CN107004574B - 基板保持装置、光刻设备以及物品制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供：一种基板保持装置，其有利于在卸载基板时在短时间内从密封构件分离基板；和一种光刻设备。本发明涉及一种保持基板(3)的基板保持装置(10)。基板保持装置(10)具有：保持构件(16)和密封构件(31)，所述保持构件具有中心部(40)和外周边部(41)，所述中心部具有吸气孔(32)，所述吸气孔被形成用于排空基板(3)和保持构件之间的空间(42)，所述外周边部围绕中心部(40)并且形成在低于中心部(40)的位置处，所述密封构件设置在保持构件(16)上并且限定空间(42)。独立于排空***的孔(33)形成在外周边部(41)和/或密封构件(31)中，所述排空***连接到吸气孔(32)。

Description

基板保持装置、光刻设备以及物品制造方法
技术领域
本发明涉及基板保持装置、光刻设备以及物品制造方法。
背景技术
有时会将具有不平度或翘曲的基板供给到用于在制造半导体装置等等的方法中所使用的曝光设备。当基板通过真空吸引被保持时，基板的外周边缘的翘曲会导致泄漏，这会削弱吸引力。
PTL1和PTL2涉及基板保持装置，在所述基板保持装置中，沿保持构件的基板相对表面的外周边设置弹性密封构件。密封构件沿基板的外周边缘的形状而变形以便降低来自基板和基板相对表面之间的空间的泄漏。这增加了吸引力。
PTL2所公开的是，在经受了曝光过程的基板的搬出操作中，空气从孔喷出(所述孔用来从空间排出空气)使得基板容易从密封构件分离。
引用文献列表
专利文献
PTL1：日本专利特开No.2002-217276
PTL2：日本专利特开No.2010-197415
发明内容
技术问题
在PTL2所描述的基板保持装置中，连接到用于排出空气的孔的管道处于压力降低状态，首先需要时间以便利用空气替换充满管道的内部。因为所有的孔都连接到共同的管道，所以管道的长度随着所连接的孔离基板的端部的距离的增加而增加。为此，尽管基板与基板的端部处的密封构件之间的接触部分最需要空气，但通向所述接触部分的空气的供给可能延迟。
本发明的方面是提供基板保持装置和光刻设备，在搬出基板时，所述基板保持装置和光刻设备有利于在短时间内从密封构件分离基板。
问题解决方案
根据本发明的基板保持装置是保持基板的基板保持装置，所述基板保持装置包括保持构件和密封构件，所述保持构件具有中心部和外周边部，所述中心部具有吸气孔，空气通过所述吸气孔从基板和保持构件之间的空间排出，所述外周边部设置在低于中心部的位置处以便围绕中心部，所述密封构件设置在保持构件中以便限定所述空间。外周边部和密封构件中的至少一个具有独立于排出***的孔，所述排出***通向吸气孔。
发明的有利效果
根据本发明的基板保持装置和光刻设备有利于在短时间内从密封构件分离基板。
附图说明
图1示出了根据第一实施例和第二实施例的曝光设备。
图2示出了根据第一实施例的卡盘(当从竖直上侧观察时)。
图3示出了根据第一实施例的卡盘(当基板被吸引时)。
图4示出了根据第一实施例的卡盘(当基板被搬出时)。
图5示出了根据第二实施例的卡盘。
图6示出了根据第三实施例的卡盘。
图7示出了根据第四实施例的卡盘。
图8示出了根据另外的实施例的卡盘。
具体实施方式
第一实施例
将参考图1描述根据第一实施例的曝光设备1的构造。曝光设备1是投影曝光设备，当使用分步重复方法扫描掩模板2和基板3时施加i线(波长为365纳米)，所述投影曝光设备将在掩模板2上形成的图案(例如，电路图案)转移到基板3上。
在图1中，将平行于投影光学***4的光轴的轴线(在实施例中的竖直方向)称为Z轴。在垂直于该Z轴的平面中，将在曝光期间掩模板被扫描的方向称为X轴，将正交于X轴的非扫描方向称为Y轴。
由照明光学***5所赋形的照明光(光束)6经由掩模板2和投影光学***4被施加到基板3上。基板3例如是单晶硅基板，所述基板的表面覆盖有抗蚀剂。掩模板2与平台7一起移动。干涉仪8通过利用激光束照射反射镜9并且接收来自所述反射镜的反射的光来检测平台7的位置。平台7包括用于掩模板的平台顶板(未示出)和用于移动用于掩模板的平台顶板的移动机构(未示出)。
基板3与保持装置10和平台13一起在六个轴向方向上移动，所述保持装置用于通过真空吸引来保持基板3。干涉仪11通过类似于用于检测平台7的位置的方法利用反射镜12检测平台13的位置。平台13包括用于基板的平台顶板(未示出)和用于移动用于基板的平台顶板的移动机构(未示出)。
检测***14检测形成在基板3上的对准标记(未示出)以及形成在标记台15上的参考标记，所述标记台设置在平台13上。检测***14检测对准标记和参考标记的位置，将在下面描述的控制单元18确定图案形成用位置。作为检测***14，采用离轴对准检测***，用来不经由投影光学***4而检测对准标记和参考标记。
保持装置(基板保持装置)10包括用来保持基板3的卡盘(保持构件)16、销17和升降机构(未示出)，所述销用来当基板3搬入和搬出时支撑基板3，所述升降机构用来在Z轴方向上使卡盘16上下移动。通过卡盘16的上下移动，当搬入基板3时将所述基板从销17运送到卡盘16，当搬出所述基板时，将所述基板从卡盘16运送到销17。下面将更详细地描述保持装置10的结构。
控制单元18经由线路被连接到平台7和13、检测***14、干涉仪8和11以及保持装置10，并且所述控制单元整合地控制这些单元。例如，在曝光时，控制单元18在检测***14的检测结果的基础上确定图案形成用位置，并且在从干涉仪8和11处获得的位置信息的基础上控制平台7和13的运动。当搬入和搬出基板3时，控制单元18控制卡盘16的升降机构的运动和平台13的运动。可以在壳体内构建控制单元18，所述壳体储存了除控制单元18以外的组成构件，或者可以在与上面壳体不同的另外的壳体中构建所述控制单元。
接下来，将描述保持装置10的结构。图2示出了当从Z轴正方向观察时的保持装置10。当从Z轴正方向观察时，保持装置10具有圆形的卡盘16。卡盘具有均同心地布置的吸引孔(吸气孔)32、开孔(通孔)33和销孔34。
设置销孔34以便穿透接近卡盘16的中心的三个部分。当升降机构在Z轴负方向上移动卡盘16时，销17从销孔34的内侧伸出，当搬入和搬出基板3时，销17用作基板3的支撑构件。当基板3被吸引时，不会发生泄漏，因为销17和销孔34之间的间隙被密封构件(未示出)等所封闭。
在卡盘16的中心侧上的四个位置处设置吸引孔32，并且在这四个吸引孔32的外周边上的五个位置处设置吸引孔32。吸引孔32通向管道35(示出在图3中)和未示出的真空泵。管道35和真空泵用作排出***。
在吸引孔32的更外部的周边设置开孔33，并且围绕两个圆周各包括八个开孔33。环状唇形密封件(密封构件)31沿卡盘16的外缘被固定到卡盘16。
将参考图3的(a)和图3的(b)来描述从搬入基板3的操作到开始曝光的操作的操作。图3的(a)和图3的(b)是沿通过卡盘16中心的X-Z平面所得的横截面视图。
图3的(a)示出了在开始排气前基板3已经被搬入到基板搬入位置的状态，所述基板搬入位置处于基板3在卡盘16上方被放置在保持装置10上的高度位置。在基板3和卡盘16之间的空间(相对于基板的空间)的范围是由唇形密封件31围绕限定的。
卡盘16包括：中心部40，当基板3被吸引时所述中心部与基板3接触；外周边部41，所述外周边部围绕中心部40并且被设置在低于中心部40的位置处。即，从基板搬入位置到外周边部41的表面的距离比从基板搬入位置到中心部40的表面的距离更长。唇形密封件31被布置在外周边部41中。中心部40可以包括多个销(未示出)，设置所述多个销以便减少基板3与用来补充地密封空间42的环状凸面结构(未示出)的接触面积。
在中心部40的表面中设置吸引孔32。吸引孔32被整合到在卡盘16内的一个排出通道中并且被连接到在卡盘16的下侧上的管道35，所述排出通道包括管道35。在管道35中设置阀36，所述管道连接吸引孔32和真空泵。当基板3被吸引时，空间42内的空气可以被排出，当基板3被搬出时，空气可以供给到中心部40的竖直上侧。
如图3的(a)所示，设置开孔33以便在竖直方向上(沿保持构件的厚度方向的方向)穿透卡盘16。开孔33的一侧孔口朝空间42打开，而另一侧孔口朝大气空间打开，开孔33用作与管道35独立的空气通道，所述管道35用作排出***。因为一些空气泄漏是由于开孔33造成的，所以将开孔33的直径设置成小于吸引孔32的直径。
图3的(b)示出了在排出开始后被卡盘16吸引的基板3的状态。当空气从空间42排出时，空间42内的压力下降，并且唇形密封件31响应基板3的位置的改变而变形。
利用比如粘合片材的固定材料，唇形密封件31被固定到外周边部41。未固定侧的远端端部在沿基板3的外周边的位置处接触基板。当唇形密封件31与基板3的吸引相关联地变形时，被卡盘16、唇形密封件31和基板3围绕的空间42进入密封状态。
为此，唇形密封件31优选地由能够容易变形的可膨胀和柔软的构件形成。尽管优选地使用包含人造橡胶的聚合物材料(弹性聚合物材料)，比如硅橡胶或者氟橡胶(包含氟化合物的材料)，但也可以使用其他柔软的树脂和金属材料。
因此，当保持装置10的吸引力增加时，基板3接收大气压力并且沿卡盘16的中心部被吸引。这能够引导基板3上的表面修正。即使当基板3的缘翘起，该翘起也能够被修正。
在基板3被保持装置10吸引在卡盘16上的状态下，曝光设备1实施曝光。在曝光后，控制保持装置10使得基板3可以被搬出。
将会参考图4的(a)和图4的(b)来描述基板3的搬出操作。图4的(a)是沿图2的虚线A-A’得到的卡盘16的横截面视图。当升降机构向下移动卡盘16时，将基板3从卡盘16的表面运送到销17，销17相对地从卡盘16伸出。因为空间42的体积随着卡盘的向下移动而增加，所以空间42中的压力相对于大气压力变成负压。
当通过打开上述的阀36将大气引入到空间42中时，对基板3的吸引力下降。此外，从开孔33流到空间42中的大气的量随着空间42的内部压力的改变而增加，如图4的(b)所示的那样。
开孔33的存在允许大气将能够被积极地引入到在外周边部41的竖直上侧上的空间中，所述空间包括基板3和唇形密封件31之间的接触部分并且具有最大体积的排出空间。经由开孔33的空气通道短，并且不是经由管道35通过真空泵从中排出空气的空间。因此，可以在短时间内供给空气。因此，基板3可以在短时间内从唇形密封件31分离。
当通过仅使用中心部40上的吸引孔32来引入大气时，会需要更多的时间将空气引入到外周边部上，所述外周边部占据了空间42的大部分。即便当通过仅仅增加用于喷射大气的力来促进搬出操作时，基板3在与唇形密封件31分离时会脱开并且滑动，基板3可能移位或者基板3可能掉落到地板上或诸如此类。如果移位的基板3保持该状态而被搬出，所述基板可能在搬运操作期间撞击运输机器人(未示出)。
与此相反，在开孔33被连接到排出***使得所述开孔也具有如吸引孔的功能的情况下，长管道会以复杂的形式布置到卡盘16内。这可能对其他构件(比如冷却管道)造成布置限制，并且可能增加卡盘16的厚度。
当在开孔33被连接到排出***的状态下搬出基板3时从吸引孔32和开孔33供给空气时，由于管道长度，很可能将在空间42内产生压力分布。当内部压力在中心部中变高并且基板3从唇形密封件31分离时，基板3在与唇形密封件31分离的瞬间脱开并且滑动。然后，基板3可能移位或者基板3可能掉落到地板上或诸如此类。综上所述，优选地在外周边部中设置独立于排出***的开孔33。此外，开孔33可以优选地是设置在卡盘16的厚度方向上的通孔，用来使加工更加容易。
在本实施例中的开孔33允许根据空间42和大气空间之间的压力差来将所需要量的大气供给到空间42。特别地，开孔33优选地设置在至少外周边部41上，以便有效地将大气供给到唇形密封件31和基板3之间的接触部分使得互相压力接合的唇形密封件31和基板3在短时间内分离。此外，通过使得开孔33独立于排出***并且缩短从大气空间到空间42的空气通道，可以在短时间内供给空气。
尽管可以供给到空间42中的气体的量随着开孔33的直径的增加而增加，但保持基板3时来自空间42的泄漏可能会使吸引力降低。为此，设置在中心部40中的开孔(第二孔)33和设置在外周边部41中的开孔(第一孔)33的横截面面积的总和优选地是在沿基板保持表面方向上的空间42的横截面面积的0.03％或更少。该横截面面积的总和更优选地处于0.0005％至0.004％的范围内。这样既能够在吸引基板3期间抑制泄漏，又能够缩短搬出基板3所需的时间。
基板保持表面是指中心部40的基板侧表面，沿基板保持表面的方向上的空间42的横截面面积是指由唇形密封件31的内直径所限定的平面的横截面面积。
此外，唇形密封件31的至少远端端部部分(例如，对应于距离唇形密封件31的远端端部1/3的高度的部分)优选地是由具有低粘合性的材料形成的，使得基板3容易地从唇形密封件31分离。例如，上述的氟橡胶(包含氟化合物的材料)可以用作唇形密封件31，或者至少远端端部部分可以覆盖有具有低粘合性的材料，比如PTFE或者二硫化钼。
通过降低粘合性，基板3从唇形密封件31容易地分离。这可以减少搬出前所需的时间。此外，可以减少在接触部分中唇形密封件31的表面与基板3的磨损，可以延长唇形密封件31的耐久寿命。再者，可以防止由磨损产生的颗粒在设备内的散播。
示例
将描述第一实施例的示例。在本示例中，使用具有300mm直径的基板3。对于卡盘16，准备了具有开孔33的卡盘和不具有开孔33的卡盘。在具有开孔33的卡盘16中，形成开孔33以具有0.3mm的直径使得总的横截面面积变成1.5mm2。
在基板3接触销17后，在改变卡盘16的下降速度的同时重复搬出操作，比较基板3发生移位时的下降速度。从中心部40将基板3运送到销17前的卡盘16的下降速度对于所述两种卡盘是共同的。
结果，在不具有开孔33的卡盘中，当将基板运送到销17时卡盘的下降速度是0.2mm/s或更快时，确认到基板3的移位。与此相反，在具有开孔33的卡盘16中，即使当卡盘16的下降速度是1.0mm/s时，确认基板3几乎没有移位。
当从基板3接触销17直到基板3与唇形密封件31分离的卡盘16的下降距离被设定为1mm时，计算对处理能力的贡献。当因为开孔33的存在卡盘16的下降速度可以设定为1.0mm/s时，每一个基板3的搬出过程被加快了四秒。转化成吞吐量，在不具有开孔33的卡盘中，处理速度为150块基板/小时，而在具有开孔33的卡盘中，处理速度为180块基板/小时。即，处理能力被提高了30块基板。
第二实施例
图5是根据第二实施例的卡盘16的横截面视图。在外周边部中的基板相对表面的位置(密封构件的导入区域)44处设置开孔43，当基板3被吸引时，所述位置被引入到空间42中的唇形密封件31所关闭。这在基板3的吸引期间提供了降低来自开口43的泄漏的效果。
在搬出操作中，因为唇形密封件31返回到其原始形状并且开孔43打开，所以可以将大气供给到空间42中。因此，可以获得以下两种效果：当基板3被吸引时抑制泄漏；以及缩短搬出基板3所需时间。
第三实施例
图6是根据第三实施例的卡盘16的横截面视图。未连接到通向真空泵的管道35的开孔33被设置在中心部40和外周边部41中。由可打开和可关闭的电磁阀所形成的阀37被设置在通向开孔33的管道中，连接到阀37的控制单元38控制阀37的打开和关闭。其他结构类似于第一实施例的卡盘16的那些结构。当基板3被吸引时控制单元38关闭阀37，当搬出基板3时所述控制单元打开阀37。
在搬出基板3期间应当用空气替换充满以便从开孔33供给大气的管道的长度比当该管道连接到真空泵时更短。因此，当搬出基板3时，基板3可以在短时间内与唇形密封件31分离。此外，在吸引基板3期间，可以抑制经由开孔33进入空间42的大气的流入。
第四实施例
图7是根据第四实施例的卡盘16的横截面视图。在中心部40和外周边部41中，设置开孔33以便所述开孔不连接到通向真空泵的管道35。用作可打开和可关闭的电磁阀的阀37被设置在开孔33和压缩空气的供给源(气体供给源)39之间，连接到阀37的控制单元38控制阀37的打开和关闭。其他结构类似于第一实施例的卡盘16中所采用的那些结构。
压力传感器(未示出)检测空间42内的压力，控制单元38在该检测结果的基础上控制通过孔33的空气(气体)的流量。控制单元38具有如流量控制单元那样的作用。
压缩空气允许有效地供给大气。再者，因为控制单元在调整流量的同时供给大气，所以防止了空间42内的压力变得高于大气压力。这可以防止当基板3与唇形密封件31分离时基板3脱开以及移位。可以防止运输机器人(未示出)在搬运操作中当在移位状态搬出基板3时撞击基板3或者使基板掉落。
在搬出基板3时应当用空气替换充满以便从开孔33供给大气的管道的长度比当该管道连接到真空泵时更短。因此，当搬出时，基板3可以在短时间内与唇形密封件31分离。
压力传感器不是必要的。控制单元38可以在空间42中空气的膨胀度的基础上控制将要供给到空间42的空气的压力，所述空气的膨胀度是根据卡盘16的预设下降速度所计算的。在准备空间42内的压力变得高于大气压力的情况时，用于让空气出去的阀(未示出)可以被设置在卡盘16上。
其他实施例
唯一必要的是，开孔33应该在一个端部(第一端部)面向空间42并且应该在另一端部(第二端部)面向大气空间。为此，唯一必要的是，应该在唇形密封件31和卡盘16的外周边部中的一个中设置开孔33。图8示出了保持装置10，其中开孔33被设置在唇形密封件31上。
尽管在图2中唇形密封件31被直接固定到卡盘16，但可以利用分离的部件固定所述唇形密封件以便有助于所述唇形密封件的替换。唇形密封件31可以分成包括与基板3接触的部分的远端端部部件和其他部件，使得可以仅替换磨损的远端端部部件。
开孔33的横截面面积优选地随着离卡盘16的中心的距离的增加而增加。因为在吸引基板3期间空间42的大部分位于外周边部上，所以通过优选地将气体供给到外周边部，基板3在短时间内会更容易地与唇形密封件31分离。例如，当中心区域以及在中心区域的外侧上的区域以具有相同面积的方式被设置到基板保持表面上并且相同数量的孔设置在每个区域中时，在外部区域中的孔的总横截面面积优选地更大。
开孔33不必以相等的角度间隔来布置。当吸引孔32或者真空泵布置在相对于卡盘16偏置的位置时，开孔33的数量优选地在吸引孔32的密度低的区域中增加。
在具有唇形密封件31的保持装置10中，在吸引基板3之前和之后，基板有时在预设的方向上移位约10至1000μm。这是由于个体差异以及在唇形密封件31的制造过程中导致的安装误差所引起的。在该情况下，在开始曝光前利用检测***8提前测量移位，由包括在控制单元18等中的运算电路来计算修正量，在考虑该修正量的情况下扫描平台7和13。这可以降低由吸引操作所导致的基板3的移位，并且可以防止对准精度的降低。
从本发明的光刻设备施加到基板3上的光不局限于i线(波长为365nm)。所述光可以是处于远紫外区的光，比如KrF光(波长为248nm)或者ArF光(波长为193nm)，或者所述光可以是用作在可见光区中的光的g线(波长为436nm)。
本发明的光刻设备可以是这样的设备，所述设备通过利用带电粒子束照射基板而在晶圆上形成潜像图案，或者所述设备通过压印方法在基板上形成图案。
物品制造方法
根据本发明的实施例的用于物品(例如，半导体集成电路元件、液晶显示元件、成像元件、磁头、CD-RW、光学元件或者光掩模)的制造方法包括使用光刻设备曝光具有图案的基板(例如，晶圆或者玻璃板)的步骤和对曝光了的基板进行蚀刻处理和离子注入处理中的至少任一处理的步骤。制造方法还可以包括其他已知的处理步骤(例如，显影、氧化、膜沉积、气相沉积、平坦化、抗蚀剂剥离、切割、结合和包装)。
本发明不局限于上述的实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。因此，附带下面的权利要求以便公开本发明的范围。
附图标记列表
1 曝光设备(光刻设备)
3 基板
16 卡盘(保持构件)
31 唇形密封件(密封构件)
32 吸引孔(吸气孔)
33 开孔(孔)
40 中心部
41 外周边部
42 空间
43 开孔(孔)

Claims (11)

1.一种基板保持装置，所述基板保持装置构造成保持基板，所述基板保持装置包括：
保持构件，所述保持构件包括中心部和外周边部，所述中心部具有吸气孔，空气通过所述吸气孔从基板与所述保持构件之间的空间排出，所述外周边部设置在低于所述中心部的位置处以便围绕所述中心部；和
密封构件，所述密封构件设置在所述外周边部上以便限定所述空间；
其中所述外周边部和密封构件中的至少一个具有通孔；
其中所述通孔的第一端部面向所述空间，所述通孔的第二端部面向大气。
2.根据权利要求1所述的基板保持装置，其中所述通孔沿保持构件的厚度方向设置在外周边部中。
3.根据权利要求1所述的基板保持装置，其中所述空间外部的气体根据所述空间与所述大气之间的压力差从所述第二端部朝向所述第一端部流入所述通孔。
4.根据权利要求1所述的基板保持装置，其中所述通孔是第一通孔，中心部具有独立于排出***设置的第二通孔，所述第二通孔面向大气，所述第一通孔和所述第二通孔在沿基板保持表面的方向上的横截面面积的总和是所述空间在沿基板保持表面的方向上的横截面面积的0.03％或更少。
5.根据权利要求4所述的基板保持装置，其中所述第一通孔和所述第二通孔在沿基板保持表面的方向上的横截面面积的总和处于所述空间在沿基板保持表面的方向上的横截面面积的0.0005％至0.004％的范围内。
6.根据权利要求1所述的基板保持装置，其中在所述通孔中或者在通向所述通孔的管道中设置能够打开和能够关闭的阀。
7.根据权利要求1所述的基板保持装置，其中所述通孔设置在外周边部的基板相对表面上的用于密封构件的导入区域中。
8.根据权利要求1所述的基板保持装置，其中密封构件由弹性聚合物材料形成。
9.根据权利要求1所述的基板保持装置，其中密封构件的远端端部部分包含氟化合物。
10.一种光刻设备，所述光刻设备包括根据权利要求1至9中的任一项所述的基板保持装置，所述光刻设备构造成通过利用光束照射基板而在基板上形成图案，所述基板由所述基板保持装置所保持。
11.一种物品制造方法，所述物品制造方法包括：
通过使用根据权利要求10所述的光刻设备将光束施加到基板上的步骤；和
对基板进行蚀刻处理和离子注入处理中的至少一种处理的步骤。
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