JP7032307B2 - チャック表面の決定論的な仕上げのための方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本特許文献は、発明者であるＥｄｗａｒｄ Ｇｒａｔｒｉｘの名義で２０１５年８月１４日に出願された「Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃ ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ｏｆ ａ ｃｈｕｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ」という名称の米国仮特許出願第６２／２０５，６４３号明細書の利益を主張する。許容される場合、この仮特許出願の内容は、その全内容が参照により本明細書に援用される。

連邦政府資金による研究に関する記載
なし。

本発明は、半導体ウエハを支持するチャックなどの被加工物の表面を研削、ラッピング、研磨、又は粗化するための決定論的な方式における独特な処理ツールの使用に関する。

ピンチャックなどのチャックは、加工のために平らなコンポーネントを保持するために使用される。最も一般的な使用は、半導体装置を得るために加工中にウエハ（Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、サファイア、他のもの）を保持することである。他の使用は、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、及び他のこのような製造品の製造中に基材を保持することを含む。これらのチャッキングコンポーネントは、ウエハチャック、ウエハテーブル、ウエハ操作装置などを含む多数の名称で知られている。

これらの装置上におけるピンの使用は、最小限のチャック－基材接触を提供するものである。最小限の接触は、汚染を低減し、且つ高平坦度を維持する能力を改善する。ピントップは、寿命及び精度を極大化させるために使用時に低損耗を有する必要がある。ピントップは、基材が容易に断続的に摺動し、且つピン上で平らに配置されるように低摩擦を有する必要もある。

ピンチャックは、加工される基材（例えば、Ｓｉウエハ）がその上部で休止する表面上に複数のピンを有する剛性本体からなる。ピンは、多くの形状で存在しており、且つバール、メサ、バンプ、プラウドランド、プラウドリングなどを含む多くの名称によって呼称されている。

チャックが「ピン」タイプであるかどうかとは無関係に、チャックされるもの（例えば、半導体ウエハ）を支持する表面は、非常に高い精度で平らである必要がある。半導体リソグラフィの場合、平坦度は、ナノメートル（ｎｍ）単位で計測される。

平坦化の方法は、多くの場合、フラットラップ又はオーバーアーム構成など、使用されている機器の平坦度によって制限される。セラミック並びに特にＳｉＣ及び反応接合ＳｉＣ（多くの場合、本明細書では「ＲＢＳＣ」又は「ＲＢＳｉＣ」と呼称される）のような一層固い材料の場合、ラップ条件の均一性が不均一性の原因を決定付ける傾向を有する。これらの条件は、媒体、削りくず（例えば、汚染又はデブリ）、速度、及び圧力分布のような特性である。

相対的に小さいツールを使用し、且つ多少の材料を局所的に除去するための数学的な「ヒット」マップを生成することにより、誤差について決定論的に補正するための一般的な技法が存在する。この決定論的な補正用のいくつかの技法は、限定することなく、イオンビーム仕上げ（ＩＢＦ）、磁気流動仕上げ（ＭＲＦ）、及びコンピュータ制御研磨（ＣＣＰ）を含む。本明細書で使用される「決定論的補正」という用語は、例えば、干渉計又は粗面計によって計測される形状、高さ、又は粗度データがラッピング機械などの仕上げ機械に供給され、且つ機械は、誤った状態にあり且つ加工（例えば、研削、ラッピング、又はテクスチャ処理）を必要とする被加工物のエリアのみを加工することを意味する。機械は、被加工物の表面全体を自動的に処理しない。

特に半導体の取扱いで使用されるツールの場合、平坦度が重要であるが、広い範囲の空間周波数の制御を必要とする光学表面と異なり、これらの用途が必要とするのは、狭い範囲の空間周波数のみにおける制御である。

既知の決定論的技法の使用に伴う課題は、ツールサイズが多くの場合に狭い範囲の空間周波数（＜１０ｍｍ）にわたって固定され、且つツールが格段に大きい基材（４５０ｍｍ）にわたって精査される必要があり、その結果、大量の加工及び機械加工時間が消費されるという点にある。

本発明は、これらの課題に対処し且つ解決策を提供する。

ウエハチャックなどのチャックの支持表面を仕上げるための決定論的な環境では、処理ツールは、接触又は処理表面が例えばウエハチャックのものなどの平らな表面と接触される際、接触のエリアが円、リング、又は環帯の形態を有し得るように構成された接触表面を有し得る。従って、処理ツールの接触表面は、単なる目視検査を使用すると平らな概観を有し得るにも関わらず、わずかにドーナツ形に成形され得る。処理ツールは、仕上げられている被加工物（例えば、ウエハチャック）とほぼ同じ硬度を有し得る。一実施形態では、処理ツール又は少なくとも接触表面は、例えば反応接合ＳｉＣなどの複合材料の形態で炭化ケイ素（ＳｉＣ）から製造されるか、又はＳｉＣを含有する。

本発明の実施形態は、チャックの支持表面を仕上げるための方法を提供し、方法は、
（ａ）均一な高さであり、且つ処理ツールの接触表面が平らな表面と接触される際、接触のエリアが円、リング、又は環帯の形態であるように成形された動作又は接触表面を含む処理ツールを含む機械を提供するステップと、
（ｂ）補正を必要とする支持表面上の１つ又は複数の領域に関する情報を前記機械に提供するステップと、
（ｃ）前記処理ツールの前記動作表面を前記支持表面に物理的又は機械的に接触させるステップと、
（ｄ）仕上げられる前記チャック支持表面の少なくとも一部分上で印加圧力において前記処理ツールを移動させるステップであって、それにより、前記機械は、補正を必要とする前記支持表面の領域のみを実質的に処理するために、前記入力された情報を使用する、ステップと
を含み、
（ｅ）前記支持表面の直径は、前記環帯の直径よりも大きい。

本発明の他の実施形態は、チャックの支持表面を仕上げるための方法を提供し、方法は、
（ａ）前記支持表面に接触し、且つその上を通過するように構成された平らな表面をそれぞれ含む複数の処理ツールを提供するステップと、
（ｂ）前記処理ツールのそれぞれの前記平らな表面を前記支持表面に接触させるステップと、
（ｃ）仕上げられる前記チャック支持表面の少なくとも一部分上で印加圧力において前記複数の処理ツールの少なくとも２つを同時に移動させるステップと
を含み、
（ｄ）前記支持表面に対する前記複数のうちのそれぞれの前記印加圧力は、前記複数のうちの他のものの印加圧力とは独立しており且つ制御可能であり、
（ｅ）更に、前記支持表面の直径は、前記複数の有効直径よりも大きい。

図１は、直径が１８ｍｍである環状ツールと公称的に関連付けられた空間周波数の振幅の低減を示すパワースペクトル密度プロットである。 図２は、主に球及びサドル形状の形態の全体的な曲りを有する代表的な部分を示す。これらは、除去することを要する特徴である。 図３は、低空間周波数が除去された状態で図２と同じ部分を示す。この領域は、いくつかの用途が最も影響を受ける場所である。 図４は、例えば、成形、平坦化、又は粗化などの特定の機能を充足するために、圧力によって表面上で浮遊するようにそれぞれ独立して構成されている、異なる直径を有する同心ツールを示す図である。 図５は、異なる空間周波数範囲の成形又はテクスチャ処理（粗化／平滑化）の独立した動作を実行する非同心型である２つ以上のツールのクラスタを示す選択肢である。クラスタの回転により、動作は、クラスタの独立した構成要素の合計により、設計された機能を有する１つの相対的に大きいツールヘッドとしての外観を有し得る。すべてのツールが表面上で自由に浮遊する。 図６Ａは、「表面粗化」モードで動作するツールによる処理前の研削及び研磨された反応接合炭化ケイ素の平らな表面の光学顕微鏡写真である。 図６Ｂは、「表面粗化」モードで動作するツールによる処理後の研削及び研磨された反応接合炭化ケイ素の平らな表面の光学顕微鏡写真である。

本発明の第１の態様では、新しい処理ツールは、ウエハチャックの支持表面などの被加工物を加工（例えば、研削、ラッピング、研磨、粗化、又は浄化）するために決定論的に使用される。処理ツールは、処理ツールがその上を通過するのに伴って被加工物の表面に接触し、且つそれを磨滅させるように構成された均一な高さの表面を特徴とする。処理ツールは、被加工物とほぼ同じ硬度を有し得る。視覚的には、処理ツールは、円板の外観を有し得る。代わりに、それは、環帯、リング、又はトロイドとしての外観を有し得る。環帯又はリング又はトロイドとして成形されている場合、環状空間の内側の又は内部の空間は、第２の処理ツールを含むことができる。更に、処理ツールは、１つに収集されるか又は組み立てられ、且つ平らな共通表面を集合的に画定する複数のリング又はトロイドを特徴とすることもできる。

一実施形態では、処理ツールは、直径が２７ｍｍである。視覚的には、接触表面は、平らな円板の外観を有するが、実際には、それは、平らな表面と接触される際、接触のエリアが円板ではなく、代わりに円又は環帯となるようにわずかにドーナツ形の形状を有する。

同じ処理ツールが、そのツールが使用される方式に応じて浄化、プロファイリング、及び粗化モードで使用されてもよい。例えば、反応接合炭化ケイ素から製造された直径２７ｍｍのツールが付与された場合、類似の硬度のウエハチャックから浄化によってデブリを除去するために、５～５０グラムの自重負荷と、５～３０ｍｍ／秒のツール速度とを使用することができる。表面をプロファイリング（例えば、平坦化）するために、負荷は１００～１７５グラムであってもよく、且つツール速度は２０～５０ｍｍ／秒であってもよい。表面粗度を付与するために、ツール負荷は１５０グラム超であってもよく、且つ処理される表面に対するツール速度は２０～５０ｍｍ／秒であってもよい。

処理ツールは、加工される被加工物上における特徴又は領域のサイズに応じて異なるサイズ（直径又は有効直径）で提供されてもよい。例えば、真空チャック上の真空シールリングなどのウエハチャック上の凹入領域を処理するには、相対的に小さい直径の処理ツール（例えば、約１０ｍｍ）が使用されてもよい。

チャックの支持表面を機械的に仕上げるための本発明の方法の第１の態様によれば、平らな動作又は加工表面を有する単一の処理ツールの代わりに、複数のこのような処理ツールが提供される。複数の処理ツールの少なくとも２つ及び通常すべてが同時に使用される。ツールは、機械的に、即ち磨滅を介して材料を除去することにより支持表面を加工する。ツールは、グループとして移動させることができる。それぞれのツールは、表面上で「浮遊」することが許容され、即ち表面とのその独自の整合を追及することが許容される。それぞれのツールが支持表面に対して印加する圧力は、複数のうちの他のツールとは独立して制御することができる。ツール又は少なくともツールの平らな表面は、リング又は環帯として成形することができる。ツールは、同心状に、即ち平らな表面に対して垂直である共通軸に沿って配置することができる。ツールは、平らな表面に対して垂直である共通軸なしでクラスタとして配置することもできる。支持表面の加工は、決定論的に、即ち支持表面の高さ又は粗度／平滑度の「ヒット」マップに応答するように仕上げをプログラムすることにより実行することができる。

本発明の第２の態様によれば、処理ツールは、処理ツールが（ｉ）被加工物（例えば、ウエハチャック）の直径よりも直径若しくは「有効直径」において小さく、且つ（ｉｉ）トロイドとして成形された又はリング若しくは環帯として成形された被加工物に物理的に接触するように構成された表面を有する状態で決定論的な環境において使用される。

本発明の第３の態様によれば、処理ツールは、処理ツールが、被加工物に物理的に接触するように構成された表面を有し、その接触表面が被加工物表面とほぼ同じ硬度である硬度を有する状態で決定論的な環境において使用される。一実施形態では、処理ツール又は少なくとも平らな接触表面は、例えば、反応接合ＳｉＣなどの複合材料の形態で炭化ケイ素（ＳｉＣ）から製造されるか、又はＳｉＣを含有する。

決定論的な状況又は環境では、処理ツールは、機械の一部分である。機械は、干渉計又は粗面計などの計測装置からデータ又は情報を受け取る。データは、チャックの表面上の場所の関数として表現された「形状」若しくは高さ又は表面粗度情報であってもよい。この形態のデータは、ツールのフットプリント又は「ヒットマップ」への影響を使用することにより数学的に導出されてもよく、なぜなら、それは、何れの場所が高すぎる若しくは低すぎるか、又は誤った表面粗度を有するかを示し、且つ従って、それは、何れの領域が処理ツールによる加工を必要とするかを機械に対して通知するからである。次いで、機械は、望ましい形状及び粗度を実現するために必要とされる領域を加工するように処理ツールに命令することができる。ヒットマップは、機械が、注意を必要としないチャック上の領域を無視することにより、時間を節約できるようにすることができる。

以下では、添付図面を具体的に参照し、本発明の実施形態について更に説明する。

まず、図１を参照すると、示されている内容は、空間周波数の関数としてのパワースペクトル密度のプロットである。パワースペクトル密度は、表面の意図された又は望ましい高さ又はプロファイルからの逸脱の振幅の尺度である。空間周波数は、これらの逸脱の周期性、即ちそれらがどの程度頻繁に所与の距離で発生するかの尺度である。プロットされている内容は、機械的な仕上げ処理前及びその後の表面の高さデータである。「後」の曲線が「前」の曲線の下方に位置していることは、高さの逸脱が低減されていることを示し、即ち表面のプロファイルが望ましいものに相対的に近接していることを示す。この場合、平らであることが望ましく、及び処理は、被加工物が相対的に平らなりつつあることを示す。

相対的に小さいパワースペクトル密度が望ましく、それは、この例ではその部分が相対的に平らになりつつあることを実証する。変化が発生した周期は、公称的には約１８ｍｍ以下であり、それは、約０．０６（サイクル）／ｍｍ（即ち０．０６ １／ｍｍ）の空間周波数に対応する。

図２及び図３は、これらの高さの逸脱を表面上の場所又は位置の関数としてグレースケールで示す干渉計画像である。図２は、除去する必要がある、即ち高さの誤差を低減する必要があるターゲット空間周波数を示す。図３は、低空間周波数が除去された状態で図２と同じ部分を示す。即ち、（表面の直径のレベルである）長い周期又は長い波長の誤差が除去されており、表面の全体的な平坦度が改善されている。この領域は、いくつかの用途が最も影響を受ける場所である。

次に、図４を参照すると、図示されている内容は、例えば、特定の機能を充足するか、成形するか、平坦化するか、又は粗化するために圧力によって表面上で浮遊するようにそれぞれ独立して構成されている、異なる直径の同心ツールを示す平面図である。この場合、平坦化が粗化前に実行され、且つ通常、粗化の場合よりも大量の材料の除去を伴うことになる。この図は、平坦化動作を実行する外側同心ツール４１と、粗化動作を実行する内側同心ツール４３とを示す。

図５は、非同心方式によって配置された複数の処理ツール５１、５３、５５、５７の平面図を示す。この場合、構成は「クラスタ」と呼称され、異なる空間周波数範囲の成形又はテクスチャ処理（粗化／平滑化）の独立した動作を実行する非同心型である２つ以上のツールが示されている。クラスタは、「シータ」軸と呼称される、その長手方向軸上で回転する回転可能なシャフトΘ（「シータ」）に取り付けられている。それぞれのツールは、軸５２、５４、５６、５８に取り付けられており、これらの軸は、互いに平行である必要はないが、それぞれ中心軸Θに装着されている。クラスタの回転により、動作は、クラスタの独立した構成要素の合計により、設計された機能を伴って経路５９に沿って移動する１つの相対的に大きいツールヘッドとしての外観を有し得る。すべてのツールは、例えば、玉継ぎ手により、例えば、その個々の軸に対するその装着で最小限に制約されることにより、表面上で自由に（準拠して）「浮遊」する。

以下では、下記の例を参照し、本発明について更に説明する。

例１：粗度変化の付与
この例は、局所的な粗度変化を実証し、且つ図６Ａ及び図６Ｂを参照して実施される。

図６Ａは、表面を決定論的に粗化するためのツールによるその処理前の研削及び研磨された複合材料の平らな表面の光学顕微鏡写真である。処理ツール及び加工される表面は、何れもほぼ同じ硬度を有しており、且つそれぞれが反応接合ＳｉＣ（ＲＢＳＣ）から製造されている。

処理ツールは、直径が２７ｍｍである。外向きの外観によれば、それは円板であるが、実際には、それは、平らな表面と接触される際、接触のエリアが円板ではなく、代わりに円又は環帯となるようにわずかにドーナツ形の形状を有する。少なくとも１５０グラムの自重負荷が処理ツールに印加されている。ツールは、２０～５０ｍｍ／秒の範囲の速度において、処理される表面にわたって移動される。

図６Ｂは、図６Ａの研削及び研磨されたＲＢＳＣ複合材料の平らな表面の同じ領域の光学顕微鏡写真であるが、処理ツールが表面粗化モードで動作するその処理後のものである。それぞれの顕微鏡写真内の３つの黒色矢印は、特定のＳｉＣ粒子を指し示す。対応する矢印の最上部近傍のＳｉＣ粒子の外観を比較することにより、粒子の変化を観察することができる。これらの変化は、平らな表面上における処理ツールの動きの結果として粒子内に導入された溝又は窪みである。

従って、この例は、処理されているターゲット表面に局所的な表面粗度を付与するためのモードにおいて、本発明の処理ツールを使用し得ることを示す。

上述の説明の多くの部分は、半導体ウエハをチャックする物品及び装置に焦点を当てているが、当業者は、例えば、真空ウエハチャック、ウエハアーム、エンドエフェクタ、レチクルクランプ、及びサセプタなどの半導体ウエハの操作の他の態様におけるものなど、本特許出願に開示されている技法及び物品が有用となる他の関係する用途について認識するであろう。

提案されている内容は、環状又はリング形状又はドーナツ形であり得る１つ又は複数のツールを使用して１つ又は複数の狭い帯域の空間周波数を平坦化するために機械的な技法を使用することである。いくつかのツールを同時に使用する能力は、機械加工時間の劇的な低減を許容する。

この最後の点について更に若干詳述すると、複数のツールが同時に使用される本発明のこの態様では、それぞれのツール上における印加圧力が独立して制御され、且つ圧力が、例えば、浄化対プロファイリング対粗化など、ツールが動作するモードに非常に適するため、例えば、浄化などの１つのモードで稼働するように１つのツールを作動させつつ、例えば、平坦化又はプロファイリングなどの異なるモードで稼働するように別のツールを作動させることができる。また、処理されている表面との関係におけるツールの速度に基づいて動作モードを弁別可能であってもよい。例えば、処理ツールが同心状に配置される実施形態では、ツールが同じ角速度によって回転している場合、外側ツールは、内側ツールよりも大きい円周を辿ることになり、従って、その表面速度は内側ツールのものよりも大きくなる。

当業者は、添付の請求項に定義されている本発明の範囲又は趣旨を逸脱することなく、本明細書に記述されている本発明に対する様々な変更形態がなされ得ることを理解するであろう。

Claims (14)

1. 直径および硬度を有するチャックの支持表面を仕上げる方法において、
   （ａ）前記支持表面に接触し、且つその上を通過するように構成された円環体形状の表面をそれぞれが有する複数の処理ツールを含む機械を提供するステップであって、１以上の第１の処理ツールの円環体形状の表面が第１の直径を有し、１以上の第２の処理ツールの円環体形状の表面が、前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有するものであるステップと、
   （ｂ）補正を必要とする前記支持表面上の１つ又は複数の領域に関する情報を前記機械に提供するステップと、
   （ｃ）複数の前記処理ツールの前記円環体形状の表面を前記支持表面に物理的又は機械的に接触させるステップと、
   （ｄ）１以上の前記第１の処理ツールを用いて前記支持表面を平坦化し、１以上の前記第２の処理ツールを用いて前記支持表面に局所的な粗度を付与するステップであって、仕上げられる前記支持表面の少なくとも一部分上で印加圧力において複数の前記処理ツールを移動させることにより行われるステップと、を含み、
   前記支持表面に対するそれぞれの前記処理ツールの印可圧力は、制御可能で他の処理ツールから独立しており、前記機械は、補正を必要とする前記支持表面の領域のみを実質的に処理するために、入力された前記情報を使用し、
   前記支持表面の直径は、複数の前記処理ツールの有効直径よりも大きいことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記処理ツールは、前記支持表面の前記硬度とほぼ同じ硬度を有することを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法において、前記入力された情報は、前記領域の形状又は高さを補正するように前記機械に命令することを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法において、前記入力された情報は、前記領域のテクスチャを補正するように前記機械に命令することを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法において、前記支持表面に接触するように構成された前記円環体形状の表面は、ＳｉＣを含むことを特徴とする方法。
6. 請求項１に記載の方法において、前記支持表面に接触するように構成された前記円環体形状の表面は、反応接合ＳｉＣを含むことを特徴とする方法。
7. 請求項１に記載の方法において、
   前記仕上げられる前記支持表面の少なくとも一部分上で印加圧力において複数の前記処理ツールを移動させることが、仕上げられる前記支持表面の少なくとも一部分上で前記印加圧力において前記複数の処理ツールの少なくとも２つを同時に移動させることを含むことを特徴とする方法。
8. 請求項１に記載の方法において、前記処理ツールのそれぞれと前記支持表面との間の接触は、円として成形されていることを特徴とする方法。
9. 請求項１に記載の方法において、前記１以上の第１および第２の処理ツールの一対が、同心状に配置されていることを特徴とする方法。
10. 請求項１に記載の方法において、前記複数の処理ツールは、前記支持表面に対して垂直である共通軸を共有しないクラスタとして配置されていることを特徴とする方法。
11. 請求項１に記載の方法において、前記移動させるステップは、前記支持表面の高さを望ましいプロファイルに工学処理するために前記支持表面から材料を除去するステップを含むことを特徴とする方法。
12. 請求項１に記載の方法において、前記移動させるステップは、前記支持表面の望ましい粗度又は平滑度を工学処理するために前記支持表面から材料を除去するステップを含むことを特徴とする方法。
13. 請求項１１又は１２に記載の方法において、前記材料を除去するステップは、決定論的に実行されることを特徴とする方法。
14. 請求項１に記載の方法において、前記補正は、前記支持表面からデブリを取り除くことを含むことを特徴とする方法。

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