JPH05129183A

JPH05129183A - パターン露光装置

Info

Publication number: JPH05129183A
Application number: JP14836191A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Mochizuki; 和浩望月; Hiroyuki Takazawa; 浩幸高澤; Hiroshi Masuda; 宏増田; Masaru Miyazaki; 勝宮崎; Chushiro Kusano; 忠四郎草野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-06-20
Filing date: 1991-06-20
Publication date: 1993-05-25

Abstract

(57)【要約】【目的】直線状パターンの露光精度を格段に向上させ得
る精密な位置合わせ手段を提供すること及び不純物の影
響を受けことが少ない環境でのパターン露光を可能にす
ること。【構成】従来のオリエンテーションフラット位置検出手
段に加えて、被露光結晶基板の結晶方位を検出するため
の手段を付加し、両手段を併用して結晶基板の位置合わ
せをする。結晶方位の検出は、例えばＸ線又は電子線を
結晶基板に照射し、その回折像を観察することによって
行なう。なお、大気中での作業を避けるため、露光系を
気密容器内に収納し、同容器に酸化膜形成手段及び酸化
膜選択除去手段を配備することが望ましい。また、露光
系の気密容器とエピタキシャル成長装置との間を気密の
結晶基板搬送路をもって接続することが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パターン露光装置、特
に、量子細線構造やラインセンサを作製する場合に適用
して好適なパターン露光装置の改良に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、集積回路等のパターンを結晶基板
に露光するための装置では、オリエンテーションフラッ
ト（被露光結晶基板の周縁に形成した結晶方位の表示
面）を基準として例えば露光マスクと結晶基板との位置
合わせを行なっている（特開平２−２０７５４８号公報
参照）。しかし、このような方法によっては、露光パタ
ーンを所定の結晶方位に対して±０.００５度以内の精
度で正確に一致させることが出来ない。

【０００３】その第一の理由は、オリエンテーションフ
ラットの加工精度である。即ち、オリエンテーションフ
ラットは、結晶基板の周縁の一部を直線状に切り落して
形成するものであるが、その加工精度は、機械加工の性
質上、どうしても±０.５度程度の範囲でばらついてし
まう。このため、被露光基板の結晶方位に正確に一致さ
せてパターンを露光するには、オリエンテーションフラ
ットの形成後、所望の加工精度を有する基板を選別して
使用する必要があるが、それでは結晶基板の高価格化を
招き、製品の生産性が著しく低下する。

【０００４】露光パターンを所定の結晶方位に対して正
確に一致させることが出来ない別の理由は、オリエンテ
ーションフラットの検出精度である。即ち、露光マスク
と結晶基板との位置合わせは、結晶基板をその面内で回
転させ、ピン等の探針子を用いてオリエンテーションフ
ラットの位置を検出することによって行なうのが普通で
あるが、このような機械的手段による位置検出の方法
は、その精度が比較的低く、実際の結晶方位に対して±
１度程度と可成り大きくばらついてしまう。

【０００５】いずれにしても、オリエンテーションフラ
ットの加工精度や検出精度のばらつきは、例えば量子井
戸細線構造を作製する場合や、ラインセンサ用の細長い
チップ（１２０ｍｍ×１ｍｍ程度）を作製する場合のよ
うに、細くて長い直線状パターンを結晶基板に露光する
必要がある場合に特に問題となる。以下、この点につい
てもう少し詳しく説明する。

【０００６】〈量子細線構造の場合の問題点〉本発明者
等は、従来技術によって量子井戸細線構造を実際に試作
し、当該試作を通して同構造を作製する場合の問題点を
解明した。なお、被露光結晶基板としては、予めＳiＯ₂
膜（絶縁膜）及びホトレジスト膜を堆積させた半絶縁性
ＧaＡs基板を使用し、かつ、当該基板の（１１１）Ｂ面
に［２１-1］方向と平行に直線状パターンを露光するこ
とによって量子井戸細線構造を作製した。

【０００７】図８及び図９は、結晶基板に直線状パター
ンを露光することにより、特定領域の堆積膜（ＳiＯ₂膜
及びホトレジスト膜）を除去した後の中間製品を示す。
両図において、１０１はＧaＡs結晶基板、１０２はＳi
Ｏ₂膜、１０３はホトレジスト膜、１０４は堆積膜残留
領域、１０５は結晶基板露出領域、１０６は基板１０１
の（１１１）Ｂ面、１０７はオリエンテーションフラッ
トを夫々示す。ＳiＯ₂膜１０２の厚さは０.１μｍ、ホ
トレジスト膜１３０の厚さは１μｍとした。

【０００８】露光マスク（図示せず）と結晶基板１０１
との間の位置合わせは、従来の場合と同様、オリエンテ
ーションフラット１０７の（０１-1）面を機械的に検出
することによって行なった。このため、結晶基板露出領
域１０５（量子井戸細線形成領域）の方向と基板結晶の
［２１-1］方向との間の角度誤差θ（図９右側の拡大図
参照）を完全に無くすることが出来ず、±１.５度の範
囲で広範にばらついてしまった。

【０００９】量子井戸細線構造の最終製品は、図８の中
間製品からホトレジスト膜１０３のみを取り除いた後、
当該中間製品を気相エピタキシャル成長装置内に装填
し、結晶基板露出領域１０５に対して所定の半導体材料
層を選択的にエピタキシャル成長させることによって作
製した。その過程を図１０及び図１１を参照してもう少
し詳しく説明する。

【００１０】先ず、気相成長装置内にトリメチルガリウ
ム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）及び
アルシン（ＡsＨ₃）を供給して基板温度８００℃、アル
シン圧力０.０５Ｔｏｒｒの条件で熱処理を行ない、図
１０に示すように、結晶基板露出領域１０５の表面にア
ンドープＡlＧaＡs層１０８（ＡlＡsモル比０.３、膜厚
０.３μｍ）を選択的にエピタキシャル成長させた。エ
ピタキシャル成長層の側面１０９の結晶面は（０１-1）
であった。

【００１１】次に、上記の原料ガスに追加してシラン
（ＳiＨ₄）を供給し、基板温度６００℃、アルシン圧
０.２Ｔｏｒｒの条件で熱処理を行ない、図１１に示す
ように、アンドープＡlＧaＡs層１０８から横方向にｎ
型ＡlＧaＡs層１１０（ＡlＡsモル比０.３、Ｓｉ濃度１
×１０¹⁸／ｃｍ³）をエピタキシャル成長させた。最後
に、トリメチルガリウムとアルシンのみを供給して同様
の熱処理を行ない、ｎ型ＡlＧaＡs層１１０の横方向に
アンドープＧaＡs層１１１をエピタキシャル成長させ
た。エピタキシャル成長層１１０及び１１１の横方向の
膜厚は、それぞれ０.２μｍ及び０.５μｍとし、両者の
縦方向の膜厚は、アンドープＡlＧaＡs層１０８と同じ
０.３μｍとした。

【００１２】このようにして得られた最終製品は、ｎ型
ＡlＧaＡs層１１０とアンドープ層１１１との界面に二
次元電子ガス領域１１２が形成されており、若し角度誤
差θ（図９）が完全に零であるならば、基板結晶の［２
１-1］方向に延長する理想的な量子井戸細線構造を構成
することが出来る筈であった。ところが、この試作品
は、角度誤差θが±１.５度程度と大きいため、図１２
（表面拡大図）に示したようなマクロステップ１１３が
現われて量子井戸細線中の伝導電子が散乱を受け易くな
り、電子移動度が異常に低下してしまうという問題が発
生した。また、角度誤差θが各エピタキシャル成長工程
ごとに±１.５度の範囲でばらつくため、特性の揃った
量子井戸細線構造を多数作製することが出来なかった。

【００１３】しかも、上記試作では、ＳiＯ₂膜（絶縁
膜）及びホトレジスト膜の形成作業やそれらの選択的除
去除去を大気中において行なったため、好ましくない不
純物原子が結晶基板等に付着し、量子井戸細線構造の特
性劣化や導通不良が発生するという別の問題があった。

【００１４】〈ラインセンサの場合の問題点〉図１３〜
図１５は、従来技術によって試作したラインセンサの基
板構造図である。この試作品は、図１４に示す如く、多
数のラインセンサチップ１３３を横に並べて配置したよ
うな構造になっており、かつ、個々のチップ１３３は、
図１３に示す如く、ｎ型拡散領域１２２及びｎ型多結晶
Ｓｉ層１２４の積層構造からなる光センサ部１３０と、
ｎ型多結晶Ｓｉ層１２４、ｐ型多結晶Ｓｉ層１２５、ゲ
ート電極１２７及びＡl電極１２８の積層構造からなる
駆動回路部１３１とをもって構成されている。なお、図
１３において、１２３はＳiＯ₂絶縁膜、１２６はリンガ
ラス(ＰＳＧ)絶縁層、１２９はＳiＮ保護膜、１３２は
個々のチップ１３３を切断分離するために使用するスク
ライブラインを夫々示す。

【００１５】本試作の場合も、オリエンテーションフラ
ット１３４（図１４）の位置を検出して結晶基板の位置
合わせを行なったため、図１４及び図１５に示す如く、
チップ１３３の長辺方向と実際の切断面１３５（襞開
面）である［０１-1］方向との間の角度誤差θが±１.
５度の範囲でばらついてしまい、両者を再現性良く一致
させることが出来なかった。このため、個々のラインセ
ンサチップ１３３をスクライブライン１３２（図１３）
に沿って切断すると、切断面１３５の一部がチップ１３
３に引っ掛かってしまい、製品の歩留まりが悪くなると
いう問題が発生した。もっとも、この種の問題は、チッ
プ１３３の相互間の間隔（レイアウト間隔Ｌ：図１４参
照）を十分に大きく取ることによって一応解消すること
が可能であるが、それでは、一枚の結晶基板から取り出
し得るチップ数が少なくなり、ラインセンサの製造原価
が高くなるという別の問題が発生する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の第一
の目的は、直線状パターンの露光精度を格段に向上させ
ることが可能な改良された精密位置合わせ手段を提供す
ることにあり、かつ、その第二の目的は、好ましくない
不純物の影響を受けることが少ない環境において絶縁膜
やホトレジスト膜の形成・除去作業を行なうことが出来
る改良されたパターン露光装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の課題は、
従来のオリエンテーションフラット位置検出手段に加え
て、被露光結晶基板の結晶方位を検出するための手段を
採用することによって達成することが出来る。結晶方位
の検出は、例えばＸ線又は電子線を被露光結晶基板に照
射し、その回折像を観察することによって行なうことが
出来る。

【００１８】本発明の第二の課題は、位置合わせ機構を
含むパターン露光系を酸化膜形成手段及び酸化膜選択除
去手段を備えた気密容器内に収納することよって解決す
ることが出来る。酸化膜形成手段は、酸素プラズマによ
って結晶基板の表面に酸化膜を形成するか、或は、酸素
雰囲気中で結晶基板を加熱して当該基板の表面に酸化膜
を形成するものであることが望ましい。また、酸化膜選
択除去手段は、電子線照射又は塩素ガスビーム照射を利
用するものであることが望ましい。なお、パターン露光
系が電子線照射を利用するものである場合は、酸化膜選
択除去手段として当該露光系を兼用することも可能であ
る。

【００１９】更に、パターン露光系を収納する気密容器
は、同じく気密の結晶基板搬送路を介してエピタキシャ
ル成長装置と接続されていることが望ましい。エピタキ
シャル成長装置としては、公知の分子線エピタキシャル
成長装置又は有機金属気相エピタキシャル成長装置を使
用することが出来る。また、結晶基板搬送路は、パター
ン露光系を収納する気密容器とエピタキシャル成長装置
との間の連通を開閉するための例えばバルブのような手
段を有することが望ましい。

【００２０】

【作用】本発明のパターン露光装置の場合、オリエンテ
ーションフラットは、結晶基板の大まかな位置合わせの
目的に使用し、精密な位置合わせは、例えばＸ線又は電
子線を結晶基板に照射してその回折像を観察することに
よって行なう。

【００２１】即ち、被露光結晶基板としてＧaＡs結晶基
板を使用し、その（１１１）Ｂ面に基板結晶の［２１-
1］方向に沿って直線パターンを露光する場合について
説明すると、先ず、結晶基板を露光装置の試料台に載置
した後、従来の場合と同様、オリエンテーションフラッ
トの位置を検出して、大まかな位置合わせを行う。その
後、例えばＸ線をオリエンテーションフラットに平行に
照射し、発生する回折像を例えばビデオ端末を用いて観
察する。

【００２２】発生したＸ線回折像の一例を図４に示す。
この回折像は、Ｘ線入射方向が基板結晶の［２１-1］方
向に正確に一致している場合、図４(ａ)に示すように左
右対称となるが、Ｘ線入射方向が［２１-1］方向からず
れている場合は、図４(ｂ)に示すように左右非対称とな
る。従って、回折像が左右対称になるまで、露光装置の
試料微動装置を操作して結晶基板の位置（方位）を精密
に調整し、回折像が左右対称になったことを確かめて固
定する。なお、基板位置の精密調整を可能とするため、
試料微動装置は、回転精度が０.００５度以下であるも
のを使用することが望ましい。

【００２３】一般に、Ｘ線や電子線は、結晶基板上の絶
縁膜（酸化膜）やホトレジスト膜をほぼ完全に透過す
る。従って、このような手段を用いて結晶基板の位置の
微調整を行なったとしても、これらの膜が変質するよう
な不都合は殆ど起こらない。もっとも、本発明者等によ
る試作実験の結果では、電子線を使用した場合、照射領
域のホトレジスト膜に若干の変質が見られた。しかし、
この種の障害は、電子線のビーム径を小さく絞ることに
よって簡単に回避することが出来た。

【００２４】

【実施例】以下、本発明に係るパターン露光装置を図面
に示した幾つかの実施例を参照して更に詳細に説明す
る。

【００２５】〈実施例１〉露光装置の全体構成を図１及
び図２に示す。被露光結晶基板４を載置するための試料
台は、従来の場合と同様、ＸＹステージ１、補正駆動装
置２及びウェハチャック３をもって構成した。ウェハチ
ャック３の上方には、投影光学系５を介してレチクル６
を配置し、更にその上方には、照明系７及び光源８〔波
長３６５ｎｍ（ｉ線）の水銀ランプ〕を配置した。本実
施例では、基板４の結晶方位を検出する手段としてＸ線
回折を採用しており、そのためのＸ線源９（波長０.１
５４４３ｎｍのＣｕＫα１）、分光用の単結晶基板１０
〔Ｓｉ結晶を（１１１）面で使用〕、Ｘ線検出器１１及
び観察用ビデオ端末１２を図示のように配置した。な
お、結晶基板４の位置を精密に調整するため、補正駆動
装置２として、回転精度が０.００５度であるθ−ｚ−
ｔｉｌｔステージを使用した。

【００２６】図３のフローチャートを参照して位置合わ
せの手順を説明する。なお、本実施例では、前述の従来
技術の場合と同様、被露光結晶基板４として半絶縁性Ｇ
aＡs結晶基板を使用した。基板４の（１１１）Ｂ面に
は、公知の方法により、ＳiＯ₂膜（厚さ０.１μｍ）及
びホトレジスト膜（厚さ１μｍ）を予め堆積させておい
た。ここでは、基板結晶の［２１-1］方向に量子井戸細
線用の直線パターンを形成する場合について説明する。

【００２７】先ず、搬送ベルト１５（図２参照）を用い
て、被露光結晶基板４をウェハキャリア１８からＸＹス
テージ１まで搬送し、ウェハチャック３によって吸着固
定した。次に、補正駆動装置２の回転機構とオリエンテ
ーションフラット検出器１４を用いてオリエンテーショ
ンフラット位置１３を検出し、基板４の大まかな位置合
わせを行った。その後、線源９からＸ線をオリエンテー
ションフラット１３に平行に照射して発生する回折像を
ビデオ端末１２を用いて観察し、回折像が左右対称にな
るまで基板位置を微調整した後、レチクル６上の露光マ
スクのパターンを結晶基板４に露光した。

【００２８】本実施例によれば、露光マスクの直線パタ
ーンと結晶基板４の特定の結晶方位（本実施例では［２
１-1］方向）とを補正駆動装置２の回転精度（本実施例
では０.００５度）の範囲で精密に合わせることが出来
た。そして、本実施例の露光装置を利用して量子井戸細
線構造を試作した結果、高さ約０.１μｍのマクロステ
ップ密度は従来の１０³／ｃｍから１０／ｃｍまで低減
し、液体ヘリウム温度における電子移動度は従来の１
０⁶ｃｍ²／Ｖｓから１０⁷〜１０⁸ｃｍ²／Ｖｓまで向上
させ得ることを確認した（いずれも典型値）。しかも、
従来の場合は、露光マスクと結晶基板の位置合わせのず
れが各露光工程ごとにばらつくため、量子井戸細線の特
性ばらつきが大きくなって歩留まりが悪かったのに対
し、本実施例の露光装置による場合は、Ｘ線回折像を観
察することによって基板方位のずれを正確に修正するこ
とが可能であるため、特性の揃った量子井戸細線構造を
歩留まり良く作製することが出来た。なお、本実施例で
は、結晶基板としてＧaＡs結晶を（１１１）Ｂ面で用い
たが、他の材料、他の面方位を用いることも当然可能で
ある。

【００２９】〈実施例２〉実施例１のパターン露光装置
を用いて、図１３に示す構造のラインセンサを試作し
た。被露光基板は、直径１５ｃｍのｐ型Ｓｉ結晶を使用
し、その（１００）面にラインセンサチップ列を形成し
た。得られたチップの大きさは１２０ｍｍ×１ｍｍであ
った。位置合わせの手順は、実施例１の場合と同様であ
る。

【００３０】従来技術の場合は、既に指摘したように、
角度誤差θ（この場合はラインセンサチップの長辺方向
と切断面［０１-1］方向と間の角度）が±１.５度度以
内でばらついてしまうため、切断分離の際に発生するラ
インセンサの破損を避けるには、ラインセンサチップの
レイアウト間隔Ｌを少なくとも６.３ｍｍ以上とする必
要があった。これに対し、実施例１の露光装置を利用し
た場合は、角度誤差θを±０.００５度以下に小さくす
ることが可能であるため、レイアウト間隔Ｌを０.０２
ｍｍ〜０.０３ｍｍの範囲まで縮少することが出来た。
この結果、ラインセンサチップのレイアウト密度を５〜
６倍以上に高めることが可能となり、ラインセンサの製
品単価を著しく低減することが出来た。この効果は、ラ
インセンサチップの長さが大きければ大きいほど顕著で
あった。なお、本実施例では、直径１５ｃｍのｐ型Ｓｉ
結晶基板の（１００）面を用いたが、被露光結晶基板の
大きさ、導電型、材料、面方位等は、必要に応じて適宜
変更することが充分に可能である。

【００３１】〈実施例３〉本発明の露光装置の第二の実
施例を図５を参照して説明する。本実施例は、被露光単
結晶基板４の結晶方位を検出するための手段として電子
線回折を用いたものである。図５において、２５は１μ
Ｔｏｒｒ以下の超高真空に排気した気密容器であって、
その内部には、実施例１の場合と同様、ＸＹステージ
１、補正駆動装置２及びウェハチャック３からなる試料
台が収納されている。パターンの露光系は、電子線源２
１及び電子線偏向系２２をもって構成し、一方、電子線
回折像の観察系は、別の電子線源２３、電子線検出器２
４及びビデオ端末１２をもって構成した。補正駆動装置
２は、実施例１の場合と同様、回転精度が０.００５度
のθ−ｚ−ｔｉｌｔステージを使用した。二つの電子線
源２１及び２２の加速電圧は、夫々１０ｋＶ及び３０ｋ
Ｖとした。被露光結晶基板４は、実施例１の場合と同
様、ＧaＡs結晶基板の（１１１）Ｂ面にＳiＯ₂膜（厚さ
０.１μｍ）及びホトレジスト膜（厚さ１μｍ）を予め
堆積させたものを使用し、当該基板の［２１-1］方向に
沿って量子井戸細線構造用の直線状パターンを露光し
た。

【００３２】パターン露光の手順について説明すると、
先ず、実施例１の場合と同様、結晶基板４をウェハチャ
ック３に吸着固定した後、補正駆動装置２の回転機構及
びオリエンテーションフラット検出器（図示せず）を用
いてオリエンテーションフラットの位置を検出し、基板
４の大まかな位置合わせを行った。その後、電子線源２
３から結晶方位観察用電子線をオリエンテーションフラ
ットに対して平行に照射し、電子線回折像を観察した。
電子線回折像は、図４に示したＸ線回折像と実質的に同
じであって、電子線の入射方向が基板４の［２１-1］方
向と正確に一致している場合は左右対称となるが、基板
４の［２１-1］方向から少しでもずれた場合は左右非対
称となった。電子線回折像が左右対称になるまで、基板
４の位置を微調整し、電子線回折像が左右対称になった
ことを確認した後、露光用電子線源２１及び電子線偏向
系２２を動作させ、所定のパターンを基板４の表面に描
画した。

【００３３】本実施例の場合も、露光パターンの方向と
結晶基板４の結晶方位とを補正駆動装置２の回転精度の
範囲で精密に一致させることが出来た。このため、本実
施例の露光装置を用いた場合は、実施例１の場合と同
様、位置合わせのずれに起因する電子移動度の劣化が少
なく、かつ、特性の揃った量子井戸細線構造を歩留まり
良く製造することができた。なお、本実施例では、単結
晶基板４としてＧaＡs結晶を使用し、その（１１１）Ｂ
面に量子井戸細線を形成したが、必要に応じて他の材
料、他の面方位を用いることも当然可能である。

【００３４】〈実施例４〉パターン露光装置の別の実施
例を図６を参照して説明する。本実施例は、位置合わせ
機構を含むパターン露光系を酸素プラズマ源３１を備え
た気密容器２５内に収納すると共に、基板搬送機構３７
を備えた気密の搬送路３３を介して気密容器２５と分子
線エピタキシャル成長装置３８とを接続したものであ
る。なお、３２は、気密容器２５とエピタキシャル成長
装置３８との間の連通を開閉するバルブである。分子線
エピタキシャル成長装置３８は、通常の場合と同様、基
板加熱機構３４、成長物質蒸発源３５及び基板回転機構
３６をもって構成されている。本実施例は、結晶基板を
大気に曝さず、全て１μＴｏｒｒ以下の超真空に排気さ
れた気密容器内において量子井戸細線構造を作製するこ
とを狙いとしたものである。

【００３５】本装置の使用の手順を説明すると、先ず、
実施例３の場合と同様、電子線回折像を観察することに
より、ＧaＡs結晶基板４の［２１-1］方向を電子線の照
射方向に正確に一致させた後、その位置で同基板を固定
した。次に、適当な手段（図示せず）によって結晶基板
４を５００℃の温度に保持し、その状態で酸素プラズマ
源３１から、電子サイクロトロン共鳴（周波数２.４５
ＧＨｚ）を用いて発生した酸素プラズマを結晶基板４に
約１０分間供給してその表面に約２０ｎｍの厚さでＧa
Ａsの酸化膜を形成した。この酸化膜は、ＳiＯ₂絶縁膜
に代わるものであるが、ＳiＯ₂絶縁膜の場合と異り、電
子線照射によってその選択的除去が出来る利点がある。

【００３６】結晶基板４にＧaＡs酸化膜を形成した後、
露光用電子線源２１を用いて所望のパターンを描画し、
その形状に合わせてＧaＡs酸化膜を選択的に除去した。
その後、基板４を真空搬送路３３を通して図面右側の分
子線エピタキシャル成長装置３８へ移動させ、トリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）、アルシン（ＡsＨ₃）及びシラン（ＳiＨ₄）を成長
原料ガスとして、従来の場合と同様の要領で基板４の
［２１-1］方向に量子井戸細線を形成した。

【００３７】本実施例によれば、実施例１及び実施例３
の場合と同様の効果を期待することが出来るほか、従来
技術では必要であった大気中での作業（ホトレジストの
塗布や絶縁膜の選択的除去等）を解消することが出来る
ため、不純物の付着による量子井戸細線構造の特性劣化
や導通不良の発生を激減させることが可能となり、製造
歩留まりの一層の向上と作業効率上昇による製造価格の
低減が図ることが出来た。

【００３８】〈実施例５〉実施例４の変形例を図７を参
照して説明する。このパターン露光装置は、実施例４の
電子線による露光系を光学的な露光系に変更したもので
ある。図７において、４２は露光系を収納する気密容器
２５に付加した塩素ビーム源、４５は有機金属気相エピ
タキシャル成長装置であって、気密容器２５とエピタキ
シャル成長装置４５との間は、実施例４の場合と同様、
気密の結晶基板搬送路３３によって接続されている。気
密容器２５、搬送路３３及びエピタキシャル成長装置４
５には、酸素ガス導入口４１、水素ガス導入口４３及び
原料ガス導入口４４が夫々設けれている。なお、簡単の
ため、図７には、分光用単結晶基板の記載が省略されて
いる。

【００３９】本実施例は、高純度酸素及び高純度水素の
雰囲気中で量子井戸細線構造を作製するためのものであ
る。使用の手順について説明すると、先ず、露光系の試
料台に固定した結晶基板４を基板加熱機構３４を用いて
５００℃の温度に保持し、この状態で酸素ガス導入口４
１から高純度酸素ガスを露光装置内に１０分間導入して
結晶基板４の表面に厚さ約２０ｎｍのＧaＡs酸化膜を形
成する。次に、気密容器２５内を１μＴｏｒｒの超高真
空まで排気し、実施例１の場合と同様、Ｘ線回折像を観
察して基板結晶の［２１-1］方向をＸ線の照射方向に正
確に一致させた後、その方位で結晶基板４を固定する。
そして、ビーム源４２から塩素ラジカルビーム又は塩素
イオンビームを加熱状態の基板４に１０分間供給するこ
とによって所望のパターン形成領域のＧaＡs酸化膜を選
択的に除去する。その後、基板４の温度を下げ、基板搬
送機構３７により、同基板を気密搬送路３３を介してエ
ピタキシャル成長装置４５まで搬送し、同装置にトリメ
チルガリウム(ＴＭＧ)、トリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ)、アルシン（ＡsＨ₃）及びシラン(ＳiＨ₄）を供給し
て基板結晶の［２１-1］方向に量子井戸細線を形成し
た。

【００４０】本実施例によれば、実施例４の場合と同
様、ホトレジストの塗布やＳiＯ₂膜の選択的除去などの
大気中での作業を解消することが可能となり、好ましく
ない不純物の付着による量子井戸細線構造の特性劣化や
導通不良の発生を激減させることが出来た。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、露光パターンの方位と
被露光結晶基板の特定の結晶方位とを精密に合わせるこ
とが出来るので、作製した量子井戸細線構造の電子移動
度を高く保つとともに、その特性変動を少なくすること
が可能となる。また、単結晶基板内で高密度にレイアウ
トされたラインセンサ等の細長いチップを正確に切り出
すことが可能となるので、製造原価を著しく低減するこ
とが出来る。更に、本発明によれば、パターン露光装置
とエピタキシャル成長装置とを組み合わせて使用するこ
とが出来るので、結晶基板を大気に曝さない状態で量子
井戸細線構造やラインセンサを一貫製造することが可能
となり、好ましくない不純物付着による特性劣化や導通
不良を激減させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るパターン露光装置の第１の実施例
を示す全体構成図。

【図２】図１の実施例の基板位置合わせ部を示す平面
図。

【図３】図１の実施例を用いた位置合わせの手順を示す
フローチャート。

【図４】本発明による位置合わせの原理を説明するため
のＸ線回折像。

【図５】本発明に係るパターン露光装置の第２の実施例
を示す全体構成図。

【図６】本発明に係るパターン露光装置の第３の実施例
を示す全体構成図。

【図７】本発明に係るパターン露光装置の第４の実施例
を示す全体構成図。

【図８】従来技術によって量子井戸細線構造を作製する
場合の第１過程を説明するための結晶基板の断面図。

【図９】図８の結晶基板の平面図。

【図１０】従来技術によって量子井戸細線構造を作製す
る場合の第２過程を説明するための結晶基板の断面図。

【図１１】従来技術によって作製した量子井戸細線構造
を示す断面図。

【図１２】図１１の量子井戸細線構造の表面構造を示す
部分拡大図。

【図１３】従来技術によって作製したラインセンサの構
造を示す断面図。

【図１４】図１３のラインセンサのチップ配列を示す結
晶基板の平面図。

【図１５】図１４の部分拡大図。

【符号の説明】

１…ＸＹステージ２１…露光用
電子線源２…補正駆動手段２２…偏向系３…ウエハチャック２３…結晶方
位観察用電子線源４…被露光結晶基板２４…電子線
検出器５…投影光学系２５…気密容
器６…レチクル３１…酸素プ
ラズマ源７…照明系３３…気密搬
送路８…光源３４…基板加
熱機構９…Ｘ線源３５…成長物
質蒸発源１１…Ｘ線検出器４１…酸素
ガス導入口１３…オリエンテーションフラット４２…塩素
ビーム源１４…オリエンテーションフラット検出器４３…水素
ガス導入口１５…搬送ベルト４４…原料
ガス導入口１８…ウエハキャリア

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮崎勝東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者草野忠四郎東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被露光結晶基板の位置合わせ機構が基板結
晶の回折像を利用した方位微調整手段を有することを特
徴とするパターン露光装置。
【請求項２】上記微調整手段はＸ線回折像を利用するも
のであることを特徴とする請求項１に記載のパターン露
光装置。
【請求項３】上記微調整手段は電子線回折像を利用する
ものであることを特徴とする請求項１に記載のパターン
露光装置。
【請求項４】上記微調整手段は０.００５度以下の回転
角度補正機能を有するものであることを特徴とする請求
項１乃至請求項３のいずれか一に記載のパターン露光装
置。
【請求項５】位置合わせ機構を含むパターン露光系が酸
化膜形成手段及び酸化膜選択除去手段を備えた気密容器
内に収納されていることを特徴とする請求項１乃至請求
項４のいずれか一に記載のパターン露光装置。
【請求項６】上記酸化膜形成手段は酸素プラズマによっ
て被露光結晶基板の表面に酸化膜を形成するものである
ことを特徴とする請求項５に記載のパターン露光装置。
【請求項７】上記酸化膜形成手段は酸素雰囲気中で被露
光結晶基板を加熱して当該基板の表面に酸化膜を形成す
るものであることを特徴とする請求項５に記載のパター
ン露光装置。
【請求項８】上記酸化膜選択除去手段は電子線照射を利
用するものであることを特徴とする請求項５乃至請求項
７のいずれか一に記載のパターン露光装置。
【請求項９】上記パターン露光系は電子線照射を利用す
るものであり、かつ、当該露光系は上記酸化膜選択除去
手段として兼用されるものであることを特徴とする請求
項８に記載のパターン露光装置。
【請求項１０】上記酸化膜選択除去手段は塩素ガスビー
ム照射を利用するものであることを特徴とする請求項５
乃至請求項７のいずれか一に記載のパターン露光装置。
【請求項１１】パターン露光系を収納する上記気密容器
が気密の結晶基板搬送路を介してエピタキシャル成長装
置と接続されていることを特徴とする請求項５乃至請求
項１０のいずれか一に記載のパターン露光装置。
【請求項１２】上記エピタキシャル成長装置が分子線エ
ピタキシャル成長装置であることを特徴とする請求項１
１に記載のパターン露光装置。
【請求項１３】上記エピタキシャル成長装置が有機金属
気相エピタキシャル成長装置であることを特徴とする請
求項１１に記載のパターン露光装置。
【請求項１４】上記結晶基板搬送路は上記気密容器と上
記エピタキシャル成長装置との間の連通を開閉するため
の手段を有することを特徴とする請求項１１乃至請求項
１３のいずれか一に記載のパターン露光装置。