JPH09237827A

JPH09237827A - 静電吸着装置及びそれを用いた電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JPH09237827A
Application number: JP4442396A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Sato; 秀寿佐藤; Toshimitsu Miyata; 敏光宮田; Masaru Matsushima; 勝松島; Norio Saito; 徳郎斉藤; Ryuichi Funatsu; 隆一船津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-03-01
Filing date: 1996-03-01
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】電子ビーム露光装置等の試料の静電吸着装置に
おいて、試料の保持力を高めると共に試料へ異物の付着
を軽減する。【解決手段】保持すべき試料１３と電極７との間に誘電
体層１０を挟んで試料１３と電極７との間に電圧１５を
印加することによって試料１３を誘電体層上面に吸着保
持する静電吸着装置において、誘電体層上面が高さ２μ
ｍ以上５０μｍ以下の段差をもつ複数の突起１１を設け
て形成される。また、この静電吸着装置を電子ビーム露
光装置の試料保持装置に使用する。【効果】保持面段差上面の面積を増加させずに吸着力を
増加、または吸着力の減少なしに保持面段差上面の面積
を減少させることができる。この結果、電子ビーム描画
装置での描画時に保持面に倣った吸着状態で描画でき、
かつ異物を挟み込む確率が低くなり、同時に電子ビーム
描画装置の描画精度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電吸着装置及び
それを用いた電子ビーム露光装置、更に詳しくいえば、
半導体装置の製造過程等において、電子ビームを用い
て、高密度微細パターンを半導体ウエーハ等の試料に露
光する場合、試料を静電力によって吸着保持するための
装置及びそれを使用する電子ビーム露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造過程等において、試料
（半導体ウエーハ）表面上に所望の形状寸法のパターン
を形成するため、電子ビーム露光装置が用いられること
が多い。特に、電子ビーム描画装置では、電子ビームの
偏向範囲に比較して、試料やレクティルの面積が大きい
ため、ステージで試料を移動させることにより試料上の
所定の位置に描画を行っている。上述のような電子ビー
ム描画装置では、ステージ上では試料が所望の位置以外
に動かないように試料を保持するための試料保持機構が
必要である。

【０００３】従来の試料保持機構は大きく分けて２つの
方式が知られている。１つは、バネ等を使用して試料を
ある基準面に機械的に押し当てる方式である。他の１つ
は、静電吸着現象を利用して、試料の裏面を帯電した誘
電体上に吸着させる方式である。静電吸着現象を利用し
た保持機構では、試料は静電吸着現象を利用してパレッ
トと呼ばれる保持面をもつ保持機構で吸着保持し、さら
にパレットの裏面とステージ間も静電吸着することによ
り、露光処理中にウエーハを所定の位置に保持している
ものが知られている（例えば、特開平２−３２９２５１
号公報）。

【０００４】しかし、静電吸着現象を利用した保持機構
の場合、試料の裏面と保持面との間に異物を挟み込む可
能性がある。異物を挟み込んだ場合には、試料上の異物
を挟み込んだ位置でのパターンの位置ずれが生じ描画の
位置誤差となったり、保持面を介して他の試料に異物が
付着する可能性がある。このような問題を解決するた
め、図４に示すような静電吸着装置が提案されている
（特開平４−３６７２４６号公報）。図４の静電吸着装
置では、電極７と試料１３との間に複数の突起をもつ高
誘電率の誘電体層１０を設け、電極７と試料１３との間
に、電圧発生装置１５からの電圧を切替スイッチ１６、
導通部１２等を介して加えている。ウエーハ１３を吸着
したい場合は、切替スイッチ１６を電極７と電圧発生装
置１５の正極側に接続し、吸着を止めるときにはアース
側に接続するように構成されている。従来の静電吸着装
置例では、誘電体膜の厚さ（突起の高さ）は5ｍｍ程度
に設定し異物の試料１３への付着の低減をはかってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の複数の突起
をもつ誘電体層を設ける静電吸着装置では、試料裏面へ
の異物の付着は低減されるが、誘電体層の全面で試料と
吸着する保持機構に比べ、試料の吸着力が著しく低下す
ることが明らかになった。

【０００６】また、吸着力が弱くても試料が理想的な平
面である場合には、試料は突起の試料と接する吸着面の
形状にならって吸着できる。しかし、試料が半導体ウエ
ーハである場合には、半導体装置の製造の過程では熱膨
張係数の異なる異種材料を数百度以上の高温で何層も膜
付けすることが多いので、図７に示すように、室温に戻
った際にはウエーハに熱応力による反りを生じて、試料
は吸着面の形状にならって吸着されない。このような場
合の反り量は５０μｍ以上になることもある。この半導
体装置の製造の過程にある半導体ウエーハを従来の突起
をもつ静電吸着保持面で吸着した場合、吸着力が弱いた
めに突起による保持面にならって吸着できない。さら
に、反りの形状がウエーハ中心部分で保持面に対し凸型
のときには、ウエーハ外周部分のみ吸着し、中心部分は
吸着できず、変形してしまう場合があった。この変形の
有無により半導体ウエーハ内の位置関係が異なる。特に
下地パターンに重ね合わせる場合、ウエーハ内の数点の
代表点でのみ位置を合わせるだけなので、描画されたパ
ターンの位置、配列、合わせ精度を低下させる原因とな
る。

【０００７】従って、本発明の目的は、微細パターンの
露光を長時間にわたって高精度かつ安定して行なうこと
のできる電子ビーム露光装置を提供することにある。

【０００８】本発明の他の目的は、保持すべき試料を大
きな保持力で保持することができ、かつ凸型の反りの大
きい試料でも保持面上面にならって平坦度良く吸着で
き、同時に試料への異物付着が防止できる静電吸着装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決する手段】上記目的を達成するため、本発
明によるは静電吸着装置は、電極の表面に誘電体層を設
け、保持すべき試料と上記電極との間に上記誘電体層を
挟んで電圧を印加することによって、上記試料を誘電体
層上の保持面に吸着保持する静電吸着装置において、上
記保持面を上記試料と接する接触面をもつ複数の突起及
び突起の周囲の溝部である試料と非接触面の両面で構成
した。すなわち、上記非接触面からも上記試料にに対し
て静電吸着力が有意に働くように上記突起の高さである
上記接触面と上記非接触面との段差を設定した。ここで
有意に働くとは、段差が０のときの吸着力に対して約５
％以上をいう。特に好ましい例では、段差を２μｍ以上
５０μｍ以下の範囲に設定する。上記接触面とは、上記
突起の試料側に近接する面を意味し、突起先端全部が平
面で試料に接する場合の外、一部が接する場合も含む。

【００１０】このように突起の高さを５０μｍ以下とす
ることによって、静電吸着装置の吸着力は上記接触面の
みならず、従来の装置では吸着力に寄与していなかった
非接触面からも生じる。また、２μｍ以上とすることに
よって、異物の試料への付着のを軽減できるので、静電
吸着力を強めると同時に異物の試料への付着の低減がで
きる。本発明の好ましい実施形態では、突起の上端であ
る試料との接触面の面積の総和が、試料保持面全体、す
なわち、上記誘電体層の吸着力が作用する面積の３０％
以下とする。この場合、吸着力を維持すると共に試料と
保持面間に挟み込む異物の個数を減らす効果がある。上
記複数の突起の分布、形状は特に限定されないが、静電
吸着装置の用途によっては、吸着力を上記保持面内で変
化させるために、複数の突起の分布密度、接触面の面
積、突起の高さ等を上記保持面内で変化させてもよい。

【００１１】本発明の静電吸着装置は、半導体装置の製
造で使用する電子ビーム露光装置における半導体ウエー
ハの保持装置として特に有効である。すなわち、電子ビ
ーム源からの電子ビームを真空試料室内の試料保持装置
に保持された半導体ウエーハ面照射して、所望の形状寸
法のパターン描画する装置において、上記試料保持装置
にを本発明の静電吸着装置を用いた場合、異物の半導体
ウエーハに付着を異物を軽減すると同時に、十分な保持
力を維持する。また、凸型の大きな反りを持った半導体
ウエーハに対しては、保持面における複数の突起密度、
接触面の面積、及び突起の高さを、中央部で吸着力が強
くなるように形成する。例えばかつ保持面の単位面積当
たりの突起部のウエーハとの接触面積を中心部で周辺部
より大きくなるようにする。あるいは同じ目的のため
に、保持面における段差が溝構造でかつ溝構造が格子状
に配置され、保持面の中心から離れるに従って格子の溝
の幅を等しいかあるいは広くする。これら装置は凹型の
大きな反りをもつ半導体ウエーハに対しても、吸着の点
で何ら問題を生じない。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。＜実施例１＞図１は本発明による静電吸着装置の一実施
例の構造を示す図である。また、図２は図１の上方向か
ら見た上面図を示す。図1に示すように、本実施例の静
電吸着装置は、パレットベースと呼ばれる板状の物体５
の上下部に厚さ２ｍｍ程度の誘電体膜１０ａ及び１０ｂ
が装着されている。パレットベース５は、例えば、アル
ミナ等の非導電性かつ非磁性セラミック材料で構成され
いる。また、パレットベース５の表面１８は化学ニッケ
ルメッキ等の処理を施し導電性を持たせている。本実施
例の誘電体膜１０ａ及び１０ｂはα型のＳｉＣを材料と
して構成されて、誘電体膜１０ａ及び１０ｂとパレット
ベース５との間には電極７が形成されている。さらに、
下面側の誘電体膜１０ａは、ステージのトップテーブル
と呼ばれる平坦度１μｍ以下の平面と静電吸着するた
め、誘電体膜１０ａの表面も平坦度２μｍ以下の平面に
加工されている。下面側の誘電体膜１０ａは、トップテ
ーブル面とのみ接するため、異物付着等の問題は生じな
い。

【００１３】誘電体膜１０ｂの上側は試料１３を吸着す
る保持面である。保持面は誘電体膜１０ｂの上面に試料
１３と接する面をもつ複数の突起１１−１と試料１３と
非接接触の面部１１−２からなる。複数の突起１１−１
の高さ（段差）は１０μｍである。突起は、図２に示す
様に、１ｍｍ角の島状になっており、この島状部分が試
料であるウエーハ１３との接触面である。また、その複
数の島状部分の相互間は幅の１ｍｍの溝構造となってい
るため、試料１３との接触面積は誘電体膜上面である保
持面全体の約25％である。図２で１９は誘電体膜１０ｂ
の位置決め用の突起部である。

【００１４】試料１３にアース電位を付加する接地用の
針１２が備えられている。針１２は吸着される試料１３
の表面から突き刺し試料１３表面を導線１４で接地して
いる。さらに、針１２はパレットベース５のメッキの施
してある導電性表面１８と接続されいて、共通導通部１
７を形成している。

【００１５】アース針１２及びパレットベース５の表面
は、導線１４を介して、電圧発生装置１５の負電極に接
続され、電極７はスイッチ１６を介して電圧発生装置１
５の正電極に接続されるように構成されている。試料１
３を吸着したい場合は、切替スイッチ１６を電極７と電
圧発生装置１５の正極側１６Ａに接続し、吸着を止める
ときにはアース側１６Ｂに接続するように構成されてい
る。

【００１６】図３は上記実施例の静電吸着装置を用いて
構成された本発明の電子ビーム露光装置の要部構成図で
ある。本実施例は電子ビーム露光装置の一つである電子
ビーム描画装置である。図において、１は電子ビーム照
射部で、電子ビーム源からの電子ビームをビーム成形用
絞り板に設けられた開口部に照射して、上記開口部のパ
ターン形状に上記電子ビームの断面形状を成形し、この
成形された電子ビームを試料１３表面上の所望の位置に
偏向して照射する。電子ビーム照射部１は従来よく知ら
れているものが使用されるので、詳細な説明は省く。試
料１３である半導体ウエーハは真空試料室２内の移動ス
テージ３上の静電吸着装置４に搭載されている。このよ
うな電子ビーム描画装置では、ウエーハ１３表面の電位
が変化するとウエーハ表面近傍での電子ビームの軌道が
曲げられ、描画位置が変化するのを防止するため、静電
吸着装置４の針１２の電位をアース電位にし、半導体ウ
エーハ１３表面の電位をアースにしている。

【００１７】上記本発明による静電吸着装置の動作と吸
着力について説明する。図１において、切替スイッチ１
６を正極側１６Ａに接続すると、電極７と導通部１７と
の間に電圧が印加される。このとき試料１３は導通部１
７と等電位で有るため、試料１３と電極７との間に下記
式に示す吸着力が働く。

【００１８】

【数式１】

【００１９】

【数式２】

【００２０】ここで、式（１）、（２）において、 ε₀：真空の誘電率 ε₁：誘電体１０の誘電率Ｖ：試料１３と電極７間の電位差ａ：段差の高さｂ：段差上面と試料１３の高さ（ｂ＝ｄ−ａ）ｄ：誘電体１０の厚さＳ１：段差上面の総面積Ｓ２：段差下面の総面積式（１）で示される力Ｆ１は、突起１１−１と試料１３
の接触面（保持面の段差上面全体）の吸着力であり、式
（２）で示される力Ｆ２は、非接触面１１−２（保持面
の段差下面全体）と試料１３と間での静電吸着力であ
る。

【００２１】本発明の静電吸着装置は、従来吸着に寄与
していなかった段差下面１１−２からの力Ｆ２を、突起
の高さ、すなわち段差を浅くすることによって、大きく
することで保持面全体での吸着力Ｆ１＋Ｆ２を高めてい
る。誘電体膜１０に使用されているα型ＳｉＣの比誘電
率は通常数百に達するので、比誘電率を１００とした段
差の高さａに対する吸着力Ｆ２の変化の計算値を図５に
示す。横軸は突起の高さａを示し、縦軸は突起の高さａ
が０のときの発生する吸着力を１００％として規格化し
た吸着力を示している。この結果、段差下面からの吸着
力は段差が２μｍのとき８３％、１０μｍのとき45％、
５０μｍのとき８％、１００μｍのとき3％程度であ
る。従来の例では段差は5ｍｍもあったため、段差下面
の吸着力はほぼ0％であった。そこで試料に対する吸着
力全体で比較すると、保持面での面積比が上面25％、下
面75％である本実施例では従来の例に比べ２倍以上の吸
着力を得ることができる。従来の１００μｍ段差で本発
明と同様の吸着力を得る場合、段差上面を保持面全体の
５０％以上にしなければならず、この場合異物を挟み込
む可能性が非常に高くなる。

【００２２】上述のように、誘電体の１０ｂの非接触面
１１−２に吸着力を働かせることにより、保持面の接触
面の面積を増加させずに吸着力を増加させる、あるいは
吸着力の減少なしに保持面の接触面の面積を減少させる
ことが可能となる。この結果、電子ビーム露光装置装置
で、保持面に倣った吸着状態で描画でき、かつ異物を挟
み込む確率が低下できかつ描画精度を向上できる。

【００２３】＜実施例２＞図６は本発明による静電吸着
装置の他の実施例における上面図である。なお、電圧印
加回路１５、１６、パレットベース５、電極７等の構成
は図１と同様である。本実施例は実施例１と同様突起１
１−１の高さが１０μｍであるα型ＳｉＣの誘電体を６
インチウエーハ用パレット５に搭載して構成されてい
る。その保持面の径は約150ｍｍである。本実施例で
は、保持面の中心部と周辺部分とで非接触面である溝の
幅を場所によって変えている。すなわち、保持面の中心
部分では、接触面が1ｍｍ角の島状で溝幅が1ｍｍである
ため、保持面での面積比が上面25％、下面75％である。
これに対し、外周部分では、段差上面が1ｍｍ角の島状
で溝幅が1ｍｍと2ｍｍで、かつ場所によって縦横の溝幅
が異なるため、保持面での面積比が上面が約17％あるい
は11％である。このとき単位面積当たりの吸着力は、全
面が吸着するときを100％とすると、中心部分で58％、
外周部分で58％あるいは54％である。吸着力の保持面内
の中心部分と外周部における吸着力の分布比率は、溝の
幅の変更は溝を削る幅を変えるだけで任意に変更でき
る。また、保持面内での中心部分と吸着力の分布は、溝
の深さはを変えることによっても任意に変更できる。こ
れらの、溝の幅、溝の深を設定する技術は、現在の機械
加工技術で容易に実施できる。

【００２４】上記第２の実施例の静電吸着装置の効果に
ついて説明する。半導体製造過程での熱応力により半導
体ウエーハには反りが生じる場合がある。この反りは、
図７に示す様に、保持面に対し凹凸２つの反り方があ
る。反りが保持面に対し凹型となっているときには、吸
着時に中心部分から徐々にウエーハ外周部分へと吸着が
進行していくため、問題とならない。しかし、従来の静
電吸着装置の使用時には半導体ウエーハの反りが保持面
に対し凸型で、特にウエーハの反り量が５０μｍから１
００μｍ以上になると、吸着時の半導体ウエーハ形状が
吸着装置の保持面に倣わないという問題が生じる。この
ときには半導体ウエーハの外周部分が先に吸着するた
め、ウエーハが図７に示す様に変形する。これに対し、
上記半導体吸着装置の第２の実施例のでは、保持面の中
心部の保持力が周辺部分の保持力より強く設定されてい
るので、反りが修正され、突起平面に沿った平面とな
る。

【００２５】＜実施例３＞図８は本発明による静電吸着
装置の更に他の実施例を示す上面図である。本実施例は
実施例１と同様突起１１−１の高さが１０μｍであるα
型ＳｉＣの誘電体を６インチウエーハ用パレット５の搭
載して構成されている。その保持面の径は約150ｍｍで
ある。この第３の実施例では、実施例１と突起の高さは
１０μｍである。そして突起は上面を保持面の中心から
の同心円に形成されている。相隣る同心円の間隔を保持
面の中心から離れるに従って広くしている。すなわち、
突起上面の面積を保持面の中心から離れるに従って狭く
小さくしている。この様な形状としても、第２の実施例
同様、保持面中心部の吸着力を大きくできる。

【００２６】以上述べた保持面を持つ静電吸着装置によ
って、試料１３の中心部分での吸着力を周辺部分よりも
大きくすることができる。この結果、中心部分の反りが
凸型でその量が５０μｍ程度ある半導体ウエーハでも保
持面にならって吸着可能となった。さらに、溝の深さを
中心部で浅く、周辺部で深くすることによっても、ウエ
ーハ中心部分での吸着力を周辺部分よりも大きくするこ
とは明らかである。

【００２７】この結果、電子ビーム描画装置等の電子ビ
ーム露光装置での試料を保持面に倣って、安定して吸着
できるため、描画精度等を向上できる。本発明によるは
上記実施例に限定されるものではなく、例えば本発明の
電子ビーム露光装置は、電子ビーム描画装置以外の装置
にも適用できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明により、保持面段差上面の面積を
増加させずに吸着力を増加させる、あるいは吸着力の減
少なしに保持面段差上面の面積を減少させることが可能
となる。この結果、電子ビーム描画装置等での描画時に
保持面に倣った吸着状態で描画でき、かつ異物を挟み込
む確率が低下でき、かつ描画精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による静電吸着装置の一実施例の概略構
成を示す図

【図２】図１の上方向から見た上面図

【図３】上記実施例の静電吸着装置を用いて構成された
本発明の電子ビーム露光装置の要部構成図

【図４】従来の静電吸着装置の構成図

【図５】突起の高さと吸着力の関係を示す図

【図６】本発明による静電吸着装置の他の実施例におけ
る上面図

【図７】半導体ウエーハの反りと従来の静電吸着装置へ
の吸着状態を示す図

【図８】本発明による静電吸着装置の更に他の実施例に
おける上面図

【符号の説明】

１…電子ビーム照射部、２…真空試料室、３…移動ステ
ージ、４静電吸着装置、５…パッレットベース、７…電
極、１０…誘電体、１１…保持表面、１２…アース針
（導通部）、１３…試料、１４…導線、１５…電圧発生
装置、１６…切り替えスイッチ、１８…パレットベース
表面。

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/30 ５４１Ｌ (72)発明者斉藤徳郎東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者船津隆一茨城県ひたちなか市市毛882番地株式会社日立製作所計測器事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】保持すべき試料と電極との間に誘電体層を
挟み上記試料と上記電極との間に電圧を印加することに
よって、上記試料を上記誘電体層上面に吸着保持する静
電吸着装置において、上記誘電体層上面が上記試料に接
する複数の突起と上記試料に非接触の溝部とからなり、
かつ上記試料に接する複数の突起先端面と上記溝部と段
差さが上記溝部からの静電力が上記試料に有意に働く高
さに設定されたことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項２】保持すべき試料と電極との間に誘電体層を
挟み上記試料と上記電極との間に電圧を印加することに
よって、上記試料を上記誘電体層上面に吸着保持する静
電吸着装置において、上記誘電体層上面が高さ２μｍ以
上５０μｍ以下の段差からなる複数の突起を有する保持
面をもつことを特徴とする静電吸着装置。
【請求項３】上記複数の突起の上記試料との接触面の面
積が上記誘電体層上面の試料保持面全体の３０％以下で
あることを特徴とする請求項１又は２記載の静電吸着装
置。
【請求項４】上記突起の上記試料との接触面の単位当り
の面積が上記誘電体層上面の中心から離れるに従って等
しいかあるいは小さく形成されたことを特徴とする請求
項１ないし３のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
【請求項５】上記複数の突起が上記誘電体層の中心部で
外周部より密に分布したことを特徴とする請求項１から
４のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
【請求項６】上記複数の突起が上記誘電体層面に格子状
の溝を設けることによって形成されたことを特徴とする
請求項１から５のいずれか一つに記載の静電吸着装置。
【請求項７】上記格子状の溝の幅が上記保持面の中心か
ら離れるに従って等しいあるいは広くなることを特徴と
する請求項６記載の静電吸着装置。
【請求項８】請求項１から７の一つに記載の静電吸着装
置を備えたことを特徴とする電子ビーム露光装置。