JP5288191B2

JP5288191B2 - 基板固定装置

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Publication number: JP5288191B2
Application number: JP2009064031A
Authority: JP
Inventors: 登山　　伸人; 隆治長井
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP2010219274A

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側の主面を微細加工する場合、あるいは微細加工した基板の表側の主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、前記基板の表側の主面を微細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側の主面を前記ステージに非接触とし、前記ステージガードと前記ステージとの間に形成した前記空間内に入れた前記基板の表側の主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、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側の主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。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。静電チャックを用いた基板固定装置の他の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１の参考形態）
本参考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。本参考形態は、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の参考形態）
本参考形態の基板固定装置は、基板を保持する手段が第１の参考形態と同じ静電吸着であり、図３は、本参考形態による静電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。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、本参考形態では、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１の参考形態に比べ、本参考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３の参考形態）
本参考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。本参考形態による装置は、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。本参考形態は、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４の参考形態）
本参考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）。本参考形態による装置は、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。本参考形態は、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

表裏に主面を有する基板の表側の主面を微細加工する場合、あるいは微細加工した基板の表側の主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、前記基板の表側の主面を微細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側の主面を前記ステージに非接触とし、
前記ステージガードと前記ステージとの間に形成した前記空間内に入れた前記基板の表側の主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、
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側の主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基板固定装置。
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に記載の基板固定装置。