JP4457351B2 - 基板保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を保持する基板保持装置に関する。

半導体ウエハ（以下、単にウエハと称する）の露光装置や研磨装置等はウエハの一面側を露出した状態でこれを保持する基板保持装置を備えている。この基板保持装置は一般には基板を単に保持できるという機能のみでは足らず、多少の変形（反り）を有する基板であってもこれを平坦な状態に保持し得る機能が必要である。基板の変形はウエハに半導体素子等を作り込んでいく工程において、各種の材質による膜を重ねて形成したり、更にそれを加熱したりといった作業によりもたらされるものである。また、基板に半導体素子等を高密度に集積し得るようにするためにはコンタミネーション（ごみや埃）を極力除去することが不可欠であるが、ウエハに対する汚染を低減するには、ウエハと基板保持部材との接触面積をできるだけ小さくすることが極めて有効であることが知られている。

このように基板を変形（反り）のない平坦な状態で、かつコンタミネーションが少ない状態で保持し得る基板保持装置の例としては、基板保持部材に基板接触面に開口する同心円状の溝部及び各溝部に繋がる内部管路を形成し、基板接触面に基板を設置した状態で真空源により上記内部管路内の空気を吸引して負圧による吸着力を発生させることにより、基板保持部材に基板を吸着させることができるようにしたものが知られている。このような構成の基板保持装置では、同心円状の溝部を幅が狭いものと広いものとを半径方向に交互に配置したうえで、幅が狭い方の溝に繋がる内部管路について負圧をかけ、幅が広い方の溝に繋がる管路については大気に開放するようにしている。ここで、幅が狭い方の溝に負圧をかけるのは、狭い幅でウエハを支えることにより負圧による吸着力でウエハが変形するのを防ぐためであり、溝幅が広い部分を設けているのは基板保持部材とウエハとの接触面積を極力小さくするためである。また、幅が広い方の溝に繋がる内部管路を大気に開放するのは、閉空間によるエアダンパ効果が生じてウエハの設置が正しくできなかったり、逆にウエハが基板保持部材に貼り付いてしまって回収時にウエハをうまく基板保持部材から取り外すことができなくなってしまったりするのを避けるためである。このような構成の基板保持装置によれば、基板を平坦状態で保持することが可能であり、またウエハとの接触面積を極力小さくすることができるので、コンタミネーションによる汚染も低減することが可能である。
特開２００３−１８８２４６号公報

しかしながら、前述のようにウエハが大径化してくると、プロセス後のウエハの変形（反り）が大きくなってしまい、上記のような負圧を用いた真空吸着の手法では、吸着が完了する前にウエハの変形部分から空気圧が漏れてしまうことに起因したウエハの吸着エラーが発生し易くなる。また、このような問題を解決しようとして同心円状に配置された全ての溝部に負圧をかけるようにする構成とすることも可能ではあるが、そうすると、今度は過大な吸着力によって基板を変形させてしまうおそれが出てくる。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、基板の径が大きい場合であってもこれを平坦状態に吸着保持することができ、また過大な吸着力によって基板を変形させてしまうことのない構成の基板保持装置を提供することを目的としている。

本発明に係る基板保持装置は、基板と接触する基板接触面に開口する複数の凹溝及び各凹溝に繋がる内部管路を有した基板保持部材と、基板保持部材の内部管路に繋がり、各凹溝内に負圧による吸着力を発生させる真空源と、基板が基板保持部材の各凹溝内に発生した負圧による吸着力により基板保持部材に吸着され、基板保持部材の全ての凹溝が基板により塞がれた状態を検出する吸着完了検出手段と、吸着完了検出手段により基板保持部材の全ての凹溝が基板により塞がれた状態が検出された後、一部の凹溝に繋がる内部管路を真空源から切り離して大気へ開放する大気開放手段とを備える。ここで、基板保持部材の各凹溝は、同心円状に形成された溝からなっていることが好ましい。

本発明に係る基板保持装置は上記構成を有しているので、基板の吸着保持工程の初期段階において、基板保持部材の全ての凹溝に負圧による吸着力を発生させることにより、基板が大径で変形（反り）が大きい場合であってもこれを平坦状態に吸着保持することができる。また、基板が全ての凹溝において吸着保持されて（すなわち基板が平坦状態に吸着保持されて）、全ての凹溝が基板によって塞がれた後は、一部の凹溝を大気に開放して基板に作用する吸着力を低減すればよく、これにより過大な吸着力による基板の変形を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る基板保持装置１の概略構成を示している。図１に示す基板保持装置１は例えば露光装置や研磨装置等に備えられるものであり、水平面内及び上下方向に移動自在なステージＳＴ（図２参照）上に設けられた基板保持部材１０を有して構成されている。基板保持部材１０は、基板Ｗ（例えば半導体ウエハ。図２参照）との接触面（以下、基板接触面１０ａとする）を上方に向けた平板状の部材であり、基板接触面１０ａ側（上面側）に開口する同心円状の複数の溝部１１を有している。溝部１１は複数の幅の狭い第１溝１１ａと複数の幅の広い第２溝１１ｂとからなっており、第１溝１１ａと第２溝１１ｂとは半径方向に交互に位置している（但し、半径方向最外部の溝部１１は第１溝１１ａとなるようにする）。第１溝１１ａ同士は基板保持部材１０の内部に設けられた第１内部管路１２において相互に繋がっており、その第１内部管路１２の基板保持部材１０の側面端部における開口部には第１中継管路１４が取り付けられている。また、第２溝１１ｂ同士は基板保持部材１０の内部に設けられた第２内部管路１３において相互に繋がっており、その第２内部管路１３の基板保持部材１０の側面端部における開口部には第２中継管路１５が取り付けられている。

基板保持部材１０の第１中継管路１４には第１外部管路２２の一端部が繋げられており、第２中継管路１５には第２外部管路２３の一端部が繋げられている。これら第１外部管路２２と第２外部管路２３それぞれの他端部は真空源２１に繋げられており、第１外部管路２２には第１バルブ２４が、また第２外部管路２３は第２バルブ２５がそれぞれ介装されている。なお、以下の説明においては、第１内部管路１２、第１中継管路１４及び第１外部管路２２を総じて第１管路と称することがあり、第２内部管路１３、第２中継管路１５及び第２外部管路２３を総じて第２管路と称することがある。また、真空源２１には、真空ポンプなどの真空発生装置のほか、必要なバルブや汽水分離装置などが含まれている。

第１バルブ２４は図１に示すように電磁駆動式の三方弁であり、非励磁位置である第１の位置２４ａにおいては真空源２１と第１内部管路１２との連通を遮断するとともに第１内部管路１２を大気に開放し、励磁位置である第２の位置２４ｂにおいては真空源２１と第１内部管路１２とを連通させる。また、第２バルブ２５も電磁駆動式の三方弁であり、非励磁位置である第１の位置２５ａにおいては真空源２１と第２内部管路１３との連通を遮断するとともに第２内部管路１３を大気に開放し、励磁位置である第２の位置２５ｂにおいては真空源２１と第２内部管路１３とを連通させる。なお、これら第１バルブ２４及び第２バルブ２５の作動制御（励磁及び非励磁の制御）は制御装置２７から行われる。

第１外部管路２２（但し第１バルブ２４と第１中継管路１４との間）には圧力スイッチからなる吸着完了検出器３０が介装されている。この吸着完了検出器３０は、第１外部管路２２内の圧力が予め定めた真空圧レベルの所定圧に達したときにオン信号を制御装置２７に出力する。

基板保持装置１に基板Ｗを吸着保持させるには、先ず、吸着保持させる対象となる基板Ｗを基板保持部材１０の上方に位置させ、そこから降下させて基板Ｗを基板保持部材１０の上面（基板接触面１０ａ）に載置する（図２（Ａ）参照）。なお、このように基板保持部材１０の上方に基板Ｗを位置させ、また基板保持部材１０の上方に位置させた基板Ｗを降下させて基板保持部材１０の上面に載置する基板Ｗの移動動作は、図示しない基板搬送ロボットにより行われる。

基板Ｗが基板保持部材１０の上面に載置されたら、オペレータは制御装置２７に備えられたスタートスイッチ２７ａをオン操作する。これにより制御装置２７は真空源２１に信号を出力して空気の吸引動作を開始させ、また第１バルブ２４及び第２バルブを励磁して、第１バルブ２４を第１の位置２４ａから第２の位置２４ｂに切り換えるとともに、第２バルブ２５を第１の位置２５ａから第２の位置２５ｂに切り換える。これにより第１内部管路１２内及び第２内部管路１３内は負圧となり、それぞれの開口部である第１溝１１ａ内及び第２溝１１ｂ内に発生した吸着力によって基板Ｗは基板保持部材１０側に引き寄せられ、基板Ｗは基板保持部材１０の上面（基板接触面１０ａ）側に吸着される。このように、基板Ｗは基板保持部材１０の全ての溝部１１（全ての第１溝１１ａ及び全ての第２溝１１ｂ）において強力に吸引されるため、基板Ｗに図２（Ｂ）に示すような変形（反り）δが多少あったとしても、基板Ｗは変形が修正された平坦な状態で基板保持部材１０の上面に吸着される（図２（Ｃ）参照）。

基板Ｗが全ての溝部１１によって保持される（すなわち平坦状態に保持される）ことにより、基板保持部材１０の全ての溝部１１（全ての第１溝１１ａ及び全ての第２溝１１ｂ）が基板Ｗによって塞がれると、第１管路（第１外部管路２２、第１中継管路１４及び第１内部管路１２）内の圧力及び第２管路（第２外部管路２３、第２中継管路１５及び第２内部管路１３）内の圧力はともに真空圧レベルまで低下する。このため、基板Ｗは基板保持部材１０上に強固に固定される。

第１管路内の圧力が真空圧レベルの所定圧に達して吸着完了検出器３０がオンとなると、そのオン信号が制御装置２７に入力される。制御装置２７はこの吸着完了検出器３０からのオン信号を受けて第２バルブ２５を非励磁にする。第２バルブ２５が非励磁にされると、第２バルブ２５はそれまでの第２の位置２５ｂから第１の位置２５ａへ復帰し、真空源２１と第２内部管路１３との連通は遮断されるとともに、第２内部管路１３は大気に開放されるので、基板Ｗはそれまで第１溝１１ａと第２溝１１ｂの双方より吸引されていた状態から、第１溝１１ａのみより吸引される状態に移行する。なお、複数の溝部１１のうち半径方向最外部には第１溝１１ａが位置している（換言すると、大気へ開放される第２溝１１ｂは全て半径方向最外部に位置する第１溝１１ａよりも半径方向内方に位置している）ので、第２バルブ２５が非励磁にされて第２溝１１ｂが大気に開放されても、半径方向最外部に位置する第１溝１１ａにおいて基板Ｗは基板保持部材１０に密着した状態が維持されることになる。

このように本発明に係る基板保持装置１は、基板Ｗと接触する基板接触面１０ａに開口する同心円状に形成された複数の溝部１１（複数の第１溝１１ａと複数の第２溝１１ｂ）及び各溝部１１に繋がる内部管路（第１内部管路１２及び第２内部管路１３）を有した基板保持部材１０と、これら内部管路に繋がり、各溝部１１内に負圧による吸着力を発生させる真空源２１と、基板Ｗが基板保持部材１０の各溝部１１内に発生した負圧による吸着力により基板保持部材１０に吸着され、基板保持部材１０の全ての溝部１１が基板Ｗにより塞がれた状態を検出する吸着完了検出器３０と、この吸着完了検出器３０により基板保持部材１０の全ての溝部１１が基板Ｗにより塞がれた状態が検出された後、一部の溝部１１（第２溝１１ｂ）に繋がる内部管路（第２内部管路１３）を真空源２１から切り離して大気へ開放する大気開放手段（第２バルブ２５及びこの第２バルブ２５の作動制御を行う制御装置２７）とを備えている。このため、基板Ｗの吸着保持工程の所期段階において、基板保持部材１０の全ての溝部１１に負圧による吸着力を発生させることにより、基板Ｗが大径で変形（反り）が大きい場合であってもこれ（基板Ｗ）を平坦状態に吸着保持することができる。また、基板Ｗが全ての溝部１１において吸着保持されて（すなわち基板Ｗが平坦状態に吸着保持されて）、全ての溝部１１が基板Ｗによって塞がれた後は、一部の溝部１１（第２溝１１ｂ）を大気に開放して基板Ｗに作用する吸着力を低減すればよく、これにより過大な吸着力による基板Ｗの変形を防止することができる。

なお、上述の説明では、制御装置２７はスタートスイッチ２７ａがオン操作されると、第１バルブ２４及び第２バルブ２５の双方を励磁して第１溝１１ａと第２溝１１ｂとの双方より基板Ｗを吸引し得る状態となるようにしていたが、スタートスイッチ２７ａのオン操作によっては先ず第１バルブ２４だけを励磁して第１溝１１ａにおいてのみ基板Ｗを吸引し得る状態とし、その後一定時間吸着完了検出器３０がオンにならなかったときにはじめて第２バルブ２５を励磁して、第２溝１１ｂにおいても基板Ｗを吸引し得る状態とするようにしてもよい。

図３は本発明のもう一つの実施形態に係る基板保持装置１′であり、上述の基板保持装置１とは第２バルブが手動式の三方弁となっていること（符号を２５′とする）及び吸着完了検出器３０のオン状態が制御装置２７を介してランプ２８により表示されるようになっていることが異なる。なお、この実施形態における第２バルブ２５′は、操作レバー２５ｐの非操作状態に対応する第１の位置２５′ａにおいては真空源２１と第２内部管路１３との連通が遮断されるとともに第２内部管路１３が大気に開放され、操作レバー２５ｐの操作状態に対応する第２の位置２５′ｂにおいては真空源２１と第２内部管路１３とが連通される構成となっている。

この実施形態に係る基板保持装置１′に基板Ｗを吸着保持させるには、先ず、吸着保持させる対象となる基板Ｗを基板保持部材１０の上方に位置させ、そこから降下させて基板Ｗを基板保持部材１０の上面（基板接触面１０ａ）に載置する。基板Ｗが基板保持部材１０の上面に載置されたら、オペレータは制御装置２７に備えられたスタートスイッチ２７ａをオン操作する。これにより制御装置２７は真空源２１に信号を出力して空気の吸引動作を開始させ、また第１バルブ２４のみを励磁して、第１バルブ２４を第１の位置２４ａから第２の位置２４ｂに切り換える。これにより第１内部管路１２内は負圧となり、第１内部管路１２の開口部である第１溝１１ａ内に発生した吸着力によって基板Ｗは基板保持部材１０側に引き寄せられ、基板Ｗは基板保持部材１０の上面（基板接触面１０ａ）側に吸着される。

ここで、基板保持部材１０の第１溝１１ａのみの吸着力によって基板Ｗが基板保持部材１０に吸着保持され、これによって全ての第１溝１１ａが基板Ｗによって塞がれた場合には、第１管路（第１外部管路２２、第１中継管路１４及び第１内部管路１２）内の圧力は真空圧レベルまで低下する。そして、第１管路内の圧力が真空圧レベルの所定圧に達したときには吸着完了検出器３０がオンとなり、制御装置２７はランプ２８を点灯させる。このようにスタートスイッチ２７ａをオン操作しただけでランプ２８が点灯したときには、第２バルブ２５′を操作して第２溝１１ｂに吸着力を発生させるまでもなく、基板Ｗの基板保持部材１０への吸着動作が完了したことを意味する。

一方、スタートスイッチ２７ａをオン操作したものの、一定時間が経過してもランプ２８が点灯しないときには、第１溝１１ａに発生する吸着力のみでは基板Ｗを基板保持部材１０に吸着させ得なかったことを意味する。このときには、オペレータは第２バルブ２５′の操作レバー２５ｐを操作して第２バルブ２５′を第１の位置２５′ａから第２の位置２５′ｂへ切り換える。これにより第２内部管路１３内も負圧になり、第２内部管路１３の開口部である第２溝１１ｂ内にも負圧による吸着力が発生する。すなわち、第１溝１１ａのみならず第２溝１１ｂにおいても基板Ｗを吸引し得る状態となる。そして、基板保持部材１０の全ての溝部１１（全ての第１溝１１ａ及び全ての第２溝１１ｂ）において基板Ｗが吸着保持されて、これら全ての溝部１１が基板Ｗによって塞がれたときには、第１管路（第１外部管路２２、第１中継管路１４及び第１内部管路１２）内の圧力及び第２管路（第２外部管路２３、第２中継管路１５及び第２内部管路１３）内の圧力はともに真空圧レベルまで低下する。

第１管路内の圧力が真空圧レベルの所定圧に達して吸着完了検出器３０がオンとなり、制御装置２７を介してランプ２８が点灯されたら、オペレータはこれを視認して操作レバー２５ｐの操作を止め、第２バルブ２５′を第１の位置２５′ａに復帰させる。これにより真空源２１と第２内部管路１３との連通は遮断され、第２内部管路１３は大気に開放されるので、基板Ｗはそれまで基板保持部材１０の全ての溝部１１（全ての第１溝１１ａと全ての第２溝１１ｂ）において吸着保持されていた状態から、第１溝１１ａのみにおいて吸引される状態に移行する。このような構成においても、前述の基板保持装置１と同様の効果を得ることができる。なお、この実施形態における大気開放手段には第２バルブ２５′が相当する。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態に示したものに限定されない。例えば、上述の実施形態では、基板保持部材１０に設けられて基板接触面１０ａに開口する各凹溝は同心円状に形成された溝からなっていたが、各凹溝は必ずしも同心円状に形成された溝でなくてもよい。しかし、上述の実施形態のように同心円状の溝であれば、基板保持部材１０の工作に旋盤を用いることができ、製造コストを低廉化させることができるなどの利点がある。

本発明の一実施形態に係る基板保持装置の概略構成を示す図である。 上記基板保持装置において、基板を吸着保持する工程を（Ａ）→（Ｂ）→（Ｃ）の順で示す図である。 本発明のもう一つの実施形態に係る基板保持装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 基板保持装置
１０ 基板保持部材
１０ａ 基板接触面
１１ 溝部
１１ａ 第１溝（凹溝）
１１ｂ 第２溝（凹溝、一部の凹溝）
１２ 第１内部管路（内部管路）
１３ 第２内部管路（内部管路）
２１ 真空源
２５ 第２バルブ（大気開放手段）
３０ 吸着完了検出器（吸着完了検出手段）
２７ 制御装置（大気開放手段）
Ｗ 基板

Claims (2)

1. 基板と接触する基板接触面に開口する複数の凹溝及び前記各凹溝に繋がる内部管路を有した基板保持部材と、
   前記基板保持部材の前記内部管路に繋がり、前記各凹溝内に負圧による吸着力を発生させる真空源と、
   前記基板が前記基板保持部材の前記各凹溝内に発生した負圧による吸着力により前記基板保持部材に吸着され、前記基板保持部材の全ての前記凹溝が前記基板により塞がれた状態を検出する吸着完了検出手段と、
   前記吸着完了検出手段により前記基板保持部材の全ての前記凹溝が前記基板により塞がれた状態が検出された後、一部の前記凹溝に繋がる前記内部管路を前記真空源から切り離して大気へ開放する大気開放手段とを備えたことを特徴とする基板保持装置。
2. 前記基板保持部材の前記各凹溝は、同心円状に形成された溝からなっていることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。

Images