JPH04324658A - 真空吸着式ウエハ保持装置 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空吸着によりウエハ
の裏面を吸着して保持する真空吸着式ウエハ保持装置、
特には半導体装置を製造するための行程で利用される半
導体製造装置用の真空吸着式ウエハ保持装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置において、マスクの半導
体装置用パターンを半導体ウエハに転写する際のウエハ
保持装置としては、例えば、特公平１−１４７０３号公
報に示されるような、真空吸着によりウエハの裏面を吸
着して保持する真空吸着式ウエハ保持装置がよく用いら
れている。

【０００３】一般に、ウエハ保持装置でウエハを保持し
たとき、ウエハ保持装置とウエハの間の接触面の接触熱
抵抗が大きいと、マスクのパターンをウエハに転写する
際の露光エネルギーにより発生した熱が、ウエハからウ
エハ保持装置に逃げていかないため、ウエハの温度上昇
および熱変形を招きパターン転写精度が悪化する。

【０００４】特に、真空吸着式ウエハ保持装置の場合に
は、ウエハ保持装置とウエハとの間の接触面以外の空間
に気体がほとんど存在しないため、ウエハの温度上昇に
よるパターン転写精度の悪化が顕著となる。

【０００５】また、マスクとウエハが数十ミクロン隔て
て配置された状態で、マスクパターンをウエハに転写す
る所謂プロキシミティー方式による露光装置に、真空吸
着式ウエハ保持装置を用いる場合には、前述の接触熱抵
抗が大きいと、ウエハの温度上昇によりマスクの温度も
上昇し、マスクにも熱歪が生じるため、パターン転写精
度が悪化する。

【０００６】従って、従来の真空吸着式ウエハ保持装置
においては、接触熱抵抗を小さくし且つ吸着後のウエハ
の平坦度を確保するために、主構造部材上に設けられる
ウエハ吸着面を平面仕上げすると共に、主構造部材自体
は吸着後のウエハの反りを平面矯正するために弾性率の
大きい材質で構成するのが一般的であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例では、ウエハ接触面が平面仕上げされているにも
かかわらず、該接触面には微少な凹凸やうねりが存在し
、且つウエハの裏面にも微少な凹凸やうねりが存在する
ため、ウエハの裏面を真空吸着させたときの実際の接触
面積は見かけの面積に比べ非常に小さくなるので、接触
熱抵抗が大きくなり、パターン転写精度の悪化を完全に
防止することが困難であった。

【０００８】本発明の目的は、接触熱抵抗を小さくした
真空吸着式ウエハ保持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】本発明は、上述した目的
を達成するために、真空吸着式ウエハ保持装置において
、ウエハ及び主構造部材より弾性率の小さい物質からな
る弾性部材をウエハ吸着面に分散配置している。また、
より好ましくは、ウエハの非吸着時、弾性部材はウエハ
吸着面に設けられているウエハ支持用突起部よりウエハ
側に僅かに突出するようにしている。

【００１０】本発明の真空吸着式ウエハ保持装置では、
真空吸着されたウエハは弾性部材に接触して保持される
が、弾性部材はウエハよりも小さい弾性率の材質ででき
ているため、ウエハの裏面に微少な凹凸やうねりがあっ
ても、斯かる凹凸やうねりに応じてその接触面が変形す
るので、接触面における接触熱抵抗を小さくすることが
できる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１２】図１，２は、それぞれ本発明の真空吸着式
ウエハ保持装置の第１の実施例を示す概略構成図、図３
，４はウエハ吸着前後の突起部２と弾性部材３との関係
を示す概略構成図である。

【００１３】本実施例の真空吸着式ウエハ保持装置は、
吸着されるウエハ５（図３参照）の反りを矯正するため
、例えば、ステンレス、セラミクス等の弾性率が大きい
材質で構成された主構造部材１を有している。主構造部
材１の周囲には外周壁１ａが一体的に設けられていると
共に、主構造部材１のウエハ５と対向する面（以下対向
面）には、主構造部材１と一体的に対称性よく設けられ
ている高さの等しいピン形状を有する複数（１２個）の
突起部２が設けられている。

【００１４】突起部２のそれぞれには、突起部２を囲ん
で高さの等しい弾性部材３が設けられ、更に主構造部材
１には前記対向面の中心部と不図示の真空発生源とを接
続する真空吸引孔４が設けられている。

【００１５】弾性部材３は、主構造部材１及びウエハ５
よりも、弾性率が小さい物質で形成されている。弾性率
が小さい物質としては、例えば、ポリプロピレン、ポリ
エステル、ナイロン、シリコンゴム等の合成樹脂や合成
ゴムが適している。更に、インジウム等の塑性変形し易
い金属も、その弾性領域内では使用することが可能であ
る。

【００１６】また、図３に示すように、弾性部材３の高
さＤ＋ｄ［ｍｍ］は、突起部２の高さＤ［ｍｍ］よりも
ｄ［ｍｍ］だけ高くなるように、即ち弾性部材３の先端
が突起部２の先端よりｄ［ｍｍ］だけ突出するように設
定されている。突起部２と弾性部材３のそれぞれは、吸
着後にウエハ５が接触する面（接触面）が平面仕上げさ
れている。

【００１７】次に、本実施例のウエハ吸着動作について
、図３，４を用いて説明する。

【００１８】ウエハ５の吸着動作を開始する前に、図３
に示すようなウエハ５と弾性部材３の接触面が接触する
位置まで、ウエハ５は不図示の搬送ハンドにより搬送さ
れてくる。その後、真空吸着孔４を不図示の真空発生源
に連通させて、ウエハ５の裏面の真空吸着を開始する。 このとき、ウエハ５の表面側の空間の雰囲気圧力（例え
ば大気圧）をＴ［Ｔｏｒｒ］とすると、主構造部材１、
主構造部材１の外周壁１ａ、及びウエハ５で囲まれる空
間に存在する気体は、該空間内の圧力（吸引圧力）が、
例えば「０」等のｔ［Ｔｏｒｒ］になるまで前記真空発
生源により引かれるので、ウエハ５の表面と裏面とには
、圧力差（Ｔ−ｔ）［Ｔｏｒｒ］が生じる。従って、こ
の時、ウエハ５には、ウエハ保持装置のウエハ吸着面積
をＳｗとすると、

【００１９】

【外１】 の吸引力が加わる。

【００２０】一方、上記の吸引力によりウエハ５が主構
造部材１の対向面に向かって吸引されると、ウエハ５の
変位量分だけ弾性部材３が縮むため、弾性部材３の反発
力が前記変位量に比例してウエハ５の裏面に加えられる
。従って、弾性部材３の高さＤ＋ｄ［ｍｍ］と突起部２
の高さＤ［ｍｍ］との高さの差ｄ（＞０）［ｍｍ］だけ
ウエハ５を変位させた時の反発力Ｆは、弾性部材３のヤ
ング率をＥ［Ｐａ］、弾性部材３全体とウエハ５との接
触面積をＳｅとすると、

【００２１】

【外２】 となるため、ウエハ５の裏面を反発力Ｆに抗して突起部
２の接触面に当接させるためには、前記高さの差ｄ［ｍ
ｍ］が次式を満たしていればよい。

【００２２】

【外３】 また、ウエハ吸着面積Ｓｗと接触面積Ｓｅとの間には、
性部材３が縮むための空間を確保すために、次式の関係
がある。

【００２３】

【外４】 従って、７６０・Ｅ・Ｓｅ＞（Ｔ−ｔ）・１０５　・Ｓ
ｗの場合には、上記した（３）　式は以下の（５）　式
のように変形されるので、差ｄが、（４）　式の条件か
つ（５）式の条件を満たすように設定されていれば、吸
着動作は支障なく実行される。

【００２４】

【外５】 また、７６０・Ｅ・Ｓｅ≦（Ｔ−ｔ）×１０５　　の場
合には、（４）　式の条件を満たすように差ｄが設定さ
れていれば、吸着動作は支障なく実行される。

【００２５】以上のようにして吸着動作が終了すると、
ウエハ５の裏面は、突起部２及び弾性部材３の接触面と
接触した状態で、真空吸着されて保持される。ここで、
突起部２の接触面は平面仕上げされているにもかかわら
ず、微小な凹凸やうねりを持ち、且つ前記ウエハ５の裏
面にも微小な凹凸やうねりがあるため、突起部２の接触
面の接触熱抵抗を従来のものよりも小さくすることはで
きない。しかし、弾性部材３はウエハ５よりも小さい弾
性率の材質でできているため、ウエハ５の裏面に微小な
凹凸やうねりがあっても、該凹凸やうねりに応じてその
接触面が変形するので、該接触面における接触熱抵抗を
小さくすることができる。

【００２６】このことを確認するため、主構造部材１を
ステンレス、弾性部材３をシリコンゴムで構成し、主構
造部材１の高さＤを１［ｍｍ］、弾性部材３の高さＤ＋
ｄを１．０５［ｍｍ］（高さの差ｄ＝０．０５［ｍｍ］
）として本実施例の真空吸着式ウエハ保持装置を試作し
、比較的平面度のよいウエハ５を吸着させたあとの接触
熱抵抗Ｒ１　を測定したところ、 Ｒ１　＝１×１０−３　　　　　　　［Ｋ・ｍ２　／Ｗ
］であった。また、前記弾性部材３をもたない従来の構
成のものを同様にして試作しその接触熱抵抗Ｒ２　を測
定したところ、 Ｒ２　＝１×１０−２　　　　　　　［Ｋ・ｍ２　／Ｗ
］であった。従って、本実施例のものは、従来のものに
比べて接触熱抵抗を１／１０にすることができるため、
ウエハ５の温度上昇も１／１０に抑えることができ、パ
ターン転写精度の向上が図られる。

【００２７】なお、本実施例に用いた突起部２の形状は
、図１に示すように円柱のピン形状のものであるが、こ
れに限るものではなく、たとえば角柱のピン形状であっ
てもよい。

【００２８】図５，６は本発明の真空吸着式ウエハ保持
装置の第２の実施例を示す概略構成図である。

【００２９】本実施例の真空吸着式ウエハ保持装置は、
主構造部材１１のウエハ５と対向する面（対向面）に一
体的に設けられている突起部１２ａが同心円状に２本設
けられ、２本の突起部１２ａを接続する４本の突起部１
２ｂが第３図（Ａ）の４５°斜め方向に対称性よく設け
られ、また、外側の同心円状の突起部１２ａと外周壁１
１ａとを接続する４本の突起部１２ｃが同図上下左右に
対称性よく設けられている点と、２本の突起部１２ａと
外周壁１１ａとで仕切られた主構造部材１１の対向面に
、円環の一部を切った形状をもつ８個の弾性部材１３が
対称性よく設けられ、また対向面の中心部には円形の弾
性部材１３が設けられている点と、及び真空吸引孔１が
主構造部材１１の対向面に対称性よく分岐されている点
が、第１図に示したものと異なる。

【００３０】前述した第１の実施例に用いたウエハ５よ
り平面度の悪いウエハ５の矯正を行なうために、本実施
例では、差ｄを、

【００３１】

【外６】 の範囲内になるようにすることで、ウエハ５の裏面を突
起部１２の接触面に確実に当接させることができる。

【００３２】また、平面度１０［μｍ］／□３０［ｍｍ
］、厚さ０．６［ｍｍ］、φ１５０［ｍｍ］のＳｉウエ
ハは、差圧１００［Ｔｏｒｒ］以上で平面矯正できるこ
とが実験によって確かめられている。従って、差圧が１
００［Ｔｏｒｒ］以上でウエハ５の平面矯正ができると
すると、弾性部材１３があって、なお且つ突起部１２に
１００［Ｔｏｒｒ］以上の力でウエハ５を突き当てるた
めには、上述の（３）　式が、

【００３３】

【外７】 と書き換えられる。従って、この場合には、この（３’
）式を変形して求められる以下の（７）　式の条件を満
たすように、差ｄを決定すれば、

【００３４】

【外８】 差圧が１００［Ｔｏｒｒ］以上の雰囲気で、ウエハ５の
裏面を突起部１２の接触面に弾性部材１３の反発力Ｆに
抗して確実に当接させることができる。

【００３５】従って、一般に差圧Ｔ’［Ｔｏｒｒ］でウ
エハ５の充分な平面矯正ができるならば、Ｔ＞Ｔ’の雰
囲気で、

【００３６】

【外９】 を満たすように差ｄを決定すれば、ウエハ５の裏面を突
起部１２の接触面に確実に当接させることができ、且つ
ウエハ５の充分な平面矯正をすることができる。なお、
（６）　〜（８）　式の条件があてはめられるのは、第
２の実施例だけに限られるもではない。

【００３７】従って、本実施例においても、真空吸着後
のウエハ５を保持する弾性部材１３の接触面の接触熱抵
抗は小さいので、パターン転写精度の向上が図れる。

【００３８】以上の説明において、突起部と弾性部材と
は、主構造部材の対向面に対称性よく設けられていたが
、非対称に設けられていてもよい。ただし、ウエハは一
般に円板状の形状を有するため、前記弾性部材は対称性
よく設けた方が、吸着後の前記ウエハの平坦度を精度よ
く保ことができる。また、突起部は主構造部材と一体的
に設けられているが、別体であってもよい。

【００３９】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、ウエハ及
び主構造部材より弾性率の小さい物質からなる弾性部材
がウエハ吸着面に分散して設けられていることにより、
真空吸着されたウエハの裏面に微小な凹凸やうねりがあ
っても、該凹凸やうねりに応じて接触面が変形するので
、接触面における接触熱抵抗を小さくすることができ、
パターン転写精度の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の真空吸着式ウエハ保持装置の第１実施
例を示す概略構成図である。

【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

【図３】ウエハ吸着前の突起部と弾性部材の関係を示す
説明図である。

【図４】ウエハ吸着後の突起部と弾性部材の関係を示す
説明図である。

【図５】本発明の真空吸着式ウエハ保持装置の第２実施
例を示す概略構成図である。

【図６】図５のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１，１１　　主構造部材 １ａ，１１ａ　　外周壁 ２，１２　　突起部 ３，１３　　弾性部材 ４，１４　　真空吸引孔 ５　　ウエハ ｄ　　高さの差

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ウエハ及び主構造部材より弾性率の小
   さい物質からなる弾性部材を、ウエハ吸着面に分散配置
   したことを特徴とする真空吸着式ウエハ保持装置。
2. 【請求項２】　　前記ウエハの非吸着時、前記弾性部材
   は前記ウエハ吸着面に設けられているウエハ支持用突起
   部より前記ウエハ側に僅かに突出していることを特徴と
   する請求項１の真空吸着式ウエハ保持装置。