(57)【要約】  ウェハチャック設計において、支持面を構成するピン又は「メサ」を特徴とすること、ピンを工作して環形状を有するか、穴又はピットを含むことにより、ウェハの固着を最小化し、ウェハ静置を向上させる。発明の別の態様では、平面度及び粗度をウェハチャックの支持面等の表面に与えるか、復元するための工具及び方法である。工具は、処理される表面への接触が円形又は環形であるような形状となっている。処理方法は、専用装置において、又は、半導体製造装置においてｉｎ−ｓｉｔｕで実施されてもよい。工具はウェハピンチャックの直径よりも小さく、ラップ仕上される高スポットの空間周波数と略同じであってもよい。支持面に対する工具の動きは、支持面の全領域又は修正を必要とするそれらの領域のみが工具によって処理される可能性があるようなものである。
2017537480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハチャックのウェハ支持面の平面度を工作するための方法であって、
（ａ）半導体ウェハを支持するための表面が複数のピンを備え、前記ピンの終端面が前記ウェハと接触するよう編成されているウェハチャックを提供することと、
（ｂ）前記ピンの前記終端面を処理するための工具を提供することであって、前記工具は、
（ｉ）前記ピンの前記終端面と接触するよう編成される表面を備え、前記接触面は、円形又は環形の形状をしており、
（ｉｉ）前記工具の前記接触面は、前記ピンの前記終端面と少なくとも同じ硬さであり、
（ｉｉｉ）前記工具は、隣接するピン同士の間で前記終端面の下に落下することなく、前記ピンの前記終端面の上を移動できるような十分な大きさである、
工具を提供することと、
（ｃ）死荷重を前記工具に提供することと、
（ｄ）前記処理工具を前記ピンの前記終端面の上で共形移動させることと、
を含む方法。
【請求項２】
前記ウェハチャックはセラミックから構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ウェハチャックはＳｉＣセラミックから構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記工具は、高スポットの良好な摩耗率を提供するよう高い硬度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記工具はセラミックである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記工具は前記ピンチャックと同じ材料である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記工具は、曲面との接触を維持する寸法形状を提供するよう、環形状を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記工具は連続面を有し、前記形状は環状接触領域を制限する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記工具は、独立したいくつかの環形からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記工具は、ピンの上で移行する場合に平滑な処理を可能にするよう、平滑な縁部を有する、請求項１、７、８、又は９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記工具は、トロイドのような形状となっている、請求項１、７、８、又は９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記工具の大きさは、平面度のために準備される前記ウェハのダイサイトの空間周波数に適合する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記工具は、前記工具が前記ウェハチャックの上を移動する際に、Ｚ軸において傾き、傾斜し、移動するよう、制約されず、それらを可能にする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記工具に印加される重量は、前記ウェハチャックのフィーチャ又は縁部に応じて変化させてもよい、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記共形移動させることは、既知の高いフィーチャを決定的に平坦化することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
ウェハチャックのウェハ支持面の粗度を復元するか、向上させるための方法であって、
（ａ）半導体ウェハを支持するための表面が複数のピンを備え、前記ピンの頂面が前記ウェハと接触するよう編成されているウェハチャックを提供することと、
（ｂ）前記ピンの前記頂面を処理するための工具を提供することであって、前記工具は、
（ｉ）前記ピンの前記頂面と接触するよう編成される表面を備え、前記接触面は、円形又は環形の形状をしており、
（ｉｉ）前記工具の前記接触面は、前記ピンの前記頂面と少なくとも同じ硬さであり、
（ｉｉｉ）前記工具は、隣接するピン同士の間で前記頂面の下に落下することなく、前記ピンの前記頂面の上を移動できるような十分な大きさである、
工具を提供すること、
（ｃ）死荷重を前記工具に提供することと、
（ｄ）前記（処理工具）を前記ピンの前記頂面の上で共形移動させることと、
を含む方法。
【請求項１７】
前記工具は硬質材料から作製される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記工具はセラミックから作製される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記工具は前記ウェハチャックと同じ材料から作製される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記工具は前記ウェハチャックよりも大きい硬度を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
ピンチャック修復のために設計される工作機械において遠隔で行われる、請求項１又は請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
半導体製造装置の内部でｉｎ−ｓｉｔｕで行われる、請求項１又は請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記共形移動させることは、低減した粗度の既知の領域を決定的に粗化することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
ウェハ支持面が、終端面が環形であるピンを備える、ウェハチャック。
【請求項２５】
ウェハ支持面が、終端面が凹設されるピンを備える、ウェハチャック。
【請求項２６】
前記ピンはＳｉＣを備える、請求項２４又は請求項２５に記載のウェハチャック。
【請求項２７】
ウェハ支持面がピンを備えるウェハチャックをラップ仕上するための方法であって、
（ａ）環状ディスクの形状のラップ仕上工具を提供することであって、前記ラップ仕上工具は、（ｉ）前記ウェハチャックのものよりも小さい直径を有し、（ｉｉ）前記ウェハ支持面のものとほぼ等しい硬度を有することと、
（ｂ）前記ラップ仕上工具のラップ仕上面を前記ウェハチャックの前記ウェハ支持面と接触させることと、
（ｃ）前記ラップ仕上工具を前記ウェハチャックの前記ウェハ支持面全体にわたって通過させることと、
を含む方法。
【請求項２８】
ウェハチャックのウェハ支持面を修正するための工具であって、前記表面はピンを備え、前記工具は、
（ａ）前記ピンのものと略等しい硬度の材料と、
（ｂ）前記ウェハ支持面と接触する環状領域と、
（ｃ）特定の空間周波数に衝突するよう選択されるか、工作される直径と、
を備える工具。
【請求項２９】
炭化ケイ素を含む、請求項２８に記載の工具。
【請求項３０】
シリコン／炭化ケイ素複合材料を含む、請求項２８に記載の工具。
【請求項３１】
ダイヤモンド及び炭化ケイ素を含む複合材料を含む、請求項２８に記載の工具。
【請求項３２】
反応結合した炭化ケイ素を含む、請求項２８に記載の工具。
【請求項３３】
ウェハチャックのウェハ支持面を修正するための工具であって、前記表面はピンを備え、前記工具は、
（ａ）前記ピンのものとおよそ等しい硬度の材料と、
（ｂ）円形に編成される複数の副工具であって、副工具のそれぞれが、前記ウェハ支持面と接触する環状領域を有するよう編成される、副工具と、
（ｃ）前記ウェハ支持面の直径よりもずっと小さい接触する環状領域の直径と、
を備える工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
この特許書類は、それぞれＥｄｗａｒｄ  Ｇｒａｔｒｉｘの名において、それぞれの発明の名称が「Ｐｉｎ  ｃｈｕｃｋ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｐａｉｒ」である２０１４年１１月２５日出願の米国仮特許出願第６２／０８４，４１７号明細書並びに２０１４年１１月２３日出願の米国仮特許出願第６２／０８３，２８３号明細書の利益を主張する。許可されれば、これらの仮特許出願のそれぞれの内容の全てを、本明細書中に引用して組み込む。
【０００２】
米国連邦政府による資金提供を受けた研究の記載事項
なし。
【０００３】
本発明は、リソグラフィであってもよいが、これに限定されない処理のために半導体（例えば、シリコン）ウェハ等のウェハを指示するための「チャック」として知られる構造に関する。それは更に、特に、チャックが使用された後に所望の平面度及び粗度を与えるよう、かかるチャックをラップ仕上するための工具に関し、すなわち、それはまた、チャックの補修のための工具にも関する。
【背景技術】
【０００４】
ムーアの法則が半導体フィーチャの大きさをより小型化するにつれて、高精密なウェハ取扱部品に対するニーズが増加している。要求される精度を達成することの困難さも増加している。例えば、マイクロプロセッサがその上に製造されることになっているシリコンウェハは、処理機械において精確に載置されなければならない。ウェハは通常、真空取扱設備によって取り扱われる。ウェハは、それらの自重によりほんの少し湾曲する。ウェハチャックへ下降される場合、自重湾曲しているウェハは、水平にする「必要がある」が、ウェハとチャックとの間の摩擦によってそれを行うことが妨げられる恐れがある。これは、多くの場合「粘着性」問題と称される。金属酸化物はこの点に関して顕著であり、二酸化ケイ素も例外ではない。この問題を解決、若しくは、少なくとも改善しようとする取り組みの中で、ウェハとチャックとの間の接触面積を最小化することが行われてきた。この特定の技術的な解決法は、均一な高さで、通常、規則的な間隔の複数の「プラトー」をウェハ内へ設計する形を取ってもよい。これらのプラトーは、「ピン」又は「メサ」と呼ばれ、ピンは、半導体ウェハがその上に載置されてもよい極めて平坦な支持面を画成している。ピンは、ウェハが、メサ上に静置される時に水平になる際に、メサを横断して横方向に移動できるように、摩擦を低減することを助ける。ピンは、ウェハ固着を軽減することを助けるが、この点に関して更なる向上が必要とされている。
【０００５】
これを念頭に置いて、ウェハ取扱部品に対する主に所望される特徴は、高い機械的安定性（高剛性及び低密度）、高い熱安定性（高熱伝導性及び低熱膨張係数）、低い金属汚染、高い耐性に対する機械加工性、低い摩耗（精度を維持するための）、低い摩擦（ウェハ固着を防ぐための）、及び最大４５０ｍｍの大きさに対して製造される機能である。
【０００６】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、３つ例を挙げると、低密度、低熱膨張係数、及び高い熱伝導率といったウェハチャックとして用いるための望ましい特性を有している。
【０００７】
炭化ケイ素ベース体は、反応溶浸技法によってネット形状に近づくよう作成されてもよく、かかるものは何十年にもわたって行われてきた。一般に、かかる反応溶浸プロセスは、真空又は不活性大気環境において、溶融シリコン（Ｓｉ）を炭化ケイ素に加えて炭素を含有する多孔性マスに接触させることを必要とする。湿潤条件が作成され、その結果、溶融シリコンは毛管現象によってマス内に引き込まれ、ここで、それは炭素と反応して追加の炭化ケイ素を形成する。このｉｎ−ｓｉｔｕ炭化ケイ素は、通常、相互に連結される。濃密体は、通常、プロセスが過剰シリコンの存在において普通に生じるように求められている。結果として生じる複合体は、従って、主に炭化ケイ素を含んでいるが、いくつかの未反応シリコンも含んでおり（それらも相互に連結される）、略語でＳｉ／ＳｉＣと称されてもよい。かかる複合体を生成するために用いられるプロセスは、「反応形成」、「反応結合」、「反応溶浸」、又は「自己接合」として区別なく称される。最新技術において、更なる柔軟性のために、ＳｉＣ以外の１つ以上の材料が、多孔性マス内のＳｉＣのいくつか又は全てに置換されてもよい。例えば、このＳｉＣのうちのいくつかをダイヤモンド粒子で置き換えることにより、結果として、ダイヤモンド／ＳｉＣ複合材を生じることができる。
【０００８】
ウェハがチャックの支持面に対して平らに置かれることが重要である。そうでなければ、ウェハ上に投影される回路パターン画像は、焦点が合わなくなる恐れがある。更に、ウェハリソグラフィは、露光の間にウェハの再配置を伴う多数の露光を要する恐れがある。従って、後続の露光がウェハ上の正しい位置で行われるように、その第１の位置決めに対して、ウェハをチャック上で精確に再調整する方法が存在することが、重要である。
【０００９】
１．ウェハ汚染及びウェハ装着
そもそも、なぜウェハは平坦ではないのか？ウェハが処理される場合、そして、製造の固有の限界によって、それらは平坦ではない。往々にして、前工程半導体ラインにおいて実行される処理は、ウェハに薄膜を添加し、その結果、幾分湾曲したウェハを生じる。この湾曲は、いずれかの方向、上向き、又は下向きであってもよい。平坦からの逸脱の大部分は湾曲においてであり、変形は球及び又は円筒形状のようなものである。
【００１０】
加えて、ウェハチャックは決して完全に平坦にはならず、多くの場合、ランダムに僅かな曲率と、上向き（ボウル）又は下向き（ドーム）形状にあるウェハのそれと同様の配向とを有する。
【００１１】
ウェハが、通常のプロセスに起因する曲率を捉えたウェハチャック上に位置する場合、それらは、平坦に静置することによって元のクランプ位置に戻ることを必要とする。ウェハは、主に径方向である方法で緩和されることを必要とする。
【００１２】
２．平面度
部品の平面度は、一般に、光学、機械加工、又は精密工業における当業者にとって周知の十分に確立されたいくつかの方法のうちの１つによって達成される。
【００１３】
第１のかかる方法において、平坦ラップ仕上のための環状研削又は連続グラインダ（ＣＧ）は、リング又は「ブルーザ」若しくは「コンディショナ」と呼ばれる主要部品等の外部特徴によって幾分か基準面として維持されるテーブルを用いる。平坦となることを必要とされ、良好に制御され、繰り返し可能な部品に対するラップの環状幅及び直径等の寸法形状の制約が存在する。テーブルラップ仕上（ＣＧ）を用いる平坦部品を達成することに対する制約は、ラップ仕上テーブルが、望ましい結果で、又は、それよりも良好に平面度のレベルに維持されることを必要とする点である。加えて、圧力の均一性及び部品間の相対速度は、維持され、制御される必要がある。最終的に、材料均一性、局所的圧力、及びラップ媒体不均一性は、局所的及び大域的な平面度偏差の原因となる。
【００１４】
第２のアプローチは、２つの構成が存在する「オーバーアーム」又は「スピンドルラップ仕上」を用いることにある。第１に、ラップ仕上されるべき部品が回転しているより大きな平坦研磨面を横切って移動されるか、第２に、より小さなラップ工具がより大きな部品を横切って移動される。それぞれの場合において、部品同士の相対寸法形状は略ランダムな方法で実行され、そのため、部品は平坦又は均一なプロフィルを経験し、それにより結果として、平坦な部品を生じる。工具軌道プロフィル、圧力均一性、及び媒体分布の全ては、これが実行されている間のバラツキを最小化するために厳しく制御される必要がある。
【００１５】
上で挙げた機械技術のそれぞれは、平坦から外れた中間及び小さな周期エラーの直接制御を何も有していない。全体的に、これらの技術は、球状のような単純な寸法形状に対する制御を提供するが、均一性に依存してより小さな空間的周期を達成している。
【００１６】
決定修正は、制御され、局所化された工具衝突を用いるよう、表面の測定及び小型工具を用いる最終的な工学集約型の方法である。これらの工具は、工具形状、ドウェル時間、圧力、速度、媒体（ＭＲＦ内の）等を制御することによって動作する機械式であってもよい。代替として、プロセスは、エッチャント、プラズマ、イオン、又は他の局所的現象を用い、ドウェル、工具、大きさ、化学的性質、電流、濃度、等を制御してより高度化されてもよい。これらの技術の限界は、「ヒットマップ」を生成するようフィードバックに対する計測の程度である。計測は、人が実装することを意図する精度のレベルを超過しなければならない。これを行わないと、結果として、より多くのエラーを追加することになる。
【００１７】
往々にして、最高性能の平面度は、１つ以上の機械技術の応用によって達成され、その後に、決定修正と呼ばれるより高度な方法を用いる中間及び高い周期修正が続く。これは、メーカ及びユーザにより高価な機械類及び高度な計測に投資するよう強要する。
【００１８】
上で挙げた従来技術を、プラトー型、ピクセル型、ピン型、又は、多くの場合「インサーキットテスター」型と呼ばれる接触域を有するウェハチャックの表面まで拡大する場合、上で説明したような従来の機械加工は、平面度を達成し、維持することにおいて重要な課題に遭遇する。課題は、プラトー形表面が不均一なピン分布を有する恐れがあり、これにより結果として、局所的な圧力のバラツキ、従って、平面度のバラツキを生じるという点である。加えて、ピン構造は、媒体（粒子）分布を乱すことによってばらばらの研磨媒体に大いに干渉する。従来のラップ上の局所領域の制御は、極めて困難であり、コストが掛かり、多くの場合、材料除去率を低減することに依存しており、そのため、部品がラップ表面の異なる範囲にわたって何度も横断し、結果としてより長いプロセス時間を招いている。
【００１９】
プラトー形表面の寸法形状の制約は、更に、決定修正が適用されてもよい技術を制限する。ＭＲＦ、プラズマ、及びＣＣＯＳは、ディスクリート領域を、特に、連続面に対するそれらの必要性のため、ウェハチャックのピン構造において見られる希薄な非反復パターンを処理することができない。
【００２０】
ウェハチャック及びディスクリート網状表面は、極めて厳密な中間及び高空間周波数平面度偏差を用いて実行するよう指定され、従って、従来技術は、必要とされる進化的向上を維持しようと奮闘している。中間及び高周期の需要は、リソグラフィ機器のメーカによって説明されており、それによって、システムは、ＡＳＭＬのツイン走査システムにおけるような、照射面積よりも大きい空間周波数を測定し、予め決定し、修正する。通常の照射範囲は２８ｍｍ×８ｍｍ方形であり、従って、平面度を維持する対象の空間周波数は２８ｍｍ未満のものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００２１】
発明の第１の態様において、網状ウェハチャックのピンは、それらの頂面（又は終端面）が環状（リング形状）であるか、凹設されるように工作される。発明の第２の態様では、平面度及び粗度をウェハチャックの支持面等の表面に与えるか、復元するための工具及び方法である。工具は、処理される表面への接触が円形又は環形であるような形状となっている。処理方法は、専用装置において、又は、半導体製造装置においてｉｎ−ｓｉｔｕで実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１Ａ−１Ｂ】図１Ａは、凹設されたウェハチャックピンを示す斜視図である。図１Ｂは、ウェハ２０及び逃散気体２２も示している図１Ａの断面図である。
【図２Ａ−２Ｂ】図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、未破壊ＳｉＣ粒子と凹設ＳｉＣ粒子とを示す光学顕微鏡写真である。
【図３】図３は、環形のような形状をした、すなわち、中央に単一穴又は凹部を有するウェハチャックの単一ピンの斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ラップ仕上工具のトロイダル形状を示す干渉計マップである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ウェハチャックを平坦化及び粗化するための環形状工具の斜視図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、ウェハチャック平坦化／粗化工具の代替実施形態、すなわち、円形に編成された環状副工具のコレクションの斜視図である。
【図５】図５は、それぞれ、ラップ仕上される製品の非平坦面と接触する環状及びディスク状工具の断面図である。
【図６Ａ−６Ｃ】図６Ａ及び６Ｂは、本発明のラップ仕上工具と共に用いられるよう編成されたラップ盤の上面（平面）図および斜視図を示す。図６Ｃは、ラップ仕上工具及びローラの裏面接写斜視図である。
【図７】図７は、本発明の技術及び工具によるラップ仕上前及びラップ仕上後の空間周波数の関数として平面度エラーの程度をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
１．固着を最小化するためのピンチャックメサ設計と改良されたウェハ静置
発明の第１の態様は、ウェハの固着を最小化するよう、ウェハピンチャックのプラトー又は「メサ」若しくは「ピン」（この特徴は、以降、概ね「ピン」と称する）を工作することに関する。
【００２４】
特にウェハ静置問題に関して、ウェハが、最初に、ピンによって画成される支持面上の位置に載置される場合、ウェハを支持することを助けるよう、ウェハとピンとの間に捕捉された気体（例えば、空気）のポケットが存在することが実際には望ましい。一旦、適切な位置につくと、印加された真空により、隔離されたポケットからの気体の放出を生じ、ウェハがピン上に静置する。これらの隔離されたポケットがない場合、気体は最初に捕捉されない恐れがある。代わりに、それは「漏出経路」を見出す恐れがある。気体によるこの初期支持がなければ、ウェハは、位置決めプロセス中に、ピンとの急速で強い接触を行う可能性がある。この状況における望ましくない結果の中には、非再現可能なクランプエラーの発生がある。
【００２５】
ピンの終端面（すなわち、ウェハを支持する面）上にポケットを作成するための１つの技術は、例えば、レーザ又は放電（ＥＤＭ）加工によって、ポケット又はピットをこの表面内に意図的に導入することである。図１Ａは、閉端（例えば、「ブラインド」）穴１２、並びに開端穴１４の両方を有するよう機械加工することによって工作された支え面１６を有するウェハチャックピン１０を示す斜視図である。図１Ｂは、ウェハ２０及び逃散気体２２も示している図１Ａの断面図である。図２Ａ及び２Ｂは、ピン型ウェハチャックのピンの研磨された終端面の光学顕微鏡写真であり、ここで、図２Ａはポケット又はピットを有しておらず、図２Ｂはかかる穴をはっきりと呈している。
【００２６】
これらの同じラインに沿った別のアプローチは、大きな穴を１つ、ピン終端面の中間又は中央に機械加工することである。ここで、ピン１０の外周に円環又は環状接触域３４を残して、凹み３２が機械加工される。これを、図３の斜視図に示す。
【００２７】
これらの技術は、ウェハとウェハチャック支持面との間の摩擦を低減する。低減した摩擦は、ウェハの何らかの湾曲とは無関係に、また、ウェハの裏面の粗度とは無関係に、支持面のピン上のウェハの静置を助ける。
【００２８】
２．平面度を維持すると同時にピンチャックの粗度修正
発明の第２の態様は、平面度を維持すると同時にピンチャックの粗度を修正することに関する。
【００２９】
別の問題がウェハチャックの製造中に生じる。チャックの支持面は、極度に平坦の表面を提供するようラップ仕上される。場合によっては、イオンビーム（例えば、ＩＢＦ）のような後処理技術が追加される。
【００３０】
ラップ仕上プロセスは、通常、固定又は結合砥粒を必要とする。平面度及び粗度を維持するための条件の均一性における固有の限界のため、多くの場合、平面度は粗度を犠牲にして達成される。より正確には、局所的又は大域的な平面度は向上する可能性があるが、粗度は低減する。接触面が平滑過ぎる場合、それらが共に固着するため、これは少なくとも潜在的な問題である。求められるものは、必要とされる平面度並びに必要とされる粗度を達成するための方法である。
【００３１】
本発明の実施形態は、粗度の問題を解決する。特に、それは、処理される面のものと略同じ硬度有する工具によりラップ仕上することによって、ピンの終端面（ピン頂部）に対して粗度を与え、維持するか、又は、復元する。ラップ仕上工具は、処理される面と同じ組成を有しているのが好ましい。
【００３２】
３．ラップ仕上工具の説明
ラップ仕上工具は、ディスク又は「パック」の一般的な形状であってもよい。工具は、最小の制約で、例えば、Ｚ軸において制約されずに、ピン頂部によって画成される表面の全体にわたって移動でき、隣接するピン同士の間に落下しないという点で、十分に大きくあるべきである。約１８から２８ｍｍの全長又は直径が一般的である。ラップ仕上工具は、ウェハチャックの表面全体を通過して、各ピン終端面と１回以上接触するよう配置されてもよい。
【００３３】
ラップ仕上工具は、処理されるウェハチャックの支持面と少なくとも同じ硬度を有するべきである。通常、ウェハチャックはセラミック等の硬質材料から作られるため、ラップ仕上工具は少なくともこの硬さであるべきである。この硬度の材料は、支持面（例えば、ピン）の頂部をポリッシュするのではなく、研磨し、これが、この用途において望まれることである。より大きな硬度を有することによって、研磨に起因する摩耗の大部分は、ラップ仕上／処理工具ではなく、ウェハ支持面に入る。これは、ダイヤモンドをラップ仕上工具に組み込むことによって達成することができる。ラップ仕上工具がウェハ支持面と略同じ硬度を有する場合に、興味深いことが起こり、すなわち、粗度が最大化される。一般に、同様の硬度の研磨材料は、高い粗度につながる。
【００３４】
ウェハチャック材料に対する一般的な選択は、炭化ケイ素ＳｉＣである。従って、ラップ仕上工具は、ＳｉＣから作られるか、ＳｉＣセラミックをベースとしてもよい。可撓性を提供するＳｉＣベースのセラミックを作成するための処理アプローチは、上で説明したような反応結合技術である。反応結合プロセスは、通常、形成体中に少量の残留シリコン元素を残し、そのため、結果として生じる生成物は、ＳｉＣ及びＳｉの合成物であり、多くの場合Ｓｉ／ＳｉＣで表される。ＳｉＣのいくつかは、補強充填材として、例えば、粒子として提供される。このＳｉＣ充填材の全てのうちのいくつかは、炭化ホウ素又はダイヤモンド等の他の補強材と置き換えられ、それによって、ラップ仕上工具の異なる特性を工作してもよい。Ｓｉ含有量は、約５容量パーセント〜約４５パーセントの間であるよう設計されてもよい。Ｂ４Ｃ含有量は、約１０容量％〜約６５容量％の間であるよう設計されてもよい。ダイヤモンド含有量は、約０．１容量％〜約６０容量％の間であるよう設計されてもよい。
【００３５】
４．粗度を維持すると同時にピンチャックの平面度修正
ラップ仕上又は処理工具は、また、ウェハピンチャックのウェハ支持面に平面度を与え、維持するか、又は復元するよう用いられてもよい。一般に、平面度は、高い点が低い点と同じ高さになるまで、それらを研削することによって達成される。通常の経験は、ウェハチャックのピン上でのシリコンウェハの繰り返される（例えば、何千回もの）設置及び取り外しが、ピン頂部を、特に、チャックの外周で摩耗させることである。従って、ウェハ平面度を復元するには、摩耗していないピンを、それらが摩耗したピンの高さになるまで、摩耗させることが必要である。
【００３６】
少なくともウェハ及びウェハチャックにおいて、平面度問題は、多くの場合、それらに対する周期性又は「波形」、例えば、高低スポットの波、を有している。どのくらいの頻度でこれらのエラーが起こるかは、「空間周波数」として表すことができる。周期性がダイ（マイクロプロセッサチップ）の大きさよりも大きいエラーは、ウェハがその上に印刷されたダイを回復するよう最終的に薄く切断されるため、関連性がほとんどない。周期性が隣接するピン同士の間の間隔よりも小さいエラーは、無意味である。ピン頂部内部のもののような極めて高い周期エラーは、それらがウェハの正確な位置決めに影響を及ぼさないため、関連がない。従って、問題の空間周波数の範囲は、ピン間隔とダイ大きさとの間、すなわち約３ｍｍ〜２８ｍｍの間で周期性を有する。
【００３７】
本発明の処理工具は、この範囲の周期性におけるエラー（高スポット）を処理できる大きさとなっている。その上、それは高スポットを優先的に処理する（例えば、研磨する）形状となっている。工具はディスクの一般的及び全体的な形状を有していてもよいが、ピンに隣接する工具の表面の全てがピンと接触するわけではない。代わりに、ラップ仕上の間にピンと実際に接触する工具の範囲は、長円又は楕円等のそれ自体を閉じる線である。より詳細には、この閉ループは、円形又は環状、すなわち、外径及び内径を有するリングであってもよい。工具の隣接面は連続していてもよいが、工具の中央又は中間領域は凹設されてもよく、従って、この中央又は中間領域は、ピンと接触しない。同じことが、隣接面の最外縁にも当てはまってもよく、それは、リップ、半径、又は「上向き縁部」を特徴としてもよい。これらの凹部は、図４Ａに示すような工具の干渉計画像によって良好に示されている。従って、工具は、図４Ｂの斜視図によって示唆されるようなトロイダル又は「ドーナツ」形を有しているものとして考えられてもよい。更に、ラップ仕上又は処理工具は、例えば、図４Ｃの斜視図によって示唆されるような、円形に近いグループで編成される複数の環状又はトロイダル「副工具」を特徴としてもよい。
【００３８】
環状接触領域の凹型外縁及び内縁は、工具が高スポットを横断して通過する際に段階的移行を行うことに有用である。これらの凹部がない場合、工具は高スポットに急に衝突するであろう。工具の凹型中間又は中央領域は、また、隣接するより低いスポット（例えば、より低い高さのピン）との接触を維持している間に、工具が高スポットを処理することを可能にするという別の役割も果たす。言い換えれば、工具は、ピン頂部の上を横断する際に適合性を維持する。これは、本発明のトロイダル工具５２及び平底工具５４によって処理（ラップ仕上）されている波状の非平坦面の断面図によって図５において最良に示されている。トロイダル工具５２は、５６、５７を長期変動して橋絡するのに対して、平底工具は行わず、代わりに、点接触５８を行う。従って、トロイダル工具は、ピン頂部を「共形処理する」と言うことができる。
【００３９】
従って、工具上の接触の円又は面積が平坦である限り、工具は、ラップ仕上プロセス中にラップ盤において何らかの種類の剛体又は正確な固定配向に保持される必要はない。むしろ、玉継手、又は最小の制約の他の取付手段を用いる機械に取り付けられてもよい。
【００４０】
５．ラップ盤及びラップ仕上プロセス
図６Ａ及び６Ｂは、本発明のラップ仕上工具と共に用いられるよう編成されたラップ盤の上面（平面）図および斜視図を示している。これらの図は、ラップ仕上作業中のラップ仕上工具及びウェハチャックの相対運動を示している。ここで、ウェハピンチャック６０は、直線的に左右に移動する可動テーブル６２上に取り付けられている。反時計回りの回転がウェハピンチャック６０に与えられる。この回転は、固定アーム７０に回動自在に取り付けられるローラ６６、６８の対に対して処理（ラップ仕上）工具６４を保持する。ローラのうちの１つ又は両方は駆動されてもよく、それによって、回転を工具６４に与えている。ラップ盤は、工具に対して下向き（例えば、Ｚ軸）圧力を印加しない。むしろ、単純な死荷重が工具６４をピンの終端（頂部）面に対して加圧する。従って、処理工具は、ラップ仕上プロセス中に高度に制約されず、最小限にまでも制約されてもよい。
【００４１】
図６Ｃは、ラップ仕上工具６４並びにローラ６６及び６８の接写斜視図である。この図は、ローラ、工具、及びそれらの回転を良好に示すよう、図６Ｂの図の位置の背後からのものである。
【００４２】
以下の表は、ラップ盤のためのいくつかの一般的な操作パラメータを説明している。
部品回転数（固定）                        ３．０
縁部からのステップ（ｍｍ）（開始位置）    ３．５
リニアステージ移動距離（ｍｍ）            １０９．０
リニアステージ送り速度（ｍｍ／分）        ０．９
ラップ直径（ｍｍ）外径（２２ｍｍ有効）    ３７．５
ラップ重量（ｇ）                          ６０．２
ラップ形状                                トロイダル
ラップサンプル番号                        Ｄ
サイクルタイム                            ２：０１
【００４３】
この欄を要約するため、ラップ盤は、ラップ仕上工具をウェハピンチャックの表面全体に通過させるよう、若しくは、チャック支持面のより高い領域を優先的に処理（すなわち、決定処理）することによって、セットアップ又はプログラム化されてもよい。真空は、修正によって生成される粒子を除去するよう、チャックの中央又は縁部の周囲に印加されてもよい。処理工具は、ピンチャックが完全に平坦でないとしても、表面に垂直な位置を共形的に捜し出すために、幾分かの環状又はトロイダル形状に設計するべきである。 工具の自由状態又は最小限に制約された状態は、工具が自然に、従って、優先的に、ピンチャックのより高いピンを捜し出し、「行き当たって処理する」ことを可能にして、平面度のバラツキを修正する。工具の環形の大きさは、選択空間周波数範囲にわたって高スポットを「処理」又は修正するよう選択されてもよい。印加される力は、工具の自然な状態が定義することを可能にする幾分か等しい処理を提供するよう、フィーチャ又は縁部に応じて固定して維持するか、変動させてもよい。工具の位置及び局所力は、ピンチャックの非平坦摩耗を公知のパターンで効果的に制御し、補償するよう制御されてもよい。ピンチャックの材料は、粗度がチャックのピンの頂面において維持されるように、ピンと同様の、又は、それよりも硬質の材料からできていてもよい。工具の印加される圧力、ドウェル、又は速度は、また、平坦化／粗化ではなく、主に洗浄を行うために調整されてもよい。ウェハチャックピンが、半導体処理において用いられる化学物質等の残骸により汚染される可能性があるため、洗浄が場合によっては必要とされる。
【００４４】
６．リソグラフィ工具における平面度及び粗度修正
発明の第３の態様は、リソグラフィ工具におけるピンチャックの平面度及び粗度を修正することに関する。
【００４５】
更に別の問題は、これらの「ピンチャック」の使用中に発生し、すなわち、縁部は、ウェハ支持面の内部よりも多くの摩耗を受ける傾向にある。必要なことは、これらの摩耗した表面を修正又は修復する方法である。特に好ましいのは、これを「ｉｎ−ｓｉｔｕ」で、すなわち、例えば、チャックが未だリソグラフィ機内に設置されている間に行う方法である。残念ながら、本発明に至るまで、ピンチャックをｉｎ−ｓｉｔｕ平坦化又は修正するための公知の方法が何もなかった。
【００４６】
しかし、現在、本発明の材料、製品、及び技術が、網状又は「ピン型」ウェハチャック支持面のｉｎ−ｓｉｔｕ平坦化、粗化、及び／又は洗浄に対して良好に適していることが判明した。より正確には、本方法は、遊離性研削又はラップ仕上媒体を使用せず、むしろ、自己支持型ディスク状工具を用いる。ピン頂部をラップ仕上することにおいて生成される残骸の量は、最小である。更に、残骸が生成されると、ピン頂部から突き落とされ、ピンの基部又は底部の近傍に害を及ぼさない形で落下する。従って、残骸は処理され、ピンの平面度又は粗度に悪影響を及ぼすことなく、また、汚染問題の原因とはならない。
実施例
【００４７】
以下の実施例は、本発明のいくつかの実施形態を更に多くの特殊性により説明する。これらの実施例は、本質的に例証となるよう意図されており、発明の適用範囲を制限するものとして解釈すべきではない。
【００４８】
実施例１：平面度の達成
直径３００ｍｍの半導体真空チャックが、反応結合ＳｉＣセラミック（Ｓｉ／ＳｉＣ）から作成された。
【００４９】
業界において一般的であるように、チャックの頂面（すなわち、ウェハ接触面）は、複数のピン（メサとしても公知）を有するようＥＤＭ機械加工された。ピンは０．３５ｍｍの呼び径を有していた。ピンの目的は、チャック接触域に対するウェハを１．５パーセント未満まで最小化することであり、これにより、他の利点の中でも、裏面ウェハ汚染問題を低減し、均一な裏面真空力を提供し、チャックからのウェハ取り外しを容易化することによって機能を向上させる。
【００５０】
ピンチャックの頂面は、業界において一般的である従来のラップ仕上により平坦状態にされた。表面の平面度は、既知の平面度のＳｉウェハをピン状表面上に載置し、真空を印加し、ＺＹＧＯ干渉計を用いてウェハの上面を測定することによって測定された。表面は、平面度（単位ｎｍの移動平均ＭＡとしても公知）及び傾斜（単位μｒａｄの傾斜局所角度ｓＬＡとしても公知）によりダイサイトレベルで特徴付けられる。測定の面積は２８ｍｍ×８ｍｍである。ラップ仕上したままのピンチャックは、４．７６ｎｍ  ＭＡ（３００ｍｍ面を横断する全てのダイサイトに対して平均＋３標準偏差）及び１．６０μｒａｄ  ｓＬＡ（平均＋３標準偏差）を測定した。
【００５１】
ピンチャックの表面は、次いで、本発明の技術により処理された。特に、外径２２ｍｍ×内径３ｍｍトロイダル形状の環状工具が、公称６０ｇの負荷及び２７ｍｍの工具半径を用いてピンの頂部を横断して移動させた。工具は、ピンチャックを作製して効果的な摩耗のための硬質面を提供するために用いられた同じ反応結合ＳｉＣ調合物から構成された。表面は５０回の通過により処理された。このプロセス中、工具はピンの頂部に沿って横方向に移動して、高スポットを軽く研磨した。プロセスの完了時、表面は、３．９７ｎｍ  ＭＡ及び１．０７μｕｒａｄ  ｓＬＡをもたらして再度特徴付けられた。
【００５２】
当業者に対して、工具の寸法形状、工具の構成材料、通過回数、印加される負荷、等を含む、プロセスの性能を変更、改変、及び最適化するために採用されてもよい多くのプロセス変形例が存在する。
【００５３】
実施例２：粗度の達成
当業者にとって、半導体製造プロセスを向上させるために、実施例１において詳述したような良好な平面度を持つピンチャックを有することが有益である。しかし、ピンの表面はある程度の粗度も有していなくてはならない。ピンの表面が平滑過ぎると、ウェハ及びピンチャックは、「光学的接触」（光学的接触は、２つの物体が極めて平坦で、極めて平滑である場合に、それらが接触時に共に固着する現象である）の原理によって共に固着する恐れがある。ピンチャックへのウェハの固着は、結果として、ピンチャック上へ平坦に載置させようと試みる際にウェハの困難なチャッキング解除及びサドリング等の多くの望ましくない問題を生じる。
【００５４】
粗い媒体（例えば、２μｍ以上の粒径を有するダイヤモンドラップ仕上コンパウンド）によるラップ仕上は、ピンの頂部に所望する粗さの表面粗度をもたらすよう公知である。
【００５５】
粗い粒子ラップ仕上と同様に、本発明のプロセスは、また、ピンの頂部に所望する粗い表面仕上も提供する。
【００５６】
３００ｍｍピンチャックは、２μｍダイヤモンド粒子媒体を用いる従来のラップ仕上プロセスにより平面度がもたらされた。プラトー粗度（Ｓｐｑ）が、ＺＹＧＯ白色光干渉計により測定されて、２３．９ｎｍをもたらした。このレベルの粗度は、光学的接触によるウェハの固着を防ぐために望まれる。
【００５７】
同様に、３００ｍｍピンチャックは、本発明の技術を用いて平面度がもたらされた。実施例１の方法を用いて、反応結合ＳｉＣ環状加工物（ラップ仕上工具）が、高スポットを研磨し、平面度を向上させるよう、ピンチャックの頂部を横断して通過された。平坦化の結果として、所望の高い表面粗度が維持され、それどころか向上した。プロセス後、Ｓｐｑ表面粗度は２６．１ｎｍであった。
【００５８】
実施例３：摩耗修正
使用中、ウェハピンチャックは摩耗し、それらの平面度仕様を失う。摩耗は、表面上及びその外への何千回ものシリコンウェハ摺動、ウェハの裏面からピンチャックにもたらされる汚染物質、機械振動、取扱、等を含む、多数のソースからのものである。有効なピンチャック修復プロセスが必要とされている。
【００５９】
高レベルの現場使用を考えたピンチャックが得られた。実施例１において説明した方法を用いて、平面度が測定され、６．０ｎｍ  ＭＡ及び２．０μｒａｄ  ｓＬＡがもたらされた。これらの値は、容認できないほど高い。
【００６０】
この摩耗したピンチャックは、実施例１で説明したプロセスに従って、環状工具を用いて処理された。この処理の結果として、平面度は、構成部品に対して追加の寿命を提供する５．４ｎｍ  ＭＡ及び１．８μｒａｄ  ｓＬＡまで向上した。
【００６１】
当業者にとって、この摩耗修正に対するいくつかの拡張が存在する。第１に、追加表面処理が、平面度を更に向上させるために行われてもよい。第２に、プロセスは、遠隔ではなく、半導体機械工具において（すなわち、半導体製造設備の内部で）行うことができ、これにより、構成部品修復の一般的な物流コストを節約する。
【００６２】
実施例４：エラーの空間周波数に関するラップ工具サイズの効果
図７を参照すると、示されているのは、光学表面のための空間周波数の関数としての「パワースペクトル密度」（ＰＳＤ）の周知のプロットである。ＰＳＤは、光学表面の平面度と相関関係にある数学的関数である。図７のプロットは、２８ｍｍ環状接触域を有する本発明のラップ仕上工具により表面をラップ仕上することの効果を示している。特に、グラフは、ラップ仕上工具が工具の大きさに近い空間周波数の領域において平面度に関する効果を有していることを示している。
【００６３】
概要及び結論
新規性として主張するものは、修正される必要のない大きな周期の上に自然に「乗る」ことができるような方法で保持される接触域に対して環形状を有する小型工具（往々にして、「パック」又は「ディスク」と称される）を用いるための技術である。この小型パックは、それが従来の機械的手段によって遭遇する高スポットを修正する。一般的な工具形状の環形は、その直径が２８ｍｍを超える（従って、それ程重要ではない表面フィーチャを細工する）いずれかである必要はないが、通常１０〜２８ｍｍである１つである。環形の幅は、また、指定されるべきであり、通常、略ピン間隔以上ではあるが、工具がより大きな周期表面に十分に合致することを妨げることに対して十分大きくはない。処理工具はトロイダル（「ドーナツ」）形状であってもよい。より一般的には、それは、中央に凹部を有し、縁部にロール有し、従って、環状接触域を提供する連続面であってもよい。
【００６４】
接触域における工具の平面度は、環形の頂点に沿って見た場合に、その領域におけるウェハチャックの仕様を超える平面度レベルに生成されるべきである。これは光学的ポリッシングによって達成されてもよい。
【００６５】
ピンと接触する工具の材料は、ピンと同じか、又はそれを超える硬さである材料からなるべきであり、この場合に対して、Ｓｉ／ＳｉＣである。等しい又はそれ以上の硬度を有する材料（例えば、ダイヤモンド）の適用は、工具がウェハチャックからの除去の大きさ以下に摩耗し、従って、ラップ仕上サイクル中の平面度条件を保全することを保証する。
【００６６】
環状処理工具の材料及び構造は、表面の上に「浮く」ために十分に軽量で、堅いが、ピンを圧縮するほど重くない材料を用いて設計されるべきである。そして、工具材料は、それがピンの間に落ち込み、結果として、固着しないピン同士を共形ラップ仕上するように、剛性を失うべきではない。この構造に対する好ましい材料は、例えば、Ｓｉ／ＳｉＣ、Ｓｉ／ＳｉＣ／Ｂ４Ｃ、又はＳｉ／ＳｉＣ／ダイヤモンドであってもよい。
【００６７】
このラップ仕上工具の用途及び方法は、以下を含む。
・粗度を維持すると同時に半導体リソグラフィ又は検査のためにピンチャックを平坦化すること
・平面度を維持すると同時に粗度の修正又は追加
・ピンチャックにおける摩耗パターンの修正
【産業上の利用可能性】
【００６８】
それらの表面上に複数のピン（若しくはプラトー又はメサ）を有する構成部品は、精密工業において一般的である。本発明は、処理中にウェハを保持するために用いられる半導体真空ピンチャックに焦点を合わせている。本発明における技術は、ピン頂部の平面度及び粗度が最適化されることを可能にし、ピン頂部表面が現場使用後に再生されることを可能にする。この技術は、表面ピンを有する静電チャック、レチクル真空及び静電ピンチャック、ウェハ取扱アーム、及びフラットパネルディスプレイ製造用の構成部品（ガラスチャック、ガラス取扱アーム、レチクルチャック、等）を含むが、これらに限定されない多くの他の精密ピン頂部構成部品に転換可能である。
【００６９】
加えて、この技術は、ピンがない表面の表面改質（平坦化、粗化、等）に転換可能である。これは、鏡面及びレンズ表面を、平坦及び湾曲の両方で準備することにおいて価値を提供する。
【００７０】
当業者は、様々な変形が、添付特許請求の範囲において定義するような発明の適用範囲及び精神から逸脱することなく、本明細書中で説明した発明に対して行われてもよいことを正しく理解するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
2017537480.tif 000010
【図５】
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【図６Ａ】
2017537480.tif 000012
【図６Ｂ】
2017537480.tif 000013
【図６Ｃ】
2017537480.tif 000014
【図７】
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【国際調査報告】
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