JP6400120B2 - 基板保持装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

基板保持装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板保持装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。
半導体デバイス等の製造工程に使用される露光装置に対して、凹凸や反りを有する基板が供給されることがある。真空吸着によって基板を保持する際に、基板の周縁の反りに起因してリークが生じて吸着力が弱まる恐れがある。
特許文献1及び特許文献2は、保持部材の基板対向面の外周に沿って、弾性のシール部材を設けた基板保持装置に関する。シール部材が基板の周縁形状に沿って変形することによって、基板と基板対向面との間の空間のリークを低減させて吸着力を高めている。
特許文献2には、露光処理を終えた基板の搬出動作において、基板をシール部材から離しやすくするために空間の排気に用いた孔から空気を吹き出す旨が開示されている。
特開2002−217276号公報 特開2010−197415号公報
特許文献2に記載の基板保持装置では、排気用の孔につながれている配管は減圧状態であり、まずはこの配管内を空気置換するための時間が必要となる。また全ての孔が共通の配管につながれているため、基板の端に向けて空気を吹き出す孔ほど配管の長さが長い。そのため、基板端側の、基板とシール部材との接触部分が一番空気を必要とするにも関わらず、空気の供給が遅れる恐れがある。
上記課題を鑑み、本発明は、基板の搬出時において短時間で基板をシール部材から離す上で有利な基板保持装置およびリソグラフィ装置を提供することを目的とする。
本発明の基板保持装置は、基板を保持する基板保持装置であって、前記基板との間の空間を排気するための吸気孔が形成されている中央部と、前記中央部を囲み、前記中央部よりも低い位置に形成されている外周部と、を含む保持部材と、前記保持部材に設けられ、前記空間を規定するシール部材と、を有し、前記外周部及び前記シール部材の少なくとも一方には、前記吸気孔につながる排気系から独立している孔が形成されていることを特徴とする。
本発明の基板保持装置およびリソグラフィ装置は短時間で基板をシール部材から離す上で有利となる。
第1、第2の実施形態に係る露光装置の図。 第1の実施形態に係るチャックの図(鉛直上方から見た図)。 第1の実施形態に係るチャックの図(基板吸着時)。 第1の実施形態に係るチャックの図(基板搬出時)。 第2の実施形態に係るチャックの図。 第3の実施形態に係るチャックの図。 第4の実施形態に係るチャックの図。 その他の実施形態に係るチャックの図。
[第1の実施形態]
図1を用いて、第1の実施形態に係る露光装置1の構成について説明する。露光装置1は、ステップ・アンド・リピート方式にてレチクル2及び基板3を走査させながら、i線(波長365nm)を照射して、レチクル2に形成されているパターン(例えば回路パターン等)を基板3上に転写する投影型露光装置である。なお、図1において、投影光学系4の光軸(本実施形態では鉛直方向)に平行な軸をZ軸とする。Z軸に垂直な平面内において、露光時にレチクル2が走査する方向をX軸、当該X軸に直交する非走査方向をY軸とする。
照明光学系5で成形された照明光(ビーム)6が、レチクル2と投影光学系4を介して基板3に照射される。基板3は、例えば単結晶シリコンの基板であって、表面にはレジストが塗布されている。レチクル2は、ステージ7と共に移動する。干渉計8はミラー9にレーザビームを照射し、その反射光を受光することによりステージ7の位置を検出する。なお、ステージ7はレチクル用のステージ天板(不図示)と当該レチクル用のステージ天板を移動させる移動機構(不図示)とを有する。
基板3は、基板3を真空吸着により保持する保持装置10とステージ13と共に6軸方向に移動する。干渉計11は、ミラー12を用いて、ステージ7の位置検出と同様の方法でステージ13の位置を検出する。なお、ステージ13は基板用のステージ天板(不図示)と当該基板用のステージ天板を移動させる移動機構(不図示)とを有する。
検出系14は、基板3上に形成されているアライメントマーク(不図示)やステージ13上に設置されたマーク台15に形成されている基準マーク(不図示)を検出する。検出系14がアライメントマーク及び基準マークの位置検出を行い、後述の制御部18によりパターンの形成位置が決定される。検出系14として、投影光学系4を介さずにアライメントマークや基準マークを検出するオフアクシスアライメント検出系を採用している。
保持装置(基板保持装置)10は、基板3を保持するチャック(保持部材)16と、基板3の搬入及び搬出時に基板3を支持するピン17と、チャック16をZ軸方向に沿って昇降させる昇降機構(不図示)とを有する。チャック16の昇降動作によって、搬入時はピン17からチャック16に、搬出時はチャック16からピン17に基板3が受け渡される。保持装置10の構成については、後で詳述する。
制御部18は、ステージ7、13、検出系14、干渉計8、11、及び保持装置10と線を介して接続されており、これらを統括的に制御する。例えば、露光処理時には、検出系14の検出結果に基づいてパターンの形成位置を決定し、干渉計8、11から得られる位置情報に基づいてステージ7、13の移動を制御する。また、基板3の搬入や搬出時には、チャック16の昇降機構やステージ13の移動を制御する。制御部18は、制御部18以外の構成部材を収容する筐体内に構成しても良いし、当該筐体とは別の筐体内に構成しても良い。
次に保持装置10の構成について説明する。図2は、保持装置10を+Z方向から見た図である。保持装置10は、+Z方向から見た形状が円形状のチャック16を有している。チャック16には、同心円状に、吸着孔(吸気孔)32、開放孔(孔)33、及びピン穴34が形成されている。
ピン穴34は、チャック16の中心付近の3箇所をそれぞれ貫通するように形成されている。昇降機構がチャック16を−Z方向に移動させると、ピン穴34の内側からピン17が突き出て、ピン17が基板3の搬入や搬出時の支持材となる。なお、基板3の吸着時はピン17とピン穴34との隙間はシール材(不図示)等で塞がるためリークすることはないとする。
吸着孔32はチャック16の中央側の4箇所、及びそれら4つの吸着孔32よりも外周側の5箇所に形成されている。吸着孔32は、排気系である配管35(図3に図示)及び不図示の真空ポンプにつながっている。
開放孔33は、吸着孔32よりもさらに外周側に、1周あたり8箇所で2周分形成されている。弾性材料で形成された、環状のリップシール(シール部材)31は、チャック16上にチャック16の外縁に沿って固定されている。
基板3の搬入後〜露光開始までの動作について図3(a)(b)を用いて説明する。図3(a)(b)は、チャック16の中心を通るX−Z平面における断面図である。
図3(a)は、チャック16の上方で、排気開始前に保持装置10に基板3を載置した時の高さ位置である基板搬入位置に基板3を搬入し終えた状態を示している。基板3とチャック16との間の空間42(基板との間の空間)の範囲は、リップシール31で囲まれることによって規定されている。
チャック16は、基板3の吸着時に基板3と接触する中央部40と、中央部40を取り囲み、中央部40よりも高さが低い位置に形成されている外周部41とを含む。すなわち、基板搬入位置から中央部40の表面までの距離よりも基板搬入位置から外周部41の表面までの距離のほうが大きくなるようにしている。周辺部41にはリップシール31を配置している。なお、中央部40には、基板3との接触面積を減らすために形成された複数のピン(不図示)や空間42を補助的に封止するための環状の凸構造(不図示)も含んでいても良い。
吸着孔32は中央部40の表面に形成されている。吸着孔32は、チャック16の内部で配管35を含む1つの排気流路にまとめられており、チャック16の下面側で配管35と接続されている。弁36は、吸着孔32と真空ポンプとをつなぐ配管35にある。基板3の吸着時は空間42の内部の空気を排気し、基板3の搬出時は中央部40の鉛直上方に空気を供給できる。
開放孔33は、図3(a)に示すように、チャック16を鉛直方向(保持部材の厚さ方向に沿う方向)に貫通するように形成されている。開放孔33は一端の開口が空間42に、他端の開口が大気空間に面しており、排気系である配管35からは独立した空気の通り道となる。なお、開放孔33によって多少は空気がリークするため、開放孔33の径は吸着孔32の径よりも小さくなるように形成されている。
図3(b)は排気を開始後、基板3がチャック16に吸着されている状態を示している。空間42内が排気されることで空間42内の圧力が低下し、基板3の位置変化に応じてリップシール31が変形していく。
リップシール31は、粘着シート等の固着剤を用いて外周部41に固定されている。固定されていない側の先端が基板3の外周に沿った位置で接触する。基板3の吸着に伴い、リップシール31が変形することによって、チャック16とリップシール31と基板3で囲まれる空間42は封止された状態となる。
そのため、リップシール31は変形しやすく伸縮可能な柔らかい部材であることが好ましい。シリコンゴムやフッ素ゴム(フッ素化合物を含む材料)等の合成ゴムを含む高分子材料(弾性の高分子材料)を用いることが好ましいが、その他の柔らかい樹脂や金属材料を用いても構わない。
これにより、保持装置10による吸着力が高まるにつれ、基板3は大気圧を受けてチャック16の中央部にならうように吸着される。これにより基板3の平面矯正をすることができる。また、基板3の縁が反っている場合でも反りを矯正することができる。
保持装置10により基板3をチャック16に吸着した状態で、露光装置1は露光処理を行う。露光終了後は保持装置10を制御して、基板3を搬出できる状態にする。
基板3の搬出動作について図4(a)(b)を用いて説明する。図4(a)は、チャック16を、図2のA−A’の点線に沿って切断した場合の断面図である。昇降機構がチャック16を下降させると、基板3がチャック16の表面からピン17に受け渡され、相対的にピン17がチャック16を突き出ることとなる。チャックの下降に伴い、空間42の体積が増加するため、空間42は大気圧に対して負圧になる。
前述の弁36を開放することで、空間42の内部に大気を流入させると、基板3の吸着力が弱まる。さらに、空間42の内圧の変化に伴って、開放孔33から空間42に流入する大気の量は図4(b)に示すように増加する。
開放孔33が有ることにより、基板3とリップシール31の接触部分を含み排気空間の体積も最も多い外周部41の鉛直上方の空間に、積極的に大気を流入させることができる。開放孔33を介した空気の通り道はその長さも短く、かつ配管35のように真空ポンプにより排気していた空間ではないことから、短時間で空気を供給することができる。これにより短時間で基板3をリップシール31から引き離すことができる。
中央部40上の吸着孔32のみを用いて大気を流入させる場合は、空間42の大部分のを占める外周部上に空気を流入させるには時間がかかる。単に大気を吹き付ける力を増加させて搬出動作を促進させても、基板3がリップシール31から離れた瞬間に基板3は浮いてずり滑り、基板3の位置ずれが生じたり、基板3が床等に落ちてしまう可能性が生じる。位置ずれが生じた基板3をそのまま搬出してしまうと、搬送ロボット(不図示)による搬送動作中に基板3をぶつけてしまう可能性もある。
一方、開放孔33が吸着孔としての機能も有するように、開放孔33を排気系に接続しようとすると、チャック16の内部に長い管が入り組んで配置されることとなる。これにより、冷却管等の他の部材が配置制約を受けてしまったり、チャック16の厚みが増すこととなる恐れがある。
また、開放孔33を排気系に接続させた状態で、基板3の搬出時に吸着孔32と開放孔33から空気を供給しようとすると、配管の長さに起因して空間42内に圧力分布が生じやすくなる。中央部での内圧が高くなると、基板3がシール部材31から離れた際に、基板3がリップシール31から離れた瞬間に基板3は浮いてずり滑り、基板3の位置ずれが生じたり、基板3が床等に落ちてしまう可能性が生じる。 以上のことから、外周部には、排気系とは独立させた開放孔33が形成されていることが好ましい。また、加工が容易なチャック16の厚み方向に沿って形成されている貫通孔であることが好ましい。
本実施形態の開放孔33は、空間42と大気空間の圧力差に応じて必要な量の大気を空間42に供給できる。特に、一度圧着されたリップシール31と基板3とを短時間で引き離すためにも、リップシール31と基板3の接触部分に効率よく大気を供給できるように開放孔33を少なくとも外周部41上に設けることが好ましい。さらに、開放孔33を排気系から独立させ、大気空間から空間42までの空気の流路を短くすることによって、短時間で空気を供給することができる。
なお、開放孔33の径が大きいほど空間42内に多くの空気を供給できるが、基板3を保持している間の空間42のリークによる吸着力の低下が懸念される。そのため、中央部40に形成されている開放孔(第2の孔)33と、外周部41に形成されている開放孔(第1の孔)33開放孔33の断面積の合計は、空間42の基板保持面に沿う方向の断面積に対して、0.03%以下であることが好ましい。より好ましくは、0.0005%以上0.004%以下とすると良い。これにより、基板3の吸着時のリーク抑制と基板3の搬出時にかかる時間の短縮とを両立することができる。
なお、基板保持面とは中央部の基板側表面を意味し、空間42の基板保持面に沿う方向の断面積とは、リップシール31の内径によってできる面の断面積を意味するものとする。
さらに、リップシール31から基板3が離れやすいように、少なくともリップシール31の先端部(例えば、リップシール31の先端から高さ1/3の部分)は粘着性の低い材料であることが好ましい。例えば、リップシール31として前述のフッ素ゴム(フッ素化合物を含む材料)を使用したり、少なくとも先端部に、粘着性の低い材料である、PTFEや二硫化モリブデン等をコーティングしても良い。
粘着性を低くすることによって、リップシール31から基板3が離れやすくなる。これにより、搬出までにかかる時間を低減できる。さらに、基板3との接触部分におけるリップシール31表面の摩耗を低減させてリップシール31の耐久寿命を延ばすことができると共に、摩耗により発生する粒子が装置内に飛散するのを防ぐことができる。
(実施例)
第1の実施形態の実施例について説明する。本実施例では、直径300mmの基板3を用いた。チャック16として、開放孔33が有るチャックと開放孔33が無いチャックを用意した。開放孔33が有るチャック16には、直径0.3mmの開放孔33を、総断面積が1.5mmとなるように形成した。
基板3がピン17と接触後のチャック16の下降速度を変更しながら搬出動作を繰り返し、基板3の位置ずれが生じる下降速度を比較した。なお、基板3が中央部40からピン17に受け渡されるまでのチャック16の下降速度は、どちらのチャックを用いる場合も共通させた。
この結果、開放孔33が無いチャックはピン17への受け渡し時にチャックの下降速度を0.2mm/s以上とした場合に基板3の位置ずれが確認された。一方、開放孔33が有るチャック16はチャック16の下降速度を1.0mm/sとしても基板3の位置ずれはほとんど確認されなかった。
基板3がピン17と接触してからリップシール31から離れるまでのチャック16の下降距離を1mmとして、生産性への寄与を計算する。開放孔33が有ることによりチャック16の下降速度を1.0mm/sとできる場合、基板3の1枚当たりの搬出処理が4秒早くなる。スループットに換算すると、開放孔33が無いチャックは150枚/hの処理速度であるのに対し、開放孔33が有るチャックは180枚/hの処理速度となる。すなわち30枚分の生産性が向上することとなる。
[第2の実施形態]
図5は、第2の実施形態に係るチャック16の断面図である。開放孔43は、外周部の基板対向面のうち、基板3の吸着時に空間42側に引き込まれたリップシール31によって塞がれる位置(シール部材の引き込み領域)44に形成されている。これにより、基板3の吸着中に開放孔43からのリークを低減する効果が有る。
搬出動作時は、リップシール31が元の形状に戻り開放孔43が開放されることで、大気を空間42内に供給できる。これにより、基板3の吸着時のリーク抑制効果と基板3の搬出時にかかる時間の短縮効果を両立することができる。
[第3の実施形態]
図6は、第3の実施形態に係るチャック16の断面図である。中央部40と外周部41には、真空ポンプにつながる配管35には接続されていない、開放孔33が形成されている。開放孔33につながる配管には、開閉可能な電磁弁である弁37を設けており、弁37と接続されている制御部38は弁37の開閉を制御する。それ以外は第1の実施形態のチャック16と同様の構成である。制御部38は、基板3の吸着時には弁37を閉じ、基板3の搬出時には弁37を開く。
開放孔33から大気を供給すべく基板3の搬出時に空気に置換すべき配管の長さは、真空ポンプと接続した場合の配管の長さよりも短い、そのため、基板3の搬出時に短時間で基板3をリップシール31から離すことができる。さらに、基板3の吸着中における、開放孔33を介しての空間42への大気の流入を抑制することができる。
[第4の実施形態]
図7は、第4の実施形態に係るチャック16の断面図である。中央部40と外周部41には、真空ポンプとつながる配管35には接続されていない、開放孔33が形成されている。開放孔33と圧縮空気の供給源(気体供給源)39との間には開閉可能な電磁弁である弁37を設けており、弁37と接続されている制御部38は弁37の開閉を制御する。それ以外は第1の実施形態のチャック16と同様の構成である。
圧力センサ(不図示)で空間42内の圧力を検知し、検知結果に基づいて制御部38が孔33を通る空気(気体)の流量を制御する。制御部38は流量制御部としての機能を有している。
圧縮空気であれば効率よく大気を供給できると共に、制御部38が流量を調整しながら大気を供給することにより、空間42内の圧力が大気圧よりも高くなるのを防ぐ。これにより、基板3がリップシール31から離れた際に、基板3が浮いて位置がずれることを防ぐことができる。位置ずれが生じた基板3をそのまま搬出してしまうことによって、搬送ロボット(不図示)が搬送動作中に基板3をぶつけたり落としてしまうのを防ぐことができる。
開放孔33から大気を供給すべく基板3の搬出時に空気に置換すべき配管の長さは、真空ポンプと接続した場合の配管の長さよりも短い、そのため、基板3の搬出時に短時間で基板3をリップシール31から離すことができる。
なお、圧力センサは必須ではない。制御部38は、チャック16の所定の下降速度から算出した空間42の空気の膨張度合いに基づいて、空間42に供給する空気の圧力を制御しても良い。また、空間42内の圧力が大気圧よりも高くなった場合に備えて、空気を外に逃がすための弁(不図示)をチャック16上に設けても構わない。
[その他の実施形態]
開放孔33は一方が空間42に、他方が大気空間に面していれば良い。そのため、開放孔33がチャック16の外周部及びリップシール31の少なくとも一方に形成されていれば良い。図8はリップシール31上に開放孔33が形成されている保持装置10の図である。
図2ではチャック16に直接リップシール31を固定しているが、リップシール31の交換が容易になるように、別部品によりリップシール31を固定しても良い。リップシール31を、基板3と接触する箇所を含む先端部分とそれ以外の部分とに分けて、摩耗した先端部分だけを交換できる構成としても良い。
開放孔33は、チャック16の中心から離れた位置にあるほど大きい断面積を有する孔であることが好ましい。基板3の吸着中は空間42の大部分は外周部上の空間であるため、外周部側に優先的に気体を供給するほうが、短時間で基板3をリップシール31から離すのが容易となる。例えば、基板保持面で同じ面積の、中心側の領域と当該中心側の領域の外側の領域とを設定し、それぞれの領域に同じ数の孔を設ける場合は、当該外側の領域にある孔の総断面積を大きくすると良い。
開放孔33は必ずしも等角度間隔に配置されていなくても良い。吸着孔32あるいは真空ポンプがチャック16に対して偏った位置に配置されている場合には、吸着孔32の密度が少ない領域において開放孔33の数を増やせば良い。
リップシール31を有する保持装置10は、基板3を吸着する前後で基板3が所定方向に10〜1000μm程度ずれることがある。これはリップシール31の製造工程により生じる個体差や取り付け誤差に起因する。この場合は、露光開始前に検出系8を用いて位置ずれを予め測定し、制御部18等が有する演算回路によって補正量を算出し、補正量を加味してステージ7、13を走査させる。吸着動作によって生じる基板3の位置ずれを低減し、重ね合わせ精度の低下を防止することができる。
本発明のリソグラフィ装置が、基板3に対して照射する光は、i線(波長365nm)に限られない。KrF光(波長248nm)やArF光(波長193nm)といった遠紫外線領域の光、可視光領域の光であるg線(波長436nm)でも良い。
また、本発明のリソグラフィ装置は、荷電粒子線を基板に照射してウエハ上に潜像パターンを形成する装置や、インプリント法により基板にパターンを形成する装置でも良い。
[物品の製造方法]
本発明の一実施形態に係る物品(半導体集積回路素子、液晶表示素子、撮像素子、磁気ヘッド、CD−RW、光学素子、フォトマスク等)の製造方法は、リソグラフィ装置を用いて基板(ウエハやガラス板等)上にパターンを露光する工程と、露光された基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す工程とを含む。さらに、他の周知の処理工程(現像、酸化、成膜、蒸着、平坦化、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含んでも良い。
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
1 露光装置(リソグラフィ装置)
3 基板
16 チャック(保持部材)
31 リップシール(シール部材)
32 吸着孔(吸気孔)
33 開放孔(孔)
40 中央部
41 外周部
42 空間
43 開放孔(孔)

Claims (13)

  1. 基板を保持する基板保持装置であって、
    前記基板との間の空間を排気するための吸気孔が形成されている中央部と、前記中央部を囲み、前記中央部よりも低い位置に形成されている外周部と、を含む保持部材と、
    前記外周部上に設けられ、前記空間を規定するシール部材と、を有し、
    前記外周部及び前記シール部材の少なくとも一方には、前記吸気孔につながる排気系から独立している貫通孔が形成されていることを特徴とする基板保持装置。
  2. 前記貫通孔は、前記保持部材の厚さ方向に沿って前記外周部に形成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。
  3. 前記貫通孔の、一端が前記空間に、他端が外の空間に面し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。
  4. 前記空間と前記外の空間との圧力差に応じて、前記貫通孔の前記他端から前記一端に向けて前記空間の外の気体が流入することを特徴とする請求項3に記載の基板保持装置。
  5. 前記貫通孔は第1の貫通孔であり、前記中央部には前記排気系から独立し、かつ前記外の空間に面している第2の貫通孔が形成されており、前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔の基板保持面に沿う方向の断面積の合計は、前記空間の前記基板保持面に沿う方向の断面積の0.03%以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載の基板保持装置。
  6. 前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔の前記基板保持面に沿う方向の断面積の合計は、前記空間の前記基板保持面に沿う方向の断面積の0.0005%以上0.004%以下であることを特徴とする請求項5に記載の基板保持装置。
  7. 前記貫通孔又は前記貫通孔につながる配管には開閉可能な弁が設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の基板保持装置。
  8. 前記貫通孔が気体供給源と接続されており、前記貫通孔と前記気体供給源との間に設けられた開閉可能な弁を用いて前記貫通孔を通る気体の流量を制御する流量制御部を有す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。
  9. 前記貫通孔は、前記外周部の基板対向面における前記シール部材の引き込み領域に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の基板保持装置。
  10. 前記シール部材は、弾性の高分子材料であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の基板保持装置。
  11. 前記シール部材の先端部はフッ素化合物を含む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。
  12. 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の保持装置を有し、前記保持装置で保持された基板に対してビームを照射し、前記基板上にパターンを形成することを特徴とするリソグラフィ装置。
  13. 請求項12に記載のリソグラフィ装置を用いて基板上にビームを照射する工程と、
    前記基板に対してエッチング処理及びイオン注入処理の少なくともいずれか一方を施す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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