(57)【要約】【課題】より軽くかつ比剛性の高いチャックを提供する。【解決手段】フレームと、フレームによって支持されたチャック６００とが設けられており、チャックが、シェル層６０３によって被覆されたフォームコア構造６０１を有しており、前記チャックを支持及び位置決めするための電磁装置が設けられており、電磁装置が、フレームに結合された少なくとも１つのコイルと、チャックのフォームコア構造に結合された少なくとも１つの磁石３２２とを有しており、フォームコア構造６０１が、前記磁石のための分配されたたわみ部として作用する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
該フレームによって支持されたチャックとが設けられており、該チャックが、シェル層によって被覆されたフォームコア構造を有しており、
前記チャックを支持及び位置決めするための電磁装置が設けられており、該電磁装置が、前記フレームに結合された少なくとも１つのコイルと、前記チャックの前記フォームコア構造に結合された少なくとも１つの磁石とを有しており、
前記フォームコア構造が、前記磁石のための分配されたたわみ部として作用することを特徴とする、リソグラフィステージ。
【請求項２】
前記フォームコア構造が炭化ケイ素フォームである、請求項１記載のリソグラフィステージ。
【請求項３】
前記シェル層が炭化ケイ素の層を含む、請求項１記載のリソグラフィステージ。
【請求項４】
前記シェル層が、低い熱膨張係数を有するガラスセラミック材料の層を含む、請求項１記載のリソグラフィステージ。
【請求項５】
前記磁石が、前記フォームコア構造に直接に取り付けられている、請求項１記載のリソグラフィステージ。
【請求項６】
前記磁石が、前記フォームコア構造に直接に取り付けられたハウジング内に配置されている、請求項１記載のリソグラフィステージ。
【請求項７】
前記磁石が、複数のボンドパッドによって前記フォームコア構造に結合されており、前記ボンドパッドが、前記フォームコア構造に配置されておりかつ前記シェル層から隔離されている、請求項１記載のリソグラフィステージ。
【請求項８】
前記ボンドパッドが前記シェル層から形成されている、請求項７記載のリソグラフィステージ。
【請求項９】
前記ハウジングが、複数のボンドパッドによって前記フォームコア構造に結合されており、前記ボンドパッドが、前記フォームコア構造に配置されておりかつ前記シェル層から隔離されている、請求項６記載のリソグラフィステージ。
【請求項１０】
前記ボンドパッドが前記シェル層から形成されている、請求項９記載のリソグラフィステージ。
【請求項１１】
（ａ）フォームコア構造を形成し、
（ｂ）前記フォームコア構造上にシェル層を形成し、
（ｃ）前記フォームコア構造の一部を露出させ、
（ｄ）前記フォームコア構造の前記露出した領域を位置決め装置に結合することを特徴とする、位置決め装置を有するリソグラフィステージにおいて工作物を支持するチャックを形成する方法。
【請求項１２】
前記フォームコア構造が炭化ケイ素フォームである、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記シェル層が炭化ケイ素である、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
前記シェル層が、低い熱膨張係数を有するガラスセラミック材料である、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップ（ｄ）が、位置決め装置の部分を前記フォームコア構造の前記露出した領域に直接に取り付けることを含み、前記フォームコア構造の前記露出した領域が、位置決め装置の取り付けられた部分のための分配されたたわみ部として作用する、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
位置決め装置の前記取り付けられた部分が、電磁モータの磁石部分である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
位置決め装置の前記取り付けられた部分が、前記電磁モータの前記磁石部分を保持するためのハウジングである、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ｃ）が、前記シェル層の少なくとも１つのボンドパッドが露出した領域に残りかつ該ボンドパッドが前記シェル層から隔離されるように、前記フォームコア構造の領域を露出させることを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ｄ）が、位置決め装置の一部を前記ボンドパッドに直接に取り付けることを含み、前記ボンドパッドの下側における前記フォームコア構造の部分が、位置決め装置の取り付けられた部分のための分配されたたわみ部として作用する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
位置決め装置の前記取り付けられた部分が、電磁モータの磁石部分である、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
位置決め装置の前記取り付けられた部分が、前記電磁モータの前記磁石部分を保持するためのハウジングである、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
フレームと、
該フレームによって支持されたチャックと、
該チャックを支持及び位置決めするための電磁装置とが設けられており、該電磁装置が、前記フレームに結合された少なくとも１つのコイルと、前記チャックに結合された少なくとも１つの磁石とを有しており、前記磁石が、分配されたたわみ部としての炭化ケイ素フォーム構造を使用して前記チャックに結合されていることを特徴とする、リソグラフィステージ。
【請求項２３】
前記磁石が、前記炭化ケイ素フォーム構造に取り付けられたハウジング内に配置されている、請求項２２記載のリソグラフィステージ。
【請求項２４】
前記磁石が、前記炭化ケイ素フォーム構造に取り付けられている、請求項２２記載のリソグラフィステージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して半導体リソグラフィツールに関する。特に、本発明は、リソグラフィシステムのスキャニングステージにおいて使用するためのフォームコアチャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リソグラフィツールにおいて、レチクル等の光学片を保持及び位置決めするためにチャックが一般的に使用される。チャックは、ウェハ等の工作物を保持するためにも使用され、このウェハ上に半導体デバイスが製造される。半導体デバイスが益々小さくなっているので、リソグラフィツールに対する要求が高まっている。特に、チャックの位置決め公差が小さくなっているので、リソグラフィツールの位置決め制御システムに対する要求が高まっている。例えば、現代の半導体ジオメトリは、チャックトラッキング及び位置決めが、１０ナノメートル以下まで正確であることを要求する。過去には、チャックは、固体炭化ケイ素等の比較的高い熱膨張率を有する材料から形成されていた。これらの材料は、その時代のあまり厳しくない要求を十分に満たした。慣用的に、しかしながら、その使用は好ましくない。
【０００３】
技術分野は、ウェハ及びレチクルチャック等の、リソグラフィステージの正確な部分を、超低膨張材料から製造することである。慣用的に、超低膨張材料は、熱ひずみを低く保つために使用される。低い熱ひずみは、スキャニング作業中にレチクル又はウェハを保持するチャックの位置決め精度を改良するために望ましい。これは、温度変化によって生ぜしめられるステージ寸法の補償されない変化が、スキャンされている対象物の位置決め不確実性を高めるからである。低い熱ひずみは、拘束されている対象物よりも膨張しないチャックによってレチクル及びウェハを拘束することによってレチクル及びウェハの熱ゆがみを減じるので望ましい。
【０００４】
それにも拘わらず、精密リソグラフィステージにおけるチャックのために慣用的に使用される超低膨張材料の材料特性に関連した複数の大きな問題がある。第１に、この材料は並みの比剛性を有する。換言すれば、この材料は密度に対して極めて剛性であるというわけではない。これらの慣用の材料の固有振動数若しくは共振周波数は、比剛性の平方根に比例する。基本周波数としても知られる、最も低いチャック共振周波数は、リソグラフィツールのための制御システムの周波数、ひいては帯域幅を選択する場合に制限的要因である。これは、チャックの基本共振周波数と同じ又はこれより高い制御周波数はチャックを振動させるからである。これは、決定的なステージ部材の動的特性を低下させ、全体的なスキャニング性能及びスループットに悪影響を与える。
【０００５】
第２に、超低膨張材料は極めて低い熱伝導率を有する。その結果、熱がチャックに均一に分散されないので局所的な加熱が生じるおそれがある。不十分な熱散逸は、モータ、アクチュエータ及び同様のものによって加えられることができる熱の量を制限する。不十分な熱散逸は、システム性能を低減する傾向もある。なぜならば、重い冷却及び熱シールド部材が、熱がチャックに影響するのを妨げるためにステージのその他の移動する部分において必要とされるからである。例えば、チャックは現代のリソグラフィツールのステージ内に磁気的に保持及び位置決めされている。磁石に伝達された熱がチャックボディに伝達されるのを妨げるために、及び磁石の熱膨張を許容するために、チャックボディを磁石から物理的に隔離するために、たわみ部が慣用的に使用される。それぞれの磁石をチャック自体に結合するために通常は３つのたわみ部が使用される。それぞれのチャックは、通常、全部で１８個のたわみ部のための６つの磁石を有している。すなわち、たわみ部の使用も、位置決め及び制御システムによって支持及び推進される必要があるチャックの重量を増大する。
【０００６】
第３に、超低膨張から形成されたチャックは極めて大きく重い。実際には、チャックの質量は、慣用のリソグラフィマシンのスループットを制限する主な要因のうちの１つである。極めて大きく重いチャックブロックは、大きなアクチュエータ及びモータを必要とし、この大きなアクチュエータ及びモータは、チャックの動く質量の合計に加わり、ひいては問題をさらに悪化させる。実際には、慣用のチャック及びその関連する部材の過剰な大きさ及び重さは、外向きにステージ全体に伝播する。したがって、ステージは、パワフルな駆動装置と、大きなバランス質量と、これらを支持するための重いフレームとを必要とする。複合的な結果は、慣用のリソグラフィツールがしばしば、ほぼ０．５ｋｇのレチクルを推進及び位置決めするために２０００ｋｇのステージを使用するということである。したがって、重量に応じて増大するコストは極めて高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、合理的なコストで高いスループットを達成するための道が、チャックの重量を減じることから出発する。より軽いチャックは、ステージ全体に亘ってより軽い部材を可能にし、コストを著しく減じ、スループットを増大する。制御システムの帯域幅を犠牲にすることなくこれを達成することは有利である。制御システムの帯域幅は、半導体デバイスの寸法がナノメートル範囲まで縮小しているので益々重要になっている。高い比剛性を備えるより軽いチャックは、精密リソグラフィステージの決定的な部材を形成するために望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の簡単な概要
本発明は、リソグラフィシステムのスキャニングステージにおいて使用するためのフォームコアチャックに関する。本発明の実施形態によれば、リソグラフィステージが開示されている。リソグラフィステージは、フレームと、フレームによって支持されたチャックとを有している。チャックは、シェル層によって被覆されたフォームコア構造を有している。チャックを支持及び位置決めするための電磁装置がステージに結合されている。電磁装置、例えば電磁モータが、少なくとも１つのコイルがフレームに結合されかつ少なくとも１つの磁石がチャックのフォームコア構造に結合されるようにステージに結合されている。フォームコア構造は、磁石のための分配されたたわみ部として作用する。
【０００９】
本発明は、フォームコアチャックを形成するための方法にも関する。発明の１つの実施形態によれば、フォームコア構造が形成される。次いで、フォームコア構造を被覆するシェル層が形成される。次いで、フォームコア構造の領域が露出される。最後に、フォームコア構造の露出した領域に位置決め装置が結合される。
【００１０】
発明のさらなる特徴及び利点、並びに発明の様々な実施形態の構造及び操作方法は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。本発明は、ここに記載された特定の実施形態に限定されない。このような実施形態は例示のためにのみここに示されている。ここに含まれた教示に基づき付加的な実施形態が当業者に明らかとなるであろう。
【００１１】
ここに組み込まれかつ明細書の一部を形成した添付の図面は、本発明を例示しており、詳細な説明と相俟って、本発明の原理を説明するために、及び当業者が発明を形成及び使用できるようにするために働く。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の特徴及び利点は、図面が参照された場合に、以下に示された詳細な説明からさらに明らかとなるであろう。図面において、同一参照符号は、対応するエレメントを全体を通じて示している。図面において、同一の参照符号は、概して、同一の、機能的に同様の及び／又は構造的に類似のエレメントを示している。エレメントが最初に出現する図面は、対応する参照符号の左の数字によって示されている。
【００１３】
Ａ．概略
本発明は、リソグラフィシステムのスキャニングステージにおいて使用するためのフォームコアチャックに関する。フォームコアは、極めて効率的な構造体であり、単位重量ごとの高い剛性を達成する。大きなほ乳類の骨、ヘリコプタのロータのブレード、サーフボードがフォームコア構造の例であり、それぞれは、相対的な重量に対して高いレベルの剛性を有している。
【００１４】
本発明において、チャックは、コア構造のための軽量の、発泡材料を有している。シェル層はこの構造を被覆しており、チャックに高い比剛性を付与している。その結果、慣用の解決手段と比較して、高い熱伝導率及び低い質量を備えた、剛性で軽量のフォームコアチャックが得られる。これらの物理的特性は、慣用のチャックを使用するリソグラフィツールよりも多数のパフォーマンス上の利点を付与する。慣用のチャックは、一般的に大きくて重く、低い比剛性と、低い熱伝導率と、極端に低い熱膨張率とを有している。
【００１５】
第１に、軽量のチャックは、ステージ全体に亘って重量及び寸法を減じ、このことは、コストを減じかつ製品スループットを高める。付加的に、フォームコア構造は、このフォームコア構造に結合された磁石等の装置のための分配されたたわみ部として作用し、これにより、絶縁たわみ部の必要性を排除し、さらにチャックの重量を減じる。第２に、高い比剛性を備えたチャック材料を選択することにより、リソグラフィ制御システムはより高い帯域幅で動作することができ、これにより、スキャニングパフォーマンスを高める。第３に、高い熱伝導率を備えたチャック材料は、実質的に等温のチャックを生ぜしめ、このチャックにおいて、熱ひずみが容易に測定又は予測され、ひいては、位置決め要求がそのように正当化するならば補償される。最後に、フォームコアの大きな表面積により極めて容易に空気が冷却され、チャックの優れた温度制御が行われる。
【００１６】
Ｂ．環境例
最初に、発明が使用される環境を説明することが役立つ。図１は、本発明によるチャック１１０が配置された環境例を示している。装置１００は、スキャニングリソグラフィツールに存在するような慣用の投影光学系である。レチクルステージ１０１の後に、第１のレンズグループ１２０と、折り返しミラー１３０と、第２のレンズグループ１４０と、ビームスプリッタ１５０と、波長板１６０と、凹面鏡１７０と、第３のレンズグループ１８０と、ウェハステージ１９１とが配置されている。チャック１１０は通常、例えばレチクル１１２をレチクルステージ１０１に、又はウェハ１１４をウェハステージ１９１に保持するために使用される。チャックは、リソグラフィツール内のその他の対象物例えばミラーを保持及び位置決めするために使用されてもよい。付加的に、本発明によるチャックは、投影光学系を有さないリソグラフィツール、例えば接触リソグラフィツール、マスクレスリソグラフィツール及び、この実施例とは実質的に異なる投影光学系の設計を備えたリソグラフィツールにおいて使用されてよい。
【００１７】
図１におけるチャック１１０は選択的に１対のエンコーダスケール１０２を有している。エンコーダスケール１０２はチャック１１０の側部に沿って取り付けられている。レンズグループ１２０は、レチクルステージ１０１のエンコーダスケール１０２に対応する１対のエンコーダヘッド１０４を有している。レンズグループ１８０は、ウェハステージのエンコーダスケール１０２に対応する１対のエンコーダヘッド１０４を有している。チャック１１０は通常、位置決めのためのエンコーダヘッド及びスケールを有している。選択的に、チャック１１０は、位置決め要求がそのように正当化するならば、熱膨張を測定するための余分なエンコーダ又は干渉計を有することもできる。熱効果補償の実行は、関連した、同時係属出願、２００３年５月３０日に出願された米国特許出願第１０／４４８０２７号明細書において論じられており、この明細書の内容は引用により本明細書に記載されたものとする。
【００１８】
リソグラフィツールは通常比較的熱的に安定した環境で動作する。スキャニングリソグラフィツールのための典型的な温度範囲は１８℃〜２２℃である。定常状態スキャニング条件下において、チャック自体の温度は約±１℃だけ変化する。しかしながら、高精度ステージの極めて小さな公差（例えば１０ｎｍオーダ）により、小さな温度変化でさえも、高精度ステージの寸法の意図しない熱的に誘発される変化を生じるおそれがある。
【００１９】
リソグラフィツールは、動作及び振動に関して極めて静粛な環境をも要求する。この理由から、チャックは通常、リソグラフィツール内で磁気的に位置決め及び推進される。このことは、スキャニング及び整合制御システムに大きな課題を課す。制御の程度は直接システム周波数に関連し、システム周波数自体は直接にチャックの比剛性に関連する。
【００２０】
本発明の思想及び範囲から逸脱することなくエレメントのその他の向き及び物理的配列が当業者に明らかになるであろう。
【００２１】
Ｃ．リソグラフィステージにチャックを支持及び位置決めするための慣用の装置
チャック１１０を支持及び位置決めするための慣用のシステムに照らして説明された場合に本発明の特徴はよりよく理解される。図２Ａ〜Ｃは慣用のフレーム２０５及びチャック１１０の配列を示している。フレーム２０５及びチャック１１０は位置決め装置によって結合されている。通常、位置決め装置は、電磁モータ等の電子装置であるが、このような装置に限定されない。典型的な実施形態において、チャック１１０は複数の電磁モータによってフレーム２０５内に磁気的に支持及び位置決めされている。通常、電磁モータは磁石及び電気コイルを有している。磁石は定置の磁界を有しているのに対し、コイルは変化する磁界を有しており、変化する磁界の長さは、コイルを流れる電気の量に依存する。すなわち、電磁モータはチャック１１０を支持及び推進することができる。電気コイルアーム２１０及び磁石カップ２２０は、チャック１１０を支持するＺ方向電磁モータのための支持構造を形成している。電気コイルプレート２１２及び磁石ハウジング２２２は、Ｙ方向電磁モータのための支持構造を形成している。同様に、電気コイルプレート２１４及び磁石ハウジング２２４は、Ｘ方向電磁モータのための支持構造を形成している。制御システム（図示せず）は、チャック１１０を位置決め及び推進するために、Ｚ方向電気コイルアーム２１０及びＹ方向及びＸ方向コイルプレート２１２，２１４のそれぞれに結合されている。レチクル１１２は、チャック１１０によって拘束されており、フィールド２０３は、レチクル１１２上の化学光線の照明スリットを示している。Ｘ，Ｙ，Ｚ座標系は、限定的にではなく、例として使用されている。この例において、重力がマイナスＺ方向に引っ張るのに対し、フレーム２０５に結合された外部リニアモータ（図示せず）によって推進される大きなスキャニング動作がＹ軸に沿って生じる。
【００２２】
図２Ａ及び２Ｃに示されているように、Ｙ方向及びＸ方向磁石ハウジング２２２，２２４のそれぞれが一連のたわみ部２３０によってチャック１１０に結合されている。たわみ部２３０は３つの主要な目的のために働く。第１に、たわみ部２３０は、磁石ハウジング２２２及び２２４を保持及び拘束するために働く。このような磁石ハウジングは、自由の６つの程度を有しており、この程度を介して磁石ハウジングは含まれなければならない。すなわち、Ｘ、Ｙ及びＺ方向の３つの並進的程度と、Ｘ、Ｙ及びＺ軸を中心とする３つの回転の程度である。第２に、たわみ部２３０は、Ｙ又はＸ方向の磁石ハウジング２２２，２２４の膨張又は収縮を許容する。最後に、たわみ部２３０は、高い熱抵抗経路を生ぜしめることによって磁石ハウジング２２２，２２４をチャック１１０から熱的に隔離する。磁石ハウジング２２２，２２４を拘束するためにたわみ部２３０が具体的にどのように働くかを、図４を参照して以下にさらに説明する。
【００２３】
図３は、チャック１１０とフレーム２０５との間に電磁石モータが慣用的にどのように結合及び実行されているかをより具体的に示している。図３Ａに示されているように、Ｙ及びＸ方向のコイルプレート２１２及び２１４は、フレーム２０５に結合されておりかつ電気コイル３１２及び３１４を収容している。図３Ｂに示されているように、Ｙ方向磁石ハウジングは、Ｙ方向磁石３２２を収容している。同様の配列（図示せず）がＸ方向磁石のために使用されている。Ｚ方向モータのコイルアーム２１０は、Ｚ方向電気コイル３１０を収容している。Ｚ方向電磁モータのための磁石カップ２２０はＺ方向磁石３２０を収容しており、このＺ方向磁石はＺ方向磁石たわみ部３３０によって支持されている。Ｚ方向モータのためには、強磁性材料の片をＺ方向磁石の代わりに使用することができる。なぜならば、所要の力は、重力を克服するための引付力のみであるからである。
【００２４】
図４は、Ｙ方向磁石ハウジング２２２をチャック１１０に結合するための慣用のたわみ部配列をより具体的に示している。同じ原理がＸ方向磁石ハウジング２２４に当てはまる。たわみ部４３１，４３２及び４３３は相俟って３つの主要な目的、すなわち（１）Ｙ方向磁石ハウジング２２２を保持及び拘束する；（２）Ｙ方向磁石ハウジング２２２の熱膨張又は収縮を許容する；及び（３）Ｙ方向磁石ハウジング２２２をチャック１１０から熱的に隔離する、のために働く。
【００２５】
第１に、当業者は、たわみ部４３１及び４３２がＹ及びＺ方向で並進方向でかつＹ及びＸ軸を中心とする回転方向でＹ方向磁石ハウジング２２２を拘束することを認識するであろう。たわみ部４３３は、Ｘ方向で並進方向でかつＺ軸を中心とする回転方向でＹ方向磁石ハウジングを拘束する。第２に、電磁石モータの適切な動作は、磁石と電気コイルとの近接を必要とする。スキャニングステージが作動すると、電気コイル３１２は加熱される。この熱は磁石３２２及びＹ方向磁石ハウジング２２２に伝達される。たわみ部４３１及び４３２は、Ｘ方向での膨張又は収縮を許容するのに対し、たわみ部４３３は、Ｙ方向での膨張又は収縮を許容する。Ｚ方向での膨張は補償されないが、その効果は、Ｚ方向での膨張する部材のより小さな寸法により概して無視できるものである。最後に、たわみ部４３１，４３２及び４３３は、チャック１１０への高い抵抗熱経路を提供することによってＹ方向磁石ハウジング２２２をチャック１１０から隔離するために働く。このことは、チャック１１０への熱伝導と、熱効果によって生ぜしめられる関連する問題を最小限に抑制する。
【００２６】
図５は、Ｚ方向電磁モータのための同じ原理を示している。たわみ部５３１，５３２及び５３３は、Ｚ及びＹ方向でのＺ方向磁石３２０の膨張を許容するように位置決めされている。Ｚ方向での膨張はＺ方向磁石３２０の位置に影響しないので、Ｚ方向での膨張のためにはたわみ部は必要とされない。
【００２７】
図示したように、リソグラフィステージにおいてチャックを支持及び位置決めするための慣用の装置は、電磁モータの磁石部分３２２，３２０をチャック１１０に結合するために複数のたわみ部２３０，３３０を使用する。これらのたわみ部は、約１０％以上チャックの合計重量に加わる。前記のように、付加された重量はステージを通じて伝播され、コストを増加させ、スループットを減少させる。
【００２８】
Ｄ．フォームコアチャック
本発明において、チャックは、コア構造のための軽量の発泡材料を有している。シェル層が構造を被覆しており、チャックに高い比剛性を与えている。その結果、慣用の解決手段と比較して高い熱伝導率及び低い質量を備えた、剛性で軽量のフォームコアチャックが得られる。
【００２９】
１．材料特性
表１は、Zerodur（Ｒ）等の低膨張ガラスセラミックス及び炭化ケイ素等のテクニカルセラミックス等の潜在的なチャック材料との、ステンレス鋼及びアルミニウム等の複数のよく知られた材料の有効な比較を提供している。
【００３０】
【表１】
2005064507.tif 000003
【００３１】
本発明の特徴及び利点は、表１において上に記載されたパラメータのうちの幾つかへの導入により、よりよく理解されるであろう。比剛性は、材料密度によって除された材料剛性の測定単位である。対象物の共振周波数又は固有振動数も、材料の比剛性に直接関連している。特に、共振周波数は比剛性の平方根に比例する。
【００３２】
リソグラフィツールにおいて使用されるチャックに関連して、制御システムの動作周波数に関して比剛性が極めて重要なパラメータである。リソグラフィツール内の対象物は振動に対して極めて敏感である。制御システムの周波数が、チャックの最も低い固有振動数に近い周波数で提供される最も低い制御動作と同じであるか又はこれよりも高いならば、制御周波数誘発振動が生じるおそれがある。この周波数は、基本共振周波数として知られている。この理由から、リソグラフィツール制御システムの帯域幅は、有効には、チャックの基本共振周波数よりも幾分低い。通常、チャックは、制御システムの周波数及び帯域幅を選択する場合の決定的な制限要因である。
【００３３】
制御システムの帯域幅は、チャックの基本共振周波数によって直接に制限され、この基本共振周波数は、比剛性の平方根に比例する。つまり、チャック材料の比剛性を二倍にすると、制御帯域幅が約１．４倍（１．４×）に増加する。同様に、チャック材料の比剛性がファクタ４だけ増大されると、制御周波数は二倍になることができる。したがって、高い比剛性を備えたチャック材料を有することが有益である。制御システムは制御帯域幅よりも低い周波数を有する外乱（例えば伝達される床振動）のみを有効に修正することしかできないので、制御帯域幅を増大させることにより、修正されない外乱が少なくなり、これによりリソグラフィパフォーマンスが向上する。本質的に、高い比剛性により、制御装置は、チャックの位置決めに対する外乱の不都合な効果を有効に抑制することができる。
【００３４】
比剛性は、対象物の質量及び重量をも反映する。例えば、アルミニウムはステンレス鋼ほど剛性ではないが、アルミニウムは著しく密度が低いので、アルミニウムの比剛性は鋼とほぼ同じである。長さではなく剛性がチャックの一般的な要求であるので、典型的なアルミニウム製チャックは同一の設計の鋼製のチャックとほぼ同じ周波数で共振するが、約３分の１の重量しかない。概して、高い比剛性を有する材料から形成されたチャックは、より軽いが、依然として位置決め要求を満たすことができる。
【００３５】
リソグラフィツールに関連して、重量が小さいことは重要である。なぜならば、リソグラフィツールの設計における慣例は、チャックを震動源、例えば床から隔離することだからである。通常、このような隔離は、チャックと外界との間の物理的接触をできるだけ低減するために、チャックを重力に抗して磁気的及び／又は流体静力学的に（空気軸受によって）浮揚させることによって行われる。より軽いチャックは、隔離するためのより小さな力を必要とし、ひいては、形成及び運転させるためにより少ないコストで済むよりパワーの小さな浮揚手段を必要とする。チャックが光のビームに対して前後にスキャンされるスキャニングリソグラフィツールに関連して、高い製造スループットを達成するために低いチャック質量も重要となる。スキャニング形式ツールにおいて通常見られるレチクル及びウェハの往復動作を達成するために、チャックを駆動するリニアモータによって加速力及び減速力が提供される。より重いチャックは、形成及び運転するためにより高いコストがかかりかつより多くの熱を生ぜしめる、より大きなモータを必要とする。
【００３６】
熱伝導率は、どれだけ効率的に熱が材料によって伝導されるかの測定単位であるのに対し、熱膨張係数は、材料が加熱された場合に材料がどの程度膨張するかを反映する。これらの２つの特性は組み合わさって全体的な熱安定性の測定単位を提供し、これは、熱伝導率を熱膨張係数で除したものである。ステンレス鋼及びアルミニウム等の、概してよく知られた金属のある特性は、基準点として表１に提供されている。表１に示されているように、ステンレス鋼は、２４．０５（ｍ／ｓ）２の比剛性と、１６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率とを有しており、この場合、Ｗはワット、ｍはメートル、ｓは秒、Ｋはケルビン温度である。アルミニウムは同様の比剛性を有しているが、１７１．３７Ｗ／ｍ・Ｋの著しく高い熱伝導率を有している。
【００３７】
慣用的に、リソグラフィツールにおいて使用されるチャックは、極めて低い熱膨張係数を有する材料から製造されている。例えば、慣用のチャックは一般的に、Schott社によるZERODUR（Ｒ）又はCorning社によるULE7971（Ｒ）等の超低膨張ガラス／セラミックスから形成されている。これらのガラス／セラミックスは、主として極めて低い熱伝導率及び極めて低い熱膨張係数を特徴とする。これらの低膨張ガラス／セラミックスは熱膨張に対して実質的に鈍感であるので、リソグラフィ作業中のチャックの熱変形を補償する必要性を排除する。それにも拘わらず、超低膨張ガラス／セラミックスは顕著な欠点を有する。
【００３８】
第１に、低い比剛性は、リソグラフィツールの制御システムの周波数、ひいては帯域幅を制限する。第２に、低い熱伝導率により、局所的な加熱を生じやすく、支持磁石をチャックボディから熱的に隔離するためにたわみ部のシステムを必要とする。第３に、これらの材料は専売であり、ひいては極めて高価である。最後に、機械加工することが困難である。僅かにより高い比剛性を備える、ZERODUR（Ｒ）及びULE（Ｒ）と同様に低い膨張率を有する京セラのCorderite210（Ｒ）等のより新たな専売のセラミック材料が製造されたが、その価格は、供給者の競争がないので予見可能な未来は極めて高いままであろう。このような専売の、高コストの、制限された利用可能性の材料に依存することは、ビジネスの観点から望ましくない。
【００３９】
２．本発明によるフォームコアチャック
本発明によるチャックは、概して非専売発泡材料のクラスから製造される。これらの材料は、連続的に結合された、連続気泡の（網状の）ジオメトリを有しており、通常は十二面体セル状を有する。連続気泡である構造は、流体又はガスが構造を通過することができることを意味する。これは、気泡状構造のグループ化として想像されることができる独立気泡フォーム構造とは対照的なものである。図６は、本発明によるチャックの部分を示している。図６Ａはフォームコア構造６０１を示している。図６Ａには、隔壁は白又は灰色で示されており、空間は黒で示されている。図６Ｂにはその逆の色で示されている。
【００４０】
有利な実施形態において、フォームコア構造６０１は炭化ケイ素である。本発明は炭化ケイ素に限定されず、アルミニウムフォーム等の別のフォーム構造が存在する。炭化ケイ素はしばしば“テクニカルセラミック”又は“アドバンスドセラミック”と呼ばれる。幾つかのテクニカルセラミックスの物理的特性は、表１に示された特性を有する。出発固形材料と、出発固形材料から形成された脆いフォームとの関係は、フォームコア材料の密度に依存する。例えば、炭化ケイ素の場合、フォームコア構造の弾性は：
【００４１】
【数１】
2005064507.tif 000004
であり、この場合、Ｅｆは、炭化ケイ素フォームの弾性であり、ＥＳは、固形炭化ケイ素の弾性であり、ρｆは、フォームコア構造の密度であり、ρＳは固形炭化ケイ素の密度である。
【００４２】
同様に、炭化ケイ素フォームコア構造の熱伝導率は：
【００４３】
【数２】
2005064507.tif 000005
であり、この場合、Ｃｆは、炭化ケイ素フォームコアの熱伝導率であり、ＣＳは、固形炭化ケイ素の熱伝導率であり、ρｆは、フォームコア構造の密度であり、ρＳは固形炭化ケイ素の密度である。炭化ケイ素フォーム構造の場合、熱膨張係数（ＣＴＥ）は、出発固形材料と同じである。
【００４４】
様々な公知の製造技術は、隔壁を厚くするか又は隔壁の間の開放空間を小さくすることによって、フォームコア構造６０１の密度を変化させることができる。典型的な密度は、約８％〜３０％固形である。このような密度は、固形出発材料に対する重量の随伴性減少（concomitant reduction）を生じる。例えば２０％の密度を有する炭化ケイ素は、同じ大きさの炭化ケイ素の固形ブロックの２０％の重さしかない。発泡材料の１つの製造者は、900 Stanford Ave., Oakland, CA 94608 に所在するERG Materials and Aerospace Corporation である。
【００４５】
図６Ｂは、フォームコア構造６０１の部分上に形成されたシェル層６０３を示している。シェル層６０３は、化学的気相成長又はこの分野において知られるその他の技術によって形成されることができる。１つの実施形態において、シェル層６０３は固形炭化ケイ素である。炭化ケイ素シートからシェル層６０３を形成すると有利である。なぜならば、フォームと同じ材料を使用することによって、シェル層６０３とフォームコア６０１との間の境界面における応力を回避することができるからである。択一的な実施形態において、シェル層６０３は、Zerodur（Ｒ）等の超低ガラスセラミックから成ることができる。Zerodur（Ｒ）は、２．２ＰＰＭ／セルシウス度熱膨張係数（ＣＴＥ）ミスマッチにもかかわらず、Zerodur（Ｒ）を過剰にゆがめることなく炭化ケイ素フォームに直接に接着されることができる。理由は、炭化ケイ素フォームの比剛性がZerodur（Ｒ）のものよりも大きくても、実際の比剛性は実質的に小さいからである。したがって、２つの材料の間の境界面において、固形Zerodur（Ｒ）シートは膨張を制御し、炭化ケイ素フォームはほとんど全ての熱ひずみを担う。フォームコア構造６０１をシェル層６０３で被覆することにより、チャック６００の剛性及び安定性が増大し、チャックはステップ・アンド・スキャン式リソグラフィシステムにおいて使用されることができる。
【００４６】
例えば炭化ケイ素フォームからフォームコアチャック６００を製造することにより、リソグラフィステージに多くの顕著な利点が得られる。第１に、最も重要なことであるが、チャック６００の重量が減じられる。その結果、モータと、アクチュエータと、バランス質量と、フレーム２０５とはより軽く形成されることができる。さらに、以下に説明するように、フォームコアチャック６００は、電磁位置決め装置の磁石部分３２０，３２２を結合するために慣用のチャック１１０が必要とするたわみ部２３０を排除することができる。製品スループットにおける著しい制限は、リソグラフィ中にチャック６００を前後に動的にスキャンするためにかかる時間にある。より軽いチャック６００の場合、チャックを移動させるために必要な加速力及び減速力はより小さいので、速度が高められ、パワー消費が減じられ、全体的な発熱が少なくなる。
【００４７】
第２に、炭化ケイ素フォームは、Zerodur（Ｒ）又はULE7971（Ｒ）の約１６倍の熱伝導率を有しているのに対し、固形炭化ケイ素の熱伝導率は、超低ガラスセラミックスのものの約２００倍である。高い熱伝導率は、熱膨張の正確な測定又は予測を可能にし、現代の半導体製造ジオメトリによって許容される公差内の正確な修正を許容する。本質的に、低い熱膨張は望ましいままであるのに対し、熱的摂動に続いて対象物が迅速に内部熱平衡及び均一温度に到達するように高い熱伝導率が重要になっている。したがって、熱ひずみは局所的ではなく均一になり、どのように又は対象物のどこで膨張が測定されるかは、より関係なくなる。
【００４８】
第３に、比剛性が増大することにより制御システムの帯域幅が大きくなる。表１に示されているように、炭化ケイ素フォームはZerodur（Ｒ）よりも１５％高い比剛性を有している。前記のように、リソグラフィツールの許容可能な制御帯域幅又は周波数は、チャック材料の比剛性の平方根に比例する。つまり、炭化ケイ素フォームコアのチャックを使用することにより、Zerodur（Ｒ）又はULE7971（Ｒ）から形成された慣用のチャックを使用するものよりもリソグラフィツールの制御帯域幅が約４％増大する。
【００４９】
シェル層６０３を付加することによりチャック６００の比剛性が著しく増大される。このことは、曲げ共振モードに特に当てはまる。なぜならば、チャック６００はＩ字形ビームとして形成されており、ほとんどの質量は上面及び底面に位置する（すなわちチャック６００の上部及び底部における固形シェル層６０３）。したがって、チャック６００のＩ字形ビーム状の構成は、曲げ共振モードにおいて比剛性を著しく増大する。
【００５０】
別の重要な共振モードはねじりモードである。チャック６００は、ねじりモードにおいても剛性である。重いねじり荷重下において、チャックのような、高いアスペクト比断面を有する中空のシェル構造は、ゆがみかつ圧潰する傾向があり、破壊的なねじり故障を生じる。チャックにとってより重要なことは、加えられたねじり荷重がない場合でさえも、構造は、低いねじり共振周波数を有する傾向がある。しかしながら、ねじり微小圧潰を防止するためにフォームコア構造６０１がシェル層６０３の間に十分な剛性を提供する限り、ねじり共振周波数は増大される。
【００５１】
要するに、シェル層６０３によって被覆されたフォームコア構造６０１の組み合わせは、チャックの重量を低減しかつチャックの比剛性を増大させるための有効な方法である。この構造は、概して適度な利点を提供し、特に曲げ及びねじり共振モードに関して極めて大きな利点を提供する。曲げ及びねじり共振モードは、チャックにおける優勢な（最も低い周波数）モードである傾向がある。
【００５２】
Ｅ．リソグラフィツールにおいてフォームコアチャックを支持及び位置決めするための装置
図７は、本発明によるチャック６００を支持及び位置決めするためのＹ方向磁石ハウジング２２２及びＺ方向磁石３２０を備えたチャック６００を示している。図７Ａは、シェル層６０３の下方に露出されたフォームコア構造６０１の部分７２２，７２４及び７２０を有するチャック６００を示している。７２２で示された部分は、Ｙ方向磁石ハウジング２２２がフォームコア構造６０１に直接に取り付けられることができるところであり、７２４で示された部分は、Ｘ方向磁石ハウジング２２４がフォームコア構造６０１に直接に取り付けられることができるところである。図７Ｂは、どのようにＹ方向磁石ハウジング２２２がフォームコア構造６０１に直接に取り付けられているかを示している。同じ原理がＸ方向磁石ハウジング２２４に当てはまる。図７Ｃは、フォームコア構造６０１の露出した部分７２０を示しており、この部分において、Ｚ方向磁石３２０は、フォームコア構造６０１に直接に取り付けられることができる。図７Ｄは、どのようにＺ方向磁石３２０がフォームコア構造６０１に直接に取り付けられているかを示している。
【００５３】
当業者は、Ｙ方向及びＸ方向磁石ハウジング２２２，２２４並びにＺ方向磁石３２０をフォームコア構造６０１に直接に取り付けるための様々な方法を認識するであろう。有利な実施形態において、接合される面は、十分な平坦度、粗さ及び清浄度を有するように注意深く準備される。次いで、高強度エポキシの薄い層が、面を結合させるために使用される。
【００５４】
フォームコア構造の独特の特性により、Ｙ方向及びＸ方向磁石ハウジング２２２，２２４並びにＺ方向磁石３２０が、慣用のたわみ部を必要とすることなくフォームコア構造６０１に直接に取り付けられる。これは、ハウジング又は磁石に結合する隔壁のそれぞれが小型のたわみ部として作用するからである。ハウジング又は磁石の表面に亘って一斉に作用する場合、ボンドは、分配されたたわみ部として作用し、あらゆる熱応力をフォームコア構造の隔壁に直接に局所的に分配する（“たわみ部効果”）。当業者は、この応力がボンド領域を越えてフォームコアチャック６００の残りへ伝播しないことを認識するであろう。この形式において、重いたわみ部の必要性が排除され、さらにチャック６００の重量を減じる。さらに、フォームの単位容積毎の極端に大きな表面積により、対流空気が極めて有効に冷却し、磁石によって生ぜしめられた熱を急速に散逸させ、熱が構造内へあらゆる著しい深さに進行するのを防止する（“ヒートシンク効果”）。磁石加熱による熱的及び機械的な妨害は、これにより、実用的に、磁石に隣接したフォームのかなり薄い容積内に制限される。
【００５５】
図８は、本発明の択一的な実施形態を示している。１つの実施形態において、ボンドパッド８０１は、フォームコア構造６０１上に残っておりかつシェル層６０３から隔離された、シェル層６０３の部分である。Ｙ方向磁石ハウジング２２２等の磁石ハウジング又はＺ方向磁石３２０等の磁石をフォームコア構造６０１に直接に取り付ける代わりに、磁石ハウジング又は磁石は、複数のボンドパッド８０１によってフォームコア構造６０１に結合されている。例えば、図８Ｂにおいて、Ｙ方向磁石ハウジング２２２は、図８Ａの部分７２２に示された３つのボンドパッド８０１によってチャック６００のフォームコア構造６０１に結合されている。同様に、図８Ｄにおいて、Ｚ方向磁石３２０は、図８Ｃの部分７２０に示された３つのボンドパッド８０１によってチャック６００のフォームコア構造６０１に結合されている。ボンドパッド８０１がシェル層６０３と同じ材料である必要が内ということが重要である。また、本発明は、３つのボンドパッド又は図示されたようなパッド形状に限定されない。
【００５６】
ボンドパッド８０１は、図７に関して上述された分配されたたわみ部と同様に作用する。ボンドパッド８０１に取り付けられた隔壁のそれぞれは、小型のたわみ部として作用する。フォームコア構造６０１に取り付けられたボンドパッド８０１の表面に亘って一斉に作用する場合、アタッチメントは分配されたたわみ部として作用し、あらゆる熱応力を直接にフォームコア構造の隔壁に局所的に分配する。当業者は、この応力が、フォームのたわみ部効果により、局所的な取付け領域を越えてフォームコアチャックの残りの部分まで伝播しないことを認識するであろう。同様に、熱は、フォームのヒートシンク効果によりフォームコアチャック６００の残りの部分へ伝播しない。磁石ハウジング又は磁石はフォームコア構造６０１に直接に取り付けられているので、重いたわみ部の必要性は排除される。
【００５７】
図９は、フォームコア材料６０１のためのさらに別の使用例を示している。図９は、どのようにフォームコア構造９０１の片が、分配されたたわみ部として使用されることができるかを示している。図９Ａにおいて、Ｙ方向磁石ハウジング２２２は、フォームコア材料の片９０１を用いてチャック６００のシェル層６０３に結合されている。フォームコア材料の片９０１は、上記のように分配されたたわみ部として働く。利点は、フォームコア材料の片９０１が、図４に関連して説明されたたわみ部４３１，４３２及び４３３のシステムよりも軽くかつ単純であるということである。同様に、図９Ｂにおいて、Ｚ方向磁石３２０が、フォームコア構造の片９０１を用いてチャック６００のシェル層６０３に結合されている。最後に図９Ｃにおいて、Ｚ方向磁石３２０が、フォームコア材料の片９０１を使用して慣用のチャック１１０に結合されている。本発明は、フォームコア構造９０１のあらゆる特定の形状又は厚さに限定されない。当業者は、リソグラフィ６００においてチャック１１０又は６００を支持するために必要な物理的要求に従ってこれらのパラメータを変更することができる。さらに、フォームコア材料９０１は、チャック１１０自体と全く同じ材料に限定されない。
【００５８】
Ｆ．フォームコアチャックを形成する方法
図１０は、本発明によるチャック６００を形成する方法を示すフローチャートである。ステップ１００５において、フォームコア構造６０１が形成される。発泡材料が商業的に利用可能である。有利な実施形態において、フォームコア構造６０１は炭化ケイ素である。その他の発泡材料は、アルミニウム及び網状ガラス質炭素を含む。
【００５９】
次いで、ステップ１０１０において、シェル層６０３がフォームコア構造６０１上に形成される。シェル層６０３は、化学的気相成長又は化学的蒸気注入等の公知のプロセスによって形成されてよい。シェル層６０１は、コア材料と同じ材料又は異なる材料から形成されることができる。有利な実施形態において、シェル層６０３は、炭化ケイ素の固形シートである。別の実施形態において、シェル層６０１のために超低膨張ガラスセラミックを使用することができる。
【００６０】
ステップ１０１５において、フォームコア構造６０１の領域が露出される。これは、下側のフォームコア構造６０１が露出されるまでシェル層６０３の部分を削り取ることによって達成される。択一的に、シェル層６０３が所望のようにフォームコア構造６０１上に堆積されることができ、これにより、フォームコア構造の選択された部分が露出されたままである。
【００６１】
最後に、フォームコア構造の露出した領域に位置決め装置が結合される。位置決め装置は、通常は電磁モータ等の電磁装置である。前記のように、様々な手段によって、電磁モータの部分はフォームコア構造６０１に結合されてよい。磁石等のモータの部分がフォームコア構造６０１に結合される場合、フォームコア構造６０１は、分配されたたわみ部のように作用し、これにより、慣用のたわみ部２３０の必要性を排除する。
【００６２】
Ｇ．結論
本発明の様々な実施形態が上に説明されたが、これらの実施形態は限定ではなく例としてのみ示されたことが理解されるべきである。添付の請求項に定義された発明の思想及び範囲から逸脱することなく形式及び詳細における様々な変更がなされてよことは当業者によって理解されるであろう。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上記の典型的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項及び請求項の均等物に基づいてのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】典型的な投影光学系を示しており、この投影光学系において発明が実施されている。
【００６４】
【図２】慣用のフレーム及びチャック配列を示している。
【００６５】
【図３】慣用のフレーム及びチャック配列をさらに示している。
【００６６】
【図４】位置決め装置のＸ及びＹ方向モータが慣用的にどのようにチャックに結合されているかを示している。
【００６７】
【図５】位置決め装置のＺ方向モータが慣用的にどのようにチャックに結合されているかを示している。
【００６８】
【図６】本発明の実施形態のフォームコア及びシェル層を示している。
【００６９】
【図７】位置決め装置のＸ、Ｙ及びＺ方向モータが本発明の実施形態によるチャックにどのように結合されているかを示している。
【００７０】
【図８】位置決め装置のＸ、Ｙ及びＺ方向モータが本発明の別の実施形態によるチャックにどのように結合されているかを示している。
【００７１】
【図９】位置決め装置を本発明のチャックに結合するための択一的な実施形態を示している。
【００７２】
【図１０】本発明の実施形態によるチャックを形成するための方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１００  装置、  １０１  レチクルステージ、  １０２  エンコーダスケール、  １０４  エンコーダヘッド、  １１０  チャック、  １１２  レチクル、  １１４  ウェハ、  １２０  第１のレンズグループ、  １３０  折り返しミラー、  １４０  第２のレンズグループ、  １５０  ビームスプリッタ、  １６０  波長板、  １７０  凹面鏡、  １８０  第３のレンズグループ、  １９１  ウェハステージ、  ２０３  フィールド、  ２０５  フレーム、  ２１０  電気コイルアーム、  ２１２，２１４  電気コイルプレート、  ２２０  磁石カップ、  ２２２，２２４  磁石ハウジング、  ２３０  たわみ部、  ３１０，３１２，３１４  電気コイル、  ３２０，３２２  磁石、  ３３０  たわみ部、４３１，４３２，４３３，５３１，５３２，５３３  たわみ部、  ６００  フォームコアチャック、  ６０１  フォームコア構造、  ６０３  シェル層、  ７２０，７２２，７２４  部分、  ８０１  ボンドパッド、  ９０１  フォームコア構造
【図１】
2005064507.tif 000006
【図２】
2005064507.tif 000007
【図３】
2005064507.tif 000008
【図４】
2005064507.tif 000009
【図５】
2005064507.tif 000010
【図６】
2005064507.tif 000011
【図７】
2005064507.tif 000012
【図８】
2005064507.tif 000013
【図９】
2005064507.tif 000014
【図１０】
2005064507.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月24日(2004.8.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005064507.tif 000016
【図２】
2005064507.tif 000017
【図３】
2005064507.tif 000018
【図４】
2005064507.tif 000019
【図５】
2005064507.tif 000020
【図７】
2005064507.tif 000021
【図８】
2005064507.tif 000022
【図９】
2005064507.tif 000023
【図１０】
2005064507.tif 000024
【図６】
2005064507.tif 000025