JPS609626A - ピンチャック及びその製法 - Google Patents

ピンチャック及びその製法

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JPS609626A
JPS609626A JP59051296A JP5129684A JPS609626A JP S609626 A JPS609626 A JP S609626A JP 59051296 A JP59051296 A JP 59051296A JP 5129684 A JP5129684 A JP 5129684A JP S609626 A JPS609626 A JP S609626A
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は集積回路及びその他の電子部品ならびに装置を
その製造中保持するチャックに関するものであり、さら
に詳細に述べれば、半導体ウェハ等の支持された基板の
平坦度も制御するピンチャツクに関するものである。
[従来技術] 集積回路及びその他の電子部品ならびに装置の製造中、
上層構造の製作時に基板を保持し、位置決めするために
チャックが用いられる。チャックはまた相次ぐ整合及び
リソグラフィによるパターン作成の工程中、基板(特に
半導体ウェハ)を同じ平坦度に保持するためにも用いら
れる。リソグラフィによる相次ぐパターンの正確な重ね
合わせのために、基板は整合操作中、平らに保持しなけ
ればならない。リソグラフィによるパターンの露光中は
、電子線による場合、イオン・ビームによる場合、光(
可視光線、紫外線またはX線)による場合を問わず、基
板の平坦度は、焦点深度を満足させ、周辺のぼけを防ぎ
、ぶれによる誤差を少なくするため、基板の平坦度を保
たなければならない。
相次ぐ加工工程中、基板の曲率を同しに保持する一方法
は、基板を真空ピンチャツク(すなわち、電床)で支持
することである。ピンのある基板の下を真空に保ち、基
板の他の面が大気圧下にあれば基板はピンに向って吸引
され、各ピンと点接触する。ピンの先端が全て乎ml上
にあれば、基板も平場に保たれる。従来の平面真空チャ
ックに比較して、ピンチャツクの利点は、基板をチャッ
クに取付は直すごとに塵の粒子が基板の曲率を変える可
能性が少なくなることである。
[発明が解決しようとする問題点コ 従来の真空ピンチャツクの欠点は、特に125mのシリ
コン・ウェハを保持するのに十分な大きさのチャックを
製造するのは困難で、しかもコストが高いことである。
従来法では、各微小なピンを別々に製作した後、周囲に
高くしたリムを機械加工した平坦な金属ブロックにあけ
た穴に各ピンを固定する。機械加工したリムは、真空を
シールするためのものである。ピンをブロックに装着し
た後、ピンの先端と外側のシール用リングが全て完全に
平坦になり且つ全てが同一平面上になるように、ピンの
先端を非常に精密な誤差範囲に入るよう注意深く研摩す
ることが必要であった。これは明らかに、非常に時間が
かかり、非常にコストの高い作業である。
[問題点を解決するための手段] 本発明は平坦な表面を有する所定の材料の単一ブロック
をエツチングして複数のピン及びそれらを支持する基部
を単一構造として形成することを特徴としている。
[実施例] 後で図面を参照して詳しく説明するように、本発明のピ
ンチャツクは、非常に平坦な表面を有するブロックをリ
ソグラフィ技術に従ってエツチングすることにより製造
される。極度に平坦な表面を得るために、適当な材料の
ブロックを研摩する。
所要のピンのパターン(好ましくはピンの周囲に真空シ
ール用のリングを有するもの)は、マスクにより定めら
れる。このマスクは後の工程でピンの列を生成させるよ
うに、平滑な表面をエツチングするのに用いられる。ピ
ン(及び任意に設ける真空シール用リング)は、すでに
平坦な表面から作成するので、ピンを作成した後しこ研
摩する必要はない。ピンの上端面(及び任意に設ける真
空シール用リングの上面)はすでに同一平面上にある。
リングラフィ技術を用いるため、ピンの頭の寸法、ピン
の本数、ピンの配列、及びピンの密度は全て製作費に影
響することなく、自由に選択することができる。
ピンチャツク製造用のブロックとしては、ドープしたシ
リコンのブロックが好ましい。これは、シリコンの特性
が適当であり、シリコンのりソグラフイによる製作工程
がよく知られているためばかりでなく、シリコンのピン
チャツクの熱膨張係数がシリコン・ウェハの熱膨張係数
に等しいためである。エツチングしたピンの領域を、エ
ツチングしない帯域で囲むことにより、このピンチャツ
クを真空ピンチャツクとして使用するときに真空をシー
ルするリングとして作用する隆起した周囲リングが得ら
れる。ピンを半導体材料(たとえばドープしたシリコン
)で製作し、誘電性材料(たとえば二酸化シリコン)の
皮膜で被覆すると、このピンチャツクは静電ピンチャツ
クとして使用することができる。真空シール用のリング
を作成し、ピン(及びリング)を誘電体皮膜で被覆する
と1、同じピンチャツクを静電ピンチャツクとしても。
真空ピンチャツクとしても使用する事ができる。
第1図は本発明のピンチャツク9を真空チャックとして
使用している状態を示し、第2図はピンチャツク9を静
電チャックとして使用している状態を示すものである。
これらの図面についての説明に先立って、第3A図乃至
第3工図を参照しながら、ピンチャツク9を製造する工
程について説明する。
第3A図に示す様に名目上平坦な表面上0を有する適当
な材料のブロック12を用意する。ブロック12はシリ
コンより成ることが好ましい。これはりソグラフイ及び
エツチングによりシリコンの微細構造を作成することは
、超小型回路技術分野でよく知られた技術であり、また
作製したピンチャツクにより平坦に保持される基板は、
シリコン・ウェハであるためである。工程により温度変
化のある場合があるため、ピンチャツク及びピンチャツ
クで支持する基板は、熱膨張係数が等しいものであるこ
とが有利である。なお、ピンチャツりは、シリコンに限
らず、はとんどのセラミック、耐火材料(たとえばSi
C,SiN、WC,ZrN等)及び一部の金属(たとえ
ばアルミニウムまたは鋼鉄)を含むエツチング可能な種
々の材料を用いて製作することができる。
完成したピンチャツクの寸法形状は、特にこのピンチャ
ツクを真空ピンチャツクとして使用する場合、これによ
り支持される基板の寸法形状に適合するものであること
が好ましい。完成したピンチャツクは、円形のシリコン
・ウェハを取扱うために用いることが予想されるため、
ブロック12は図示するように円筒形のものとする。円
筒形ブロック12の高さもしくは厚みは、完成したピン
チャツクが静電及び真空操作の一方または両方が行なわ
れる間、剛性を十分保持できる程度としなければならな
い。ブロック12は、シリコン・ウェハとしての薄板を
切り出すのと同種類のプールから、シリコンの厚板を切
り出して作製するのが便利である。
2個の穴14及び15を(ドリルにより)円筒形のブロ
ック12にあける。この穴の1つは完成したピンチャツ
クを真空ピンチャツクとして用いる場合、適当な真空に
するための開口部として作用する。他方の穴はポーゴー
接点を設けるもので、これは完成したピンチャツクを静
電ピンチャツクとして使用する場合、支持する基板に電
位を与えるために用いるものである。もちろん、完成し
たピンチャツクを真空ピンチャツクとしてのみ使用する
場合又は静電ピンチャツクとしてのみ使用する場合は、
使用しない操作にともなう穴は設ける必要はない。また
、穴を必要とせずに、支持した基板に電気的接触が可能
な他の方法を用いることもできる。
名目的平坦な表面10は、次に表面10が極度に平坦に
なるまで研摩される。この工程で得られる平坦度は、完
成したピンチへ7ツクの平坦度を左右する。表面は、1
ミクロンの何分の−かの平坦度にすることが好ましく、
表面仕上は光学的高品質にすることが好ましい。
次に、研摩した表面上にエツチング珀のマスクを設ける
。これを行なうには多くの方法がある。
エツチング・マスクの構造及びエツチング・マスクを作
製する方法は、研摩したブロックの組成及び結晶構造と
、選択したエツチング方法によるところが大きい。適当
な高さ、密度、及び縦横比のピンを得るために、プラズ
マ・エツチング(たとえば反応性イオン・エツチング)
等の指向性エツチング工程を用いることができる。この
ような場合、エツチング・マスクは、プラズマ・エツチ
ングに十分耐えるよう作製しなければならない。
プラズマ・エツチングは異方的にエツチングされる材料
を選択することにより、さけることができる。単結晶シ
リコンは、異方的にエツチングすることができるので、
好ましい材料である。異方性エツチングのため、単結晶
シリコンのブロックを(100)面が研摩した面になる
よう配向させる。多結晶シリコンを単結晶シリコンの代
りに用いる場合は、プラズマ・エツチング技術を代りに
用いることができるであろう。
エツチング・マスクは、SiO□で作製することが好ま
しい。Sun、は異方性エツチング剤にも、プラズマ・
エツチング剤にも耐え、厚みの損失が非常に少ないため
、従来のレジストを直接エツチング・マスクどして使用
するより好結果が得られる。ピンの作製には、従来の基
準によれば比較的深いエツチングを必要とするため、従
来のレジストを直接使用すると、非常に厚いレジスト層
が必要になる。選択したエツチング剤に良く耐える材料
により、標準の厚みのレジスタ・パターンを用いてマス
クを作製するほうが好ましいと考えられる。
好ましいSiO□iO□を作製する第一の工程は、研摩
したシリコン・ブロックの表面を酸化して。
SiO□層16層形6することである。これは、シリコ
ン・ブロックを単に酸素の存在下で加熱することにより
行なうことができる。約1ミクロンの8102層が適当
である。このSiO□層は、研摩した表面に限られるが
、第3B図に示すように、ブロックの露出した表面全体
を酸化しても、何ら不利益を生じることはない。
次に、この5i02 Finの上に、パターンを作るこ
とのできるレジスト層18を付着させる(第3B図)。
原則的には、パターンを作製することのできるポジ形又
はネガ形の任意のレジストが使用可能である。しかし、
作製するパターンの性質、及びマスクに必要な解像度の
点から見てシラプリ−(Shipiey)社の販売する
AZ1350のような標準のポジ形フォトレジストを使
用するほうが有利である。
レジスト層18を、パターン化した光学線で露光する。
適当な露光パターンの平面図を第3C図に示す。斜線部
分は、最終のピンチャツクで高くなっており、基板を支
持する平滑な表面となる部分に相当する。斜線部分22
はピンの上面に相当し、斜線部分20は真空シール用の
周辺リングに相当する。ポジ形フォトレジストを用いた
場合(以下の説明もポジ形フォトレジストを用いたと仮
定する)、露光パターンは、第3C図で斜線の無い部分
に相当する。ポジ形の代りにネガ形のレジストを用いた
場合は、露光パターンは第3C図の斜線部分に相当する
パターン露光には、適当な照射様式のコンピュータ制御
による書込みビームも使用することができることは明ら
かである。パターン露光は、マスクと、適当な全面照射
ビームとの組合わせにより行なうことが好ましい。これ
は密着印画リングラフィだけではなく、投射リソグラフ
ィ、または近接印画法により行うことも可能である。第
3D図に、パターン露光の好ましい方法を示す。密着リ
ソグラフィ用マスク24を、図に示すような位置に作製
し、全面照射ビーム26で露光する。下のレジスト層1
8の露光した部分を28で示す。マスク24は透明な支
持体27上に不透明なパターン25を設けたものである
現像により(第3E図)、ポジ形レジスト層18は露光
パターンの陰画すなわち相補的なパターンを形成する。
すなわち、これは完成したピンチャツクで高くなってい
る部分に相当する。尚、相補的な露出パターンを持つネ
ガ形レジストにより、同じレジスト・パターンを得るこ
とができる。
パターン化したレジスト層18は、下のSiO□層16
に類似のパターンを生成するためのエツチング用マスク
として用いられる(第3F図)。この目的に適したエツ
チング剤は、市販の緩衝酸化エツチング剤(BOE)、
すなわちフッ化アンモニウムとフッ化水素酸を9=1の
割合で含む混合液である。1ノジスト・マスクは、パタ
ーンをSiO□に 2移動させた後、直ぐに除去可能で
あるが、レジストは第3G図に示すように、最終のエツ
チング工程で溶解させるため、マスクをその場所に残し
ても不利益にならないことが多い。
次に適当なエツチング剤を用いてピンを作製する。エチ
レンジアミン、ピロカテコール及び水の溶液は、単結晶
シリコンのための適当な異方性エツチング剤である。水
酸化カリウムも使用することができる。異方性エツチン
グ剤を使用することにより、第3G図に示すように、ピ
ラミッド型のピン30が得られる。真空シール用リング
32がピラミッド型のピン構造を囲んでいる。プラズマ
・エツチング剤を使用すれば、一層垂直なピンの壁が得
られる。これはピンの材料の強度及び寸法によって、望
ましい場合とそうでない場合がある。
ピンを作るエツチングの深さは、完成したピンチャツク
に支持される基板の下に、均一な1本を・生成するのに
十分な程度とする。エツチングの深さは約250乃至4
00ミクロンが好ましい。ピンの上端面の直径は、約0
.025mmから、約5側の範囲とすることができる。
ピンの上端面の直径が小さすぎると、ピンが支持する基
板を破損するおそれがある。逆に、ピン」二端面の直径
が大きすぎると、ピンと支持する基板との間に塵の粒子
がはさまることがある。シリコン・ピンチャツクでシリ
コン・ウェハを支持するには、ピン」二端面の直径は約
1冊とするのが好ましい。異方性エツチング剤により作
成した四面のピラミッド型ピン構造は、使用中通も耐久
性があると考えられるため、シリコン・ピンチャツクと
して好ましい。正四角錐を底に平行に切ると上端面は正
方形となるため、ピン上端面は正方形であることが好ま
しい。
静電モードで操作する際に、ピンチャツクにより支持さ
れる基板にかかる力は、支持される基板が接触するピン
チャツクの高くした部分の面積に比例するため、ピンの
接触面積はできるだけ大きくすることがのぞましい、1
mnの辺(上端面で)を有する正方形のピンの間隔は中
心間で約2mとするのが適当である。これは、標準の1
25nn+のシリコン・ウェハの面積に3000本以上
のピンがあることになる。この様な3000本以上のピ
ンを有するピンチャツクの製造には、従来のピンチャツ
ク製造技術は実用的でないといえる。
ピンを形成した後、Sin、エツチング・マスクは除去
してもしなくてもよい(第3H図)。ピンチャツクは5
in2マスクがあっても無くても、このままの形で真空
ピンチャツクとして使用することができる。このピンチ
ャツクを静電ピンチャツクとして使用するためには、少
なくとも支持する基板に接触する部分のピンチャツクの
表面は、絶縁膜で被覆しなければならない。また、ピン
チャツクの一部(たとえば底部)は、ピンチャツクに電
気的接触をするため、絶縁しないままにしなければなら
ない。シリコン・ピンチャックの場合、絶縁膜はSコ0
□とすることが好ましい。適当な環境では元の5in2
マスクを絶縁層として(または絶縁層を成長させる出発
層として)使用することができることがあるが、均一で
平坦な8102層を生成しない傾向があるため好ましく
ない。このSiO□層を除去し、ピンチャツクを単に酸
素の存在下で適当な厚み(たとえば2ミクロン)のSi
n2層が生成するまで加熱することにより新しい510
2 N 34を形成することが好ましい。そして、電気
的接触を行わせるために底部のSin2層を除去する(
第3■図)。
第1図は、前述の工程により製造したピンチャツク9を
、シリコン・ウェハ36を支持する真空ピンチャツクと
して使用する状態を示す。真空源37により、真空ライ
ン40及び穴14を介してウェハ36の下面から空気を
吸い出して、ウェハのピン側の圧力をウェハの他の側よ
り低くする。
穴15は、図示したポーゴー接点38のような、気密の
プラグでふさく。ウェハ36の上の圧力、が高いため、
ウェハはピン30及びリング32を被覆する薄い絶縁膜
に均一に接触するよう押し下げられる。リング32及び
ピン30は全て同一平面上にあるため、ウェハ36は平
坦になり、希望どおりに支持される。第2図は同じピン
チャツクを、シリコン・ウェハ36を支持する静電ピン
チャツクとして使用する状態を示す。ポーゴー接点38
を通じて、ピンチャツク本体12とウェハ36の間に電
位を与える。ポーゴー接点38は穴15にはめた絶縁カ
ラー40に加圧かん合させである。
ピンチャツクとウェハとの間の電圧により生じた静電力
は、ピン及びリングに均一な接触が行われるようウェハ
を引付け、これにょリウェハを希望どおりに平坦にし、
支持する。通常、電源42は直流電源とすべきであるが
、代りに交流電源とすることもできる。たとえば、かな
りの電荷の漏洩が起るのに十分な時間、静電支持力が必
要な場合は、交流電源が使用できるであろう。
この真空兼静電ピンチャツクを用いる特に便利な方法は
、支持するシリコン・ウェハを平坦にするために真空モ
ードで使用し、次にシリコン・ウェハを平坦な位置に支
持するために静電モードで使用することである。これに
より、ピンチャツクと、ピンチャツクにより支持される
ウェハとを、ウェハの平坦度を保ちながら真空源から除
去することができる。電圧源が直流電源の場合は、電圧
源を完全にピンチャツクから除去しても(少なくとも短
時間は)静電力は残留する。この静電力は、電荷が漏洩
するにつれて徐々に減少する。しかし、有効な静電力は
、少なくとも数分間は残留し、ピンチャツクの誘電材料
、厚み、湿度等によっては、数時間または数日間残留さ
せることができる。静電モードの操作は、特に、真空ピ
ンチャツクが有効に作用しない真空環境下に支持したウ
ェハを置く必要がある工程で使用するのに便利である。
[発明の効果コ 本発明によると、低コストで容易に製造可能なピンチャ
ツクが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のピンチャツクを真空チャックとして使
用している状態を示す図、第2図は本発明のピンチャツ
クを静電チャックとして使用している状態を示す図、第
3A図乃至第3工図は本発明のピンチャツクを製造する
工程を示す図である。 9・・・・ピンチャツク、12・・・・ブロック、16
・・・・Sin、層、18・・・・フォトレジスト層、
30・・・・ピン、32・・・・リング。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・
コーポレーション 代理人 弁理士 山 本 仁 朗 (外1名) 第2図 \ 第3D図 第3E図 第3G図 第3H図 ント アメリカ合衆国ニュージャーシ イ州リッジウッド・ケンブリッ ジ・ロード423番地

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 複数のピンが基体から突き出ていて、同一平面上に平坦
    な端面を有する型のピンチャツクであって、上記複数の
    ピン及び基体が、平坦な表面を有する所定の材料の単一
    ブロックをエツチングすることにより形成された単一構
    造であることを特徴とするピンチャック。
JP59051296A 1983-06-30 1984-03-19 ピンチャック及びその製法 Granted JPS609626A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/509,738 US4551192A (en) 1983-06-30 1983-06-30 Electrostatic or vacuum pinchuck formed with microcircuit lithography
US509738 1983-06-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS609626A true JPS609626A (ja) 1985-01-18
JPH034341B2 JPH034341B2 (ja) 1991-01-22

Family

ID=24027900

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59051296A Granted JPS609626A (ja) 1983-06-30 1984-03-19 ピンチャック及びその製法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4551192A (ja)
EP (1) EP0134438B1 (ja)
JP (1) JPS609626A (ja)
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