JPH01319964A

JPH01319964A - 基板の吸着装置

Info

Publication number: JPH01319964A
Application number: JP63152693A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Aoyama; 青山　正昭
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-06-21
Filing date: 1988-06-21
Publication date: 1989-12-26
Anticipated expiration: 2011-03-27
Also published as: JPH0831514B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明は半導体素子（ＬＳＩ、ＶＬＳ　Ｔ等）を製造す
るための半導体ウェハ、もしくは液晶素子を製造するた
めのガラスプレート等の基板を平坦に吸着固定する装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、この種の基板を加工する装置、例えば投影型露光
装置、レーザリペア装置等においては、基板を真空吸着
して所定の平面内に平坦化矯正する真空吸着ホルダーが
使用されている。特にこの種の製造装置では、基板を高
い精度で平坦化する必要がある。投影型露光装置（ステ
ッパー）の場合、レチクルの回路パターンを等倍、１１
５又は１／１０等の倍率で基板表面へ結像投影するため
の投影レンズが設けられている。この投影レンズは広い
投影領域を確保しつつ、１１５１ｉ１小の場合は１μｍ
以下の高い解像力を得る必要があるため、年々高Ｎ、Ａ
、化され、それに伴って焦点深度も浅くなってきている
。ある種の投影レンズでは、１５×１５−角のフィール
ド内で±１μｍ程度の焦点深度しかなく、これに伴って
、より高精度な焦点合わせの技術も要求されてきている
。

一方、露光すべき１５×１５ｍｍ角内の領域全面におい
て±１μｍの焦点深度しかないため、基板上の露光すべ
き１つの領域の全面は、投影レンズの最良結像面と正確
に一致させる必要がある。ところがウェハやガラスプレ
ートの表面には、局所的には数μｍ程度、全面では数十
μｍ程度のそりや凹凸が存在するため、そのままでは良
好な解像特性でパターンを露光することは困難である。

そこで、−例として第２図（Ａ）、（Ｂ）に示すような
ウェハホルダー（真空チャック）１によってウェハＷを
平坦化矯正することが考えられている。このウェハホル
ダー１はステッパーのウェハステージの最上部に投影レ
ンズと対向するように設けられ、ウェハステージととも
に、投影レンズの下を２次元移動（ステッピング等）す
る。

第２図（Ａ）はウェハホルダー１の平面図であり、第２
図（Ｂ）は第２図（Ａ）のＣ−３矢印断面図である。ウ
ェハホルダー１は、ウェハＷよりも十分に厚い金属又は
セラミックス材で円板状に作られており、載置面の形状
は、ウェハＷの直径よりもわずかに小さい径の円形であ
るものとする。

ウェハホルダーｌの中心部には、ウェハＷの！！！ｉや
取りはずしのためのウェハ受渡し用昇降機構２が上下動
のときに貫通するような円形開口部１ａが形成されてい
る。またウェハホルダー１の載置面には、ホルダー１の
中心から放射方向に同心円状の環状凸部１０ａ、１０ｂ
、１０ｃ、１０ｄ。

１０ｅ、ｌｏｆ、１０ｇが放射方向に一定ピッチでリム
状に形成されている。ここで載置面の最外周側に位置す
る環状凸部１０ａの半径は、ウェハＷの中心から直線的
な切欠き（オリエンテーションフラッ））ＯＦまでの半
径よりもわずかに小さく定められている。また、各環状
凸部１０ａ〜１０ｇの上端面の幅（径方向の寸法）は極
力小さくなるように作られており、その各上端面によっ
て規定される面が、平坦化の基準平面となる。尚、最も
内側の環状凸部１０ｇは開口部１ａの周囲に形成され、
この凸部１０ｇと凸部１０ａとによって雰囲気圧（大気
圧）とのリークが防止される。

さらに各環状凸部１０ａ〜１０ｇの間の各凹部（環状）
には、真空吸着のための吸気孔１ｃが径方向に並べて形
成され、各吸気孔１ｃはホルダ−１内部に径方向に伸び
たスリーブ状の孔１ｂと連通している。この孔１ｂを真
空源につなげて、減圧することによって、ウェハＷの裏
面と輪帯状の各凹部とでかこまれた空間が負圧になり、
ウェハＷの裏面は環状凸部１０ａ〜ＩＯｇの上端面にな
らって平坦化矯正される。

また、ウェハ裏面との接触面積を極力小さくして、凸部
の上端面とウェハ裏面との間に微小なゴミ粒子がはさみ
込まれる確率を小さくする構造のウェハホルダーも考え
られている。

第３図（Ａ）、（Ｂ）は、所謂ピンチャツク方式と呼ば
れるもので、第３図（Ａ）の平面図に示すように、載置
面の最外周には、ウェハＷの中心から切欠きＯＦまでの
半径よりわずかに小さな半径で、幅１〜２国程度の環状
凸部１０ａが形成され、ウェハ受渡し用昇降機構２が通
る開口部１ａの周囲にも、幅１〜２ＩＩＩ１１程度の環
状凸部１０ｇが形成されている。そして環状凸部１０ａ
とＬｏｇに挟まれた輪帯状の凹部には、２次元に一定ピ
ッチ（２・−５ｍｍ程度）で、Ｏ，，１〜１　ｍｍ角又
は丸のドツト状の微小凸部１１が複数形成されている。

これら微小凸部１１の各上端面と、環状凸部１０ａ、１
０ｇの各上端面とは、ウェハＷの裏面と接触する基準平
面を規定する。

第３図（Ｂ）は第３圀（Ａ）のＣ−４矢視断面図であり
、スリーブ状の孔１ｂがホルダー１内の径方向に伸び、
これとつながった吸気孔１ｃが載置面の凹部内に形成さ
れる。孔１ｂを真空源につなげることにより、環状凸部
１０ａとＬｏｇに挟まれた凹部とウェハ裏面とで囲まれ
た空間が負圧になり、ウェハＷは基準平面にならって平
坦化矯正される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記第２図（Ａ）、（Ｂ）、又は第３図（Ａ）、（Ｂ）
に示したウェハホルダー１では、いずれもウェハＷの最
外周部は、環状凸部１０ａよりも外側にオーバーハング
しているため、ウェハ最外周部は実効的には吸着力を受
けていない。同様にウェハホルダー１の中央部の開口部
１ａのところでも吸着力は働かない。このためウェハ全
面で真空吸着力を受ける部分と受けない部分（大気圧に
解放されている部分）との隣接部では、吸着力を受けて
いる部分にくらべて、大きなソリが発生することがわか
った。このソリの大きさは、ステッパー等で要求される
ウェハ表面の平面度の規格からはずれることもあり、露
光されるパターンの解像不良を招く恐れがある。

〔問題点を解決する為の手段〕

本発明では、ウェハ等の基板を吸着したときのソリ、特
に実効的な吸着力が働く部分と、働かない部分との隣接
部で生じるソリを極力小さくすることを目的としている
。

このため本発明では、上記隣接部近傍に位置する凸部、
特に載置面の最外周に位置する凸部をリム状の第１の環
状凸部にし、その内側にさらに第２の凸部を設け、第１
の凸部と第２の凸部の放射方向の間隔を小さな第１のピ
ンチとし、第２の凸部からさらに内側にも複数の凸部を
形成し、第２の凸部に隣接した内側の凸部と第２の凸部
のピッチを第１のピッチよりも大きくするように構成し
た。

また、載置面の最外周以外に大気圧に解放されている部
分がある場合は、そこにも同様のピッチ関係で複数の凸
部を形成した。

〔作　用］基板の真空吸着時におけるソリ量を、基板の形状、材質
等から勢料力学上のモデルより考察してみると、基板吸
着面の周辺部のソリ量は、微小幅で考えると凸部のピッ
チの４乗に比例することが予想される。従って吸着面の
周辺部での凸部のピッチを他の部分より小さくしておく
ことによって、基板の非吸着部でも、吸着部と同程度の
ソリ量に押えることが可能となる。

そこで第４図、第５図に示したモデルを用いて、基板（
ウェハＷ）のソリ量を考えてみる。

第４図は、ウェハホルダー１上の凸部が一方向にピッチ
ｌ、で並んでいる部分（内面部）のウェハＷのたわみ（
ソリ）の様子を誇張して示す図である。この場合、吸着
部の内面部では各凸部を支点ａ、ｂ、ｃ、ｄとし、各支
点ａ〜ｄのウェハ中立面は水平とした等分布荷重をうけ
る両端固定梁のモデルがあてはまる。

このモデルの場合、材料力学の計算式は、凸部と凸部の
間の凹部におけるウェハＷのたわみ量をＷｌ　とすると
、３８４　　　　　Ｅ　・　■ 式（１）で表わされる。ここでｑ、Ｅ、Ｉはそれぞれｑ
：単位長さ当りの荷重、Ｅ：＠１弾性係数、■＝断面二
次モーメントを表わす。

一方、第５図はウェハホルダー１の外周部におけるウェ
ハＷのたわみ、そりの様子を誇張して示した図である。

吸着面の最外周とそのすぐ内側の２ケ所の凸部がピッチ
２□で並んでおり、その間の凹部が減圧されているもの
とする。この場合、内側の凸部を支点Ａとすると、支点
Ａのウェハ中立面は水平になるが、最外周の凸部のＢ点
ではウェハＷを支持しているだけなので、Ｂ点から外側
に！、たけオーバーハングしたウェハ外周部には基準平
面に対してＷ、のそり量が生じる。また、Ａ点、Ｂ点間
にもたわみ１ｗｔが生じる。このような場合は材料力学
上のモデルとして、等分布荷重をうける片側固定−片側
支持のモデルがあてはまる。

ここでたわみｔｗｚを求めてみると、式（２）のように
なる。

４８ＥＩここで内面側と最外周側の凸部のピッチ２１と１！が等
しいとした場合、すなわち第２図（Ａ）、（Ｂ）のよう
なウェハホルダーの場合、式（１）、（２）からたわみ
量の比Ｗｔ／Ｗ、を求めると、Ｗｚ　／　Ｗ＋　＝　２
．０８となる。つまり、第２図（Ａ）、（Ｂ）のように
環状凸部１０ａ〜１０ｇを径方向に等しいピッチで配置
すると、凸部１０ａと１０ｂの間、もしくは凸部１０ｆ
と１０ｇの間では、他の凹部のところにくらべて最大約
２．１倍のたわみ量が生じることになる。

また、ウェハ外周部でオーバーハングｔＮ３が生じてい
る場合、そりｆｔｗｉは式（３）のようになる。

８ＥＩここでθ８はＢ点でのウェハ傾斜角である。

従って吸着面周辺部のたわみ量を内面側のたわみ量とほ
ぼ等しく　（ｗ、’、ｗ−）するためには、先の式（１
）、（２）から、ピッチ２ｔをピンチＮ、に対して約１
　／　１．２の値にすればよいことになる。

さらにオーバーハングによるそり量ｗ３を小さくするこ
とを考えると、２□／１．、＜Ａｌ１．２に設定すれば
よく、これによってウェハ全面（特に周辺部）に渡って
均一な平坦度が得られることになる。

〔実施例〕

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例による吸着装置
（ウェハホルダー）の構造を示し、第２図（Ａ）、（Ｂ
）に示した構造のうち、環状凸部１０ａ〜１０ｇの配置
を、本発明の趣旨に沿って変更したものである。第１図
（Ａ）はホルダー１の平面図、第１図（Ｂ）は第１図（
Ａ）のＣ−１矢視断面図である。ここでは最外周の環状
凸部１０ａとその内側の環状凸部１０ｂとのピッチ、及
び開口部１ａ周囲の環状凸部ｌｏｇとその外側の環状凸
部１０ｆとのピッチを１２として、他の隣接する環状凸
部同志のピンチを１１として、先にも述べたように！ア
／ｇ＋＜ｔ／１．２を満すように定めた。ここで各環状
凸部１０ａ〜Ｌｏｇの上端面の径方向の幅は、平面度悪
化の原因となるゴミの乗る確率を小さくするため極力小
さくした方がよく、加工性も考慮して０．１〜０．５　
ｔｔｍ程度である。

そしてオーバーハング１Ｉｋ８Ｉｉ１１程度を見込んで
、Ｎ、＃！、の値を１！２程度にして実験したところ、
はぼ良好な結果が得られた。

以上、本発明の実施例では、同心円状の環状凸部を基準
平面を規定するものとして例示したが、その他の形状に
してもよい。例えば凸部パターンが第４図に示される様
なビンチャンクの場合は、同様の理由から大気隣接部（
最外周、又は最内周）付近のビンピッチを小さくする、
又は内側ビンピンチよりも小さなピッチで輪帯状の凸部
を配置する事により、前記同様の効果が得られる。

以上、本発明の実施例では、ウェハホルダー１の中央部
には、吸着力の働かない開口部１ａが形成されているが
、昇降機構２がない場合は、開口部１ａを設ける必要は
なく、適宜、吸着面あるいは大気圧解放面にしておいて
もよい。

また実施例では、円形のウェハＷの吸着を考えたが、矩
形のガラスプレート等の吸着の場合は、ホルダーの外形
が、それにあわせて矩形となり、環状凸部も円形ではな
く矩形に形成される。さらに環状凸部のうち最外周の凸
部１０ａ（又は最内周の凸部１０ｇ）は大気圧へのリー
クを防止するため、連続している必要があるが、例えば
第１図（Ａ）中の環状凸部１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１
０ｅ、１０ｆ等は、円周方向に２〜５ＩＩＩＩ１１程度
のピンチでドツト状に分断しておいてもよい。このよう
にすると、第１図のウェハホルダー１の接触面積はさら
に小さなものになる。

またウェハ裏面を吸着する輪帯状の各吸着面は、スリー
ブ状の孔１ｂによって一括に減圧せずに、それぞれ所定
の時間遅れを与えて、載置面の中央から外側（又は逆方
向）の順に減圧してもよい。

さらに輪帯状の吸着面は、円周方向に２〜４分割にして
、独立に減圧できるようにしてもよい。

尚、最外周の環状凸部１０ａをウェハ外形とぴったりと
一致させる場合は、オーバーハングによるそり′ＮＷｓ
は考慮しなくてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、基板を真空吸着した時に
生じるそりやたわみ量を全面に渡って小さく押えること
ができる。そのため特に基板の周辺部で起りがちな平面
度の悪化が少なく、ステッパー等に組み込んだ場合は、
解像不良による歩留りの低下を少なくすることが期待で
きる。また、基板上に位置合わせ用のアライメントマー
クが形成され、このマークの位置を検出する際も、この
マークがウェハ全面のどこにあっても、その部分のたわ
み角が小さくなるため、マークの位置ずれ（たわみによ
る横ずれ）を小さく押えることができ、その結果、アラ
イメント精度、重ね合わせ精度の向上も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の実施例による吸着装置
（ホルダー）の構造を示す平面図と断面図、第２図（Ａ
）、（Ｂ）は従来より考えられていた吸着装置の構造を
示す平面図と断面図、第３図（Ａ）、（Ｂ）は従来より
考えられていた他の吸着装置の構造を示す平面図と断面
図、第４図、第５図はそれぞれウェハを吸着したときに
生じるたわみやそりの様子を誇張して示す図である。〔主要部分の符号の説明〕１・・・・・・ウェハホルダー、２・・・・・・ウェハ受渡し用昇降機構、１ａ・・・・
・・開口部、　　１ｂ・・・・・・スリーブ状孔、ｌｃ
・・・・・・吸気孔、１０　ａ、　　１０　ｂ、　　１０　ｃ、　　１０　ｄ
、　　１０　ｅ。１０ｆ、ｌｏｇ、１０ｈ、１０１・・・・・・環状凸部
Ｗ°°０°°０ウェハ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）平坦化矯正すべき基板の外形とほぼ同じ広さか、
あるいはそれ以下の載置面を有し、該載置面のほぼ全面
には、部分的な凸部が複数形成され、該凸部の周辺の凹
部を雰囲気圧よりも減圧することによって、前記基板の
裏面を前記複数の凸部の上端部によって規定される基準
面にならわせて吸着する装置において、前記複数の凸部
を、前記載置面のほぼ中央から所定の間隔で放射方向に
設けるとともに、少なくとも前記載置面の外周近傍に位
置する凸部の放射方向のピッチを、前記載置面の内側部
に位置する凸部の放射方向のピッチよりも小さくしたこ
とを特徴とする基板の吸着装置。
（２）前記複数の凸部のうち、前記載置面の最外周に位
置する凸部は、前記雰囲気圧とのリークを防止するため
に、前記最外周に沿って連続したリム状に形成され、該
リム状に形成された最外周の第１凸部の内側に隣接した
第２凸部は、該最外周の第１凸部に沿って該第１凸部と
ほぼ一定の間隔で配列されることを特徴とする請求項第
１項記載の装置。
（３）前記基板は一部に直線的な切欠き、もしくはノッ
チを有するほぼ円形の半導体ウェハであり、前記載置面
上の第１凸部は、該半導体ウェハの中心から前記切欠き
、もしくはノッチまでの半径よりも小さな半径の環状リ
ムとして形成されることを特徴とする請求項第２項記載
の装置。