JP2880264B2

JP2880264B2 - 基板保持装置

Info

Publication number: JP2880264B2
Application number: JP18265690A
Authority: JP
Inventors: 和之春見
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1999-04-05
Anticipated expiration: 2014-04-05
Also published as: JPH0471215A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、基板と保持台との間の接触熱抵抗を所定値
以下に保ちつつ、前記基板の裏面を真空吸着して該基板
を保持する基板保持装置に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体製造装置の露光装置において、マクスパターン
をウエハなどの基板に転写する際の基板保持装置として
は、該基板の裏面を真空吸着することにより保持する基
板保持装置（たとえば、特公平１−14703号公報）がよ
く用いられている。

一般に、基板保持装置で基板を保持したとき、該基板
と該基板保持装置の保持台との間の接触熱抵抗が大きい
と、マクスパターンを前記基板に転写する際の露光エネ
ルギーが該基板から前記保持台に逃げていかないため、
該基板の温度上昇および熱変形を招きパターン転写精度
が悪化する。特に、真空吸着による基板保持装置の場合
には、前記基板の裏面と前記保持台のチャック面（吸着
された基板と対向する面）との間に形成される微小空間
に、熱を逃がすための熱媒体である気体が存在しないた
め、前記基板の温度上昇によるパターン転写精度の悪化
が顕著となる。

そこで、真空吸着された基板の露光中の温度管理が行
えてしかも該基板の平坦度も保てる基板保持装置とし
て、温度調節された水（以下、「温調水」と称する。）
を該基板保持装置の保持台内に設けた流路を流すことに
より前記基板の温度管理をするとともに、基板と保持台
との間の接触熱抵抗を所定値以下に保つために、前記微
小空間内の圧力を一定値に保ちながら前記基板を保持す
るものがある。

第５図はこのような基板保持装置を有するＸ線露光装
置の従来例の一つを示す概略構成図である。

このＸ線露光装置は、たとえば特願昭63−252991号に
記載されているような、マスク104とウエハ105とが数十
ミクロンの距離を隔てて配置されてマスクパターンが転
写されるプロキシミティ方式による露光装置である。

このＸ線露光装置は、蓄積リングなどにより発生され
たＸ線を透過するヘリウム（He）ガスで内部が満たされ
ているチャンバ103と、チャンバ103の一部に設けられて
いるＸ線透過用のベリリウム窓（以下、「Be窓」と称す
る。）102と、チャンバ103内の圧力を検出する第２の真
空計113bと、チャンバ103内にHeガスを供給する第２のH
eボンベ116bと、チャンバ103内へのHeガスの供給量を調
節する第３のガス調節弁115cと、第３のガス調節弁115c
の開閉を行う第２のコントローラ114bと、次に示す基板
保持装置とを有する。

このＸ線露光装置が有する基板保持装置は、保持台で
あるウエハチャック106と、ウエハチャック106の内部に
配管された流路107と、流路107に温調水を循環させる恒
温槽110と、ウエハチャック106のチャック面106₁（第６
図参照）と真空発生源であるポンプ117とを接続すると
ともに、前記チャック面106₁とHeガスの供給源である第
１のHeボンベ116aとを接続する排気管111と、排気管111
のウエハチャック106とポンプ117との間に介在された第
１のガス調節弁115aと、排気管111のウエハチャック106
と第１のHeボンベ116aとの間に介在された第２のガス調
節弁115bと、排気管111のウエハチャック106と第１およ
び第２のガス調節弁115a,115bとの間に設けられた、ウ
エハ105の裏面と前記チャック面106₁との間に形成され
る微小空間内の圧力を検出するための第１の真空計113a
と、第１の真空計113aの出力信号により第１および第２
のガス調節弁115a,115bの制御を行う制御手段であるマ
イクロプロセッサ（以下、「CPU」と称する。）120およ
び第１のコントローラ114aとを有する。ここで、CPU120
は第２のコントローラ114bとともに、第２の真空計113b
も出力信号により第３のガス調節弁115cの制御も行う。
また、マスクパターンの転写を行うためのマスク104
は、真空吸着されたウエハ105から一定のギャップ（間
隙）をもってチャンバ103内に設置されている。

また、第６図に示すように、２本の同心円状の溝106₂
がウエハチャック106のチャック面106₁に形成されてい
るとともに、該チャック面106₁の中心部にも１つの溝10
6₂が形成されており、排気管111はウエハチャック106内
で分岐され、同心円状の各溝106₂の図示上下左右および
中心部の溝106₂に開口されている。

次に、このＸ線露光装置の動作について説明する。

ウエハ105へのマスクパターンの転写を行う前に、CPU
120は第２の真空計113bの出力信号を取込み、該出力信
号に応じて第２のコントローラ114bを制御して第３ノガ
ス調節弁115cを開閉させることにより、チャンバ103内
の圧力を200［Torr］に保つ。その後、真空吸着される
ウエハ105が公知の搬送ハンド（不図示）により図示の
位置まで搬送されてくると、CPU120は第１のガス調節弁
115aを開くように第１のコントローラ114aを制御する。
第１のガス調節弁115aが開かれると、排気管111がポン
プ117に連通され、ウエハ105の裏面とウエハチャック10
6のチャック面106₁および各溝106₂との間に形成される
微小空間内に存在するHeガスが吸引されて該微小空間内
の圧力が減少し、これによって生じるウエハ105の表面
と裏面との圧力差によってウエハ105はウエハチャック1
06に吸着・保持される。

ここで、このＸ線露光装置における一実験結果とし
て、真空吸着力を保ちつつかつパターン転写精度も保つ
には、たとえばウエハ105とウエハチャック106との間の
接触熱抵抗を２×10^-4［Ｋ・m²/W］以下とする必要があ
り、そのためには第７図に示すウエハ裏面圧力と接触熱
抵抗との関係より、ウエハ裏面圧力すなわち前記微小空
間内の圧力を約50［Torr］とする必要があることがわか
った。

そこで、このＸ線露光装置では、ウエハ105の真空吸
着が開始されると、CPU120は第１の真空計113aの出力信
号を所定のタイミングで取込んで、該出力信号が示す排
気管111内の圧力を監視するとともに、排気管111内の圧
力が常に50［Torr］となるように第１のコントローラ11
4aを制御して、第１および第２のガス調節弁115a,115b
の開閉を行わせる。

このようにして排気管111の圧力を一定に保つと、Ｘ
線をBe窓102およびマスク104を会してウエハ105に照射
することにより、マスクパターンの転写が行われる。こ
のとき、露光中のウエハ105の温度管理は、恒温槽110に
より流路107に温調水を循環させてウエハチャック106の
温度を一定に保つことにより行われる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来の基板保持装置では、ウ
エハ105の温度上昇を約±0.06［℃］以下に抑えてパタ
ーン転写精度を悪化させないようにするためには、たと
えばウエハ105に照射するＸ線の強度を150［mW/cm²］と
したときに接触熱抵抗の変化を約±4.0×10^-5［Ｋ・m²/
W］の範囲内にする必要があり、このときの前記微小空
間内の圧力変化の許容値は約±５［Torr］の範囲内とな
る（第７図参照）が、前記微小空間の圧力を検出するた
めの第１の真空計113a排気管111の前記ウエハチャック1
06と第１および第２のガス調節弁115a,115bとの間に設
けられているため、仮にウエハ105の反りの大きさやそ
の裏面の粗さが変化して、チャンバ103内の雰囲気中か
ら前記微小空間内に流れ込むHeガスの量が変わると、ウ
エハチャック106のチャック面106₁と第１の真空計113a
との間のコンダクタンスにより、前記微小空間内の圧力
が変化していなくても第１の真空計113aの読みが変化し
てしまうことがあるので、前記微小空間内の圧力を精度
よく測定することができないという問題点がある。

本発明の目的は、微小空間内の圧力を精度よく測定し
て、接触熱抵抗を所定値以下に抑えることによりパター
ン転写精度の悪化が防げる基板保持装置を提供すること
にある。

［課題を解決するための手段］本発明の基板保持装置は、基板を吸着するチャック面を有する保持台と、基板を
前記チャック面に吸着させるための真空を供給するため
に、前記保持台に形成される排気管と、前記チャック面
に開口を有し、前記排気管とは別に前記保持台に形成さ
れる測定用管と、前記測定用管に接続される圧力測定手
段とを有する。

前記排気管には、調整弁を介して真空発生源が接続さ
れている。また、前記圧力測定手段の出力信号により前
記調整弁を制御する制御手段を有する。前記排気管に
は、さらに別の調整弁を介して気体供給源が接続されて
いる。さらに、前記排気管と前記測定用管との間に介在
された弁を有する。

前記基板は被露光基板であり、この被露光基板はＸ線
照射によってマスクパターン転写されるウエハである。

［作用］本発明の基板保持装置は、圧力測定手段と保持台のチ
ャック面とを接続する測定用管を有することにより、該
測定用管内にある気体は排気がある程度進むとほとんど
排気されてしまうため、前記圧力測定手段が示す圧力の
値は基板の裏面と前記保持台のチャック面との間に形成
される微小空間内の圧力と一致するので、該圧力測定手
段の出力信号により前記微小空間内の圧力が所定の値と
なるように、制御手段で第１および第２のガス調節弁の
制御を行えば、前記微小空間内の圧力を精度よく前記所
定の値に保つことができる。

また、前記排気管と前記測定用管との間に介在され
た、前記制御手段により制御される弁を有することによ
り、該弁を前記制御手段で開いたのちに真空吸着を開始
すれば、前記測定用管内にある気体を前記弁を介して速
やかに排気することができるので、前記微小空間内の圧
力を精度よくかつ速やかに前記所定の値に保つことがで
きる。

本発明の基板保持装置によると、前記微小空間内の圧
力を精度よく測定して、接触熱抵抗を所定値以下に抑え
ることができるので、本発明の基板保持装置によって被
露光基板、例えばＸ線照射によってマスクパターン転写
されるウエハを保持して露光を行うとパターン転写精度
の悪化が防げる。

［実施例］次に、本発明の実施例について図面を参照して明す
る。

第１図は本発明の基板保持装置を有するＸ線露光装置
の一実施例を示す概略構成図である。

本実施例のＸ線露光装置は、蓄積リングなどにより発
生されたＸ線を透過するヘリウム（He）ガスで内部が満
たされているチャンバ３と、チャンバ３の一部に設けら
れているＸ線透過用のベリリウム窓（Be窓）２と、チャ
ンバ３内の圧力を検出する第２の真空計13bと、チャン
バ３内にHeガスを供給する第２のHeボンベ16bと、該He
ボンベ16bよりチャンバ３内へ供給されるHeガスの供給
量を調節する第３のガス調節弁15cと、第３のガス調節
弁15cの開閉を行う第２のコントローラ14bとを有する。

また、基板保持装置が、保持台であるウエハチャック
６と、ウエハチャック６内部に配管された流路７と、流
路７に温調水を循環させる恒温槽10と、ウエハチャック
６のチャック面6₁（第２図参照）と真空発生源であるポ
ンプ17およびHeガスの供給源である第１のHeボンベ16a
とを接続する排気管11と、排気管11のウエハチャック６
とポンプ17との間に介在された第１のガス調節弁（調整
弁）15aと、排気管11のウエハチャック６と第１のHeボ
ンベ16aとの間に介在された第２のガス調節弁（別の調
整弁）15bとを有する。以上の点については、第５図に
示した従来のＸ線露光装置と同じである。

しかし、本実施例しのＸ線露光装置は、自由端を有す
る測定用管30がウエハチャック６のチャック面6₁に接続
されており、ウエハ５の裏面とウエハチャック６のチャ
ック面6₁との間に形成される微小空間内の圧力を検出す
るための圧力測定手段である第１の真空計13aが、測定
用管30の自由端に取付けられており、弁31が排気管11と
測定用管30との間に介在されており、第1,第２のガス調
節弁15a,15bおよび弁31の制御を行う制御手段であるマ
イクロプロセッサ（CPU）20および第１のコントローラ1
4aが第１の真空計13aの出力信号により動作する点が、
第５図に示した従来例のものと異なる。

また、第２図に示すように、ウエハチャック６は、２
本の同心円状の溝6₂がウエハチャック６のチャック面6₁
に形成されているとともに、該チャック面6₁の中心部に
も溝6₂が形成されており、排気管11が同心円状の各溝6₂
の図示上下左右および中心部の溝6₂に分岐して開口され
ている点については第６図に示した従来のウエハチャッ
ク106と同じであるが、測定用管30が前記チャック面6₁
の中心部の溝6₂と内側の同心円状の溝6₂との中間に開口
されている点が従来のものと異なる。

CPU20は、第２のコントローラ14bとともに、第２の真
空計13bの出力信号により第３のガス調節弁15cの制御も
行う。また、マスクパターンの転写を行うためのマスク
４は、真空吸着されたウエハ５から一定のギャップ（間
隙）をもってチャンバ３内に設置されている。

次に、本実施例のＸ線露光装置の動作についつて説明
する。

ウエハ５へのマスクパターンの転写を行う前に、CPU2
0は第２の真空計13bの出力信号を取込み、該出力信号に
応じて第２のコントローラ14bを制御して第３のガス調
節弁15cを開閉させることにより、チャンバ３内の圧力
を200［Torr］に保つ。その後、真空吸着されるウエハ
５が公知の搬送ハンド（不図示）により図示の位置まで
搬送されてくると、CPU20は第１のガス調節弁15aおよび
弁31を開くように第１のコントローラ14aを制御する。
第１のガス調節弁15aおよび弁31が開かれると、排気管1
1と測定用管30とがポンプ17に連通され、ウエハ５の裏
面とウエハチャック６のチャック面6₁および各溝6₂との
間に形成される微小空間内と測定用管30内とに存在する
Heガスが吸引されて該微小空間内の圧力が減少し、これ
によって生じるウエハ５の表面と裏面との圧力差によっ
てウエハ５はウエハチャック６に吸着・保持される。

このようにしてウエハ５の真空吸着が開始されると、
第１の真空計13aが取付けられている測定用管30内にあ
るHeガスは排気がある程度進むとほとんど排気され、測
定用管30内のHeガスの流れが存在しなくなるため、CPU2
0は弁31を閉じるように第１のコントローラ14aを制御す
る。その後、ウエハ５とウエハチャック６間の接触熱抵
抗を２×10^-4［Ｋ・m²/W］以下にするため、CPU20は所
定のタイミングで第１の真空計13aの出力信号を取込ん
で、該出力信号が示す測定用管30内の圧力を監視すると
ともに、測定用管30内の圧力が常に50［Torr］となるよ
うに、第１および第２のガス調節弁15a,15bの開閉を行
うように第１のコントローラ14aを制御する。このと
き、第１の真空計13aが示す圧力の値は、前記微小空間
内の圧力と一致するため、測定用管30内の圧力を監視す
ることにより、前記微小空間内の圧力を精度よく50［To
rr］一定に保つことができる。

前記微小空間内の圧力を一定に保ったのち、Ｘ線をBe
窓２およびマスク４を介してウエハ５に照射することに
より、マスクパターンの転写が行われる。このとき、露
光中のウエハ５の温度管理は、恒温槽10により流路７に
温調水を循環させてウエハチャック６の温度を一定に保
つことにより行われる。

以上の結果、本実施例のＸ線露光装置では、前記微小
空間の圧力と精度よく50［Torr］に保てるため、ウエハ
５とウエハチャック６間の接触熱抵抗をパターン転写精
度が悪化しない値以下である約２×10^-4［Ｋ・m²/W］に
することができる。

次に、本実施例における弁31の動作および効果につい
て説明する。

弁31は必ずしも必要ではないが、仮に弁31がないとす
ると、以下に示す理由により、前記微小空間内の圧力を
目標の50［Torr］にするまでに時間がかかり、弁31があ
る場合に比べて、生産性が悪くなる。

ウエハチャック６のチャック面6₁と第１の真空計13a
とを接続する測定用管30に存在するHeガスの排気は、ウ
エハ５とウエハチャック６の中央部のチャック面6₁との
間に形成される微小空間を介してウエハチャック６の中
央部の溝6₂および内側の同心円状の溝6₂（第２図参照）
に開口されている排気管11から行われるが、該微小空間
は非常に狭いためその流路抵抗が大きく、Heガスを排気
するのに時間がかかってしまう。その結果、ある程度時
間がたたないと、測定用管30内に生じる気体（Heガス）
の流れのため第１の真空計13aが示す圧力と前記微小空
間内の圧力とが一致しない。

そこで、真空吸着を開始する際には、弁31を開くよう
にCPU20が第１のコントローラ14aを制御し、測定用管30
に存在するHeガスが弁31を介して排気管11へ流れるよう
にすることにより、該Heガスの排気時間を短くする。そ
の後、CPU20は、第１の真空計13aが示す排気管11内の圧
力が所定値以下になったことを確認すると、弁31を閉じ
るように第１のコントローラ14aを制御したのち、排気
管11内の圧力が50［Torr］になるまで引続き所定のタイ
ミングで第１の真空計13aの出力信号を取込む。

次に、ウエハチャックのチャック面の種々の構造につ
いて説明する。

第３図はウエハチャックのチャック面の他の構造を示
す図である。

このウエハチャック26は、そのチャック面26₁の外周
近傍に１本の同心円状の溝26₂が形成されており、この
同心円状の溝26₂の図示上下左右に排気管11が分岐して
開口されており（図示上下の排気管11は不図示）、測定
用管30が前記チャック面26₁の中央部に開口されている
点が、第２図のウエハチャック６と異なる。

このウエハチャック26は真空吸着されるウエハ５とチ
ャック面26₁との接触面積を大きくすることができるた
め、第２図に示したウエハチャック６よりも接触熱抵抗
を小さくすることができる。

第４図はウエハチャックのチャック面のさらに他の構
造を示す図である。

このウエハチャック36は、第３図に示したウエハチャ
ック26と同様に、そのチャック面36₁の外周近傍に１本
の同心円状の溝36₂が形成されており、この同心円状の
溝36₂の図示上下左右に排気管11が分岐して開口されて
いる（図示上下の排気管11は不図示）ほか、中心部に開
口されている測定用管30と同心円状の溝36₂とを接続す
る３本の細溝36₃が周方向等間隔に形成されている。

このウエハチャック36は、第１図に示した弁31がない
ときに、３本の細溝36₃がHeガスの排気通路となるた
め、測定用管30内のHeガスの排気効率を高められるとい
う利点がある。

なお、第２図〜第４図に示したウエハチャック6,26,3
6において、排気管11は各溝に４個ずつ開口されたが、
対称性よく開口されていればその数は４個以外であって
もよい。

以上の説明において、本発明の基板保持装置をＸ線露
光装置に採用した例を示したが、たとえば光を用いた露
光装置のように基板を一定温度に保ちかつ該基板の表面
と裏面との圧力差により該基板を保持する基板保持装置
を有するすべての露光装置に適用可能である。

また、本発明の基板保持装置が保持する対象はウエハ
に限らず、薄膜トランジスタなどが形成される液晶ディ
スプレイなどの基板であってもよい。

［発明の効果］本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記
載する効果を奏する。

請求項第１項記載の基板保持装置は、圧力測定手段と
保持台のチャック面とを接続する測定用管を有すること
により、該測定用管内にある気体は排気がある程度進む
とほとんど排気されてしまうため、前記圧力測定手段が
示す圧力の値は、真空吸着される基板と前記保持台のチ
ャック面との間に形成される微小空間内の圧力と一致す
るので、該微小空間内の圧力を精度よく測定して、接触
熱抵抗を所定値以下に抑えることができるという効果が
ある。

また、排気管と測定用管との間に弁が介在する構成と
すると、真空吸着開始時に該弁を介して前記測定用管内
にある気体を速やかに排気することができるので、前記
微小空間内の圧力を精度よくかつ速やかに前記所定の値
に保つことができるという効果がある。

本発明の基板保持装置によると前記微小空間内の圧力
を精度よく測定して、接触熱抵抗を所定値以下に抑える
ことができるので、ウエハ等の被露光基板にＸ線照射を
行いマスクパターン転写する露光装置等に採用すると、
パターン転写精度の悪化が防げるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基板保持装置を有するＸ線露光装置の
一実施例を示す概略構成図、第２図はウエハチャックの
チャック面の構造を示す図、第３図はウエハチャックの
チャック面の他の構造を示す図、第４図はウエハチャッ
クのチャック面のさらに他の構造を示す図、第５図は従
来の基板保持装置を有するＸ線露光装置の一つを示す概
略構成図、第６図は第５図のウエハチャックのチャック
面の構造を示す図、第７図はウエハ裏面圧力と接触熱抵
抗との関係の一例を示す図である。２…Be窓、３…チャンバ、４…マスク、５…ウエハ、6,
26,36…ウエハチャック、6₁，26₁，36₁…チャック面、6
₂，26₂，36₂…溝、７…流路、10…恒温槽、11…排気
管、13a…第１の真空計（圧力測定手段）、13b…第２の
真空計、14a…第１のコントローラ、14b…第２のコント
ローラ、15a…第１のガス調節弁（調整弁）、15b…第２
のガス調節弁（別の調節弁）、15c…第３のガス調節
弁、16a…第１のHeボンベ（気体供給源）、16b…第２の
Heボンベ、20…CPU、30…測定用管、31…弁、36₃…細
溝。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を吸着するチャック面を有する保持台
と、基板を前記チャック面に吸着させるための真空を供給す
るために、前記保持台に形成される排気管と、前記チャック面に開口を有し、前記排気管とは別に前記
保持台に形成される測定用管と、前記測定用管に接続される圧力測定手段とを有することを特徴とする基板保持装置。
【請求項２】前記排気管には、調整弁を介して真空発生
源が接続されていることを特徴とする請求項１記載の基
板保持装置。
【請求項３】前記圧力測定手段の出力信号により前記調
整弁を制御する制御手段を有することを特徴とする請求
項２記載の基板保持装置。
【請求項４】前記排気管には、さらに別の調整弁を介し
て気体供給源が接続されていることを特徴とする請求項
２記載の基板保持装置。
【請求項５】前記排気管と前記測定用管との間に介在さ
れた弁を有することを特徴とする請求項１記載の基板保
持装置。
【請求項６】前記基板は被露光基板であることを特徴と
する請求項１〜５のいずかに記載の基板保持装置。
【請求項７】前記被露光基板はＸ線照射によってマクス
パターン転写されるウエハであることを特徴とする請求
項６記載の基板保持装置。