JP2005012009A

JP2005012009A - 基板保持装置、ステージ装置及び露光装置

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Publication number: JP2005012009A
Application number: JP2003174934A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takaiwa; 宏明高岩
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】軽量化が実現され、基板を高い平坦度で保持可能な基板保持装置を提供する。
【解決手段】基板を保持する基板ホルダＰＨは、基板を保持する保持面７Ａ、８Ａを有する本体部１を備えている。本体部１のうち保持面７Ａ、８Ａとは反対側の面３に凹部４が形成され、凹部４にはリブ部５が設けられている。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【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、ステージ装置及び露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスや液晶表示デバイス等のマイクロデバイスはマスク上に形成されたパターンを感光性の基板上に転写するいわゆるフォトリソグラフィの手法により製造される。このフォトリソグラフィ工程で使用される露光装置は、マスクをマスクホルダを介して支持するマスクステージと基板を基板ホルダを介して支持する基板ステージとを有し、マスク上に形成されたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して基板に転写するものである。露光装置では、スループットの向上やパターン転写精度の向上等を図るために、マスクステージ及び基板ステージの移動時の高速化・高加速度化及び位置決め精度の向上等が求められ、これを実現するためにステージの軽量化が求められている。下記特許文献１には、マスクステージ（マスクホルダ）の表面側、裏面側、あるいは内部に穴を設けて軽量化を図る技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０００３６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、マスクホルダはマスクの端部を保持する構成であり、上記特許文献１に開示されている技術を基板ホルダに適用することは困難である。すなわち、デバイスパターンのより一層の高集積化に対応するために投影光学系の更なる高解像度化が望まれているが、投影光学系の解像度は、投影光学系の開口数が大きいほど高くなる。一方で、開口数を大きくすると焦点深度が狭くなる。そのため、基板ホルダは基板を極めて高い平坦度で保持する必要がある。ところが、上記特許文献１の技術を基板ホルダに適用すると、基板ホルダに過度の穴が形成されることになり、高い（良好な）平坦度で基板を保持できなくなる可能性がある。また、基板ホルダの保持面自体の平坦度を向上するために、この基板ホルダの保持面に対して研磨処理を行う場合があるが、基板ホルダに過度の穴が設けられていたり薄肉化されていると、研磨処理時において基板ホルダが撓み、十分な平坦度を得られなくなるという可能性もある。また、基板ホルダでは基板を保持するため主に真空吸着方式が採用されるが、過度に穴が設けられていると、真空吸着孔及びこれに接続する流路の形成が困難となる。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、軽量化が実現され、基板を高い平坦度で保持可能な基板保持装置、この基板保持装置を備えたステージ装置及び露光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明は、実施の形態に示す図１〜図１０に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の基板保持装置（ＰＨ）は、基板（Ｐ）を保持する基板保持装置において、基板（Ｐ）を保持する保持面（２、７Ａ、８Ａ）を有する本体部（１）を備え、本体部（１）のうち保持面（２、７Ａ、８Ａ）とは反対側の面（３）に凹部（４）を形成するとともに、凹部（４）にリブ部（５）を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、基板を保持可能な本体部のうち、基板を保持する保持面とは反対側の面に凹部を形成したことにより、軽量化を実現することができる。そして、この凹部にリブ部を設けたことにより、保持面の強度が維持され、基板の高い（良好な）平坦度を維持しつつ保持できる。また、リブ部により強度が維持されているので、保持面を研磨処理した場合でも保持面の撓みの発生が抑制され、保持面自体の平坦度を向上することができる。また、基板を真空吸着方式で保持する場合、吸着孔及びこれに接続される流路をリブ部に設けることで、強度を維持しつつ容易に流路を形成することができる。
【０００７】
本発明のステージ装置（ＰＳＴ）は、基板（Ｐ）を保持する基板保持装置を支持して移動可能なステージ装置において、基板保持装置は、上記記載の基板保持装置（ＰＨ）により構成されていることを特徴とする。
本発明の露光装置（ＥＸ）は、基板ステージ上に保持された基板（Ｐ）にパターンを露光する露光装置において、基板ステージは、上記記載のステージ装置（ＰＳＴ）により構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、軽量化が実現され、基板を平坦度良く保持可能な基板保持装置を介して基板を保持しているので、高い位置決め精度を維持しつつステージ装置の移動の高速化・高加速度化を実現することができる。また、基板を平坦度良く保持できるので、投影光学系の開口数が大きくなって焦点深度が狭くなっても、基板表面（露光処理面）を焦点深度内に良好に収めることができる。したがって、高いパターン転写精度でマスクのパターンを基板に露光できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の基板保持装置、ステージ装置及び露光装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の基板保持装置（基板ホルダ）を介して基板を保持するステージ装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
図１において、露光装置ＥＸは、マスクＭを支持するマスクステージＭＳＴと、基板Ｐを基板ホルダ（基板保持装置）ＰＨを介して支持する基板ステージ（ステージ装置）ＰＳＴと、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明する照明光学系ＩＬと、露光光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンを基板ステージＰＳＴに支持されている基板Ｐに投影する投影光学系ＰＬと、露光装置ＥＸ全体の動作を統括制御する制御装置ＣＯＮＴとを備えている。
【０００９】
ここで、本実施形態では、露光装置ＥＸとしてマスクＭと基板Ｐとを走査方向における互いに異なる向き（逆方向）に同期移動しつつマスクＭに形成されたパターンを基板Ｐに露光する走査型露光装置（所謂スキャニングステッパ）を使用する場合を例にして説明する。以下の説明において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと一致する方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直な平面内でマスクＭと基板Ｐとの同期移動方向（走査方向）をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向（非走査方向）をＹ軸方向とする。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸まわり方向をそれぞれ、θＸ、θＹ、及びθＺ方向とする。なお、ここでいう「基板」は半導体ウエハ上にレジストを塗布したものを含み、「マスク」は基板上に縮小投影されるデバイスパターンを形成されたレチクルを含む。
【００１０】
照明光学系ＩＬは、マスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭを露光光ＥＬで照明するものであり、露光用光源、露光用光源から射出された光束の照度を均一化するオプティカルインテグレータ、オプティカルインテグレータからの露光光ＥＬを集光するコンデンサレンズ、リレーレンズ系、露光光ＥＬによるマスクＭ上の照明領域を例えばスリット状に設定する可変視野絞り等を有している。マスクＭ上の所定の照明領域は照明光学系ＩＬにより均一な照度分布の露光光ＥＬで照明される。照明光学系ＩＬから射出される露光光ＥＬとしては、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）や、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ_２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）などが用いられる。
【００１１】
マスクステージＭＳＴは、マスクＭを支持するものであって、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに垂直な平面内、すなわちＸＹ平面内で２次元移動可能及びθＺ方向に微小回転可能である。マスクステージＭＳＴは、例えば真空吸着によりマスクＭを保持する。マスクステージＭＳＴはリニアモータ等のマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤにより駆動される。マスクステージ駆動装置ＭＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。マスクステージＭＳＴには移動鏡５１が設けられ、移動鏡５１に対向する位置にはレーザ干渉計５２が設けられている。マスクステージＭＳＴ上のマスクＭの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５２によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５２の計測結果に基づいてマスクステージ駆動装置ＭＳＴＤを駆動することでマスクステージＭＳＴに支持されているマスクＭの位置決めを行う。
【００１２】
投影光学系ＰＬは、マスクＭのパターンを所定の投影倍率βで基板Ｐに投影露光するものであって、複数の光学素子（レンズ）で構成されている。本実施形態において、投影光学系ＰＬは、投影倍率βが例えば１／４あるいは１／５の縮小系である。なお、投影光学系ＰＬは等倍系及び拡大系のいずれでもよい。
【００１３】
基板ステージＰＳＴは、基板Ｐを支持するものであって、基板Ｐを基板ホルダＰＨを介して保持するＺステージ６１と、Ｚステージ６１を支持するＸＹステージ６２と、ＸＹステージ６２を支持するベース６３とを備えている。基板ステージＰＳＴはリニアモータ等の基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤにより駆動される。基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤは制御装置ＣＯＮＴにより制御される。Ｚステージ６１を駆動することにより、Ｚステージ６１上の基板ホルダＰＨに保持されている基板ＰのＺ軸方向における位置（フォーカス位置）、及びθＸ、θＹ方向における位置が制御される。また、ＸＹステージ６２を駆動することにより、基板ＰのＸＹ方向における位置（投影光学系ＰＬの像面と実質的に平行な方向の位置）が制御される。
【００１４】
基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ６１）上には移動鏡５３が設けられている。また、移動鏡５３に対向する位置にはレーザ干渉計５４が設けられている。基板ステージＰＳＴ上の基板Ｐの２次元方向の位置、及び回転角はレーザ干渉計５４によりリアルタイムで計測され、計測結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはレーザ干渉計５４の計測結果に基づいて基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴを駆動することで基板ステージＰＳＴに支持されている基板ＰのＸ軸、Ｙ軸方向、及びθＺ方向の位置決めを行う。
【００１５】
また、露光装置ＥＸは、投影光学系ＰＬの像面に対する基板Ｐ表面の位置（フォーカス位置）を検出するフォーカス検出系５６を備えている。フォーカス検出系５６は、基板Ｐ表面に対して斜め方向より検出光を投射する投光部５６Ａと、基板Ｐ表面で反射した前記検出光の反射光を受光する受光部５６Ｂとを備えている。受光部５６Ｂの受光結果は制御装置ＣＯＮＴに出力される。制御装置ＣＯＮＴはフォーカス検出系５６の検出結果に基づいて基板ステージ駆動装置ＰＳＴＤを介して基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ６１）を駆動することで、基板Ｐ表面の位置を投影光学系ＰＬの焦点深度内に収める。すなわち、Ｚステージ６１は、基板Ｐのフォーカス位置及び傾斜角を制御して基板Ｐの表面をオートフォーカス方式、及びオートレベリング方式で投影光学系ＰＬの像面に合わせ込む。
【００１６】
図２は基板ホルダ（基板保持装置）ＰＨを上方（＋Ｚ方向）から見た平面図、図３は下方（−Ｚ方向）から見た平面図、図４は図２のＡ−Ａ矢視断面図、図５は図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
これらの図において、基板ホルダＰＨは、所定形状を有する本体部１を備えている。本体部１は基板Ｐに応じた形状を有しており、本実施形態では平面視略円形状に形成されている。本体部１の上面（保持面）２には、基板Ｐの下面を支持する第１支持部８及び第２支持部７が設けられている。第１支持部８は、上面２に所定間隔で複数に設けられた突起状のピン部により構成されている。第２支持部７は、本体部１の上面２のうち外周部近傍に設けられ、所定幅を有する環状（無端状）に形成された凸部であってシール部を構成している。そして、シール部（第２支持部）７の内側領域に複数のピン部（第１支持部）８が一様に設けられている。
【００１７】
本体部１のうち上面２と反対側の下面３には凹部４が形成されており、凹部４にはリブ部５（５Ａ〜５Ｌ）が設けられている。凹部４は下面３に環状に形成されており、リブ部５はこの環状に形成された凹部４において放射状に複数設けられている。本実施形態においてリブ部５（５Ａ〜５Ｌ）は１２本設けられている。本体部１のうち凹部４が形成された部分は所定の厚さｈを有する薄肉部６となっている。一方、薄肉部６（凹部４）及びリブ部５の内側部分は平面視ほぼ円形状の厚肉部１３Ａとなっており、外側部分は平面視環状の厚肉部１３Ｂとなっている。厚肉部１３（１３Ａ、１３Ｂ）の厚さとリブ部５の厚さとはほぼ同じである。なお、厚肉部１３の厚さとリブ部５の厚さとは互いに異なっていてもよい。厚肉部１３と複数のリブ部５のそれぞれとは連続しており、本実施形態において、厚肉部はリブ部の一部を構成している。
【００１８】
また、下面３の中央部には、凹部４のない平坦部（平坦領域）１４が形成されている。この平坦部１４は、外部装置（例えば露光装置等の半導体製造装置）に対して、真空吸着等により装着される領域である。この平坦部１４を有することにより、基板ホルダＰＨを外部装置に装着しても、保持面２が変形することがない。
【００１９】
凹部４の形成位置に対応する薄肉部６は平面視ほぼ扇状（矩形状）であってリブ部５どうしの間に複数（１２箇所）設けられている。薄肉部６の厚さ、換言すれば本体部１のうち上面２とリブ部５及び厚肉部１３以外の裏面３との間の厚さｈは、１．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下に設定されており、好ましくは３．０ｍｍ以上５．５ｍｍ以下に設定されている。この厚さｈの最適化手順については後述する。
【００２０】
本体部１の上面２に設けられたピン部８のそれぞれの上端面８Ａ及びシール部７の上端面７Ａは平坦面となっている。また、複数のピン部８のそれぞれは互いにほぼ同じ高さに設けられているとともに、シール部７とピン部８とも互いにほぼ同じ高さに設けられている。換言すれば、複数の上端面８Ａ及び上端面７Ａはほぼ同一平面上に位置している。基板Ｐはこれら複数のピン部８の上端面８Ａ及びシール部７の上端面７Ａに支持されるようになっている。つまり、ピン部８の上端面８Ａ及びシール部７の上端面７Ａが、基板Ｐを保持する保持面の一部を構成している。シール部７はこの上に載置される基板Ｐの外径より僅かに小さい外径を有している。
【００２１】
基板ホルダＰＨ（本体部１）は軽量で高剛性な材料である炭化珪素セラミックス（ＳｉＣセラミックス）により形成されている。炭化珪素セラミックスは高硬度材料であって耐摩耗性に優れており、基板ホルダＰＨに対する基板Ｐのロード及びアンロードを繰り返した場合でも摩耗し難い。また、炭化珪素セラミックスは導電性を有しており、基板ホルダＰＨに対する基板Ｐのロード及びアンロードを繰り返した場合でも帯電し難い。本体部１、ピン部８、シール部７、及びリブ部５（厚肉部１３）は、炭化珪素セラミックスにより一体成型されている。
【００２２】
本体部１には基板Ｐを保持して昇降可能なリフトピン４０及びこのリフトピン４０が配置されるリフトピン用穴４１が形成されている。リフトピン４０及びこれに対応するリフトピン用穴４１は上面２の中央部近傍において、つまり厚肉部１３Ａにおいて、正三角形のほぼ頂点に対応する位置にそれぞれ設けられている。リフトピン用穴４１の周囲にも、環状（無端状）に形成され、ピン部８とほぼ同じ高さを有するシール部が設けられている。３本のリフトピン４０は上下方向（Ｚ軸方向）に同時に同一量だけ昇降自在となっている。基板ホルダＰＨに対する基板Ｐのロード及びアンロード時において、リフトピン４０が不図示の駆動機構により昇降することで、基板Ｐを下方から支持したり、基板Ｐを支持した状態で上下動することができるようになっている。
【００２３】
本体部１の上面２の複数の所定位置には基板Ｐを真空吸着保持するための吸着孔９がそれぞれ形成されている。本実施形態では、図２に示すように、吸着孔９は上面２の中心部近傍から放射方向（ほぼ６０°の中心角の間隔を有する６つの半径の方向）に沿って２つずつ形成され、全部で１０箇所に形成されている。また、本体部１内部には、吸着孔９と基板ホルダＰＨ外部に設けられた給排気装置１０とを接続する流路１１（１１Ａ〜１１Ｃ）が形成されている。
【００２４】
流路１１は、本体部１の平面視中央部から放射方向に延びるように形成された複数（６つ）の主流路１１Ａと、主流路１１Ａの複数の所定位置と吸着孔９のそれぞれとを接続する枝流路１１Ｂと、主流路１１Ａの所定位置と厚肉部１３の下面３とを接続する副流路１１Ｃとを備えている。なお、副流路１１Ｃはリブ部５の下面と主流路１１Ａとを接続するように形成されていてもよい。図２及び図３に示すように、６つの主流路１１Ａの一端部のそれぞれは本体部１の中央部で集合している。一方、主流路１１Ａの他端部のそれぞれには蓋部材１２が取り付けられている。すなわち、主流路１１Ａ、枝流路１１Ｂ、及び副流路１１Ｃのそれぞれは、本体部１内部において互いに接続されているとともに、吸着孔９及び副流路１１Ｃのみを介して本体部１内部と外部とが連通されている。したがって、副流路１１Ｃに接続された給排気装置１０が吸引動作（排気動作）を実行すると、副流路１１Ｃ、主流路１１Ａ、及び枝流路１１Ｂを介して吸着孔９より気体が吸引されるようになっている。そして、ピン部８及びシール部７に基板Ｐを載置した状態で給排気装置１０が吸引動作を実行することにより、基板Ｐ及びシール部７で囲まれた空間が負圧になり、これにより基板Ｐは本体部１の上面２（上端面８Ａ、７Ａ）に対して吸着される。
【００２５】
図３などに示すように、流路１１はリブ部５に対応して設けられている。具体的には、主流路１１Ａは、厚肉部１３と複数のリブ部５Ａ〜５Ｌのうち特定のリブ部（第１のリブ部）５Ａ、５Ｃ、５Ｅ、５Ｇ、５Ｉ、５Ｋのそれぞれとに亘って形成されている。副流路１１Ｃは、厚肉部１３の所定位置に形成されている。なお上述したように、副流路１１Ｃはリブ部５に形成されていてもよい。吸着孔９に接続する枝流路１１Ｂは、複数のリブ部５Ａ〜５Ｌのうち特定のリブ部（第１のリブ部）５Ａ、５Ｃ、５Ｅ、５Ｇ、５Ｉ、５Ｋに形成されており、これに伴って吸着孔９も特定のリブ部（第１のリブ部）５Ａ、５Ｃ、５Ｅ、５Ｇ、５Ｉ、５Ｋの上面側に形成されている。なお本実施形態において、複数の枝流路１１Ｂ及び吸着孔９のうち、本体部１の平面視中央部近傍の枝流路１１Ｂ及び吸着孔９は、リブ部の一部を構成する厚肉部１３に形成されている。
【００２６】
図３に示すように、流路１１（１１Ａ〜１１Ｃ）が設けられているリブ部（第１のリブ部）５Ａ、５Ｃ、５Ｅ、５Ｇ、５Ｉ、５Ｋの幅（太さ）Ｋ１は、流路１１が設けられていないリブ部（第２のリブ部）５Ｂ、５Ｄ、５Ｆ、５Ｈ、５Ｊ、５Ｌの幅（太さ）Ｋ２より大きく（太く）形成されている。本実施形態では、第１のリブ部と第２のリブ部とは周方向（θＺ方向）に関して交互に設けられている。つまり、互いに異なる幅Ｋ１、Ｋ２を有する複数のリブ部５が、基板ホルダＰＨの平面視中心部に関して対称（点対称）となるように配置されている。これにより、基板ホルダＰＨの平面視中心部に重心が位置することになる。
【００２７】
次に、基板ホルダＰＨの製造方法の一例について説明する。基板ホルダＰＨの形成材料（本実施形態では炭化珪素セラミックス）を切削加工等の所定の加工法で加工することで、ピン部８、シール部７、凹部４、及びリブ部５を含む大まかな外形が形成される。次いで、穴加工により流路１１（１１Ａ〜１１Ｃ）が形成される。ここで、本体部１の側面のうち第１のリブ部５に対応する位置の側面の一端部と他端部とを接続するように貫通穴を形成することで主流路１１Ａが形成される。そして、焼成後、その貫通穴の両端部に蓋部材１２が取り付けられる。これと並行して、本体部１の上面２と本体部１内部に形成されている主流路１１Ａとを接続するように穴を開けることで枝流路１１Ｂが形成され、下面３と主流路１１Ａとを接続するように穴を開けることで副流路１１Ｃが形成される。以上の手順により本体部１内部に流路１１（１１Ａ〜１１Ｃ）が形成される。そして、仕上げ加工することで基板ホルダＰＨが形成される。仕上げ加工には、ピン部８及びシール部７に対する研磨加工が含まれる。ここで、研磨加工では、図６に示す模式図のように、ピン部８及びシール部７を含む本体部１の上面２を下に向け、研磨装置７０の研磨面７１に対して上面２（ピン部８、シール部７）を所定の加工圧力で押し当てた状態で研磨装置７０を回転することでピン部８の上端面８Ａ及びシール部７の上端面７Ａが研磨される。研磨加工では、例えば基板ホルダＰＨに錘７２を載せるなどして所望の加工圧力を加えた状態で行われる。
【００２８】
ところで、本体部１の強度が十分でないと、上記研磨加工時において本体部１、特に薄肉部６が変形し、所望の平坦度を得ることができない可能性がある。研磨加工では、研磨対象となる上面２は一定の加工圧力を受けながら研磨されるため、本体部１の薄肉部６が十分な強度を有していない場合、加工圧力を除去した状態にすると、図７の模式図に示すように、上面２は上向き凸状に撓むように変形する。この凸状の変形量が大きいと、つまり本体部１の上面２が所望の平坦度を有していないと、基板Ｐを保持した際に基板Ｐの平坦度に影響を及ぼし、投影光学系ＰＬの焦点深度内に基板Ｐ表面を収めることができなくなる不都合が生じる。そこで、基板ホルダＰＨの上面２の上記凸状の変形量が許容範囲内となるように、つまり基板Ｐを保持した際の基板Ｐの平坦度が許容範囲内となるように、薄肉部６の厚みや大きさについて最適化を図った。以下、最適化するための手順について説明する。
【００２９】
薄肉部６の上記凸状の変形量を計算するために、図８に示す単純化モデルを定義する。図８には、薄肉部６の単純化モデルとして円形平板２０の周縁部を固定し、この円形平板２０に一定の加工圧力を加えたときの状態が示されている。すなわち円形平板２０は、厚肉部１３（１３Ａ、１３Ｂ）を含むリブ部５によって周囲を囲まれた薄肉部６をモデル化したものである。加工圧力を加えた状態状態では、円形平板２０は図８に示すように下向き凸状（つまり凹状）に変形する。このときの円形平板２０の中心での変形量ｗは次式で表すことができる。
【数１】

ここで、ｗ：円形平板の中心での変形量、
ｐ：加工圧力、
ｄ：円形平板の直径、
ν：ポアソン比、
Ｅ：ヤング率、
ｈ：円形平板の厚さ（すなわち薄肉部の厚さ）、
である。
【００３０】
加工圧力は、基板ホルダＰＨの自重、研磨加工時に基板ホルダＰＨに載せる補助的な錘の重量、保持面の面積等から計算されるが、ここでは、一般的な加工圧力としてｐ＝３００Ｐａとする。また、基板ホルダＰＨの形成材料である炭化珪素セラミックスの物性より、Ｅ＝４００ＧＰａ、ν＝０．１７である。そして、円形平板の許容値としてｗ＝２ｎｍとし、これらの値を上記（１）式に代入して式を変形すると、
【数２】

となる。（２）式は、変形量ｗ＝２ｎｍにするために必要な厚さｈの値を与える式である。
【００３１】
上記の計算は、薄肉部６を円形平板２０にモデル化したものであるが、実際には薄肉部６は円形ではなく、上記実施形態に示したように略扇状（略矩形状）であったり多角形であるなど様々な形状や大きさが想定される。しかしながら、実際の基板Ｐの大きさや基板ホルダＰＨの加工上の制約などから、ｄの値、つまり薄肉部６の大きさとしては３０ｍｍ〜８０ｍｍ程度が現実的である。そこで、このｄの値を上記（２）式に代入すると、
ｄ＝３０ｍｍのとき、ｈ＝１．５１ｍｍ、
ｄ＝８０ｍｍのとき、ｈ＝５．５８ｍｍ、となる。したがって、薄肉部６の大きさに応じて、薄肉部６の厚さｈを１．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下程度にすることが好ましい。
【００３２】
また、代表的な基板Ｐであるシリコンウエハは、例えば０．５μｍ程度のうねりを持つため、薄肉部６はシリコンウエハのうねりを矯正するために十分な厚さを持たなければならない。シリコンウエハの曲げ剛性及び薄肉部６の曲げ剛性は厚さの比の３乗に比例し、ヤング率の比に比例する。０．５μｍ程度のうねりを２ｎｍ程度に矯正するための必要な薄肉部６の厚さｈを計算すると、３ｍｍ以上となる。したがって、薄肉部６の厚さｈを３．０ｍｍ以上５．５ｍｍ以下程度にすることがより好ましい。なお、シリコンウエハのうねりの大きさによっては必ずしも３ｍｍ以上である必要はない。
【００３３】
また、放射状に配置されたリブ部５の数をｎ、平面視円形状の基板ホルダＰＨの直径をＤ、リブ部５どうしの間の円弧の長さをＬとすると、
【数３】

である。Ｄ＝３００ｍｍ、ｎ＝１２とすると、（３）式より、Ｌ＝７８．５となる。したがって、上述のように、リブ部どうしの間隔、ひいては薄肉部６の大きさを８０ｍｍ以下にするために、リブ部５を１２本以上設けることが好ましい。
【００３４】
更に、リブ部５を放射状に配置した場合、流路１１をリブ部５内部に設けることで、流路１１を加工性良く形成することができる。ここで、本実施形態では、上述したように、流路１１は大きい幅Ｋ１を有する第１のリブ部に形成されている。そして、幅Ｋ１は７ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが加工性の観点から好ましい。
【００３５】
図９は、基板ステージＰＳＴ（Ｚステージ６１）に保持された基板ホルダＰＨを示す断面図である。図９に示すように、Ｚステージ６１の上面には、基板ホルダＰＨの下面３を真空吸着保持する保持部（保持面）３０が設けられている。保持部３０には、Ｚステージ６１内部に形成された第１流路３１を介して給排気装置１０に接続された吸着孔３３が形成されている。また、保持部３０には突起部である複数のピン部３４が設けられており、保持部３０の周縁部には環状のシール部３５が設けられている。ピン部３４の上端面及びシール部３５の上端面は平坦面であって略同一平面上に位置しており、これら上端面で基板ホルダＰＨの下面を支持する。そして、基板ホルダＰＨの下面３とシール部３５とで形成される空間の気体を給排気装置１０が第１流路３１及び吸着孔３３を介して吸引することでこの空間が負圧にされ、基板ホルダＰＨがＺステージ６１の保持部３０に吸着保持されるようになっている。また、Ｚステージ６１の内部には、保持部３０に保持された基板ホルダＰＨの副流路１１Ｃに接続可能な第２流路３２が設けられており、給排気装置１０が第２流路３２及び基板ホルダＰＨ内部の流路１１（１１Ａ〜１１Ｃ）を介して吸着孔９より気体を吸引することで、基板ホルダＰＨに基板Ｐが吸着保持される。一方、給排気装置１０が気体を供給（吹き出し）することで、Ｚステージ６１と基板ホルダＰＨとの吸着保持が解除され、基板ホルダＰＨと基板Ｐとの吸着保持が解除されるようになっている。
【００３６】
次に、本実施形態の露光装置ＥＸにおける基板ホルダＰＨに対する基板Ｐのロード時及びアンロード時における動作について説明する。
ここで、基板Ｐのロード時においては、給排気装置１０による給気動作及び排気動作は停止されている。不図示の基板ローダにより、基板Ｐが基板ホルダＰＨ上に搬送されると、制御装置ＣＯＮＴは、基板ホルダＰＨに設けられているリフトピン４０を上昇する。リフトピン４０の上昇量が所定量に達すると、基板ローダ上の基板Ｐがリフトピン４０に渡され、基板ローダが基板ホルダＰＨ上方から配置する。その後、リフトピン４０が下降することにより、基板ホルダＰＨ上に基板Ｐが載置される。
【００３７】
上記のようにして基板ホルダＰＨ上に基板Ｐが載置されると、制御装置ＣＯＮＴは、給排気装置１０を使って、基板Ｐと基板ホルダＰＨのシール部７及び上面２とで囲まれた空間の気体を吸引（排気）する。こうして基板Ｐを基板ホルダＰＨに対して吸着保持することで基板Ｐのロード作業が終了する。
【００３８】
基板ホルダＰＨの保持面は平坦度良く形成されているため、基板Ｐは所望の平坦度を維持した状態で基板ホルダＰＨに保持される。そして、制御装置ＣＯＮＴは、マスクステージＭＳＴに支持されるマスクＭを照明光学系ＩＬにより露光光ＥＬで照明し、基板ホルダＰＨに保持された基板Ｐに対して投影光学系ＰＬを介してマスクＭのパターンの像を投影する。基板Ｐは所望の平坦度を維持されているので、その表面（被露光処理面）は投影光学系ＰＬの焦点深度内に円滑に収められる。また、基板ホルダＰＨは凹部４０を形成されていることで十分に軽量化されているため、基板Ｐ及びこの基板ホルダＰＨを保持して移動する基板ステージＰＳＴの高速化・高加速度化を実現でき、しかも短い位置決め整定時間を実現でき、高い位置決め精度で位置決めすることができる。
【００３９】
露光処理が終了した後、基板Ｐを基板ホルダＰＨからアンロードするために、制御装置ＣＯＮＴは給排気装置１０の吸引動作を停止する。次いで、制御装置ＣＯＮＴはリフトピン４０を所定量上昇するとともに、給排気装置１０を駆動し、基板Ｐの下面に対して気体を供給する。これにより、基板Ｐと基板ホルダＰＨとの間の負圧状態が解除される。
【００４０】
リフトピン４０が所定量上昇すると、ピン部８及びシール部７で支持されている基板Ｐがリフトピン４０に渡されるので、不図示の基板アンローダが基板Ｐの下側に入り込むとともに、リフトピン４０が下降することで、リフトピン４０から基板アンローダに基板Ｐが渡される。そして、基板アンローダが基板ホルダＰＨから退避することにより、基板のアンロード作業が終了する。
【００４１】
以上説明したように、基板Ｐを保持可能な基板ホルダＰＨの本体部１のうち、基板Ｐを保持する保持面２（７Ａ、８Ａ）とは反対側の下面３側に凹部４を形成したことにより、軽量化を実現することができる。そして、この凹部４にリブ部５を設けたことにより、凹部４を設けたことによって形成された薄肉部６の強度が維持され、基板Ｐを平坦度良く保持できる。また、リブ部５により強度が維持されているので、保持面２、７Ａ、８Ａを研磨処理した場合でも保持面（薄肉部）の撓みの発生を抑制し、保持面自体の平坦度を向上することができる。また、基板Ｐを真空吸着方式で保持する場合、吸着孔９及びこれに接続される流路１１をリブ部５に設けることで、強度を維持しつつ容易に流路１１を形成することができる。
【００４２】
なお、上記実施形態において、リブ部５は放射状に１２本設けられているが、リブ部５以外の薄肉部６の変形を抑えることができれば、その数や配置は任意に設定可能である。また、基板Ｐを保持するピン部８の配置や数も任意に設定可能である。また、複数のリブ部５それぞれの幅や形状は全て同じでもよいし互いに異なっていてもよい。また、上記実施形態では、本体部１の下面側中央部に平面視円形状の厚肉部１３Ａが形成され、この厚肉部１３Ａを囲むように所定の幅Ｋ１、Ｋ２を有するリブ部５が配置された構成であるが、厚肉部１３Ａを設けずに、本体部１の下面中央部を中心に所定の幅を有するリブ部５を放射状に配置するようにしてもよい。また、リブ部５どうしの間に設けられた複数の薄肉部６の大きさや形状も全て同じでもよいし互いに異なっていてもよい。
【００４３】
上記実施形態では、基板Ｐを基板ホルダＰＨに吸着する吸着機構が真空吸着機構である場合を例にして説明したが、本発明がこれに限定されるものではない。すなわち、吸着機構として例えば静電チャック機構を採用してもよい。この場合、シール部は不要となるため、第２支持部７は環状あるいは無端状である必要が無くなり、一部が欠けた全体として環状の凸部などにより構成することができる。あるいは、ピン部８の先端に静電チャックの機能を持たせればシール部（第２支持部）そのものを設けなくてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、本発明の基板保持装置が、基板Ｐを保持する基板ホルダに適用された例について説明したが、例えば反射型レチクルではその裏面側をレチクルホルダ（マスクホルダ）で保持するので、このようなレチクルホルダに対して本発明を適用することもできる。
【００４５】
上記実施形態では、本体部１、ピン部８、シール部７、リブ部５、及び厚肉部１３等は炭化珪素セラミックスにより一体成型されているように説明したが、複数の部材１、８、７、５、１３等をそれぞれ別々に形成した後、これらを接合するようにしてもよい。また、本実施形態では、基板ホルダＰＨの全部を炭化珪素セラミックスで形成しているが、その一部を炭化珪素セラミックスで形成し、残りの一部を別の材料により形成してもよい。また、炭化珪素セラミックス以外の材料で基板ホルダＰＨを形成するようにしてもよい。なお上述したように、炭化珪素セラミックスは耐摩耗性等に優れ、帯電防止機能も有することから基板ホルダＰＨの形成材料として好ましい。
【００４６】
上記実施形態の露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを露光する走査型の露光装置にも適用することができるし、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート型の露光装置にも適用することができる。
【００４７】
露光装置ＥＸの用途としては半導体製造用の露光装置や、角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを露光する液晶用の露光装置に限定されることなく、薄膜磁気ヘッドを製造するための露光装置にも広く適当できる。
【００４８】
投影光学系ＰＬとしては、エキシマレーザなどの遠紫外線を用いる場合は硝材として石英や蛍石などの遠紫外線を透過する材料を用い、Ｆ_２レーザやＸ線を用いる場合は反射屈折系または屈折系の光学系にし（マスクも反射型タイプのものを用いる）、また、電子線を用いる場合には光学系として電子レンズおよび偏向器からなる電子光学系を用いればいい。なお、電子線が通過する光路は真空状態にすることはいうまでもない。
【００４９】
基板ステージＰＳＴやマスクステージＭＳＴにリニアモータを用いる場合は、エアベアリングを用いたエア浮上型およびローレンツ力またはリアクタンス力を用いた磁気浮上型のどちらを用いてもいい。また、ステージは、ガイドに沿って移動するタイプでもいいし、ガイドを設けないガイドレスタイプでもよい。
【００５０】
ステージの駆動装置として平面モ−タを用いる場合、磁石ユニット（永久磁石）と電機子ユニットのいずれか一方をステージに接続し、磁石ユニットと電機子ユニットの他方をステージの移動面側（ベース）に設ければよい。
【００５１】
基板ステージＰＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−１６６４７５号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００５２】
マスクステージＭＳＴの移動により発生する反力は、特開平８−３３０２２４号公報に記載されているように、フレーム部材を用いて機械的に床（大地）に逃がしてもよい。本発明は、このような構造を備えた露光装置においても適用可能である。
【００５３】
本実施形態の露光装置ＥＸは、本願特許請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。
【００５４】
半導体デバイスは、図１０に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２０１、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ２０２、デバイスの基材である基板（ウエハ、ガラスプレート）を製造するステップ２０３、前述した実施形態の露光装置によりマスクＭのパターンを感光基板Ｐに露光する基板処理ステップ２０４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）２０５、検査ステップ２０６等を経て製造される。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、基板保持装置の軽量化が実現され、基板を高い平坦度で保持可能であるため、移動するステージ装置の高速化・高加速度化を実現しつつ基板を投影光学系の焦点深度内に良好に収めることができる。したがって、高スループット且つ高いパターン転写精度で露光処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板保持装置を備えた露光装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の基板保持装置の一実施形態を示す上面側から見た図である。
【図３】図２を下面側から見た図である。
【図４】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図６】基板保持装置の保持面を研磨処理する様子を説明するための模式図である。
【図７】基板保持装置の保持面を研磨処理する様子を説明するための模式図である。
【図８】基板保持装置の形態を最適化するための計算モデルを説明するための模式図である。
【図９】基板保持装置を保持したステージ装置の一実施形態を示す図である。
【図１０】半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１…本体部、２…上面（保持面）、３…下面、４…凹部、
５（５Ａ〜５Ｌ）…リブ部、
５Ａ、５Ｃ、５Ｅ、５Ｇ、５Ｉ、５Ｋ…第１のリブ部、
５Ｂ、５Ｄ、５Ｆ、５Ｈ、５Ｊ、５Ｌ…第２のリブ部、
６…薄肉部、７…シール部（第２支持部）、７Ａ…上端面（保持面）、
８…ピン部（第１支持部）、８Ａ…上端面（保持面）、９…吸着孔、
１１（１１Ａ〜１１Ｃ）…流路、１４…平坦部（平坦領域）、
ＥＸ…露光装置、Ｐ…基板、ＰＨ…基板ホルダ（基板保持装置）、
ＰＳＴ…基板ステージ（ステージ装置）

Claims

基板を保持する基板保持装置において、
前記基板を保持する保持面を有する本体部を備え、
前記本体部のうち前記保持面とは反対側の面に凹部を形成するとともに、前記凹部にリブ部を設けたことを特徴とする基板保持装置。
前記リブ部を放射状に複数設けたことを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
前記複数のリブ部は少なくとも１２本設けられていることを特徴とする請求項２記載の基板保持装置。
前記保持面上の所定位置に、前記基板を前記保持面に対して吸着する吸着孔が形成され、
前記リブ部に、前記吸着孔に接続する流路が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の基板保持装置。
前記リブ部は、前記流路が設けられた第１のリブ部と、前記流路が設けられない第２のリブ部とを有することを特徴とする請求項４記載の基板保持装置。
前記第１のリブ部は放射状に複数設けられ、それぞれの前記第１のリブ部に前記吸着孔が複数設けられていることを特徴とする請求項５記載の基板保持装置。
少なくともその一部が炭化珪素セラミックスからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の基板保持装置。
前記本体部のうち前記保持面と前記リブ部以外の裏面との間の厚さは、１．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の基板保持装置。
前記本体部のうち前記保持面と前記リブ部以外の裏面との間の厚さは、３．０ｍｍ以上５．５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の基板保持装置。
前記第１のリブ部の幅は７ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の基板保持装置。
前記本体部の前記保持面と反対の面は、前記凹部の設けられた凹部領域と、前記凹部を設けずに外部装置に装着可能な平坦領域とを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の基板保持装置。
基板を保持する基板保持装置を支持して移動可能なステージ装置において、
前記基板保持装置は、請求項１〜請求項１１のいずれか一項記載の基板保持装置により構成されていることを特徴とするステージ装置。
基板ステージ上に保持された基板にパターンを露光する露光装置において、
前記基板ステージは、請求項１２記載のステージ装置により構成されていることを特徴とする露光装置。