JP4544706B2 - 基板ホルダー - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光装置に備える半導体ウエハ等の基板を保持するのに用いる基板ホルダーに関するものであり、特に電子ビーム露光装置に搭載する基板ホルダーとして好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体素子の製造工程では、半導体ウエハを直接露光したり、あるいはレチクルやマスクを露光するのに露光装置が用いられている。
【0003】
例えば、電子ビームを用いた露光装置では、一軸以上の位置決めが可能な試料台に設置された基板ホルダーに、感光レジストが塗布された半導体ウエハを設置し、試料台を移動させつつ、半導体ウエハに電子ビームを照射することによって感光レジストを所望のパターンに描画し、次いで描画したパターンを現像して感光レジストの一部を除去することによりレジストパターンを形成し、しかる後、残存するレジストパターンをマスクとして半導体ウエハにエッチング処理やドーピング処理を施すことにより半導体ウエハに所望の回路パターンや素子を形成するようになっていた。
【0004】
また、半導体ウエハに形成する回路パターンや素子を高精度に形成するためには、半導体ウエハの位置決めを正確に行う必要があり、その手段として、半導体ウエハの周縁に光を照射し、半導体ウエハのエッジや輪郭等をCCDカメラで検知する方法が採用されており、照射光の波長としては、400〜700nmの範囲の可視光線が用いられていた。
【0005】
ところで、半導体ウエハ等の基板を保持する基板ホルダーには、基板を精度良く保持することができるとともに、基板のエッジや輪郭等を確実に判別することができ、かつ電子ビームに悪影響を与えないことが要求されていることから、例えば、図3(a)(b)に示すように、アルミナや窒化珪素等からなるセラミック製のベース板13上に、基板Wの形状に対応した設置領域14とその周囲に設けられた非設置領域15とを有し、上記基板Wの非設置領域15に、NiP、Ta、W等のメッキ層12を被着したものが提案されている(特許第2710649号公報)。
【0006】
このように、ベース板13を高精度に加工できるセラミックスにより形成することで、基板Wの設置領域14を平滑で且つ平坦に仕上げることができ、基板Wを精度良く保持することができるとともに、基板Wの非設置領域15に、表面に多数の凹凸を有するメッキ層12を被着することにより、メッキ層12における400〜700nmの波長光に対する反射を抑え、基板Wからの反射光をCCDカメラで検知して基板Wのエッジや輪郭等を確実に判別することができ、さらにNiP、Ta、Wの材料は非磁性でかつ導電性を有することから、基板Wに照射される電子ビームに悪影響を与えることなく所定の位置に照射することができるといった利点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、NiP、Ta、W等のメッキ層12は、セラミック製のベース板13との密着力が弱いため、露光装置への組み込み作業時においてメッキ層12をぶつけたり、引っかいたりするとメッキ層12が剥離するといった課題があり、取り扱いに難があった。
【0008】
一方、非磁性で導電性を有し、かつセラミックスの表面にPVD法やCVD法等の膜形成手段によって被着することができるコーティング膜として、TiC膜やTiN膜が知られており、本件発明者はこれらのコーティング膜を使って基板ホルダー11を形成することを試みたが、TiC膜は、露光時に照射される電子ビームに曝されると蒸発するために用いることができなかった。これに対し、TiN膜は、電子ビームに曝されてもTiC膜のように蒸発することがないものの、基板Wのエッジや輪郭等を検知するために照射される400〜700nmの波長光に対する反射率が基板Wと同程度であるために、基板Wのエッジや輪郭等を判別することができないといった課題があった。
【0009】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、セラミックス又はサファイアからなるベース板上に基板の設置領域と非設置領域とを有し、上記非設置領域にTiN膜を設けた基板ホルダーであって、上記設置領域と上記非設置領域の表面粗さが異なり、上記TiN膜の表面粗さを算術平均粗さ(Ra)で0.3〜0.6μmとするとともに、表面抵抗率を6〜50Ω/□としたことを特徴とする。また、好ましくは、上記設置領域は、上記セラミックス又はサファイアが露出している。また、好ましくは、上記設置領域の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で0.2μm以下である。好ましくは、上記TiN膜の膜厚は、0.1μm〜1.5μmである。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【0011】
図1は本発明に係る基板ホルダー(以下、ホルダーという)の一例を示す図で、(a)はその斜視図、(b)は(a)のX−X線断面図である。
【0012】
このホルダー1は、セラミックスやサファイアからなるベース板3上に、半導体ウエハ等の基板Wの外形状と同等又は若干大きな設置領域4と、該設置領域4の周囲に設けられた非設置領域5とを有し、上記基板Wの非設置領域5にTiN膜2を被着したものであり、上記基板Wを載せる設置領域4の表面粗さは算術平均粗さ(Ra)で0.2μm以下とするとともに、非設置領域5に被着するTiN膜2の表面粗さを算術平均粗さ(Ra)で0.3〜0.6μmとし、かつその表面抵抗率を6〜50Ω/□としてある。
そして、このホルダー1の設置領域4に基板Wを載せて使用するようになっている。
【0013】
また、図2は本発明に係るホルダーの他の例を示す図で、(a)はその斜視図、(b)は(a)のY−Y線断面図である。
【0014】
このホルダー1は、ベース板3の内部に静電吸着用電極6を埋設する以外は図1(a)(b)に示すホルダー1と同様の構造をしたもので、設置領域4に基板Wを載せ、該基板Wと静電吸着用電極6との間に電圧を印加することにより、クーロン力やジョンソン・ラーベック力等の静電吸着力を発現させ、基板Wを設置領域4に強制的に吸着固定することができるようになっている。
【0015】
そして、本発明のホルダー1は、ベース板3を高精度に加工することができるとともに、高強度でかつ高硬度を有するセラミックスやサファイアにより形成してあることから、基板Wを載せる設置領域4を平滑かつ平坦に仕上げることができ、基板Wを精度良く保持することができるとともに、基板Wの脱着を繰り返したとしても設置領域4が摩耗し難いため、長期間にわたり使用することができる。
【0016】
また、基板Wの非設置領域5に形成するTiN膜2は、非磁性でかつ導電性を有することから、設置領域4に保持した基板Wに照射する電子ビームに悪影響を与えることがなく、電子ビームを基板Wの所定位置に照射させることができる。
【0017】
また、本発明では、TiN膜2の表面粗さを、算術平均粗さ(Ra)で0.3〜0.6μmと適度に粗くするとともに、TiN膜2の表面抵抗率を6〜50Ω/□となるようにしてあることから、基板Wのエッジや輪郭等を検知するために照射される400〜700nmの波長光の反射を抑え、CCDカメラで基板Wのエッジや輪郭等を検知するのに必要なTiN膜2表面での反射率と基板W表面での反射率との差を6%以上とすることができるため、基板Wのエッジや輪郭等を確実に検知することができる。
【0018】
ここで、TiN膜2の算術平均粗さ(Ra)を0.3μm〜0.6μmとしたのは、算術平均粗さ(Ra)が0.3μmより小さくなると、TiN膜2の表面が滑らか過ぎるため、表面上での光の反射を抑える効果が小さく、基板Wのエッジや輪郭等を検知することができなくなるからであり、逆に、算術平均粗さ(Ra)が0.6μmよりも大きくなると、TiN膜2表面の平坦度を1μm以下とすることができず、この上に他の部品を精度良く配置することができなくなるからである。なお、好ましくは、算術平均粗さ(Ra)を0.3μm〜0.4μmとすることが良い。
【0019】
また、TiN膜2の表面における可視光の反射を抑えるためには、TiN膜2の表面を上記範囲に粗すだけでは達成することができず、本件発明者が種々研究を重ねたところ、TiN膜2の密度が光の反射に影響を与え、TiN膜2の密度を小さくすることにより光の反射を大幅に抑制することができることを知見した。そして、その最適に条件を見出すために実験を繰り返したところ、TiN膜2の密度とTiN膜2の表面抵抗率との間には相関関係があることから、TiN膜2の表面抵抗率を6Ω/□〜50Ω/□となるようにすれば良いことを見出し、本発明に至った。
【0020】
即ち、TiN膜2の表面抵抗率を6Ω/□〜50Ω/□としたのは、表面抵抗率が6Ω/□未満になると、基板Wのエッジや輪郭等を検知するのに用いられる波長400nm〜700nmの可視光の反射を抑える効果が小さく、基板Wのエッジや輪郭等を検知することができないからであり、逆に表面抵抗率が50Ω/□を越えると、可視光の反射を抑えることができるものの、TiN膜2の表面に電荷がたまり易くなり、帯電した電荷によって電子ビームに悪影響を与えてしまうからである。好ましい表面抵抗率としては、6Ω/□〜10Ω/□とすることが良い。
【0021】
なお、従来より薄膜形成手段にて形成されるTiN膜は緻密質で表面抵抗率が2Ω/□程度のものであり、本発明のTiN膜2とは異なるものである。
【0022】
また、TiN膜2の膜厚tは0.1μm〜1.5μmとすることが好ましい。
膜厚tが0.1μm未満となると、膜厚tが薄くなり過ぎるためにTiN膜2内を電流が流れ難くなり、TiN膜2の表面に電荷が帯電し易くなるとともに、露光装置への組み込み時に、TiN膜2を引っかいたり、ぶつけたりすると剥離する恐れがあるからであり、逆に膜厚tが1.5μmを越えると、TiN膜2内を電流が流れ易くなりすぎるため、ホルダー1の移動によって渦電流が発生し、基板Wに照射される電子ビームに悪影響を与えてしまうからである。なお、好ましい膜厚tとしては、0.6〜1.0μmとすれば良い。
【0023】
ただし、上記膜厚範囲で形成したTiN膜2の表面粗さは、TiN膜2を被着する非設置領域5における表面状態の影響を受け易いため、非設置領域5の表面粗さは、TiN膜2の表面粗さと同様に、算術平均粗さ(Ra)で0.3μm〜0.6μmとしておくことが好ましい。
【0024】
ところで、表面抵抗率が6Ω/□〜50Ω/□となるTiN膜2を被着する手段としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、PVD法、CVD法等の周知の薄膜形成手段を用いることができるが、表面抵抗率の制御のし易さからPVD法を用いることが好ましい。
【0025】
PVD法にてTiN膜2の密度を制御するには、成膜時に設定される、スパッタ圧力、成膜ガスの流量を調整すれば良く、具体的には、成膜ガスとしてArガスとN2ガスを用いる場合、スパッタ圧力を3〜10×10-1Pa、Ar流量を10〜80SCCM、N2流量を5〜30SCCMの範囲とした条件で、RF電源を用いて成膜すれば良い。
【0026】
一方、ベース板3を形成するセラミックスとしては、アルミナ、ジルコニア、炭化珪素、窒化珪素を主成分とするセラミックスを用いることができる。
【0027】
例えば、アルミナ系セラミックスとしては、アルミナ(Al2O3)99重量%〜99.9重量%に対し、焼結助剤としてシリカ(SiO2)、マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)を合計で0.1重量%〜1重量%添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中や真空雰囲気中にて1500℃〜1800℃の温度で焼成したものや、アルミナ(Al2O3)93重量%〜99重量%に対し、イットリア(Y2O3)、マグネシア(MgO)、カルシア(CaO)、セリア(CeO2)等の安定化剤で安定化あるいは部分安定化されたジルコニアを1重量%〜7重量%添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは水素雰囲気中や窒素雰囲気中にて1500℃〜1700℃の温度で焼成したもの、あるいはアルミナ(Al2O3)60重量%〜80重量%に対し、炭化チタン(TiC)を40重量%〜20重量%添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは減圧雰囲気下にて1300℃〜2000℃の温度で焼成したものなどを用いることができる。
【0028】
また、ジルコニア系セラミックスとしては、3mol%〜9mol%のイットリア(Y2O3)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)や、16mol%〜26mol%のマグネシア(MgO)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)、あるいは8mol%〜12mol%のカルシア(CaO)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)や8mol%〜16mol%のセリア(CeO2)で部分安定化したジルコニア(ZrO2)を所望の形状に成形した後、大気雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて1400℃〜1700℃の温度で焼成したものを用いれば良い。
【0029】
また、炭化珪素系セラミックスとしては、炭化珪素(SiC)90重量%〜99重量%に対し、焼結助剤として硼素(B)と(C)、あるいはアルミナ(Al2O3)とイットリア(Y2O3)を合計で10重量%〜1重量%添加したものを所望の形状に成形した後、不活性ガス雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて1900℃〜2100℃の温度で焼成したものを用いることができる。
【0030】
さらに、窒化珪素系セラミックスとしては、窒化珪素(Si3N4)96重量%〜98重量%に対し、焼結助剤としてアルミナ(Al2O3)とイットリア(Y2O3)を合計で2重量%〜4重量%添加したものを、所望の形状に成形した後、窒素雰囲気中あるいは真空雰囲気中にて1800℃〜2000℃の温度で焼成したものを用いれば良い。
【0031】
これらのセラミックスはビッカース硬度(Hv1.0)が1000以上と高硬度で、3点曲げ抗折強度が145MPa〜1800MPaと高強度であり、かつヤング率が10GPa以上を有することからホルダー1のベース板3として好適である。
【0032】
また、サファイアにおいても、ビッカース硬度(Hv1.0)が2000以上の高硬度を有するとともに、3点曲げ抗折強度が686MPa程度と高強度を有し、かつヤング率が470GPa以上を有することから、サファイアもまたホルダー1のベース板3として好適である。特にサファイアのA面は硬度が2300以上と他の面と比較して高い硬度を有することから、設置領域4の摩耗を抑える観点からホルダー1の設置領域4をサファイアのA面で構成することが好ましい。
【0033】
以上、本実施形態では、基板Wを設置領域4に載置するようにしたもの、及び基板Wを静電吸着力にて設置領域4に強制的に固定するようにしたものを説明したが、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるものではなく、例えば、設置領域4に開口する多数の貫通孔を設け、該貫通孔から真空吸引することにより、設置領域に載せた基板Wを真空吸着力によって強制的に固定するようにしたものでも構わない。
【0034】
また、本実施形態では、基板Wの非設置領域4にのみTiN膜2を被着した例を示したが、図1(a)(b)の基板ホルダー1や設置領域4に真空吸引用の貫通孔を備えた基板ホルダーにおいては、非設置領域5以外に設置領域4にもTiN膜2を被着しても良く、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々改良や変更できることは言うまでもない。
【0035】
【実施例】
ここで、表面抵抗値と表面粗さを異ならせたTiN膜を被着した基板ホルダーを用意し、これらの基板ホルダーにて感光レジスト膜を被着したシリコンウエハーからなる基板Wを保持し、630nmの可視光を照射した時に基板Wの周縁エッジ部をCCDカメラで検知することができるか否かについて調べる実験を行った。
【0036】
本実験では、基板ホルダーを構成するベース板をアルミナ含有量が99%のアルミナセラミックスにて製作し、基板Wの設置領域を算術平均粗さで0.4μm程度に仕上げるとともに、基板Wの非設置領域を算術平均粗さが表1となるようにした後、非設置領域にPVD法にて膜厚tが1μmのTiN膜を被着した。
【0037】
ただし、TiN膜の成膜条件は、RF電源、到達圧力を5×10-4Pa、スパッタ電力を3kWに固定し、スパッタ圧力、Ar流量、N2流量を変化させることにより、TiN膜の表面抵抗率と表面粗さを変化させるようにした。
【0038】
また、TiN膜の表面抵抗率の測定にあたっては、三菱化学株式会社製ロレスタHPを用い、四探針法に準拠して測定し、また、TiN膜の表面粗さの測定にあたっては、JIS B 0651に準拠した方法にて算術平均粗さ(Ra)を測定した。
【0039】
それぞれの結果は表1に示す通りである。
【0040】
【表1】
【0041】
この結果、表1より判るように、表面粗さが算術平均粗さ(Ra)で0.3〜0.6μmとするとともに、表面抵抗率を6〜50Ω/□としたTiN膜を被着した基板ホルダーを用いることにより、基板Wの周縁エッジ部を確実に検知することができた。
【0042】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、セラミックスやサファイアからなるベース板上における少なくとも基板の非設置領域に、表面粗さが算術平均粗さ(Ra)で0.3〜0.6μm、表面抵抗率が6〜50Ω/□の範囲にあるTiN膜を被着して基板ホルダーを構成したことから、露光時において、電子ビームに悪影響を与えることがなく、基板ホルダーに保持する基板の所定位置に電子ビームを照射することができるとともに、TiN膜における400〜800nmの可視光の反射を抑えることができるため、基板からの反射光をCCDカメラで検知し、基板のエッジ部や輪郭を確実に測定することができる。
【0043】
また、ベース板がセラミックスやサファイアからなるため、基板の設置領域を平滑でかつ平坦に仕上げることができるため、基板を精度良く保持することができるとともに、基板の脱着を繰り返したとしても設置領域の摩耗が少ないため、長期にわたって使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る基板ホルダーの一例を示す図であり、(a)はその斜視図、(b)は(a)のX−X線断面図である。
【図2】本発明に係る基板ホルダーの他の例を示す図であり、(a)はその斜視図、(b)は(a)のY−Y線断面図である。
【図3】従来の基板ホルダーの一例を示す図であり、(a)はその斜視図、(b)は(a)のZ−Z線断面図である。
【符号の説明】
1,11:基板ホルダー 2:TiN膜 3,13:ベース板
4,14:設置領域 5,15:非設置領域 12:メッキ層
Claims (4)
- セラミックス又はサファイアからなるベース板上に基板の設置領域と非設置領域とを有し、上記非設置領域にTiN膜を設けた基板ホルダーであって、上記設置領域と上記非設置領域の表面粗さが異なり、上記TiN膜の表面粗さを算術平均粗さ(Ra)で0.3〜0.6μmとするとともに、表面抵抗率を6〜50Ω/□としたことを特徴とする基板ホルダー。
- 上記設置領域は、上記セラミックス又はサファイアが露出している請求項1に記載の基板ホルダー。
- 上記設置領域の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で0.2μm以下である請求項1又は請求項2に記載の基板ホルダー。
- 上記TiN膜の膜厚は、0.1μm〜1.5μmである請求項1に記載の基板ホルダー。
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