JP2003332411A

JP2003332411A - 基板保持装置及び露光装置

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Publication number: JP2003332411A
Application number: JP2002143055A
Authority: JP
Inventors: Kensho Tokuda; 憲昭徳田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】それ自体の平坦度を高くし、もってウエハを高
精度に平坦に保持するウエハホルダを提供する。【解決手段】ウエハホルダ２００においては、ウエハ３
００を保持する基板保持部２２０を、基台２１０上面全
面を正三角形の格子状に一様に分布したピン２２１及び
その周囲を囲むリム部２２２とにより構成する。また、
その反対面の基台２１０の底面に、同様に正三角形の格
子状に分布するピン２３１とその周囲を囲むリム部２３
２とを形成し支持部２３０とする。このピン２３１及び
リム部２３２をＺＬステージ１９２の上面１９３に当接
させてウエハホルダ２００を支持し、ＺＬステージ１９
２に設けられた給排気孔１９６を介してＺＬステージ１
９２と基台２１０との間の空間２３３を真空吸引するこ
とにより、ウエハホルダ２００をＺＬステージ１９２上
に固定的に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素
子、液晶表示素子、プラズマディスプレイ素子、薄膜磁
気ヘッドなどの電子デバイス（以後、単に電子デバイス
と言う）を製造する際の露光工程などにおいて、処理対
象の基板を保持するために使用される基板保持装置、及
び、当該基板保持装置により保持されている基板に対し
て露光処理を行う露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】露光装置などの基板処理装置に通常備わ
る半導体ウエハなどの基板（以後、単にウエハと言う場
合もある）を保持する基板保持装置（ウエハホルダ）に
おいては、転写すべきパターンの像がウエハの感光層に
所望の状態で形成されるように、ウエハを高精度に平坦
な状態で保持することが要求される。そのために、ウエ
ハ保持面を高精度に平坦な面として形成すると同時に、
ウエハを実際に保持する際にウエハ全体に対して均一な
吸着力を印加し、これによりウエハを吸着保持すること
がウエハホルダにおいては重要である。このような要求
に基づく従来のウエハの保持装置（ホルダ）としては、
例えば、ウエハとほぼ同径のリング状の凸部（リム部）
内に複数のピン形状の突起部を形成し、リム部内を真空
吸引することによりリム部及びピン上に載置されたウエ
ハを真空吸着するいわゆるピンチャックホルダと言われ
るウエハホルダなどが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ウエハホルダ自身をウエハステージなどに載置する際に
は、通常、ウエハホルダの裏面に形成された例えば３個
所程度の凸部によりウエハホルダを支えるようになって
いる。そのため、このウエハホルダ自体が、部分的に曲
がったり歪んだりするという問題がある。ウエハホルダ
に僅かでも歪みが発生すると、当然ウエハホルダに保持
されるウエハも歪むこととなり、最終的にはパターンを
転写する際の位置決め精度が悪化するなどして高精細な
露光処理が行えなくなるという問題が生じる。また、ウ
エハホルダの歪みが大きくなると、真空吸着力が弱くな
ったり凸部における保持力が弱まるなどして、ウエハス
テージの移動に伴ってウエハホルダがずれる場合がある
という問題も生じる。

【０００４】また、そのような従来のウエハホルダにお
いては、ウエハホルダの裏面の一部がある程度の面積を
有する面で、又はリング状に、ウエハステージと接する
こととなる場合がある。このような場合には、先に吸着
した凹部で真空吸引される空間が閉じてしまういわゆる
リンギングが発生し、その箇所が障害となってそこから
先の真空引きが進行せず、ウエハホルダの吸着が所望の
吸着力で行われなくなる可能性があるという問題もあ
る。さらに、従来のウエハホルダの構成には、中央にセ
ンターピンが通る開口が形成されており、この部分にお
いてはウエハホルダの裏面に真空吸着力が作用する面積
が実質的に狭くなっており、やはり所望の吸着力が得ら
れなくなるという問題もある。

【０００５】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであって、いわゆるウエハステージなどの載置
台上にそれ自体が高精度に平坦に歪みなく載置され、も
って、半導体ウエハなどの基板を同じく平坦な状態に歪
みなく保持できるような基板保持装置を提供することに
ある。さらには、当該載置台上に真空吸引力などにより
強固に吸着保持され、載置台が移動した時にもずれるこ
との無いような、安定して搭載される基板保持装置を提
供することにある。また、本発明の他の目的は、そのよ
うな基板保持装置を具備し、保持された基板に対して精
度よく位置決めを行い、露光処理により高精細なパター
ンを適切に転写することができる露光装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の第１の観点によれば、本発明の基板保持装
置（２００）は、平板状の基板を保持する基板保持装置
であって、平板状の基台（２１０）と、前記基台（２１
０）の一方の面に設けられ、載置される基板を、当該基
板が平坦に維持されるように保持する基板保持部（２２
０）と、前記基台（２１０）の他方の面に設けられ、各
先端部が実質的に同一平面を構成するように形成された
複数の突起部（２３１）を有し、当該突起部（２３１）
の先端部を所定の平坦面上に当接させることにより、当
該基板保持装置（２００）を前記平坦面上に設置する支
持部（２３０）とを有する。（図２参照）

【０００７】このような構成の基板保持装置（２００）
によれば、突起部（２３１）をある程度密に基台（２１
０）全面に分布することにより、基台（２１０）を所定
の平坦面上に載置した場合には、基台（２１０）は突起
部（２３１）により全面が支持されて平坦に支持され
る。また、平坦面と基台（２１０）との間には、その全
面にわたって空間が形成されることとなり、この空間を
真空吸引した場合には基台（２１０）の全面にわたって
平坦面方向の真空吸着力が作用することとなる。従っ
て、基台（２１０）の一部のみが支持されることによ
る、あるいは、基台（２１０）の一部に対して真空吸着
力が作用することによる歪みの発生を極力抑えることが
できる。

【０００８】好適には、前記基板保持部（２２０）も、
各先端部が実質的に同一平面を構成するように形成され
た複数の突起部（２２１）を有する構成とする。（図２
参照）このような構成とすれば、前述したのと同様の作
用により、載置されたウエハ（３００）に対して均一な
支持力及び吸着力を作用させることができ、ウエハの歪
みの発生を抑え平坦度を確保することができる。

【０００９】また好適には、それら支持部（２３０）及
び基板保持部（２２０）に具備される突起部（２２１，
２３１）は、各々、三角形の格子状に配置される。（図
４及び図５参照）このような構成によれば、異物を挟み込む確率に相当す
る平坦面あるいはウエハ（３００）との接触率を従来と
等しくした上で、平坦面、基台（２１０）及びウエハに
作用する真空吸着力をより均一にし、これによりウエハ
を含むこれらの吸着面の変形量を従来よりも少なくする
ことができる。なお、ウエハに比べて平坦面を構成する
ステージ本体及び基台は厚さも厚く変形し難いので、支
持部（２３０）の突起部（２３１）は、前記基板保持部
（２２０）の前記複数の突起部（２２１）より密度を粗
くして設けてよい。（図３及び図４参照）

【００１０】また好適には、前記基板保持部（２２０）
及び支持部（２３０）は、各々、前記複数の突起部（２
２１，２３１）と実質的に同じ高さを有し、当該複数の
突起部（２２１，２３１）を取り囲むように前記基台の
周縁部に設けられた側壁部（リム部）（２２２，２２
３）をさらに有する。（図２、図３及び図４参照）この
ような構成によれば、突起部（２２１，２３１）が柱状
に配置されて形成される平坦面と基板保持装置の基台
（２１０）、及び、基板保持装置の基台（２００）と載
置されたウエハ（３００）との間の空間（２２３，２３
３）が、この側壁部により周囲を囲まれて密閉空間とさ
れ、この状態でこれらの空間を真空吸引することが可能
となる。

【００１１】なお好適には、前記支持部（２３０）は、
前記平坦面と対向する表面の少なくとも一部が導電性材
料により形成される。（図２参照）また好適には、当該基板保持装置（２００）が前記所定
の平坦面（１９３）の所定の位置に載置された場合に、
前記平坦面の所定の位置に設けられた所定の開口と連結
し、当該開口に印加される真空吸引力を前記基板保持部
に作用させる、前記基台を貫通する孔（２１１）をさら
に有する。（図９参照）

【００１２】また好適な他の例としては、前記基板保持
部は、前記複数の突起部よりも高さが低く、当該複数の
突起部を取り囲むように前記基台の一方の面の周縁部に
設けられた側壁部を有する。好適には、前記側壁部は、
前記基板と対向する上端面に、各先端部が前記基台の一
方の面に設けられる前記複数の突起部と実質的に同一平
面を構成するように形成された複数の突起部を有する。

【００１３】また、本発明の第２の観点によれば、本発
明に係る露光装置（１００）は、露光対象の所望の基板
を保持する前記いずれかに記載の基板保持装置（２０
０）と、露光ビームによりフォトマスクを介して前記保
持された基板を露光し、前記フォトマスクに形成されて
いるパターンを前記基板に転写する露光手段（１１０〜
１６０）とを有する。（図１参照）このような構成の露光装置によれば、露光対象の基板を
歪みなく高精度に平坦に保持することができるので、よ
り高精細かつ適切な露光処理を行うことができる。

【００１４】なお、本欄においては、記載した課題を解
決するための手段の各構成に対して、添付図面に示され
ている対応する構成に付された符号を対応付けて記載し
たが、これはあくまでも理解を容易にするためのもので
あって、何ら本発明に係る手段が添付図面を参照して後
述する実施の形態の態様に限定されることを示すもので
はない。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について図
１〜図９を参照して説明する。本実施の形態において
は、半導体素子の製造時において、転写すべき所望のパ
ターンが形成されたマスクを介してフォトレジストが塗
布されたウエハを露光することにより、そのウエハにパ
ターンを転写する露光装置を例示して本発明を説明す
る。図１は、その露光装置の全体構成を概略的に示す図
である。露光装置１００は、光源１１０、ビームマッチ
ングユニット１２０、照明光学系１３０、レチクルステ
ージ１５０、投影光学系１６０及びステージ装置１７０
を有する。また、ステージ装置１７０は、ベース盤１８
０、ウエハステージ１９０及びウエハホルダ２００を有
する。

【００１６】まず、露光装置１００の構成について図１
を参照して説明する。まず、例えばＡｒＦエキシマレー
ザなどの光源１１０において発生された紫外パルス光な
どの光は、可動ミラーなどにより照明光学系１３０に対
して光路を位置的にマッチングさせるためのビームマッ
チングユニット１２０（ＢＭＵ）を介して、照明光学系
１３０に入射される。照明光学系１３０に入射された光
は、例えば光アッテネータとしての可変減光器、複数の
レンズ系よりなるビーム整形光学系、照明条件を変更す
る光学ユニット、オプチカル・インテグレータ、ビーム
スプリッタ及び照明領域を規定するレチクルブラインド
などの光学系により整形及び照度の均一化が行われ、さ
らにミラー、コンデンサレンズ系、結像レンズ系などの
光学系を介して出射され、レチクルステージ１５０に保
持されたレチクル３１０に均一な照度で照射される。

【００１７】レチクルステージ１５０は、投影光学系１
６０の上方に設けられ、転写パターンが形成されたフォ
トマスクであるレチクル３１０を保持し、走査露光時に
は照明光学系１３０から出射され投影光学系１６０に入
射される光がレチクル３１０の所定の領域を順次通過し
て所望のパターンをウエハ３００上に投影するように、
保持しているレチクル３１０を所定の走査方向（本実施
の形態においてはＹ方向）に所定の速度で移動する。ま
た、その際、レチクルステージ１５０は、保持している
レチクル３１０をＸＹ平面内で回転方向及び並進方向に
微動して、その姿勢を調整する。照射された光によるレ
チクル３１０のパターンの像は、投影光学系１６０によ
り所定の縮小倍率で縮小されて、ステージ装置１７０の
ウエハホルダ２００に保持されている予め表面にフォト
レジストが塗布されたウエハ３００に投影される。

【００１８】このステージ装置１７０は、ベース盤１８
０、ステージ本体１９１及びＺＬステージ１９２を有す
るウエハステージ１９０、及び、ウエハホルダ２００を
有する。ウエハステージ１９０のステージ本体１９１
は、ＺＬステージ１９２及びウエハホルダ２００を保持
する基台であり、例えば底面に設けられた複数の真空予
圧型空気軸受けにより全体が数ミクロン程度浮上されて
ベース盤１８０上に支持される。また、ステージ本体１
９１は図示せぬステージ駆動系により駆動されてベース
盤１８０上を二次元方向に移動し、これによりウエハホ
ルダ２００に保持されたウエハ３００を所望の露光位置
に移動させるとともに、走査露光時には照明光学系１３
０から射出される露光用照明光に対するレチクル３１０
の相対移動に同期して、投影光学系１６０を通る露光用
照明光に対してウエハ３００を相対移動するように、所
定の走査方向（Ｙ方向）に所定の速度で移動される。

【００１９】ＺＬステージ１９２は、ウエハホルダ２０
０が載置される台であり、図示せぬ３個のＺ方向アクチ
ュエータによって３点で支持されてステージ本体１９１
上に設置される。そして、このアクチュエータが駆動さ
れることにより、ＺＬステージ１９２はＺ方向に微小距
離移動されたり、また、ＸＹ平面に対する傾きが調整さ
れたりする。ウエハホルダ２００は、表面にフォトレジ
ストが塗布されたウエハ３００を保持し、投影光学系１
６０により所定の縮小倍率で縮小された光によるレチク
ル３１０のパターンの像の照射対象として供する本発明
に関わる基板保持装置である。このウエハホルダ２００
の詳細な構成については後に説明する。このような構成
により、ステージ装置１７０はウエハ３００を保持し、
また、ウエハ３００の所望の位置に投影光が照射されて
ウエハ３００に所望のパターンが転写されるように、そ
の位置を制御する。

【００２０】なお、このような構成の露光装置１００に
おいては、例えばレチクル３１０に照射される露光用照
明光によるウエハ３００の走査露光に際して、光源１１
０における光の照射及びその強度の制御など、レチクル
ステージ１５０の移動及び姿勢の調整など、ステージ装
置１７０におけるウエハステージ１９０の移動及び姿勢
の調整などは、いずれも図示せぬ露光装置１００の制御
系からの制御信号に基づいて、相互に同期して行われる
ものである。

【００２１】次に、本発明に関わるウエハホルダ２００
の構成について図２〜図４及び図７を参照して詳細に説
明する。図２は、ウエハホルダ２００の中心を含む断面
概略図であり、図３はウエハホルダ２００の上面図、図
４はウエハホルダ２００の下面図である。また、図７
は、ウエハホルダ２００をＺＬステージ１９２上に載置
する状態を説明するための図である。図示のごとく、ウ
エハホルダ２００は、円形で平板状の基台２１０の上面
（ウエハ保持面）に、露光対象のウエハ３００を保持す
る基板保持部２２０が形成され、また、下面（ホルダ載
置面）に、ウエハホルダ２００自体をウエハステージ１
９０のＺＬステージ１９２上に載置し支持する支持部２
３０が形成されたものである。

【００２２】基台２１０は、低熱膨張率のセラミックス
により形成された、ウエハ３００よりも僅かに広い径を
有する部材である。基台２１０の中央部には、３本のス
ポーク状のセンターピン１８１が貫通するための花弁型
の貫通孔２１３が形成されている。また、基台２１０に
は、図３及び図４に示すように、基板保持部２２０にス
テージ本体１９１からの真空吸引力を作用させるための
給排気孔２１１が、貫通孔２１３の位置を中心とした等
角度間隔の３方向に各々直線状に複数形成されており、
これらの給排気孔２１１の支持部２３０側の開口部に
は、接続口金２１２が設けられている。なお、図２にお
いては、理解を容易にするために、この給排気孔２１１
については貫通孔２１３の左右に１個所ずつ例示的に記
載した。

【００２３】これらの給排気孔２１１は、図７〜図９に
示すように、ウエハホルダ２００がＺＬステージ１９２
の所定の位置に載置された場合に、真空ポンプ及び電磁
弁などにより構成されるステージ装置１７０の図示せぬ
真空吸着部に接続されているＺＬステージ１９２の給排
気孔１９４に、その接続口金１９５を介してさらに連結
されることとなる。そしてその結果、ステージ装置１７
０からの真空吸着部からの真空吸引力が、給排気孔１９
４及び給排気孔２１１を介して基板保持部２２０に対し
て作用されることとなり、ウエハホルダ２００上に載置
されたウエハ３００が固定的に保持される。

【００２４】基板保持部２２０は、基台２１０の一方の
面に形成された、ウエハ３００の載置面を形成する多数
のピン形状の突起部２２１（以後、単にピンと言う）
と、その多数のピンを取り囲むように基台２１０の周縁
部に保持対象のウエハ３００の径よりも僅かに小さい径
で形成されたリム部（側壁部）２２２とを有する。ピン
２２１及びリム部２２２の高さは高精度に同一であり、
これらの先端面あるいは上面により形成される面が、ウ
エハ３００の載置面を形成する。そして、この載置面に
ウエハ３００が載置された時には、基台２１０、リム部
２２２及びウエハ３００により囲まれた空間が密閉空間
となり、基台２１０の給排気孔２１１を介して真空吸引
されることにより、ウエハ３００がピン２２１及びリム
部２２２に真空吸着され、固定的に保持される。

【００２５】また、ピン２２１は、図３に示すように、
所定の間隔の正三角形の格子状に配置される。このよう
な配置とする理由及びこの間隔については、後に詳細に
説明する。なお、ピン２２１及びリム部２２２は、基台
２１０の上面をエッチングすることによって形成する。
また、ピン２２１及びリム部２２２が形成された基板保
持部２２０はその表面が、例えばＳｉＣなどでコーティ
ングされるとともに、要求されるフラットネス（平坦
度）が得られるようにそのコーティング層を加工して基
板載置面（前述した一方の面）が形成される。なお、コ
ーティング前にピン２２１及びリム部２２２を精密に加
工することで、コーティング後には表面加工を行わない
ようにしてもよい。

【００２６】支持部２３０は、基台２１０の基板保持部
２２０とは反対側の他方の面に形成された、ウエハホル
ダ２００自身をＺＬステージ１９２上において支持する
ための多数のピン形状の突起部２３１（以後、単にピン
と言う）と、その多数のピンを取り囲むように基台２１
０の周縁部に形成されたリム部（側壁部）２３２とを有
する。ピン２３１及びリム部２３２の高さは高精度に同
一であり、これらの先端面あるいは上面により形成され
る面がＺＬステージ１９２のウエハホルダ２００載置面
に当接されることにより、ウエハホルダ２００の基台２
１０、ひいては基板保持部２２０の基板載置面が高精度
に平坦に維持される。そして、このようにウエハホルダ
２００がＺＬステージ１９２上に載置された時には、基
台２１０、リム部２３２及びＺＬステージ１９２により
囲まれた空間が密閉空間となり、図７に示すようなＺＬ
ステージ１９２の給排気孔１９６を介して真空吸引され
ることにより、ウエハホルダ２００がＺＬステージ１９
２に真空吸着され、固定的に保持される。

【００２７】また、ピン２３１は、図４に示すように、
所定の間隔の正三角形の格子状に配置される。このよう
な配置とする理由及びこの間隔については、後に詳細に
説明する。また、図示しないが、ピン２３１及びリム部
２３２を含む支持部２３０表面（基台２１０の他方の面
であり、ＺＬステージ１９２におけるウエハホルダ２０
０の載置面と対向する面）はその少なくとも一部、本実
施形態ではその全面が導電部材により形成され、ウエハ
ホルダ２００は接地されているものとする。このような
構成の支持部２３０は、まず、ピン２２１及びリム部２
２２を基台２１０の上面をエッチングすることによって
形成し、その後に支持部２３０表面に導電膜を形成する
などして形成する。

【００２８】次に、このような構成のウエハホルダ２０
０において、基板保持部２２０及び支持部２３０におい
て、ピン２２１及びピン２３１を正三角形の格子状に配
置した理由について、図５を参照して説明する。なお、
ここでは基板保持部２２０のピン２２１を例として説明
を行う。図５（Ａ）は、基板保持部２２０のピン２２１
の配置の一部を拡大して示した図であり、図５（Ｂ）
は、比較例としてのピンを従来通常に用いられる正方格
子状に配置した場合を示す図である。

【００２９】図５（Ａ）に示す例において、ピン２２１
は１辺の長さがａ２の正三角形の格子の各格子点に配置
されているものとする。ここで、各ピンにおけるウエハ
３００との接触部の中心点は各ピンの中心であるとし、
これを点Ｂ１〜Ｂ３とする。また、点Ｂ１〜Ｂ３を含む
ウエハとの接触部の面積をＡとする。このとき、各点Ｂ
１〜Ｂ３はそれぞれ隣接する６個の正三角形の頂点とし
て共有されるため、点Ｂ１〜Ｂ３を頂点とする正三角形
の領域におけるウエハとピン２２１との接触率ρ２は、
式（１）のように表される。

【００３０】

【数１】 ρ２＝（３×Ａ／６）／｛ａ２×（√３／２）×ａ２／２｝＝（２／√３）×（Ａ／ａ２^２) …（１）

【００３１】一方、図５（Ｂ）に示す従来通常に用いら
れるような例において、ピンは１辺の長さがａ１の正方
形の格子の各格子点に配置されているものとする。ここ
でも、各ピンにおけるウエハ３００との接触部の中心点
は各ピンの中心であるとし、これを点Ａ１〜Ａ４とす
る。また、点Ａ１〜Ａ４を含むウエハとの接触部の面積
を図５（Ａ）の配列と同一のＡとする。このとき、各点
Ａ１〜Ａ４はそれぞれ隣接する４個の正方形の頂点とし
て共有されるため、点Ａ１〜Ａ４を頂点とする正方形の
領域におけるウエハとピンとの接触率ρ１は式（２）の
ように表される。

【００３２】

【数２】 ρ１＝（４×Ａ／４）／ａ１^２＝Ａ／ａ１^２ …（２）

【００３３】ここで、図５（Ａ）に示す正三角形の格子
状のピン配置における接触率ρ２と、図５（Ｂ）に示す
正方形の格子状のピン配置における接触率ρ１とが等し
いものとすると、式（１）と式（２）とが等しいことと
なり、正三角形の１辺の長さａ２は、正方形の１辺の長
さａ１を用いて式（３）のように表される。

【００３４】

【数３】ａ２^２＝（２／√３）×ａ１^２…（３）

【００３５】また、真空吸着によるウエハの変形量は、
いずれの場合もピンの中心から離れた位置ほど大きくな
り、その変形量は、図５（Ａ）の正三角形の領域の重心
Ｇ２及び図５（Ｂ）の正方形の領域の重心Ｇ１の位置で
それぞれ最大となる。そして、図５（Ａ）の重心Ｇ２か
ら最も近いピン２２１の中心までの距離ｈ２、及び、図
５（Ｂ）の重心Ｇ１から最も近いピンの中心までの距離
ｈ１は、各々式（４）及び式（５）のように表される。

【００３６】

【数４】ｈ２＝（１／√３）×ａ２ …（４）ｈ１＝（１／√２）×ａ１ …（５）

【００３７】よって、式（３）〜（５）より、距離ｈ
２，ｈ１について式（６）に示すような関係が得られ
る。

【００３８】

【数５】ｈ１^２／ｈ２^２＝（３√３）／４＞１ ∴ ｈ１／ｈ２＞１ …（６）

【００３９】式（６）は、ｈ１＞ｈ２を意味する。従っ
て、接触率ρ１，ρ２が等しい場合には、ピンを正方形
の格子状に配置するよりも正三角形の格子状に配置する
方が、ピンの中心からウエハの変形量が最大となる重心
位置までの距離が短くなり、真空吸着によるウエハの変
形量が小さくなる。このように本実施の形態のウエハホ
ルダ２００においては、異物を挟み込む確率に相当する
ウエハとの接触率を従来例と等しくした上で、真空吸着
によるウエハの変形量が従来よりも小さくなるように、
ピン２２１の配置を正三角形の格子状に配列した。な
お、以上は基板保持部２２０のピン２２１を例として説
明を行ったが、支持部２３０のピン２３１についても同
様である。

【００４０】次に、基板保持部２２０及び支持部２３０
のピン２２１及びピン２３１の間隔の決定方法について
図６を参照して説明する。なお、ここでは基板保持部２
２のピン２２１の間隔の決定方法について例示する。図
６（Ａ）は、基板保持部２２０のピン２２１上にウエハ
３００を載置して真空吸着した場合のウエハの変形状態
を模式的に示す図である。図６（Ａ）に誇張して示すよ
うに、ピン２２１上のウエハ３００は、主に基板保持部
に印加される真空吸着力によって変形する。なお、図６
（Ａ）においては、図５（Ａ）の重心Ｇ２が、点Ｂ１か
ら距離ｈ２の点として表示されている。

【００４１】ここでは、まず、ウエハ３００の変形量
を、等分布荷重が加わる長さ２×ｈ２の両端支持梁とし
て近似計算する。このため、図６（Ｂ）に示すように、
点Ｂ１に対して重心Ｇ２と対称な位置にピン１Ａを仮想
的に配置し、ウエハ３００を点Ｂ１のピン１とピン１Ａ
との間の長さ２×ｈ２の両端支持梁と見なし、近似計算
によってその両端支持梁の重心Ｇ２での変形量（最大変
形量δ）を算出する。両端支持梁の最大変形量δは、両
端支持梁に加わる単位長さ当たりの荷重をｗ［Ｎ／
ｍ］、両端支持梁の長さをｈ［ｍ］、ウエハＷのヤング
率をＥ［Ｐａ］、断面２次モーメントをＩ［ｍ^４］と
すると、公知の式（７）で表される。

【００４２】

【数６】 δ＝ｗ×ｈ^４／（３８４Ｅ×Ｉ） …（７）

【００４３】ここで、断面２次モーメントＩは、両端支
持梁の幅をｂ、厚さをｔとすると、次式（８）で表され
る。

【００４４】

【数７】Ｉ＝（１／１２）ｂ×ｔ^３ …（８）

【００４５】また、両端支持梁の長さｈは、式（５）よ
り次式（９）のように表される。

【００４６】

【数８】ｈ＝２×ｈ２＝（２／√３）×ａ２ …（９）

【００４７】また、両端支持梁に加わる単位長さ当たり
の荷重ｗは、ウエハ３００を真空吸着する際の単位長さ
当たりの吸引圧力ｐ［Ｎ／ｍ］であり、両端支持梁の幅
ｂを単位長さ（ｂ＝１）とし、ウエハＷの許容変形量δ
ｍａｘを両端支持梁の最大変形量δとすると、式（７）
は次式（１０）のようになる。

【００４８】

【数９】 δｍａｘ＝δ ＝ｐ（２×ａ２／√３）4 ／（３２Ｅ×ｔ^３) ＝ｐ×ａ２^４／（１８Ｅ×ｔ^３) …（１０）

【００４９】なお、本実施の形態において許容変形量δ
ｍａｘは、一例として投影露光装置の投影光学系の焦点
深度の幅の１／２とする。従って、式（１０）をさらに
変形することにより、ウエハ３００の最大変形量を許容
変形量δｍａｘ以下にするための、ピン２２１の配置間
隔ａ２（正三角形の配列の１辺の長さ）と吸引圧力ｐ
（吸着力）との関係が、次式（１１）のように求められ
る。

【００５０】

【数１０】ｐ×ａ２^４ ≦１８Ｅ×ｔ^３ ×δｍａｘ …（１１）

【００５１】従って、例えばＳＥＭＩ規格の８インチウ
エハ（直径＝約２００ｍｍ、ｔ＝０．７２５ｍｍ、ヤン
グ率Ｅ＝１１０．７×１０９Ｐａ）を吸引圧力ｐ＝−７
８×１０3 Ｎ／ｍ（＝−６００ｍｍＨｇ）で吸着する場
合においては、焦点深度などの観点からウエハの変形量
を例えば４ｎｍ以下（δｍａｘ＝４ｎｍ）に抑えたい場
合、ピン２２１の配置間隔ａ２の範囲は、式（１１）よ
り、ａ２≦２．５０×１０^−３［ｍ］となる。即ち、ウ
エハの許容変形量δｍａｘが４ｎｍである場合には、ピ
ン１の配置間隔ａ２を２．５０ｍｍ以下とすればよいこ
ととなる。

【００５２】なお、以上は基板保持部２２０のピン２２
１を例として説明を行ったが、支持部２３０のピン２３
１についても同様の方法によりピン２３１の配置間隔を
決定すればよい。但し、ウエハホルダ２００の基台２１
０の厚さは、ウエハ３００の厚さに比べて大幅に厚い、
即ち式（１１）においてｔが大きいので、仮にウエハホ
ルダ２００の基台２１０のヤング率、許容変形量及び吸
引圧力が同じであると仮定しても、支持部２３０のピン
２３１の間隔は、基板保持部２２０のピン２２１の間隔
よりも広くすることができる。即ち、支持部２３０にお
けるピン２３１の配置密度は、基板保持部２２０におけ
るピン２２１の配置密度よりも粗くすることができる。

【００５３】最後に、このような構成の本発明に関わる
ウエハホルダ２００の使用形態及びこれに関わる露光装
置１００の動作について、図７〜図９を参照して説明す
る。まず、ウエハホルダ２００は、図７に示すように、
露光装置１００のウエハステージ１９０のＺＬステージ
１９２の所定の位置に載置される。その結果、ウエハホ
ルダ２００は、図８に示すように、支持部２３０のピン
２３１及びリム部２３２がＺＬステージ１９２のウエハ
ホルダ２００載置面に当接し、基台２１０が高精度に平
坦に維持された状態で、ＺＬステージ１９２上に載置さ
れる。

【００５４】なお、本実施の形態においては、ウエハホ
ルダ２００及びＺＬステージ１９２には、図示せぬ位置
決めピン及びこれを受け入れる凹部が各々形成されてい
るものとし、この位置決めピンが凹部に嵌入されるよう
にウエハホルダ２００を載置することにより、ウエハホ
ルダ２００がＺＬステージ１９２の所定の位置に載置さ
れる。これにより、ウエハホルダ２００は、図８に示す
ように、センターピン１８１が貫通孔２１３を通過し、
また、ウエハ３００を真空吸着するための給排気孔２１
１の支持部２３０側の開口部に設けられた接続口金２１
２がＺＬステージ１９２に設けられた給排気孔１９４の
接続口金１９５と圧接し、給排気孔１９４と給排気孔２
１１が連結されるように、ＺＬステージ１９２上の所定
の位置に載置される。そしてその結果、ステージ装置１
７０の真空吸着部からウエハホルダ２００の基板保持部
２２０までの真空吸引路が形成される。

【００５５】また、この状態においては、ウエハホルダ
２００とＺＬステージ１９２との接触部に、ウエハホル
ダ２００の基台２１０下面、支持部２３０のリム部２３
２及びＺＬステージ１９２のウエハホルダ載置面により
囲まれた空間２３３が形成される。そしてこの空間２３
３に対しては、ステージ装置１７０の図示せぬ真空吸着
部からの真空吸引力が作用される給排気孔１９６が連結
されている。従って、図８に示すようにウエハホルダ２
００がＺＬステージ１９２に載置され、空間２３３が密
閉された空間として形成された状態で、給排気孔１９６
を介して空間２３３内が真空に引かれる。その結果、空
間２３３の周囲に対して真空吸着力が作用しウエハホル
ダ２００はＺＬステージ１９２に固定的に支持されるこ
ととなる。

【００５６】このようにして、ウエハホルダ２００がＺ
Ｌステージ１９２上に配置されたら、以後、露光装置１
００の通常の露光処理が行われる。即ち、図８に示すよ
うに、図示せぬウエハ搬送機構などにより露光処理対象
のウエハ３００がウエハホルダ２００上に搬送され、ウ
エハホルダ２００のウエハ保持面よりも突出した位置に
上昇されたセンターピン１８１の上面のウエハ保持面に
移されて保持される。その後、センターピン１８１が下
降することにより、最終的に図９に示すように、ウエハ
３００はウエハホルダ２００の基板保持部２２０上に載
置される。なお、センターピン１８１によるウエハ３０
０の保持は、センターピン１８１のウエハ保持面に作用
する図示せぬセンターピン１８１の真空吸着機構などに
より行われる。

【００５７】ウエハホルダ２００の基板保持部２２０上
に載置されたウエハ３００は、図９に示すように、基板
保持部２２０のピン２２１及びリム部２２２により支持
され、その先端面及び上面により形成されるウエハ保持
面に載置される。そして、この状態においては、ウエハ
ホルダ２００とウエハ３００との間に、ウエハホルダ２
００の基台２１０上面、基板保持部２２０のリム部２２
２及びウエハ３００下面により囲まれた空間２２３が形
成される。そしてこの空間２２３に対しては、ステージ
装置１７０の図示せぬ真空吸着部からの真空吸引力がＺ
Ｌステージ１９２の給排気孔１９４を介して作用される
給排気孔２１１が連結されている。

【００５８】従って、図９に示すようにウエハ３００が
ウエハホルダ２００上に載置され、空間２２３が密閉さ
れた空間として形成された状態で、給排気孔２１１を介
して空間２２３内が真空に引かれる。その結果、空間２
２３の周囲に対して真空吸着力が作用しウエハ３００は
ウエハホルダ２００に固定的に保持される。そしてこの
状態で、露光処理が行われ、ウエハ３００に所望のパタ
ーンが転写される。また、露光処理が終了したら、ステ
ージ装置１７０の真空吸着部の動作を停止させて基板保
持部２２０の空間２２３を大気開放した後に、センター
ピン１８１を上昇させ、処理の終了したウエハ３００を
図示せぬウエハ搬送機構に移すことにより、そのウエハ
に対する処理を終了する。

【００５９】このように、本実施の形態の露光装置１０
０においては、ウエハホルダ２００のＺＬステージ１９
２との接触部、即ちウエハホルダ２００の支持部２３０
を、多数のピンにより構成している。その結果、ウエハ
ホルダ２００をＺＬステージ１９２上に真空吸着保持す
ることによるウエハホルダ２００の変形量を小さくする
ことができる。また、リンギングを防ぎ、ウエハホルダ
２００の基台２１０の全体にわたって真空吸着力を作用
させることができる。さらに、ウエハホルダ２００とＺ
Ｌステージ１９２との間の接触面積を抑えることができ
るので、その間に異物が挟み込まれることによるウエハ
ホルダ２００の平坦度の悪化を抑えることができる。そ
の結果、ウエハホルダ２００においては、処理対象のウ
エハ３００を高精度に平坦に保持することができ、露光
装置１００による高精細かつ適切なパターンの転写が可
能となる。

【００６０】また、ウエハホルダ２００においては、ウ
エハ３００を保持する基板保持部２２０も、多数のピン
によりウエハ保持面を形成する構成としている。従っ
て、ウエハ３００を真空吸着保持することによるウエハ
３００の変形量を小さくすることができ、さらに、ウエ
ハ３００とウエハホルダ２００との間の接触面積を抑え
ることができるのでその間に異物が挟み込まれることに
よるウエハ３００の平坦度の悪化を抑えることができ
る。従って、露光装置１００においては、処理対象のウ
エハ３００をなお一層高精度に平坦に保持することがで
き、より高精細かつ適切なパターンの転写が可能とな
る。

【００６１】なお、図３及び図４を参照して前述したよ
うに、ウエハホルダ２００の支持部２３０に形成してい
るピン２３１は、基板保持部２２０の基板保持部２２０
よりも粗い間隔で配置している。従って、支持部２３０
の形成は、基板保持部２２０の形成よりも簡単に行うこ
とができる。

【００６２】なお、本実施の形態は、本発明の理解を容
易にするために記載されたものであって本発明を何ら限
定するものではない。本実施の形態に開示された各要素
は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等
物をも含み、また、任意好適な種々の改変が可能であ
る。例えば、本実施の形態においては、基板保持部２２
０及び支持部２３０のピン２２１，２３１及びリム部２
２２，２３２は、基台２１０の上下の面をエッチングす
ることによって形成したが、例えば、多数のピン及びリ
ム部を別々に製造して、それぞれを接着などによって基
台２１０上に固定するようにしてもよい。また、基板保
持部２２０と支持部２３０との少なくとも一方を基台２
１０とは別の部材とし、この別の部材に多数のピン及び
リム部を形成した後で基台２１０に固定するようにして
もよい。さらにこのとき、基台２１０をハニカム構造と
してウエハホルダ２００の軽量化を図るようにしてもよ
い。

【００６３】また、ウエハホルダ２００の形状は、円形
あるいはウエハ３００に沿った形状に限られるものでは
なく、例えば正方形などの任意の形状でよい。また、基
板保持部２２０のリム部２２２は、その内側がウエハ３
００の輪郭より小さく、これによりウエハ３００、基台
２１０及びリム部２２２により囲まれた密閉された空間
が形成されればよく、その外形はウエハ３００の輪郭よ
りも大きくてもよい。

【００６４】また、上記実施形態では基板保持部２２０
のピン２２１とリム部２２２とを同じ高さで形成するも
のとしたが、例えばリム部２２２の高さをピン２２１よ
りも僅かに低くしてもよい。さらに、基板保持部２２０
でリム部２２２の高さをピン２２１よりも低くするとと
もに、リム部２２２の上端面（ウエハ３３０の裏面と対
向する面）に、各先端部がピン２２１と実質的に同一平
面を構成する（同じ高さとなる）複数のピンを形成し、
リム部２２２の上端面に形成される複数のピンと、リム
部２２２の内部に形成される複数のピン２２１とでウエ
ハ３００を支持してもよい。これによれば、基板保持部
２２０で保持されるウエハ３００、特にその周縁部でフ
ラットネスの向上を図ることができる。なお、支持部２
３０においてもリム部２３２の高さをピン２３１よりも
低くしたり、あるいはリム部２３１の下端面（ＺＬステ
ージ１９２と接触する面）に複数のピンを形成してもよ
い。

【００６５】また、上記実施形態で基板保持部２２０に
形成される多数のピン２２１を、中央部よりもリム部２
２２の近くでその密度を高くするように形成してもよ
く、これによりウエハ３００のフラットネスを向上させ
ることができる。さらにこのとき、多数のピン２２１に
おけるウエハ３００との接触率と、リム部２２２におけ
るウエハ３００との接触率とをほぼ等しくする、あるい
は多数のピン２２１におけるウエハ３００との接触率
を、基板保持部２２０の全体におけるウエハ３００との
接触率の２０％程度以下としてもよく、これによりウエ
ハ３００のフラットネスを向上させることができる。

【００６６】また、上記実施形態ではＺＬステージ１９
２の上端面を高い平坦度で形成してウエハホルダ２００
を載置するものとしたが、例えば一端面の平坦度が高い
中間板をＺＬステージ１９２に固定し、その一端面でウ
エハホルダ２００を載置するように構成してもよく、こ
れによりウエハ３００のフラットネスを向上させること
ができる。さらに、上記実施形態でウエハホルダ２００
（基台２１０）は少なくとも母材が低熱膨張性のセラミ
ックスであるものとしたが、例えばショット社製のゼロ
デュアなどを母材として用いてもよい。また、上記実施
形態ではセンターピン１８１を１本としたが、複数本、
例えば正三角形の頂点に配置される３本のセンターピン
を用いてもよい。

【００６７】また、本実施の形態においては、円形のウ
エハ３００を例示して本発明を説明したが、例えば半導
体結晶基板において通常使用されているオリエンテーシ
ョン・フラットを有するウエハに対して処理するもので
あってもよい。その場合には、基板保持部２２０のリム
部２２２の一部を直線状としてウエハの形状に合わせる
のが好適である。但し、リム部２２２の径が十分小さ
く、オリエンテーション・フラットを有するウエハにお
いてもその内側の周が全域にわたってウエハ３００の内
部となるような場合には、リム部２２２は円形のままで
もよい。また、このようなリム部２２２の変形に応じ
て、基台２１０、即ちウエハホルダ２００自身、あるい
は、支持部２３０リム部２３２の形状などを、適宜変更
してよい。

【００６８】また、ウエハのロード及びアンロードの方
法も、本実施の形態のようなセンターピン１８１の昇降
により行う方法に限られるものではない。例えば、ウエ
ハホルダ２００の基板保持部２２０のリム部２２２の外
側に突出するウエハ３００の周縁部に搬送用のアームを
差し込み、このアームを昇降させてウエハの着脱を行う
ようにしてもよい。その場合、例えば、リム部２２２の
外側へのウエハ３００の突出が十分でない場合には、ア
ームによるウエハ３００の掛止が可能な程度に、リム部
２２２の一部を削除するなどすればよい。さらに、セン
ターピン１８１を上下動させる代わりに、あるいはこれ
と組み合わせて、ウエハホルダ２００を上下動させても
よい。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
いわゆるウエハステージなどの載置台上にそれ自体が高
精度に平坦に歪みなく載置され、もって、半導体ウエハ
などの基板を同じく平坦な状態に歪みなく保持できるよ
うな基板保持装置を提供することにある。さらには、当
該載置台上に真空吸引力などにより強固に吸着保持さ
れ、載置台が移動した時にもずれることの無いような、
安定して搭載される基板保持装置を提供することができ
る。また、そのような基板保持装置を具備し、保持され
た基板に対して精度よく位置決めを行い、露光処理によ
り高精細なパターンを適切に転写することができる露光
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施の形態の露光装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】図２は、図１に示した露光装置のウエハホルダ
の構成を示す概略断面図である。

【図３】図３は、図２に示したウエハホルダのウエハ保
持面を示す図である。

【図４】図４は、図２に示したウエハホルダのホルダ載
置面を示す図である。

【図５】図５は、図２に示したウエハホルダにおいて、
基板保持部及び支持部のピンを正三角形格子状に配置す
る理由を説明するための図である。

【図６】図６は、図２に示したウエハホルダにおいて、
基板保持部及び支持部のピンの適切な間隔を決定するた
めの説明をするための図である。

【図７】図７は、図２に示したウエハホルダをウエハス
テージのＺＬステージ上に載置する動作を説明するため
の図である。

【図８】図８は、図７に示すようにＺＬステージ上に載
置されたウエハホルダ上に、ウエハを載置する動作を説
明するための図である。

【図９】図９は、図８に示すようにウエハホルダ上にウ
エハが載置され保持された状態を示す図である。

【符号の説明】１００…露光装置１１０…光源１２０…ビームマッチングユニット（ＢＭＵ）１３０…照明光学系１５０…レチクルステージ１６０…投影光学系１７０…ステージ装置１８０…ベース盤１８１…センターピン１９０…ウエハステージ１９１…ステージ本体１９２…ＺＬステージ２００…ウエハホルダ２１０…基台２１１…給排気孔２１２…接続口金２２０…基板保持部２２１…ピン２２２…リム部２３０…支持部２３１…ピン２３２…リム部３００…ウエハ３１０…レチクル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状の基板を保持する基板保持装置であ
って、平板状の基台と、前記基台の一方の面に設けられ、載置される基板を、当
該基板が平坦に維持されるように保持する基板保持部
と、前記基台の他方の面に設けられ、各先端部が実質的に同
一平面を構成するように形成された複数の突起部を有
し、当該突起部の先端部を所定の平坦面上に当接させる
ことにより、当該基板保持装置を前記平坦面上に支持す
る支持部とを有する基板保持装置。
【請求項２】前記複数の突起部は、前記基台の他方の面
に略正三角形の格子状に配置される請求項１に記載の基
板保持装置。
【請求項３】前記基板保持部は、前記基台の一方の面に
設けられ、各先端部が実質的に同一平面を構成するよう
に形成された複数の突起部を有する請求項１又は２に記
載の基板保持装置。
【請求項４】前記複数の突起部は、前記基台の他方の面
に略正三角形の格子状に配置される請求項３に記載の基
板保持装置。
【請求項５】前記支持部の前記複数の突起部は、前記基
板保持部の前記複数の突起部より密度を粗くして設けら
れる請求項３又は４に記載の基板保持装置。
【請求項６】前記基板保持部は、前記複数の突起部と実
質的に同じ高さを有し、当該複数の突起部を取り囲むよ
うに前記基台の一方の面の周縁部に設けられた側壁部を
さらに有する請求項３〜５のいずれかに記載の基板保持
装置。
【請求項７】前記基板保持部は、前記複数の突起部より
も高さが低く、当該複数の突起部を取り囲むように前記
基台の一方の面の周縁部に設けられた側壁部を有する請
求項３〜５のいずれか一項に記載の基板保持装置。
【請求項８】前記側壁部は、前記基板と対向する上端面
に、各先端部が前記基台の一方の面に設けられる前記複
数の突起部と実質的に同一平面を構成するように形成さ
れた複数の突起部を有する請求項７に記載の基板保持装
置。
【請求項９】前記支持部は、前記複数の突起部と実質的
に同じ高さを有し、当該複数の突起部を取り囲むように
前記基台の他方の面の周縁部に設けられた側壁部をさら
に有する請求項１〜８に記載の基板保持装置。
【請求項１０】前記支持部は、前記平坦面と対向する表
面の少なくとも一部が導電性材料により形成される請求
項１〜９のいずれかに記載の基板保持装置。
【請求項１１】当該基板保持装置が前記所定の平坦面の
所定の位置に載置された場合に、前記平坦面の所定の位
置に設けられた所定の開口と連結し、当該開口に印加さ
れる真空吸引力を前記基板保持部に作用させる、前記基
台を貫通する孔をさらに有する請求項１〜１０のいずれ
かに記載の基板保持装置。
【請求項１２】露光対象の所望の基板を保持する請求項
１〜１１のいずれかに記載の基板保持装置と、露光ビームによりフォトマスクを介して前記保持された
基板を露光し、前記フォトマスクに形成されているパタ
ーンを前記基板に転写する露光手段とを有する露光装
置。