76は、ノッチ基準(図示せず)が溝80内の真空の保全を損なわないように、該ウェーハ8の淵の充分内側に間隔を置く。
【００１６】
図5は、該円周の詳細を該ウェーハ8の半径に対して相対的に拡大した、該チャック70の一部切欠図である。該同心リング76は該環74に外接し、該リングの該ウェーハ8への接触を制限する為に狭いピーク幅で形成される。該環74は高さ94を有し、操作向上に必要ならば該高さを変更しても良い。該リングチャック70は、該環74と同心リング76の高さを変更する事によって該基盤72と該ウェーハ8の間の高さを最小にするように形成しても良い。この高さを制限する事によって該空間に捕らわれた空気が該ウェーハ全体に渡って振動を抑制し、該ウェーハは検査装置点検のために安定した表面を提供する。該リング76のテーパ断面図を図6に示す。該同心リング76は該リング96の上端のみで該ウェーハに接触する。該リング76の狭い先端96だけが該ウェーハ8と接触する該環74の部分であり、それによって該チャック70と該ウェーハ8の間の接触を最小にする。汚染の可能性と分子の伝染範囲は最小限に留められる。該ウェーハと接触する該リングの範囲全体を該ウェーハの面積より有効的に少なくする事が望ましい。特に二つのリング76を用いた有利な実施例では、該ウェーハ8に触れる該リングの先端96の範囲は該ウェーハの面積の0.4％と言う少なさで良い。
【００１７】
溝80内に保たれる真空度は、該リング76の高さと分離間隔に比例する。該同心リング76間の真空範囲80は該リングの接触面積より大きい。これによって該真空溝80内に高い真空度が保たれる。該同心リング先端96の面積は該溝の面積の二分の一より小さい。
【００１８】
該リングチャック70によって提供される真空と接触は、ANSYS有限要素分析(ANSYS finite element analysis)を用いる事によって用意にモデル化される。該モデルによって該チャックによるデータ内のエラーパターンの識別がより簡単になる。リングチャック70とウェーハ8の間の接触はかなり画一化され該ウェーハ8のエッジにかなり近いので、該ウェーハ8は最小限の振動でエッジの周囲に強固に固定される。該接点と真空の対称性と均一性が該接点と該ウェーハ間の相互作用のモデル化を容易にする。そのようなモデルは、計測値を向上させる為に該計測器のシグネチャを該ウェーハ計測値から差し引く事によって該計測器のシグネチャを判定する実験によって実証されている。ウェーハに対してパドルアクセス(paddle access)を許容するような目的の為に該同心リングを切断する事(interruption)が望ましいように見えるかも知れないが、切断された(interrupted)リングのモデルはより極めて複雑であり、該ウェーハのむらと振動が更に増す。実験研究で、断絶によって該エラーデータの振動と複雑性が増加する事が確認されている。
【００１９】
図6は、平たいエッジ基準のウェーハ(図示せず)を支える為に適応させたリングチャック70'の、もう一つの実施例を示す。このチャックでは、該同心構造76'は環形であり、平たい側が該ウェーハの平坦に対応している。該溝80'はここでも該ウェーハの周囲に連続的に真空状態を施している。該ウェーハは、該基準が該溝80'の平坦に整合する方向に該チャック上に配置しなければならない。該同心リング76'と真空溝80'を該除外ゾーン内に配置する事によって、ICを形成する範囲は、装着によるプリントスルやその他の人工物を免れる。
【００２０】
図7は、角度分解スキャッタシステム(angle resolve scatter system)50を表示する。このシステムは、本発明の該リングチャックによって支えるウェーハの硬さを増すので、実用的である。このデザインを用いる事によって該ウェーハ表面のトポグラフィ(topography)の計測精度が増す。このシステムによれば、該ウェーハ8のナノトプグラフィ(nano-topography)を計測する表面性質測定(surface quality measurements) (SQM)が可能になる。従来技術では振動が激し過ぎて検出器による反射光線の量的測定が出来なかったが、一方、該リングチャックを用いた該ウェーハの硬さは4分円検出器(quadrant detector)110を光センサとして用いる事を可能にする。コリメート(collimated)された典型的に低電力のレーザ光線22がビーム調整光学アセンブリ(beam conditioning optic assembly)24内に差し向けられ、その結果発生したテレセントリック(telecentric)な比較的短い走査線26が一角度で該ウェーハ表面9上に差し向けられる。この光線の反射(specular reflection)28は、一つのレンズと一つの4分円検出器110を有する光学受信アセンブリ30によって収集される。該光学システムは、該4分円検出器110が該光学システムのフーリエ変換面(Fourier Transform Plane) (FTP)にあるものとする。その結果、該検出器110の中心に焦点があう。FTPの定義によって、該検出器110上の該焦点は該入射点において該ウェーハ表面9の角度方向での変化の関数としてのみ置き換わる。該検出器110の4つの4分円からの信号を微分的に比較する事によって、該ウェーハ8の二つの直交する傾斜軸に対応するオフセットと、従って、該角度変化が測定される。該光学システムはウェーハ表面の高さむら、又は、該走査線26の横方向の動きに不感である。該短レーザースキャンと調和させるステージシステム44は、該検査ウェーハ8の全表面をスキャンするのに用いられる。該4分円検出器110の出力は、該ウェーハの表面9の傾斜マップを発生するのに用いられる。これらの傾斜を統合する事によって、非常に詳細な表面特性から非常にラフ(gross)な表面特性に渡って、該ウェーハのトポグラフィカル(topographical)マップが作成される。
【００２１】
該4分円検出器110の電気的出力は事前増幅され34、デジタルデフレクションボード42に送られる。デジタルデフレクションボード(Digital Deflection Board)42は該ステージシステム４４と該レーザスキャンシステム24からも位置信号36、38を受ける。その結果、該ウェーハ8上の全ての位置に対応する二つの傾斜軸を描写する情報が該PC40に供給される。該PC内では複数のアルゴリズムが適用されて傾斜データがトポグラフィデータに変換され、追加ソフトウェアモジュールが該データを望ましいグラフィックかつ統計的な表現で出力する。
【００２２】
前記した実施例では、該リングチャック同心リングと真空溝を除外帯域に配置した。たとえ該基準が除外ゾーンのある部分を利用する場合でも、該リングチャックをこの基準の直ぐ内側に配置させ、しかも、該帯域内に収める事が可能である。該リングチャック機構が除外帯域内に配置されるもう一つの実施例では、該リングと溝が一定の構造であるから、該プリントスル人工物を該測定データから容易に除去する事が可能である。
【００２３】
接触リングのウェーハとの接触面積が該真空範囲より極めて少ないので、該真空溝から供給する真空力を工業的に典型的な15psiよりも高いレベルに上げる事が出来る。これらのフォースレベルを用いて、該チャックとウェーハを変化するスピードで、ウェーハ自体だけでは維持できない程のスピードで回転させても良い。現在多くの測定は低rpmで行っている。更に早い回転スピードを用いる事による更に大きい検査容量で、より多くのウェーハを検査する事が可能である。
【００２４】
該リングチャック上の環は、半導体業界で知られているように、非伝導性、非汚染性の材質で製造しても良い。特にポリエチルエチルケトン(Poly-ethyl-ethly-ketone)(PEEK)で作られた環はその他の物よりも低い汚染度であると考えられており、半導体工業界で良く認められている。
【００２５】
一実施例では真空溝を外側に移行し、該外側の同心リングをウェーハのエッジから1.5mm辺りに配置した。締め付け力を増す為に該真空溝の範囲を増加した。200mmウェーハに応用したこの実施例の為の裏側真空接触はほぼ0.4％である。このチャックは、該ウェーハを高速で回転させるスキャンステーション(scanning station)で使用可能である。接触が該ウェーハのエッジ全体に渡っている為、重力による撓み(sag)はエッジの掴み(grip)に比べて少ない。
【００２６】
ウェーハ8の中心部の撓みと振動を更に制限する為、該ウェーハ/真空の接触がシールの役割を果たすように該基盤74の該最上部表面75と該ウェーハ8との間の容積(volume)を構築する。該内包される空気が該ウェーハの内部を支え、振動を減らし撓みを制限する。更にもう一つの実施例では、該真空密閉が完了した後基盤74とウェーハ8の間の容積に圧力を加える。空気圧より少しだけ高く圧力を加える事によって、ウェーハの重量は空気の容積によって支えられる。該圧縮空気は予知可能で均一な支えを該ウェーハ8に与える。
【００２７】
均一な支えと密閉力は、少しだけ変形可能な材料で該環を製造することによって高まる。真空が施されると、該リングの先端96は、該先端96の高さ内のどんなに小さなむらをもスムースにするのにちょうど充分なだけ、該ウェーハの裏側に対して変形する。このスムースな表面が、真空漏れを最小に留めクランプ力を最大にする良い密閉を与える。該リング76の本質的な形状を保持する一方、接触を向上させる為に少しだけ変形する材料を選択することが、当業界で知られている。
【００２８】
本発明の望ましい実施例を説明したので、この技術分野で普通の技術を有する者にはこれらの概念を統合して他の実施例を用いる事が可能である事は明らかである。従って、本発明は説明した実施例だけに限定されるべきでなく、むしろ、添付したクレームの真意と範囲によってのみ限定される事を申し添える。
【図面の簡単な説明】
本発明は下記詳細な説明を図面と関連付ける中で理解される。それらの図面は：
【図１】従来技術のウェーハ固定用チャックの斜視図。
【図２】本発明によるチャックの平面図。
【図３】本発明によるチャックの斜視図。
【図４】図3のチャックの一部切欠詳細図。
【図５】図3のチャックの断面図。
【図６】本発明による他のチャック。
【図７】本発明の能力を利用した装置のブロック図。

Claims

ウェーハを計測器に固定する為に、チャックの外周にめぐらした、真空溝の基礎となるサブミリメータ幅の同心リングを用いたリングチャックを使用することと、
チャックが前記ウェーハに触れる面積を最小にする事によって前記チャックからの汚染による欠陥を制限することと、
前記ウェーハの除外帯域内で前記ウェーハを前記真空溝によって掴む事によってプリントスルの影響を制限することと、
前記同心リングのプリントスルの影響をモデル化かつ実証し、前記実証されたプリントスルの影響を測定データから差し引くことと、
を有するウェーハの平坦度を測定中に人工物の影響を減少する方法。
最も内側の同心リング内に内包される区域を密閉し、安定した容積の気体が前記ウェーハ内の振動を制限すること、
を更に有する請求項１に記載の方法。
最も内側の同心リング内に内包される区域を圧迫し、該圧迫された容積の気体が前記ウェーハ内部を支えること、
を更に有する請求項２に記載の方法。