JPS6330781B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、投影露光方式やＸ線露光方式等のパ
ターン焼付け装置に関するものである。

〔発明の背景〕

半導体回路の大規模集積化に伴い、反射投影式
アライナによるパターン焼付けが主流となつてき
た。この方式によれば、良好な解像度パターン
は、反射光学系の焦点深度内に半導体ウエハ（以
下ウエハと呼ぶ）の表面を合致させることにより
得られる。

従来、ウエハは高精度に仕上げられたウエハチ
ヤツク面に、真空吸着で保持固定される。ウエハ
には、シリコンインゴツトからスライシングされ
る過程に生ずるそりや、半導体集積回路製造工程
中に現われる厚さむらがあることを考慮する必要
がある。しかし、これらは、高精度なウエハチヤ
ツク面の真空吸着により、そりは矯正される。
又、厚さむらは、機械的な傾きの制御の平行出し
機構部（図示せず）を用いることにより、取り除
くことは可能である。この様にして得られたウエ
ハ表面は、光学系の焦点深度内に位置決めされる
はずであるが、時により達成されない事がある。
この原因として考えられるものに異物がある。異
物とは、ウエハ裏面に付着した異物、あるいは周
辺に廻り込んだホトレジストの残留、及びウエハ
チヤツク表面に付着した異物を指す。これら異物
が、ウエハ表面の平坦度に悪影響を及ぼす。

これを解決するため、ウエハチヤツク表面を凹
凸状にし、凸部の面積の占める割合をウエハに比
較して小さくすると良く、方法が種々、考案され
ている。

第１図は、ウエハを載置する真空保持装置の斜
視図である。第２図は第１図の構造体の斜視図。
第３図は第２図の縦断面図。以下、図を用いて説
明する。円状のベース板１の側面を包被する立上
りリム２、立上りリム２の上端に埋込まれたエツ
ジ３、ベース板１に取付けられそして実質上これ
と垂直になつて、複数の一定間隔を置いた先端に
テーパを有する円筒状ピン４、ベース板１の中央
部には、真空用通路５があり真空ポンプ（図示せ
ず）と連結されている。円筒状ピン４の先端６と
エツヂ３の上端７の高さは、面一になる様、機械
加工・研摩を施してある。この様な構成におい
て、この面上にウエハ８を載置し、真空用通路５
に真空を供給するとウエハ保持装置内の室部９が
負圧となりウエハ８は吸着固定される。ウエハに
比較して、ウエハの裏面に接する複数個のピンの
面積が小さいので、前記異物１０をはさむ確率を
小さくでき効果的である。ここで注意する点は、
ピンとピンとの間隔を必要以上に大きくすると、
吸着力によつて生ずるウエハの局所たわみが増
し、ウエハの平坦度が悪化することである。これ
で異物に対する問題は解決された訳である。

このウエハ保持装置は、ベース板上に複数個の
ピンを設置し、これらピン４間、及びエツヂ３を
同一平面に高精度に仕上げる必要があり、そのた
め高度な研摩・ラツピング技術等が不可欠であ
る。又製作費用も多くなり問題であつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術の問題点をなくし基
板裏面の異物、あるいは周辺に廻り込んだホトレ
ジストの残留、及び基板を真空吸着する表面に付
着した異物等を逃げて基板にそりを与えず、且つ
基板を真空吸着する表面を有する可撓性の板を介
して基板を変形させてマスクと基板との間隙を所
望の値に設定できるようにして高解像度でもつて
マスク上の回路パターンを基板上に転写できるよ
うにしたパターン焼付け装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、上記目的を達成するため、基板
を表面に真空吸着すべく真空吸着凹部を形成し、
且つこの凹部の以外の凸部の面積が基板の面積に
比べて少なくした可撓性の板と、該可撓性の板が
横方向にずれないように可撓性の板の周辺部を保
持する保持手段と、上記可撓性の板の裏面に係合
して上下方向に変位を発生させる複数の上下変位
発生手段と、マスクの高さを測定する第１の測定
手段と、上記基板の表面の高さを測定する第２の
測定手段と、該第１及び第２の測定手段によつて
測定されて求められたマスクと基板との間隙に基
いて上記各上下変位発生手段を駆動制御して可撓
性の板を介して基板を変形させ、マスクと基板と
の間隙を均一にする制御手段とを有するパターン
焼付け装置において、上記可撓性の板の表面に凹
部をエツチング加工によつて形成し、その表面に
硬質クロムメツキを施したことを特徴とするパタ
ーン焼付け装置である。

〔発明の実施例〕

以下本発明を具体的に説明する。第４図及び第
５図は、ウエハチヤツク面製作のためのエツチン
グ加工作業工程図である。

最初に、第５図ａに示す如く、ウエハチヤツク
の素材１１を用意する。ウエハチヤツク面となる
金属表面のごみ・油脂を、アルカリ性洗浄液によ
つて脱脂洗浄P₁し、取り除く。次に、60℃〜70
℃の温度を10分間程度かけ乾燥P₂を行なう。乾
燥後、スピンナーを用い、第５図ｂに示す如くレ
ジスト塗布P₃を行ない、均一な膜厚をウエハチ
ヤツク面に形成する。引続き、80℃・10分間の乾
燥P₄をする。これで、露光の準備が整つたわけ
である。露光工程P₅では、第５図ｅに示す如く
ウエハチヤツク面に形成すべきパターンが印刷さ
れたネガフイルムシートのマスク１３をウエハチ
ヤツク上に置き上方より紫外光１４を照射する。
その後、現像P₆を行なう。現像後、50〜60℃の
温水にてウエハチヤツク面をきれいに洗浄する。
（第５図ｄに示す如くとなる。）次に、約150℃に
て15分間程度の乾燥P₇を行なう。この後、エツ
チングを施す。エツチング工程では、約50℃の塩
化第２鉄を用いウエハチヤツク面をハーフエツチ
ングP₈をする。すると第５図ｅとなる。ここで、
ハーフエツチングとは、エツチング深さを途中で
止め、貫通させない事を指し、エツチング深さは
エツチング時間を制御することで決定できる。次
に、ウエハチヤツク面上に残つているレジストを
除去するため、約80℃の苛性ソーダに浸す
（P₉）。すると第５図ｆとなる。それから、水洗
P₁₀・乾燥P₁₁をする。以上のエツチング加工作業
工程を経ると、ウエハチヤツク面には、エツチン
グ加工による凹部ができ、その結果チヤツク全面
に凹凸部が形成されたことになる。最終工程とし
て、ウエハチヤツク面に硬質クロムメツキ１５を
施す（第５図ｇに示す。）。これはウエハの材質で
あるSiは非常に高い硬度を持つているため、この
硬度以上の表面処理をウエハチヤツク面に施し、
チヤツク面を保護する目的のものである。

ウエハチヤツクの素材は、エツチング性に優
れ、耐腐食性があるステンレス鋼を使用したが
Fe、Cu、Alなどを用いても良い。この場合、防
錆のための表面処理をする必要がある。また、ウ
エハチヤツクの素材としてSiを用いることができ
る。この場合、必ずしも表面処理をする必要はな
い。前記、硬質クロムメツキ後、ウエハ吸着用真
空穴を機械加工によりウエハチヤツク裏面にあ
け、チヤツク表面に貫通させる。この様にして製
作されたウエハチヤツクを適用した例を上げて説
明する。第６図は、本発明によるウエハチヤツク
面を用いてウエハを固定するウエハ保持固定台で
ある。第７図は第６図の縦断面図である。ウエハ
チヤツク面上に形成されているパターンは、碁盤
の碁石のように整列されている。ランド２０の直
径はφ0.5mm、ランド間隔は２mm、エツチング深さ
は0.2mmである。これにより、凸部面積はウエハ
に対し、面積比で約５％となつている。第８図、
及び第９図は、本発明によるウエハチヤツク面の
別形状を示すもので、第８図は放射状に配列され
たパターンであり、第９図は螺施状に配列された
パターンである。

エツチング加工法をウエハチヤツク面製作に適
用した結果、以下に述べるものが特徴として上げ
られる。第１図、高精度加工ができる事。エツチ
ング加工では、ワークの塑性変形、撓み、熱変形
などが生じないので、エツチング加工前に高精度
に仕上げたウエハチヤツク面の面精度は維持され
る。又、エツチング加工により、微細なパターン
を精度良くつくる事ができる。

第２として、特殊形状の加工が可能であるこ
と。従来、機械加工ではつくれなかつた複雑な形
状パターンを容易に製作できる。本実施例による
ウエハチヤツク面より更に微細なエツチングも可
能であり、エツチング加工の限界から言えること
は、ランド直径φ0.1mm、ランド間隔0.2mmも製作
可能である。

第３とし、リソグラフイ技術の利用により、マ
スク原版のパターンが、正確にチヤツク面上に再
現されることである。よつて、製品間にばらつき
がなく、コストダウンが期待できる。

以上のごとく、エツチング加工の特徴を生か
し、デイスクをウエハチヤツクに適用した方法を
説明してきたが、これとは別に、第１０図に示す
貼り合わせ方式によつても、ウエハチヤツク面を
製作することができる。この方式は、厚さ0.3mm
のステンレス鋼板２１に、前述エツチング加工を
行ない、ウエハチヤツク面を仕上げる。これを接
着剤２２を用い、ウエハチヤツク部材１１に、圧
力をかけ貼り付けるものである。このステンレス
鋼板をシリコンウエハに変え、シリコンエツチン
グ技術により、凹凸部をつくり、ウエハチヤツク
面に適用することもできる。

この半導体ウエハ保持固定台を用いた軟Ｘ線露
光装置の一実施例を第１１図に示す。第１１図に
おいて、ベース３１の上には、中央にXYテーブ
ル３２と、その両側にウエハ平坦度検出器３３お
よびマスク平坦度検出器３４が配置されている。
前記XYテーブル３２の上には、薄板変形装置３
５が配置され、平坦度の検出を終つたウエハ３６
を載置固定する。このウエハ３６の上方には、平
坦度の検出を終つたマスク３７が微小な間隙ｇで
対向配置される。マスク３７の上方には、アライ
メント検出器３８が配置され、このアライメント
検出器３８の出力に連動してXYテーブル３２が
移動して、マスク３７とウエハ３６の位置合せを
行なう。そして、マスク３７とウエハ３６の位置
合せが終ると、薄板変形装置３５が作動し、ウエ
ハ３６を所要の形状に変形させる。さらにマスク
３７の上方には、軟Ｘ線発生装置３９が設置さ
れ、軟Ｘ線発生装置３９で発生された軟Ｘ線が、
マスク３７を通してウエハ３６上に照射される。
このとき、ウエハ３６上に、軟Ｘ線に反応するレ
ジスタ被膜が形成されていると、マスク３７に形
成されたパターンをレジスト被膜上に転写するこ
とができる。

第１２図は、本発明に係る薄板変形装置３５の
一例を示すもので、同図において、環状の固定ベ
ース４１は、XYテーブルに載置固定される。こ
のベース４１の中央に位置するように配置された
ベース４２は、120度間隔で配置された３個の板
ばね４３によつて、前記固定ベース４１に結合さ
れている。前記ベース４２上に形成された環状の
溝に装着されたＯリング４４上には、上端に環状
のフランジ４５を形成した中空のケース４６が載
置固定され、ベース４２とケース４６の間の気密
を保持するようになつている。前記フランジ４５
の上端面の内同縁側には、真空吸着用の環状の溝
４７が形成されている。この溝４７を覆うように
フランジ４５上に載置された可撓性を有する鋼、
アルミ、ステンレス、りん青銅、Si等の0.4〜３
mmの金属薄板、または0.7mm程度のガラス薄板で
形成されたダイヤフラム式のチヤツク４８は、前
記溝４７に供給される真空によつて吸着固定され
る。前記チヤツク１８の上面には、前記の如くSi
薄板にエツチングによつて浅い溝が形成され、こ
の溝を介してウエハ薄板に真空吸着するようにな
つている。前記ケース４６の側面には、貫通穴４
９が形成されている。この貫通穴４９に嵌合する
環状の枠４９の外周に形成された溝には、Ｏリン
グ５０がはめ込まれ、枠４９をケース４６に取付
けたとき、ケース４６と枠４９の間の気密を保持
するようになつている。前記枠４９の中央は、前
記ベース４２とケース４６およびチヤツク４８で
形成される空間と、この空間を通り前記チヤツク
４８の表面の溝と、前記溝４７にそれぞれ真空圧
を供給するための複数の配管（図示省略）と、後
述するピエゾ素子に電圧を印加するための複数の
配線（図示省略）が貫通し、かつ、残つた空間は
充填材２１によつて埋られ、気密状態を保持する
ようになつている。前記枠４９の外側面には、前
記配管および配線を支持するブラケツト５２が固
定されている。一方、前記枠４９の内側に位置す
るように、前記配線および配管を支持するブラケ
ツト５３が、前記ベース４２に立設されている。
前記ベース４２上には、多数の上下動素子５４
（４インチウエハの全面に10mm間隔で配置する場
合には105個、以下105個の場合で説明する。）が
所定の配列で配置されている。この上下動素子２
４は、前記ベース４２に固定されたチヤンネル状
のケース５５と、ケース５５の下端に形成された
ねじ穴にねじ込まれた調整用のねじ５６と、ケー
ス５５の上端に形成されたねじ穴にねじ込まれた
変位量取出し用のチツプ２７と、このねじ５６お
よびチツプ５７に接する一対の鋼球５８の間に支
持されたピエゾ素子５９とによつて構成されてい
る。そして、前記ケース５５の上方には溝６０が
形成され、ケース５５の上端が弾性変形し易いよ
うに構成されている。また、前記ピエゾ素子５９
は、前記配線に接続されている。前記固定ベース
４１には、前記板ばね４３に対応して120度間隔
で３個の上下動素子６１が配置されている。この
上下動素子６１は、前記固定ベース４１に固定さ
れたＵ字状のケース６２と、一端がケース６２の
上端に固定され、かつ溝６３によつて弾性変形可
能に形成された変位取出用のチツプ６４と、ケー
ス６２の下端に形成されたねじ穴にねじ込まれた
調整用のねじ６５と、チツプ６４とねじ６５の間
に一対の鋼球６６を介して支持されたピエゾ素子
６７とによつて構成されている。そして、チツプ
６４が、その上端に載置された鋼球６８によつ
て、前記ケース４６のフランジ６５に配置された
ブラケツト６９を支えることによつて、ケース４
６を支持するような構成になつている。したがつ
て、上下動素子６１が作動すると、チヤツク４８
の全体の傾斜を変えることができる。また、ベー
ス４２とケース４６およびチヤツク４８で形成さ
れる空間に真空圧を供給すると、チヤツク４８が
大気圧に押され前記上下動素子５４のチツプ５７
に接触するまで押下げられ、上下動素子５４によ
つて支えられる。したがつて、チヤツク４８にウ
エハが吸着支持されているため、ウエハもチヤツ
ク４８にならつて変形される。

第１３図は、第１２図における上下動素子５４
の駆動回路の一例を示すもので、同図において、
CPU７１は、第１１図に示したウエハ平坦度検
出器３およびマスク平坦度検出器３４に接続さ
れ、各検出器３３，３４の検出データを記憶し、
かつ、上下動素子５４によるウエハ３６の変形
量、すなわち、上下動素子５４のピエゾ素子５９
に印加すべき電圧を求める。CPU７１に接続さ
れた出力ポート７２は、CPU７１の指令に基づ
いて、作動させるべき上下動素子５４の選択信号
と、各上下動素子５４に印加すべき電圧のデイジ
タル値を発振する。出力ポート７２に接続された
デコーダ７３は出力ポート７２から印加される選
択信号に基づいて、ステツプアンドリピート回数
に対応して予じめ設定された区画（実施例では12
区分）を指定するための信号を発振する。デコー
ダ７３に接続されたラツチ回路７４は、デコーダ
７３から印加される信号をラツチする。ラツチ回
路７４に接続されたバツフア回路７５は、ラツチ
回路７４から印加された信号に基づいて、OR回
路７６を介して作動させるべきピエゾ素子５９の
スイツチング回路（後述）に作動信号を印加す
る。一方、出力ポート７２に接続された25個の
Ｄ／Ａコンバータ７７Ａ〜７７Ｙには、CPU７
１の演算結果に基づくデイジタル信号が印加され
る。高圧電源７８とＤ／Ａコンバータ７７Ａ〜７
７Ｙに接続された25個のアンプ７９Ａ〜７９Ｙ
は、高圧電源７７から印加される電圧から、Ｄ／
Ａコンバータ７７Ａ〜７７Ｙから印加されるアナ
ログ信号に基づいて所要の電圧を取出す。前記ア
ンプ７９Ａ〜７９Ｙには、それぞれ複数個のピエ
ゾ素子５９と、各ピエゾ素子５９に接続されたト
ランジスタで形成されるスイツチ回路８０が並列
に接続されている。このスイツチ回路８０には、
前記バツフア回路７５から発信された作動信号８
１が印加される。そして、作動信号８１が印加さ
れたスイツチ回路８０が作動すると、そのスイツ
チ回路８０に接続されたピエゾ素子５９に、アン
プ７９Ａ〜７９Ｙからの電圧が印加される。

上記の構成において、たとえば、第１４図に示
すように、チヤツク４８に支持されたウエハ３６
を12の区画（）〜（XII）に分けて露光する場合
について説明する。なお、上下動素子５４はチヤ
ツク４８の下に配置されている。そして、１回の
露光の際には各露光範囲（）〜（XII）につい
て、それぞれ、露光範囲の外周を含む25個の上下
動素子５４を作動させ、露光範囲内の変形状態
が、その周囲の未変形部分から影響を受けないよ
うにしている。

また、105個の上下動素子２４と、それらを駆
動する25個のアンプ７９Ａ〜７９Ｙは、第１５図
に示すように対応する。すなわち、105個の上下
動素子５４を１〜109（但し８、16、94、102は欠
番）で示し、25個のアンプ７９Ａ〜７９ＹをＡ〜
Ｙで示すと、区画（）の場合、上下動素子１は
アンプＣで駆動される。同様に、上下動素子２は
アンプＤで、３−Ｅ，４−Ａ，５−Ｂ，９−Ｈ，
１０−Ｉ…４４−Ｕ，４５−Ｖが各々対応する。
また、区画（）の場合は、３−Ｅ，４−Ａ，５
−Ｂ，６−Ｃ，７−Ｄ，１１−Ｊ，１２−Ｆ…４
６−Ｗ，４７−Ｘが各各対応する。第６図このよ
うな関係を模式的に示すもので、バツフア７５か
らＩの作動信号５１が発振されると、アンプ７９
Ａに接続された上下動素子５４の４番目のピエゾ
素子５９（P4）と、アンプ７９Ｂに接続された
上下動素子５４の５番目のピエゾ素子５９（P5）
と、…、アンプ７９Ｙに接続された上下動素子の
43番目のピエゾ素子５９（P43）が作動すること
を示している。

このようにして、CPU８１から区画指定信号
とその区画において各アンプ７９Ａ〜７９Ｙから
出すべき電圧のデイジタル信号が発振されると、
露光領域とその周辺の25個の上下動素子５４が作
動して、ウエハ３６の露光領域を所要の形状に変
形させることができる。

なお、本薄板変形装置は、Ｘ線露光装置の他光
式露光装置にもそのまま適用できる。

上下動素子はピエゾ素子の他、電磁力、流体等
を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、基板を表
面に真空吸着すべく真空吸着凹部を形成し、且つ
この凹部の以外の凸部の面積が基板の面積に比べ
て少なくした可撓性の板と、該可撓性の板が横方
向にずれないように可撓性の板の周辺部を保持す
る保持手段と、上記可撓性の板の裏面に係合して
上下方向に変位を発生させる複数の上下変位発生
手段と、マスクの高さを測定する第１の測定手段
と、上記基板の表面の高さを測定する第２の測定
手段と、該第１及び第２の測定手段によつて測定
されて求められたマスクと基板との間隙に基いて
上記各上下変位発生手段を駆動制御して可撓性の
板を介して基板を変形させ、マスクと基板との間
隙を均一にする制御手段とを有するパターン焼付
け装置において、上記可撓性の板の表面に凹部を
エツチング加工によつて形成し、その表面に硬質
クロムメツキを施したことを特徴とするパターン
焼付け装置であるので、可撓性の板の表面に対し
て傷が付くことなく、高精度に平坦な状態を維持
でき、非常に小さいうねりを無くして基板を可撓
性の板に倣わせることを可能にしてマスクと基板
との間隙を高精度に均一にすることができ、高解
像度でもつて焼付けすることができる効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のウエハを載置する真空保持装置
の斜視図、第２図は第１図の構造体の斜視図第３
図は第２図の縦断面図、第４図はウエハチヤツク
面製作のためのエツチング加工作業工程を示す
図、第５図は第４図に示す工程によつて形成され
るウエハチヤツク面を示す図、第６図は本発明に
よるウエハチヤツク面を用いてウエハを保持固定
するウエハ保持固定台を示す図、第７図は第６図
の縦断面図、第８図及第９図は各々本発明による
ウエハチヤツク面の別形状を示す図、第１０図は
貼り合わせ方式によるウエハチヤツク面の製作例
を示す図、第１１図は本発明半導体ウエハ保持固
定台を用いたＸ線露光装置の一例を示す斜視図、
第１２図は本発明に係る薄板変形装置の一実施例
を示す正面部分断面図、第１３図は第１２図に示
す薄板変形装置の駆動回路の一例を示すブロツク
線図、第１４図はウエハと上下動素子の位置関係
を示す平面図、第１５図は上下動素子とその駆動
回路との対応を示す平面図、第１６図は上下動素
子とその駆動回路の対応を示す模式図である。 １１……ウエハチヤツク部材、１２……レジス
ト、１３……マスク、１５……硬質クロムメツ
キ、２０……ランド、２２……接着剤、４８……
ダイヤフラム式チヤツク、５４……ウエハ変形用
上下動素子、４９，５７……ピエゾ素子、６１…
…全体傾斜調整用上下動素子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板を表面に真空吸着すべく真空吸着凹部を
   形成し、且つこの凹部の以外の凸部の面積が基板
   の面積に比べて少なくした可撓性の板と、該可撓
   性の板が横方向にずれないように可撓性の板の周
   辺部を保持する保持手段と、上記可撓性の板の裏
   面に係合して上下方向に変位を発生させる複数の
   上下変位発生手段と、マスクの高さを測定する第
   １の測定手段と、上記基板の表面の高さを測定す
   る第２の測定手段と、該第１及び第２の測定手段
   によつて測定されて求められたマスクと基板との
   間隙に基いて上記各上下変位発生手段を駆動制御
   して可撓性の板を介して基板を変形させ、マスク
   と基板との間隙を均一にする制御手段とを有する
   パターン焼付け装置において、上記可撓性の板の
   表面に凹部をエツチング加工によつて形成し、そ
   の表面に硬質クロムメツキを施したことを特徴と
   するパターン焼付け装置。