JPH1076439A

JPH1076439A - 薄板保持装置

Info

Publication number: JPH1076439A
Application number: JP23073596A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Sato; 修三佐藤; Suguru Otorii; 英大鳥居
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-24

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェハ１の表面の面内の高さの均
一性を高める。【解決手段】複数のブロック状真空吸着ステージ３を
弾性のあるステージベース４上に配設したチャックテー
ブル２と、上記各真空吸着ステージ３に対応して設けら
れ、互いに独立して上下動して上記ステージベース３を
裏面から押す複数の微少変位調整ユニット１３を微少変
位調整ベース１２上に配設した微少変位調整テーブル１
１と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄板保持装置、特
に薄板、例えば半導体ウェハ等をその表面の凹凸を矯正
して真空吸着保持することができる薄板保持装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＭＰ（化学的機械的研磨）等の加工を
する場合におけるウェハチャックの方法として下記のよ
うなものがある。

【０００３】第１に図１３に示すように、テーブルとウ
ェハとの間に発泡ポリウレタンやスウェードのような緩
衝材をバッキング材として入れて、押しつけて吸着する
方法がある。

【０００４】第２に、図１４（Ａ）乃至（Ｃ）に示すよ
うに、溝、孔或いは多孔質材を通じてウェハを真空吸着
する方法がある。尚、この方法において、バッキング材
を併用する場合がある。

【０００５】第３に、図１５に示すように、テーブルを
加熱してワックスでウェハを接着する方法がある。

【０００６】第４に、図１６に示すように、極微量の
水、オイル等を、ラッピング等により表面を滑らかにし
たテーブルとウェハとの間に介在させて、リンキングに
より接着する方法がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のウェハチャック方法には下記のような問題がある。
先ず、図１３に示す第１の方法には、バッキング材の材
質ムラや、給水量ムラ等によりウェハを均一な条件で保
持することができなくなるという問題がある。そして、
ウェハを保持する確固たる基準になる面というものがな
いという重大な問題がある。

【０００８】次に、図１４に示す第２の方法には、ゴミ
による影響を受け易いという問題がある。

【０００９】次に、図１５に示す第３の方法には、自動
化が困難で、タクトが長く、且つワックスの厚さムラが
大きいという重大な問題がある。

【００１０】そして、図１６に示す第４の方法には、自
動化が困難で、接着強度が弱く、且つ接着強度、接着状
態がウェハの裏面状態に大きく左右されるという問題が
ある。

【００１１】そして、上述した各方法に共通して存在す
る問題として、ウェハを裏面を基準として保持するた
め、ウェハ表面を加工に適する平坦な面にすることが難
しいという問題がある。即ち、上述した各方法はいずれ
も変形しないテーブル上にチャッキングをするものなの
で、ウェハを裏面基準で保持することになり、ウェハの
厚さムラや、デバイス製造プロセスによる厚さの変化等
があると、それが加工面側にそのまま誤差要因となって
残ることになる。

【００１２】特に、ＣＭＰにおいて、均一性を重視する
場合、ウェハ表面の高さのバラツキが実効加工圧力を変
化させ、高いところが多く加工されてしまうことにな
る。そのため、ＣＭＰ加工の均一性をより高めることに
限界がある。特に、ウェハの大口径化に伴いウェハ表面
の高さのバラツキは更に大きくなることが考えられるの
で、その大口径化に対応して従来の装置を単純に拡大す
るだけでは加工精度を維持することすらできないと考え
られる。

【００１３】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、薄板、例えば半導体ウェハの表面の
面内の高さの均一性を高めることを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明薄板保持装置は、
複数のブロック状真空吸着ステージを弾性のあるステー
ジベース上に配設したチャックテーブルと、上記各真空
吸着ステージに対応して設けられ、互いに独立して高さ
が変化して上記ステージベースを裏面から押す複数の微
少変位調整ユニットを微少変位調整ベース上に配設した
微少変位調整テーブルと、を有することを特徴とする。

【００１５】従って、本発明薄板保持装置によれば、複
数のブロック状真空吸着ステージ上に一枚の薄板、例え
ば半導体ウェハを真空吸着し、その表面の高さを、微少
変位調整ユニット単位で上下させることにより、チャッ
クテーブル及び真空吸着ステージを介してステージの大
きさ単位で変化させることができ、延いては薄板、例え
ばウェハの表面の高さの面内均一性を高めることができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施の形態に
従って詳細に説明する。

【００１７】図１（Ａ）、（Ｂ）は本発明薄板保持装置
の第１の実施の形態の概略を示すもので、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線視断面図である。図面に
おいて、１は保持される薄板たる半導体ウェハで、１ａ
はその１チップ分の領域を示す。２はブロックチャック
テーブルで、各チップ１ａに対応して設けられた複数の
ブロック状真空吸着ステージ３、３、・・・をステージ
ベース４上に配設してなる。

【００１８】上記各ブロック状真空吸着ステージ３は図
２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、吸着用真空溝５及びそ
れに連通する真空吸引孔６を有し、外部から受ける負圧
によりウェハ１の自己と対応する部分を裏面から真空吸
引する。この吸着用真空溝５は、図２（Ｂ）に示すよう
に加工圧力と真空吸引を受けた場合において真空吸着に
よるウェハ変形量と、加工圧力を受けたときの変形量を
合わせても必要な平面度が維持できるような幅（ピッ
チ）を有している。

【００１９】上記ステージベース４はウェハ１のチップ
１ａのパターンに合わせて格子状の溝が裏面に形成され
ており、図３に示すように、後述する微少変位調整ユニ
ット（１３）の高さの変化に応じて弾性変形できるよう
にされている。これは、ウェハ１の元来持つ厚さのバラ
ツキに加えて、種々のデバイス製造プロセスを経ること
によりできるＣＭＰ前のウェハ１の厚さバラツキの状態
がＴＴＶ[ ウェハ全体の厚さバラツキ図４（Ａ）参
照] が例えば直径８インチウェハで約５μｍという大き
なものであったとしても、ＬＴＶ[ ウェハ内の任意の位
置にある大きさ内の厚さバラツキ図４（Ｂ）参照例
えば直径８インチウェハの２０×２０ｍｍの大きさのな
かで約０．８μｍ] は所望の小さな値にすることができ
るように、ステージベース４を、各チップ１ａと略同じ
大きさの各部分からなるブロックを連続させたものとな
るように構成し、チップ１ａと略同じ大きさを単位とし
て高さ調節が可能なるようにするためである。尚、ＷＡ
ＲＰ（反り）[ ウェハをフリーにしたときの全体の高さ
のバラツキ図４（Ｃ）参照例えば８インチウェハで
約７０μｍ] は真空吸着により、剛体と考えられるステ
ージ３、３、・・・に直接チャックされるため、その真
空吸着の時点で補正される。

【００２０】該ステージべース４は金属、例えばＳＵＳ
系ステンレス或いは鉄系の鋼材等からなり、後述する微
少変位調整ユニット（１３）の高さの変化に応じてその
高さが変化できるのに必要な弾性を有する。半導体ウェ
ハ１の表面の高さを数μｍ或いは０．数μｍというよう
な極めて微少な大きさ変化させるための変位を伝達する
ものとして要求される弾性を有するものには上述した金
属が好適である。

【００２１】図５はブロックチャックテーブル２の外周
縁部の概略を示す断面図で、同図に示すように、ステー
ジベース４の表面外周縁部に純水微量噴出溝７を有し、
該溝７へは純水供給孔８を通じて外部から極微量の純水
を供給できるようになっている。このようにすることに
より半導体ウェハ１とステージベース４との間の隙間を
極微量の純水が通って排出されるようにできる。そし
て、これにより、ウェハ１を真空吸着するための真空度
を高めたときにエアーの流れによってゴミやスラリー等
の異物が流入してステージ３上に付着することを防止す
ることができる。図６（Ａ）、（Ｂ）はステージベース
４に形成された温度調整用水路の各別の形成例を示す断
面図及び縮小平面図である。（Ａ）は排出型温度調整用
水路９を有する例を示し、（Ｂ）は循環型温度調整用水
路１０を有する例を示す。

【００２２】このように、ステージベース４に水路９或
いは１０を形成し、そこに温度調整された水を常に流す
ことにより、加工による発熱やモーターからの熱による
変形を抑止することができる。

【００２３】１１[ 図１（Ｂ）参照] はブロックチャッ
クテーブル２の下側に位置しこれを支える微少変位調整
テーブルで、剛性の強い材料、例えばセラミクスからな
る微少変位調整ベース１２と、該ベース１２上に配設さ
れた複数の微少変位調整ユニット１３からなる。該ユニ
ット１３はそれぞれ各真空吸着ステージ３と対応したと
ころに設けられており、独立してその高さを調整するこ
とができる。図７（Ａ）、（Ｂ）は微少変位調整ユニッ
トの各別の例を示すもので、（Ａ）は２枚の剛体からな
るクサビ状の板１４、１５をその傾斜面どうし合せるよ
うに重ね、ネジ１６等により下側の板１４を傾斜方向に
沿って一方の側に或いはその反対側に移動させることに
より上側の板１５の高さを高くしたり低くしたりするよ
うにした例を示し、（Ｂ）は圧電素子１７を用い、それ
に加える電圧によりその高さを変化させるようにした例
を示す。

【００２４】図８は微少変位調整ユニット１３の固定方
法の一例を示す断面図であり、ベース４に形成した孔部
１８にステージ３の中央部の下部を通し、ネジ１９によ
りユニット１３をステージ３と固定している。

【００２５】このような薄板保持装置によれば、複数の
ブロック状真空吸着ステージ３上に一枚の半導体ウェハ
１を真空吸着し、その表面の高さを、各微少変位調整ユ
ニット１３毎に独立して高さを変化させることにより、
ステージベース４及び真空吸着ステージ３を介してステ
ージ３毎に変化させることができる。従って、ウェハ１
の表面の高さの面内均一性を高めることができる。

【００２６】ここで、半導体ウェハ１に対するＣＭＰに
ついて８インチウェハを例として考察する。そして、８
インチウェハの標準的な規格とシリコン物性を下記の表
１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】半導体プロセスにおける平坦化に対して
は、通常、ウェハ表面の凹凸をデザインルール（線幅）
以下にすることが要求されると一般的に言われている。
これは、パターンを露光するステッパの焦点深度から来
るプロセスマージンを考慮したためであり、例えば０．
２５μｍルールの場合、ウェハ表面の凹凸は約±０．１
μｍ、即ち±１００ｎｍ以下程度が要求される。

【００２９】ＣＭＰにおいて要求されるグローバル平坦
化もまさにその通りである。その研磨加工において、装
置側の機械精度が限りなく０に近づけることができても
上記表１に示したようにウェハの元来持つ厚さバラツ
キ、特にＴＴＶ[ 図４（Ａ）参照] の影響はポリッシン
グの特性を考慮したとしてもウェハ内の面内均一性の誤
差として残留するものと考えられる。以下に、その実例
を示す。

【００３０】ポリッシングにおいては、被研磨材表面の
凸部は凹部に比較して加工圧力が高く、加工による除去
速度が速い為、選択的に凸部を除去することができると
される。従って、ローカルには加工前の被研磨材表面の
凹凸に対して段差の緩和が進行するわけであるが、ＴＴ
Ｖに相当するような大きなうねりに対しても選択的に作
用する為、これが面内均一性の誤差となって現れると考
えられる。

【００３１】通常、ＣＭＰにはポリウレタン等の弾性体
を研磨パッドとして用いる為、ポリッシングの特性上機
械精度がそのまま被研磨材表面に転写されることはない
が、ある程度それが緩和した形で現れる。

【００３２】例えば、図９に示すように、ＴＴＶが５μ
ｍ、ＬＴＶ[ 図４（Ｂ）参照] が０．８μｍ、段差（パ
ターン）が１μｍのウェハを加工する場合を例とする。
そして、ＣＭＰによりこの段差１μｍを除去（０．１μ
ｍ程度にする。）することを目的とする。この場合、仮
に切削や研削で機械精度を裏面基準で転写したとする
と、低いところにあるチップＡの段差が０．１μｍにな
った時には高いところにあるチップＢは−５．９μｍの
除去加工が行われることになり、均一性どころか形状と
して下地までがなくなることになってしまう。

【００３３】従って、ウレタン等のパッドによるポリッ
シングによってＴＴＶの５μｍを残したまま段差１μｍ
を除去するわけであるが、実際には５μｍもの高さの差
があると、チップＡの除去量がチップＢの除去量よりも
数％〜数十％大きくなるのが現状である。ウェハ全面の
チップを１μｍの除去で段差０．１μｍにするために
は、除去量の均一性は±５％以下にする必要があること
がわかる。

【００３４】以上をまとめると、直径８インチで１μｍ
程度のパターン段差のあるＴＴＶ５μｍ程度のウェハを
裏面基準でポリッシングすると、段差の除去及びＬＴＶ
０．８μｍの無視はできるが、ＴＴＶ５μｍによりチッ
プＡとチップＢの除去量に数％〜数十％の均一性の誤差
が出るのである。

【００３５】上述の結果から、ＴＴＶの５μｍをＬＴＶ
の０．８μｍ程度以下に小さくすることができれば、Ｃ
ＭＰにより全面均一に１μｍの段差を０．１μｍ程度に
除去することができることが分かる。

【００３６】従って、ダイレクトに裏面をチェックして
ＴＴＶ５μｍを裏面基準で０．８μｍ以下に補正できれ
ば、ＣＭＰ用の薄板保持装置として最適であると考えら
れる。そして、図示した本発明薄板保持装置によれば、
それが可能になるのである。次に、吸着用真空溝の溝幅
について図１０を参照しながら考察する。通常考えられ
る加工条件内では、加工圧力Ｐ₁ ＝０．５×１０⁵ Ｎ／
ｍｍ² 、真空圧Ｐ₁＝１．０×１０⁵ Ｎ／ｍｍ² 程度で
ある。このとき、表１に示したシリコンウェハを両端支
持した場合の変化量δ（表面のたわみ量）の計算結果は
下記の数式数１の通りである。

【００３７】

【数１】

【００３８】上記数式数１に各値を代入すると、下記の
数式数２が得られる。

【００３９】

【数２】

【００４０】そして、δ_max を０．８以下にするために
は下記の数式数３の条件を満たす必要がある。

【００４１】

【数３】

【００４２】即ち、６．８９ｍｍ以下の溝幅であれば加
工中にＬＴＶ以上のうねりを発生しない。

【００４３】以上のことから、薄板保持装置によれば、
微少変位調整ユニットによりチップの大きさ毎に高さを
調整できることからＴＴＶを補正することができるの
で、面内均一性の向上を図り、機械精度転写性の向上を
図ることができ、ゴミ等による加工段差の低減を図るこ
とができる。また、トータルプロセスとしては、他のプ
ロセスマージンが拡大し、投入するウェハの精度仕様を
緩和し、コストダウン（投入ウェハの精度仕様の緩和、
ウェハの大口径化の許容等による）を図ることができ
る。

【００４４】また、薄板保持装置の微少変位調整テーブ
ルは、面調整の自動化を可能にし、実際のウェハパター
ンに合わせた設計も可能にする。

【００４５】図１１（Ａ）、（Ｂ）は薄板保持装置のブ
ロックチャックテーブルのうちの丸型のものを示すもの
で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線視断面
図である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は薄板保持装置のブロ
ックチャックテーブルのうちの角型のものを示すもの
で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線視断面
図である。このように、本発明は種々の態様で実施する
ことができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明薄板保持装置によれば、複数のブ
ロック状真空吸着ステージ上に一枚の薄板、例えば半導
体ウェハを真空吸着し、その表面の高さを、各微少変位
調整ユニットを上下させることにより、チャックテーブ
ル及び真空吸着ステージを介して各ステージ毎に変化さ
せることができ、延いては薄板、例えばウェハの表面の
高さの面内均一性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明薄板保持装置の第１の
実施の形態の概略を示すもので、（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線視断面図である。

【図２】（Ａ）、（Ｂ）は真空チャックステージ及び半
導体ウェハを示す断面図で、（Ａ）は変形していない状
態を示し、（Ｂ）は加工圧力と真空吸引を受けた時の状
態を示す。

【図３】微少変位調整ユニットによるブロックチャック
テーブル（のステージベース）の変形を示す断面図であ
る。

【図４】（Ａ）乃至（Ｃ）はＴＴＶ、ＬＴＶ及びＷＡＲ
Ｐの説明図である。

【図５】ブロックチャックテーブルの外周縁部の概略を
示す断面図である。

【図６】（Ａ）、（Ｂ）はステージベース４に形成され
た温度調整用水路の各別の形成例を示す断面図及び縮小
平面図である。

【図７】（Ａ）、（Ｂ）は微少変位調整ユニットの各別
の例を示す図である。

【図８】微少変位調整ユニットの一つの固定例を示す断
面図である。

【図９】ＣＭＰについての考察にあたり例としたウェハ
の形状を示す図である。

【図１０】吸着用真空溝の溝幅についての考察に際して
参照する図である。

【図１１】（Ａ）、（Ｂ）は薄板保持装置のブロックチ
ャックテーブルのうちの丸型のものを示すもので、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線視断面図で
ある。

【図１２】（Ａ）、（Ｂ）は薄板保持装置のブロックチ
ャックテーブルのうちの角型のものを示すもので、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線視断面図で
ある。

【図１３】ＣＭＰに際しウェハをチャックする方法の第
１の従来例を示す図である。

【図１４】ＣＭＰに際しウェハをチャックする方法の第
２の従来例を示す図である。

【図１５】ＣＭＰに際しウェハをチャックする方法の第
３の従来例を示す図である。

【図１６】ＣＭＰに際しウェハをチャックする方法の第
４の従来例を示す図である。

【符号の説明】

１・・・薄板（半導体ウェハ）、２・・・ブロックチャ
ックテーブル、３・・・真空チャックステージ、４・・
・ステージベース、７・・・純水微量噴出溝、９、１０
・・・温度調整用水路、１１・・・微少変位調整テーブ
ル、１２・・・微少変位調整ベース、１３・・・微少変
位調整ユニット。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のブロック状の真空吸着ステージを
弾性のあるステージベース上に配設したチャックテーブ
ルと、上記各真空吸着ステージに対応して設けられ、互いに独
立して高さを変化せしめられて上記ステージベースを裏
面から押す複数の微少変位調整ユニットを微少変位調整
ベース上に配設した微少変位調整テーブルと、を有することを特徴とする薄板保持装置
【請求項２】半導体ウェハを保持する薄板保持装置で
あって、真空吸着ステージが上記ウェハの各チップとなる領域と
対応して設けられていることを特徴とする請求項１記載
の薄板保持装置
【請求項３】ステージベースの表面周縁部に純水を噴
出する純水微量噴出溝が形成されてなることを特徴とす
る請求項１又は２記載の薄板保持装置
【請求項４】ステージベースに温度調整用水を流す温
度調整用水路が形成されてなることを特徴とする請求項
１、２又は３記載の薄板保持装置