JPS6013301B2 - マスクアラインメント装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば半導体工業において選択的フオトェツ
チング処理を実施する場合のマスク露光工程などで使用
するに好適なマスクアラィンメント装薄に関し、特にそ
のマスクーウェハ間接軸・分離機構の改良に関する。

従来、所定位置に固定されたマスクの下側に、該マスク
と位置合せされるべきゥェハを保持したゥヱハチャック
を上下動自在に配層するとともに、このウェハチヤック
の上面と前記マスク下面との間に大気圧より低圧に維持
される低圧室を形成して前記ワェハを前記マスクの下面
に密着させうるようにしたマスクアラィンメント装置が
提案されている。

この装置においては、前記マスクが前記低圧室に対面す
る面積をＡ１、前記ゥヱハチヤックが前記低圧室に対面
する面積をＡ２（但し、Ａ２＞ＡＩ）、前記低圧室の真
空圧をＶｏとすると、Ｆ＝Ｖ。（ん−Ａ，）なる力がゥ
ヱハチャックから上方のマスクに印加されるため、マス
クにペンド（まがり）が生じ、従ってマスクの正確なバ
タ−ンをウェハに投影することができなくなったり、ウ
ェハがダメ−ジをこうむるという問題点がある。また、
一般にマスクパターンをウェハ表面の感光性レジスト層
に燐付ける方法としては、上記のような真空を利用した
真空密着の状態における競付けの他に、ウェハの下面に
吹上力を加える吹上密着の状態における蛾付け、ソフト
コンタクトの状態における競付け、プロキシミティ状態
における凝付けなどがあり、これらの各種の燐付けは、
要求される解像度やマスク及びウェハの損傷の程度など
を考慮に入れて適宜選択して使用できることが望ましい
。しかるに上述の従釆装置によると、マスク及びウェハ
間の接近度や密着度を精密にコントロールできないため
、上託した各種の暁付方法を使いわけることができない
という問題点がある。本発明の目的は〜上託した従来技
術の問題点を解決した新規なマスクアラィンメント装置
を提供することにある。

本発明の特徴の１つは、マスクーウヱハ間の接近度乃至
密着度を精密に制御するのを可能にするため、ウェハチ
ャックを板ばねなどにより弾性的に且つ上下動自在に保
持してこれを弾性変形の限界内で駆動するようにすると
ともに「この駆動の際におけるゥェハチャックの移動量
とその駆動力との比例関係を規定する比例定数の変化す
る点を検知することにより正確なマスク位置を求めてそ
のマスク位置を基準にしてウェハチャックの上下の移動
量を精度よく制御するようにした点にある。

以下「添付図面に示す本発明の好ましい実施例を詳述す
る。

第１図は、本発明の一実施例によるマスクアラィシメン
ト装置を示すもので、１肌ま〜たがいに直角なＸ及びＹ
方向並びに角度ａ方向に移動自在なＸＹａテ〜ブルであ
る。

このテーブル量Ｑの上には、本発明を適用したマスクー
ウェハ間綾滋。分離機構が配置されている。テーブル亀
８の表面の凹所内にはベース１４が上下動自在に配設さ
れており、ベース１４の下面とテーブル竃０の凹所内面
との間にはパイプ１２に運通したエアー室竃３が形成さ
れている。パイプ１２にェア一Ａを送ると、ベース１い
まその上端面がマスクホルダ４８の下面に当援するまで
上昇し、反対にパイプ亀２を真空Ｖで引くとべ‐ス量４
は図示の元の位置に戻る。ベースｉ４は、円筒状部貴６
に囲まれた凹部を有し、この凹部内には〜ウェハ４鯵を
保持するウェハチャック４２を球面座３６ａで支持する
シャフト３６が配置されている。

シャフト３６は板ばね２６，２８により上下動自在に且
つ弾性的にベース１４の円筒状部亀６に取付けられてお
り「板ばね２６とベース上面との間にはパイプ亀机こ蓮
通したエアー室亀９が形成されている。円筒状部１６の
上端近傍には環状にマスクホルダ４８の下面に係合する
封止べロー２２が装着されている。ベース１４上にはま
た、例えば電気マイクロメータなどからなる変位量検出
器２０が装着されもその検知アーム２０ａはウェハチャ
ック受けシャフト３６に設けた凹部３８の内面に係合し
てシャフト３６の変位量（すなわちゥェハチャツク４２
の移動量）を検知しうるようになっている。ベース１亀
の円筒状部亀６における検出器２０の取付部分と反対側
の部分には「パイプ２４が取付けられるとともに〜 こ
のパイプ２４に蓮通した管孔を有するパイプ受け具３１
が取付けられている。一端がパイプ受け具３１‘こ連結
されたパイプ３０の他端はシャフト３翁の側部に取付け
られたもう１つのパイプ受け具３２に後続されており、
パイプ受け具３２の管孔は「 ゥェハチャック亀２内の
蓮通孔亀２に球面座３６ａを介して蓮適するようにシャ
フト側部に設けられた導気孔４０１こ連適している。マ
スクホルダ亀８‘ふマスク６４の周辺部をパイプ５８を
介して真空Ｖで吸着８固定するためのものであり「 マ
スク５４の中央部下方にはウェハチャック４２を収容す
るに十分な大きさの関孔が設けられている。この開口は
「マスク５４、封止べロー２２、板ばね２８で画定され
るエアー室富８の一部をなしている。エアー室５６に蓮
通したパイプ鯵２はヱア−室５６を真空Ｖで引いたりも
エアー室蚤８中のＮ２ガスをパージしたりするためのも
のである。上記機成において、パイプ？８を介してエア
ーＡをエアー室富９１こ送りこみ「その圧力を制御する
と、シヤフト３６とともにウエハチヤック４２を上下動
させることができ、その上下の移動量は変位量検出器２
８‘こより検出される。

この場合のエアーの供給圧Ｐと検出器２０の出力端子２
１から得られる変位出力Ｅとの関係は第２図に示すよう
に比例関係になる。すなわち、板もまね２６７ ２８の
弾性変形の限界内では、駆動力たる供給圧Ｐとウヱハチ
ャックの移動量たる変位出力則ま直線Ｓけこ示すように
リニア関係になり、Ｅ中ＫＰとなる。ここでＫは比例定
数であり、供給圧Ｐの増分Ａｐと「変位出力Ｅの増分△
ｅとによりＫ＝△ｅノ△ｐで表わされるものである。と
ころで、この比例定数はゥェハチャック４２がマスク５
４に接近することによりそれから抵抗力を受けるまでは
、一定であるが、抵抗力を受けた場合には変化すること
になる。すなわち、第２図に示すように変位出力がＥｏ
のときウェハチャック４２（又はその上のウェハ４６）
がマスク５４に当接して抵抗を受けるものとすると、そ
れ以上にエアーの供給圧Ｐを増大させると、供給圧Ｐと
変位出力Ｅとの関係は直線Ｓ２に示すようになりｔ直線
ＳＩの場合とは勾配、すなわち比例定数が異なってくる
。本発明では、この比例定数が変化する点を検知するこ
とによりマスク位置を正確に求め、そのマスク位置を基
準にしてウヱハチャックの上下移動量を正確に制御する
ことが提案される。なお、パイプ２４を真空Ｖで引くと
、ウェハ４６をチャックしたり「 ウェハチャック４２
を球面座３６ａにロックしたりすることができ、またパ
イプ２４にエアーＡを供Ｖ給すると、エアーベアリング
効果でウェハ４６をチャック面から離脱させることがで
きる。

さらに、チャック４２を上昇させてウェハ４６をマスク
５４に接触させ且つエアー室５６をパイプ５２を介して
真空Ｖで引いてウェハ４６をマスク５４を真空蒸着させ
た場合には、パイプ２４を介してＮ２ガスをウェハチヤ
ツク４２に供聯合してウヱハを吹上密着させることがで
き、この場合のＮ２ガスはパイプ５２からパージされる
。次に、第１図の装置の制御系統について説明する。

空気圧源６０からパイプ１８に供給されるエアーＡの圧
力は空気圧制御装置６２により制御される。制御装置６
２は「例えばパルスモータで駆動・操作される精密減圧
弁で構成され「制御信号発生装置６６からの制御信号Ｃ
Ａに応じてエアーＡの供給圧Ｐを制御する。供給圧Ｐを
検知するための検知器６４が設けられ、この検知器の出
力Ｐは制御信号発生装置６６に入力される。制御信号発
生装置６６にはこの他変位量検出器２０からの変位出力
Ｅと、ウェハチャック移動量設定器６８からの移動量信
号Ｍとが加えられる。制御信号発生装置６６は、これら
の入力信号Ｐ，Ｅ，Ｍに基づいて、先に第２図に関して
説明した制御動作を可能にする制御信号ＣＡを発生する
もので、例えば第３図に示すように構成されうる。第３
図に示すように、制御信号発生装置６６においては、供
給圧Ｐと変位量Ｅとの比を演算してその比に応じた出力
を発生する比演算回路７０が設けられる。

一致回路７２は、この比演算回路７０の出力と予め設定
された直線Ｓ２の比例定数Ｋに応じた入力とを比較して
両者が一致したときホールド回路７４をセットし、ホー
ルド回路７４にそのときの変位出力Ｅをホールドさせる
ためのものである。ホールド回路７４Ｇま、一致回路７
２のセット出力に応じて変位出力Ｅをホールドして制御
目標値信号Ｔを発生し、これを加算回路７６の一方の入
力端に送出する。加算回路７６のもう一方の入力端には
、移動量設定器６８から移動量信号Ｍが与えられており
、両入力Ｔ，Ｍは代数学的に加算される。この加算出力
Ｎを一方の入力端に受信し且つ変位出力Ｅを他方の入力
端に受信する差演算回路７８は両入力Ｎ，Ｅの差に応じ
た制御出力ＣＡを空気圧制御装置６２に送出する。第１
図の装置において最初、ゥェハチャック４２が板ばね２
６，２８のみによる保持位置にあるものとすると、変位
量検出器２０の出力Ｅは最小レベルをとる。そこで、移
動量設定器６８を操作して一度ウェハチヤツク４２をマ
スク５４に当接させるような位置にまで上昇させるべく
移動量信号Ｍを加算回路７６に加える。この場合、加算
回路７６は、ホールド回路７４の目標値信号Ｔがまだ確
立されていないので、これを受信することはない。従っ
て、設定された移動量信号Ｍはそのまま加算信号Ｎとし
て差演算回路７８に送られ、そこで変位出力Ｅと差演算
され、その差に応じた制御信号出力ＣＡが発生される。
この差は、変位出力Ｅが移動量信号Ｍの設定値に等しく
なるにつれて小さくなる。そして、ウエハチヤツク４２
がマスク５４に当援すると、次のようにして制御目標値
が確立される。すなわち、前述のように供給圧Ｐと変位
出力Ｅとの比を演算する回路７０は、ウェハ４２とマス
ク５４とが当接したとき、直線Ｓ２の比例定数に対応し
た出力を一致回路に送出するので、一致回路７２では、
このときの受信信号と予め設定された比例定数入力との
一致が確立し、従って、ホールド回路７４はそのときの
変位出力Ｅの値をホールドする。このときのホールド出
力Ｔはすなわち目標値信号であって、マスク５４の正確
な高さ位置を指示する。なお、この目標値の確立と同時
に移動量設定器をリセットし、制御系を新たに確立され
た目標値に追従させるように動作させることによりウヱ
ハ４６がマスク５４に接触したソフトコンタクト状態を
維持させる。この後、第３図の制御系ではへ確立された
目標値をもとにして移動量設定器６８で修正移動量を設
定することにより微細な移動量制御を実施できる。例え
ば、第２図に示すようにウェハ４６がマスク５４に接触
したときの圧力よりもわずかに高い供給圧Ｐｏに対応し
た移動量を設定することによりウェハ４６をマスク５４
に対して若千押圧させ、マスクのたわみ量を制御するこ
とができ、また、この反対に移動量を設定することによ
りゥヱハ４６をマスク５４からわずかに離間させ「いわ
ゆるセパレーション又はプロキシミティの状態を作り出
すこともできる。なお、上記のマスクたわみ量制御は、
エアー室５６を真空Ｖで引いて真空密着の状態を作り出
したときに行われ、高度の密着性が精度よく得られる点
で有利である。この場合、前述のＮ２ガスによる吹上密
着を併用すればさらに密着性は高められる。ここで、第
１図の装置の全体としての動作を簡単に述べる。

まず〜図示しないウェハ自動供給機構から供給されるウ
ェハ４６をパイプ２４の真空Ｖで引かれるウェハチャッ
ク４２により吸着保持する。次に、図示しないマスク自
動供給機構から供給されるマスクをパイプ５８を介して
真空Ｖで吸着固定する。前述した移動量設定器６８によ
り初期上昇量を設定しエアー室量９の供給圧を制御して
ウエハチヤツク４２上のりエハ４６をマスク５４に当援
させる。このとき、前述の動作によりマスク６４の高さ
に応じた制御目標値が確立される。しかる後、その目標
値から所定量だけウェハ位層を低下させてウェハ４６を
マスク５４から分離する。これは、移動量設定器６８に
低下量を設定することによりなされる。このようにマス
ク５４から所定距離だけゥェハ４６を離間させた状態に
おいて、図示しないアラインメントスコーブによりマス
ク５４及びゥェハ４６のターゲット位置を確認しながら
ＸＹ８テーブル１０を動かしてマスク５４とウェハ４６
との平面的な位置合せを行う。次いで、先に確立した目
標値に追従するように制御系を動作させてウェハ４６と
マスク５４とがソフトコンタクトの状態をとるようにす
る。この場合「パイプ５２を介してエアー室５２を真空
Ｖで引いて真空密着の状態を作り出し、さらに所望によ
り、パイプ２４を介してＮ２ガスを送りこんでウェハ４
６をマスク５４１こ吹上密着させる。真空密着時におけ
るマスク５４のたわみ量は、変位量検出器２０でシャフ
ト３６の変位量を検知しているので前述の制御系で所望
の値に制御できる。このような真空密着状態において、
図示しない露光機構によりウェハ亀６上の感光性レジス
ト層をマスク５４のパターンにしたがって露光する。こ
の露光処理後はし ゥェハチャック亀２をエアー室１９
の圧力を低下させることにより降下させて「まずマスク
５４を取り去り、さらにパイプ１２を介してエアーＡを
エアー室１３に供給してベース１４を全体的に上昇させ
る。すると「 ウェハチャックｄ２のウェハ教贋面はマ
スクホルダ４８の平面とほぼ同一レベルになるので、パ
イプ２４からヱアーＡを孔亀Ｑ，亀４に供給してウェハ
４６をトェアベアリング効果を利用して収納する。以上
に、本発明を実施例について詳述したが、当業者は上話
実施例に制限されることなく種々の改変形態で本発明を
実施することができる。本発明の主要な利点は、マスク
とゥェハとの間の接近「分離及び密着の程度、並びにマ
スクのたわみ量を精密に制御できる点にある。従って、
本発明によれば、ワヱハダメージを減らすとともにマス
クパターンずれを減らすことができ「さらに種々の状態
における競付方法を１台の装置で実施することができ、
その産業上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の−実施例によるマスクアラィンメン
ト装麿を示す断面図、第２図は〜本発明の原理を説明す
るための供給圧Ｐ一変位出力Ｅ特性図、第３図は「第１
図の装置の制御系の一例を示す系統ブロック図である。 符号の説明、ＩＱ・・・・・・ＸＹ８テーフル、１４…
…ベース、２６，２８……板ばね「 ３６……ウェハチ
ヤツク受けシャフト、４２……ウェハチヤツク、４６…
…ウエハ、４８……マスクホルダ「 ５４……マスク。
鰭／図豹そ図 努う図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ （ａ）マスクを所定位置に固定する機構と（ｂ）上
   記マスクに相対的に位置合せされるべき被露光板状物を
   所定位置に固定する固定機構と（ｃ）上記マスクと上記
   板状物とが実質的に平行な状態で上記マスク及び板状物
   の相対位置を変化させる位置合せ機構と（ｄ）上記マス
   クに対して実質的に垂直な方向における上記マスク及び
   板状物の相対位置を変化させるために上記固定機構を上
   記マスクに対して実質的に垂直な方向に移動するコンタ
   クト機構と（ｅ）上記固定機構の移動量を検出する検出
   機構と（ｆ）上記検出機構により検出される上記垂直方
   向の上記マスク及び板状物の相対位置が減少されるとき
   の上記固定機構の移動量と上記コンタクト機構の駆動力
   との間の比例関係を規定する比例定数が変化する点を検
   知することにより上記マスクの位置を検出する手段と（
   ｇ）上記検出されたマスク位置をもとに上記マスク及び
   板状物の垂直方向の相対位置の移動量を適宜制御する手
   段とを備えたマスクアライメント装置。