JP2001060617A

JP2001060617A - 基板吸着保持装置および該基板吸着保持装置を用いた露光装置ならびにデバイスの製造方法

Info

Publication number: JP2001060617A
Application number: JP11233591A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nogawa; 秀樹野川; Yukio Takabayashi; 幸夫高林; Itaru Fujita; いたる藤田; Izumi Tsukamoto; 泉塚本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-03-06
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: JP4298078B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の凸部を用いてウェハ等の基板を吸着保
持する際に生じる基板表面の変形に起因する基板の平面
度の悪化やディストーションを減少させて最適な状態で
基板を吸着保持することができ、オーバーレイ精度の向
上を図る。【解決手段】基板２の中心部を支持する中心凸部１０
の配列ピッチＬａと中心凸部の基板の吸着力Ｐａ、およ
び基板２の外周部を支持する外周凸部１３とその内側に
隣接する中心凸部１４との間の配列ピッチＬｂと外周凸
部での基板の吸着力Ｐｂは、ディストーション許容値を
ｄｘｄｙとし、基板の縦弾性係数をＥ、基板厚さをｈ、
凸部配列による補正係数をｃ、中立面補正係数をｋとし
たとき、Ｐａ・Ｌａ³ ≦３６・Ｅ・ｈ² ・ｄｘｄｙ／３^1/2・ｋ
・ｃおよび、Ｐｂ・Ｌｂ³ ≦８・Ｅ・ｈ² ・ｄｘｄｙ／ｋ・
ｃの関係式をそれぞれ満足するように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物である基
板を把持する基板吸着保持装置に関し、特に半導体製造
装置、液晶基板製造装置、磁気ヘッド製造装置、半導体
検査装置、液晶基板検査装置、磁気ヘッド検査装置、お
よびマイクロマシンの製造等に用いられる基板吸着保持
装置に関し、さらに、このような基板吸着保持装置を用
いた露光装置およびデバイス製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子製造等に用いられる縮
小投影露光装置は、素子の微細化に対応するための高Ｎ
Ａ化が進んでいる。高ＮＡ化によって解像力は向上する
ものの、有効な焦点深度は逆に減少してしまう。そこ
で、解像力は維持しかつ十分な実用深度を確保するため
に、投影光学系の像面湾曲の軽減や、ウェハの厚みムラ
やチャックの平面精度の向上などウェハフラットネス
（平面度）の改善が図られてきた。

【０００３】ウェハ表面のフラットネスを悪化させる原
因として、チャックとウェハとの間の異物挟み込みがあ
る。一旦数μｍの異物を挟み込むとその部分のウェハは
変形を受け盛り上がってしまう。有効な焦点深度が１μ
ｍ以下である場合、その部分はローカルなデフォーカス
を引き起こし、最悪な場合パターン不良を生じる。この
ような異物による歩留まりの悪化を確率的に回避するた
め、チャックとウェハとの接触率を極限まで減少させた
いわゆるピンコンタクトチャック（ピンチャック）が主
流となっている。

【０００４】しかし、ピンチャックにおいては、ウエハ
がピンとピンとの間で真空吸引力により変形してたわ
み、ウェハ表面の平面度が悪化することが知られてお
り、これを改善するための種々の提案がなされている。
例えば、特許第２５７４８１８号公報においては、チャ
ック外周部にリング状の溝を設け、それより内側の中心
部には２ｍｍ以下のピンピッチのピンを設けることによ
り、チャック外周部のウェハ平面度とチャック中心部の
ピンピッチ間のウェハ平面度を良好にする提案がなされ
ている。この提案では、ピンが格子状に配列されたピン
チャックにおいて、ピンピッチ間の平面度を両端自由支
持梁のモデルで近似できるとし、目標とする平面度から
必要なピンピッチが２ｍｍ以下になることを開示してい
る。しかしながら、両端自由支持梁で近似するというこ
とは、中心部より悪い条件である外周部の先端で支持す
る条件を使って全体のピンピッチを求めているのであっ
て、平面度として最適なピンピッチを外周部と中心部そ
れぞれで求める開示はない。したがって、中心部のピン
ピッチは必要以上に小さくなり、結果として接触率が不
必要に大きくなる問題が発生してしまう。

【０００５】この問題を改善するために、特許第２８２
１６７８号公報においては、チャック外周部のピンピッ
チよりチャック中心部のピンピッチを大きくすることに
より、接触率を小さく抑えつつ、チャック外周部と中心
部のウェハ平面度を良好にする提案がなされている。こ
の提案では、外周部のピンピッチ間の平面度を片側固定
・片側自由支持梁のモデルで、中心部のピンピッチ間の
平面度を両端固定梁のモデルで近似できるとし、外周部
と中心部のピンピッチの比を最適にできることを開示し
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の特許第
２８２１６７８号公報においては、チャック外周部と中
心部の吸着力は同じであることを前提としており、ウェ
ハ平面度として最適な吸着力をチャック外周部と中心部
それぞれで求める開示はなされていないし、ウェハ平面
度として最適なピンピッチと吸着力の関係を求める開示
もない。

【０００７】ところで、このようなウェハ平面度すなわ
ちピンピッチ間で発生するたわみによってウェハ表面の
平面度が悪化してしまう問題もさることながら、実際に
は、このピンピッチ間のたわみに起因してディストーシ
ョン（ウェハディストーション）が発生してしまうこと
の方がはるかに深刻な問題となる。例えば、後述するよ
うに、現在の主流となっているφ２００ｍｍウェハをピ
ンピッチが２ｍｍの格子配列のピンチャックに吸着した
場合、このウェハディストーションはウェハ平面度の約
１／２．６も発生する。そして、現在量産されている
０．２５μｍルールの半導体プロセスの場合、ウェハ平
面度の許容値は、焦点深度８００ｎｍの１割として８０
ｎｍであるのに対し、ウェハディストーションの許容値
は、オーバーレイ精度５０ｎｍの１割として５ｎｍであ
り、これをウェハ平面度に換算すれば、１３ｎｍとなっ
て、８０ｎｍよりはるかに小さい。すなわち、焦点深度
から要求される平面度よりも、オーバーレイ精度から要
求される平面度の方がはるかに厳しい。従来は、ウェハ
平面度を許容値内にしようとしての平面度矯正は行なっ
ていたが、ウェハディストーションとして許容値内にし
ようとする認識はなかった。そのため、ウェハディスト
ーションは許容値外となっていて、オーバーレイ精度を
悪化させ、歩留まりを低下させる原因となっていた。あ
るいは、余計なプロセスマージンを必要とし、半導体デ
バイスの微細化、高集積化を阻害する原因となってい
た。

【０００８】なお、前記の特許第２８２１６７８号公報
において、ウェハ外周部の平面度を良好にすると、ウェ
ハ外周部のアライメントマークの位置ずれが、ウェハ中
心部のアライメントマークの位置ずれと同様に小さくで
きる旨の記述がある。しかし、アライメントマークの位
置ずれについて定量的な開示は成されていない。また、
チャック中心部のピンピッチ間のたわみに起因したウェ
ハディストーションが問題になるという認識がなく、ウ
ェハディストーションとして最適なピンピッチと吸着力
の関係を求める開示もなされておらず、それらの関係を
外周部と中心部それぞれにおいて求める開示もなされて
いない。すなわち、ウェハディストーションを許容値内
にする方法は開示されていない。

【０００９】そこで、本発明は、上記の従来技術の有す
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、ウェハ
等の基板を複数の凸部を用いて吸着保持する際に生じる
基板表面の変形に起因する基板表面の平面度の悪化やデ
ィストーションを減少させて最適な状態で基板を吸着保
持することができ、オーバーレイ精度の向上を図ること
ができる基板吸着保持装置、および該基板吸着保持装置
を用いた露光装置ならびにデバイスの製造方法を提供す
ることを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の基板吸着保持装置は、基板を支持するため
の複数の凸部を備え、該凸部上に支持される基板を吸着
保持する基板吸着保持装置において、前記凸部の配列ピ
ッチＬと基板の吸着力Ｐは、ディストーション許容値を
ｄｘｄｙとし、基板の縦弾性係数をＥ、基板厚さをｈ、
凸部配列による補正係数をｃ、中立面補正係数をｋとし
たとき、

【数３】の関係を満足するように設定されていることを特徴とす
る。

【００１０】本発明の基板吸着保持装置は、基板を支持
するための複数の凸部を備え、該凸部上に支持される基
板を吸着保持する基板吸着保持装置において、前記凸部
の配列ピッチＬと基板の吸着力Ｐは、Ｐ・Ｌ³ ≦０．００４２７の関係を満足するように設定されていることを特徴とす
る。

【００１１】また、本発明の基板吸着保持装置において
は、基板厚さをｈ、基板密度をρ、基板の静止摩擦係数
をμ、基板吸着保持装置を搭載するステージの最大加速
度をＧとしたとき、前記凸部の配列ピッチＬと基板の吸
着力Ｐは、さらに、Ｇ・ｈ・ρ／μ≦Ｐ≦１０００００かつ、０．０００５≦Ｌ≦０．００５の関係を満足する
ように設定されていることを特徴とする。

【００１２】さらに、本発明の基板吸着保持装置は、基
板を支持するための複数の凸部を備え、該凸部上に支持
される基板を吸着保持する基板吸着保持装置において、
前記凸部の配列ピッチＬと基板の吸着力Ｐは、Ｐ・Ｌ³ ≦０．００４２７かつ、３３≦Ｐ≦１０００００かつ、０．０００５≦Ｌ
≦０．００５の関係を満足するように設定されているこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明の基板吸着保持装置は、基板を支持
するための複数の凸部を備え、該凸部上に支持される基
板を吸着保持する基板吸着保持装置において、前記凸部
には、基板の外周部を支持する外周凸部と基板の外周部
より内側の中心部を支持する中心凸部があり、前記中心
凸部の配列ピッチをＬａ、前記中心凸部の基板の吸着力
をＰａ、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中
心凸部との間の配列ピッチをＬｂ、前記外周凸部と該外
周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の基板の吸着力
をＰｂとするとき、それぞれの配列ピッチＬａ、Ｌｂと
吸着力Ｐａ、Ｐｂは、ディストーション許容値をｄｘｄ
ｙとし、基板の縦弾性係数をＥ、基板厚さをｈ、凸部配
列による補正係数をｃ、中立面補正係数をｋとしたと
き、

【数４】の関係を満足するようにそれぞれ設定されていることを
特徴とする。

【００１４】本発明の基板吸着保持装置は、基板を支持
するための複数の凸部を備え、該凸部上に支持される基
板を吸着保持する基板吸着保持装置において、前記凸部
には、基板の外周部を支持する外周凸部と、基板の外周
部より内側の中心部を支持する中心凸部があり、前記中
心凸部の配列ピッチをＬａ、前記中心凸部の基板の吸着
力をＰａ、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する
中心凸部との間の配列ピッチをＬｂ、前記外周凸部と該
外周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の基板の吸着
力をＰｂとするとき、それぞれの配列ピッチＬａ、Ｌｂ
と吸着力Ｐａ、Ｐｂは、Ｐａ・Ｌａ³ ≦０．００４２７および、Ｐｂ・Ｌｂ³ ≦０．００１６４の関係を満足するようにそれぞれ設定されていることを
特徴とする。

【００１５】本発明の基板吸着保持装置は、基板を支持
するための複数の凸部を備え、該凸部上に支持される基
板を吸着保持する基板吸着保持装置において、前記凸部
には、基板の外周部を支持する外周凸部と基板の外周部
より内側の中心部を支持する中心凸部があり、前記中心
凸部の配列ピッチをＬａ、前記中心凸部の基板の吸着力
をＰａ、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中
心凸部との間の配列ピッチをＬｂ、前記外周凸部と該外
周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の基板の吸着力
をＰｂとするとき、それぞれの配列ピッチＬａ、Ｌｂと
吸着力Ｐａ、Ｐｂは、Ｐａ・Ｌａ³ ≦０．００４２７かつ、３３≦Ｐａ≦１０００００かつ、０．０００５≦
Ｌａ≦０．００５および、Ｐｂ・Ｌｂ³ ≦０．００１６４かつ、３３≦Ｐｂ≦１０００００かつ、０．０００５≦
Ｌｂ≦０．００５の関係を満足するようにそれぞれ設定
されていることを特徴とする。

【００１６】また、本発明の基板吸着保持装置におい
て、前記中心凸部の配列ピッチを、前記外周凸部と該外
周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の配列ピッチよ
り大きくし、かつ、前記中心凸部の基板の吸着力を、前
記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中心凸部との
間の基板の吸着力より小さくすることができ、さらにま
た、前記中心凸部の配列ピッチを、前記外周凸部と該外
周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の配列ピッチ以
上とし、かつ、前記中心凸部の基板の吸着力を、前記外
周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の
基板の吸着力より大きくすることもできる。

【００１７】本発明の基板吸着保持装置においては、前
記凸部の先端を球面状に形成することが好ましい。

【００１８】そして、本発明の露光装置は、上述した基
板吸着保持装置および該基板吸着保持装置に吸着保持さ
れた基板に対して原版のパターンを露光転写する露光手
段を備えていることを特徴とする。

【００１９】本発明のデバイスの製造方法は、上述した
露光装置を用いて基板を露光する工程を含む製造工程に
よってデバイスを製造することを特徴とする。

【００２０】

【作用】本発明の基板吸着保持装置によれば、ウェハ等
の基板を支持するための複数の凸部の配列ピッチと基板
の吸着力を所定の関係式を満足するように設定すること
により、さらには、基板の中心部を支持する中心凸部の
配列ピッチと中心凸部での基板の吸着力、および基板の
外周部を支持する外周凸部と該外周凸部の内側に隣接す
る中心凸部との間の配列ピッチと外周凸部での基板吸着
力をそれぞれ所定の関係式を満足するように設定するこ
とにより、複数の凸部を用いて基板を吸着保持する際に
生じる基板表面の変形に起因する基板表面の平面度の悪
化やディストーションを減少させ、平面度やディストー
ションをそれぞれの許容値内に抑えることが可能とな
る。

【００２１】これにより、ウェハ等の基板を最適な状態
で吸着保持することができ、オーバーレイ精度を向上さ
せて、より微細な素子製造の工程であっても歩留まりを
大きく向上させることができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２３】図１は、本発明の基板吸着保持装置の一実
施例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は部分断面図
であり、図２は、本発明の基板吸着保持装置の他の実施
例を示す平面図である。

【００２４】図１において、１は、半導体露光装置等の
ＸＹステージ上に設置される基板吸着保持装置としての
チャックであり、ウエハ等の基板を載置する支持面は、
基板を支持するための複数のピン状の凸部１０、１３、
１４（以下、単にピンともいう。）から構成され、各凸
部の先端面は、高精度のラップ加工によって超平面に形
成されている。

【００２５】図１に図示するピン状の凸部１０は、ピン
径φ０．２ｍｍで、配列ピッチＬｍｍで格子状に並設さ
れており、チャック上面側に真空源に連通する真空吸着
用の吸引穴１１が少なくとも１個設けられている。な
お、ピン状の凸部１０の配列は、格子配列以外にも、図
２に図示するように同心円状に配列することもでき、６
０度千鳥格子配列、あるいはピンピッチがＬｍｍ以下の
ランダム配列とすることもでき、また、それらを組み合
わせた配列であってもよい。

【００２６】チャック１の外周部には、基板の外周部を
支持するための複数のピン状の（外周）凸部１３が円周
状に並設され、この外周凸部１３の僅かに内側に環状の
隔壁１２が設けられている。この環状の隔壁１２の高さ
は、凸部１３の上面から１〜２μｍ程度低く形成されて
いる。これは、１〜２μｍ程度の隙間では吸着用の真空
圧の低下は僅かであって問題とならず、その１〜２μｍ
程度の差よりも小さい径のごみが隔壁１２に付着しても
ごみが基板に接触しないので、接触率が増えずにすむよ
うにするものである。なお、図１において、１４は、最
外周の凸部１３から１ピッチ内側に円周状に配設された
凸部であり、環状の隔壁１２の内側に隣接して設けられ
ている。

【００２７】以上のように構成されたチャック１におい
ては、ウエハ等の基板２がチャックの支持面上に載置さ
れ、真空源の作動により吸引穴１１を介して真空吸引さ
れることにより、基板２は、図３および図９に示すよう
に、チャック１に凸部１０、１３、１４に支持され吸着
保持される。このとき、基板としてのウェハ２は凸部間
では真空吸着力により変形したわむことになり、ウェハ
平面度が悪化する。また、ウェハがたわむことによりウ
ェハ表面は水平方向に歪み、位置ずれを起こすことにな
り、ウェハディストーションが発生する。

【００２８】そこで、このウェハ平面度およびウェハデ
ィストーションの発生量を材料力学上のモデルから考察
する。

【００２９】図３は、チャック１の中心部においてピン
状の凸部１０が一方向に連続してピンピッチＬで並設さ
れている部分において、ウェハ２が吸着保持されている
時のたわみの様子を示す断面図である。この場合、材料
力学上のモデルとしては、図４に示すような等分布荷重
を受ける両端固定の梁のモデルが当てはまる。

【００３０】ここで、梁の幅をｂ、厚さをｈ、断面２次
モーメントをＩとすると、

【数５】となり、真空圧をＰ、単位長さあたりの荷重をｗとする
と、ｗ＝Ｐ・ｂ ……（２）となり、梁の長さをＬ、縦弾性係数をＥとすると、梁の
最大たわみ量ｖは、

【数６】となる。さらに、式（３）を式（１）および（２）で変
形すると、

【数７】となる。すなわち、梁の最大たわみ量ｖは、幅ｂによら
ずに、真空圧Ｐ、梁の長さＬ、縦弾性係数Ｅ、厚さｈに
よって決まることを意味する。そして、この最大たわみ
量ｖがウェハ平面度に相当する。

【００３１】次に、この梁の長さ方向の座標をｘ、曲げ
モーメントをＭとすると、

【数８】となる。図５には、このｘと曲げモーメントＭの関係
（１５）および梁のたわみ曲線（１６）を示す。この図
５からもわかるように、曲げモーメントＭは、ｘの範囲
ａと範囲ｃでは負で、範囲ｂでは正となっている。ま
た、Ｍが０となる２ヵ所の位置ｘ１とｘ２において梁の
たわみ曲線の傾斜角が最大となり、この最大傾斜角をα
とすると、

【数９】となる。さらに、式（１）および（２）で変形すると、

【数１０】となる。

【００３２】そして、実際には、ウェハは厚さｈをもっ
ているから、それを誇張して表わすと図６となる。図６
において、厚さｈの中ほどを通る一点鎖線（１７）は、
どのｘの位置においても伸縮しない面である中立面を示
す。この中立面よりウェハ表面側においては、曲げモー
メントＭによって、ｘの範囲ａと範囲ｃでは引張りによ
るｘ方向の伸びが発生し、範囲ｂでは圧縮によるｘ方向
の縮みが発生する。逆に、中立面よりウェハ裏面側にお
いては、ｘの範囲ａと範囲ｃでは圧縮による縮み発生
し、範囲ｂでは引張りによるｘ方向の伸びが発生する。
そして、このｘ方向の伸び量あるいは縮み量は、中立面
からの距離に比例し、さらに中立面の傾斜角に比例す
る。すなわち、吸着によるウェハ表面のｘ方向の伸縮に
よって発生する位置ずれは、傾斜角が０である位置ｘ
３、ｘ５、ｘ７では０となり、傾斜角が最大となる位置
ｘ４、ｘ６で最大となる。中立面からウェハ表面までの
距離は、単結晶Ｓｉウェハの場合、ほぼｈ／２と考えら
れるが、例えば、ウェハやウェハ相当の基板の材質、均
一性、表面あるいは裏面に施されたプロセス、チャック
との吸着状態などにより、ｈ／２と異なる場合が考えら
れるので、中立面補正係数をｋとして、ｋ・ｈ／２と
し、最大位置ずれ量をｕとすると、

【数１１】となる。さらに、式（７）で変形すると、

【数１２】となる。すなわち、ウェハ表面の最大位置ずれ量ｕは、
幅ｂによらずに、中立面補正係数ｋ、真空圧Ｐ、梁の長
さＬ、縦弾性係数Ｅ、厚さｈによって決まることを意味
する。そして、この状態で露光されることとなるので、
ウェハに露光された像は、ウェハがたわんでいない状態
を基準に考えると、この位置ずれ分、ウェハに対し相対
的に歪んだ像となってしまう。したがって、この最大位
置ずれ量ｕが、ウェハディストーションに相当する。

【００３３】以上の説明においては、ピン状の凸部１０
が一方向に連続的にピンピッチＬで並んでいる部分にお
いて、一次元の梁のモデルで考察したが、実際のピン配
列は二次元配列であり、格子配列、円周状配列、６０度
千鳥格子配列、ランダム配列等によって、上記の最大た
わみ量ｖと最大位置ずれ量ｕの値は変わってしまう。そ
こで、実際にフラットなウェハを吸着したときのウェハ
平面度をＶ１、ウェハディストーションをＵ１、ピン配
列による補正係数をｃ１、ｃ２とすると、

【数１３】

【数１４】となる。

【００３４】そして、格子配列の場合、図７のように、
最大たわみは、４本のピン１９〜２３の中心１８の位置
となるから、ピン１９と２０で支持した梁２３を想定
し、長さＬとして求めた場合より大きくなるし、４本の
ピンの内、対角の凸部１９と２１で支持した梁２４を想
定し、長さをＬ・２^1/2として求めた場合よりは小さく
なると考えられる。したがって、補正係数ｃ１は、１か
ら４（＝（２^1/2）⁴ ）、ｃ２の値は１から２．８（＝
（２^1/2）³ ）になると考えられる。但し、対角のピン
１９と２１で支持した梁２４と対角のピン２０と２２で
支持した梁２５は、独立に同量たわむと考えられるの
で、梁の長さをＬ・２^1/2として求めた場合に近い値に
なると考えられる。

【００３５】また、６０度千鳥格子配列の場合、図８に
示すように、最大たわみは、３本のピンの中心２６の位
置となるから、ピン２７と２８で支持した梁３１を想定
し、長さＬとして求めた場合より大きくなるし、３本の
ピンの中心２６を通りピン２７と２８で支持した梁３
２、３３を想定し、梁の長さをＬ・２／３^1/2として求
めた場合より小さくなる。したがって、補正係数ｃ１の
値は、１から１．８（＝（２／３^1/2）⁴ ）、ｃ２の値
は１から１．５（＝（２／３^1/2）³ ）になると考えら
れる。

【００３６】また、円周状配置あるいはランダムピン配
置の場合においては、格子配列あるいは６０度千鳥配列
の変形配列と捉えることができ、その変形の度合いによ
って補正係数の値が変わってくる。しかし、僅かな変形
であれば、格子配列あるいは６０度千鳥格子配列とほぼ
同じとみなすことができ、補正係数もほぼ同じ値とな
る。

【００３７】なお、実際には各種のピン配列毎に、補正
係数ｃ１、ｃ２は、ＦＥＭで計算すればより正確な値が
得られるし、補正係数ｃ１あるいはｋ・ｃ２は、実験で
実際に評価すればより正確な値が得られる。

【００３８】以上のように、実際にフラットなウェハを
吸着したときのウェハ平面度Ｖ１、ウェハディストーシ
ョンＵ１は、式（１０）、（１１）で表わされるので、
チャックとして許容されるウェハ平面度許容値をｄｚ、
ウェハディストーション許容値をｄｘｄｙとすれば、

【数１５】

【数１６】にすればよい。ここで、吸着されるウェハ（基板）が決
まれば、縦弾性係数Ｅ、厚さｈ、中立面補正係数ｋは決
まり、ピン（凸部）配列を決めれば、ピン（凸部）配列
による補正係数ｃ１、ｃ２は決まるので、真空圧Ｐとピ
ンピッチＬを式（１２）、（１３）の条件を満足する組
み合わせで選択すればよいことになる。

【００３９】すなわち、式（１２）、（１３）を変形す
ると、

【数１７】

【数１８】となり、この条件式（１４）、（１５）をともに満足す
る真空圧ＰとピンピッチＬのチャックにすれば、ウェハ
平面度とウェハディストーションを許容値ｄｚ、ｄｘｄ
ｙ以下に収めることができる。

【００４０】ところで、この２つの条件は、ピンピッチ
Ｌがある値以下であれば、条件式（１５）さえ満足すれ
ば、条件式（１４）も満足する。そのＬの値は、条件式
（１４）の右辺より条件式（１５）の右辺が小さいとい
う条件で求められ、

【数１９】となる。すなわち、ピンピッチＬが式（１６）を満足す
る範囲においては、条件式（１５）を満足する真空圧Ｐ
とピンピッチＬのチャックにすればよいことになる。

【００４１】そこで、例えば代表的なφ２００ｍｍＳｉ
ウェハを格子配列のピンチャックを用いて吸着保持する
場合を考えると、縦弾性係数Ｅ＝１．６９×１０¹¹Ｎ／
ｍ、厚さｈ＝０．７２５ｍｍであり、中立面補正係数ｋ
＝１、補正係数ｃ１＝４、ｃ２＝２．８とする。また、
現在量産されている０．２５μｍルールの半導体プロセ
スの場合、ウェハ平面度許容値ｄｚは、焦点深度８００
ｎｍの１割として８０ｎｍとなり、ウェハディストーシ
ョン許容値ｄｘｄｙは、オーバーレイ精度５０ｎｍの１
割として５ｎｍとなる。すると、Ｐの単位をＮ／ｍ² 、
Ｌの単位をｍとして、式（１５）、（１６）は、Ｐ≦０．００３３／Ｌ³ ……（１７）Ｌ≦０．０１２５ ……（１８）となる。よって、ピンピッチＬが１２．５ｍｍ以下にお
いては、条件式（１７）を満足する真空圧Ｐとピンピッ
チＬにすればよいことになる。そして、後述するよう
に、ピンピッチＬは通常５ｍｍ以下であるので、これに
当てはまる。

【００４２】因みに、このように通常のピンピッチにお
いて、条件式（１５）さえ満足すれば、条件式（１４）
も満足するということは、ウェハ平面度よりもウェハデ
ィストーションを許容値以下にするほうが、厳しい条件
になっているといことを意味する。それを明確にするた
め、式（１０）、（１１）から、ウェハを吸着した時に
発生するウェハ平面度Ｖ１とウェハディストーションＵ
１の比を求めると、

【数２０】となり、ここに前記と同様の代表的な諸係数を代入する
と、

【数２１】となる。

【００４３】これは、例えばピンピッチＬが２ｍｍだ
と、Ｕ１はＶ１の１／２．６発生することを意味する。
つまり、ウェハディストーションの許容値が５ｎｍであ
れば、そのときのウェハ平面度は１３ｎｍしか許容され
ないことを意味する。これは、焦点深度から決まるウェ
ハ平面度許容値の８０ｎｍに比べてはるかに厳しい値と
なっている。そして、ピンピッチＬが大きければ、ウェ
ハ平面度に対するウェハディストーションの発生量の割
合は小さくなり、ピンピッチＬを１２．５ｍｍにしてよ
うやくウェハ平面度の許容値に対するウェハディストー
ションの許容値の割合と同じになることを意味する。

【００４４】次に、ウェハ中心部において、具体的に取
り得る真空圧ＰとピンピッチＬの範囲を図１５を用いて
説明する。図１５は、ピンピッチＬを横軸に、真空圧Ｐ
を縦軸にして示す図表であり、条件式（１７）を満足す
る真空圧ＰとピンピッチＬの範囲は、実線４２から左下
側の領域となる。

【００４５】なお、条件式（１７）は、φ２００ｍｍＳ
ｉウェハで厚さｈ＝０．７２５ｍｍとして求めたが、φ
１２５ｍｍＳｉウェハの場合、厚さｈ＝０．７２５ｍｍ
であるので、その場合には、Ｐ≦０．００２４５／Ｌ³ ……（２１）となり、図１５においては、実線４３から左下側の領域
となる。

【００４６】また、φ３００ｍｍＳｉウェハの場合だ
と、厚さｈ＝０．７７５ｍｍであるが、さらに将来はφ
４００ｍｍＳｉウェハ等、さらなる大口径化が進み、厚
さｈ＝０．８２５ｍｍ程度になることが予測される。そ
こで、厚さｈ＝０．８２５ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．００４２７／Ｌ³ ……（２２）となり、図１５においては、実線４１から左下側の領域
となる。

【００４７】また、今後、半導体デバイスのさらなる微
細化が進み、半導体プロセスが、０．１８μｍ、０．１
３μｍ、さらには０．１μｍルールとなっていくに従
い、オーバーレイ精度のさらなる向上は必須であり、そ
れによって、ウェハディストーションの許容値ｄｘｄｙ
も、５ｎｍから２．５ｎｍ、さらには１ｎｍと厳しくな
っていくと考えられる。

【００４８】そこで、ウェハディストーションの許容値
ｄｘｄｙ＝２．５ｎｍ、厚さｈ＝０．８２５ｍｍの場合
で求めると、Ｐ≦０．００２１３／Ｌ³ ……（２３）となり、図１５においては、破線４４から左下側の領域
となる。

【００４９】同様に、ウェハディストーションの許容値
ｄｘｄｙ＝２．５ｎｍ、厚さｈ＝０．７２５ｍｍの場合
で求めると、Ｐ≦０．００１６５／Ｌ³ ……（２４）となり、図１５においては、破線４５から左下側の領域
となる。

【００５０】同様に、ウェハディストーションの許容値
ｄｘｄｙ＝２．５ｎｍ、厚さｈ＝０．６２５ｍｍの場合
で求めると、Ｐ≦０．００１２３／Ｌ³ ……（２５）となり、図１５においては、破線４６から左下側の領域
となる。

【００５１】また、ウェハディストーションの許容値ｄ
ｘｄｙ＝１ｎｍ、厚さｈ＝０．８２５ｍｍの場合で求め
ると、Ｐ≦０．０００８５／Ｌ³ ……（２６）となり、図１５においては、二点鎖線４７から左下側の
領域となる。

【００５２】同様に、ｄｘｄｙ＝１ｎｍ、厚さｈ＝０．
７２５ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．０００６６／Ｌ³ ……（２７）となり、図１５においては、二点鎖線４８から左下側の
領域となる。

【００５３】同様に、ｄｘｄｙ＝１ｎｍ、厚さｈ＝０．
６２５ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．０００４９／Ｌ³ ……（２８）となり、図１５においては、二点鎖線４９から左下側の
領域となる。

【００５４】以上のように、ウェハ中心部において、具
体的に取り得る真空圧ＰとピンピッチＬの範囲を、いく
つかのウェハ厚さｈとウェハディストーションの許容値
ｄｘｄｙの条件で、条件式（１５）から求めた。ところ
で、これら全てにおいて、式（１６）から求まるピンピ
ッチＬの範囲が、後述する通常のピンピッチ５ｍｍ以下
を満足しているので、条件式（１４）も満足している。
それは、式（１６）の右辺が最小になる場合、すなわち
最小のｈ＝０．６２５ｍｍと最大のｄｘｄｙ＝５ｎｍの
場合においてさえも、Ｌ≦０．０１１となり、後述する
通常のピンピッチ５ｍｍ以下を満足しているからであ
る。したがって、ウェハ中心部において、以上の範囲か
ら選択した真空圧ＰとピンピッチＬのチャックにするこ
とにより、所望のウェハ平面度の許容値ｄｚとウェハデ
ィストーションの許容値ｄｘｄｙを満足することができ
る。

【００５５】ところで、チャックの真空圧Ｐの通常取り
得る範囲は、チャックの別の条件で以下のようになる。
先ず、取り得る最小の真空圧Ｐは、チャックを保持する
ＸＹステージが最大加速度で移動してもウェハを保持で
きる条件で求まる。すなわち、ＸＹステージの最大加速
度をＧ、静止摩擦係数をμ、ウェハ面積を（ｓ）、ウェ
ハ密度をρとすると、Ｐ・（ｓ）・μ≧Ｇ・（ｓ）・ｈ・ρ ……（２９）すなわち、Ｐ≧Ｇ・ｈ・ρ／μ ……（３０）となる。ここで、例えば、ＸＹステージの最大加速度Ｇ
＝０．２×９．８＝１．９６ｍ／ｓ² 、静止摩擦係数μ
＝０．１、厚さｈ＝０．６２５ｍｍ、ウェハ密度ρ＝２
３３０ｋｇ／ｍ³ とすると、Ｐ≧３３ ……（３１）となり、図１５においては、実線５０から上側の領域と
なる。

【００５６】次に、取り得る最大の真空圧Ｐは、大気圧
１００ｋＮ／ｍ² とすると、Ｐ≦１０００００ ……（３２）となり、図１５においては、実線５１から下側の領域と
なる。

【００５７】一方、チャックのピンピッチＬの通常取り
得る範囲は、チャックの別の条件で以下のようになる。
取り得る最小のピンピッチＬは、チャックとウェハとの
接触率によって求まる。そこで、最初にピンピッチと接
触率の関係を説明する。先ず、単位面積当たりのピンの
本数をｎとすると、図７の格子配列の場合、４本のピン
１９〜２２の各中心で囲む面積にピンが１本相当あるの
で、ｎ＝１／Ｌ² ……（３３）となる。また、図８の６０度千鳥格子配列の場合も、４
本のピン２７〜３０の各中心で囲む面積にピンが１本相
当あるので、ｎ＝（２／３^1/2）／Ｌ² ……（３４）となる。さらに、ピンの先端面の面積をｓ、ウェハとピ
ンとの接触率をＮとすると、Ｎ＝ｓ・ｎであるので、格子配列の場合：Ｎ＝ｓ／Ｌ² ……（３５）６０度千鳥格子配列の場合：Ｎ＝（２／３^1/2）・ｓ／Ｌ² ……（３６）となる。したがって、ウェハとピンとの接触率Ｎは、ピ
ンの先端面の面積ｓ、ピンピッチＬによって決まる。実
際の接触率Ｎは、これまでの半導体プロセスの経験で
は、ピンピッチＬを２ｍｍ程度、ピンの先端面をφ０．
２ｍｍすなわちピンの先端面の面積ｓ＝π・（０．１）
² ＝０．０３１４ｍｍ² 程度にすることにより、０．０
０８程度である。したがって、ピンの先端面を例えばφ
０．０５ｍｍ程度に加工することにより、同程度の接触
率のまま、ピンピッチＬを０．５ｍｍまで小さくでき
る。したがって、Ｌ≧０．０００５ ……（３７）となり、図１５においては、実線５２から右側の領域と
なる。

【００５８】次に、取り得る最大のピンピッチＬの値
は、ウェハのローカルな反りの周期によって決まる。実
際、ウェハは、ウェハ全体のわたるグローバルな反りか
ら、細かい周期のうねりのようなローカルな反りまで、
さまざまな周期の反りを持っている。ウェハチャック
は、これらの反りを平面に矯正することが重要な機能で
あるが、ピンチャックの場合、ピンピッチ以下の周期の
反りは、原理的に矯正できない。つまり、少なくとも、
ウェハディストーションとして問題となる１３ｎｍ程度
の振幅の反りの最低周期より小さいピンピッチとする必
要があり、確実に矯正の効果を上げるには、最低周期の
半分以下のピンピッチとする必要がある。現状のウェハ
の反りの周期は、測定精度の問題や厚さムラとの分離が
難しいため明確には分かっていないが、今後ウェハ自体
の反りも改善されていくことを考慮しても、最大１０ｍ
ｍ程度の周期の反りは存在してしまうと考えられる。し
たがって、ピンピッチは５ｍｍ以下にする必要があり、Ｌ≦０．００５ ……（３８）となり、図１５においては、実線５３から左側の領域と
なる。

【００５９】以上から、ウェハ中心部における、具体的
な真空圧ＰとピンピッチＬの範囲は、式（２２）、（３
１）、（３２）、（３７）、（３８）から、Ｐ≦０．００４２７／Ｌ³ かつ、３３≦Ｐ≦１０００００かつ、０．０００５≦Ｌ≦０．００５ ……（３９）となり、図１５においては、実線４１、実線５１、実線
５２、実線５０および実線５３で囲まれた範囲となる。

【００６０】以上においては、ピン状凸部１０が一方向
に連続してピンピッチＬでならんでいる部分、すなわ
ち、チャックの外周部より内側の中心部について説明し
たが、次に、チャックの外周部について説明する。図９
は、チャックの外周部において、ウェハ２が吸着保持さ
れている時のたわみの様子を示す断面図であり、この図
において、隔壁１２は最外周の凸部１３の僅かに内側に
設けられており、隔壁１２の高さは、凸部１３の上面か
ら１〜２μｍ程度低く形成されている。これは、１〜２
μｍ程度の隙間では吸着用の真空圧の低下は僅かであっ
て問題とならず、その１〜２μｍ程度の差よりも小さい
径のごみが隔壁１２に付着してもごみが基板に接触しな
いので、接触率が増えずにすむようにするものである。

【００６１】チャックの外周部におけるウェハのたわみ
の状態の材料力学上のモデルは、図１０に図示するよう
な等分布荷重を受ける片側固定・片側自由の梁のモデル
が当てはまる。ただし、図９のように、最外周のピン１
３は、ウェハ２をピン１３の中心ではなく角部で支持す
ることになるので、この場合のピンピッチＬはピン１３
の内側の角部から１ピッチ内側にあるピン１４の中心ま
での距離となる。

【００６２】この梁の最大たわみ量をｖとすると、

【数２２】となり、さらに式（１）、（２）で変形すると、

【数２３】となる。

【００６３】また、最外周のピン１３の支持位置におい
て梁のたわみ曲線の傾斜角が最大となり、この最大傾斜
角をαとすると、

【数２４】となる。さらに、式（１）および（２）で変形すると、

【００６４】

【数２５】となる。よって、最大位置ずれ量ｕは、式（８）から、

【数２６】となる。

【００６５】したがって、実際にフラットなウェハを吸
着した時のウェハ平面度をＶ２、ウェハディストーショ
ンをＵ２、ウェハ中心部と同様にピン配列による補正係
数をｃ１、ｃ２とすると、

【数２７】

【数２８】となる。

【００６６】このように、ウェハ外周部においても、実
際にフラットなウェハを吸着した時のウェハ平面度Ｖ
２、ウェハディストーションＵ２は、式（４５）、（４
６）で表されるので、チャックとして許容されるウェハ
平面度許容値をｄｚ、ウェハディストーション許容値を
ｄｘｄｙとすれば、

【数２９】

【数３０】になればよい。さらに、式（４７）、（４８）を変形す
ると、

【数３１】

【数３２】となり、この条件式（４９）、（５０）をともに満足す
る真空圧ＰとピンピッチＬのチャックにすれば、ウェハ
平面度とウェハディストーションを許容値ｄｚ、ｄｘｄ
ｙ以下に収めることができる。

【００６７】また、この２つの条件は、ピンピッチＬが
ある値以下であれば、条件式（５０）さえ満足すれば、
条件式（４９）も満足する。そのＬの値は、条件式（４
９）の右辺より条件式（５０）の右辺が小さいという条
件で求められ、

【数３３】となる。すなわち、ピンピッチＬが式（５１）を満足す
る範囲においては、条件式（５０）を満足する真空圧Ｐ
とピンピッチＬのチャックにすればよいことになる。

【００６８】そこで、前述したウェハ中心部と同様に、
代表的なφ２００ｍｍＳｉウェハを格子配列のピンチャ
ックを用いて吸着保持する場合を考えると、縦弾性係数
Ｅ＝１．６９×１０¹¹Ｎ／ｍ、厚さｈ＝０．７２５ｍｍ
であり、中立面補正係数ｋ＝１、補正係数ｃ１＝４、ｃ
２＝２．８とし、０．２５μｍルールの半導体プロセス
として、ウェハ平面度許容値ｄｚ＝８０ｎｍ、ウェハデ
ィストーション許容値ｄｘｄｙ＝５ｎｍとすると、Ｐの
単位をＮ／ｍ² 、Ｌの単位をｍとして、式（５０）は、Ｐ≦０．００１２７／Ｌ³ ……（５２）となる。

【００６９】図１６は、ウェハ外周部において、具体的
に取り得る真空圧ＰとピンピッチＬの範囲を表わすため
の図表であり、横軸はピンピッチＬ、縦軸は真空圧Ｐを
示す。この図１６において、条件式（５２）を満足する
真空圧ＰとピンピッチＬの範囲は、実線６２から左下側
の領域となる。

【００７０】なお、厚さｈ＝０．６２５ｍｍの場合で求
めると、Ｐ≦０．０００９４／Ｌ³ ……（５３）となり、図１６においては、実線６３から左下側の領域
となる。

【００７１】同様に、厚さｈ＝０．８２５ｍｍの場合で
求めると、Ｐ≦０．００１６４／Ｌ³ ……（５４）となり、図１６においては、実線６１から左下側の領域
となる。

【００７２】また、ウェハディストーションの許容値ｄ
ｘｄｙ＝２．５ｎｍ、厚さｈ＝０．８２５ｍｍの場合で
求めると、Ｐ≦０．０００８２／Ｌ³ ……（５５）となり、図１６においては、破線６４から左下側の領域
となる。

【００７３】同様に、ｄｘｄｙ＝２．５ｎｍ、ｈ＝０．
７２５ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．０００６３／Ｌ³ ……（５６）となり、図１６においては、破線６５から左下側の領域
となる。

【００７４】同様に、ｄｘｄｙ＝２．５ｎｍ、ｈ＝０．
６２５ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．０００４７／Ｌ³ ……（５７）となり、図１６においては、破線６６から左下側の領域
となる。

【００７５】また、ｄｘｄｙ＝１ｎｍ、ｈ＝０．８２５
ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．０００３３／Ｌ³ ……（５８）となり、図１６においては、二点鎖線６７から左下側の
領域となる。

【００７６】同様に、ｄｘｄｙ＝１ｎｍ、ｈ＝０．７２
５ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．０００２５／Ｌ³ ……（５９）となり、図１６においては、二点鎖線６８から左下側の
領域となる。

【００７７】同様に、ｄｘｄｙ＝１ｎｍ、ｈ＝０．６２
５ｍｍの場合で求めると、Ｐ≦０．０００１９／Ｌ³ ……（６０）となり、図１６においては、二点鎖線６９から左下側の
領域となる。

【００７８】以上のように、ウェハ外周部において、具
体的に取り得る真空圧ＰとピンピッチＬの範囲を、いく
つかのウェハ厚さｈとウェハディストーションの許容値
ｄｘｄｙの条件で、条件式（５０）から求めた。ところ
で、これら全てにおいて、式（５１）から求まるピンピ
ッチＬの範囲が、前述した通常のピンピッチ５ｍｍ以下
を満足しているので、条件式（４９）も満足している。
それは、式（５１）の右辺が最小になる場合、すなわち
最小のｈ＝０．６２５ｍｍと最大のｄｘｄｙ＝５ｎｍの
場合においてさえも、Ｌ≦０．０１３となり、前述した
通常のピンピッチ５ｍｍ以下を満足しているからであ
る。したがって、ウェハ外周部においても、以上の範囲
から選択した真空圧ＰとピンピッチＬのチャックにする
ことにより、所望のウェハ平面度の許容値ｄｚ、ウェハ
ディストーションの許容値ｄｘｄｙを満足することがで
きる。

【００７９】因みに、このような通常のピンピッチにお
いて条件式（５０）さえ満足すれば、条件式（４９）も
満足するということは、ウエハ外周部においても、ウェ
ハ中心部と同様に、ウェハ平面度よりもウェハディスト
ーションを許容値以下にするほうが、厳しい条件になっ
ているということを意味する。

【００８０】ところで、チャックの真空圧Ｐの通常取り
得る範囲は、ウェハ中心部と同様に、式（３１）、（３
２）となり、図１６において実線７０から上の領域と実
線７１から下の領域となる。

【００８１】一方、チャックのピンピッチＬの通常取り
得る範囲は、ウェハ中心部と同様に、式（３７）、（３
８）となり、図１６において実線７２から右側の領域と
実線７３から左側の領域となる。

【００８２】以上から、ウエハ外周部における、具体的
な真空圧ＰとピンピッチＬの範囲は、式（５４）、（３
１）、（３２）、（３７）、（３８）から、Ｐ≦０．００１６４／Ｌ³ かつ、３３≦Ｐ≦１０００００かつ、０．０００５≦Ｌ≦０．００５ ……（６１）となり、図１６においては、実線６１、実線７１、実線
７２、実線７０および実線７３で囲まれた範囲となる。

【００８３】以上から、ウェハ中心部とウェハ外周部
は、ウェハを支持する形態が異なることから、それぞれ
上述の範囲から選択した真空圧ＰとピンピッチＬのチャ
ックにすることにより、所望のウェハ平面度の許容値ｄ
ｚ、ウェハディストーションの許容値ｄｘｄｙをウェハ
全面にわたって満足することができる。

【００８４】したがって、真空圧Ｐあるいはピンピッチ
Ｌは、上述の範囲内において、それぞれウェハ中心部と
ウェハ外周部で共通に設定してもよいし、独立に設定す
ることもできる。なお、真空圧Ｐをそれぞれ独立して設
定する場合には、最外周部の隔壁１２以外に、最外周の
ピン１３から１ピッチ内側に円周状に配列されているピ
ン１４をすべてつなげる連続した内側の隔壁を設けて、
ウェハ中心部とウェハ外周部それぞれに吸引用の開口穴
を設け、独立の真空圧を供給しうるように構成すればよ
い。また、内側の隔壁として、図１１に図示するよう
に、ピン１４から僅かにずらしてリング状に内側の隔壁
３４を設けてもよく、それにより内側の隔壁３４の段差
加工を容易にできる。なお、内側の隔壁の高さはピン１
４も上面より１〜２μｍ程度低く設けることが望まし
い。これは、ウェハがたわんでも接触しないし、その隙
間以下の径のごみが付着しても、ごみがウェハに接触し
ないので、接触率が増えずにすむからである。

【００８５】また、内側の隔壁の高さをピン１４の上面
より適度に低く設定して、ウェハ中心部だけに真空圧を
供給すると、ウェハ中心部よりウェハ外周部の真空圧を
低くすることができるし、あるいは、ウェハ中心部に大
気につながる開口穴を設け、ウェハ外周部だけに真空圧
を供給すると、ウェハ外周部の真空圧をウェハ中心部よ
り高くすることができ、この場合には真空供給系統を一
つですませることが可能となる。

【００８６】なお、最外周部の隔壁１２は、図９や図１
１に図示するように、ピン１３から僅かに内側にずらし
て設けたが、ピン１３の外側に設けてもよく、あるい
は、ピン１３をすべてつなげる連続した隔壁を設け、チ
ャック外周部を囲うように設けてもよい。また、接触率
は高くなるが、ピン１３を代えてピン１３の上面と同じ
高さの最外周部の隔壁を設けてもよい。

【００８７】以上のように、真空圧Ｐをウェハ中心部と
ウェハ外周部で独立に設定できるようにすると、例え
ば、ウェハ中心部の真空圧は、ＸＹステージが最大加速
度で移動してもウェハを保持できる条件で設定し、ウェ
ハ外周部の真空圧は、ウェハ全体にわたる大きな反りが
あるウェハでも吸着できる条件で設定することができ
る。より具体的には、ウェハ外周部の真空圧をウェハ中
心部より高くし、ピンピッチを狭くすることにより、ウ
ェハの反りの有無にかかわらずウェハ外周部でのウェハ
の吸着が確実になり、外周部での平面矯正およびウェハ
ディストーション矯正が良好に行なうことができ、ウェ
ハ中心部は真空圧をウェハ保持のための最低限に抑える
ことによりピンピッチを大きくでき、接触率を下げるこ
とが可能となる。

【００８８】また、例えば、ウェハ中心部と外周部のピ
ンピッチは同じでも、ウェハ中心部より外周部の真空圧
を適度に低くすることにより、ウェハ中心部と外周部の
ウェハディストーションを同量にできるので、外周部の
接触率を上げずに済むことができる。

【００８９】また、例えば、ウェハ中心部より外周部の
真空圧を適度に低くし、ピンピッチを適度に狭くするこ
とにより、ウェハ中心部と外周部のウェハディストーシ
ョンを同量にできるだけでなく、それらの分布形状がほ
ぼ一致する領域をより広くすることができる。それを、
図１７で説明する。図１７の（ａ）は、ピンピッチ間の
ウェハのたわみ曲線を表しており、縦軸はたわみ量ｖで
ある。（ｂ）は、ピンピッチ間のウェハディストーショ
ンの分布形状を表しており、縦軸はウェハディストーシ
ョンｕである。（ａ）、（ｂ）共に、横軸はピンピッチ
間のウェハ位置ｘで、右方向がウェハ外周側である。図
１７の（ａ）において、８０はウェハ中心部でのたわみ
曲線であり、８１はウェハ中心部より真空圧を適度に低
くしピンピッチを適度に狭くした場合のウェハ外周部で
のたわみ曲線である。なお、８２は従来例で、真空圧は
同じままでウェハ中心部よりピンピッチを適度に狭くし
た場合のウェハ外周部でのたわみ曲線である。また、
（ｂ）において、８３はたわみ曲線８０の場合の、８４
はたわみ曲線８１の場合の、８５はたわみ曲線８２の場
合のウェハディストーションの分布形状である。

【００９０】これらから、ウェハディストーションの分
布形状は、従来例の８２と８５ではｘの範囲ａの狭い領
域でしかほぼ一致しないのに対し、本実施例の８３と８
４では、範囲ａの２倍近い範囲ｂでほぼ一致するので、
一致する領域をより広くできることがわかる。なお、範
囲ｂより外周側には一致できない領域が残るが、ウェハ
の最外周には少なくとも１ｍｍ程度の半導体デバイスを
設けないインバリッドエリアがあるので、ピンピッチが
２ｍｍ程度以下である場合には問題にならない。このよ
うに、ウェハ中心部と外周部で発生するウェハディスト
ーションの分布形状をほぼ同じにすることができると、
例えば、ピン配置が露光されるショット毎に一致してい
るチャックを用いることにより、どのショットにおいて
もウェハディストーションの分布形状をほぼ同じにする
ことができる。すると、結像レンズやレチクルを駆動さ
せたりたわませたりすることにより、あるいはレチクル
パターンの位置を予め補正しておくことにより、露光さ
れる像をウェハディストーションの分布形状に合わせて
補正することができ、ウェハ外周部を含む広い範囲にわ
たりオーバーレイ精度のさらなる高精度化が図れること
になる。

【００９１】なお、ウェハ中心部と外周部の真空圧は、
大気圧変動等の影響を受けず所望の設定値で一定になる
よう、例えば精密レギュレーターにより一定の真空圧を
供給したり、それぞれの真空圧を検知してそれぞれ一定
値に制御することが一般に望ましいが、特にこの場合
は、ウェハディストーションの分布形状の再現性を良く
できるのでより望ましい。

【００９２】なお、図１７は、材料力学上のモデルによ
る以下の数式に基づいたものである。まず、ウェハ中心
部出のたわみ曲線８０は、

【数３４】で表せられ、ウェハ外周部でのたわみ曲線８１、８２
は、

【数３５】で表せられる。ここで、８１の場合は、Ｑ＝０．８５・
Ｐ、Ｒ＝０．８７・Ｌとし、８２の場合は、Ｑ＝Ｐ、Ｒ
＝０．８３・Ｌとした。

【００９３】また、たわみ曲線８０の場合のウェハディ
ストーションの分布形状８３は、

【数３６】で表せられ、たわみ曲線８１、８２の場合のウェハディ
ストーションの分布形状８４、８５は、

【数３７】で表せられる。ここで、８４の場合は、Ｑ＝０．８５・
Ｐ、Ｒ＝０．８７・Ｌとし、８５の場合は、Ｑ＝Ｐ、Ｒ
＝０．８３・Ｌとした。

【００９４】また、例えば、ウェハ製造時の研磨工程の
影響で、あるいは、半導体製造時の多様なプロセスの影
響で、ウェハのローカルな反りの周期が、ウェハ中心部
と外周部で違っていて、ウェハ中心部より外周部の方が
周期が長い場合、周期に合わせてウェハ中心部よりウェ
ハ外周部のピンピッチを広くし、真空圧はウェハディス
トーションが発生しない条件でそれぞれ適切に設定する
ことにより、ごみが比較的付きやすいウェハ外周部の接
触率を下げることが可能である。

【００９５】ところで、ウェハを載置する支持面を構成
する複数のピン状凸部の先端面は超平面であると説明し
たが、実際の加工精度によっては、各ピン毎にわずかな
傾きが発生する場合がある。このため、ウェハを支持す
るピンのピッチは必ずしも前述したピンピッチＬにはな
らない場合が生じる。ウェハ中心部においては、例えば
最悪の場合、図１２に示すように、ピン１０の先端面３
５と３６が反対方向に傾くと、ウェハと接する点のピッ
チは、ピンピッチＬよりピン径分大きいＬｘとなる。し
たがって、この場合のウェハ平面度とウェハディストー
ションは、式（１０）、（１１）のＶ１、Ｕ１より大き
くなる。一方、ウェハ外周部においては、例えば最悪の
場合、図１３に示すように、ピン１３と１４のそれぞれ
の先端面３７、３８が内側に下がる方向に傾くと、ピン
ピッチＬよりもピン径分の１．５倍分大きいＬｙとな
る。したがって、この場合のウェハ平面度とウェハディ
ストーションは、式（４５）、（４６）のＶ２、Ｕ２よ
り大きくなる。そこで、ウェハディストーションを全面
で許容値内にするには、前述のように求まるピンピッチ
Ｌからピン径あるいはピン径の１．５倍分を差し引いた
ものを実際のピンピッチとすればよい。ただし、こうす
るとピンとウェハの接触率はその分大きくなるので、そ
の点では好ましくない。よって、影響を受けない程度の
傾きのない平面に加工することが有効であり、あるいは
ピン径をできるだけ小さくすることが有効である。ま
た、図１４に示すように、ピン先端面３９を球面状にす
るのも有効である。そうすれば、ピン径をほとんど０に
したのと等価になり、接触率を極端に小さくでき望まし
い。なお、加工が困難ではあるが、傾きのない凹面状に
してもよい。

【００９６】ところで、図９に図示するウェハの外周部
において、最外周のピン１３から外側へ張り出している
ウェハは、外周部のピン１３と１４の間の変形に起因し
て跳ね上がるが、この部分のウェハ平面度とウェハディ
ストーションについて説明する。外周部での傾斜角は、
ピン１３の支持位置で最大となり、この最大傾斜角α
は、式（４３）となることを示したが、ピン１３の支持
位置から外側においては、この最大傾斜角αのまま一定
となる。したがって、最大傾斜角で決まるウェハディス
トーションも一定で増えないので、ウェハディストーシ
ョンに関しては問題がない。しかし、ウェハの張り出し
量が増えると、この最大傾斜角αのまま跳ね上がってい
くから、その跳ね上がりの量は、ウェハ平面度の許容値
ｄｚよりは小さくする必要がある。したがって、ウェハ
の張り出し量をＪとすると、ｄｚ≧Ｊ・α ……（６６）となり、式（４３）と、ピン配列による補正係数ｃ２を
考慮すると、

【数３８】となる。この式（６７）の右辺が最小になるのは、先
ず、Ｐ・Ｌ³ が最大の場合であるが、式（５０）から、

【数３９】であるから、式（６７）は、

【数４０】となる。さらに、この式（６９）の右辺が最小になるの
は、中立面補正係数ｋ＝１、最小の厚さｈ＝０．６２５
ｍｍ、ウェハ平面度許容値ｄｚ＝８０ｎｍ、最大のウェ
ハディストーション許容値ｄｘｄｙ＝５ｎｍの場合で、
そうすると、Ｊ≦０．００５となる。つまり、ピンピッ
チ間の変形に起因するウェハ平面度の許容値ｄｚを満足
するには、ウェハの張り出し量Ｊを５ｍｍ以下にすれば
よい。よって、最外周のピン１３の径やウェハの外形公
差やチャックに置かれる時の位置精度、あるいはピン１
３から外側に設けた場合の隔壁１２の幅を考慮しても問
題ない。したがって、外周部におけるウェハの反りを
平面に矯正することの方が厳しい条件であって、その点
から、チャックの最外周にあるピン１３をウェハの外周
にできるだけ近づけて設けることが望ましい。

【００９７】なお、以上の説明においては、チャックの
ピンピッチをＬとして、ウェハ中心部と外周部それぞれ
において、前述した範囲の真空圧ＰとピンピッチＬのチ
ャックにすればよいとしたが、ピンピッチは、ウェハ中
心部と外周部それぞれにおいて独立に設けてよいのはも
ちろん、ウェハ中心部の中においてもあるいはウェハ外
周部の中においても、均一のピッチである必要はなく、
前述した範囲のピンピッチであれば、不均一のピッチで
あってもよい。

【００９８】また、チャックに吸着される基板は、Ｓｉ
ウェハとして説明したが、それに限定されるものではな
く、例えば、ガリ砒素ウェハ、複合接着ウェハ、ガラス
基板、液晶パネル基板、レクチルなどの各種基板でもよ
い。また、外形形状も円形だけでなく方形などでもよ
く、その場合、チャックの外形も基板外形に合わせた形
状にすればよい。

【００９９】さらに、上述したチャックは、真空吸着方
式のものとして説明したが、それに限定されるものでは
なく、例えば、静電チャック方式のものでもよいし、真
空吸着方式と静電チャック方式など他の方式を併用する
ものでもよい。それらの場合、本実施例の真空圧Ｐは、
他の方式の吸着力、あるいはそれに真空圧を足したもの
に置き換えればよい。

【０１００】また、チャックは、いわゆるピンチャック
を用いて説明したが、その他の形状でもよい。例えば、
吸着溝である同心円状の環状凹部とウェハ支持面となる
同心円状の環状凸部が交互に構成された、いわゆるリン
グ状チャックでもよい。その場合、環状凸部の放射方向
のピッチをピンピッチＬとみなし、ウェハ中心部と外周
部それぞれにおいて、本実施例で示した真空圧Ｐとピン
ピッチＬのチャックにすれば、同様の効果が得られる。

【０１０１】次に、上述した基板吸着保持装置を用いる
ことができる露光装置について図１８を用いて説明す
る。

【０１０２】図１８は、縮小投影露光装置の構成を概略
的に図示する構成図であり、同図において、シリコンウ
ェハ等の基板２に転写するパターンが形成されている原
版としてのレチクル１０２は、レチクルチャックを介し
てレチクルステージ１０１上に載置され、照明光学系１
０３を通して導かれる露光光に照射される。レチクル１
０２を透過した露光光は、投影光学系１０５によって１
／５に縮小され、被加工物である基板２上に照射され
る。基板２を保持する基板保持装置としての前述したチ
ャック１は、水平面で移動可能なＸＹステージ１０６上
に搭載されている。被露光基板２上には、予め露光光に
よって化学反応を効果的に起こす感光材であるレジスト
材料が薄く塗布されており、次工程のエッチングマスク
として機能する。なお、１０７、１０８はそれぞれオフ
アクシススコープ、面位置計測手段である。

【０１０３】露光シーケンスは、次のとおりである。被
露光基板２が露光装置に自動的にあるいは作業者の手に
よってセッチングされた状態から、露光開始指令により
露光装置の動作が開始される。先ず、１枚目の基板２が
搬送システムによってＸＹステージ１０６上に搭載され
たチャック１上に送り込まれ吸着保持される。続いて、
装置に搭載されたオフアクシススコープ１０７によって
基板２上に記されたアライメントマークを複数個検出し
て基板の倍率、回転、ＸＹずれ量を確定し、位置補正を
行なう。ＸＹステージ１０６は、搭載した基板２の第１
ショット位置が露光装置の露光位置に合うように基板２
を移動する。面位置計測手段１０８により合焦後、約
０．２秒程度の露光を行ない、その後、基板上の第２シ
ョット位置に基板をステップ移動して順次露光を繰り返
す。最終ショットまで同様のシーケンスを繰り返して１
枚の基板の露光処理は完了する。チャック１上から回収
搬送ハンドに受け渡された基板は基板キャリアに戻され
る。

【０１０４】なお、本発明の基板吸着保持装置（チャッ
ク）は、露光装置における使用に限定されるものではな
く、例えば、液晶基板製造装置、磁気ヘッド製造装置、
半導体検査装置、液晶基板検査装置、磁気ヘッド検査装
置、およびマイクロマシンの製造等においても用いるこ
とができることはいうまでもない。

【０１０５】次に、上述した本発明の露光装置を利用し
たデバイスの製造方法の実施形態を説明する。

【０１０６】図１９は、微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッ
ド、マイクロマシン等）の製造のフローを示す。ステッ
プ１（回路設計）ではデバイスのパターン設計を行な
う。ステップ２（マスク製作）では設計したパターンを
形成したマスクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ
製造）ではシリコンやガラス等の材料を用いてウェハを
製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼
ばれ、上記用意したマスクとウェハを用いて、リソグラ
フィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次
のステップ５（組立）は後工程と呼ばれ、ステップ４に
よって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工
程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行なう。こうした工程を経て半導体デバイスが完成
し、これが出荷（ステップ７）される。

【０１０７】図２０は、上記ウェハプロセスの詳細なフ
ローを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を
酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に
絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウェ
ハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イ
オン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ
１５（レジスト処理）ではウェハにレジストを塗布す
る。ステップ１６（露光）では上述した投影露光装置に
よってマスクの回路パターンをウェハの複数のショット
領域に並べて焼き付け露光する。ステップ１７（現像）
では露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチ
ング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済んで
不要となったレジストを取り除く。これらのステップを
繰り返し行なうことによって、ウェハ上に多重に回路パ
ターンが形成される。

【０１０８】このようなデバイスの製造方法を用いれ
ば、従来は製造が困難であった高集積度のデバイスを安
定的に低コストで製造することができる。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウェハ等の基板が保持されるときのピンピッチ間のたわ
みに起因して発生するウェハ平面度の悪化とウェハディ
ストーションを大幅に減ずることができる。これによ
り、より微細な素子製造の工程にあっても素子欠陥をな
くし歩留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板吸着保持装置の一実施例を示し、
（ａ）はその平面図、（ｂ）は部分断面図である。

【図２】本発明の基板吸着保持装置の他の実施例を示す
平面図である。

【図３】本発明の基板吸着保持装置において、基板を吸
着保持した状態におけるチャック中心部と基板の状態を
示す断面図である。

【図４】チャック中心部における基板のたわみの状態に
相当する等分布荷重を受ける両端固定梁のモデル図であ
る。

【図５】図４に図示する両端固定梁における曲げモーメ
ントとたわみ曲線を示す図である。

【図６】基板のディストーションを説明するための図で
ある。

【図７】格子配列のピン配置を説明するための図であ
る。

【図８】６０度千鳥格子配列のピン配置を説明するため
の図である。

【図９】本発明の基板吸着保持装置において、基板を吸
着保持した状態におけるチャック外周部と基板の状態を
示す断面図である。

【図１０】チャック外周部における基板のたわみの状態
に相当する等分布荷重の片側固定・片側自由の梁のモデ
ル図である。

【図１１】本発明の基板吸着保持装置におけるチャック
外周部の他の実施形態を示す断面図である。

【図１２】チャック中心部における他の形態を説明する
ための断面図である。

【図１３】チャック外周部における他の形態を説明する
ための断面図である。

【図１４】本発明の基板吸着保持装置におけるピン状凸
部の変形例を示す部分断面図である。

【図１５】本発明の基板吸着保持装置において、基板中
心部における真空圧とピンピッチの範囲を示す図表であ
る。

【図１６】本発明の基板吸着保持装置において、基板外
周部における真空圧とピンピッチの範囲を示す図表であ
る。

【図１７】（ａ）はピンピッチ間のウェハのたわみ曲線
を示す図であり、（ｂ）はピンピッチ間のウェハディス
トーションの分布形状を示す図である。

【図１８】露光装置の構成を図示する概略図である。

【図１９】半導体デバイスの製造工程を示すフローチャ
ートである。

【図２０】ウェハプロセスを示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１基板吸着保持装置（チャック）２基板（ウェハ）１０ピン状の凸部（ピン）１１吸引穴１２隔壁１３（外周）のピン状の凸部（ピン）１４ピン状の凸部（ピン）１０１レチクルステージ１０２レチクル（原版）１０３照明光学系１０５投影光学系１０６ＸＹステージ１０７オフアクシススコープ１０８面位置計測手段

フロントページの続き (72)発明者藤田いたる東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者塚本泉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5F031 CA02 CA05 HA08 HA14 5F046 AA21 CC08 CC10 CC11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部の配列ピッチＬと基板の吸
着力Ｐは、ディストーション許容値をｄｘｄｙとし、基
板の縦弾性係数をＥ、基板厚さをｈ、凸部配列による補
正係数をｃ、中立面補正係数をｋとしたとき、【数１】の関係を満足するように設定されていることを特徴とす
る基板吸着保持装置。
【請求項２】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部の配列ピッチＬと基板の吸
着力Ｐは、Ｐ・Ｌ³ ≦０．００４２７の関係を満足するように設定されていることを特徴とす
る基板吸着保持装置。
【請求項３】基板厚さをｈ、基板密度をρ、基板の静
止摩擦係数をμ、基板吸着保持装置を搭載するステージ
の最大加速度をＧとしたとき、前記凸部の配列ピッチＬ
と基板の吸着力Ｐは、さらに、Ｇ・ｈ・ρ／μ≦Ｐ≦１０００００かつ、０．０００５≦Ｌ≦０．００５の関係を満足する
ように設定されていることを特徴とする請求項１または
２記載の基板吸着保持装置。
【請求項４】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部の配列ピッチＬと基板の吸
着力Ｐは、Ｐ・Ｌ³ ≦０．００４２７かつ、３３≦Ｐ≦１０００００かつ、０．０００５≦Ｌ
≦０．００５の関係を満足するように設定されているこ
とを特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項５】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部には、基板の外周部を支持
する外周凸部と基板の外周部より内側の中心部を支持す
る中心凸部があり、前記中心凸部の配列ピッチをＬａ、
前記中心凸部の基板の吸着力をＰａ、前記外周凸部と該
外周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の配列ピッチ
をＬｂ、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中
心凸部との間の基板の吸着力をＰｂとするとき、それぞ
れの配列ピッチＬａ、Ｌｂと吸着力Ｐａ、Ｐｂは、ディ
ストーション許容値をｄｘｄｙとし、基板の縦弾性係数
をＥ、基板厚さをｈ、凸部配列による補正係数をｃ、中
立面補正係数をｋとしたとき、【数２】の関係を満足するようにそれぞれ設定されていることを
特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項６】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部には、基板の外周部を支持
する外周凸部と、基板の外周部より内側の中心部を支持
する中心凸部があり、前記中心凸部の配列ピッチをＬ
ａ、前記中心凸部の基板の吸着力をＰａ、前記外周凸部
と該外周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の配列ピ
ッチをＬｂ、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接す
る中心凸部との間の基板の吸着力をＰｂとするとき、そ
れぞれの配列ピッチＬａ、Ｌｂと吸着力Ｐａ、Ｐｂは、Ｐａ・Ｌａ³ ≦０．００４２７および、Ｐｂ・Ｌｂ³ ≦０．００１６４の関係を満足するようにそれぞれ設定されていることを
特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項７】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部には、基板の外周部を支持
する外周凸部と基板の外周部より内側の中心部を支持す
る中心凸部があり、前記中心凸部の配列ピッチをＬａ、
前記中心凸部の基板の吸着力をＰａ、前記外周凸部と該
外周凸部の内側に隣接する中心凸部との間の配列ピッチ
をＬｂ、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中
心凸部との間の基板の吸着力をＰｂとするとき、それぞ
れの配列ピッチＬａ、Ｌｂと吸着力Ｐａ、Ｐｂは、Ｐａ・Ｌａ³ ≦０．００４２７かつ、３３≦Ｐａ≦１０００００かつ、０．０００５≦
Ｌａ≦０．００５および、Ｐｂ・Ｌｂ³ ≦０．００１６４かつ、３３≦Ｐｂ≦１０００００かつ、０．０００５≦
Ｌｂ≦０．００５の関係を満足するようにそれぞれ設定
されていることを特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項８】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部には、基板の外周部を支持
する外周凸部と基板の外周部より内側の中心部を支持す
る中心凸部があり、前記中心凸部の配列ピッチを、前記
外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中心凸部との間
の配列ピッチより大きくし、かつ、前記中心凸部の基板
の吸着力を、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接す
る中心凸部との間の基板の吸着力より小さくしたことを
特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項９】基板を支持するための複数の凸部を備
え、該凸部上に支持される基板を吸着保持する基板吸着
保持装置において、前記凸部には、基板の外周部を支持
する外周凸部と基板の外周部より内側の中心部を支持す
る中心凸部があり、前記中心凸部の配列ピッチを、前記
外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中心凸部との間
の配列ピッチ以上とし、かつ、前記中心凸部の基板の吸
着力を、前記外周凸部と該外周凸部の内側に隣接する中
心凸部との間の基板の吸着力より大きくしたことを特徴
とする基板吸着保持装置。
【請求項１０】前記凸部の先端を球面状に形成してあ
ることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に
記載の基板吸着保持装置。
【請求項１１】請求項１ないし１０のいずれか１項に
記載の基板吸着保持装置および該基板吸着保持装置に吸
着保持された基板に対して原版のパターンを露光転写す
る露光手段を備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の露光装置を用いて
基板を露光する工程を含む製造工程によってデバイスを
製造することを特徴とするデバイスの製造方法。