JPH07142555A

JPH07142555A - ウエハチャック

Info

Publication number: JPH07142555A
Application number: JP15853993A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Maekawa; 典幸前川; Yoshio Nakajima; 吉男中島; Kazutoshi Suga; 和俊菅; Isao Kobayashi; 功小林; Hidehiko Numasato; 英彦沼里
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1993-06-29
Publication date: 1995-06-02

Abstract

(57)【要約】【構成】ウエハチャック１とウエハ３の間に熱吸収部を
設ける。熱吸収部は突起部１Ａに対応する位置に貫通孔
２Ａをもっており、金属などの熱伝導率の高い材質でで
きた、熱吸収板２である。熱吸収板２はウエハチャック
１上に、突起部１Ａが貫通孔２Ａに挿入された状態で載
置される。【効果】熱吸収部は、露光や電子線などの熱エネルギを
ウエハと共に瞬間的に吸収する。そのため供給される熱
エネルギに対して、それを瞬間的に吸収する部材の熱容
量が大きくなるため、ウエハの温度上昇が抑制される。
その結果ウエハの熱変形が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体リソグラフィ工程
で用いられる露光装置等において、ウエハの熱変形を抑
制するためのウエハチャックに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体リソグラフィ工程では、高詳細パ
ターンを形成するため、ウエハ位置決め装置に求められ
る位置決め精度は年々厳しくなる傾向にある。露光など
の熱源の影響によるウエハの熱変形は、位置決め精度を
劣化させる大きな要因となる。ウエハの熱変形を抑制ま
たは制御することを目的として、ウエハの温度を管理す
るための従来技術として、特開昭56−112732号公報や特
開昭57−136325号公報が知られている。前者は、図１３
に示すように、ウエハチャック内部に加熱冷却可能な素
子および温度検出器を内蔵し、ウエハの温度を制御する
ものである。後者は、図１４に示すように、ウエハチャ
ック内部に、流路を設け、流路内に温度制御された熱交
換媒体を循環させることにより、ウエハの温度を制御す
るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
は、実用上次のような問題点を残している。

【０００４】操作部である加熱冷却素子や熱交換媒体と
制御対象であるウエハとの間には、ウエハとウエハチャ
ックとの間の熱抵抗や、ウエハチャック内部の熱抵抗が
存在するため、露光時のウエハの瞬間的な温度変化を抑
制することは困難である。

【０００５】また、ウエハチャック内部に、加熱冷却可
能な素子や流路を設けるための加工は困難であり、仮に
可能であったとしても、ウエハチャックの剛性や、表面
の加工精度を確保することが困難であること。

【０００６】さらに、装置が複雑化し、製品コストが上
がる点も問題である。

【０００７】本発明の目的は、露光時のウエハの瞬間的
な温度上昇が抑制可能であり、またウエハチャックの剛
性や加工精度は確保され、さらに簡単な構造であるウエ
ハチャックを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウエハチャッ
ク表面に熱吸収部をもつ（請求項１）。

【０００９】更に、本発明では、熱吸収部は金属などの
熱吸収板であり、ウエハチャック表面のウエハを支持す
るための突起部分に対応する位置に貫通孔を持つ(請求
項２）。

【００１０】更に、本発明では、熱吸収板をウエハチャ
ックに対して支持する支持部は点接触要素である（請求
項３）。

【００１１】更に、本発明では、熱吸収板をウエハチャ
ックに対して支持する支持部は、それによるウエハの変
形が問題とならない程度のばね定数をもち、熱吸収板を
ウエハに押し付ける（請求項４）。

【００１２】更に、本発明では、熱吸収板は波板状であ
り、それ自身のもつ、ウエハの変形が問題とならない程
度のばね定数により、ウエハに押し付けられる（請求項
５)。

【００１３】更に本発明では、熱吸収板はウエハ着脱機
構と同様の機構により、着脱可能である（請求項６）。

【００１４】更に本発明では、熱吸収板は、ウエハチャ
ックに接着される（請求項７）。

【００１５】更に本発明では、熱吸収部はウエハチャッ
クと一体となる金属の層である（請求項８）。

【００１６】更に本発明では、金属の層は、ウエハチャ
ックの、ウエハの載置される全面に、メッキまたは蒸着
などにより、形成され、研削加工により平面度を確保
し、エッチングにより凹部を形成する（請求項９）。

【００１７】更に本発明では、熱吸収部とウエハとの間
隙には、ヘリウムや水素などの熱伝導率の高い物質を充
填する（請求項１０）。

【００１８】

【作用】熱吸収板や金属の層などの熱吸収部は、ウエハ
からの伝熱を考える際に、その熱抵抗が小さい位置、す
なわちウエハチャックの表面に配置されるため、露光時
に供給される熱エネルギをウエハと共に瞬間的に吸収す
る。そのため、供給される熱エネルギに対して、それを
瞬間的に吸収する部材の熱容量が大きくなるため、露光
時のウエハの温度上昇を抑制することができる。

【００１９】また熱吸収部とウエハチャックとの熱抵抗
は大きくでき、更に熱吸収部を交換可能であるから、熱
吸収部に蓄積された熱はウエハチャックやその下層に配
置されるステージ部材に伝わらないうちに外部に排熱す
ることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。

【００２１】図１は、本発明のウエハチャックの一実施
例を示す分解斜視図である。ウエハチャック１には、ウ
エハ３とウエハチャック１との間にごみが挾まった場合
にも、ウエハ３が変形を起こしにくくするために、通
常、突起部１Ａが設けられ、接触面積を減らす工夫がな
されている。熱吸収板２には、突起部１Ａに対応する位
置に貫通孔２Ａが設けられ、ウエハチャック上に載置さ
れる。

【００２２】図２は、ウエハチャック１上に熱吸収板２
およびウエハ３が載置された状態の断面図である。通
常、凹部２０１の空気は減圧され、ウエハ３は差圧によ
り突起部１Ａの方へ押し付け力を受け、固定される。熱
吸収板２は、貫通孔２Ａに突起部１Ａが挿入された状態
で、ウエハチャック１上に載置される。

【００２３】従来の方法、すなわち、熱吸収板２を設け
ない場合には、ウエハ３とウエハチャック１との接触面
積は小さい上、凹部２０１の空気は減圧されているか
ら、ウエハ３からウエハチャック１への熱抵抗は非常に
大きい。従って、露光や電子線などの熱エネルギ２０２
がウエハ上に照射された場合、そのエネルギの大部分が
瞬間的にウエハだけに吸収され、ウエハの温度は瞬時に
上昇する。

【００２４】本発明で示すように、熱吸収板２を、ウエ
ハ３からの熱抵抗が小さい位置、すなわち、ウエハチャ
ック１表面に設けた場合、供給される熱エネルギ２０２
は、ウエハ３と熱吸収板２とによって瞬間的に吸収され
る。すなわち、供給される熱エネルギ２０２に対して、
それを瞬間的に吸収する部材の熱容量が大きくなるた
め、ウエハの温度上昇を抑制することができる。また、
ウエハチャックの材質としては、高剛性，低膨張などの
要求もあるため、必ずしも熱吸収性の高いものを採用す
ることができないが、熱吸収板の材質としては、ウエハ
チャックの材質とは無関係に熱吸収性の高いものを採用
することができる。

【００２５】なお、熱吸収板２の材料としてはアルミニ
ウム，銅などの熱伝導率の高いものが好適である。ま
た、熱吸収板２の厚さＬ１はウエハ３の厚さＬ２と同程
度以上であることが望ましく、ウエハ３と熱吸収板２と
の間隔Ｌ３は数十μｍ程度以下であることが望ましい。
さらに、凹部２０１には水素，ヘリウムなどの熱伝導率
の高い物質を充填し、ウエハ３から熱吸収板２への熱抵
抗をより小さくすることも可能である。

【００２６】図３は、熱吸収板２の支持方法を示す実施
例である。熱吸収板２をウエハチャック１に対して支持
する支持部３０１を設け、球面状あるいは円錐台状等に
加工し、熱吸収板２とウエハチャック１との接触面積が
小さくなるようにする。これにより、ウエハチャック１
への伝熱量が抑制され、ウエハチャック１の熱変形に起
因したウエハ３の熱変形を抑制することができる。さら
にウエハチャックの下層に配置されるステージ部材（図
示せず）への伝熱量も抑制されるため、ステージ部材の
熱変形をも抑制することができる。なお、支持部３０１
は一直線上に並ばない三ヵ所に設ければ十分であるが、
より安定に熱吸収板２を支持したい場合には４ヵ所以上
設けてもよい。

【００２７】図４は、熱吸収板２の支持方法を示す第２
の実施例である。熱吸収板２をウエハチャック１に対し
てばね４０１により支持し、ウエハ３に密着させる様に
する。この際、ばね４０１のばね定数は、大気圧と凹部
２０１の圧力との差によって生まれる押し付け力４０２
に比較して、熱吸収板２がウエハ３を押し上げようとす
る力が十分小さくなるように設定する。このような構成
により熱吸収板２とウエハ３との熱抵抗がさらに低減さ
れ、ウエハ３の温度上昇抑制効果がさらに高くなる。ま
たばね定数は十分小さいので、熱吸収板２とウエハ３の
間にごみが挾まった場合のウエハの変形は問題とならな
い。

【００２８】図５は、熱吸収板２の一実施例である。熱
吸収板２は波板状に加工される。熱吸収板２は、それ自
身の復元力により、ウエハ３に押し付けられる。熱吸収
板２の復元力は、大気圧と凹部２０１の圧力との差によ
って生まれる押し付け力402に比較して十分小さくなる
ようにする。このような構成により熱吸収板２とウエハ
３との熱抵抗が低減され、ウエハ３の温度上昇抑制効果
が高くなる。また熱吸収板２の復元力は十分小さいの
で、熱吸収板２とウエハ３の間にごみが挾まった場合の
ウエハの変形は問題とならない。

【００２９】図６は、ウエハ３および熱吸収板２の交換
機構を示す分解斜視図である。ウエハチャック１には、
１個以上のチャック貫通孔６０３が設けられる。熱吸収
板２にも、チャック貫通孔６０３に対応する位置に吸収
板貫通孔６０４が設けられる。吸収板貫通孔６０４は、
分離機構６０１の分離軸６０１Ａの径よりも僅かに大き
い径とする。また、チャック貫通孔６０３は分離軸６０
１Ａの２倍程度以上の径とする。

【００３０】まず、分離機構６０１を、その分離軸６０
１Ａがチャック貫通孔６０３および吸収板貫通孔６０４
の双方を通過できる位置に位置決めし、Ｚ軸方向に駆動
することにより、ウエハ３をウエハチャック１から分離
する。分離されたウエハ３は、搬送機構６０２により所
定の位置に搬送される。次に、分離機構６０１を、その
分離軸６０１Ａがチャック貫通孔６０３は通過できるが
吸収板貫通孔６０４は通過できない位置に位置決めし、
Ｚ軸方向に駆動することにより、熱吸収板２をウエハチ
ャック１から分離する。分離された熱吸収板２は、搬送
機構６０２により所定の位置に搬送される。以上でウエ
ハ３及び熱吸収板２の取外しが終了する。

【００３１】次に、新しい熱吸収板２を搬送機構６０２
により、ウエハチャック１上に位置決めする。熱吸収板
２は、搬送機構６０２から、Ｚ軸方向に駆動される分離
機構６０１に受け渡される。分離機構６０１がＺ軸負の
方向に駆動されることにより、熱吸収板２はウエハチャ
ック１上に載置される。さらに新しいウエハ３を搬送機
構６０２により、ウエハチャック１上に位置決めする。
ウエハ３は、搬送機構６０２から、Ｚ軸方向に駆動され
る分離機構６０１に受け渡される。この際、分離軸６０
１Ａはチャック貫通孔６０３及び吸収板貫通孔６０４の
双方を通過できる位置に位置決めされている。分離機構
６０１がＺ軸負の方向に駆動されることにより、ウエハ
３はウエハチャック１上に載置される。

【００３２】このような機構を設けることにより、熱吸
収板２に蓄積された熱を、ウエハチャック１やその下層
に配置されるステージ部材に伝熱される前に、外部に排
熱することができる。

【００３３】なお、新しくウエハチャック１上に載置さ
れる、熱吸収板２及びウエハ３はあらかじめ温度管理さ
れていることが望ましい。

【００３４】図７は、熱吸収板２のウエハチャック１へ
の固定方法の一実施例を示す断面図である。熱吸収板２
は０.５(mm）程度から数（mm）程度の厚さであり、貫通
孔２Ａの穴あけ加工が施されるため、平面度が充分に得
られない場合がある。熱吸収板２の凹凸により、熱吸収
板２がウエハ３に接触し、ウエハ３を押し上げる力が過
大な場合には、ウエハ３の変形が問題となる。こうした
問題に対し、図７に示すように、接着剤７０１により熱
吸収板２をウエハチャック１に接着しても良い。接着個
所は、全ての貫通孔２Ａ付近としても良いし、一部の貫
通孔２Ａ付近としても良い。このような固定方法を採る
ことにより、熱吸収板２の平面度が充分に確保できない
場合にも、熱吸収板２を用いることができる。

【００３５】図８は、熱吸収部として金属の層を用いる
ウエハチャックの一実施例を示す断面図である。図８
（ａ）（ｂ）（ｃ）はその製造方法の概略を順番に示
す。ウエハチャックベース８０１上に、メッキまたは蒸
着などにより、金属の層８０２を設け、凹部８０３をエ
ッチングにより設ける。最後に表面８０４を研削し、要
求される平面度に仕上げる。この際、凹部の深さｄは数
十μｍ程度以下とすることが望ましい。このような構成
により、ウエハ（図示せず）表面に照射される熱エネル
ギは、瞬間的に金属の層８０５にも吸収されるため、ウ
エハの温度上昇が抑制される。またウエハチャックベー
ス８０１の材質としては、高剛性，低膨張などの要求も
あるため、必ずしも熱伝導率の高いものを採用すること
ができないが、金属の層８０５の材質はアルミニウム，
ニッケル，銅などの熱伝導率の高いものを採用し、ウエ
ハ表面に照射される熱エネルギを吸収させることができ
る。さらにウエハと金属の層８０５との間には、水素，
ヘリウムなどの熱伝導率の高い物質を充填し、ウエハか
ら金属の層８０５への熱抵抗を小さくして、ウエハの温
度上昇抑制効果を高めることも可能である。なお、エッ
チング，研削加工等の順序や、それらを施す回数は上記
に限定するものではない。

【００３６】図９は、熱吸収部として金属の層を用いる
ウエハチャックの他の実施例を示す断面図である。図９
（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はその製造方法の概略を順番
に示す。突起部１Ａの設けられた、ウエハチャックベー
ス９０１表面に、メッキまたは蒸着などにより、金属の
層９０２を設け、突起部１Ａが表にでるまで表面を研削
する。金属の層の部分のみをエッチングし、凹部９０３
を設ける。この際、凹部９０３の深さｅは数十μｍ程度
以下とすることが望ましい。最後に、表面904を研削
し、要求される平面度に仕上げる。このような構成によ
り、ウエハ表面に照射される熱エネルギは、瞬間的に金
属の層９０５にも吸収されるため、ウエハの温度上昇が
抑制される。なお、金属の層９０５の材質は、アルミニ
ウム，ニッケル，銅などの熱伝導率の高いものが好適で
ある。さらにウエハと金属の層905との間には、水素，
ヘリウムなどの熱伝導率の高い物質を充填し、ウエハの
温度上昇抑制効果を高めることも可能である。また、エ
ッチング，研削加工等の順序や、それらを施す回数は上
記に限定するものではない。

【００３７】図１０は、本発明のウエハチャックを用い
た縮小投影露光装置の一実施例を示す模式図である。照
明系１００１より発せられる光は、回路パターンの描か
れたレティクル１００２を通過し、縮小レンズ１００３
により縮小され、６軸ステージ１００４上に搭載され
た、本ウエハチャック１上のウエハ３表面に回路パター
ンの像を結ぶ。ウエハ３の露光されるべき位置と回路パ
ターンの像の位置を正確に位置決めし、露光を行う。こ
のとき露光等の熱によるウエハ３の熱変形は、位置決め
誤差となるが、本ウエハチャック１によればウエハ３の
熱変形が小さく抑えられるため、露光されるべき位置と
回路パターンの像の位置との高精度位置決めが達成され
る。

【００３８】図１１は、本発明のウエハチャックを用い
た電子線描画装置の一実施例を示す模式図である。電子
銃１１０１より発せられる電子線は、成形偏向系１１０
２，縮小レンズ系１１０３，収束偏向系１１０４を通過
し、６軸ステージ１１０５上に搭載された、本ウエハチ
ャック１上のウエハ３表面に照射され、回路パターンの
描画を行う。ウエハ３の描画されるべき位置と電子線が
照射される位置を正確に位置決めし、描画を行う。この
とき電子線等の熱によるウエハ３の熱変形は、位置決め
誤差となるが、本ウエハチャック１によればウエハ３の
熱変形が小さく抑えられるため、描画されるべき位置と
電子線が照射される位置との高精度位置決めが達成され
る。

【００３９】図１２は、本発明のウエハチャックを用い
たＸ線露光装置の一実施例を示す説明図である。Ｘ線源
１２０１より発せられるＸ線は、反射型マスク１２０２
で反射し、反射型結像光学系１２０３により縮小され、
６軸ステージ１２０４上に搭載された、本ウエハチャッ
ク１上のウエハ３表面に回路パターンの像を結ぶ。ウエ
ハ３の露光されるべき位置と回路パターンの像の位置を
正確に位置決めし、露光を行う。このとき露光等の熱に
よるウエハ３の熱変形は、位置決め誤差となるが、本ウ
エハチャック１によればウエハ３の熱変形が小さく抑え
られるため、露光されるべき位置と回路パターンの像の
位置との高精度位置決めが達成される。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、露光や電子線などのよ
うにウエハに照射される熱エネルギによる、ウエハの温
度上昇が抑制されるため、ウエハの熱変形の小さいウエ
ハチャックが供給される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハチャックの一実施例を示す分解
斜視図。

【図２】本発明のウエハチャック上に熱吸収板およびウ
エハが搭載された状態の断面図。

【図３】本発明の熱吸収板の支持方法の実施例を示す断
面図。

【図４】本発明の熱吸収板の支持方法の第二の実施例を
示す断面図。

【図５】本発明の熱吸収板の実施例を示す断面図。

【図６】本発明のウエハ及び熱吸収板の交換機構を示す
分解斜視図。

【図７】本発明の熱吸収板のウエハチャックへの固定方
法の実施例を示す断面図。

【図８】本発明の熱吸収部の一実施例を示す断面図。

【図９】本発明の熱吸収部の他の実施例を示す断面図。

【図１０】本発明のウエハチャックを用いた縮小投影露
光装置を示す説明図。

【図１１】本発明のウエハチャックを用いた電子線描画
装置を示す説明図。

【図１２】本発明のウエハチャックを用いたＸ線露光装
置を示す説明図。

【図１３】従来のウエハチャックの一例を示す断面図。

【図１４】従来のウエハチャックの他の例を示す断面
図。

【符号の説明】

１…ウエハチャック、１Ａ…突起部、２…熱吸収板、２
Ａ…貫通孔、３…ウエハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林功茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者沼里英彦茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハとの間に、ウエハチャック本体とは
異種材料の熱吸収部をもつことを特徴とするウエハチャ
ック。
【請求項２】請求項１において、前記熱吸収部は金属な
どの熱吸収板であり、ウエハチャック表面のウエハを支
持するための突起部分に対応する位置に貫通孔をもつウ
エハチャック。
【請求項３】請求項２において、前記熱吸収板をウエハ
チャックに対して支持する支持部は点接触要素であるウ
エハチャック。
【請求項４】請求項２において、前記熱吸収板をウエハ
チャックに対して支持する支持部は、それによるウエハ
の変形が問題とならない程度のばね定数をもち、熱吸収
板をウエハに押し付けるウエハチャック。
【請求項５】請求項２において、前記熱吸収板は、波板
状であり、それ自身のもつ、ウエハの変形が問題となら
ない程度のばね定数により、ウエハに押し付けられるウ
エハチャック。
【請求項６】請求項２において、前記熱吸収板は、ウエ
ハ着脱機構と同様の機構により、着脱可能であるウエハ
チャック。
【請求項７】請求項２において、前記熱吸収板は、ウエ
ハチャックに接着されるウエハチャック。
【請求項８】請求項１において、前記熱吸収部はウエハ
チャックと一体となる金属の層であるウエハチャック。
【請求項９】請求項８において、前記金属の層は、ウエ
ハチャックの、ウエハの載置される全面に、メッキまた
は蒸着などにより、形成され、研削加工により平面度を
確保し、エッチングにより凹部を形成するウエハチャッ
ク。
【請求項１０】請求項１，２，３，４，５，６，７，８
または９において、前記熱吸収部とウエハとの間隙に
は、ヘリウムや水素などの熱伝導率の高い物質を充填す
るウエハチャック。
【請求項１１】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９または１０に記載のウエハチャックを用いた縮小
投影露光装置。
【請求項１２】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９または１０に記載のウエハチャックを用いた電子
線描画装置。
【請求項１３】請求項１，２，３，４，５，６，７，
８，９または１０に記載のウエハチャックを用いたＸ線
露光装置。