(57)【要約】【課題】自重を原因としたたわみによるパターンの解像度、焦点深度の低下を防ぎ、高いパターン精度を確保可能な製品半導体ウェーハを提供する。【解決手段】製品半導体ウェーハの表面を、外周部より中心部が突出したなだらかに湾曲した凸形状とし、かつウェーハ中心部の最大厚さを、ウェーハ外周部の厚さに、ウェーハ外周部を点支持した際のウェーハ中心部の最大たわみ量を加えた厚さとした。その結果、ウェーハ外周部の点支持時、ウェーハ表面が略平面となる。よって、製品半導体ウェーハの自重を原因としたウェーハ中心部のたわみによるパターンの解像度や焦点深度の低下を抑制でき、高いパターン精度を確保できる。【選択図】図１
2009277805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、外周部より中心部が突出する凸形状になだらかに湾曲した表面を有する製品半導体ウェーハであって、
前記製品半導体ウェーハの中心部の最大厚さを、
該製品半導体ウェーハの外周部の厚さに、室温、大気圧の環境下で外力を作用させずに該製品半導体ウェーハの外周部を該製品半導体ウェーハの周方向の複数位置で下方から支持した際の該製品半導体ウェーハの中心部の最大たわみ量を上乗せした厚さとした製品半導体ウェーハ。
【請求項２】
室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、外周部より中心部が突出する凸形状になだらかに湾曲した表面を有する製品半導体ウェーハであって、
前記製品半導体ウェーハの中心部の最大高さを、該製品半導体ウェーハの外周部の厚さの１００．３％〜１０２．５％とした製品半導体ウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は製品半導体ウェーハ、例えばデバイスプロセスでの露光時にウェーハ表面の平坦性を原因とした露光不良を防止可能な製品半導体ウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
デバイスプロセスでは、露光時、例えばステッパ（縮小投影型露光装置）により、露光光源から照射された光を、マスク（レチクル）に形成されたパターンに照射し、パターンを通過した光を縮小投影レンズにより縮小後、製品シリコンウェーハ（製品半導体ウェーハ）のフォトレジストが塗布された表面に転写している。
図４ａに示すように、ウェーハ製造工場から出荷された製品シリコンウェーハ１００は、ウェーハ表裏面の平行度（ウェーハ面内厚さ分布）とウェーハ表面の平坦度を高めることで、ウェーハの外周部を除くウェーハ面内の厚さが均一であった。
通常、製品シリコンウェーハ１００は、ステッパ等の下部に配置されたウェーハステージ上に外周部を保持して設置されている。例えば、ステージ周方向（ウェーハ周方向）へ６０°毎に配設された６本の支持ピン１０１により、その外周部が下方から６点支持されていた（図４ｂ）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２２８９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、従来の製品シリコンウェーハ１００は、ウェーハの外周部を除くウェーハ面内の厚さが均一であった。そのため、露光時にウェーハの外周部を点支持したとき、シリコンウェーハ１００の中心部に自重によるたわみ（たわみ量ｃ）が発生し、ウェーハの表面が外周部より中心部が陥没する凹形状になだらかに湾曲していた（図４ｂ）。これにより、露光時には、製品シリコンウェーハ１００の表面の平坦性が低下し、ウェーハの表面に転写したパターンが歪んでしまっていた。また、このたわみを原因とし、ウェーハの表面の露光領域の中心部と外周部とでは焦点位置がずれ、焦点ぼけを引き起こし、パターンの解像度および焦点深度が低下し、高いパターン精度を確保することができなかった。
しかも、このような現象は、近年、開発が進んでいる直径４５０ｍｍの大口径ウェーハにおいて、顕著となる傾向にあった。これは、口径が大きくなることで製品シリコンウェーハ１００の自重が嵩み、製品シリコンウェーハ１００の外周部を点支持した際のウェーハの中心部の撓みが拡大するためである。
【０００５】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、製品シリコンウェーハとして、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、ウェーハの表面を外周部より中心部が突出する凸形状になだらかに湾曲させるとともに、ウェーハの中心部の最大厚さを、ウェーハの外周部の厚さに、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず、ウェーハの外周部を点支持した際のウェーハの中心部の最大たわみ量を上乗せした厚さにすれば、上述した問題が解消できることを知見した。すなわち、このように製品シリコンウェーハの中心部の厚さを、ウェーハの自重によるたわみ量を考慮した厚さとしたので、露光前にウェーハの外周部を点支持した際、ウェーハの表面が略平坦（平面）となり、ウェーハの自重によるたわみを原因としたパターンの解像度および焦点深度の低下を抑制し、高いパターン精度を確保できることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
この発明は、ウェーハの自重によるたわみを原因としたパターンの解像度および焦点深度の低下を抑制し、高いパターン精度を確保することができる製品半導体ウェーハを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、外周部より中心部が突出する凸形状になだらかに湾曲した表面を有する製品半導体ウェーハであって、前記製品半導体ウェーハの中心部の最大厚さを、該製品半導体ウェーハの外周部の厚さに、室温、大気圧の環境下で外力を作用させずに該製品半導体ウェーハの外周部を該製品半導体ウェーハの周方向の複数位置で下方から支持した際の該製品半導体ウェーハの中心部の最大たわみ量を上乗せした厚さとした製品半導体ウェーハである。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、製品半導体ウェーハの表面を室温、大気圧の環境下で外力を作用させずに水平な平板上に載置した状態で、外周部より中心部が突出したなだらかな凸形状とし、かつウェーハの中心部の最大厚さを、ウェーハの外周部の厚さに、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず、製品半導体ウェーハの外周部を製品半導体ウェーハの周方向の複数位置で下方から支持（点支持）した際のウェーハの中心部の最大たわみ量を加算した厚さとした。
これにより、ウェーハの外周部を下方から支持したとき、ウェーハの表面が略平坦（平面）になる。その結果、製品半導体ウェーハの自重を原因としたウェーハの中心部のたわみによるパターンの解像度や焦点深度の低下を抑制することができ、高いパターン精度を確保することができる。
【０００９】
製品半導体ウェーハとは、ウェーハ製造プロセスが完了し、ウェーハ製造工場から出荷された半導体ウェーハをいう。
製品半導体ウェーハの直径は、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどである。
製品半導体ウェーハの外周部が支持される工程としては、例えば、デバイス形成プロセスでの露光時や他にも、ウェーハ表面のパーティクル測定、各種熱処理工程などが挙げられる。
製品半導体ウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。製品半導体ウェーハの表面は鏡面仕上げされ、デバイスの形成面となる。また、貼り合わせウェーハ、エピタキシャルウェーハ、拡散ウェーハ等の付加価値を付与したウェーハであってもよい。
【００１０】
「ウェーハの表面が、外周部より中心部が突出する凸形状になだらかに湾曲した形状」とは、室温、大気圧の環境下でかつ外力が作用していない状態において、製品半導体ウェーハの表面の中心部が段差なく最も高く、頂上部もなだらかな山形状をいう（銅鑼形状）。
このような形状の製品半導体ウェーハとしては、（１）ウェーハの表面のみが銅鑼形状でウェーハの裏面は平坦なウェーハ、（２）ウェーハの表面が銅鑼形状で、かつウェーハの裏面は外周部より中心部が陥没する凹形状になだらかに湾曲したウェーハ（ただし、ウェーハの表面の曲率の方がウェーハの裏面の曲率より小さい）、（３）ウェーハの表面と裏面との両方が銅鑼形状のウェーハの何れでもよい。
「ウェーハの表面が略平坦」とは、室温、大気圧の環境下でかつ外力が作用していない状態で、ウェーハの表面のうち、少なくともデバイス形成領域が平面（フラット面、水平面）であることをいう。具体的には、ウェーハの表面のソリが表面基準測定値で０〜１０μｍの状態をいう。
【００１１】
「製品半導体ウェーハの外周部」とは、ウェーハ面取り部（３００ｍｍウェーハの場合では、例えばウェーハ最外周縁から半径方向の中心側へ３ｍｍまでの領域、４５０ｍｍウェーハの場合では、例えばウェーハ最外周縁から半径方向の中心側へ２ｍｍまでの領域）をいう。
「製品半導体ウェーハの中心部」とは、ウェーハ面取り部を除いた残りの部分（ウェーハ面取り部よりウェーハ内側の部分）をいう。
「製品半導体ウェーハの外周部の厚さ」とは、製品半導体ウェーハの支持位置での厚さである。３００ｍｍウェーハの場合では、例えばウェーハ最外周縁から半径方向の中心側へ３ｍｍの位置の厚さ、４５０ｍｍウェーハの場合では、例えばウェーハ最外周縁から半径方向の中心側へ２ｍｍの位置の厚さである。
【００１２】
「製品半導体ウェーハの外周部を、製品半導体ウェーハの周方向の複数位置で下方から支持」とは、製品半導体ウェーハの外周部の裏面を支持部材により２つまたは３つ以上の位置で部分的に下方から支持することをいう。
製品半導体ウェーハの外周部を下方から支持する支持部材としては、例えばピン部材などを採用することができる。
製品半導体ウェーハの外周部のウェーハ周方向における支持位置は任意である。例えば、周方向へ１２０°毎、９０°毎、６０°毎に支持してもよい。
「製品半導体ウェーハの中心部の最大たわみ量」とは、製品半導体ウェーハの両端部を支持した際、自重によりたわんで落ち込んだウェーハ中心部の落ち込む前と落ち込んだ後との最大高低差をいう。
製品半導体ウェーハの外周部の厚さと製品半導体ウェーハの中心部の最大厚さとの関係（比率）は、例えば製品半導体ウェーハの中心部の最大厚さが、この外周部の厚さの１００．３％〜１０２．５％となる関係である。
【００１３】
製品半導体ウェーハの製造方法は、上定盤と下定盤とを有したラッピング装置を用いるラップ工程において、上下定盤の回転数を従来の回転数より高めることで、ウェーハの外周部に強制的にダレを発生させることで作製することができる。その他、両面研磨工程において、両面研磨装置の上定盤と下定盤の回転数、ウェーハ回転数を従来の回転数より高めることで、ウェーハの外周部に強制的にダレを発生させることで作製することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、外周部より中心部が突出する凸形状になだらかに湾曲した表面を有する製品半導体ウェーハであって、前記製品半導体ウェーハの中心部の最大高さを、該製品半導体ウェーハの外周部の厚さの１００．３％〜１０２．５％とした製品半導体ウェーハである。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、外周部より中心部が突出する凸形状になだらかに湾曲した表面を有する製品半導体ウェーハにおいて、製品半導体ウェーハの中心部の最大高さを、製品半導体ウェーハの外周部の厚さの１００．３％〜１０２．５％としたので、ウェーハの外周部を下方から支持したとき、ウェーハの表面が略平坦になる。その結果、製品半導体ウェーハの自重を原因としたウェーハの中心部のたわみによるパターンの解像度や焦点深度の低下を抑制することができ、高いパターン精度を確保することができる。
【００１６】
製品半導体ウェーハの中心部の最大高さが、製品半導体ウェーハの外周部の厚さの１００．３％未満では、外周部保持形式で所望のソリ形状を維持することが困難になる。また、１０２．５％を超えるウェーハを作成することは製造方法的に安定性に問題が生じる。具体的には、ウェーハ表面清浄度（パーティクル品質）をウェーハ全面に渡って均一に維持することが難しくなる。製品半導体ウェーハの中心部の好ましい最大高さは、製品半導体ウェーハの外周部の厚さの１００．７％〜１０１．５％である。この範囲であれば、ウェーハ加工上、特段の不具合を発生させることなく、外周保持状態にて表面ソリ形状を所望通りに平坦とすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、製品半導体ウェーハの表面を、外周部より中心部が突出したなだらかな凸形状に湾曲させるとともに、ウェーハの中心部の最大厚さを、ウェーハの外周部の厚さに、室温、大気圧の環境下で外力を作用させずウェーハの外周部を下方から支持した際のウェーハの中心部の最大たわみ量を加算した厚さとしたので、ウェーハ支持時、ウェーハの表面が略平坦となる。これにより、ウェーハの自重を原因としたウェーハの中心部のたわみによるパターンの解像度や焦点深度の低下を抑制することができ、高いパターン精度を確保することができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明によれば、製品半導体ウェーハの中心部の最大高さを、製品半導体ウェーハの外周部の厚さの１００．３％〜１０２．５％としたので、ウェーハの外周部を下方から支持したとき、ウェーハの表面が略平坦になる。その結果、製品半導体ウェーハの自重を原因としたウェーハの中心部のたわみによるパターンの解像度や焦点深度の低下を抑制することができ、高いパターン精度を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１において、１０はこの発明の実施例１に係る製品シリコンウェーハ（製品半導体ウェーハ）で、その表面（デバイス形成面）を鏡面仕上げし、洗浄、製品検査を経てウェーハ製造工場から出荷された直径４５０ｍｍ、比抵抗１０〜１１Ω・ｃｍ、Ｐ形のシリコン単結晶ウェーハである。ここでは、製品シリコンウェーハ１０が、デバイスプロセスのステッパ（縮小投影型露光装置）１１のウェーハステージ１５に点支持される。
【００２１】
まず、図１および図２を参照して、ステッパ１１を説明する。
ステッパ１１は、露光光源１２と、その直下に順次離間して配置されるマスクステージ１３と、縮小投影レンズ１４と、ウェーハステージ１５とを備えている。
マスクステージ１３は、露光パターンの原版であるマスク１６をクランプし、露光光源１２からの光に対して、マスク１６をスキャンさせる。縮小投影レンズ１４は、マスク１６上のパターンを製品シリコンウェーハ１０の表面１０ａに縮小して投影する。ウェーハステージ１５は、フォトレジストが表面１０ａに塗布された製品シリコンウェーハ１０の外周部ｂを下方から点支持し、かつマスクステージ１３と同期し、露光光源１２からの光（露光光）をスキャンして露光する。
【００２２】
露光時には、ウェーハステージ１５において、６本の支持ピン２０を介して、製品シリコンウェーハ１０の外周部ｂのうち、ウェーハ最外周縁から半径方向中心側へ３ｍｍの位置を、室温、大気圧の環境下、外力を作用させない状態で、ウェーハの周方向へ６０°毎に、かつウェーハの表裏面１０ａ，１０ｂを水平にして点支持する。この状態で、露光光源１２から光を照射する。照射された光は、マスク１６に形成されたパターンを通過し、その通過光が縮小投影レンズ１４により縮小され、製品シリコンウェーハ１０の表面１０ａのフォトレジストに転写される。
【００２３】
次に、図２および図３を参照して、製品シリコンウェーハ１０について説明する。
製品シリコンウェーハ１０は、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に載置した状態で、その表面１０ａと裏面１０ｂとが、外周部ｂより中心部ａが突出した凸形状になだらかに湾曲した両面銅鑼形状である（図２ａ）。しかも、製品シリコンウェーハ１０の中心部ａの最大厚さｔは、室温、大気圧の環境下で外力を作用させない状態で、製品シリコンウェーハ１０の外周部の支持位置（ウェーハ最外周縁から半径方向中心側へ３ｍｍの位置）の厚さｔ１に、製品シリコンウェーハ１０の外周部を点支持した際のウェーハ中心部の最大たわみ量ｃを上乗せした厚さとなっている（図２ｂ）。具体的には、外周部の厚さｔ１とたわみ量ｃとを２μｍとしている。なお、製品シリコンウェーハ１０の外周部の厚さｔ１と製品シリコンウェーハ１０の中心部ａの厚さとの関係は、この外周部の厚さｔ１の１０１．０％をこの中心部ａの最大厚さｔとしている。これにより、ウェーハ表面の平坦性を確保することができる。
【００２４】
この製品シリコンウェーハ１０は、次の製造方法により作製される。すなわち、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶に対して、外周研削、ブロック切断、スライスを順次行ってシリコンウェーハとする。その後、シリコンウェーハに面取り、ラッピング、エッチング、研磨（ウェーハ表裏面の同時研磨を含む）の各工程を実施し、次に製品検査により良品と評価されたウェーハのみが、製品シリコンウェーハ１０となる。
製品シリコンウェーハ１０の表裏面を銅鑼形状とする方法としては、この上定盤と下定盤とを有したラッピング装置を用いるラップ工程において、上下定盤の回転数を従来の１５ｒｐｍから４５ｒｐｍまで高め、ウェーハの表裏面１０ａ，１０ｂに強制的に外周ダレを発生させる方法が採られている。または、研磨布が貼られた上定盤と別の研磨布が貼られた下定盤とを有する両面研磨装置を使用した両面同時研磨において、上下定盤の回転数を従来の３０ｒｐｍから５０ｒｐｍまで高め、ウェーハの表裏面１０ａ，１０ｂに強制的に外周ダレを発生させる方法でもよい。
【００２５】
また、他の製品シリコンウェーハ１０として、ウェーハ表面１０ａが銅鑼形状でウェーハ裏面１０ｂが平坦な形状のものを採用してもよい（図３ａおよび図３ｂ）。この場合、ウェーハ外周部を６本の支持ピン２０により支持すれば、ウェーハのたわみにより、ウェーハ表面１０ａが平坦でかつウェーハ裏面１０ｂが銅鑼形状の製品シリコンウェーハ１０となる。
【００２６】
このように、実施例１では、製品シリコンウェーハ１０の表面１０ａを、室温、大気圧の環境下で外力を作用させず水平な平板上に製品シリコンウェーハ１０を載置した状態で、外周部ｂより中心部ａが突出したなだらかな凸形状に湾曲させ、かつウェーハの中心部ａの最大厚さｔを、ウェーハの外周部の厚さｔ１に、室温、大気圧の環境下で外力を作用させずウェーハの外周部ｂを点支持した際のウェーハの中心部ａの最大たわみ量ｃを加算した厚さとした。これにより、ウェーハの外周部ｂの点支持時、ウェーハの表面ａが略平坦（平面）となる。その結果、製品シリコンウェーハ１０の自重を原因としたウェーハの中心部ｂのたわみによるパターンの解像度や焦点深度の低下を抑制することができ、高いパターン精度を確保することができる。
【００２７】
ここで、製品シリコンウェーハの形状操作し、かつ実施例１のステッパを用いて行った製品シリコンウェーハの露光時におけるウェーハ中心部のたわみ量の抑制実験の結果を報告する。製品シリコンウェーハとしては、実施例１と同じ直径４５０ｍｍ、比抵抗１０〜１１Ω・ｃｍ、Ｐ形のシリコン単結晶ウェーハを採用した。
たわみ量の測定装置としては、別冶具に固定したレーザー変位計を採用した。その結果を表１に示す。表１中、ｔ１は製品シリコンウェーハの外周部（支持位置）の厚さ、ｔはこの中心部の最大厚さ、ｃはウェーハ中心部の最大たわみ量である。
【００２８】
【表１】
2009277805.tif 000003
【００２９】
表１から明らかなように、試験例１〜３では製品シリコンウェーハの最大たわみ量ｃが１０〜５００μｍ程度であったのに対して、比較例１では１０００μｍとたわみ量が著しく大きかった。これにより、製品シリコンウェーハの表面を、外周部より中心部が突出したなだらかな凸形状に湾曲させ、しかもウェーハの中心部の最大厚さを、ウェーハの外周部の厚さに、ウェーハの外周部の点支持時におけるウェーハの中心部の最大たわみ量を加算した厚さとすれば、この点支持時、製品シリコンウェーハの表面が略平坦になることが判明した。これにより、製品シリコンウェーハの自重を原因としたウェーハの中心部のたわみによるパターンの解像度や焦点深度の低下を抑制することができ、高いパターン精度を確保することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の実施例１に係る製品半導体ウェーハの露光作業中の正面図である。
【図２ａ】この発明の実施例１に係る製品半導体ウェーハの外周支持前の正面図である。
【図２ｂ】この発明の実施例１に係る製品半導体ウェーハの外周支持状態の正面図である。
【図３ａ】この発明の実施例１に係る製品半導体ウェーハの外周支持前の正面図である。
【図３ｂ】この発明の実施例１に係る製品半導体ウェーハの外周支持状態の正面図である。
【図４ａ】従来手段に係る製品半導体ウェーハの外周支持前の正面図である。
【図４ｂ】従来手段に係る製品半導体ウェーハの外周支持状態の正面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  製品シリコンウェーハ（製品半導体ウェーハ）、
１０ａ  中心部、
１０ｂ  外周部、
ｃ  最大たわみ量、
ｔ  中心部の最大厚さ、
ｔ１  外周部の最大厚さ。
【図１】
2009277805.tif 000004
【図２ａ】
2009277805.tif 000005
【図２ｂ】
2009277805.tif 000006
【図３ａ】
2009277805.tif 000007
【図３ｂ】
2009277805.tif 000008
【図４ａ】
2009277805.tif 000009
【図４ｂ】
2009277805.tif 000010