JP4040423B2 - 基板保持装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板を保持する基板保持装置、該基板保持装置を有する露光装置、およびデバイス製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の高度情報化社会の進展に伴い、素子の微細化・高集積化が急速に進んできた。半導体素子製造に用いられる縮小投影露光装置において、素子の微細化に対応するため、レンズの高N.A.化が進んでいる。しかし高N.A.化によって解像性能は向上するが、N.A.の増加や高集積化によって有効な焦点深度は逆に減少することになる。そこで解像力を維持しつつ、かつ十分な実用深度を確保するために、投影光学系の像面湾曲の軽減や、基板の厚みムラ改善や、チャック平面精度の向上などの手段を講じる必要がある。
【0003】
異物による素子不良を抑制する有効な手段として、従来からウエハ裏面とチャック吸着面との接触率をできる限り少なくしていく方法が採用されてきた。特にウエハ裏面と点接触するピンコンタクトタイプのチャックが主流になりつつある。
【0004】
一般的なピンチャックの構成を図2に示す。一般的なピンチャックは、環状のシール部14を外周に設け、その内側に点在するピン状の接触部(以下、ピン状凸部)12が、0.2mm程度の円または方形の形状を有し、チャック全面に渡ってピンピッチ2mm程度で配列された構成をなす。また、外周シール部14および基板リフトピン穴11用のシール部13は、連続的な縁堤形状をなしているのが一般的である。このようなピンチャックの場合、吸着変形に起因した3つの問題を引き起こす。
【0005】
第1の問題は、ピン状凸部とピン状凸部との間で生じるウエハのたわみである。ピン状の接触で吸着保持した場合、ピンとピンとの間の区間については吸着力による変形外力を受けるためたわみが生じる。たとえばピン間隔が2mmであると5nm程度のたわみが生じる。このたわみ量は、今後高N.A.化、短波長化によってさらに厳しくなる露光装置の要求仕様から考慮するに無視できない量である。
【0006】
第2の問題は、リフトピン穴11の部分に発生するウエハたわみによる盛り上がり変形である。この変形によれば、リフトピン穴シール用の縁堤部とその近傍のピンとの間のウエハ変形や、ピン自身のたわみ、ウエハへのピンの食い込みなどが原因となって、100nm以上もの大きな盛り上がりを生じることになる。
【0007】
第3の問題は、チャック外周部のシール用縁堤部(14)と近傍にピンとの間で上記問題と同様の原理によって発生する跳ね上がりである。外周部は、ウエハ変形が自由端になるため発生する跳ね上がりは大きく、300nm以上にもなる場合がある。
【0008】
【特許文献1】
特開平10−233433号公報
【特許文献2】
特開平8−195428号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
第1の問題に対して、チャックの凸部を格子状あるいは同心円状の配置をし、ピン間隔を減らす試みがなされてきた。しかしながら、ピン間でのたわみを減らすためにピン間隔を減らして近づけていけば、たわみ量は減るもののウエハ裏面との接触率が上がってしまい、異物の挟み込む確率が増加してしまう。
【0010】
この種のピン間変形は、露光装置の露光画角に対して位置的な相関がとられていないため、露光画角毎にピンの接触位置が異なり、ピン間変形による変形形状が露光ショット毎に再現するものではない。結果として露光画角毎にフォーカスのばらつき量を増すことになる。通常、正方形あるいは長方形の画角で露光する露光装置では、格子状配置よりも同心円状の配列の場合にそのばらつきは顕著である。
【0011】
第2の問題および第3の問題に対して従来は、例えばチャックの中央付近にある基板リフトピン用の穴部周辺で、真空吸着時の平面度劣化が顕著に現われるためシール部に段差をつけた提案(例えば特許文献1を参照)や、接触部をすべて点接触にて構成するチャックも提案されている(例えば特許文献2を参照)。これらのチャックは真空を確保するためのシール用の縁堤部をピン上面よりも一段低く形成し、その縁堤部の上に複数の凸部を構成するものである。しかしながら、いずれの従来技術においても縁堤部のリークが実際には問題となり、真空圧力の低下や、反りの大きいウエハの外周部の平面矯正力が劣るなどの弊害がある。また、縁堤部を安定した寸法で低くするためには、高精度な部分的加工を要するため、製造コストも高くなる。
【0012】
本発明は、高精度な基板の平坦度が得られる基板保持装置を提供することを目的とする。
【0013】
上記の目的を達成するための本発明による基板保持装置は、以下の構成を備えるものである。すなわち、
基板を支持するための凸部を備え負圧によって基板を吸着保持する基板保持装置であって、
前記凸部は、
基板を載置する面の外周部に配置された環状の縁堤凸部と、
前記縁堤凸部の内側に配置された点在するピン状凸部とを含み、
前記縁堤凸部に隣接し且つ環状の第1領域には前記ピン状凸部が円周状に配列され、
前記第1領域の内側の第2領域には前記ピン状凸部が格子状に配列され、
前記第1領域と前記第2領域との間にある環状の第3領域には、前記第2領域の格子状配列におけるピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき該第3領域における前記ピン状凸部の相互の距離Eが0.7P≦E≦1.2Pを満たすように前記ピン状凸部が配置されていることを特徴とするものである。
【0014】
また、好ましくは、前記第2領域における前記ピン状凸部の配置ピッチは、露光装置の露光画角サイズの整数分の1である。ピン状凸部の吸引力による変形外力に起因するたわみに、各露光ショット毎で再現性をもたせることができ、ショット間でのフォーカス精度を安定させることができるからである。
【0015】
また、好ましくは、前記第1領域において円周状に配列された前記ピン状凸部の配置間隔Dは、前記第2領域の格子状配列におけるピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき、0.8P≦D≦1.2Pを満たす。
【0016】
また、好ましくは、前記第1領域には、前記縁堤凸部の同心円の上に前記ピン状凸部が配置されている。
【0017】
また、好ましくは、前記縁堤凸部と該縁堤凸部に最も近い同心円である第1配置円との距離Aは、前記第2領域における前記ピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき、0.2P≦A≦1.2Pを満たす。
【0018】
また、好ましくは、前記同心円としての第2配置円が前記第1配置円から距離Bだけ内側の位置に配置され、該距離Bは、0.8P≦B≦1.2Pを満たす。
【0019】
また、好ましくは、前記第3領域は、前記第2配置円と該第2配置円より所定距離だけ内側の第3配置円との間の領域である。
また、好ましくは、前記第3領域には、前記第3領域の面積をSとしたとき、S/P2に基づいて決定される個数の前記ピン状凸部が配置されている。
【0020】
また、好ましくは、前記所定距離は、前記配置ピッチPに等しい。
【0022】
また、好ましくは、 前記凸部は、
基板を前記表面より分離するリフト部材を通すための貫通穴部を囲む環状の第2縁堤凸部を含み、
前記第2縁堤凸部の外側に隣接する第4領域には、前記ピン状凸部が円周状に配列されている。
【0023】
また、好ましくは、 前記第4領域には、前記第2縁堤凸部の複数の同心円の上に前記ピン状凸部が配置されている。
【0024】
また、好ましくは、前記第2縁堤凸部と該第2縁堤凸部に最も近い同心円である第4配置円との距離aは、前記第2領域における前記ピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき、0.3P≦a≦0.6Pを満たす。
【0025】
また、好ましくは、前記同心円としての第5配置円が前記第4配置円から距離bだけ外側の位置に配置され、該距離bは、0.8P≦b≦1.2Pを満たす。
【0026】
また、好ましくは、 前記第5配置円と該第5配置円より所定距離だけ外側の第6配置円との間にある第5領域には、前記第5領域の面積をsとしたとき、s/P2に基づいて決定される個数の前記ピン状凸部が配置されている。
【0027】
また、好ましくは、前記所定距離は、前記配置ピッチPに等しい。
【0028】
また、好ましくは、前記第5配置円と該第5配置円より所定距離だけ外側の第6配置円との間にある第5領域におけるピン状凸部の相互の距離eは、0.7P≦e≦1.2Pを満たす。
【0029】
また、本発明によれば、上記のいずれかに記載の基板保持装置と、前記基板保持装置によって保持された基板を露光する手段とを有する露光装置が提供される。
【0030】
また、本発明によれば、上記の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、露光工程で露光された基板を現像する現像工程とを有するデバイス製造方法が提供される。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0032】
<露光装置の実施形態>
本発明の基板保持装置を縮小投影露光装置に適用した例を用いて具体的に説明する。
【0033】
図4は露光装置の全体概略図である。図4に示すとおり、露光装置は、露光原板であるレチクル2がレチクルチャック3を介してレチクルステージ4上に載置される。そして、不図示の光源から照明光学系1を通して導かれる露光光がレチクル2上に照射される。レチクル2を通った露光光は、投影光学系5によって、例えば1/5に縮小され、被加工物であるシリコンウエハ8上に照射される。このシリコンウエハ8を保持する手段としての基板保持装置いわゆるウエハチャック9は、基板を水平面内で移動可能なXYステージ10上に載置されている。
【0034】
上記構成の露光装置における露光シーケンスを以下に述べる。
まず、被露光ウエハ8が露光装置に自動あるいは作業者の手によってセッティングされた状態から、露光開始指令により露光装置の動作が開始される。まず、1枚目のウエハ8が搬送システムによってステージ7上に載置されたウエハチャック9上に送り込まれる。続いて、装置に搭載されたオフアクシススコープ7によってウエハ8上に記されたアライメントマークを複数個検出してウエハの倍率、回転、XYずれ量を確定し、位置補正を行う。ステージ10は、搭載したウエハの第1ショット位置が露光装置の露光位置に合うようにウエハを移動する。面計測手段6により合焦後、約0.2秒程度の露光を行い、ウエハ上の第2ショット位置にウエハをステップ移動して順次露光を繰り返す。最終ショットまで同様のシーケンスを繰り返して1枚のウエハ露光処理は完了する。ウエハチャック上から回収搬送ハンドに受け渡されたウエハはウエハーキャリアに戻される。
【0035】
<ウエハチャックの実施形態>
図1及び図3に本実施形態のウエハチャックの概要を示す。チャック9は、熱伝導性に優れた焼結SiCセラミックスによってなり、ウエハを載置する表面側には、エッチング加工によって形成されたピン状凸部12と、土手状に形成された縁堤凸部13、14とがある。またチャック裏面から表面側に貫通し真空源に連通する真空吸引穴17が1つまたは複数形成されている。ウエハをチャック9上に搭載動作する際には、一旦ウエハをチャックから持ち上げるために上下動作するリフトピン15を、チャック9の半径に対して中ほどを貫通させる必要がある。このため、チャック9には、そのリフトピンよりも大きな径の貫通穴(リフトピン穴)11がある。リフトピン穴の周辺には、ほぼピン状凸部の直径と同程度の幅で形成された縁堤凸部13がある。また同様にチャック外周部にもウエハ外径よりもわずかに小さな半径の縁堤凸部14がある。
【0036】
これらの縁堤凸部は、他のピン状凸部と同じ高さであればよい。もちろん従来技術に示したようにわずかに低くなるようにしても平面矯正能力を落とすことはない。なお、17はウエハを真空吸着をするための排気穴であり、16は排気用ポンプである。
【0037】
次に、ピン状凸部が12が格子状に配列された領域について説明する。本実施形態における露光装置では、1回の露光エリアが、レンズの制約により22mm×22mmになるものとする。隣のショットにステップして露光してもレンズからみたピン状凸部12の相対的位置が一致するように、露光画角の整数分の1の間隔(本実施形態では10分の1の2.2mmとする)で格子配置を施している。こうすることでピン状凸部とピン状凸部との間でウエハが沈みこむ事によって生じる変形の形状が、各露光ショットで再現されることになり、ショット間でのデフォーカス精度がより安定する効果をもつ。真空圧力などを更に弱くしていけば、2.2mmよりも更に大きなピッチを選択でき、接触率を下げることも可能である。なお、この実施形態では、ピン状凸部12を単純な直交格子状に配置するが、露光画角に対して相関のある配置を選ぶことを考慮にいれれば、たとえば千鳥格子状の配列などでも本発明の主旨を逸脱しない。
【0038】
次に、チャック9の外周の縁堤凸部14付近のピン状凸部の配置について説明する。
外周部付近に対しても格子状の配列を行うと、縁堤凸部14の近傍には、ピン状凸部が密である部分と疎である部分ができてしまい、結果としてウエハの吸着変形を助長し、跳ね上がりの現象を引き起こす。そこで、縁堤凸部の近傍の複数の同心円周状にピン状凸部を配置する。なお、本実施形態では、同心円の数を2列とする。また、さらのその内側には遷移領域を設け、格子領域と同心円配置領域との滑らかな遷移を達成している。
【0039】
好ましくは、上記同心円の配置、同心円上におけるピン状凸部の配置、遷移領域の配置、遷移領域内のピン状凸部の配置は、その内側で格子状に配列されたピン状凸部のピッチ寸法Pに基づいて規定される。このようにピンを配置すれば、大幅な平坦度の改善がなされることを本発明者らは見出した。
【0040】
まず、縁堤凸部14に最も近い第1配置円21の配置位置は、縁堤凸部14からの距離をAとした場合に、0.2P≦A≦1.2Pの範囲から選ぶのが好ましい。本実施形態では、1.0×Pに当たる2.2mmとした。ここで、第1配置円21上に配置するピン状凸部の間隔DをPと同じ2.2mmとした。なお、Dは、0.8P≦D≦1.2Pの範囲であることが好ましい。
【0041】
次に、第2配置円22を、第1配置円21の内側の距離Bの位置に配置する。ここで、Bは、好ましくは0.8P≦B≦1.2Pの範囲から選ばれる。本実施形態では、2.2mm(=1.0P)とした。また、第2配置円22の演習場に配置されるピン状凸部の配置間隔D'は、0.8P≦D'≦1.2Pの範囲から選択されることが好ましい。本実施形態では、D'=2.2mmとした。
【0042】
更に、第2配置円22の内側で、第2の配置円から距離Pに第3配置円23を配置し、第2配置円22と第3配置円23との間の領域23を遷移領域とした。第3配置円23より内側では、ピン状凸部が2.2mmの格子配列で形成されることになる。遷移領域24では、以下の配列規則に則ってピン状凸部12を配置する。
【0043】
まず、遷移領域24の面積Sを求め、その面積を格子ピッチPの格子面積P2で割った値(S/P2)を、当該遷移領域24における最適ピン本数とする。本実施形態では、S/P2に近い整数値をピン本数とし、このピン本数のピン状凸部を配置する。なお、遷移領域24におけるピン状凸部12は、相互のピン状凸部の距離Eが、0.7P≦E≦1.2Pであるように配置することが好ましい。
【0044】
一方、チャック中央部に設けられたリフトピン穴部11近傍においても、上記外周の縁堤凸部14におけるピン配置規則と類似のものを適用できる。
【0045】
まず、リフトピン穴11の周囲の縁堤凸部13に最も近い第1配置円25(縁堤凸部13と同心円である)を配置する。この第1配置円25の配置位置は、縁堤部13からの距離aとした場合に、好ましくは0.3P≦a≦0.6Pの範囲から選ばれる。本実施形態では、0.5Pに当たる1.1mmとした。また、第1配置円25上に配置するピン状凸部の配置間隔dは、好ましくは、0.8P≦d≦1.2Pの範囲とする。本実施形態では、間隔dをPと同じ2.2mmとした。
【0046】
次に、第1配置円25から距離bの位置に第2配置円26を配置する。ここで、距離bは、好ましくは、0.8P≦b≦1.2Pの範囲から選択され、本実施形態では、2.2mmとした。
【0047】
更に、第2配置円26の外側の距離Pの位置に、第3配置円27を配置し、第2配置円26と第3配置円27の間に遷移領域28を設けた。遷移領域28におけるピン状凸部の配置は、次のように行なう。すなわち、遷移領域28の面積sを求め、その面積を格子ピッチPの格子面積P2で割った値を遷移領域28における最適ピン本数とする。よってその値に近い整数個のピン状凸部12を遷移領域28内に配置する。また、遷移領域28におけるピン状凸部の配置は、ピン状凸部の相互の距離eが、0.7P≦e≦1.2Pであるようにするのが好ましい。
【0048】
以上のような配置規則に基づきピン状凸部を配置することで、ウエハ吸着時のピン間隔でのウエハたわみが均一にでき、また1本のピンが支持する支持力をほぼ同じ値にでき、ピン部自体のたわみ量と、ウエハ裏面へのピンの食い込み量をチャック全域に渡って均一にすることが可能になった。
【0049】
なお、本発明は、露光装置のチャックに限らず、レジストを塗布・現像する塗布現像装置にも適用することが可能で、特にスピンチャックと称するウエハ回転部のチャックに対しても上記と同じ形態で適用すれば、良好な平坦度を得ることができる。
【0050】
<デバイスの生産方法>
次に上記に説明した露光装置または露光方法を利用したデバイスの生産方法の実施例を説明する。
【0051】
図5は微小デバイス(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)の製造フローを示す。ステップ1(回路設計)ではデバイスのパターン設計を行う。ステップ2(マスク製作)では設計したパターンを形成したマスクを製作する。一方、ステップ3(ウエハ製造)ではシリコンやガラス等の材料を用いてウエハを製造する。ステップ4(ウエハプロセス)は前工程と呼ばれ、上記用意したレチクルと基板を用いて、リソグラフィ技術によって基板上に実際の回路を形成する。次のステップ5(組み立て)は後工程と呼ばれ、ステップ4によって作成されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程(ダイシング、ボンディング)、パッケージング工程(チップ封入)等の工程を含む。ステップ6(検査)ではステップ5で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷(ステップ7)される。
【0052】
図6は、上記ウエハプロセスの詳細なフローを示す。ステップ11(酸化)ではウエハの表面を酸化させる。ステップ12(CVD)ではウエハ表面に絶縁膜を形成する。ステップ13(電極形成)ではウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ14(イオン打ち込み)ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ15(レジスト処理)ではウエハに感光剤を塗布する。ステップ16(露光)では上記説明した投影露光装置によってレチクルの回路パターンをウエハに焼き付け露光する。ステップ17(現像)では露光したウエハを現像する。ステップ18(エッチング)では現像したレジスト像以外の部分を削りとる。ステップ19(レジスト剥離)ではエッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップ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。
【0053】
以上のような本実施形態の製造方法を用いれば、高集積度のデバイスを安定的に生産することができる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高精度な基板の平坦度が得られる基板保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態によるウエハチャックの概観を示す図である。
【図2】一般的なウエハチャックの概観を示す図である。
【図3】本実施形態によるウエハチャックの断面図である。
【図4】本実施形態による露光装置の概略構成を示す図である。
【図5】微小デバイスの製造フロー図である。
【図6】ウエハプロセスの詳細なフロー図である。
Claims (18)
- 基板を支持するための凸部を備え負圧によって基板を吸着保持する基板保持装置であって、
前記凸部は、
基板を載置する面の外周部に配置された環状の縁堤凸部と、
前記縁堤凸部の内側に配置された点在するピン状凸部とを含み、
前記縁堤凸部に隣接し且つ環状の第1領域には前記ピン状凸部が円周状に配列され、
前記第1領域の内側の第2領域には前記ピン状凸部が格子状に配列され、
前記第1領域と前記第2領域との間にある環状の第3領域には、前記第2領域の格子状配列におけるピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき該第3領域における前記ピン状凸部の相互の距離Eが0.7P≦E≦1.2Pを満たすように前記ピン状凸部が配置されていることを特徴とする基板保持装置。 - 前記第2領域における前記ピン状凸部の配置ピッチは、露光装置の露光画角サイズの整数分の1であ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1領域において円周状に配列された前記ピン状凸部の配置間隔Dは、前記第2領域の格子状配列におけるピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき、0.8P≦D≦1.2Pを満たす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1領域には、前記縁堤凸部の同心円の上に前記ピン状凸部が配置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。
- 前記縁堤凸部と該縁堤凸部に最も近い同心円である第1配置円との距離Aは、前記第2領域における前記ピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき、0.2P≦A≦1.2Pを満たすことを特徴とする請求項4に記載の基板保持装置。
- 前記同心円としての第2配置円が前記第1配置円から距離Bだけ内側の位置に配置され、該距離Bは、0.8P≦B≦1.2Pを満たす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3領域は、前記第2配置円と該第2配置円より所定距離だけ内側の第3配置円との間の領域であることを特徴とする請求項6に記載の基板保持装置。
- 前記第3領域には、前記第3領域の面積をSとしたとき、S/P2に基づいて決定される個数の前記ピン状凸部が配置されていることを特徴とする請求項7に記載の基板保持装置。
- 前記所定距離は、前記配置ピッチPに等しいことを特徴とする請求項7又は8に記載の基板保持装置。
- 前記凸部は、
基板を前記表面より分離するリフト部材を通すための貫通穴部を囲む環状の第2縁堤凸部を含み、
前記第2縁堤凸部の外側に隣接する第4領域には、前記ピン状凸部が円周状に配列されていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の基板保持装置。 - 前記第4領域には、前記第2縁堤凸部の複数の同心円の上に前記ピン状凸部が配置されていることを特徴とする請求項10に記載の基板保持装置。
- 前記第2縁堤凸部と該第2縁堤凸部に最も近い同心円である第4配置円との距離aは、前記第2領域における前記ピン状凸部の配置ピッチをPとしたとき、0.3P≦a≦0.6Pを満たすことを特徴とする請求項11に記載の基板保持装置。
- 前記同心円としての第5配置円が前記第4配置円から距離bだけ外側の位置に配置され、該距離bは、0.8P≦b≦1.2Pを満たすことを特徴とする請求項12に記載の基板保持装置。
- 前記第5配置円と該第5配置円より所定距離だけ外側の第6配置円との間にある第5領域には、前記第5領域の面積をsとしたとき、s/P2に基づいて決定される個数の前記ピン状凸部が配置されていることを特徴とする請求項13に記載の基板保持装置。
- 前記所定距離は、前記配置ピッチPに等しいことを特徴とする請求項14に記載の基板保持装置。
- 前記第5配置円と該第5配置円より所定距離だけ外側の第6配置円との間にある第5領域におけるピン状凸部の相互の距離eは、0.7P≦e≦1.2Pを満たすことを特徴とする請求項13に記載の基板保持装置。
- 請求項1乃至16のいずれか1項に記載の基板保持装置と、
前記基板保持装置によって保持された基板を露光する手段とを有することを特徴とする露光装置。 - 請求項17に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
前記露光工程で露光された基板を現像する現像工程とを有することを特徴とするデバイス製造方法。
Priority Applications (3)
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