JP2017130560A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の平坦度のさらなる向上を図り得る基板保持装置を提供する。
【解決手段】第ｉ部分空間Ｓｉ（ｉ＝１，２，‥）に対応して配置された通気孔２１を通じた通気経路２２の流体抵抗Ｒｉおよび第１部分空間の体積Ｖｉの積Ｒｉ×Ｖｉが、第ｉ＋１部分空間Ｓｉ＋１の当該積Ｒｉ＋１×Ｖｉ＋１よりも小さくなるように、通気経路２２が構成され、かつ、複数の凸部１１の配置態様が調節されるように設計されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板を基体に吸着保持する基板保持装置に関する。

基体の上面に、基板の外縁部を支持する環状の第１支持部と、第１支持部により囲まれた領域内に配置された複数の突起状の第２支持部と、当該領域内に配置された基板を吸着しない領域を形成する筒状部と、が形成され、基板と基体とによって形成される第１支持部の内側の空間の空気吸引が、筒状部に近い吸引口から開始されるように構成されている基板保持装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。これにより、基板の皺が非吸着部分へ集中する現象の発生が回避されるので、基板の全体的な平坦度の向上が図られている。

特許第４３４８７３４号公報

しかし、精細な回路パターンを製造するために半導体露光装置の光源の線幅の微細化が進んでおり、ナノメーターサイズの線幅が主流となりつつあるため、基板の平坦度に対する要求基準が高くなっている。

そこで、本発明は、基板の平坦度のさらなる向上を図り得る基板保持装置を提供することを目的とする。

本発明は、上面に開口している複数の通気孔および前記複数の通気孔のそれぞれに連通する通気経路が形成されている平板状の基体と、前記基体の上面から突出して形成されている複数の凸部と、前記基体の上面から突出して前記複数の通気孔および前記複数の凸部を囲うように形成されている環状凸部と、を備えている基板保持装置に関する。

本発明の基板保持装置は、前記基体の上面、前記環状凸部の内周面および基板の下面により画定されている空間において順に隣接する第１〜第Ｎの部分空間（Ｎ≧３）を区画する隔壁部が前記基体の上面から突出して形成され、前記第１〜第Ｎの部分空間のうち第ｉの部分空間（ｉ＝１，２，‥Ｎ−１）に対応して配置された通気孔を通じた前記通気経路の流体抵抗および当該第ｉの部分空間の体積の積が、前記第ｉの部分空間に隣接する第ｉ＋１の部分空間に対応して配置された通気孔を通じた前記通気経路の流体抵抗および当該他の部分空間の体積の積よりも小さくなるように、前記通気経路が構成され、かつ、前記複数の凸部が形成されていることを特徴とする。

本発明の基板保持装置によれば、基体に形成された通気経路および通気孔を通じて、基体の上面、環状凸部の内周面および基板の下面により画定された閉空間が減圧されて負圧領域が形成される。この際、閉空間において第ｉの部分空間（ｉ＝１，２，‥Ｎ−１）のほうが、隔壁部を介してこれに隣接する第ｉ＋１の部分空間よりもごく短時間ではあるものの先に負圧領域が形成される。これは、一の部分空間に対応して配置された通気孔を通じた通気経路の流体抵抗および当該一の部分空間の体積の積が、他の部分空間の当該積よりも小さくなるように通気経路が構成され、かつ、複数の凸部が形成されているためである。

たとえば、通気孔の数が多く設計され、通気孔の開口面積が大きく設計され、通気経路の断面積が小さく設計され、または通気経路の負圧形成始端位置から通気孔までの距離が長く設計されることで、通気経路の流体抵抗を高くすることができる。そのほか、通気経路の途中に通気性のある多孔質体または局所的に断面積が大きくなる空間が配置されることによっても通気経路の流体抵抗が高くすることができる。また、複数の凸部の配置個数が多く設計され、または凸部のサイズが大きく設計されることにより、該当する部分空間の体積を小さくすることができる。

よって、基板は第１の部分空間に対応する第１の領域で平坦性が確保され、その後わずかな時間差をもって第１の部分空間に隣接する第２の部分空間に対応する第２の領域で平坦性が確保される。さらにその後わずかな時間差をもって第２の部分空間に隣接する第３の部分空間に対応する第３の領域で平坦性が確保される。このように基板の平坦性がわずかな時間差をもって逐次的に確保されていくことで、当該基板の全体的な平坦性の向上が図られる。

本発明の一態様の基板保持装置において、前記隔壁部の少なくとも一部が、前記環状凸部と比較して上端面が低くまたは同じ高さに形成されている。

本発明の一態様の基板保持装置において、
前記複数の凸部のうち少なくとも一部が、前記環状凸部または前記隔壁部と比較して上端面が高くまたは同じ高さに形成されている。

本発明の一実施形態としての基板保持装置の構成説明図。

（構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての基板保持装置は、セラミックス焼結体からなる略円板状の基体１を備えている。基体１には、上面に開口している複数の通気孔２１および当該複数の通気孔２１のそれぞれに連通する通気経路２２が形成されている。基体１には、その上面から突出する複数の凸部１１と、上面から突出して複数の通気孔２１および複数の凸部１１を囲う環状凸部１２と、環状の第１隔壁部３１と、環状の第２隔壁部３２と、が形成されている。本実施形態では、凸部１１および環状凸部１２が、それぞれの高さが一致するように形成されている。

複数の凸部１１のそれぞれは上端面が同じ高さ（高さ方向の位置が同じ）に形成され、かつ、環状凸部１２、第１隔壁部３１および第２隔壁部３２のそれぞれと比較して上端面が同じ高さに形成されている。第１隔壁部３１および第２隔壁部３２のそれぞれは、環状凸部１２と比較して上端面が同じ高さに形成されている。

通気経路２２は、基体１の下面に延在する溝として形成されている。基体１の下面が基台（図示略）の上面に接合されることで、当該溝が真空吸引経路として機能する。少なくとも一方の表面に溝が形成された一対のセラミックス焼結体が当該溝を挟むように接合されることにより、通気経路２２が内部に形成された基体１が作製されてもよい。基台に当該真空吸引経路を構成する経路が形成されていてもよい。

通気経路２２は、円環状の第１周方向経路２２１、第１周方向経路２２１よりも外側にある当該円環と中心を同じくする小径円弧形状の第２周方向経路２２３および第２周方向経路２２３よりも外側にある当該円環と中心を同じくする大径円弧形状の第３周方向経路２２５のほか、基体１の径方向に延在して第１周方向経路２２１および第２周方向経路２２３を接続する第１径方向経路２２２および基体１の径方向に延在して第２周方向経路２２３および第３周方向経路２２５を接続する第３径方向経路２２４により構成されている。第２周方向経路２２３および第３周方向経路２２５のそれぞれは、基体１の中心軸線を基準とした回転対称性（たとえば３回転対称性）を有するように形成されている。小径円弧形状の第２周方向経路２２３および大径円弧形状の第３周方向経路２２５のそれぞれの中心角はたとえばπ／２［ｒａｄ］に設計されている。第１周方向経路２２１から径方向外側に延在する単一の始端側経路２２６が基体１に形成されている。

通気孔２１は、第１周方向経路２２１、第２周方向経路２２３および第３周方向経路２２５のそれぞれに対応する位置に形成されている。たとえば、第１周方向経路２２１にはその周方向に等間隔に２０個の通気孔２１が形成され、第２周方向経路２２３にはその両端に２個の通気孔２１が形成され、第３周方向経路２２５にはその両端および中間位置に３個の通気孔２１が形成されている。

基体１の上面側に基板（図示略）が載置された場合、基体１の上面、環状凸部１２の内周面および基板の下面により閉空間（正確には通気孔２１を通じて通気経路２２に連通している。）が画定される。閉空間は、第１隔壁部３１により画定されている略円形状の第１部分空間Ｓ１、第１隔壁部３１および第２隔壁部３２により画定されている略円環状の第２部分空間Ｓ２、および第２隔壁部３２および環状凸部１２により画定されている略円環状の第３部分空間Ｓ３に区別されている。

第１部分空間Ｓ１の体積Ｖ１＜第２部分空間Ｓ２の体積Ｖ２＜第３部分空間Ｓ３の体積Ｖ３、という大小関係が成り立つように、複数の凸部１１の疎密または相互間隔を含む配置態様が調節されている。たとえば、基体１の上面を基準とした環状凸部１２の高さＨ、第１部分空間Ｓ１を画定する円の半径ｑ１、凸部１１の体積ｖ（平均体積）および第１部分空間Ｓ１に存在する凸部１１の個数Ｎ１を用いて、第１部分空間Ｓ１の体積Ｖ１は（ｑ１）²πＨ−ｖＮ１と表わされる。第２部分空間Ｓ２の体積Ｖ２は｛（ｑ２）²−（ｑ１）²｝πＨ−ｖＮ２（ｑ２：第２部分空間Ｓ２を画定する外側の円の半径 Ｎ２：第２部分空間Ｓ２に存在する凸部１１の個数）と表わされる。同様に、第３部分空間Ｓ３の体積Ｖ３は｛（ｑ３）²−（ｑ３）²｝πＨ−ｖＮ３（ｑ３：第３部分空間Ｓ３を画定する外側の円の半径 Ｎ３：第３部分空間Ｓ３に存在する凸部１１の個数）と表わされる。ｑ１＞ｑ２−ｑ１＞ｑ３−ｑ２という大小関係が成り立つ場合など、ｑ１、ｑ２およびｑ３の大小関係がさまざまに変更されても、各部分空間Ｓ１〜Ｓ３の体積Ｖ１〜Ｖ３の大小関係はＶ１＝Ｖ２＝Ｖ３、Ｖ２＜Ｖ３＜Ｖ１、Ｖ３＝Ｖ１＜Ｖ２など任意に変更されうる。

第１部分空間Ｓ１は、第１周方向経路２２１に対応して配置されている通気孔２１を介して通気経路２２に連通している。第２部分空間Ｓ２は、第２周方向経路２２３に対応して配置されている通気孔２１を介して通気経路２２に連通している。第３部分空間Ｓ３は、第３周方向経路２２５に対応して配置されている通気孔２１を介して通気経路２２に連通している。

始端側経路２２６の外側端部位置（負圧形成始端位置）を通じて通気経路２２が真空吸引装置（図示略）に対して接続されている。すなわち、通気経路２２を構成する当該経路２２１〜２２５のうち、第１周方向経路２２１が負圧形成始端位置に最も近くなるように、通気経路２２が真空吸引装置に対して接続されている。通気経路２２の断面積が一様である場合、その流体抵抗は真空吸引装置からの経路が長くなるほど大きくなる。また、第１部分空間Ｓ１〜Ｓ３のそれぞれに対応する通気孔２１の個数は、「２０」「６」「９」である。これにより、第１部分空間Ｓ１に対応して配置された通気孔２１を通じた通気経路２２の流体抵抗Ｒ１＜第２部分空間Ｓ２に対応して配置された通気孔２１を通じた通気経路２２の流体抵抗Ｒ２＜第３部分空間Ｓ３に対応して配置された通気孔２１を通じた通気経路２２の流体抵抗Ｒ３という大小関係が成り立つように設計されている。

（機能）
本発明の基板保持装置によれば、基体１に形成された通気経路２２および通気孔２１を通じて、基体１の上面、環状凸部１２の内周面および基板の下面により画定された閉空間が減圧されて負圧領域が形成される。この際、第１部分空間Ｓ１のほうが、第２部分空間Ｓ２よりもごく短時間ではあるものの先に負圧領域が形成される。これは、第１部分空間Ｓ１に対応して配置された通気孔２１を通じた通気経路２２の流体抵抗Ｒ１および第１部分空間Ｓ１の体積Ｖ１の積Ｒ１×Ｖ１が、第２部分空間の当該積Ｒ２×Ｖ２よりも小さくなるように通気経路２２が構成され、かつ、複数の凸部１１の配置態様が調節されて形成されているためである。同様の理由により、第２部分空間Ｓ２のほうが、第３部分空間Ｓ３よりもごく短時間ではあるものの先に負圧領域が形成される。

よって、基板は第１部分空間Ｓ１に対応する第１領域で平坦性がまず確保され、その後でわずかな時間差をもって第２部分空間Ｓ２に対応する第２領域で平坦性が確保され、さらにわずかな時間差をもって第３部分空間Ｓ３に対応する第３領域で平坦性が確保される。このように基板の平坦性がわずかな時間差をもって逐次的に確保されていくことで、当該基板の全体的な平坦性の向上が図られる。

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、外側が内側を順次囲むように形成された環状の第１隔壁部３１、環状の第２隔壁部３２および環状凸部１２により、外側が内側を順次囲むような３つの部分空間Ｓ１〜Ｓ３に区分されたが、他の実施形態として閉空間が単一の環状の隔壁部およびこれを囲む環状凸部１２により２つの部分空間に区分されてもよく、外側が内側を順次囲むように形成された３つ以上の環状の隔壁部および環状凸部１２により４つ以上の部分空間に区分されてもよい。部分空間は、基体１の径方向（中心から外側に向かう方向）に順次配置されるように区分されるほか、代替的または付加的に、基体１の周方向（中心囲むように回る方向）に順次配置されるように区分されてもよい。

通気経路２２の延在態様はさまざまに変更されてもよい。たとえば、基体１の径方向外側に向かって少なくとも一部が周方向に折り返しを伴って（蛇行して）延在するように通気経路２２が形成されてもよい。通気経路２２の負圧領域始端位置は、基体１の中心に近い内側領域にある必要はなく、基体１の外周縁に近い外側領域にあってもよい。

複数の凸部１１のうち少なくとも一部が、環状凸部１２、第１隔壁部３１および第２隔壁部３２のうち少なくとも１つと比較して上端面が高く形成されていてもよい。第１隔壁部３１の少なくとも一部が、環状凸部１２と比較して上端面が低く形成されていてもよい。同様に、第２隔壁部３２の少なくとも一部が、環状凸部１２と比較して上端面が低く形成されていてもよい。隔壁部３１、３２の上部に周方向に延在する一の切欠きまたは周方向に配置された複数の切欠きが形成されることで、隔壁部３１、３２の一部が、環状凸部１２と比較して上端面が低く形成される。

（実施例）
（実施例１）
炭化ケイ素焼結体からなる径φ３００［ｍｍ］、厚さｔ２［ｍｍ］の略円板状の基体１が作製された。径５００［μｍ］、高さ２００［μｍ］の略円柱状の複数の凸部１１が基体１の上面に形成され、基体１の中心を基準として中心径２９７［ｍｍ］、幅０．３［ｍｍ］、高さ２００［μｍ］の略円環状の環状凸部１２が基体１の上面に形成された。複数の凸部１１は、基体１の上面の全体にわたり均一密度となるように間隔３．５［ｍｍ］の三角格子状に配置された。基体１の中心を基準として中心径１４５［ｍｍ］、幅０．１［ｍｍ］、高さ２００［μｍ］の略円環状の第１隔壁部３１が基体１の上面に形成された。基体１の中心を基準として中心径２３０［ｍｍ］、幅０．１［ｍｍ］、高さ２００［μｍ］の略円環状の第２隔壁部３２が基体１の上面に形成された。通気孔２１および通気経路２２が図１に示されている実施形態にしたがって基体１に形成された。これにより、部分空間Ｓ１〜Ｓ３のそれぞれの体積Ｖ１〜Ｖ３は表１に示されているように設計された。

第１周方向経路２２１、第２周方向経路２２３および第３周方向経路２２５のそれぞれの（中心位置の）基体１の中心を基準とした径方向位置は１００［ｍｍ］、２００［ｍｍ］、２８０［ｍｍ］に設計された。経路２２１〜２２５は幅０．８［ｍｍ］、深さ０．６［ｍｍ］の断面略矩形状に形成された。これにより、部分空間Ｓ１〜Ｓ３のそれぞれに対応する通気経路２２の流体抵抗Ｒ１〜Ｒ３は表１に示されているように設計された。ここでは、負圧領域始端位置から通気経路２２に沿った距離ｘについて通気経路２２（および通気孔２１）の断面積ａ（ｘ）の逆数１／ａ（ｘ）が各通気孔２１まで積分され、当該積分値の該当部分空間Ｓ１〜Ｓ３における平均値が流体抵抗Ｒ１〜Ｒ３として表１に示されているように設計された。これにより、実施例１の基板保持装置が構成された。

（実施例２）
第１部分空間Ｓ１における基体１の上面が、他の部分空間Ｓ２、Ｓ３における基体１の上面よりも５０［μｍ］だけ低くなるように基体１が形成され、かつ、第１部分空間Ｓ１に配置された複数の凸部１１の高さが２５０［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様に構成された実施例２の基板保持装置が作製された。

（実施例３）
第２部分空間Ｓ２における基体１の上面が、他の部分空間Ｓ１、Ｓ３における基体１の上面よりも５０［μｍ］だけ低くなるように基体１が形成され、かつ、第２部分空間Ｓ２に配置された複数の凸部１１の高さが２５０［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様に構成された実施例３の基板保持装置が作製された。

（実施例４）
第３部分空間Ｓ３における基体１の上面が、他の部分空間Ｓ１、Ｓ２における基体１の上面よりも５０［μｍ］だけ低くなるように基体１が形成され、かつ、第３部分空間Ｓ３に配置された複数の凸部１１の高さが２５０［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様に構成された実施例４の基板保持装置が作製された。

（実施例５）
第１隔壁部３１が基体１の中心を基準として中心径１２０．０［ｍｍ］の位置に形成されたほかは、実施例１と同様に構成された実施例５の基板保持装置が作製された。

（実施例６）
第２隔壁部３２が基体１の中心を基準として中心径２０５．０［ｍｍ］の位置に形成されたほかは、実施例５と同様に構成された実施例６の基板保持装置が作製された。

（実施例７）
本実施例の基体１の第１隔壁部３１、第２隔壁部３２および環状凸部１２のそれぞれの高さが１９６［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様に構成された実施例７の基板保持装置が作製された。

（実施例８）
本実施例の基体１の第１隔壁部３１および第２隔壁部３２のそれぞれの高さが１９６［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様に構成された実施例８の基板保持装置が作製された。

（評価方法）
各実施例の基板保持装置を用いて径φ３００［ｍｍ］、厚さｔ０．７［ｍｍ］の略円板状の基板が吸着保持された際の平坦度がレーザー干渉計を用いて評価された。当該測定結果が表１に示されている。

（比較例１）
始端側経路２２６において、始端から基体１の上面まで連通するように開口された位置が、第２部分空間Ｓ２までを７０［ｍｍ］、および第３部分空間Ｓ３までを３０［ｍｍ］となるよう設計されたほかは、実施例１と同様に構成された基板保持装置が作製され、Ｒ１×Ｖ１＞Ｒ２×Ｖ２＞Ｒ３×Ｖ３に設計された。比較例１の基板保持装置を用いて径φ３００［ｍｍ］、厚さｔ０．７［ｍｍ］の略円板状の基板が吸着保持された際の平坦度がレーザー干渉計を用いて評価された。当該測定結果が表２に示されている。

（比較例２）
第１部分空間Ｓ１に配置された複数の凸部１１の高さが４００［μｍ］に設計され、第２部分空間Ｓ２に配置された複数の凸部１１の高さが１１０［μｍ］に設計され、第３部分空間Ｓ３に配置された複数の凸部１１の高さが８０［μｍ］に設計されたほかは、実施例１と同様に構成された基板保持装置が作製され、Ｒ１×Ｖ１＞Ｒ２×Ｖ２＞Ｒ３×Ｖ３に設計された。比較例２の基板保持装置を用いて径φ３００［ｍｍ］、厚さｔ０．７［ｍｍ］の略円板状の基板が吸着保持された際の平坦度がレーザー干渉計を用いて評価された。当該測定結果が表２に示されている。

表１および表２から、各実施例の基板保持装置のほうが、各比較例の基板保持装置よりも吸着保持された基板の平坦度が高いことがわかる。

１‥基体、１１‥凸部、１２‥環状凸部、２１‥通気孔、２２‥通気経路、３１‥第１隔壁部、３２‥第２隔壁部、Ｓ１‥第１部分空間、Ｓ２‥第２部分空間、Ｓ３‥第３部分空間。

Claims (3)

1. 上面に開口している複数の通気孔および前記複数の通気孔のそれぞれに連通する通気経路が形成されている平板状の基体と、前記基体の上面から突出して形成されている複数の凸部と、前記基体の上面から突出して前記複数の通気孔および前記複数の凸部を囲うように形成されている環状凸部と、を備えている基板保持装置であって、
   前記基体の上面、前記環状凸部の内周面および基板の下面により画定されている空間において順に隣接する第１〜第Ｎの部分空間（Ｎ≧３）を区画する隔壁部が前記基体の上面から突出して形成され、前記第１〜第Ｎの部分空間のうち第ｉの部分空間（ｉ＝１，２，‥Ｎ−１）に対応して配置された通気孔を通じた前記通気経路の流体抵抗および当該第ｉの部分空間の体積の積が、前記第ｉの部分空間に隣接する第ｉ＋１の部分空間に対応して配置された通気孔を通じた前記通気経路の流体抵抗および当該他の部分空間の体積の積よりも小さくなるように、前記通気経路が構成され、かつ、前記複数の凸部が形成されていることを特徴とする基板保持装置。
2. 請求項１記載の基板保持装置において、
   前記隔壁部の少なくとも一部が、前記環状凸部と比較して上端面が低くまたは同じ高さに形成されていることを特徴とする基板保持装置。
3. 請求項１または２記載の基板保持装置において、
   前記複数の凸部のうち少なくとも一部が、前記環状凸部または前記隔壁部と比較して上端面が高くまたは同じ高さに形成されていることを特徴とする基板保持装置。