JPH11163103A - 半導体装置の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】横ずれを起こすことなしに光処理や平坦な加工
処理などを行うことができる半導体装置の製造方法およ
びそれに用いる製造装置を提供する。 【解決手段】壁部（２）より高さが高い複数の突起部
（３）を有する構造の固定台（１）上に、突起部（３）
を半導体基板の裏面に食込ませて、半導体基板を固定
し、露光や平坦化など各種処理を行って半導体装置を製
造する。 【効果】半導体基板の表面に傷や加工むらを生じること
がなく、半導体装置の各種パターンの凹部を研磨せず
に、パターンの凸部のみを研磨して平坦化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法および半導体製造装置に関し、詳しくは、高い精度
でアライメントで露光や研磨など各種処理を行って、高
性能の半導体装置を容易に製造することができる半導体
装置の製造方法およびそれに用いる半導体装置の製造装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】２５６ＭビットのＤＲＡＭ(Dynamic Ran
dom Access Memory)以上の高集積半導体装置を製造する
場合、許容焦点深度が浅い露光装置を用いて微細な回路
パターンを光学的に露光して転写することが行われる。
露光装置を用いて微細な回路パターンを露光転写する際
には、基板の被露光面が極めて平坦になるように、基板
を固定する必要がある。このような基板を平坦に固定す
る方法として、例えば、特許第２-５７４８１８号に記
載されているような、複数の突起を備えた真空吸着台が
知られているが、十分な平坦度は得られていない。

【０００３】さらに、露光後の各種プロセスを経て表面
に段差構造が形成された基板上に、許容焦点深度が浅い
露光装置を用いて、微細な各種パターンを光学的に露光
転写するためには、基板表面に形成されてあるパターン
を平坦化することが必要である。

【０００４】このような平坦化方法としては、特開平７
-３１４２９８号公報に記載されているように、加熱に
よって絶縁膜を軟化させるリフロー平坦化法、凸部を溶
かすエッチング法、および化学的かつ機械的に加工する
化学的機械研磨法(ＣＭＰ：Cheｍical Mechanical Poli
shing)等が従来から知られている。しかし、上記リフロ
ー平坦化法やエッチング法は、段差部分を局所的に平滑
にすることは一応可能であるが、露光装置の浅い焦点深
度の許容範囲を満たすほどの平坦度は得られないという
問題があった。

【０００５】しかし、上記化学的機械研磨法では、柔軟
な研磨板を半導体基板の表面に沿って均一な圧力で押し
当てて、基板表面と研磨板との間に研磨剤を挟んで基板
表面を研磨する方法であるため、上記リフロー平坦化法
やエッチング法に比べて高精度な平坦化が可能であるの
で、半導体製造工程へ盛んに導入されている。

【０００６】また、露光装置の吸着台と半導体基板との
間に介在する異物に起因する、露光転写時における回路
パターンの形成不良を解消するため、半導体基板を吸着
台の表面に滑らせて、吸着板の表面から塵挨微粒子を除
去した後、半導体基板を吸着台上に固定する方法が、特
公昭６０-１５１４７号に開示されている。

【０００７】さらに、平坦化加工のむらを解消するた
め、平坦化加工中に平坦化すべき基板を遊星運動させて
加工する方法が、特開平７-１３２８号に開示され、ま
た、真空吸着によって基板を保持し、この基板を研磨部
材に押し付けた後、真空吸着を開放して研磨を行う方法
が特開平５-２５１４１１号に開示されている。

【０００８】さらに、研磨屑を除去する複数の溝を有
し、曲げ剛性の高い研磨部材を用いることによって、半
導体基板表面の表面に形成された、半導体装置の微細な
凹凸パターンの凹部を研磨せずに凸部のみを研磨する方
法が、特開平７-３１４２９８号に開示されている。

【０００９】また、研磨部材と基板との間隙に研磨材を
十分に介在させるため、研磨部材の外周を囲って研磨剤
の研濁液の液溜まりを形成して平坦化加工する方法が特
公平７-７７５５号に記載されている。

【００１０】さらに、吸着台の真空チャック面の曲率を
任意に変えて基板を研磨する装置が特開平９-３８８５
８号に記載されている。

【００１１】また、半導体ウエハを平坦加工する方法と
して、表面張力の低減や脱気処理した液体を用いた冷凍
チャックによってウエハを固定し、このウエハの表面を
砥石で研削する方法が特開平９−００７９８６号に記載
されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の真空吸着台
は、（１）基板の裏面に連続的に接触する壁部と点在的
に接触する突起部がすべて同じ高さである、（２）基板
と連続的に接触する外周壁でのゴミの挟み込み確率を下
げるため、外周壁に丸みが付けられている、あるいは
（３）基板裏面の付着異物を吸着台に接触擦り除去する
動作を併用して基板を固定保持する、構造であった。こ
れらの構造を有する吸着台では、いずれも基板である略
円形状のウエハの外周端から３〜５ｍｍの領域は、半導
体装置の作成には使用ししない領域として、基板を固定
保持した時の平坦度の保証範囲外になっていた。

【００１３】一方、パターンの微細化とチップサイズの
拡大に対処して生産効率を向上させるため、ウエハの直
径は３００ｍｍ以上と大口径化し、しかも、１枚のウエ
ハの外周ぎりぎりの表面領域まで、微細な半導体素子を
高い収率で形成することが高い生産性を得るために要求
されてきた。また、露光装置で回路パターンを露光転写
するに際し、繰り返して行われる露光照射によって、露
光エネルギが基板に蓄積され、基板内の熱応力によって
基板が基板面に平行な面内で移動して、転写すべきパタ
ーンのアライメント誤差(整合誤差）を生じるという問
題があり、この問題の解決が半導体素子の歩留まり向上
に不可欠となってきた。

【００１４】．さらに、露光装置の焦点深度の裕度を上
げる方法として、化学的機械研磨法が半導体装置の製造
に導入され始めたが、この方法を用いた場合は、柔軟な
研磨部材で加工を行うと、基板の表面に形成されたパタ
ーンの凸部のみではなく、加工したくない凹部も加工さ
れてしまう加工むらの問題が生じ、パターンの凹部を加
工しない加工技術の確立が望まれている。

【００１５】この加工むら発生の現象は、研磨部材への
基板の押し当て圧力による加工時の加工面圧が高いほ
ど、基板表面の半導体装置の段差パターンの凸部間の間
隔が広いほど、および、研磨部材の剛性が高いほど顕著
である。この現象を低減するために加工面圧を下げる
と、加工能率が低下して加工時間が増大するという問題
があった。

【００１６】また、研磨部材を充分に柔軟な素材で構成
しないと、凝集した加工片や研磨剤の砥粒によって基板
表面に傷が付いてしまうという問題があった。さらに
は、研磨剤が懸濁された加工液に含まれた気泡が基板表
面と研磨板との間に侵入し、基板表面の凹凸に応じてそ
の面積が変化するため、加工速度が変動して加工むらが
生じるという問題が明らかになった。

【００１７】本発明者の検討によれば、半導体装置の製
造において化学的機械研磨法を用いた場合、半導体装置
を構成するための種々のパターンが形成され、積層され
ている基板の表面の形状によって研磨加工精度が左右さ
れ、特に、研磨部材の剛性を高めると、数ｍｍ〜数１０
ｍｍの周期で基板の表面に存在する数１０ｎｍ以下の形
状が加工ムラに現われることが明らかになった。したが
って、このような基板の表面形状の影響を無くし、極め
て高精度に半導体装置を製造することができる製造方法
を開発することが必要である。

【００１８】また、基板を吸着台に平坦に固定し、研磨
部材に接触させて平坦化加工する際に、研磨部材と基板
表面との加工時の摩擦力により、基板が吸着台上で滑る
現象が見い出された。さらには、吸着力を開放させた
り、研磨部材からの相対な加工力で遊星運動回転させる
方法の場合も、基板と研磨部材との境界の制御が難しい
相互の力によって回転運動が支配されてしまうため、回
転運動の動きが一様でなくなり、加工速度が均一になら
ず、基板を平坦化加工する際の加工むらの原因となるこ
とが明らかになった。

【００１９】本発明の目的は、従来技術の上記問題点を
解決し、半導体基板に露光時の照射エネルギが蓄積され
ても、固定台上で半導体基板が横移動することなく、高
いアライメント精度を維持して、基板の表面に塗布され
た感光剤膜の全域に高精度に微細パターンの潜像を形成
することができる半導体装置の製造方法およびそれに用
いる製造装置を提供することにある。

【００２０】本発明の他の目的は、基板の表面上に形成
された各種パターンの凹凸部の高さや間隔が異なって
も、基板の表面形状の影響を受けることなしに、上記各
種パターンの一部を除去することができる半導体装置の
製造方法およびそれに用いる製造装置を提供することに
ある。

【００２１】本発明のさらに他の目的は、半導体基板の
表面に傷や加工むらを生じることなく、かつ、各種パタ
ーンの凹部を加工することなしに、凸部のみを加工し
て、高性能な半導体装置を形成することができる半導体
装置の製造方法およびそれに用いる製造装置を提供する
ことにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の、本発明の半導体装置の製造方法は、壁部および当該
壁部に包囲された当該壁部より高さが高い複数の突起部
が表面に形成された固定台上に半導体基板を配置し、当
該半導体基板の裏面が上記壁部に接触し、かつ、上記複
数の突起部が上記半導体基板の裏面に所定深さだけ埋没
するように、上記半導体基板を上記固定台上に保持し
て、上記半導体基板に所定の処理を行うことを特徴とす
る。

【００２３】すなわち、上面の縁部に沿って形成された
帯状の壁部およびこの壁部によって包囲された複数の突
起が形成された固定台の上面上に、処理すべき半導体基
板が、当該半導体基板の裏面が上記壁部に接触し、か
つ、上記複数の突起部が上記半導体基板の裏面に所定深
さだけ埋没するように固定されて、各種処理が行われ
る。上記複数の突起部が上記半導体基板の裏面に所定深
さだけ埋没するようにして半導体基板を固定することに
よって、露光照射エネルギの蓄積による熱応力による半
導体基板の横ズレや半導体基板の横方向の移動が防止さ
れるなど、良好な固定が可能になる。しかも、上記突起
の高さが上記壁部の高さより高いので、上記突起が上記
半導体基板の裏面に埋没しても、半導体基板の内側が下
方に彎曲することはなく、十分な平坦度が保たれる。

【００２４】その結果、上記半導体基板のうち、面取り
加工された外周端部分を除く表面全域が０.３μｍ以下
の平坦度で上記固定台上に保持される。

【００２５】上記所定深さは０．１μｍ以上０．５μｍ
以下とすることによって好ましい結果が得られる。

【００２６】半導体基板をこのように固定台上に固定し
た後、上記半導体基板上に形成されたレジスト膜に所定
のパターンを露光法によって形成したり、あるいは上記
半導体基板の表面に形成された段差を研磨法によって平
坦化するなど、各種処理を行うことができる。この平坦
化する処理は、例えば、上記半導体基板の表面上に形成
されたパターンの所望部分を除去することによって行わ
れる。この場合、上記パターンの凸部のみを研磨して平
坦化できるので、良好な結果が得られる。これらの平坦
化には化学機械研磨法が実用上好ましい。

【００２７】上記半導体基板を、当該半導体基板の裏面
の粗さ曲線の山頂線位置において上記壁部と接触し、上
記半導体基板の裏面の粗さ曲線の山頂線より谷底に寄っ
た位置において上記突起部の先端部と接触するように固
定することができ、好ましい結果が得られる。

【００２８】さらに上記半導体基板の裏面と上記固定台
の間の空隙に、流動化された媒体を導入した後、当該媒
体を固化するようにすれば、半導体基板を固定台上に固
定させる力がさらに強固になる。この媒体としては例え
ば所定の粉末を用いることができる。

【００２９】上記媒体を固化した後、上記半導体基板を
同心円状に彎曲させ、さらに上記半導体基板の表面を研
磨して平坦化することができる。

【００３０】また、上記半導体装置の製造方法には、処
理すべき半導体基板を固定するための固定手段と、上記
半導体基板に所定の処理を行う処理手段を有し、上記固
定手段の表面には、縁部に沿って形成された壁部および
当該壁部に包囲された当該壁部より高さが高い複数の突
起部が形成されていることを特徴とする半導体装置の製
造装置を使用できる。

【００３１】すなわち、本製造装置は半導体基板を固定
するための固定手段を有し、この固定手段の上面には、
縁部に沿って形成された帯状の壁部と、この壁部に包囲
された壁部より高さが高い複数の突起が形成されてい
る。そのため、上記のように、横方向滑りや移動なしに
半導体基板を固定できるとともに、極めて良好な表面平
坦度が得られる。

【００３２】上記突起部と壁部の高さの差は、上記突起
部が半導体基板の裏面に埋没する深さによって適宜選択
され、上記突起部の高さを上記壁部の高さより０．１μ
ｍ〜０．５μｍ高くすることによって、実用上好ましい
結果が得られる。

【００３３】また、上記固定手段の形状を、Ｌ×Ｌ×Ｐ
×(１−ν×ν）/(ａ×Ｅ）で定義される第１の形状係
数の値が０.０００００１３〜０.０００００７(ｃｍ）
（ただし、Ｅは上記半導体基板の縦弾性係数(ｋｇ／ｃ
ｍ²）、νは上記半導体基板のポアソン比、ａは上記半
導体基板が配列間隔Ｌ(ｃｍ）の上記突起部に圧力Ｐ(ｋ
ｇ／ｃｍ²）で押し付け接触された接触部の有効半径(ｃ
ｍ）である）である形状とする。これにより、基板の表
面形状に変化を与えることなしに、基板の裏面に突起部
を埋没させることが可能になった。

【００３４】上記壁部の高さを、上記突起部の高さより
Δｈ＝７３９１７×Ｌ×Ｌ×Ｐ×((１−ν₀×ν₀）／Ｅ
₀＋(１−ν×ν）／Ｅ）／ａ−０.００６３（ただし、
Ｌは壁部の配列間隔(ｃｍ）、２ａは上記壁部の幅(ｃ
ｍ）、Ｅ₀は上記突起部と壁部の縦弾性係数(ｋｇ／ｃｍ
²）、ν₀は上記突起部と壁部のポアソン比、Ｅは上記半
導体基板の縦弾性係数(ｋｇ／ｃｍ²）、νは上記半導体
基板のポアソン比、ａは上記半導体基板と上記壁部およ
び配列間隔Ｌの上記突起部が圧力Ｐ(ｋｇ／ｃｍ²）で互
いに押し付け接触した際の接触部の有効半径(ｃｍ）で
ある）だけ低くすることが実用上好ましい。

【００３５】上記固定台に、上記半導体基板の裏面と上
記固定台の間の空隙を排気してこの部分を減圧させ、上
記半導体基板を上記固定台上に吸着させる手段を設ける
ことができる。

【００３６】さらに、上記壁部と上記突起部を有する固
定台を用いて投影露光装置を構成すれば、極めてすぐれ
た投影露光装置がえられる。すなわち、原画マスクのパ
ターンを半導体基板上に形成されたホトレジスト膜に投
影露光するための光学系と、上記半導体装置を表面上に
固定するための固定台と、当該固定台をＸ軸方向、Ｙ軸
方向およびＺ軸方向にそれぞれ移動させるためのＸ移動
台、Ｙ移動台およびＺ移動台を具備し、上記固定台の上
面には、当該固定台の上面の縁部に沿って形成された帯
状の壁部および当該壁部によって包囲された、当該壁部
より高さが高い複数の突起部が形成されていることを特
徴とする投影露光装置である。

【００３７】

【発明の実施の形態】上記半導体基板の固定方法とし
て、（１）半導体基板の裏面と接触する突起部の先端部
によって基板の裏面の接触部を圧縮弾性変形させ、基板
裏面と先端部との接触部分の近傍で先端部を基板裏面に
よって覆い、この先端部が半導体基板の裏面に埋没させ
る、（２）壁部と半導体基板の裏面との接触位置より半
導体基板の裏面に０.１〜０.５μｍの深さで突起部の先
端部が埋没する状態に半導体基板の裏面を突起部の先端
部で変形させて半導体基板の固定を行う、（３）複数の
突起部の周囲を排気して該突起部に半導体基板の裏面を
吸引接触させて固定する、（４）半導体基板の裏面と接
触する突起部の先端部において、半導体基板の裏面の接
触部を圧縮弾性変形させて固定し、半導体基板の表面の
平坦度を測定して所定の平坦度データと比較し、半導体
基板の表面の平坦度が該所定の平坦度に収まるように半
導体基板表面の形状を制御して固定する、（５）半導体
基板の裏面と接触する突起部の先端部において、半導体
基板の裏面の接触部を圧縮弾性変形させて固定し、半導
体基板の表面の平坦度を測定して所定の平坦度データと
比較し、比較結果に基ずいて突起部を伸縮させ、半導体
基板の表面形状が所定の形状に収まるように突起部の高
さを制御して固定する、（６）複数の突起部を有する固
定台を変形させて、半導体基板の平坦度を±２μｍの範
囲で矯正して固定する、および（７）複数の突起部を有
する固定台を変形させて、半導体基板の表面とこの半導
体基板の表面に所定の加工を行う加工手段との間隔が±
２μｍの範囲内になるように固定する、などの方法を用
いることができる。

【００３８】また、処理工程としては（１）半導体基板
の表面上に形成された感光剤膜に半導体装置の製造に必
要な各種パターンを露光法によって形成する、（２）半
導体基板の表面上に所望材料を堆積する、（３）半導体
基板の表面上に所望パターンをエッチングによって形成
する、（４）半導体基板の表面上に形成されたパターン
の少なくとも一部を平坦化する、（５）半導体基板の表
面を化学的機械研磨加工で平坦化する、（５）半導体基
板の表面を砥石を用いた化学的機械研磨法で平坦化す
る、（６）半導体基板の裏面に流体を介在させ、半導体
基板の裏面に及ぼすこの流体の圧力を、半導体基板の裏
面の位置に応じて制御して平坦化する、および（７）半
導体基板の裏面に及ぼす背圧力を所定値だけ昇圧させ
て、半導体基板を彎曲させ、この状態で移動制御して表
面を平坦化する、などの各種工程を行うことができる。

【００３９】さらに、面取り加工済みの外周端部分を除
く半導体基板の表面全域は、円周方向に１０ｍｍ当たり
０.１μｍ以下の平坦度に保持されるので、研磨部材と
半導体基板を相互に回転させて化学的研磨加工する際
に、円周方向に発生する加工量の変動は効果的に防止さ
れ、また、半導体基板の表面の同心円上の球面の曲率を
制御できるので、半径方向に生じる同心円状の加工量の
ばらつきを除去できる。

【００４０】その結果、化学研磨を行う際における半導
体基板と研磨部材との加工速度を、随時制御することが
可能となり、平坦化工程における半導体基板の表面に傷
や加工むらを生じることなしに、半導体基板の表面上に
形成された各種パターンの凸部のみを研磨して平坦化
し、高性能な半導体装置を製造することができる。

【００４１】なお、本発明において、上記固定台の材料
は、例えばアルミニウム、ステンレスおよびセラミック
スなどから適宜選択することができ、突起部の先端部の
傾斜は３０°〜６０°の範囲から、隣接する突起部の間
隔は１〜３ｍｍ、壁部の幅は０．１〜１．５ｍｍの範囲
から適宜選択される。

【００４２】

【実施例】〈実施例１〉図１は本発明の第１の一実施例
を示す図であり、図１（ａ）は半導体基板の固定台の平
面の概略を示し、図１（ｂ）は側面断面の概略を示す。
図１から明らかなように、本実施例の固定台１において
は、壁部２に囲まれた領域内に複数個の突起部３と吸引
孔４が設けられ、壁部２は溝部５と吸引孔６とから構成
されている。図１（ｂ）において、符号２aは突起部３
の先端部の有効直径、Ｌは配列ピッチ、２ａは壁部の先
端部の幅をそれぞれ表わし、壁部２は突起部３より高さ
がΔｈだけ低い構造となっている。

【００４３】本実施例における、固定台１の複数の突起
部と半導体基板１０の接触状態を、部分的に拡大した概
略断面を図３０に示した。図３０から明らかなように、
半導体基板１０の裏面の粗さ曲線３６０の山頂線３６１
の位置で、固定台１の壁部（図示せず）の先端部は半導
体基板１０の裏面と接触し、半導体基板１０の裏面の粗
さ曲線３６０の山頂線３６１より谷底線３６２側に寄っ
た位置で、突起部３６４の先端部３６５と半導体基板１
０の裏面とが接触する。半導体基板１０の裏面の粗さ曲
線の山頂線３６１より食い込んだ状態、すなわち、突起
部３６４の先端部３６５が半導体基板１０の裏面に埋没
した状態で半導体基板１０を固定し、半導体基板１０の
図示されていない表面を処理して半導体装置が製造され
る。

【００４４】図１に示した本実施例の固定台の特性の測
定結果の一例を図２に示した。突起部３の配列ピッチＬ
を横軸に示し、半導体基板の弾性変形による食い込み量
を縦軸に示した。パラメータとして突起部の先端部の有
効半径ａを変化させた。半導体基板を０.６ｋｇ／ｃｍ²
のゲージ圧で吸引した。たとえば実測点３９０において
は０.３μｍ食い込んだ。

【００４５】図３は本発明の固定台の特性を、接触半径
７５μｍ、配列ピッチ０.２ｃｍ、Ｅ₀＝２.１×１０
⁶(ｋｇ／ｃｍ²）、ν₀＝０.３３において測定した結果
の一例であり、縮小投影露光装置におけるパターンのア
ライメント（整合）誤差を求めた結果である。横軸に突
起部による半導体基板の食い込み量を示し、縦軸にアラ
イメント誤差の割合を示した。この結果から半導体基板
裏面に突起部の先端部を０.１μｍ以上食い込ませるこ
とにより、露光照射エネルギの蓄積による半導体基板の
横ずれを防止して、アライメント精度を向上できること
が確認された。半導体基板裏面の食い込み量の上限は、
半導体基板の表面への食い込み量の影響や半導体基板の
裏面の塑性変形を生じない範囲で決められ、食い込み量
を０.１〜０.５μｍとすれば、半導体基板裏面の保持に
最適であることが確認された。

【００４６】図４は、本発明の固定台の形状を規定する
ための特性線図の一例である。複数の突起部を有する固
定台を用い、突起部の周囲を排気して突起部に半導体基
板を接触させ半導体基板を吸引固定するに際し、半導体
基板の縦弾性係数Ｅ(ｋｇ／ｃｍ²）、ポアソン比ν、突
起部の配列間隔Ｌ(ｃｍ）および突起部と半導体基板と
が圧力Ｐ(ｋｇ／ｃｍ²）で接触する接触部の有効半径ａ
(ｃｍ）の関係として、Ｌ×Ｌ×Ｐ×(１−ν×ν）／
(ａ×Ｅ）で定義される第１の形状係数１の値を、図４
においてＷで示す範囲である０.０００００１３〜０.０
００００７(ｃｍ）とすることにより、半導体基板の凹
み量を最適にできる。

【００４７】すなわち、半導体基板の縦弾性係数Ｅ(ｋ
ｇ／ｃｍ²）、ポアソン比ν、突起部の配列間隔Ｌ(ｃ
ｍ）および突起部と半導体基板とが圧力Ｐ(ｋｇ／ｃ
ｍ²）で接触する接触部の有効半径をａ(ｃｍ）としたと
き、Ｌ×Ｌ×Ｐ×(１−ν×ν）/(ａ×Ｅ）で求められ
る形状係数１の値が、０.０００００１３〜０.００００
０７(ｃｍ）の範囲内である固定台が、半導体基板のず
れを防ぎかつ半導体基板の表面形状に影響を与えないこ
とが確認された。なお、図４における一実測点３９０は
図２に示した一実測点と同一条件である。

【００４８】本発明の固定台の他の特性の測定結果の一
例を図５に示した。横軸に突起部の配列ピッチＬを示
し、縦軸に壁部と突起部とで支持された半導体基板の表
面の高さの相対差を示した。パラメータとして突起部の
先端部の有効半径ａと壁部の幅２ａを変化させ、半導体
基板は０.６ｋｇ／ｃｍ²のゲージ圧で吸引した。図５に
おいて一実測点３９１は、接触半径７５μｍ、配列ピッ
チ０.２ｃｍ、Ｅ₀＝２.１×１０⁶(ｋｇ／ｃｍ²）、ν₀
＝０.３３の固定台で、Ｅ＝７.３１×１０⁵(ｋｇ／ｃｍ
²）、ν＝０.１７の半導体基板を固定する時のオフセッ
ト量を示す。

【００４９】本発明の固定台の形状を規定する特性線図
の他の一例を図６に示した。壁部と突起部との接触面積
の違いに起因する半導体基板表面の高さの相対差をなく
すため、あらかじめ壁部の高さを突起部の高さより低く
した際の段差量、すなわちオフセット量の求め方を示す
第２の形状特性図である。複数の突起部を有する固定台
を用いて、該突起部の周囲を排気して該突起部に半導体
基板を接触させ半導体基板を吸引固定する場合におい
て、突起部と壁部の縦弾性係数Ｅ₀(ｋｇ／ｃｍ²）、ポ
アソン比ν₀、半導体基板の縦弾性係数Ｅ(ｋｇ／ｃ
ｍ²）、ポアソン比νで、壁部の幅２ａ(ｃｍ）、配列間
隔Ｌ(ｃｍ）で、半導体基板が圧力Ｐ(ｋｇ／ｃｍ²）で
突起部に押し付け接触される接触部の有効半径をａ(ｃ
ｍ）とすると、オフセット量Δｈ＝７３９１７×Ｌ×Ｌ
×Ｐ×((１−ν₀×ν₀）／Ｅ₀＋(１−ν×ν）／Ｅ）／
ａ−０.００６３の関係で定義されるΔｈだけ、壁部の
高さを突起部の高さより低くすれば良いことが確認され
た。

【００５０】図６における矢印は、設計方法の一例を示
すもので、Ｅ₀＝２.１×１０⁶(ｋｇ／ｃｍ²）、ν₀＝
０.３３、Ｅ＝７.３１×１０⁵(ｋｇ／ｃｍ²）、ν＝０.
１７、Ｌ＝０.２(ｃｍ）、Ｐ＝１(ｋｇ／ｃｍ²）、２ａ
＝０.０１５(ｃｍ）としたとき、突起部の先端部のとの
高さのオフセット量を、Δｈ＝０.４（μｍ）とすれば
よいことを示し、図５に示した条件の一実測点３９１と
合致した。このように、壁部の接触部の位置が、突起部
の接触部の位置よりΔｈだけ低い構造の吸着固定台に、
半導体基板を吸着固定することにより、壁部と突起部と
で支持する半導体基板の表面の全域にわたり平坦度の劣
化を防ぐことできた。

【００５１】本実施例以外の材料を用いたり、構造の寸
法が異なる場合には、それぞれその材料や寸法に基づい
て形状係数２を算出し、図６の特性線上に合致する点を
求めることにより、オフセット量Δｈを決定することが
できる。

【００５２】なお、本実施例において示した、図４や図
６の特性線図から求められた値に設計上の加工誤差や安
全係数等を考慮して、所定の許容幅を設けた範囲の値の
オフセット量の構造に設計することが可能であり、本発
明に包含されることは明らかである。

【００５３】〈実施例２〉図７に本発明の第２の実施例
の断面構造の概略を示した。固定台１はＺ移動台１１上
に設置されている。半導体基板１０を固定台１の上に設
置し、吸引孔４、６から配管１２、１３を経由し、図示
されていない排気手段によって、複数の突起部が形成さ
れた領域１４と壁部の溝５の領域を排気して負圧にする
と、半導体基板１０は、突起部３の先端部が半導体基板
１０の裏面に所定量だけ食い込んで固定される。この際
の食い込み量が異なる壁部２の先端部の高さは、あらか
じめ突起部より高さがオフセット量だけ低い構造である
ため、半導体基板の面取り加工済みの外周端部分１５を
除く半導体基板表面全域にわたって平坦に吸着固定する
ことができる。

【００５４】上記図７に示した移動台を用いた半導体装
置の製造方法を、図３１を用いて説明する。本実施例の
投影露光装置は、縮小投影レンズ３００、光源３０２、
コンデンサレンズ３０３、原画マスク３０４、Ｘ移動台
３０５、Ｙ移動台３０６、Ｚ移動台１１、固定台１から
主に構成され、固定台上の半導体基板１０の表面に塗布
された感光剤に原画マスクのパターンの潜像を投影形成
することにより、半導体装置の各種パターンが製造され
る。図３１は、半導体基板１０と固定台１のみを示し
た。

【００５５】この製造方法では、半導体基板表面にレチ
クルを介してパターンの露光処理が行われるが、突起部
が半導体基板１０の裏面に食い込んでいるため、露光照
射エネルギの蓄積によって生ずる熱膨張によるアライメ
ント誤差の発生を防止することができ、高性能な半導体
装置を製造することができた。なお、本実施例では、突
起部の半導体基板裏面への食い込みにより、半導体基板
の熱膨張による横方向のずれを防ぐ機能とともに、半導
体基板に蓄積された熱を固定台に散逸させる機能も向上
することが認められ、両者の機能が相乗して、アライメ
ント精度の向上が確認された。

【００５６】〈実施例３〉本発明の第３の実施例を図８
を用いて説明する。図８から明らかなように、本実施例
においては、球面案内の支持部を有する取付台２０およ
び固定台１が設けられ、固定台１に固定された半導体基
板１０を砥石などの研磨手段２２に接近させ、半導体基
板１０の表面が所定量だけ化学的研磨加工によって平坦
化加工される。

【００５７】固定台１の吸引孔に接続された配管に接続
された排気手段（図示せず）によって、固定台１の複数
の突起部が設けられた領域と壁部の溝の領域を排気して
負圧にし、半導体基板１０の裏面に複数の突起部の先端
部を所定量だけ食い込ませて半導体基板１０を固定す
る。半導体基板１０は回転手段（図示せず）によって軸
２４を中心に回転（自転）し、荷重手段（図示せず）に
よって軸２４方向の負荷量を制御する。研磨手段２２は
回転台２３上に設置され、軸２５を中心に回転（公転）
する。供給手段（図示せず）によって所定の加工液が供
給され、保水手段２６により研磨手段２２およびその表
面が加工液で覆われ湿潤し、半導体基板１０と研磨手段
２２とが接触する界面や隙間が加工液で満たされる。

【００５８】本実施例では、取付台２０の球面座の回転
中心が半導体基板１０の表面に位置する構造になってい
るので、半導体基板１０と研磨手段２２との接触による
モーメントの影響を受けずに、半導体基板１０の表面が
研磨手段２２に倣うように姿勢制御される。

【００５９】〈実施例４〉本発明の第４の実施例は、半
導体基板を垂直に支持して半導体基板の表面を処理した
例であり、図９、１０を用いて説明する。

【００６０】図９に示したように、高精度に回転可能な
取付台３０には固定台１が設置されており、半導体基板
１０は、この固定台１０に排気孔３１、３２を経由して
排気手段（図示せず）によって吸引固定され、軸３３を
中心に高精度に回転される。

【００６１】同様に、高精度に回転可能な取付台３５に
配置された砥石などの研磨手段３４を、軸３６を中心に
高速高精度に回転させながら、軸３６方向に高精度に移
動させて半導体基板１０の表面に接近させ、かつ半径方
向に揺動させて半導体基板１０の表面を加工処理する。
この加工処理に際しては、供給手段（図示せず）によっ
て所定の加工液が供給されて研磨手段３４およびその近
傍の表面が加工液で湿潤され、加工処理中は、半導体基
板１０と研磨手段３４とが接触する界面や隙間が加工液
で満たされるので、良好な研磨が行われる。

【００６２】上記半導体基板の研磨加工処理に先だって
行われる、固定台表面の洗浄工程と研磨手段のドレッシ
ング工程を、図１０を用いて説明する。図１０に示した
ように、固定台１の有する突起部と壁部の先端部に異物
が付着あるいは堆積するのを除去あるいは防止するた
め、平坦な大理石等からなる平坦化手段３８を、軸３３
を中心に回転している固定台１の、突起部や壁部の先端
部に軽荷重で接触させて、径方向に移動させる。平坦化
手段３８は、壁部と突起部の高さの差であるオフセット
量だけ軸３３方向に微動可能な構造になっている。この
ような固定台１の洗浄工程は、洗浄液や純水をかけなが
ら行うことも可能であるが、通常の場合は、乾燥状態で
極めて軽く擦るだけで除塵する効果が認められた。

【００６３】一方、研磨手段３４のドレッシング処理を
行うには、軸３６を中心にして研磨手段３４を高速高精
度回転させておき、ダイヤモンドや超鋼製のバイトや高
速回転エンドミルなどの超硬治具３７を、所定切り込み
深さで径方向に順次移動させて所定の平坦度にした後、
同一の超硬治具または別の治具を用いて、所定の切り込
み深さで径方向の送り量を粗くして、平坦に加工された
研磨手段表面に数百μｍ以下の微細な溝を螺旋状に形成
する。この微細な溝は、半導体基板加工の際の半導体基
板と研磨手段との隙間に存在する加工液の動圧によって
生ずる浮上や砥石面への吸着作用などの加工速度むらと
なる不安定要因を低減し、また加工残渣の排出を促進し
てスクラッチ等の傷や欠陥の発生を防止する効果が極め
て大きいことが確認された。特に、深さ２μｍ〜１００
μｍ、幅１０μｍ〜２００μｍ程度の溝が、加工効率を
最大に保つ上で最適であった。

【００６４】〈実施例５〉本発明の第５の実施例は、半
導体基板を垂直に支持して半導体基板の表面を処理した
例であり、図１１、１２を用いて説明する。

【００６５】図１１に示したように、高精度に回転可能
な取付台３０に設置された固定台１には、半導体基板１
０が、排気孔３１、３２を経由してし排気手段（図示せ
ず）によって吸引固定され、軸３３を中心に高精度に回
転される。ダイヤモンド製のバイトや高速回転するエン
ドミル等の超硬治具４０を、所定切り込み深さで径方向
に順次移動させ、半導体基板１０の表面を所定量だけ切
削処理して平坦に加工する。この加工を行う際に適当な
ｐＨ（ペーハー指数）の研磨液を供給すれば、半導体基
板１０の表面に化学的に水和層を形成して、化学的機械
研磨処理（ＣＭＰ）を行うことも可能である。

【００６６】上記半導体基板１０の加工に先だって、固
定台１の表面を洗浄する工程が行われるが、図１２を用
いてこの洗浄工程を説明する。固定台１の突起部と壁部
の先端部に、異物が付着や堆積するのを防止あるいは除
去するため、例えば平坦な大理石等からなる平坦化手段
３８を、軸３３を中心に回転している固定台１の突起部
や外周の壁部の先端部に、軽荷重で接触させながら径方
向に移動させる。

【００６７】〈実施例６〉本発明の第６の実施例を図１
３を用いて説明する。図８に示した上記実施例３と同様
に、球面座を有する取付台２０に設置された固定台１に
半導体基板１０を吸引固定した後、配管５１を用いて、
外周の壁部２の溝５によって半導体基板１０を吸引固定
する。この状態で、突起部が設けられた領域の配管５２
を介しての排気を止め、逆に加圧液体を供給して半導体
基板１０の表面を変形させて下に凸にし、半導体基板１
０と研磨手段５０とで挟まれた加工液５３が介在する隙
間を２μｍ以下の範囲で制御して研磨処理を行った。

【００６８】〈実施例７〉本発明の第７の実施例を図１
４、１５を用いて説明する。固定台１は、独立に伸縮可
能な複数の電歪部材７０を介して、球面座を有する取付
台２０に配置されおり、半導体基板１０は、配管５１、
５２を経由して排気することによって上記固定台１０に
吸引固定される。

【００６９】図１４は、複数の電歪部材７０に電圧が印
加されていない状態を示し、図１５は上記複数の電歪部
材７０のうち、中央部に配置された電歪部材７０ほど伸
び量が大きくなるように電圧を制御した場合の一例を示
している。半導体基板１０と研磨手段５０とで挟まれた
加工液５３の介在する隙間を２μｍ以下の範囲で制御す
るように複数の電歪部材７０の伸縮量を制御することに
より、加工効率を向上させることができ、また、半導体
基板１０と研磨手段５０との隙間に存在する加工液５３
の、半導体基板１０を加工する際の動圧による圧力の上
昇や吸引作用など、加工速度の不安定要因が低されて加
工速度が安定し、さらに、加工残渣の排出が促進されて
スクラッチ等の傷や欠陥の発生が著しく防止されること
が確認された。

【００７０】なお、電歪部材の延び量の制御量は必要に
応じて大きくしてもよいが、平坦度の制御より、半導体
基板１０と研磨手段との間隙を制御した方が加工速度を
均一にする効果が大きい。また、あらかじめ、半導体基
板１０を研磨手段５０に接近させる前に、レーザー光を
用いた干渉平坦度測定器で半導体基板１０の表面の平坦
度をモニタし、半導体基板１０の面取り加工済みの外周
端部分を除いた部分の表面の全域を円周方向に１０ｍｍ
当たり０.１μｍ以下の平坦度に制御して、研磨手段５
０に接近させて加工することもできる。このようにすれ
ば、半導体基板１０に固有の１μｍ以下の円周方向の小
さな凹凸をあらかじめ補正できるので、半導体基板１０
に固有の１μｍ以下の円周方向の小さな凹凸に影響され
ることなしに、硬い砥石を用いて半導体基板１０表面に
形成されている半導体装置の各種パターンの凸部のみを
高精度に研磨することができた。

【００７１】なお、半径方向の同心円状の半導体基板の
凹凸は残っていても、図１３、図１５および図１７に示
したように、半導体基板１０全体を中心部が２μｍ程度
までの凸状な略球面に保持して歳差運動する軸の傾き角
を変えてその姿勢を制御して、研磨を行うことにより、
半径方向の同心円状の半導体基板の凹凸の影響が、加工
むらとして現われることを防止できた。

【００７２】〈実施例８〉第８の実施例を、図１６、１
７を用いて説明する。外周固定手段８０とシール手段８
１によって、球面座を有する取付台２０に設置された固
定台１に、を配管５１、５２を介して半導体基板１０を
吸引固定する。固定台１の背面に設けられた配管８３を
介して加圧気体の導入および排出ができる。また、この
加圧気体は、シール手段８４、８５によって、配管５
１、５２を経由する排気系統とは独立して制御すること
ができる。

【００７３】図１６は固定台１の背面に加圧気体が供給
されていない状態を示し、図１７は固定台１の背面に加
圧気体が供給された状態の一例を示している。本実施例
においても、固定台１の背面への加圧流体を制御して、
半導体基板１０と研磨手段５０とで挟まれた加工液５３
の介在する隙間を２μｍ以下の範囲にすることにより、
上記実施例７と同様に、好ましい結果が得られた。

【００７４】〈実施例９〉本発明の第９の実施例を図１
８、１９、２０を用いて説明する。図１８に示したよう
に、固定台は、取付台１００に設けられた円弧部材１０
１および円弧部材１０２、１０３の回転案内手段および
スチールベルト等の巻部材１０４、１０５の拘束手段に
よって、紙面に垂直な軸周りに回転することができ、さ
らに、円弧部材１１１および円弧部材１１２、１１３の
回転案内手段およびスチールベルト等の巻部材１１４、
１１５の拘束手段によって、図１９の紙面に垂直な軸周
りに回転することもできるので、半導体基板１０と研磨
手段５０との境界面を回転中心とする球面転動を行うこ
とができる。

【００７５】図２０は回転案内手段と拘束手段の原理を
示す図であり、円弧部材１０１と円弧部材１０２を巻部
材１０４によって動作させた場合を示している。円弧部
材１０１、１０２には、それぞれの軸１２７、１２８を
共通にして、径の小さな円筒部１２５、１２６が設けら
れている。対に設けられた同じ構造の円弧部材８図示せ
ず）によって軸１２７と軸１２８とは互いに平行にな
る。円筒部１２１、１２２の巻部材１１４が略Ｓ字状を
なすように互いに交差して巻きつけてある。この巻部材
も図示していないが対に設けられており、張力を張るよ
うに固定されているため、軸１２７と軸１２８を矢印１
２４のに示した引き付け力が発生し、その結果、円弧部
材１０１と円弧部材１０２とが接触部１２３で接し、か
つ、互いに滑らずに滑らかに転動することができる。軸
１２７は円弧部材１０１を介して取付台１００に固定さ
れる。円弧部材１０２の軸１２８は周知の転動ベアリン
グを介して第二の取り付け部材兼円弧部材１１１に固定
される。円弧部材１０３の軸も同様に円弧部材１１１に
固定される。円弧部材１１２、１１３の軸も同様に周知
の転動ベアリングを介して固定台１の公転運動軸１０７
に固定されて軸１０６の周りを回転することができる。
なお、円弧部材１０１と１１１の円弧の空間上の中心位
置を半導体基板１０と研磨部材５０との境界面位置とす
ることにより加工処理中の固定台の動きを安定化でき
た。

【００７６】本実施例の構造は、すき間や摺動抵抗の微
妙な管理を行うことなしに、軸１０６方向の拘束剛性を
大きく保ちながら、半導体基板１０の表面の歳差運動を
滑らかに実現できるので、高精度な化学的研磨加工処理
を行うことができるという特長を有している。

【００７７】〈実施例１０〉図２１、２２は本発明の第
１０の実施例を示す図であり、半導体基板１０の表面の
歳差運動を滑らかに実現できる簡便な構造の一例を示し
ている。取付台１２０に設けた円弧部材１２１と円弧部
材１２２は、回転案内手段およびスチールベルト等の巻
部材１２３の拘束手段によって、軸１２４周りの回転を
行うことができ、さらに、円弧部材１３１と円弧部材１
３２は、回転案内手段およびスチールベルト等の巻部材
１３３の拘束手段によって、軸１３４周りの回転を行う
こともできるので、半導体基板１０任意の方向に自由な
転動が可能になった。

【００７８】本実施例における拘束手段１２３、１３３
は、奇数個の巻部材を一対の円弧部材で挟んで互いに交
差する方向に巻つける構造を有しているので、巻部材の
張力を付加した時における円弧部材の互いに平行な軸の
平行度を崩すようなモーメントの発生を防止できるの
で、組み立て調整が容易である。さらに、本実施例の場
合は、円弧部材１２１、１２２のように１組の円弧部材
によって、一軸周り回転が可能になっているため、ベア
リング等を介在させることなしに、各円弧部材を取付台
１２０、１３０および軸１２６周りの公転運動軸１２７
に設置できる。そのため、構造が簡素になって軽量化す
ることができ、加工処理時の歳差運動特性の応答性が向
上して、高精度な化学的研磨加工処理を行なうことがで
きる。

【００７９】〈実施例１１〉本実施例は、例えば月刊Ｓ
ｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｗｏｒｌｄ、増刊号「’９
４最新半導体プロセス技術」２３頁〜３１頁などに記載
されているＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ
Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの周知製造方法や各
種処理に本発明を適用した例である。

【００８０】図２３は本実施例である半導体装置の製造
方法を示す工程図である。周知のように、ＤＲＡＭ等の
半導体装置は、通常、半導体基板における段差の形成、
ウェルの形成、アイソレーション、トランジスタの形
成、ビット線の形成、キャパシタの形成および配線形成
など各種工程を反復することによって形成される。これ
らの工程は、露光処理、エッチング処理、熱処理（酸
化、アニール、拡散）、イオン注入処理、薄膜形成処理
（ＣＶＤ、スパッタリング、蒸着など）、洗浄処理（レ
ジスト除去、溶液による洗浄および検査処理等を適宜組
み合わせて構成される。

【００８１】図２３には周知のＤＲＡＭの製造プロセス
のうち、ビット線形成とキャパシタ形成の一例を示し
た。特に、素子構造が変化する工程での断面構造の概略
を示した。右側の各図はメモリセル部の断面構造を示
し、左側の各図は周辺ＣＭＯＳ部の断面構造を示す。

【００８２】主な処理内容は次の２５処理である。すな
わち、第１処理；ＳｉＯ₂膜の堆積、第２処理；露光、
第３処理；エッチング（図２３ａ）、第４処理；ＳｉＯ
₂膜の堆積、第５処理；ポリサイド膜の堆積、第６処
理；露光（ビット線）、第７処理；エッチング（図２３
ｂ）、第８処理；ＳｉＯ₂膜の堆積、第９処理；Ｓｉ₃Ｎ
₄膜の堆積、第１０処理；ＳｉＯ₂膜の堆積（図２３
ｃ）、第１１処理；露光、第１２処理；エッチング、第
１３処理；ｐｏｌｙ−Ｓｉ（蓄積電極）膜の形成、第１
４処理；ＳｉＯ₂堆積、第１５処理；エッチング（図２
３ｄ）、第１６処理；ｐｏｌｙ−Ｓｉ（蓄積電極）膜の
形成（図２３ｅ）、第１７処理；ＳｉＯ₂膜の堆積、第
１８処理；エッチング、第１９処理；ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜
のエッチング、第２０処理；ＳｉＯ₂膜のエッチング、
第２１処理；Ｓｉ₃Ｎ₄膜のエッチング、第２２処理；Ｔ
ａ₂Ｏ₅膜の形成（キャパシタ絶縁膜）、第２３処理；Ｗ
（ｐｏｌｙ．−Ｓｉ）膜の形成（図２３ｇ）、第２４処
理；露光（プレート）、第２５処理；エッチングの各処
理からなる。

【００８３】上記ＳｉＯ₂膜の堆積、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜
の堆積、Ｓｉ₃Ｎ₄膜の堆積、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチ
ング、ＳｉＯ₂膜のエッチング、Ｓｉ₃Ｎ₄膜のエッチン
グ、Ｔａ₂Ｏ₅膜の形成およびＷ膜の形成等の各処理に先
だち、本発明の固定台を用いて化学的機械研磨加工を行
って、各段差パターンを露光装置の焦点深度以下の平坦
度にた後、本発明の固定台を用いた露光装置によって、
ライメント誤差なしに露光処理を行い、高性能で高信頼
性な半導体装置を容易に形成できた。

【００８４】なお、図２３において符号２０１は半導体
基板、２０２はレジスト、２０３はＳｉＯ₂膜（パッシ
ベーション膜）、２０４はＳｉ₃Ｎ₄膜、２０５はｎ
⁺層、２０６はｐ⁺層、２０７はｐｏｌｙ−Ｓｉ（ポリサ
イド）膜、２０８はＳｉＯ₂膜、２０９はＳｉ₃Ｎ₄膜、
２１０はＳｉＯ₂膜、２１１はｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、２１
２はＳｉＯ₂膜、２１３、２１４はｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、
２１５はＴａ₂Ｏ₅膜、２１６はＷ（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜
を、それぞれ表わす。

【００８５】〈実施例１２〉図２４は本発明の第１２の
実施例の半導体装置の製造方法を示す断面鳥瞰概略図で
ある。まず、図２４（ａ）に示したように、本発明を用
いた化学的機械研磨処理によって表面が平坦化処理され
た半導体基板（図示せず）上に、配線層に相当する膜厚
のＳｉＯ₂等からなる層間絶縁膜２２１を堆積した。

【００８６】図２４（ｂ）に示したように、配線溝を形
成する際のエッチングの精度を確保するため、Ｓｉ₃Ｎ₄
からなるエッチストップ層２２０を形成した。レジスト
膜２２２を周知の塗布法によって形成した後、本発明の
固定台に半導体基板を載せ、配線溝パターンを上記レジ
スト膜２２２に露光転写した。レジスト膜２２２を現像
処理した後、形成されたレジストをマスクに用いてエッ
チングを行って、図２４（ｃ）に示したように、配線形
成領域２２３を形成した。

【００８７】再度、半導体基板上にレジスト膜２２４を
形成した後、本発明の固定台上に半導体基板を載せて接
続孔パターンを露光転写し、レジスト膜２２４を現像処
理し、形成されたレジストパターンをマスクにしてエッ
チングを行って、図２４（ｄ）に示したように、接続孔
２２５を形成した。

【００８８】上記レジストパターンを除去した後、Ｗあ
るいはＣｕ等の金属を上記接続孔２２５に埋め込み、半
導体基板表面を本発明の化学的機械研磨処理によって平
坦化処理を行って、図２４（ｅ）に示したように、配線
２２６およびこの配線２２６と下層の配線（図示せず）
を接続するための配線プラグ２２７を形成した。

【００８９】以上の工程を必要に応じて応用し、反復す
ることによって、微細な多層配線層を有する各種半導体
装置を高精度かつ容易に製造することができた。

【００９０】〈実施例１３〉本発明の第１３の実施例
は、配線間容量を小さくするための低誘電率絶縁膜の一
つの有機ＳＯＧ膜を用いた半導体装置の製造方法の例で
あり、図２５を用いて説明する。

【００９１】まず、図２５（ａ）に示したように、半導
体基板上にＡｌ等の金属配線２３０を形成した後、下地
カバー膜としてＳｉＯ₂膜２３１を形成し、さらに、２
５（ｂ）に示したように、有機ＳＯＧ膜２３２を周知の
塗付法によって形成した。

【００９２】この半導体基板表面を本発明の化学的機械
研磨処理して、図２５（ｃ）に示したように平坦な表面
２３３を形成した後、酸素プラズマ耐性を付与するた
め、図２５（ｄ）に示したように、キャップの酸化膜２
３４を形成した。

【００９３】図２５（ｅ）に示したように、レジスト膜
２３５を形成した後、本発明の固定台上に半導体基板を
載せ、周知のリソグラフィ技術を用いて接続孔パターン
を露光転写し、レジスト膜２３５を現像処理し、形成さ
れたレジストパターンをマスクにしてエッチングを行
い、接続孔２３６を形成して上記金属配線２３０の表面
を露出させた。

【００９４】周知の低圧酸素ＲＩＥ処理２３７を行い、
図２５（ｆ）に示したように、上記有機ＳＯＧ層の孔で
あるビア２３９の表面に厚さ１０ｎｍのの酸化層２３８
を形成した。図２５（ｇ）に示したように、レジスト膜
２３５を除去し、さらにビア２３９に金属を埋めた後、
本発明の化学的機械研磨処理によって平坦化処理を行っ
た。なお、有機ＳＯＧ膜２３２は酸化膜２３４や酸化層
２３８で覆われているため、酸素プラズマ処理に耐える
ことができ、さらに、化学的機械研磨処理によって平坦
化処理を行う際のストッパとしての効果もあるので、平
坦化加工処理の精度が向上した。その結果、より高性能
な半導体装置が容易に製造できた。

【００９５】〈実施例１４〉図２６を用いて本発明の第
１４の実施例を説明する。まず、図２６（ａ）に示した
ように、高精度に回転可能な取付台３３０に設置された
固定台３０１に、排気孔３３１、３３２を経由して排気
手段（図示せず）を用いて、半導体基板１０を吸引固定
した。

【００９６】図２６（ｂ）に示したように、上記固定台
３０１の突起部や壁部が半導体基板１０の裏面と接触し
ていない間隙に流動化した媒体３５０を供給し、上記間
隙内に充満した上記媒体３５０を所定の温度に冷却また
は昇温して固化させて、半導体基板１０の裏面の固定力
を増加させた後、軸３３３を中心に高精度に回転させ
た。高精度に回転可能な取付台３３５の上に設置された
砥石などの研磨手段３３４を、軸３３６を中心に高速高
精度に回転させながら、軸３３６方向に高精度に移動さ
せて半導体基板１０の表面に接近させるとともに、半径
方向に揺動させて、図２６（ｃ）に示したように、半導
体基板１０の表面を研磨加工した。この加工に際して
は、供給手段（図示せず）より所定の加工液が供給さ
れ、研磨手段３３４およびその表面が加工液で湿潤し
て、処理中に半導体基板１０と研磨手段３３４との接触
する界面や隙間が加工液で満たされた。

【００９７】冷却して固化する媒体としては、特開平９
−７９８６号に記載されているようなステアリン酸カリ
ウム、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸アンモニ
ウム、オクチル酸カリウム、オクチル酸ナトリウム、オ
クチル酸アンモニウム、ラウリル酸カリウム、ラウリル
酸ナトリウム、ラウリル酸アンモニウム等の界面活性剤
を２０〜６０体積％含む脱気水が利用できる。また、昇
温により固化する媒体としては特開平９−２０８９２４
号に記載されているような側鎖結晶可能ポリマーや主鎖
結晶可能ポリマー等を用いることが可能である。さらに
は、磁性粒子等の粉体を用いて磁場でその流動性を制御
したり、電場で粘度の変化する媒体を電界で制御するこ
とも可能である。

【００９８】このように固化可能な流動性媒体を用いる
ことにより、固定台の突起部に十分に接触できない半導
体基板裏面の、数１０ｎｍ程度の凹凸と固定台との空間
を充填して固体化できた。その結果、半導体基板の表面
からの負荷によって半導体基板が微小変形することを防
止でき、面取り加工済みの外周端部分を除く半導体基板
の表面全域を、円周方向に１０ｍｍ当たり０.１μｍ以
下の平坦度に保持することが可能となり、半導体基板の
表面の処理精度が向上した。なお、処理としての潜像形
成処理や平坦化加工処理を経た後は、上記固化温度以外
に温度を上げたり冷やすことにより媒体を流動化させて
半導体基板を固定台から離脱させ搬送できた。

【００９９】〈実施例１５〉図２７および図２８を用い
て本発明の第１５の実施例を説明する。本発明者の検討
によれば、比較的硬い砥石を研磨部材として用いる化学
的研磨加工においては、加工される半導体基板の数１０
ｎｍ以下の凹凸までが、加工精度に影響することがわか
った。特に、半導体基板の厚みムラが数１０ｎｍ以上で
ある場合は、半導体基板の裏面基準に半導体基板を平坦
に固定しても、半導体基板の表面にはこの厚みムラ分だ
けの平坦度の低下が生じてしまう。この半導体基板の表
の平坦度は上記各実施例において補正することが可能で
はあるが、さらに、半導体装置の各種パターンを形成し
て行く工程の初期段階から、半導体基板が完全に平坦で
あれば、製造装置や製造プロセスの性能向上とコスト低
減の効果が極めて大きい。本実施例は半導体装置の各種
パターンを形成して行く工程の初期段階において、半導
体基板の表面と裏面を数ｎｍ以下の平坦度と完全に平坦
にした例である。

【０１００】まず、図２６に示した上記実施例１４と同
様に処理して、図２７においても、高精度に回転可能な
取付台３３０に設置された固定台３０１に半導体基板１
０を吸引固定した。固定台３０１の突起部や壁部と半導
体基板１０の第１の面３６７との接触していない間隙に
流動化した媒体３５０を供給し、間隙内に充満したこの
媒体３５０を所定の温度に冷却して固化させ半導体基板
１０の第１の面３６７の固定保持力を増加させるた後、
軸３３３を中心にして高精度に回転させた。

【０１０１】高精度に回転可能な取付台３３５に設置さ
れた砥石などの研磨手段３３４を軸３３６を中心に高速
高精度に回転させ、軸３３６方向に高精度に移動して半
導体基板１０の第２の面３６８に接近させるとともに、
半径方向に揺動させて半導体基板１０第２の面を研磨加
工した。加工直後の部分を拡大した概略断面を図２８−
ａに示した。この図から明らかなように、半導体基板１
０の第１の面３６７の凹凸のある断面曲線３６０と、固
定台３０１およびその突起部３６４等で挟まれた間隙空
間を、固化可能な流動性媒体３５０が充満して半導体基
板を保持して、半導体基板１０の第２の面３６８が完全
に平坦に加工された。

【０１０２】半導体基板１０の第２の面３６８を完全に
平坦に加工し後、図２７（ａ）に示したように、半導体
基板１０を固定台３０１に保持したまま、第２の固定台
１を半導体基板１０の第２の面に近接させた。高精度に
回転可能な取付台３０に設置された固定台１と固定台３
０１の回転軸３３および回転軸３３３の軸方向は、姿勢
制御機構（図示せず）によって合致させた。固定台１に
半導体基板１０の第２の面を接触させて、排気孔３１、
３２を経由して排気手段（図示せず）を用いて半導体基
板１０を吸引固定した後、固定台３０１と半導体基板１
０の第１の面の間に介在する媒体３５０を流動化し保持
力を解除し、図２７（ｂ）に示したように、取付台３０
１と取付台３０との間隔を離して固定台３０１を退避さ
せた。

【０１０３】次に、高精度に回転可能な取付台３５に設
置された砥石などの研磨手段３４を軸３６を中心に高速
高精度に回転させながら、軸３６方向に高精度に移動さ
せて半導体基板１０の第１の面３６７に接近させるとと
もに、半径方向に揺動させて半導体基板１０の第１の面
３６７を加工処理した。この加工処理直後の部分拡大し
た概略断面は、図２８（ｂ）に示したように、半導体基
板１０の第１の面３６９が完全に平坦に加工されてい
た。

【０１０４】その結果、半導体基板１０の第１の面３６
９および第２の面３６８は、いずれも完全に平坦化され
た。そのため、半導体基板固有の平坦度の劣化の影響を
生じることなく、本発明の固定台に半導体装置用の半導
体基板を高い再現性で、しかも短時間で、１０ｍｍ当た
り０.１μｍ以下の平坦度に設置保持して、半導体装置
製造の各種処理を行なうことができ、高性能な半導体装
置を低いコストで製造することが可能になった。

【０１０５】〈実施例１６〉本発明の第１６の実施例
は、研磨手段として砥粒を保持した研磨テープ３７０を
用いる半導体装置の製造方法の例であり、図２９を用い
て説明する。なお、図２９（ａ）は側面図、図２９
（ｂ）は平面図である。

【０１０６】上記図２６に示した場合と同様に、高精度
に回転可能な取付台３３０に設置された固定台３０１
に、排気孔３３１、３３２を経由して排気手段（図示せ
ず）を用いて、半導体基板１０を吸引固定した。固定台
３０１の突起部および壁部と、半導体基板１０の第１の
面３６７が接触していない間隙に、流動化された媒体３
５０を供給し、間隙内に充満されたこの媒体３５０を所
定の温度に冷却して固化させて、半導体基板１０の第１
の面３６７の固定保持力を増加させ、軸３３３を中心に
高精度に回転した。研磨テープ３７０は、送りだし巻取
り機構（図示せず）によって適当な張力および所定の速
度で順次送り出され、巻取られる。回転ローラ３７１に
よって、研磨テープ３７０の背面から半導体基板に対す
る加工加重を加えた。研磨テープ３７０を用いることに
より、研磨手段のドレッシング工程が簡略化することが
でき、均一で安定な化学的機械研磨による半導体装置の
製造が可能になった。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体基板表面に傷や加工むらを生じることなく、半導
体装置の各種回路パターンの凹部を加工することなし
に、回路パターンの凸部のみを平坦に加工し、高精度な
アライメント精度で露光処理を行なうことができるの
で、高性能な半導体装置を容易に製造することが可能に
なった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図、

【図２】本発明の第１の実施例を説明するための特性線
図、

【図３】本発明の第１の実施例を説明するための特性線
図、

【図４】本発明の第１の実施例を説明するための特性線
図、

【図５】本発明の第１の実施例を説明するための特性線
図、

【図６】本発明の第１の実施例を説明するための特性線
図、

【図７】本発明の第２の実施例を示す断面図、

【図８】本発明の第３の実施例を示す断面図、

【図９】本発明の第４の実施例を示す図、

【図１０】本発明の第４の実施例を示す図、

【図１１】本発明の第５の実施例を示す図、

【図１２】本発明の第５の実施例を示す図、

【図１３】本発明の第６の実施例を示す断面図、

【図１４】本発明の第７の実施例を示す断面図、

【図１５】本発明の第７の実施例を示す断面図、

【図１６】本発明の第８の実施例を示す断面図、

【図１７】本発明の第８の実施例を示す断面図、

【図１８】本発明の第９の実施例を示す図、

【図１９】本発明の第９の実施例を示す図、

【図２０】本発明の第９の実施例を示す図、

【図２１】本発明の第１０の実施例を示す図、

【図２２】本発明の第１０の実施例を示す図、

【図２３】本発明の第１１の実施例を説明するための工
程図、

【図２４】本発明の第１２の実施例を説明するための工
程図、

【図２５】本発明の第１３の実施例を説明するための工
程図、

【図２６】本発明の第１４の実施例を示す断面図、

【図２７】本発明の第１５の実施例を示す断面図、

【図２８】本発明の第１５の実施例を説明するための
図、

【図２９】本発明の第１６の実施例を示す図、

【図３０】本発明の第１の実施例を説明するための図、

【図３１】本発明の第２の実施例を説明するための図。

【符号の説明】

１…固定台、２…壁部、３…突起部、４…吸引孔、５…
溝部、６…吸引孔、１０…半導体基板、１１…Ｚ移動
台、１２、１３…配管、１４…領域、１５…半導体基板
の面取り加工済みの外周端部分、２０…取付台、２２…
研磨手段、２３…回転台、２４…軸、２６…保水手段、
３０…取付台、３１、３２…排気孔、３３…軸、３４…
研磨手段、３５…取付台、３６…軸、３７…超硬治具、
３８…平坦化手段、４０…超硬治具、５０…研磨手段、
５１、５２…配管、５３…加工液、７０…電歪部材、８
０…外周固定手段、８１…シール手段、８３…配管、８
４、８５…シール手段、１００…取付台、１０１、１０
２、１０３…円弧部材、１０４、１０５…巻部材、１０
６…軸、１０７…公転運動軸、１１１、１１２、１１３
…円弧部材、１１４、１１５…巻部材、１２０…取付
台、１２１…円筒部、１２１…円弧部材、１２２…円筒
部、１２２…円弧部材、１２３…接触部、１２３…巻部
材、１２４、１２７、１２８…軸、１３１、１３２…円
弧部材、１３３…巻部材、１３４…軸、２０１…半導体
基板、２０２…レジスト膜、２０３…ＳｉＯ膜₂、２０
４…ＳｉＮ₄膜、２０５…ｎ⁺層、２０６…ｐ⁺層、２０
７…ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、２０８…ＳｉＯ₂膜、２０９…
ＳｉＮ₄膜、２１０…ＳｉＯ₂膜、２１１…ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉ膜、２１２…ＳｉＯ₂膜、２１３、２１４…ｐｏｌｙ
−Ｓｉ膜、２１５…Ｔａ₂Ｏ₅膜、２１６…Ｗ膜、２２０
…エッチストップ層、２２１…層間絶縁膜、２２２…レ
ジスト膜、２２３…配線形成領域、２２４…レジスト
膜、２２５…接続孔、２２６…配線、２２７…配線プラ
グ、２３０…金属配線、２３１…酸化膜、２３２…有機
ＳＯＧ膜、２３３…表面、２３４…酸化膜、２３５…レ
ジスト膜、２３６…接続孔、２３７…酸素ＲＩＥ処理、
２３８…酸化層、２３９…ビア、３００…縮小投影レン
ズ、３０１…固定台、３０２…光源、３０３…コンデン
サレンズ、３０４…原画マスク、３０５…Ｘ移動台、３
０６…Ｙ移動台、３３０…取付台、３３１、３３２…排
気孔、３３３…軸、３３４…研磨手段、３３５…取付
台、３３６…軸、３５０…媒体、３６０…粗さ曲線、３
６１…山頂線、３６２…谷底線、３６４…突起部、３６
５…先端部、３６７…半導体基板の第１の面、３６８…
半導体基板の第２の面、３６９…半導体基板の第１の
面、３７０…研磨テープ、３７１…回転ローラ、３９
０、３９１…一実測点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田倉 伸行 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 (72)発明者 荒尾 修 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 但馬 武 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 佐伯 秀雄 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 ▲片▼桐 創一 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 安井 感 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 小室 仁 東京都青梅市藤橋３丁目３番地２ 日立東 京エレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 西村 貞之 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】壁部および当該壁部に包囲された当該壁部
   より高さが高い複数の突起部が表面に形成された固定台
   上に半導体基板を配置し、当該半導体基板の裏面が上記
   壁部に接触し、かつ、上記複数の突起部が上記半導体基
   板の裏面に所定深さだけ埋没するように、上記半導体基
   板を上記固定台上に保持して、上記半導体基板に所定の
   処理を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】上記半導体基板のうち、面取り加工された
   外周端部分を除く表面全域が０.３μｍ以下の平坦度で
   上記固定台上に保持されることを特徴とする請求項１に
   記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】上記所定深さは０．１μｍ以上０．５μｍ
   以下であることを特徴とする請求項１若しくは２に記載
   の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】上記所定の処理は、上記半導体基板上に形
   成されたレジスト膜に所定のパターンを露光法によって
   形成する処理であることを特徴とする請求項１から３の
   いずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】上記所定の処理は、上記半導体基板の表面
   に形成された段差を研磨法によって平坦化する処理であ
   ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一に記載
   の複数の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】上記平坦化する処理は上記半導体基板の表
   面上に形成されたパターンの所望部分を研磨して除去す
   ることによって行われることを特徴とする請求項５に記
   載の半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】上記半導体基板は、当該半導体基板の裏面
   の粗さ曲線の山頂線位置において上記壁部と接触し、上
   記半導体基板の裏面の粗さ曲線の山頂線より谷底に寄っ
   た位置において上記突起部の先端部と接触するように固
   定されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一
   に記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】上記半導体基板は、当該半導体基板の裏面
   と上記固定台の間の空隙に、流動化された媒体を導入し
   た後、当該媒体を固化することによって上記固定台上に
   固定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか
   一にに記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】上記媒体を固化した後、上記半導体基板を
   同心円状に彎曲させ、さらに上記半導体基板の表面を研
   磨して平坦化することを特徴とする請求項８に記載の半
   導体装置の製造方法。
10. 【請求項１０】処理すべき半導体基板を固定するための
    固定手段と、上記半導体基板に所定の処理を行う処理手
    段を有し、上記固定手段の表面には、縁部に沿って形成
    された壁部および当該壁部に包囲された当該壁部より高
    さが高い複数の突起部が形成されていることを特徴とす
    る半導体装置の製造装置。
11. 【請求項１１】上記突起部の高さは上記壁部の高さより
    ０．１μｍ〜０．５μｍ高いことを特徴とする請求項１
    ０に記載の半導体装置の製造装置。
12. 【請求項１２】上記固定手段は、Ｌ×Ｌ×Ｐ×(１−ν
    ×ν）/(ａ×Ｅ）で定義される第１の形状係数の値が
    ０.０００００１３〜０.０００００７(ｃｍ）（ただ
    し、Ｅは上記半導体基板の縦弾性係数(ｋｇ／ｃｍ²）、
    νは上記半導体基板のポアソン比、ａは上記半導体基板
    が配列間隔Ｌ(ｃｍ）の上記突起部に圧力Ｐ(ｋｇ／ｃｍ
    ²）で押し付け接触された接触部の有効半径(ｃｍ）であ
    る）である構造を有していることを特徴とする請求項１
    ０若しくは１１に記載の半導体装置の製造装置。
13. 【請求項１３】上記壁部の高さは、上記突起部の高さよ
    りΔｈ＝７３９１７×Ｌ×Ｌ×Ｐ×((１−ν₀×ν₀）／
    Ｅ₀＋(１−ν×ν）／Ｅ）／ａ−０.００６３（ただ
    し、Ｌは壁部の配列間隔(ｃｍ）、２ａは上記壁部の幅
    (ｃｍ）、Ｅ₀は上記突起部と上記壁部の縦弾性係数(ｋ
    ｇ／ｃｍ²）、ν₀は上記突起部と上記壁部のポアソン
    比、Ｅは上記半導体基板の縦弾性係数(ｋｇ／ｃｍ²）、
    νは上記半導体基板のポアソン比、ａは上記半導体基板
    と上記壁部および配列間隔Ｌの上記突起部が圧力Ｐ(ｋ
    ｇ／ｃｍ²）で互いに押し付け接触した際の接触部の有
    効半径(ｃｍ）である）だけ低いことを特徴とする請求
    項１０から１２のいずれか一に記載の半導体装置の製造
    装置。
14. 【請求項１４】上記固定手段は、上記半導体基板の裏面
    と上記固定台の間の空隙を排気して上記半導体基板を上
    記固定手段上に吸着させる手段を有していることを特徴
    とする請求項１０から１３のいずれか一に記載の半導体
    装置の製造装置。
15. 【請求項１５】原画マスクのパターンを半導体基板上に
    形成されたホトレジスト膜に投影露光するための光学系
    と、上記半導体装置を表面上に固定するための固定台
    と、当該固定台をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に
    それぞれ移動させるためのＸ移動台、Ｙ移動台およびＺ
    移動台を具備し、上記固定台の上面には、当該固定台の
    上面の縁部に沿って形成された帯状の壁部および当該壁
    部によって包囲された、当該壁部より高さが高い複数の
    突起部が形成されていることを特徴とする投影露光装
    置。