JPH0831514B2 - 基板の吸着装置 - Google Patents

基板の吸着装置

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JPH0831514B2
JPH0831514B2 JP63152693A JP15269388A JPH0831514B2 JP H0831514 B2 JPH0831514 B2 JP H0831514B2 JP 63152693 A JP63152693 A JP 63152693A JP 15269388 A JP15269388 A JP 15269388A JP H0831514 B2 JPH0831514 B2 JP H0831514B2
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正昭 青山
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体素子(LSI、VLSI等)を製造するため
の半導体ウェハ、もしくは液晶素子を製造するためのガ
ラスプレート等の基板を平坦に吸着固定する装置に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の基板を加工する装置、例えば投影型露
光装置、レーザリペア装置等においては、基板を真空吸
着して所定の平面内に平坦化矯正する真空吸着ホルダー
が使用されている。特にこの種の製造装置では、基板を
高い精度で平坦化する必要がある。投影型露光装置(ス
テッパー)の場合、レチクルの回路パターンを等倍、1/
5又は1/10等の倍率で基板表面へ結像投影するための投
影レンズが設けられている。この投影レンズは広い投影
領域を確保しつつ、1/5縮小の場合は1μm以下の高い
解像力を得る必要があるため、年々高N.A.化され、それ
に伴って焦点深度も浅くなってきている。ある種の投影
レンズでは、15×15mm角のフィールド内で±1μm程度
の焦点深度しかなく、これに伴って、より高精度な焦点
合わせの技術も要求されてきている。
一方、露光すべき15×15mm角内の領域全面において±
1μmの焦点深度しかないため、基板上の露光すべき1
つの領域の全面は、投影レンズの最良結像面と正確に一
致させる必要がある。ところがウェハやガラスプレート
の表面には、局所的には数μm程度、全面では数十μm
程度のそりや凹凸が存在するため、そのままでは良好な
解像特性でパターンを露光することは困難である。
そこで、一例として第2図(A)、(B)に示すよう
なウェハホルダー(真空チャック)1によってウェハW
を平坦化矯正することが考えられている。このウェハホ
ルダー1はステッパーのウェハステージの最上部に投影
レンズと対向するように設けられ、ウェハステージとと
もに、投影レンズの下を2次元移動(ステッピング等)
する。
第2図(A)はウェハホルダー1の平面図であり、第
2図(B)は第2図(A)のC−3矢印断面図である。
ウェハホルダー1は、ウェハWによりも十分に厚い金属
又はセラミックス材で円板状に作られており、載置面の
形状は、ウェハWの直径よりもわずかに小さい径の円形
であるものとする。ウェハホルダー1の中心部には、ウ
ェハWの載置や取りはずしのためのウェハ受渡し用昇降
機構2が上下動のときに貫通するような円形開口部1aが
形成されている。またウェハホルダー1の載置面には、
ホルダー1の中心から放射方向に同心円状の環状凸部10
a、10b、10c、10d、10e、10f、10gが放射方向に一定ピ
ッチでリム状に形成されている。ここで載置面の最外周
側に位置する環状凸部10aの半径は、ウェハWの中心か
ら直線的な切欠き(オリエンテーションフラット)OFま
での半径よりもわずかに小さく定められている。また、
各環状凸部10a〜10gの上端面の幅(径方向の寸法)は極
力小さくなるように作られており、その各上端面によっ
て規定される面が、平坦化の基準平面となる。尚、最も
内側の環状凸部10gは開口部1aの周囲に形成され、この
凸部10gと凸部10aとによって雰囲気圧(大気圧)とのリ
ークが防止される。
さらに各環状凸部10a〜10gの間の各凹部(環状)に
は、真空吸着のための吸気孔1cが径方向に並べて形成さ
れ、各吸気孔1cはホルダー1内部に径方向に伸びたスリ
ーブ状の孔1bと連通している。この孔1bを真空源につな
げて、減圧することによって、ウェハWの裏面と輪帯状
の各凹部とでかこまれた空間が負圧になり、ウェハWの
裏面は環状凸部10a〜10gの上端面にならって平坦化矯正
される。
また、ウェハ裏面との接触面積を極力小さくして、凸
部の上端面とウェハ裏面との間に微小なゴミ粒子がはさ
み込まれる確率を小さくする構造のウェハホルダーも考
えられている。
第3図(A)、(B)は、所謂ピンチャック方式と呼
ばれるもので、第3図(A)の平面図に示すように、載
置面の最外周には、ウェハWの中心から切欠きOFまでの
半径よりわずかに小さな半径で、幅1〜2mm程度の環状
凸部10aが形成され、ウェハ受渡し用昇降機構2が通る
開口部1aの周囲にも、幅1〜2mm程度の環状凸部10gが形
成されている。そして環状凸部10aと10gに挟まれた輪帯
状の凹部には、2次元に一定ピッチ(2〜5mm程度)
で、0.1〜1mm角又は丸のドット状の微小凸部11が複数形
成されている。これら微小凸部11の各上端面と、環状凸
部10a、10gの各上端面とは、ウェハWの裏面と接触する
基準平面を規定する。
第3図(B)は第3図(A)のC−4矢視断面図であ
り、スリーブ状の孔1bがホルダー1内の径方向に伸び、
これとつながった吸気孔1cが載置面の凹部内に形成され
る。孔1bを真空源につなげることにより、環状凸部10a
と10gに挟まれた凹部とウェハ裏面とで囲まれた空間が
負圧になり、ウェハWは基準平面にならって平坦化矯正
される。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記第2図(A)、(B)、又は第3図(A)、
(B)に示したウェハホルダー1では、いずれもウェハ
Wの最外周部は、環状凸部10aよりも外側にオーバーハ
ングしているため、ウェハ最外周部は実効的には吸着力
を受けていない。同様にウェハホルダー1の中央部の開
口部1aのところでも吸着力は働かない。このためウェハ
全面で真空吸着力を受ける部分と受けない部分(大気圧
に解放されている部分)との隣接部では、吸着力を受け
ている部分にくらべて、大きなソリが発生することがわ
かった。このソリの大きさは、ステッパー等で要求され
るウェハ表面の平面度の規格からはずれることもあり、
露光されるパターンの解像不良を招く恐れがある。
〔問題点を解決する為の手段〕
本発明では、ウェハ等の基板を吸着したときのソリ、
特に実効的な吸着力が働く部分と、働かない部分との隣
接部で生じるソリを極力小さくすることを目的としてい
る。
このため本発明では、上記隣接部近傍に位置する凸
部、特に載置面の最外周に位置する凸部をリム状の第1
の環状凸部にし、その内側にさらに第2の凸部を設け、
第1の凸部と第2の凸部の放射方向の間隔を小さな第1
のピッチとし、第2の凸部からさらに内側にも複数の凸
部を形成し、第2の凸部に隣接した内側の凸部と第2の
凸部のピッチを第1のピッチよりも大きくするように構
成した。
また、載置面の最外周以外に大気圧に解放されている
部分がある場合は、そこにも同様のピッチ関係で複数の
凸部を形成した。
〔作 用〕
基板の真空吸着時におけるソリ量を、基板の形状、材
質等から材料力学上のモデルより考察してみると、基板
吸着面の周辺部のソリ量は、微小幅で考えると凸部のピ
ッチの4乗に比例することが予想される。従って吸着面
の周辺部での凸部のピッチを他の部分より小さくしてお
くことによって、基板の非吸着部でも、吸着部と同程度
のソリ量に押えることが可能となる。
そこで第4図、第5図に示したモデルを用いて、基板
(ウェハW)のソリ量を考えてみる。
第4図は、ウェハホルダー1上の凸部が一方向にピッ
チl1で並んでいる部分(内面部)のウェハWのたわみ
(ソリ)の様子を誇張して示す図である。この場合、吸
着部の内面部では各凸部を支点a、b、c、dとし、各
支点a〜dのウェハ中立面は水平とした等分布荷重をう
ける両端固定梁のモデルがあてはまる。
このモデルの場合、材料力学の計算式は、凸部と凸部
の間の凹部におけるウェハWのたわみ量をw1とすると、 式(1)で表わされる。ここでq、E、Iはそれぞれq:
単位長さ当りの荷重、E:縦弾性係数、I:断面二次モーメ
ントを表わす。
一方、第5図はウェハホルダー1の外周部におけるウ
ェハWのたわみ、そりの様子を誇張して示した図であ
る。吸着面の最外周とそのすぐ内側の2ケ所の凸部がピ
ッチl2で並んでおり、その間の凹部が減圧されているも
のとする。この場合、内側の凸部を支点Aとすると、支
点Aのウェハ中立面は水平になるが、最外周の凸部のB
点ではウェハWを支持しているだけなので、B点から外
側にl3だけオーバーハングしたウェハ外周部には基準平
面に対してw3のそり量が生じる。また、A点、B点間に
もたわみ量w2が生じる。このような場合は材料力学上の
モデルとして、等分布荷重をうける片側固定一片側支持
のモデルがあてはまる。
ここでたわみ量w2を求めてみると、式(2)のように
なる。
ここで内面側と最外周側の凸部のピッチl1とl2が等し
いとした場合、すなわち第2図(A)、(B)のような
ウェハホルダーの場合、式(1)、(2)からたわみ量
の比w2/w1を求めると、w2/w1=2.08となる。つまり、第
2図(A)、(B)のように環状凸部10a〜10gを径方向
に等しいピッチで配置すると、凸部10aと10bの間、もし
くは凸部10fと10gの間では、他の凹部のところにくらべ
て最大約2.1倍のたわみ量が生じることになる。
また、ウェハ外周部でオーバーハング量l3が生じてい
る場合、そり量w3は式(3)のようになる。
ここでθはB点でのウェハ傾斜角である。
従って吸着面周辺部のたわみ量を内面側のたわみ量と
ほぼ等しく(w1≒w2)するためには、先の式(1)、
(2)から、ピッチl2をピッチl1に対して約1/1.2の値
にすればよいことになる。
さらにオーバーハングによるそり量w3を小さくするこ
とを考えると、l2/l1<1/1.2に設定すればよく、これに
よってウェハ全面(特に周辺部)に渡って均一な平坦度
が得られることになる。
〔実施例〕
第1図(A)、(B)は本発明の実施例による吸着装
置(ウェハホルダー)の構造を示し、第2図(A)、
(B)に示した構造のうち、環状凸部10a〜10gの配置
を、本発明の趣旨に沿って変更したものである。第1図
(A)はホルダー1の平面図、第1図(B)は第1図
(A)のC−1矢視断面図である。ここでは最外周の環
状凸部10aとその内側の環状凸部10bとのピッチ、及び開
口部1a周囲の環状凸部10gとその外側の環状凸部10fとの
ピッチをl2として、他の隣接する環状凸部同志のピッチ
をl1として、先にも述べたようにl2/l1<1/1.2を満すよ
うに定めた。ここで各環状凸部10a〜10gの上端面の径方
向の幅は、平面度悪化の原因となるゴミの乗る確率を小
さくするため極力小さくした方がよく、加工性も考慮し
て0.1〜0.5mm程度である。
そしてオーバーハング量8mm程度を見込んで、l2/l1
値を1/2程度にして実験したところ、ほぼ良好な結果が
得られた。
以上、本発明の実施例では、同心円状の環状凸部を基
準平面を規定するものとして例示したが、その他の形状
にしてもよい。例えば凸部パターンが第4図に示される
様なピンチャックの場合は、同様の理由から大気隣接部
(最外周、又は最内周)付近のピンピッチを小さくす
る、又は内側ピンピッチよりも小さなピッチで輪帯状の
凸部を配置する事により、前記同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施例では、ウェハホルダー1の中央
部には、吸着力の働かない開口部1aが形成されている
が、昇降機構2がない場合は、開口部1aを設ける必要は
なく、適宜、吸着面あるいは大気圧解放面にしておいて
もよい。
また実施例では、円形のウェハWの吸着を考えたが、
矩形のガラスプレート等の吸着の場合は、ホルダーの外
形が、それにあわせて矩形となり、環状凸部も円形では
なく矩形に形成される。さらに環状凸部のうち最外周の
凸部10a(又は最内周の凸部10g)は大気圧へのリークを
防止するため、連続している必要があるが、例えば第1
図(A)中の環状凸部10b、10c、10d、10e、10f等は、
円周方向に2〜5mm程度のピッチでドット状に分断して
おいてもよい。このようにすると、第1図のウェハホル
ダー1の接触面積はさらに小さなものになる。
またウェハ裏面を吸着する輪帯状の各吸着面は、スリ
ーブ状の孔1bによって一括に減圧せずに、それぞれ所定
の時間遅れを与えて、載置面の中央から外側(又は逆方
向)の順に減圧してもよい。さらに輪帯状の吸着面は、
円周方向に2〜4分割にして、独立に減圧できるように
してもよい。
尚、最外周の環状凸部10aをウェハ外形とぴったりと
一致させる場合は、オーバーハングによるより量w3は考
慮しなくてもよい。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、基板を真空吸着した時
に生じるそりやたわみ量を全面に渡って小さく押えるこ
とができる。そのため特に基板の周辺部で起りがちな平
面度の悪化が少なく、ステッパー等に組み込んだ場合
は、解像不良による歩留りの低下を少なくすることが期
待できる。また、基板上に位置合わせ用のアライメント
マークが形成され、このマークの位置を検出する際も、
このマークがウェハ全面のどこにあっても、その部分の
たわみ角が小さくなるため、マークの位置ずれ(たわみ
による横ずれ)を小さく押えることができ、その結果、
アライメント精度、重ね合わせ精度の向上も期待でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図(A)、(B)は本発明の実施例による吸着装置
(ホルダー)の構造を示す平面図と断面図、第2図
(A)、(B)は従来より考えられていた吸着装置の構
造を示す平面図と断面図、第3図(A)、(B)は従来
より考えられていた他の吸着装置の構造を示す平面図と
断面図、第4図、第5図はそれぞれウェハを吸着したと
きに生じるたわみやそりの様子を誇張して示す図であ
る。 〔主要部分の符号の説明〕 1……ウェハホルダー、 2……ウェハ受渡し用昇降機構、 1a……開口部、1b……スリーブ状孔、 1c……吸気孔、 10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g、10h、10i……環
状凸部 w……ウェハ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平坦化矯正すべき基板の外形とほぼ同じ広
    さか、あるいはそれ以下の載置面を有し、該載置面のほ
    ぼ全面には、部分的な凸部が複数形成され、該凸部の周
    辺の凹部を雰囲気圧よりも減圧することによって、前記
    基板の裏面を前記複数の凸部の上端部によって規定され
    る基準面にならわせて吸着する装置において、前記複数
    の凸部を、前記載置面のほぼ中央から所定の間隔で放射
    方向に設けるとともに、少なくとも前記載置面の外周近
    傍に位置する凸部の放射方向のピッチを、前記載置面の
    内側部に位置する凸部の放射方向のピッチよりも小さく
    したことを特徴とする基板の吸着装置。
  2. 【請求項2】前記複数の凸部のうち、前記載置面の最外
    周に位置する凸部は、前記雰囲気圧のリークを防止する
    ために、前記最外周に沿って連続したリム状に形成さ
    れ、該リム状に形成された最外周の第1凸部の内側に隣
    接した第2凸部は、該最外周の第1凸部に沿って該第1
    凸部とほぼ一定の間隔で配列されることを特徴とする請
    求項第1項記載の装置。
  3. 【請求項3】前記基板は一部に直線的な切欠き、もしく
    はノッチを有するほぼ円形の半導体ウェハであり、前記
    載置面上の第1凸部は、該半導体ウェハの中心から前記
    切欠き、もしくはノッチまでの半径よりも小さな半径の
    環状リムとして形成されることを特徴とする請求項第2
    項記載の装置。
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