JP2001060618A

JP2001060618A - 基板吸着保持方法、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: JP2001060618A
Application number: JP11233589A
Authority: JP
Inventors: Yukio Takabayashi; 幸夫高林; Hideki Nogawa; 秀樹野川; Izumi Tsukamoto; 泉塚本; Itaru Fujita; いたる藤田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】裏面粗さの大きいウェハ等の基板であって
も、裏面粗さの影響を基板表面に及ぼすことなく、良好
な平坦度を得るとともに局所的な基板面内歪みをなくす
ように基板を吸着保持する基板吸着保持方法および装置
を提供する。【解決手段】ウェハ等の基板２を支持するチャック３
の凸部３ａ上に基板２を載置して負圧あるいは静電気力
等により吸着保持する際に、凸部３ａの上面と基板２の
裏面との間に、基板裏面の粗さを吸収することができる
粗さ吸収部材４を介在させる。粗さ吸収部材４は、基板
２の縦弾性率よりも低い縦弾性率を有する部材であり、
その厚さは基板裏面の粗さのＰＶ値の１／２よりも厚く
形成する。粗さ吸収部材４は、基板裏面の粗さに相応し
て変形し、基板裏面の粗さに起因して発生する基板表面
の凹凸やうねりを軽減あるいは緩和して、基板表面のデ
フォーカスや基板面内歪みを大幅に減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスを
製造する半導体製造装置、液晶素子を製造する液晶基板
製造装置、磁気ヘッド製造装置、マイクロマシンの製造
等に用いられる基板吸着保持方法および基板吸着保持装
置に関し、さらに、このような基板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が主流となっている。
また、チャックの吸着パターン要因で吸着変形によって
もウェハ変形は発生する。特に、吸着部と非吸着部との
境界のあるチャック外周部や中央付近にあるリフトピン
用貫通穴の周辺では、この変形によるデフォーカスが起
きやすいことが知られている。従来では、凸部の形成す
る吸着パターンの配置密度を工夫することで改善が図ら
れてきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにデフォー
カス要因に伴なう解像不良は、従来から種々の改善が図
られてきたものの、さらに進む素子の微細化により新た
な問題が顕在化してきた。その一つは、ウェハ表面の平
坦化が劣化することによってウェハ面内の歪みが大きく
発生していることであり、他の一つは、ウェハ裏面のも
つ面粗さが、デフォーカス（ｄｚ）とチャッキングディ
ストーション（ｄｘｄｙ）の発生原因になっていること
である。

【０００５】先ず、前者から説明すると、これまで、ウ
ェハ表面の変形ｄｚは、露光装置の焦点深度からの制約
でその必要精度が見積もられていた。今後のプロセスで
は、露光１画角内で５０ｎｍ程度が必要とされている。
一方で面内歪みｄｘｄｙは、露光画角内で２ｎｍ程度以
内に抑える必要があり、もし仮に５０ｎｍのｄｚ変形が
発生した場合、容易にｄｘｄｙが２ｎｍを越えてしまう
ことになる。

【０００６】ウェハの変形（ｄｚ）は、図３に図示する
ように、ディストーションｄｘｄｙを発生し、このｄｘ
ｄｙは、そのウェハ部分の局所傾きｉ＝ｄｚ／Δｘとウ
ェハの変形中立面から表面までの距離ｈとの積ｉ×ｈで
表わされる。この場合、ウェハ変形によって最大傾きを
とる点が、極大ローカルディストーションの発生する点
になる。

【０００７】次に、ウェハ裏面の粗さの影響について考
察すると、半導体製造に用いられるＳｉウェハは、単結
晶引き上げ装置によって、るつぼから引き上げられた柱
状インゴットとして形成され、スライス加工および端面
加工を施した後、各種研磨加工にて仕上げられている。
さらに、ウェハ裏面に対してフッ硝酸、硝酸などの酸系
エッチングやアルカリ系エッチングを施して、裏面が適
度に粗れたウェハ、いわゆる、エッチドウェハが完成す
る。ウェハ裏面の粗さは、特に規格化されたものではな
く、ウェハメーカーのそれぞれのエッチングプロセスに
応じて各社各様の粗さ状態を呈している。このように、
ウェハ裏面の粗さは、大きいもので、Ｒａ値２００ｎ
ｍ、ＰＶ値（Peak to Valley）で１．５μｍ程度であ
る。数社のウェハメーカーのうち代表的なウェハの裏面
粗さを測定した粗さプロファイルを図４に図示する。こ
の結果によれば、所々大きく突出した部分が存在してい
る。これらの粗さを空間周波数分析すると、いずれも低
周波（空間波長の長い）成分ほど大きく、高周波成分ほ
ど小さくなる単調減少の傾向をもつ。

【０００８】このようなウェハをセラミックで形成され
た真空吸着チャックに吸着保持する場合、仮に、図５の
（ａ）に示すように、チャック３の接触面が完全に平坦
でかつウェハの表面が完全に平坦なウェハ２であったと
しても、図５の（ｂ）に示すように、ウェハ２の裏面の
粗さに伴なう突出した部分２ａがチャック３の凸部３ａ
に接触すると、その部分のウェハ表面は変形することと
なり、吸着後のウェハ表面には裏面の粗さに起因する凹
凸が生じる。これはあたかもチャック３とウェハ２との
間に異物を挟み込んだ状態のようになり、ｄｚが発生す
る。この状態が、１枚のウェハに対して複数回の露光を
するチップ製造の過程で再現すれば、このｄｚの問題は
軽減できるけれども、実際にはウェハをチャック上に送
り込む位置のバラツキは数１０μｍもあり、ウェハ裏面
との接触位置が必ずしも再現しない。これは、ウェハ裏
面粗さに起因した吸着時のｄｚが再現しないことを意味
し、そして、それによるｄｘｄｙも再現しないことを意
味している。複数のパターンを高精度に重ね焼きするこ
とが目的の露光装置にとって、この再現性のないｄｘｄ
ｙは、重大な性能阻害要因となりうる。

【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、裏面の
粗さの大きいウェハ等の基板であっても、裏面の粗さの
影響を基板表面に及ぼすことなく、良好な平坦度を得る
とともに平面方向の局所的な歪みをなくすように吸着保
持することができる基板吸着保持方法、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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の基板吸着保持方法は、基板を支持する凸部
上に基板を載置して吸着保持する基板吸着保持方法にお
いて、基板裏面の粗さを吸収する粗さ吸収部材を介して
基板を吸着保持し、吸着保持した際に基板裏面に粗さが
存在しても基板表面に発生する凹凸やうねりを緩和する
ことを特徴とする。

【００１１】本発明の基板吸着保持方法において、前記
粗さ吸収部材が、基板を実質的に支持する凸部の上面と
基板裏面との間に配されることが好ましい。

【００１２】本発明の基板吸着保持方法において、前記
凸部が粗さ吸収部材で構成されていることが好ましい。

【００１３】本発明の基板吸着保持方法において、基板
の吸着保持は、負圧吸引と静電気力の少なくともいずれ
か一方の吸着力によって行なわれることが好ましい。

【００１４】本発明の基板吸着保持方法においては、前
記粗さ吸収部材が基板の縦弾性率よりも低い縦弾性率を
有する材料で形成されていることが好ましく、また、前
記粗さ吸収部材の縦弾性率が１．３×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以
下であることが好ましい。本発明の基板吸着保持方法に
おいては、前記粗さ吸収部材が基板裏面粗さのＰＶ値の
１／２よりも厚く形成されていることが好ましく、ま
た、基板がシリコンウェハである場合には、前記粗さ吸
収部材の厚さを１μｍ以上とすることが好ましい。

【００１５】さらに、本発明の基板吸着保持装置は、基
板を支持する凸部を備え、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、基板裏面に粗
さが存在しても基板吸着保持した際に基板表面に発生す
る凹凸やうねりを緩和する手段を備えていることを特徴
とする。

【００１６】また、本発明の基板吸着保持装置は、基板
を支持する凸部を備え、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、基板裏面の粗さ
を吸収する粗さ吸収部材を介して基板を吸着保持するこ
とを特徴とする。

【００１７】本発明の基板吸着保持装置において、前記
粗さ吸収部材は、基板を実質的に支持する凸部の上面と
基板裏面との間に配されていることが好ましい。

【００１８】本発明の基板吸着保持装置においては、前
記粗さ吸収部材が、基板に接する凸部の上面に配設され
ていること、あるいは、基板に接する凸部の上面に被覆
されていること、あるいはまた、基板の吸着面に被覆さ
れていることが好ましい。

【００１９】本発明の基板吸着保持装置においては、前
記凸部が粗さ吸収部材で構成されていることが好まし
い。

【００２０】本発明の基板吸着保持装置においては、基
板を実質的に支持する凸部の上面に基板裏面の粗さを吸
収する薄板状の粗さ吸収部材を送り込む手段と、基板を
前記薄板状の粗さ吸収部材上に送り込む手段とを備えて
いることを特徴とする。

【００２１】本発明の基板吸着保持装置において、基板
の吸着保持は、負圧吸引と静電気力の少なくともいずれ
か一方の吸着力によって行なわれることが好ましい。

【００２２】本発明の基板吸着保持装置においては、前
記粗さ吸収部材が基板の縦弾性率よりも低い縦弾性率を
有する材料で形成されていることが好ましく、また、前
記粗さ吸収部材の縦弾性率が１．３×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以
下であることが好ましい。本発明の基板吸着保持方法に
おいては、前記粗さ吸収部材が基板裏面粗さのＰＶ値の
１／２よりも厚く形成されていることが好ましく、ま
た、基板がシリコンウェハである場合には、前記粗さ吸
収部材の厚さを１μｍ以上とすることが好ましい。

【００２３】本発明の基板吸着保持方法においては、前
記粗さ吸収部材は高分子化合物であることが好ましく、
また、前記粗さ吸収部材を金属、セラミック、カーボン
繊維あるいはこれらの複合材料で形成することもでき
る。

【００２４】さらに、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。

【００２５】さらに、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。

【００２６】

【作用】本発明によれば、基板を支持する凸部上に基板
を載置して負圧あるいは静電気力等により吸着保持する
際に、凸部の上面と基板裏面との間に、基板裏面の粗さ
を吸収する粗さ吸収部材を配することにより、粗さ吸収
部材が基板裏面の粗さに応じて変形変位して基板裏面の
粗さを吸収し、基板裏面の粗さに起因して発生する基板
表面の凹凸やうねりを軽減しあるいは緩和し、基板表面
のデフォーカスや基板面内歪みを大幅に減ずることが可
能となり、微細な素子製造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。

【００２７】チャック凸部の上面と基板裏面との間に粗
さ吸収部材を配する手段としては、基板裏面とチャック
凸部との間に粗さ吸収部材を挟み込む形態、基板裏面に
予め粗さ吸収部材を被覆する形態、チャック凸部上部に
粗さ吸収部材を被覆する形態など種々の形態を採用する
ことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明の基板吸着保持方法および
基板吸着保持装置において、先ず、ウェハ等の基板の裏
面の粗さが基板表面に影響するメカニズムについて図２
を参照して説明する。

【００２９】基板としてのＳｉウェハにおいては、ＳＥ
ＭＩ規格に則り製造されており、φ２００ｍｍまでのウ
ェハは、裏面に対して規定がないため、ウェハメーカー
の各社各様の裏面処理により種々の粗さを呈している。
ウェハ裏面の粗さは、前述したように、大きいもので、
Ｒａ＝２００ｎｍ、ＰＶ値で１．５μｍである。φ０．
２ｍｍ径のピン状凸部がおよそ２ｍｍピッチで格子状に
配列された基板吸着保持装置（チャック）上にＰＶ値
１．５μｍのウェハを吸着した場合を考えると、ウェハ
裏面の粗さのうち大きく突出した部分はおよそ０．８μ
ｍ程度であり、吸着開始に伴なってこの部分が先ずピン
状凸部に点接触し支持されることになる。

【００３０】ウェハには真空吸着力によってチャック側
に押し付ける力が作用するため、粗さの突出部は局所的
に弾性変形しつぶれることになる。しかし、真空吸着力
のみでは、粗さの突出部を完全につぶしきることはでき
ず、つぶしきらなかった分がウェハの局所的な厚みムラ
と同様の現象を引き起こし、結果として、ウェハ表面に
うねりや凹凸を形成させることになる。粗さの突出部を
ミクロな見地から部分球体と仮定して、公知の材料力学
の接触式を適用すると、球体と平面との接触部の変形変
位量δは、

【数１】である。なお、ｄはウェハの裏面突出部の高さ、ｒは突
出部半径、Ｐは突出部に作用する押し付け力、ν_w 、ν
_c はそれぞれウェハとチャックのポアソン比であり、Ｅ
_w 、Ｅ_c はそれぞれウェハとチャックのヤング率（縦弾
性係数）である。

【００３１】吸着による変形変位量δが、ウェハ裏面突
出部の高さｄよりも大きい場合には、球体と平面の変形
量は突出部の影響を吸収し、球体以外の他の平面部分で
広範囲にわたり平均面接触支持することができる。一
方、変形変位量δがウェハ裏面突出部の高さｄよりも小
さい場合、（ｄ−δ）だけウェハ厚みが増加したと等価
な状態となり、吸着状態でウェハ表面が（ｄ−δ）だけ
盛り上がることになる。

【００３２】ここで、従来のウェハおよびチャックにお
ける吸着による変形変位量δを試算してみると、チャッ
クを炭化珪素のセラミックとすると、そのヤング率Ｅ_c
は４．２０×１０¹¹Ｎ／ｍ² 、ポアソン比ν_c は０．１
７であり、シリコンウェハは、異方性材料であるため材
料特性は結晶軸の方向に依存するので、ここでは（１０
０）面のＰ型用シリコンウェハについて〈００１〉軸方
向あるいは〈０１０〉軸方向の材料特性を抽出してヤン
グ率Ｅ_w は１．３１×１０¹¹Ｎ／ｍ² 、ポアソン比ν_w
は０．２７８として計算する。

【００３３】ウェハ裏面粗さの大きさは、高さｄ＝１．
５μｍ、半径ｒ＝５μｍとして計算し、また、押し付け
力は真空吸着力のみとして、Ｐ＝０．４Ｎを与えてい
る。この場合の変形量δは０．９９μｍであり、吸着状
態でｄ（＝１．５μｍ）との差分約０．５μｍの表面盛
り上がりが生じることになる。

【００３４】上記の式（１）を用い、吸着による変形量
δが突出部の高さｄよりも大きいという条件式δ／ｄ≧
１を与えると、チャックとして必要な材料定数Ｃｈが、

【数２】のように導き出される。

【００３５】上記の式（２）を満たす材料特性Ｅ_c 、ν
_c の部材を、チャックの少なくともウェハを支持する凸
部に使えば、ウェハ裏面の粗さの影響を低減しあるいは
無くすることができることとなる。

【００３６】すなわち、図１に図示するように、上記の
式（２）を満たす材料特性を有する部材４（以下、この
部材を粗さ吸収部材ともいう）をチャック３の凸部３ａ
とウェハ等の基板２との間に配することにより、基板２
を吸着保持する際に、基板裏面の粗さに伴なう突出部２
ａが凸部３ａ上の上記粗さ吸収部材４に当接すると、該
部材は変形して、基板裏面の粗さを吸収し、基板表面へ
の影響を軽減しあるいは無くすることが可能となる。

【００３７】また、上記の式（２）はシリコンウェハに
限ったものではなく、いかなる材料の基板であっても、
また、いかなる裏面粗さをもっていても、上記の式
（２）を満たす粗さ吸収部材であれば、同様の効果を期
待できる。さらに、極端にＣｈの大きい（ヤング率の小
さい）部材を使用すれば、ウェハ裏面粗さのみならず、
ウェハの厚みムラによる表面転写の影響をも軽減するこ
とが可能となる。

【００３８】また、従来のセラミックチャックによる凸
部とウェハ裏面との間に上記のように導き出された材料
特性を有する粗さ吸収部材を挟み込んでも同様の効果を
期待できる。

【００３９】次に、粗さ吸収部材（弾性体）の厚さにつ
いて検討する。粗さ吸収部材の厚さは、ウェハ等の基板
裏面粗さのＰＶ値に対して小さい場合には、粗さ吸収部
材の吸収量は限られてしまうものの、裏面粗さを軽減す
る効果を持たせることは可能である。つまり、粗さ吸収
部材がわずかな厚さであっても軽減効果は期待できる。

【００４０】しかし、粗さ吸収部材の厚さは、少なくと
も基板裏面の粗さのＰＶ値の１／２以上とすることが好
ましく、基板がＳｉウェハである場合には、裏面の粗さ
のうち大きく突出した部分はおよそ０．８μｍ程度あ
り、１μｍ以上の厚さを有する部材を用いることが望ま
しい。

【００４１】また、粗さ吸収部材が厚い場合には、粗さ
吸収部材の変形量が大きくなるため裏面粗さの吸収は十
分達成できるが、凸部の弾性変形によって本来の性能で
あるチャックの平坦度が劣化する場合がある。

【００４２】ここで、粗さ吸収部材の厚さをｔ、ヤング
率をＥ、ピン凸部の接触面積をＡ、粗さ吸収部材のたわ
みをΔｔとして、材料力学公式を用いて、吸着力Ｐによ
るたわみを求めると、 Δｔ＝Ｐｔ／ＡＥ ………（３）と表わせる。また、ピン凸部に製造誤差で接触面積Ａに
仮に４０％の範囲のバラツキが発生すると、そのばらつ
きによって生じる粗さ吸収部材のたわみの差は、 Δｔ１−Δｔ２＝０．４／１．４×Ｐｔ／ＡＥ ………（４）で表わせる。

【００４３】このたわみの差がチャック平坦度の要求値
を超えないようにするために、要求値を０．０２μｍと
してそれを満たすためには、上式より、ｔ＜０．０２×１０^-3×ＡＥ／Ｐ×１．４／０．４ ………（５）を満たす必要がある。

【００４４】例えばピン凸部のピン径０．２μｍ、吸着
力Ｐ＝０．０４ｋｇｆで、Ｅ＝５００ｋｇｆ／ｍｍ² 程
度の樹脂を用いた場合には、厚さｔは、上式（５）よ
り、ｔ＜２８μｍＥ＝１３０００ｋｇｆ／ｍｍ² 程度の金属材料を用いた
場合には、ｔ＜７２０μｍと求められる。したがって、粗さ吸収部材の厚さは、弾
性率に依存はするものの、７２０μｍ以下とするのが好
ましい。

【００４５】以上のように、基板を支持するための凸部
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、凸部の上面と基板裏面との間に
上記のように導き出された材料特性を有する粗さ吸収部
材を配して、基板を負圧あるいは静電気力等により吸着
保持する際に、図１に図示するように、粗さ吸収部材が
基板裏面の粗さに応じて変形変位して基板裏面の粗さを
吸収し、基板裏面の粗さに起因して発生する基板表面の
凹凸やうねりを緩和し、デフォーカスや基板面内歪みを
大幅に減ずることができる。

【００４６】上記のように導き出された材料特性を有す
る粗さ吸収部材を配する実施形態としては、基板裏面と
チャック凸部との間に粗さ吸収部材を挟み込む実施形
態、基板裏面に予め粗さ吸収部材を被覆する実施形態、
チャック凸部上部に粗さ吸収部材を被覆する実施形態な
ど種々の形態がある。なお、ここで、被覆とは、単にコ
ーティングなどの方法のみならず、静電吸着による密
着、真空圧力による密着、圧接による密着、接着剤によ
る密着、熱収縮による密着、フォトレジスト等のディッ
ピング塗布、メッキ、焼結、含浸、射出、成長形成等の
各種方法によって物理的に一体となった状態を指す。

【００４７】前述した第１の実施形態では、チャック上
面に粗さ吸収部材を送り込む送り込み手段を有し、基板
の交換の度に、あるいは定期的に部材の交換を行なえる
ようにすることもできる。

【００４８】また、各実施形態のいずれにおいても、使
用する基板の裏面特性が変わる度にその材料特性を変え
た粗さ吸収部材を用いることができ、また、ウェハ等の
基板自体の弾性率を基に粗さ吸収部材の材質について述
べてきたが、ウェハ等の基板裏面にＳｉＯ₂ 等の膜を付
ける場合には、単に基板自体の弾性率ではなく、膜の弾
性率を基に粗さ吸収部材の弾性率を決定しても良い。

【００４９】上述した粗さ吸収部材の材料特性を基板と
してのシリコンウェハに対して考慮すると、およそヤン
グ率で１．３×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下の材料が好ましい。
金属では、例えば、鋳鉄、アルミニウム、マグネシウ
ム、銅、亜鉛、真鍮等であり、高分子化合物では、木
材、ゴム、アスベスト等の天然高分子化合物、セルロイ
ド、アセテートフィルム、セロファン、ベンベルグ、レ
ーヨン等の半合成高分子化合物、合成ゴム、合成繊維、
熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、光硬化性樹脂等の合成高
分子化合物で、具体的には、アクリル樹脂、ポリ塩化ビ
ニル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミ
ド、ポリスチレン、セルロイド、酢酸セルロース、塩化
ゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フッ
素樹脂、ポリカーボネート、ポリアセタール樹脂、ポリ
アルキレンオキシド、アルキド樹脂、フラン樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹
脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエステル樹脂、珪素
樹脂等である。他にも晶質材料として、クオーツ、ゼロ
ジューア、ＳｉＯ₂ やガラス材料等が使用可能であり、
さらに、上述した材料を適宜組み合わせて複合材料とし
て用いることもできる。また、メッキ膜として、チャッ
クに金メッキ、銀メッキ、銅メッキ、錫メッキ、亜鉛メ
ッキ、亜鉛クロムメッキ等を付けても上記の効果を期待
できる。

【００５０】次に、本発明を適用することができる基板
吸着保持装置（チャック）について図６の（ａ）および
（ｂ）を参照して説明する。

【００５１】図６の（ａ）に図示するチャックにおいて
は、ウェハ等の基板を載置する支持面は、複数のピン状
凸部３１によって構成され、その先端面は高精度のラッ
プ加工によって超平面を形成している。本実施例におい
て、ピン状凸部３１は、ピン径φ０．２ｍｍで格子状に
配列ピッチ２ｍｍで並列され、チャック上面３４には真
空源に連通する真空吸着用の吸引穴３３が少なくとも１
個設けられている。チャック外周部には、基板の外径に
合わせた径あるいは基板の外径よりもわずかに小さい径
を有する外周シール用縁堤３２が環状に設けられてい
る。また、チャック外周部が基板外周と重複する部分で
あれば基板外周部より大きい径の外周シール用縁堤であ
ってもよい。また、基板外形がオリエンテーションフラ
ットのような直線部やノッチのような切り込みを有する
場合には、外周シール用縁堤は必ずしも環状である必要
はなく、基板の外形に適合する形状であればよい。基板
が液晶基板のような方形の場合には同様に液晶基板の方
形に適合する形状に形成する。また、チャック上面３４
には、基板受け渡し用のリフトピンが挿通しうるように
３個のリフトピン用の貫通穴３５が設けられており、こ
れらの貫通穴３５の周囲にはそれぞれ貫通穴シール用の
縁堤３６が設けられている。なお、ピン状凸部３１の配
列は、格子状配列に限らず、円周状や６０度千鳥格子状
に配列することもでき、また、平均ピンピッチが一定の
ランダムピン配置であってもよい。これらのいずれの場
合にも平均ピンピッチは２ｍｍ程度となるものが、吸着
時の基板たわみ（負圧力による基板変形）が少なく基板
吸着保持に好都合である。

【００５２】図６の（ｂ）に図示するチャックにおいて
は、ウェハ等の基板を載置する支持面は、複数の輪体状
縁堤４１、４２、４３、４４によって構成され、各縁堤
凸部の頂部表面は高い平坦度をもって形成されており、
複数の輪体状縁堤４１〜４４によって区画されたチャッ
ク上面３４には、真空源に連通する真空吸着用の吸引穴
３３がそれぞれ少なくとも１個設けられている。また、
輪体状縁堤４１と４２の間のチャック上面３４には、３
個のリフトピン用の貫通穴３５および貫通穴シール用の
縁堤３６が設けられている。

【００５３】次に、本発明に基づいて、基板裏面とチャ
ックとの間に粗さ吸収部材を挿入する構成を備える実施
形態について、図７の（ａ）ないし（ｃ）を参照して説
明する。

【００５４】図７の（ａ）において、４は粗さ吸収部材
としての塩化ビニリデン樹脂の薄膜であり、この塩化ビ
ニリデン樹脂の薄膜４は、厚さムラが０．１μｍ以下に
なるように予めコントロールされて形成され、その厚さ
は５μｍに形成されている。５は被露光基板とほぼ同じ
厚さに形成されたダミーガラス基板であり、このダミー
ガラス基板５にはいくつかの貫通穴５ａが設けられてい
る。また、薄膜４にもガラス基板５の貫通穴５ａよりも
少ない開口面積の穴４ａを複数設けており、この塩化ビ
ニリデン樹脂の薄膜４は、ダミーガラス基板５に対して
僅かな静電気を付与することにより、図７の（ａ）に示
すように、ダミーガラス基板５の裏面に静電密着により
密着された状態で供給される。

【００５５】このダミーガラス基板５は露光装置の基板
カセット（不図示）に複数枚セッティングされ、通常の
被露光基板と同様に基板送り込み装置（不図示）によっ
てチャック３上に搭載される。図７の（ｂ）に示すよう
に、ダミーガラス基板５をチャック３の凸部３ａ上に一
旦搭載したところで、チャック３に連通する吸引穴３ｂ
から基板吸着バキュームを電磁弁の切り替えによって作
用させる。すると、ダミーガラス基板５の裏面に静電密
着により貼り付けられていた塩化ビニリデン樹脂の薄膜
４はチャック３側に吸引されるとともに空気がダミーガ
ラス基板５に複数設けられている貫通穴５ａを介してガ
ラス基板５と薄膜４との間に流れ込み、薄膜４はダミー
ガラス基板５の裏面から離れ、そのままチャック３の上
面を覆うようにチャック３の凸部３ａに密着する。薄膜
４をチャック３側に受け渡したダミーガラス基板５は、
再び基板搬送装置によってもとの基板カセットに回収さ
れる。この状態で、露光ジョブが可能となる。

【００５６】露光ジョブ開始の指令によって、被露光基
板であるシリコンウェハ２が、チャック３上に搭載され
るが、このとき、塩化ビニリデン樹脂の薄膜４は、図７
の（ｃ）に示すように、チャック３とウェハ２との間に
挟まれることになる。これにより、薄膜（粗さ吸収部
材）４は、ウェハ２の裏面の粗さに相応して変形変位
し、裏面粗さに起因して発生するウェハ２の表面の凹凸
やうねりを軽減することができる。また、薄膜４の表面
部は、ウェハ２の裏面粗さによって、局所的な変形を受
けるが、薄膜４の厚さを粗さのＰＶ値に対して５倍以上
とすることにより、この変形は、弾性変形域にとどま
り、塑性変形の場合のような表面ダメージを受けない状
態を維持することができる。ただし、薄膜と同じかある
いはそれ以上の粒径をもつ異物などが混入した場合に
は、異物を挟み込んだ部分は塑性変形を起こし、徐々に
薄膜がダメージを受けて、ウェハ表面の平滑性が損なわ
れてくる。そのような場合には、薄膜を回収し、前述し
たと同様に新たな薄膜を送り込めばよい。薄膜の回収
は、裏面に部分的に粘着材を塗布したダミー基板をチャ
ック上に送り込むことで、薄膜をダミー基板の裏面にく
っつけた状態でチャックの上面から回収することができ
る。

【００５７】本実施例では、粗さ吸収部材として、塩化
ビニリデン樹脂の薄膜を用いたが、前述した各種の高分
子材料や金属薄板を用いることもでき、同様の作用効果
を得ることができる。

【００５８】また、本実施例では、露光装置のもつ基板
搬送装置によって薄膜を自動で送り込んでいるが、単に
チャックを露光装置から一旦はずして、装置外部で薄膜
をチャックに密着させそのチャックを露光装置へ送り込
むようにしてもよい。

【００５９】また、ダミーガラス基板などの間接搬送体
を用いることなく、直接薄膜をチャック上に密着させる
ための手段を用いることもできる。例えば、図８に図示
するように、チャック３の一方側に薄膜４をローディン
グするローディングローラ６ａを配置し、チャック３の
他方側に薄膜４を巻き取る巻き取りローラ６ｂを配置
し、薄膜４をローディングローラ６ａからチャック３の
上面に供給して薄膜４の他端を巻き取りローラ６ｂに掛
け渡すことにより薄膜４を直接チャック３の上面に密着
させることができる。そして、ローラ６ａ、６ｂの巻き
取り動作によって順次新たな薄膜４をチャック３の上面
に供給することが可能となる。

【００６０】次に、本発明の他の実施形態について、図
９を参照して説明する。本実施形態は、基板をチャック
上に搬送装置で送り込む際に、基板裏面に高分子薄膜を
密着あるいは被覆させてから送り込むように構成するも
のである。

【００６１】図９において、基板としてのウェハ２のカ
セットキャリアからチャックへのウェハの搬送経路途中
に薄膜キャリア板７を配設する。この薄膜キャリア板７
の上面外周部７ａは僅かに下方に傾斜されて形成され、
この薄膜キャリア板７の上面には粗さ吸収部材としての
高分子薄膜４が載置されている。また、薄膜キャリア板
７の下方へ傾斜した外周部７ａに対向して小径のノズル
８が配置されている。このように薄膜４を上面に載置す
る薄膜キャリア板７をウェハの搬送経路途中に配設する
ことにより、基板送り込み装置の搬送装置ハンドが、ウ
ェハ２をカセットキャリアから取り出し、薄膜キャリア
板７上に搬送された際に、待機している薄膜キャリア板
７を上昇させて薄膜４をウェハ２の裏面に押し付ける。
そして、薄膜キャリア板７の下方に傾斜した外周部７ａ
に対向して配置されている小径のノズル８を薄膜４とウ
ェハ２の裏面との僅かな隙間に挿入して、薄膜４とウェ
ハ２の裏面との間の空気を吸引する。これによって、ウ
ェハ２裏面に薄膜４が密着した状態となり、この状態で
ウェハ２と薄膜４をさらに搬送してチャック上に載置す
る。

【００６２】したがって、本実施形態においても、ウェ
ハ２とチャックとの間に薄膜４が挟まれることとなり、
前述した実施態様と同様に、薄膜４が、ウェハ２の裏面
粗さによって局所的な変形を受けて、基板裏面の粗さを
吸収し、基板裏面の粗さに起因して発生する基板表面の
凹凸やうねりを緩和し、デフォーカスや基板面内歪みを
大幅に減ずることができる。

【００６３】次に、本発明のさらに他の実施形態につい
て、図１０および図１１を参照して、説明する。本実施
形態は、チャック凸部の上部に前述の材料特性をもつ粗
さ吸収部材を被覆するものである。

【００６４】図１０には、上面全面に高分子化合物９を
膜付けしたチャック３を示す。膜としての高分子化合物
はポリテトラフルオロエチレン（テフロン樹脂）が好ま
しい。成膜方法は、加圧成形焼成法、押出成形法、ある
いはディッピングによるものであってもよい。そして、
膜厚は、ラップ加工後１μｍから３０μｍの範囲に収ま
るように形成した。ウェハの吸着状態においては、前述
した実施形態と同様に、ウェハの裏面粗さは高分子化合
物膜９の局所的な変形によって吸収され、ウェハ裏面の
粗さに起因して発生する基板表面の凹凸やうねりを緩和
し、デフォーカスや基板面内歪みを大幅に減ずることが
できる。

【００６５】また、本実施形態の変形例を図１１に図示
する。この変形例は、一旦平面加工が施されたセラミッ
ク円板にポリテトラフルオロエチレンをコーティングす
る。そしてその後、マスクで表面を覆い、ブラスト除去
加工を施す。こうすることにより、ポリテトラフルオロ
エチレンの薄膜９ａは、ピン状の凸部３ａの先端にのみ
残留し、薄膜９ａが部分的に点在するため、ポリテトラ
フルオロエチレンの薄膜９ａとセラミックの熱膨脹率差
による膜応力の発生を抑制することができ、最終仕上げ
加工の際に必要平面度を容易に出すことが可能となる。

【００６６】さらに、その他の変形例としては、チャッ
クの上面に金属メッキを施して構成することもできる。
メッキ膜として金メッキを施し、面仕上げ加工後のメッ
キ膜厚としては１μｍ以上の膜厚とした。なお、その他
のメッキとして、銀メッキ、銅メッキ、錫メッキ、亜鉛
メッキ、亜鉛クロムメッキ等も有効である。

【００６７】以上の各実施形態においては、チャックの
凸部とウェハ等の基板の間に基板の裏面粗さを局所的な
変形によって吸収する部材を介在させているけれども、
凸部自体、あるいは凸部を含むチャック自体を、基板の
縦弾性率より低い縦弾性率を有する材質で形成すること
もできる。基板がシリコンウェハである場合には、縦弾
性率が約１．３×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下の材料が好まし
く、鋳鉄、アルミニウム、マグネシウム、銅、亜鉛、真
鍮等の金属を用いることができる。

【００６８】次に、上述した基板吸着保持装置を用いる
露光装置について説明する。

【００６９】図１２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、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１０１を介してレチ
クルステージ１００上に保持され、照明光学系１１０を
通して導かれる露光光に照射される。レチクル１０２を
透過した露光光は、投影光学系１１１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チャック３は、ステ
ージ天板１０６２載置され、水平面で移動可能なｙステ
ージ１０４およびｘステージ１０５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、１０３、１０９はそれぞれレチクル干渉計、
基板干渉計である。

【００７０】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ステージ天板１０
６上に載置されたチャック３上に送り込まれる。このと
き、基板２とチャック３の間には上述したように粗さ吸
収部材（不図示）が介挿されている。続いて、装置に搭
載されたオフアクシススコープによって基板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１０４、１０５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。面計測手段により合焦後、約０．２秒程度の露光
を行ない、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。

【００７１】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。

【００７２】図１３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。

【００７３】図１４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）では上記説明した投影露光装
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。

【００７４】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。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウェハ等の基板の裏面粗さに起因して発生するデフォー
カスや基板面内歪みを大幅に減ずることができる。これ
により、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】本発明に基づいて基板吸着保持装置（チャッ
ク）上に基板を吸着保持する態様を説明するための模式
図である。

【図２】基板の吸着保持に際して、基板裏面の粗さが基
板表面に影響するメカニズムを説明するための模式図で
ある。

【図３】ウェハ等の基板の変形に伴なうディストーショ
ンｄｘｄｙを説明する図である。

【図４】ウェハの裏面粗さの測定結果の一例を示す図表
である。

【図５】従来の基板吸着保持方法により基板を吸着保持
する態様を説明するための模式図であり、基板裏面の粗
さが基板表面に影響する状態を示す。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、本発明を適用すること
ができる基板吸着保持装置（チャック）の平面図であ
る。

【図７】本発明の一実施形態を工程順に示す概略図であ
る。

【図８】本発明の他の実施形態を示す概略図である。

【図９】本発明のさらに他の実施形態を示す概略図であ
る。

【図１０】本発明のさらに他の実施形態を示す概略図で
ある。

【図１１】本発明のさらに他の実施形態を示す概略図で
ある。

【図１２】本発明の露光装置の構成を図示する概略図で
ある。

【図１３】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１４】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】

２基板（ウェハ）２ａ（裏面粗さ）突出部３チャック（基板吸着保持装置）３ａ凸部４粗さ吸収部材５ダミーガラス基板６ａローディングローラ６ｂ巻き取りローラ７薄膜キャリア板８ノズル９高分子化合物膜（粗さ吸収部材）９ａ薄膜（粗さ吸収部材）３１ピン状凸部３２外周シール用縁堤３３吸引穴３４チャック上面３５（リフトピン用）貫通穴３６縁堤４１〜４４輪体状縁堤１００レチクルステージ１０１レチクルチャック１０２レチクル１０４、１０５ｘｙステージ１０６ステージ天板１１０照明光学系１１１投影光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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Ｆターム(参考） 3C016 DA01 GA10 5F031 CA02 CA05 HA08 HA10 HA13 HA16 MA27 PA14 5F046 BA04 CC08 CC10 CC11 CD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を支持する凸部上に基板を載置して
吸着保持する基板吸着保持方法において、基板裏面の粗
さを吸収する粗さ吸収部材を介して基板を吸着保持し、
吸着保持した際に基板裏面に粗さが存在しても基板表面
に発生する凹凸やうねりを緩和することを特徴とする基
板吸着保持方法。
【請求項２】前記粗さ吸収部材が、基板を実質的に支
持する凸部の上面と基板裏面との間に配されることを特
徴とする請求項１記載の基板吸着保持方法。
【請求項３】基板を凸部上に載置して吸着保持する基
板吸着保持方法において、前記凸部が粗さ吸収部材で構
成されていることを特徴とする基板吸着保持方法。
【請求項４】基板の吸着保持が、負圧吸引と静電気力
の少なくともいずれか一方の吸着力によって行なわれる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記
載の基板吸着保持方法。
【請求項５】前記粗さ吸収部材が基板の縦弾性率より
も低い縦弾性率を有する材料で形成されていることを特
徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の基板
吸着保持方法。
【請求項６】前記粗さ吸収部材の縦弾性率が１．３×
１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下であることを特徴とする請求項１な
いし５のいずれか１項に記載の基板吸着保持方法。
【請求項７】前記粗さ吸収部材が基板裏面粗さのＰＶ
値の１／２よりも厚く形成されていることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の基板吸着保持
方法。
【請求項８】基板がシリコンウェハであり、前記粗さ
吸収部材の厚さを１μｍ以上とすることを特徴とする請
求項１ないし７のいずれか１項に記載の基板吸着保持方
法。
【請求項９】基板を支持する凸部を備え、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、基板裏面に粗さが存在しても基板吸着保持した際に
基板表面に発生する凹凸やうねりを緩和する手段を備え
ていることを特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項１０】基板を支持する凸部を備え、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、基板裏面の粗さを吸収する粗さ吸収部材を介して
基板を吸着保持することを特徴とする基板吸着保持装
置。
【請求項１１】前記粗さ吸収部材が、基板を実質的に
支持する凸部の上面と基板裏面との間に配されることを
特徴とする請求項１０記載の基板吸着保持装置。
【請求項１２】前記粗さ吸収部材が、基板に接する凸
部の上面に配設されていることを特徴とする請求項１０
記載の基板吸着保持装置。
【請求項１３】前記粗さ吸収部材が、基板に接する凸
部の上面に被覆されていることを特徴とする請求項１０
記載の基板吸着保持装置。
【請求項１４】前記粗さ吸収部材が、基板の吸着面に
被覆されていることを特徴とする請求項１０記載の基板
吸着保持装置。
【請求項１５】基板を支持する凸部を備え、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、前記凸部が粗さ吸収部材で構成されていることを
特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項１６】基板を支持する凸部を備え、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、基板を実質的に支持する凸部の上面に基板裏面の
粗さを吸収する薄板状の粗さ吸収部材を送り込む手段
と、基板を前記薄板状の粗さ吸収部材上に送り込む手段
とを備えていることを特徴とする基板吸着保持装置。
【請求項１７】基板の吸着保持が、負圧吸引と静電気
力の少なくともいずれか一方の吸着力によって行なわれ
ることを特徴とする請求項９ないし１６のいずれか１項
に記載の基板吸着保持装置。
【請求項１８】前記粗さ吸収部材が基板の縦弾性率よ
りも低い縦弾性率を有する材料で形成されていることを
特徴とする請求項１０ないし１７のいずれか１項に記載
の基板吸着保持装置。
【請求項１９】前記粗さ吸収部材の縦弾性率が１．３
×１０¹¹Ｎ／ｍ² 以下であることを特徴とする請求項１
０ないし１８のいずれか１項に記載の基板吸着保持装
置。
【請求項２０】前記粗さ吸収部材が基板裏面粗さのＰ
Ｖ値の１／２よりも厚く形成されていることを特徴とす
る請求項１０ないし１９のいずれか１項に記載の基板吸
着保持装置。
【請求項２１】基板がシリコンウェハであり、前記粗
さ吸収部材の厚さを１μｍ以上とすることを特徴とする
請求項１０ないし２０のいずれか１項に記載の基板吸着
保持装置。
【請求項２２】前記粗さ吸収部材が高分子化合物であ
ることを特徴とする請求項１０ないし２１のいずれか１
項に記載の基板吸着保持装置。
【請求項２３】前記粗さ吸収部材が金属、セラミッ
ク、カーボン繊維あるいはこれらの複合材料であること
を特徴とする請求項１０ないし２１のいずれか１項に記
載の基板吸着保持装置。
【請求項２４】請求項９ないし２３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２５】請求項２４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。