KR100294561B1 - 마스크유지장치,노광장치,디바이스제조장치및마스크구조체 - Google Patents

마스크유지장치,노광장치,디바이스제조장치및마스크구조체 Download PDF

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Abstract

석판인쇄의 마스크구조체는 X선, 진공자외선, 전자선 등과 같은 방사선을 이용하는 것이다. 그것은 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과, 이 마스크기판을 지지하는 고리형의 프레임을 구비하고, 상기 고리형의 프레임은 직사각형 창의 대각선 방향에서 다른 방향의 강성보다 상대적으로 큰 강성을 가진다. 이와 별개로, 얇은 두께부는 측면에서 보면 단차가 형성된 지지프레임의 주변부로 한정되어 있다. 이런 마스크구조체를 유지하는 유지장치는 직사각형 창의 대각선의 연장한 방향으로 하중을 프레임에 부여하는 하중부여기구를 포함한다.
예를 들면 하중을 부여함으로써 마스크패턴의 전사배율이 조정될 수 있다.

Description

마스크유지장치, 노광장치, 디바이스제조장치 및 마스크구조체
본 발명은, 예를 들면 X선, 진공자외선 또는 전자선 등의 방사선을 사용하는 노광장치를 위한 마스크구조체와 마스크유지장치에 관한 것이다. 다른 면에서 본 발명은 마스크의 패턴보정기술에 관한 것이다.
LSI 등의 반도체디바이스의 집적도와 이 디바이스의 동작속도의 향상을 위해, 회로패턴이 점점 미세화되었다. LSI 의 제조공정에서 회로패턴의 변형을 위해, 예를 들면 X선, 진공자외선 또는 전자선 등의 방사선을 사용함으로써 미세한 패턴을 형성하는 석판인쇄기술이 주목받고 있다. 이 기술에 기초한 하나의 효과적인 방식은 마스크와 웨이퍼가 서로 근접하게 배치하여 방사선을 조사함으로써 패턴전사가 형성되는 등배노광전사기술이다. 예는 미국특허 제 5,444,753로, 제 5,544,213호와 제 5,608,773호에 개시되어 있다.
이 방식에 있어서, 마스크와 웨이퍼는 서로 근접하게 배치되어 등배전사가 형성된다. 그러므로 웨이퍼에 전사되는 마스크패턴의 전사배율을 조정하는 것이 곤란하다. 이것에 대한 해결방법으로서 일본국 특개소 18244/1985에 개시된 X-선 노광장치에서는 가압기구에 의해서 외부로부터 마스크기판에 하중을 부여하여 마스크기판을 적극적으로 변형시키고 박판상의 패턴배율을 제어한다.
그렇지만 이 예에서, 마스크가 마스크프레임의 주변부의 3개소에서 고정되고 이 고정부를 상대적으로 이동시킴으로써 마스크프레임의 변형이 발생된다. 그러므로 실제적으로는 소망한 바와 같은 마스크패턴의 보정, 즉 X,Y방향에서 등방적인 등배보정이 곤란하다.
본 발명의 목적은 간단한 배열로 마스크패턴의 전사배율을 고정도로 보정할 수 있는 개량된 패턴전사배율보정법이나 장치와 개량된 마스크구조체를 제공하는 것이다.
제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크구조체를 표시하는 도면.
제2도는 제1도의 마스크구조체에 부여되는 하중과 직사각형 창과의 관계를 표시하는 도면.
제3도는 하중이 부여될때 마스크패턴의 배율변화를 벡터로 표시하는 도면.
제4도는 비교예를 표시하는 도면.
제5도는 제3도에 대한 비교예를 표시하는 도면.
제6도는 비유지상태에서 마스크유지장치를 표시하는 도면.
제7도는 유지상태에서 마스크유지장치를 표시하는 도면.
제8도는 변형예의 마스크구조체를 표시하는 도면.
제9도는 제8도의 마스크구조체에 부여하는 하중과 직사각형 창과의 관계를 표시하는 도면.
제10도는 변형예의 마스크구조체를 표시하는 도면.
제11도는 제9도의 마스크구조체에 부여하는 하중과 직사각형 창과의 관계를 표시하는 도면.
제12도는 변형예의 마스크구조체를 표시하는 도면.
제13도는 제12도의 마스크구조체에 부여하는 하중과 직사각형 창과의 관계를 표시하는 도면.
제14도는 본 발명의 제 2실시예에 따른 마스크구조체를 표시하는 도면.
제15도는 조립된 제14도의 마스크구조체를 표시하는 도면.
제16도는 비유지상태에서 마스크유지장치를 표시하는 윗면도.
제17도는 제16도의 마스크유지장치를 표시하는 단면도.
제18도는 유지상태에서 마스크유지장치를 표시하는 윗면도.
제19도는 제18도의 마스크유지장치의 단면도.
제20도는 마스크구조체에 부여하는 하중과 직사각형 창과의 관계를 표시하는 도면.
제21도는 하중이 부여될때 마스크패턴의 배율변화를 벡터로 표시하는 도면.
제22도는 비교예를 표시하는 도면.
제23도는 제21도에 대한 비교예를 표시하는 도면.
제24도는 변형예의 마스크구조체를 표시하는 도면.
제25도는 제21도의 마스크구조체에 부여하는 하중과 직사각형 창과의 관계를 표시하는 도면.
제26도는 노광장치의 일반적인 구성을 표시하는 도면.
제27도는 디바이스제조공정을 표시하는 순서도.
제28도는 웨이퍼공정을 상세하게 표시하는 순서도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 접촉고정부재 11 : 마스크기판
12 : 직사각형 창 13 : 지지프레임
14 : 접합부 15 : 관통구멍
16 : 단차부
본 발명의 일면에 따르면 마스크유지장치는: 고리형프레임과, 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판을 포함하는 마스크구조체를 유지하는 고정기구와; 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따른 방향으로 프레임에 하중을 부여하는 하중부여기구를 구비한다.
본 발명의 다른 면에 따르면, 마스크유지장치는: (i) 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과 (ii) 주변부에 단차가 형성된 얇은 두께부분을 가지는 프레임을 포함하는 마스크구조체를 유지하는 고정기구와; 프레임의 단차부에 하중을 부여하는 하중부여기구를 구비한다.
본 발명의 또 다른 일면에 따르면, 마스크구조체는 : 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크구조체와; 마스크구조체를 지지하는 고리형프레임을 구비하고, 상기 고리형프레임은 직사각형 창의 대각선방향에서 다른 방향의 강성보다 상대적으로 큰 강성을 가진다.
본 발명의 또 다른 면을 따르면, 마스크구조체는 : 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크구조체와; 마스크기판을 지지하는 프레임을 구비하고, 상기 프레임은 직사각형 창의 대각선 방향이나 그 대각선의 연장한 방향으로 설치된 주변부에 얇은 두께부분을 가진다.
본 발명의 더한 면에 따르면, 노광장치는 마스크유지장치에 의해서 유지된 마스크를 노광하는 전술된 어떤 마스크유지장치를 포함한다.
본 발명의 더한 면에 따르면, 디바이스제조방법은: 웨이퍼뿐만 아니라 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과 고리형프레임을 포함하는 마스크구조체를 준비하는 단계와; 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따른 방향으로 하중을 프레임에 부여함으로써 마스크패턴을 보정하는 단계와; 마스크구조체와 웨이퍼를 서로 근접하게 유지하면서 마스크구조체와 웨이퍼에 노광에너지를 조사함으로써 웨이퍼에 마스크패턴을 전사하는 단계를 구비한다.
본 발명의 더한 면에 따르면, 디바이스제조방법은: 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과 직사각형 창의 대각선방향으로 다른 방향의 강성보다 비교적 큰 강성을 가지는 고리형프레임을 포함하는 마스크구조체를 준비하는 단계와; 웨이퍼를 준비하는 단계와; 프레임에 하중을 부여하여 마스크패턴을 보정하는 단계와; 마스크구조체와 웨이퍼를 서로 근접하게 유지하면서 마스크구조체와 웨이퍼에 노광에너지를 조사함으로써 웨이퍼에 마스크패턴을 전사하는 단계를 구비한다.
본 발명의 더한 면에 따르면, 디바이스제조방법은: (i) 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과 (ii) 주변부에 단차가 형성된 얇은 두께부분을 가지는 프레임을 포함하는 마스크구조체를 준비하는 단계와; 웨이퍼를 준비하는 단계와; 마스크구조체와 웨이퍼를 서로 근접하게 유지하면서 마스크구조체와 웨이퍼에 노광에너지를 조사함으로서 웨이퍼에 마스크패턴을 전사하는 단계를 구비한다.
본 발명의 이런 목적과 다른 목적, 형태와 이점은 첨부도면과 관련된 본 발명의 바람직한 실시예의 이하 설명을 고려하면 더 명백해 질것이다.
[실시예 1: 마스크구조체와 그것의 지지방법과 교정방법]
도 1은, 예를 들면 X-선, 진공 자외선이나 전자선과 같은 방사선에 기인한 석판인쇄처리에 사용되는 투과형마스크구조체의 도면이다.
(II)은 도면에서 실리코웨이퍼를 구비하는 원형마스크기판을 표시한다. 그것은 회전방향을 결정하기 위한 정위평탄(절단)부를 가진다. 또한 기판의 중심부에 정방향의 창(12)이 있으며, 이 창은 방사선을 투과시키는 영역이다. 그런 마스크기판의 작성시에 SiN 또는 SiC의 막이 Si기판의 표면상에 형성되고, 이후에, 직사각형 창에 대응하는 Si기판의 단지 한쪽 부분이 역에칭공정에 의해서 제거되어 단지(매우 얇은 막인) SiN막이나 SiC막만 잔존한다. 전사된 마스크패턴이, 예를 들면 Ta 또는 W 금속과 같은 방사선흡수체를 이용함으로써 이 박막상에 형성된다. 이하 언급되는 바와 같이, 마스크패턴은 이상적인 전사패턴사이즈보다 조금 더 큰 배율로 형성되어 있다. 이 오프셋배율은 패턴을 전사한 후에 웨이퍼공정에 대해 예측되는 왜곡된 처리를 고려하면서 결정된다.
(13)은, 마스크기판을 지지하고 보강하는 고리형지지프레임을 표시한다.
이 지지프레임(13)의 재료로서는 예를 들면 SiC 또는 내열유리와 같은 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다. 도 1에 있어서, 지지프레임의 형상에 대한 설명으로는 마스크기판(11)과 지지프레임(13)이 따로따로 예시된다. 그렇지만 실제는 하나의 구조체로 접합되어 있다. 지지프레임(13)의 윗면상에 음영으로 표시된 부분은 마스크기판(11)에 접합하는 영역이다. 잡착제접합이나 양극접합이 상기 접합을 위해 사용될 수 있다.
도 1에서 표시한 바와 같이, 지지프레임(13)은 고리형상을 가지며 고리의 외주부는 원형이고 내주부는 팔각형이다. 이 프레임의 강도는 중심부로부터 방향에 따라서 변한다. 직사각형 창의 대각선을 연장한 방향에서 프레임강도(프레임 단면적)가 중심을 지나는 선과 직사각형상 변에 평행인 선을 연장한 방향에서 프레임 강도보다 크다는 그런 위치관계를 확실히 하기 위해 상기 프레임(13)은 마스크기판에 접합되어 있다.
도 2는 직사각형 창과, 지지프레임에 대한 하중의 부여방향사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 좀더 구체적으로는 하중 P1과 P2(P1=P2=P)은 마스크기판의(정방형상의) 직사각형 창의 대각선의 연장선을 각각 따르고 마스크의 중심을 향하는 방향으로 부여한다. 부여한 하중의 벡터방향의 연장선에 대향하는 각각의 위치에 2개의 접촉고정부재(10)가 설치되어 있다. 결국 반력(P)은 고정부재(10)로부터 마스크중심을 향해서 지지프레임(13)에 부여된다. 요약하면 직사각형 창의 2개 대각선의 연장선을 따른 4개의 방향으로 하중이 지지프레임(13)의 외주면에 부여된다.
도 3은 도 2에서 하중 부여의 결과로 발생된, 직사각형 창의 박판패턴의 변위를 설명하는 벡터의 도면이다. 도 3에서 표시한 바와 같이, 마스크패턴은 대략 등방적인 변위를 표시한다.
좀 더 구체적으로는, 마스크기판(11)의 직사각형 창의 대각선방향의 작은 강성 대해서 지지프레임(13)의 큰 강성부분에 의한 보강이 제공된다. 또한 마스크기판의 큰 강성의 수직방향과 수평방향에 대해서 지지프레임의 작은 강성부분에 의한 보강이 제공된다. 전체적인 균형의 결과로서 전체적으로 동방적인 패턴변위(배율의 축소)가 발생된다. 만약 하중 P1과 P2가 서로 다르다면, 이방성의 배율 축소가 발생된다.
이제 비교예는, 지지프레임이 (내주면과 외주면이 모두 원형인) 중심으로부터 어떤 방향으로 일정한 강성을 가지는 경우와 하중이 대각선 방향을 따르지 않고 직사각형 창의 변 방향으로 부여되는 경우를 고려할 것이다. 도 4에 표시한 바와 같이, 하중은 (정방형상의) 직사각형 창의 변에 대해서 수평방향과 수직방향으로 마스크중심을 향해서 부여된다. 다음에 도 5의 벡터에서 표시한 바와 같이, 직사각형 패턴에 대해 외부 대각선 위치에 작은 변위가 있고 중심으로부터 수평위치와 수직위치에 큰 변위가 있는, 방추형의 변형이 발생한다. 즉, 도 3에 있어서 등방적인 축소와 일정한 축소를 비교하면, 왜곡된 축소가 발생되므로 패턴의 왜곡이 커진다.
이 실시예에 있어서, (1) 하중은 마스크기판의 직사각형 창의 대각선 연장방향으로 지지프레임의 외주면에 부여되고, (2) 사용된 마스크는, 다른 방향의 강성과 비교하면 직사각형 창의 대각선방향에서 상대적으로 큰 강성을 보유하는 지지프레임을 가진다. 이런 형태의 결합된 상승효과로써, 최소의 왜곡이 형성된 최적의 배율보정이 확실하게 된다. 그렇지만, 도 4와 도 5의 예와 비교하면 만족스러운 배율의 보정은 단지 형태(1)로서 제공될 수 있다. 그러므로 지지프레임은 도 4에 표시된 바와 같이 등방성의 일정한 강성의 고리형상을 가진다.
다음에, 상기 언급한 바와 같이, 노광장치내에서 마스크구조체를 유지하는 마스크유지장치의 구조와 작용은, 도 6과 도 7을 참조하여 설명될 것이다. 도 6은 유지하지 않는(마스크구조체를 유지하지 않는) 상태에서 마스크유지장치를 표시하고 도 7은 유지하는 상태에서 동일 마스크유지장치를 표시한다.
기준판(612)에 고정하여 설치된 마스크 척(613)이 있다. 노광복사선이 관통하는 위치에 개방구(614)가 기준판(612)과 마스크 척(613)을 개재하여 형성되어 있다. 마스크 척에는 마스크구조체가 접촉되고 위치결정되는 블록(601)이 설치되어 있다. 이 블록(601)은, 상기에서 표시한 바와 같이 면이 서로 수직으로 연장된 2개 지점에서 마스크구조체의 지지프레임에 접촉되는 2개의 접촉면을 가진다. 구형상의 선단을 가지는 3개의 돌기부(602),(603),(604)가 마스크를 지지하기 위해 기준판(612)상에 형성되어 있다. 또한, 3개의 돌기부에 대응하는 3개의 회전 암(605),(606),(607)이 있다. 각 암은 선단에 돌기부를 가진다. 이 3개의 돌기부는 정삼각형상으로 설치되어 있다. 마스크구조체가 고정기구에 의해서 지지되면, 3개 돌기부 중의 하나는 직사각형 창의 중심을 통과하고 직사각형상의 변에 평행인 선의 연장방향으로 설치된다.
기준판(612)은, 마스크지지프레임의 외주면에 2개방향으로 하중을 부여하기 위해 회전작동가능한 2개의 하중유니트(608)과 (609)를 더 준비한다. 각 하중유니트는, 로드와 이 로드에 의한 하중의 부여에 반응하는 반력을 검출하기 위한 검출기(부하 전지)와 하중 유니트자체를 회전시키는 작동기를 내장하고 있다.
상기 구성에 있어서, 반송암(도시 생략)에 의해 반송되는 마스크구조체(100)는 블록(601)의 2개의 접촉면에 접촉되어 X,Y 방향에 대해서 수평적인 위치결정이 형성된다. 그러면 마스크 척 돌기부(602),(603),(604)의 3점에 의해 마스크구조체(100)의 밑면이 지지된다. 다음에 3개의 암(605),(606),(607)이 회전하여 마스크프레임은 3개소에서 상하로 접지된다. 그러면 X,Y,Z의 모든 방향에 있어서 마스크의 위치결정이 완료된다. 이때에 암(605)의 돌기부는 회전방향의 변경을 방지하기 위해 마스크구조체의 프레임상면에 형성된 V-형상 홈(105)과 걸어맞춘다.
또, 도 7에서 표시하는 바와 같이, 하중유니트(608),(609)는 마스크를 향하여 회전하여, 하중유니트의 로드(610),(611)의 선단은 마스크구조체의 지지프레임과 접촉된다. 접촉된 로드(610),(611)는 마스크의 중심을 향해서 하중을 부여하며, 하중의 부여방향은 서로 수직이다. 요약하면, 이러한 결과로 마스크의 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따라서 4개의 방향으로 마스크지지프레임의 외주면에 하중이 부여된다.
마스크구조체의 마스크패턴은 배율보정에 의해서 발생된 임의의 변위에 대응하는 변위량에 의해서 소정설계치수보다 더 큰 치수로 형성되어 있다. 노광처리 이전에, 노광장치에 설치된 얼라인먼트측정시스템을 사용함으로써 마스크와 웨이퍼 패턴의 배율을 측정하여 필요한 배율의 보정을 위하여 마스크에 부여하는 설정하중이 결정된다. 하중설정은, 데이터표나 변환식의 형태로 제어시스템에 미리 기억될 수 있는, 마스크패턴의 변위량과 마스크에 부여되는 설정하중 사이의 관계를 기초로 하여 생성될 수 있다.
또 부하전지에 의해서 검출된 하중이 상기 설정하중에 일치되기 위해 작동기에 전압이 인가된다. 작동기의 구동은 부하전지의 출력을 기초로 하여 서보제어되고, 그 경우에 마스크에 미소한 이동이 일어날 때 조차도 일정한 하중이 마스크구조체에 안정적으로 부여된다. 또한 서보제어는 노광처리중에도 연속적으로 행하며 그 경우에 보정은, 노광광선에 의해서 발생된 열적인 왜곡에 기인한 패턴배율의 변화로도 행하여질 수 있다.
[마스크구조체의 변형예]
마스크구조체의 변형예를 설명할 것이다. 이 실시예에 있어서 마스크패턴이 형성된 직사각형 창의 대각선의 연장선방향으로 하중이 지지프레임에 부여된다.
또한 이 실시예에 있어서, 마스크구조체는 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과 이 마스크기판을 보강하는 고리형지지프레임을 구비하며, 상기 지지프레임은, 직사각형 창의 대각선방향에서 다른 방향의 강성과 비교하면 상대적으로 큰 강성을 가진다. 마스크를 지지하여 하중을 부여하는 기구는 도 6과 도 7을 참조하여 설명된 바와 같은 동일한 구조체를 가지며 그에 대한 설명은 생략한다.
도 8과 도 9는 마스크구조체의 변형예를 표시한다. 고리형지지프레임(23)은 마스크기판(11)의 (정방형의) 직사각형 창(12)의 대각선의 연장선방향으로 위치하는 4개의 변에 4개의 돌기부(24)가 설치되어 있다. 이 돌기부(24)의 상면은 마스크기판에 대한 접합면으로 되어 있다.
도 10과 도 11은 마스크구조체의 다른 변형예를 표시한다. 이 예에 있어서, 지지프레임은 이 지지프레임에 접합되는 마스크기판의 (정방형의) 직사각형 창에 대하여 크고 작은 구멍(35)이 일정하게 형성된 형상을 가지며, 상기 구멍은 창의 직사각형상의 수평방향과 수직방향을 따라서 4개방향에 설치되어 있다. 구멍의 개수와 배치는 개시된 예에 제한되지 않는다. 필요한 것은, 마스크기판의 직사각형 창에 대한 관계에 있어서, 대각선의 연장선 방향에서 프레임의 강성이 다른 방향에서의 강성보다 상대적으로 크다는 것이다.
도 12와 도 13은 마스크구조체의 더 변형된 예를 표시한다. 지지프레임(43)으로부터 독립적으로 설치되고 판스프링(46)에 의해서 지지되는 4개의 섬형상부(45)가 있다. 이 섬형상부(45)의 상면은 마스크기판에 대한 접합면으로 제공된다. 이 섬형상부(45)는 마스크기판의 직사각형 창의 대각선의 연장선방향에 설치되어 있다. 또한 프레임외주의 측면에는 마스크중심을 향하여 프레임을 관통한 4개의 작은 구멍(47)이 형성되어 있다.
배율보정은 도 13에 표시된 바와 같이 4개의 작은 구멍(47)에 구형의 선단을 가지는 4개의 봉부재가 삽입되어 이 봉부재 각각으로 균등한 하중(P)을 부여한다.
이 실시예에 있어서, 프레임외주와 독립하여 마스크기판에 하중을 부여할 수 있다.
그러므로 프레임이 고정되면 패턴왜곡이 발생하지 않는다. 더욱이 고정도의 배율보정이 가능하다.
[실시예 2: 마스크구조체와 그의 지지보정방법]
도 14는 X선, 진공자외선 또는 전자선 등의 방사선에 기초한 석판인쇄처리에 사용되는 투과형 마스크 구조체를 표시하는 도면이다. 이 도면중에 (11)은 실리콘웨이퍼로 된 원형의 마스크기판을 표시한다. 그것은 회전방향을 결정하기 위한 정위평탄(절단)부를 가진다. 또한 기판의 중심에 정방형의 창이 있으며 이 창은 방사선을 투과시키는 영역이다. 이런 마스크의 작성시에 SiN 또는 SiC의 막이 Si기판의 표면에 형성되고, 이후에 직사각형 창에 대응하는 Si기판의 단지 한쪽 부분이 역에칭공정에 의해서 제거되어 단지(매우 얇은 막인) SiN막이나 SiC막만 잔존한다. 전사된 마스크패턴이, 예를 들면 Ta 또는 W 등의 금속과 같은 방사선흡수체를 이용함으로써 이 박막상에 형성된다. 후술하는 바와 같이, 마스크패턴은 이상적인 전사패턴사이즈보다 조금 더 큰 배율로 형성되어 있다. 이 오프셋배율은 패턴을 전사한 후에 웨이퍼공정에 대해 예측되는 왜곡된 처리를 고려하면서 결정된다.
(13)은 마스크기판을 지지하여 보강하는 고리형지지프레임을 표시한다. 이 지지프레임(13)의 재료로는 예를 들면 SiC 또는 내열유리 등과 같은 세라믹을 사용하는 것이 바람직하다. 도 14에 표시된 바와 같이 지지프레임(13)은 원형외주부가 있는 고리형상을 가진다. 프레임의 내부에는 마스크기판의 직사각형 창에 대응하는 직사각영역이 제거된 관통구멍(15)이 형성되어 있다. 관통구멍(15)의 형상은 직사각형으로 제한되지 않으며 원형일 수도 있다.
도 14에 표시된 바와 같이, 지지프레임(13)은 원주의 외주부를 따라서 상면이 절단되어 한정된 두께가 얇은 부분이 형성되어 있다. 그러므로 상기 프레임은 측면에서 보면 단차부(계단부)(16)를 가지는 단구조로 되어 있다. 지지프레임의 상단의 외주는 마스크기판의 외주와 거의 동일한 치수를 가진다. 지지프레임 상단면, 즉 음영으로 표시된 부분(14)은 마스크기판(11)에 대한 접합면으로 된다. 접합은 예를 들면 접착제접합이나 양극접합을 기초로 해서 형성되어 있다. 도 14에 있어서, 지지프레임의 형상을 설명하기 위하여, 마스크기판(11)과 지지프레임(13)을 분리하여 표시한다. 그렇지만, 실제로는 도 15에 표시된 바와 같이 하나의 구조체로 접합되어 있다.
다음에는, 노광장치내에 있어서, 상기 마스크구조체를 유지하기 위한 마스크유지장치의 구성과 동작은 도 16 내지 도 19를 참조하여 설명할 것이다. 도 16은 마스크구조체의 비유지(마스크구조체를 유지하지 않는) 상태에서 마스크유지장치를 표시하며, 도 17은 도 16에서 화살표로 표시된 단면에 대한 단면도이다. 도 18은 마스크구조체의 유지상태에서 마스크유지장치를 표시한다. 도 19는 도 18에서 화살표로 표시된 단면에 대한 단면도이다.
기준판(612)상에는 마스크 척(613)이 고정되어 있다. 기준판(612)과 마스크 척(613)을 개재하여 노광방사선이 통과하는 위치에 개방구(614)가 설치되어 있다. 마스크 척(613)에는 마스크구조체가 접합되어 위치결정되는 블록(601)이 설치되어 있다. 이 블록(601)에는 윗쪽에서 보면 면이 서로 수직으로 연장된 2개의 지점에서 마스크구조체의 지지프레임에 접촉되는 2개의 접촉면이 설치되어 있다. 기준판(612)상에는 마스크를 지지하는 구형의 선단을 가진 3개의 돌기부(602),(603),(604)가 형성되어 있다. 또 이 3개의 돌기부에 대응하는 3개의 회전암(605),(606),(607)이 설치되어 있다. 각 암의 선단부에도 돌기부가 형성되어 있다. 이 3개의 돌기부는 정삼각형상으로 배치된다. 마스크구조체가 고정기구에 의해서 고정되면, 3개 돌기부 중의 하나는 직사각형 창의 중심을 지나고 직사각형 상의 변에 평행한 방향의 연장방향에 위치한다.
기준판(612)에는 마스크지지프레임의 외주부에 2방향으로 하중을 부여하기 위해 회전작동가능한 2개의 하중유니트(608),(609)가 더 설치된다. 각 하중유니트는 로드와, 이 로드에 의해 하중의 부여에 반응하는 반력을 검출하는 검출기(부하전지)와, 하중유니트 자체를 회전시키는 작동기를 내장하고 있다.
상기 구성에 있어서, 반송 암(도시생략)에 의해서 반송되는 마스크구조체(100)는 블록(601)의 2개의 지지면에 접촉되어 X,Y방향에 대해서 수평적인 위치결정이 형성된다. 그러면 마스크척 돌기부(602),(603),(604)의 3점에 의해 마스크구조체(100)의 밑면이 지지된다. 다음에 3개의 암(605),(606),(607)이 회전하여 마스크프레임은 3개소에서 상하로 접지된다. 그러면 X,Y,Z의 모든 방향에 있어서 마스크의 위치결정이 완료된다. 이때에 암(605)의 돌기부는 회전방향의 변경을 방지하기 위해 마스크구조체의 프레임상면에 형성된 V-형상 홈(105)과 걸어맞춘다.
또, 도 18과 도 19에서 표시하는 바와 같이, 하중유니트(608),(609)는 마스크를 향하여 회전하여, 하중유니트의 로드(610),(611)의 선단은 마스크구조체의 지지프레임과 접촉된다. 접촉된 로드(610),(611)는 마스크의 중심을 향해서 하중을 부여하며, 하중의 부여방향은 서로 수직이다. 요약하면, 이러한 결과로 마스크의 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따라서 4개의 방향으로 마스크지지프레임의 외주면에 하중이 부여된다.
마스크구조체의 마스크패턴은 배율보정에 의해서 발생된 임의의 변위에 대응하는 변위량에 의해서 소정설계치수보다 더 큰 치수로 형성되어 있다. 노광처리 이전에, 노광장치에 설치된 얼라인먼트측정시스템을 사용함으로써 마스크와 웨이퍼패턴의 배율을 측정하여 필요한 배율의 보정을 위하여 마스크에 부여하는 설정하중이 결정된다. 하중설정은, 데이터표나 변환식의 형태로 제어장치에 미리 기억될 수 있는, 마스크패턴의 변위량과 마스크에 부여되는 설정하중 사이의 관계를 기초로 하여 생성될 수 있다.
또 부하전지에 의해서 검출된 하중이 상기 설중하중에 일치되기 위해 작동기에 전압이 인가된다. 작동기의 구동은 부하전지의 출력을 기초로 하여 서보제어되고, 그 경우에 마스크에 미소한 이동이 일어날 때 조차도 일정한 하중이 마스크구조체에 안정적으로 부여된다. 또한 서보제어는 노광처리중에도 연속적으로 행하며 그 경우에 보정은, 노광광선에 의해서 발생된 열적인 왜곡에 기인한 패턴배율의 변화로도 행하여질 수 있다.
도 20은 직사각형 창과, 지지프레임에 대한 하중의 부여방향사이의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 좀더 구체적으르는 하중 P1과 P2(P1=P2=P)은 마스크기판의 (정방형상의) 직사각형 창의 대각선의 연장선을 각각 따르고 마스크의 중심을 향하는 방향으로 부여된다. 부여된 하중의 연장벡터방향에 대향하는 각각의 위치에 2개의 접촉고정부재(614)(615)가 설치되어 있다. 결국 반력(P)은 고정부재(614)(615)로부터 마스크중심을 향해서 지지프레임(13)에 부여된다. 요약하면 직사각형 창의 2개 대각선의 연장선을 따른 4개의 방향으로(2단 구조체의) 지지프레임(14)의 단차부, 즉, 지지프레임의 상단원의 외주면에 하중이 부여된다는 것이다.
여기에서, 도 19에 표시된 바와 같이, 지지프레임에 대한 하중의 부여위치가 지지프레임 측면의 높이중심부에 있지 않다면, 모멘트가 발생하여 지지프레임과 이 지지프레임에 일체로 결합된 마스크기판에 미소한 변형이 발생한다. 이 결과로써 직사각형창에 부착된 박판에 미소한 축소가 발생된다. 도 19는 프레임의 변형을 과장하여 표시한다. 전체 박막에 미소한 축소가 발생됨으로써 마스크패턴의 배율이 변화될 수 있다.
도 21은 도 20에서 하중부여의 결과로 발생된, 직사각형 창의 박판배턴의 변위를 표시하는 벡터에 대한 도면이다. 도 21에서 표시한 바와 같이, 이 마스크패턴은 거의 등방적인 변위를 표시한다. 이것은 마스크기판의 표면을 따라서 대각선방향으로 하중이 부여된 결과로써 박판상의 마스크패턴이 축소되는 방식과 마스크기판의 변형의 결과로써 박판상의 마스크패턴이 축소되는 방식때문이다. 이 방식의 합성된 결과로써 전체적으로 등방적인 패턴변위(배율의 축소)가 발생된다. 만약 부여하중 P1, P2가 서로 다르다면, 비등방적인 배율축소가 발생된다.
이제 비교예는 : 지지프레임이 단차(높이차이)가 없는 평판상인 경우와 대각선방향을 따르지 않고 직사각형 창의 변의 방향으로 하중이 부여되는 경우를 고려할 것이다. 도 22에 표시한 바와 같이, (정방형의) 직사각형 창의 변에 대하여 수직방향이나 수평방향으로부터 마스크중심을 향해서 하중이 부여된다. 도 23에서 벡터로 표시한 바와 같이 직사각형 패턴에 대해 외부의 대각위치에 작은 변위가 있고, 중심으로부터 수직위치와 수평위치에 큰 변위가 있는 방추형 변형이 발생한다. 즉, 도 21에 있어서 등방적인 축소와 균등한 축소를 비교하면 왜곡된 축소가 발생되므로 패턴의 왜곡이 커진다.
이 실시예에 있어서, (1) 마스크구조체는 하중이 부여되는 단차에 대해서 측면에서 보면 마스크기판을 보강하고 단차(높이차이)를 가지는 고리형프레임뿐만 아니라 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가지는 마스크기판을 구비하고 (2) 또 직사각형 대각선의 연장선방향으로 하중이 지지프레임의 단차부에 부여된다. 이런 형태의 조합된 상승효과로서 최소의 왜곡을 가진 최적의 배율보정이 확실하게 된다. 그렇지만 도 22과 도 23의 예를 비교하면 만족스러운 배율의 보정은 단지 형태(1)나 형태(2)로써 가능하다. 그러므로 이 지지구조체는 이 형태중의 단지 하나로 형성될 수 있다.
[마스크구조체의 변형예]
도 24와 도25를 참조하여 마스크구조체의 변형예를 설명한다. 도 24에 있어서, 판형상고리부(23)의 내주에는 마스크기판(21)의 (정방형의) 직사각형 창(22)의 대각선의 연장한 방향의 4변에 4개의 돌기부(24)가 설치되어 있다. 각 돌기부(24)는 고리부(23)에 접합된 별도의 부재를 구비하거나 고리부와 일체로 형성되어 있다. 판형상 고리부(23)와 돌기부(24)가 결합되어 지지프레임을 형성한다. 이 돌기부(24)는 판형상 고리부의 두께보다 두꺼우며, 지지프레임에 하중부여를 위한 단차(높이차이)는 그 사이의 접합부로 한정된다. 즉, 전체 판형상 고리부는 지지프레임의 작은 두께부분으로 되어 있다.
돌기부(24)의 상면은 마스크 기판(21)에 대한 접합면으로 되어있다. 4개의 돌기부(24)로 한정된 외주원은 마스크기판(21)의 외주와 거의 일치하여, 마스크프레임과 마스크기판은 도 25에 표시된 바와 같이 접합되어 있다.
본 실시예에 있어서, 선행 실시예와 같이 마스크구조체는 하중이 부여되는 단차에 대해서 측면에서 보면 마스크기판을 보강하고 단차(높이차이)를 가지는 고리형프레임뿐만 아니라 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가지는 마스크기판을 가진다. 또한 마스크패턴이 형성된 직사각형 창의 대각선을 연장한 방향으로 하중이 지지프레임의 단차부에 부여된다.
마스크구조체에 하중을 부여하는 기구가 도 16 내지 도 19를 참조하여 언급된 구조체와 동일체이면 여기서 중복된 설명은 생략한다.
중요한 형태는 직사각형 창의 대각선을 연장한 방향으로 하중이 지지프레임의 단차부에 부여되는 것이다. 그러므로 별개의 변형예에 있어서, 지지프레임의 얇은 두께부분이 적어도 직사각형 창의 대각선의 연장방향에 있는 프레임주변부에 설치되면, 하중은 단차부(계단부)에 부여될 수 있다. 그러면 도 24에서 표시된 바와 같이 얇은 두께부분이 지지프레임의 전체주변부에 설치되는 것을 대신하여 얇은 두께부분은 프레임의 2개 대각선의 연장선을 따라서 4개방향으로 있는 단지 이 주변부로 한정될 수 있다.
[실시예 3: 노광장치]
도 26은 전술된 바와 같은 마스크유지장치를 가진 반도체디바이스 제조용노광장치의 전체적인 구성도이다. 여기서는 광원으로써 싱크로트론을 사용하는 노광장치의 예를 표시한다. 그렇지만 전자선방사원이 광원으로 사용될 수 있다.
싱크로트론 링(50)은 고휘도의 X선 또는 진공자외선의 방사선을 발생시킨다.
이 광선은 전반사거울(51)에 의해서 확대되어 노광장치로 지향된다. 셔터(52)는 노광량제어를 행한다. 셔터(52)를 통과한 방사선이 마스크구조체(53)에 조사되어 마스크패턴이 웨이퍼(54)에 전사된다. 이 마스크구조체(53)는 선행실시예에서 설명된 구조체를 가지고 또한 유지방법도 상기에서 언급된 것과 동일하다.
[실시예 4: 디바이스제조방법]
도 27은 예를 들면 반도체칩(즉, IC 또는 LSI 등), 액정패널, CCD 등과 같은 반도체디바이스의 제조공정에 대한 순서도이다. 스텝 1은 반도체디바이스에 회로를 설계하는 회로설계공정이다. 스텝 2는 회로패턴설계를 기초로 하여 마스크를 제작하는 공정이다. 스텝 3은 실리콘 등과 같은 재료를 사용하여 웨이퍼를 제작하는 공정이다. 스텝 4는 전공정이라고 불려지며 이렇게 준비된 마스크와 웨이퍼를 사용하여 회로가 석판인쇄기술을 통하여 웨이퍼상에 실제적으로 형성되는 웨이퍼공정이다. 이후의 스텝 5는 후공정이라고 불려지며 스텝 4에 의해서 처리된 웨이퍼가 반도체 칩내에 형성되는 조립스텝이다. 이 스텝은 조립(와이싱과 접합)공정과 포장(칩씰링)공정을 포함한다. 스텝 6은 스텝 5에서 제작된 반도체디바이스에 대한 작동확인검사, 내구성검사 등을 행하는 검사공정이다. 이들 공정으로 반도체디바이스는 완성되어 출하된다(스텝 7).
도 28은 웨이퍼공정을 상세하게 표시한 순서도이다. 스텝 11은 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화공정이다. 스텝 12는 웨이퍼표면에 절연막을 형성하는 CVD공정이다. 스텝 13은 증착에 의해서 웨이퍼상에 전극을 형성하는 전극형성공정이다. 스텝 14는 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온주입공정이다. 스텝 15는 웨이퍼에 저항제(감광제)를 도포하는 저항제처리공정이다. 스텝 16은 상기 설명한 노광장치를 개재하여 웨이퍼상에 마스크의 회로패턴을 노광에 의해서 프린트하는 노광공정이다. 스텝 17은 노광된 웨이퍼를 현상하는 현상공정이다. 스텝 18은 현상된 저항제화상 이외의 부분을 제거하는 에칭공정이다. 스텝 19는 이 에칭처리를 행한 후에 웨이퍼상에 잔류하는 저항제를 박리하는 저항제박리공정이다. 이 처리를 반복함으로써 회로패턴이 웨이퍼상에 다중으로 형성된다.
본 발명은 여기에 개시된 구조체를 참조하여 설명하지만, 언급된 설명에 한정되지 않고, 본 출원은 개량의 목적이나 이하 청구범위의 범위를 만족하는 변경이나 변화를 수용한다.
본 발명에 따르면, 간단한 방법으로 고정도의 마스크패턴의 전사배율 등을 보정하는 것이 가능한 장치, 방법 및 마스크구조체 등을 제공하는 것이 가능하다.
또 이것을 이용하면 종래이상의 고정도디바이스제조가 가능하다.

Claims (20)

  1. 프레임과 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판을 포함하는 마스크구조체를 유지하는 고정기구와; 직사각형의 창의 대각선의 연장선을 따른 위치에서, 마스크면을 따른 방향으로 프레임에 하중을 부여함으로써, 마스크면을 따른 하중의 부여에 의해 마스크패턴이 등방적으로 변형될 수 있도록 하는 하중부여기구를 구비한 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하중부여기구는 2개의 대각선방향으로 각각 프레임을 가압하는 2개의 가압기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  3. 프레임과 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판을 포함하는 마스크구조체를 유지하고, 상기 프레임은 직사각형 창의 대각선방향에서 다른 방향의 강성보다 상대적으로 더 큰 강성을 가지는 고정기구와; 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따른 방향으로 프레임에 하중을 부여하는 하중부여기구를 구비한 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고정기구는 3개의 위치에서 패턴면과 수직한 방향으로 프레임을 고정하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  5. 제4항에 있어서, 이 3개의 위치는 정삼각형상으로 배치되고, 상기 고정기구에 의해서 마스크구조체가 유지되면 상기 3개의 위치중의 1개는 직사각형 창의 중심으로부터 직사각형 창의 변에 평행한 연장선의 방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  6. 제1항의 마스크유지장치를 포함하고, 이 마스크유지장치에 의해서 유지된 마스크를 노광하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  7. 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과 프레임을 포함하는 마스크구조체를 준비하는 단계와; 웨이퍼를 준비하는 단계와; 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따른 위치에서, 마스크면을 따른 방향으로 프레임에 하중을 부여함으로써 마스크면을 따른 하중의 부여에 의해 마스크패턴이 등방적으로 변형될 수 있도록 함으로써 마스크패턴을 보정하는 단계와; 마스크구조체와 웨이퍼를 서로 근접하게 유지하면서 마스크구조체와 웨이퍼에 노광에너지를 조사함으로써 웨이퍼에 마스크패턴을 전사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  8. 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과 고리형의 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 직사각형 창의 대각선방향에서 다른 방향의 강성보다 상대적으로 더 큰 강성을 가지는 마스크구조체를 준비하는 단계와; 웨이퍼를 준비하는 단계와; 상기 프레임에 하중을 부여하여 마스크패턴을 보정하는 단계와; 마스크구조체와 웨이퍼를 서로 근접하게 유지하면서 마스크구조체와 웨이퍼에 노광에너지를 조사함으로써 웨이퍼에 마스크패턴을 전사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 노광에너지는 X선, 진공자외선과 전자선중의 하나의 방사선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  10. 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과; 마스크기판을 지지하는 고리형의 프레임을 구비하고, 상기 고리형의 프레임은 직사각형 창의 대각선방향에서 다른 방향의 강성보다 상대적으로 터 큰 강성을 가지는 것을 특징으로 하는 마스크구조체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 마스크구조체는 X선, 진공자외선과 전자선중의 하나로 이루어진 방사선을 이용하는 석판인쇄용마스크인 것을 특징으로 하는 마스크구조체.
  12. (i) 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과, (ii) 주변부에 단차가 형성된 얇은 두께부를 가진 프레임을 포함한 마스크구조체를 유지하는 고정기구와; 마스크기판의 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따른 방향으로 프레임의 단차부에 하중을 부여함으로써, 마스크면을 따른 하중의 부여에 의해 상기 마스크패턴이 등방적으로 변형될 수 있도록 하는 하중부여기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하중부여기구는 2개의 대각선방향에서 각각 프레임을 가압하는 2개의 가압기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 고정기구는 3개의 위치에서 패턴면에 수직한 방향으로 프레임을 고정하는 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 3개의 위치는 정삼각형상으로 배치되고, 상기 고정기구에 의해서, 마스크구조체가 유지되면 직사각형 창의 중심으로부터 직사각형 창의 변에 평행한 연장선의 방향에 3개 위치중의 하나가 위치되는 것을 특징으로 하는 마스크유지장치.
  16. 제12항의 마스크유지장치를 포함하고, 이 마스크유지장치에 의해 유지된 마스크를 노광하는 것을 특징으로 하는 노광장치.
  17. (i) 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과, (ii) 주변부에 단차가 형성된 얇은 두께부를 가진 프레임을 포함한 마스크구조체를 준비하는 단계와; 웨이퍼를 준비하는 단계와; 마스크구조체의 직사각형 창의 대각선의 연장선을 따른 방향으로 프레임의 단차부에 하중을 부여함으로써, 마스크면을 따른 하중의 인가에 의해 등방적으로 마스크패턴이 변형될 수 있도록 하는 것에 의해 마스크패턴을 보정하는 단계와; 마스크구조체와 웨이퍼를 서로 근접하게 유지하면서 마스크구조체와 웨이퍼에 노광에너지를 조사함으로써 웨이퍼에 마스크패턴을 전사하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 노광에너지는 X선, 진공자외선과 전자선중의 하나의 방사선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디바이스제조방법.
  19. 마스크패턴이 형성된 직사각형 창을 가진 마스크기판과; 마스크기판을 지지하는 프레임을 구비하고, 상기 프레임은 직사각형 창의 대각선방향이나 그 대각선을 연장한 방향으로 설치되어 있는 주변부에 얇은 두께부를 가지는 것을 특징으로 하는 마스크구조체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 마스크구조체는 X선, 진공자외선과 전자선중의 하나로 이루어진 방사선을 이용하는 석판인쇄용마스크인 것을 특징으로 하는 마스크구조체.
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