JP2005191338A

JP2005191338A - 基板の保持装置および方法

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Publication number: JP2005191338A
Application number: JP2003431838A
Authority: JP
Inventors: Naruhiro Michitani; 考博道谷; Isao Ihara; 功井原; Takaaki Ukeda; 高明受田; Kiyoto Nakase; 清人中瀬
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14

Abstract

【課題】基板の固定を高精度に行え、離脱時のダメージが小さい基板保持装置を提供する。
【解決手段】ウエハＷの少なくとも外周領域を第１保持面に吸着保持可能な第１チャック１と、第１チャック１内の中空部２に配置されて第２保持面１５にウエハＷを吸着保持可能な第２チャック１１と、第２チャック１１を昇降させて第２保持面１５と第１保持面５と同一の保持位置Ｌとその上方の受渡し位置Ｈとの間で昇降させるチャック昇降装置と、第１チャック１の第１保持面５に形成された中空部２と第２チャック１１の第２保持面１５に形成された吸着口１２とに接続されて、ウエハＷを第１保持面５と第２保持面１５にそれぞれ吸着解放可能な真空ポンプ２１とを具備した。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板を処理や加工する際に、基板を固定するための基板の保持装置および方法に関する。

ＬＳＩ等の半導体装置の製造においては、シリコンのような半導体ウエハにトランジスタ等の素子を集積形成するために、多数の微細加工工程が存在する。このような微細加工工程においては、高い加工精度やウエハを回転させるために、ウエハを高精度に固定させる必要がある。例えば、露光工程においては、精密なマスク合わせが必要であり、また回転式レジスト塗布工程では、均一にレジストをウエハに塗布する必要があり、ウエハを高精度に固定させる必要がある。

半導体製造装置におけるウエハ保持装置は、大別すると、真空を利用して固定を行う真空タイプと、静電力を利用して固定を行う静電タイプとがある。また、真空と静電力とを併用した兼用タイプのウエハ固定装置もある。

真空タイプのウエハ固定装置は、ウエハ固定治具（以下、チャックと称する）とウエハの間を真空引きして吸着することによりウエハが大気圧に押されて、チャックに固定されることを利用した方式である。一方、静電タイプの上は固定装置は、チャック内部に設けられた金属電極に電圧を印加し、ウエハと静電チャックの表面に正・負の電荷を発生させて、この間に働くジャンセン・ラーベック力によってウエハを固定する方式である。

以下に図1を用いて真空タイプのウエハ固定装置の従来例を説明する。
図９はウエハ固定装置の中央断面図であり、円板状のウエハ１０１を保持する円形の真空チャック１０２には、保持面１０７に複数の貫通孔１０８が貫通形成され、これら貫通孔１０８には、図示しない昇降機構により、ウエハ１０１を真空チャック１０２から持ち上げる突き上げピン１０３がそれぞれ昇降自在に配置されている。真空チャック１０２の保持面１０７には、ウエハ１０１と密着する表面部材１０４が設けられている。またこの保持面１０７には、ウエハ１０１を真空チャック１０２に密着させる為の吸排気口１０５が形成されており、これら吸排気口１０５には排気ライン１０６が接続されている。

前記従来構成において、ウエハ１０１を真空チャック１０２に固定する際、ウエハ１０１を真空チャック１０２まで搬送アーム等で搬送し、突き上げピン１０３を上昇させ、突き上げピン１０３上にウエハ１０１を載せる。ウエハ載置後に突き上げピン１０３が下降し、ウエハ１０１が真空チャック１０２の保持面１０７に接触する。この接触後、吸排気口１０５から排気ライン１０６を通してウエハ１０１と真空チャック１０２の表面部分１０４の間の空気を吸引排出し、真空チャック１０２の保持面１０７とウエハ１０１とを密着固定させる。ウエハ１０１を真空チャック１０２から離脱させる際は、吸排気口１０５を大気開放した後、突上げピン１０３を上昇させてウエハ１０１を真空チャック１０２の保持面１０７から離脱させる。

以上のような操作を繰り返し行うことによりウエハの着脱を行っている。
特開平０９-１６７７５１号公報特開昭５６―１３０９３５号公報

しかしながら、従来のウエハ固定装置では、ウエハ１０１を真空チャック１０２に固定する際とウエハ１０１を真空チャック１０２から突き上げピン１０３で離脱させる際に以下の課題が発生する。

すなわち、ウエハ１０１を真空チャック１０２に固定する際、ウエハ１０１の裏面全面を真空チャック１０２の保持面１０７と密着させる為、表面部材１０４又はウエハ１０１裏面にパーティクル等の異物が付着している場合、ウエハ１０１を固定した時の密着力でウエハ１０１の裏面を異物によって傷つけてしまう可能性がある。またチャック１０２とウエハ１０１の間に異物が挟まった状態で露光などの処理を実施した場合、フォーカスボケが発生して正確なパターンの形成に支障をきたす場合がある。ウエハ１０１をチャック１０２から離脱させる際には、真空状態で密着しているウエハ１０１とチャック１０２間に吸排気口１０５から空気を送り込んでウエハ１０１とチャック１０２間を大気圧状態に戻すが、完全に大気圧状態にするためには時間がかかるため、完全には大気圧状態に戻らないうちに突上げピン１０３を用いて機械的にウエハ１０１とチャック１０２とを引き離している。この為、突き上げピン１０３による局所的な物理的ストレスでウエハ１０１の裏面を傷つけたり、ウエハ１０１にクラックが生じる場合がある。ウエハ１０１の裏面に傷が生じると、その後の工程にてストレスを受けてクラックとなったり、傷からシリコンくずが生じて後の工程に、前記のようなウエハ固定時の異物起因の問題が生じる。

本発明は、ウエハなどの基板の固定を高精度に行え、かつ基板の離脱時に基板へのダメージが小さくできる基板保持装置および保持方法を提供する事を目的とする。

前記目的を達成するために請求項１記載の基板保持装置は、中空部を減圧して基板の少なくとも外周領域を第１保持面に吸着保持可能な第１固定治具と、前記中空部内に配置され、吸着口を減圧して基板を第２保持面に吸着保持可能な第２固定治具と、前記第１固定治具および第２固定治具の少なくとも一方を昇降させて第１保持面と第２保持面の上下位置を変位させる治具昇降装置と、前記第１固定治具の中空部と前記第２固定治具の吸着口とに接続されて基板を第１保持面および第２保持面の少なくとも一方に吸着解放可能な吸着装置とを具備し、前記吸着装置により第１固定治具と第２固定治具への吸着と開放とがそれぞれ独立して制御されるとともに、前記治具昇降装置により基板を第１保持面と第２保持面とに当接離間させるように構成したものである。

上記構成によれば、基板裏面が接触する第１保持面と第２保持面を、基板の裏面全体ではなく、ごく限られた領域とすることができ、これにより、基板の裏面と第１保持面および第２保持面の間にパーティクルが介在される確率が著しく低下される。したがって、パーティクルにより基板の裏面を傷つけることなく、かつパーティクルにより歪が発生することなく高精度で基板を固定して処理することができる。また第１固定治具の中空部を低真空度とすることで、基板の離脱時において、第１固定治具の中空部と、面積の小さい第２固定治具の吸着口とをそれぞれ極めて短時間で大気圧状態に戻すことが可能となり、短時間で基板の搬入保持、離脱搬出することができる。さらに第１固定治具の中空部を大気圧状態に戻した後、治具昇降装置により、第１固定治具または第２固定治具を両方または一方を昇降させて、第１保持面から基板を離脱させた後に、第１固定治具の吸着口を大気圧に戻すことによって、基板に局所的に物理的ストレスがかかること無く、基板を短時間で固定治具から離脱させることができ、離脱時に基板に加わるダメージを大幅に低減することができる。

請求項２記載の基板保持装置は、前記第１保持面が基板の外周領域に沿うリング状に形成され、前記外周領域が基板の無効領域であるものである。
上記構成によれば、基板の無効領域、すなわち良品の半導体素子が形成されないことがあらかじめ判明している領域に限定して、第１固定装置の第１保持面が接触するため、第１固定装置が基板に及ぼす悪影響を無視することができ、基板裏面へのダメージをより小さくすることができる。

請求項３記載の基板保持装置は、前記第２固定治具は単一の第２保持面を有し、該第２保持面は、第１保持面の中心位置に配置されるとともに、第１保持面中心を中心とする対称形状に形成されたものである。

上記構成によれば、基板の裏面が第２保持面と接触する面積を、第１固定治具の第１保持面に接触する面積よりより一層小さくすることが可能となり、基板裏面へのダメージをより小さくすることができる。また第２保持面を第１保持面中心を中心とする対称形状に形成したので、第２保持面により基板を安定して固定することができる。

請求項４記載の基板保持装置によれば、前記第２固定治具は複数の第２保持面を有するとともに、前記第２保持面は、第１保持面中心を中心とする対称形状で、かつ対称位置近傍に配置されたものである。

上記構成によれば、第２保持面が基板の裏面に対して複数でかつ対称位置で均等に接触するので、基板にたわみ等が生じることが無くなり、基板を高精度で固定することができ、第２保持面により基板を安定して固定することができる。

請求項５記載の基板保持装置は、前記第２固定治具を筒状の真空ノズルにより構成したものである。
上記構成によれば、第２固定治具の第２保持面が基板の裏面に均等に接触するので、基板にたわみ等が生じることが無くなり、基板を高精度で安定して固定することができる。

請求項６記載の基板保持装置は、前記基板を吸着するための吸着口を有する基板固定治具と、前記基板固定治具の中央部近傍に昇降自在に挿設されて基板を昇降可能な少なくとも一つの突き上げピンと、前記吸着口に接続され基板を吸着解放可能な吸着装置とを具備した基板保持装置であって、前記突き上げピンの上端部で基板の裏面に密接する当接面の面積を、前記基板上に形成される単位素子よりも大きく形成したものである。

上記構成によれば、基板の離脱時に突き上げピンを使用しても、突き上げピンの基板裏面に当接する当接面の面積が、基板上に形成される単位素子の大きさよりも大きい面積であることから、基板の裏面への局所的なストレスを分散させることが可能となり、基板裏面へのダメージを小さくすることができる。

請求項７記載の基板保持方法は、請求項１記載の基板保持装置により基板を保持する基板保持方法であって、第１保持装置の第１保持面より上方に配置された第２固定治具の第２保持面に基板を載置する工程と、前記第２固定治具の吸着口から吸引して基板を前記第２保持面に固定する工程と、前記第２固定治具を下降するか、または第１固定具を上昇して前記第１保持面上に基板を載置させる工程と、第１固定治具の中空部から吸引して基板を前記第１保持面に固定する工程とを順次行って基板を保持するものである。

上記構成によれば、基板固定時に、第２固定治具の第２保持面に基板を瞬時に吸着保持し、固定された基板を第１固定治具の第１保持面に載置するので、高速かつ高精度で基板を搬入固定することができる。また、第１保持面および第２保持面とも、基板との接触面が従来に比較して大幅に削減できるので、基板の裏面と第１保持面および第２保持面の間に、パーティクルの存在する確率を著しく低下させることができ、加工や処理を精度よく行うことができる。

請求項８記載の基板保持方法は、前記基板が第１固定治具と前記第２固定治具にそれぞれ保持されて処理された後、前記第１固定治具による吸引と前記第２固定治具による吸引の両方を同時に、または個別に大気圧状態に戻して基板を解放する工程と、前記第２固定治具の上昇または第１固定治具の下降により、基板を第１固定治具の第１保持面から離脱させる工程と、基板を第２固定治具の第２保持面から搬出する工程とを順次行い基板を離脱させるものである。

上記構成によれば、第１固定治具の中空部および第２固定治具の吸引口をそれぞれ大気圧状態に戻して基板を第１保持面および第２保持面から開放した後、基板を第２固定治具の第２保持面に載置した状態で、基板を第１保持面から離脱させ、さらに基板を第２保持面から離脱させるので、ウエハの裏面に局所的な物理的ストレスがかかることなく、高速で基板を開放、離脱して搬出することができる。

請求項９記載の基板保持方法は、前記第１固定治具の中空部から吸引して基板を第１保持面に固定する工程で、第１固定装置の中空部を低真空度として基板を保持すると同時に、第２固定装置の吸引口を前記中空部と同じ真空度かまたは高真空度として基板を保持するものである。

上記構成によれば、基板の離脱時に、第１固定治具の中空部の面積が大きくても、中空部を短時間で大気圧に戻すことができ、また基板との接触面積が小さい第２固定治具の吸着口も短時間で大気圧に戻すことができ、基板を高速で離脱可能にできて局所的な物理的ストレスを軽減でき、基板の裏面へのダメージを小さくすることができる。

請求項１０記載の基板保持方法は、請求項１記載の基板保持装置により基板を保持する基板保持方法であって、第１保持装置の第１保持面より上方に配置された第２固定治具の第２保持面に基板を載置する工程と、前記第２固定治具を下降させるか、または第１固定治具を上昇させて第１固定治具の第１保持面に基板を載置する工程と、前記第１固定治具の中空部から吸引して基板を前記第１保持面に固定する工程と、前記第２固定治具の吸着口から吸引して基板を第２保持面に固定する工程とを順次行って基板を保持するものである。

上記構成によれば、基板の搬入固定時に、第２保持面上に載置された状態の基板を、第１固定治具の中空部で減圧して第１保持面上に吸着固定するので、基板の裏面と第２保持面との間で局所的な物理的ストレスが発生することがなく、基板の裏面へのダメージを小さくすることができる。また、第１保持面および第２保持面とも、基板との接触面が従来に比較して大幅に削減できるので、基板の裏面と第１保持面および第２保持面の間に、パーティクルの存在する確率を著しく低下させることができ、加工や処理を精度よく行うことができる。

請求項１１記載の基板保持方法は、前記基板を第２保持面に固定する前記工程で、基板が処理された後、前記第１固定治具の中空部を大気圧に戻して基板を第１保持面から解放する工程と、前記第２固定治具を上昇させるか、または第１固定具を下降させて基板を第１保持面から離脱させる工程と、前記第２固定治具の吸着口を大気圧に戻して基板を第２保持面から解放する工程と、基板を第２固定治具の第２保持面から離脱させる工程とを順次行い基板を離脱するものである。

上記構成によれば、第１固定治具の中空部を大気圧状態に戻して基板の裏面を第１保持面から解放した後、基板を第２固定治具に載置した状態で、基板を第１保持面から離脱させ、さらに第２固定治具の吸着口を大気圧状態に戻して基板を第２保持面から開放し、基板を第２固定治具から離脱させるので、基板の裏面に局所的な物理的ストレスがかかるのを防止することができる。また第２保持面に吸着固定した状態で、基板を第１保持面から離脱させるので、基板の位置ずれを防止して精度よく搬出することができる。

請求項１２記載の基板保持方法は、前記第２固定治具の吸着口から吸引して基板を第２保持面に固定する工程で、第１固定装置の中空部を低真空度として基板を保持すると同時に、第２固定装置の吸引口を前記中空部と同じ真空度かまたは高真空度として基板を保持するものである。

上記構成によれば、基板の離脱時に、第１固定治具の中空部の面積が大きくても、中空部を短時間で大気圧に戻すことができ、また基板との接触面積が小さい第２固定治具の吸着口も短時間で大気圧に戻すことができるので、基板を短時間で開放して高速で離脱することができるとともに、局所的な物理的ストレスを軽減でき、基板の裏面へのダメージを小さくすることができる。

上記構成によれば、基板を高速でかつ高精度で搬入して吸着固定することができ、また基板を短時間で開放して高速かつ高精度で搬出し、基板の裏面へのダメージを小さくできる基板保持装置および基板保持方法を提供することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明に係るウエハ保持装置の第１の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１（ａ）は、ウエハ固定装置の平面図、図１（ｂ）は中央縦断面図である。
図１において、１は、直径がウエハ（基板）Ｗよりも若干大きい有底円筒形に形成された第１チャック（第１固定治具）で、同一軸心Ｏ上に形成された円柱状の中空部２と底部３とを有している。そして、第１チャック１の上端面には、受け部材４が設けられて第１保持面５が形成され、前記受け部材４はウエハＷの固定時の気密性が高くウエハＷに傷が付きにくいたとえばポリイミド、アルミナ等の材質により形成されている。前記中空部２は、底部３に形成された吸排気口６に第１真空配管２２を介して真空ポンプ２１が接続され、第１真空配管２２に第１レギュレータ（調整弁）２３が介装されている。この第１レギュレータ２３により、中空部２による真空吸引と大気解放がそれぞれ選択されて切替えられ、第１保持面５上にウエハＷを保持、解放することができる。

１１は、前記中空部２内に底部３貫通孔３ａを貫通して昇降自在に配置された第２チャック（第２固定治具）で、吸着口１２を有する４本の円筒形の吸着筒１３からなり、これら吸着筒１３は第１チャック１の軸心Ｏの回転対称位置に軸心ＯからウエハＷの半径の約１／３程度離れた円弧上に９０°ずつ隔てて配置されている。そして吸着筒１３の上端面には、受け部材１４が設けられて第２保持面１５が形成され、前記受け部材１４はウエハＷの固定時の気密性が高くウエハＷに傷が付きにくいたとえばポリイミド、アルミナ等の材質により形成されている。前記吸着筒１３の下端側には、吸着口１２と真空ポンプ２１とが第２真空配管２４を介して接続され、第２真空配管２４に第２レギュレータ（調整弁）２５が介装されている。この第２レギュレータ２５により、吸着口１２による真空吸引と大気解放がそれぞれ選択されて第１チャック１とは独立して切替えられ、第１保持面５上にウエハＷを保持、解放することができる。なお、図示しないが、底部３の貫通孔３ａには空気漏れを防ぐシール材が設けられている。

さらに第２チャック１１の下部には、図示しないチャック昇降装置（治具昇降装置）が設けられており、吸着筒１３の第２保持面１５が第１保持面５と同一平面状となる保持位置Ｌと、第２保持面１５が第１保持面５より所定距離上方位置の受渡し位置Ｈとの間で昇降駆動するように構成されている。なお、この実施の形態では、第２チャック１１を昇降させているが、第１チャック１を昇降させることもできる。また第１チャック１および第２チャック１１をそれぞれ相対して昇降させることもできる。

ここで、第２チャック１１は外径１０ｍｍであり、その軸心位置付近に設けられた吸着口１２の内径は２〜３ｍｍ程度である。
このウエハ保持装置にウエハＷを搬入固定する場合、ウエハＷは第１チャック１および第２チャック１１によって保持される。第１チャック１では、第１保持面５によりウエハＷの外周部の無効領域部分を保持し、第２チャック１１では、第２保持面１５でウエハＷ裏面の中央部分を保持する。第１保持面５および第２保持面１５とウエハＷが接触する部分には、固定時の気密性が高くウエハに傷がつきにくい受け部材４，１４を用いている。そして真空ポンプ２１と第１レギュレータ２３よび第２レギュレータ２５を使って真空引きを行い、ウエハＷを第１，第２保持面５，１５に完全に吸着する。

第１チャック１では、ウエハＷの裏面全体を吸着し、第２チャック９ではウエハＷの裏面中央部近傍の４箇所を局所的に吸着する。真空吸着の際の真空レベルについては、第１，第２レギュレータ２３、２５によって調節する。第１チャック１は第２チャック１１よりも低い真空度でウエハＷの裏面全体を真空吸着することで第１保持面５にウエハＷの仮固定をし、第２チャック１１は第１チャック１よりも高い真空度でウエハＷの中央部４箇所を局所的に真空吸着して第２保持面１５に完全固定する。第１チャック１は吸着面積が広いが、比較的低い真空度で吸着しているので、大気圧としてウエハＷの解放に必要な時間は短い。同様に第２チャック１１は比較的高い真空度で吸着するが、吸着面積が狭いので、大気圧としてウエハＷの解放にかかる時間は短く、短時間でウエハＷを解放することができる。

なお、図１では第１チャック１の深さ、すなわち中空部２の深さを大きく図示しているが、ウエハＷを保持した時に、底部３とウエハＷ裏面が触れない程度の深さであれば問題ない。また第２チャック１１の吸着筒１３の本数を４本としたが、十分な吸着力が得られれば、何本でも良く、吸着口１２の内径（吸着面積）も問わない。

また、吸着筒１３を円柱形としたが、楕円柱形や多角形柱でもよい。さらに、吸着筒１３を軸心Ｏを中心とする回転対称の位置に配置したが、ウエハＷを高精度で安定して固定できれば、軸心Ｏを通る水平線に対して線対称の位置であってもよい。

さらに、受け部材４，１４をポリイミド、アルミナ等の材質としたが、ウエハＷの固定時に気密性が高くかつウエハＷに傷がつきにくい材質であれば、これらの材質に限定されるものではない。真空ポンプ２１に関しては真空が引ける吸引装置であればよく、第１，第２レギュレータ２３，２５に関しては、吸引空気流量を調節でき、かつ中空部２および吸着口１２を大気圧に戻せる弁装置であればよい。

（第１の保持方法）
上記構成におけるウエハ保持方法を図２、図３を用いて説明する。
図２は上記ウエハ保持装置により行う第１のウエハ保持方法を説明するフローチャートで、この第１の保持方法は、ウエハＷを高速で固定および離脱するものである。

ウエハＷの固定は、ステップＡ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５の順に行われる。
［ステップＡ１］搬送アーム等のウエハ搬送装置（図示しない）によりウエハＷをウエハ固定装置に搬入する。

［ステップＡ２］吸着筒１３を上方の受渡し位置Ｈに上昇させた第２チャック１１の第２保持面１５上に、ウエハＷを載せる。
［ステップＡ３］真空ポンプ２１による真空引きを開始する。その際、第１レギュレータ２３は閉じておき、第２レギュレータ２５を開放して第２チャック１１に対してのみ真空引きを行い、吸引口１２を真空引きしてウエハＷを第２保持面１５上に完全に固定する。

［ステップＡ４］チャック昇降装置により第２チャック１１を下降させてウエハＷの外周部を第１チャック１の第１保持面５に当接させる。この時、第１チャック１の第１保持面５と第２のチャック１１の第２保持面１５の高さを同一にして密着させ、ウエハＷにたわみが発生しないようにする。

［ステップＡ５］第２レギュレータ２５が開放された状態で、第１レギュレータ２３を開放して真空ポンプ２１により中空部２を真空引きし、ウエハＷの裏面全体を吸着させて第１保持面５上に完全に固定する。この時第１チャック１の真空度をウエハＷを仮固定する程度の真空度にしておき、第２チャック１１の真空度を第１チャック１の真空度よりも高くしてウエハＷを完全に固定させる。これら真空度の調節は第１，第２レギュレータ２３，２５によってそれぞれ独立に調節する。

［ステップＡ６］ステップＡ５により保持されたウエハＷに対して微細加工や露光処理、レジスト塗布などの処理が施される。
次に固定状態で処理されたウエハＷの離脱方法について説明する。

ウエハＷの離脱方法はステップＡ７、Ａ８、Ａ９の順番に行う。
［ステップＡ７］第１，第２レギュレータ２３，２５をそれぞれ閉じて、第１チャック１および第２チャック１１がそれぞれ大気圧状態に戻され、ウエハＷが解放される。

［ステップＡ８］チャック昇降装置により第２チャック１１を上昇させてウエハＷを第１チャック１の第１保持面５から離脱させ、受渡し位置Ｈに上昇させる。
［ステップＡ９］ウエハ搬送装置によりウエハＷを保持させて第２チャック１１の第２保持面１５から離脱させ搬出する。

上記保持方法によれば、第１チャック１によりウエハＷの裏面のほぼ全体を真空吸着するが、第１レギュレータ２３により中空部２はウエハ仮固定程度の真空度で吸着固定するので、ステップＡ８におけるウエハＷの解放に要する時間を短くすることができる。また第２チャック１１では、第２レギュレータ２５により吸着筒１３の吸着口１２を比較的高真空度としてウエハＷを吸着固定するが、吸着筒１３の吸着口１２はウエハＷの中央部分の４箇所を局所的に真空吸着してウエハＷを吸着する面積が小さいので、ステップＡ８におけるウエハＷの解放に要する時間を短くすることができる。本実施形態ではウエハ離脱の際、ステップＡ７で同時に第一および第二のチャック８、９を大気圧状態に戻しているが、必ずしも同時でなくても構わず、多少の時間的な前後があってもよい。

（第２の保持方法）
上記構成における第２の保持方法を図３に基いて説明する。図３は第２の保持方法を説明するフローチャートである。この第２保持方法はウエハの裏面へのダメージを軽減することを主な目的とした方法である。

本発明の第一の実施形態に係るウエハ固定装置を用いた第二のウエハ着脱方法はＢ１からＢ１０までの１０ステップから構成される。
ウエハＷの固定は、ステップＢ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５の順に行われる。

［ステップＢ１］搬送アーム等の搬送装置（図示しない）によりウエハＷをウエハ固定装置に搬入する。
［ステップＢ２］吸着筒１３を上方の受渡し位置Ｈに上昇させた第２チャック１１の第２保持面１５上に、ウエハＷを載せる。

［ステップＢ３］チャック昇降装置により第２チャック１１の吸着筒１２をウエハＷが第１チャック１１の第１保持面５に接する位置まで下降して第１保持面５上にウエハＷの外周部を載せ密着した状態にする。その際、第１保持面５と第２保持面１５の高さを同一にして、ウエハＷにたわみが発生しないようにする。

［ステップＢ４］第１レギュレータ２３を解放して真空ポンプ２１により中空部２を真空引きし、ウエハＷを第１チャック１１の第１保持面５上に密着固定する。
［ステップＢ５］第２レギュレータ２５を開放して真空ポンプ２１により吸着口１２を真空引きし、ウエハＷの裏面中央部を第２保持面１５に吸着させ完全に固定する。ステップＢ４で第１チャック１の真空度をウエハＷの仮固定程度の真空度にしておき、ステップＢ５で第２チャック１１の真空度を第１チャック１の真空度よりも高くしてウエハＷを完全に固定させる。これら真空度の調節は第１よび第２レギュレータ２３，２５によって独立に調節する。

このウエハＷを固定する際に、最初に第１チャック１によりウエハＷの外周部を仮固定してあるので、第２チャック１１によりウエハＷの裏面中央部を完全固定させる時にウエハＷが擦れて裏面が傷つくのを軽減することができる。

［ステップＢ６］ステップＢ５により保持されたウエハＷに対して微細加工や露光処理、レジスト塗布などの処理が施される。
次に固定状態で処理されたウエハＷの離脱方法について説明する。

ウエハの離脱方法はステップＢ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０の順番に行う。
［ステップＢ７］第１レギュレータ２３が閉じられて第１チャック１の中空部が大気圧状態に戻され、ウエハＷが第１保持面から解放される。

［ステップＢ８］チャック昇降装置により第２チャック１１を受渡し位置まで上昇させてウエハＷを第１保持面５から離脱させる。
［ステップＢ９］第２レギュレータ２５が閉じられて第２チャック１１の吸着口１２を大気圧状態に戻し、ウエハＷを第２保持面１５から解放する。

［ステップＢ１０］ウエハ搬送装置によりウエハＷを保持させて第２チャック１１の第２保持面１５から離脱させ搬出する。
上記保持方法によれば、第１チャック１の中空部２を大気圧状態に戻す際や、第２チャック１１の吸着筒１３を上昇させる際も、第２チャック１１の第２保持面１５にウエハＷを吸着固定している状態にある為、物理的なストレスでウエハＷの裏面が第２チャック１１の第２保持面１５に擦れて傷つくことは無い。また第１チャック１１はウエハＷの裏面全体を真空吸着するが、第１レギュレータ２３により中空部２をウエハ仮固定程度の真空度に設定することで、第１保持面からウエハＷを離脱する際にウエハＷの裏面にかかるダメージが少なくなる。

上記第１の保持方法と第２保持方法は、その目的に応じて使い分ける。例えば高速でウエハＷを固定、離脱させたい場合は、第１保持方法を使い、ウエハＷｋ裏面への真空吸着時のダメージを軽減させたい場合には第２保持方法を使えばよい。

なお、第１の保持方法における第１チャック１の真空度と、第２チャック１１の真空度とは、第１チャック１よりも第２チャック１１を高く設定することが望ましいが、同等であっても構わない。

また、吸着時の真空度についても、第１チャック１をウエハＷの仮固定程度が可能な低真空度に設定し、第２チャック１１をウエハＷの完全固定可能な高真空度に設定することが望ましいが、第１チャック１および第２チャック１１両方または片方でウエハＷが完全固定できるという目的が達成できれば、その組み合わせや真空度は本実施形態の構成に限定されるものではない。

［第２の実施の形態］
次に本発明に係るウエハ固定装置の第２の実施形態について、図４を参照しながら説明する。なお、第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図４（ａ）はウエハ固定装置の平面図、図４（ｂ）は同中央縦断面図である。第１の実施形態と異なる点は、第２チャック３１の構成である。
第２チャック３１は、第１チャック１の中空部で底部３の形成された貫通孔３ｂに、吸着筒３３が図示しないチャック昇降装置により軸心Ｏ上で昇降自在に垂設配置されて構成されている。前記吸着筒３３は、直径がウエハＷの直径の１／３程度の有底円筒形に形成され、内部に円柱形の吸着口３２が形成されている。また吸着筒３３は、１０ｍｍ程度の肉厚に形成されるとともに、上端部に第２保持面３５を形成する受け部材３４が取り付けられ、受け部材３４はウエハＷの固定時に気密性が高くかつウエハＷに傷が付きにくい材質により形成されている。

上記構成によれば、第１の実施形態のウエハ固定装置における第２チャック１１では、小さい吸着口１２を４つに分散して配置したので、ウエハＷに対する物理的ストレスが局所に集中しやすいのと比較して、第２チャック３１の吸着口を比較的広い円形に形成したので、第２チャック３１による吸着固定によりウエハＷに及ぼす物理的ストレスを分散させることができる。

なお、第２チャック３１の直径および肉厚は、十分な吸着力が得られる範囲において、第２の実施の形態の値に限定されるものではない。また第２チャック３１を円筒形としたが、軸心Ｏを中心とする回転対称形または略回転対称であれば、どのような断面形状の筒形であってもよく、ウエハＷを高精度に固定できれば、正確な回転対称形である必要はない。

第２の実施の形態における保持方法は、第１の実施形態で説明した第１保持方法および第２保持方法を適用して、ウエハＷを吸着固定および解放離脱することができる。
［第３の実施の形態］
次に本発明に係るウエハ固定装置の第３の実施形態について図５を参照しながら説明する。第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。図５（ａ）はウエハ固定装置の平面図、図５（ｂ）は同中央縦断面図である。
第２の実施形態に係るウエハ固定装置と異なる点は、第２チャック４１の吸着筒４３の形状を四角形断面に変更し、吸着口４２も四角形形成された点にある。

また吸着筒４３は、軸心Ｏ上に配置されるとともに、外周が軸心Ｏを中心とするウエハＷの１／３程度の円周に内接するように形成されている。さらに吸着筒４３の上端部には、第２保持面４５を形成する受け部材４４が設けられており、受け部材４４はウエハＷの固定時に気密性が高くかつウエハＷに傷が付きにくい材質により形成されている。そして図示しないチャック昇降装置により、第２保持面を保持位置Ｌと受渡し位置Ｈの間で軸心Ｏに沿って昇降移動される。

上記構成によれば、第２の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
［第４の実施の形態］
次に本発明に係るウエハ固定装置の第４の実施形態について図６を参照しながら説明する。第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

図６（ａ）はウエハ固定装置の平面図、図６（ｂ）は同中央縦断面図である。
第１の実施形態に係るウエハ固定装置と異なる点は、第２チャック５１の構成である。
すなわち、第２チャック５１は、第１チャック１の中空部２内に底部３に形成された３つの貫通孔３ｃ，３ｄ，３ｄを介して、１本の中央吸着筒５３Ａと２本の側部吸着筒５３Ｂが図示しないチャック昇降装置によりそれぞれ昇降自在に垂設配置されて構成される。

第２チャック５１の中央吸着筒５３Ａは、軸心Ｏ上でウエハＷの直径の２／３程度の横幅で１０ｍｍ程度の厚さを有する長方形筒状に形成されている。また第２チャック５１の側部吸着筒５３Ｂは、軸心ＯからウエハＷの直径の２／３程度の円周に内接する長方形筒状に形成され、かつ中央吸着筒５３Ａに平行な配置されている。また中央吸着筒５３Ａ内および側部吸着筒５３Ｂ内には、第２吸着口５２Ａ，５２Ｂがそれぞれ形成されて中央付近に長さ方向に沿って幅が２〜３ｍｍ程度のスリット状に開口され、中央吸着筒５３Ａおよび側部吸着筒５３Ｂの上端部に、第２保持面５５を形成する受け部材５４がそれぞれ取り付けられている。そして、受け部材５４はウエハＷの固定時に気密性が高くかつウエハＷに傷が付きにくい材質により形成されている。

上記構成によれば、第１の実施形態のウエハ固定装置における第２チャック１１では、小さい吸着口１２を４つに分散して配置したので、ウエハＷに対する物理的ストレスが局所に集中しやすいのと比較して、第２チャック５１の吸着口５２をスリット状にして分離したので、第２チャック５１による吸着固定によりウエハＷに及ぼす物理的ストレスを分散させることができる。

なお、第２チャック５１におけるの吸着口５２Ａ，５２Ｂの幅や長さ、面積、個数は、十分な吸着力が得られる範囲において、第４の実施の形態の値に限定されるものではない。また中央吸着筒５３Ａと側部吸着筒５３Ｂの第２保持面５５を互いに平行で軸心Ｏに交差する水平線に線対称になるように配置したが、ウエハＷを高精度に固定できる範囲でこれに限るものではなく、平行に配置する必要もない。

上記構成のウエハ固定装置における保持方法は、第１の実施の形態で説明した第１保持方法および第２保持方法に適用可能である。
［第５の実施の形態］
次に本発明に係るウエハ固定装置の第５の実施形態について図７を参照しながら説明する。第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。図７（ａ）はウエハ固定装置の平面図、図７（ｂ）は同中央縦断面図である。

第１の実施形態に係るウエハ固定装置と異なる点は、第２チャック６１の吸着筒６３の形状である。すなわち、第２チャック６１の吸着筒６３は、第１チャック１の軸心Ｏを中心として１８０°ごとに半径方向に伸びる放射板部６３ａに形成され、放射板部６３ａの外周は、軸心Ｏ上にウエハの直径の２／３程度の円を描いた円周に内接するように形成されている。吸着筒６３の各放射板部６３ａは、それぞれ前記円周の半径程度の幅で、１０ｍｍ程度の肉厚を有して軸心Ｏ位置で接続された吸着口６２が形成され、吸着口６２はそれぞれ幅が２〜３ｍｍ程度で半径方向に沿うスリット形で、軸心Ｏを中心とする回転対称に形成されている。そして、第１チャック１の底部３に形成された貫通孔３ｅを介して吸着筒６３が昇降自在に配置されている。

上記構成によれば、第１の実施形態のウエハ固定装置における第２チャック１１では、小さい吸着口１２を４つに分散して配置したので、ウエハＷに対する物理的ストレスが局所に集中しやすいのと比較して、第２チャック６１の吸着口６２を放射方向のスリット状に形成して均等に配置したので、第２チャック３１による吸着固定によりウエハＷに及ぼす物理的ストレスを分散させることができる。また第４の実施形態のウエハ固定装置と比較して、ウエハＷに対して、均等に物理的ストレスがかかることになり、ウエハＷのたわみを非常に小さくすることができる。

なお、第２チャック６１の幅および肉厚は、十分な吸着力が得られる範囲において、本実施形態の値に限定されるものではない。また第２チャック６１を軸心Ｏの回転対称となるように放射線状に組み合わせたが、ウエハＷを高精度に固定できる範囲で、必ずしも回転対称となるように組み合わる必要はない。更に第２チャック６１の放射板部６３ａの枚数を３枚としたが、十分な吸着力が得られる範囲において、何枚でも良い。

上記構成のウエハ固定装置における保持方法は、第１の実施の形態で説明した第１保持方法および第２保持方法に適用可能である。
［第６の実施形態］
本発明に係るウエハ固定装置の第６の実施形態について、図８を参照しながら説明する。第１の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。図８（ａ）はウエハ固定装置の平面図、図８（ｂ）は同中央縦断面図である。

円板状のウエハＷを保持する円形の真空チャック（基板固定治具）７１には、その上面である保持面７２で真空チャック７１の軸心Ｏの近傍位置に複数の貫通孔７３が貫通形成され、これら貫通孔７３には、図示しない昇降機構により、ウエハＷを真空チャック７１から持ち上げる突き上げピン７４がそれぞれ昇降自在に配置されている。真空チャック７１の保持面７２には、ウエハＷと密着する受け部材７５が設けられ、この受け部材７５はウエハＷの固定時の気密性が高くウエハＷに傷が付きにくいたとえばポリイミド、アルミナ等の材質により形成されている。またこの保持面７２には、ウエハＷを真空チャック７１に密着させる為の複数の吸排気口（吸着口）７６が軸心Ｏを中心とする円周上に形成配置されており、これら吸排気口７６は真空配管７７を介して真空ポンプ（吸着装置）７８が接続され、真空配管７７にレギュレータ（調整弁）７９が介装されている。

前記突き上げピン７４は、真空チャック７１の軸心Ｏを中心とした正方形の各頂点である４箇所に形成された貫通孔７３に挿設され、図示しないピン昇降装置により貫通孔７３内に後退された保持位置Ｌと、保持面７２から上方に突出された受渡し位置Ｈとの間で昇降されて、ウエハＷを保持面７２に載置、離脱させることができる。これら突き上げピン７４は、ウエハＷに当接する先端の当接面７４ａが、ウエハＷ上に形成される単位素子の大きさよりも大きい面積に形成されており、これによりウエハＷの裏面への局所的な物理的なストレスを分散させて、ウエハＷの裏面へのダメージを小さくすることができる。

真空チャック７１にウエハＷを固定する場合、受渡し位置Ｈに上昇された突上げピン７４上にウエハＷが載置され、ピン昇降装置により突上げピン７４を保持位置Ｌまで下方に後退させることによってウエハＷが保持面７２上に載せられる。次いでレギュレータ７９を開放して真空ポンプ７８により吸排気口７６に真空吸着し、ウエハＷを真空チャック７１の保持面７２上に完全に吸着固定する。

ウエハＷの処理後に、真空チャック７１からウエハＷを分離排出する場合、レギュレータ７９を閉じて吸排気口７６を大気圧とすることにより、ウエハＷを保持面７２から開放し、さらにピン昇降装置により突上げピン７４を受渡し位置Ｈまで上昇させて当接面７４ａによりウエハＷを保持面７２から離脱させる。

上記実施の形態によれば、突き上げピン７４の当接面７４ａをウエハＷに形成される単位素子の大きさよりも大きい面積に形成したので、ウエハＷの裏面への局所的な物理的なストレスを分散させてウエハＷの裏面へのダメージを小さくすることができる。

なお、ここで突き上げピン７４の本数を４本としたが、ウエハＷを安定して上下移動できれば、その本数は４本に限定されない。また、突き上げピン７４の配置も、ウエハＷを安定して上下移動できれば、本実施の形態の配置に限定されない。

また吸排気口１７は、真空チャック７１の軸心Ｏを中心とする円周上に配置されているが、ウエハＷを高精度に固定できる範囲で、本実施の形態の配置に限定されない。
さらに真空ポンプ７８は真空が引けるもの、レギュレータ７９に関しては流量を調節できるものであれば、本実施の形態の構成に限定されるものではない。

本発明は、半導体製造装置などのように、基板をダメージを与えることなく高精度で固定するための保持装置および保持方法に適用できる。

（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るウエハ保持装置の第１の実施の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図である。同ウエハ保持装置による第１のウエハの保持方法を説明するフローチャートである。同ウエハ保持装置による第２のウエハの保持方法を説明するフローチャートである。（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るウエハ保持装置の第２の実施の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るウエハ保持装置の第３の実施の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るウエハ保持装置の第４の実施の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るウエハ保持装置の第５の実施の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係るウエハ保持装置の第６の実施の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は中央縦断面図である。従来のウエハ保持装置を示す中央縦断面図である。

符号の説明

Ｗウエハ
Ｏ軸心
Ｈ受渡し位置
Ｌ保持位置
１第１チャック
２中空部
３底部
４受け部材
５第１保持面
１１第２チャック
１２吸着口
１３吸着筒
１４受け部材
１５第２保持面
３１第２チャック
３２吸着口
３３吸着筒
３４受け部材
３５第２保持面
４１第２チャック
４２吸着口
４３吸着筒
４４受け部材
４５第２保持面
５１第２チャック
５２Ａ，５２Ｂ第２吸着口
５３Ａ中央吸着筒
５３Ｂ側部吸着筒
５４受け部材
５５第２保持面
６１第２チャック
６２吸着口
６３吸着筒
６３ａ放射板部
６４受け部材
６５第２保持面
７１真空チャック
７２保持面
７３貫通孔
７４突き上げピン
７４ａ当接面
７５受け部材

Claims

中空部を減圧して基板の少なくとも外周領域を第１保持面に吸着保持可能な第１固定治具と、
前記中空部内に配置され、吸着口を減圧して基板を第２保持面に吸着保持可能な第２固定治具と、
前記第１固定治具および第２固定治具の少なくとも一方を昇降させて第１保持面と第２保持面の上下位置を変位させる治具昇降装置と、
前記第１固定治具の中空部と前記第２固定治具の吸着口とに接続されて基板を第１保持面および第２保持面の少なくとも一方に吸着解放可能な吸着装置とを具備し、
前記吸着装置により第１固定治具と第２固定治具への吸着と開放とがそれぞれ独立して制御されるとともに、前記治具昇降装置により基板を第１保持面と第２保持面とに当接離間させるように構成した
ことを特徴とする基板保持装置。
前記第１保持面が基板の外周領域に沿うリング状に形成され、
前記外周領域が基板の無効領域である
ことを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
前記第２固定治具は単一の第２保持面を有し、
該第２保持面は、第１保持面の中心位置に配置されるとともに、第１保持面中心を中心とする対称形状に形成された
ことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持装置。
前記第２固定治具は複数の第２保持面を有するとともに、
前記第２保持面は、第１保持面中心を中心とする対称形状で、かつ対称位置近傍に配置された
ことを特徴とする請求項１または２記載の基板保持装置。
前記第２固定治具を筒状の吸着筒により構成した
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板保持装置。
前記基板を吸着するための吸着口を有する基板固定治具と、前記基板固定治具の中央部近傍に昇降自在に挿設されて基板を昇降可能な少なくとも一つの突き上げピンと、前記吸着口に接続され基板を吸着解放可能な吸着装置とを具備した基板保持装置であって、
前記突き上げピンの上端部で基板の裏面に密接する当接面の面積を、前記基板上に形成される単位素子よりも大きく形成した
ことを特徴とする基板保持装置。
請求項１記載の基板保持装置により基板を保持する基板保持方法であって、
第１保持装置の第１保持面より上方に配置された第２固定治具の第２保持面に基板を載置する工程と、
前記第２固定治具の吸着口から吸引して基板を前記第２保持面に固定する工程と、
前記第２固定治具を下降するか、または第１固定具を上昇して前記第１保持面上に基板を載置させる工程と、
第１固定治具の中空部から吸引して基板を前記第１保持面に固定する工程とを順次行って基板を保持する
ことを特徴とする基板保持方法。
前記基板が第１固定治具と前記第２固定治具にそれぞれ保持されて処理された後、
前記第１固定治具による吸引と前記第２固定治具による吸引の両方を同時に、または個別に大気圧状態に戻して基板を解放する工程と、
前記第２固定治具の上昇または第１固定治具の下降により、基板を第１固定治具の第１保持面から離脱させる工程と、
基板を第２固定治具の第２保持面から搬出する工程とを順次行い基板を離脱させる
ことを特徴とする請求項７記載の基板保持方法。
前記第１固定治具の中空部から吸引して基板を第１保持面に固定する工程で、第１固定装置の中空部を低真空度として基板を保持すると同時に、第２固定装置の吸引口を前記中空部と同じ真空度かまたは高真空度として基板を保持する
ことを特徴とする請求項７または８記載の基板保持方法。
請求項１記載の基板保持装置により基板を保持する基板保持方法であって、
第１保持装置の第１保持面より上方に配置された第２固定治具の第２保持面に基板を載置する工程と、
前記第２固定治具を下降させるか、または第１固定治具を上昇させて第１固定治具の第１保持面に基板を載置する工程と、
前記第１固定治具の中空部から吸引して基板を前記第１保持面に固定する工程と、
前記第２固定治具の吸着孔から吸引してとを順次行って基板を保持する
ことを特徴とする基板保持方法。
前記基板を第２保持面に固定する工程で基板が第１固定治具と第２固定治具の両方に保持された状態で基板が処理された後、
前記第１固定治具の中空部を大気圧に戻して基板を第１保持面から解放する工程と、
前記第２固定治具を上昇させるか、または第１固定具を下降させて基板を第１保持面から離脱させる工程と、
前記第２固定治具の吸着口を大気圧に戻して基板を第２保持面から解放する工程と、
基板を第２固定治具の第２保持面から離脱させる工程とを順次行い基板を離脱する
ことを特徴とする請求項１０記載の基板保持方法。
前記第１固定治具の中空部から吸引して基板を第１保持面に固定する工程で、第１固定装置の中空部を低真空度として基板を保持すると同時に、第２固定装置の吸引口を前記中空部と同じ真空度かまたは高真空度として基板を保持する
ことを特徴とする請求項１０または１１記載の基板保持方法。