JP2017112343A - 基板保持装置および基板保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保持状態における基板の形状精度の向上を図りうる基板保持装置および基板保持方法を提供する。【解決手段】基体１０の上面が、球表面の一部、楕円体表面の一部または円柱側面の一部などに相当する湾曲形状に形成されている。基体１０には、その上面まで連通する通気経路１０２が形成されている。基体１０の上面に、上方に突出する複数の凸部１１１と、基体１０と中心を同じくする略円環状に上方に突出して通気経路１０２の上側開口および複数の凸部１１１を囲う単一の環状凸部１１２と、が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハなどの基板を基体に吸着保持する基板保持装置に関する。

基体の上面に、基板の外縁部を支持する環状の第１支持部と、第１支持部により囲まれた領域内に配置された複数の突起状の第２支持部と、当該領域内に配置された基板を吸着しない領域を形成する筒状部と、が形成され、基板と基体とによって形成される第１支持部の内側の空間の空気吸引が、筒状部に近い吸引口から開始されるように構成されている基板保持装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。これにより、基板の皺が非吸着部分へ集中する現象の発生が回避されるので、基板の全体的な平坦度の向上が図られている。

特許第４３４８７３４号公報

しかし、精細な回路パターンを製造するために半導体露光装置の光源の線幅の微細化が進んでおり、ナノメーターサイズの線幅が主流となりつつあるため、基板の保持状態における形状精度に対する要求基準が高くなっている。

そこで、本発明は、保持状態における基板の形状精度の向上を図りうる基板保持装置および基板保持方法を提供することを目的とする。

本発明の基板保持装置は、上面まで連通する通気経路が形成されている板状の基体を備え、前記基体の上面に、上方に突出している複数の凸部と、上方に突出して前記通気経路の開口および前記複数の凸部を囲う環状凸部と、が形成されている基板保持装置であって、前記基体の上面が凹曲面状に形成されていることを特徴とする。

本発明の基板保持方法は、本発明の基板保持装置を用いて基板を吸着保持する方法であって、前記基板を前記基板保持装置の上に載置する工程と、前記通気経路を減圧する工程と、を含んでいることを特徴とする。

本発明の基板保持装置およびこれを用いた基板保持方法によれば、基板が比較的大きく反っているまたは撓んでいる場合でも、基板の形状を少なくとも部分的に基体の上面の凹曲面形状になじませることができる。すなわち、比較的反りまたは撓みが大きい基板であっても、これが基体の上面に形成された複数の凸部のうち少なくとも一部の上端面に当接するように、この基板の形状が矯正または補正される。この状態で、通気経路が真空吸引装置によって減圧されることにより、基体および基板の間に形成されている空間が基体に形成された貫通孔を通じて減圧され、基板が真空吸着装置に吸着保持される。この段階において基板は基体の上面に形成された複数の凸部の全部の上端面に当接した状態になる。基板の反りまたはゆがみが大きいと、基板と基体との間隔が大きくなり、基体および基板の間に形成されている空間に負圧領域を発生させて基板を吸着保持することが困難である。しかるに、基体の上面が凹曲面状であるため、基板がゆがんでいてもこれと基体との間隔を狭小化し、基体および基板の間に形成されている空間に負圧領域を発生させて基板を吸着保持することが容易になる。

このように、反りまたは撓みが比較的大きい基板であっても、その形状を基体の上面に形成された複数の凸部の全部の上端面により定まる形状に高精度で一致させながら、当該基板を基板保持装置に吸着保持させることができる。特に、薄い基板はその反りを矯正すると亀裂が入るという問題があったが、たとえばポテトチップス様または鞍形状のようなゆがんだ形状を有する基板が均等な凹曲面形状の姿勢で固定されることで、局所的な平坦度いわゆるローカルフラットネスの向上が図られる。

本発明の基板保持装置において、前記基体が湾曲形状に形成されている一方、平坦形状に変形可能に構成されていることが好ましい。

当該構成の基板保持装置によれば、基板が比較的大きく反っているまたは撓んでいる場合でも、基板の形状を基体の形状により容易になじませることができる。なお、基板保持装置が基台の平坦な上面に載置され、基体と基台との間に形成されている空間が減圧されることにより、基体が湾曲形状から平坦形状に変形されてもよい。基板保持装置が基台の平坦な上面に載置され、基体がその外周縁部に外力が付加されることにより湾曲形状から平坦形状に変形されてもよい。

本発明の基板保持装置において、前記基体の上面に、上方に突出する複数の凸部と、上方に突出して前記通気経路の開口および前記複数の凸部を囲う環状凸部と、が形成されていることが好ましい。さらに、本発明の基板保持装置において、前記基体の下面に、下方に突出する複数の凸部と、前記複数の凸部を囲う環状凸部と、が形成されていることが好ましい。

本発明の基板保持装置において、前記基体の上面においてもっとも内側の前記環状凸部を外側の前記環状凸部が一重または多重に囲うように複数の前記環状凸部が形成され、前記複数の環状凸部のうち少なくとも１つの環状凸部が前記複数の凸部よりも上方への突出量が少なくなるように形成されていることが好ましい。

本発明の基板保持装置において、前記基体の上面においてもっとも内側の前記環状凸部を外側の前記環状凸部が一重または多重に囲うように複数の前記環状凸部が形成され、前記複数の環状凸部のそれぞれが前記複数の凸部と上方への突出量が等しくなるように形成され、前記基体および前記基板の間において前記複数の環状凸部により画定される複数の空間のそれぞれに対応して前記通気経路の開口が前記基体に形成されていることが好ましい。

本発明の第１実施形態としての基板保持装置の構成説明図。 本発明の第２実施形態としての基板保持装置の構成説明図。 本発明の第２実施形態としての基板保持装置による基板吸着保持状態に関する説明図。 本発明の一実施形態としての基板保持装置の上面図。 本発明の一実施形態としての基板保持方法の減圧工程に関する説明図。 本発明の一実施形態としての基板保持方法の外力付加工程に関する説明図。

（第１実施形態）
（構成）
図１に示されている本発明の第１実施形態としての基板保持装置１（または保持部材）は、セラミックス焼結体からなる略円板状の基体１０を備えている。セラミックス焼結体としては、たとえばＳｉＣ焼結体またはＡｌ₂Ｏ₃焼結体が採用される。基体１０の上面が、ウエハＷの反りまたはゆがみをある程度（たとえば約１／２）緩和することができる程度に、球表面の一部、楕円体表面の一部または円柱側面の一部などに相当する湾曲形状に形成されている。

基体１０には、その上面まで連通する通気経路１０２が形成されている。本実施形態では通気経路１０２は、基体１０をその厚さ方向に貫通しており、たとえば基体１０の中心を重心とする正多角形（たとえば正三角形）の各頂点に相当する位置に形成されている。基体１０の中心に１個の開口が形成され、または、基体１０の中心から離間した任意箇所に複数の開口が形成されるなど、通気経路１０２の上側開口の個数および配置はさまざまに変更されてもよい。通気経路１０２は基体１０の側面開口から内部で横に延在した後、上方に延在して基体１０の上面開口まで連通するように形成されてもよい。基体１０の下面に溝部が形成され、基体１０の下面が基台（図示略）の上面に当接するように基体１０が基台に固定されることにより、基台および溝部により囲まれた通路により通気経路１０２の一部が構成されていてもよい。

基体１０の上面に、上方に突出する複数の凸部１１１と、基体１０と中心を同じくする略円環状に上方に突出して通気経路１０２の上側開口および複数の凸部１１１を囲う単一の環状凸部１１２と、が形成されている。各凸部１１１は、円柱状、角柱状、円錐台状もしくは角錐台状、または下部より上部が小さい多段円柱状、多段角柱状、多段円錐台状もしくは多段角錐台状など、上端面が平坦であるような任意の形状に形成される。複数の凸部１１１は、格子状（正方格子状または六角格子状）などの形態で規則的（または周期的）に配列されている。環状凸部１１２の高さまたは基体１０の上面からの突出量は各凸部１１１と同一であってもよく、少なくてもよい。基板保持装置１は変形を前提としておらず、複数の凸部１１１の上端面が、基板保持装置１の上面とほぼ同形状の同一の湾曲面に存在するように形成されている。

（機能）
本発明の第１実施形態としての基板保持装置１によれば、その上にウエハＷが載置された際、ウエハＷの形状を基板保持装置１の形状に少なくとも部分的になじませることができる。その上で、基体１０に形成された通気経路１０２が真空吸引装置（図示略）により減圧されることにより、ウエハＷの形状を基板保持装置１の形状に全体的になじませながら、当該ウエハＷが基板保持装置１に吸着保持される。すなわち、反りまたは撓みが比較的大きい基板Ｗであっても、その形状を基体１０の上面に形成された複数の凸部１１１の全部の上端面または当接面により定まる形状に高精度で一致させながら、当該基板Ｗを真空吸着装置に吸着保持させることができる。

（第２実施形態）
（構成）
図２に示されている本発明の第２実施形態としての基板保持装置１においては、基体１０が、その上面のみならず全体がウエハＷの反り形状に合致するように、球表面の一部、楕円体表面の一部または円柱側面の一部などに相当する湾曲形状に形成されている。基体１０は、その中心における上面法線方向について、当該中心および外縁の位置偏差がたとえば０．１〜１．０［ｍｍ］だけ存在するような湾曲形状を有する。基体１０は、平坦形状に変形可能に構成されている（図３参照）。

基体１０の下面に、下方に突出する複数の凸部１２１と、基体１０と中心を同じくする略円環状に下方に突出して通気経路１０２の下側開口および複数の凸部１２１を囲う単一の環状凸部１２２と、が形成されている。各凸部１２１は、円柱状など、下端面が平坦であるような任意の形状に形成される。複数の凸部１２１は、格子状などの形態で規則的に配列されている。環状凸部１２２の高さまたは基体１０の下面からの突出量は各凸部１２１と同一であってもよく、少なくてもよい。基体１０の上面側の各凸部１１１の位置と、基体１０の下面側の各凸部１２１の位置とは、基体１０の上面および下面の中間にある面を基準として対称であってもよく、非対称であってもよい。

その他の構成は、第１実施形態の基板保持装置１（図１参照）と同様であるため、同一符号を用いるとともに説明を省略する。

基体１０が平坦状に変形した際、複数の凸部１１１の上端面が同一の平面内に位置するように外縁部に近い凸部１１１の上端面が内側に向くように傾斜して形成されていてもよい。基体１０の変形を容易にするため、基体１０が部分的に肉薄に形成されていてもよい。基体１０が平坦形状に変形した際、複数の凸部１１１の高さが均等になるように、当該薄肉部分に存在する凸部１１１が他の部分に存在する凸部１１１よりも突出量が大きくなるように複数の凸部１１１が形成されてもよい。

（機能）
本発明の第２実施形態としての基板保持装置１によれば、基板保持装置１の上に基板Ｗが載置される。基板Ｗが比較的大きく反っているまたは撓んでいる場合でも、この段階で基板Ｗの形状を少なくとも部分的に基板保持装置１を構成する基体１０の上面の凹曲面形状になじませることができる。すなわち、比較的反りまたは撓みが大きい基板Ｗであっても、これが基体１０の上面に形成された複数の凸部１１１のうち少なくとも一部の上端面に当接するように、この基板Ｗの形状が矯正または補正される。

この状態で、上面が略平面形状の基台２の上に基板保持装置１が載置され、かつ、この基台２に形成されている通気経路１０２が真空吸引装置（図示略）によって減圧される。これにより、基板保持装置１および基台２の間に形成されている下側空間が基台２に形成された通気経路２０２を通じて減圧され、基板保持装置１が平坦形状に変形した状態で基台２に吸着保持される（図３参照）。また、基板保持装置１および基板Ｗの間に形成されている上側空間が基体１０に形成された通気経路１０２を通じて減圧され、基板Ｗが基板保持装置１に吸着保持される（図３参照）。この段階において基板Ｗは基体１０の上面に形成された複数の凸部１１１の全部の上端面に当接した状態になる。このように、反りまたは撓みが比較的大きい基板Ｗであっても、その形状を基体１０の上面に形成された複数の凸部１１１の全部の上端面または当接面により定まる形状に高精度で一致させながら、当該基板Ｗを基板保持装置１に吸着保持させることができる。

なお、通気経路１０２が減圧され、基板保持装置１（または基体１０）および基板Ｗの間に形成されている上側空間が減圧された際、図５Ａに示されているように基体１０が湾曲形状のままで基板保持装置１に基板Ｗが同じく湾曲形状で吸着保持されてもよい。この際、基板Ｗの形状は、基体１０の湾曲形状に完全にまたはほぼ完全に合致している。通気経路２０２および１０２を通じた当該上側空間の減圧を確実にするため、基体１０の下面に通気経路１０２をその近傍で全周にわたり囲み、かつ、基台２の上面に当接または近接する環状凸部（図示略）が形成されていてもよい。

その上で、図５Ｂに示されているように、基体１０の外周縁部の複数箇所または全周にわたり、治具３０によって下方に外力が付与される。これにより、基体１０が湾曲形状から平坦形状に変形し、基板保持装置１に吸着保持されている基板Ｗも同様に湾曲形状から平坦形状に変形する。遅くともこの段階において基板Ｗは基体１０の上面に形成された複数の凸部１１１の全部の上端面に当接した状態になる。

（本発明の他の実施形態）
第１実施形態の基板保持装置１において、第２実施形態の基板保持装置１と同様に、基体１０の下面に、下方に突出する複数の凸部１２１と、基体１０と中心を同じくする略円環状に下方に突出して通気経路１０２の下側開口および複数の凸部１２１を囲う単一の環状凸部１２２と、が形成されていてもよい。第２実施形態の基板保持装置１において、第１実施形態の基板保持装置１と同様に、複数の凸部１２１および単一の環状凸部１２２のうち少なくとも一方が省略されてもよい。第２実施形態において、基台２の上面が基体１０と同様に凹曲面状に形成され、基板Ｗが第１実施形態と同様に湾曲形状で基板保持装置１に吸着保持されてもよい。

第１〜第２実施形態では、基体１０の上面には単一の環状凸部１１２が形成されたが（図１〜図２参照）、他の実施形態として、図４に示されているように基体１０の上面において内側の環状凸部１１２を外側の環状凸部が囲うように複数（図４の例では１１個）の環状凸部１１２が形成され、複数の環状凸部１１２のうち少なくとも１つの環状凸部１１２が複数の凸部１１１よりも上方への突出量が少なくなるように形成されていてもよい。たとえば、複数の環状凸部１１２のうちもっとも外側にある環状凸部１１２が複数の凸部１１１と比較して上方への突出量が等しくなるように形成される一方、それよりも内側にある環状凸部１１２が複数の凸部１１１と比較して上方への突出量が小さくなるように形成されていてもよい。また、外側から数えて少なくとも１番目および２番目の環状凸部１１２が複数の凸部１１１と比較して上方への突出量が少なくなるように形成され、かつ、外側から数えて１番目の環状凸部１１２が、周方向の少なくとも一部において、外側から数えて２番目の環状凸部１１２よりも上方突出量が少なくなるように形成されていてもよい。

当該他の実施形態において、複数の環状凸部１１２のそれぞれが複数の凸部１１１と上方への突出量が等しくなるように形成され、基板保持装置１および基板Ｗの間において複数の環状凸部１１２により画定される複数の上側空間のそれぞれに対応して、基体１０の軸線方向に延在する通気経路１０２の開口が基体１０に形成されていてもよい。当該複数の空間は、最も内側の環状凸部１１２により画定される略円形状の空間と、当該略円形状を一重または多重に取り囲む略円環状の空間と、により構成されている。

１‥基板保持装置、２‥基台、１０‥基体、１０２‥通気経路、１１１‥凸部、１１２‥環状凸部、１２１‥凸部、１２２‥環状凸部、２０２‥通気経路、Ｗ‥基板。

Claims (7)

1. 上面まで連通する通気経路が形成されている板状の基体を備え、前記基体の上面に、上方に突出している複数の凸部と、上方に突出して前記通気経路の開口および前記複数の凸部を囲う環状凸部と、が形成されている基板保持装置であって、
   前記基体の上面が凹曲面状に形成されていることを特徴とする基板保持装置。
2. 請求項１記載の基板保持装置において、
   前記基体が湾曲形状に形成されている一方、平坦形状に変形可能に構成されていることを特徴とする基板保持装置。
3. 請求項１または２記載の基板保持装置において、
   前記基体の下面に、下方に突出する複数の凸部と、前記複数の凸部を囲う環状凸部と、が形成されていることを特徴とする基板保持装置。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の基板保持装置において、
   前記基体の上面においてもっとも内側の前記環状凸部を外側の前記環状凸部が一重または多重に囲うように複数の前記環状凸部が形成され、前記複数の環状凸部のうち少なくとも１つの環状凸部が前記複数の凸部よりも上方への突出量が少なくなるように形成されていることを特徴とする基板保持装置。
5. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の基板保持装置において、
   前記基体の上面においてもっとも内側の前記環状凸部を外側の前記環状凸部が一重または多重に囲うように複数の前記環状凸部が形成され、前記複数の環状凸部のそれぞれが前記複数の凸部と上方への突出量が等しくなるように形成され、
   前記基体および前記基板の間において前記複数の環状凸部により画定される複数の空間のそれぞれに対応して前記通気経路の開口が前記基体に形成されていることを特徴とする基板保持装置。
6. 上面まで連通する通気経路が形成されている板状の基体を備え、前記基体の上面に、上方に突出している複数の凸部と、上方に突出して前記通気経路の開口および前記複数の凸部を囲う環状凸部と、が形成されている基板保持装置を用いて基板を吸着保持する方法であって、
   前記基板を前記基板保持装置の上に載置する工程と、
   前記通気経路を減圧する工程と、を含んでいることを特徴とする基板保持方法。
7. 請求項６記載の基板保持方法において、
   前記基体が湾曲形状に形成され、
   前記基板保持装置を基台の上に載置し、
   前記通気経路を減圧した後、前記基体の外周縁部に外力を加えることにより、前記基体を前記基台の上面の形状に合致するように変形させる工程をさらに含んでいる基板保持方法。