JP4537061B2 - ワークピースを機械的にマスクするための方法および装置 - Google Patents

Description

(関連出願の相互参照)
本願は、本願と同日に出願された「感光性ワークピース上の露光除外領域を光学的に定めるための方法および装置（ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＤＥＦＩＮＩＮＧ ＡＮ ＥＸＰＯＳＵＲＥ ＥＸＣＬＵＳＩＯＮ ＲＥＧＩＯＮ ＯＮ Ａ ＰＨＯＴＯＳＥＮＳＩＴＩＶＥ ＷＯＲＫＰＩＥＣＥ）」と題する出願と、「ワークピースをインクでマスクするための方法および装置（ＭＥＴＨＯＤ ＡＮＤ ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＦＯＲ ＭＡＳＫＩＮＧ Ａ ＷＯＲＫＰＩＥＣＥ ＷＩＴＨ ＩＮＫ）」と題する係属中の米国特許出願第０９／９２３，７５５号と関連する。

本発明は、ワークピースのリソグラフィー露光およびパターニングに関する。特に、本発明は、選択的にワークピースをマスクすることによってワークピース上の選択領域への露光を防ぐための機械的な方法および装置に関する。

リソグラフィー技術は、集積回路（ＩＣ）、フラットパネルディスプレイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、フリップチップ配線技術のためのバンプＩＣ配線の形成などといった微細デバイスの製造に使用されている。リソグラフィープロセスは、感光性ワークピース（ウェハ）を使用し、ワークピースに放射線（紫外線など）を選択的に露光する。ワークピースの感光性は、ワークピースの表面にフォトレジストと呼ばれる感光性材料の層をコーティングまたは塗布することによって得られる。フォトレジストは、露光されたレジストが現像によって除去される「ポジ型」、あるいは露光されないレジストが現像によって除去される「ネガ型」のいずれでもよい。

一般に、リソグラフィープロセスは、ワークピースにフォトレジストをコーティングする工程と、フォトレジストをマスクイメージを介して露光することによってフォトレジストに潜像を形成する工程と、フォトレジストを現像することによって三次元イメージを形成する工程と、フォトレジストをエッチングして対応する三次元パターンをワークピースに形成する工程と、余分なフォトレジストを除去する工程とを含む。これらの工程を必要な回数繰り返し、ワークピースに所定のデバイス構造を形成する。

ネガ型フォトレジストを使用するリソグラフィーでは、個々の露光フィールドの外側にあるワークピースの選択領域は、現像時に選択領域のレジストが除去されるように、完全に露光されないことが好ましい。

バンプ配線リソグラフィーはその一例であり、バンプ配線リソグラフィーは、回路基板上の回路配線と接続するために使用される導電性（例えば、金、ハンダ合金、その他の適切な金属）バンプをワークピース（ウェハ）上に形成することを含む。バンプリソグラフィーは、導電性バンプを形成するための電気化学めっき工程を含む。この工程では、ウェハの端部の大部分を電極と接触させる必要がある。さらに、バンプリソグラフィーに使用されるレジスト層は、いわゆるフロントエンド（ｆｒｏｎｔ−ｅｎｄ）リソグラフィーの場合と比較して相対的に厚い（例えば、５０μｍ）。バンプリソグラフィーでは、均一な電気的接触を確保するために、ウェハの端部全体が実質的にフォトレジストに覆われていてはならない。

１対１コンタクトフォトリソグラフィーあるいはニアコンタクトフォトリソグラフィーを行う場合には、ウェハ全体を同時に露光し、レチクルに所望の除外領域を組み込むことによって端部が露光されないようにしている。２００ｍｍあるいは３００ｍｍウェハのコンタクトリソグラフィーまたはニアコンタクトリソグラフィーは、欠陥、大型で高額なマスク、マスクの汚染によって制約を受ける。ステップ・アンド・リピートリソグラフィーによってこれらの欠点を解消することができるが、ウェハの端部やその近傍を露光することが好ましくない場合に露光がウェハの端部と重なることが多い。ところが、ステップ・アンド・リピートフォトリソグラフィーではステップパターンがパターンサイズとステップサイズに依存するため、レチクルに除外領域を定めることは不可能である。したがって、フォトリソグラフィープロセスにおいてワークピース上の露光除外領域を定めるための方法および装置が求められている。本発明はそのような方法および装置を提供するものである。

本発明は、縮小リソグラフィーまたは１Ｘステップ・アンド・リピートリソグラフィーを使用するワークピースのリソグラフィー露光およびパターニングに関する。特に、本発明は、ワークピースを選択的にマスクすることによってワークピースの選択領域が露光されるのを防ぐための機械的な方法および装置に関する。

本発明の第一の態様は、ワークピースにミクロ形状を印刷することができる描画装置によって露光される感光性ワークピースに、１以上の露光除外領域を形成するための方法である。この方法は、感光性ワークピースの１以上の非露光領域を選択する工程と、ワークピースの１以上の選択されたマクロ領域をマスクする工程とを含む。これは、感光性ワークピースを活性化させる放射線の波長に対して不透明なマスクを、ワークピースの表面に近接して（すなわち、表面上またはその近傍に）配置することによって達成される。ワークピースの露光後、マスクを取り外し、ワークピースを処理する。ネガ型フォトレジストを使用する場合には、フォトレジストの露光除外領域に対応する部分が現像時に除去され、ワークピースの表面が露出する。

本発明の第二の態様は、感光性ワークピースに１以上の露光除外領域を形成するための装置である。この装置は、感光性ワークピースを活性化させる放射線の波長に対して不透明なマスクを含む。マスクは、ワークピースの選択されたマクロ領域を覆うように感光性ワークピースに近接して配置される。好ましい実施形態では、マスクはワークピースの端部に隣接する（環状）領域を覆うサイズを有するリングである。この装置は、マスクをワークピースへ搬送するように構成されたマスクハンドリング装置をさらに含んでもよい。

本発明は、ワークピースのリソグラフィー露光およびパターニングに関する。特に、本発明は、ワークピースを選択的にマスクすることによってワークピースの選択領域が露光されるのを防ぐための機械的な方法および装置に関する。

本発明において、「マスク」という用語は、本発明の機械的マスク装置と、投影レンズの上方に位置し、フロントエンドリソグラフィー露光（例えば、半導体デバイスの限界レベルを定義する露光）を行う場合にワークピース上に描画される小さなパターンを含むレチクル（「マスク」とも呼ばれる）とを区別するために使用する。

図１に示すように、標準的なリソグラフィーツール１０は、軸Ａ０に沿って順に、照明系１２、レチクルステージＲＳに支持されたレチクルＲ、投影レンズ１４、レチクルＲのイメージで露光されるワークピース３０を可動的に支持するワークピースステージ１６を含む。ワークピース３０は、上部表面３２と端部３４とを含む。ワークピースステージ１６は、投影レンズ１４の下のワークピース３０を可動的に支持するように設計されている。ワークピース３０は、ワークピースステージの動作を開始させる前に、真空によってワークピースステージに固定される。

ワークピース３０は、複数の露光フィールド３６（図２）をリソグラフィーによってワークピースに形成（露光）できるように、ワークピースステージ１６によって投影レンズの下を移動させる。本発明の一実施形態では、ワークピース３０の上部表面３２は感光性を有し、通常は薄膜の保護コーティング（図示せず）を有するネガ型フォトレジスト層４０を含む。本発明で使用する好適なネガ型フォトレジストの例としては、デュポン社（ＤｕＰｏｎｔ）製のリストン（ＲＩＳＴＯＮ：登録商標）が挙げられる。リストンは、露光放射線波長に対して透明な薄いマイラー（ＭＹＬＡＲ：登録商標）コーティングを含む。

リソグラフィーツール１０は、リソグラフィーツールの動作を制御し、ワークピースステージ１６と動作的に接続されてワークピースのワークピースステージ１６への初期アライメントと搬送とを制御するメインコントローラ４４を含む。また、露光フィールド３６を形成するリソグラフィー露光プロセスと関連して、メインコントローラ４４は、１以上の露光除外領域をワークピース上に形成するための機械的マスク方法（詳細は後述する）を任意に制御および調整する。

図３に示すように、本発明の露光除外方法を行うために使用するワークピースマスク７０を操作（係合、移動、係合解除）するように設計されたマスクハンドリング装置６０が、ワークピースステージ１６と動作的に連結されている。本発明において、マスク７０が定める露光除外領域はミクロ（すなわち、１０μｍ以下のオーダー）ではなくマクロ（すなわち、１ｍｍ以上のオーダー）である。好ましくは、マスクは主にミクロ形状をワークピースに印刷するために使用されるレチクルおよび描画装置（例えば、ツール１０）と組み合わせて使用される。本発明は、リソグラフィー印刷時に、ワークピース上の選択されたマクロ領域が露光されることを防ぐことを含む。

ワークピースマスク（以下、「マスク」という）７０は不透明な部材であり、少なくともその一部がワークピース３０の感光面３２上またはその近傍（例えば、フォトレジスト層４０上）に位置する。ここで、「不透明」とは、ワークピース３０の感光面３２（例えば、フォトレジスト）を活性化させる波長の光をマスクが実質的に透過させないことを意味する。ネガ型フォトレジスト層４０にリストンあるいは他の適切な乾燥膜フォトレジストを使用する場合には、レジストを被覆しているマイラー層にマスク７０を直接配置することができる。

マスク７０は、不透明材料であればどのようなものでもよく、軽量のプラスチックまたは金属が好ましい。マスク７０を磁石によるハンドリング装置６０を使用して取り扱う場合には、磁石による取り扱いができるように、マスク７０は金属であることが好ましい。マスク７０を真空式のハンドリング装置６０を使用して取り扱う場合には、プラスチックまたは紙などの非導電性材料を使用することができる。

図４および図５に示すように、好ましい実施形態では、マスク７０は下面７３と上面７４を有する本体７２を含むリング形状を有する。リングマスク７０は、上面７４またはその近傍で本体７２から内部に向かって延びる縁（ｌｉｐ）７６を含む。一実施形態では、縁７６の幅は約１〜５ｍｍである。一実施形態では、リングマスク７０の縁７６は、全ての部分において約５〜１５ミルの厚さと約５０〜１５０ｍｍの半径を有する。マスク７０の形状は、ワークピース３０のサイズと形成する所望の露光除外領域の形状とに依存する。異なるワークピースに使用できるようにリングの在庫があることが好ましい。バンプリソグラフィーなどの多くの用途では、一つまたは少数のマスク（例えば、半径と幅が異なる数種類のリングマスク）で済むように、標準サイズ（例えば、１００〜３００ｍｍ）のウェハをワークピースとして使用する。

図３に示すように、一実施形態では、マスクハンドリング装置６０はモータで駆動される台１００を含み、台１００からは末端部１１０を有するビーム１０４が延びている。ビーム１０４は、台１００において上昇あるいは下降し、軸Ａ１の周りを回転することができる。アーム１２０が末端部１１０に搭載され、外側に向かって延びている。各アーム１２０は、マスク７０と接触し、選択的に係合するように設計された接触部材１４０を端部に有する。例えば、接触部材１４０は、マスクを持ち上げるために十分な真空によってマスク７０と係合する真空パッドであってもよい。別の例では、接触部材１４０は、マスク７０と係合し、マスク７０を持ち上げるように励磁することができる電磁石であってもよい。さらに別の例では、接触部材１４０は、マスク７０と係合し、マスク７０を持ち上げることができる格納可能なクリップであってもよい。このように、接触部材１４０は、マスク７０と係合し、マスク７０を持ち上げるために適切な公知の装置のいずれであってもよい。アーム１２０と接触部材１４０は、マスク７０をワークピース上に正確に配置し、マスクと係合してマスクをワークピースから持ち上げるために上昇および下降するマスク持上部材１４２を構成する。

マスクハンドリング装置６０は、好ましくは、台１００に接続され、メインコントローラ４４とも接続されたマスクハンドリング制御部２００を含む。制御部２００は、ワークピースのマスク時およびマスク除去時におけるマスク７０の係合、正確な搬送、係合解除を制御する。制御部２００は、フォトリソグラフィー露光プロセスがワークピースのマスキングと整合するように、独立にプログラム可能であってもよいし、メインコントローラ４４によって制御してもよい。

図５および図６に示すように、リングの下面７３に取り付けられ、ワークピースステージ１６上に配置された対応する拘束部材２０４に押し付けられた２以上のボール２０２によってワークピース面に拘束されるように、マスク７０はウェハチャックに対して動的に位置決めされる。拘束部材２０４は、好ましくは、ボール２０２と係合する大きさを有するｖ溝２０６を有する。拘束部材２０４は、マスク７０がワークピースに近接して配置された際に、マスク７０が水平方向に動いたり、垂直軸の周りを回転することを防ぐように設計されている。垂直方向の動きが自由であるため、リングマスクはレジスト層４０の上面に直接接触することができる。
動作方法
露光除外領域をワークピース３０に形成する方法を、図３を参照して説明する。まず、図３に示すように、好ましくは投影レンズ１４の下からワークピースの搭載位置まで移動させたワークピースステージ１６上に、ワークピース３０を載せる。次に、感光性ワークピースの表面を露光させない１以上の領域（すなわち、露光除外領域）を決定し、それに応じたマスク７０を選択する。

最初のワークピース３０がワークピースステージ１６に正しく配置されると、マスクハンドリング装置６０が作動し、適切なマスク７０をワークピースに向けて搬送するように制御部２００を介して指示が与えられる。通常はマスクライブラリ（図示せず）にあるマスクとマスク持上部材１４２を係合させる。次に、マスクは近接するワークピースの上面３２に置かれ、露光から除外される領域がマスクによって覆われるようにワークピースと相対的に位置合わせされる。マスク７０がワークピースの上面３２と接触するか否かは、本体部７２および／またはボール２０２のサイズによって決まる。

上述したように、マスク７０の位置合わせは、マスクに固定された１以上のボール２０２とワークピースステージに固定された拘束部材２０４とを係合させることによって行ってもよい（図６）。例えば、図７に示すように、マスク７０がリングマスクであり、所望の露光除外領域２１０がワークピースの環状の隣接端部３４である場合には、マスクの縁７６がワークピース３０の端部３４近傍のワークピース表面３２の部分を覆うようにマスクを配置および位置決めする。

図３に示すように、マスク７０が位置決めされると、ワークピースステージ１６は投影レンズ１４の下の露光位置まで戻される。この際に、露光のためのワークピースの位置合わせと焦点合わせが行なわれる。マスク７０をワークピースへ装着したことによってリソグラフィーツール１０の焦点系および／またはアライメント系（図示せず）と干渉する場合には、これらのプロセスを適切に変更する必要がある場合がある。また、メインコントローラ４４は、マスクを収容するためにリソグラフィーツール１０の動作を変更できるように、マスク７０の有無を認識する必要がある場合がある。

マスクされたワークピース３０が投影レンズ１４の下の所定の位置に配置されると、マスクされたワークピースはリソグラフィーによって１回以上露光され、１以上の露光フィールド３６が形成される（図２）。この露光プロセスは、例えば、バンプリソグラフィーのバンプ配線の形成を含んでもよい。マスクされたワークピースが露光されると、ワークピースステージ１６はワークピースの搭載位置まで移動する。制御部２００は、マスク持上部材１４２がマスク７０と係合し、マスク７０をワークピース３０から持ち上げることができるように、マスクハンドリング装置６０を作動させる。

図８に示すように、リングマスク７０でワークピース３０をマスクすると、処理（例えば、現像）時にネガ型フォトレジスト層４０の露光除外領域２１０に対応する部分２１８（破線部）がワークピースから除去される。このため、端部３４またはその近傍でワークピース上面３２との直接的な電気的接触が得られる。上述したように、このような接触はバンプリソグラフィーなどのフォトリソグラフィーで必要とされる。

マスク７０がマスクハンドリング装置６０によって取り除かれると、最初のワークピースをワークピースステージ１６から取り除くことができ、新しい（第２の）ワークピースがマスキングとリソグラフィープロセスのためにワークピースステージに搬送される。

本発明の多くの特徴および利点は詳細な明細書から明らかであり、したがって、本発明の精神と範囲に従って説明した装置に関するすべての特徴および利点を添付の請求の範囲によって網羅するものである。また、種々の変形や変更は当業者に容易に想到されるであろうため、本発明を本明細書で説明した構成と実施形態のみに限定すべきではない。したがって、他の実施形態は請求の範囲に含まれるものとする。

ワークピースと相対的に配置された本発明のマスクを含むリソグラフィーツールの概略図である。 ワークピースの感光面に形成された露光領域を示すワークピースの平面図である。 図１に示すリソグラフィーツールのワークピースステージを、動作的に連結されたマスクハンドリング装置の一例とともに示す斜視図であり、ワークピースステージは、投影レンズと相対的なワークピースの搭載位置にあることを示す。 通常の半導体ウェハなどの円形で平坦なワークピースに適したリングマスクの斜視図である。 フォトレジスト層でコーティングされ、ワークピースステージ上に位置するワークピースと相対的に配置された図４のリングマスクの拡大断面図である。 図５に示すように配置されたリングマスクを上から見た拡大斜視図であって、ワークピースステージ表面上の拘束部材がリングマスクのボールの一つに係合した状態を示す。 ワークピースの端部に近接してリング型の露光除外領域を形成するために、ワークピースのフォトレジスト層に近接して位置する図５に示すリングマスクを示す断面図である。 ワークピースが処理された後の図７と同様の断面図であって、フォトレジスト層のリング型の露光除外領域に対応する部分が除去された状態を示す。

Claims (16)

1. 感光性のワークピースの選択領域に露光除外領域を形成する方法であって、
   搭載位置における可動なワークピースステージの上に、前記ワークピースを搭載する工程（ａ）と、
   前記工程（ａ）の後に、マスクを前記ワークピース上に配置し、前記選択領域を完全に覆う工程（ｂ）と、
   前記工程（ｂ）の後に、前記ワークピースステージを、前記搭載位置から、投影レンズを含むリソグラフィーツールの一部が上方に配置されている露光位置に移動する工程（ｃ）と、
   前記工程（ｃ）の後に、前記マスクに覆われた前記選択領域を露光させずに、前記ワークピースと前記マスクを前記露光装置からの放射線によって露光し、前記ワークピース上の前記マスクに覆われていない表面上にミクロ形状を描画する工程（ｄ）と、
   前記工程（ｄ）の後に、前記ワークピースステージを、前記露光位置から前記搭載位置に移動する工程（ｅ）と、
   前記工程（ｅ）の後に、前記ワークピースステージ上の前記マスクを取り外す工程（ｆ）と、
   を含み、
   前記マスクは、感光性の前記ワークピースを活性化させる前記放射線の波長を透過させない不透明な部材であり、
   前記ワークピースの露光されなかった前記選択領域を、露光除外領域とする方法。
2. 請求項１において、
   前記マスクは、リング状の形状を有し、かつ、前記工程（ｂ）において、前記ワークピースの表面に近接して配置される、方法。
3. 請求項１において、
   前記マスクを配置する前記工程（ｂ）、および前記マスクを取り外す前記工程（ｆ）は、それぞれ、真空接触子を有するマスクハンドリング装置によって行われる、方法。
4. 請求項１において、
   前記マスクは導電性であり、
   前記工程（ａ）の前に、前記マスクを前記搭載位置に配置する工程（ｇ）を含み、
   前記工程（ｆ）と、前記工程（ｇ）は、磁石接触子を有するマスクハンドリング装置によって行われる、方法。
5. 請求項１において、
   前記工程（ｄ）におけるミクロ形状を描画する工程は、リソグラフィー露光装置によって行われる、方法。
6. 請求項１において、
   前記工程（ａ）の前に、感光性の前記ワークピースを形成するために、前記ワークピースをネガ型のフォトレジストによってコーティングする工程（ｈ）と、
   前記工程（ｆ）の後に、前記選択領域から前記ネガ型のフォトレジストを除去する処理を行う工程（ｉ）と、
   を含む、方法。
7. 請求項１において、
   前記工程（ａ）の前に、前記ワークピースステージを前記搭載位置に移動する工程（ｊ）を含む、方法。
8. 請求項１において、
   前記ワークピースステージは、少なくとも１以上の拘束部材を有し、
   前記マスクを配置する前記工程（ｂ）において、前記ワークピースの表面と相対的に位置合わせされた位置に前記マスクを固定するために、前記拘束部材と、前記マスクを係合させる工程（ｋ）を含む、方法。
9. 感光性のワークピースの選択領域に、露光除外領域を形成する装置であって、
   搭載位置と、露光位置との間を移動可能なワークピースステージと、
   前記感光性のワークピースを活性化させる放射線の波長を透過させないマスクと、
   前記ワークピースステージが前記露光位置にある場合、前記ワークピースと前記マスクに対して前記放射線を照射し、ミクロ形状を描画するリソグラフィーツールの一部である照明投影装置と、
   を含み、
   前記ワークピースは、前記搭載位置において前記ワークピースステージ上に搭載され、
   前記ワークピースステージは、前記搭載位置において前記ワークピースを保持し、
   前記マスクは、前記搭載位置において前記ワークピースステージ上に、前記ワークピースの表面に近接して配置され、前記選択領域を覆い、さらには、前記ステージ上に保持され、
   前記マスクによって、露光を除外される前記選択領域は、前記露光除外領域であり、
   前記搭載位置と、前記露光位置は、離れている装置。
10. 請求項９において、
    前記マスクは、前記ワークピースの環状の領域である前記選択領域を覆うように構成されたリングである、装置。
11. 請求項１０において、
    前記リングは、内側に突出する縁を有する環状体を含む、装置。
12. 請求項９において、
    前記搭載位置において、前記マスクを前記ワークピースに係合させ、前記マスクを前記ワークピースから取り外すように構成されたマスクハンドリング装置を含む、装置。
13. 請求項１２において、
    前記マスクは導電性材料からなる、装置。
14. 請求項１０において、
    前記ワークピースの前記環状領域は１〜５ｍｍの幅を有する、装置。
15. 請求項１０において、
    前記リングは５０〜１５０ｍｍの半径を有する、装置。
16. 請求項１１において、
    前記縁は０．１〜０．４ｍｍの厚さを有する、装置。

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