JPH0637172A - 基板保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板上に発生した局所的な熱勾配を吸熱する
基板保持部の温度を正確に効率よく制御する。 【構成】 微小な突出部２２の設けられた基板保持部７
と基板保持部７の温度を調整する温調部８を設けた。基
板Ｗの熱は突出部２２を介して伝導するのみならず、基
板Ｗと突出部２２との間の空間を介しても伝導し、基板
保持部７にて均一に伝導する。温調部８には循環路９が
設けられており、流体供給部１１で所定温度に制御され
た流体で基板保持部７上の熱を排熱する。温調部８の熱
容量は基板保持部７の熱容量より大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は基板保持装置に関し、特
に半導体製造装置に用いられる基板保持装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の装置は、基板保持部の内部
に温度センサが設けられており、基板保持部の温度をモ
ニタしていた。そして、基板保持部内に加熱手段及び冷
却手段を有し、この基板保持部が特定温度範囲内となる
ように温度センサからの情報に基づいて加熱手段又は冷
却手段を制御していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
においては基板保持部全体が一様な温度分布とはならな
いという問題点があった。例えば、ステップアンドリピ
ート方式の露光を例にとってみると、ステップアンドリ
ピート動作にともなって一部のエリアの温度が上昇し、
エリアが時間とともに移動するため、基板保持部面内で
非線型な温度分布となる。さらに温度分布が時間ととも
に変化するため、一個の温度センサ、一組の加熱手段及
び冷却手段では正確な温度制御ができないという問題点
があった。

【０００４】また、最近の基板保持装置は基板との接触
面積を減らすことにより基板の裏面へのゴミ付着率を減
少させる構造となっている。このような構造の基板保持
装置においては、非接触面積にある空気が断熱材として
機能することにより、基板の熱は基板保持装置の接触面
のみを介して伝導される。このため、基板保持部内に温
度調整部材を設けても基板との接触面積の低下にともな
って効率のよい温度調整ができなくなったという問題点
があった。

【０００５】また、基板保持部に加熱手段及び冷却手段
を有するため、基板保持部そのものの体積が増えてしま
う。このため基板保持部の温度を制御することにより基
板の温度調整を行う方法では温度制御が迅速に行えず、
スループットが低下するという問題点もあった。そこで
本発明は、基板保持部の温度を正確に効率良く制御する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】板状の基板（Ｗ）と当接
する凸部を複数有する第１表面とほぼ平坦状に形成され
た第２表面とを有する板状の基板保持部（７）を有し、
基板を基板保持部に吸着保持する基板保持装置におい
て、高熱伝導率を有する物体で構成されるとともに第２
表面と接触するように配置され、基板保持部から熱を排
熱するための排熱部を備えた温度調整部（８）と；排熱
部の排熱特性を制御する排熱制御部（１１）とを備え、
基板保持部は高い熱伝導率、かつ低い膨張率を有する材
料で構成され、基板保持部は温度調整部と比較して小さ
な体積を有する薄板状に形成されており、凸部は基板の
局所的な熱分布を凸部及び基板と凸部とで形成される空
間とを介して基板保持部へ伝熱するよう微小な突起状に
形成されていることを特徴とする基板保持装置。

【０００７】

【作用】本発明においては、基板保持部の凸部（接触
層）の高さを制限し、基板と非接触層（基板保持部の凸
部以外）との間隔を微小としたので基板上で発生した熱
を接触層を通して伝熱するだけでなく、熱対流として効
率よく基板保持部へ伝達することができる。

【０００８】熱伝導率の高い材料を用いて、基板保持部
を構成し、該基板保持部の厚さを薄くする構造としたの
で、該基板上に発生した局所的な熱勾配をほぼリアルタ
イムでなくし、基板保持部全体の温度を一定にすること
ができる。さらに、基板保持部へ均一に伝達された熱は
基板保持部が載置されている温度調整部へ伝達し吸熱さ
れる。温度調整部は熱伝導率の高い材料で構成されてい
るので、前記基板保持部で発生した熱を効率良く吸熱す
る。

【０００９】又、温度調整部は前記基板保持部より十分
大きな体積を持っているので、温度調整部の温度をほと
んど上昇させることなく温度調整部全体に均一に熱を伝
搬し、その後精密に温度制御された温調流体によって外
部に排熱される。

【００１０】

【実施例】図１は本発明の一実施例による基板保持部を
備えた投影露光装置の概略を示す図である。水銀ラン
プ、エキシマレーザ等の光源１から射出された露光光
は、レンズ系２、ミラー３を介してマスクＲを均一な照
度で照明する。マスクを通過した露光光は投影光学系Ｐ
Ｌを介してウエハＷ上に到達し、マスク４上のパターン
は投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に結像する。ウエ
ハＷは基板保持部７及び温度調整部８上に載置されてお
り、温度調整部８はステージ１０上に載置されている。
そして基板保持部７は温度調整部８上に設けられてい
る。ステージ１０は干渉計１２により位置計測され、制
御系１３は干渉計１０からの位置情報に基づいて、モー
タ等の駆動部Ｍを制御する。これらにより、ステージ１
０は任意の場所に位置決め可能となり、ステップアンド
リピートによる露光が行われる。

【００１１】さて、基板保持制御部６は真空ガイド６ａ
を介して基板保持部７の吸着孔２０（図２参照）を真空
に引く。これにより、ウエハＷを基板保持部に吸着保持
することが可能となる。更に、基板保持制御部６は真空
ガイド６ｂを介して温度調整部８上の基板保持部７を温
度調整部８上に吸着保持している。この真空ガイド６ｂ
による基板保持部７の温度調整部８への吸着保持と真空
ガイド６ａによるウエハＷの基板保持部７への吸着保持
とは独立に制御可能であり、基板保持部７を温度調整部
８に吸着保持したまま、ウエハＷの吸着を解除すること
が可能である。また、温度調整部８には温度制御された
流体（例えば水、不活性液体、空気、窒素等）を循環さ
せるための循環路（排熱部）９が設けられている。循環
路９は基板保持部７全体を覆うように配管されている。
温調制御部１１からの流体はガイド１１ａを介して循環
路９に供給され、循環路９を通った流体はガイド１１ｂ
を介して温調制御部１１に戻る。温度制御部１１は流体
の温度がほぼ一定となるように精密に温度制御する。一
定に保つべき流体の温度は、例えば露光前のステージ温
度により定められ、ここでは投影露光装置本体の温度と
一致させるものとする。また、温度制御部１１には流体
制御部１１Ａが設けられており、流体の速度をほぼ一定
の速度に制御する。

【００１２】次に図２、図３を用いて基板保持部７と温
度調整部８の詳細について説明する。図２は基板保持部
７、温度調整部８の断面をウエハＷが載置された状態で
示す図である。図３は基板保持部７の上面を示す図であ
る。図２に示すように、薄板状に形成された基板保持部
７にはその表面から微小量だけ突出した突出部（凸部）
２２が複数個設けられている。凸部と凸部間部分（図で
は凸部と凸部との狭い間隔部分）の基板保持部７の表面
には夫々真空吸着孔２０が設けられている。前述のごと
く、この真空吸着孔２０を真空に引くことによりウエハ
Ｗを基板保持部７に吸着固定することができる。

【００１３】複数の凸部で囲まれた基板保持部７の表面
部分、特に凸部と凸部との広い間隔部分２１ａ、２１ｂ
は被接触層となり、被接触層とウエハＷとで空間ＳＰが
形成される。この空間ＳＰの体積は突出部２２の高さと
非接触層２１の面積によって定められ、空間ＳＰの体積
が大きいと空間ＳＰ内の空気は断熱材として作用する。
また、前述の如く、ゴミの問題から突出部２２は基板保
持部７の表面積に対して小さな面積となっており、突出
部２２を介して伝導するウエハＷの熱量は僅かな量であ
る。そこで、本実施例では突出部２２の突出量を十分小
さくすることにより空間ＳＰの体積を小さくして、ウエ
ハＷで発生した熱を突出部２２を通して基板保持部に伝
導させるだけでなく、空間ＳＰ内の空気を介して熱対流
や輻射熱としても伝導させる。ここで、突出部２２の突
出量は小さいほど望ましいが、非接触層２１とウエハＷ
との空間に、露光に影響しない程度（許容値程度）の異
物によりウエハＷの平面度が低下するのを防止するた
め、突出量は許容値程度の異物より大きいものとする。
このことを考慮し、突出部２２の突出量は例えば１０μ
ｍ以上２０μｍ程度以下とするのが望ましい。もちろん
凸部と凸部との狭い間隔部分と基板とで形成される空間
ＳＰ１を介して対流する熱も存在するのは言うまでもな
い。また、薄板状の基板保持部７の厚さは基板Ｗの数倍
程度であり、その体積は基板Ｗより大きく、その熱容量
についても基板Ｗよりも大きい。

【００１４】本実施例ではステップアンドリピート動作
で露光が行われ、各ショット毎に露光が行われることに
伴って、ウエハＷ上には局所的な熱勾配が生じる。しか
しながら、基板保持部７は高い熱伝導率、かつ低い膨張
率を有する物質（例えばＳｉＣ等の非金属の物質）で構
成されており、表面に微小な突出部２２を有している。
高い熱伝導率は突出部２２を介してウエハＷの熱を効率
良く伝熱できるとともに、この突出部２２を介して伝導
する熱と空間ＳＰを介して伝導する熱とを基板保持部７
全体に伝導することが可能となる。この結果、局所的な
熱勾配をほぼリアルタイムでなくし、基板保持部７全体
の温度を一定にすることが可能となる。また、低い膨張
率はウエハＷの位置ずれを防止することができ、基板保
持部７は特に線膨張係数の小さい物質で構成されること
が望ましい。

【００１５】また、温度調整部８も高い熱伝導率を有す
る物質（例えばアルミ等）で構成されており、さらに温
度調整部８の体積は基板保持部７に比べて十分大きな体
積を有している。これにより、温度調整部８は基板保持
部７に比べて大きな熱容量を持つことになり、温度調整
部８の温度をほとんど上昇させることなく、基板保持部
７の熱を均一に温度調整部８に伝搬させることができ
る。また、温度調整部８に設けられた循環路９は基板保
持部７全体を覆うように（例えば基板保持部７とほぼ同
じ大きさとなるように渦巻き状に循環路９を形成して）
配管されているので、基板保持部７の熱を十分に排熱す
ることが可能となる。

【００１６】尚、流体の温度は予め定めておけばよい
が、基板保持部７の温度を計測する温度センサ２３を設
け、この温度センサからの情報に基づいて流体の温度を
制御するようにしてもよい。以上のように、基板保持部
と温度調整部とを２層構造で設け、温度調整部８の熱容
量を基板保持部７と比べて十分大きくしたため、ウエハ
Ｗ上に生じた熱を等方的に吸熱し基板保持部の温度を正
確にかつ効率良く制御することが可能となる。更に、基
板保持部７と温度調整部８とを２層構造とした為、両部
を同一の材料で作る必要がない。また、基板保持部７と
温度調整部８とを２層構造とし、両部を真空吸着で固定
するため、両部の材質の違いによる熱膨張率による前記
基板保持部７への歪みの影響を除去することができる。
更に、基板保持部７と温度調整部８とを真空吸着により
固定する手法を用いたので基板保持部７と温度調節部と
の材質を目的別に選択できるようになったので、コスト
的にも安価にできる。

【００１７】また、基板保持部７と温度調整部８とを分
離可能とすることにより、メンテナンスにおける基板保
持部７の清掃時に基板保持部７を温度調整部８から独立
して取り出すことが可能となるので、流体を取り出す必
要がなく作業性がよくなる。次に上記のような構成の基
板保持装置でどのように温度調整が行われるかについ
て、投影露光装置に適用した場合を例にして説明する。

【００１８】ウエハＷを載置した基板保持部、温度調整
部を載せたステージ１０を備えた投影露光装置がステッ
プアンドリピート動作により露光を実行する。これによ
り、１ショットの露光が行われる毎に、ウエハＷ上では
一時的に不均一な温度勾配が生じる。ウエハＷに蓄積さ
れている熱は突出部２２を介して基板保持部７に伝導さ
れる。さらに前述の如く突出部２２の高さは微小であ
る。このため、非接触層２１とウエハＷとの間の空間Ｓ
Ｐ、ＳＰ１を介することによってもウエハＷに蓄積され
た熱は基板保持部７に熱対流として伝導する。基板保持
部７は熱伝導率の高い材質で、かつ薄板状となっている
ため、ウエハＷ上での温度分布は短時間（次のショット
へのステップ移動が完了するまでの時間）にほぼ均一な
温度分布となる。基板保持部７に蓄積された熱は温度調
整部８の温度をほとんど上昇させることなく均一に温度
調整部８に伝導し、温度調整部８内を循環する流体によ
って排熱される。流体は温度調整部８により、一定の温
度に制御されて循環しており、基板保持部７の温度が一
定となるように制御する。この基板保持部７の吸熱、温
度調整部８への伝導、排熱の一連の動作は、次のショッ
トへのステップ移動が完了するまでの時間に行われるよ
うに、基板保持部７、温度調整部８の熱伝導率、空間Ｓ
Ｐ、ＳＰ１の体積、流体の温度，速度を定めておく。こ
れにより、ステップアンドリピート動作で露光を行って
いる場合でも、ウエハＷ上に不均一な温度勾配が生じる
ことなく、ウエハＷ上の温度分布は常にほぼ一定の値と
なり、熱による倍率やアライメントエラーを防止するこ
とができる。

【００１９】また、ウエハＷ上に許容値よりも大きな温
度勾配が生じた場合は、次の露光が行われる前にウエハ
Ｗの熱が基板保持部に十分伝導されなかったり、予め定
められた流体の温度では十分に排熱できない。この時
は、基板保持部７の温度を計測する温度センサ２３を複
数個設け、熱伝導と状態と排熱の状態とを監視し、排熱
が完了してから次のショットの露光を行うようにしても
よい。また、温度センサ２３を１箇所だけ設け、温度状
態をモニターしながら流体の温度を制御するようにして
もよい。温度状態のモニターの一例としては所定時間経
過前に基板保持部７の温度が所定値となった場合は、大
きな温度勾配が生じていると判断し、流体の温度を下げ
て排熱効果を高めるようにする。

【００２０】以上により、ステップアンドリピート方式
の露光においても露光による熱蓄積にともなう基板の非
線型的な膨張を防止することができる。さらに、基板の
熱膨張による倍率誤差や位置決め誤差を防止することが
できる。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば微小な凸
部を有する薄板状の基板保持部と、基板保持部より十分
大きな体積を有する温度調整部と、温度調整部の熱を排
熱する排熱部とを設けたので基板上に発生した局所的な
熱変化による不均一な熱分布を、基板保持部、温度調整
部を介して伝導するとともに、温度調整部の温度をほと
んど上昇させることなく温度調整部から排熱することが
できる。

【００２２】また、基板保持部と温度調整部とを別体と
することにより清掃等の作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による基板保持部を備えた投
影露光装置の概略を示す図、

【図２】本発明の一実施例による基板保持部と温度調整
部との断面を示す図、

【図３】本発明の一実施例による基板保持部の上面を示
す図である。

【符号の説明】

６…流体制御部、 ７…基板保持部、 ８…温度調整部、 ９…循環路 １０…ステージ、 １１…温調制御部、 ２０…真空吸着孔、 ２１…非接触層、 ２２…接触層、 ＳＰ…基板と非接触層との間の空間、 Ｗ…ウエハ Ｒ…レチクル

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状の基板と当接する凸部を複数有する第
   １表面とほぼ平坦状に形成された第２表面とを有する板
   状の基板保持部を有し、前記基板を該基板保持部に吸着
   保持する基板保持装置において、 高熱伝導率を有する物体で構成されるとともに前記第２
   表面と接触するように配置され、前記基板保持部から熱
   を排熱するための排熱部を備えた温度調整部と；前記排
   熱部の排熱特性を制御する排熱制御部とを備え、 前記基板保持部は高い熱伝導率、かつ低い膨張率を有す
   る材料で構成され、前記基板保持部は前記温度調整部と
   比較して小さな体積を有する薄板状に形成されており、
   前記凸部は前記基板の局所的な熱分布を前記凸部及び前
   記基板と前記凸部とで形成される空間を介して前記基板
   保持部へ伝熱するよう微小な突起状に形成されているこ
   とを特徴とする基板保持装置。
2. 【請求項２】 前記温度調整部は前記基板保持部より大
   きな熱容量を有し、前記排熱部は所定温度の流体を流す
   配管で構成され、前記排熱制御部は該流体を所定温度に
   維持するとともに、所定の速度で前記配管中を循環させ
   ることを特徴とする請求項１記載の基板保持装置。
3. 【請求項３】 前記基板保持部は線膨張係数の小さい物
   質で構成されることを特徴とする請求項１記載の基板保
   持装置。
4. 【請求項４】 前記基板保持部は前記温度調整部に対
   し、真空吸着により保持されることを特徴とする請求項
   １記載の基板保持装置。