(57)【要約】【課題】チャック時に被吸着物にかかる吸引力を均一にすることができると共に、被吸着物を離脱する際に、基板と多孔質樹脂層との剥離が発生しにくい真空チャックを提供する。【解決手段】排気孔１ａをより空気を吸引すると、空気は、多孔質樹脂層２の表面に開口した部分と、多孔質樹脂層２の通気性部分２ａを介して排気孔１ａに吸引される。よって、多孔質樹脂層２の表面にウエハ３を載せると、ウエハ３は多孔質樹脂層２に吸着され保持される。多孔質樹脂層２の表面に開口した排気孔１ａで直接ウエハ３を吸引できると共に、排気孔１ａが多孔質樹脂層２中を貫通している部分からも、多孔質樹脂層２の通気性部分２ａを介してウエハ３を吸引できる。多孔質樹脂層２の通気性部分２ａが、排気孔１ａに面している部分が多いので、通気性部分２ａから空気が吸引されやすくなり、多孔質樹脂層２がウエハ３を吸着する吸着力が、多孔質樹脂層２面全体で均一化される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に、通気性を有する多孔質樹脂層が固着されている真空チャックであって、被吸着物を吸着するために負圧を発生するための排気孔を有し、当該排気孔が、前記基板中を通して、前記多孔質樹脂層中を貫通し、前記多孔質樹脂層の表面に達していることを特徴とする真空チャック。
【請求項２】
基板の表面に、通気性を有する多孔質樹脂層が固着されている真空チャックであって、被吸着物を吸着するために負圧を発生するための排気孔を有し、当該排気孔が、前記基板中を通して、前記多孔質樹脂層中に形成され、前記多孔質樹脂層の表面近傍まで達していることを特徴とする真空チャック。
【請求項３】
被研磨体を吸着して保持するチャックとして請求項１又は請求項２に記載の真空チャックを使用していることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
ウエハを吸着して保持するチャックとして、請求項１又は請求項２に記載の真空チャックを使用していることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
請求項３に記載の研磨装置を使用してウエハの研磨を行う工程、又は請求項４に記載の露光装置を使用して、マスクに形成されたパターンをウエハに露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空チャック、及びこの真空チャックを少なくとも１個使用している研磨装置、露光装置、さらにはこれら研磨装置、露光装置を用いた半導体デバイスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って半導体製造プロセスの工程が増加し、複雑となってきている。これに伴い、半導体デバイスの表面状態が必ずしも平坦ではなくなってきている。表面における段差の存在は配線の段切れ、局所的な抵抗値の増大などを招き、断線や電流容量の低下等をもたらす。又、絶縁膜では耐圧劣化やリークの発生にもつながる。
【０００３】
一方、半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って光リソグラフィの光源波長は短くなり、開口数いわゆるＮＡが大きくなってきていることに伴い、半導体露光装置の焦点深度が実質的に浅くなってきている。焦点深度が浅くなることに対応するためには、今まで以上にデバイス表面の平坦化が要求される。
【０００４】
具体的に示すと、半導体製造プロセスにおいては、図４に示すような平坦化技術が必須になってきている。図４は、半導体製造プロセスにおける平坦化技術の概念図であり、半導体デバイスの断面図である。図４において、１１はシリコンウェハ、１２はＳｉＯ２からなる層間絶縁膜、１３はＡｌからなる金属膜、１４は半導体デバイスである。
【０００５】
図４（ａ）は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜１２を平坦化する例である。図４（ｂ）は半導体デバイスの表面の金属膜１３を研磨し、いわゆるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）を形成する例である。このような半導体デバイスの表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ＰｏｌｉｓｈｉｎｇまたはＣｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、以下ではＣＭＰと称す）技術が広く行われている。現在、ＣＭＰ技術はシリコンウェハの全面を平坦化できる唯一の方法である。
【０００６】
ＣＭＰはシリコンウェハの鏡面研磨法を基に発展しており、図５に示すようなＣＭＰ装置を用いて行われている。１５は研磨対象物であるウエハ１６を保持しながら回転を与えるヘッド部であり回転駆動機構１７を有している。このヘッド部１５に対面して研磨パッド１８が貼り付けられた回転プラテン１９及びその回転駆動機構２０があり、これら研磨パッド１８、回転プラテン１９、回転駆動機構２０は、回転式揺動アーム２１により揺動を与えられると共に、上下方向に駆動される。
【０００７】
このようなＣＭＰ研磨装置を使用して研磨を行う際には、ウエハ１６及び研磨パッド１８を高速回転させ、回転式揺動アーム２１を図示されていない上下駆動機構により下降させて、研磨パッド１８によりウエハ１６を加圧する。そして、研磨パッド１８とウエハ１６間に研磨剤であるスラリーを供給する。さらに、回転式揺動アーム２１を、図示されていない揺動駆動機構により破線矢印で示す如く揺動する。すると、研磨パッド１８とウエハ１６の相対回転及び揺動により、ウエハ１６の研磨が行われ、表面が平坦化される。すなわち、研磨パッド１８とウエハ１６の相対運動による機械的研磨と、スラリーによる化学的研磨の相乗作用により、良好な研磨が行われる。
【０００８】
ヘッド１５の一部として、ウエハ１６を保持するために真空チャックが使用されている。このようなチャックの例が、たとえば特開平８−２２９８０９号公報（特許文献１）に記載されている。これは、基板の表面に多孔質樹脂層を貼り付けたものであり、多孔質樹脂層の弾性変形により、研磨されるウエハの裏面の凹凸を吸収し、この裏面の凹凸が表面研磨の精度に影響しにくいようにしたものである。
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されるような真空チャックでは、通気性の無い多孔質樹脂層に設けられた排気用孔の部分でのみウエハの吸着力が得られるので、ウエハの場所により吸着力が異なり、そのため、研磨初期状態でのウエハ表面が平坦とならず、この状態で表面を平坦に研磨すると、真空チャックから取り外した場合に、表面に凹凸が現れるという問題点があった。
【００１０】
このような問題点を解決する方法として、最近、基板の上に、通気性のある多孔質樹脂層を固着した真空チャックが使用されるようになってきている。このような真空チャックの構造を図６に示す。図６において（ａ）は（ｂ）におけるＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１１】
基板３１の表面には、多孔質樹脂層３２が接着等により固着されている。基板３１には、排気孔３１ａが設けられている。この排気孔３１ａは、（ｂ）に示すように基板３１の上面に、同心円状に開いている。この開口部を同心円状とせず、同心円上に設けられた複数の孔で構成するようにしてもよい。
【００１２】
多孔質樹脂層３２の外周部分３２ｂ以外の部分は、通気性部分３２ａとなっており、この部分では多孔質樹脂層３２の孔同士が部分的につながって（例えば粒状体を焼結あるいは接着により固めて、ポーラスで、かつ、孔同士が部分的につながって、全体として通気性を有するようにされている状態）、通気性があるようになっている。多孔質樹脂層３２の外周部分３２ｂは、通気性が無いようにされている。
【００１３】
このような真空チャックにおいて、排気孔３１ａより空気を吸引すると、空気は、多孔質樹脂層３２の通気性部分３２ａを介して排気孔３１ａに吸引される。よって、多孔質樹脂層３２の表面にウエハ３３を載せると、ウエハ３３は多孔質樹脂層３２に吸着され保持される。このような目的のために用いられる多孔質樹脂層として、例えば、ＣＤＫ株式会社の「精密吸着プレートＰＶＰシリーズ」に使用されている、フッ素樹脂多孔質を用いることができる。フッ素樹脂多孔質は、同製品のカタログ（非特許文献１）に記載されている。
【００１４】
【特許文献１】特開平８−２２９８０９号公報
【非特許文献】カタログ「精密吸着プレートＰＶＰシリーズ」
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すような真空チャックには、以下のような問題点がある。第１に、多孔質樹脂層３２表面の圧力（吸引力）が、依然として均一になりにくいことである。すなわち、多孔質樹脂層３２の通気性部分３２ａの通気抵抗を介して排気がなされるため、排気孔３１ａの開口部に近い部分では大きな負圧が得られるが、排気孔３１ａの開口部の中間部分では、得られる負圧が小さくなり、多孔質樹脂層３２の表面に圧力分布が生じて、吸引力が均一でなくなる。
【００１６】
第２に、このような真空チャックを、研磨液を用いた研磨においてウエハ３３等の被研磨物を吸着するために使用する場合には、より大きな問題が生じる。すなわち、研磨液が多孔質樹脂層３２の通気性部分３２ａ中に入り込み、通気性部分３２ａを詰まらせてしまうことである。この詰まりは、排気孔３１ａの開口部に近い部分においては、研磨液が排気孔３１ａを介して排出されることによりある程度改善されるが、排気孔３２の開口部の中間部分においては排出されることなくそのまま残る。よって、吸着力がこの部分で発生しないことになり、多孔質樹脂層３２表面での吸着むらがさらに大きくなる。
【００１７】
第３に、ウエハ３３等の被吸着物を、真空チャックから取り外すときに、問題が生じる。すなわち、ウエハ３３等の被吸着物を、真空チャックから取り外す際には、排気孔３１に逆に圧力を加えることにより、多孔質樹脂層３２表面とウエハ３３等の被吸着物との間に圧力を生じさせ、これにより被吸着物を真空チャックから離脱させる。
【００１８】
しかし、この場合、この圧力は多孔質樹脂層３２の通気性部分３２ａを介して被吸着物に作用するので、それより大きな力が、基板３１と多孔質樹脂層３２との間に作用する。よって、排気孔３１ａに加える圧力を大きくすると、基板３１と多孔質樹脂層３２とが剥離するという問題点がある。
【００１９】
本手段はこのような事情に鑑みてなされたもので、チャック時に被吸着物にかかる吸引力を均一にすることができると共に、被吸着物を離脱する際に、基板と多孔質樹脂層との剥離が発生しにくい真空チャック、及びこれを用いた研磨装置、露光装置、さらにはこれら研磨装置、露光装置を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、基板の表面に、通気性を有する多孔質樹脂層が固着されている真空チャックであって、被吸着物を吸着するために負圧を発生するための排気孔を有し、当該排気孔が、前記基板中を通し、前記多孔質樹脂層中を貫通して、前記多孔質樹脂層の表面に達していることを特徴とする真空チャック（請求項１）である。
【００２１】
本手段においては、排気孔が、基板中を通して、通気性を有する多孔質樹脂層中を貫通し、前記多孔質樹脂層の表面に達している。よって、多孔質樹脂層中に排気孔が形成されることになり、多孔質樹脂層が排気孔に面する面積が従来例に比べて大きくなる。従って、多孔質樹脂層中の広い部分から空気を吸引することができるので、多孔質樹脂層の表面における吸引力を均一化することができる。
【００２２】
さらに、研磨液が多孔質樹脂層に入り込むことがあっても、多孔質樹脂層が排気孔に面する面積が従来例に比べて大きくされ、かつ、排気孔が多孔質樹脂層の表面にまで達しているので、研磨液を排気孔に吸い込んで排出することが容易となり、研磨液が多孔質樹脂層に入り込むことにより多孔質樹脂層の表面における吸引力が不均一になる可能性を低減させることができる。
【００２３】
加えて、被吸着物を真空チャックから離脱させる際にも、排気孔が多孔質樹脂層の表面にまで貫通しているので、排気孔に圧力をかければ、その圧力が直接被吸着物に作用し、被吸着物を容易に真空チャックから離脱させることができるので、基板と多孔質樹脂層の間には大きな力が作用しない。よって、基板と多孔質樹脂層とが剥離する可能性を抑えることができる。
【００２４】
前記課題を解決するための第２の手段は、基板の表面に、通気性を有する多孔質樹脂層が固着されている真空チャックであって、被吸着物を吸着するために負圧を発生するための排気孔を有し、当該排気孔が、前記基板中を通して、前記多孔質樹脂層中に形成され、前記多孔質樹脂層の表面近傍まで達していることを特徴とする真空チャック（請求項２）である。
【００２５】
本手段は、前記第１の手段と異なり、排気孔は多孔質樹脂層を貫通しておらず、多孔質樹脂層の表面近傍まで達しているのみである。しかし、前記第１の手段とほぼ同一の作用効果を奏することができる。「表面近傍」がどの程度の範囲を指すかは、多孔質樹脂層の種類、排気孔の大きさや形状等によって異なり、前記課題を解決できるように当業者が適当に決定することができるが、一般的に、多孔質樹脂層の表面側から、多孔質樹脂層の厚さの１／２以内の範囲であることが好ましく、１／４の範囲以内であることがさらに好ましく、１／８以内の範囲であることが極めて好ましい。
【００２６】
前記課題を解決するための第３の手段は、被研磨体を吸着して保持するチャックとして、前記第１の手段又は第２の手段の真空チャックを使用していることを特徴とする研磨装置（請求項３）である。
【００２７】
本手段においては、被研磨体を吸着して保持するチャックとして、第１の手段又は第２の手段の真空チャックを使用しているので、研磨時における被研磨体を吸着する力を、被研磨体の前面に亘って均一化することが容易になり、それにより、被研磨体を均一に研磨することが容易となる。
【００２８】
前記課題を解決するための第４の手段は、ウエハを吸着して保持するチャックとして、前記第１の手段又は第２の手段の真空チャックを使用していることを特徴とする露光装置（請求項４）である。
【００２９】
本手段においては、ウエハを吸着して保持するチャックとして、前記第１の手段又は第２の手段の真空チャックを使用しているので、真空チャックの吸着力むらによって、保持されるウエハの表面に掲載される凹凸が小さくなり、焦点深度の浅い露光装置を用いる場合でも、良好に露光転写を行うことができる。
【００３０】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第３の手段である研磨装置を使用してウエハの研磨を行う工程、又は前記第４の手段である露光装置を使用して、マスクに形成されたパターンをウエハに露光転写する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法（請求項５）である。
【００３１】
本手段においては、前記第３の手段である研磨装置を使用してウエハの研磨を行う工程、又は前記第４の手段である露光装置を使用して、マスクに形成されたパターンをウエハに露光転写する工程を有しているので、微細なパターンを有する半導体デバイスを歩留まり良く製造することが可能となる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の第１の例を示す図であり、（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。
【００３３】
基板１の表面には、多孔質樹脂層２が接着等により固着されている。基板１には、排気孔１ａが設けられている。この排気孔１ａは、（ａ）に示すように、多孔質樹脂層２を貫通し、（ｂ）に示すように多孔質樹脂層２の上面に、同心円状に開いている。この開口部を同心円状とせず、同心円上に設けられた複数の孔（一つの円上に複数の孔を設け、こうしたものを同心円状に並べる）で構成するようにしてもよい。
【００３４】
多孔質樹脂層２の外周部分２ｂ以外の部分は、通気性部分２ａとなっており、この部分では多孔質樹脂層２の孔同士が部分的につながって（例えば粒状体を焼結あるいは接着により固めて、ポーラスで、かつ、孔同士が部分的につながって、全体として通気性を有するようにされている状態）、通気性があるようになっている。多孔質樹脂層２の外周部分２ｂは、通気性が無いようにされている。
【００３５】
このような真空チャックにおいて、排気孔１ａより空気を吸引すると、空気は、多孔質樹脂層２の表面に開口した部分と、多孔質樹脂層２の通気性部分２ａを介して排気孔１ａに吸引される。よって、多孔質樹脂層２の表面にウエハ３を載せると、ウエハ３は多孔質樹脂層２に吸着され保持される。このような目的のために用いられる多孔質樹脂層としては、従来技術で示したものと同じＣＤＫ株式会社の「精密吸着プレートＰＶＰシリーズ」に使用されている、フッ素樹脂多孔質を用いることができる。
【００３６】
本実施の形態においては、多孔質樹脂層２の表面に開口した排気孔１ａで直接ウエハ３を吸引できると共に、排気孔１ａが多孔質樹脂層２中を貫通している部分からも、多孔質樹脂層２の通気性部分２ａを介してウエハ３を吸引できる。図６と図１を比較してみると容易に分かるように、図１に示す本発明の実施の形態の方が、多孔質樹脂層２の通気性部分２ａが、排気孔１ａに面している部分が多いので、通気性部分２ａから空気が吸引されやすくなり、多孔質樹脂層２がウエハ３を吸着する吸着力が、多孔質樹脂層２面全体で均一化される。
【００３７】
又、排気孔１ａが多孔質樹脂層２中を貫通しているので、通気性部分２ａに研磨液等が入った場合でも、排気孔１ａから排出されやすくなり、通気性部分２ａに研磨液等が入ることによる、吸着力むら発生を少なくすることができる。
【００３８】
さらに、ウエハ３を真空チャックから外すときには、排気孔１ａを正圧にすれば、その圧力は直接ウエハ３に作用し、ウエハ３を容易に離脱することができる。よって、基板１と多孔質樹脂層２の間に大きな力がかかることが無くなり、基板１と多孔質樹脂層２が剥離することを防止できる。
【００３９】
図２は、本発明の実施の形態の第２の例を示す図であり、（ｂ）は平面図、（ａ）は（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。この実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる点は、排気孔１ａが多孔質樹脂層２を貫通しておらず、多孔質樹脂層２の表面近傍まで達しているのに留まっている点が異なるだけであるので、図１に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付して、同じ構成やその作用効果の説明を省略する。
【００４０】
図２に示す実施の形態は、排気孔１ａが多孔質樹脂層２を貫通しておらず、多孔質樹脂層２の表面近傍まで達しているのみであるので、その効果は図１に示す実施の形態に比して多少劣るものの、多孔質樹脂層２の通気性部分２ａを通して空気を吸引できるので、図１に示す実施の形態とほぼ同様の作用効果を奏することができ、排気孔１ａの先端部が多孔質樹脂層２の表面に近づけば近づくほど、その効果は図１に示した実施の形態に近くなる。
【００４１】
本発明の実施の形態である研磨装置は、例えば、図５に示したようなものであり、その本体部は従来のものでよく、ただ、真空チャックとして、本発明の真空チャックを使用しているところのみが異なる。
【００４２】
また、本発明の実施の形態である露光装置も、その本体部は従来のものでよく、ただ、ウエハステージに使用されている真空チャックとして、本発明の真空チャックを使用しているところのみが異なる。
【００４３】
図３は、本発明の実施の形態の一例である半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステップＳ１００で、次に挙げるステップＳ１０１〜Ｓ１０４の中から適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップＳ１０１〜Ｓ１０４のいずれかに進む。
【００４４】
ステップＳ１０１はシリコンウェハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ１０２はＣＶＤ等によりシリコンウェハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ１０３はシリコンウェハ上に電極を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ１０４はシリコンウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【００４５】
ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、ステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５でＣＭＰ工程を実施するかどうか判断し、実施する場合はＳ１０６のＣＭＰ工程に進む。ＣＭＰ工程を行わない場合は、Ｓ１０６をバイパスする。ＣＭＰ工程では本発明に係る研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨によるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）の形成等が行われる。
【００４６】
ＣＭＰ工程もしくは酸化工程の後でステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、シリコンウェハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウェハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウェハの現像が行われる。さらに次のステップＳ１０８は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【００４７】
この実施の形態においては、フォトリソ工程において、本発明に係る露光装置により、マスクに形成されたパターンが、ウエハに露光転写される。
【００４８】
次にステップＳ１０９で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ１００に戻り、先のステップを繰り返して、シリコンウェハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ１０９で全工程が完了したと判断されれば工程を終了する。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板と多孔質樹脂層との剥離が発生しにくい真空チャック、及びこれを用いた研磨装置、露光装置、さらにはこれら研磨装置、露光装置を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例である半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。
【図４】半導体製造プロセスにおける平坦化技術の概念図である。
【図５】ＣＭＰ装置の概要を示す図である。
【図６】従来の真空チャックの構造の概要を示す図である。
【符号の説明】
１…基板
１ａ…排気孔
２…多孔質樹脂層
２ａ…通気性部分
２ｂ…外周部分
３…ウエハ
【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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