JPH08153773A

JPH08153773A - 基板ホルダ、基板の保持方法、基板処理装置、基板の処理方法、基板検査装置及び基板の検査方法

Info

Publication number: JPH08153773A
Application number: JP29614794A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Honma; 喜夫本間; Hideo Kudo; 秀雄工藤; Hisashi Masumura; 寿桝村; Toshihiko Imai; 利彦今井
Original assignee: Hitachi Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】基板表面の局所的平坦性を良好に保つことので
きる基板ホルダを提供すること。【構成】基板１４を設置するための基板ホルダ１１と、
基板１４を基板ホルダ１１に設置するための設置圧力を
調整するための圧力調整手段とからなり、圧力調整手段
を、設置圧力が、基板の径又は幅と同等以上の周期を持
つ凹凸を矯正可能の圧力以上で、基板の径又は幅の１／
３以下の周期と４０ｍｍ以下の周期とのいずれか小さい
方の周期を持つ凹凸を矯正できる圧力以下の範囲の値、
例えば、５から１５０ｇ／ｃｍ²の範囲の値になるよう
に調整するようにした基板ホルダ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度の半導体集積回
路や光磁気記憶装置等のための素子が設けられる平坦な
基板を保持するための基板ホルダ、そのような基板の保
持方法、基板表面に微細な模様を形成して加工するため
の基板処理装置、そのような加工を行う基板の処理方
法、基板表面を高精度に検査するための基板検査装置及
び基板の検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や光磁気記憶装置等のた
めの素子が設けられる基板表面に、光リソグラフィ技術
等を用いて感光性樹脂被膜の模様（以後パターンと記
す）を形成し、それに従って下地の表面を加工する基板
処理方法が、上記の素子等を形成するために、多数回繰
り返し行われる。また、基板上に形成されたパターンの
寸法の測定や付着した異物の大きさや個数の測定等も繰
り返し行われる。これらの基板処理や基板検査は、基準
となる基板ホルダ上に基板を設置して固定した上で行わ
れる。

【０００３】素子形成のための基板処理の際に、基板表
面を平坦に保つことの必要性については、例えばアイ・
イー・イー・イートランザクションズオンエレク
トロンデバイセズ第３８巻第１号（１９９１年）
６７頁〜７５頁（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ
ｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅｓ，ｖｏｌ．３
８ｐｐ６７〜７５（１９９１））に述べられている。
すなわち、より微細なパターンの形成には露光装置の光
源の短波長化とレンズの開口度の増加とが必要である。
しかし、これらはいずれも焦点深度を減少させる作用も
持つために、パターンを形成すべき基板表面に凹凸が存
在すると、最小解像寸法の増大を招いてしまう、すなわ
ち、返って微細なパターンが形成できなくなる。従っ
て、同一性能の装置でより微細なパターンを解像するた
めには、可能な限り基板表面を平坦化して凹凸を少なく
しなければならない。また検査装置においても、異物の
検出やパターン寸法の測定には微細なレーザー光を照射
してその反射光を計測する方法等が用いられるが、基板
表面に中周期凹凸が存在するとやはり精度が低下してし
まう。そのため、基板表面の中周期凹凸の低減は極めて
重要な課題としてその改善が図られてきた。

【０００４】ここで、中周期凹凸について説明する。近
年のリソグラフィ工程では縮小投影露光装置が用いられ
るが、この装置は基板全面を一度に露光するのではな
く、装置のレンズで制約される通常２０ｍｍ程度の直径
の円形の露光領域毎に所定のパターンを繰り返し露光す
る。従って一露光領域内の基板表面の凹凸が十分に小さ
ければ問題はない。例えば凹凸の値が大きくとも、その
周期が十分大きくて一露光領域内に限った凹凸の値が小
さければ差し支えない。目安としてこの一露光領域の径
又は幅の２倍以下の周期を持つ凹凸の場合にリソグラフ
ィ工程に悪影響を及ぼすので、一露光領域の径又は幅の
２倍以下の周期の凹凸を中周期凹凸と定義できる。円形
露光領域を考慮すれば、中周期凹凸とは４０ｍｍ以下の
周期を持つ凹凸となる。また、一般に集積回路は角形で
あるから、円形露光領域の内接正方形の幅の２倍すなわ
ち３０ｍｍ以下の周期の凹凸とも定義できる。なお、こ
のような定義は半導体集積回路製造に用いるシリコンウ
ェハの品質規格のうち、ＬＴＶ（局所厚さむら；Ｌｏｃ
ａｌＴｈｉｃｋｎｅｓｓＶａｒｉａｔｉｏｎ）に相
当する。一般に素子形成前の素子基板表面のＬＴＶ相当
の中周期凹凸は一露光領域内で０．１５ミクロン以下、
望ましくは０．１ミクロン以下であることが目標とされ
ている。また、基板の径又は幅と同等以上の周期を持つ
凹凸を長周期凹凸とする。

【０００５】従来、基板表面の中周期凹凸の低減に当た
っては、基板表面の研磨を高精度化するアプローチが主
に用いられてきた。例えば、１９９１年度精密工学会春
期大会学術講演会講演論文集の４８９頁には「シリコン
ウェハの鏡面仕上げ（第９報）」と題して高精度研磨装
置の開発と評価結果が述べられている。

【０００６】製造されたシリコンウェハ（基板）を処理
するに当たっては、基板には多かれ少なかれ長周期凹凸
が存在するために、平坦性が確認されている基板ホルダ
表面に沿って固定することによって長周期凹凸の成分を
除去して基板表面を平坦に保ち、例えば光干渉方式の測
定機等によって異物や平坦性を評価したり、パターンを
形成したりする。基板ホルダにシリコンウェハを設置す
る方法は、シリコンウェハと基板ホルダとの間に設けら
れた帯状又は柱状の突起によってシリコンウェハを支持
し、それ以外の部分は窪みを設けて空隙とし、そこを減
圧にする方法や静電チャック方式等が用いられる。

【０００７】減圧によって吸着する方法、いわゆる真空
吸着では、シリコンウェハ背面の空隙は通常の真空ポン
プ等によって排気されるので、シリコンウェハの表面と
裏面とではほぼ大気圧差、すなわち５００から１０００
ｇ／ｃｍ²程度の差圧が生じ、シリコンウェハはその差
圧によって基板ホルダに吸着されている。静電チャック
方式では、加える電圧によって設置圧を調整でき、おお
むね真空吸着と同程度の設置圧を用いている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の表面の中周
期凹凸の低減に対する方法は、基板表面の研磨を高精度
化することのみが着目され、基板裏面や基板を設置する
ための基板ホルダの凹凸又は基板を基板ホルダに設置す
る設置圧について配慮されていなかった。前述のように
基板ホルダへの設置圧についてはほぼ大気圧相当の圧力
又は排気のための配管系に空気漏洩等がある場合はその
分だけ低い圧力、例えば１／２程度の圧力が用いられて
いたという問題があった。

【０００９】本発明の第１の目的は、基板表面の局所的
平坦性を良好に保つことのできる基板ホルダを提供する
ことにある。本発明の第２の目的は、基板表面の局所的
平坦性を良好に保つことのできる基板の保持方法を提供
することにある。本発明の第３の目的は、基板表面の局
所的平坦性を良好に保って基板を処理するための基板処
理装置を提供することにある。本発明の第４の目的は、
基板表面の局所的平坦性を良好に保った基板の処理方法
を提供することにある。本発明の第５の目的は、基板表
面の局所的平坦性を良好に保って基板を検査するための
基板検査装置を提供することにある。本発明の第６の目
的は、基板表面の局所的平坦性を良好に保った基板の検
査方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の基板ホルダは、基板を設置するため
の基板ホルダと、基板を基板ホルダに設置するための設
置圧力を調整するための圧力調整手段とを有し、圧力調
整手段を、設置圧力が、基板の径又は幅と同等以上の周
期を持つ凹凸を矯正可能の圧力以上で、基板の径又は幅
の１／３以下の周期と４０ｍｍ以下の周期とのいずれか
小さい方の周期を持つ凹凸を矯正できる圧力以下の範囲
の値になるように調整するようにしたものである。

【００１１】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の基板の保持方法は、基板を基板ホルダ上に置
き、基板の径又は幅と同等以上の周期を持つ凹凸を矯正
可能の圧力以上で、基板の径又は幅の１／３以下の周期
と４０ｍｍ以下の周期とのいずれか小さい方の周期を持
つ凹凸を矯正できる圧力以下の範囲の設置圧力で、基板
を基板ホルダに固定するようにしたものである。この場
合、上記の設置圧力を越える圧力で、予め基板を基板ホ
ルダに固着して後、上記の設置圧力とすることが好まし
い。

【００１２】また、上記第３の目的を達成するために、
本発明の投影露光装置は、光源と、所望のパターンを有
するマスクを保持するための保持手段と、光源からの光
をマスクに照射するための光学系と、マスク上のパター
ンを基板上へ投影露光するための投影レンズ系と、基板
を設置するための上記のいずれか一に記載の基板ホルダ
とから構成するようにしたものである。

【００１３】また、上記第４の目的を達成するために、
本発明のパターン形成方法は、上記のいずれか一に記載
の基板の保持方法により基板を保持し、光を用いて、マ
スクのパターンを投影レンズを介して基板上に投影露光
する用にしたものである。

【００１４】また、上記第５の目的を達成するために、
本発明の基板検査装置は、光源と、上記のいずれか一に
記載の基板ホルダと、光源からの光を基板ホルダ上の基
板に照射するための光学系と、基板からの反射光を再び
基板に照射し、上記光と干渉させる手段と、干渉光を検
出する手段とから構成するようにしたものである。

【００１５】また、上記第６の目的を達成するために、
本発明の基板検査方法は、上記のいずれか一に記載の基
板の保持方法により基板を保持し、光を基板上に照射
し、基板からの反射光を再び基板に照射して上記光と干
渉させ、干渉光を検出して基板を検査するようにしたも
のである。

【００１６】このように、本願発明者らは、基板の表面
を平坦化するだけでは中周期凹凸の低減には有効でな
く、基板ホルダの設置圧力を制御する必要のあること、
すなわち、基板の中周期凹凸として検出される凹凸の大
部分は基板表面よりもむしろ基板の裏面に不規則に存在
し、基板が基板ホルダに設置された場合に、基板が変形
して基板裏面の凹凸が表面に反映されて中周期凹凸とし
て検出されることを見いだし、本発明に到ったものであ
る。

【００１７】以下、本発明の基板ホルダの一例を図１、
図２に示して説明する。図１は基板ホルダ１１上に基板
１４を設置した状態の断面図である。基板１４は、基板
ホルダ１１の柱状支持部１２ａ等に接触して支持されて
設置されている。基板ホルダ１１周辺には空気漏洩を遮
断又は抑制するための帯状支持部１３が設けられてい
る。接触した柱状支持部１２ａや非接触の柱状支持部１
２ｂ等の間の窪みの所々に設けられた排気孔１５を介し
て減圧されることにより、基板１４の表裏には差圧（設
置圧）が生じて、基板１４は基板ホルダ１１に設置され
ている。なお、このような細い柱状支持部を持つ吸着型
の基板ホルダをピンチャックと呼ぶ場合もある。

【００１８】長周期凹凸を矯正する圧力以上で、中周期
凹凸を矯正する圧力以下の範囲の圧力（以下、適正設置
圧という）で基板１４を基板ホルダ１１に設置した場
合、柱状支持部には基板１４の裏面と接触した柱状支持
部１２ａと非接触の柱状支持部１２ｂとが生じる。基板
１４の裏側にはプラスマイナス０．３μｍ程度の高さの
中周期凹凸が存在するためである。このような適正設置
圧によって設置されると、基板ホルダ１１の柱状支持部
の高さや間隔ばらつき又は基板１４の裏面の中周期凹凸
は、基板１４表面に反映されなくなり、基板１４表面の
中周期凹凸は大幅に低減される。

【００１９】図１の設置状態の上面図の概要を図２に示
す。排気孔１５は例えば柱状支持部１２相互の間の窪み
の部分の所々に複数個設けられている場合が多い。これ
に対して、従来は図３に示すように、適正設置圧よりも
大幅に大きな設置圧、例えば、５００ｇ／ｃｍ²以上の
設置圧を用いて設置していたために、基板１４の裏面と
基板ホルダ１１の柱状支持部１２のほとんどが接触する
状態となって、基板１４の裏面が柱状支持部１２表面に
沿って平坦化されてしまい、基板１４裏面の中周期凹凸
や支持部ばらつきの影響が表面に反映されていた。

【００２０】基板ホルダに対して基板を設置させるため
の圧力を様々に変化させて、各設置圧毎の基板の表面平
坦性を測定した結果、長周期凹凸は矯正するが中周期以
下の短い周期の凹凸は矯正しない圧力範囲の領域が存在
することが分かった。望ましくは１０ｇ／ｃｍ²から１
５０ｇ／ｃｍ²の範囲、より望ましくは１０ｇ／ｃｍ²か
ら１２０ｇ／ｃｍ²の範囲、さらに最も望ましくは１０
ｇ／ｃｍ²から１００ｇ／ｃｍ²の範囲の適正設置圧で、
可能な限り低い値を用いれば基板１４の長周期凹凸を矯
正して基板ホルダ１１に設置させるには十分であるが、
基板１４の中周期凹凸は矯正されずに、基板１４が基板
ホルダ１１に設置される。このように設置圧が問題とな
るのは、用いられる基板１４が直径１００ｍｍ以上、厚
さは１〜２ｍｍ程度と、直径／厚さの比が５０倍又はそ
れ以上と大きく、変形し易いために起こる。

【００２１】また、大きな設置圧で基板を基板ホルダに
設置して後に、設置圧を減少させることにより、設置の
効率を殆ど低下させることなく、基板表面の平坦性を向
上させられる。この方法を用いた場合には適正設置圧
は、望ましくは５ｇ／ｃｍ²から１５０ｇ／ｃｍ²の範
囲、より望ましくは５ｇ／ｃｍ²から１２０ｇ／ｃｍ²の
範囲、最も望ましくは５ｇ／ｃｍ²から１００ｇ／ｃｍ²
の範囲となる。

【００２２】大きな設置圧とは、上記適正設置圧の上限
を越える設置圧でもよく、また、適正設置圧の比較的高
い値でもよい。このような設置圧で、一旦基板ホルダに
基板を設置した後、再度それよりも低い適正設置圧に調
整することによっても平坦性をより改善できることも見
いだした。

【００２３】基板ホルダに対する設置圧を発生させる方
法としては、基板表面と裏面とで空気圧力の差圧を設
け、その値を調整する方法やいわゆる静電チャックの電
圧を調整すること等が考えられるが、設置圧を上記の適
正設置圧の範囲内に調整できさえすればよい。

【００２４】

【作用】一般に薄くて長周期凹凸を有する基板につい
て、その反りを矯正するに必要な圧力の求め方について
は材料力学の分野で解明されている。例えば、川田著
「材料力学−基礎と強度設計ー」、第１４章（裳華房、
昭和４０年４月１日発行）には、基板に均等な圧力を加
えて反りを矯正するために必要な圧力Ｐの値は以下の式
によって求められることが述べられている。

【００２５】Ｐ＝｛Ｂ×６４×（１＋Ａ）×Ｄ｝／｛（５＋Ａ）×Ｌ⁴｝式（１）ここで、Ｄ＝Ｅ×ｈ³／｛１２×（１−Ａ²）｝式（２）ただし、Ｂは基板の反り、Ａは基板を構成する主材料の
ポアソン比、Ｌは基板の半径又は狭い方の幅の１／２、
Ｅは基板を構成する主材料のヤング率、ｈは基板の厚さ
を表す。

【００２６】この式によれば、長周期凹凸を矯正するに
必要な圧力Ｐは基板の大きさや厚さ、主構成材料の機械
特性（ヤング率やポアソン比）に依存して変化する。例
えば、基板が直径１００ｍｍ、厚さ０．５５ｍｍのシリ
コン（Ｓｉ）円板で、中心部が４０ミクロン程度の凸形
状に反っている（本発明でいう長周期凹凸に相当）場
合、シリコンのヤング率を１．７３６×１０⁶ｋｇ／ｃ
ｍ²、ポアソン比を０．２６２とすると、式（１）によ
って得られる圧力Ｐは約２．５ｇ／ｃｍ²である。すな
わち、原理的には２．５ｇ／ｃｍ²の設置圧を加えれば
反りを矯正しながら基板を基板ホルダに設置できること
になる。

【００２７】しかし、発明者らの検討によれば、基板を
構成する材料が単結晶シリコンのような均一性に優れた
材料であっても反りの形状は均一ではなく、実際には式
（１）から得られる値の設置圧を加えただけでは、基板
を安定に基板ホルダに設置することは困難であることが
分かった。基板裏側の凹凸と基板ホルダとの隙間からの
空気漏洩や、局所的な長周期凹凸のばらつき等が存在す
るためと推測される。

【００２８】また、基板が半導体集積回路の製造に用い
られるシリコンウェハのような均一性に優れたものであ
っても、その長周期凹凸は基板毎に異なり、また集積回
路用素子の製造工程を経る毎に変化してしまう。本来は
個々の基板毎に、又は製造工程毎に式（１）及び式
（２）を用いて圧力Ｐを求め、適正設置圧の範囲を決め
て設定を調整することが望ましい。しかし、この方法は
煩雑な場合もあるため、より簡便な実用的な方法が望ま
れる。

【００２９】そこで多種の基板について設置圧力を変化
させてその都度表面の平坦性を測定した結果が、前述の
圧力範囲である。その範囲はおおむね式（１）から求め
られる圧力Ｐの３から５０倍に相当し、可能な限り低い
値を用いることが望ましいことが分かった。

【００３０】さらに、大きな設置圧で基板を基板ホルダ
に設置し、しかる後に設置圧を減少させて適正設置圧の
値とすることにより、設置の効率を殆ど低下させること
なく、基板表面の平坦性を向上させられることが分かっ
た。加えて、この方法を用いた場合には適正設置圧の下
限が広がり、式（１）から求められる値の１．５倍から
５０倍程度の設置圧であれば実際上問題ないことを見い
だした。すなわち、望ましくは５ｇ／ｃｍ²から１５０
ｇ／ｃｍ²の範囲、より望ましくは５ｇ／ｃｍ²から１２
０ｇ／ｃｍ²の範囲、最も望ましくは５ｇ／ｃｍ²から１
００ｇ／ｃｍ²の範囲が適用できることが分かった。

【００３１】基板ホルダへの基板の設置圧を適正設置圧
の範囲内に保つことにより、基板の反り等の長周期凹凸
は矯正されるが、中周期凹凸（例えば、数十ｍｍ以下の
周期）は矯正されない。従って基板と基板ホルダの支持
部との間は必ずしも密着するとは限らず、いわゆる表面
基準の保持状態となる。この様な状態においては基板の
表面は裏面の凹凸の影響を受けることが殆ど無くなり、
同一平坦性規格の基板であっても実効的な表面平坦性は
ほぼ３倍にも向上する。

【００３２】

【実施例】

〈実施例１〉図１を用いて説明する。基板１４として直
径１２５ｍｍ、厚さ０．６３ｍｍのＳｉウェハを用い
た。基板ホルダ１１には柱状支持部１２ａ、１２ｂとし
て、高さ０．３ｍｍの円柱状突起が規則的に配置され、
周囲を柱状支持部１２ａ、１２ｂとほぼ同じ高さの帯状
支持部１３で取り囲み、柱状支持部１２ａ、１２ｂの相
互の間の所定の位置に排気のための排気孔１５を設けた
形状のものを用いた。排気孔１５は真空ポンプと設置圧
調整器（図示せず）に接続されている。柱状支持部に
は、基板裏面の凹凸により、基板裏面と接触した柱状支
持部１２ａと非接触の柱状支持部１２ｂとができる。

【００３３】図１のように基板１４を基板ホルダ１１上
に置き、設置圧を変化させて、基板１４の中心を通る線
上について表面形状の変化を測定した。次に両外側の１
０ｍｍ幅領域を除き、内側を１５ｍｍ幅毎の７領域に区
分して領域内の凹凸高さの最大値を求めた。この基板１
４では外部から力を加えられていない状況で中央部が約
８０ミクロンの凸形状であった。従って式（１）から得
られる圧力Ｐは約３ｇ／ｃｍ²となる。そのおよそ３倍
から５０倍という適正設置圧は９から１５０ｇ／ｃｍ²
となる。

【００３４】表１に各設置圧における１５ｍｍ幅領域中
の凹凸を測定して、その最小値と最大値、平均値及び凹
凸高さが０．１５ミクロン以下であった領域の数を求め
た一例を示す。また、図５はウェハの設置圧とウェハ表
面凹凸及び歩留まりの関係を示す図である。図のよう
に、ウェハの設置圧を上げると表面凹凸は増加し、ま
た、領域内の凹凸が０．１５ミクロン以下のものが得ら
れる歩留まりは減少する。設置圧が１５０ｇ／ｃｍ²以
下であれば、凹凸を０．１５ミクロン以下に保つた基板
を約８０％以上の歩留まりで得ることができる。これ
は、上述の式（１）から得られる圧力の５０倍である１
５０ｇ／ｃｍ²という設置圧ともほぼ一致する。また、
設置圧を１２０ｇ／ｃｍ²以下とすれば、歩留まりは約
９０％以上となるのでより好ましく、設置圧を１００ｇ
／ｃｍ²以下とすれば、歩留まりは約９５％以上となる
ので最も好ましい。

【００３５】

【表１】

【００３６】なお、本測定に用いた基板１４はＬＴＶの
保証値がプラスマイナス０．３ミクロンであるシリコン
ウェハの群の中から無作為に抜き取ったものである。前
述のように、従来は設置圧５００から１０００ｇ／ｃｍ
²程度の条件で、基板を基板ホルダに設置して測定して
いる。例えば、８８０ｇ／ｃｍ²程度の条件下ではウェ
ハ表面のＬＴＶ相当の中周期凹凸は測定した７領域中の
３領域で０．１５ミクロンに保たれてはいない。これに
対して、１０から１５０ｇ／ｃｍ²、望ましくは１０か
ら１２０ｇ／ｃｍ²、最も望ましくは１０から１００ｇ
／ｃｍ²の範囲の設置圧によって、このようなＳｉウェ
ハを基板ホルダに設置して用いれば、全領域にわたって
表面のＬＴＶ相当の中周期凹凸を０．１５ミクロン以下
に保つた領域を良好な歩留まりで得ることができた。

【００３７】〈実施例２〉実施例１と同様な図１に示し
た基板ホルダ１１と、長周期凹凸が１００ミクロン程度
と大きい基板１４とを用いた。実施例１から解るよう
に、設置圧はできるだけ小さな値の方が基板表面の平坦
性が向上するために、５ｇ／ｃｍ²の設置圧で基板を基
板ホルダに設置しようとしたが、設置圧が弱いために、
基板ホルダ１１に基板１４が吸い付けられず、設置でき
ない場合が頻発した。

【００３８】そこでまず、８００ｇ／ｃｍ²の設置圧で
基板１４を基板ホルダ１１に吸い付け、次いで設置圧を
弱めて５ｇ／ｃｍ²とした。その結果、基板ホルダ１１
に対して基板が設置されない場合の発生頻度は１／１０
以下に減少し、能率の低下を防ぐことができた。なお、
設置圧をきわめて低くした場合は、基板１４を基板ホル
ダ１１に安定に設置することが困難な場合が多かった。

【００３９】〈実施例３〉基板１４として実施例１及び
２と同等のものを用いた。すなわち、基板１４としては
直径１２５ｍｍ、厚さ０．６３ｍｍのＳｉウェハを用い
た。基板ホルダとしては、静電チャック方式のものを用
いた。図４に示すように、誘電体層１８表面が中心電極
１６を覆った形状となっており、誘電体層１８表面の高
さがそれを取りまく周辺電極１７の表面高さとほぼ等し
くなるように設置されている。中心電極１６と周辺電極
１７とにまたがるように基板１４を設置し、中心電極１
６と周辺電極１７との間に直流電源１９が接続されてい
る。

【００４０】直流電源１９による印加電圧を調整して設
置圧を１０から１５０ｇ／ｃｍ²に、より好ましくは１
０から１２０ｇ／ｃｍ²に保ったところ、実施例１と同
様な平坦性の測定結果が得られ、適正設置圧の範囲内に
保って設置することが平坦性確保の上で有効であること
が分かった。

【００４１】なお、８００ｇ／ｃｍ²の設置圧で基板１
４を基板ホルダに吸い付け、次いで設置圧を弱め５ｇ／
ｃｍ²とするなら、弱い設置圧で基板１４を基板ホルダ
に安定に設置できる。この場合は、設置圧を５から１５
０ｇ／ｃｍ²に保つことが好ましく、５から１２０ｇ／
ｃｍ²に保つことがより好ましく、５から１００ｇ／ｃ
ｍ²に保つことが最も好ましい。

【００４２】〈実施例４〉光リソグラフィ技術を用いて
感光性樹脂被膜のパターンを形成し、それに従って下地
の表面を加工する基板処理方法とそれに用いた基板処理
装置について説明する。縮小投影露光装置の基板ホルダ
に、実施例１及び２に示した真空吸着方式のものを配置
した。基板として実施例１及び２に示したＳｉウェハ
に、熱酸化により表面に厚さ０．６μｍのＳｉＯ₂膜形
成し、その上に厚さ１μｍのポジ型ノボラック系のフォ
トレジスト膜を形成したものを準備した。

【００４３】このＳｉウェハを基板ホルダ上に置き、設
置圧を５から１５０ｇ／ｃｍ²として、ｉ線による露光
を行い、通常のリソグラフィ技術により、約０．４μｍ
径の穴を形成した。この穴から下のＳｉＯ₂膜を加工
し、良好な形状の穴が形成できた。

【００４４】低い設置圧、例えば、５ｇ／ｃｍ²から１
０ｇ／ｃｍ²程度とするときは、実施例２のように、ま
ず８００ｇ／ｃｍ²程度の大きな設置圧で１度基板を基
板ホルダに吸い付けて後、上記の設置圧にすることが有
効である。また、基板ホルダとして、真空吸着方式のも
のを用いたが、静電チャック方式のものを用いても同様
の効果が得られた。

【００４５】〈実施例５〉図６を用い、ウェハ表面の平
坦性を検査する方法とそれに用いた平坦性検査装置につ
いて説明する。基板１４として実施例１及び２と同等の
ものを用いた。すなわち、基板１４としては直径１２５
ｍｍ、厚さ０．６３ｍｍのＳｉウェハを用い、基板ホル
ダ１１として、真空吸着方式のものを用いた。排気孔１
５を介して減圧することにより、基板１４は真空ホルダ
１１表面に吸着される。

【００４６】図６の平坦性検査装置において、平行光源
５７を出た光は第３のレンズ５６、ハーフミラー５３、
第１のレンズ５２、参照ハーフミラー５１を介して基板
１４に平行光線として照射され、高平坦性ミラー５０で
反射して再度参照ハーフミラー５１と第１のレンズ５２
を通過する。ここで、反射して戻ってきた光は基板１４
表面と参照ハーフミラー５１との間で干渉効果を生じ、
基板１４表面の凹凸に応じた縞模様を生じる。これをハ
ーフミラー５３で反射させて第２のレンズ５４を通過さ
せてスクリーン５５に結像させる。このように基板１４
に対して光を斜め（角度β）から入射させる方式を斜入
射式という。

【００４７】図６に示した光干渉方式の平坦性検査装置
によって、市販の静電容量方式の厚さ測定器による測定
で中周期凹凸が０．１５ミクロン以下であると保証され
た基板１０枚について、設置圧を５〜１５０ｇ／ｃｍ²
にして表面凹凸を測定したところ、基板の全てについて
中周期凹凸は０．１５ミクロン以下となり、全部につい
て問題ない結果となり、静電容量方式の測定結果と一致
した。なお、上記の設置圧の弱い部分については、実施
例２のように、２段階に設置圧を設定した。

【００４８】一方、従来行われていたように、設置圧を
７００〜９００ｇ／ｃｍ²程度として検査したところ、
中周期凹凸が０．１５ミクロンを超えるものが２枚発生
し、不合格となった。吸着圧が強すぎた場合について、
不合格の基板が発生した理由としては、基板裏面の凹凸
が表面に反映した可能性と、基板自身が変形した可能性
と、基板ホルダ表面自身にも若干の中、長周期凹凸が存
在し、基板自身の凹凸に加算された可能性等が考えられ
る。ただし、基板裏面の全体にわたって高精度に凹凸を
測定することは困難であり、また基板ホルダ表面の柱状
支持部（図６には図示せず）の頂部全体の平坦性を０．
０１ミクロン以下の誤差で測定することは困難であるの
で、確認できない。

【００４９】図６に示した光干渉式平坦性検査装置は、
静電容量方式よりも微小部分についてまで凹凸（厚さム
ラに相当する）を高速で測定できるという利点を持ち、
かつ、静電容量方式の測定器による測定結果との整合性
も得られ、実際の基板処理条件に近い条件で平坦性を検
査できるので、測定結果の信頼性も高いという利点があ
る。なお、基板ホルダとして、真空吸着方式のものを用
いたが、静電チャック方式のものを用いても同様の効果
が得られた。

【００５０】なお、以上述べた方法と別に、基板１４裏
面の平坦性を向上させることも有用である。基板裏面の
凹凸は、表面の凹凸よりも遥かに大きいからである。基
板裏面の場合には、微小周期（周期が図１に示した基板
ホルダ１１の柱状支持部１２ａ、１２ｂの設置のピッチ
よりも小さい、例えば、１ｍｍ以下の周期）の凹凸成分
は無視でき、中周期凹凸のみを低減すれば良い。例え
ば、基板がＳｉウェハである場合、表面は鏡面研磨され
ているのに対して、裏面は梨地状で周期がミクロン乃至
数ミクロン程度の周期の微小周期凹凸と中周期凹凸とが
重なり合っている。微小周期の凹凸は、基板表面の凹凸
に殆ど影響を及ぼさない。基板裏面の形状測定結果にフ
ィルタ処理を施すことによって中周期凹凸の値のみを取
り出すことができる。それによるとシリコンウェハ裏面
にはプラスマイナス０．３ミクロン以上の高さの中周期
凹凸が存在する場合の多いことが分かった。従ってこの
ような中周期凹凸を除去すればＳｉウェハ表面の平坦性
を大幅に改善することができる。ただし、基板の裏面に
対しても研磨等の処理を施すことは基板の製造コストを
増加させてしまう。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、同
一の基板を用いた場合に、その表面凹凸を１／３以下に
低減することができる。また、全領域で凹凸が０．１５
ミクロン以下である基板を得る歩留まりが増加する。し
かも一個の基板ホルダによって多数枚の基板を処理する
訳であるから、基板ホルダの製造コストの上昇は殆ど問
題とならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基板ホルダの一実施例の断面図。

【図２】本発明の基板ホルダの一実施例の上面図。

【図３】従来の基板ホルダの断面図。

【図４】本発明の基板ホルダに静電チャックを用いた例
の断面図。

【図５】設置圧とウェハ表面凹凸及び歩留まりとの関係
を示す図。

【図６】基板表面の検査装置の一実施例の模式図。

【符号の説明】１１…基板ホルダ１２、１２ａ、１２ｂ…柱状支持部１３…帯状支持部１４…基板１５…排気孔１６…中心電極１７…周辺電極１８…誘電体層１９…直流電源５０…高平坦性ミラー５１…参照ハーフミラー５２…第１のレンズ５３…ハーフミラー５４…第２のレンズ５５…スクリーン５６…第３のレンズ５７…光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ 7735−4Ｍ (72)発明者工藤秀雄福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番信越半導体株式会社半導体白河研究所内 (72)発明者桝村寿福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番信越半導体株式会社半導体白河研究所内 (72)発明者今井利彦福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番信越半導体株式会社半導体白河研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を設置するための基板ホルダと、基板
を基板ホルダに設置するための設置圧力を調整するため
の圧力調整手段とを有し、該圧力調整手段は、設置圧力
を、基板の径又は幅と同等以上の周期を持つ凹凸を矯正
可能の圧力以上で、基板の径又は幅の１／３以下の周期
と４０ｍｍ以下の周期とのいずれか小さい方の周期を持
つ凹凸を矯正できる圧力以下の範囲の値に調整すること
を特徴とする基板ホルダ。
【請求項２】請求項１記載の基板ホルダにおいて、上記
基板ホルダは、基板を吸着するために、基板と基板ホル
ダの間を減圧にする機構を有し、上記圧力調整手段は、
該減圧の度合いを調整するための手段であることを特徴
とする基板ホルダ。
【請求項３】請求項１記載の基板ホルダにおいて、上記
基板ホルダは、基板を静電力により固定するために、誘
電体を介して設けられた正負の電極を有し、上記圧力調
整手段は、該正負の電極に印加する電圧を調整するため
の手段であることを特徴とする基板ホルダ。
【請求項４】請求項１から３のいずれか一に記載の基板
ホルダにおいて、上記圧力調整手段は、設置圧力を５ｇ
／ｃｍ²以上、１５０ｇ／ｃｍ²以下の範囲の値に調整す
る手段であることを特徴とする基板ホルダ。
【請求項５】請求項１から３のいずれか一に記載の基板
ホルダにおいて、上記圧力調整手段は、設置圧力を５ｇ
／ｃｍ²以上、１２０ｇ／ｃｍ²以下の範囲の値に調整す
る手段であることを特徴とする基板ホルダ。
【請求項６】基板を基板ホルダ上に置き、基板の径又は
幅と同等以上の周期を持つ凹凸を矯正可能の圧力以上
で、基板の径又は幅の１／３以下の周期と４０ｍｍ以下
の周期とのいずれか小さい方の周期を持つ凹凸を矯正で
きる圧力以下の範囲の設置圧力で、基板を基板ホルダに
固定することを特徴とする基板の保持方法。
【請求項７】請求項６記載の基板の保持方法において、
上記設置圧力を越える圧力で、予め基板を基板ホルダに
固着して後、上記設置圧力とすることを特徴とする基板
の保持方法。
【請求項８】請求項６記載の基板の保持方法において、
上記設置圧力は、１０ｇ／ｃｍ²以上、１５０ｇ／ｃｍ²
以下の範囲の値であることを特徴とする基板の保持方
法。
【請求項９】請求項６記載の基板の保持方法において、
上記設置圧力は、１０ｇ／ｃｍ²以上、１２０ｇ／ｃｍ²
以下の範囲の値であることを特徴とする基板の保持方
法。
【請求項１０】請求項７記載の基板の保持方法におい
て、上記設置圧力は、５ｇ／ｃｍ²以上、１５０ｇ／ｃ
ｍ²以下の範囲の値であることを特徴とする基板の保持
方法。
【請求項１１】請求項７記載の基板の保持方法におい
て、上記設置圧力は、５ｇ／ｃｍ²以上、１２０ｇ／ｃ
ｍ²以下の範囲の値であることを特徴とする基板の保持
方法。
【請求項１２】請求項６から１１のいずれか一に記載の
基板の保持方法において、上記設置圧力は、基板と基板
ホルダの間を減圧にすることにより生じることを特徴と
する基板の保持方法。
【請求項１３】請求項６から１１のいずれか一に記載の
基板の保持方法において、上記設置圧力は、静電力によ
り生じることを特徴とする基板の保持方法。
【請求項１４】光源と、所望のパターンを有するマスク
を保持するための保持手段と、光源からの光をマスクに
照射するための光学系と、マスク上のパターンを基板上
へ投影露光するための投影レンズ系と、基板を設置する
ための請求項１から５のいずれか一に記載の基板ホルダ
とを有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１５】請求項６から１３のいずれか一に記載の
基板の保持方法により基板を保持し、光を用いて、マス
クのパターンを投影レンズを介して基板上に投影露光す
ることを特徴とするパターン形成方法。
【請求項１６】光源と、請求項１から５のいずれか一に
記載の基板ホルダと、光源からの光を基板ホルダ上の基
板に照射するための光学系と、基板からの反射光を再び
基板に照射し、上記光と干渉させる手段と、干渉光を検
出する手段とを有することを特徴とする基板検査装置。
【請求項１７】請求項６から１３のいずれか一に記載の
基板の保持方法により基板を保持し、光を基板上に照射
し、基板からの反射光を再び基板に照射して上記光と干
渉させ、干渉光を検出して基板を検査することを特徴と
する基板検査方法。