JP2005277117A - 基板保持装置、露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】平面精度を高く維持した状態で基板を保持する。
【解決手段】ウエハホルダ70では、複数の突起状のピン32Aと、ピン32B,32CとによってウエハWが支持されるが、ピン32B,32Cの先端部の少なくとも一部の高さは、ピン32Aの先端部の高さよりも低くなるように設定されている。このように、ウエハWを支持する高さを、外気開放部近傍では低くなるように設定しておけば、ウエハWの反りや盛り上がりを矯正することができる。
【選択図】 図3
【解決手段】ウエハホルダ70では、複数の突起状のピン32Aと、ピン32B,32CとによってウエハWが支持されるが、ピン32B,32Cの先端部の少なくとも一部の高さは、ピン32Aの先端部の高さよりも低くなるように設定されている。このように、ウエハWを支持する高さを、外気開放部近傍では低くなるように設定しておけば、ウエハWの反りや盛り上がりを矯正することができる。
【選択図】 図3
Description
本発明は、基板保持装置、露光方法、露光装置及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、平板状の基板を保持する基板保持装置、平板状の基板を露光する露光方法、該基板保持装置を備える露光装置、及び該露光装置を用いて露光を行うデバイス製造方法に関する。
従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスク又はレチクル(以下「レチクル」と総称する)に形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板(以下、「ウエハ」と総称する)上に転写する露光装置が用いられている。近年では、半導体素子の高集積化に伴い、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装置(いわゆるステッパ)や、このステッパに改良を加えたステップ・アンド・スキャン方式の走査型投影露光装置(いわゆるスキャニング・ステッパ)等の逐次移動型の投影露光装置が主流となっている。
このような投影露光装置においては、2次元面内を移動可能なウエハステージが設けられており、このウエハステージ上に固定されたウエハホルダにより、ウエハが真空吸着或いは静電吸着等により保持されている。このようなウエハホルダでは、ウエハとの間に異物の挟み込みが生じるとウエハ表面に凹凸が生じ、露光の際の焦点ずれ、ひいては転写精度の劣化が発生してしまう場合がある。
また、このような投影露光装置では、回路パターンの微細化の要求に対応するため解像力の向上が至上命題となっている。そのため、投影光学系の開口数(N.A.)を大きくする大N.A.化が進んでいるが、その大N.A.化は、投影光学系の焦点深度の狭小化を招く。したがって、投影光学系の大N.A.化に対応するためには、ウエハホルダとウエハとの間の異物の挟み込みを回避することが重要となる。
最近では、ウエハホルダとウエハとの間の異物の挟み込みを回避するため、様々なウエハホルダが提案されている。例えば、特許文献1などに開示されている多数のピン状の支持部材(以下、「ピン」という)によりウエハを支持するピンチャック式のウエハホルダが比較的多く用いられるようになってきた。かかるピンチャック式のウエハホルダによれば、前述の異物挟み込みの発生をほぼ確実に抑制することが可能である。
半導体素子は、ウエハ上に複数層のパターンを重ね合わせて製造されるため、ウエハはプロセスの進行に伴って、次第に変形する。このため、ウエハホルダには、ベアウエハだけでなく、様々なプロセスを経て、ある程度変形したウエハが載置されることとなる。したがって、前述の焦点深度の狭小化に対応するためには、ピンチャック式のウエハホルダにおいても、ウエハを矯正、或いはウエハの平面精度を維持したうえでそのウエハを保持するのが望ましい。なお、ここで、「プロセス」とは、露光工程などを含む半導体素子等の製造プロセスを指す。
特開平1−129438号公報
請求項1に記載の発明は、平板状の基板(W)を保持する基板保持装置であって、本体部の所定面積の領域上にそれぞれの先端部が略同一平面上に配置され、前記各先端部によって前記基板を支持可能な突起状の複数の第1支持部(32A)と;前記基板を支持可能で、その支持状態で、前記基板が外気に開放されている外気開放部と前記各第1支持部によって支持された部分との境界を形成し、前記各第1支持部とともに前記基板を支持する先端部の少なくとも一部の高さが前記各第1支持部の先端部の高さと異なるように設定された第2支持部(32B,32C)と;を備える基板保持装置(70)である。
これによれば、本体部が有する複数の突起状の第1支持部と、第2支持部とによって平板状の基板が支持されるが、外気開放部近傍の第2支持部の先端部の少なくとも一部の高さは、複数の第1支持部の先端部の高さと異なるように設定されている。このように、基板を支持する高さを、基板の大部分を支持する複数の第1支持部と外気開放部近傍の第2支持部とで異なるようにしておけば、基板の形状に適合した形でその基板を支持することができるようになるため、結果的に、プロセスを経て様々な形に変形した基板であっても、平面精度を維持した状態で保持することができるようになる。なお、本明細書において、「外気開放部」とは、基板の裏面が外気中に開放されている部分を指し、例えば、基板の外周部付近や、基板を脱着するための脱着機構によって支持される基板の部分などを指す。
この場合、請求項2に記載の基板保持装置のごとく、前記各第1支持部の先端部と前記第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差が、支持対象である前記基板の変形に応じて決定されていることとすることができる。
かかる場合には、複数の第1支持部の先端部と第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差が、支持対象である基板の変形に応じて決定されているので、基板の変形状態によらず、複数の第1支持部と第2支持部とによって平坦性良く(平面精度を高く維持した状態で)基板を支持することが可能となる。
上記請求項1又は2に記載の基板保持装置において、請求項3に記載の基板保持装置のごとく、前記第2支持部の先端部の少なくとも一部の高さが、前記各第1支持部の先端部の高さより低く設定されていることとすることができる。かかる場合には、第2支持部の先端部の少なくとも一部の基板に対向する部分の高さが、各第1支持部の先端部より低く設定されていることにより基板と対向する第2支持部との間に生じる隙間のため、たとえ支持対象の基板の第2支持部に対向する部分がプロセスにより第2支持部に対して離れる方向に局所的に変形していた場合でも、基板を吸着した際にその基板の変形した部分は第2支持部に近づく方向に矯正されるので、複数の第1支持部と第2支持部とによって平坦性良く(平面精度を高く維持した状態で)基板を支持することが可能となる。
上記請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板保持装置において、請求項4に記載の基板保持装置のごとく、前記各第1支持部の先端部と前記第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差が調節可能であることとすることができる。
かかる場合には、各第1支持部の先端部と第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差が調節可能であることから、基板の変形状態に応じてその高さの差を調節することにより、基板の変形状態によらず複数の第1支持部と第2支持部とによって平坦性良く(平面精度を高く維持した状態で)基板を支持することが可能となる。
上記請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板保持装置において、請求項5に記載の基板保持装置のごとく、前記第2支持部は、前記領域の外側を取り囲む第1隔壁と、前記基板を着脱するための着脱機構を前記領域から突出及び退避可能とするために前記領域内に設けられた開口部の周辺を取り囲む第2隔壁との少なくとも一方を有することとすることができる。
この場合、請求項6に記載の基板保持装置のごとく、前記第2支持部は、前記第1隔壁上及び前記第2隔壁上の少なくとも一方に配設された複数の突起部をさらに有することとすることができる。かかる場合には、第2支持部と基板との接触面積を少なくすることができるため、それらの間に異物が挟み込まれる確率を極めて小さくすることができる。
この場合、請求項7に記載の基板保持装置のごとく、前記第2支持部は、前記複数の突起部が配設された前記第1隔壁及び前記第2隔壁を有し、前記第1隔壁上の複数の突起部の先端部の少なくとも一部の高さと、前記第2隔壁上の複数の突起部の先端部の少なくとも一部の高さとが互いに異なるように設定されていることとすることができる。
このように、第1隔壁上の複数の突起部の先端部の少なくとも一部の高さと、第2隔壁上の複数の突起部の先端部の少なくとも一部の高さとを異なるようにし、それぞれが支持する箇所の変形に応じた高さに設定すれば、基板の変形により適合した状態で基板を支持することができるようになる。
請求項8に記載の発明は、平板状の基板を露光する露光方法であって、前記基板を支持する複数の突起状の第1支持部の先端部と、前記各第1の支持部によって支持された部分よりも外気に開放されている前記基板の部分を支持する第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差を、プロセスの進行による前記基板の変形に応じた差としたうえで前記基板を保持する第1工程と;前記第1工程で保持された基板を露光する第2工程と;を含む露光方法である。
これによれば、第1工程において、第1支持部の先端部と第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差を、プロセスの進行による前記基板の変形に応じた差としたうえで基板を支持する。このようにすれば、プロセスの進行により変形した基板の形状に、より適合した形でその基板を支持することができるようになるため、プロセスを経て様々な形に変形した基板を、その平面精度を維持しながら支持することができる。そのため、第2工程において、平坦度良く支持された基板に対し、高精度な露光を実現することができる。
この場合において、請求項9に記載の露光方法のごとく、前記第1工程では、予め用意した前記高さの差がそれぞれ異なる複数の基板保持装置の中から、前記基板の変形に応じた前記高さの差を有する基板保持装置を選択し、選択した基板保持装置を用いて前記基板を保持することとすることができるし、請求項10に記載の露光方法のごとく、前記第1工程では、前記高さの差を調整可能な基板保持装置を用い、前記高さの差を前記基板の変形に応じた差に調整して前記基板を保持することとすることもできる。
請求項11に記載の発明は、パターンを、投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板保持装置と;前記基板保持装置に保持された基板を移動するために前記基板保持装置を駆動するステージ装置と;を備える露光装置である。
これによれば、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板保持装置によって基板が保持されているため、その基板が平面精度を良好に維持するように支持される。そして、ステージ装置により駆動される基板保持装置上に平坦度良く支持された基板に対して投影光学系を介してパターンが転写される。よって、この場合、基板上の露光領域(被露光領域)を、投影光学系の焦点深度内に高精度に合致させることが容易となり、デフォーカスに起因するパターンの転写精度の劣化が殆どない、高精度な露光が可能となる。
この場合、請求項12に記載の露光装置のごとく、前記高さの差が異なる複数の前記基板保持装置を備えることとすることができる。
この場合、請求項13に記載の露光装置のごとく、前記複数の基板保持装置の中から選択された1つの基板保持装置を前記ステージ装置に搬送する搬送系をさらに備えることとすることができる。かかる場合には、基板保持装置を手動で転写位置に設置する必要がなくなるため、基板保持装置を転写位置に設置するための作業者の負担が軽減されるとともにその設置時間を短縮することができる。
上記請求項12又は13に記載の露光装置において、請求項14に記載の露光装置のごとく、前記複数の基板保持装置の中から、前記基板の変形に応じた前記高さの差を有する基板保持装置を選択する選択装置をさらに備えることとすることができる。かかる場合には、複数の基板保持装置の中から、基板保持装置を自動的に選択することができるようになるため、基板保持装置を選択するための作業者の負担を軽減することができるとともに、その選択のために要する時間を短縮することができる。
上記請求項14に記載の露光装置において、請求項15に記載の露光装置のごとく、前記基板の変形に応じた前記高さの差を算出する算出装置をさらに備えることとすることができる。
請求項16に記載の発明は、パターンを、投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、請求項4に記載の基板保持装置と;前記各第1支持部の先端部と前記第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差を調節する調節装置と;を備える露光装置である。
かかる場合には、各第1支持部の先端部と第2支持部の少なくとも一部の先端部との高さの差が調節可能な基板保持装置と、それらの高さの差を調節する調節装置とを備えていることから、調節装置により基板の変形状態に応じてその高さの差を調節することにより、基板の変形状態によらず複数の第1支持部と第2支持部とによって平坦性良く(平面精度を高く維持した状態で)基板を支持することが可能となる。このため、基板保持装置を何種類も備える必要がなく、その分コストの削減が可能となるとともに、その複数の基板保持装置の格納スペースも不要となるため、装置の小型化を図ることも可能となる。
この場合、請求項17に記載の露光装置のごとく、前記基板保持装置により保持された基板の変形量を検出する検出系をさらに備え、前記調節装置は、前記検出系によって検出された前記基板の変形量に基づいて前記高さの差を調節することとすることができる。
かかる場合には、第2支持部の先端部の少なくとも一部の高さと第1支持部の先端部との高さの差を自動的に調整することができるようになるため、その差を調整するための作業者の負担を軽減することができるとともにその調整時間を短縮することができる。
請求項18に記載の発明は、リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項11〜17のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うデバイス製造方法である。
これによれば、請求項11〜17のいずれか一項に記載の露光装置によって露光が行われるため、デフォーカスに起因するパターンの転写精度の劣化が殆どない高精度な露光が可能となるので、高集積度のデバイスの生産性を向上させることができる。
以下、本発明の一実施形態について、図1〜図5に基づいて説明する。
図1には、本発明の一実施形態に係る露光装置100の概略構成が示されている。この露光装置100は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置である。この露光装置100は、照明系10、マスクとしてのレチクルRを保持するレチクルステージRST、投影光学系PL、基板としてのウエハWが搭載されるステージ装置50、及びこれらの制御系等を備えている。
照明系10は、例えば特開平6−349701号公報などに開示されるように、光源、オプティカル・インテグレータ(フライアイレンズ、ロッドインテグレータ(内面反射型インテグレータ)あるいは回折光学素子等)などを含んで構成される照度均一化光学系、リレーレンズ、可変NDフィルタ、レチクルブラインド、及びダイクロイックミラー等(いずれも不図示)を含んで構成されている。
この照明系10は、回路パターン等が描かれたレチクルR上のレチクルブラインドで規定されたスリット状の照明領域部分をエネルギビームとしての照明光ILによりほぼ均一な照度で照明する。ここで、照明光ILとしては、KrFエキシマレーザ光(出力波長248nm)などの遠紫外光、ArFエキシマレーザ光(出力波長193nm)、あるいはF2レーザ光(出力波長157nm)などの真空紫外光などが用いられる。照明光ILとして、超高圧水銀ランプからの紫外域の輝線(g線、i線等)を用いることも可能である。
レチクルステージRST上には、レチクルRが、例えば真空吸着により固定されている。レチクルステージRSTは、例えばリニアモータ等を含む不図示のレチクルステージ駆動部によって、照明系10の光軸(後述する投影光学系PLの光軸AXに一致)に垂直なXY平面内で微少駆動可能であるとともに、所定の走査方向(ここではY軸方向とする)に指定された走査速度で駆動可能となっている。
レチクルステージRSTのステージ移動面内の位置は、レチクルレーザ干渉計(以下、「レチクル干渉計」という)16によって、移動鏡15を介して、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出される。レチクル干渉計16からのレチクルステージRSTの位置情報はステージ制御装置19及びこれを介して制御装置としての主制御装置20に供給される。ステージ制御装置19では、主制御装置20からの指示に応じ、レチクルステージRSTの位置情報に基づいてレチクルステージ駆動部(不図示)を介してレチクルステージRSTを駆動制御する。ここで、レチクルステージRSTの端面を鏡面加工して反射面(移動鏡15の反射面に相当)を形成しても良い。
投影光学系PLは、レチクルステージRSTの図1における下方に配置され、その光軸AXの方向がZ軸方向とされている。投影光学系PLとしては、例えば両側テレセントリックで所定の縮小倍率(例えば1/4又は1/5)を有する屈折光学系が使用されている。このため、照明系10からの照明光ILによってレチクルRの照明領域が照明されると、このレチクルRを通過した照明光ILにより、投影光学系PLを介してその照明領域内のレチクルRの回路パターンの縮小像(部分倒立像)が表面にレジスト(感光剤)が塗布されたウエハW上に形成される。
ステージ装置50は、ウエハステージWST、該ウエハステージWST上に設けられたウエハホルダ70、これらウエハステージWST及びウエハホルダ70を駆動するウエハステージ駆動部24等を備えている。
ウエハステージWSTは、投影光学系PLの図1における下方で、不図示のベース上に配置され、ウエハステージ駆動部24を構成する不図示のリニアモータ等によってXY方向へ駆動されるXYステージ31と、該XYステージ31上に載置され、ウエハステージ駆動部24を構成する不図示のZ・チルト駆動機構によって、Z軸方向、及びXY面に対する傾斜方向(X軸回りの回転方向(θx方向)及びY軸回りの回転方向(θy方向))へ微小駆動されるZ・チルトステージ30とを備えている。このZ・チルトステージ30上にウエハWを保持する基板保持装置としてのウエハホルダ70が搭載されている。なお、ウエハホルダ70は、真空吸着によりZ・チルトステージ30上に保持されている。
図2には、ウエハホルダ70を+Z側からみたときの平面図が示されており、図3には、ウエハホルダ70のA−A線断面図が示されている。図2では、ウエハホルダ70上にウエハWが保持されていない状態となっているが、図3では、ウエハホルダ70上にウエハWが保持されている状態となっている。ウエハホルダ70は、図2の平面図に示されるように、円形板状の本体部としてのベース部26、該ベース部26の上面(図2における紙面手前側の面)の中央部の所定面積の領域に所定の間隔で設けられた複数の第1支持部としての突起状のピン32A,32A,……、これら複数のピン32Aが配置された前記領域を取り囲む状態で外周縁近傍に設けられた環状の第1隔壁としての凸部(以下、「リム部」と称する)28等を備えている。リム部28上には、複数の第2支持部の一部としての突起状のピン32B,32B, ……、が所定の間隔で設けられている。
ベース部26の中央部近傍には、その中心(ホルダセンタ)との距離が等しいほぼ正三角形の各頂点の位置に3つの貫通孔84が形成されている。これらの貫通孔84それぞれには、円柱形状を有し、上下方向(図2における紙面直交方向)に可動な上下動ピン(センタアップ)34a,34b,34cが挿入されており、これら3つのセンタアップ34a〜34cは、図1のウエハステージ駆動部24を構成する不図示の上下動機構を介して、上下方向(Z軸方向)に同時に同一量だけ、昇降(上下動)されるようになっている。また、図示していないが、センタアップ34a〜34cの上下動機構は少なくとも一部がXYステージ31に設けられ、センタアップ34a〜34cはウエハホルダ70の3つの貫通孔84に対応してZ・チルトステージ30に設けられる3つの貫通孔にも挿入されている。図3には、ウエハWが、センタアップ34a〜34cに支持された状態が図示されている(ただし、紙面より手前に配置されているセンタアップ34cは、図示されていない)。ウエハロード、ウエハアンロード時には、センタアップ34a〜34cが上下動機構により駆動されることで、センタアップ34a〜34cによってウエハWを下方から支持したり、その状態でウエハWを上下動させたりすることができるようになっている。
センタアップ34a〜34cを取り囲む状態で、センタアップ34a〜34cが挿入された貫通孔84と、ピン32Aが配置された領域とを隔てる第2隔壁としてのリム部35A〜35Cが、それぞれ設けられている。それらリム部35A〜35C上にも、第2支持部の一部としての複数の突起状のピン32Cが所定の間隔で設けられている。
図3に示されるように、リム部28及びリム部35A〜35Cは、ベース部26の上面よりも+Z側に突出している。ロードされたウエハWは、真空吸着時には、複数のピン32Aの先端部と、リム部28及びリム部35A〜35C上に設けられた複数のピン32B,32Cの先端部によって支持されるようになる。本実施形態では、ピン32B,32Cの先端部のZ軸方向の高さは、ピン32Aの先端部のZ軸方向の高さよりも約2〜3μm低くなるように設定されている。
なお、ウエハホルダ70は、低熱膨張率の材料、例えばセラミックス等のある程度弾性を有する材料より形成されており、全体として円盤状のセラミックス等の材料の表面をエッチングすることによって、底面部を構成する円形板状のベース部26と、リム部28,35A,35B,35C及び複数のピン32A,32B,32Cとが一体的に形成されたものとなっている。
また、ベース部26の上面には、図2に示されるように、複数の給排気口36が、ベース部26上面の中心部近傍から放射状(ほぼ120°の中心角の間隔を有する3本の半径線の方向)に、所定間隔で形成されている。これら給排気口36も、ピン32Aと干渉しない位置に形成されている。給排気口36は、それらの直下の配管をそれぞれ介してベース部26内部に形成された給排気路38A,38B,38Cにそれぞれ接続され、これらの給排気路38A,38B,38Cが後述する給排気機構80を構成する給排気枝管40a、40b、40cと連通している。
上述のようにして構成されたウエハホルダ70には、図2に示されるように、ウエハホルダ70上に載置され、複数のピン32A等によって下方から支持されたウエハWを、吸着保持するために、そのウエハWと、ベース部26と、リム部28,35A〜35C等で囲まれた領域を真空状態とする真空吸着機構を含む給排気機構80が接続されている。
給排気機構80は、第1真空ポンプ46A、真空室46Ba及び第2真空ポンプ46Bb、並びに給気装置46Cと、これら第1真空ポンプ46A、真空室46Ba及び第2真空ポンプ46Bb、並びに給気装置46Cを給排気路38A〜38Cにそれぞれ接続する給排気管40とを備えている。
給排気管40は、給排気本管40dと、該給排気本管40dの一端から3つに枝分かれした前述の給排気枝管40a,40b,40cと、給排気本管40dの他端から3つに枝分かれした第1排気枝管40e、第2排気枝管40f、給気枝管40gとから構成されている。
前記第1排気枝管40eの給排気本管40dとは反対側の端部には、電磁弁(電磁バルブ)V1を介して第1真空ポンプ46Aが接続されている。また、前記第2排気枝管40fの給排気本管40dとは反対側の端部には、電磁弁V2を介して真空室46Baの一端部が接続されている。この真空室46Baの他端部には、第2真空ポンプ46Bbが接続されている。また、前記給気枝管40gの給排気本管40dとは反対側の端部には、電磁弁V3を介して給気装置46Cが接続されている。
また、図示は省略されているが、給排気本管40dの一部には、給排気管40内部の気圧を計測するための気圧計が接続されている。この気圧計による計測値は図1の主制御装置20に供給され、主制御装置20は、気圧計による計測値とウエハWのロード、アンロードの制御情報とに基づいて、各電磁弁V1〜V3の開閉と、真空ポンプ46A,46Bb及び給気装置46Cの動作とを制御するようになっている。なお、これらの動作については、後に更に詳述する。
本実施形態では、第1真空ポンプ46A、電磁弁V1、給排気管40、給排気路38A〜38C、及び給排気口36にそれぞれ接続された配管によって吸着機構としての真空吸着機構が構成されている。
前記給排気路38A〜38Cについて、図3に示される給排気路38Aを代表的に採り上げて簡単に説明する。この給排気路38Aは、ベース部26の外周面からベース部26の中心部近傍にかけて半径方向(X軸方向)に沿って形成された幹路88Aと、該幹路88Aから半径方向に所定間隔を隔てて、それぞれ+Z方向に分岐された複数(ここでは5つ)の分岐路86A1〜86A5とから成る通路である。この場合、分岐路86A1〜86A5の上端の開口端それぞれが、前述した給排気口36となっている。なお、残りの2つの給排気路38B,38Cも給排気路38Aと同様の構成となっている。
すなわち、ピン32A等によってウエハWが支持された状態で、真空吸着機構が動作すると、ウエハWとベース部、リム部28、35A〜35Cによって囲まれた領域の気体がその真空吸着機構の真空ポンプによって、給排気口36、給排気路38A〜38Cを介して吸い出され、その領域が減圧状態となる。すると、大気圧によってウエハWが−Z側に押しつけられ、ウエハホルダ70に真空吸着されるようになる。なお、ウエハWの裏面のうち、ウエハWとベース部26、リム部28、35A〜35Cによって囲まれた領域以外の裏面、すなわち外気圧空間に開放されている部分を外気開放部と呼ぶ。本実施形態では、センタアップ34a〜34cによって支持される部分や、リム部28の外側のわずかな部分が外気開放部に相当する。なお、本実施形態ではリム部28の外径がウエハWの半径よりも僅かに小さくなるようにウエハホルダ70が構成されているものとしたが、リム部28の外径がウエハWの半径と同一、あるいはウエハの半径よりも僅かに大きくなる(但し、リム部28の内径はウエハWの半径よりも小さくなる)ようにウエハホルダ70を構成してもよい。この場合、ウエハW、ベース部26、及びリム部28、35A〜35Cによって規定され、内部の気体が排出される減圧空間以外、即ちリム部28の外側、及びリム部35A〜35Cの内側が外気開放部となる。また、上述の真空吸着動作については、後に更に詳述する。
図1に戻り、XYステージ31は、走査方向(Y軸方向)の移動のみならず、ウエハW上で2次元に配列される複数のショット領域をそれぞれ走査露光するために、走査方向に直交する非走査方向(X軸方向)にも移動可能に構成されており、ウエハW上の各ショット領域を走査(スキャン)露光する動作と、次ショットの露光のための加速開始位置まで移動する動作とを繰り返すステップ・アンド・スキャン動作を行う。
ウエハステージWSTのXY平面内での位置(Z軸回りの回転(θz回転)を含む)は、Z・チルトステージ30の上面に設けられた移動鏡17を介して、ウエハレーザ干渉計システム18によって、例えば0.5〜1nm程度の分解能で常時検出されている。ここで、実際には、Z・チルトステージ30上には、例えば図2に示されるように、走査方向(Y軸方向)に直交する反射面を有するY移動鏡17Yと非走査方向(X軸方向)に直交する反射面を有するX移動鏡17Xとが設けられ、これに対応してウエハレーザ干渉計システム18もY移動鏡17Yに垂直に干渉計ビームを照射するY干渉計と、X移動鏡17Xに垂直に干渉計ビームを照射するX干渉計とが設けられているが、図1ではこれらが代表的に移動鏡17、ウエハレーザ干渉計システム18として示されている。なお、ウエハレーザ干渉計システム18のY干渉計及びX干渉計は、測長軸を複数有する多軸干渉計であり、これらの干渉計によって、ウエハステージWST(より正確には、Z・チルトステージ30)の回転(θz回転(ヨーイング)、Y軸回りの回転であるθy回転(ピッチング)、及びX軸回りの回転であるθx回転(ローリング))も計測されている。なお、X、Y移動鏡17X,17Yは、Z・チルトステージ30と別の部材に反射面を形成してZ・チルトステージ30に固定したものでも良いし、あるいはZ・チルトステージ30の端面(側面)に反射面を形成したものでも良い。
ウエハレーザ干渉計システム18によって検出されたウエハステージWSTの位置情報(又は速度情報)はステージ制御装置19、及びこれを介して主制御装置20に供給される。ステージ制御装置19では、主制御装置20からの指示に応じ、ウエハステージWSTの上記位置情報(又は速度情報)に基づき、ウエハステージ駆動部24を介してウエハステージWSTの位置を制御する。
本実施形態の露光装置100では、図1に示されるように、主制御装置20によってオン・オフが制御される光源を有し、投影光学系PLの結像面に向けて多数のピンホール又はスリットの像を形成するための結像光束を、光軸AXに対して斜め方向より照射する照射系60aと、それらの結像光束のウエハW表面での反射光束を受光する受光系60bとから成る斜入射方式の多点焦点位置検出系から成る焦点位置検出系が設けられている。なお、本実施形態の焦点位置検出系(60a、60b)と同様の多点焦点位置検出系の詳細な構成は、例えば特開平6−283403号公報等に開示されている。
主制御装置20の指示の下、ステージ制御装置19では、後述する走査露光時等に、受光系60bからの焦点ずれ信号(デフォーカス信号)、例えばSカーブ信号に基づいて焦点ずれが零となるように、ウエハステージ駆動部24を介してZ・チルトステージ30及びウエハホルダ70のZ軸方向への移動、及び2次元の傾斜(すなわち、θx,θy方向の回転)を制御する。すなわち多点焦点位置検出系(60a、60b)を用いてZ・チルトステージ30及びウエハホルダ70の移動を制御することにより、照明光ILの照射領域(照明領域と結像関係)内で投影光学系PLの結像面とウエハWの表面とを実質的に合致させるオートフォーカス(自動焦点合わせ)及びオートレベリングを実行する。本実施形態では、主制御装置20、ステージ制御装置19及びウエハステージ駆動部24によって、焦点位置検出系(60a、60b)の検出結果に基づいて、ウエハホルダ70を光軸AX方向及び光軸AXに直交する面に対する傾斜方向に駆動する駆動装置が構成されている。
次に、本実施形態の露光装置100におけるウエハホルダ70に対するウエハWのロード時及びアンロード時における動作について説明する。
ウエハWのロードに際しては、図2の電磁弁V1〜V3は全て閉じられており、給排気機構80による給気動作及び排気動作はオフされている。
不図示のウエハローダにより、ウエハWがウエハホルダ70上方に搬送されると、主制御装置20の指示の下、ステージ制御装置19が不図示の上下動機構を介してセンタアップ34a〜34cを上昇させる。ここでセンタアップ34a〜34cの上昇量が所定量に達すると、ウエハローダ上のウエハWがセンタアップ34a〜34cに受け渡され、ウエハローダがウエハホルダ70上方から退避する。その後、ステージ制御装置19がセンタアップ34a〜34cを下降することにより、ウエハホルダ70上にウエハWが載置される。
上記のようにしてウエハホルダ70上にウエハWが載置されると、主制御装置20は、図2の高速排気用の真空室46Baに通じる電磁弁V2を開いて、ベース部26、リム部28,35A〜35C、及びウエハWで囲まれた空間内の気体を高速に吸引(排気)する。この際、本実施形態では、スループットの向上を図るため、真空室46Baを使用することによって吸引圧力を、例えば−800hPa程度と高く(高度な真空状態に)設定している。
このようにして、ウエハWを高速に吸着保持することでウエハロードが終了する。その後、主制御装置20は、図2の電磁弁V2を閉じ、通常時に使用する第1真空ポンプ46Aに通じる電磁弁V1を開く。これ以降は第1真空ポンプ46Aの吸引力によりウエハWが吸着保持されることとなる。
ここで、ウエハWをウエハホルダ70で吸着保持してから、ウエハWを取り出すまでの間は、ウエハステージWSTの移動等によりウエハWが横ずれしてアライメント精度等に悪影響を与えない程度の吸引圧力(吸着力)があれば良く、本実施形態では、真空吸着によるウエハWの変形を最小限に抑えるように、通常使用する第1真空ポンプ46Aによる吸引圧力を、例えば−266.5hPa〜−333.2hPa程度と低く(低度の真空状態に)設定している。また、ウエハWをウエハホルダ70上に載置する場合とそれ以外の動作を行う場合とで吸引圧力を異ならせることで、ウエハロードに要する時間を短縮できる。
一方、ウエハWをアンロードするに際しては、主制御装置20は、まず、図2の電磁弁V1を閉じ、吸着動作をオフする。次いで、主制御装置20は、センタアップ34a〜34cを所定量上昇するとともに、給気弁V3を開き、ウエハWの底面に向けて気体を吹き付ける。これにより、上述の真空状態が直ちに解除される。
センタアップ34a〜34cが所定量上昇すると、ピン32A等にて支持されているウエハWがセンタアップ34a〜34cに受け渡され、不図示のウエハアンローダがウエハWの下側に入り込むとともに、センタアップ34a〜34cが下降することで、センタアップ34a〜34cからウエハアンローダにウエハWが受け渡される。そして、ウエハアンローダがウエハホルダ70上から退避することにより、ウエハアンロードが終了する。
このように、ウエハWをウエハホルダ70からアンロードする際にウエハWの底面に気体を吹き付けることにより、ウエハWのアンロード時間が短縮されることになる。
なお、照明光ILとして真空紫外光等を使用する場合には、照明光ILの光路上の気体をヘリウム等の照明光に対して透過性の高い気体で置換するが、このような場合には、ウエハWの底面に吹き付ける気体も、照明光ILに対して透過性の高い気体とすることが望ましい。また、ウエハWの底面に吹き付ける気体の量は、ウエハWが浮き上がらないような微小量とすることが望ましい。なお、ウエハWのアンロード時に必ずしも気体の吹き付けを行わなくてもよい。
上述したような動作によって、ウエハWのウエハホルダ70へのロード、アンロードが実行されるが、その際、ウエハホルダ70にロードされるウエハWは、ベアのウエハだけではなく、様々なプロセスを経たウエハである場合もある。そのようなウエハは、プロセスの影響により、変形している場合が多く、例えば、中心から円周部(外縁部)に向かって反りあがっていたり、中心がその周辺部に比べて盛り上がっていたりする場合がある。このようなウエハの変形は、プロセスが進むにつれて大きくなっていく。
本実施形態では、ウエハホルダ70に備えられた複数のピン32A,32B,32CによってウエハWが支持されるようになるが、外気開放部近傍にあるピン32B及びピン32Cの先端部の高さは、真空吸着が行われる領域に配設されたピン32Aの先端部の高さよりも低くなるように設定されている。なお、図3では、ピン32Aの高さを示す線を一点鎖線で示しており、ピン32B,32Cの高さを示す線を点線で示している。
このように、外気開放部近傍にあるピン32B及びピン32Cの先端部が、ピン32Aの先端部の高さよりも低くなるように設定されていると、ピン32Aの先端部にウエハWが接触しても、ピン32B及びピン32Cの先端部とウエハWとの間にはわずかな隙間が生じる。この状態で、ピン32Aによって支持された部分の真空吸着を行うと、大気圧等の外気の圧力の作用によってウエハWが吸着されるが、図4(A)、図4(B)に示されるように、同時に、ウエハWが外気に開放されている外気開放部から前述の隙間を通過してピン32Aによって支持された部分へ向かう気流が発生し、その隙間に負圧が生じる。すると、この負圧と大気圧との作用によってその隙間を形成するウエハWの部分がリム部28,35A〜35Cにより近づくように変形する。したがって、例えば、ウエハWがプロセスを経て変形し、ピン32B,32Cの先端部に対応する部分が反りあがって(盛り上がって)いたとしても、その部分は、前述の負圧等の作用によって、ウエハホルダ70側に矯正され、そのウエハWの反りあがり(盛り上がり)を平らに矯正することができる。
図5(A)、図5(B)には、ウエハWの変形が上述の作用により、矯正された状態が示されている。図5(A)、図5(B)に示されるように、プロセスを経て変形されたウエハWは平らに矯正されており、ウエハWの平面精度が向上しているのがわかる。また、ウエハWが平らに矯正されていたとしても、ピン32B,32Cの先端部の高さは、ピン32Aの先端部の高さよりも低く設定されているため、ピン32B,32CとウエハWとの間の隙間が保たれ、上述の負圧等によるウエハWの矯正力が維持されてウエハWの平坦度が保たれるほか、ピン32B,32CとウエハWとが直接接触しないため、ピン32B,32Cを境界とするウエハWに対する真空吸着力の違いにより、ピン32B,32Cを支点として、ウエハWが反りあがったり、盛り上がったりするのを防止することができる。また、仮に、ウエハWの矯正力によりウエハWがピン32B,32Cに接触する程度に折り曲げられたとしても、ウエハWの平坦度は、ピン32Aの先端部とピン32B,32Cの先端部の高さh以内に収まるようになる。
次に、本実施形態の露光装置100における走査露光動作について簡単に説明する。
本実施形態の露光装置100によると、通常のスキャニング・ステッパと同様に、レチクルアライメント、不図示のアライメント系のベースライン計測、並びにEGA(エンハンスト・グローバル・アライメント)等のウエハアライメント等の所定の準備作業の後、以下のようにしてステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行なわれる。
すなわち、ステージ制御装置19は、主制御装置20の指示の下、ウエハアライメントの結果に基づいて、ウエハホルダ70に保持されたウエハW上の第1ショット領域(ファーストショット)の露光のための加速開始位置にウエハステージWSTを移動する。そして、ステージ制御装置19では、レチクルステージRSTとウエハステージWSTとのY軸方向の相対走査を開始して、ウエハW上のファーストショットの走査露光を行い、ファーストショットにレチクルRの回路パターンを、投影光学系PLを介して縮小転写する。
ここで、上記の走査露光中には、照明光ILの照射領域(投影光学系PLに関して照明領域と共役な露光領域)内でウエハW上の各ショット領域の表面が投影光学系PLの結像面に実質的に一致した状態で露光が行われる必要があるため、前述した焦点位置検出系(60a、60b)の出力に基づくオートフォーカス、オートレベリングが主制御装置20により実行されている。
このようにして、ファーストショットの走査露光が終了すると、主制御装置20からの指示に応じ、ステージ制御装置19により、ウエハステージWSTがX軸方向にステップ移動され、セカンドショット(第2番目のショット領域)の露光のための加速開始位置に移動される。そして、主制御装置20の管理の下、セカンドショットに対して上記と同様の走査露光が行われる。
このようにして、ウエハW上のショット領域の走査露光とショット領域間のステッピング動作とが繰り返し行われ、ウエハW上の全ての露光対象ショット領域にレチクルRの回路パターンが順次転写される。
以上詳細に説明したように、本実施形態では、ウエハホルダ70の本体部が有する複数の突起状のピン32Aとリム部28上のピン32B及びリム部35A〜35C上のピン32CとによってウエハWが支持されるが、外気開放部近傍のピン32B,32Cの先端部の高さは、ピン32Aの先端部の高さよりも低くなるように設定されているため、外気圧の作用によってその隙間を形成するウエハWの部分が矯正されるので、そのウエハWの反りや盛り上がりを平らに矯正することができる。
なお、本実施形態では、ピン32B,32Cの先端部の高さを、ピン32Aの先端部の高さよりも低くしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ピン32B,32Cの先端部の高さを、ピン32Aの先端部の高さよりも高くしても良い。例えば、ウエハWの周辺部又はセンタアップ34a〜34c周辺の反りが非常に大きい場合には、ピン32B,32Cの先端部の高さを、ピン32Aの先端部の高さよりも低くすると、リム部28又はリム部35A〜35Cとの隙間が大きくなり過ぎてしまい、却って真空吸着率が低下してしまうという不都合が発生する。そこで、このようなウエハWを吸着するには、場合によっては、ピン32B,32Cの高さを、ピン32Aの高さよりも高くするようにしても良い。
すなわち、本発明では、ピン32B,32Cの先端部の高さは、ピン32Aの先端部の高さと異なるように設定されていれば良い。プロセスを経たウエハは、真空吸着される部分(減圧空間内)と外気開放部付近との吸着力の違いなどにより変形するため、ウエハWを支持する高さを、真空吸着される部分と外気開放部付近とで異なるようにしておけば、ウエハWの形状に適合した形でそのウエハWを支持することができるようになる。このようにすれば、プロセスを経て様々な形に変形したウエハWを各ピン32A〜32Cで平面精度を維持した状態で支持することができるようになる。
なお、本実施形態では、ピン32Bの先端部の高さと、ピン32Cの先端部の高さとは、必ずしも同じでなくてもよく、保持するウエハWの形状に合わせた高さとなっていれば良い。例えば、ウエハWの中央部の盛り上がりが、ウエハWの縁の反りあがりよりも大きい場合には、ピン32Cの先端部の高さを、ピン32Bの先端部の高さよりも高くしても良い。このような場合には、ピン32Aの先端部に対するピン32Bの先端部の高さの差と、ピン32Bの先端部の高さの差とを異ならしめることができるようになり、外周部付近でのウエハの変形量と、中央部付近でのウエハの変形量とに違いがある場合には、それぞれの先端部の高さの差を、その部分での変形量に応じたものとすることができるので有利である。
また、本実施形態では、ピン32B,32Cの先端部の高さを全てピン32Aの先端部の高さと異なるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ピン32Aの先端部の高さと、ピン32B,32Cの先端部の高さとの差が、保持するウエハの形状に適合するようになっていれば良い。すなわち、ウエハの外気開放部付近のごく一部だけが反りあがっているかあるいは盛り上がっているような場合には、その一部に対応するピン32B,32Cの少なくとも一部の先端部の高さが、ピン32Aの先端部の高さと異なるようになっているだけでも良い。
また、本実施形態では、リム部28の高さとリム部35A〜35Cの高さとを同じにしたが、これらは異なっていてもよい。このようにしても、ウエハの外周部と中央部とで変形量が異なる場合に対応することができる。
また、本実施形態のウエハホルダ70は、リム部28の上にピン32Bを有し、リム部35A〜35Cの上にピン32Cを有していたが、リム部28の上にピン32Bが配設されていなくても良く、リム部35A〜35Cの上にピン32Cが配設されていなくても良い。この場合には、ピンが配設されていないリム部(28又は35A〜35C)の上部が、ウエハに相対する部分となるため、このリム部(28又は35A〜35C)の上部の少なくとも一部の高さが、ピン32Aの先端部の高さと異なっていれば良い。また、この場合でも、リム部28の高さとリム部35A〜35Cの高さとを異なるように設定してもよい。このようにすれば、それらとピン32Aの先端部との高さの差を、その部分でのウエハの変形量に応じたものとすることができる。
また、リム部28,35A〜35Cが必ずしも配設されている必要はなく、ピン32B,32Cは、ピン32Aと同様に、ベース部26上にそのまま配設されるようにしても良い。この場合でも、ピン32B,32Cの先端部の少なくとも一部の高さは、ピン32Aの高さと異なっている必要がある。なお、この場合には、ウエハホルダ70の真空吸着性を維持するために、ピン32B,32Cの配置をさらに密にするのが望ましい。
いずれにしても、本実施形態では、外気に開放されている部分周辺でウエハWを支持する部分の一部の高さを、ピン32Aの先端部の高さと異ならしめることにより、保持するウエハの形状に適合するようになっていれば良い。なお、このとき、本実施形態のように、ピン32B,32CとウエハWとの間に隙間ができるようになっていなくても良い。隙間がなくても、ピン32B,32Cの高さがウエハの形状に適合するようになっていれば、少なくともウエハの現状の平面精度を維持することができるからである。
なお、本実施形態の露光装置100において、ウエハホルダ70のピン32A,32B,32Cの先端部の高さの差は固定となっているため、1台のウエハホルダ70を備えただけでは、様々なウエハの変形に対応することは実質的に困難である。そこで、露光装置100或いは、その露光装置100が動作する半導体製造ラインにおける基板処理システムにおいて、ウエハホルダ70と構成がほぼ同一で、ピン32A,32B,32Cの先端部の高さの差がそれぞれ異なっている何種類かの複数のウエハホルダを、例えば露光装置100の内部あるいはクリーンルーム内の収納装置に用意しておき、それらのウエハホルダの中から露光対象であるウエハの変形量に応じたウエハホルダを選択し、まず、選択したウエハホルダをZ・チルトステージ30上に装着してから、ウエハをロードして上述した走査露光動作を実行するようにしても良い。なお、ここでいう基板処理システムとは、複数の露光装置を備え、例えばリソグラフィ工程の各プロセスを管理するホストコンピュータの指示によって、それらの露光装置が協調して露光動作を実行するリソグラフィシステムのことである。露光装置100は、通常このような基板処理システムの一露光装置として、他の露光装置とともに、ホストコンピュータからの指示によりウエハの露光動作を行っている。
なお、複数のウエハホルダから、ウエハの変形に適合した形状を有するウエハホルダを選択するには、まず、ウエハの変形量を計測する必要がある。そこで、このような基板処理システムでは、複数の露光装置の他に、プロセスにより変形したウエハの変形量を計測する計測装置を備えていても良い。このような計測装置で計測されたウエハの計測量の情報は、例えばその計測装置とホストコンピュータとを繋ぐLANなどのネットワークを介して、ホストコンピュータに送信され、ウエハのプロセス管理情報とともに、例えばホストコンピュータが管理するデータベース等に格納される。そして、ホストコンピュータにより、あるウエハの露光が、露光装置100で行われるような工程がスケジューリングされたとすると、ホストコンピュータから露光装置100(この装置も前述のネットワークに接続されているものとする)に対し、そのウエハの露光指示(処理するウエハの識別番号などがこの指示に含まれている)が送信されるとともに、そのウエハの変形に関する情報が前述のデータベースから読み出されて送信される。
露光装置100の主制御装置20は、受信したウエハの変形に関する情報を、例えば不図示の表示装置などに表示すると、オペレータは、表示された情報を参照して、複数のウエハホルダの中から、ウエハの変形に最も適合するウエハホルダを選択し、そのウエハホルダを露光装置100のZ・チルトステージ30上に装着し(前回の露光に用いられたウエハホルダがZ・チルトステージ30に搭載されたままであればそのウエハホルダと交換)、この装着完了後、露光対象のウエハが露光装置100に搬送され、そのウエハの形状に最も適合するウエハホルダ上に真空吸着(ロード)された後、そのウエハの露光が上述したように実行される。このようにすれば、ウエハを吸着保持するウエハホルダの形状は、常にプロセスの進行によるウエハの変形に応じたものとなるので、様々な変形を有するウエハに対応することができる。なお、ウエハの変形量を計測しないで、例えばオペレータがウエハを見てウエハホルダの選択を行うだけでも良い。
なお、上述のウエハホルダの交換等の作業は、オペレータ等の手作業により行っても良いが、主制御装置20による制御により自動化するようにしても良い。図6(A)には、露光装置100の本体チャンバ12をXY面に平行な面に沿って切断した場合の断面図が示されている。図6(A)に示されるように、本体チャンバ12内には、図1に示される主制御装置20や照明系10の一部などを除く各構成要素(図6(A)では、ウエハステージWSTのみ図示されている)の他に、主制御装置20の制御により動作するウエハホルダ搬送系132、ウエハホルダの収納装置116が備えられている。ウエハホルダ搬送系132は、多関節ロボットであり、支柱94に備えられた駆動部92をはじめとする各関節に備えられた回転モータ等の駆動部の回転駆動により、アーム90上に載置されるウエハホルダを搬送する搬送系である。なお、駆動部92の駆動により、アーム90は、上下方向(Z軸方向)にも移動可能となっている。
図6(B)には、収納装置116の一例の斜視図が示されている。図6(B)に示されるように、この収納装置116は、土台部120の上に設けられた本体ケース122の中に、14段の収納棚126が設けられており、各収納棚126にそれぞれウエハホルダを格納可能となっている。なお、それぞれのウエハホルダの収納位置は予め決められており、例えば、一番上の棚から順番に、識別番号1番、2番・・・14番のウエハホルダというように収納されているものとする。また、図6(B)に示されるように、この収納装置116には、パーティクルが除去されたクリーンな雰囲気ガス(例えばドライエア)を収納棚126に供給できるように、給気管130及びエア噴出機構124が設けられているが、これらは設けられていなくても良い。また、収納棚126の数は14段には限られない。
なお、ウエハステージWSTには、ウエハホルダを支持した状態で、上下動可能な上下動機構161(ウエハWにとってのセンタアップ34a〜34cに相当、図6(A)では図示せず、図7(A)参照)を有しているものとする。
前述のように、オペレータが、複数のウエハホルダの中から、ウエハの変形に最も適合するウエハホルダを選択し、主制御装置20の不図示のキーボード等の入力装置により、選択するウエハホルダを指定すると、主制御装置20は、ウエハホルダの交換作業を実行する。なお、ここでは、ウエハステージWST上には、指定されていたウエハホルダでなく、別のウエハホルダが搭載されているものとする。
まず、主制御装置20は、ステージ制御装置19を介して前述の上下動機構161を上昇させ、その上下動機構161によって、ウエハホルダをZ・チルトステージ30から浮かせた状態で支持させる。そして、主制御装置20は、ウエハホルダ搬送系132を駆動し、そのアーム90をウエハホルダの下に進入させる(図6(A)では、このときのウエハホルダ搬送系132の状態が点線で示されている)。この状態で、主制御装置20の指示により、上下動機構161を下降させると、ウエハホルダはアーム90に支持される。
次に、主制御装置20は、ウエハホルダ搬送系132を駆動して、そのアーム90を、ウエハホルダを支持したまま、収納装置116の前まで移動させる(図6(A)では、このときのウエハホルダ搬送系132の状態が実線で示されている)。そして、主制御装置20の指示により、アーム90が、支持するウエハホルダがかつて収納されていた収納棚126のZ軸方向に関する位置に移動し、アーム90をその収納棚に進入させる。各収納棚126には、アーム90の厚みよりも厚い例えば2枚の板状のスペーサが底面に設置されている。主制御装置20は、アーム90を収納棚126に進入させた後、アーム90を収納棚126に接触しない程度に下降させ、ウエハホルダをそのスペーサに支持させた後、アーム90を収納棚126から退避させる。
次に、主制御装置20は、指定されたウエハホルダが収納されている収納棚126の高さにアーム90を移動させ、アーム90をその収納棚126の底面とウエハホルダとの間に進入させ、アーム90をわずかに上昇させて、収納されているウエハホルダを上段の収納棚126に接触させることなくスペーサから浮かせた状態で支持し、アーム90をその収納棚から退避させる。そして、主制御装置20は、アーム90をZ・チルトステージ30の上に移動させ、前述の上下動機構161を、ステージ制御装置19を介して上昇させ、アーム90が支持しているウエハホルダを上下動機構161によって支持させた後、アーム90を退避させる。そして、主制御装置20の指示によるステージ制御装置19の制御により、上下動機構161が下降して、ウエハホルダがZ・チルトステージ30に載置され、ウエハホルダの自動交換が完了する。なお、主制御装置20は、このとき載置しているウエハホルダの識別番号を、後の交換動作のときのために不図示の記憶装置に記憶しておくようにする。また、このシステムでは、ウエハホルダを搬送する専用のウエハホルダ搬送系132を本体チャンバ12内に設置するものとしたが、この搬送系の役割の全て又はその一部を、ウエハをロード、アンロードするウエハローダ、ウエハアンローダに代行させるようにしても良い。また、収納装置116の各収納棚126に、本体チャンバ12の外部からウエハホルダをオペレータが収納できるように、本体チャンバ12及び収納装置116に開閉扉を設置するようにしても良い。
なお、上述の説明では、入出力装置に表示されたウエハの変形に関する情報に基づいて、オペレータがウエハホルダを選択したが、主制御装置20が、ホストコンピュータから送信されたウエハの変形に関する情報に基づいて、複数のウエハホルダの中から、自動的にウエハホルダを選択するようにしても良い。例えば、主制御装置20の前述の記憶装置の中に、ウエハの変形に関する情報と、その変形量に最も適合するウエハホルダの識別番号とが対応付けられたテーブルを記憶しておき、選択装置としての主制御装置20が、ホストコンピュータからウエハの変形に関する情報を受信すると、その情報に基づいて、そのウエハの形状に最も合致するウエハホルダをそのテーブルを参照して検出し、上述のウエハホルダ交換動作を行うようにすれば良い。
また、このウエハホルダの選択の際に、算出装置としての主制御装置20は、送信されるウエハの変形に関する情報から、そのウエハに適合するピン32Aの先端部とピン32Bの先端部の高さの差と、ピン32Aの先端部とピン32Cの先端部との高さの差とを算出し、前述の記憶装置に記憶されたウエハホルダのそれらの高さの差が記憶されているテーブルを参照し、算出された高さの差に対応する最適なウエハホルダを選択するようにしても良い。例えば、ウエハの変形に関する情報に含まれるウエハWの外縁部の反りあがりや盛り上がりの高さと、ウエハWを矯正するのに要する吸引力を生みだすのに必要な、ピン32Aの先端部とピン32Bの先端部の高さの差と、ピン32Aの先端部とピン32Cの先端部との高さの差との関係式を求めておき、その関係式に基づいてそれらの高さの差を主制御装置20において算出するようにすれば良い。
なお、上述の例では、露光装置100内に複数のウエハホルダを用意するとしたが、基板処理システム全体で複数のウエハホルダを管理し、システム内の複数の露光装置で、それらのウエハホルダを共通して用いるようにしても良い。
また、必ずしも、複数のウエハホルダを用意し、真空吸着するウエハWの形状に適合したウエハホルダを選択する必要はなく、ウエハホルダのピン32A,32B,32Cを例えば圧電素子等のアクチュエータによってZ軸方向に移動又は伸縮可能にし、ピン32Aとピン32Bとの先端部の高さの差と、ピン32Aとピン32Cとの先端部の高さの差を調整可能とするようにしても良い。さらに、このようなウエハホルダを適用し、前述のアクチュエータによって各ピン32A、32B、32Cの高さを、例えば、調節装置としての主制御装置20の制御により、真空吸着するウエハWの形状に合わせて調整するようにしても良い。このようにすることによって、各ピン32A,32B,32Cの高さの差を調節可能な1つのウエハホルダだけで、プロセスに応じて様々に変形したウエハを、精度良く真空吸着することが可能となり、高さの差が異なるウエハホルダを何種類も備える必要がなくなるため、露光装置100のコストを削減することができるとともに、その複数のウエハホルダの格納スペース(例えば図6(B)に示される収納装置116)も不要となるため、露光装置100の小型化を図ることもできる。なお、ピン32Aとピン32B,ピン32Cとの少なくとも一方を可動としてその高さの差を調整するものとしたが、リム部28、35A〜35Cのみ、ピン32Aが配置されるリム部28の内部の領域のみ、あるいはその両方をZ軸方向に可動としても良い。
また、この場合、露光装置100では、ウエハホルダ70により保持されたウエハWの変形量を、照射系60aと、受光系60bとから成る多点焦点位置検出系を用いて検出するようにしても良い。この検出系によって検出されたウエハの変形に関する情報は、主制御装置20に送信され、主制御装置20が、その情報に基づいて前述したアクチュエータを駆動し、ピン32A,32B,32Cの先端部の高さをウエハの変形に適合するように調整するようにしても良い。
また、上記実施形態では、主制御装置20は、選択装置、算出装置及び調節装置の各機能の少なくとも一部を担うものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、主制御装置20以外、例えば外付けの装置や、前述のホストコンピュータ、あるいは基板処理システムに接続されるサーバなどにそれらの役割(機能)を与えるようにしても良い。
図7(A)には、ウエハホルダ交換を自動的に行う際の制御系のブロック図の一例が示されている。図7(A)に示されるように、ウエハホルダ交換動作の制御系は、主制御装置20を中心に構成されており、主制御装置20の制御により、ウエハホルダ搬送系132が、ウエハホルダをZ・チルトステージ30上あるいは収納装置116に搬送する。主制御装置20は、ステージ制御装置19を介してウエハレーザ干渉計システム18から得られる位置情報によってZ・チルトステージ30の位置を把握し、ステージ制御装置19を介してウエハホルダを支持する上下動機構161を上昇あるいは下降させる。なお、主制御装置20は、ウエハホルダ搬送系132の各関節に取り付けられた回転モータのエンコーダなどから得られるそれらの回転情報に基づいて、ウエハホルダ搬送系132の姿勢制御を行い、上述の交換動作を実行する。
図7(B)には、ピン32A〜32Cの高さの差を調節可能な場合の制御系のブロック図の一例が示されている。図7(B)に示されるように、ピン32A〜32Cの制御系は、主制御装置20を中心に構成されている。ウエハがロードされると、焦点位置検出系60a,60bによって、そのウエハの各部分(例えばマトリクス状にウエハ上に配置された複数の検出点)のZ軸方向に関する位置情報が検出され、主制御装置20に送信される。主制御装置20は、その位置情報に基づいて、ウエハWのピン32B,32Cの位置に対応する反りあがり(盛り上がり)の変形量を算出し、駆動装置150を介してピン32B,32Cのアクチュエータ(151,152)をそれぞれ駆動して、ピン32B,32Cの先端部の高さを調整し、ピン32Aとピン32B及びピン32Aとピン32Cの高さの差をウエハWの反りあがり(盛り上がり)を適度に矯正できる差とする。
なお、ホルダは、その本体の表面を加工してピンやリム部を形成した後、例えばホルダ本体と同一又は異なる材料でその表面をコーティングした上で最終仕上げを行うようにして形成されたものであっても良い。また、上記実施形態では、図2に示したように、ウエハホルダの中心部近傍から放射方向に沿って配列される複数の給排気口36をほぼ120°間隔で設けるものとしたが、本発明がこれに限定されるものではなく、例えば複数の給排気口36を井桁状に配列してもよい。さらに、本実施形態では、リム部28とリム部35A〜35Cとにそれぞれピン32B,ピン32Cを設けるものとしたが、リム部28とリム部35A〜35Cとの一方のみにピンを設けるだけでもよい。また、上記実施形態ではウエハのロード及びアンロード時にセンタアップ34a〜34cを上下動させるものとしたが、その代わりに、あるいはそれと組み合わせて、ウエハホルダ70を上下動させてもよい。さらに、上記実施形態ではウエハホルダを、例えば真空吸着にてウエハステージWST(Z・チルトステージ30)に固定するものとしたが、例えばZ・チルトステージ30を加工してその一部にウエハホルダを形成しても良い。また、上記実施形態ではウエハなどの円形基板を保持するホルダを用いるものとしたが、基板保持装置で保持する基板は円形に限られるものではなく、例えば矩形基板などでもよい。さらに、上記実施形態では、本発明の基板保持装置がウエハホルダに採用される場合について説明したが、本発明の基板保持装置はこれに限られるものではなく、例えば反射型レチクルではその裏面側をレチクルホルダにて保持するので、このようなレチクルホルダに対して本発明を適用することとしてもよい。
なお、上記実施形態では、光源としてF2レーザ、ArFエキシマレーザ等の真空紫外域のパルスレーザ光源、KrFエキシマレーザ光源(出力波長248nm)などの遠紫外光源を用いるものとしたが、これに限らず、Ar2レーザ光源(出力波長126nm)などの他の真空紫外光源を用いても良い。また、例えば、真空紫外光として上記各光源から出力されるレーザ光に限らず、DFB(Distributed Feedback、分布帰還)半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム(Er)(又はエルビウムとイッテルビウム(Yb)の両方)がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
なお、上記実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式等の走査型露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲がこれに限定されないことは勿論である。すなわちステップ・アンド・リピート方式、ステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置(静止型露光装置)にも本発明は好適に適用できる。また、例えば国際公開WO99/49504などに開示される、投影光学系PLとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用してもよい。液浸型露光装置は、反射屈折型の投影光学系を用いる走査露光方式でもよいし、あるいは投影倍率が1/8の投影光学系を用いる静止露光方式でもよい。後者の液浸型露光装置では、基板上に大きなパターンを形成するために、上述のステップ・アンド・スティッチ方式を採用することが好ましい。さらに、例えば特開平10−214783号公報及びこれに対応する米国特許第6,341,007号、あるいは国際公開WO98/40791号及びこれに対応する米国特許第6,262,796号などに開示されているように、それぞれ独立に可動な2つのウエハステージを有する露光装置にも本発明を適用してよい。
なお、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み、光学調整をするとともに、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、更に総合調整(電気調整、動作確認等)をすることにより、上記実施形態の露光装置を製造することができる。なお、露光装置の製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
また、上記実施形態では、本発明が半導体製造用の露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、例えば、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用の露光装置や、薄膜磁気へッド、撮像素子、マイクロマシン、有機DL、DNAチップなどを製造するための露光装置などにも本発明は広く適用できる。
また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置、EUV露光装置、X線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。ここで、DUV(遠紫外)光やVUV(真空紫外)光などを用いる露光装置では一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、又は水晶などが用いられる。
さらに、上記実施形態では、本発明の基板保持装置が露光装置に適用された場合について説明したが、上述のようなプロセスによって変形するウエハを保持しそのウエハの変形を精度良く保持する必要があるのであれば、露光装置以外の検査装置、加工装置などの装置であっても、本発明の基板保持装置を好適に適用することができる。
《デバイス製造方法》
次に上述した露光装置100をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
次に上述した露光装置100をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図8には、デバイス(ICやLSI等の半導体チップ、液晶パネル、CCD、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等)の製造例のフローチャートが示されている。図8に示されるように、まず、ステップ201(設計ステップ)において、デバイスの機能・性能設計(例えば、半導体デバイスの回路設計等)を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ202(マスク製作ステップ)において、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ203(ウエハ製造ステップ)において、シリコン等の材料を用いてウエハを製造する。
次に、ステップ204(ウエハ処理ステップ)において、ステップ201〜ステップ203で用意したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によってウエハ上に実際の回路等を形成する。次いで、ステップ205(デバイス組立てステップ)において、ステップ204で処理されたウエハを用いてデバイス組立てを行う。このステップ205には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程(チップ封入)等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップ206(検査ステップ)において、ステップ205で作成されたデバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。
図9には、半導体デバイスにおける、上記ステップ204の詳細なフロー例が示されている。図9において、ステップ211(酸化ステップ)においてはウエハの表面を酸化させる。ステップ212(CVDステップ)においてはウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ213(電極形成ステップ)においてはウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ214(イオン打ち込みステップ)においてはウエハにイオンを打ち込む。以上のステップ211〜ステップ214それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ215(レジスト形成ステップ)において、ウエハに感光剤を塗布する。引き続き、ステップ216(露光ステップ)において、上で説明したウエハホルダを用いたリソグラフィシステム(露光装置)及び露光方法によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次に、ステップ217(現像ステップ)においては露光されたウエハを現像し、次に、ステップ218(エッチングステップ)において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップ219(レジスト除去ステップ)において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンが形成される。
以上説明した本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光工程(ステップ216)において上記実施形態の露光装置が用いられるので、精度良くレチクルのパターンをウエハ上に転写することができる。この結果、高集積度のデバイスの生産性(歩留まりを含む)を向上させることが可能になる。
以上説明したように、本発明の基板保持装置は、半導体素子、液晶表示素子等が形成される基板を保持するのに適しており、本発明の露光方法及び装置は、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程に適しており、本発明のデバイス製造方法は、マイクロデバイスの生産に適している。
20…主制御装置(選択装置、算出装置、調節装置)、26…ベース部、28…リム部(第1隔壁)、32A…ピン(第1支持部)、32B,32C…ピン(第2支持部)、35A,35B,35C…リム部(第2隔壁)、60a,60b…焦点位置検出系(検出系)、70…ウエハホルダ(基板支持装置)、132…ウエハホルダ搬送系(搬送系)、PL…投影光学系、W…ウエハ(基板)。
Claims (18)
- 平板状の基板を保持する基板保持装置であって、
本体部の所定面積の領域上にそれぞれの先端部が略同一平面上に配置され、前記各先端部によって前記基板を支持可能な突起状の複数の第1支持部と;
前記各第1支持部とともに前記基板を支持可能で、その支持状態で、前記基板が外気に開放されている外気開放部と前記各第1支持部によって支持された部分との境界を形成し、前記基板を支持する先端部の少なくとも一部の高さが前記各第1支持部の先端部の高さと異なるように設定された第2支持部と;を備える基板保持装置。 - 前記各第1支持部の先端部と前記第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差が、支持対象である前記基板の変形に応じて決定されていることを特徴とする請求項1に記載の基板保持装置。
- 前記第2支持部の先端部の少なくとも一部の高さが、前記各第1支持部の先端部の高さより低く設定されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の基板保持装置。
- 前記各第1支持部の先端部と前記第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差が調節可能であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板保持装置。
- 前記第2支持部は、前記領域の外側を取り囲む第1隔壁と、前記基板を着脱するための着脱機構を前記領域から突出及び退避可能とするために前記領域内に設けられた開口部の周辺を取り囲む第2隔壁との少なくとも一方を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の基板保持装置。
- 前記第2支持部は、前記第1隔壁上及び前記第2隔壁上の少なくとも一方に配設された複数の突起部をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の基板保持装置。
- 前記第2支持部は、前記複数の突起部が配設された前記第1隔壁及び前記第2隔壁を有し、
前記第1隔壁上の複数の突起部の先端部の少なくとも一部の高さと、前記第2隔壁上の複数の突起部の先端部の少なくとも一部の高さとが互いに異なるように設定されていることを特徴とする請求項6に記載の基板保持装置。 - 平板状の基板を露光する露光方法であって、
前記基板を支持する複数の突起状の第1支持部の先端部と、前記各第1支持部によって支持された部分よりも外気に開放されている前記基板の部分を支持する第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差を、プロセスの進行による前記基板の変形に応じた差としたうえで前記基板を保持する第1工程と;
前記第1工程で保持された前記基板を露光する第2工程と;を含む露光方法。 - 前記第1工程では、予め用意した前記高さの差がそれぞれ異なる複数の基板保持装置の中から、前記基板の変形に応じた前記高さの差を有する基板保持装置を選択し、選択した基板保持装置を用いて前記基板を保持することを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
- 前記第1工程では、前記高さの差を調整可能な基板保持装置を用い、前記高さの差を前記基板の変形に応じた差に調整して前記基板を保持することを特徴とする請求項8に記載の露光方法。
- パターンを、投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板保持装置と;
前記基板保持装置に保持された基板を移動するために前記基板保持装置を駆動するステージ装置と;を備える露光装置。 - 前記高さの差が異なる複数の前記基板保持装置を備えることを特徴とする請求項11に記載の露光装置。
- 前記複数の基板保持装置の中から選択された1つの基板保持装置を前記ステージ装置に搬送する搬送系をさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の露光装置。
- 前記複数の基板保持装置の中から、前記基板の変形に応じた前記高さの差を有する基板保持装置を選択する選択装置をさらに備えることを特徴とする請求項12又は13に記載の露光装置。
- 前記基板の変形に応じた前記高さの差を算出する算出装置をさらに備えることを特徴とする請求項14に記載の露光装置。
- パターンを、投影光学系を介して基板上に転写する露光装置であって、
請求項4に記載の基板保持装置と;
前記各第1支持部の先端部と前記第2支持部の先端部の少なくとも一部との高さの差を調節する調節装置と;を備える露光装置。 - 前記基板保持装置により保持された基板の変形量を検出する検出系をさらに備え、
前記調節装置は、前記検出系によって検出された前記基板の変形量に基づいて前記高さの差を調節することを特徴とする請求項16に記載の露光装置。 - リソグラフィ工程を含むデバイス製造方法であって、
前記リソグラフィ工程では、請求項11〜17のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露光を行うデバイス製造方法。
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