JP2000091201A

JP2000091201A - 荷電粒子線描画装置及び方法、ならびにデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2000091201A
Application number: JP10258236A
Authority: JP
Inventors: Masato Muraki; 真人村木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】真空排気時のウエハの冷えに起因するスルー
プット低下の問題を解消すべく改良を加えた荷電粒子線
描画装置を提供する。【解決手段】荷電粒子線を用いて基板上に描画パター
ンを描画する荷電粒子線描画装置において、基板を描画
処理する為の真空の処理室１００と、処理室１００にゲ
ートバルブＧＶ１を介して接続された真空可能な予備室
２００と、予備室２００内に載置された基板に光を照射
して基板を加熱する加熱手段９とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に半導体集積回
路等の露光に用いられる電子ビーム露光装置、イオンビ
ーム露光装置等の荷電粒子線描画装置に関するものであ
る。特には、真空排気時の基板（ウエハ）の冷えに起因
するスループット低下の問題を解消すべく改良を加えた
荷電粒子線描画装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子ビーム露光装置のロードロック室
（予備室）等を真空排気する際には、空気の断熱膨張に
よりロードロック室内の温度が下がる現象が知られてい
る。この際に、ロードロック室内のウエハの温度も、所
望の温度より低下する（例えば１℃程度）ので、従来
は、所望の温度に復帰するのを、数分以上時間をかけて
待たなければならなかった。ウエハが温度低下したまま
で描画したのでは、ウエハ上に形成するパターンの精度
が保証できないからである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のように温度低下
したウエハは、接触している物質との熱伝導、ロードロ
ック室壁面との真空を介した熱交換により、真空排気前
の温度に復帰する。ここで、ウエハが接触している物質
とは、通常、ウエハを固定するための静電チャック等で
ある。静電チャックは熱の不良導体であるセラミックか
らなる。また、ウエハの裏面（静電チャック側の面）に
も、やはり熱の不良導体であるＳｉＯ2 の膜が付けられ
ていることも多い。さらに、静電チャック面とウエハ裏
面との接触熱抵抗も無視できない大きさである。もちろ
ん、ウエハ周囲の真空は熱の不良導体であることは明ら
かである。

【０００４】したがって、ウエハの周囲の物質をいくら
恒温化しても、一度温度の下がったウエハが、露光を開
始できる程度の温度に復帰するには数分以上を要してし
まう。このように、毎回露光開始前に数分間以上の待ち
時間が生じることは、高スループットを目指す露光装置
としては無視しえない重要問題である。

【０００５】本発明は、主に半導体集積回路等の露光に
用いられる電子ビーム露光装置、イオンビーム露光装置
等の荷電粒子線描画装置であって、真空排気時の基板
（ウエハ）の冷えに起因するスループット低下の問題を
解消すべく改良を加えた荷電粒子線描画装置及び荷電粒
子線描画方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為の
本発明の荷電粒子線描画装置のある形態は、荷電粒子線
を用いて基板上に描画パターンを描画する荷電粒子線描
画装置において、前記基板を描画処理する為の真空の処
理室と、前記処理室にゲートバルブを介して接続された
真空可能な予備室と、前記予備室内に載置された前記基
板に光を照射して前記基板を加熱する加熱手段とを有す
ることを特徴とする。

【０００７】ここで、さらに以下のような形態がより好
ましい。すなわち、前記基板の温度を測定する測定手段
を有する。また、前記測定手段の測定結果に基づいて前
記加熱手段を制御する制御手段を有する。また、前記加
熱手段の光は赤外線である。また、前記測定手段は前記
基板から放射された赤外線を検出する。また、前記加熱
手段の光は、前記基板の一方の面を照射し、前記測定手
段は、前記基板の他方の面から放射された赤外線を検出
する。また、前記予備室にはゲートバルブを介してコー
タ・デベロッパが接続されている。

【０００８】本発明の荷電粒子線描画方法のある形態
は、真空の処理室内で荷電粒子線を用いて基板上に描画
パターンを描画するのに先立ち、前記処理室にゲートバ
ルブを介して接続された真空可能な予備室内に前記基板
を載置する荷電粒子線描画方法において、前記予備室を
真空にする段階と、前記予備室内に載置された前記基板
に光を照射して、前記基板を加熱する加熱段階と、前記
加熱段階の後に前記ゲートバルブを介して前記基板を前
記処理室に送る段階とを有する。

【０００９】ここで、さらに以下のような形態がより好
ましい。すなわち、前記基板の温度を測定する測定段階
を有する。また、前記測定段階の測定結果に基づいて前
記基板への光を制御する制御段階を有する。また、前記
基板への光は赤外線である。また、前記測定段階は前記
基板から放射された赤外線を検出する。また、前記加熱
段階での光は前記基板の一方の面を照射し、前記測定段
階では前記基板の他方の面から放射された赤外線を検出
する。

【００１０】本発明のデバイス製造方法は、上記の荷電
粒子線描画方法で基板に描画する工程を含む製造工程に
よってデバイスを製造することを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】＜電子ビーム露光装置の構成説明
＞以下、本発明の実施例の荷電粒子線露光装置を図面を
用いて説明する、本例では荷電粒子線の例として電子ビ
ームを用いた電子ビームを露光装置を例にとるが、これ
に限らずイオンビームを用いた露光装置にも適用でき
る。

【００１２】電子ビーム露光装置は、電子ビームを用い
てパターンを描画する本体（処理室）１００と、ロード
ロック室（予備室）２００と、ウエハにレジストを塗布
したり露光後のウエハを現像するコータ・デベロッパ３
００とを備える。

【００１３】本体１００内には、電子ビームを放射する
電子銃１、電子ビームＥＢを収束させる電子光学系２、
電子ビームＥＢを偏向させる偏向器３、ウエハステージ
４等が配置されている。電子銃１からの電子ビームは、
電子光学系２で収束されかつ偏向器３で偏向されウエハ
ＷＦ表面のレジスト上を走査し、描画パターンに応じて
電子ビームの照射が制御されることにより、レジストに
パターンが描画される。ウエハＷＦは、静電チャック５
上に吸着固定されて、Ｘ・Ｙ・Ｚ３軸方向に移動可能な
ステージ４上に載せられている。

【００１４】本体１００内は、図示せぬ真空ポンプによ
って真空排気されている。本体１内の真空度は、上に行
くほど高真空（電子銃１部１０-4Pa）となっている。

【００１５】本体１００の下部側方には、ウエハを出し
入れするためのロードロック室２００が設けられてい
る。ロードロック室２００は、本体１００とはゲートバ
ルブＧＶ１によって、コータ・デベロッパ３００とはゲ
ートバルブＧＶ２によって、開閉可能に接続されてい
る。ロードロック室２００内にも、ウエハＷＦ固定用の
静電チャック７が設置されている。ロードロック室２０
０内は、真空ポンプ８によって真空排気される。本体内
１００にはウエハ搬送装置６が設けられている。そして
本体１００内を真空状態としたままで、ロードロック室
２００から本体１００へ、ウエハのハンドリングが行え
るようになっている。

【００１６】ロードロック室２００上方には、ウエハＷ
Ｆ表面のレジストを感光しない波長の光（本実施例では
赤外線）を放射し、その光を光透過窓Ｗ１を介してロー
ドロック室２００内のウエハＷＦ表面を照射して、ウエ
ハを加熱する加熱装置９が設置されいる。また、ロード
ロック室２００下方には、ロードロック室２００内のウ
エハＷＦ裏面から放射される赤外線を赤外線透過膜が被
服された光透過窓Ｗ２を介して検出し、ウエハＷＦの温
度を測定する放射温度計１０が設置されている。そし
て、ウエハ温度制御部１１は、放射温度計１０の測定結
果に基づいて、加熱装置９からウエハＷＦに照射される
光の強度若しくは照射時間等を制御し、ウエハＷＦの温
度を所望の温度に調整する制御系である。本実施例で
は、ウエハＷＦの温度を放射温度計で測定しているが、
例えば四線式の白金抵抗測温体等の接触式の温度センサ
ーを静電チャック７のウエハＷＦと接する側に埋設して
も構わない。しかし、接触式であるとウエハとの接触状
態により測定値がばらつくので、非接触式の放射温度計
が好ましく、かつウエハＷＦの表面のように成膜されず
材質が一定で、パターンが形成されないウエハ裏面を放
射温度計で測定することがより好ましい。

【００１７】次に、図２を参照して、ロードロック室２
００内に設置してある静電チャックの構造を説明する。
静電チャック７は、円板状のセラミック構造体である。
静電チャック７の上面部は、アルミナ等の誘電セラミッ
クス層７１が設けられている。この誘電セラミックス層
７１の下には、１対のチャック用電極７２が埋設されて
いる。このチャック用電極７２には、図示せぬ直流電源
が接続されており、チャッキング時には各々プラス・マ
イナスの電圧が印加される。電極７２の下はチャックの
基体である肉厚のセラミックス台座７３となっている。
また、図３に示すように、ウエハ搬送装置のハンド６１
がウエハＷＦの裏面周辺を支えて搬送する為に、静電チ
ャック７の外径はウエハＷＦの外径より小さくなってい
る。それにより、容易に放射温度計１０によりウエハＷ
Ｆの裏面の温度が測定できる。

【００１８】＜ウエハ処理動作の説明＞図４を用いて本
実施例の電子ビーム露光装置のウエハ処理動作について
説明する。ウエハ処理作業の開始により、電子ビーム露
光装置は以下のステップを実行する。（ステップS101）コータ・デベロッパ３００で、レジス
トが塗布されたウエハＷＦが、ゲートバルブＧＶ２を介
して、コータ・デベロッパ３００から、ロードロック室
２００に搬送され、静電チャック７上に載置され、ゲー
トバルブＧＶ２を閉じる。（当然のことであるがゲート
バルブＧＶ１は閉じている）（ステップS102）真空ポンプ８によって、ロードロック
室２００内の真空排気を開始する。（ステップS103）放射温度計１０により、ウエハＷＦの
温度を測定する。（ステップS104）放射温度計１０の測定結果に基づい
て、ウエハ温度制御部が加熱装置９からウエハＷＦに照
射される光の強度若しくは照射時間等を制御し、ウエハ
ＷＦを加熱する。（ただし、ウエハの許容温度の下限を
目標値とする）（ステップS105）放射温度計１０により、ウエハＷＦの
温度を測定し、その測定結果が許容温度内（本体１００
の許容温度）の時は次のステップに進み、そうでないと
きは、ステップ104に戻る。（ステップS106）ロードロック室２００の真空度が許容
できる真空度であるか確認し、許容できる場合は、次の
ステップに進み、そうでないときは、ステップ105に戻
る。（ステップS107）ゲートバルブＧＶ1を開ける。（ステップS108）ウエハ搬送装置６によって、ウエハＷ
Ｆは、ロードロック室２００から、本体１００に搬送さ
れ、静電チャック５上に載置される。その後、ゲートバ
ルブＧＶ１を閉じる。（ステップS109）電子ビームによりウエハＷＦを描画す
る。

【００１９】なお、本実施例では、ウエハの温度を測定
してその温度をフィードバックしてウエハを加熱してい
るが、断熱冷却に冷却される分を推定し、ロードロック
室の真空排気前に加熱しても構わないし、ロードロック
室が許容できる真空度に達してから加熱しても構わな
い。

【００２０】＜デバイスの生産方法の説明＞上記説明し
た電子ビーム露光装置を利用したデバイスの生産方法の
実施例を説明する。

【００２１】図５は微小デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造のフローを示す。ステップ１
（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行なう。
ステップ２（露光制御データ作成）では設計した回路パ
ターンに基づいて露光装置の露光制御データを作成す
る。一方、ステップ３（ウエハ製造）ではシリコン等の
材料を用いてウエハを製造する。ステップ４（ウエハプ
ロセス）は前工程と呼ばれ、露光制御データが入力され
た露光装置とウエハを用いて、リソグラフィ技術によっ
てウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップ５
（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ４によって作
製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であ
り、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、
パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ス
テップ６（検査）ではステップ５で作製された半導体デ
バイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行な
う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これ
が出荷（ステップ７）される。

【００２２】図６は上記ウエハプロセスの詳細なフロー
を示す。ステップ１１（酸化）ではウエハの表面を酸化
させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウエハ表面に絶縁
膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウエハ上
に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオン
打込み）ではウエハにイオンを打ち込む。ステップ１５
（レジスト処理）ではウエハに感光剤を塗布する。ステ
ップ１６（露光）では上記説明した露光装置によって回
路パターンをウエハに焼付露光する。ステップ１７（現
像）では露光したウエハを現像する。ステップ１８（エ
ッチング）では現像したレジスト像以外の部分を削り取
る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエッチングが済
んで不要となったレジストを取り除く。これらのステッ
プを繰り返し行なうことによって、ウエハ上に多重に回
路パターンが形成される。

【００２３】本実施例の製造方法を用いれば、従来は製
造が難しかった高集積度の半導体デバイスを低コストに
製造することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の荷電粒子線
描画装置および方法によれば、熱伝導媒質を介さずに直
接ウエハを加熱でき、短時間のうちに所望の温度に調整
できるので、ウエハの温度上昇待ちが無くなるため、荷
電粒子線描画のスループットを低下させることがない。
また、本発明のデバイス製造方法によれば、従来以上の
高集積度のデバイスを低コストに製造することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子ビーム露光装置を示す図。

【図２】本発明に係る静電チャックの構造を示す図。

【図３】本発明に係る静電チャックとウエハとの関係を
示す図。

【図４】露光フローを説明する図。

【図５】微小デバイスの製造フローを説明する図。

【図６】ウエハプロセスを説明する図。

【符号の説明】

ＥＢ電子ビームＧＶ１、ＧＶ２ゲートバルブＷＦウエハＷ１，Ｗ２光透過窓１電子銃２電子光学系３偏向器４ウエハステージ５静電チャック６ウエハ搬送装置７静電チャック８真空ポンプ９加熱装置１０放射温度計１１ウエハ温度制御部１００本体２００ロードロック室３００コータ・デベロッパ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子線を用いて基板上に描画パター
ンを描画する荷電粒子線描画装置において、前記基板を
描画処理する為の真空の処理室と、前記処理室にゲート
バルブを介して接続された真空可能な予備室と、前記予
備室内に載置された前記基板に光を照射して前記基板を
加熱する加熱手段と、を有することを特徴とする荷電粒
子線描画装置。
【請求項２】前記基板の温度を測定する測定手段を有
すること特徴とする請求項１記載の荷電粒子線描画装
置。
【請求項３】前記測定手段の測定結果に基づいて、前
記加熱手段を制御する制御手段を有することを特徴とす
る請求項２記載の荷電粒子線描画装置。
【請求項４】前記加熱手段の光は、赤外線であること
を特徴する請求項1乃至３のいずれか記載の荷電粒子線
描画装置。
【請求項５】前記測定手段は、前記基板から放射され
た赤外線を検出することを特徴とする請求項２又は３記
載の荷電粒子線描画装置。
【請求項６】前記加熱手段の光は、前記基板の一方の
面を照射し、前記測定手段は、前記基板の他方の面から
放射された赤外線を検出することを特徴とする請求項５
記載の荷電粒子線描画装置。
【請求項７】前記予備室にはゲートバルブを介してコ
ータ・デベロッパが接続されていることを特徴とする請
求項１乃至６のいずれか記載の荷電粒子線描画装置。
【請求項８】真空の処理室内で荷電粒子線を用いて基
板上に描画パターンを描画するのに先立ち、前記処理室
にゲートバルブを介して接続された真空可能な予備室内
に前記基板を載置する荷電粒子線描画方法において、前
記予備室を真空にする段階と、前記予備室内に載置され
た前記基板に光を照射して、前記基板を加熱する加熱段
階と、前記加熱段階の後に前記ゲートバルブを介して前
記基板を前記処理室に送る段階と、を有することを特徴
とする荷電粒子線描画方法。
【請求項９】前記基板の温度を測定する測定段階を有
すること特徴とする請求項８記載の荷電粒子線描画方
法。
【請求項１０】前記測定段階の測定結果に基づいて、
前記基板への光を制御する制御段階を有することを特徴
とする請求項９記載の荷電粒子線描画方法。
【請求項１１】前記基板への光は、赤外線であること
を特徴する請求項８乃至１０のいずれか記載の荷電粒子
線描画方法。
【請求項１２】前記測定段階は、前記基板から放射さ
れた赤外線を検出することを特徴とする請求項９又は１
０記載の荷電粒子線描画方法。
【請求項１３】前記加熱段階での光は、前記基板の一
方の面を照射し、前記測定段階では、前記基板の他方の
面から放射された赤外線を検出することを特徴とする請
求項１２記載の荷電粒子線描画方法。
【請求項１４】ゲートバルブを介して前記予備室とコ
ータ・デベロッパとの間で基板を搬送する段階をさらに
有することを特徴とする請求項８記載の荷電粒子線描画
方法。
【請求項１５】請求項８乃至１４のいずれか記載の荷
電粒子線描画方法で基板に描画する工程を含む製造工程
によってデバイスを製造することを特徴とするデバイス
製造方法。