JP2014216503A - 保持部材、処理装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステージとともに移動するのに有利な保持装置を提供する。
【解決手段】静電力で基板を保持する保持装置であって、前記静電力を生成するための電極を含む基部と、前記基部の上面に設けられた複数のピンと、前記上面に設けられ、前記複数のピンを囲む第１空間を封止する封止部と、を有し、前記基部には、空洞と、前記空洞と前記第１空間との間を貫通する第１貫通孔とが形成され、前記ピン及び前記封止部の上に前記静電力で前記基板が保持されることにより、真空中において、前記第１空間、前記第１貫通孔及び前記空洞の内の気体が封止される、ことを特徴とする保持装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を保持する保持部材、処理装置及び物品の製造方法に関する。

半導体デバイスの製造プロセスでは、シリコンウエハなどの基板を保持する様々な基板保持部材が用いられている。基板保持部材には、保持される基板（露光面）の平坦性やパターン像のミスアライメントの要因となる基板の変形が小さいことなど、パターン像の品質に関わる考慮が要求される。

基板保持部材の１つとして、静電力で基板を保持するチャック（静電チャック）を含むものがある。このような基板保持部材は、基板の表面の全て（全面）にプロセスを施すことが可能であり、また、高真空環境下でも効果的に用いることができる。典型的な静電チャックは、基板を保持する保持面と、電気的なポテンシャルによって基板に対して静電的に偏った静電部材とを含む。基板は、静電力によって、保持面に対して所定の位置に保持される。

基板にプロセスを施している間には、基板に熱が生じることがあるため、基板の温度上昇を制限するとともに、基板の表面の温度の均一性を維持することが重要となる。これは、基板の表面に過度の温度分布（例えば、不均一な熱伝達に起因する温度分布）があると、基板が変形（熱変形）することがあるからである。但し、真空環境下では、基板からチャックへの熱の伝達は効率的ではない。

また、チャックと基板との間に微粒子が挟み込まれると、基板の変形につながるため、基板を保持するチャックには、通常、複数のピンで構成されるピンチャックが用いられる。従って、チャックと基板との間で良好な接触を達成することは難しく、熱伝達効率が更に減少するため、基板の表面の温度の均一性を維持することができず、基板の変形によってパターン像の品質が劣化してしまう。

そこで、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置で提案されているように、チャックと基板との間にヘリウムなどの不活性気体を供給して排熱することが考えられる（特許文献１参照）。

特開２００２−３０５２３８号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、基板を保持するチャックが移動することを考慮していない。一方、露光装置では、基板を保持するチャックがステージに載置され、かかるステージが露光処理に応じて移動する。従って、特許文献１の技術を露光装置に適用した場合、チャックと基板との間に供給する不活性気体を供給する配管をステージが引きずることになり、ステージの移動に影響を与えてしまうため、現実的ではない。

本発明は、このような従来技術の課題に鑑みてなされ、ステージとともに移動するのに有利な保持装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての保持装置は、静電力で基板を保持する保持装置であって、前記静電力を生成するための電極を含む基部と、前記基部の上面に設けられた複数のピンと、前記上面に設けられ、前記複数のピンを囲む第１空間を封止する封止部と、を有し、前記基部には、空洞と、前記空洞と前記第１空間との間を貫通する第１貫通孔とが形成され、前記ピン及び前記封止部の上に前記静電力で前記基板が保持されることにより、真空中において、前記第１空間、前記第１貫通孔及び前記空洞の内の気体が封止される、ことを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、ステージとともに移動するのに有利な保持装置を提供することができる。

本発明の一側面としての保持部材を示す概略平面図である。 本発明の一側面としての保持部材を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての処理装置の構成を示す概略図である。 本発明の一側面としての保持部材を示す概略断面図である。 本発明の一側面としての保持部材を示す概略断面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一側面としての保持部材（保持装置）１００を示す概略平面図である。図２は、図１に示す保持部材１００のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。保持部材１００は、静電力で基板を保持して搬送されるパレットである。保持部材１００は、基板を保持する静電チャック１０１と、静電チャック１０１を支持するベースプレート１０２とを有する。本実施形態において、静電チャック１０１及びベースプレート１０２は、保持部材１００の基部を構成する。

静電チャック１０１は、基体１０３と、静電力を生成するための静電電極１０４とを含むクーロン力型静電チャックである。基体１０３は、セラミックスで構成され、ベースプレート１０２の上に接着層を介して固定されている。換言すれば、ベースプレート１０２は、静電チャック１０１の基板側の表面１０３ａとは反対側の裏面１０３ｆの側から静電チャック１０１を支持する。また、ベースプレート１０２の下面（基体側の上面とは反対側の面）には、誘電体層が形成されている。

静電チャック１０１の表面１０３ａには、複数の保持ピン１０３ｄがマトリクス状に点在するように形成されている。複数の保持ピン１０３ｄは、例えば、基板と接する円柱形状の突起部で構成され、基板を載置して保持するためのものである。また、静電チャック１０１の表面１０３ａには、詳細には、その外縁部には、基板と接して静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間を封止するための外周シールリング（封止部）ＳＲが複数の保持ピン１０３ｄを囲むように形成されている。外周シールリングＳＲは、円環状の突起部で構成され、複数の保持ピン１０３ｄを囲む第１空間を封止する。外周シールリングＳＲは、本実施形態では、内側シールリング（第１封止部）１０３ｂと、内側シールリング１０３ｂを囲む（即ち、内側シールリング１０３ｂより外側の）外側シールリング（第２封止部）１０３ｃとを含む。

内側シールリング１０３ｂ、外側シールリング１０３ｃ及び保持ピン１０３ｄは、同一の高さＨ１を有する。内側シールリング１０３ｂ、外側シールリング１０３ｃ及び保持ピン１０３ｄの高さＨ１は、例えば、５μｍ〜４０μｍの範囲で設定される。また、保持ピン１０３ｄの直径φ１は、例えば、１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で設定される。

静電電極１０４は、薄膜静電電極であって、基体１０３に内蔵されている。静電電極１０４は、外部の直流電源（不図示）に接続される。静電電極１０４に所定の電圧が印加されると、基板などの保持対象物が内側シールリング１０３ｂ、外側シールリング１０３ｃ及び保持ピン１０３ｄの上に吸着される。保持対象物に対する吸着力は、静電電極１０４に印加される電圧が高いほど大きくなる。

基体１０３には、基体１０３（静電チャック１０１）を貫通する第１貫通孔１０５が形成されている。第１貫通孔１０５は、ベースプレート１０２に形成されたガス溜め部１０６に接続している。ガス溜め部１０６は、第１貫通孔１０５を介して静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間（即ち、第１空間）に接続し、かかる空間に充填される（封じ込められる）気体、例えば、不活性気体を溜めるための空洞である。このように、第１貫通孔１０５は、ガス溜め部１０６と第１空間との間を貫通する。また、ガス溜め部１０６は、第１貫通孔１０５を介してのみ外部空間と連通する。

更に、基体１０３には、内側シールリング１０３ｂと外側シールリング１０３ｃとの間の領域に基体１０３（静電チャック１０１）を貫通する第２貫通孔１０７が形成されている。第２貫通孔１０７は、ベースプレート１０２に形成された接続路１０９に接続している。接続路１０９は、第２貫通孔１０７と外部空間とを接続する。従って、第２貫通孔１０７及び接続路１０９は、内側シールリング１０３ｂと外側シールリング１０３ｃとの間の第２空間と外部空間との間を貫通する。

このような構成において、保持部材１００は、真空中において、静電チャック１０１の表面１０３ａが露出した状態を経て、内側シールリング１０３ｂ、外側シールリング１０３ｃ及び保持ピン１０３ｄによって基板を保持する。これにより、静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間（即ち、第１空間）、第１貫通孔１０５及びガス溜め部１０６を含む閉空間に、かかる平空間の内の気体が封じ込められ（封止され）、静電チャック１０１と基板との間の熱伝導性が向上する。

図３を参照して、本発明の一側面としての処理装置１について説明する。処理装置１は、保持部材１００を用いて基板を搬送し、かかる基板を真空中において処理する真空処理装置である。処理装置１は、処理室１０と、ゲートバルブ１１と、基板ステージ１２と、静電チャック１３と、荷電粒子源１４と、電磁偏向器１５と、静電偏向器１６とを有する。また、処理装置１は、前室２０と、ゲートバルブ２１と、真空バルブ２２と、真空ポンプ２３と、搬送ロボット２４と、保持ロボット２５と、ガスバルブ２６と、ガス源２７とを有する。また、処理装置１は、ロードロック室３０と、基板搬送ロボット３１と、ゲートバルブ３２と、真空バルブ３３と、真空ポンプ３４と、制御部５０とを有する。制御部５０は、ＣＰＵやメモリなどを含み、処理装置１の全体（動作）を制御する。制御部５０は、基板２００の処理、本実施形態では、基板２００にパターンを描画（形成）する処理だけではなく、保持部材１００に基板２００を保持させるための処理も制御する。

処理装置１における基板２００の処理について説明する。かかる処理は、制御部５０が処理装置１の各部を統括的に制御することで行われる。まず、大気側に配置された基板ステーション４０に格納されていた基板２００を、基板搬送ロボット３１によって、前室２０に基板２００を搬送するためのロードロック室３０に搬送する。ロードロック室３０に基板２００が搬送されると、大気側とロードロック室３０との間を隔てるゲートバルブ３２を閉じて真空バルブ３３を開き、ロードロック室３０を真空ポンプ３４で真空排気する。このように、ロードロック室３０は、前室２０に搬送する基板２００を真空雰囲気で保持するためのものである。

次に、ロードロック室３０と前室２０との間を隔てるゲートバルブ２１を開く。前室２０は、前室２０に準備されている保持部材１００に、ロードロック室３０から搬送された（即ち、処理室１０に搬送する）基板２００を保持させるための真空室である。前室２０に接続された真空バルブ２２は開かれおり、真空ポンプ（排気部）２３によって前室２０は真空排気されている。また、前室２０には、保持部材１００を保持する搬送ロボット２４が配置されている。

ゲートバルブ２１が開かれると、基板搬送ロボット３１によって搬送された基板２００を保持ロボット２５に載置して、ゲートバルブ２１及び真空バルブ２２を閉じる。そして、ガスバルブ２６を開いて、ガス源（供給部）２７から不活性気体、本実施形態では、ヘリウムガスを前室２０に供給する。この際、ガス源２７は、前室２０におけるヘリウムガスの圧力が５００Ｐａから５０００Ｐａの間の圧力となるように、ヘリウムガスを前室２０に供給することが可能である。

前室２０におけるヘリウムガスの圧力が所定の圧力になると、ガスバルブ２６を閉じる。これにより、ヘリウムガス雰囲気中に静電チャック１０１の表面１０３ａが露出した状態となり、第１貫通孔１０５を介して、ヘリウムガスがガス溜め部１０６に前室２０と略同一の圧力で充填される。

次に、保持ロボット２５によって、基板２００を搬送ロボット２４に保持された保持部材１００に載置し、静電電極１０４に電圧を印加して基板２００を静電チャック１０１に吸着させる。これにより、保持部材１００、即ち、内側シールリング１０３ｂ、外側シールリング１０３ｃ及び保持ピン１０３ｄによって基板２００が保持される。そして、真空バルブ２２を開き、前室２０を真空ポンプ２３で真空排気する。

図４は、ヘリウムガス雰囲気中に静電チャック１０１の表面１０３ａが露出した状態を経て、即ち、前室２０において、基板２００を保持した保持部材１００を示す概略断面図である。図４において、保持部材１００の外部（周り）の雰囲気は真空である。また、外周シールリングＳＲで封止された空間、即ち、静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間１０８、第１貫通孔１０５及びガス溜め部１０６を含む閉空間には、ヘリウムガスが封じ込められている。ここで、空間１０８は、第１貫通孔１０５を介してガス溜め部１０６と接続している。従って、基板２００と内側シールリング１０３ｂとの間から僅かな量のヘリウムガスがリークしても、ヘリウムガスの圧力変動を低減するとともに、空間１０８におけるヘリウムガスの圧力の均一性を維持することができる。これにより、基板２００と保持部材１００との間の熱伝達が安定して向上する。

また、内側シールリング１０３ｂと外側シールリング１０３ｃとの間の領域は、第２貫通孔１０７及び接続路１０９を介して、外部（真空雰囲気）に接続している。従って、内側シールリング１０３ｂ及び外側シールリング１０３ｃと接する基板２００の領域は、内側シールリング１０３ｂよりも内側の基板２００の領域と異なり、保持部材側（裏面）とその反対側（表面）の両方が真空雰囲気となる。従って、内側シールリング１０３ｂ及び外側シールリング１０３ｃと接する基板２００の領域においては、裏面と表面とで差圧が発生しないため、保持部材１００による吸着力の低減を抑制することができる。これにより、微粒子の挟み込みを防止するとともに、内側シールリング１０３ｂの内側の基板２００の領域よりも内側シールリング１０３ｂ及び外側シールリング１０３ｃと接する基板２００の領域における吸着力を大きくすることができる。その結果、静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間１０８（空間１０８、第１貫通孔１０５及びガス溜め部１０６を含む閉空間）の密閉性を高め、ヘリウムガスのリークを低減させることができる。

図３に戻って、前室２０が真空排気されると、前室２０と処理室１０との間を隔てるゲートバルブ１１を開き、基板２００を保持した保持部材１００を、搬送ロボット２４によって処理室１０に搬送する。処理室１０は、基板２００を真空中において処理するためのものである。そして、搬送ロボット２４によって搬送された保持部材１００を、基板ステージ１２の上の静電チャック１３に載置して、静電チャック１３で保持部材１００を吸着（固定）する。ここで、基板２００を保持した保持部材１００は、処理室１０において真空排気される。但し、静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間１０８におけるヘリウムガスの圧力は５０００Ｐａ程度であるため、真空排気しても、気体の断熱膨張による温度低下は無視することができる。従って、保持部材１００の温度制御は不要である。

保持部材１００が静電チャック１３に吸着されると、ゲートバルブ１１を閉じる。処理室１０には、荷電粒子線を保持部材１００に保持された基板２００に照射し、かかる荷電粒子線で基板２００に描画を行う荷電粒子光学系が配置され、常時、真空排気系（不図示）で真空排気されている。換言すれば、処理室１０は、保持部材１００に保持された基板２００にエネルギー線を照射してパターンを基板２００に形成する照射部を有する。本実施形態では、荷電粒子光学系は、荷電粒子源１４、電磁偏向器１５、静電偏向器１６などを含む。基板２００へのパターンの描画は、基板ステージ１２を移動させながら、荷電粒子源１４からの荷電粒子線を電磁偏向器１５や静電偏向器１６を用いて走査することで行われる。

基板２００へのパターンの描画が終了すると、基板２００を保持した保持部材１００を、搬送ロボット２４によって前室２０に搬送し、ゲートバルブ１１を閉じる。次いで、保持ロボット２５によって、搬送ロボット２４の上の保持部材１００から基板２００を取り外す。そして、ゲートバルブ２１を開けて、保持ロボット２５の上の基板２００を、基板搬送ロボット３１によって、ロードロック室３０に搬送し、ゲートバルブ２１を閉めてから、ロードロック室３０を大気開放する。ロードロック室３０を大気開放したら、ゲートバルブ３２を開けて、パターンが形成された基板２００を、基板搬送ロボット３１によって、基板ステーション４０に搬送する。

このように、処理装置１では、基板２００の搬送や保持に保持部材１００を用いている。従って、不活性気体を供給する配管を保持部材１００に接続することなく、静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間、第１貫通孔１０５及びガス溜め部１０６を含む閉空間に不活性気体が封じ込められた状態で基板２００を搬送することができる。これにより、静電チャック１０１と基板との間の熱伝導性が向上するとともに、保持部材１００の搬送や基板ステージ１２の移動に影響を与えることなく、基板２００を処理することができる。換言すれば、処理装置１は、高いスループットで経済性よく高品位なデバイスななどの物品を提供することができる。

また、保持部材１００は、図１、図２及び図４に示す構成に限定されるものではなく、例えば、図５に示すような構成であってもよい。図５に示す保持部材１００は、図１、図２及び図４に示す保持部材１００と比較して、ベースプレート１０２に形成された接続路１１０が異なる。接続路１１０は、内側シールリング１０３ｂと外側シールリング１０３ｃとの間の領域に形成された第２貫通孔１０７とガス溜め部１０６とを接続している。このように、第２貫通孔１０７及び接続路１１０は、内側シールリング１０３ｂと外側シールリング１０３ｃとの間の第２空間とガス溜め部１０６との間を貫通する。

このような構成では、静電チャック１０１の表面１０３ａと基板との間の空間１０８に封じ込められたヘリウムガスが、内側シールリング１０３ｂ及び外側シールリング１０３ｃによって２重に密閉（シールド）されることになる。厳密には、ガス溜め部１０６は共通であるが、第２貫通孔１０７が第２貫通孔１０７のコンダクタンスが第１貫通孔１０５のコンダクタンスよりも小さくなるように形成されているため、実質的に、２重に密閉されることになる。従って、基板２００と内側シールリング１０３ｂとの間からヘリウムガスがリークしても、空間１０８におけるヘリウムガスの圧力の均一性を維持することができる。これにより、基板２００と保持部材１００との間の熱伝達が安定して向上する。

本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。かかる製造方法は、処理装置１を用いて、感光剤が塗布された基板にパターンを形成する工程と、パターンを形成された基板を処理（例えば、現像）する工程を含む。また、上記形成工程につづけて、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージングなど）を含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

Claims (13)

1. 静電力で基板を保持する保持装置であって、
   前記静電力を生成するための電極を含む基部と、
   前記基部の上面に設けられた複数のピンと、
   前記上面に設けられ、前記複数のピンを囲む第１空間を封止する封止部と、
   を有し、
   前記基部には、空洞と、前記空洞と前記第１空間との間を貫通する第１貫通孔とが形成され、
   前記ピン及び前記封止部の上に前記静電力で前記基板が保持されることにより、真空中において、前記第１空間、前記第１貫通孔及び前記空洞の内の気体が封止される、
   ことを特徴とする保持装置。
2. 前記封止部は、第１封止部と、前記第１封止部より外側の第２封止部とを含む、ことを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記基部には、前記第１封止部と前記第２封止部との間の第２空間と外部空間との間を貫通する第２貫通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の保持装置。
4. 前記基部には、前記第１封止部と前記第２封止部との間の第２空間と前記空洞との間を貫通する第２貫通孔が形成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の保持装置。
5. 前記第２貫通孔は、前記第２貫通孔のコンダクタンスが前記第１貫通孔のコンダクタンスよりも小さくなるように形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の保持部材。
6. 前記空洞は、前記第１貫通孔を介してのみ外部空間と連通する、ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の保持装置。
7. 前記気体は、不活性気体を含む、ことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の保持装置。
8. 基板を処理する処理装置であって、
   真空中において前記基板を処理するための処理室と、
   前記処理室に搬送する基板を保持装置に保持させるための前室と、
   前記前室に気体を供給する供給部と、
   前記保持装置に前記基板を保持させるための処理を制御する制御部と、を有し、
   前記保持装置は、請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の保持装置を含み、
   前記制御部は、
   前記供給部によって前記前室に前記気体を供給する第１処理と、
   前記気体の雰囲気中において前記ピン及び前記封止部の上に前記静電力で前記基板を保持させることによって、前記第１空間、前記第１貫通孔及び前記空洞の内の前記気体を封止する第２処理と、
   を行うことを特徴とする処理装置。
9. 前記前室を真空排気する排気部を更に有し、
   前記制御部は、前記第２処理の後、前記排気部によって前記前室を真空排気し、前記基板を保持する前記保持装置を前記処理室に搬送する第３処理を行う、ことを特徴とする請求項８に記載の処理装置。
10. 前記制御部は、前記第１処理において、前記前室における前記気体の圧力が５００Ｐａから５０００Ｐａの間の圧力となるように、前記前室に前記気体を供給する、ことを特徴とする請求項８又は９に記載の処理装置。
11. 前記前室に基板を搬送するためのロードロック室を更に有する、ことを特徴とする請求項８乃至１０のうちいずれか１項に記載の処理装置。
12. 前記処理室は、前記保持装置に保持された基板にエネルギー線を照射してパターンを前記基板に形成する照射部を有する、ことを特徴とする請求項８乃至１１のうちいずれか１項に記載の処理装置。
13. 請求項１２項に記載の処理装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を処理する工程と、
    を有することを特徴とする物品の製造方法。

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