JPS6386430A

JPS6386430A - パタ−ン転写方法

Info

Publication number: JPS6386430A
Application number: JP61229875A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nakase; 中瀬　真
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-09-30
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1988-04-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】Ｃ発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、マスクに形成されたパターンをウェハ上に転
写するパターン転写方法に係わり、特にウェハの表面形
状を最適化してパターン転写を行うパターン転写方法に
関する。

（従来の技術）従来、パターン転写装置の代表的なものとして、光ステ
ッパが用いられている。この光ステッパは、実寸の５〜
１０倍に拡大されたマスクパターンを投影レンズにより
１０〜１５［Ｊｌ１口］に縮小投影し、高精度のＸ−Ｙ
ステージ上に乗せたウェハを逐次露光（ステップアンド
リピート）していく装置である。この装置では、ステッ
プ毎に位置決めと焦点合わせができ、また小画面への結
浄であるため、大ＮＡレンズによる高解像力化が可能と
なる。光ステッパの初期においては、Ｎ　Ａ　−０，２
８級のレンズにより１〜２［μｍ、］のパターニングが
行われていたが、近年においてはＮ　Ａ　−０，４２級
のレンズで０．５〜１．０［μｒｒＬ１のバターニング
を必要とするようになってきた。

一方、このような大ＮＡ化による高解像力化に伴い、物
理的に生じる焦点深度の低下が問題となっている。即ち
、焦点深度Ｆは比例係数をに、波長をλとして、Ｆ−１・Ｋ（λ／ＮＡ２　）で与えられることから、焦点深度は１［μｍ］以下とな
り、ステップ毎の焦点合わせを行っても、１０〜１５［
躍口］の露光フィールド内でのウェハ表面の凹凸によっ
てボケが生じ、高精度のバターニングが不可能となる自
体が生じてきた。

ウェハ表面の凹凸は、通常ウェハ裏面をウェハチャック
により真空吸着するため、ウェハの板厚のバラツキによ
って生じる。現在、ウェハの板厚のバラツキ量は、例え
ば１５［Ｍ］ピッチで３［μｍ］程度となっており、両
面研磨を施したとしても１［μＴｒＬ］前後である。さ
らに、実際には、以上の値にウェハ裏面やチャック面に
付着したゴミの影響や焦点位置の検出誤差等を考えると
、露光フィールド内の全面でベストフォーカスの状態に
保持することは極めて困難である。従って、ベストフォ
ーカスの状態で高精度のバターニングを行うことは困難
であった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来、露光フィールド内でのウェハ表面の凹
凸に起因して、露光フィールド内の全面でベストフォー
カスの状態に保持することは困難となり、高精度のバタ
ーニングを行うことは困難であった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ウェハ表面の凹凸によって生じる焦点
外れに伴うバターニング上の問題点を解決し、パターン
転写精度の向上をはかり得るパターン転写方法を提供す
ることにある。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、ウェハ保持治具の改良により、露光フ
ィールド内において、投影レンズの焦点面、像面或いは
その焦点深度内にウェハ表面が入るように矯正すること
にある。

即ち本発明は、マスクに形成されたパターンを投影レン
ズを介してウェハ上に転写するパターン転写方法におい
て、前記ウェハを保持するウェハ保持治具として、前記
ウェハの表面の高さを局所的に可変する機能を有するも
のを用い、転写に先立ち前記ウェハ表面の高さ位置を露
光フィールドの像面に合わせて或いはその焦点深度内に
いるように、露光フィールド内の領域において矯正する
ようにした方法である。

（作用）上記方法であれば、ウェハ保持治具によってウェハ表面
（実際にはウェハ上に塗布した感光性樹脂表面）の高さ
位置を任意の凹凸に設定することができ、露光フィール
ド内全域でベストフォーカスの状態を保持することが可
能となる。従って、大ＮＡ投影レンズの使用を可能とし
、高解像力を得ることができる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例方法に使用した光
ステッパを示す概略構成図であり、第１図はウェハ保持
治具を高さ検出機構下に置いた場合、第２図はウェハ保
持治具を投影光学系下に置いた場合を示している。

図中１史はＸ−Ｙステージであり、このＸ−Ｙステージ
ＩＱ−はＹ方向（紙面表裏方向に移動可能なＹステージ
１１上にＸ方向（紙面左右方向）に移動可能なＸステー
ジ１２を取付けて構成されている。Ｘ−Ｙステーシュ上
には、ウェハ保持治具１止が載置されている。このウェ
ハ保持治具１１は、後述する如くウェハ４０を固・定保
持すると共に、ウェハ４０の表面の高さを局所的に可変
する機能を持つものである。

一方、投影光学系下は、超高圧ＨＱランプからなる光源
５１．マスク５２及び縮小投影レンズ５３から構成され
ており、第２図に示す状態でマスク５２に形成されたパ
ターンをウェハ４０上に縮小転写するものとなっている
。なお、図示はしないが投影光学系１史にはアライメン
ト光学系。

焦点位置検出系、除振台、コントロールラック及びウェ
ハローダ−等が設けられている。

また、高さ検出機構ｉ史はウェハ表面モニタ６１及び信
号処理系６２から構成されており、第１図に示す位置で
モニタ６１によりウェハ４０の表面の高さ位置を検出、
し、この検出情報を信号処理系６２により信号処理し、
ウェハ保持治具ユに所定の駆動制御信号を与えるものと
なっている。

ここで、ウェハ表面モニタ６１としては、レーザ干渉に
よって表面変位量を測定するもの等（例えばザイコ社製
のレーザ干渉計−マーク■）を用いればよい。この場合
、得られたウニ八表面の干渉縞は、信号処理回路６２に
よって上下方向の変位量に換算され、ざらにウェハ各部
の変位量がそれぞれ測定され、これらの変位量に応じた
駆動信号が前記ウェハ保持治具ユに与えられるものとな
っている。

ところで、前記ウェハ保持治具１史は第３図に示す如く
、台座３１．ウェハ吸着板３２．複数の微小基板３３．
及び複数のピエゾ素子（伸縮機構）３４等から構成され
ている。即ち、ウェハ吸着板３２は可撓性を有する平板
体からなり、その上面に多数の真空吸着孔３５が設けら
れ、内部にこれらの孔３５に接続した排気用孔３６が設
けられている。そして、排気用孔３６を介して真空排気
することにより、ウェハ吸着板３２上にウェハ４０が真
空チャックされるものとなっている。ウェハ吸着板３２
の下面には、複数の微小基板３３がそれぞれ離間して取
着されている。また、これらの微小基板３３と台座３１
との間には、印加電圧に応じて伸縮する複数のピエゾ素
子３４がそれぞれ接続されている。そして、これらのピ
エゾ素子３４に与える各電圧を調整することにより、つ
エバ吸着板３２が局所的に任意の形状に変位し、これに
よりウェハ４０の表面高さ形状を局所的に可変し得るも
のとなっている。

なお、上記微小基板３３の間隔は少なくとも露光フィー
ルドサイズ以下の大きさで、例えば５［顛］間隔とした
。ピエゾ素子３４は少なくとも５［μｍ１以上伸縮する
ものとし、各ピエゾ素子３４は独立に駆動されるものと
した。また、ウェハ吸着板３２の材料としては、例えば
合成ゴムを用いればよい。さらに、前記ウェハ４０の真
空チャックをより確実にするために、ウェハ吸着板３２
の上面に前記真空吸着孔３５と接続した溝を設けるよう
にしてもよい。

次に、上記構成のステッパを用いたパターン転写方法に
ついて説明する。

まず、ウェハ４０をウェハ保持治具■に固定保持した状
態で、前記第１図に示す如くＹステージ１１上のＸステ
ージ１２を、ウェハ表面モニタ６１下にウェハ４０が位
置するよう移動する。この位置で、ウェハ表面モニタ６
１によりウェハ４０の表面の形状をモニタしつつ、信号
処理回路６２によりフィードバックを掛けてウェハ保持
治具１０を制御し、ウェハ４０の表面が全域に屋って凹
凸が例えば０．１［μｍ］以下になるように保持する。

即ち、ウェハ４０上の各点でウェハ表面の＾さを測定し
、測定された高さの変位量に応じて該ウェハ位置に相当
するウェハ保持治具３０のピエゾ素子３４を駆動し、ウ
ェハ４０上の各点の高さを所定の値に設定する。なお、
ウェハ４０上には感光性樹脂が塗布されているが、この
感光性樹脂表面の高さ形状が問題となる場合、ウェハ４
０の表面の高さ検出として上記感光性樹脂表面の＾さを
検出すればよい。

次いで、ウェハ４０が投影レンズ５３の下に位置するよ
うＸステージ１２を移動し、この位置で投影レンズ５３
の焦点合わせを行う。その後、光［５１によってマスク
５２を照明し、マスク５２に形成されたパターンを投影
レンズ５３によりウェハ４０上に縮小投影露光し、パタ
ーンの逐次転写を行う。このとき、ウェハ４０の表面凹
凸を０．１［μｍ３以内に制御しているため、各ショッ
トのフィールド内全面で焦点外れがなく、良好な転写パ
ターンが得られることになる。

このように本実施例方法によれば、ウェハ保持治具ｌ立
Ｓよりウェハ４０の表面凹凸を極めて小さいもの（０，
１μｍ以内）としているので、露光フィールド内におい
てウェハ４０の表面をベストフォーカスの状態に保持す
ることができる。このため、焦点外れによる解像力の低
下が未然に防止され、これによりパターン転写精度の向
上をはかることができる。さらに、上記理由から更に焦
点深度の浅いより大ＮＡレンズを用いることが可能とな
り、サブミロクンのパターン転写を行うことも可能とな
る。また、ウェハ４０の表面の高さ位置を投影レンズ５
３の焦点深度内に入るようにするのは勿論のこと、ウェ
ハ４０の表面の高さ位置を投影レンズ５３の像面に合わ
せて僅かに湾曲させるようにしてもよい。これにより、
より一層のパターン転写精度向上をはかることが可能で
ある。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、前記ウェハ保持治具をステッパ本体若しく
はＸ−Ｙステージの外に配置し、ウェハを吸着したウェ
ハ保持治具をステージ上にロード・アンロードするロー
ディング機構を設け、ウェハ表面高さの矯正後に、ウェ
ハ保持治具毎にロード→転写→アン０−ドするようにし
てもよい。

この場合、転写中に次のウェハをの矯正が行えるので、
処理能力の向上につながる。

また、ウェハ保持治具としては前記第３図に同等限定さ
れるものではなく、第４図或いは第５図に示す構造のも
のであってもよい。第４図は前記ウェハ吸着板３２を用
いることなく、ウェハ４０を台座３１上に直接真空吸着
するようにしたものである。第５図は真空吸着の代りに
、静電チャックによりウェハを吸着するようにしたもの
であり、この場合前記ウェハ吸着板３２として、上面に
誘電体１１３２ａを有する可撓性の金属板３２ｂを用い
ればよい。また、ウェハ保持治具の伸縮機構としては、
とニジ素子等の圧電素子に限るものではなく、空気圧を
利用したペンシリンダやボイズコイルリニアモータ等を
用いることも可能である。

その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、ウェハ保持機構に
よりウェハ表面の高さ位置を任意の凹凸に制御できるの
で、焦点合わせが確実となり大ＮＡレンズによる結像が
可能となって、より高い解像力を得ることができパター
ン転写精度の向上をはかることができる。また、板厚分
布の不良なウェハの使用も可能となり、ウェハ材料コス
トの低減に寄与しうる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第一１因及び第２図は本発明の一実施例方法に使用した
光ステッパを示す概略構成図、第３図は上記装置に用い
たウェハ保持治具の具体的構造を示す断面図、第４図及
び第５図はそれぞれ変形例を説明するための断面図であ
る。１Ｏ−Ｘ−Ｙステージ、３０　・・・ウェハ保持治具、
３１・・・台座、３２・・・ウェハ吸着板、３３・・・
微小基板、３４・・・ピエゾ素子（伸縮機構）、３５・
・・真空吸着孔、３６・・・排気孔、４０・・・ウェハ
、５０−・・投影光学系、５１・・・光源、５２・・・
マスク、５３・・・縮小投影レンズ、ｌｌ・・・高さ検
出機構、６１・・・ウェハ表面モニタ、６２・・・信号
処理回路。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 ○１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）マスクに形成されたパターンを投影レンズを介し
てウェハ上に転写するパターン転写方法において、前記
ウェハを保持するウェハ保持治具として、前記ウェハの
表面の高さを局所的に可変する機能を有するものを用い
、転写に先立ち前記ウェハ表面の高さ位置を露光フィー
ルドの像面に合わせて或いはその焦点深度内にいるよう
に、露光フィールド内の領域において矯正することを特
徴とするパターン転写方法。
（２）前記ウェハ表面の高さを検出し、この検出情報を
前記ウェハ保持治具にフィードバックしながら前記矯正
を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のパ
ターン転写方法。
（３）前記ウェハ保持治具はＸ−Ｙステージ上に載置さ
れており、該ステージによりウェハ保持治具を高さ検出
機構下に移動して前記矯正を行い、その後Ｘ−Ｙステー
ジによりウェハ保持治具を投影光学系下に移動してパタ
ーン転写を行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載のパターン転写方法。
（４）前記ウェハ表面の高さを検出する手段として、レ
ーザ光の干渉を利用したことを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載のパターン転写方法。
（５）前記ウェハ保持治具は、ウェハが載置される可撓
性を有する平板体と、この平板体上にウェハを吸着する
手段と、前記平板体の裏面と固定端との間に接続された
伸縮可能な複数の伸縮機構とからなるものである特許請
求の範囲第１項記載のパターン転写方法。
（６）前記ウェハを吸着する手段は、真空チャック或い
は静電チャックであることを特徴とする特許請求の範囲
第５項記載のパターン転写方法。
（７）前記ウェハ保持治具は、ウェハの裏面側を吸着す
る手段と、前記ウェハの裏面と固定端との間に配置され
た伸縮可能な複数の伸縮機構とからなるものである特許
請求の範囲第１項記載のパターン転写方法。
（８）前記伸縮機構として、印加電圧に応じて伸縮する
圧電素子、空気圧に応じて伸縮するペンシリンダ或いは
ボイズコイルリニアモータを用いたことを特徴とする特
許請求の範囲第５項又は第８項記載のパターン転写方法
。