JP2003224054A

JP2003224054A - 半導体露光装置

Info

Publication number: JP2003224054A
Application number: JP2002020272A
Authority: JP
Inventors: Masami Yonekawa; 雅見米川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-01-29
Filing date: 2002-01-29
Publication date: 2003-08-08

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体露光装置において、様々なプロセスを
経て、上に凸型に反ったウエハーを、静電チャックを用
いて平面矯正する場合、ウエハーの周辺部が最初に吸着
され、チャックとの摩擦力により中央部だけが局所的に
凸型に盛りあがったまま残ってしまい、平面矯正ができ
ない場合がある。本発明は、これを解決するものであ
る。【解決手段】変形したウエハーを静電チャックに吸着
させる際、前もってウエハーの半径方向に力を加え、機
械的に平面に近い状態まで強制的に変形させ、その状態
のまま静電チャックに載置し、静電吸着することによ
り、所定の平面度まで平面矯正するという機能を有す
る。強制変形手段の一例としては、ウエハー搬送ハンド
上に設け、ウエハーの外周端の複数点を機械的にクラン
プし、ウエハーの半径方向に力を加える、などの構成が
考えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置に
おいて、半導体ウエハー等の基板の固定、保持に用いる
静電チャックに関連するもので、特に反った基板を良好
に平面矯正することが可能な、平面強制手段に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来より静電チャックは、平板上の電極
の表面に、膜状の誘電体を付着させ、この誘電体の表面
に置かれたウエハーと電極との間に直流電流を流して、
両者の間に生ずる電位差により吸引力を生じさせて、ウ
エハーをチャック面に密着固定させるようになってい
る。

【０００３】良く知られているように、この誘電体の体
積固有低効率をコントロールすることにより、ウエハー
−チャック間の吸着メカニズムを選択することが可能で
ある。すなわち、体積固有低効率の高い材料を選択する
と、ウエハー−誘電体間に電流が流れないため、誘電体
が誘電分極し、それによる電位差により吸着力が発生す
る。この吸着力は、クーロン力が支配的に働く。

【０００４】一方、体積固有低効率の低い材料を選択す
ると、ウエハーと誘電体の接触部に微少なリーク電流が
流れ、電圧降下が発生する。この電圧降下により隙間部
に電位差が生じ、吸着力が発生する。この吸着力はジョ
ンソン・ラーベック力が支配的に働く。

【０００５】いずれにせよ、吸着力は、クーロン力方式
では、電極−ウエハー間距離の２乗に反比例し、ジョン
ソン・ラーベック力方式では、ウエハー−誘電体層間距
離の２乗に反比例するため、ウエハーがチャックに吸着
される際、ウエハー全面がチャックに十分近接していな
いと、必要な吸着力が得られない可能性がある。

【０００６】特に、さまざまなプロセスを経て、上に凸
型に反ったウエハーを、静電チャックを用いて平面矯正
する場合、ウエハーの周辺部が最初に吸着され、チャッ
クとの摩擦力により中央部だけが局所的に凸型に盛りあ
がったまま残ってしまい、平面矯正ができない場合があ
る。

【０００７】特に、露光装置では、他の半導体製造装置
と異なり、要求される平面度が光学系の焦点深度内とい
うように、きわめて厳しい平面度が要求されるため、静
電チャックの矯正力不足は深刻なものがある。

【０００８】従来より、この凸型に反ったウエハーを平
面矯正するために、電極の配置を工夫して吸着力に同心
円上に分布を持たせ、すなわち、中央部を強く、周辺部
を弱くなるようにしたものが特公平６−１５１３０、特
許公報２８３８８１０、等に提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、前述の従
来技術は、凸型に反ったウエハーを良好に平面矯正でき
るような構成となっている。しかし、吸着力にクーロン
力方式を採用した場合、吸着力を上げるために印可電圧
を高く（例えば１ｋＶ以上）すると、ウエハーをチャッ
クから離脱する際、残留吸着力により離脱時間が長くな
り、スループットが低下する。

【００１０】また、吸着力にジョンソン・ラーベック力
方式を採用した場合、印可電圧は低く押さえられるが、
ウエハーに微少電流が流れ、ウエハーが発熱するという
問題が生ずる。

【００１１】今後、高真空環境下で露光が行われるＥＵ
Ｖ露光装置やＥＢ露光装置で、このような熱の発生は、
雰囲気への熱拡散を期待できないため、印可電圧を低く
して極力発熱を押さえることが望ましい。

【００１２】また、ウエハーに流れる微少電流によって
発生する磁場はＥＢ露光装置の場合、露光に使用する電
子線に悪影響を及ぼし、露光パターン精度を低下させる
一因となる。

【００１３】このように、いずれの方式の静電チャック
にせよ、様々な形に反ったウエハーを平面矯正する場
合、吸着力と離脱時間及び発熱とのトレードオフになる
ため、ベストな解は存在しないというのが現状である。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、さまざまなプロセスを経て変形したウ
エハーを静電チャックに吸着させる際、前もってウエハ
ーの半径方向に力を加え、機械的に平面に近い状態まで
強制的に変形させ、その状態のまま静電チャックに載置
し、静電吸着することにより、所定の平面度まで平面矯
正するという機能を有することを特徴とする。

【００１５】強制変形手段としては、（１）基板を基板ステージ上に搬送する搬送ハンドに設
け、基板の外周端の複数点をクランプし、基板の半径方
向に力を加える事の可能な手段（２）基板を基板ステージ上に搬送する搬送ハンドに設
け、基板の裏面外周部の複数領域を静電吸着し、基板の
半径方向に力を加える事の可能な手段（３）基板ステージ上に設け、基板の外周端の複数点を
クランプし、基板の半径方向に力を加える事の可能な手
段基板ステージ上に設け、基板の裏面外周部の複数領域
を静電吸着し、基板の半径方向に力を加える事の可能な
手段（４）基板を基板ステージ上に搬送する搬送ハンドに設
け、大気圧下で基板の裏面外周部の複数領域を真空吸着
し、基板の半径方向に力を加える事の可能な手段などが考えられる。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第一の実施例）以下、本発明の
一実施例について図を用いて説明する。

【００１７】先ず、本発明の詳細について説明する前
に、本発明が適用される投影露光装置について、ＥＵＶ
露光装置を例に挙げ、その構成を図２を用いて簡単に説
明する。

【００１８】同図で、１はウエハー、２は電子回路パタ
ーンが形成されている反射型マスクで、３はその反射型
マスクを保持し、スキャン方向に粗微動させるためのマ
スクステージである。５はマスクからの反射光をウエハ
ー１に投影露光するための光学系である。６は本発明が
適用されたウエハーステージであり、ウエハーを保持し
て６軸方向に粗動、微動可能なので、そのｘｙ位置は不
図示のレーザー干渉計によって常にモニターされてい
る。

【００１９】通常、マスクステージ３とウエハーステー
ジ６のスキャン動作は、投影光学系の縮小倍率を１／β
とし、マスクステージの走査速度をＶｒ、ウエハーステ
ージの走査速度をＶｗとすると、両者の走査速度の間に
は、Ｖｒ／Ｖｗ＝βの関係が成立するように同期制御さ
れる。

【００２０】８は本発明が適用された静電チャック用搬
送ハンドであり、不図示のロードロックチャンバーとウ
エハーステージ６との間でウエハーを搬入、搬出するも
のである。

【００２１】露光は、真空下で行われるため、これらの
ユニットは装置チャンバー４の中に入っており、７はチ
ャンバー内を真空排気するための真空ポンプである。

【００２２】以上が本発明が適用される露光装置であ
る。

【００２３】次に、本発明を説明する。

【００２４】さまざまなプロセスを経て変形した後のウ
エハー断面の一例を図３の２０に示す。この状態のま
ま、静電チャックに載置した際、前述した理由により部
分的に平面矯正できない領域が残ってしまう可能性があ
る。

【００２５】そこで、本実施例では、静電チャックに吸
着させる際、前もってウエハー外周を機械的にクランプ
し、半径方向に引っ張る事により、平面に近い状態まで
強制的に変形させ（２１）、この状態のまま静電チャッ
クに載置し、最終的に静電力によって平面まで矯正す
る。

【００２６】発明者の簡単な数値計算によると、ウエハ
ーの初期形状を中心部がウエハー法線方向に５００μｍ
変形した凸型形状であるとした場合、Ｒ方向に１００Ｎ
の引っ張り力を与える事で、数十μｍのレベルまで平面
度を向上する事ができる。

【００２７】具体的に第一実施例であるウエハー引っ張
り機構を搬送ハンドに適用した例を図を用いて説明す
る。

【００２８】図１では、ウエハーが載置されたウエハー
搬送ハンドを示しており、３０はウエハー、３１は固定
枠、３３ａ，ｂ，ｃはウエハーをクランプし、半径方向
（以後、Ｒ方向）に力を加える事の出来るウエハー引っ
張り機構である。このウエハー引っ張り機構はウエハー
をＲ方向に均等に引っ張るため、１２０度毎に配置され
ている。

【００２９】また、引っ張り力を発生するアクチュエー
ターは必ずしも３箇所必要であるわけでは無く、１箇所
に加える事により、その他２箇所はクランプするだけで
その反力により、均等に割り振られる。

【００３０】しかし、本実施例では、ウエハーをステー
ジ上に搬送する際の受け渡しの便宜のため、３個所全て
にウエハー引っ張り機構を設ける事とする。

【００３１】３３ａ，ｂ，ｃのウエハー引っ張り機構の
一例を図４に示す。同図では３０はウエハー断面の外周
部を示しており、ウエハーをクランプする部分は、通常
ウエハーの最外周の通常チップにならない数ミリの部分
を用いる。

【００３２】４１は、ウエハーを支持し、クランプする
ためのベース部材である。４０はウエハーをクランプす
る板であり、一端が４２の押しネジにより押される事に
より、もう一端でウエハーをクランプする。４２の押し
ネジ機構には、小型のＤＣモータ、ステッピングモータ
等により駆動される。

【００３３】さらに、４１のベース部材は、ウエハーを
Ｒ方向に引っ張るための引きネジ４３を介して、搬送ハ
ンドの固定枠３１とつながっている。こうすることによ
り、固定枠３１を基準にして、引きネジ機構４３によ
り、ウエハーにＲ方向に力を加える事ができる。この引
きネジ機構は、小型のＤＣモータ、ステッピングモータ
等により駆動される。

【００３４】一連の動作としては、ウエハー３０がクラ
ンプベース４１に載置され、４２の押しネジ機構によ
り、ウエハーがクランプされた後、４３の引きネジ機構
でウエハーはＲ方向に力Ｆが加えられ、撓んだウエハー
を平面に近い状態まで、強制変形させる。そしてそのま
まの状態を維持して、搬送ハンドがウエハーステージの
静電チャック直上に移動する。

【００３５】そしてステージが静かに所定距離上昇し、
ウエハーと静電チャックが接触する。静電チャックの電
極とウエハー間に所定電圧がかけられ、両者間に静電気
力による吸引力が生じ、ウエハーは吸着されない領域を
残さずに、ほぼ理想的に静電チャックに吸着され、平面
矯正が可能となる。

【００３６】ウエハーが静電チャックに吸着されると、
ウエハーのクランプが外され、搬送ハンドは所定位置に
戻り、ウエハーステージはアライメント動作が開始され
る。

【００３７】なお、本実施例では、ウエハーをクランプ
し、引っ張る機構を押しネジ、引きネジ機構を用いて行
なったが、この構成以外にも様々な形態のものが考えら
れ、本発明はこれに限定されるものではない。

【００３８】また本実施例は、ウエハーをＲ方向に引っ
張る際、ウエハー表面と裏面を機械的にクランプする機
構を考えたが、これ以外にもウエハーの裏面外周部の複
数領域を静電吸着することも考えられる。

【００３９】この場合は図７のような構成になる。すな
わち、７１は、７０の支持ベース部材に組み込まれた静
電吸着パッドであり、吸着力を大きくするためパッド面
積は大きいほうが好ましい。

【００４０】動作としては、ウエハー３０が静電吸着パ
ッド７１に載置され、両者に所定電圧を印可しウエハー
を吸着させる。ウエハーを７０のベース部材に固定され
ると、４３の押しネジ機構によりウエハーのＲ方向に力
Ｆが加えられ、反ったウエハーを平面に近い状態まで、
強制変形させる。

【００４１】さらに、この７１の静電吸着パッドは、真
空吸着パッドであっても構わない。この場合は、大気圧
下で真空吸着を行う事で、７０のベース部材にウエハー
を固定し、半径方向に引っ張り、この状態のまま大気圧
下で静電チャックに吸着さる。そして、別途静電チャッ
ク用搬送ハンドを設け、ウエハーを吸着させたまま静電
チャックごと真空環境下の装置内に送り込むという手順
を取る事になる。

【００４２】このような構成をとることにより、ウエハ
ー表面への接触がなくなるため、摩擦によるコンタミネ
ーションの発生を少なくする事が可能となり、あるいは
ショットレイアウトの自由度が増えるといった効果も期
待できる。

【００４３】また、本実施例では、ウエハー引っ張り機
構を搬送ハンド上に１２０度毎に３箇所配置したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、ウエハーの反り
方、露光装置の構成などにより、様々な配置、個数が考
えられる。

【００４４】(その他の実施例)第一の実施例は、歪んだ
ウエハーを強制的に近似平面まで変形させる機構を、ウ
エハー搬送ハンドに設ける例を示したが、本実施例で
は、この機構をウエハーステージ上に構成した事を特徴
とする。

【００４５】図５を用いてこれを説明する。

【００４６】５０は、いわゆるウエハーステージ天板と
言われるもので、通常ステージの位置座標を計測するた
めの干渉計ミラーや基準マークなどが取り付けられてい
る。本実施例では、ウエハーステージ天板は十分な剛性
があるとして、第一実施例の固定枠３１と同等の機能を
果たしている。

【００４７】３０はウエハー、５１ａ，ｂ，ｃは、第一
実施例と同様に１２０度ごとに配置されたウエハー引っ
張り機構である。その機能はウエハーをクランプし、引
っ張る機能の他に、ウエハーを静電チャックに受け渡す
際の便宜のため、上下に駆動する機能も有する。

【００４８】具体的には、図７のようになる。

【００４９】３０、３１，４０〜４３は第一の実施例と
同様なので、説明は省略する。６０、６１はラック＆ピ
ニオンにより、ウエハー引っ張り機構全体を上下させる
ための機構を示す。

【００５０】一連の動作としては、まず、ウエハー３０
は、通常の用いられる一般的な搬送ハンドによって、静
電チャック真上に搬送され、本発明のクランプベース４
１に載置される。

【００５１】そして、４２の押しネジ機構により、ウエ
ハーがクランプされた後、４３の引きネジ機構でウエハ
ーはＲ方向に力Ｆが加えられ、撓んだウエハーを平面に
近い状態まで、強制変形させる。

【００５２】そしてそのままの状態を維持して、６０，
６１のラック＆ピニオンにより所定距離降下し、ウエハ
ーと静電チャックが接触する。

【００５３】そして、静電チャックの電極とウエハー間
に所定電圧をかける事により、両者間に静電気力が生
じ、ウエハーは吸着されない領域を残さずに、ほぼ理想
的に静電チャックに吸着され、平面矯正が可能となる。

【００５４】ウエハーが静電チャックに吸着されると、
ウエハーのクランプが外され、ウエハーステージは所定
の位置に戻り、アライメント動作が開始される。

【００５５】なお、本実施例では、ウエハーをクランプ
し、引っ張る機構を押しネジ、引きネジ機構を用いて行
ない、ウエハー引っ張り機構の上下動作には、ラック＆
ピニオンを用いたが、これらの構成以外にも様々な形態
のものが考えられ、これに限定されるものではない。

【００５６】また本実施例は、ウエハーをＲ方向に引っ
張る際、ウエハー表面と裏面を機械的にクランプする機
構を考えたが、これ以外にもウエハーの裏面外周部の複
数領域を静電吸着することも考えられる。

【００５７】この場合は図８のような構成になる。すな
わち、７１は、７０の支持ベース部材に組み込まれた静
電吸着パッドであり、吸着力を大きくするためパッド面
積は大きいほうが好ましい。

【００５８】動作としては、ウエハー３０が静電吸着パ
ッド７１に載置され、両者に所定電圧を印可しウエハー
を吸着させる。ウエハーが７０のベース部材に固定され
ると、４３の押しネジ機構によりウエハーのＲ方向に力
Ｆが加えられ、反ったウエハーを平面に近い状態まで、
強制変形させる。

【００５９】このような構成をとることにより、ウエハ
ー表面への接触がなくなるため、摩擦によるコンタミネ
ーションの発生を少なくする事が可能となり、あるいは
ショットレイアウトの自由度が増えるといった効果も期
待できる。

【００６０】また、本実施例では、ウエハー引っ張り機
構をウエハーステージ天板上に１２０度毎に３箇所配置
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ウエ
ハーの反り方、露光装置の構成などにより、様々な配
置、個数が考えられる。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように、本出願に関わる第
１の発明によれば、ウエハーを静電チャックに吸着させ
る際、前もってウエハーの半径方向に力を加え、平面に
近い状態まで強制的に変形させ、その状態のまま静電チ
ャックに載置し、静電吸着することにより、さまざまな
プロセスを経て変形したウエハーを、所定の平面度まで
ウエハー全領域に亘って平面矯正することが可能とな
る。

【００６２】本発明では、静電チャックの印加電圧を低
く抑える事が可能となるため、静電チャックの発熱を低
く抑え、ウエハー離脱時間を短縮する事が可能となり、
静電チャックの欠点を十分に補う事が出来る。

【００６３】本出願に関わる第２の発明によれば、ウエ
ハーの外周端を機械的にクランプする事で、ウエハーの
Ｒ方向に比較的大きな力を加える事が可能となる。

【００６４】本出願に関わる第３の発明によれば、ウエ
ハーの裏面外周部を静電吸着する事により、コンタミネ
ーションの発生を防ぎ、ウエハー表面のショットレイア
ウト自由度を増す事ができる。

【００６５】本出願に関わる第４の発明によれば、ウエ
ハー搬送ハンドの構成を簡略化する事が可能となり、か
つ、ウエハーのＲ方向に比較的大きな力を加える事が可
能となる。

【００６６】本出願に関わる第５の発明によれば、ウエ
ハー搬送ハンドの構成を簡略化する事が可能となり、か
つ、コンタミネーションの発生を防ぎ、ウエハー表面の
ショットレイアウト自由度を増す事ができる。

【００６７】本出願に関わる第６の発明によれば、ウエ
ハー吸着に真空吸着を用いるため、吸着力を大きくとる
事ができ、かつ、コンタミネーションの発生を防ぎ、ウ
エハー表面のショットレイアウト自由度を増す事ができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例のウエハー搬送ハンドに１２０度
毎に配置されたウエハー引っ張り機構の図

【図２】本発明が適用される投影露光装置の図

【図３】複雑に反ったウエハーを近似平面まで引っ張
る概念図

【図４】第一実施例の搬送ハンドに組み込まれるウエ
ハー引っ張り機構の詳細図

【図５】第二実施例のステージ天板に１２０度毎に配
置されたウエハー引っ張り機構の図

【図６】第二実施例のステージ天板に組み込まれるウ
エハー引っ張り機構の図

【図７】第一実施例のウエハー固定手段に静電吸着パ
ッド、もしくは真空吸着パッドを用いた例の図

【図８】第二実施例のウエハー固定手段に静電吸着パ
ッドを用いた例の図

【符号の説明】

３０ウエハー３１搬送ハンド固定枠３３ａ，ｂ，ｃ搬送ハンドウエハー引っ張り機構５０ステージ天板５１ａ，ｂ，ｃステージ天板ウエハー引っ張り機構４０ウエハークランプ板４１ウエハークランプベース４２押しネジ機構４３引きネジ機構６０，６１ラック＆ピニオン７１静電吸着パッド、あるいは真空吸着パッド

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原版上の回路パターン基板上に露光する
際、基板を基板ステージ上に、吸着固定することの可能
な静電チャックを有する半導体露光装置において、基板を静電チャックに吸着させる際、前以て基板の半径
方向に力を加え、平面に近い状態まで強制的に変形させ
る強制変形手段と、その基板の変形した状態を維持したまま静電チャックに
載置し、吸着固定し、平面矯正する手段とを有すること
を特徴とする半導体露光装置。
【請求項２】前記強制変形手段は、基板を基板ステー
ジ上に搬送する搬送ハンドに設け、基板の外周端の複数
点をクランプし、基板の半径方向に力を加える事の可能
な手段を設けた事を特徴とする請求項１に記載の半導体
露光装置。
【請求項３】前記強制変形手段は、基板を基板ステー
ジ上に搬送する搬送ハンドに設け、基板の裏面外周部の
複数領域を静電吸着し、基板の半径方向に力を加える事
の可能な手段を設けた事を特徴とする請求項１に記載の
半導体露光装置。
【請求項４】前記強制変形手段は、基板ステージ上に
設け、基板の外周端の複数点をクランプし、基板の半径
方向に力を加える事の可能な手段を設けた事を特徴とす
る請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項５】前記強制変形手段は、基板ステージ上に
設け、基板の裏面外周部の複数領域を静電吸着し、基板
の半径方向に力を加える事の可能な手段を設けた事を特
徴とする請求項１に記載の半導体露光装置。
【請求項６】前記強制変形手段は、基板を基板ステー
ジ上に搬送する搬送ハンドに設け、大気圧下で基板の裏
面外周部の複数領域を真空吸着し、基板の半径方向に力
を加える事の可能な手段を設けた事を特徴とする請求項
１に記載の半導体露光装置。