JP2017506002A - エッジ領域で支持された基板の変形を防止する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本方法及び装置は、サポート又はチャックのそのエッジ領域又は周辺で支持された基板、例えば、ウェハーの変形を防止し、また、基板の活性化領域の損傷及び／又は汚染を妨げる。特に、基板は、機械的に、その周辺又はエッジ部分で、すなわち、基板の非活性化領域で支持される。追加の非機械的に延長されたサポートは、ガスクッションによって活性化領域で提供される。ガスクッションは、基板の下方への屈曲の明確且つ制御された補償のために制御可能なノズル又はパージによって発生される。
【選択図】図１

Description

本発明は、サポート又はチャックにおいて、そのエッジ領域又は周辺で支持された、例えば、ウェハーのような基板の変形を防止する方法及び装置に関する。

以下において、サポート及びチャックの表現は、同意語として使用される。基板は、例えば、円形、長方形、楕円形、正方形等の任意の適当な形状を有していてもよい。

フォトリソグラフィの場合に、例えば、半導体ウェハーのような、露光される基板又はウェハーは、一般に、例えば、平面のチャックのような、平面のサポート上に配置され、真空を使用した吸引力によって固定される。多数の吸引開口部は、基板又はウェハーの表面全体が、対面するサポート又はチャックの表面全体に接触するように、必然的に、均一的に、平面のチャック表面にわたって分布している。

例えば、裏側上のように、活性化表面又は領域の範囲で実用的な構造物がすでに設けられたり、又は、前処理されていない基板は、サポート表面全体にわたって吸引によって固定されているときに、前記の活性化領域で、不純物粒子によって損傷し、又は、不純にされるかもしれない。同様に、基板又はウェハーの裏側に塗布されたラッカーもまた損傷し、又は、不純にされるかもしれない。

この問題を克服し、基板の活性化領域の損傷又は汚染を防止するために、その周辺エッジのみで基板をサポートすることが提案され続けている。基板の非活性化周辺領域に対面するチャックの周辺領域の吸引口を用いた周辺又はエッジの吸引の場合に、基板の内側（又は活性化）領域と基板に対面するサポート表面の内側部分との間に隙間が存在する。この場合に、しかしながら、基板又はウェハーは、重力によって、その厚み、直径及び剛性に応じて、変形し、又は、下方に曲がるかもしれない。そのような変形又は下方への屈曲は、また、基板がマスクに近接して非常に近距離で配置されたときに、基板とマスクとの間につくられたエアクッションのために、起こるかもしれない。フォトリソグラフィの場合に、そのような下方への屈曲により、フォトマスク及び基板の間の距離が処理される領域にわたって異なるために不当な解像度不足及び不均等という結果となる。

活性化領域に配置されたサポートの使用は、基板の二次の屈曲を防ぐことはできず、さらに、また、接触領域は比較的小さいものの、不利な基板の活性化領域の機械的接触を必要とする。

サポート又はチャックでそのエッジ領域又は周辺で支持された、例えば、ウェハーのような基板の変形を防止する方法及び装置を提供することが本発明の目的であり、また、基板の活性化領域の損傷及び／又は汚染を防止する。この目的は、その特徴とその特許請求の範囲で成し遂げられる。

本発明の解決手段は、周辺又はエッジの部分で、特に基板の非活性化領域で、機械的にのみ基板を支持し、ガスクッションによって活性化領域で追加の非機械的に延長したサポートを提供する一般的な着想に基づく。例えば、ガスクッションは、基板の下方への屈曲の明確な及び制御された補償のために、好ましくは、基板の中央部の下方に配置された制御可能なノズル又はパージを用いて動的に生成される。特に、ガスクッションのガスは、基板の外周に近い排出開口部に向かい半径外方向に流れる。この動的なガスクッションの発生は、基板の外周に近くの支持力の減少という結果をもたらし、このようにして、基板のエッジとチャックのエッジ部分との間に十分な接触力を維持する。ノズルは、工程状況に応じて異なるガス状媒質をもって供給されてもよい。

本発明によれば、基板の変形は、非接触で、制御された方法で補償される。さらに、マスクと露光される基板との間の平行性が調節されてもよい。基板裏側とチャックとの間には機械的な接触がないので、基板裏側の粒子の混入は、適切なガス状媒質、好ましくは、クリーンガスを使用することによって防止される。さらに、ガスクッションは、機械的な支持がないため、不可避の粒子がもしあっても上向きのアーチ形状部分をつくらないため、結果となる製品及びプロセスの質への粒子混入の影響を減少させる。本発明は、さらに、基板の上方の凸型の変形又は屈曲を可能にする。制御された凸型の変形は、空気の包含を防ぎ、空気の排出をサポートするためにマスクと基板との間の非常に近い距離を必要とするフォトリソグラフィプロセスに特に関連性がある。

基板の変形の補償は、ガスクッションの大きさ及び形状を制御するために、異なる特質の交換可能なノズル及び／又は制御可能なノズルによって基板の特質に基づいて調節されてもよい。

本発明は、さらに以下に例示される。

基板又はウェハーの（円形の）直径又は（正方形の）エッジ長は、例えば、１０００ｍｍまでであり、例えば、５０ｍｍ〜４００ｍｍであってもよい。

基板又はウェハーの厚さは、例えば、１０ｍｍ以下、又は、それ以上、例えば、５０μｍ〜１０００μｍであってもよい。

基板又はウェハーの種類は、フォトリソグラフィプロセスに適当な任意の材料、例えば、シリコン、ガラス、ＧａＡｓ、金属、合金又はプラスチックから選択されてもよい。しかしながら、本発明は、また、もし周辺部分に支持された基板の変形が防止されうる、又は、続いて基板に適用されるプロセスに関わりない特定の変形がなされる他の材料の場合に使用されてもよい。

上記で説明されるように、任意の適当なガス状媒質、例えば、窒素、圧縮空気、クリーンガス又は希ガスは、ガスクッションを発生するために使用されてもよい。

ノズルの先端と基板の目標位置との間の距離は、基板の予期された変形に依存し、例えば、１０μｍ〜１０００μｍであってもよい。

ノズル開口部の直径は、例えば、０．１ｍｍ〜５ｍｍ、好ましくは、５００μｍ〜１５００μｍであってもよい。

本発明の実施形態は、さらに、添付図面を参照して説明される。

図１（ａ）は、本発明による基板又はウェハーを有するサポート又はチャックの模式的断面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のシステムにおいて動的ガスクッションによって発生される及び基板上に作用する上向きの力を模式的に示す。 図２は、異なるウェハー厚みにおいてガスフローに対するウェハー変形量のテスト結果を示す。 図３は、ガスフローに対するウェハー変形量のテスト結果を示す。 図４は、異なるウェハーに対するノズルを通したガスフローに依存するマスクに対する基板の変形を示す。 図５は、目標距離に対するマスクとウェハーとの正確な距離を調節するために必要な時間を示し、さらに、最終（目標）距離に到達するために必要な最小のガスフローが示される。

図１に示す本発明によって例示された装置は、軸Ａを有する円形のサポート又はチャック１を備える。上記に示したように、チャック及びウェハーの例えば、円形、長方形、楕円形、正方形の形状等の代替的な形状は可能である。先行技術のチャックと比較して、本発明によるチャックは、非常に限定されたサポート領域、すなわち、チャックの周辺部のエッジ部分２を備える。前記エッジ部分２は、サポート１に基板６を固定するためにエッジ部分２の接触表面と基板のエッジ領域７との間の接触面に低圧力を供給するように、真空源Ｖ（図不掲載）と連結された開口部４と共に基板６に対面する露光した表面に設けられる。前記周辺エッジ領域７は、チャックに対面する内側領域８の表面がチャック１の内側部分３に接触せず、隙間５を提供するように基板６の内側領域８を取り囲む。前記隙間５は、内側部分３の底からチャックに対面する基板６の表面まで計測された深さｄ（エッジ部分２の高さに相当する）を有する。前記深さｄは、基板の直径に依存して、例えば、約１０μｍから数ミリメートル、例えば、１０μｍから５ｍｍに相当する。

図１は、理想的に配置された平面の基板６を示す。すなわち、基板はチャック１及びフォトマスクＭに平行である。実際には、基板は、基板６の重さ、大きさ及び剛性によって、サポート１のエッジ部分に接触した、軸Ａ周りの基板６の中心がエッジ領域７より低くなる。しかしながら、本発明の装置は、そのような、チャック１及び基板６の間の隙間の中央部分につくられたガスクッション９によって、望まない変形を防止する。前記ガスクッション９は、例えば、チャック１に同軸上に配置され、ノズル１０の開口部を通して基板６の底部表面に向けて、例えば、窒素ガスＮ_２のような適当なガスを供給するノズル又はパージ１０によって設けられ得る。

ガスクッション９の過剰ガス１２は、そのエッジ部分２近傍のサポート１に配置された開口部１１を経由して外側に排出される。この過剰ガスの排出は、チャック１のエッジ部分２での基板固定の過度の弱化を防止するために必要であるようだ。また、図１（ｂ）に示すように、ノズルから半径外側への領域、例えば、ノズル１０と開口部１１との間も、基板６のサポート及び基板６の下側への屈曲の補償に貢献する。特に、基板に作用する上向きの力Ｆは、ノズル１０からの半径方向の距離が増大するにつれ、減少していく。

ノズル１０を通したガスフローは、基板の性質（例えば、サイズ、厚さ、重さ、剛性等）、基板の望ましい／必要な形状、ノズル１０の大きさ（開口部の直径）、ノズル１０の先端並びに基板６の間の距離、チャック１の隙間５のサイズ及び他の関連パラメータに依存して制御される。模式的に矢印Ｎ_２で示されたガスフローは、流量計（図不掲載）と結合した調節可能な制御バルブ（図不掲載）と制御されたガス圧力（例えば、２バー）によって制御される。

図２は、ガスフロー（ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ）に対する基板中央の屈曲のテスト結果である。前記基板は、直径１５０ｍｍ、３６４並びに７２２μｍの厚み（図２の左表）及び３６４μｍ並びに７２５μｍの厚み（図２の右側のダイアグラム）を有し、ノズルの先端及び基板の間に２００又は３００μｍの隙間を有する。

チャックの軸Ａに同軸に配置されたノズル先端及びチャックのエッジ部分２の接触面に連結している理想的な水平ラインの間の２００μｍの垂直距離で、２０μｍの基板（厚み３６０μｍ）の初期の下方への変形は、図２の左表に示すように、４００［ｌｉｔｅｒ／ｈ］＝６．７［ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ］のＮ_２フローで容易に補償されうる。

図３は、０［ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ］から１６［ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ］に上昇し、０［ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ］に下降するＮ_２ガスフローの増減の間の制御されたウェハーの屈曲のテストデータ及び対応するダイアグラムを示す。例えば、１６［ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ］のＮ_２ガスフローは、基板６の外側エッジ領域７で５０μｍにセットされる隙間ｄでウェハーの中央でおおよそ２５μｍの屈曲という結果になる。

図４は、同じ厚み４６０μｍの５つの異なるＳｉウェハーに対して、異なるガスフローの場合の及び二つの異なる距離設定に対して各ウェハーとマスクとの間の計測距離を示す。５０μｍ目標距離の場合に、マスクとウェハーとの間の計測された中央の距離（図中の□）は、２．５［ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ］のガスフロー（例えば、５０〜５３μｍ）図中の×、のときよりガスフローがないときはおおよそ５μｍ高い（例えば、５５〜５８μｍ）。２０μｍ目標距離の場合に、マスクとウェハーとの間の計測された中央の距離は、２０μｍ及び２２μｍの間を変動する（図中の○）。

図５は、マスク及びウェハーの間の正確な距離の調整に必要な時間は、前記距離に依存し、すなわち、前記必要な時間は、ウェハー及びマスクの間の空気の遅い流出によって、より小さな距離の場合に、長くなることを示す。さらに、図５は、所与のウェハーに対して、マスク及びウェハーの間のより低い目標距離がより高いガスフローを必要とすることを示す。両方の場合に、マスク及びウェハーの間の実際の距離は、ウェハーの中央で計測される。

上記で説明された装置は、円形の断面を有する。本発明によれば、チャック又はサポートの形状は異なり、基板又はウェハーの形状に適合するための必要性に依存する任意の形状を有してもよい。例えば、サポートは、長方形、正方形、楕円形等であってもよい。

本発明が図面及び前述の説明で詳細に図示され、説明されているが、そのような図面及び説明は、説明の目的であり、又は、模範的であり、従って、限定するものではない。本発明は、従って、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態への設計変更は、図面、開示及び添付特許請求の範囲の研究から、請求された発明を実施する当業者によって理解され、達成される。特許請求の範囲において、「構成する（comprise）」は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞 'a' 又は 'an' は、複数存在することを排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に引用された複数の項目の機能を果たすことができる。ある手段が相互に異なる従属請求項で引用されているという異なる事実は、これらの手段の結合が役立つために使用されないということを示さない。

１ チャック、サポート
２ エッジ部分
３ 内側部分
４ 開口部
５ 隙間
６ 基板
７ 外側エッジ領域、周辺エッジ領域、エッジ領域
８ 内側領域
９ ガスクッション
１０ パージ、ノズル
１１ 開口部
１２ 過剰ガス

Claims (12)

1. サポート（１）上に基板（６）を支持する方法であって、
   前記基板（６）は内側領域（８）と当該内側領域（８）を取り囲むエッジ領域（７）とを有し、
   前記サポート（１）は基板（６）の前記エッジ領域（７）と接触するエッジ部分（２）と機械的接触なしに前記基板（６）の露出された内側領域（８）に対面する内側部分（３）とを有し、
   前記方法は前記サポート（１）の前記内側部分（３）と前記基板（６）との間のガスクッション（９）を提供する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記基板（６）の前記エッジ領域（７）及び前記サポート（１）の前記エッジ部分の間の接触は真空吸引によって提供される、請求項１又は２記載の方法。
3. 前記ガスクッション（９）は、ガスを供給されるノズル（１０）又はパージによって発生する、請求項１又は２記載の方法。
4. 前記ガスクッション（９）は、前記サポート（１）及び／又は前記基板（６）と同軸に配置される、請求項１，２又は３記載の方法。
5. 前記ガスクッション（９）からの過剰ガス（１２）は、開口部（１１）を経由して前記サポート（１）から排出される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記ガスによって発生され、前記基板の下方に対面する表面に作用する上向きの力は、前記ノズルの位置から前記サポートのエッジ部分（２）に向かって減少し、前記基板（６）の下方の屈曲の補償に貢献する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. （ａ）水平なサポートは、
   （ａ１）そのエッジ領域（７）で基板（６）を支持するエッジ部分（２）と、
   （ａ２）エッジ部分（２）の上側表面より低い（距離ｄ）内側部分（３）と、
   （ｂ）サポート（１）の内側部分（３）及び基板（６）の内側領域（８）の間のガスクッション（９）を提供する手段と、を備える、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法を実施するための装置。
8. 前記ガスクッションを提供する手段は前記サポート（１）及び／又は基板（６）に同軸に配置される、請求項７記載の装置。
9. 前記ガスクッションを提供する手段はノズル又はパージ（１０）を備える、請求項７又は８記載の装置。
10. 前記サポート（１）の前記エッジ部分（２）は、前記サポート（１）のエッジ部分（２）への基板エッジ領域の真空吸引のための真空手段（Ｖ）に連結された開口部（４）を備える、請求項７，８又は９記載の装置。
11. 前記ガスクッション（９）から過剰ガスを排出するためにチャック（１）に配置された開口部（１１）を備える、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
12. ガスを排出するための前記開口部（１１）は、前記チャック（１）の前記エッジ部分（２）に近接して配置される、請求項１１記載の装置。