JPS6015147B2 - 表裏両外面を有する基板ウェファの保持および平面化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は表裏両外面をもつ基板ゥェフア（ｓ肋ｓりａ
ｔｅ欄ｆｅｒ）の定置おび平面化方法に関するものであ
って、前記ウェフアをかろく、およその位置に載せ、実
質的に均一に分布した力をその表側に沿って加え、多数
の局在化された力をその裏側の外面に沿って加え、そし
てこの裏側の外面の力は前記表側の外面の力とつり合っ
ておりそして前記ウェフアを平面に保つのに十分なもの
である各段階を含むものである。

本発明はまたこのような装置を利用して半導体ウヱフア
上のデバイスに加工する方法に関する。

半導体回路の大規模集積化（ＬＳＩ）における最近の発
展は、より高い解像度のフオトリングラフイーによって
より細かい仕組み（栓ａｔｕｒｅ）を半導体表面上に模
様づけることができるようになったことに基づいている
。したがって、回路要素はより小型にすることができ、
ますます多くの数の要素を１個の半導体チップ上に入れ
ることが可能となっている。その結果、得られる回路は
従来のものに比べて複雑であり高遠であり、低電力消費
でかつ低費用のものである。実際問題としてはフオトリ
ングラフィーにおけるパターンの寸法的制約は通常は光
学的構成要素の解像能やフオトレジストの解像能によっ
て決るものではなくて、むしろパターンのっけられる半
導体表面の平坦性又は平面性によって決まるものである
。

非平面性であれば露光されるパターンの歪みおよび焦点
の誤差が生じる。プロジヱクション印刷（ｐｒｏｊｅｃ
ｔｉｏｎｐｒｉｎｔｉｎｇ）においては、投影光学の最
大解像能を達成するためには、露光される半導体表面を
投影光学上の焦点面と実質上一致させなければならない
ので表側の外面の平面性は特に重要である。焦点面から
の表側の外面の偏りは光学系の焦点の深度を越えてはな
らない。例えば焦点の全深度が１０ミクロンであれば、
最大解像度を達成するためには、ほぼ１ミクロンの厚さ
のフオトレジスト・フィルムを含む半導体表面はパター
ンの露出中は１０ミクロン以内の平面に保たれなければ
ならない。また外面の高度の平面性の条件は、プロジェ
クション印刷ほどにはきびしいものではないけれども、
密着印刷（Ｃｏｎｔａｃｔｐｒｉｎｔｉｎｇ）において
もパターン歪みを無くするため、また近接印刷（ｐｒｏ
ｘｉｍｉｔｙｐｒｉｎｔｉｎｇ）においてもの最大のパ
ターン解像度を達成するために要求される。半導体ウェ
フアの非平面性の原因は二つに分けることができる。

第一のものはゥェフアの非線型的な厚さの変動である。
通常は、パターンの露光中はウェフアの一方の表面（裏
側の外面は何らかのウェフア保持装置により実質上平面
的な表面に保たれる。したがって、ウェフアの他の表面
（表側の外面）はウェフアが非線型的な厚みの変動がな
ければ平面的になる。ウェフアが線型的な厚さの変動（
例えば、くさび形）を持っていても、その表側の外面と
裏側の外面とは平行ではないにしても、表側の外面は平
面となるものであることに注意する必要がある。これは
たいていのプロジェクション印刷及び近接印刷のシステ
ムにおいては許容されうるものであるが、それはこれら
のシステムではウヱフア表面を傾けてこれを印刷システ
ムの光学面と平行にする手段を有しているからである。
しかし、このウヱフアが非線型的な厚みの変動を持って
いるときには、その表側の外面は非平面的となるであろ
う。しかし、非線型的な厚みの変動は注意深いウェフア
の製造によって許容されうる程度までに減らすことがで
きる。半導体ウェフアにおける非平面性の第２の原因は
反物くある。

集積回路加工に使用される半導体ウヱフアは薄いので、
ある程度の反りは常に存在する。典型な直径７．６仇の
シリコン・ゥェフアは厚み０．０３８〜．０５弧で０．
００５伽すなわち約５０ミクロン程度の反りを示すこと
がある。反りはまずウェフアが素材（戊ｕｌｅ）から切
り出される時にもたらされる。薄いウェフアはどちらか
といえば弾性をもつので、反りはウヱフア製造工程にお
ける次の段階のラッピングや研磨の段階によっては取り
除かれない。さらに、デバイス製造工程における一連の
炉処理とゥェファ表面上への各種のフィルムの成長及び
析出はすべて反りを悪化させる原因となり得る。パタ−
ンの露光時におけるウェフアの反りを取り除く通常の方
法は高い高度の平面性の保持面をもつ真空保持装置にウ
ヱフアを保持することである。ウェフアの反りが余りに
ひどくなければ（５０ミクロン以下）、そしてウェフア
がほんのわずかの非線型的な厚さの変動しか持たないと
すれば、この真空保持装置は原側として表側の外面に高
度の平面性を与えることになる。しかし、密着すべきウ
ェフアとその保持面との間に塵挨粒子が狭まれることに
なると密着が妨げられるという問題が生じる。

塵挨粒子の大きさは直径１０ミクロン以上であることが
あるので、そのときにはウェフアの表側の外面を平面性
から相当に偏位させてフオトリングラフィの露光時にパ
ターンの歪を生じさせる。製造現場では各フオトリング
ラフィ段階を通じてウェフアの生産高を高く維持する必
要から塵挨粒子をゥェフアおよびウェフア・ホルダーか
ら取り除く清浄化処理を実施することは不可能となって
おり、塵挨粒子の問題を製造現場で解決することは極め
て困難である。さらに、「超清浄室一環境の中でのよう
な空気からの粒子の除去では問題は完全には解決されな
い。というのは大部分の塵挨粒子はウェフア・エッジか
らチップの形で、あるいはウェフア表面に成長し又は沈
積したウイルムからフレークの形となってウェフア自体
から生ずるものだからである。ゥェフアの破片は最も大
な粒子汚染をひきおこすものである。薄い加工片の固定
用の真空装置については米国特許第３６２７３３８号及
び米国特許第３７４７２８２号に開示されている。

両特許は真空チャックを開示しておりその加工片の保持
面は加工片の裏側の外面に真空を分配するための環状溝
及び放射状溝ををっ平面の表面をそなえている。その上
、これらの公知の固定臭は明らかに加工片の平面性の条
件がフオトリングラフィー程には厳しくない薄い加工片
の機械加工及び研磨の用途のために考案されたものであ
る。したがって、上述の開示はいずれ、フオトリングラ
フイーによって課されるウエフアの平面性の条件及びそ
の平面性を得るに当って塵挨粒子の有害作用から生ずる
問題点について何らの解決策をも与えていない。上述の
ことから、半導体デバイス製造現場に常に存在する塵挨
粒子にたいして実質上影響をうけない真空ウェフア保持
装置が要望されていることは明らかである。

本発明によればこれらの問題点は、多数の局在化した力
を裏側の外面に加え、その局在した力のそれぞれは１．
２９×１０‐４ないし１．２９×１０‐２係の面積に加
えられ、そしてこれらの局在化した力を横切る方向にウ
ェファを移動させて裏側の外面に接している塵挨粒子を
取り‘まらい、そして次いでウェフアを固定位置に保持
することによって解決される。

第１図は真空保持装置の概略図である。

第２図は第１図に示す構造体の平面図である。

第３図は第２図の３−３線に沿っての断面図である。第
４図はゥェフア保持装置上に人手で乗せられているウヱ
フアを示す。

まず、第１図、第２図及び第３図について述べるが、こ
れらには立上がりリム（ｒａｉｓｅｄｒｉｍ）１１を有
する一般的には円形のベースプレート１０からなるもの
が図示されている。

このリムは狭いエッジ１３を持った圧入インサート（ｐ
ｒｅｓｓ−ｆｉｔｔｅｄ、ｉｎｓｅｎ）１２を有してお
り、これは平滑で平面的な上表面を待ち、レジスト層１
９で被覆された半導体ウェフア１４のような薄いし、加
工片の裏側の面の周緑を支持するものであり、このリム
の直径は加工片のそれより小さく加工片の端部はリムか
ら張り出す。直径約７．６伽（３インチ）のウェフアを
保持しようとする典型的な実施態様においてはリムの外
径は約７．２６仇（２．８６インチ）である。リムの端
は加工片の裏側の外面とともに実質上気密シールを形成
しこれにより減圧可能の室１５が作られる。この室はベ
ースプレート中の真空通路１６を経て真空ポンプと運通
している。ベースプレート上に実質上これに垂直に、複
数の一定の間隔を置いた剛性でテーパー状の先端１８を
もった円筒状ピン１７が設けられる。ピンの先端はリム
の末端と一緒になって保持面を形成し、室１５の減圧時
にはこの面で加工片の裏側の外面が保持される。このピ
ンの先端は局在的な迫持合 （ａｂｕｔｍｅｎｔ）となりその面積は従来技術でのチ
ャックにおける分布的な迫持合のそれよりずっと小にす
ることができる。

この従来のチャックは、その保持面上の真空分配用の溝
の環状の細長い領域をなす「ランド（ｌａｎｄ）」から
できている。ピン１７とリム１１の高さは保持表面に高
度の平面性を与えるために実質上すべて同じにしなけれ
ばならない。好ましい実施態様においては平面性はその
組立ての後、全保持表面をラッピングすることによって
達成される。かくして、保持面は円形領域の直径約７．
６伽にわたりミクロン以内に平面化される。本発明の一
つの原理は、保持面の面積を減らすことによってその面
上に塵挨粒子のつもる可能性を減少させることであるの
で、保持面はできるだけ少数のピン先端で構成されるべ
きである。

しかしピンの先端は、真空によって作られた力の下で加
工片の非保持部分に歪みが生ずるほど間隔をとってはい
けない。そのときには加工片の表面を高度の平滑度に維
持する本発明の主要な目的は達成されないことになるか
らである。隣接するピン先端の間の最適の間隔は加工片
の厚みと加工片の材料の機械的性質に依存する。この間
隔は当業者であれば容易に計算することができる。この
ような計算方法についての１例はＪ・Ｐ・デンハートッ
グ者比「アドバンズ・ストレグス・オブ・マテリアルス
」（１９５２年ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ社発行）中に見
ることができる（１２８頁参照）。直径７．６肌で厚さ
０．０５弧のシリコン・ウェフアを保持するための特定
の説明用の具体例においては、保持面中の隣接するピン
先端間の間隔は０．５０８ｃｍである。デバイスの製造
に使用される半導体ウヱフアの直径は変えることができ
、そして一般にウェフアの厚みはウヱフアの直径の増大
と共に増大する。本発明の原理によれば、装置はどのよ
うな直径のウェフアを保持するようにも設計することが
できる。本発明のもう一つの原理は保持装置における各
個の迫持合の面積を減らし、これにより加工片の戦直線
作の間に塵挨粒子が払い落されそして局在化された小さ
な迫持合の突き上げにより迫持合と加工片の間にはさま
れている塵挨粒子を締め出す確率を増大することである
。実際においては迫持合の面積の小型化は迫持合の材料
、ピンの製造方法、保持面を平面化するために使用され
る方法及び使用される迫持合の研摩率によって決る。好
ましい実施態様郎ち研摩された先端をもつアルミナ・ピ
ンをグランド・ピンと共に有しておりそして保持面がラ
ッピングによって平滑にされている場合においては、ピ
ン先端の直径は０．０２５〜０．０３８肌である。実際
問題としてはラッピングによって平面化された保持面は
０．０１３弧を越える最小寸法を持つ迫持合を有するこ
とになる。同じ実施態様において、例えば硬化鋼で作ら
れたリム・インサート１３は幅０．０５ｃｍのエッジを
有する。本発明のさらにもう一つの原理はウヱフアがピ
ンセットを用いて人手によって又は自動的なウェフア取
り付け装置で保持面上にのせられるときに、第４図に図
示されるようにウェフアが保持面と接触して後において
も、或る種の横方向の運動が、ウェフアに常に与えられ
る。この横方向の運動は本発明において好適に利用され
て迫持合の各ピン先端の直径（又は非円形のピン先端の
場合の最大寸法）をウェフアの横方向の運動の範囲より
も確実に小さくすることによって塵挨粒子をピン先端か
ら．「払い落すいゥェファ自動取り付け装置と共にて用
いられる好ましい実施態様において０は少なくも０．１
３０弧の横方向の最低「こすり落し一連動を与え、用い
られるピン先端の直径はしたがつて０．１３０肌より４
・さく作られた。このように、各円形迫持合の面積は１
．３〜１０‐４〜１．３×１０‐２仇の範囲内にあるべ
きである。タ また、第４図に示すものは通常のパター
ン露光装置２０の図であり、この装置によって高い解像
度のパターンを層１９中に露光させることができる。

述べた特定の説明的な具体例は、フオトリング０ラフィ
ー露光時に円形の半導体ウェフアを保持する装置につい
てであるけれども、本発明は他の種々の形の薄い加工片
の研磨、グラインダー処理及び機械加工のような操作に
おいて、工作物を保持する装置にも応用することができ
る。

明細書及５び特許請求の範囲において用いられる「迫持
合」及び「ピン先端迫持合」が図中に示されている円形
のほかに小さい面積を有する局在化されている任意の形
状のものを含んでいると理解されるべきものである。さ
らに、明細書及び特許請求の範囲ｏに用いられる「ピン
」は任意の断面形状及び任意の高さの柱状部材を含むも
のであり、そして４・ごな面積の局在化された支持用の
迫持合の多くの可能な構造の一つを表わしている。また
各種のその他の変形は当業者ならば本発明の精神及び範
囲内夕で行うことが可能であろう。どのような特定の装
置を選んだとしても、本発明の原理によって作られたこ
の様な装置の利用は超４・型のデバイスの製造における
収量を改善する方法を可能にするものである。０図面の
簡単な説明 第１図は真空保持装置の斜視図、第２図は第１図の構造
体の平面図、第３図は第２図の３−３線についての断面
図、第４図はゥェファがウェフア保持装置上に手動での
せられている状態を示す図である。

〔主要部分の符号の説明〕 １０…・・・ベース板、１
１・・・・・・リム、１２・・・・・・圧入インサート
、ｌ３…・・・エッジ、１４・・…・半導体ウェフア、
１５．．．…室、１６……真空通路、１７・・…・円筒
状ピン、１８…・・・７ーパ一部、１９・…・・減圧可
能の室。

ＦＩＧ・つＦ’（了１２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ゆるくに基板ウエフアを大体の位置に置き；実質上
   均一に分布された力をその前端の外側に沿って加え；多
   数の局在化された力をその裏側の外面に沿って加え、こ
   の裏側の外面の力が前記表側の外面の力とつり合ってお
   り前記ウエフアを平面にするに分である、上記各段階を
   含んでいる表裏両外面を有する基板ウエフアを定置し、
   平面化する方法において、前記の各々の局在化された力
   を前記裏側の外面の一区域（この面積は１．３×１０＾
   −＾４〜１．３×１０＾−＾２ｃｍ＾２の範囲である）
   に加え；前記ウエフアを前記局在化された力の作用方向
   を横断するに移動させて前記裏側の外面に付着している
   塵埃粒子を取り払い、次いでこのウエフアを定位置に保
   持する、ことを特徴とする基板ウエフアの定置および平
   面化方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の方法において、さらにその
   表側の外面に沿って加えられる力がその裏側の外面に隣
   接する領域を真空とすることによって加えられ；そして
   このウエフアが定置されて後、高解像度のパターンをこ
   のウエフアの表側の外面上に露光させる、ことを特徴と
   する前記方法。