JP3372127B2 - 真空吸着装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ製造装置におけ
る、パターン転写装置、描画装置、各種プロセス製造装
置、検査測長装置などの試料保持装置に関し、特にその
真空吸着装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のＬＳＩ製造においては、半導体素
子の高集積化に伴って、サブミクロンオーダの微細なパ
ターンが要求されている。０．２μｍ以下のパターン形
成には、現状の光リソグラフィに替わってＳＯＲリソグ
ラフィが有望視されている。このリソグラフィでは、マ
スクの原画パターンをウエハ上に等倍で転写しなければ
ならないためマスクに高い位置精度と寸法精度が要求さ
れている。これらの精度を正確に測定するためには、試
料を変形なく支持・固定して測定することが必要とな
る。

【０００３】このため、特開平５−２８３５１１号公報
に開示されているように無変形で試料を吸着できる真空
吸着装置が用いられている。この装置は、図１４（ａ）
〜（ｃ）に示すように吸着装置のベースとなる平板１上
に、微小な真空吸引孔３を有する真空ピンパッド２を、
円周上の３等分点にそれぞれ１個宛配置したものであ
る。真空ピンパッド２の上面中央には突起部２Ａが一体
に突設されており、この突起部２Ａの上面８に前記真空
吸引孔３の一端が開口されるとともにウエハ等の吸引す
べき試料４の吸着面２ａを形成する１０〜３０μｍ程度
の薄膜状の真空封止部材５が固着されている。真空封止
部材５は、ポリイミド膜等の高分子膜によって円形状に
形成されている。

【０００４】このような真空吸着装置において、ウエハ
等の試料４を同一円周上に配置された３つの真空ピンパ
ッド２上に載置し、真空ポンプにより真空吸引孔３内の
空気を排気口６から排気すると、薄膜状の真空封止部材
５は試料４の裏面に吸着され、試料４と真空封止部材５
との間を真空に封止する。真空封止部材５は、このよう
に真空を封止すると同時に、試料４を載せたベースであ
る平板１を移動させる際、試料４と真空封止部材５間に
生じる摩擦力によって、試料４の横方向への滑りを抑制
し、試料４を安定に保持する。

【０００５】一方、真空ピンパッド２の突起部２Ａの上
面８の面積は小さいので、大気圧と真空の差圧により試
料４に働く上下方向の力は微小となり、試料４を変形さ
せる力は小さい。また、複雑な反りをもつ試料４を吸着
した場合においても、３点支持となるため曲げモーメン
トの発生はきわめて小さく、試料４の厚みが６００μｍ
以上の厚いものについては無視し得るが、試料４の厚み
が２００〜３００μｍ程度の薄いものについては、この
曲げモーメントにより変形が生じ、応力や歪み測定の場
合に問題になる。また、突起部２Ａの上面８の面積が小
さいため、この上面８に固着される真空封止部材５は剥
がれ易いという欠点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の真空吸
着装置にあっては、円形状の真空封止部材５を固着した
３個の真空ピンパッド２によってウエハなどの厚さの薄
い試料４を変形なく、かつ移動時においても横方向への
滑りを生じることなく真空吸着できるが、真空封止部材
５が固着される突起部２Ａの上面８の面積がきわめて小
さいため、真空封止部材５の接着力が弱く、連続繰り返
し使用により剥がれるという問題があった。

【０００７】また、反りの大きい試料４の場合、図１４
（ｃ）に二点鎖線で示すように突起部上面の外周部に真
空封止部材５を介して片当たりすることになるため、真
空吸着により僅かではあるが曲げモーメントを発生し、
特に厚さの薄い試料４では、この曲げモーメントによる
変形が問題となっていた。

【０００８】本発明は上記した従来の問題点に鑑みてな
されたもので、その目的とするところは、連続繰り返し
使用に耐え得ることができ、かつ特に厚さの薄い試料に
おいても変形が生じないように保持することができる真
空吸着装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、真空ピンパッドに突設した突起部の上面
に真空吸引孔を開口させるとともに真空封止部材を固着
し、この真空封止部材により試料を吸着する真空吸着装
置において、前記真空吸引孔に嵌着して前記真空封止部
材を上方から押さえるピンを有し、前記ピンは、多孔質
材料で形成され、頭部と前記真空ピンパッドの真空吸引
孔に嵌着される足部とで構成されることを特徴とする。
また、本発明は、真空封止部材を押さえるピンの頭部を
平板状に形成したことを特徴とする。また、本発明は、
真空封止部材を押さえるピンの頭部上面に凸状部を設け
たことを特徴とする。また、本発明は、真空封止部材を
押さえるピンの足部の断面形状を多角形にしたことを特
徴とする。また、本発明は、真空ピンパッドの突起部の
上面を凹面状に形成したことを特徴とする。また、本発
明は、真空ピンパッドに突設した突起部の上面に真空吸
引孔を開口させるとともに真空封止部材を固着し、この
真空封止部材により試料を吸着する真空吸着装置におい
て、前記真空ピンパッドの上面で前記突起部の外側に、
上面が前記突起部の上面より僅かに低い環状ランド部を
設け、この環状ランド部上に真空封止部材の外周部を固
着したことを特徴とする。また、本発明は、真空ピンパ
ッドに突設した突起部の上面に真空吸引孔を開口させる
とともに真空封止部材を固着し、この真空封止部材によ
り試料を吸着する真空吸着装置において、前記真空封止
部材を上方から押さえるピンを前記真空吸引孔に嵌着
し、前記真空ピンパッドの上面で前記突起部の外側に、
上面が前記突起部の上面より僅かに低い環状ランド部を
設け、この環状ランド部上に真空封止部材の外周部を固
着したことを特徴とする。さらに、本発明は、環状ラン
ド部の上面を外側に向かって低くなるテーパ面に形成し
たことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明において、ピンはその頭部によって真空
封止部材を突起部の上面に固定する。ピンの真空吸引貫
通孔または真空排気溝は、試料の下部と真空吸引孔を連
通させる。多孔質材料からなるピンは通気性を有し、真
空吸引孔と試料の下部を連通させる。ピンの頭部上面に
形成された凸状部は、試料との接触を点接触に近い状態
とし、発生する曲げモーメントによる変形をその支持点
の周りのみに限定する。断面形状が多角形に形成された
ピンの足部は、真空吸引孔の内周面との間に隙間を形成
し、ピンの打ち込み力を小さくする。突起部の上面は凹
面状に形成され、真空封止部材の外周部を試料がピンに
接触する点より高くする。真空封止部材は真空吸引孔内
の空気が排気されると試料の裏面に吸着され、試料を保
持する。環状ランド部の上面は真空封止部材の固着面を
形成する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明に係る真空吸着装置の第
１の実施例を示す断面図である。なお、図中従来技術の
欄で説明したものと同一の構成部材等については同一符
号を付し、その詳細な説明を省略する。同図において、
本実施例は真空ピンパッド２の上面中央に突起部２Ａを
一体に突設し、この突起部２Ａの上面８に真空吸引孔３
の一端を開口させるとともに薄膜状の真空封止部材５を
固着し、かつ上方からピン１１によって真空封止部材５
を突起部２Ａの上面８に固定したものである。真空封止
部材５は、ポリイミド膜等の高分子膜によって円形状に
形成され、前記ピン１１の頭部１２の上面とともに試料
４の吸着面２ａを形成している。ピン１１は、円板状に
形成された前記頭部１２と筒状の足部１３とを一体に有
し、足部１３が前記突起部２Ａの上面８に開口する真空
吸引孔３に嵌着される。また、ピン１１の中心には頭部
１２の上面と足部１３の下面に開口し、前記真空吸引孔
３に連通する真空吸引貫通孔１４が貫通しており、これ
により真空吸引孔３を排気した際、真空封止部材５の上
に載置される試料４の吸着を可能にしている。ピン１１
の足部１３の外径は、真空吸引孔３の穴径と締まりばめ
となるよう加工してあり、真空封止部材５を突起部２Ａ
の上面８に接着後、このピン１１を真空吸引孔３に打ち
込むことにより、真空封止部材５の剥がれを防止する。
このことによって真空封止部材５は剥がれるようなこと
がなくなり、安定した使用が可能になる。ピン１１の足
部１３は下端部が先細になるテーパが形成されており、
真空吸引孔３への打ち込みを容易にしている。

【００１２】図２は本発明の第２の実施例を示す断面
図、図３（ａ）、（ｂ）はピンの正面図および底面図で
ある。この実施例はピン１１を円板状の頭部１２と、円
柱状の足部１３とで構成し、頭部１２の上面中央に球面
状の突出部１５を一体に突設し、頭部１２の下面および
足部１３の周面にわたって連続した、たとえば４つの真
空排気溝１６を周方向に等間隔をおいて形成したもので
ある。真空排気溝１６は、図１に示した上記第１の実施
例における真空吸引貫通孔１４と実質的に同一の機能を
果たす。すなわち、真空吸引孔３を排気すると、真空排
気溝１６を通じて試料４の下部と真空封止部材５との間
の空気が排出されるため、図２に示すように真空封止部
材５が持ち上げられて試料４の裏面に吸着する。このこ
とにより試料４の裏面に真空が封止され、試料４は完全
に保持される。なお、本実施例においては真空排気溝１
６を４方向に形成したが、１方向、２方向、３方向もし
くは４方向以上でもよい。また、ピン１１を打ち込む際
にはピン１１の頭部下面側に形成されている真空排気溝
１６部分に真空封止部材５が食い込まず、かつ真空封止
部材５を確実に固定し得るように打ち込む。

【００１３】頭部１２の上面に突出部１５を設けておく
と、試料４の反りが小さい場合、試料４の裏面は突出部
１５の頂点で接触する。反りが大きい場合においても、
接触点は突出部１５の頂点から僅かにずれるだけであ
り、ピン１１を備えない従来装置や図１に示した第１の
実施例と異なり、図４に示すように頭部１２の外周部に
試料４が接触することがない。したがって、真空排気に
より発生する吸引力はこの接触点を支持点としてあらゆ
る方向に曲げモーメントを発生する。この曲げモーメン
トの分布は接触点に対して略中心対称となるため、周辺
で支持される場合と比較して曲げモーメントによる試料
４の変形はきわめて小さくなる。

【００１４】また、本実施例では突出部１５を球面状に
形成した場合について示したが、これに限らず、たとえ
ば図５に第３の実施例として示すように円錐状の突出部
１５であってもよい。また、ピン１１の頭部１２は円板
状のものについて説明したが、角状や楕円状など種々の
形状とすることが可能である。

【００１５】さらに、図１ではピン１１の中心に真空吸
引貫通孔１４を形成した例を示したが、図５に示すよう
に頭部１２の上面から足部１３の外周面に沿って貫通す
る真空吸引貫通孔１４としてもよい。この場合、足部１
３の周面においては真空吸引貫通孔１４が溝によって形
成される。また、真空吸引貫通孔１４の数は必要に応じ
て増減することができる。

【００１６】図６は本発明の第４の実施例を示すピンの
正面図である。この実施例はピン１１をセラミックス等
の多孔質材料で製作し、真空排気を多孔質の材質的特性
である通気性を利用して行うようにしたものである。こ
のため、図１に示した真空吸引貫通孔１４や図２に示し
た真空排気溝１６の加工形成が不要である。また、真空
吸引貫通孔１４や真空排気溝１６を有するピンに比べて
強度が増大する。

【００１７】図７（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ他の実施
例を示すピンの足部の断面図である。ピン１１の足部１
３の断面形状としては、正方形（ａ）、長方形（ｂ）、
三角形（ｃ）、六角形（ｄ）等の多角形とすることが可
能である。多角形に形成すると、足部１３と真空吸引孔
の内周面との間に隙間ができ、この隙間を通じて真空排
気が行われるので、図３に示した真空排気溝１６のうち
頭部１２の下面にのみ溝を形成すればよく、足部１３に
形成される溝部分については形成する必要がなくなる。
また、ピン１１が多孔質材料で製作されていると、頭部
１２までは前記隙間を通じて真空排気が行われるので、
真空圧の損失が小さく、真空封止部材５と試料４との間
に流れる空気の流速を早めることができるので、真空封
止部材５を上方に持ち上げて試料４の裏面に容易に吸着
させることができる。さらに、多角形の足部１３を真空
吸引孔３内にピン１１を打ち込む場合は、ピン１１と真
空吸引孔３の内面との接触面積が小さいため、小さな力
で打ち込むことができ、かつ角部によって真空吸引孔３
の内面を容易に変形させることができるので、高いはめ
合い精度を必要としないなど製造上有利である。

【００１８】図８は本発明の第５の実施例を示す要部の
断面図である。この実施例は突起部２Ａの上面８を円錐
状の凹面に加工形成したものである。このため、突起部
２Ａの上面８に固着される真空封止部材５の外周部は、
図に示すように試料４がピン１１に接触する点より高く
なる。したがって、真空排気が行われる以前に試料４の
裏面と真空封止部材５が接触することになり、多孔質材
料でピン１１を形成した場合や、真空排気溝１４の面積
がきわめて小さくなった場合に生じる真空圧の損失によ
る真空封止部材５の持ち上げ力の低下に対処できる。

【００１９】図９〜図１２は本発明の第６の実施例を示
す平面図、試料を載置した状態の断面図、試料を吸着し
た状態の断面図である。この実施例は真空ピンパッド２
の上面中央部に突設されている突起部２Ａの上面８に真
空封止部材５の中央部を固着するとともに、真空ピンパ
ッド２の上面外周部に一体に突設され前記突起部２Ａの
周囲を取り囲む環状ランド部２Ｂの上面２０に前記真空
封止部材５の外周部を固着したものである。環状ランド
部２Ｂの上面２０は、変形した試料４に接触しないよう
に突起部２Ａの上面８より僅かに低く設定される。通常
プロセスで使用される試料４の変形は、大きくても５μ
ｍ／５ｍｍ程度であり、１０μｍ程度低ければ試料４の
裏面は吸着面を形成するピン１１の頭部上面にのみ接触
し、環状ランド部２Ｂの上面２０には接触しない。ま
た、この上面２０は外側に向かって低くなるように傾斜
することによりテーパ面を形成している。こうすること
により、弓状に曲がった試料４の裏面が前記上面２０に
接触する可能性をさらに少なくすることができる。

【００２０】さらに、前記真空ピンパッド２の肉厚内に
は真空封止部材５の裏面に大気圧を付与するための通気
孔２１が形成されている。この通気孔２１の一端は前記
突起部２Ａと環状ランド部２Ｂとの間に設けられた環状
凹部２２の底面に開口し、他端が真空ピンパッド２の外
周面に開口している。

【００２１】このような構成において、試料４を真空ピ
ンパッド２上に載置して真空吸引孔３を排気すると、薄
膜状の真空封止部材５の非固定部、すなわち突起部２Ａ
の上面８と環状ランド部２Ｂの上面２０に固着されてい
ない部分が図１２に示すように上方に変形して試料４の
裏面に密着する。また、真空封止部材５の裏面には通気
孔２１を通じて大気圧が付与されているので、真空封止
部材５は試料４の裏面に押し付けられる。このため、試
料４が横方向へ滑ろうとすると、これらの間に発生する
摩擦力によって試料４の横方向への動きを規制すること
ができる。また、環状ランド部２Ｂの上面２０は真空封
止部材５の固着面を形成するので、真空封止部材５を背
着する面積が図１〜図８に示した第１〜第５の実施例に
比べて数十倍に増加し、真空封止部材５の剥がれを防止
することができる。

【００２２】図１３は本発明の第７の実施例を示す断面
図である。この実施例は上記した第６の実施例の変形例
を示すもので、真空ピンパッド２の上面中央部に突設さ
れている突起部２Ａの上面８に真空封止部材５の中央部
をピン１１によって固定するとともに、真空ピンパッド
２の上面外周部に一体に突設され前記突起部２Ａの周囲
を取り囲む環状ランド部２Ｂの上面２０に前記真空封止
部材５の外周部を固着したものである。環状ランド部２
Ｂの上面２０は、変形した試料４に接触しないように突
起部２Ａの上面８より僅かに低く設定されるとともに、
外側に向かって低くなるように傾斜することによりテー
パ面を形成している。こうすることにより、弓状に曲が
った試料４の裏面が前記上面２０に接触する可能性をさ
らに少なくすることができる。

【００２３】さらに、前記真空ピンパッド２の肉厚内に
は真空封止部材５の裏面に大気圧を付与するための通気
孔２１が形成されており、その一端は前記突起部２Ａと
環状ランド部２Ｂとの間に設けられた環状凹部２２の底
面に開口し、他端が真空ピンパッド２の外周面に開口し
ている。

【００２４】このような構成においては、真空封止部材
５の中央部をピン１１で突起部２Ａの上面に固定し、外
周部を環状ランド部２Ｂの上面２０上に固着しているの
で、より一層真空封止部材５の剥がれを防止することが
できる。また、環状ランド部２Ｂの上面２０を外側が低
くなるように傾斜させテーパ面としたので、試料４が環
状ランド部２Ｂの上面に接触するのを防止することがで
きる。

【００２５】なお、本実施例では環状ランド部２Ｂとし
て上方から見て円形のものを示したが、この形状に限ら
れるものではなく、矩形や楕円形のものであってもよ
い。さらに、本発明は上記した第１〜第７の実施例に特
定されるものではなく、種々の変形、変更、組み合わせ
が可能であり、たとえば図６に示した多孔質材料からな
るピン１１の上面に図５に示した円錐状の突出部１５を
形成するなどしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る真空吸
着装置は、真空ピンパッドの上面に突設した突起部の上
面に真空吸引孔を開口させるとともに真空封止部材を固
着し、さらに前記真空封止部材を上方から押さえるピン
を前記真空吸引孔に嵌着して構成したので、真空封止部
材の剥がれを確実に防止することができ、長時間の連続
繰り返し使用が可能である。また、ピン頭部に凸状部を
設けることにより、特に厚さの薄い試料においても殆ど
変形を生じることがなく、確実に固定することができ
る。また、ピンを多孔質材料によって製作すると、ピン
に真空吸引貫通孔や真空排気溝を加工形成する必要がな
いため、ピンの製作が簡単で安価に製造することができ
る。また、ピンの足部の断面形状が多角形状のピンにあ
っては、真空排気溝の加工が不要で、かつ真空吸引孔へ
のピンの打ち込みが容易になると同時に、ピンの抜けを
防止することができる。さらに、真空ピンパッドの突起
部の上面を凹面状に形成することにより、真空封止部材
の外周部を試料支持点より高くすることができ、真空排
気による真空封止部材の試料裏面への吸着力が小さい場
合においても、真空吸着が可能になる。さらにまた、真
空封止部材の中央部を突起部の上面にピンによって固定
し、外周部を環状ランド部の上面に固着しているので、
真空封止部材の固定される部分の面積が増大し、より一
層真空封止部材の剥がれを防止することができる。さら
に、環状ランド部の上面を外側が低くなるよう傾斜させ
テーパ面としたので、試料が環状ランド部の上面に接触
するのを防止することができる。さらにまた、本発明は
真空封止部材の中央部を突起部の上面にピンによって固
定し、外周部を環状ランド部の上面に固着しているの
で、真空封止部材の剥がれを確実に防止することがで
き、長時間の連続繰り返し使用が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る真空吸着装置の第１の実施例を
示す断面図である。

【図２】 本発明の第２の実施例を示す断面図である。

【図３】 （ａ）、（ｂ）はピンの正面図および底面図
である。

【図４】 反りの大きい試料を吸着支持した際の状態を
示す断面図である。

【図５】 本発明の第３の実施例を示すピンの正面図お
よび底面図である。

【図６】 本発明の第４の実施例を示すピンの正面図で
ある。

【図７】 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ他の実施例を示す
ピンの足部の断面図である。

【図８】 本発明の第５の実施例を示す要部の断面図で
ある。

【図９】 本発明の第６の実施例を示す断面図である。

【図１０】 断面図である。

【図１１】 反った試料を載置した状態を示す断面図で
ある。

【図１２】 試料を吸着した状態を示す断面図である。

【図１３】 本発明の第７の実施例を示す要部の断面図
である。

【図１４】 （ａ）〜（ｃ）は従来の真空吸着装置の平
面図、側面図および真空ピンパッドの拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

１…平板、２…真空ピンパッド、２Ａ…突起部、２Ｂ…
環状ランド部、２ａ…吸着面、３…真空吸引孔、４…試
料、５…真空封止部材、８…上面、１１…ピン、１２…
頭部、１３…足部、１４…真空吸引貫通孔、１５…突出
部、１６…真空排気溝、２０…上面、２１…通気孔、２
２…環状凹部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金井 宗統 東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号 エヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロ ジ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−283511（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−136885（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−100835（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/68 B23Q 3/08 H01L 21/027

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空ピンパッドに突設した突起部の上面
   に真空吸引孔を開口させるとともに真空封止部材を固着
   し、この真空封止部材により試料を吸着する真空吸着装
   置において、前記真空吸引孔に嵌着して前記真空封止部材を上方から
   押さえるピンを有し、前記ピンは、多孔質材料で形成さ
   れ、頭部と前記真空ピンパッドの真空吸引孔に嵌着され
   る足部とで構成される ことを特徴とする真空吸着装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の真空吸着装置において、真空封止部材を押さえるピンの頭部を平板状に形成した
   ことを特徴とする真空吸着装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の真空吸着装置において、真空封止部材を押さえるピンの頭部上面に凸状部を設け
   た ことを特徴とする真空吸着装置。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の真空吸着装
   置において、真空封止部材を押さえるピンの足部の断面形状を多角形
   にした ことを特徴とする真空吸着装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３または４記載の真空吸
   着装置において、真空ピンパッドの突起部の上面を凹面状に形成した こと
   を特徴とする真空吸着装置。
6. 【請求項６】 真空ピンパッドに突設した突起部の上面
   に真空吸引孔を開口させるとともに真空封止部材を固着
   し、この真空封止部材により試料を吸着する真空吸着装
   置において、前記真空ピンパッドの上面で前記突起部の
   外側に、上面が前記突起部の上面より僅かに低い環状ラ
   ンド部を設け、この環状ランド部上に真空封止部材の外
   周部を固着したことを特徴とする真空吸着装置。
7. 【請求項７】 真空ピンパッドに突設した突起部の上面
   に真空吸引孔を開口させるとともに真空封止部材を固着
   し、この真空封止部材により試料を吸着する真空吸着装
   置において、前記真空封止部材を上方から押さえるピン
   を前記真空吸引孔に嵌着し、前記真空ピンパッドの上面
   で前記突起部の外側に、上面が前記突起部の上面より僅
   かに低い環状ランド部を設け、この環状ランド部上に真
   空封止 部材の外周部を固着したことを特徴とする真空吸
   着装置。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載の真空吸着装置に
   おいて、 環状ランド部の上面を外側に向かって低くなるテーパ面
   に形成した ことを特徴とする真空吸着装置。