JPH0851143A - 基板保持装置 - Google Patents

基板保持装置

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JPH0851143A
JPH0851143A JP19176592A JP19176592A JPH0851143A JP H0851143 A JPH0851143 A JP H0851143A JP 19176592 A JP19176592 A JP 19176592A JP 19176592 A JP19176592 A JP 19176592A JP H0851143 A JPH0851143 A JP H0851143A
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wafer
holder
substrate
annular protrusion
grooves
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JP19176592A
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Saburo Kamiya
三郎 神谷
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Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェハ等の基板を吸着保持するホルダーとウ
ェハとの間の熱伝導を、接触面積を減少させた状態でも
良好にする。 【構成】 ウェハ吸着用に形成された溝の周辺に突出部
を形成し、この突出部の先端面がウェハ裏面と接触する
ようにする。そして突出部の周囲に吸着用の溝よりも十
分に浅い凹部、例えば20μm程度の深さのくぼみを形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、比較的クリーンな環境
で使用される加工装置、露光装置、あるいは検査装置等
に組み込まれ、被加工基板、被露光基板あるいは被検査
基板を真空吸着する保持装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の保持装置は様々なものが
提案され、実用化されてきた。特に半導体素子や液晶表
示素子等の製造に使われる露光装置においては、露光す
べき感光基板(ウェハ、又はガラスプレート)を平担に
矯正するという目的で、古くから真空吸着方式のホルダ
ーが利用されてきた。そこでホルダーの従来例のいくつ
かを図1を参照して説明する。
【0003】図1(A)は最も古いタイプのウェハホル
ダーWH1の表面構造の一例を示し、全体はアルミニウ
ム等の金属、又はセラミックスによって肉厚の円板状に
作られている。またホルダーWH1の中心部にはセンタ
ーアップ用の開口SUが形成されている。この開口SU
内には載置されたウェハを持ち上げるための上下動可能
なセンターアップ部材が貫通している。このウェハホル
ダーWH1の載置面はウェハを平担化矯正するために、
平面度が極めて高くなるように研摩されている。さらに
その載置面には、同心円状に複数本(ここでは3本)の
吸着用の溝VC1、VC2、VC3が適当な間隔で刻設
されている。この溝の幅と深さは1〜2mm程度である。
そして3本の溝VC1、VC2、VC3を放射方向につ
なぐ溝VC4が、周方向に適当な角度(ここでは90
°)毎に形成される。これらの溝の適当な位置の内部に
は、真空減圧源へ接続される吸気孔が形成される。
【0004】図1(B)は、図1(A)がもつ問題点を
解消するために考えられたウェハホルダーWH2の表面
構造を示し、ウェハ外形に合わせて、同心円状に吸着用
の溝VCSを放射方向に細かいピッチで多数本形成した
ものである。あるいは螺線状に溝VCSを形成したもの
である。溝VCSは一例として幅1mm、ピッチ2〜3mm
程度で刻設される。このように溝VCSを細かいピッチ
で全面に配置すると、溝と溝との間の突出部(載置面)
がウェハ裏面と接触するときの接触面積は、図1(A)
よりも格段に小さくなる。このため、載置面(突出部)
とウェハ裏面との間に異物(塵埃)をはさみ込む可能性
が小さくなるとともに、仮りに異物をはさみ込んだとし
ても、突出部の両側には溝VCSが存在するので、ウェ
ハを吸着している過程で、その異物が溝VCSの方へ排
除されることが期待できる。
【0005】図1(C)はウェハの裏面との接触面積を
図1(B)のものよりもさらに小さくしたホルダーWH
3の表面構造を示す。このホルダーWH3は載置するウ
ェハの外形に合わせた外側の環状突出面R1と、センタ
ーアップ用の開口SUをかこむ内側の環状突出面R2と
を有し、それらが、凹部BTに対して1〜数mm程度突出
するように形成されている。そして凹部BT内には、先
端が0.1〜1mm程度の径でウェハ裏面と接触するピンP
Vの複数個が、ほぼ一様の間隔で2次元的に植設されて
いる。さらにこのホルダーWH3の突出面R1、R2及
びピンPVの先端は、ミクロンオーダーで同一面になる
ように作られている。真空吸着用の吸気孔は凹部BT内
に設けられ、ウェハを載置した状態で凹部BT内の全体
を減圧することで、ウェハの吸着が行なわれる。
【0006】図1(D)は、図1(C)と同様に、一様
の間隔でピン状の突起部PV’を形成し、その突起部P
V’の先端に吸着用の吸気孔CCを設けたホルダー表面
の一部分を示す。このホルダーは多数本の突起部PV’
の夫々が全て吸着力を発生するので、図1(C)のよう
に、凹部BTを閉じた空間とするための環状突出面R
1、R2がなくても良いといった利点がある。
【0007】以上のように、従来では歴史的にウェハ裏
面との接触面積をより少なくする方向で改良がなされて
きた。これは塵埃等の異物を挾み込んだ場合、それがウ
ェハ表面(露光面)に反映して、その部分が膨らみ、ウ
ェハの平面度を著しく低下するからである。半導体素子
製造で使われる露光装置は、年々高解像力化が要求さ
れ、投影露光方式の場合では異物によって膨らんだ部分
が焦点外れを起し、投影光学系の解像力がいくら良くて
も所望の線幅のパターンが露光できない、あるいは重ね
合わせの精度が上がらないといった不都合が生じるから
である。
【0008】このような事情から、異物の挾み込みの確
率を小さくする目的で接触面積を極力小さくしているの
である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで一般に使われ
ているマイクロリソグラフィ用の露光装置では、レチク
ルと呼ばれている原版に形成されたパターンを、高輝度
光源(水銀ランプ、レーザ等)からの照明光で一様に照
射し、その透過光を投影光学系を介してウェハ等の感光
基板のレジスト(感光剤)に結像することで、パターン
転写を行なっている。このとき、レジストは基板表面に
所定の厚み(0.8〜2μm)で塗布され、パターン転写
に見合った適当な露光量が決められる。その露光量は同
じ厚みのレジスト層でも、元々の感光感度のちがい、下
地の反射率のちがいによって大増に変化する。いずれに
しろ、感光基板に与えられた露光エネルギー(主に紫外
線)の大半は、最終的には熱エネルギーに変換されて基
板内に拡散され、蓄積される。
【0010】特にステップアンドリピート方式で感光基
板を露光する場合、1回のステッピングに伴って露光さ
れるウェハ上の1ショットの露光時間は短時間(1秒以
下)であっても、その1ショットの露光エネルギーは相
当に高く、ウェハ上で800mW/cm2 以上にもおよ
ぶ。このため、1枚のウェハの各ショットに対する露光
が進むにつれて感光基板の熱蓄積も進み、基板の熱変形
が生じることになる。
【0011】このように熱変形は基板の部分的な伸縮を
誘発し、そこに形成されたショット領域と、それに重ね
合わせ露光されるパターン像との重ね合わせ誤差が増大
することを意味する。この重ね合わせ誤差は10〜30
nm程度であり、従来は総合的な重ね合せ精度(トータル
・オーバレイ・アキュラシィ)がそれ程きびしくなかっ
たために無視されてきたが、線幅がサブミクロン領域に
なってくると、その誤差が無視できなくなってくる。特
に16MD−RAM以降のプロセスでは、線幅は0.5μ
m程度になり、トータル・オーバレイでも50〜70nm
以下が望まれている。
【0012】従って、基板の熱変形を押えるために、蓄
積した熱量をすみやかに基板外部へ放出することが重要
になる。すなわち、基板の熱量をホルダーへ逃がすこと
が必要となる。そのために、ホルダー内にペルチェ素子
等のアクティブな温度制御部材を設けたり、ホルダー内
に温度制御された流体を循環させる構造を設けたりする
ことで、基板の熱量をすみやかに吸収することも考えら
れている。
【0013】ところが、先にも述べたようにホルダーの
表面はウェハ等の基板との接触面積を可能な限り小さく
する方向にあり、基板内に蓄積した熱量がホルダー側に
すみやかに伝熱されないといった欠点があった。そこで
本発明は、基板との間の伝熱特性を向上させつつ、接触
面積を低減させて良好な平担化特性も合わせもつ保持装
置(ホルダー)を得ることを目的とする。
【0014】
【課題を解決する為の手段】上記問題点の解決の為に本
発明では、基板保持装置の吸着面の溝(空隙)を2種類
設け、1つは専ら速やかに排気減圧して基板を吸着でき
るように、適当な深さの溝とし、もう1つは基板と基板
保持装置間の熱伝導を良くするため、塵埃の挾み込みに
よる影響の無い範囲で、溝の深さの非常に浅い構造とし
た。そして、後者の面積を前者に比べ大きくした。
【0015】
【作用】ここで、溝部分での伝熱を考える。この種の極
く狭い空隙では、熱は大部分空気の熱伝導により輸送さ
れる。基板と基板保持装置表面の間隔(溝の深さ)を
d、溝部分の面積をA、空気の熱伝導率をk、温度差を
ΔTとすれば、熱流速qは次式で表される。
【0016】q=−kAΔT/d (1) この種の装置では、いわゆる真空吸着といっても、大気
圧に対して1/3〜1/10程度に減圧するのが普通
で、この程度の圧力範囲ではkは通常気圧の場合とほと
んど変わらない。したがって、kは圧力によらない定数
と考えてよい。(1)式からわかるように、qを増すに
は、溝面積Aを大きくすることと、溝深さdを小さくす
ることが有効である。
【0017】
【実施例】図2、図3は本発明の第1の実施例による保
持装置(ホルダーWH)を示し、図2は基板の載置面の
構造を示し、図3(A)は図2中のA−A’矢視断面を
示し、そして図3(B)は図2中のB−B’矢視断面を
示す。また図3(C)は図3(B)、(C)に示した断
面の一部分を拡大して示したものである。
【0018】図2において、ウェハWの外形よりもわず
かに小さい径のホルダーWHの表面には、ここでは4本
の真空吸着用の溝(本発明における第1空隙部分)2
A、2B、2C、2Dが径方向に一定の間隔をあけて、
同心円状に刻設されている。この溝2A〜2Bの両側に
はわずかな高さで突出部5A、5Bが形成されている。
そしてある吸着用溝(例えば2A)の内側の突出部5B
と、内側の吸着用溝(例えば2B)の外側の突出部5A
との間に形成される輪帯部分(本発明における第2空隙
部分)1A、1B、1Cの深さは、吸着用溝2A〜2D
の深さよりも小さくなるように作られている。また吸着
用溝2A〜2Dの夫々の内側には、真空減圧源へつなが
れた吸気孔3の複数個の適当な間隔で形成されている。
さらに浅い溝として形成される輪帯部分1A〜1C内の
夫々には、複数個の開口4が形成され、本実施例では開
口4を大気へ開放しておくものとする。図2でも明らか
なように、吸着用溝2A〜2Dの夫々の径方向の寸法
(幅)に対して輪帯部分1A〜1Cの夫々の径方向の寸
法(幅)を大きくしておき、輪帯部分1A、1B、1C
の各面積の合計が、吸着用溝2A〜2Dの各面積の合計
よりも十分に大きくなるようにしてある。
【0019】さて、図3(A)に示すように、ホルダー
WHの内部には吸着用溝2A〜2D内の吸気孔3と連通
するための径方向に伸びた穴6Aが形成され、この穴6
AはホルダーWHの裏側に形成された接続口6Bと連通
される。接続口6Bには真空減圧源からのパイプが電磁
弁等を介して接続される。さらに図3(B)に示すよう
に、ホルダーWHの内部には輪帯部分1A〜1C内の開
口4と連通するための径方向に伸びた穴7が形成され、
この穴7をホルダーWHの側壁に貫通して設けることで
輪帯部分1A〜1Cを大気へ開放している。
【0020】以上の図3(A)、(B)から明らかなよ
うに、ウェハWの裏面が突出部5A、5Bの先端面と接
触して吸着されることで所望の平面度をもってウェハW
は平担化矯正される。このため全ての突出部5A、5B
の先端面を一様の面精度(例えば±1〜5μm程度)で
加工しておく必要がある。またウェハWの裏面が突出部
5A、5Bと接触した状態では、溝2A〜2Bの夫々
と、輪帯部分1A〜1Cの夫々とは閉じた空隙となる。
【0021】ここで図3(C)を参照して、ホルダーW
Hの表面構造をより詳細に説明する。まず突出部5A、
5Bの輪帯部分1A〜1Cに対する高さD1 は、このホ
ルダーWHが使用される環境で出現する塵埃(異物)の
大きさを基準に定められる。露光装置用のホルダーの場
合、問題とされる塵埃の大きさは10μm前後であり、
これ以上に大きな塵埃が発生する場合は、装置本体を収
納するチャンバーの性能に問題があることになる。ある
いは10μm以上の大きさの塵埃が発生する可能性とし
て、ウェハWに塗布されたレジスト層の部分的な剥離が
考えられる。しかしながら、レジスト層の厚みはウェハ
Wの表面では1μm前後であり、ウェハWのエッジ部分
では厚くても数μm前後である。このため面積的に大き
な寸法で剥離が生じても、その厚みは10μm以下にな
ることがほとんどである。そこで本実施例では高さD1
を10μm以上とし、加工性も考慮して20μm前後と
する。このように高さD1 を10μm以上にしておけ
ば、ウェハWの裏面に付着した塵埃が輪帯部分1A〜1
Cとの間に挾み込まれても、それによってウェハWの表
面側が膨らむ確率は極めて小さく押えられる。また同時
に、高さD1 が10〜20μm程度と極めて小さいた
め、輪帯部分1A〜1Cとウェハ裏面との間の熱伝導も
良好に維持される。
【0022】さて、これに対して吸着用の溝2A〜2D
の深さD2 (突出部5A、5Bの先端面から見た深さ)
とその幅L4 は、良好な吸着が達成される範囲と加工性
とを考慮して設定されている。熱伝導という観点だけか
ら考えると、溝2A〜2Dの深さD2 も高さD1 程度に
浅い方が望ましい。ところが深さD2 をある程度以上、
一例として100〜200μm以上にしておかないと、
ウェハの吸着に時間がかかったり、あるいは部分的に吸
着不良を起すといった不都合が生じる。このことは、溝
2A〜2Dの幅L4 の決め方についても同じであり、実
用的な幅L4 は0.2〜2mm程度である。ただし同一溝内
での吸気孔3の配置や個数によっても、深さD2 、幅L
4 は多少異なるので、実際は実験等によって最適値を決
めることになる。
【0023】さて、突出部5A、5Bの先端面の径方向
の幅L3 は、接触面積の低減という目的から、極力小さ
くすることが望ましく、また加工性の点から0.1〜1mm
程度に定められる。また突出部5A、5Bの幅L3 、溝
2A〜2Dの幅L4 が決まると、溝2A〜2Dを挾む突
出部5A、5Bの間隔L1 も決まる。間隔L1 は以上の
条件から、0.3〜4mm程度になる。一方、溝2Bに対す
る内側の環状突出部5Bと、溝2Cに対する外側の環状
突出部5Aとの径方向の間隔L2 、すなわち実質的な輪
帯部分1Bの幅は、溝の幅L1 よりも十分に大きく定め
られるが、実用上は数mm〜十数mm程度に設定される。輪
帯部分1B(1A、1Cも同じ)はウェハ裏面との間に
わずかな間隙(D1 )を有するので、輪帯部分1Bの幅
2 が必要以上に大きいとウェハの平担化矯正力が低減
する。また間隔L2 の最適値はウェハの厚さによっても
異なるので実際は実験等によって決めるのが望ましい。
尚間隔L2 を間隔L1 程度に小さくしてしまうと、接触
面積の増大に伴う塵埃の挾み込みの問題と、輪帯部分1
A〜1Cの総面積の減少に伴う熱伝導効率の低下という
問題との両方が解決できなくなる。
【0024】以上のことから、8インチウェハに好適な
ウェハホルダーとしての数値例をまとめてあげてみる
と、D1 =20μm、D2 =1mm、L4 =1mm、L3
0.5mm、L2 =10mm、L1 =3mmにすることによっ
て、所期の効果を良好に得ることができる。ところで、
図3(C)からも明らかなように、環状突出部5A、5
Bはせいぜい20μm程度であるため、突出部5A、5
BのみをCVD法により後から付着するようにしてもよ
い。あるいは輪帯部分1A〜1Cのみを後からエッチン
グして所望の深さ(D1 )に仕上げてもよい。また本実
施例では、輪帯部分1A〜1Cを開口4を介して大気に
開放する構成としたが、輪帯部分1A〜1Cを減圧する
ようにしてもよい。ただし輪帯部分1A〜1Cの幅L2
が比較的大きいことから、むやみに減圧してしまうと、
輪帯部分1A〜1Cに対向するウェハの一部分が矯正力
(吸着力)のために湾曲する可能性がある。そこで輪帯
部分1A〜1Cを、開口4を介して減圧するときは、そ
の減圧を小さなものにすることが望ましい。さらに吸着
されたウェハをホルダーWHからはずす際、輪帯部分1
A〜1C内の開口4から圧縮空気を一時的に噴出させる
構成にしてもよい。
【0025】図4は、第2の実施例による基板保持装置
の構成を示し、ここでは角形のプレートを吸着するため
のプレートホルダーPHに本発明を適用した場合を示
す。図4において、L字状に刻設された吸着溝2A、2
B、2C、2Dは先の実施例と同様、突出部5A、5B
によって囲まれている。またこの図4には表わしていな
いが、各溝2A〜2D内には吸気孔3が設けられてい
る。そしてL字状の溝2A〜2Dで挾まれた浅い溝部分
1A、1B、1Cには、大気へ開放、又は弱く減圧する
ための開口4が複数の位置に形成される。このようなプ
レートホルダーPHの場合、保持するプレートが数mm程
度の厚みをもつため、具体的な数値は第1の実施例の場
合とは異なるが、吸着用の溝2A〜2Dの深さは、溝部
分1A〜1Cの深さよりも大きくされ、溝部分1A〜1
Cの深さ、すなわち突出部5A、5Bの高さは塵埃の大
きさを考慮して決定される。
【0026】図5は、第3の実施例によるウェハホルダ
ーの表面構造を示し、この表面構造は図1(C)に示し
た従来のものと基本的には同じである。図5(A)はホ
ルダー表面の一部分の正面図であり、図5(B)は図5
(A)のC−C’矢視断面図である。図5に示すよう
に、ホルダーの表面1には、所定間隔で複数個のリング
状突出部5Aが形成され、この突出部5Aの夫々の中心
には吸着用の吸気孔3が形成される。ウェハホルダーの
場合、リング状突出部5Aの直径は2〜3mm程度に設定
され、突出部間のピッチは数mm〜十数mm程度に定められ
る。ここでもリング状突出部5Aの先端面がウェハ裏面
と接触するので、各突出部5Aの先端面は極めて平面度
が高くなるように仕上げられている。
【0027】さらにリング状突出部5Aの高さ(表面1
から突出部5Aの先端面までの高さ)も第1の実施例と
同様に、発生し得る塵埃の大きさの程度によって決めら
れる。そして表面1内の複数ケ所には、ウェハ裏面と表
面1との間のわずかな空隙を大気へ開放、又は弱く減圧
するための開口4が設けられる。
【0028】本実施例の場合、吸着用の溝自体はない
が、吸気孔3の夫々がウェハ裏面を直接吸着する構造な
ので、その吸気孔3を溝と同等に考えてもよい。する
と、リング状突出部5Aの先端面から浅く刻設された表
面1は図2、図3中の輪帯部分1A〜1Cに相当し、表
面1よりも深く刻設された吸気孔3は図2、図3中の溝
2A〜2Dに相当することになる。
【0029】この図5のような表面構造は、ホルダーを
金属で作る場合にはエッチング等で容易に形成できる。
またセラミックで作る場合は、焼結時の型で予め形成し
ておけばよい。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、小面積の
専ら排気減圧して基板を吸着保持する溝(又は孔)部分
と、基板と保持装置の伝熱のための大面積で非常に浅い
溝部分との2種の溝部分を設けた為に、平面度良く基板
を吸着するという機能を損なうこと無く、基板とその保
持装置の間の良好な伝熱が得られる。このため、基板の
熱変形が非常に小さく抑えられ、良好な重ね合わせ精度
が得られるという効果がある。
【0031】さらに熱伝導が良好なことから、保持装置
(ホルダー)内に温調用の流体を循環させた場合、保持
装置側へ伝導された基板の熱量はすみやかに吸収される
ことになり、温調制御時の効率が極めて高くなるといっ
た利点もある。換言すると、温調用の流体温度がすみや
かに基板側へ伝わることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の保持装置(ウェハホルダー)の構成を示
す図
【図2】本発明の第1の実施例によるホルダーの表面構
造を示す平面図
【図3】図2に示したホルダーの断面構造を示す断面図
【図4】本発明の第2の実施例によるホルダーの表面構
造を示す平面図
【図5】本発明の第3の実施例によるホルダーの一部分
の表面構造とその断面を示す図
【符号の説明】
WH、PH ホルダー 1A〜1C 浅い溝部分 2A〜2D 吸着用の深い溝 3 吸気孔 4 開口 5A、5B 突出部
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23Q 3/08 A

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板の一方の面に部分的に接触する突出
    部を有し、該突出部に前記基板を載置したときに前記突
    出部の周囲に形成される閉じた空隙を減圧することによ
    って前記基板を吸着保持する装置において、前記突出部
    によって囲まれた第1の空隙部分と;前記突出部によっ
    て囲まれるとともに、前記第1の空隙部分よりも広い面
    積で、かつ浅く形成された第2の空隙部分と;前記第1
    の空隙部分に接続され、前記基板が前記突出部上に載置
    されたとき前記第1の空隙部分を減圧する減圧手段とを
    備えたことを特徴とする基板保持装置。
  2. 【請求項2】 前記突出部は、前記基板の外形とほぼ相
    似の形で周回するとともに、前記基板の面との接触部分
    の幅が極めて狭い帯状に形成された第1の環状突出部
    と、該第1の環状突出部とほぼ並行して形成された第2
    の環状突出部と、前記第1の環状突出部、もしくは前記
    第2の環状突出部とほぼ並行して形成された第3の環状
    突出部とを有し;前記第1の環状突出部と第2の環状突
    出部とに挾まれた部分を前記第1の空隙部分とし、前記
    第1の環状突出部と第3の環状突出部とに挾まれた部
    分、もしくは前記第2の環状突出部と第3の環状突出部
    とに挾まれた部分を前記第2の空隙部分としたことを特
    徴とする請求項第1項に記載の装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の空隙部分の前記突出部に対す
    る深さを、使用環境内で発生し得る塵埃の大きさよりも
    おおきく、かつ前記第1の空隙部分よりは浅くしたこと
    を特徴とする請求項第1項に記載の装置。
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