JP5140010B2 - 基板ホルダー - Google Patents

Description

本発明は、ウエハ、或いはガラス乾板の如き基板を保持する基板ホルダーに関する。

半導体素子製作装置では、レジストが塗布されたシリコンウエハ若しくはガラス乾板の如き基板上の所定位置に電子ビームの如き荷電粒子ビーム若しくはレーザービームの如き光ビームを照射して、基板上にＩＣパターンを描いている。

一方、半導体素子検査装置では、ＩＣパターンが描かれたシリコンウエハ若しくはガラス乾板の如き基板上を荷電粒子ビーム、若しくはレーザービーム等のビームで走査し、該走査により、基板上より得られた二次電子、若しくは反射光に基づいてパターンの分析を行っている。

これらの半導体素子製作装置や半導体素子検査装置においては、何れも、基板をホルダーにセットし、そのホルダーを描画室或いは観察室の如きチャンバー内に設けられているステージ上にセットした状態で、荷電粒子ビーム或いはレーザービーム等のビームを照射する様にしている。

図１はガラス乾板を保持するための基板ホルダーの一概略例を示している(図１の（ｂ）は図１の（ａ）のＡ−Ａ断面図である)。

図中１は直方体状のホルダー本体であり、中央部にガラス乾板を収容するための直方体状の凹部２が形成されている。この凹部に沿って一方方向に伸びる一方の山部３ａには上面規制板４ａ，４ｂが、他方の山部３ｂには上面規制板４ｃが取り付けられている。

又、前記凹部２中には、該凹部の底面積より小さい面積のプレート５が上下方向に移動可能に配置されている。

この様な移動を可能にする機構は、例えば、前記プレート５の中央部に孔を明け、中央に垂直に伸びた円柱棒２１が一体化された円板２２を前記プレート５の上面に残し、該円柱棒を前記孔と前記ホルダー本体底壁を通し、前記円板２２の下面とホルダー本体底壁の上面の間に前記円柱棒２１を囲う様にバネ２３を挿入し、該円柱棒をホルダー本体外部の駆動機構（図示せず）により上下に移動させることにより、前記円板２２によって前記プレート５を上下に移動させる様に成したものである。

前記プレート５の周辺部であって、前記上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ対向する部分には、孔が開けられており、該各孔の内壁に、側部に鍔６Ｔが設けられたピン６ａ，６ｂ，６ｃの上側面を除く側面を覆う様に前記プレート５に一体化されたカバー７ａ，７ｂ，７ｃが取り付けられている。

該各カバーの上壁（前記上面規制板に対向する壁）には前記各ピン６ａ，６ｂ，６ｃの鍔部６Ｔより上方の側部の外径より大きい孔がそれぞれ明けられており、該各ピンの上方側部は該各孔を突き抜ける様に後述するコイルバネ９ａ，９ｂ，９ｃでそれぞれ上方に押圧されている。

一方、前記ホルダー本体１の鍔部１Ｔの下面であって、前記上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃにそれぞれ対向する部分には、バネ受け板８ａ，８ｂ，８ｃが取り付けられている。

該各バネ受け板上には、それぞれ、前記各カバー内面とピン外面との間の空間を通して該各ピンを、対向する前記各上面規制板（４ａ，４ｂ，４ｃ）方向に押圧する為のコイルバネ９ａ，９ｂ，９ｃが取り付けられている。

尚、前記各上面規制板とピンの先端部は球面状に形成されている。

この様な構成のホルダーにガラス乾板１０をセットする場合には、前記円柱棒２１を駆動機構（図示せず）により前記バネ２３の伸びに逆らって下方に移動させて、前記円板２２によりプレート５を下方に移動させる。このプレートの移動により、このプレートに取り付けられた前記カバー７ａ，７ｂ，７ｃに伴ってそれぞれ前記ピン６ａ，６ｂ，６ｃも前記バネ９ａ，９ｂ，９ｃの伸びに逆らって下方に移動する。

この状態（前記ピン６ａ，６ｂ，６ｃと上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれの間が大きく空く状態）において、搬送機構（図示せず）のアーム（図示せず）上に正確に位置合わせされて載置されたガラス乾板１０が、搬送機構（図示せず）により前記両山部３ａ，３ｂbの内壁に沿って所定の距離だけ運ばれ、該ガラス乾板のエッジ部三箇所がそれぞれ前記ピン６ａ，６ｂ，６ｃで支持される。

この状態において、前記円柱棒２１を駆動機構（図示せず）により上方に移動させて前記バネ２３により前記プレート５を上方に移動させる。このプレートの移動により、このプレートに取り付けられた前記カバー７ａ，７ｂ，７ｃに伴ってそれぞれ前記ピン（６ａ，６ｂ，６ｃ）も前記バネ（９ａ，９ｂ，９ｃ）の弾性力により上方に移動し、前記ガラス乾板１０のエッジ部三箇所にそれぞれ前記上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃが接触する。この結果、該ガラス乾板はホルダーによって三点支持され、その平面度が精度良く保たれる。

特開２００５−６４３２９号公報

さて、前記各ピン６ａ．６ｂ，６ｃ上にガラス乾板が載せられた時、該ガラス乾板が自重によりエッジ部から中心部にかけ僅かであるが重力方向に僅かに撓む。そして、この状態のまま、該ガラス乾板は前記上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃと前記ピン６ａ．６ｂ，６ｃによりそれぞれ狭持されてしまう。

すると、前記ガラス乾板１０の前記各狭持部において、以下に説明する様なモーメント力が生じて該ガラス乾板を僅かに歪めてしまう。

図２は前記三箇所の狭持部の内の一つを代表として示したもの（前記上面規制板４ａとピン６ａによる狭持部）で、前記バネ９ａ及び２３の弾性力によるピン６ａの上昇により該ピンの先端６Ｐがガラス乾板１０下面に点ＡＰで接触して該乾板を押圧する。この時、該点ＡＰにおいて、前記ピン６ａが該乾板を押す押圧力Ｆと、該ピンの垂直抗力Ｆ_Ｎが発生している。

この垂直抗力Ｆ_Ｎは、前記上面規制板４a先端が前記ガラス乾板１０に接触する点ＳＰを支点として反時計方向のモーメント力を該ガラス乾板に与えるので、該ガラス乾板はこのモーメント力により僅かであるが歪む。尚、他の狭持部においても同様な現象が発生している。

この様な歪み有したガラス乾板が保持されたホルダーを、例えば、半導体素子製作装置のステージ上にセットし、電子ビームの如き荷電粒子ビームを照射して前記ガラス基板上にパターンを描くと、前記ガラス乾板の歪みに基づく描画位置ずれが発生し、パターン描画精度が低下する。

本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な基板ホルダーを提供することを目的とする。

本発明の基板ホルダーは、側部一方向から板状の基板の出し入れが可能な凹部が設けられたホルダー本体、該凹部底面に平行な状態を保って該底面に垂直な方向に移動可能に設けられたプレート、前記基板の下面に対し垂直方向に伸び縮みする第１の弾性体と該弾性体の弾性力により前記基板の下面に接触して該基板を押し上げる押上体を備えており、前記プレート上の少なくとも三箇所に設けられた押上機構、及び、前記各押上体とで前記基板を上下両面から挟み込んで支持するために前記ホルダー本体に取り付けられた少なくとも三個の上面規制板を具備し、前記プレートを底面に近づける様に移動させて前記各押上体と各対向する上面規制板の間に被照射物を出し入れ出来る様にし、前記プレートを底面から遠ざける方向に移動させて前記各押上体と各対向する上面規制板の間に前記基板を狭持させる様に成した基板ホルダーにおいて、前記押上体は前記基板下面に接触する接触体と該接触体を支える支持体とから成り、該支持体が前記弾性体の弾性力を直接受け、且つ、該接触体の支持体と接する下面を球面状とすることにより、該接触体が基板の面と並行な軸の回りに回転出来る様に成したことを特徴とする。

本発明によれば、各上面規制板と各押上体それぞれが基板の各エッジ部に接触して該基板を狭持することにより、該基板の自重に基づいて発生する基板の歪みが著しく低減される。

従来のホルダーの一概略例を示す図である。 図１に示すホルダーの動作の説明の補足に使用した図である。 本発明のホルダーの一概略例を示す図である。 図３に示すホルダーの一部詳細図である。 図３に示すホルダーの動作の説明の補足に使用した図である。 図３に示すホルダーの動作の説明の補足に使用した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の態様の形態を詳細に説明する。

図３は本発明の基板ホルダーの概略例を示しており（図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である）、前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。

図３で示した基板ホルダーが前記図１で示した基板ホルダーと異なる構成は次の通りである。

前記プレート５の周辺部であって、前記上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃに対向する部分には、それぞれ孔が開けられており、該各孔の内壁に、ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃの上方側面を除く側面及びピン支持体６１ａ，６１ｂ，６１ｃの全側面を覆う様にカバー７０ａ，７０ｂ，７０ｃがそれぞれ取り付けられている。尚、図４には前記プレート周辺部三箇所の内の代表として、上面規制板４ａ，ピン６０ａ，ピン支持体６１ａ，カバー７０ａ，バネ９ａ，バネ受け板８ａが設けられている部分を示した。

該各カバーの上壁（前記各上面規制板に対向する壁）には前記ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃの上方側部の外径より大きく、該ピンの下方側側部の外径より小さい内径の孔がそれぞれ明けられており、該ピンの上方側部は該各孔を突き抜ける様に前記ピン支持体６１ａ，６１ｂ，６１ｃ上に設けられている。尚、該ピン支持体６１ａ，６１ｂ，６１ｃとそれぞれ接する前記ピン下方部の下面は球面状に形成されている。

該各ピン支持体は、それぞれ、上方部（前記上面規制側）は前記ピン下方部の外径より大きい内径の筒状体から成り、下方部は前記カバー７０ａ，７０ｂ，７０ｃの内径より小さい外径の柱状体から成る。

尚、前記各ピン下方部側面と前記各ピン支持体上方部内面との間の空間部にはそれぞれオーリング（Ｏリング）６２ａ，６２ｂ，６２ｃが嵌入されている。

又、前記各カバー内面と各ピン支持体下方部外面との間のそれぞれの空間を通して該各ピン支持体を対向する前記各上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃ方向に押圧する為のバネ９ａ，９ｂ，９ｃが前記バネ受け板板８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ取り付けられている。

この様な構成のホルダーにガラス乾板１０をセットする場合には、前記円柱棒２１を駆動機構（図示せず）により前記バネ２３の伸びに逆らって下方に移動させて、前記円板２２により前記プレート５を下方に移動させる。このプレートの移動により、このプレートに取り付けられた前記カバー７０ａ，７０ｂ，７０ｃに伴って、それぞれ、前記ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及びピン支持体６１ａ，６１ｂ，６１ｃもバネ９ａ，９ｂ，９ｃの伸びに逆らって下方に移動する。

この状態（前記各ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃと各上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃのそれぞれの間が大きく空く状態）において、搬送機構（図示せず）のアーム（図示せず）上に正確に位置合わせされて載置された前記ガラス乾板１０が、前記搬送機構（図示せず）により前記両山部３ａ，３ｂの内壁に沿って所定の距離だけ運ばれ、該ガラス乾板のエッジ部三箇所がそれぞれ前記ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃで支持される。

すると、該ガラス乾板は自重によりエッジ部から中心部にかけ僅かに重力方向に撓む。この時、前記三箇所の支持部において次の様な現象が起きている。

図５（ａ），（ｂ）は前記三箇所の内の一つを代表として示したもの（前記ピン６０ａによる支持部）で、他の支持部も同様の現象が起きている。

図５の（ａ）及び（ｂ）に示す様に、前記支持部において、前記ガラス基板１０の自重に基づく重力方向の力Ｆｍｇと前記ピン６０ａの垂直抗力Ｆ_ＮＩの合力Ｆ_Ｒ１が該ピンに働き、該ピンは前記ピン支持体６１ａ上でＲＣを中心として矢印ＡＲの方向（時計回り）に僅かに（角度Ｑ）回転する。この際、該回転により、前記オーリング（Ｏリング）６２ａが少し変形する（潰れる）。

この状態において、前記円柱棒２１を駆動機構（図示せず）により上方に移動させて前記バネ２３により前記プレート５を上方に移動させる。このプレートの移動により、このプレートに取り付けられた前記カバー７０ａ，７０ｂ，７０ｃに伴って、それぞれ、前記ピン支持体６１ａ，６１ｂ，６１ｃ及び前記ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃは前記バネ９ａ，９ｂ，９ｃの弾性力により上方に移動し、前記ガラス乾板１０のエッジ部三箇所に前記各上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃがそれぞれ接触する。この結果、該ガラス乾板はホルダーによって三点支持される。

さて、従来の基板ホルダーにおいては、ガラス乾板の三箇所において、それぞれ、各ピンと各上面規制板とでガラス乾板を狭持した場合、前述した様に、該ガラス乾板は自重による撓みに基づいて発生する反時計方向のモーメント力で僅かに歪む。

しかし、本実施態様においては、この様な歪みは以下に説明する様に、低減或いは解消される。

図６の（ａ），（ｂ）は前記三箇所の狭持部の内の一つを代表として示したもの（前記上面規制板４ａとピン６０ａによる狭持部）で、他の狭持部も同様の現象が起きている。

図６の（ａ），（ｂ）に示す様に、前記ガラス乾板１０のエッジ部が前記ピン６０ａと上面規制板４ａで狭持された時、前記バネ９ａと２３の弾性力によるピン支持体６１ａを介しての該ピンの上昇により該ピンの先端が前記ガラス乾板１０の下面に点ＡＰ´で接触して該乾板を押圧する。この時、該点ＡＰ´において、前記ピン６０ａが該乾板を押す押圧力Ｆ１、該ピンの垂直抗力ＦＮ２（該垂直抗力Ｆ_Ｎは前記垂直抗力Ｆ_Ｎ１より大きい）、前記ガラス乾板１０が前記ピン６０ａを押す抗力Ｆ２が発生しており、この抗力Ｆ２と前記垂直抗力Ｆ_Ｎ２の合成力Ｆ_Ｒ２が前記ピン６０ａに働き、該ピンは前記ピン支持体６１Ａ上でＲＣを中心として矢印ＡＲの方向（時計方向に）に僅かに（角度Ｑ´）回転する。この結果、前記上面規制板（４a,４b,４c）と前記ピン（６０a,６０b,６０c）との狭持に基づく反時計方向のモーメント力で発生するガラス乾板の歪みは矯正される。

尚、ホルダーから前記ガラス乾板１０を取り外す場合には、前記円柱棒２１を駆動機構（図示せず）により前記バネ２３の伸びに逆らって下方に移動させて、前記円板２２により前記プレート５を下方に移動させる。このプレートの移動により、このプレートに取り付けられた前記カバー７０ａ，７０ｂ，７０ｃに伴って、それぞれ、ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃ及びピン支持体６１ａ，６１ｂ，６１ｃもバネ９ａ，９ｂ，９ｃの伸びに逆らって下方に移動する。

この状態（前記各上面規制板４ａ，４ｂ，４ｃと前記ガラス乾板１０の接触が無くなる状態）になると、前記バネ（９ａ，９ｂ，９ｃ）による前記ピン（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）の押圧力Ｆ１が無くなり、前記図５に示す状態（前記ガラス乾板１０のエッジ部三箇所がそれぞれ前記ピン６０ａ，６０ｂ，６０ｃで支持される状態）に戻る。すると、前記ピン（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）に掛かる合成力がＦ_Ｒ２からＦ_Ｒ１に戻り、その分、前記オーリング（Ｏリング）（６２a,６２b,６２c）の反発力が働いて該ピンは前記ピン支持体６１Ａ上でＲＣを中心として矢印ＡＲと反対の方向（反時計方向に）に僅かに（角度Ｑ´）回転する。

この状態において、搬送機構（図示せず）のアーム（図示せず）によって前記ガラス乾板１０が、両山部３ａ，３ｂの内壁に沿ってホルダー外に運ばれると、前記ピン（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）によるガラス乾板の支持が無くなるので、該ピンに掛かる合成力Ｆ_Ｒ１が０となり、その分、前記オーリング（Ｏリング）（６２a,６２b,６２c）の反発力が働いて該ピンは前記ピン支持体６１Ａ上でＲＣを中心として矢印ＡＲと反対の方向（反時計方向に）に更に僅かに（角度Ｑ）回転する。この結果、前記ピン（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）の中心軸と前記ピン支持体（６１ａ，６１ｂ，６１ｃ）中心軸の関係が元の状態（各々の中心軸が一致する状態）に戻り、前記オーリング（Ｏリング）（６２ａ，６２ｂ，６２ｃ）は元の形（潰れの無い形）に戻る。

尚、前記例においては三点支持のホルダーを例に上げたが、本発明は四点支持のホルダー、或いは四点以上の多点支持のホルダーにも応用可能である。

又、前記例ではホルダーに支持される基板としてガラス乾板を例に上げて説明したが、シリコンウエハの如き基板の支持するホルダーにも本発明は応用可能であることは言うまでもない。

又、前記例では、ピン支持体及びピンを押し上げる手段としてコイルバネの如き弾性体を使用したが、他の弾性体、例えば、板バネ等を使用しても良い。

又、前記例では、押し上げ機構にカバーやバネ受け板を使用する例を示したが、カバーやバネ受け板を使用せずに、ピン支持体の下方部を筒状体にし、且つ、ホルダー本体底面部に垂直方向に伸縮する弾性体を設け、該筒状体内上面を押し上げる様に成しても良い。

又、前記ピンとピン支持体の間にオーリング（Ｏリング）を設ける様にしたが、他の弾性体（バネなど）を設けても良い。

１ ホルダ本体
１Ｔ 鍔部
２ 凹部
３ａ，３ｂ 山部
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 上面規制板
５ プレート
６ａ，６ｂ，６ｃ ピン
７ａ，７ｂ，７ｃ カバー
８ａ，８ｂ，８ｃ バネ受け板
９ａ，９ｂ，９ｃ バネ
１０ ガラス乾板
２１ 円柱棒
２２ 円板
２３ バネ
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ ピン
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ ピン支持体
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ オーリング
７０ａ，７０ｂ，７０ｃ カバー

Claims (8)

1. 側部一方向から板状の基板の出し入れが可能な凹部が設けられたホルダー本体、該凹部底面に平行な状態を保って該底面に垂直な方向に移動可能に設けられたプレート、前記基板の下面に対し垂直方向に伸び縮みする第１の弾性体と該弾性体の弾性力により前記基板の下面に接触して該基板を押し上げる押上体を備えており、前記プレート上の少なくとも三箇所に設けられた押上機構、及び、前記各押上体とで前記基板を上下両面から挟み込んで支持するために前記ホルダー本体に取り付けられた少なくとも三個の上面規制板を具備し、前記プレートを底面に近づける様に移動させて前記各押上体と各対向する上面規制板の間に被照射物を出し入れ出来る様にし、前記プレートを底面から遠ざける方向に移動させて前記各押上体と各対向する上面規制板の間に前記基板を狭持させる様に成した基板ホルダーにおいて、前記押上体は前記基板下面に接触する接触体と該接触体を支える支持体とから成り、該支持体が前記弾性体の弾性力を直接受け、且つ、該接触体の支持体と接する下面を球面状とすることにより、該接触体が基板の面と並行な軸の回りに回転出来る様に成した基板ホルダー。
2. 前記支持体に接する前記接触体の面が球面状に形成されている請求項１記載の基板ホルダー。
3. 前記支持体の少なくとも前記接触体と接する部分は該接触体の外径より大きい内径を有する筒状体に形成されており、該筒状体と前記接触体の間に第２の弾性体が嵌入された請求項１記載の基板ホルダー。
4. 前記第２の弾性体はオーリングから成る請求項３記載の基板ホルダー。
5. 前記プレートの周辺部であって前記上面規制板に対向する少なくとも三箇所に孔が明けられており、該各孔に前記接触体の上方側面を除く側面及び前記支持体の側面を覆う様にカバーが取り付けられている請求項１記載の基板ホルダー。
6. 前記接触体は径の小さい上方部と径の大きい下方部とから成り、前記カバーの上壁には前記接触体上方部の外径より大きい孔が明けられており、該上方部が該孔を突き抜けている請求項５記載の基板ホルダー。
7. 前記支持体の前記接触体と接する部分は該接触体の外径より大きい内径を有する筒状体に形成され、それ以外の部分は前記カバーの内径より小さい外径の柱状体若しくは筒状体に形成されており、該柱状体若しくは筒状体と前記カバーとの間に前記第１の弾性体が挿入されている請求項５記載の基板ホルダー。
8. 前記第１の弾性体はコイルバネから成る請求項１若しくは請求項７記載の基板ホルダー。

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