JP2007036101A - 露光機のワークステージ及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 表裏両面加工に付されるワークを傷が付かないように支持しつつパターンを均一解像度で露光する。
【解決手段】 表裏両面加工に付される薄板状ワーク６の周縁部６ｂを支える支持部７と、薄板状ワーク下において支持部の内側に形成される空洞部８とを備え、支持部で支持した薄板状ワークをフォトマスク３に接触させる露光機のワークステージにおいて、支持部で周縁部が支えられた薄板状ワークの中央部６ａの撓みを矯正してフォトマスクに接触させる撓み矯正手段を具備する。これにより、薄板状ワークの全面に均一な解像度のパターンを形成することができる。また、薄板状ワークの裏面側には空洞部が存在するので、ワークステージとの接触による薄板状ワークの裏面の損傷が防止される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シリコンウェハ等の薄板状ワークにパターンを露光する露光機のステージ及びこのステージを用いた露光方法に関する。

従来、シリコンウェハ等の薄板状ワークにパターンを露光する場合は、ＩＣ、ＬＳＩ等の製造に見られるようにその片面にのみ露光するのが一般的である。たとえば、図８に示すように、薄板状ワーク１をワークステージ２上に真空吸着により保持固定し、フォトマスク３をワークステージ２より上方のマスクホルダ４に保持固定し、ワークステージ２を上昇させ薄板状ワーク１をフォトマスク３に密着させ、しかる後露光を行う。薄板状ワーク１の表面には予めフォトレジスト膜（図示せず）が形成されており、このフォトレジスト膜に対して露光が行われ、フォトマスク３のパターンが焼き付けられる。

ここで、露光によるパターン解像度を向上させるためにはフォトマスク３と薄板状ワーク１との密着性を上げ、また、解像度の面内分布を改善するために平行度を上げる必要があり、従来主に二種類の方式が行われている。一つ目は、コンタクト露光と呼ばれるもので、薄板状ワーク１がフォトマスク３に接触するまでワークステージ２を上昇させたうえで露光を行う方式である。二つ目は、ハードコンタクト露光と呼ばれるもので、ワークステージ２を上昇させて薄板状ワーク１をフォトマスク３に接触させ、薄板状ワーク１をワークステージ２上に保持するための真空吸着穴からエア等の気体を吐出させることにより薄板状ワーク１を押し上げてフォトマスク３に対する密着性をさらに高める方式である（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、近年圧力センサ、加速度センサ等を製造する場合に見られるように、シリコンウェハ等の薄板状ワークについてその表面のみならず裏面に対しても露光等各種加工が行われるようになっている（例えば、特許文献２参照。）。このような表裏両面加工に付される薄板状ワークについて露光を行う場合は、上記片面露光用の露光機によれば薄板状ワークの裏面がワークステージ２との接触により損傷および汚染を受けることになるのでそのまま使用することができない。

そこで、本発明者は、図９及び図１０に示すようなワークステージ５を使用して薄板状ワーク６の表裏両面に露光を行っている。このワークステージ５は、薄板状ワーク６の周縁部を支える環状突起からなる支持部７と、薄板状ワーク６下において支持部７の内側に形成される空洞部８と、薄板状ワーク６の周縁部を支持部７に吸着する真空吸引手段とを備える。真空吸引手段は、支持部７に沿って形成される環状凹溝７ａと、環状凹溝７ａの溝底に形成される真空吸引孔７ｂとを有し、真空吸引孔７ｂからの吸引によって薄板状ワーク６の周縁部を支持部７の環状凹溝７ａ上に吸着する。この薄板状ワーク６を吸着したワークステージ５をマスクホルダ４で保持したフォトマスク３に向って上昇させ、図１０に示すごとく薄板状ワーク６をフォトマスク３に接触させ、必要に応じてその回りから脱気して薄板状ワーク６とフォトマスク３との密着性を高め、しかる後露光を行ってフォトマスク３のパターンを薄板状ワーク６のレジスト膜に焼き付ける。このワークステージ５を使用した露光機によれば、薄板状ワーク６の裏面にその周縁部を除きワークステージ５が接触しないので、薄板状ワーク６の裏面の損傷及び汚染が防止される。

特許第３３６２６５３号公報 特開２００４−６１２８０号公報

ところが、本発明者が上記ワークステージ５を使用して各種の薄板状ワーク６に対し露光を行ったところ、薄板状ワーク６の裏面に傷が付かず、汚染も生じないものの、薄板状ワーク６内の場所によってパターンの解像度に差が生じ歩留まりが低下するという問題が生じた。

従って、本発明は上記問題点を解決することができる露光機のワークステージ及び露光方法を提供することを目的とする。

本発明者は、レジスト膜、露光方法、現像方法等に問題があると考えそれらの条件を種々変えて繰り返し露光試験を行い、現像後のパターンについて検査したが、解像度の改善を見ることはできなかった。そこで、視点を変えて薄板状ワーク６の中央部６ａを傷が付かないようフォトマスク３側に押圧したところ、意外にも解像度の改善を見ることができた。すなわち、薄板状ワーク６は図１０に示したようにフォトマスク３に接触していたのではなく、図１１又は図１２に示すように、その中央部６ａが自重により下方に撓みフォトマスク３からごく僅かに離れていたものと考えられる。また、真空吸引孔７ｂを経由した薄板状ワーク６とワークステージ５との間の排気による負圧がこの撓みを助長しているとも考えられる。図１１は支持部７で薄板状ワーク６の周縁部６ｂを吸着したままフォトマスク３に押し付けた場合を示し、図１２は支持部７で薄板状ワーク６の周縁部６ａをフォトマスクに押し付けた後に、真空吸引孔７ｂから空気を噴出しその空気圧で薄板状ワーク６の周縁部６ｂをフォトマスク３に押し付けた場合を示す。いずれの支持方式によっても薄板状ワーク６の中央部６ａが自重や排気の影響により下方に撓みフォトマスク３からごく僅かに離れていたものと考えられる。薄板状ワーク６であるシリコンウェハは、厚さ数百μｍ〜１ｍｍ前後、直径数ｃｍ〜２０ｃｍ程度であり非常に軽量であることから、本発明者はシリコンウェハに自重や排気の影響による撓みが解像度に低下を来たすほど生じるとは思い至らなかったが、試験の結果薄板状ワーク６の撓みによる接触不良、あるいは、真空吸引孔７ｂを経由した薄板状ワーク６とワークステージ５との間の排気に起因した接触不良が解像度のムラの原因となっていたことが判明した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、表裏両面加工に付される薄板状ワーク（６）の周縁部（６ｂ）を支える支持部（７）と、薄板状ワーク（６）下において支持部（７）の内側に形成される空洞部（８）とを備え、支持部（７）で支持した薄板状ワーク（６）をフォトマスク（３）に接触させる露光機のワークステージにおいて、支持部（７）で周縁部（６ｂ）が支えられた薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）の撓みを矯正してフォトマスク（３）に接触させる撓み矯正手段（１３，１７）を具備したことを特徴とするものである。

請求項１に係る発明によれば、表裏両面加工に付される薄板状ワーク（６）の周縁部（６ｂ）を支える支持部（７）と、薄板状ワーク（６）下において支持部（７）の内側に形成される空洞部（８）とを備え、支持部（７）で支持した薄板状ワーク（６）をフォトマスク（３）に接触させる露光機のワークステージにおいて、支持部（７）で周縁部（６ｂ）が支えられた薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）の撓みを矯正してフォトマスク（３）に密着させる撓み矯正手段（１３，１７）を具備したことから、支持部（７）で薄板状ワーク（６）の周縁部（６ｂ）を支えることにより生じる薄板状ワーク（６）の中央部の撓みを解消し、薄板状ワーク（６）を全面にわたりフォトマスク（３）に密着させることができる。従って、薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）から周辺部に至る全面に、均一な解像度のパターンを形成することができる。

請求項２に係る発明によれば、請求項１に記載の露光機のワークステージにおいて、撓み矯正手段が上記空洞部（８）内に供給される流体であり、この流体を薄板状ワーク（６）の背面に当てることにより、支持部（７）で周縁部（６ｂ）が支えられた薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）を上記空洞部（８）側からフォトマスク（３）側に押圧し撓みを解消するようにしたことから、薄板状ワーク（６）をその全面にわたり均一な押圧力でフォトマスク（３）に密着させることができ、薄板状ワーク（６）の周辺部から中央部（６ａ）に至る全面に高度かつ均一な解像度のパターンを形成することができる。また、撓みの解消は流体が薄板状ワーク（６）に接触することによって行われるので、薄板状ワーク（６）の裏面に対する損傷が適正に防止される。従って、薄板状ワーク（６）の裏面についても適正に加工を行うことができると共にすでに加工した箇所の損傷が防止される。

請求項３に係る発明によれば、請求項２に記載の露光機のワークステージにおいて、流体を導入孔（１３）から空洞部（８）内に導き、排出孔（１５）から空洞部（８）外に排出しながら、薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）を空洞部（８）側からフォトマスク（３）側に押圧するようにしたことから、流体による押圧力の急激な上昇を防止することができる。

請求項４に係る発明によれば、請求項１に記載の露光機のワークステージにおいて、撓み矯正手段が上記空洞部（８）内に配置された軟質材からなる凸状のスペーサ（１７）であり、スペーサ（１７）を薄板状ワーク（６）の背面に当てることにより、支持部（７）で周縁部（６ｂ）が支えられた薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）を上記空洞部（８）側からフォトマスク（３）側に押圧するようにしたことから、薄板状ワーク（６）の押圧する箇所を適宜選別して、薄板状ワーク（６）を傷付けないようにフォトマスク（３）に密着させることができる。

請求項５に係る発明によれば、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の露光機のワークステージにおいて、薄板状ワーク（６）の周縁部（６ｂ）を支持部（７）に吸着する真空吸引手段（７ａ）を備えたことから、薄板状ワーク（６）を支持部（７）に簡易かつ強固に固定することができる。

請求項６に係る発明によれば、表裏両面加工に付される薄板状ワーク（６）の周縁部（６ｂ）を露光機のワークステージ（９，１４，１６）の支持部（７）で支持する支持工程と、支持部（７）に支持された薄板状ワーク（６）をフォトマスク（３）に接触させる接触工程と、支持部（７）の内側に形成される空洞部（８）内に流体を導入することにより、支持部（７）に支持された薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）をフォトマスク（３）側に押圧して撓みを矯正し薄板状ワーク（６）をフォトマスク（３）に接触させる接触工程と、フォトマスク（３）上から薄板状ワーク（６）に対し露光する露光工程とを包含してなる露光方法であるから、支持部（７）で薄板状ワーク（６）の周縁部（６ｂ）を支えることにより生じる薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）の撓みを流体で押圧することによって解消し、薄板状ワーク（６）を全面にわたりフォトマスク（３）に接触させることができる。従って、薄板状ワーク（６）の周辺部から中央部（６ａ）に至る全面に均一な解像度のパターンを形成することができる。また、流体によって押圧するので、薄板状ワーク（６）の裏面に損傷を与えることがなく、従って、薄板状ワーク（６）の裏面についても適正に加工を行うことができると共にすでに加工した箇所に損傷、汚染を及ぼさない。

請求項７に係る発明によれば、請求項６に記載の露光方法において、流体を空洞部（８）の内外間で流しながら、薄板状ワーク（６）の中央部（６ａ）をフォトマスク（３）側に押圧することから、流体による押圧力の急激な上昇を防止しつつ薄板状ワーク（６）をフォトマスク（３）に接触させることができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
図１に示すように、この露光機は、薄板状ワーク６を保持するワークステージ９と、所定のパターンが形成されたフォトマスク３を保持するマスクホルダ４と、アライメント用の顕微鏡１０と、露光用の光源である高圧水銀ランプ１１とを含んでいる。

薄板状ワーク６は例えば加速度センサの素材とされるシリコンウェハであり、その表裏両面に対してそれぞれ所定の加工が行われる。この実施の形態１で用いられるシリコンウェハは厚さ数百μｍ〜１ｍｍ前後、直径数ｃｍ〜２０ｃｍ程度の薄い円盤である。薄板状ワーク６の表面には露光前に図示しないレジスト膜が形成される。この薄板状ワーク６はワークステージ９上に水平に保持された状態で露光機内に置かれる。フォトマスク３は、薄板状ワーク６のレジスト膜に焼き付けるためのパターンを有した透明なガラス板である。フォトマスク３はマスクホルダ４によりその周縁部を保持された状態で露光機内に置かれる。ワークステージ９とマスクホルダ４は相対的に接近又は離反が可能であり、例えば、ワークステージ９が上昇することにより図１のごとく薄板状ワーク６が静止状態のフォトマスク３に接触し、ワークステージ９が下降すると薄板状ワーク６がフォトマスク３から離れる。

ワークステージ９には必要に応じて延長部９ａが設けられ、この延長部９ａがマスクホルダ４に接することにより、薄板状ワーク６とフォトマスク３との接触部を取り囲む真空室１２が形成される。必要に応じてこの真空室１２から空気が排出されることにより、薄板状ワーク６とフォトマスク３の密着性が高められる。

顕微鏡１０は、薄板状ワーク６とフォトマスク３とのアライメント操作に利用される。作業者が図１中二点鎖線で示す位置で顕微鏡１０によりアライメントマークを見ながら薄板状ワーク６とフォトマスク３との見当合わせを行い、見当合わせが完了すると図１中実線位置に顕微鏡１０を退避させる。

水銀ランプ１１は、アライメントが完了した薄板状ワーク６とフォトマスク３との重畳体に対しフォトマスク３側から矢印で示す光を照射するようになっている。これにより、薄板状ワーク６のレジスト膜にフォトマスク３のパターンが露光される。露光された薄板状ワーク６は、その後現像処理に付され、レジスト膜にパターンが形成される。

ワークステージ９は、図２及び図３に示すように、表裏両面加工に付される薄板状ワーク６の周縁部６ｂを支える支持部７と、薄板状ワーク６下において支持部７の内側に形成される空洞部８とを備え、支持部７で支持した薄板状ワーク６をフォトマスク３に接触させるようになっており、支持部７で周縁部６ｂが支えられた薄板状ワーク６の中央部６ａの撓みを矯正してフォトマスク３に接触させる撓み矯正手段を具備する。

ワークステージ９は円盤形の基部９ｂを有し、この基部９ｂの上面の外周に支持部７が形成される。支持部７は薄板状ワーク６の周縁部６ｂに合致しうる環状突起として形成される。また、このワークステージ９には、薄板状ワーク６の周縁部６ｂを支持部７に吸着する真空吸引手段を備える。真空吸引手段は、支持部７に沿って形成される環状凹溝７ａと、環状凹溝７ａの溝底に形成される真空吸引孔７ｂとを有する。真空吸引孔７ｂは図示しない真空ポンプにホース等により接続される。真空吸引孔７ｂから環状凹溝７ａ内の空気が排出されると、薄板状ワーク６の周縁部６ｂが支持部７の環状凹溝７ａ上に吸着され固定される。

空洞部８は、支持部７である環状突起の内周縁と基部９ｂの上面とによって形成される。この空洞部８の存在によって支持部７に支持された薄板状ワーク６の裏面へのワークステージ９の接触が回避され、薄板状ワーク６の裏面の傷付きが防止される。

撓み矯正手段はこの場合押圧手段であり、具体的には空洞部８内に供給される流体の圧力が利用される。この流体は水等の液体であってもよいが、この実施の形態１では気体望ましくは空気が利用される。空気は塵埃等が除去された清浄なものが使用される。ワークステージ９の基部９ｂにはこの空気を空洞部８内に導入するための導入孔１３が複数箇所にわたって形成される。導入孔１３は図示しないブロア等にホースを介して接続される。

図３に示すように、薄板状ワーク６がフォトマスク３に接触した状態で、空気を導入孔１３から空洞部８内に導入すると、支持部７で周縁部６ｂが支えられた薄板状ワーク６の中央部６ａがフォトマスク３に非接触で押圧される。すなわち、図１１又は図１２に示したような支持部７で薄板状ワーク６の周縁部６ｂを支えることにより生じる薄板状ワーク６の中央部６ａの撓みが解消し、薄板状ワーク６がその全面にわたりフォトマスク３に均一圧力で接触する。従って、この状態で露光すると、薄板状ワーク６の全面に均一な解像度のパターンが形成される。また、流体圧である空気圧により非接触で薄板状ワーク６を押圧するので、薄板状ワーク６の裏面に対する損傷、汚染が防止される。

ここで、上記構成の露光機を用いた露光方法について説明する。
（１）露光機内のワークステージ９の支持部７に表裏両面加工に付される薄板状ワーク６を乗せる。真空吸引孔７ｂから環状凹溝７ａ内の空気を排出し、薄板状ワーク６の周縁部６ｂを支持部７の環状凹溝７ａ上に吸着し固定する。
（２）露光機内でワークステージ９を上昇させ、支持部７に吸着された薄板状ワーク６をフォトマスク３に接近させる。
（３）図１に示す顕微鏡１０で薄板状ワーク６とフォトマスク３との重畳体を観察しながらアライメントを行う。アライメントが終わると顕微鏡１０をフォトマスク３上から退避させる。
（４）再度ワークステージ９を上昇させ、図１及び図３に示すごとく支持部７に吸着された薄板状ワーク６をフォトマスク３に接触させる。
（５）必要に応じて図１に示す真空室１２から空気が排出され、薄板状ワーク６とフォトマスク３との接触部が真空化される。これにより、薄板状ワーク６とフォトマスク３の密着性が向上する。
（６）図３に示すように、支持部７の内側に形成される空洞部８内に導入孔１３から清浄な空気を導入する。この導入空気の圧力により、支持部７に吸着された薄板状ワーク６がフォトマスク３に均一に押圧される。これにより、薄板状ワーク６の全面がフォトマスク３に接触する。また、薄板状ワーク６の裏面に対しワークステージ９は非接触であるから、薄板状ワーク６の裏面の傷付き、汚染が防止される。
（７）水銀ランプ１１が点灯され、フォトマスク３上から薄板状ワーク６に対し光が照射される。これにより、薄板状ワーク６のレジスト膜にフォトマスク３のパターンが潜像として形成される。その後、レジスト膜が現像され、その全面にパターンが現れる。上述したように薄板状ワーク６はその全面にわたり均一圧力でフォトマスク３に密着しているので、パターンは薄板状ワーク６の全面に均一な解像度で形成される。

＜実施の形態２＞
図４及び図５に示すように、この実施の形態２における露光機のワークステージ１４では、流体である空気を導入孔１３から空洞部８内に導き、排出孔１５から空洞部８外に排出しながら、薄板状ワーク６の中央部６ａを空洞部８側からフォトマスク３側に非接触で押圧するようになっている。排出孔１５はワークステージ１４の基部９ｂに、薄板状ワーク６の周縁部６ｂに対向するように形成される。

このように、空気を空洞部８の内外間で流しながら、薄板状ワーク６の中央部６ａをフォトマスク３側に押圧することから、押圧力の急激な上昇が防止される。

なお、図４及び図５において実施の形態１における部分と同じ部分については同一の符号を用いて示すこととし、重複した説明を省略する。

＜実施の形態３＞
図６及び図７に示すように、この実施の形態３における露光機のワークステージ１６では、撓み矯正手段として、シリコンゴム等の軟質材からなる凸状のスペーサ１７が用いられる。この凸状のスペーサ１７が支持片１７ａに支持されて空洞部８内の所望の位置に配置され、粘着テープ等により基部９ｂにおける空洞部８の底面に固定される。この実施の形態３ではスペーサ１７は複数箇所にわたって設けられるが、薄板状ワーク６の中心に対し一箇所のみ設けるようにしてもよい。また、薄板状ワーク６の押圧する箇所を適宜選別してスペーサ１７を配置することも可能である。この場合は薄板状ワーク６の非加工部にスペーサ１７が対峙するようにしたり、薄板状ワーク６の加工済みの箇所にスペーサ１７が当たらないようにしたりすることができる。

図７に示すように、スペーサ１７を薄板状ワーク６にその背面から当てることにより、支持部７で周縁部６ｂが支えられた薄板状ワーク６の中央部６ａが空洞部８側からフォトマスク３側に非接触に近い状態で押圧される。これにより、薄板状ワーク６とフォトマスク３との均一な密着性が保障され、同時に薄板状ワーク６の裏面の破損の防止、汚染の防止が保障される。

なお、図５及び図７において実施の形態１，２における部分と同じ部分については同一の符号を用いて示すこととし、重複した説明を省略する。

以上説明した通り本発明は構成されるが、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では薄板状ワークの中央部の撓みを矯正してフォトマスクに密着状態で接触させているが、薄板状ワークをフォトマスクに少し透き間が生じるように配置して露光するプロキシミティ露光も本発明に含まれる。

本発明に係る露光機の概略正面図である。 図１に示す露光機におけるワークステージの第一の実施形態を示す平面図である。 図２に示すワークステージの垂直断面図である。 ワークステージの第二の実施形態を示す平面図である。 図４に示すワークステージの垂直断面図である。 ワークステージの第三の実施形態を示す平面図である。 図６に示すワークステージの垂直断面図である。 従来の露光機におけるワークステージの垂直断面図である。 従来の露光機における他のワークステージの平面図である。 図９に示すワークステージの垂直断面図である。 図１０に示すワークステージの外周部でワークを支持した状態を示す垂直断面図である。 図１０に示すワークステージの外周部からガスを吹き出すことによりワークを支持した状態を示す垂直断面図である。

符号の説明

３…フォトマスク
６…薄板状ワーク
６ａ…薄板状ワークの中央部
６ｂ…薄板状ワークの周縁部
７…支持部
８…空洞部
１３…導入孔
１５…排出孔
１７…スペーサ

Claims (7)

1. 表裏両面加工に付される薄板状ワークの周縁部を支える支持部と、薄板状ワーク下において支持部の内側に形成される空洞部とを備え、支持部で支持した薄板状ワークをフォトマスクに接触させる露光機のワークステージにおいて、支持部で周縁部が支えられた薄板状ワークの中央部の撓みを矯正してフォトマスクに接触させる撓み矯正手段を具備したことを特徴とする露光機のワークステージ。
2. 請求項１に記載の露光機のワークステージにおいて、撓み矯正手段が上記空洞部内に供給される流体であり、この流体を薄板状ワークの背面に当てることにより、支持部で周縁部が支えられた薄板状ワークの中央部を上記空洞部側からフォトマスク側に押圧するようにしたことを特徴とする露光機のワークステージ。
3. 請求項２に記載の露光機のワークステージにおいて、流体を導入孔から空洞部内に導き、排出孔から空洞部外に排出しながら、薄板状ワークの中央部を空洞部側からフォトマスク側に押圧するようにしたことを特徴とする露光機のワークステージ。
4. 請求項１に記載の露光機のワークステージにおいて、撓み矯正手段が上記空洞部内に配置された軟質材からなる凸状のスペーサであり、スペーサを薄板状ワークの背面に当てることにより、支持部で周縁部が支えられた薄板状ワークの中央部を上記空洞部側からフォトマスク側に押圧するようにしたことを特徴とする露光機のワークステージ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の露光機のワークステージにおいて、薄板状ワークの周縁部を支持部に吸着する真空吸引手段を備えたことを特徴とする露光機のワークステージ。
6. 表裏両面加工に付される薄板状ワークの周縁部を露光機のワークステージの支持部で支持する支持工程と、支持部に支持された薄板状ワークをフォトマスクに接触させる接触工程と、支持部の内側に形成される空洞部内に流体を導入することにより、支持部に支持された薄板状ワークの中央部をフォトマスク側に押圧して撓みを矯正し薄板状ワークをフォトマスクに接触させる接触工程と、フォトマスク上から薄板状ワークに対し露光する露光工程とを包含してなることを特徴とする露光方法。
7. 請求項６に記載の露光方法において、流体を空洞部の内外間で流しながら、薄板状ワークの中央部をフォトマスク側に押圧することを特徴とする露光方法。

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