(57)【要約】【課題】大掛かりな機構を必要とせず、反りが発生した反りウェーハを確実に吸着することが可能な静電チャックを提供する。【解決手段】本発明の静電チャック１は、静電チャック１に印加されたクランプ電圧によるクランプ力で半導体ウェーハをクランプするクランプ面１０を有する静電チャック１であって、クランプ面１０が部分的に上下方向に変位可能である。クランプ面１０を部分的に上下方向に変位可能とするために、上下方向に変位可能な第一のクランプ面１１と、第一のクランプ面の外側に配設された第二のクランプ面１２とを有し、第一のクランプ面１１及び第二のクランプ面１２を独立して上下方向に変位させる上下動機構２０を設けるか、または、クランプ面１０を弾性変形可能な材料によって形成し、クランプ面１０を部分的に上下動させる上下動機構２０を配設する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
静電チャックに印加されたクランプ電圧によるクランプ力で半導体ウェーハをクランプするクランプ面を有する静電チャックであって、
前記クランプ面が部分的に上下方向に変位可能である、
静電チャック。
【請求項２】
クランプ面として、上下方向に変位可能な第一クランプ面と、
前記第一クランプ面の外側に配設された第二クランプ面とを有し、
前記第一クランプ面及び前記第二クランプ面を独立して上下方向に変位させる上下動機構を有する、請求項１に記載の静電チャック。
【請求項３】
前記クランプ面を弾性変形可能な材料によって形成し、前記クランプ面を部分的に上下動させる上下動機構を配設した、請求項１に記載の静電チャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハをクランピングする静電チャックに関し、特に、電子顕微鏡を使用して高真空状態のチャンバ内において半導体ウェーハを検査するにあたり、ウェーハに反りが発生した反りウェーハを把持するに好適な静電チャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の高度情報化に伴い、身の回りにおける様々な機器に半導体デバイスが使用されるようになっている。また、使用される半導体デバイスの高性能化及び多機能化に伴い、多様な検査や計測を組み合わせて製造プロセスを管理する必要性が高まっている。
【０００３】
半導体ウェーハ等の半導体デバイスを製造するに際し、求められる性能を発揮できる半導体デバイスを製造するためには、ナノメートルオーダーの微細な精度が要求される。また、製造された半導体デバイスが要求される性能を発揮できるのか検査をするためには、精度が高く厳しい検査方法が求められる。
【０００４】
このような厳しい検査方法は、従来の光学的な顕微鏡では確立できず、電子顕微鏡を用いた検査が必要となる。電子顕微鏡を用いた検査では、真空ポンプなどによって高真空度の状態とされた真空チャンバ内に検査ステージが設置され、検査ステージ上に載置された半導体デバイスが検査を受けることとなる。
【０００５】
このようなナノメートルオーダーの精度が要求される検査方法では、ウェーハを検査ステージ上でいかに精度よく位置決めするかが重要な課題となる。
【０００６】
検査ステージ上で精度よくウェーハを把持するための技術として、特許文献１に記載される技術が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１８−５３７００２号公報
【０００８】
特許文献１に記載の静電チャックは、十分な剛性を有する、ウェーハとほぼ同直径の一枚板で構成されている。特許文献１に記載の静電チャックによると、段差のない一枚板によって静電チャックが構成されているため、平板上に形成されたウェーハを確実に把持することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ウェーハは必ずしも理想的な平板の状態を維持するものではなく、プロセス過程において様々な処理を加えられており、場合によっては０．５〜１．０ｍｍ程度の反りを生じる場合がある。このように、反りが発生した反りウェーハを静電チャックを使用して保持するにあたっては問題が生ずる。
【００１０】
静電チャックは原理上、ウェーハと電極が所定の間隔にならないと十分な吸着力を発生しない。反りウェーハは最初に静電チャックと接触した部分には吸着力が発生するが、沿っているために他の部分はチャックに対して浮いてしまう。浮いた部分は十分な吸着力が発生せず、十分な時間をかけても吸着することができない。そのため、計測に必要なフラットネスが得られなかったり、最悪の場合には脱落するなどの事故も起こり得る。そこで、反りが発生した反りウェーハを確実に吸着しうる静電チャックの開発が喫緊の課題となる。
【００１１】
本発明は、このような要望に鑑みてなされたものであり、大掛かりな機構を必要とせず、反りが発生した反りウェーハを確実に吸着することが可能な静電チャックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、以下のような解決手段を提供する。
【００１３】
第１の特徴に係る発明は、静電チャックに印加されたクランプ電圧によるクランプ力で半導体ウェーハをクランプするクランプ面を有する静電チャックであって、クランプ面が部分的に上下方向に変位可能である静電チャック、を提供する。
【００１４】
第１の特徴に係る発明によれば、部分的に上下方向に変位可能なクランプ面を使用することにより、半導体ウェーハに反りが生じている場合であっても、半導体ウェーハ前面をクランプすることができる。
【００１５】
第２の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、クランプ面として、上下方向に変位可能な第一クランプ面と、第一クランプ面の外側に配設された第二クランプ面とを有し、第一クランプ面及び第二クランプ面を独立して上下方向に変位させる上下動機構を有する、静電チャックを提供する。
【００１６】
第２の特徴に係る発明によれば、クランプ面が、上下方向に変位可能な第一クランプ面と、第一クランプ面の外側に配設された第二クランプ面とを有するため、反りウェーハの形状に合わせて第一クランプ面及び／又は第二クランプ面を独立して上方向または下方向に変位させることによって、内側が高く反っている反りウェーハであっても、外側が高く反っている反りウェーハであっても、確実にクランプすることができる。
【００１７】
第３の特徴に係る発明は、第１の特徴に係る発明であって、クランプ面を弾性変形可能な材料によって形成し、クランプ面を部分的に上下動させる上下動機構を配設した、静電チャックを提供する。
【００１８】
第３の特徴に係る発明によれば、クランプ面が弾性変形可能な材料によって形成され、クランプ面を部分的に上下動させる上下動機構を配設したため、複雑な機構を有せずとも、ウェーハの反りに合わせた形状のクランプ面を準備することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、大掛かりな機構を必要とせず、反りが発生した反りウェーハを確実に吸着することが可能な静電チャックを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は、第一実施形態に係る静電チャック１の平面図を、図１（ｂ）は第一実施形態に係る静電チャック１の正面図を示す。
【図２】図２（ａ）は、第一実施形態に係る静電チャック１を使用して下に凸の反りウェーハを計測する際の模式図を、図２（ｂ）は第一実施形態に係る静電チャック１を使用して上に凸の反りウェーハを計測する際の模式図を示す。
【図３】図３（ａ）は、第一実施形態に係る静電チャック１を使用して、反りウェーハを吸着する際の第一使用形態を、図３（ｂ）は、第一実施形態に係る静電チャック１を使用して、反りウェーハを吸着する際の第二使用形態を示す。
【図４】図４（ａ）は、第一実施形態に係る静電チャック１の第一の電極パターンを、図４（ｂ）は第一実施形態に係る静電チャック１の第二の電極パターンを示す。
【図５】図５は、第一実施形態に係る静電チャック１をロード／アンロードアームの替わりとして使用した場合の使用形態を示す。
【図６】図６（ａ）は、第二実施形態に係る静電チャック１の正面図を示し、図６（ｂ）は、第二実施形態に係る静電チャック１を使用して下に凸の反りウェーハを計測する際の模式図を、図６（ｃ）は第二実施形態に係る静電チャック１を使用して上に凸の反りウェーハを計測する際の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について図を参照しながら説明する。なお、これはあくまでも一例であって、本発明の技術的範囲はこれに限られるものではない。
【００２２】
［第一実施形態に係る静電チャック１の構成］
図１（ａ）は、第一実施形態に係る静電チャック１の平面図であり、図１（ｂ）は第一実施形態に係る静電チャック１の正面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）においては、本発明を理解するのに必要な部分のみ図示する。
【００２３】
静電チャック１は、印加されるクランプ電圧に応じた力で半導体ウェーハをクランプするためのクランプ面１０、及び、クランプ面を上下方向に変位させる上下動機構２０を備える。
【００２４】
本実施形態において、クランプ面１０は、例えばセラミックやガラスなど、剛性の高い材料によって形成されており、確実に半導体ウェーハを吸着できるよう構成されている。
【００２５】
本実施形態におけるクランプ面１０は、内側に配設され、後述する上下動機構２０によって上下方向に変位可能な第一クランプ面１１、及び、第一クランプ面１１より外側に配設される第二クランプ面１２からなる。
【００２６】
また、上下動機構２０は、第一クランプ面１１を上下動させるための第一上下動機構２１、及び、第二クランプ面１２を上下動させるための第二上下動機構２２からなる。
【００２７】
このように、上下方向に変位可能な第一クランプ面１１、第一クランプ面１１の外側に配設された第二クランプ面１２、第一クランプ面１１を上下方向に変位可能な第一上下動機構２１、及び、第二クランプ面１２を上下方向に変位可能な第二上下動機構２２によって静電チャック１を構成することにより、内側に位置するクランプ面と外側に位置するクランプ面を独立して部分的に上下方向に変位させることができ、様々な形状に反りが発生したウェーハを吸着することができる。例えば、第二上下動機構２２を固定して第一上下動機構２１を上方に駆動することで、上に凸のクランプ面１０を形成することができる。
【００２８】
［第一実施形態に係る静電チャック１の使用例］
図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、第一実施形態に係る静電チャック１を使用して反りウェーハを吸着する際の各部の動作について説明する。図２（ａ）は、第一実施形態に係る静電チャック１を使用して下に凸の反りウェーハを吸着する際の模式図を、図２（ｂ）は第一実施形態に係る静電チャック１を使用して上に凸の反りウェーハを吸着する際の模式図を示す。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、下に凸の反りウェーハを吸着する際には、第一クランプ面１１を変位させる第一上下動機構２１を用いて、内側に配設される第一クランプ面１１を下方向に変位させる。このようにすることで、外側が高く、内側が低いクランプ面を形成して、下に凸の反りウェーハの形状に合ったクランプ面とすることができる。その結果、下に凸の反りウェーハを確実に把持することができる。
【００３０】
また、図２（ｂ）に示すように、上に凸の反りウェーハを吸着する際には、第一クランプ面１１を変位させる第一上下動機構２１を用いて、内側に配設される第一クランプ面１１を上方向に変位させる。このようにすることで、内側が高く、外側が低いクランプ面を形成して、上に凸の反りウェーハの形状に合ったクランプ面とすることができる。その結果、上に凸の反りウェーハを確実に把持することができる。
【００３１】
なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す例では、第二クランプ面１２を固定し、第一クランプ面１１のみ上方向または下方向に変位させたが、これに限ったものではなく、第一クランプ面１１を固定し、第二クランプ面１２を変位させることで反りウェーハの形状に対応させるよう変形してもよい。または、両方のクランプ面を上下方向に変位させてもよい。
【００３２】
続いて、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて、第一実施形態に係る静電チャック１を使用して、反りウェーハを吸着した後に検査する際の使用形態について説明する。
【００３３】
図３（ａ）に、反りが発生しているウェーハを、反りに合わせた状態で吸着後、第一クランプ面１１及び／又は第二クランプ面１２を変位させて同一平面状に変形させてから露光等の検査を実施する例を示す。
【００３４】
この例においては、反った状態のウェーハを変形させて矯正するため、半径方向の応力がウェーハに印加され、寸法が変化することになる。
【００３５】
露光装置で露光させる場合などは、図３（ａ）に示すように、ウェーハは平面である必要があるため、第一上下動機構２１及び／又は第二上下動機構２２を用いて反りウェーハを平面状に矯正する。
【００３６】
図３（ｂ）に、反りが発生しているウェーハを、反りに合わせた状態で吸着後、そのままの状態で検査を実施する例を示す。このような場合、ウェーハに応力は印加されず、自然な状態で、例えばウェーハの寸法などの計測を行うことができる。
【００３７】
続いて、図４（ａ）及び図４（ｂ）を用いて、第一実施形態に係る静電チャック１の電極パターンについて説明する。
【００３８】
図４（ａ）は、それぞれのクランプ面１１、１２を双極として使用するパターンを示す例である。この例では、クランプ面１１、１２のそれぞれに二つの電極を接続し、一つのクランプ面に陽極と陰極の両方の機能を持たせる。
【００３９】
図４（ｂ）はそれぞれのクランプ面１１、１２を単極として使用するパターンを示す例である。この例においては、クランプ面１１、１２のそれぞれに一つの電極を接続し、一つのクランプ面に陽極または陰極の一方の機能を持たせる。このとき、第一クランプ面１１を陽極として使用する場合、第二クランプ面１２が陰極となり、第一クランプ面１１を陰極として使用する場合、第二クランプ面１２が陽極となる。
【００４０】
一般的に、ウェーハの吸着では図４（ａ）に示すような双極としての使用が多いが、非導電性のものを吸着させる場合には、図４（ｂ）に示すような単極を使用することもある。
【００４１】
次に、図５（ａ）〜図５（ｃ）を用いて、第一実施形態に係る静電チャック１にロード／アンロードアームの機能の一部を持たせ、アンロードを行う場合の例について説明する。
【００４２】
図５に示す例では、第一クランプ面１１をウェーハの乗降に使用している。静電チャック１からウェーハを降ろすにあたって、まず、図５（ａ）に示すように、第一クランプ面１１を使用してウェーハを上方に変位させる。次に、図５（ｂ）に示すように、ウェーハの下方にロード／アンロードアーム３０を移動させる。その状態で、図５（ｃ）に示すように、第一クランプ面１１を下降させると、ウェーハはロード／アンロードアーム３０上に載置されることになる。最後に、ロード／アンロードアーム３０がウェーハを移動させることで、アンロードの作業を終了する。
【００４３】
なお、ロードの作業においても同様に、上下方向に変位させることが可能なクランプ面１０がロード／アンロードアーム３０の作業の一部を行うことができる。また、図５に示す例では、第一クランプ面１１をウェーハの乗降に使用したが、これに限ったものではなく、第二クランプ面１２をウェーハの乗降に使用することもできる。
【００４４】
［第二実施形態に係る静電チャック１の構成］
図６（ａ）〜図６（ｃ）を用いて、第二実施形態に係る静電チャック１の構成、及び、第二実施形態に係る静電チャック１を使用して反りウェーハを吸着する際の各部の動作について説明する。図６（ａ）は、第二実施形態に係る静電チャック１の正面図を示し、図６（ｂ）は、第二実施形態に係る静電チャック１を使用して上に凸の反りウェーハを吸着する際の模式図を、図６（ｃ）は第二実施形態に係る静電チャック１を使用して下に凸の反りウェーハを吸着する際の模式図を示す。
【００４５】
第二実施形態に係る静電チャック１は、例えばポリイミド樹脂等の弾性力を有する材料によって形成された一枚のクランプ面１０と、当該クランプ面１０を部分的に上下方向に変位させる上下動機構２０とを有する。
【００４６】
図６（ａ）に示す例では、上下動機構２０は中央に設けられた第一上下動機構２１と端部に設けられた第二上下動機構２２とからなり、このようにすることで、クランプ面１０を部分的に上下方向に変位可能となる。例えば、第二上下動機構２２を固定して第一上下動機構２１を上方に駆動することで、上に凸のクランプ面１０を形成することができる。
【００４７】
なお、配設する上下動機構２０は、第一上下動機構２１及び第二上下動機構２２に限ったものではなく、これらの場所以外に設けても構わない。上下動機構２０を設ける位置や数によって、ウェーハの様々なパターンの反りに応じて吸着の作業を行うことができる。
【００４８】
第二実施形態に係る静電チャック１を使用して上に凸の反りウェーハを吸着する際には、図６（ｂ）に示すよう、中央付近のクランプ面１０を変位させる第一上下動機構２１を用いて、第一上下動機構２１を上方に駆動して、中央付近のクランプ面１０を上方向に変位させる。このようにすることで、内側が高く、外側が低いクランプ面を形成して、上に凸の反りウェーハの形状に合ったクランプ面とすることができる。その結果、上に凸の反りウェーハを確実に把持することができる。
【００４９】
一方、第二実施形態に係る静電チャック１を使用して下に凸の反りウェーハを吸着する際には、図６（ｃ）に示すよう、中央付近のクランプ面１０を変位させる第一上下動機構２１を用いて、第一上下動機構２１を下方に駆動して、中央付近のクランプ面１０を下方向に変位させる。このようにすることで、内側が低く、外側が高いクランプ面を形成して、下に凸の反りウェーハの形状に合ったクランプ面とすることができる。その結果、下に凸の反りウェーハを確実に把持することができる。
【００５０】
なお、図６（ｂ）及び、図６（ｃ）に示す例では、第二上下動機構２２を固定し、第一上下動機構２１のみ上方向または下方向に駆動させたが、これに限ったものではなく、第一上下動機構２１を固定し、第二上下動機構２２を駆動することで反りウェーハの形状に対応させるよう変形してもよい。または、両方の上下動機構を上下方向に駆動してもよい。
【００５１】
以上のように、クランプ面が部分的に上下方向に変位可能となるよう構成することにより、大掛かりな装置を必要とせず、様々な形状の反りウェーハを確実に把持することが可能な静電チャック１を提供することができる。
【００５２】
また、従来の静電チャックにおいては、クランプ面に載置した半導体ウェーハを上下動させるためのリフトピンが必要であったが、上下方向に変位させる上下動機構を有するため、リフトピンを不要とすることが可能となり、製造コストやメンテナンスコストを抑えつつ、反りウェーハに対応可能な静電チャックを提供することができる。
【００５３】
なお、本発明においては、半導体検査装置において検査ステージ上で半導体ウェーハを把持する静電チャックについて記載したが、検査装置に限ったものではなく、種々の製造プロセスにおいて半導体ウェーハを把持するために使用できるものである。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述したこれらの実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５５】
１            静電チャック
１０            クランプ面
１１            第一クランプ面
１２            第二クランプ面
２０            上下動機構
２１            第一上下動機構
２２            第二上下動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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