JP2007329247A - 静電チャック装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、ウエハ等の基板を吸着するための静電チャック装置およびこの静電チャック装置を備えた露光装置に関し、静電チャックに吸着される基板の離脱時間を従来より大幅に低減することを目的とする。
【解決手段】 チャック本体に基板を吸着する吸着面を備えた静電チャックと、前記静電チャックの前記吸着面に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段とを有することを特徴とする。また、前記水蒸気供給手段により前記吸着面に供給された水蒸気を排出するための水蒸気排出手段を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハ等の基板を吸着するための静電チャック装置およびこの静電チャック装置を備えた露光装置に関する。

従来、静電チャックとして、クーロン力を利用したクーロン力型の静電チャックと、ジョンソン・ラーベック力を利用したジョンソン・ラーベック力型の静電チャックが知られている。
クーロン力型の静電チャックは、吸着力が弱い反面、離脱応答が早いという特徴を有している。また、ジョンソン・ラーベック力型の静電チャックは、帯電分極により吸着力が強い反面、電圧の印加を無くしても帯電が残るため離脱応答が遅いという特徴を有している。

一方、半導体露光装置等の露光装置では、高速で駆動するステージ上に静電チャックを配置しているため、ステージの駆動により静電チャックに吸着されるウエハ等の基板が移動するおそれがあり、吸着力の強いジョンソン・ラーベック力型の静電チャックが使用されている。
特開２００６−１３２５６号公報

しかしながら、ジョンソン・ラーベック力型の静電チャックを使用する場合には、電圧の印加を無くした後、所定時間に亘り帯電が残るため、静電チャックに吸着されるウエハ等の基板の離脱に比較的長い時間が必要になるという問題があった。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、静電チャックに吸着される基板の離脱時間を従来より大幅に低減することができる静電チャック装置、およびこの静電チャック装置を備えた露光装置を提供することを目的とする。

第１の発明の静電チャック装置は、チャック本体に基板を吸着する吸着面を備えた静電チャックと、前記静電チャックの前記吸着面に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段とを有することを特徴とする。
第２の発明の静電チャック装置は、第１の発明の静電チャック装置において、前記水蒸気供給手段により前記吸着面に供給された水蒸気を排出するための水蒸気排出手段を有することを特徴とする。

第３の発明の静電チャック装置は、第１または第２の発明の静電チャック装置において、前記チャック本体には、前記吸着面の間に凹部が形成され、前記凹部には、前記水蒸気供給手段の水蒸気導入穴が開口されていることを特徴とする。
第４の発明の静電チャック装置は、第３の発明の静電チャック装置において、前記凹部には、前記水蒸気排出手段の水蒸気排出穴が開口されていることを特徴とする。

第５の発明の静電チャック装置は、第３または第４の発明の静電チャック装置において、前記水蒸気供給手段は、前記水蒸気導入穴に所定圧力の水蒸気を供給する圧力制御手段を有することを特徴とする。
第６の発明の静電チャック装置は、第３ないし第５のいずれか１の発明の静電チャック装置において、前記水蒸気供給手段は、前記水蒸気導入穴への水蒸気の供給と停止を制御する供給制御手段を有することを特徴とする。

第７の発明の静電チャック装置は、第４ないし第６のいずれか１の発明の静電チャック装置において、前記水蒸気排出手段は、前記凹部内の水蒸気を前記水蒸気排出穴を介して吸引する吸引手段を有することを特徴とする。
第８の発明の静電チャック装置は、第１ないし第７のいずれか１の発明の静電チャック装置において、前記凹部に不活性ガスを供給し前記基板を冷却する冷却手段を有することを特徴とする。

第９の発明の露光装置は、第１ないし第８のいずれか１の発明の静電チャック装置を有することを特徴とする。

本発明の静電チャック装置では、静電チャックに吸着される基板の離脱時間を従来より大幅に低減することができる。
本発明の露光装置では、本発明の静電チャック装置を用いているため、スループットを向上することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１および図２は本発明の静電チャック装置の第１の実施形態を示している。
この静電チャック装置は、静電チャック１１、水蒸気供給手段１３、水蒸気排出手段１５を有している。

静電チャック１１は、ジョンソン・ラーベック力型の静電チャックであり、チャック本体１７内には、一対の内部電極１９Ａ，１９Ｂが配置されている。内部電極１９Ａに給電端子２１Ａを介して電源２７Ａから正の電圧を印加し、内部電極１９Ｂに給電端子２１Ｂを介して電源２７Ｂから負の電圧を印加することによりウエハからなる基板２３が吸着される。この電圧の印加は制御手段２５により電源２７Ａ，２７Ｂのスイッチ２９Ａ，２９Ｂをオンにすることにより行われる。また、スイッチ２９Ａ，２９Ｂはオフにすると共に接地される。

チャック本体１７の上面には、図２に示すように、基板２３を吸着する矩形状の吸着面１７ａと円環状の吸着面１７ｂが形成されている。矩形状の吸着面１７ａの間には直線状に凹部１７ｃが形成されている。円環状の吸着面１７ｂはチャック本体１７の外周に形成され、その吸着面１７ｂと矩形状の吸着面１７ａとの間に凹部１７ｄが形成されている。
水蒸気供給手段１３は、図１に示すように、水蒸気導入穴１７ｅ、電磁開閉弁３１、圧力制御弁３３、水蒸気発生部３５を有している。水蒸気導入穴１７ｅは、チャック本体１７を上下方向に貫通して形成されている。そして、チャック本体１７の中心の凹部１７ｃおよび、矩形状の吸着面１７ａと円環状の吸着面１７ｂとの間の凹部１７ｄに開口されている。

水蒸気導入穴１７ｅには、水蒸気供給管路３７が接続されている。水蒸気供給管路３７には、電磁開閉弁３１、圧力制御弁３３、水蒸気発生部３５が配置されている。水蒸気発生部３５は、水蒸気を発生させる。水蒸気発生部３５は、例えば、純水を溜めるタンク(不図示)を有しており、タンクから蒸発した水蒸気が使用される。なお、超音波装置等を用いて水蒸気を発生させても良いし、水滴を発生させて水蒸気の発生を促進させても良い。圧力制御弁３３は、水蒸気発生部３５で発生した水蒸気の圧力を予め定められた所定の圧力に制御する。電磁開閉弁３１は、水蒸気導入穴１７ｅへの水蒸気の供給と停止を制御する。

水蒸気排出手段１５は、水蒸気排出穴１７ｆ、電磁開閉弁３９、吸引ポンプ４１を有している。水蒸気排出穴１７ｆは、チャック本体１７を上下方向に貫通して形成されている。そして、チャック本体１７の中心の近傍の凹部１７ｃ、および、矩形状の吸着面１７ａと円環状の吸着面１７ｂとの間の凹部１７ｄに開口されている。
水蒸気排出穴１７ｆには、水蒸気排出管路４３が接続されている。水蒸気排出管路４３には、電磁開閉弁３９、吸引ポンプ４１が配置されている。電磁開閉弁３９は、水蒸気排出穴１７ｆからの水蒸気の排出と停止を制御する。吸引ポンプ４１は、例えば真空ポンプからなり水蒸気排出穴１７ｆから水蒸気を吸引する。

上述した静電チャック装置では、チャック本体１７の吸着面１７ａ，１７ｂに基板２３を載置した状態で、制御手段２５によりスイッチ２９Ａ，２９Ｂをオンにして内部電極１９Ａ，１９Ｂに電圧を印加することによりウエハ等の基板２３が吸着面１７ａ，１７ｂに吸着される。
そして、チャック本体１７の吸着面１７ａ，１７ｂからの基板２３の離脱が以下述べるようにして行われる。

先ず、制御手段２５によりスイッチ２９Ａ，２９Ｂをオフにすることにより、内部電極１９Ａ，１９Ｂへの電圧の印加を解除する。
次に、スイッチ２９Ａ，２９Ｂのオフと略同時に、制御手段２５により水蒸気供給手段１３の電磁開閉弁３１を予め定められた所定時間だけ開にする。電磁開閉弁３１を開にすると、水蒸気発生部３５からの水蒸気が、圧力制御弁３３、電磁開閉弁３１、水蒸気供給管路３７、水蒸気導入穴１７ｅを通り、チャック本体１７の凹部１７ｃ，１７ｄに迅速に導かれる。そして、図３に示すように、水蒸気Ｓがチャック本体１７の凹部１７ｃ，１７ｄに所定の圧力で充満し、吸着面１７ａ，１７ｂの近傍に接触する。この接触により、吸着面１７ａ，１７ｂおよび吸着面１７ａ，１７ｂの近傍の基板２３に帯電した電荷が逃げ易くなり、帯電した電荷が迅速に消滅する。これにより基板２３に対する吸着力が無くなり基板２３を容易に離脱することが可能になる。

次に、基板２３を吸着面１７ａ，１７ｂから離脱する前に制御手段２５により水蒸気排出手段１５の電磁開閉弁３９を開にする。また、電磁開閉弁３９の開と同時、あるいは、所定時間前に制御手段２５により水蒸気排出手段１５の電磁開閉弁３１を閉にする。水蒸気排出手段１５の電磁開閉弁３９を開にすると、凹部１７ｃ，１７ｄ内の水蒸気が、電磁開閉弁３９を通り、吸引ポンプ４１に迅速に吸引される。これにより、凹部１７ｃ，１７ｄ内の水蒸気が内部雰囲気に漏洩することが防止される。そして、電磁開閉弁３９を閉にした後、吸着面１７ａ，１７ｂから基板２３が離脱される。

上述した静電チャック装置では、水蒸気供給手段１３により、静電チャック１１の吸着面１７ａ，１７ｂに隣接する凹部１７ｃ，１７ｄに水蒸気を供給するようにしたので、静電チャック１１に吸着される基板２３の離脱時間を従来より大幅に低減することができる。また、水蒸気供給手段１３により吸着面１７ａ，１７ｂに隣接する凹部１７ｃ，１７ｄに供給された水蒸気を、水蒸気排出手段１５により排出するようにしたので、チャック本体１７の凹部１７ｃ，１７ｄ内に供給された水蒸気が内部雰囲気に漏洩することを防止することができる。

そして、圧力制御弁３３により、基板２３に大きな力が作用しない所定圧力の水蒸気を供給するようにしたので、水蒸気の供給により基板２３に大きな力が作用し、基板２３が吸着面１７ａ，１７ｂから飛び出し破損するおそれを有効に防止することができる。なお、静電チャック１１に吸着された基板２３に設けられたマーク(不図示)に光線をあて、基板２３の変形により反射した光線の位置変化、あるいは、マークの結像位置の変化を観測し、基板２３に異常な変形が生じないように水蒸気の供給を制御するようにしても良い。
(第２の実施形態)
図４および図５は本発明の静電チャック装置の第２の実施形態を模式的に示している。

なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図４において、符号１７ａは矩形状の吸着面を、符号１７ｂは円環状の吸着面を示している。また、符号１７ｅは水蒸気導入穴を、符号１７ｆは水蒸気排出穴を示している。水蒸気導入穴１７ｅには、図５に示すように、水蒸気供給管路３７が接続されている。また、水蒸気排出穴１７ｆには、水蒸気排出管路４３が接続されている。

そして、この実施形態では、チャック本体１７には、ヘリウムガス導入穴１７ｈおよびヘリウムガス排出穴１７ｉが形成されている。ヘリウムガス導入穴１７ｈおよびヘリウムガス排出穴１７ｉは、図５に示すように、チャック本体１７を上下方向に貫通して形成されている。そして、チャック本体１７の凹部１７ｃ，１７ｄに開口されている。
ヘリウムガス導入穴１７ｈには、凹部１７ｃ，１７ｄにヘリウムガスを導入するためのヘリウムガス供給管路４５が接続されている。ヘリウムガス供給管路４５には、電磁開閉弁４７およびヘリウムガス供給装置４９が配置されている。ヘリウムガス排出穴１７ｉには、凹部１７ｃ，１７ｄに供給されたヘリウムガスを排出するためのヘリウムガス排出管路５１が接続されている。ヘリウムガス排出管路５１には、電磁開閉弁５３および吸引ポンプ５５が配置されている。

この実施形態では、ウエハからなる基板２３の露光時に、露光光の照射による基板２３の熱変形を防止するために、チャック本体１７の凹部１７ｃ，１７ｄ内にヘリウムガスが導入され基板２３の冷却が行われる。
より具体的には、露光の開始と略同時に、ヘリウムガス供給管路４５の電磁開閉弁４７およびヘリウムガス排出管路５１の電磁開閉弁５３を開にすることにより、ヘリウムガス供給装置４９からのヘリウムガスがヘリウムガス導入穴１７ｈを通り凹部１７ｃ，１７ｄ内に導入され基板２３の冷却が行われる。また、熱交換したヘリウムガスは、ヘリウムガス排出穴１７ｉを通り吸引ポンプ５５により吸引される。そして、基板２３の露光の終了と略同時に、ヘリウムガス供給管路４５の電磁開閉弁４７を閉じ、この後ヘリウムガス排出管路の電磁開閉弁５３を閉じることにより、凹部１７ｃ，１７ｄ内のヘリウムガスが吸引ポンプ５５により排出される。そして、ヘリウムガスの排出と略同時に、水蒸気供給手段１３による水蒸気の供給が行われ凹部１７ｃ，１７ｄ内に水蒸気が供給される。

この実施形態においても第１の実施形態と略同様の効果を得ることができる。そして、この実施形態では、基板２３の露光時に、チャック本体１７の凹部１７ｃ，１７ｄにヘリウムガスを供給するようにしたので、露光光の照射による基板２３の熱変形を有効に防止することができる。なお、この実施形態では、凹部１７ｃ，１７ｄにヘリウムガスを供給した例について説明したが、窒素等の不活性ガスを供給するようにしても良い。
(露光装置の実施形態)
図６は、上述した静電チャック装置が配置されるＥＵＶ露光装置を模式化して示している。なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付している。この実施形態では、露光の照明光としてＥＵＶ光が用いられる。ＥＵＶ光は０．１〜４００ｎｍの間の波長を持つもので、この実施形態では特に１〜５０ｎｍ程度の波長が好ましい。投影系は像光学系システム１０１を用いたもので、ウエハ２３Ａ上にレチクル１０３によるパターンの縮小像を形成するものである。

ウエハ２３Ａ上に照射されるパターンは、レチクルステージ１０２の下側に静電チャック装置１０４を介して配置されている反射型のレチクル１０３により決められる。この反射型のレチクル１０３は、真空ロボットによって搬入および搬出される（真空ロボットの図示は省略する）。また、ウエハ２３Ａはウエハステージ１０５のテーブル１１９上に静電チャック１１を介して配置されている。典型的には、露光はステップ・スキャンによりなされる。

露光時の照明光として使用するＥＵＶ光は大気に対する透過性が低いので、ＥＵＶ光が通過する光経路は、適当な真空ポンプ１０７を用いて真空に保たれた真空チャンバ１０６に囲まれている。またＥＵＶ光はレーザプラズマＸ線源によって生成される。レーザプラズマＸ線源はレーザ源１０８（励起光源として作用）とキセノンガス供給装置１０９からなっている。レーザプラズマＸ線源は真空チャンバ１１０によって取り囲まれている。レーザプラズマＸ線源によって生成されたＥＵＶ光は真空チャンバ１１０の窓１１１を通過する。

放物面ミラー１１３は、キセノンガス放出部の近傍に配置されている。放物面ミラー１１３はプラズマによって生成されたＥＵＶ光を集光する。放物面ミラー１１３は集光光学系を構成し、ノズル１１２からのキセノンガスが放出される位置の近傍に焦点位置がくるように配置されている。ＥＵＶ光は放物面ミラー１１３の多層膜で反射し、真空チャンバ１１０の窓１１１を通じて集光ミラー１１４へと達する。集光ミラー１１４は反射型のレチクル１０３へとＥＵＶ光を集光、反射させる。ＥＵＶ光は集光ミラー１１４で反射され、レチクル１０３の所定の部分を照明する。すなわち、放物面ミラー１１３と集光ミラー１１４はこの装置の照明システムを構成する。

レチクル１０３は、ＥＵＶ光を反射する多層膜とパターンを形成するための吸収体パターン層を持っている。レチクル１０３でＥＵＶ光が反射されることによりＥＵＶ光は「パターン化」される。パターン化されたＥＵＶ光は像光学システム１０１を通じてウエハ２３Ａに達する。
この実施形態の像光学システム１０１は、凹面第１ミラー１１５ａ、凸面第２ミラー１１５ｂ、凸面第３ミラー１１５ｃ、凹面第４ミラー１１５ｄの４つの反射ミラーからなっている。各ミラー１１５ａ〜１１５ｄにはＥＵＶ光を反射する多層膜が備えられている。

レチクル１０３により反射されたＥＵＶ光は第１ミラー１１５ａから第４ミラー１１５ｄまで順次反射されて、レチクル１０３パターンの縮小（例えば、１／４、１／５、１／６）された像を形成する。像光学系システム１０１は、像の側（ウエハ２３Ａの側）でテレセントリックになるようになっている。
レチクル１０３は可動のレチクルステージ１０２によって少なくともＸ−Ｙ平面内で支持されている。ウエハ２３Ａは、好ましくはＸ，Ｙ，Ｚ方向に可動なウエハステージ１０５によって支持されている。ウエハ２３Ａ上のダイを露光するときには、ＥＵＶ光が照明システムによりレチクル１０３の所定の領域に照射され、レチクル１０３とウエハ２３Ａは像光学系システム１０１に対して像光学システム１０１の縮小率に従った所定の速度で動く。このようにして、レチクルパターンはウエハ２３Ａ上の所定の露光範囲（ダイに対して）に露光される。

露光の際には、ウエハ２３Ａ上のレジストから生じるガスが像光学システム１０１のミラー１１５ａ〜１１５ｄに影響を与えないように、ウエハ２３Ａはパーティション１１６の後ろに配置されることが望ましい。パーティション１１６は開口１１６ａを持っており、それを通じてＥＵＶ光がミラー１１５ｄからウエハ２３Ａへと照射される。パーティション１１６内の空間は真空ポンプ１１７により真空排気されている。このように、レジストに照射することにより生じるガス状のゴミがミラー１１５ａ〜１１５ｄあるいはレチクル１０３に付着するのを防ぐ。それゆえ、これらの光学性能の悪化を防いでいる。

この実施形態の露光装置では、上述した第１の実施形態の静電チャック装置を用いているため、静電チャック１１からのウエハ２３Ａの離脱を迅速に行うことが可能になりスループットを向上することができる。また、上述した第２の実施形態の静電チャック装置を用いることにより、ウエハ２３Ａの局所的な熱的変形を低減することが可能になり露光精度を向上することができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。

(１)上述した実施形態では、ジョンソン・ラーベック力型の静電チャックに本発明を適用した例について説明したが、必要に応じてクーロン力型の静電チャック等に広く適用することができる。
(２)上述した実施形態では、ウエハを保持する静電チャック装置に本発明を適用した例について説明したが、例えば、レチクル等の基板を保持する静電チャック装置に広く適用することができる。

(３)上述した実施形態では、ＥＵＶ露光装置に本発明の静電チャック装置を適用した例について説明したが、パターンを転写するエネルギ線は特に限定されず、光、紫外線、Ｘ線（軟Ｘ線等）、荷電粒子線（電子線、イオンビーム）等であっても良い。また、露光方式も限定されず、縮小投影露光、近接等倍転写、直描式等に広く適用できる。
(４)上述した実施形態では、水蒸気導入と排出とを時間的に切り分けたが導入と排出とを同時に行なう形態であっても良い。

本発明の静電チャック装置の第１の実施形態を示す説明図である。 図１のチャック本体を示す上面図である。 図１のチャック本体の凹部に水蒸気を供給した状態を示す説明図である。 本発明の静電チャック装置の第２の実施形態を示す説明図である。 図４のチャック本体を示す上面図である。 本発明の露光装置の一実施形態を示す説明図である。

符号の説明

１１：静電チャック、１３：水蒸気供給手段、１５：水蒸気排出手段、１７：チャック本体、１７ａ，１７ｂ：吸着面、１７ｃ，１７ｄ：凹部、１７ｅ：水蒸気導入穴、１７ｆ：水蒸気排出穴、１７ｈ：ヘリウムガス導入穴、１７ｉ：ヘリウムガス排出穴、２３：基板、３１，３９：電磁開閉弁、３３：圧力制御弁。

Claims (9)

1. チャック本体に基板を吸着する吸着面を備えた静電チャックと、
   前記静電チャックの前記吸着面に水蒸気を供給するための水蒸気供給手段と、
   を有することを特徴とする静電チャック装置。
2. 請求項１記載の静電チャック装置において、
   前記水蒸気供給手段により前記吸着面に供給された水蒸気を排出するための水蒸気排出手段を有することを特徴とする静電チャック装置。
3. 請求項１または請求項２記載の静電チャック装置において、
   前記チャック本体には、前記吸着面の間に凹部が形成され、
   前記凹部には、前記水蒸気供給手段の水蒸気導入穴が開口されていることを特徴とする静電チャック装置。
4. 請求項３記載の静電チャック装置において、
   前記凹部には、前記水蒸気排出手段の水蒸気排出穴が開口されていることを特徴とする静電チャック装置。
5. 請求項３または請求項４記載の静電チャック装置において、
   前記水蒸気供給手段は、前記水蒸気導入穴に所定圧力の水蒸気を供給する圧力制御手段を有することを特徴とする静電チャック装置。
6. 請求項３ないし請求項５のいずれか１項記載の静電チャック装置において、
   前記水蒸気供給手段は、前記水蒸気導入穴への水蒸気の供給と停止を制御する供給制御手段を有することを特徴とする静電チャック装置。
7. 請求項４ないし請求項６のいずれか１項記載の静電チャック装置において、
   前記水蒸気排出手段は、前記凹部内の水蒸気を前記水蒸気排出穴を介して吸引する吸引手段を有することを特徴とする静電チャック装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項記載の静電チャック装置において、
   前記凹部に不活性ガスを供給し前記基板を冷却する冷却手段を有することを特徴とする静電チャック装置。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の静電チャック装置を有することを特徴とする露光装置。
   

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