JPS6063928A - 密着露光装置 - Google Patents

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】 本発明は、例えば半導体工業において選択的フォトエツ
チング処理を実施する場合のマスク露光工程などに使用
するのに好適なホトマスクをアライメントする装置に関
し、特に半導体ウェーッ・とマスク間の接触および分離
をする装置に関する。

たとえば、マスクパターンを光学的に転写するための露
光装置に関しては、特願昭４３−４９７３号に示めされ
ている。

従来、例えばアメリカ特許第３６４５６２２に示される
ように、所定位置に固定されたマスクの下側Ｋ、該マス
クと位置合せされるべきウェハを保持したウェハチャッ
クを上下動自在に配置することによって、前記ウェハを
前記マスクの下面に密着させうるようにし１こマスクア
ライメント装置が提案されている。この種の装置におい
ては、半導体集積回路の回路パターンなどのあるハター
ンを持つマスクに対してかき傷などのような損傷を与え
ないように、さらに、ウエノ・に対しても損傷を与えな
いように、ウェハなマスクに対して圧力で圧接すること
が要求されるとともに、ウェハとマスクとの間のアライ
メントの後の最終的工程の露光のための配置において、
ウェハとマスクとの間の圧接は正確な密着性が要求され
る。特に大規模集積回路装置の回路パターンのように相
互接続線及び素子の微細パターンを持つマスクにおいて
は不正確な密着は、その微細パターンの解像度を悪化さ
せて、結果的にウェハの良品率を低下させる原因となる
。

従来知られるこの種の装置においては、露光時のウェハ
とマスクとの圧接において、マスクのベンド郊、の精密
なコントロールが考慮されていないために、圧接（７た
状態においてマスクにベンドが生じ、それによってウェ
ハとマスクとが同一平面内において正確に密着しないま
まに、露光が行なわれていた。このため、露光後の解像
度の悪化によるウェハの良品率の低下、若しくはウェハ
上に完成された露光パターン寸法の誤差を生じるという
欠点があった。

Ｓｕｍｍａｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　１ｎｒｅｎｔｉｏｎ従
って、本発明の一般的な目的は、露光時のマスクのベン
ド量を精密にコントロールするためのマスクとウェハと
の密着装置を提供することにある１、 本発明の他の目的は、マスクとウエノ・を密着させる際
、予めアライメントしたマスクとウェハとの相対位置が
ずれるのを防止する密着装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、マスクとウエノ・を密着さ
せる際の密着時間の短縮、並びに密着後の引離しを容易
になし得る密着装置を提供することにある。

本発明のきらに、他の目的は、上述せる目的に沿ったマ
スクアライメント装置に適用可能なマスクとウエノ・と
の間の接近度或いは圧接度を検知するための装置、一般
的には、マスクアライメント装置のマスクとウエノ・と
の圧接度の検出などに使用されるように、２物体間の圧
接の度合を精密に検知できる装置、を提供することにあ
る。

以下、本発明について図面を参照にして説明する。

第１図は、本発明に従ったマスクアライメント装置を示
す。同図にて、マスクアライメント装置１は、次の構成
から成る。

固定されたベース２上には平面Ｙ方向に移動可能なスキ
ャンＹテーブル３および平面Ｘ方向に移動可能なスキャ
ンＸテーブル４からなるスキャンテーブルが設けられて
いる。また、スキャンＸテーブル４の外周部には支柱５
が固定されるとともに、これらの支柱５上には上部ベー
ス６が固定されている。この上部ベース６は中央が円形
空間を有し、この円形空間には上下面が平坦なドーナツ
状のマスクホルダ吸着固定板７が嵌合固定されている。

このマスクホルダ吸着固定板７には真空圧を供給するた
めのパイプ８および９が設けられ、マスクホルダ吸着固
定板７上に載置されるマスクホルダ１０およびマスク１
１をそれぞれ吸着固定１−るようになっている。また、
スキャンＸテーブル４内側上面には枠状のアライメント
Ｙテーブル１２、アライメン）Ｘテーブル１３が順次積
み重ねられ、平面ＸＹ方向に移動自在のアライメントテ
ーブルが形成されている。また、前記アライメントＸテ
ーブル１３の内側下部には鍔部１４が設けられるととも
に、この鍔部１４上にはドーナツ状のリテイナ１５が固
定され、このリテイナ１５上には鋼球１６を介してドー
ナツ状の平面θ方向に移動するアライメントθテーブル
１７が取り付けられている。また、このアライメントθ
テーブル１７の上面には鋼球１８が配設されるとともに
、これら鋼球１８はその上面をアライメントＸテーブル
１３の上部に固定されるドーナツ状の押え板１９で押え
られている。

また、前記アライメントθテーブル１７の内側には上下
動機構の筒状本体２０が固定されている。

この筒状本体２０の下面および上面は板ばね部２１を周
縁に形成するブロック２２がそれぞれ固定されている。

また、これ・らのブロック２２の中央部は管状の連結棒
２３で固定されている。また、下面側のブロック２２の
下面には皿状の蓋体２４が固定され、下面側のブロック
２２と蓋体２４との間にエアー室２５を形成している。

また、前記連結棒２３内には電気マイクロメータなどか
らなる変位量検出器２６が装着され、その検出端を下面
のブロック２２を貫通させて蓋体２４の内壁面に臨ませ
ている。また、検出端を取り囲むように、シール２７が
配設されている。また、エアー室２５にはパイプ２８を
通して圧縮空気が入れられるようになっている。パイプ
２８および２９を通してエアー室２５に圧縮空気Ａを送
り込むと、各ブロック２２の周縁板はね部２１が弾性変
形してブロック２２と筒状本体２３とから成るピストン
装置は、上方に移動する。ところで、後述するように、
このエアー室４０における空気圧と板ばね部２１の変位
量は比例し、このピストン装置の上方に支持されるウェ
ハがマスクホルダ吸着固定板７に固定されるマスクに接
触すると、板ばね部２１の比例定数が急激に変化するこ
とを利用して、マスクとウェハがわずかに接した位置を
検知し、ウニノ・とマスク間隔を正確にコントロールす
るようになっている。

一方、前記上方のブロック２２上には球面床受は板３０
が固定されるとともに、この球面床受は板３０上には球
面座３１を介してウニノーを固定するためのウェハチャ
ック３２が取り付けられている。このウニノゝチャック
３２の上面にはウニノ・チャック周辺部に対して設けら
れた吸着孔３４と連らなるパイプ３５を有し、かつウニ
ノ１チャックの中央部に対して設けられた吸着孔３６と
連らなる他のパイプ３７を有し、これらのパイプによっ
てマスク３３に真空圧を供給し、又はＮ２ガスを供給す
る。

球面床受は版３０と球面座３１との空間部４５には、図
示されていない導気孔を通して不活性ガス（Ｎ　ｔガス
）または真空圧が供給される。

ウェハ３３とマスク１１の密着を図るために、上部のブ
ロック２２の外壁には支持板３８が固定さｉｌ、この支
持板３８にはベロー３９が取り付けられるとともに、こ
のベロー３９．ブロック２２゜マスクホルダ吸着固定板
７．マスクＪ１によって取り囲まれたエア室４０を形成
し、このエアー室４０に真空圧又はガスを供給する１こ
めのパイプ４１がマスクホルダ吸着固定板７に設けられ
ている。

また、上部ベース６の一側上面にはエアベアリング機構
４２を有するウェハアンローダ用テーブル４３が取り付
けられている。

他方、マスクホルダー１０の上方にはアライメント用ス
コープ４４が配設され、このアライメント用スコープ４
４でマスクとウェハのアライメントを行なうようになっ
ている。また、マスクホルダ１０の上向には、図示しな
い露光機構が配設され、マスクとウェハとの密着後、露
光できるよう罠なっている。

このような本発明に従うアライメント装置においては、
次の構成を特徴としている。

まず、ウェハチャック上の半導体ウェハ３３とマスク１
１との圧接状態又は、それら両者間の接近度を常に検知
するための装置が装着されている。

後述するアライメント装置の全体的な動作から明らかに
されるように、マスクとウニノ・との間のアライメント
をする前のステップおよびアライメント後の露光のステ
ップにおいていく度かマスクとウェハを圧接又は両者間
を所定距離関係に接近さぜることが要求される。本発明
に従えば、上記構成において、パイプ２８を介してエア
ー室２５にエアーＡを送りこみ、その圧力を制御すると
、シャフト２３とともにウェハチャック３２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２６
により検出される。本発明者等はこの場合のエアーの供
給圧Ｐと検出器２６の出力端子４５ｂ・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こ
とに注目した。すなわち、阪ばね２１が応力を生じる弾
性変形の限界内では、駆動力たる供給圧Ｐとウニノ・チ
ャック３２の移動ｌたる変位出力Ｅは直線Ｓ１に示すよ
うにリニアケ関係になり、Ｅ−ＫＰとなる。ここでＫは
比例ｇ数であり、供給圧Ｐの増分Δ１と、変位出力Ｅつ
増分Δ８とによりに一Δｅ／Δ、で表わされるものであ
る。ところで、この比例定数はウニノ・チャック３２が
マスク１１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Ｅ。のときウェハチャック３２（又はその上のウニ
ノ・３３）がマスク１１に圧接して抵抗を受けるものと
づ−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、直線ＳＩの場合とは勾配、すなわち比例定数が
異なって（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め、そのマス
ク位置を基準にしてウェハチャックの上下移動量を精確
に制御することが提案される。

かかる制御系統について第１図を参照して説明する。

空気圧源４６からバ・イブ２９および２８に供給される
エアーＡの圧力は空気圧制御装置４７により制御される
。制御装置４７は、例えばパルスモータで駆動・操作さ
れる精密減圧弁で＃＆成され、制御信号発生装置５０か
らの制御信号ＣＡ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−ｆるための検知器４８が設けられ
、この検知器の出力Ｐは制御信号発生装置５０に入力さ
れろ。

制御信号発生装置５０にはこの他変位量検出器２６から
の変位出力Ｅと、ウニ・パチャック移動量設定器４９か
らの移動ｉ信号Ｍとが加えられろ。制御信号発生装置５
０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を発生するものである。

第３図に示すように、制御信号発生装置５０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５１が設けられる。一致回路
５２は、この比演算回路５１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５３をセットし、ホールド回路
５３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５３は、一致回路５２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５４の一方の入力端に送出
する。加算回路５４のもう一方の入力端には、移動量設
定器４９から移動量信号Ｍが与えられており、両人力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５５は両人力Ｎ、Ｈの差に応じた制御出力
ＣＡを空気圧制御装置４７に送出′１−る。

第１図の装置において最初、ウニノ・チャック３２が板
ばね２１のみによる保持位置にあるものとすると、変位
量検出器２６の出力Ｅは最小レベルをとる。そこで、移
動量設定器４９を操作して一度つエハチャソク３２をマ
スク１１に当接或いは圧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５４に加える。この
場合、加算回路５４は、ホールド回路５３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５５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、ウェハチ
ャック３２がマスク１１に当接すると、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５１は、ウェハ
３３とマスク１１とが当接したとき、直線Ｓ、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
５２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５３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
１１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
によりウェハ３３がマスク１１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、
確立された目標値をもとにして移動量設定器４９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図に示すようにウニノ・３３がマスク１１
に接触したときの圧力よりもわずかに高い供給圧Ｐ。に
対応した移動量を設定することによりウェハ３３をマス
ク１１に対して若干抑圧させ、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
とによりウェハ３３をマスク１１かられずかに離間させ
、いわゆるセパレーション又はプロキシミテイの状態を
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、後述するように、エアー室４ｏを真空で引いて真
空密着の状態を作り出したときに行われる。

本発明に従う第２の特徴は、マスク１１．板バネ２１．
封止ペロ−３９マスクホルダ吸着固定板７から取り囲れ
た気密室４０を形成し、この気密室４０内にウェハ３３
を封じ込める点にある。この気密室４０の真空圧はパイ
プ４１を含む空気圧調整手段によって調整可能圧される
。さらにこの気密室４０は、第４図のアライメント装置
の略式図に示されるように、室４０に対するマスクの受
圧面積ＡＭは、上下運動可能なシャフト２３を含むピス
トン装置の受圧面積（筒状本体２０の内径で決める面積
）Ａｗより大きくされていることを特徴としている。

このような気密室４０を形成することにより、ウェハと
マスクとのアライメントの後のマスクとウェハとの密着
工程において、室４０を真空にし、第６図の略式図に示
すように、ＡＭ＞Ａｗの関係を用いてマスク１１を下側
にベンドさせて、ウェハのほぼ中央部においてマスクと
ウェハを当接させて、その後連続する密着工程において
ウニノ・およびマスクを互いに中央部から周縁部に向っ
て同心円的に密着させる。これによってマスクとウェハ
の密着は、予めアライメント工程において位置づけられ
た相対位置をずらすことなく、密着きせることかできる
。

本発明に従う第３の％徴は、ウニノ・チャック３２に不
活性ガス（Ｎ、ガス）を噴出させるための孔３４および
３６を設けた点にある。もちろんこれらは、ある５ｔｅ
ｐにおいて、真空圧Ｖを供給することによってウェハな
チャックするために用いられる。特に本発明の実施例に
おいては、それらの孔はウェハチャックの中央部と周縁
部とに２分されて設けられている。密着工程においてマ
スクをベンドさせた後、マスク中央部から周縁部へと同
心円的に密着を促進させるために、第７図の略式図に示
すように、先ず中央部の孔３６からＮ、カスを噴出させ
て中央部の密着を優先的に促進させ１こ後、第８図の略
式図に示すように、周縁部の孔３４からもＮ、ガスを噴
出させて周縁部のウェハとマスクの密着を促進させる。

このような機構により、マスクはウェハとの間に空気層
を介在させることなく、密着を促進できる。密着および
露光後のウェハとマスクとの間の引離しは、上述せるい
くつかのｓ　ｔｅｐの逆を実行させることによって、容
易に達成できる。

本発明に従う第４の特徴は、上述せる空気室２５の供給
圧Ｐを、密着工程において調整する機構を有することに
ある。室４０が大気圧であるとき、上述せる制御装置に
よって第４図に示すようなマスクの基準面に対し、ウニ
ノ・が当接する位置（変位出力Ｅ）を記憶しておき、第
８図に示すような密着工程においてＮ、ガスの流量ＱＮ
と変位量ΔＸＮとの関係を実験的にめておき、ΔＸＮの
値を空気室２５の供給圧制御装置に入力して、基準面の
変位出力ＥよりΔＸＮだけウェハチャックの位置を下げ
るように供給圧Ｐをコントロールする。これによってマ
スクのベンドを小さくできる。

次に、第１図の装置の全体としての動作説明する。まず
、図示しないウニ／・自動供給機構から供給サレるウェ
ハ３３をパイプ３５および３７の真空■で引かれるウニ
ノ・チャック３２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１１および
マスクホルダ１０をパイプ８および９を介して真空Ｖで
吸着固定する。前述した移動量設定器４９により初期上
昇量を設定しエアー室２５の供給圧を制御してウニノ・
チャック３２上のウニノ゛３３をマスク１１に当接させ
る。このとき、前述の動作によりマスク１１の高さに応
じた制御目標値が確立される。

この時、ウニノルチャックの平行出しくマスクと平行に
させる）のための球面座３１の空気室４５は、大気圧或
いは低真空となっているので、球面座は自由に回転し、
平行出しを可能にして（・る。

さらに必要があればウニノ・す１ヤツクの上昇が停止し
た後、ウニノ・とマスクの平行出しをより完全なものと
するため、微量のエア或いはＮ、ガスが空気室４５に送
付される。平行出しの後、その空気々ＡＩニーＬｐ１！
ｒ殉ｆすλンシｆ計り　硬面腐３１は告け板３０に固定
される。

その後、空気室２５への供給圧は空気圧源のパルスモー
タ（図示されていない）の逆転により減少させて、マス
クとウェハ間隔を２０μｍ程度にする。この状態で、ア
ライメントテ−ブルよりマスクとウェハのターゲット位
置を確認しながら、アライメントテーブル１２．１３お
よび１７を移動させてマスクのパターンとウェハのパタ
ーンを一致させる。

この後、マスクに対してウェハの位置を正確に合せ、再
たび室２５の供給圧を−Ｅ昇させ、マスクとウェハ間の
間隔を５〜１０μｍとし、この位置で、マスクとウェハ
とのアライメントを確認し、もし７必要ならば、補正さ
れる。

このアライメントステップの終了後、空気室２５の供給
圧を上昇させ、ウェハとマスクを当接させろ２１次の露
光のための密着工程を第５図〜第８図を参照にして説明
する。

アライメントステップの終了後、空気室２５に関する制
御装置によってウェハなマスクにソフトタッチした状態
では、定性的に第５図に示すように、マスクはベンドし
、ウェハとマスクとの間に空気層５６が存在することと
なる。この空気層５６を排除し、密着を完全にするため
に、先ず、第６図に示すように、室４０を大気圧より低
い圧力（負の圧力）にする。室４０を負の圧力にすると
、ＡＭ＞ＡＪであることより、マスク１１は上方から下
方に力を受け下方にたわむ。これによって上述せる如く
、マスクのほぼ中央部においてウニノ・３３とマスク１
１を圧接させる。

次に、上述せる如く、マスクの中央部から周縁部へと同
心円的に密着させることを促進させるために第７図に示
す如く、ウェハチャック３２の中央部からウェハに対し
Ｎ２ガスを吹き出させろ。

さらに、引続いて、第８図に示すように、ウェハチャッ
クの周縁部からもＮ、ガスを吹き出して密着を完了させ
る。この状態においてウェハ３３とマスク１１との間の
空気層は除去されるが、ウェハチャックから噴出された
Ｎ、ガス流のため、マスクとウェハはともに上方向に若
干ベンドするかもしれない。このベンドな補正するため
、室２５の供給圧Ｐは、上述せる如く、制御系統によっ
てコントロールされる。

上述せる密着工程において、第７図に示したウェハチャ
ック中央部からの優先的なＮ、ガスの供給工程を省略す
ることもできるが、空気層５６の早期の除去方法として
、採用することが好しい。

このようにして、本発明に従えば、マスクとウェハとの
間に空気層が入ることなく、早期にウェハとマスクの密
着を完了させることができる。また、マスクとウニノ・
の中央部が接触した後、全面密着に移行するので、密着
時のマスクとウニノ・との位置ずれを著しく小さくする
ことができる。

密着後、ウェハ上にマスクのパターンが図示されていな
い露光装置によって露光される。

次の段階によって、第８図に示すウニノ１とマスクの密
着状態からマスクとウニノ・とを引離す第１の方法は、
第７図に示すように、ウェハチャック周辺のみを真空に
切り換え、ウニノ・中央部をベンドさせ、ウェハ周辺か
らマスクとの引離しを行ない空気の流入を促進させるこ
とにある。第２の方法は、第６図に示す状態において室
４０を負の圧力にしたまま、空気層２５の圧力を減少さ
せるとウェハチャック３２は除々に板バネ２１の作用に
より下降する。この時マスクはマスク上面より大気圧を
受け下シリになるため、マスクとウェハの間に、ウェハ
周辺から空気の流入を促進させることができる、しかる
後、室４０は大気圧にもどされ、マスクとウェハの引離
しを完了させる。

この第１および第２の方法によりウェハとマスクの間の
真空状態に空気を流入することができ、これによって、
ウェハとマスクが離れなくなるという事故を解決できる
。

以上の本発明に従う装置と方法により、マスクとウェハ
の密着を相対位置のずれをす））すことなく円滑に行な
うことが出来、また、密着、露光後のマスクとウェハの
はく離（引離）を短時間で達成できる。その結果とし２
て、ウェハから製造されろ製品の歩留りの向上、および
マスクアライメント工程におけるマスクの損傷の防止が
期待できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、本発明に従うマスクアライメント装置を示す
断面図、第２図は、本発明の供給圧制御装置を説明する
ための供給圧（Ｐ）対変位出力（Ｅ）特性図、第３図は
、本発明の供給圧制御装ｆｆｒσ）システムブロックダ
イヤグラム、第４図〜第８図を第１図に示した本発明の
マスクアライメント装置を略式的に示し７た断面図。 ■・・マスクアライメント装置、２０・・・筒状本体、
２４・・・蓋体で２０および２４はチャンバを構成、２
２・・ブロック、２３・・連結棒、３０・・・球面床受
１−Ｊ−板で、２２．２３および３０はピストン装置を
構成、３２・・・ウェハチャ、り、２５・・・エアー室
、４６・・・空気圧源、４７・・・空気圧制御装置で２
５．４６および４７は駆動装置を構成、２１・・・応力
を与えるための板はね部、２６・・・位置検出器、４８
・・検知器、４９・・・ウェハチャック移動量設定器、
５０・・制御信号発生装置で２６．４８．４９および５
０は駆動制御手段を構成、３３・・・ウニノ・、１０・
・マスクホルダ、１１・・・マスク、３９・・・気密封
止用ペロー、４０・・・エアー室、４１・・・真空圧又
はガス供給用パイプ、３４・・・吸着孔又はガス噴出孔
、３５・・・パイプ、３６・・・吸着孔又はガス噴出孔
、３７・・・パイプ。 代理人　弁理士　高　橋　明　夫 第　２　図 戸−□ 第　３　図 第　４　図　第　５　間 第　６　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａｔ　マスクを周辺で保持するマスク・ホルダと （ｂｌ　被処理板状物を上記マスクと対向させて保持す
   る載置台と （ｃｌ　上記マスクと上記被処理板状物を当接または近
   接させるだめの位置制御機構と （ｄｌ　上記マスクの両面間の気圧差を制御するための
   気圧制御機構 よりなる密着露光装置。