JPH0521584A - 保持装置 - Google Patents

保持装置

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JPH0521584A
JPH0521584A JP3199801A JP19980191A JPH0521584A JP H0521584 A JPH0521584 A JP H0521584A JP 3199801 A JP3199801 A JP 3199801A JP 19980191 A JP19980191 A JP 19980191A JP H0521584 A JPH0521584 A JP H0521584A
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wafer holder
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Masaaki Aoyama
正昭 青山
Keiichi Kimura
景一 木村
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/707Chucks, e.g. chucking or un-chucking operations or structural details
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
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    • B25B11/005Vacuum work holders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高剛性,軽量,高寸法安定性の特性とともに
優れた防塵効果を有する保持装置を提供する。 【構成】 ウエハホルダWHのウエハ吸着面には、同心
円状(又は螺旋状)の環状凸部(ウエハW支持部)1と
環状凹部(真空吸着溝)2が一定のピッチで形成されて
いる。各環状凹部2には真空吸着のための吸気孔3が半
径方向に並べて形成され、各吸気孔3はウエハホルダW
H内部に半径方向に伸びたスリーブ状の孔4と連通して
いる。この孔4に真空源をつなげて減圧すると、ウエハ
は環状凸部1の上面にならって平坦化矯正される。ウエ
ハホルダWHの少なくともウエハ接触部(望ましくはホ
ルダ全体)はTiC含有Al23 焼結体で構成されて
おり、導電性を有し、焼結体に特有の気孔が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体基板(ウ
エハ)やガラスプレート等の薄板状基板の搬送や吸着固
定に好適に用いられる保持装置に関し、特に、防塵特性
に優れた保持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の製造工程においては、
ウエハを搬送したり、所定位置に固定したりするための
種々の保持装置が用いられている。例えば、リソグラフ
ィ工程の中心的役割りを担う露光装置では、薄板状のウ
エハを所定の平面内に平坦に固定するための基板吸着装
置(ウエハホルダ)が使用されている。
【0003】従来のこの種の保持装置における搬送系部
品やホルダは、金属やアルミナセラミックス(Al2
3 焼結体)を用いて構成されていた。
【0004】また、特開平2−186656号公報に
は、ウエハとの接触部をダヤモンドやサファイヤ等の共
有結合性材料で構成することにより、アブレッシブ摩耗
による微粒子の発生を防止することが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体集積
回路製造工程等で使用される保持装置には、次のような
特性が求められる。
【0006】(a) 被保持物に対して、ごみ(異物)の付
着や化学的な汚染が生じないこと。 異物がウエハや保持装置のウエハ支持部に付着すると、
回路転写時に断線・短絡が生じる他、保持装置がウエハ
ホルダである場合には、ごみによってウエハの平坦度が
劣化して解像不良を引き起こす。
【0007】(b) 硬度が大きいこと。 被保持物との接触部におけるアブレッシブ摩耗を防止す
るためには、接触部分の硬度が高いことが望まれる。
【0008】(c) (剛性/比重)の値が高いこと。 薄板状ウエハを平坦に保持したり、ウエハを所定位置に
正確に搬送したりするためにはウエハ支持部の剛性が高
いことが必要である。その際、装置の小型軽量化のため
には、高剛性であるだけでなく比重が小さいことが求め
られる。
【0009】(d) 熱膨張係数が小さいこと。 露光装置のウエハホルダ等においては露光によって熱が
蓄積される。このため、ホルダの熱膨張係数が大きい
と、ホルダに吸着固定されているウエハの露光による寸
法変化を拡大させることになる。従って、回路転写時の
寸法誤差を抑制するためには、熱膨張係数ができるだけ
小さいことが望まれる。
【0010】(d) 加工が容易であること。 研磨性が良好で平滑な面が得られるとともに、真空吸着
等のための微細加工も容易に行なえることが望まれる。
【0011】しかしながら、前述した従来の保持装置に
おいては、上記の各特性を満足できるものが得られてい
ない。
【0012】まず、ウエハ支持部に金属材料を用いた保
持装置では、ウエハの金属汚染が避けられない。また、
金属材料は耐摩耗性(硬度)の点で問題があり、(剛性
/比重)の値や熱膨張係数の点においても不利である。
【0013】一方、アルミナセラミックスを用いた保持
装置は、(剛性/比重)の値が金属に比べて高く装置の
小型・軽量化を図ることができ、熱膨張係数についても
金属材料に比べてかなり小さいといった利点があるもの
の、焼結体中に多数存在する気孔のためにごみが付着し
やすい上、絶縁体であるため静電気の発生によるごみの
付着も生じるという欠点がある。
【0014】また、上述した特開平2−186656号
で提案されている装置では、耐摩耗性という点では優れ
ているものの、例えばサファイヤの場合は絶縁体である
から、静電気によるゴミの付着という問題は解決されな
い。加えて、ウエハホルダ等をダイヤモンドやサファイ
ヤで構成する場合、(a) 単結晶材,(b) 粉末焼結体,
(c) 表面コーティングの3つの方法が考えられるが、そ
れぞれ以下の不都合がある。まず、単結晶材料を用いる
とすると、ダイヤモンドの大型素材は現状では入手不可
能であり、サファイヤは原材料が高価である上加工困難
である。また、焼結体を用いる場合、ダイヤモンドやサ
ファイヤは難焼結体であり、焼結できたとしても大型の
気孔が多数発生すると考えられる上、バインダーとして
コバルト(Co)等を使用した際には金属汚染が問題と
なる。更に、コーティングによる方法では、母材と膜材
との熱膨張係数の差に起因する剥離が発生する危険性が
ある。
【0015】以上説明したように、従来の技術において
は、機械的強度の確保,軽量化,寸法安定性という各要
求特性を満たし、かつ、ごみの付着等による被保持物
(ウエハ)の汚染を防止できる保持装置は得られていな
かった。
【0016】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、保持装置としての各要求特性を満たしつつ、
防塵特性に優れた保持装置を提供することを目的とする
ものである。
【0017】
【課題を解決するための手段】本発明の保持装置は、上
記の課題を達成するために、被保持物との接触部分が、
共有結合性導電材料を含有するセラミックス焼結体から
構成されたものである。本発明において被保持物との接
触部に用いられる好ましい焼結体としては、炭化チタン
(TiC)含有酸化アルミニウム(Al23 )焼結体
が挙げられる。
【0018】
【作用】上述のように、本発明の保持装置では被保持物
接触部分が共有結合性導電材料を含有するセラミックス
焼結体で構成される。このためセラミック焼結体のも
つ、高剛性,軽量という特性に、共有結合性導電材料の
有する高硬度,導電性という特性が付加される。このた
め、耐摩耗性が向上するとともに、被保持物接触部分に
おける静電気の発生が防止され、ごみの付着が低減され
る。また、本発明においては共有結合性導電材料の単結
晶や多結晶体を用いるのではなく、母材セラミック中に
共有結合性導電材料を分散させて用いるので、製造が容
易で安価である。
【0019】更に、本発明における焼結体の気孔は、成
形、焼結工程の条件を適宜選択することによって抑制す
ることができる。即ち、一般的に共有結合性導電材料の
添加によって、母材セラミックスのみの場合よりも焼結
性が低下するため、HP(ホットプレス)、HIP処理
を行なうことにより気孔の少ない焼結体を得ることがで
きる。例えば、共有結合性導電材料の1つであるTiC
は単体では難焼結性であるが、Al23 中に含有させ
適切なプロセス条件で焼結することによって、従来使用
されているアルミナセラミックスよりも気孔の少ない焼
結体が得られる。従って、本発明の保持装置では、気孔
への異物の付着が少なく、かつ付着したとしても清掃除
去が容易である。
【0020】本発明における共有結合性導電材料として
は、具体的にはTiC,SiC等が挙げられ。焼結体中
の含有率は適宜設定されるものであるが、焼結体の導電
性(一般に比抵抗1010Ω・cm以下が導電体といわれ
る)を確保し得る量を添加する必要があり、逆に共有結
合性導電材料が多すぎると焼結性が低下するため、5〜
70重量%、特に30重量%程度とすることが好まし
い。
【0021】本発明において、焼結母材となるセラミッ
クスは、焼結性に優れ、所定の機械強度が確保されるも
のであればAl23 以外のであっても良い。軽量化が
それほど要求されない場合には、例えばZrO2 等を用
いても良い。
【0022】さてここで、従来の保持装置に使用されて
いた各物質と本発明の焼結体(例としてTiC含有Al
23 焼結体)の物性を示す。表に明らかなように、T
iC含有Al23 焼結体は、比抵抗が10-3Ω・cm
程度と低く、静電気を防止する上で充分な導電性が確保
されていることがわかる。また、良導電性であることに
よって放電加工が可能となり、複雑な形状の加工も容易
となる。更に、気孔状態,ヤング率,硬度でも従来使用
されているアルミナセラミックス(Al23)に勝る
特性が得られており、熱膨張係数,比重についてAl2
3 と同等の特性が確保されている。
【0023】表1中SUS(ステンレス鋼),AlとT
iC含有Al23 焼結体を比較するとわかるように、
本発明における焼結体は金属に比べて(剛性/比重)の
値が大きく、平坦度を要求されるホルダや小型・高速性
を要求される搬送装置に有利である。また、熱膨張率は
金属に比べて格段に小さく、長時間露光等によって蓄熱
されるような場合でも寸法変化が少ない。即ち、ホルダ
に吸着固定されているウエハの回路転写時の寸法誤差を
低く抑えることができる。
【0024】
【表1】
【0025】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図1図は本発明の第1の実施例によるウエ
ハホルダの概略的な構造を示す平面図、図2は図1の
A,A’断面図である。ウエハホルダWHのウエハ吸着
面の形状はウエハWの直径よりわずかに小さい径の円形
であり、ウエハ吸着面にはウエハホルダWHの中心から
放射方向に同心円状(または螺旋状)の複数の環状凸部
(ウエハW支持部)1と環状凹部(真空吸着溝)2とが
一定のピッチでリム状に形成されている。
【0026】本実施例では、ウエハホルダWH本体は、
TiC含有Al23 焼結体で構成されており、ウエハ
吸着面における気孔分布は最大寸法10μm以上の気孔
が1mm2 あたり300個以下となっている。また、ウ
エハ吸着面の環状凸部1の山幅はごみの付着、のり上げ
の確率を下げるために0.02〜0.15mmに加工さ
れている。この加工は放電加工又は研削加工によって容
易に行なうことができる。更に、ウエハホルダWHは何
れの面も表面粗さ5μmRmax 以下の滑らかな表面に仕
上られ、各々の境界も滑らかに面取りされている。
【0027】また、各環状凹部2には真空吸着のための
吸気孔3が半径方向に並べて形成され、各吸気孔3は、
ウエハホルダWH内部に半径方向に伸びたスリーブ状の
孔4と連通している。この孔4を真空源につなげて減圧
することによって、ウエハWの裏面と各環状凹部2とで
囲まれる空間が負圧になり、ウエハWの裏面は複数の環
状凸部1の上面にならって、平坦化矯正される。
【0028】この際、ウエハホルダWHは良導電体であ
るので静電気の発生によるごみの付着は生じない。ま
た、ウエハホルダWHは高硬度であるので、アブレッシ
ブ摩耗によって微粒子が発生してウエハWに付着すると
いうこともない。
【0029】また、ウエハホルダWHには気孔が少ない
ので、気孔に付着したごみがウエハWに再付着したり、
ウエハホルダWHとウエハWとの間にごみが介在するこ
とによってウエハWの平坦度が低下するということが起
こりにくい。仮にごみが付着したとしても容易に除去す
ることができ、ウエハホルダWHの清掃が簡単である。
【0030】更に、本実施例のウエハホルダWHは、熱
膨張係数が小さいので、露光時の蓄熱による寸法変化が
少ない。従って、高感度のフォトレジストを用いて、低
強度の光で長時間露光する場合にも、ウエハの寸法誤差
を許容範囲内に抑えることができる。
【0031】加えて、TiC含有Al23 焼結体は比
重が小さく本実施例のウエハホルダWHは軽量であるの
で、ステップ・アンド・リピート方式の露光を行なう場
合、良好な動作特性が得られる。
【0032】次に本発明の第2実施例について述べる。
図3は本実施例によるウエハホルダ(ピンチャックタイ
プのホルダ)WHの概略的な構造を示す平面図、図4は
図3のBB’断面図である。図において、ウエハホルダ
WHは実施例1と同様にTiC含有Al23 焼結体で
構成され、ウエハ吸着面には放電加工又は研削加工等に
よって複数のピン状突起5(ウエハ支持部)が形成され
ている。このピン状突起5の形状は直径(又は一辺の長
さ)が0.02〜0.1mm程度の円柱または角柱であ
り、ピンの高さ0.01〜0.5mmである。また、ウ
エハ吸着面の最も内側と外側に形成された環状凸部7,
8の山幅は0.02〜0.15mmとなっいる。ウエハ
ホルダWHの各面は実施例1と同様に滑らかに仕上られ
ている。
【0033】ウエハ吸着面の底面には、真空吸着のため
の吸気孔9が半径方向に並べて形成され、各吸気孔9は
ウエハホルダWH内部に半径方向に伸びたスリーブ状の
孔10と連通している。この孔10を真空源につなげて
減圧することによってウエハWと環状凸部7,8とで囲
まれた空間が負圧となり、ウエハWの裏面は複数のピン
状突起5の上面にならって平坦化矯正される。
【0034】この際、本実施例のウエハホルダWHも実
施例1と同様に、良導電体であって、かつ高硬度,高剛
性,軽量,高寸法安定性の各特性を備えているので、優
れた防塵効果が得られ、動作特性,寸法安定性の点でも
有利である。
【0035】なお、上記の実施例1,2では、ウエハホ
ルダWH全体をTiC含有Al23 焼結体で構成して
いるが、場合によっては、ウエハWと直接接する部分即
ち、環状凸部1,7,8及びピン状突起5のみをTiC
含有Al23 焼結体で構成するようにしても良い。但
し、凹部に付着したごみがウエハWに付着する危険性も
あり、ウエハホルダWH全体を気孔の少ないTiC含有
Al23 で構成する方がより確実に防塵できることは
言うまでもない。また、機械強度,軽量化,寸法安定性
の点からもウエハホルダWH全体をTiC含有Al2
3 焼結体とすることが好ましい。
【0036】さて、次に、本発明の第3の実施例につい
て説明する。図5はウエハ搬送装置の概略の構成を示す
平面図であり、図6は図5の搬送装置の側面図である。
図において、アーム11の上面(ウエハW載置面)には
TiC含有Al23 焼結体からなる凸状部材12が接
着又は接合又は締結等の方法で固定されている。本実施
例では、アーム11の厚さ方向に寸法の余裕があるた
め、アーム11についてはアルミニウム又はカーボンフ
ァイバー補強樹脂又はプラスティック材料(これらの材
料も厚さを大きくとれば、使用可能な機械強度が確保さ
れる)等で形成している。また、凸状部材12の上面
は、アーム11に3個とも取付けた後に、研削又はラッ
プ加工により平面出しが行なわれており充分な平面度が
得られている。
【0037】図5のような搬送装置を用いれば、ウエハ
の受渡時に、静電気やウエハ支持部(凸状部材12の上
面)の摩耗によってウエハにごみが付着することがな
い。
【0038】次に、本発明の第4の実施例について説明
する。図7はカセット15(カセット台14)内の任意
位置のウエハWを出し入れする搬送装置の構成を示す説
明図であり、図8は図7の搬送装置の平面図(図7矢印
A方向から見た矢視図)である。図において、カセット
15には2〜3mmの間隔で略コの字状(紙面左側開
口)のウエハ支持部材が積層配置されている。
【0039】搬送装置は、紙面左右方向及び上下方向に
進退可能に構成されたアーム16を備え(18:本体へ
の取り付け部材)、アーム16の上面には吸気孔13を
有する凸状部材17が設けられている。アーム16はそ
の幅がカセット15内のウエハ支持部材の開口の幅より
小さく設定され、移動量はカセット15におけるウエハ
の収納間隔(ウエハ支持部材の間隔)に対応して駆動手
段(図示せず)によって制御される。
【0040】本実施例の搬送装置では、ウエハWの出入
れの際に2〜3mmという僅かな隙間にアーム16を挿
入する必要があり、この際、ウエハW上面にアーム16
が接触してはならないので、アーム16は薄い板厚で高
い剛性を確保する必要がある。このため、本実施例の搬
送装置ではアーム16も凸状部材17も全てTiC含有
Al23 焼結体で構成されている。
【0041】本実施例の搬送装置においてウエハWをカ
セット15内に収納する際には、紙面上方からウエハW
がアーム16上に渡され、ウエハW裏面は凸状部材17
で支持される。次いで、アームは、駆動手段18よって
制御されてカセット15のウエハWを収納すべき所定の
段と対応する位置に紙面上下方向の位置が調整される。
その後、アーム16は紙面左方向に進んでカセット15
内のウエハ支持部材の開口内の所定位置に達したところ
で停止する。しかる後、アーム16は僅かに下降し、こ
れによりウエハWはアーム16からカセット15のウエ
ハ支持部材上に受け渡される。
【0042】この際、TiC含有Al23 焼結体で構
成されているアーム16及び凸状部材17は、良導電体
で高硬度であるので静電気やアブレッシブ摩耗によるご
みの付着が生じない。また、本実施例のアーム16は軽
量でかつ高剛性であるので、アーム16の傾斜や歪みに
よってウエハW出入れ時に他段のウエハWに傷をつけた
りすることがなく、高速動作を行なう場合にも有利であ
る。
【0043】なお、以上の説明においては、半導体集積
回路製造にあたってウエハを固定、搬送するために用い
られる保持装置について述べたが、本発明が対象とする
被保持物はウエハに限定されるものでないことは言うま
でもなく、本発明はガラスプレート等の搬送装置や各種
試験装置のホルダあるいは電子部品の組立装置にも適用
できるものである。その際、保持部構造は特に限定され
るものではなく、上述した実施例のように被保持物を載
置して保持する以外に、例えば被保持物を挟持するよう
な構造としても良い。
【0044】
【発明の効果】以上の様に本発明においては、被保持物
との接触部分が共有結合性導電材料を含有するセラミッ
ク焼結体で構成されていて導電性を有するので、静電気
の発生によるごみの付着が防止される。また、共有結合
性導電材料含有セラミック焼結体は焼結体に特有の気孔
が少ないため、被保持物接触部分へのごみ付着が低減さ
れ、保持装置の清掃も簡単である。更に、本発明の保持
装置は、優れた防塵性とともに、高剛性,軽量,高寸法
安定性の特性を有するので、高速搬送や薄板状の被保持
物の平坦化矯正をおこなう場合、蓄熱による寸法変化が
問題となる場合にも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1実施例によるウエハホルダの平面図
である。
【図2】図1のAA’断面図である。
【図3】本発明第2実施例によるウエハホルダの平面図
である。
【図4】図3のBB’断面図である。
【図5】本発明第3実施例による搬送装置の平面図であ
る。
【図6】図5の搬送装置の側面図である。
【図7】本発明第4実施例による搬送装置の説明図であ
る。
【図8】図7の搬送装置の平面図である。
【符号の説明】
W ウエハ WH ウエハホルダ 1 環状凸部 2 環状凹部 3,9 ,13吸気孔 5 ピン状突起 11 Al等からなるアーム 16 TiC含有Al23 焼結体からなるアーム 12,17 TiC含有Al23 焼結体からなる凸状
部材 14 カセット設置台 15 カセット

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被保持物との接触部分が、共有結合性導
    電材料を含有するセラミックス焼結体からなることを特
    徴とする保持装置。
  2. 【請求項2】 前記被保持物が、半導体基板であること
    を特徴とする請求項1記載の保持装置。
  3. 【請求項3】 前記焼結体が炭化チタンを含有する酸化
    アルミニウムの焼結体であることを特徴とする請求項1
    記載の保持装置。
  4. 【請求項4】 前記焼結体中の前記共有結合性導電材料
    の含有率が5〜70重量%であることを特徴とする請求
    項1記載の保持装置。
JP3199801A 1991-07-16 1991-07-16 保持装置 Pending JPH0521584A (ja)

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