JP2010219274A - 基板固定装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板表面を加工あるいは観察する際に、基板の裏面を汚染したりダメージを与えずに、ステージへの基板の着脱が容易で、かつ基板をステージ上に十分に固定させる基板固定装置を提供する。
【解決手段】表裏に主面を有する基板101の表面を微細加工する場合、あるいは微細加工した基板の表面を観察する場合に、基板をステージ上に固定する基板固定装置であって、ステージ103上に固定されたステージガード104を備え、ステージガードは、基板を加工あるいは観察する開口部が設けられているとともに、所定の高さを有してステージとの間に空間を形成して、基板の裏面を前記ステージに非接触とし、基板の表面の一部を用いて、基板をステージガードに水平に保持する手段を備えたことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、ウェハあるいはフォトマスクあるいはナノインプリント用モールドなどの基板表面に微細加工をする場合、あるいは微細加工した基板表面を観察する場合に、これらの基板をステージ上に固定する基板固定装置に関する。
近年、特に半導体デバイスについては、微細化の一層の進展により高速動作、低消費電力動作が求められ、また、システムLSIという名で呼ばれる機能の統合化などの高い技術が求められている。このような中、半導体デバイスのパターンを作製する要となるリソグラフィ技術は、パターンの微細化が進むにつれ、露光装置などが極めて高価になってきており、また、それに用いるマスク価格も高価になっている。
これに対して、1995年Princeton大学のChouらによって提案されたナノインプリント法は、装置価格や使用材料などが安価でありながら、10nm程度の高解像度を有する微細パターン形成技術として注目されている。
ナノインプリント法は、予め表面にナノメートルサイズの凹凸パターンを形成したモールド(テンプレート、スタンパ、金型とも呼ばれる)を、被加工材表面に塗布形成された樹脂に押し付けて力学的に変形させて微細パターンを精密に転写し、パターン形成された樹脂をレジストマスクとして被加工材を加工する技術である。一度モールドを作製すれば、ナノ構造が簡単に繰り返して成型できるため高いスループットが得られて経済的であるとともに、有害な廃棄物が少ないナノ加工技術であるため、近年、半導体デバイスに限らず、さまざまな分野への応用が期待されている。
上記のウェハあるいはフォトマスクへのリソグラフィあるいはインプリントにおいては、ウェハ基板あるいは原版となるフォトマスク基板あるいはナノインプリント用モールド基板などの各種の基板は、パターン描画などの微細加工するとき、あるいは作製したパターンを観察(計測も含む)するときには、図4に示すように、これらの基板401をXY方向に正確に移動するステージ403上に固定して加工または観察402が行われている。
従来、基板をステージ上に固定する基板固定装置としては、次に例示するような装置を用いて行われてきた。(1)第1の例としては、ピンにより基板を固定する装置による基板固定方法および装置がある(例えば、特許文献1参照)。図5は、ピンにより基板を固定する基板固定装置の一例を示す模式図であり、図5(a)はピンにより基板を固定する基板固定装置の断面模式図、図5(b)は、上方から見た平面模式図である。基板501の表面は、加工または観察面502を有している。基板501は、その2箇所の角が基板501のほぼ対角線上に設けられた4本のピン505により固定され、基板501裏面はXY方向に可動なステージ503に接しないようにステージ503上に掘り込みが形成されている。本装置による固定方法は真空中でも基板501を固定でき、試料となる基板501の裏面がステージ503と接触することにより汚染されたりダメージを受けるのを回避することができる。
(2)第2の例としては、静電チャックにより基板を固定する装置による固定方法がある(例えば、特許文献2参照)。図6は、静電チャックにより基板を固定する基板固定装置の一例を示す模式図であり、図6(a)は静電チャックにより基板を固定する基板固定装置の断面模式図、図6(b)は、上方から見た平面模式図である。XY方向に可動なステージ603に荷電部を設けて静電チャック607とし、静電的に基板601を吸着する。本方法は真空中でも基板601を固定することができるが、基板が絶縁体である場合には吸着力が弱い。また、基板601の裏面がステージ603に接するために、基板裏面が汚染されたりダメージを受ける可能性がある。
(3)上記の基板が絶縁体のときに静電チャックによる吸着力を強める方法として、第3の例として、図7に示すように、基板裏面へ導電膜を形成後に静電チャックにより基板を固定する方法がある(例えば、特許文献3参照)。図7(a)は静電チャック707により導電膜708を裏面に有する基板701を固定する基板固定装置の断面模式図、図7(b)は、上方から見た平面模式図である。基板固定装置自体は、上記の図6と同一の装置であってよい。本方法は、真空中の絶縁体への適用が可能であり、強い吸着力が実現できる。基板の裏面がステージに接するため、試料基板裏面への汚染やダメージの可能性がある。
(4)第4の例としては、真空吸着により基板を固定する装置による基板固定方法がある(例えば、特許文献4参照)。本方法による装置は、図6の静電チャックを真空チャックに置き換えた構成となるので、図6を用いて説明する。XY方向に可動なステージ603に吸入口を設けて真空チャック607とし、基板601を吸着する。本装置は真空中では使えない。また、基板601の裏面がステージに接するため、基板裏面が汚染されたりダメージを受ける可能性がある。
特開平11−194479号公報 特開平8−115871号公報 特開2004−320035号公報 特開平6−5691号公報
しかしながら、上記の(1)ピンによる基板の固定装置による方法では、基板がステージあるいはピンに吸着しているわけではないため、基板のZ(上下)方向の動きに対して、十分に基板を固定することができないという問題があった。(2)の静電チャックによる基板固定装置による方法、あるいは(4)の真空チャックによる基板固定装置による方法や、(3)の試料基板裏面への導電膜形成後の静電チャックによる基板固定装置による方法では、基板裏面が重要である場合に、裏面が汚染されたりダメージを受ける危険性があるという問題があった。
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、基板表面を加工あるいは観察する際に、基板の裏面を汚染したりダメージを与えずに、ステージへの基板の着脱が容易で、かつ基板をステージ上に十分に固定させる基板固定装置を提供することである。
上記の課題を解決するために、請求項1の発明に係る基板固定装置は、表裏に主面を有する基板の表面を微細加工する場合、あるいは微細加工した基板の表面を観察する場合に、前記基板をステージ上に固定する基板固定装置であって、前記ステージ上に固定されたステージガードを備え、前記ステージガードは、前記基板を加工あるいは観察する開口部が設けられているとともに、所定の高さを有して前記ステージとの間に空間を形成して前記基板の裏面を前記ステージに非接触とし、前記基板の表面の一部を用いて前記基板を前記ステージガードに水平に保持する手段を備えたことを特徴とするものである。
請求項2の発明に係る基板固定装置は、請求項1に記載の基板固定装置において、前記基板を保持する手段が加圧であり、前記ステージガードに加圧用バルブを設け、前記ステージと前記ステージガードと前記基板とで密閉空間を構成し、前記バルブを調整して該密閉空間内の圧力を該密閉空間外の圧力よりも高くし、該密閉空間内外の圧力差により前記基板の表面の一部を前記ステージガードに押圧して前記基板を固定することを特徴とするものである。
請求項3の発明に係る基板固定装置は、請求項1に記載の基板固定装置において、前記基板を保持する手段が静電吸着であり、前記ステージガードに静電チャックを設け、前記静電チャックにより前記基板の表面の一部を前記ステージガードに吸着させて前記基板を固定することを特徴とするものである。
請求項4の発明に係る基板固定装置は、請求項3に記載の基板固定装置において、前記基板が、前記基板の表面の周辺部に導電膜が形成された基板であり、該導電膜を用いて前記静電チャックに前記基板を固定することを特徴とするものである。
請求項5の発明に係る基板固定装置は、請求項1に記載の基板固定装置において、前記基板を保持する手段が真空吸着であり、前記ステージガードに真空チャックを設け、前記真空チャックにより前記基板の表面の一部を前記ステージガードに吸着させて前記基板を固定することを特徴とするものである。
請求項6の発明に係る基板固定装置は、請求項1に記載の基板固定装置において、前記基板を保持する手段が静電吸着および真空吸着であり、前記ステージガードに静電チャックと真空チャックとを設け、前記静電チャックと真空チャックとを併用することにより前記基板の表面の一部を前記ステージガードに吸着させて前記基板を固定することを特徴とするものである。
請求項7の発明に係る基板固定装置は、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の基板固定装置において、前記基板が、ナノインプリント用モールド基板であることを特徴とするものである。
本発明の基板固定装置によれば、基板表面を加工あるいは観察する際に、ステージ上に固定されたステージガードに基板の表面の一部を用いて固定することにより、基板の裏面をステージに非接触とし、基板の裏面に汚染やダメージを与えることなく、ステージへの基板の着脱が容易で、かつ基板をステージ上に十分に固定することができ、高精度の微細加工や観察・計測が可能となる。
本発明の加圧チャンバを用いた基板固定装置の一例を示す模式図である。 本発明の静電チャックまたは真空チャックを用いた基板固定装置の一例を示す模式図である。 本発明の静電チャックを用いた基板固定装置の他の実施形態を示す模式図である。 基板の加工・観察を説明するための外観斜視図である。 従来のピンにより基板を固定する基板固定装置の一例を示す模式図である。 従来の静電チャックまたは真空チャックを用いた基板固定装置の一例を示す模式図である。 基板裏面へ導電膜を形成後に静電チャックにより基板を固定する従来の基板固定装置の他の例を示す模式図である。
以下、図面に基づいて、本発明の基板固定装置の実施形態について詳細に説明する。
本発明の基板固定装置は、表裏に主面を有する基板の表面を微細加工する場合、あるいは微細加工した基板の表面を観察する場合に、基板の裏面を可動ステージに非接触の状態として、ステージ上に固定されたステージガードに、基板の表面の一部を用いて固定するものである。本発明において、ステージガードは、ステージ上に設けられ、加工あるいは観察する基板を保持する機能を有する部材を意味するものである。
本発明において、加工あるいは観察する基板としては、例えば、半導体用ウェハあるいはフォトマスクあるいはナノインプリント用モールドなどの表裏に主面を有する微細加工を要する基板が挙げられる。本発明の基板固定装置は、基板表面のみにパターン形成する基板だけではなく、基板の裏面の汚染やダメージを避けたい基板、例えば両面フォトマスクやナノインプリント用モールドなどの基板への適用が好ましい。基板は微細加工あるいは観察をする一方の主面を表面とし、他方の主面を裏面としている。基板の材質としては、シリコン、化合物半導体、石英ガラスなどが挙げられる。
本発明において、基板表面に施す微細加工としては、電子線やレーザ光によるパターン描画などが例示でき、基板表面に行う観察としては、走査型電子顕微鏡によるパターン観察や、形状観察、パターン寸法の測長などが例示できる。もとより、本発明の基板固定装置による基板表面の加工や観察は、上記の例に限定されるわけではなく、基板裏面の汚染や損傷を避けたい種々の加工・観察分野に適用することができる。
本発明において、ステージは、上記の図4に示すような、金属製のXY方向に移動する矩形状の可動ステージが用いられる。ステージおよびステージガードの大きさは、通常用いられている略円形の半導体用ウェハあるいは矩形のフォトマスクあるいはナノインプリント用モールドなどが適用できる大きさとすればよい。
本発明において、ステージガードは、金属、石英ガラス、セラミックスなどを主材料として形成されるが、熱膨張率差による変動などを考慮すると、ステージと同質の材料で形成されているのが好ましく、加工性や強度から金属材料がより好ましい。本発明のステージガードは、所定の高さを有して矩形状のステージ表面の主要部を所定の距離を空けて覆い、ステージとの間に空間を形成し、基板をステージに非接触の状態で、基板の表面の一部を用いてステージガードに水平に保持する手段を備えたものである。
本発明において、直方体形状のステージガードの上面には基板を加工あるいは観察する開口部が設けられており、ステージガードの側面下部でステージに固定する。ステージの上面があるので、ステージガードの下面は設けなくてよい。また、ステージとの間に後述する密閉空間を形成しないで基板を固定する場合には、ステージガードの側面からも基板の出し入れができるように、ステージガードの側面に開口部が設けられていてもよい。ステージと空間を形成するステージガードの高さは基板の厚さに依存するが、基板がステージに接触せずに空間内に出し入れできる高さを有していればよい。上記の開口部は、基板を加工あるいは観察する領域が十分に露出されている大きさであればよく、通常、中央部に矩形状に開口しているのが好ましい。ステージガードをステージに固定するには、機械的な固定、静電的な固定など従来公知の方法を用いて、ステージと基板が水平になるようにして固定される。
本発明において、ステージガードに固定する基板の表面の一部は、基板表面のパターン加工や観察に影響が生じない領域であり、通常、所定の幅を有する基板表面の外周部が用いられる。
次に、基板をステージガードに保持する手段に応じて、本発明の実施形態について説明する。
(第1の実施形態)
本実施形態の基板固定装置は、基板を保持する手段が加圧であり、加圧チャンバを用いる装置である。図1は、加圧チャンバを用いた本発明の基板固定装置の一例を示す模式図である。図1(a)は基板を固定する基板固定装置の断面模式図、図1(b)は、加工・観察面102を有する基板101の斜視外観模式図、図1(c)は、上方から見た基板固定装置と固定された基板の平面模式図である。
図1(a)において、ステージガード104に加圧用バルブ106を設け、ステージ103とステージガード104と基板101とで密閉空間を構成するように、基板101を所定の位置にセットした後、バルブ106を調整して外部から加圧気体を導入して、密閉空間内の圧力を密閉空間外の圧力よりも高くして加圧チャンバ105とし、密閉空間内外の圧力差により基板101の表面の一部をステージガード104に押圧して基板101を固定する。圧力差はバルブ106で調整する。もしも密閉空間外の雰囲気が真空の場合は、加圧チャンバ105内は亜真空に設定する。本実施形態は、真空中での基板の固定が可能であり、基板裏面に汚染やダメージを与えない。
(第2の実施形態)
本実施形態の基板固定装置は、基板を保持する手段が静電吸着であり、静電チャックを用いる装置である。図2は、静電チャックまたは真空チャックを用いた本発明の基板固定装置の一例を示す模式図である。図2(a)は基板を固定する基板固定装置の断面模式図、図2(b)は、加工・観察面202を有する基板201の斜視外観模式図、図2(c)は、上方から見た基板固定装置と固定された基板の平面模式図である。
図2(a)において、ステージガード204に静電チャック207を設け、静電チャック207により基板201の表面の一部をステージガード204に吸着させて基板201を固定する。静電チャック207は、ステージガード204内に埋め込み、基板201を吸着する面が平坦化しているのが好ましい。本実施形態は、真空中での基板の固定が可能であり、基板裏面に汚染やダメージを与えない。
(第3の実施形態)
本実施形態の基板固定装置は、基板を保持する手段が第2の実施形態と同じ静電吸着であり、図3は、本実施形態による静電チャックを用いた本発明の基板固定装置の一例を示す模式図である。図3(a)は基板を固定する基板固定装置の断面模式図、図3(b)は、加工・観察面302を有する基板301の斜視外観模式図、図3(c)は、上方から見た基板固定装置と固定された基板の平面模式図である。
図3(a)において、ステージガード304に静電チャック307を設け、静電チャック307により基板301の表面の一部をステージガード304に吸着させて基板301を固定する。図3(b)に示すように、本実施形態では、基板301の表面の周辺部に導電膜308を形成し、この導電膜308を用いて静電チャック307に基板301を固定する。上記の第2の実施形態に比べ、本実施形態では基板の固定力が強化される。真空中での基板の固定が可能であり、基板裏面に汚染やダメージを与えない。ただし、基板表面の周辺部に導電膜を形成する必要がある。
(第4の実施形態)
本実施形態の基板固定装置は、基板を保持する手段が真空吸着であり、真空チャックを用いる装置である。本実施形態による装置は、図2の静電チャックを真空チャックに置き換えた構成となるので、図2を用いて説明する。図2(a)は基板を固定する基板固定装置の断面模式図、図2(b)は、加工・観察面202を有する基板201の斜視外観模式図、図2(c)は、上方から見た基板固定装置と固定された基板の平面模式図である。
図2(a)において、ステージガード204に真空チャック207を設け、真空チャック207により基板201の表面の一部をステージガード204に吸着させて基板201を固定する。本実施形態は、基板裏面にダメージを与えないが、真空中では基板の固定ができない。
(第5の実施形態)
本実施形態の基板固定装置は、基板を保持する手段が真空チャックと静電チャックを併用するものである(不図示)。本実施形態による装置は、図2の静電チャックに真空チャックを加えた構成となり、基板の固定力が強化される。本実施形態は、真空中での基板の固定が可能であり、基板裏面に汚染やダメージを与えない。
101 基板
102 加工・観察面
103 ステージ
104 ステージガード
105 加圧チャンバ
106 バルブ
201 基板
202 加工・観察面
203 ステージ
204 ステージガード
207 静電チャックまたは真空チャック
301 基板
302 加工・観察面
303 ステージ
304 ステージガード
307 静電チャック
308 導電膜
401 基板
402 加工または観察
403 ステージ
501、601、701 基板
502、602、702 加工・観察面
503、603、703 ステージ
505 ピン
607 静電チャックまたは真空チャック
707 静電チャック
708 導電膜

Claims (7)

  1. 表裏に主面を有する基板の表面を微細加工する場合、あるいは微細加工した基板の表面を観察する場合に、前記基板をステージ上に固定する基板固定装置であって、
    前記ステージ上に固定されたステージガードを備え、
    前記ステージガードは、前記基板を加工あるいは観察する開口部が設けられているとともに、所定の高さを有して前記ステージとの間に空間を形成して前記基板の裏面を前記ステージに非接触とし、前記基板の表面の一部を用いて前記基板を前記ステージガードに水平に保持する手段を備えたことを特徴とする基板固定装置。
  2. 前記基板を保持する手段が加圧であり、前記ステージガードに加圧用バルブを設け、前記ステージと前記ステージガードと前記基板とで密閉空間を構成し、前記バルブを調整して該密閉空間内の圧力を該密閉空間外の圧力よりも高くし、該密閉空間内外の圧力差により前記基板の表面の一部を前記ステージガードに押圧して前記基板を固定することを特徴とする請求項1に記載の基板固定装置。
  3. 前記基板を保持する手段が静電吸着であり、前記ステージガードに静電チャックを設け、前記静電チャックにより前記基板の表面の一部を前記ステージガードに吸着させて前記基板を固定することを特徴とする請求項1に記載の基板固定装置。
  4. 前記基板が、前記基板の表面の周辺部に導電膜が形成された基板であり、該導電膜を用いて前記静電チャックに前記基板を固定することを特徴とする請求項3に記載の基板固定装置。
  5. 前記基板を保持する手段が真空吸着であり、前記ステージガードに真空チャックを設け、前記真空チャックにより前記基板の表面の一部を前記ステージガードに吸着させて前記基板を固定することを特徴とする請求項1に記載の基板固定装置。
  6. 前記基板を保持する手段が静電吸着および真空吸着であり、前記ステージガードに静電チャックと真空チャックとを設け、前記静電チャックと真空チャックとを併用することにより前記基板の表面の一部を前記ステージガードに吸着させて前記基板を固定することを特徴とする請求項1に記載の基板固定装置。
  7. 前記基板が、ナノインプリント用モールド基板であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の基板固定装置。
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