JPH05283511A - 真空吸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ等の吸着物を変形させずに保持する。 【構成】 基体となる平板１０の面上に、真空吸引口を
もつ微小先端部１２にウエハ２０に比べて極めて薄い真
空封止部材としてポリミイド膜１３を固着した円環（真
空固定部）１１を３個配置し、これら円環１１にてウエ
ハ２０を保持するように構成する。これにより、ウエハ
２０を各円環１１の微小先端部分１２に支えて３点で保
持できるので、ウエハを変形させずに保持することがで
きる。しかも、各円環１１の真空吸引口の周面にポリイ
ミド膜１３を設けているので、その真空封止作用により
吸着力が増大するとともに、その吸着によって横方向の
力に対する拘束力が生じるため、ウエハ保持を強固にす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＬＳＩ製造における、パ
タン転写装置，描画装置，各種プロセス製造装置，検査
測長装置などの試料保持装置に関し、特にその真空吸着
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年のＬＳＩ製造においては、半導体素
子の高集積化に伴って、サブミクロンオーダの微細な回
路パタンが要求されている。０．２μｍ以下のパタン寸
法においては、光転写技術に変わり、Ｘ線露光によるパ
タン転写が有望視されている。Ｘ線露光はマスクの回路
パタンの原画を１対１でウエハ上に投影して、回路パタ
ンを転写する。このため、マスクの原画寸法は半導体素
子回路パタンと同一でなければならず、マスクには、高
精度な回路パタンの位置精度と寸法精度が要求される。

【０００３】マスクは、Ｓｉウエハのほぼ中央に回路パ
タンの原画を有するメンブレンが形成されている構成と
なっている。メンブレンは、面積が数１０ｍｍ×数１０
ｍｍ、厚さが１μｍ〜２μｍである。このマスクの製作
精度やパタン転写精度を評価するため、マスクの回路パ
タンの位置や寸法精度を光波干渉測長機で測定する場
合、マスクは、従来から、ＬＳＩ製造装置に用いられて
いる平面矯正型の真空吸着装置に保持していた。この測
長装置に用いられている真空吸着装置の平面図を図９
に、その断面図を図１０に示す。

【０００４】従来の真空吸着装置は、吸着物を平面に矯
正するために、吸着板１で吸着物であるウエハ２（図９
及び図１０は、マスク２００を保持しているため中央部
が抜けている。ここではマスク２００を一様な厚さのウ
エハ２に置き換えて説明する）の裏面全面を吸着して保
持していた。吸着板１には、円環を同心状に配置して、
突起部３と溝部４を交互に形成する。突起部３の上面が
吸着面５となる。溝部４の底面には、真空排気穴６を開
ける。吸着板１の内部には排気用の通路７が設けてあ
る。各溝部４の排気穴６は排気通路７を経由して吸着板
１の下面、あるいは側面の排気口８に連通している。本
例では、排気口８は吸着面１の下面とした。排気口８は
真空ポンプに排気管で繋がっている。ここでは、真空ポ
ンプと排気管は図示していない。

【０００５】ウエハ２を吸着板１上の吸着面５に載せた
状態で、真空ポンプを作動すると、その溝部４が真空と
なる。ウエハ２は、真空吸引力で吸着面５に押し付けら
れ、吸着板１に吸着し、ウエハ２の平面が矯正される。
吸着板１に吸着させたウエハ２の平面は吸着面５の平面
精度に依存する。吸着面５に凹凸や段差があると、ウエ
ハ２は吸着面５の凹凸や段差に倣うように吸着する。ウ
エハ２の表面には、吸着面５の凹凸や段差に対応した形
状の変化が現れる。このため、ウエハ２の平面を高精度
な平面形状にするには、高精度な平面を有する吸着面５
に吸着させる必要がある。

【０００６】一方、ウエハ２にはそりや曲がり，厚さむ
らがあり、平面度は個々に異なる。高精度な平面を有す
る吸着面５に吸着させることにより、固有の平面度を有
するウエハ２の平面精度を向上させることができる。こ
のとき、ウエハ２は、吸着面５に倣うように強制的に変
形させられているため、高精度に製作された吸着面５に
吸着させて平面精度を向上させることは、かえってウエ
ハ２に歪を生じさせることになる。

【０００７】以上のような真空吸着装置でマスク２００
を保持する場合、上記の吸着板１を用いて、吸着面５に
メンブレン２０２の周囲のＳｉウエハの部分を真空吸着
させる。このＳｉウエハは吸着面５に倣うように吸着す
るので、平面矯正により変形させられることになる。メ
ンブレン２０２は極めて薄いので、Ｓｉウエハの変形に
より、メンブレン２０２に歪が生じる。この結果、メン
ブレン２０２の歪による回路パタンの位置，寸法に誤差
を生じ、正確な値が得られないという問題があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、マスク２
００の回路パタンの位置や寸法を測定し、マスク２００
の精度評価をする場合、このような吸着板１を用いる
と、試料保持による歪で、回路パタンの位置変動や寸法
変化を生じ、マスク２００上の回路パタンを正確に測定
できないという欠点があった。特に、サブミクロンオー
ダの回路パタンでは、吸着による歪は無視することがで
きない重要な問題点となっていた。また、マスク２００
の回路パタンの位置や寸法測定の結果に信頼性が得られ
ないため、高精度な位置、寸法精度が要求される転写パ
タンは、原画２０１との精度比較が困難であるという問
題があった。

【０００９】本発明は以上の点に鑑み、このような課題
を解決するためになされたもので、その目的は、ウエハ
等の吸着物を変形させずに保持することのできる真空吸
着装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の真空吸着装置は、基体の面上に、真空吸引口
をもつ微小先端部にウエハ等の吸着物に比べて極めて薄
い真空封止部材を固着した真空固定部を３個有し、これ
ら３個の真空固定部にて吸着物を保持するようにしたも
のである。また、本発明の別の発明は、上記の真空吸着
装置において、真空吸引口をもつ真空封止部材を固着し
た微小先端部よりわずかに低い台座を真空固定部の周り
に設けたものである。また、本発明のさらに別の発明
は、上記の真空吸着装置において、真空吸引口の上に載
せた吸着物の側方に宛てがい吸着物の位置を定める位置
決め用部品を設けたものである。

【００１１】

【作用】本発明においては、ウエハ等の吸着物を各真空
固定部の微小先端部分に支えて３点で保持できるので、
その吸着物を変形させずに保持することができる。しか
も、吸着物を保持する各々の真空固定部の吸引口の周面
にポリイミド膜等の真空封止部材を設けているので、そ
の真空封止作用により吸着力が増大するとともに、その
吸着によって横方向の力に対する拘束力が生じるため、
ウエハ等の吸着物の保持を強固にすることができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて
詳細に説明する。本発明の実施例である吸着装置の平面
図を図１に、部分断面図を図２に示す。これらの図にお
いて、吸着装置のベースとなる平板１０上には、真空吸
引のため微小口をもつ肉厚の薄い円環１１を３個設置す
る。３つの微小吸引口をもつ円環１１は、保持しようと
するウエハ２０の外形寸法内に収まる正三角形の頂点の
位置に配置する。そして、微小吸引口をもつ円環１１の
高さは３つとも同じで、ベースの平板１０の表面よりわ
ずかに高くする。本実施例における３個の微小吸引口を
もつ円環１１は正三角形の頂点の位置に限らず、自由に
配置してよい。また、吸引口の形状も円以外の楕円や矩
形でもよい。

【００１３】このような微小吸引口をもつ円環１１はそ
の縁１２が吸着面となる。またこの円環１１の縁１２に
は、円環１１の外形より大きな真空封止部材のポリミイ
ド膜１３を貼る。このポリミイド膜１３は、剥がれてい
る所や接着むらなどがないようにしっかりと円環１１の
縁１２に固着する。本例では、真空封止部材にポリミイ
ド膜１３を用いたが、真空封止部材はポリミイド膜１３
に限らず、吸着物に対し、厚さが極めて薄く、軟質で弾
性的性質を有するものであれば、どのような材料でもよ
い。微小吸引口をもつ円環１１の内側の微小穴は、真空
排気用の排気穴１４となるため、ポリミイド膜１３で塞
がない。

【００１４】また、ベースの平板１０内部には排気用の
経路１５を形成して排気穴１４と連通させ、そのベース
の平板１０には排気口１６を設ける。この排気口１６の
位置は装置構成により決まり、平板１０の側面，あるい
は下面に設けてもよい。ここでは、平板１０の下面に設
けた。排気口１６は、排気管を介して真空ポンプと接続
する。ここでは、排気管と真空ポンプは図示していな
い。

【００１５】ウエハ２０は、ポリイミド膜１３を貼った
３つの微小吸引口をもつ円環１１上に載せる。この時、
ウエハ２０は各円環１１の３点だけで支える。ウエハ２
０を３つの円環１１上に載せたとき、ウエハ２０を一定
の位置に置くために、ウエハ２０の側面を平板１０上の
位置決めピン４０に当てる。本例では、位置決めピン４
０は、ウエハ２０のオリエンテーションフラットの位置
に２本、オリエンテーションフラットに平行な方向を規
制する位置に１本、合計３本配置した。位置決めピン４
０は、ウエハ２０を一定の位置で保持できれば、本数，
配置位置に制限はない。また位置決めピン４０の高さ
は、本例ではウエハ上面から飛び出さない高さにした。
位置決めピン４０は、装置構成上、許される範囲の高さ
にしてもよいことは言うまでもない。

【００１６】一方、微小吸引口をもつ円環１１の周りに
はその円環１１の高さよりも低い、平板１０の表面より
高い台座５０を設ける。ウエハ２０をポリミイド膜１３
を貼った微小吸引口をもつ円環１１の上に載せたとき、
ウエハ２０と台座５０との間にポリミイド膜１３が入
り、自由に動くだけの隙間を設ける。台座５０は、ポリ
ミイド膜１３の外形より大きくする。台座５０は、ウエ
ハ２０を吸着していないときにポリミイド膜１３を支
え、ポリミイド膜１３の垂れ下がりを抑える。真空吸引
時には、ポリミイド膜１３が容易に浮き上がるようにす
る。

【００１７】ここで、円環１１が平板１０の表面よりわ
ずかに高く、ポリミイド膜１３が真空吸引時に容易に浮
き上がることができるように装置構成ができ、ポリミイ
ド膜１３が損傷しないように保護できれば、台座５０は
設ける必要はない。真空ポンプ（ここでは、図示しな
い）を作動させて、真空排気をすると、ウエハ２０は微
小吸引口をもつ円環１１の縁１２に真空吸着する。

【００１８】ポリミイド膜１３の吸着の原理は、次の通
りである。図３及び図４の部分断面の拡大図に示すよう
に、３つの微小吸引口をもつ円環１１上にウエハ２０を
載せた状態で、真空ポンプを作動して、排気管を通して
排気口１６から排気すれば、排気口１６から空気が吸引
され、空気がウエハ２０の裏面と微小吸引口をもつ円環
１１の縁１２に貼られたポリイミド膜１３との隙間を流
れるため、この隙間の圧力が減少し、ポリイミド膜１３
が大気圧によって下方から押されて弾性変形し、ウエハ
２０の裏面に吸着する。このため、ポリミイド膜１３の
内側、すなわち、微小吸引口をもつ円環１１内が真空と
なり、ウエハ２０は大気圧によって、微小吸引口をもつ
円環１１の縁１２に押し付けられる。

【００１９】一方、ウエハ２０を外すときは真空排気を
止め、排気穴１４を大気圧にする。これにより、ポリミ
イド膜１３は自動的に弾性復帰するので、容易にウエハ
を外すことができる。排気穴１４の口径は小さいので、
真空度は低く、ウエハを吸引する力は弱い。しかし、排
気穴１４の周りのポリミイド膜１３の真空封止作用によ
り吸着力が増大する。

【００２０】さらに、ポリイミド膜１３の吸着によって
横方向の拘束力が生じ、ウエハ２０の横方向の保持を強
固にする。このウエハ２０の保持において、ウエハ２０
を支えているのは３つの微小吸引口をもつ円環１１だけ
である。微小吸引口をもつ円環１１は肉厚が薄く、吸着
面となる縁１２の面積は小さい。したがって、ウエハ２
０との接触面積は小さい。その上、真空吸引力が弱いの
で、微小吸引口をもつ円環１１では、真空吸着によって
ウエハ２０は変形しない。微小吸引口をもつ円環１１と
ポリミイド膜１３の他にウエハ２０に接触しているもの
はない。したがって、ウエハ２０を変形させる要因はウ
エハ２０の自重だけである。

【００２１】また、微小吸引口をもつ円環１１の縁１２
は細く、面積が小さいので、その縁１２上にゴミが滞留
する確率が小さい。一方、図５に示すように、ポリミイ
ド膜１３上に滞留したゴミ３０は、ポリミイド膜１３が
柔らかいので、吸着時には、ポリイミド膜１３に包ま
れ、ウエハ２０を変形させることはない。このように、
ゴミ３０がウエハ２０の表面形状に及ぼす影響を小さく
することができるため、安定した高精度な平面を得るこ
とができる。

【００２２】図６及び図７に、本実施例の吸着装置を用
いて、４インチウエハの真空吸着前後の平面度を干渉計
により測定した結果を示す。図６は真空吸着前、図７が
真空吸着後である。真空吸着前後において、ウエハ２０
表面の干渉縞の模様に変化は認められない。このことか
ら、真空吸着によってウエハ２０は変形していないこと
が分かる。これにより、本実施例の吸着装置をＸ線露光
に用いるマスクに適用しても、半導体素子の回路パタン
の原画を有する極めて薄いメンブレンに歪を与えずに保
持することができる。このため、メンブレン上の回路パ
タンの原画の正確な位置，寸法計測ができる。

【００２３】次に、本実施例の吸着装置を光波干渉測長
機（ニコン製：Laser XY-31 ）の試料移動機構のテーブ
ル上に取り付け、ウエハ２０上に転写したパタンを対象
に、位置の再現性を測定した。測定は、４インチウエハ
に６ｍｍピッチで２次元配列した２５点の十文字マーク
の位置を計測した。測定は、この計測を２０回繰り返し
行った。その測定の結果を図８に示す。パタン位置の再
現性は、Ｘ方向が３σで±０．０１２μｍ、Ｙ方向が３
σで±０．０１０μｍと高精度な値が得られた。ウエハ
２０は、測定中にテーブルが２次元方向に移動しても動
かず、吸着装置に確実に保持されている。このため、半
導体素子の回路パタンの正確で安定した位置，寸法計測
ができる。

【００２４】このように、円環１１の微小吸引口、すな
わち、排気穴１４の口径は非常に小さいので、真空度は
低く、ウエハ２０を吸引する力は弱いが、排気穴１４の
周りにポリミイド膜１３を設けたことによって、(i) ポ
リイミド膜１３の真空封止作用により吸着力が増大す
る、(ii)ポリイミド膜１３の吸着によって横方向の力に
対する拘束力が生じるためウエハ２０の保持を強固にす
ることができる。上記の測定結果は、ポリイミイド膜１
３が有効に作用していることを示す。

【００２５】以上の結果により、本実施例の吸着装置で
は、真空吸着によってウエハ２０は変形をしない。すな
わちウエハの平面性状を自然のまま、つまり加工仕上げ
面の状態で、ウエハを変形させずに保持することができ
る。また、試料移動機構のテーブル移動に伴う加減速
時、定速移動時の慣性力によって、ウエハ２０が位置変
動や吸着装置からの脱落を起こさずに、ウエハ２０を確
実に保持している。特に、微小口径の排気穴１４である
ための低真空吸引力をカバーするポリイミド膜１３の補
強効果が顕著である。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明の真空吸着装
置は、ウエハ等の吸着物を３個の真空固定部の微小先端
部分に支えて３点で真空吸着することにより、吸着物を
変形させずに保持することができる。また、吸着物を保
持する各真空固定部の吸引口の周面にポリイミド膜等の
真空封止部材を設けているので、その真空封止作用によ
り吸着力が増大するとともに、その吸着によって横方向
の力に対する拘束力が生じるため、ウエハ等の吸着物の
保持を強固にすることができる。さらに、微小吸引口を
もつ円環などの真空固定部でウエハ等の吸着物を支える
構成であるため、構造が単純であり、装置構成が簡単に
できる等の効果がある。

【００２７】また、本発明の別の発明は、上記の真空吸
着装置において、ウエハ等の吸着物保持位置を一定にさ
せる位置決め部品をその吸着物の側面に当てることによ
り、吸着物保持に、より一層の安定性と確実性が得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の真空吸着装置の平面図であ
る。

【図２】(a)は図１のＸ−Ｏ−Ｙ線断面を示す部分断面
図で、(b)は同(b) のＡ部の拡大図である。

【図３】本実施例のポリミイド膜の吸着原理を説明する
部分断面の拡大図である。

【図４】本実施例のポリミイド膜の吸着原理を説明する
部分断面の拡大図である。

【図５】本実施例のポリミイド膜の効果を説明する部分
断面の拡大図である。

【図６】本実施例の吸着装置を用いた実験結果で、真空
吸着前の平面度を示すウエハ表面の干渉縞の図である。

【図７】本実施例の吸着装置を用いた実験結果で、真空
吸着後の平面度を示すウエハ表面の干渉縞の図である。

【図８】本実施例の吸着装置を光波干渉測長機の試料移
動機構に取り付けて、パタン位置の再現性を測定した結
果を示す図である。

【図９】従来の真空吸着装置の平面図である。

【図１０】従来の真空吸着装置の断面図である。

【符号の説明】

１０ 平板 １１ 微小吸引口をもつ円環（真空固定部） １２ 微小吸引口をもつ円環の縁 １３ ポリミイド膜（真空封止部材） １４ 排気穴 １５ 排気用の経路 １６ 排気口 ２０ ウエハ ３０ ゴミ ４０ 位置決めピン ５０ 台座

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体の面上に、真空吸引口をもつ微小先
   端部にウエハなどの吸着物に比べて極めて薄い真空封止
   部材を固着した真空固定部を３個有し、この３個の真空
   固定部にて前記吸着物を保持するようにしたことを特徴
   とする真空吸着装置。
2. 【請求項２】 請求項１の真空吸着装置において、真空
   吸引口をもつ真空封止部材を固着した微小先端部よりわ
   ずかに低い台座を真空固定部の周りに設けたことを特徴
   とする真空吸着装置。
3. 【請求項３】 請求項１の真空吸着装置において、真空
   吸引口の上に載せた吸着物の側方に宛てがい吸着物の位
   置を定める部品を設けたことを特徴とする真空吸着装
   置。