JPS6349895B2

JPS6349895B2 -

Info

Publication number: JPS6349895B2
Application number: JP57125629A
Authority: JP
Inventors: Motoya Taniguchi; Mitsuyoshi Koizumi; Yukio Kenbo; Nobuyuki Akyama; Minoru Ikeda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-07-21
Filing date: 1982-07-21
Publication date: 1988-10-06
Also published as: JPS5917247A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、シリコンウエハ、バブルウエハ、セ
ラミツク基板、プリント基板などにマスクに設け
た所定のパターンを例えば、Ｘ線を用いて焼きつ
ける露光装置に関するものである。

近年、半導体の集積化にともない、パターンの
微細化が進み、現在、フオトリソグラフイー技術
による各種の露光方法、たとえば、紫外線などを
用いた反射投影形、縮小投影形の露光方法によ
り、１〜２ミクロンのパターンが形成できるよう
になつた。しかし、さらに高集積化を図るため、
１ミクロン以下のいわゆるサブミクロンパターン
が要求されているが、従来のフオトリソグラフイ
ー技術では、光の回折、多重反射、及び干渉など
の問題により、投影像の精度が得られないため、
新しい露光方法として、波長が４〜14Å程度の軟
Ｘ線を利用したＸ線露光方法が開発されている。

まずＸ線露光方法の原理を第１図に従つて説明
する。

高真空雰囲気（10^-6torr以下）１、に保つた真
空チエンバー２内で、電子銃３から加速した電子
ビーム４をターゲツト５に照射すると、ターゲツ
ト５の材質に応じた特性Ｘ線６が発生するこのＸ
線６を、Be（ベリリウム）などのＸ線を透過し易
いＸ線取出し窓７から取り出し、Ｘ線を透過し易
い材質（SiO₂、Al₂O₃など）のマスク支持材８
に、Ｘ線を吸収する金などの金属によりパターン
９を形成したマスク１０を通して、ウエハ１１上
に塗布したＸ線６に反応するレジスト１２に照射
した後、現像処理することにより、ウエハ１１上
にパターン９を転写することができる。この方式
は、波長の短い（４〜14Å）の軟Ｘ線を利用する
ため、回折やウエハ１１上のごみによる散乱が少
ないため、高精度の微細パターンの転写が可能で
ある。

Ｘ線露光装置においては、Ｘ線を平行線束とし
て取り出すことが現実上困難であるため、通常
は、ターゲツト５からの発散線束を使用する。こ
のため、マスク１０上のパターン９は、ウエハ１
１上には、ｂだけずれた位置に転写されることに
なる。このパターンずれ量ｂは、Ｘ線源からマス
ク１０までの距離をＤ、マスク１０とウエハ１１
とのギヤツプをＳ、実効マスク径（最外パターン
間寸法）をＷとするとｂ＝ＳＷ／2Dで与えられる。

さらにまた、Ｘ線６は、電子線４のスポツト径ｄ
に応じてターゲツト５から発散するためマスク１
０上のパターン９は、ウエハ１１上で転写像のぼ
け量Ｃを生ずる。このぼけ量Ｃは、機何的に算出
され、Ｃ＝Ｓ・ｄ／Ｄで与えられる。

Ｘ線露光装置により、サブミクロンの微細パタ
ーンを高精度に転写するには、このぼけ量Ｃは、
0.1ミクロン以下であることが必要である。また、
パターンずれ量ｂについては、その絶対値は、直
接には、転写精度には影響しないが、あるリソグ
ラフイーと次のリソグラフイーとの間におけるバ
ラツキは±0.1μｍ以内であることが必要である。

ここで、電子ビーム４のスポツト径ｄ＝３mmＸ
線源からマスク１０までの距離Ｄ＝300mm、実効
マスク径Ｗ＝75mmとし、パターン９の許容ボケ量
Ｃを0.1ミクロンとすると、マスク１０とウエハ
１１のギヤツプＳは、10ミクロンとなる。またパ
ターンずれ量ｂのバラツキを±0.1ミクロンとす
るには、ギヤツプＳのばらつきを±0.8ミクロン
（≒±１ミクロン）としなくてはならない。

従来より、試作、研究レベルで発表されている
Ｘ線露光装置においては、マスク１０とウエハ１
１とは第２図に示す様に、薄く弱いマスク１０の
変形、たわみにより、ギヤツプＳが均一でなく高
精度なパターン転写が困難であつた。

すなわち、マスク１０は、Ｘ線６を透過し易い
材質、たとえば、SiO₂、Al₂O₃、ポリイミドなど
の高分子材料、などのマスク支持材８を用いたも
ので、厚さを数〜数10ミクロンの薄膜であるた
め、強度的に弱く、気圧、温度の変化などにより
変形し易い。この傾向は、マスク１０が大形化す
ることにより顕著になり、Ｘ線による一括露光装
置開発のネツクとなつていた。

また、ウエハ１１はマスク１０に比べると、約
200ミクロンと厚いため、変形、たわみ量は少な
いが、平担度は通常でも４ミクロン以上あり中に
は±10ミクロン以上のものがある。しかし現状で
は、ウエハ製造工程において、ウエハ１０の平担
度を改善することは困難である。

以上のように、従来の方式では、ウエハ１１と
マスク１０とのギヤツプＳのバラツキが±数10ミ
クロン以上となる場合があり、パターンズレ量
ｂ、及びパターンぼけ量Ｃが、露光のたびに変化
するため、サブミクロンパターンの高精度転写が
できないという問題点がある。また、従来技術と
して、特公昭57−23418号公報に記載された薄片
平坦化装置がある。この装置において、ウエハ保
持装置は、筐体の周囲に多数設けられたモータに
減速機を介して連結した棒状カムの各々によつて
バイアス用スプリングのばね力に抗して上下動す
る管状シヤフトを多数筐体の上面から室内に延ば
して２次元的に配置し、ウエハの裏面を、多数配
置された管状シヤフトの上端に形成された吸引カ
ツプで直接吸着保持し、上記管状シヤフトの上下
動によりウエハを変形させるものである。更にこ
の装置には、ウエハの表面の幾何学的状態を感知
するために、感知装置を多数設置したヘツドを取
付けたピボツトアームが水平方向に回転できるよ
うに設けられている。更に上記筐体の周囲にウエ
ハ保持装置と同様な３個のマスク保持装置と、ノ
ズルからなる３個の感知装置とが設けられてい
る。しかしながら、この装置においては、管状シ
ヤフトによつてウエハを直接吸着保持しているた
め、ウエハの小さい変形を矯正できないばかりで
なく、ウエハの極部に剪断力が作用し、割れたり
する危険性がある。また、この装置においては、
ノズルからなる３個の感知装置が筐体に固定され
ている関係で、マスクがウエハの径より大きい場
合にしか適用できない問題点を有している。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、基板とマスクとを平行にし、更に基板を破
壊することなく、しかも小さなうねりをなくして
マスクの形状に合せて、基板とマスクとの間隔が
所望の値を保つように基板を変形させてマスクの
パターンを基板上に高解像度でもつて転写露光
し、半導体や磁気バブル、厚膜・薄膜回路やプリ
ント基板なでの歩留りを向上させるようにした露
光装置を提供することにある。

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、
基板の全裏面をほぼ吸着できる大きさと上面に基
板を吸着すべく空間部とを有した変形し得る可撓
性の板を介して該板の下面と一体的に係合する上
端を有して独立に上下微動する複数の変位発生装
置を内部に２次元的に配置し、上記空間部に板の
裏側から真空源を接続した基板変形チヤツクを備
え、該基板変形チヤツクの周囲に係合して基板変
形チヤツクの傾きを調整すべく独立に上下微動す
る複数のチルト用変位発生装置を備え、露光位置
と基板高さ測定位置との間を移動自在に形成され
た基板移動ステージと、露光位置において上記基
板と対向するようにマスクを保持するマスク保持
手段と、上記基板移動ステージによつて上記基板
高さ測定位置に移動せしめられた基板の表面に対
向し、基板の表面の複数個所についてその高さを
測定する基板高さ測定器と、マスクの下面に対向
すべく移動させてマスクの下面の複数個所につい
てその高さを測定するマスク高さ測定器と、マス
クと基板との傾きを検出する検出手段と、該検出
手段により検出された傾きに基いて上記複数のチ
ルト用変位発生装置を作動させてマスクと基板と
を平行にし、更に上記基板高さ測定器により測定
された基板の高さと上記マスク高さ測定器により
測定されたマスクの高さとに基いて上記複数の変
位発生装置を作動させて上記板を介して上記基板
を変形させてマスクと基板との間の間隙を所望の
寸法に制御する間隙制御手段と、露光位置におい
てマスクと基板とを相対的に位置整合してマスク
に形成された回路パターンを対向する基板上に露
光焼付する露光手段とを備えたことを特徴とする
露光装置である。

また本発明は、複数箇所で各々独立して上下方
向に微動させる複数の変位発生手段と、この変位
発生手段の上面にウエハを吸着する吸着手段とを
備えたチヤツクを設け、マスクの形状に合わせて
ウエハを変形させ、マスクとウエハ間のすきまを
所望の値にしてマスクのパターンをウエハ上に露
光焼付けするように構成したことを特徴とした露
光装置である。

本発明をＸ線露光方法及び装置に適用した場合
について詳しく説明する。Ｘ線露光方法の原理
は、第１図に示す通りであり、従来の技術の項で
既に述べた通り、マスク１０の変形、そりとウエ
ハ１１の厚さ寸法精度のばらつきにより、第２図
に示す様にマスク１０とウエハ１１との間のギヤ
ツプＳは一定に保つことが困難である。そこで、
本発明は、第３図に示す様にウエハ１１を、マス
ク１０の形状にあわせて変形させ、双方のギヤツ
プＳを均一にすることに大きな特徴をもつ。

第４図は、本発明による露光方法及び装置の具
体的な一実施例を示す。露光ステーシヨン１３に
は露光源１４の下に、後述するウエハ１１とマス
ク１０との位置合わせを行なうための位置検出器
（アライメントコープ）１５と、マスク１０が設
けられている。

即ちＸ線発生源として10^-6torr以下の高真空１
に保たれた真空チエンバー２内に、電子銃３とタ
ーゲツト５を設け、さらにＸ線を大気圧中（ヘリ
ウム雰囲気５０）に取り出すためのＸ線取出し窓
７を真空チエンバー２のターゲツト５近くに設け
る。

実用的な装置においては、強力なＸ線を取り出
すためにターゲツト５として、水冷回転ターゲツ
トなどが一般的に用いられている。またターゲツ
ト５の材質として、たとえばMo、Ag、Al、Si、
Pd、などの金属がよく用いられ、その場合、発
生するＸ線は８〜４Åである。

Ｘ線取出し窓７は、真空チエンバー２とヘリウ
ムチエンバー５１間の圧力差760torr（≒1.0Kg／
cm²）を支え、かつＸ線を透過し易い材質である必
要がある。Ｘ線取出し窓７の寸法は、ターゲツト
５に近い場合にはφ20〜φ30mm程度で十分であり、
この範囲であれば、25ミクロン以下のBeの薄い
膜を用いて、十分大気圧差による力を支えること
ができる。

このように薄い膜を用いたことによりＸ線の減
衰率を小さくすることができる。そしてＸ線取出
し窓７を通過したＸ線６はヘリウムガス（He）
等を満たし、大気圧（760torr）にほぼ等しい圧
力を有する雰囲気チエンバー５１の下端に直接取
りつけたマスク１０のパターン９をウエハ１１上
に転写する。これらＸ線取出し窓７及びヘリウム
チエンバー５１等が、Ｘ線発生源２，３，５から
出力されたＸ線の減衰を防止してＸ線をマスク１
０上に照射する照射手段を構成する。マスク１０
は変形しやすい数μｍの厚さを有し、Ｘ線を透過
するSiO₂、Al₂O₃などのマスク基材８に金などの
Ｘ線吸収材質の回路パターン９をもつもので、マ
スクホルダ５２にセツトされた状態で雰囲気チエ
ンバー５１の下端に着脱可能に取りつけられてい
る。

ところで１枚のマスク１０で多数のウエハ１１
をＸ線転写してスループツトを著しく向上させる
ために上記雰囲気チエンバー５１の下端にマスク
１０を装着した状態でマスク１０とウエハ１１の
パターンとを高精度に位置合わせ（アライメン
ト）することが必要である。そのためには微小す
きまＳ隔ててマスク１０に対してウエハ１１をウ
エハテーブル２５上にセツトする。このようにマ
スク１０とウエハ１１とを微小すきま隔ててもＸ
線の減衰は0.1％以下でほぼ無視することができ
る。

一方マスク１０とウエハ１１とをアライメント
するためには上記雰囲気チエンバー５１内にアラ
イメントスコープ１５を水平方向に移動可能に設
置すればよい。ただし観察光学系及び撮像素子
（リニアイメージセンサ等）もしくは撮像装置等
を有するアライメントスコープ１５を密閉するこ
とは可能であるため、このアライメントスコープ
１５の一部を上記雰囲気チエンバー５１の外に導
びき出すこともできる。

更にウエハ１１は、ウエハ基板上にレジスト１
２を塗布されたものである。このウエハ１１はマ
スク１０とアライメントするために、Ｘ、Ｙ、θ
及びＺ方向に微粗動できるように形成されたウエ
ハステージ２５に載置されている。なお、５３は
ダイヤフラムである。

マスク高さ測定器１６は、露光ステーシヨン１
３から待避位置１７へ移動できるように高精度な
直線ガイドレール１８上をスライドするステージ
１９に組み込まれており、露光ステーシヨン１３
で、マスク１０の高さWmを測定できるようにな
つている。また、露光ステーシヨン１３に隣接し
て、ウエハ高さ測定ステーシヨン２０があり、こ
こに設けたウエハ高さ設定器２１により、ウエハ
１１の高さWwを測定する。ウエハ１１は、ウエ
ハ変形チヤツク２２に吸着支持されている。マス
ク高さWm及びウエハ高さWwは各々複数箇所に
ついて測定されコントローラ２３、対応する各点
でのマスク−ウエハ間のギヤツプＳを計算し、ド
ライバ２４にギヤツプＳが一定となるようなウエ
ハ高さ補正量ΔWwを指示する。このデータに従
つて、ドライバ２４は、複数個のウエハ変形チヤ
ツク２２に入力を与え、ウエハ１１を変形させ
る。

なお、ウエハ高さ補正量ΔWwは、各測定器の
基準面高さの差をｈ、マスク−ウエハ間ギヤツプ
の設定値をＳとすると、ΔWw＝（Ｓ＋ｈ）−（Wm
＋Ww）で与えられる。しかし、この演算方法
は、測定方法、及び測定基準の設定により異なる
ため、上記の演算式に従う必要は必ずしもない。

ウエハ変形チヤツク２２はウエハ移動ステージ
２５に設けられており、直進ガイドレール１８上
を露光ステーシヨン１３に、移動される。前述の
ように、マスク高さ測定器１６は、ステージ１９
とともに、マスク高さ測定後、待避位置１７に移
動する。第５図は、露光時の状態を示したもので
ある。

ウエハ移動ステージ２５は、ウエハ１１を露光
位置１３に移動させるだけではなく、ウエハ１１
とマスク１０のパターン位置合わせ（アライメン
ト）をするためのウエハ位置調整機構としての
Ｙ、θ、Ｚ、移動機構２５′を有している。アラ
イメントスコープ１５は、露光前にマスク１０の
上に移動し、ウエハ移動ステージ２５で、パター
ン位置合わせを行なつた後、露光線束を妨げない
ように待避する。

なお、ウエハ１１の変形は、ウエハ高さ測定ス
テーシヨン２０において、マスク１０の高さとウ
エハの高さを測定しながら行なう場合と、各高さ
を記憶させておき、露光ステーシヨン１３で変形
させる場合と２通り考えられるが、制御上都合の
よい方を選べばよい。

次に、ウエハ変形方法及びウエハ変形チヤツク
２２の構造を具体的実施例をもとに説明する。

第６図ａ，ｂは、ウエハ変形チヤツクの変形を
各分割部分を上下することにより可能にして、ウ
エハ１１をマスク１０の形状にならわせて変形さ
せる一実施例を示す図である。第６図ａ，ｂはウ
エハ変形装置を詳細に説明した平面図と断面図で
ある。第６図ａのように分割した格子の１つ１つ
に、ｂのようにモータ３３、ギヤ３４、送りネジ
による上下コマ３５で１組の上下変位発生装置３
６を構成し、各組が独立な上下変位発生装置３
６、各上下変位発生装置３６に対応したウエハ高
さ測定器２１、上下変位発生装置３６を内蔵し、
かつ、ウエハ１１を吸着保持するためのチヤツク
本体３８、本図には記されていない真空配管に連
通し、チヤツク本体内を真空にする配管３７、全
てのウエハ高さ測定値と、マスク高さ測定値とを
演算し、各上下変位発生装置３６の上下量ΔWw
を決定するコントローラ２３、各モータ３３を駆
動するドライバ２４からなる。

ウエハ１１は、真空吸引され、上下変位発生装
置３６の先端にならい、個々の上下変位発生装置
３６に対応したウエハ面を上下させることができ
る。

ウエハ高さとマスク高さを測定した後、修正量
ΔWwにもとづいて各モータ３３が回転し、減速
ギヤ３４により減速した回転運動は送りネジで上
下コマ３５を上下させる。モータ３３がDCモー
タの場合、減速ギヤ比は１万〜10万等の十分な減
速が必要となるが、パルスモータの場合は、0.5
ミクロン単位程度に、上下コマ３５を制御できる
程度ならよく、大きなギヤ比を必要としない。ま
た、DCモータは、検出器２１を用いてのクロー
ズドループによる上下量の制御がし易いが、パル
スモータではオープンループで制御可能である。
ただし、パルスモータは、DCモータより大きく
停止中も熱をもつ欠点を有するが、いずれも、バ
ツクラツシユ、ガタなどをなくすか、あるいは、
あつてもコントロール可能な値に抑える必要があ
る。

すなわち、ウエハ変形チヤツク２２の上面は、
複数個の上下コマ３５から成つており、各々のコ
マ３５は変位発生装置３６により、各々独立に微
小距離上下可能になつている。

また、上下変位発生装置３６としては、上記モ
ータに連結されたねじの他に、電歪素子、磁歪素
子、熱変形素子、マグネツト利用、流体によるも
の、テコ等による微小変位機構、それらの組合せ
でも良い。半導体ウエハの場合、ストローク30ミ
クロン、位置決め精度±１ミクロン以下、変形速
度がスループツトに比べて早く、かつ露光時に安
定していなければならない。

また、第７図に示すように、変位発生装置３６
の上に薄板（可撓性の板）５６ｄをはることもで
きる。この薄板５６ｄの具体的構成については後
述する。変位発生装置３６としては例えば薄板５
６ｄの下面に接着にて固定された部材３６ａとチ
ヤツク本体３８に締着され、かつネジ３６ｂで高
さ調整ができるようになつている。形の部材３
６ｃと、該部材３６ｃ上に締着された部材３６ｄ
と、該部材３６ｄに下端を固着したピエソ素子３
６ｅとこの素子３６ｅの上端と上記部材３６ａの
下端に挿入されたホール３６ｆと、上記部材３６
ａと部材３６ｄを引つ張つておくスプリング３６
ｇとから構成されている。また、チヤツク本体３
８の下面に球３８ａを取り付けている。このチヤ
ツク３８の球３８ａを球面座５６ｕで支持するス
テージ５６ｓが送りネジ機構（図示せず）によつ
て上下方向に移動できるように構成されている。
このように、基板（ウエハ）１１が薄板５６ｄ
に、吸着保持された状態で基板（ウエハ）１１が
薄板５６ｄを介して変形されるため基板（ウエ
ハ）１１に極部的に応力が生ずることなく基板
（ウエハ）１１が破壊されることが防止されると
ともに、基板１１の露光面を所望の形状に合わせ
ることができる。

その他の変位発生手段として複数室に分割され
た各室の真空圧力を調整することにより、薄板５
６ｄをダイヤフラム状に変形させることもでき
る。なお、５６ｇは、基板（ウエハ）１１を薄板
５６ｄに吸着させるための穴である。

また、基板（ウエハ）の高さ測定装置２１には
接触式と非接触式がある。接触式にはダイヤルケ
ージなどがあり、非接触式には空気マイクロメー
タ、電磁気型測定器、静電容量型測定器、光学的
測定器などのように様々な手段が考えられる。

基板変形矯正化用の薄板５６ｄは可撓性を有す
る銅、アルミニウム、ステンレス、リン青銅、シ
リコン等の0.4〜３mmの金属薄板、または0.7mm程
度のガラス薄板、またはテフロン等の樹脂薄板で
形成され、かつ500〜100μｍ程度の突起部５６ｅ
を第７図ａ，ｂに示すように内部に規則的に形成
すると共に外周部を囲むように環状に形成してい
る。これら突起５６ｅの間には、基板（ウエハ）
１１を吸着すべく吸引力を付与させるための空間
部を形成している。なお、突起部５６ｅの形状は
正方形でも円形でもよい。また、上記ウエハチヤ
ツク面５６ｄの周辺を自由支持に近づけるため
に、輪状の溝５６ｚを設けて、薄肉化を図つてい
る。更に、露光終了したウエハ１１をエアの噴出
力によつて排出するために、穴５６ｇが設けられ
てこの穴５６ｇはチヤツク本体３８内に設けた部
屋５６ｘに接続されており、フレキシブルなパイ
プ５６ｗにより、圧力空気源４９に接続されてい
る。更に、第４図及び第５図に示すようにコント
ローラ２３及びドライバ２４は、前記したように
マスク高さ測定器１９から測定されるマスク高さ
Wmとウエハ高さ測定器２１から測定されるウエ
ハ高さWwとに基いて複数の変位発生装置３６を
作動させて上記薄板（可撓性の板）５６ｄを介し
て上記ウエハ（基板）１１を変形させてマスクと
基板との間のギヤツプ（間隙）Ｓを所望の寸法に
制御する間隙制御手段を構成する。

ウエハ１１及びマスク１０の高さ測定器には、
接触式と非接触式がある。接触式の典型的な例は
ダイヤルゲージがあるが、薄くて変形し易いマス
ク１０の高さ測定には不向きである。また、非接
触式には、空気マイクロメータ、電磁気型測定
器、静電容量形測定器、光学的測定器、超音波利
用の測定器などのように様々な手段が考えられ
る。

特にウエハ１１の高さ測定器２１として最も好
ましい実施例を第８図、第９図に基づいて説明す
る。即ちウエハ移動ステージ２５上に設けられた
ウエハ変形チヤツク２２は直進ガイドレール１８
上を例えばエアリニアベアリング１２８で矢印１
２９の方向に摺動自在に支持されている。そし
て、ウエハ高さ測定ステーシヨン２０においてウ
エハ１１の表面の変形量が検出されて記憶され
る。図９に示すように、ウエハ１１と平行に、円
板１２３が配置されている。この円板１２３は鋼
球１２８を介してスペース１３１に乗つている。

この鋼球１２４は、高い精度で製作したものが
使用され、またこの鋼球１２４と接触するベース
１３１の上面、及び円板１２３の下面１２３ａも
きわめて平担に加工されている。

一方、円板１２３は断面がほぼ台形の円錘形を
なしており、その肩部（斜線部）１２３ｂはベー
ス１３１に取りつけられた複数個の回転軸承１３
２に接触している。この回転軸承１３２は、円板
１２３を下方に平均的に押圧するとともに、円板
１２３に回転中心を与えるためのものである。従
つて少なくとも３個の回転軸承１３２が使用され
それらは図９に示されているように、傾斜した状
態でベース１３１に取り付けられている。なお、
３個の回転軸承を使用する場合には、それらは
120゜間隔で配置される。

円板１２３の上記肩部１２３ｂの上方にはベル
ト溝１２３ｃが施されている。そして電動機１４
０のプーリ１３９とこのベルト溝１２３ｃとの間
にベルト１３８が架けられている。従つて円板１
２３は、上記ベース１３１、鋼球１２４及び回転
軸承１３２によつてウエハ１１と平行関係が正確
に保たれながら一定方向に回転運動を続ける。

円板１２３にはその先端をウエハ１１の表面に
向けてその先端とウエハ１１表面との距離を検出
する複数個の検出端６０が取付けてある。

複数個の検出端６０は円板１２３の中心より周
辺部に向けて直線又は曲線をなして一列に取りつ
けられる。

各検出端６０よりの検出信号はケーブル１３３
により取出される。ケーブル１３３はスペーサ１
３０に固定された保持枠１３７により保持された
スリツプリングの回転側１３４に固定され、円板
１２３と同じ運動を行なう。検出信号は更にスリ
ツプリング固定側１３５よりケーブル１３６を通
つて外部の信号処理手段へ出力される。ケーブル
１３６から出力される信号は検出端６０が円板１
２３の１回転中に得たアナログ出力であるが、上
記信号処理手段は上記アナログ出力をそのまま使
用してウエハ１１の平担度情報としてもよいし、
また円板１２３の所定の回転角度毎に上記アナロ
グ信号をデジタル信号にＡ／Ｄ変換してこの信号
をウエハ１１の平担度情報としてもよい。

いずれにしても測定するタイミング、言いかえ
ればウエハ１１の測定位置を知るための機能が必
要である。すなわち、図９において円板１２３の
肩部１２３ｂの下方には全円周に亘つて等間隔に
複数個のマーク１４２ａ，１４２ｂ，１４２ｃ，
…が貼着されている。例えば、円板１２３の1/16
回転毎に上記Ａ／Ｄ変換を行なう場合には22.5゜
の回転角毎に16個のマーク１４２ａ，１４２ｂ，
…が貼着される。そして、このマークの通過を第
８図に示したフオトセンサ１４３で検出し、この
フオトセンサ１４３の出力を上記16個のマークの
うちの１つのマーク１４２ａの長さを長くしてお
けば、上記円板１２３の回転原点、言い換えれば
上記タイミングの原点となる信号を検知すること
ができる。

第１０図はウエハ１１の平担度（高さ）を得る
ために、フオトセンサ１４３によつて得られるタ
イミングと同期した検出端６０からの出力信号を
処理する制御ブロツク図を示している。図１０
は、３つの容量タイプのプローブを検出端６０に
使用した例である。

第１０図において１４６は検出端６０からの出
力電流を電流信号に変換する電流−電圧変換増幅
器を示しており、また１４８はフオトセンサ１４
３からのタイミング信号に対応して増幅器１４６
からの電圧信号をデジタル信号に変換するための
Ａ／Ｄコンバータを示している。Ａ／Ｄコンバー
タ１４８の出力信号はウエハ１１の平担度を演算
するためのCPU（図示せず）を含む信号処理回路
に送られる。

以上の様にウエハ１１の高さ測定ステーシヨン
２０においてウエハ１１の表面上の多数の個所の
平担度（あるいは変形量）が測定される。なお、
検出端６０としては例えばU.S.P application
No.64240に開示されているような静電容量形検出
センサがある。この静電容量センサでウエハ１１
の表面の変形量が測定できるのはウエハ１１が接
地されているからである。

次に、変形し易いマスク１０の変形量をマスク
高さ測定器１６で測定する方法について具体的に
説明する。

第１１図はマスク高さ測定器１６の構成を示す
図である。すなわち、レーザチユーブ２０１から
の偏光He−Neレーザ光は反射ミラーM₁，M₂を
通り偏光板２０２の回転で強度が調整されビーム
エキスパンダ２０３に導かれマスク１０の直径
（例えばφ30mm）のレーザ光束となる。レーザ光
束は反射ミラーM₃によりプリズム２０４に入射
する。プリズム面とマスク面で生じた等厚干渉縞
は結像レンズ２０５によりTVカメラ２０６の
TV撮像面に結像する。

なお、M₄，M₅、は反射ミラーである。またプ
リズム２０４の横に静電容量センサ２０７を設け
マスク１０の周辺に部分的に形成された導電性薄
膜との間でマスク１０の周辺の一点における絶対
位置を測定する。

プリズム２０４は上下方向に微動できるように
板バネ２０８で支持され、第１２図に示す如く、
ピエゾ素子２０６によりストローク（例えば25μ
ｍ位）の上下の微動が可能になつている。

第１３図では等厚干渉縞の基本原理を示してい
る。同位相の平行レーザ光２１５がプリズム面反
射成分と、マスク面反射成分との干渉によりマス
ク面の変形量が干渉縞２１４による等高線で表わ
される。等高線のピツチに対応するプリズム面と
マスク面との厚さ（ギヤツプ）は平行レーザ光２
１５のマスク面への入射角で決まりこれは0.3μｍ
から無限大まで可能であるが2μｍ位が使い易い。
第１２図でプリズム２０４を上下微動させると干
渉縞２１４は移動する。そこでコントローラ２１
１からの指令でドライバ２１０を介してピエゾ素
子２０９を駆動し、プリズム２０４を0.125μｍ毎
に動かし、干渉縞２１４の像をTVカメラ２０６
に入力し、プリズム２０４の移動位置に対応させ
て、この干渉縞２１４の位置をマイクロプロセツ
サ２１２のメモリにたくわえておく。この操作を
干渉縞２１４のピツチ2μｍに対応する16回行な
いこの16回分の解析演算をマイクロプロセツサ２
０２で行なうことによりマスク１０の変形量が測
定される。以上述べた等厚干渉縞を用いた平担度
の測定及び方法は「SPIE Vol135、P104〜110、
The Interferometric Analysis of flatness by
Eye and Computer」に開示されている如く、周
知の技術で行なわれる。

しかし、以上の方法で得られるマスク１０の変
形量は相対的な凹凸量であるが、基準面に対する
絶対高さが不明である。そこで、マスク１０の
LSI回路パターンが形成されていない周辺部に形
成された導電薄膜（たとえばAu膜）の部分の絶
対値高さWm_Aを前記静電容量センサ２０７で測
定し、次に、上記干渉縞による方法でマスク１０
の全体の変形量Ｆ（ｘ、ｙ）を測定する。ここで、
絶対的マスク変形量をWmとすると、 Wm＝Ｆ（ｘ、ｙ）＋Δ …(1) ここでΔはＦ（ｘ、ｙ）が相対値であるために
必要となる定数である。なお、上記静電容量セン
サ２０７で測定される点の相対値Ｆ（x₀、y₀）が
上記干渉縞による方法で測定されているのでΔは
次の式で表わされる。

Δ＝Wm_A−Ｆ（x₀、y₀） …(2) このようにして(1)(2)式よりマスク１０全体の絶
対的変形量（すなわち、静電容量センサ面からの
マスク１０の絶対的高さ）Wmが求められる。

以上のようにして、第４図に示したように、マ
スク１０の高さWmとウエハ１１の高さWwが得
られ、これより前述の通り、ウエハ１１とマスク
１０とのギヤツプを所望の値Ｓとなるように、ウ
エハ高さ修正量ΔWw、すなわちΔWw＝（Ｓ＋
ｈ）−（Wm＋Ww）だけウエハ１１を変形させる
ことができる。なお、ｈは前述の通り、マスク１
０、ウエハ１１各々の高さ測定器の基準面高さの
差である。

ところで、マスク１０とウエハ１１のギヤツプ
を所定の値に均一化する方法には次の方法をとる
ことも可能である。

すなわち、干渉縞を利用したマスク高さ測定器
１７およびウエハ高さ測定器２１によりマスク１
０とウエハ１１の各々の変形量を測定した後ウエ
ハ変形チヤツク１９によりマスク１０の形状に合
わせてウエハ１１を変形させる。これによりマス
ク１０の形状に一致した形状にウエハ１１は変形
されるがマスク１０とウエハ１１とのギヤツプ
は、これだけでは所望の値に設定できない。そこ
でウエハ１１とマスク１０の各アライメントマー
ク３１４及び３１５を第１４図に示す如く複数の
二重焦点アライメント光学系３０１により各々合
焦点に一致させることによりマスク１０とウエハ
１１のギヤツプは所定の値Ｓ（例えば均一な距離）
に一致させることができる。これら二重焦点アラ
イメント光学系３０１は、マスク１０とウエハ
（基板）１１との傾きを検出する検出手段を構成
する。

すなわち、マスク１０のアライメントマーク３
１４をマスク側の光路Ｂ（対物レンズ３００、ビ
ームスプリツタ３０１、直角プリズム３０２、及
びビームスプリツタ３０３）を通してリニアイメ
ージセンサ３１３で検出し、マスクチルト用ピエ
ゾ素子３０９を用いてマスク１０の全体をチルト
しながらアライメントマーク３１４が合焦点とな
るように調整する。一方、ウエハアライメントマ
ーク３１５がマスクアライメントマーク３１４に
対して10μｍ程度のギヤツプＳが設けられた時に
リニアイメージセンサ３１３上でウエハアライメ
ントマーク３１５が合焦点となるように光路長を
調整したウエハ側光路Ａ（対物レンズ３００、ビ
ームスプリツタ３０１、ビームベンダ３０６、ビ
ームスプリツタ３０３）が設けられている。従つ
てウエハ１１とマスク１０とのギヤツプ（アライ
メントマーク３１４，３１５の距離）がS′＞Ｓ
（設定値）となるようにウエハ変形チヤツク１９
全体をウエハチルト用ピエゾ素子３０９により設
定しておく。（例えば、ピエゾ素子の入力電圧を
OVとする）。次にピエゾドライバ３１０でウエ
ハチルト用ピエゾ素子３０９を徐々に上昇させ、
リニアイメージセンサ３１３から得られる出力が
最大となる点をコントローラで判定し、この検出
位置でウエハ１１とマスク１０がともに合焦点に
一致したとみなす。これによつて、アライメント
マーク３１４，３１５の位置している点でマスク
１０とウエハ１１とのギヤツプは所定の値Ｓとな
る。こうすることにより、ウエハ移動ステージ２
５をウエハ１１をウエハ高さ測定ステーシヨン２
０から露光位置へ移動させる際に生ずるウエハ１
１の微小なチルト（傾き）も、修正することがで
きる。なお、各々のアライメントマーク３１４，
３１５を検出するために必要に応じて光路切換用
のシヤツタ３０７，３０８を設けてもよい。ま
た、マスク１０とウエハ（基板）１１との傾きを
検出する検出手段として、上記二重焦点アライメ
ント光学系３０１の他に、前記したようにマスク
高さ測定器１９から測定されるマスク高さWmと
ウエハ高さ測定器２１から測定されるウエハ高さ
Wwとからマスクとウエハとの周辺部のギヤツプ
Ｓを算出するコントローラ２３であつてもよいこ
とは明らかである。

なお、前記実施例ではマスク高さ測定器１６を
ウエハ移動ステージ２５と同じ直進ガイドレール
１８上を摺動自在に支持したが、ウエハチヤツク
２２にウエハ１１を供給、排出する機構をもたせ
る上で、マスク高さ測定器１６を第４図の紙面に
垂直な方向に別途設けた直進ガイドレールに沿つ
て摺動可能に支持する構成とするのが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、基板と
マスクとを平行にし、更に基板を破壊することな
く、しかも小さなうねりをなくしてマスクの大き
さに関係なくマスクの形状に合せて基板を高精度
に変形させることが可能となり、マスクとウエハ
との間隙を±1μｍ程度の高精度で所望の寸法に
制御でき、転写パターンのずれ量、並びにぼけ量
を一定に保つことができ、高解像度でもつて転写
可能となる作用効果を奏する。例えばＸ線露光の
場合には1μｍ以下のサブミクロンパターンにつ
いて高精度に転写可能となる。また、フオトリソ
グラフイーにおいても、光の解像度の限界までの
微細パターンの転写が可能となり、LSIなどの歩
留りを大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｘ線露光方法の原理を示す図、第２
図は、従来方式によるマスクとウエハのギヤツプ
関係を示す図、第３図は、本発明によるマスクと
ウエハのギヤツプ関係を示す図、第４図は、本発
明による露光方法および装置の基本構成の一実施
例を示す説明図、第５図は、Ｘ線露光時における
露光装置の状態を示す説明図、第６図ａ、第６図
ｂは、ウエハ変形チヤツクの具体的一実施例を示
す平面図および断面図、第７図ａ、第７図ｂは、
ウエハ変形チヤツクの他の具体的実施例を示す平
面図および断面図、第８図は、本発明によるウエ
ハ高さ測定器の一実施例を示す平面図、第９図
は、第８図の断面図、第１０図は、ウエハ高さ測
定器の制御システム図、第１１図は、本発明によ
るマスク高さ測定器の一実施例を示す見取り図、
第１２図は、マスク高さ測定器のチルト制御方法
を示す説明図、第１３図は、等厚干接縞の基本原
理を示す説明図、第１４図は、二重焦点アライメ
ント光学系の一実施例を示す説明図である。符号の説明、６……Ｘ線、１０……マスク、１
１……ウエハ、１５……アライメントスコープ、
１９……マスク高さ測定器、２１……ウエハ高さ
測定器、２５……ステージ、２２……ウエハ変形
チヤツク。

Claims

【特許請求の範囲】１基板の全裏面をほぼ吸着できる大きさと上面
に基板を吸着すべく空間部とを有した変形し得る
可撓性の板を介して該板の下面と一体的に係合す
る上端を有して独立に上下微動する複数の変位発
生装置を内部に２次元的に配置し、上記空間部に
板の裏側から真空源を接続した基板変形チヤツク
を備え、該基板変形チヤツクの周囲に係合して基
板変形チヤツクの傾きを調整すべく独立に上下微
動する複数のチルト用変位発生装置を備え、露光
位置と基板高さ測定位置との間を移動自在に形成
された基板移動ステージと、露光位置において上
記基板と対向するようにマスクを保持するマスク
保持手段と、上記基板移動ステージによつて上記
基板高さ測定位置に移動せしめられた基板の表面
に対向し、基板の表面の複数個所についてその高
さを測定する基板高さ測定器と、マスクの下面に
対向すべく移動させてマスクの下面の複数個所に
ついてその高さを測定するマスク高さ測定器と、
マスクと基板との傾きを検出する検出手段と、該
検出手段により検出された傾きに基いて上記複数
のチルト用変位発生装置を作動させてマスクと基
板とを平行にし、更に上記基板高さ測定器により
測定された基板の高さと上記マスク高さ測定器に
より測定されたマスクの高さとに基いて上記複数
の変位発生装置を作動させて上記板を介して上記
基板を変形させてマスクと基板との間の間隙を所
望の寸法に制御する間隙制御手段と、露光位置に
おいてマスクと基板とを相対的に位置整合してマ
スクに形成された回路パターンを対向する基板上
に露光焼付する露光手段とを備えたことを特徴と
する露光装置。２上記露光手段として、Ｘ線源とＸ線源から出
力されたＸ線の減衰を防止してＸ線をマスク上に
照射する照射手段とを有することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載の露光装置。３上記露光手段として、Ｘ線源とＸ線源に接続
されてＸ線源から出力されたＸ線の減衰を防止す
べく、Ｘ線の透過率の高い気体を満たし、下端に
上記マスク保持手段を設置したた雰囲気チヤンバ
とを有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の露光装置。４上記露光手段として、マスクと基板とを位置
整合するための複数の位置検出光学系を有するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露光
装置。５上記マスク高さ測定器は、光学式で構成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の露
光装置。６上記光学式マスク高さ測定器は、光干渉縞を
検出すべく構成したことを特徴とする特許請求の
範囲第５項記載の露光装置。７上記マスク高さ測定器は、マスク上の基準面
の絶対位置を検出するセンサを有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の露光装置。８上記ウエハ高さ測定器は、静電容量式で構成
したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の露光装置。９上記検出手段は、複数の２重焦点位置光学系
を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の露光装置。