JPH11330209A - 試料の処理方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大口径ウエハ対応の半導体処理装置において，
装置の占有面積および製造価格削減に好適なステージお
よびそれを用いた半導体処理装置を提供する。 【解決手段】ウエハ100を搭載し，高精度に移動するXス
テージ11およびYステージ12のストローク中心と，θス
テージ13の回転軸と，処理部15の少なくとも何れか一つ
が異なるステージを備え，ウエハ100に座標軸を設定
し，該座標軸で分割された第１〜第４象現の何れかにチ
ップ101を位置させて処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，半導体ウエハへの
露光処理・集束イオンビーム（以下，FIBと呼ぶ）加工
・レーザ加工・等の半導体処理方法及び装置に関するも
ので，特に大口径ウエハの上記処理に好適な試料の処理
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造に用いるウエハは，チップコ
スト低減を目的に大口径化が図られている。

【０００３】ウエハの口径が大きくなるに従い，それを
載置して移動するステージのストロークも必然的に長く
なる。例えば，直径300mmのウエハの全領域をカバーす
るためには，X軸・Y軸ともに±150mm以上のストローク
が必要である。

【０００４】このような長ストロークのステージにおい
て高精度を確保するには，(1) ステージ自体およびステ
ージを設置するベースの剛性を高める，(2) ステージの
加工精度を高める，(3) ステージの潤滑方法を改善す
る，(4) 装置設置場所の温度管理を厳密にする，等の策
が必要である。

【０００５】尚，FIB加工装置やレーザCVD（Chemical V
apor Deposition：化学気相成長法）装置のように真空
チャンバ内にステージを設けている場合には，油やグリ
ースを用いた一般的な潤滑方法を適用できないこと，真
空内では熱が伝わりにくい分，ステージの温度分布が不
均一になること，等から高いステージ精度の確保が難し
くなる。また，ステージの長ストローク化に従って真空
チャンバの寸法も大きくなる。例えば，上記直径300mm
ウエハに対応したステージを納めるチャンバの内寸法
は，□600mm以上必要である。このようなチャンバの大
形化による問題点は，(1) 位置決めあるいは加工精度を
維持するためにチャンバの剛性を高める必要があるこ
と，(2) 高真空を確保するための真空ポンプに大排気量
のものが必要なこと，(3) 装置の占有面積が大きくなる
こと，等である。

【０００６】上記のように真空チャンバ内にXYステージ
を配置せず，XYステージ上に真空チャンバを配置したレ
ーザCVD装置が特開平3-122282号公報に開示されてい
る。該公報によれば，チャンバ内には基板を載置して一
定距離移動可能な載物台が設けられており，ソレノイド
あるいはステッピングモータを用いて移動される。チャ
ンバ上面には材料ガス供給ノズルとレーザ光導入窓が複
数個配置されている。そして，XYステージを移動してCV
D処理を行うための位置合わせを行うが，この時に被処
理部がレーザ光導入窓から外れている場合，上記載物台
を一定距離移動してレーザ光導入窓の下に位置させる。
その後，レーザCVD処理を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例のチャンバ
は，基板サイズにレーザ光導入窓の間隔を加えた程度の
大きさで良いことから，上記したチャンバの大形化によ
る問題点を考慮する必要が無い。しかし， チャンバは
小型化されたものの，XYステージのストロークは基板サ
イズと同等以上必要であり，基板の大形化に伴うステー
ジ精度の確保の難しさは変わらない。

【０００８】本発明の目的は，大口径ウエハ対応の半導
体処理装置において，装置の占有面積および製造価格削
減に好適なステージおよびそれを用いた半導体処理装置
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明においては、ステージを，載置するウエハ径の
1/2以上のストロークを有するXYステージと，360度の範
囲で回転可能なθステージで構成する。

【００１０】そして，上記ステージは，原点位置でのXY
ステージのストローク中心位置とθステージの回転軸位
置と処理位置の位置関係において，少なくとも何れか一
つの位置が異なるように配置する。

【００１１】そして， 上記半導体処理装置のθステー
ジを回転し，ウエハ上の座標軸で４分割して得られる第
１から第４象現の何れかに被処理部を位置させて処理す
る。

【００１２】そして，θステージの回転角に応じて座標
を１次変換し，該変換後の座標を用いて処理する。

【００１３】即ち、上記目的を達成するために、本発明
では、処理室内でテーブル上に載置した試料を移動させ
ながら試料の小領域ごとに順次処理を施す処理方法にお
いて、試料を移動させながら試料の小領域に処理を施
し、小領域を処理した後に試料を回転させ、試料の異な
る小領域に試料を移動させながら処理を施すことを順次
繰り返して行うことにより、試料の外形寸法よりも短い
移動距離で試料のほぼ全面を処理することを特徴とす
る。

【００１４】また、本発明では、処理室内でテーブル上
に載置した試料を移動させながら前記試料の小領域ごと
に順次処理を施す処理方法において、試料を移動させな
がら試料の小領域に処理を施し、小領域を処理した後に
試料を９０度回転させ、回転に伴う試料の座標系を変換
し、変換した座標系に基づいて試料の異なる小領域に試
料を移動させながら処理を施すことを順次繰り返して行
うことにより、試料の外形寸法の略半分程度の移動距離
で試料のほぼ全面を処理することを特徴とする。

【００１５】更に、本発明では、処理室内でテーブル上
に載置した試料を移動させながら前記試料の小領域ごと
に順次処理を施す処理方法において、試料の小領域の画
像を表示し、表示された画像に基づいて試料を移動させ
ながら試料の小領域に処理を施し、小領域を処理した後
に試料を回転させ、回転させた試料の異なる小領域の画
像を回転に応じた補正を施して表示し、表示された補正
を施した画像に基づいて試料の異なる小領域に試料を移
動させながら処理を施すことを順次繰り返して行うこと
により、試料の外形寸法よりも短い移動距離で試料のほ
ぼ全面を処理することを特徴とする。

【００１６】また、本発明では、半導体基板を該半導体
基板の面の中心を通る直交する２本の軸線で４つの領域
に分割したそれぞれの領域を順次処理する方法におい
て、先ず、分割した領域のうちの第１の領域を処理し、
半導体基板を前記中心またはその近傍を中心として９０
度回転させ、半導体基板の第２の領域に処理を施すこと
を半導体基板の第４の領域間で順次繰り返して行うこと
により、半導体基板の直径よりも短い移動距離で半導体
基板のほぼ全面を処理することを特徴とする。

【００１７】そして本発明では、これらの処理が、露
光、レーザ処理、電子ビーム処理、集束イオンビーム処
理のうちの何れかであることを特徴とする。

【００１８】更に、本発明は、試料を移動させながら前
記試料の小領域ごとに順次処理を施す処理装置におい
て、試料の小領域ごとに順次処理を施す処理手段と、試
料を平面内で直交する２軸方向に移動させるテーブル手
段と、試料を平面内で回転させる回転テーブル手段と、
回転テーブル手段による回転に伴う試料の座標系を変換
して処理手段を制御する制御手段とを備え、テーブル手
段の２軸方向のそれぞれの移動距離が試料の外形寸法よ
りも短い移動距離で試料のほぼ全面を処理することを特
徴とする。

【００１９】そして、本発明では、処理装置が、表示手
段を更に備え、表示手段には回転テーブル手段で回転さ
せた後の試料に対して、回転に基づく補正を施した画像
を表示することを特徴とする。

【００２０】更に、処理手段が、露光処理、レーザ処
理、電子ビーム処理またはイオンビーム処理の何れかの
処理を行うことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図に従って本発明を具体的
に説明する。

【００２２】図１（a）は，本発明の半導体処理装置の
主要構成の一つであるステージの構成を示す平面図であ
る。図１（b）は，その側面図である。本ステージは，X
軸方向へ高精度で移動を行うためのXステージ11と，Y軸
方向へ高精度で移動を行うためのYステージ12と，ウエ
ハ100を回転させるためのθステージ13とで構成され
る。このステージ上にホルダ14を介してウエハ100を搭
載する。この時，θステージ13の回転軸とウエハ100の
中心は略同一に配置する。

【００２３】XおよびYステージの各ストロークは，Xス
テージ11の場合はSx1＋Sx2，Yステージ12の場合はSy1＋
Sy2である。そして，各方向のストロークの和 （Sx1＋S
x2，またはSy1＋Sy2）は， 搭載するウエハ径Dの半分
（D/2）以上かあるいは，当該ウエハ100内に形成された
（または形成される）LSIチップ101の１個分の寸法を
（D/2）に加えた値以上であり，従来のXYステージのよ
うにウエハ100の径（D）以上のストロークを必要としな
い。

【００２４】図１に示した処理部15は，ウエハ100に対
して露光あるいはFIB加工あるいはレーザ加工等の処理
を行うためのエネルギビーム16（紫外光，レーザ光，イ
オンビーム，電子ビーム，等）を照射する位置である。
例えば，レーザ加工装置においては，レーザ光を集光・
照射するための対物レンズの直下に相当する。

【００２５】初期状態（原点位置）において，この処理
部15の位置と， Xステージ11およびYステージ12のスト
ローク中心位置と，θステージ13回転軸の位置の３点の
内，少なくとも何れか一つが位置を異なるように配置す
る。図１の実施例においては，ストローク中心と回転軸
は同一位置にあるが，照射部15のみXおよびY方向に（X
0，Y0）ずれている。

【００２６】θステージ13については，360度の回転角
を持つ。但し，時計方向・反時計方向に各180度ずつ回
転しても良い。

【００２７】以上の構成のステージを用いて，例えばチ
ップNo.4.5（ハッチングを施したチップ）に処理を行う
場合，先ず図２に示す手順でチップ原点へ位置合わせを
行う。

【００２８】ステップ１（Ｓ１）：データ入力 一般的にウエハ100は，図３に示すように，ウエハ外形
線の接線の交点を原点とする座標系を有する（以下，ウ
エハ座標と呼ぶ）。そして，ウエハ100の中心の座標は
（D/2，D/2）である。ステッパ等による露光時には，こ
のウエハ座標を基準にチップ101のパターンを転写す
る。チップNo.はこの転写時にチップ101内のどこかに順
次付されていく。

【００２９】チップ101においても，図３に示すように
チップ座標と呼ぶ座標系が有る。チップ座標は，主にLS
I設計時のためのものであるが，以後のレチクル製作時
や各種解析時にも用いられる。このチップ座標における
原点は，当該チップの左下に位置するX方向およびY方向
のスクライブ領域の中心線の交点とすることが一般的で
ある。そして，このチップ原点は，ウエハ座標で表すと
（x0，y0），チップ座標で表すと（0，0）となる。尚，
図３において，チップNo.4.5およびチップNo.3.5の下に
破線でチップを部分的に表しているが，実際にチップが
存在するわけではなく，スクライブ領域を示すために便
宜的に表示したものである。

【００３０】尚，チップ101内には，半導体処理時の位
置決め用アライメントマークM1（チップ座標（x1，y
1）），M2（x2，y1），M3（x1，y2）が付されている。

【００３１】以上のことから，本ステップでは，図示し
ていない制御装置にウエハおよびチップの各座標，ウエ
ハおよびチップのサイズ，転写マップ，被処理部のウエ
ハおよびチップの座標，等を適宜選択し，磁気媒体等を
介する等して入力する。また，処理条件やその手順等も
併せて入力する。

【００３２】ステップ２（Ｓ２）：θステージのアライ
メント θステージ13を駆動し，搭載されたウエハ100のθ方向
のアライメントを行う。具体的には，X方向あるいはY方
向にステージを移動し，半導体処理装置に設けた観察系
により，ステージのX軸あるいはY軸に対するウエハ座標
軸のθ方向の傾きを求める。次いで，この値に応じてθ
ステージ13を回転して許容範囲内に傾きを調整し，この
調整後の傾きを０度とする。あるいは，FIB加工装置の
場合，低倍でチップ観察像をモニタ表示すると共に，該
モニタ上に加工領域設定のためのボックスを表示させ，
該ボックスの表示をチップパターンに合致するように傾
けることでウエハ100の傾きを求め，この傾きに応じて
θステージ13を回転して許容範囲内に調整し，この調整
後の傾きを０度とする。

【００３３】ステップ３（Ｓ３）：ウエハ座標の変換 制御装置は，ステップ１で入力された各ウエハ座標のX
座標およびY座標からウエハ径Dの半分の値（D/2）を減
算する。これにより，図４に示すように座標軸Xw，Ywが
ウエハ100中央部に移動したかのように，新座標軸X
w’，Yw’が設定される。そして，各座標もこの新座標
軸Xw’，Yw’を基準とする座標データに変換される。例
えば，チップNo.4.5の原点座標（x0，y0）は（x0-D/2，
y0-D/2）へと変換される。尚，このステップでチップ座
標は変換されない。

【００３４】ステップ４（Ｓ４）：被処理チップの指定 作業者は，制御装置のモニタ上にチップの転写マップを
表示し，このマップ上で処理すべきチップNo.を指定す
るか，あるいは当該チップの原点座標を制御装置に手入
力する等により，指定する。

【００３５】ステップ５（Ｓ５）：被処理チップの所在
領域の検索 制御装置は，ステップ３の座標変換でウエハ100の中心
に設けた座標軸（第４図のXw’，Yw’）で４分割して得
られる第１〜第４象現の何れかの領域に当該チップ101
が有るか検索する。これには，上記座標変換で得られた
計算結果（X1＝x0-D/2，Y1＝y0-D/2）を用い，X1および
Y1の値が正ならば当該チップ101は第１象現， X1が負で
Y1が正ならば当該チップ101は第２象現， X1およびY1の
値が負ならば当該チップ101は第３象現，X1が正でY1が
負ならば当該チップ101は第４象現に有ると判定する。

【００３６】チップNo.4.5の場合は，図４からも分かる
ように， X1が正でY1が負となることから，第４象現に
有ると判定される。

【００３７】ステップ６（Ｓ６）：θステージの駆動要
否の判定 上記検索により，被処理チップ101が第１象現に有ると
判定された場合には，θステージ13を駆動する必要が無
いことからステップ９に飛び，第１象現以外の領域に有
る場合には，次ステップへ移行する。

【００３８】ステップ７（Ｓ７）：θステージの回転 被処理チップ101が第ｎ象現（ｎ＝2〜4）に存在すると
判定されたらならば，360-（90（ｎ-1））の計算式で得
られる角度だけθステージ13を反時計方向に回転し，被
処理チップ101を第１象現に位置させる。例えば，チッ
プNo.4.5の場合には，図５（a）に示すように，θステ
ージ13を90度回転させる。

【００３９】このθステージ13の回転角に合わせ，半導
体処理装置内の観察手段に設けたイメージ・ローテータ
を用いて，観察像を同一方向・同一角度に回転させる。

【００４０】このイメージ・ローテータは，θステージ
13の回転前の状態でウエハ100あるいはチップ101の観察
を行うためのもので，後で詳細に述べる。

【００４１】ステップ８（Ｓ８）：座標の１次変換 次に，θステージ13の回転角θに応じ，上記ステップ３
で求めたウエハ中心を原点とする座標（X1，Y1）を１次
変換する。例えば，チップNo.4.5の場合では，θステー
ジ13を90度回転させていることから，１次変換後の原点
座標（X2，Y2）は（-Y1，X1）となる。この時，処理に
必要なチップ座標も同様に１次変換する。例えば，チッ
プNo.4.5のアライメントマークM1のチップ座標（x1，y
1）は，（-y1，x1）に変換される。

【００４２】この各座標の１次変換処理と共に，θステ
ージ13の回転角θに応じて，操作パネルに設けたXYステ
ージの移動ボタン（X軸の正と負，Y軸の正と負の４方向
のボタンが有る）の配列も替える。例えば，上記のよう
にθステージ13を90度回転させた場合には，X軸の正の
ボタンを押すとYステージ12が負の方向に移動し，Y軸の
正のボタンを押すとXステージ11が正の方向に移動す
る。

【００４３】このボタン配列の変更と上記ステップ７の
観察像の回転とにより，ウエハ100全域において，あた
かもウエハ100を回転させていない状態で扱え，作業者
の混乱を防止できる。

【００４４】ステップ９（Ｓ９）：XYステージ移動量の
算出 次に，処理部15に被処理チップ101のチップ原点を位置
させるための移動量（δx，δy）を算出する。この値
は，処理部15の座標（X0，Y0）から上記１次変換後の座
標（X2，Y2）を減算することで求められる。

【００４５】ステップ10（Ｓ10）：XYステージ移動 上記ステップ９で得られた移動量（δx，δy）に応じて
Xステージ11およびYステージ12を移動する。これによ
り，図５（b）および図６（a）に示すように，処理部15
の位置と被処理チップ101の原点とが略一致する。

【００４６】図６（a）は上記ステップまでの処理によ
り得られる半導体処理装置の観察モニタ像を示す。θス
テージ13を90度回転させた分，観察像も90度回転させて
いるため，ウエハ100は回転前の状態に見える。また，
ウエハ100搭載時におけるθステージ13の回転軸とウエ
ハ100の中心が完全に一致させていない分，モニタ23の
中央部からチップ原点がずれている。この状態から図６
（b）に示すように，モニタ23の画面上に処理部15の中
心（例えば，レーザ照射位置）を示すクロスカーソル27
等を表示し，操作パネルに設けた移動ボタンを作業者が
適宜選択してXステージ11およびYステージ12を移動さ
せ，カーソル27の交点とチップ原点あるいはアライメン
トマークM1を合わせる。

【００４７】そして，これらの位置から上記ステップ１
で入力したチップ座標に基づいてチップ101内の被処理
位置までステージを相対移動させる。実際には，上記ス
テップ８による１次変換後の座標データを用いて移動す
ることとなる。もし，予め入力した被処理部以外にも処
理を行いたい場合には，元来のチップ座標データを入力
し，この座標データを制御装置で上記ステップ８のよう
に，１次変換させることで対応できる。

【００４８】以上が本発明におけるステージの説明であ
る。本構成のステージを用いることで，例えば，直径30
0mmのウエハを従来のステージに搭載した場合，ウエハ
全域をカバーするためにはXY各方向に最低±150mmのス
トロークが必要であるのに対し，XY各方向に最低±75mm
のストロークが有れば良い。

【００４９】次に，上記ステージを用いる半導体処理装
置として，レーザ加工装置，ステッパ，FIB加工装置に
ついて説明する。

【００５０】（1）レーザ加工装置 図７に示すように，レーザ発振器1から出たレーザ光2
は，パワー調整手段3によって適正パワーに調整された
後，シャッタ4が開いている時にのみ，第１のダイクロ
イック・ミラー5を透過し，第２のダイクロイック・ミ
ラー6により光路を曲げられて対物レンズ7に到達する。
そして，対物レンズ7によりウエハ100上に集光・照射さ
れる。

【００５１】また，観察用照明光源8から出た照明光9
は，ミラー10および第１のダイクロイック・ミラー5に
より光路を曲げられ，レーザ光2と同一光軸となる。そ
して，第２のダイクロイック・ミラー6により一定割合
反射されて対物レンズ7により，ウエハ100上に集光・照
射される。ウエハ100の配線パターン等から反射された
照明光（以後，反射光と呼ぶ）は，再び対物レンズ7お
よび第２のダイクロイック・ミラー6を透過し，イメー
ジ・ローテータに至る。

【００５２】イメージ・ローテータは，ダブ・プリズム
24とそのホルダ25と，回転駆動機構26で構成されるもの
で，図６で述べたように，対物レンズ7で得られた像を
θステージ13に同期して所定の角度だけ回転し，モニタ
23画面上にθステージ13回転前の状態で表示する。これ
により，回転した観察像を見ながら変換後の座標データ
でステージ移動を行うことによる作業者の混乱を防止で
きる。

【００５３】前記反射光は，このダブ・プリズム24内を
屈折・反射しながら透過し，結像レンズ20によってカメ
ラ21の撮像面で結像する。カメラ21に撮り込まれた観察
像は，画像処理装置22により処理されてモニタ23に表示
される。

【００５４】ダブ・プリズム24を透過する像は，該プリ
ズム24の回転角の２倍回転することから，θステージ13
回転角θの半分の角度（θ/2）で制御装置により自動的
に同一方向に回転させることとした。これにより，モニ
タ23画面上にはθステージ13回転前の状態で観察像が表
示される。

【００５５】本実施例では光学的なイメージ・ローテー
タを用いているが，これに限らず，カメラ21で得られた
像を電気的に処理を行ってモニタ23上で回転させて表示
しても良い。例えば，画像処理装置22に各種記憶媒体を
用いた画像記憶部と，カメラ21からの映像信号を処理し
て画像記憶部に送る画像処理部と，画像記憶部に記憶さ
れた画像データを任意の角度に回転させてモニタ23に表
示させるための表示制御部とを設けておく。そして，カ
メラ21で得られた像を画像記憶部に一旦格納し，制御装
置から送られたθステージ13の回転角を示す信号に基づ
いて画像を回転させてモニタ23上に表示する。これによ
り，図７の光学的なイメージ・ローテータは不要とな
り，光学系の構成が簡単になる。

【００５６】次に，加工手順について説明する。

【００５７】ウエハ100をホルダ14に載置・固定し，ス
テージ上に搭載する。そして，図２で説明した手順によ
り，加工に必要な各座標データおよび加工条件等の入
力，チップ原点あるいはアライメントマークへの位置合
わせを行う。次いで，座標データに基づいて第１の加工
位置までステージを移動し，被加工部をモニタ23画面上
に表示する。この時，レーザ光2はパワー調整手段3によ
り，第１の加工条件で与えられた値に調整される。作業
者は，モニタ23画面上にレーザ照射位置を示すクロスカ
ーソル27を表示し，被加工位置とクロスカーソル27の交
点とが一致しているか確認する。もし，両者が一致して
いない場合には，XおよびYステージを移動して合わせた
後，操作パネル上のレーザ照射ボタンを押す等してシャ
ッタ4を開け，被加工位置にレーザ光2を入力条件に基づ
いて照射し，第１の加工を行う。配線パターン等の切断
やマーキング等のようにレーザ光2を走査する場合は，
上記レーザ照射ボタンを押すことで，１次変換された座
標データに基づいてステージ移動を始める。

【００５８】同一チップ101内に複数の加工箇所が有る
場合には，次の加工位置までステージ移動し，上記した
被加工位置確認・パワー調整・レーザ照射を繰り返す。
加工箇所が他のチップにも有る場合は，図２のステップ
４に戻り，チップの位置合わせから繰り返す。

【００５９】全ての加工が終了したならば，ステージを
原点位置に戻し，ウエハ100をホルダ14ごと外し，所定
の場所でホルダ14からウエハ100を外す。

【００６０】以上が本発明のステージを用いたレーザ加
工装置の説明である。本実施例で用いた光学系およびス
テージは，CVDガス雰囲気中でレーザ照射を行い，レー
ザ照射部に選択的に金属膜や絶縁膜等を形成するレーザ
CVD，あるいはエッチングガス雰囲気中でレーザ照射を
行い，レーザ照射部の金属膜あるいは絶縁膜を選択的に
除去するレーザ・アシスト・エッチングにもそのまま適
用可能である。

【００６１】これらの装置を構成するためには，図７の
ステージ部をレーザ光2を導入するための窓を設けた真
空チャンバで覆い，該真空チャンバ内の排気のための真
空ポンプ，該真空チャンバ内の真空度を検知する真空
計，該真空チャンバ内あるいはレーザ照射部のみにエッ
チングガスあるいはCVDガス等の材料ガスを供給するた
めの材料ガス供給手段を付加する。材料ガス供給手段
は，エッチングガスあるいはCVDガスを納めた材料ガス
ボンベと，上記真空チャンバ内への材料ガス導入配管あ
るいはレーザ照射部のみに材料ガスを供給するためのノ
ズルと，材料ガスを所定の流量で供給するための流量調
整手段（流量調整弁あるいはマスフローコントローラ等
から成る）と，それらを結ぶ配管とで構成される。

【００６２】（2）ステッパ 図８（a）に本発明におけるステッパの概略を示す。高
圧水銀灯等の露光用光源31から発した光32は，レチクル
33に照射される。そして，遮光パターンの無い部分から
透過した光32が，レチクルパターンをウエハ100に結像
するための投影レンズ36により，ウエハ100上に集光さ
れる。

【００６３】尚，レチクル33は，回転可能なレチクルホ
ルダ34に固定されており，駆動機構35により，任意の角
度に回転される。

【００６４】このような構成において，先ず，図２で説
明した手順により位置合わせを行った後，図示していな
い観察光学系を用いて既にチップ101上に形成されたア
ライメントマークとレチクル33のアライメントマークを
合わせる。そして，光源31から露光用の光32を照射して
レチクル・パターンを転写する。その後，Xステージ11
およびYステージ12を所定のピッチで移動させながら，
パターンを順次転写する。図４のウエハ座標軸Xw’，Y
w’で分割された第１象現への転写が上記のようにして
終了したならば，θステージ13を90度ずつ回転し，第２
〜第４象現に転写する。この第２〜第４象現への露光時
には，θステージ13の回転角に合わせてレチクル33も回
転させる。

【００６５】θステージ13の回転角に合わせてレチクル
33も回転させる理由は，θステージ13のみ回転させて露
光を行うと，ウエハ100上には図８（b）に示すようなチ
ップ101の配列が得られる。このような配列において，
チップ101の形状が正方形ならば，スクライブ（チップ1
01の切り離し）加工に支障は無い。しかし，チップ形状
が図８（b）に示したような長方形の場合には，座標軸X
w’，Yw’で切り離した後でなければスクライブ加工で
きず，工程が煩雑になるためである。

【００６６】上記実施例においては，レチクル33を回転
させることでウエハ100への転写パターンを同一方向に
しているが，レチクル33と投影レンズ36との間に，図７
のレーザ加工装置で用いたイメージ・ローテータを設け
ても良い。ここでのイメージ・ローテータは， ダブ・
プリズムとその回転駆動機構から成る光学的なもので，
θステージ13の回転角θの半分（θ/2）だけダブ・プリ
ズムを回転させる。これにより，レチクル33のパターン
はダブ・プリズムの回転角の２倍回転してウエハ100上
に投影される。

【００６７】（3）FIB加工装置 本実施例におけるFIB加工装置は，図９に示すように，
扉40からのウエハ100の入出および処理室42との搬送を
行うための搬送室41と，FIB加工を行うための処理室42
と，イオンビーム60を発生させてウエハ100に照射する
ためのイオン光学鏡筒43からの３室で構成している。こ
の内，搬送室41と処理室42の間はゲートバルブ44により
完全に隔離できるが，処理室42と光学鏡筒43間は，イオ
ンビーム60を通過させるための開口を持つ仕切板45で仕
切っているため，完全に隔離していない。

【００６８】搬送室41は，処理室42との間でホルダ14の
搬送を行うための搬送機構46と，搬送室41内の真空度を
検知するための真空計47aを備えている。搬送室41下部
には，排気バルブ48aを介して真空ポンプ49aが配管接続
されている。

【００６９】処理室42は，内部に上記で説明したステー
ジを備え，上部にイオン光学系を備えたイオン光学鏡筒
43と，イオン照射により生じた２次イオンあるいは２次
電子を検出するための２次粒子ディテクタ51を設けてい
る。下部には排気バルブ48bを介して真空ポンプ49bが配
管接続されており，該処理室42内の真空度を検知するた
めの真空計47bを設けている。イオン光学鏡筒43側面に
も該鏡筒内の排気を行うための真空ポンプ49cを設けて
いる。

【００７０】図９のイオン光学系において，引き出し電
極62への電圧印加によってGa等のイオン源61から引き出
されたイオンビーム60は，集束レンズ63により集束さ
れ，電流および集束径を制限するためのアパーチャ65を
通過し，対物レンズ67により微細なスポット径でウエハ
100上に照射される。この時，ブランキング電極64とデ
フレクタ電極66への電圧印加を図示していない制御装置
で制御することにより，イオンビーム照射のON・OFF，
イオンビーム60のウエハ100上での走査が可能となる。
イオンビーム照射によって生じた２次イオンあるいは２
次電子を２次粒子ディテクタ51で検出し，この検出信号
を画像処理装置52により，前記デフレクタ電極66による
イオンビーム60の走査に同期して画像処理し，モニタ53
上に像を表示する。画像処理装置52はモニタ53に対し
て，この観察像表示の他に，イオンビーム60の走査領域
の中心等を表示するためのクロスカーソル，FIB加工時
のイオンビーム60の走査領域・方向を設定するためのボ
ックス，等を任意に表示させる。

【００７１】次に，本構成のFIB加工装置を用いた加工
手順を説明する。

【００７２】初期状態における本FIB加工装置は，搬送
室41，処理室42，光学鏡筒43はそれぞれの真空ポンプ49
a，49b，49cにより高真空に排気されており，ゲートバ
ルブ44は閉じている。ステージおよび搬送機構46は原点
位置にあり，イオンビーム60はブランキング電極64によ
り非照射状態にある。

【００７３】先ず，ウエハ100をホルダ14に載置・固定
する。排気バルブ48aを閉じ，図示していないリークバ
ルブを開けて搬送室41内に大気あるいは不活性ガスを供
給し，搬送室41内を略大気圧にする。扉40を開けて上記
ホルダ14を搬送機構46の搬送アーム上に載せ，扉40を閉
じ，排気バルブ48aを開けて搬送室41内を排気する。

【００７４】所定の真空度が得られたらゲートバルブ44
を開け，搬送機構46を回転させて処理室42に向けると共
に，XあるいはYステージをホルダ14の受け渡し位置に移
動させる。そして，搬送アームを伸ばしてホルダ14をス
テージ上に載置する。載置後，搬送アームを戻してゲー
トバルブ44を閉じると共に，ステージを原点位置に戻
す。

【００７５】以上の操作を終えたならば，図２で述べた
手順でチップ原点あるいはアライメントマークへの位置
合わせを行う。この際，ステップ２のθステージ13のア
ライメントは，イオンビーム60の照射・走査により得ら
れる観察像を用いて行う。例えば，比較的低倍率でX方
向あるいはY方向に長いパターンの観察像と共に加工領
域を設定するためのボックスを大きめのサイズでモニタ
53画面上に表示し，このパターンにボックスの一辺が略
平行に密着するようにボックスを傾ける。この傾き角が
許容範囲内になるまでθステージ13を回転し，許容範囲
内に入ったところをθステージ13の回転角を０度とす
る。

【００７６】また，図２ステップ７のθステージの回転
において，上記レーザ加工装置やステッパでは，θステ
ージ13の回転角に応じてイメージ・ローテータやレチク
ル33を回転させ，作業者の混乱や工数増加といった不具
合を無くしている。本FIB加工装置においても，θステ
ージの回転による作業者の混乱を防ぐための手段を講じ
ている。具体的には図10に示すように，図２ステップ８
の座標の１次変換時，制御装置はイオンビーム走査方向
54も１次変換し，この結果に応じてデフレクタ電極66を
制御して観察時におけるイオンビーム60の走査方向54を
自動的に変える構成とした。これにより，イオンビーム
60の走査方向54は４方向に変わり得るが，画像処理装置
52によるモニタ53画面上の走査方向は常に一定方向であ
るため，θステージ13が如何なる角度にあっても観察像
は正立状態で表示される。そして，このステップ８にお
いて，θステージ13の回転角に応じて操作パネルに設け
たXYステージの移動ボタンの配列も替わることから，作
業者はウエハ100の回転を意識せずにチップ原点あるい
はアライメントマークに位置合わせを行うことができ
る。

【００７７】次いで，座標データに基づいて第１の加工
位置までステージを移動し，被加工部をモニタ53画面上
に表示する。作業者は，予め入力してある加工データに
基づいてモニタ53画面上にFIB加工領域を設定するため
のボックスを被加工部の観察像に重ねて表示し，被加工
位置に合わせる。この時，ボックス内のイオンビーム60
の走査方向は加工の事情によって任意に設定され，その
設定は制御装置内で変換され，ウエハ100の置かれた状
態に合わせてデフレクタ電極66を制御する。

【００７８】加工位置の設定後，加工データに基づいて
被加工位置にイオンビーム60を照射・走査し，第１の加
工を行う。所定時間経過あるいは２次粒子ディテクタ51
からの検出信号で加工終点と見なされる波形が得られた
らイオンビーム60の照射を停止する。同一チップ101内
に複数の加工箇所が有る場合には，次の加工位置までス
テージ移動し，上記した被加工位置確認・ボックス設定
・FIB照射を繰り返す。加工箇所が他のチップにも有る
場合は，図２のステップ４に戻り，チップの位置合わせ
から繰り返す。

【００７９】全ての加工が終了したならば，イオンビー
ム60の照射を停止し，各ステージを原点位置に戻す。次
いで，ゲートバルブ44を開け，ステージをホルダ14の受
け渡し位置まで移動させる。そして，搬送機構46により
ステージからホルダ14を受け取り，ゲートバルブ44を閉
じる。ホルダ受け渡し後のステージは原点位置に戻り，
搬送機構46は扉40側に向きを変える。排気バルブ48aを
閉じ，リークバルブを開けて搬送室41内を略大気圧にす
る。そして，扉40を開けてホルダ14ごとウエハ100を取
り出した後，扉40を閉じ，排気バルブ48aを開けて搬送
室41内を排気する。

【００８０】以上が本FIB加工装置による加工手順であ
る。上記手順において，ステージの原点位置とホルダ14
の受け渡し位置と異なっていたが，同一位置としても問
題は無い。そして，エッチングガスあるいはCVDガス等
の材料ガスを納めた材料ガスボンベと，イオンビーム60
の照射部に材料ガスを供給するためのノズルと，材料ガ
スを所定の流量で供給するための流量調整手段（流量調
整弁あるいはマスフローコントローラ等から成る）と，
それらを結ぶ配管とで構成される材料ガス供給手段を処
理室に設け，アシスト・エッチングあるいはアシスト・
デポジションを行うことも可能である。

【００８１】また，本発明のステージのストロークは，
ウエハ100径の半分程度と短い分，高精度のステージを
比較的容易に製作できる利点が有るものの，上記FIB加
工装置やレーザCVD装置のように複数チャンバ間を搬送
する必要が有る場合には，搬送機構への負担が大きくな
る場合がある。このような場合には，搬送用の長ストロ
ーク・ステージ上に本発明のステージを設けることとす
れば良い。この搬送用ステージは，搬送に支障を来さな
いだけの精度が有れば良いため，比較的容易かつ安価に
製作できる。

【００８２】また，本発明のθステージ13において，θ
方向のアライメントと90度ごとの回転を一つのステージ
で行っているが，θ方向のアライメントを行うための微
調整用θステージと，90度ステップで回転するθステー
ジとの組合せで用いても良い。この場合，微調整用θス
テージの可動範囲は，最大でも±45度以下で十分であ
る。

【００８３】また，上記各実施例では，ウエハ座標軸X
w’，Yw’で分割した第１〜第４象現の内，第１象現で
各種処理を行っているが，他の象現で行うこととしても
問題ない。

【００８４】以上，各種応用例を説明したが，本発明の
ステージはこれらに限られず，ウエハ上の異物やパター
ンを検査する各種検査装置にも適用可能である。

【００８５】

【発明の効果】以上に述べたように，ステージをXYステ
ージとθステージで構成し，ウエハ中央付近に設定した
座標軸で分割された第１〜第４象現の内の何れかの象現
で処理を行うため，高精度を必要とするXYステージのス
トロークは，X方向・Y方向共，ウエハ径の略半分で済
む。その結果，ステージ自体の小形化のみならず，ステ
ージを真空チャンバ内部に設けたFIB加工装置やレーザC
VD装置等においては真空チャンバの容積を小さくでき
る。例えば，直径300mmのウエハを従来のステージに搭
載してウエハ全域に亘って処理を行うには，最低でも□
600mmのチャンバが必要である。これに対して本発明の
ステージでは，最低□450mmのチャンバが有れば良く，
面積比で2/3以下に縮小できる。これに伴って，チャン
バ壁の薄肉化および真空ポンプの小形化，等を図れる。
そして，これらのことから処理装置の占有面積を小さく
できると共に，装置の低価格化が図れる。

【００８６】また，θステージの回転角に合わせ，半導
体設計あるいは製造時の各種座標データを制御装置内で
座標変換処理を行うと共に，レーザ加工装置においては
光学的あるいは電気的に観察像を回転させる，FIB加工
装置においてはイオンビームの走査方向を変えて観察像
を撮り込む，といった構成にしているため，作業者に与
える負担は長ストロークのステージを用いた処理装置と
変わらない。

【００８７】また，本発明のステッパにおいては，θス
テージの回転角に合わせてレチクルあるいはその像を回
転させる構成にしているため，従来の長ストロークのス
テージを用いたステッパと同じ転写結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるステージの構成を示す図

【図２】本発明によるチップ原点あるいはアライメント
マークへの位置合わせを示すフロー

【図３】ウエハ座標およびチップ座標を説明する図

【図４】本発明による座標変換を説明する図

【図５】本発明におけるステージの動作を示す図

【図６】本発明におけるアライメントマークへの位置合
わせ手順を示す図

【図７】本発明のステージを用いたレーザ加工装置の一
実施例を示す図

【図８】本発明のステージを用いたステッパの一実施例
を示す図

【図９】本発明のステージを用いたFIB加工装置の一実
施例を示す図

【図１０】本発明のFIB加工装置における１次変換後の
イオンビームの走査方向とモニタ像を示す図

【符号の説明】

1---レーザ発振器，2---レーザ光，3---パワー調整手
段，4---シャッタ，5,6---ダイクロイック・ミラー，7-
--対物レンズ，8---照明光源，9---照明光，10---ミラ
ー，11---Xステージ，12---Yステージ，13---θステー
ジ，14---ホルダ，15---処理部，16---ビーム，20---結
像レンズ，21---カメラ，22---画像処理装置，23---モ
ニタ，24---ダブ・プリズム，25---ホルダ，26---回転
駆動機構，31---露光光源，32---露光光，33---レチク
ル，34---レチクル・ホルダ，35---回転駆動機構，36--
-投影レンズ，40---扉，41---搬送室，42---処理室，43
---イオン光学鏡筒，44---ゲートバルブ，45---仕切
板，46---搬送機構，47---真空計，48---排気バルブ，4
9---真空ポンプ，51---２次粒子ディテクタ，52---画像
処理装置，53---モニタ，54---イオンビーム走査方向，
60---イオンビーム，61---イオン源，62---引き出し電
極，63---集束レンズ，64---ブランキング電極，65---
アパーチャ，66---デフレクタ電極，67---対物レンズ，
100---ウエハ，101---チップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 37/30 Ｈ０１Ｊ 37/30 Ｚ Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 21/027 21/30 ５１６Ｂ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】処理室内でテーブル上に載置した試料を移
   動させながら前記試料の小領域ごとに順次処理を施す処
   理方法であって、前記試料を移動させながら前記試料の
   小領域に処理を施し、該小領域を処理した後に前記試料
   を回転させ、前記試料の異なる小領域に前記試料を移動
   させながら処理を施すことを順次繰り返して行うことに
   より、前記試料の外形寸法よりも短い移動距離で前記試
   料のほぼ全面を処理することを特徴とする試料の処理方
   法。
2. 【請求項２】処理室内でテーブル上に載置した試料を移
   動させながら前記試料の小領域ごとに順次処理を施す処
   理方法であって、前記試料を移動させながら前記試料の
   小領域に処理を施し、該小領域を処理した後に前記試料
   を９０度回転させ、該回転に伴う前記試料の座標系を変
   換し、該変換した座標系に基づいて前記試料の異なる小
   領域に前記試料を移動させながら処理を施すことを順次
   繰り返して行うことにより、前記試料の外形寸法の略半
   分程度の移動距離で前記試料のほぼ全面を処理すること
   を特徴とする試料の処理方法。
3. 【請求項３】処理室内でテーブル上に載置した試料を移
   動させながら前記試料の小領域ごとに順次処理を施す処
   理方法であって、前記試料の小領域の画像を表示し、該
   表示された画像に基づいて前記試料を移動させながら前
   記試料の小領域に処理を施し、該小領域を処理した後に
   前記試料を回転させ、該回転させた前記試料の異なる小
   領域の画像を前記回転に応じた補正を施して表示し、該
   表示された補正を施した画像に基づいて前記試料の異な
   る小領域に前記試料を移動させながら処理を施すことを
   順次繰り返して行うことにより、前記試料の外形寸法よ
   りも短い移動距離で前記試料のほぼ全面を処理すること
   を特徴とする試料の処理方法。
4. 【請求項４】半導体基板を該半導体基板の面の中心を通
   る直交する２本の軸線で４つの領域に分割したそれぞれ
   の領域を順次処理する方法であって、先ず、前記分割し
   た領域のうちの第１の領域を処理し、前記半導体基板を
   前記中心またはその近傍を中心として９０度回転させ、
   前記半導体基板の第２の領域に処理を施すことを前記半
   導体基板の第４の領域間で順次繰り返して行うことによ
   り、前記半導体基板の直径よりも短い移動距離で前記半
   導体基板のほぼ全面を処理することを特徴とする試料の
   処理方法。
5. 【請求項５】前記処理が、露光、レーザ処理、電子ビー
   ム処理、集束イオンビーム処理のうちの何れかであるこ
   とを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の試料の
   処理方法。
6. 【請求項６】試料を移動させながら前記試料の小領域ご
   とに順次処理を施す処理装置であって、前記試料の小領
   域ごとに順次処理を施す処理手段と、前記試料を平面内
   で直交する２軸方向に移動させるテーブル手段と、前記
   試料を前記平面内で回転させる回転テーブル手段と、該
   回転テーブル手段による回転に伴う前記試料の座標系を
   変換して前記処理手段を制御する制御手段とを備え、前
   記テーブル手段の２軸方向のそれぞれの移動距離が前記
   試料の外形寸法よりも短い移動距離で前記試料のほぼ全
   面を処理することを特徴とする試料の処理装置。
7. 【請求項７】前記処理装置は、表示手段を更に備え、該
   表示手段には前記回転テーブル手段で回転させた後の前
   記試料に対して、該回転に基づく補正を施した画像を表
   示することを特徴とする請求項６記載の試料の処理装
   置。
8. 【請求項８】前記処理手段が、露光処理、レーザ処理、
   電子ビーム処理またはイオンビーム処理の何れかの処理
   を行うことを特徴とする請求項６記載の試料の処理装
   置。