(57)【要約】【課題】ウエハが固定されているかが、簡単な構成で、高精度に検出できる静電チャック機構の実現。【解決手段】板状物４０を静電的に固定する静電チャック機構であって、載置面５０と、載置面の内部に設けられ、載置された前記板状物を前記載置面に固定する静電チャック手段５９Ａ−５９Ｂと、移動可能な先端が所定位置より低い位置にある時にオンするスイッチであって、先端が載置面より高い位置になるように配置され、板状物を載置面に固定した時に先端が前記板状物の裏面に接触して前記所定位置より低い位置になるように、載置面に配置された複数のスイッチ９１Ａ−９１Ｄとを備える。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状物を静電的に固定する静電チャック機構であって、
前記板状物を載置する載置面と、
前記載置面の内部に設けられ、載置された前記板状物を前記載置面に固定する静電チャック手段と、
移動可能な先端を有し、前記先端が所定位置より低い位置にある時にオンするスイッチであって、前記先端が前記載置面より高い位置になるように配置され、前記板状物を前記載置面に固定した時に、前記先端が前記板状物の裏面に接触して前記所定位置より低い位置になるように、前記載置面に配置された複数のスイッチとを備えることを特徴とする静電チャック機構。
【請求項２】
前記載置面は、ステージの載置面である請求項１に記載の静電チャック機構。
【請求項３】
前記載置面は、ステージに載置されるパレットの載置面であり、前記載置面にはウエハが載置される請求項１に記載の静電チャック機構。
【請求項４】
各スイッチの前記先端の前記載置面に対する高さ位置を調整する高さ位置調整手段を更に備える請求項１から３のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
【請求項５】
前記高さ位置調整手段は、各スイッチに設けられたねじと、前記載置面に設けられたねじ穴である請求項４に記載の静電チャック機構。
【請求項６】
前記スイッチは、外装の内部と外部を接続する穴を有する請求項１から５のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
【請求項７】
前記板状物に接触する前記スイッチの前記先端は、合成サファイヤボールである請求項１から６のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
【請求項８】
前記スイッチは非磁性材料で作られ、且つ真空中に保持されてもガスを放出しない材料で作られている請求項１から７のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
【請求項９】
前記静電チャック機構は、電子ビーム露光装置内の真空チャンバ内に配置される請求項１から８のいずれか１項に記載の静電チャック機構。
【請求項１０】
前記電子ビーム露光装置は、近接露光方式の電子ビーム露光装置である請求項９に記載の静電チャック機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置などの内部でウエハなどを静電チャックにより固定して保持する静電チャック機構に関し、特にマスクとウエハを近接して配置して露光を行う近接露光方式の電子ビーム露光装置（電子ビーム近接露光装置）での使用に適した静電チャック機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路の集積度は微細加工技術により規定されており、微細加工技術には一層の高性能が要求されている。特に、露光技術においては、ステッパなどに用いられるフォトリソグラフィの技術的な限界が予想されており、一層の微細化を難しくしている。この限界を打ち破る技術として電子ビーム露光技術が注目されている。
【０００３】
ステッパなどの大気中で使用される装置では真空チャックによりウエハをステージに固定するのが一般的であるが、電子ビーム露光装置でウエハを露光する場合、ウエハを真空中に保持する必要があり、真空チャックは使用できない。そこで、電子ビーム露光装置では静電気により固定する静電チャックを使用するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、静電チャックは吸着力が十分とはいえず、静電チャック手段を起動してもウエハがチャックできていない場合があり得る。また、一旦チャックしても露光中にチャックが外れる場合があり得る。このような場合、正確な位置に露光を行うことはできず、ウエハ表面のレジストを剥がして、レジストを塗布した上で再度露光を行う必要があり、製造工程に大きな無駄が発生する。
【０００５】
また、電子ビーム露光装置は一般にスループットが低いという問題があり、この問題を解決する新しい電子ビーム露光方式として、米国特許５８３１２７２号（日本特許第２９５１９４７号）に開示された近接露光方式の電子ビーム露光装置（電子ビーム近接露光装置）が注目されている。この装置は、露光パターンと同一の開口パターンを有するステンシルマスクに、感光剤（レジスト）を塗布した試料（ウエハ）を近接して配置し、大きなサイズの電子ビームでマスクを走査することにより短時間で露光を終了するのでスループットが高い。
【０００６】
しかし、電子ビーム近接露光装置では、ウエハをマスクに対して５０μｍ程度の間隔で配置する必要がある。そのため、上記のように、ウエハがチャックできていない状態でマスクの直下にウエハを移動したり、露光中にチャックが外れると、正確な露光が行えなくなるだけでなく、ウエハがマスクに接触して高価なマスクを破損するという問題が生じる。
【０００７】
そのため、ウエハがチャックされたか、更にチャックされた状態が維持されているかを検出することが重要である。
【０００８】
本発明は、簡単な構成で、高精度に板状物（ウエハ）が固定されているかが検出できる静電チャック機構の実現を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の静電チャック機構は、静電チャック手段が設けられた載置面に複数のスイッチを設け、板状物が載置されていない時にはスイッチがオフで、板状物が固定されていると板状物の裏面がスイッチの先端を押してスイッチがオンするように構成する。
【００１０】
すなわち、本発明の静電チャック機構は、板状物を静電的に固定する静電チャック機構であって、板状物を載置する載置面と、前記載置面の内部に設けられ、載置された前記板状物を前記載置面に固定する静電チャック手段と、移動可能な先端を有し、前記先端が所定位置より低い位置にある時にオンするスイッチであって、前記先端が前記載置面より高い位置になるように配置され、前記板状物を前記載置面に固定した時に、前記先端が前記板状物の裏面に接触して前記所定位置より低い位置になるように、前記載置面に配置された複数のスイッチとを備えることを特徴とする。
【００１１】
載置面は、ステージの載置面でも、後述するステージに載置されるパレットの載置面でもよい。パレットが使用される場合には、パレットの載置面に設けられたスイッチでパレット上にウエハが固定されているかを検出し、ステージの載置面に設けられたスイッチでステージ上にパレットが固定されているかを検出する。
【００１２】
板状物が載置面から微小量でも離れたことを検出できるることが必要であり、そのために、各スイッチの先端の載置面に対する位置関係は非常に重要であり、ねじなどの高さ位置調整手段を更に備えることが望ましい。
【００１３】
また、静電チャック機構が設けられる環境は大気圧状態と真空状態の間で変化するが、その変化がスムーズに行えることが必要である。スイッチは外装を有するのが一般的であるが、この外装により仕切られる内部は外側の状態が変化しても容易には変化せず、その分状タの変化に時間を要してスループットが低下するという問題を生じる。そこで、スイッチの外装には気体が抜けやすいよういに穴を設ける。
【００１４】
更に、スイッチの先端は板状物の裏面に接触するが、この際不要なゴミなどが発生しないことが重要であり、例えば、スイッチの先端は合成サファイヤボールで作られる。
【００１５】
更に、スイッチは、すべて非磁性材料で作られ、且つ真空中に保持されてもガスを放出しない材料で作られていることが望ましい。
【００１６】
本発明の静電チャック機構は、電子ビーム露光装置、特に近接露光方式の電子ビーム露光装置の真空チャンバで使用するのに適している。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を米国特許５８３１２７２号に開示された電子ビーム近接露光装置に適用した例を説明するが、本発明はこれに限定されず、静電チャック機構であれば、適用可能である。
【００１８】
図１は、本発明の第１実施例の電子ビーム近接露光装置の基本構成を示す図である。図１に示すように、コラム７０内には、電子ビーム１５を発生する電子ビーム源１４と、電子ビームを平行ビームにする照射レンズ１８と、主偏向器２０と、副偏向器２２とが設けられている。真空チャンバ８０内には、露光するパターンに対応する開口を有するマスク３０と、表面にレジスト層が形成された試料（半導体ウエハ）４０を静電チャックで保持するチャックステージ５０とが設けられている。チャックステージ５０は、ステージ６０により３軸方向に移動可能で且つ回転可能である。マスク３０は、開口パターンの形成された薄い膜を有しており、ウエハ４０は表面がマスク３０に５０μｍ程度の間隔で近接するように配置される。この状態で、マスクに垂直に電子ビームを照射すると、マスクの開口を通過した電子ビームがウエハ４０の表面のレジスト層に照射される。
【００１９】
電子ビーム１５の大きさはマスク３０より小さいので、主偏向器２０により電子ビーム１５を偏向して、図２に示すように、電子ビーム１５でマスク３０上を走査してマスク全面のパターンをウエハ４０上に露光する。図１では、３箇所に偏向されたビームが示されている。主偏向器２０は、電子ビーム１５を偏向して光軸から変位させた後、偏向させた分と同じ量だけ逆方向に偏向して電子ビーム１５がマスク３０に垂直に入射させる。副偏向器２２は、マスクの歪みおよびウエハ上の前層チップ形状の歪みによる露光位置のずれを補正するのに使用される。
【００２０】
図２は、本発明の第１実施例のチャックステージ５０を示す図であり、（Ａ）は上面図であり、（Ｂ）は断面図Ｘ−Ｘ’である。ウエハは、参照番号４０’で示す位置に載置される。静電チャックのための電極は、チャックステージ５０の内部に埋め込まれている。ウエハ４０の裏面には酸化絶縁膜が生成されるので、ウエハの表面は絶縁された状態である。電子ビーム露光では、ウエハの表面に塗布されたレジストに電子ビームを照射するが、電子ビームは電子の流れであり、ウエハの表面が絶縁されているとレジスト及びウエハの表面に電子が蓄積されるという問題がある。そこで、ウエハ裏面導通機構５４Ａ−５４Ｄにより、ウエハ４０の裏面の酸化絶縁膜を破ってウエハの表面を装置のグランドに導通させる。
【００２１】
本実施例のチャックステージ５０には、更に４個のねじ穴５６Ａ−５６Ｄが設けられている。４個のねじ穴５４Ａ−５４Ｄの下部には、更に４個の穴９０Ａ，９０Ｂ（ここでは２個のみ示している。）がそれぞれ設けられており、ねじ穴５４Ａ−５４Ｄにそれぞれ４個のスイッチ９１Ａ−９１Ｄ（ここでは２個のみ示している。）がねじ合わされて固定されている。
【００２２】
図３は、上記の４個のスイッチ９１の構造を示す図であり、（Ａ）は１方向の断面図であり、（Ｂ）はそれに垂直な方向の断面図であり、（Ｃ）は下面図である。
【００２３】
外装９２の内部には係止部材９７が設けられ、移動部材９４は外装９２と係止部材９７の穴により摺動可能に保持されている。移動部材９４は、係止部材９７に支持されたばね９６で上方に付勢されている。移動部材９４は、先端に設けられた合成サファイヤボール９５が外装９２の上面から突き出た位置を上限として、合成サファイヤボール９５を下方に付勢することにより下方に移動可能であり、合成サファイヤボール９５の付勢を停止すると上限位置まで戻る。移動部材９４は、ベリリウム銅、リン青銅、アルミなどの非磁性金属で作られている。外装９２の下部には、上記の非磁性金属で作られた端子９９，１００を有する端子部材９８が設けられており、端子９９と１００は接触しておらず、非導通状態である。移動部材９４が上限に位置している時には、移動部材９４は端子９９，１１０に接触せず、端子９９と１００は非導通状態であるが、移動部材９４が下方に移動すると端子９９，１１０に接触して端子９９と１００は導通状態になる。すなわち、スイッチがオンする。移動部材９４と端子９９，１００以外の部分は、ポリイミドなどのガスを発生しない絶縁樹脂で作られている。
【００２４】
図３の（Ｂ）に示すように、端子部材９８には穴１０１，１０２が、係止部材９７には穴１０３，１０４が設けられている。外装９２と係止部材９７で区切られる内部空間は、移動部材９４の摺動面を介して外部とつながっているが、摺動面の勘合が高精度であるため、外部を大気圧状態から真空状態に、逆に真空状態から大気圧状態に変化させても、内部の気圧状態はすぐには変化しない。これでは、外部との間でウエハを受け渡しするためにステージの環境を変化させる時間が長くなり、スループットを低下させるという問題がある。しかし、本実施例では、上記のように、外装９２と係止部材９７で区切られる内部空間は、端子部材９８の穴１０１，１０２と係止部材９７の穴１０３，１０４を介して外部と接続されているので、このような問題は発生しない。
【００２５】
外装９２の周囲には、狭ピッチのねじが設けられており、チャックステージ５０のねじ穴５４Ａ−５４Ｄにねじ合わされる。ねじの回転位置により、チャックステージ５０の載置面に対する合成サファイヤボール９５の位置が調整可能である。これを利用して、ウエハがチャックステージ５０の載置面に固定された時にはスイッチがオン状態であり、ウエハが載置面から所定量離れるとスイッチがオフするように、スイッチのチャックステージ５０の載置面に対する位置を調整して固定する。
【００２６】
図示していないが、端子９９と１００の間の導通を検出する回路が設けられている。チャックステージ５０にウエハ４０を固定する時には、この回路により４個のスイッチがすべてオンしたことを確認する。また、ウエハ４０をチャックステージ５０に固定している間は、この回路により常時スイッチがオンしていることを確認する。
【００２７】
前述のように、電子ビーム近接露光装置ではスループットが重要である。外部から搬送したウエハをチャックステージに固定する場合、チャックステージを一旦真空チャンバとは異なるチャンバに移動して真空チャンバとの間をゲートを閉じて、更に内部を大気圧状態に変化させて外部とのゲートを開いてウエハを受け取って固定する。次に、外部とのゲートを閉じた後内部を真空にし、真空チャンバとの間をゲートを開いてチャックステージが真空チャンバ内に移動する。このように、外部とウエハを受け渡しするには、チャックステージの気圧環境を変化させる必要があり、それに要する時間が長く、スループットが低下するという問題があった。
【００２８】
そこで、本発明の第２実施例では、ウエハを固定するパレットを２個用意し、受け渡しのための予備チャンバ（ロードチャンバ）も２個用意し、ステージはパレットを固定するようにする。一方のパレットに固定されたウエハを露光している間に、他方のパレットから露光済ウエハを回収して未露光ウエハをパレットに固定して真空状態にしておき、一方のパレットに固定されたウエハの露光が終了すると、ステージは一方のパレットを真空のロードチャンバに戻し、他方のパレットを真空の別のロードチャンバから受け取って固定する。これであれば、ステージを大気圧状態と真空状態の間で変化させる必要はなく、ウエハを含むパレットは、他のウエハの露光中に真空状態になるように準備されているので、ウエハの受け渡しに要する時間を短縮できる。
【００２９】
図４は、本発明の第２実施例の電子ビーム近接露光装置の一部の構成を示す図であり、ロードチャンバ３と露光が行われる真空チャンバ１内のステージ５１との間のパレット４１を利用したウエハ４０の受け渡しのための構成を示す。ロードチャンバ３には、上面にパレット４１を機械的に固定するパレット台４６が設けられており、内部を真空状態と大気圧状態の間で変化できるようになっている。また、真空チャンバ１には、ステージ５１と、ステージ５１を３軸方向及び回転する移動機構６１が設けられており、内部は真空状態に保持されている。
【００３０】
ウエハを収容したウエハカセットがセットされるプリロードチャンバ５のエッジクランプアーム４８によりロードチャンバ３に搬送されたウエハ４０は、パレット台４６上のパレット４１に静電チャックにより固定される。その後、ロードチャンバ３内は真空状態にされ、パレット４１がステージ５１に搬送され、パレット４１はステージ５１に固定される。ウエハ４０を固定したパレット４１は、マスク３０の直下に移動し、露光が行われる。露光の終了したウエハ４０を固定したパレット４１はステージ５１からロードチャンバ３に搬送され、ロードチャンバ３の内部を大気圧状態にした後、パレット４１から露光済みのウエハ４０を取り外す。その後、エッジクランプアーム４７によりプリロードチャンバ５に搬送され、ウエハカセットに戻される。真空チャンバ１とロードチャンバ３の間には開閉可能なゲート２を設ける必要があるので、パレット４１にローラを設け、真空チャンバ１とロードチャンバ３にパレット４１を搬送するためのレール４７，４５を設けて、パレット４１はレールに沿って移動する。図示していないが、ロードチャンバ３には、パレット４１をレールに沿って移動させるアクチュエータが設けられる。
【００３１】
図５は、パレット４１を示す図であり、（Ａ）は上面図を、（Ｂ）は側面図を示す。図示のように、パレット４１の上面には、ウエハ４０の外周より若干内側の部分に円状の土手５１が設けられており、その内部には細くて短い柱状物５５が多数設けられている。この多数の柱状物５５が設けられている下にウエハ静電チャックが形成されている。土手５１の内部をここでは静電チャック部と呼ぶ。ウエハの載置面を多数の細い柱状物５５の上面とすることにより、ウエハの裏面と載置面の接触面積を低減し、汚れによるウエハ面の変形などを低減できる。また、パレット４１の内部には、ウエハ静電チャックに印加された電圧を保持するための容量素子５８が設けられている。
【００３２】
また、本実施例では、ウエハを確実にパレット４１に固定するため、大気圧状態で真空吸着によりウエハを固定した後、静電チャックにより固定し、その後に真空吸着を解除する。パレット台に保持された状態で真空ポンプに接続される真空経路５３の開口５２が、静電チャック部に設けられている。真空ポンプにより真空経路５３を減圧すると、土手５１がシールとして働き、柱状物５５の間の部分が真空経路として働いて、パレット４１に載置されたウエハは真空吸着によりパレット４１に吸着される。
【００３３】
更に、静電チャック部内の４箇所に、ねじ穴５４Ａから５４Ｄが設けられ、そこに図３に示した第１実施例のスイッチ９１がねじ合わされる。４個のスイッチ９１Ａ−９１Ｄは、ウエハが正常にチャックされているか、すなわちチャックされたウエハの裏面位置が所定の範囲内であるかを検出するのに使用される。この部分は第１実施例と同じである。４個のスイッチの端子９１Ａ−９１Ｄは、共通にパレットのアースに、端子１００はそれぞれ端子６０ＣＡ−６０ＣＤと６０ＦＡ−６０ＦＤに接続されている。
【００３４】
更に、土手５１の横に３個の穴４２，４３，４４が設けられている。これらの穴は、図５で説明したエッジクランプアーム４８でクランプするためのものである。
【００３５】
更に、土手５１の横に４個の裏面導通機構５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄが設けられている。裏面導通機構５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ，５６Ｄは、パレット４１のアースに接続されている。また、パレット４１の裏面の両側には、８個のローラ５７が設けられている。パレット４１の裏面には、パレット４１をステージ４９に固定するための３個のパレット静電チャック５９Ａ，５９Ｂ，５９Ｃが設けられている。参照番号６０Ａから６０Ｄはパレット台４６に設けられた端子と接触する端子であり、６０Ａはパレット４１のアースに、６０Ｂと６０Ｄはウエハ静電チャックに、６０ＣＡ−６０ＣＤは４個のスイッチ９１Ａ−９１Ｄの端子１００にそれぞれ接続されている。参照番号６０Ｅから６０Ｊはステージ４９に設けられた端子と接触する端子であり、６０Ｅと６０Ｊはパレット４１のアースに、６０Ｇと６０Ｈはウエハ静電チャックに、６０Ｉはパレット静電チャックに、６０ＦＡ−６０ＦＤは４個のスイッチ９１Ａ−９１Ｄの端子１００に接続されている。
【００３６】
以上が第２実施例で使用するパレットであるが、ウエハ４０がパレット４１に正常に固定された場合には４個のスイッチ９１Ａ−９１Ｄが導通してオン状態になるので、端子６０Ｃ又は６０Ｆに接続された回路によりこれを検出する。もし、４個のうち１個のスイッチでもオフであれば、正常に固定されていないと判定する。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の静電チャック機構によれば、ウエハが固定されているかが、簡単な構成で、高精度に検出できるので、電子ビーム近接露光装置に使用した場合に信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の近接露光方式の電子ビーム露光装置の全体構成を示す図である。
【図２】第１実施例のチャックステージの構成を示す図である。
【図３】第１実施例で使用するスイッチを示す図である。
【図４】本発明の第２実施例の近接露光方式の電子ビーム露光装置の一部の構成を示す図である。
【図５】第２実施例で使用するウエハを固定するパレットを示す図である。
【符号の説明】
１，８０…真空チャンバ
３…ロードチャンバ
３０…マスク
４０…ウエハ（板状物）
４１…パレット
５０，５１…チャックステージ
７０…電子光学コラム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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