JP2004146654A

JP2004146654A - 電子線装置

Info

Publication number: JP2004146654A
Application number: JP2002310871A
Authority: JP
Inventors: Yukisato Kawamura; 川村　幸里
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】保護用ウエハをウエハチャックに載置して調整を行う場合も装置のスループットの低下が少ない電子線装置の実現。
【解決手段】真空チャンバ３０と、真空チャンバに収容され、試料を載置して保持する絶縁性部材３４と、真空チャンバに付属して設けられ、試料の表面に電子ビームを照射する電子ビーム照射機構２１とを備える電子線装置であって、真空チャンバ３１に収容され、絶縁性部材３４に載置する保護板７３を保持し、試料を載置していない状態の絶縁性部材に保護板を載置し、絶縁性部材に載置された前記保護板を回収して保持する保護板保持機構７０を備える電子線装置。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビーム露光装置や電子顕微鏡などの、絶縁性部材に保持された試料に電子線（電子ビーム）を照射する電子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置や電子顕微鏡などの各種の電子線装置が使用されている。
これらの電子線装置では、ステージに保持した試料を所定の位置に移動し、電子ビームを照射する。ステージは、静電チャックなどで試料を保持する必要があり、表面が絶縁性の部材で作られる。本発明は、絶縁性の部材に試料を保持した上で電子線を照射する電子線装置であればどのような装置にも適用可能であるが、ここでは電子ビーム露光装置を例として説明を行うが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００３】
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。電子ビーム露光装置では、感光剤（レジスト）を塗布した試料（半導体ウエハ）に電子ビームを照射して所定のパターンを露光する。
【０００４】
図１は、従来の電子ビーム露光装置の構成例を示す図であり、この例はブロック露光法による電子ビーム露光装置である。図１に示すように、この電子ビーム露光装置は、コラム１０と、真空チャンバ３０と、ロードチャンバ４２と、プリロードチャンバ４５とを有する。コラム１０内には、電子銃１１と、整形用電磁レンズ１２，１４と、整形用アパーチャ１３と、ブロックパターンを選択するための偏向器１５と、ブロックマスク１６と、ブロックマスクを通過した電子ビームを光軸に戻すための偏向器１７と、アパーチャ１８と、偏向器１９，２０とが設けられている。真空チャンバ３０内には、ベース３２と移動部材３３とウエハチャック３４で構成される移動ステージ３１と、ロードチャンバ４２から未露光ウエハをウエハチャック３４上に搬送すると共に露光済みウエハをウエハチャック３４からロードチャンバ４２に戻すためのウエハ搬送機構５０とが設けられている。コラム１０内と真空チャンバ３０内は高真空状態になっている。コラムの各要素により所望の形状に整形された電子ビームは偏向されて、ウエハチャック３４に固定されたウエハ１００上の所望の位置に照射される。露光パターンをつなぎ合わせて１チップ（ダイ）分のパターンが露光される。
【０００５】
真空チャンバ３０又はコラム１０には、ウエハ１００に照射された電子ビームの反射電子や２次電子を検出するためのセンサ３５が設けられており、電子ビームでウエハ上の基準パターンなどを走査した時のセンサ３５の出力から基準パターンなどの位置が検出できるようになっている。また、センサ３５は、コラムの各要素の調整などに使用される。
【０００６】
ウエハ搬送機構５０は、ロボットベース５１に複数段のアーム５２，５３，５４を設けたロボットアーム機構であり、アームの先端にウエハ１００を保持するための静電チャック機構を有する保持部材５５が設けられている。
【０００７】
真空チャンバ３０とロードチャンバ４２の間には扉４１が設けられ、ロードチャンバ４２とプリロードチャンバ４５の間には扉４４が設けられている。未露光ウエハをウエハチャック３４上に搬送する場合には、扉４１を閉めた状態でロードチャンバ４２内を大気圧状態にしてから扉４４を開けて、大気圧状態のプリロードチャンバ４５から未露光ウエハを、ロードチャンバ４２内の保持台上に搬送する。次に扉４４を閉めてロードチャンバ４２内を真空状態にしてから扉４１を開け、ウエハ搬送機構５０により未露光ウエハを取り上げて破線の部分に移動しているウエハチャック３４上に搬送する。ウエハチャック３４上の露光済みウエハをプリロードチャンバ４５に戻す時には、逆の動作を行う。
【０００８】
電子ビーム露光装置については、広く知られているので、ここではこれ以上の説明を省略し、本発明に直接関係する点についてのみ更に説明する。
【０００９】
ウエハチャック３４は真空状態に配置されるので、半導体製造装置で広く使用される真空チャックは使用できず、ウエハ１００を固定するために静電チャック機構が使用される。静電チャック機構は、絶縁性の表面の下に電極を設けて高電圧を印加することによりウエハを固定する。そのため、ウエハチャックは絶縁性のセラミックなどで作られる。また、露光装置に使用されるウエハチャックは非常に高精度であることと熱膨張が非常に小さいことが要求されるので、このような要求を満たすためにも、ウエハチャックはセラミックなどで作られるのが一般的である。
【００１０】
電子線（電子ビーム）は電子の流れであり、絶縁性の部分に照射すると、その部分に電子が蓄積され、不用な電界を発生して、露光パターンを劣化させるという問題を発生する。また、近接露光の場合、帯電の影響からマスク・メンブレンが吸着、剥離されてしまうという問題も発生する。ウエハは半導体であり、電子ビームを照射しても表面に電荷が蓄積されることはない。しかし、ウエハの裏面は酸化されて、絶縁性の酸化ケイ素の層が形成されており、ウエハをセラミックで作られたウエハチャック上に載置して電子ビームを照射すると、ウエハに電荷（電子）が蓄積される。そこで、ウエハの裏面以外の部分をグランドに接続することが行われる。ブロック露光方式の電子ビーム露光装置などでは、グランドに接続された端子をウエハの表面に接触させている。
【００１１】
電子ビーム露光装置は、スループットが低いことが大きな問題であり、米国特許５８３１２７２号（日本特許第２９５１９４７号）は、そのような問題を解決する高スループットの電子ビーム近接露光装置を開示している。電子ビーム近接露光装置では後述するように、露光パターンと同一の開口パターンを有する露光マスクをウエハに非常に近接して配置する必要がある。そのため、電子ビーム近接露光装置では、上記のように端子をウエハの表面に接触させるのが難しい。そこで、図２に示すように、ウエハチャック３４内に、グランドに接続された針６１をウエハの裏面から押し当てる裏面導通機構を設け、ウエハ１００をウエハチャック３４の表面に固定した状態で針６１をウエハ１００の裏面に押し当て、針６１の先端がウエハ１００の裏面の絶縁層を破って内部に接触するようにしている。図示の機構では、ウエハチャック３４の表面に穴６４を設け、針６１を取り付けたネジ部材６２が駆動機構６３により回転して上下移動する機構を穴６４に設ける。実際にはウエハ１００を抑える機構なども設けられるが、ここでは図示を省略している。また、図示のような機構でなく、針の先端でウエハの裏面を引っ掻いて絶縁層を除去して内部に接触する機構や、外部からのアクチュエータにより駆動する機構などがある。
【００１２】
【特許文献１】
特許第２９５１９４７号（全体）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
電子ビーム露光装置は、コラムの各要素の状態が時間と共に変化する場合がある。そこで、所望の状態を維持するように、コラムの各要素を随時調整することが行われる。このような調整の中には、電子ビームを出射した状態で行うものもある。図１に示すように、コラムの下側には移動ステージが配置されており、電子ビームを出射すると電子ビームが移動ステージの一部、例えばウエハチャック３４の表面に照射されることになる。上記のように、ウエハチャック３４の表面に電子ビームを照射すると電荷（電子）がウエハチャック３４の表面に蓄積されるという問題を発生する。そこで、上記のような調整を行う場合には、保護用ウエハを載置したウエハチャック３４をコラムの下側に移動した状態で電子ビームを出射して調整を行うようにしている。
【００１４】
上記のような調整は、電子ビーム露光装置の稼動中に随時行う必要があり、その場合には、ウエハチャック３４をウエハ受け渡し位置に移動した上でウエハを回収し、その後保護用ウエハをウエハチャック３４上に載置し、ウエハチャック３４をコラムの下側に移動させる。そして調整が終了すると、再びウエハチャック３４をウエハ受け渡し位置に移動した上で保護用ウエハを回収し、その後露光するウエハをウエハチャック３４上に載置し、ウエハチャック３４をコラムの下側に移動させた後、露光を再開する。上記の動作において、回収されたウエハは一旦ロードチャンバ４２内に移動された後更にプリロードチャンバ４５に移動される。次に、保護用ウエハはプリロードチャンバ４５からロードチャンバ４２内に移動され、更にロードチャンバ４２からウエハチャック３４に載置される。保護用ウエハを回収して露光するウエハをウエハチャック３４に載置する場合も同様の動作が行われる。このように、保護用ウエハをウエハチャック３４に載置して回収するには、ロードチャンバ４２を何度も真空状態と大気圧状態の間で変化させる必要がある。ロードチャンバ４２内の状態を真空状態と大気圧状態の間で変化させるにはかなりの時間を要する。従って、保護用ウエハをウエハチャック３４に載置して調整を行うには長時間を要することになり、その分装置のスループットが低下するという問題を生じる。
【００１５】
また、電子ビーム露光装置では内部のクリーン度が重要であり、例えばウエハチャック３４の表面にパーティクルと呼ばれる小さなゴミが付着すると露光精度を低下させる。調整作業のためにウエハをプリロードチャンバに移動して保護用ウエハを真空チャンバ内に入れる場合、外部からパーティクルが真空チャンバ内に入る可能性が高くなるという問題がある。この問題は近接露光方式の場合には非常に重要である。
【００１６】
このような問題は、電子ビーム露光装置に限らず、絶縁性のステージ表面を有する装置において電子線を照射しながら調整を行う場合には発生する。
【００１７】
本発明は、保護用ウエハをウエハチャックに載置して調整を行う場合も、装置のスループットの低下が少ない電子線装置の実現を目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の電子線装置は、あらかじめ真空チャンバ内に保護用部材（保護用ウエハ）を保持する保持機構を設けておき、調整を行う時には真空チャンバ内で試料を退避させ、保護用部材を絶縁性部材（移動ステージ）に載置する。調整が終了すると、保護用部材を保持機構に戻し、退避させた試料を再び移動ステージに載置する。なお、試料を退避する必要がない場合には、保護用部材を直ちに移動ステージに載置する。
【００１９】
すなわち、本発明の電子線装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバに収容され、試料を載置して保持する絶縁性部材と、前記真空チャンバに付属して設けられ、前記試料の表面に電子ビームを照射する電子ビーム照射機構とを備える電子線装置であって、前記真空チャンバに収容され、前記絶縁性部材に載置する保護板を保持し、前記試料を載置していない状態の前記絶縁性部材に前記保護板を載置し、前記絶縁性部材に載置された前記保護板を回収して保持する保護板保持機構を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明の電子線装置は、真空チャンバ内に保護板を保持しているので、絶縁性部材に保護板を載置し、調整終了後保護板を回収する動作を短時間に行うことができる。
【００２１】
保護板は、保持の点からは試料と同じ形状であることが望ましいが、単に保護する役割を行うだけであるので、試料とまったく同じ必要はない。例えば、半導体ウエハの替わりに同じ形状の金属板を使用すれば保護板の接地が容易に行える。半導体ウエハを使用する場合には、表面は導電性であるが裏面は絶縁性であるから、絶縁性部材は載置された保護板の導電性の表面を接地する接地機構を備える必要がある。上記の近接露光方式の電子ビーム露光装置の場合には、接地機構は図２に示すような裏面導通機構で実現できる。
【００２２】
電子線装置には、絶縁性部材に保持されている試料を一時的に退避させるための試料退避機構を設けることが望ましい。
【００２３】
なお、電子ビーム近接露光装置では、ステージに保持された試料だけでなく、露光マスクをマスクステージに保持して搬送し、ステージ上のウエハに近接して配置する。上記のような調整を行う時、電子ビームをマスクを通してウエハに照射するのでは調整が行えない。そこで、調整時にはマスクを退避させるが、マスクがないためセラミックなどで作られた絶縁性のマスクステージに反射電子や２次電子が当たり電荷が蓄積されるという問題が生じる。そこで、電子ビームが通過する穴を有する保護マスクを真空チャンバ内に保持する保護マスク保持機構と、露光マスクを一時的に退避させるための試料退避機構を設けることが望ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図３は、本発明の実施例の近接露光方式の電子ビーム露光装置の構成を示す図である。図１の従来の電子ビーム露光装置とは、コラム２１内の構成が異なると共に、真空チャンバ３０に、保護板７５を保持する保護板保持機構７１，７２と、更に露光マスク２００を搬送する機構と、保護マスク９２を保持する保護マスク保持機構が設けられている点が異なる。従って、異なる部分につてのみ説明する。
【００２５】
米国特許５８３１２７２号に開示された電子ビーム近接露光装置は、露光するパターンと同一の開口パターンを有する露光マスク２００をウエハ２００に近接して配置し、露光マスク２００に電子ビームを照射して露光マスク２００のパターンを転写する方式であり、高スループットであると共に、コラムは単に電子ビームを露光マスクに照射するだけであるので、コラムの構成が非常に簡単で低コストであるという特徴を有する。
【００２６】
図１に示すように、実施例のコラム２１は、電子ビームを発生する電子ビーム源２２と、電子ビームを収束する収束レンズ２３と、整形用アパーチャ２４と、平行ビームにする照射レンズ２５と、２つの偏向器２６，２７で構成され、電子ビームを偏向した後再び光軸に平行なビームに戻す主偏向器と、２つの偏向器２６，２７で構成され、電子ビームの露光マスクへの入射角を調整するための副偏向器と、露光マスク２００が設けられている。露光マスク２００は交換する必要があり、露光マスク２００を保持して搬送するマスクステージ９１と、露光マスクを２００をマスクロードチャンバ９７とマスクステージ９１の間で搬送するマスク用ロボットアーム９５とが更に設けられている。真空チャンバ３０とマスクロードチャンバ９７の間には扉９６が設けられている。露光用マスクを交換する場合の動作は、ウエハと同じであるので説明は省略する。
【００２７】
また、他にも露光マスクとウエハ上のダイとの位置合わせ機構や反射電子及び２次電子を検出するセンサなどが設けられているがここでは図示を省略している。
【００２８】
図示のように、真空チャンバ３０内のウエハ受け渡し位置に移動したウエハチャック３４の上方には、保護板保持機構７０が設けられている。保護板保持機構７０は、静電吸着により保護板７３を保持する保持板７２と、保持板７２を上下方向に移動する保護板移動機構７１を有する。保持板７２を下方向に移動して静電吸着を解除することにより保護板７３をウエハチャック３４上に載置することができる。ウエハチャック３４上の保持板７２を回収するには、保持板７２を載置したウエハチャック３４をウエハ受け渡し位置に移動して静電吸着を解除する。そして、保持板７２を下方向に移動して保持板７２に接触させ、静電吸着により保持して上方に移動する。なお、保持板７２は、ばねなどにより静電吸着が解除されても保護板７３を保持するように構成され、保護板７３を離す時にはばねなどを解除した後静電吸着を解除することが望ましい。これにより、保護板７３を保持している間静電吸着を動作させる必要がないので省電力化が可能であると共に、電源が切れた場合でも保護板７３を保持し続けることが可能である。
【００２９】
また、ウエハチャック３４には、図２に示すような裏面導通機構が設けられている。
【００３０】
図示のように、真空チャンバ３０内のマスク受け渡し位置の下側には保護マスク保持機構９３が設けられている。保護マスク保持機構９３は、静電吸着により保護マスク９３を保持するマスク保持板と、マスク保持板を上下方向に移動する移動機構を有する。保持マスク９２を上方向に移動してマスクステージに保持した後保護マスク保持機構９３の静電吸着を解除することにより保護マスク９３をマスクステージ９１に固定することができる。保護マスク９３を回収する時には逆の動作を行う。
【００３１】
図４は、保護マスク９２の形状を示す図であり、（Ａ）は上面図を、（Ｂ）は断面図を示す。図４に示すように、保護マスク９２通常のマスクと同じ外形形状を有するが、パターンの部分に電子ビームが通過するのに十分な大きさの穴９４が設けられている。
【００３２】
コラムの調整を行う場合には、ウエハ１００を保持したウエハチャック３４をウエハ受け渡し位置に移動して静電吸着を解除し、ウエハ搬送機構５０がウエハ１００を保持して退避させる。次に、保持板７２を降下させてウエハチャック３４に保護板７３を載置し、ウエハチャック３４をコラムの下に移動する。この動作と並行して、露光用マスク２００をマスク受け渡し位置に移動してマスク用ロボットアーム９５に渡し、退避させる。次に、保護マスク９２を上昇させてマスクステージ９１に保持し、コラム２１の下側部分に移動させる。
【００３３】
この状態で調整を行う。調整は、電子ビームを保護マスク９２の穴９４を通過させて保護板７３に照射し、図示していないセンサで反射電子や２次電子を検出することにより行う。この調整では、例えば電子ビームの電流を検出したり、電子ビームの照射位置や傾きを調整する光軸調整などを行う。
【００３４】
調整が終了すると、ウエハチャック３４をウエハ受け渡し位置に移動して保持板７２が保護板７３を保持して上方に移動する。その後、ウエハ搬送機構５０が保持しているウエハ１００をウエハチャック３４に載置して露光位置に移動する。それと共に、保護マスク９２をマスク受け渡し位置に移動して保護マスク９２を保護マスク保持機構９３に渡し、マスク用ロボットアーム９５に保持されている露光用マスク２００をマスクステージに渡してコラムの下側に移動する。そして位置合わせなどが終了すると、露光動作を再開する。従って、調整動作のためにウエハチャック３４に保護板７３を載置する場合でも、ウエハ又は保護板８２をロードチャンバ４２に移動させる必要がなく、更に露光用マスク及び保護マスクをマスクロードチャンバ９７に移動させる必要がなく、動作時間を短くできる。
【００３５】
図５は、他の実施例の電子ビーム露光装置の上面図である。参照番号１０はコラムを示し、このコラムはブロック露光用でも近接露光用でもよい。参照番号３４は、ウエハ受け渡し位置に移動したウエハチャックを示す。この実施例では、保護板８３を載置して保持する台８１と、ウエハを一時的に保持する台８３が設けられている。ウエハ搬送機構５０は、ウエハ受け渡し位置に移動したウエハチャック３４と、ロードチャンバ４２内の台４３と、台８１，８３との間で、ウエハ又は保護板８２を搬送できる。保護板８３をウエハチャック３４に載置する場合には、ウエハ搬送機構５０によりウエハチャック３４上のウエハ１００を一時的に台８３に退避させた後、台８１から保護板８３をウエハチャック３４に載置する。調整が終了したら、保護板８３をウエハチャック３４から台８１に移動し、台８３に退避させたウエハ１００をウエハチャック３４に戻す。
【００３６】
なお、この実施例では、マスクについては示していないが、近接露光用であれば、マスク及び保護マスクについてもウエハ及び保護板と同様の機構を設ける。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、保護用ウエハをウエハチャックに載置して調整を行う場合も、保護用ウエハをウエハチャックに載置する動作及び回収する動作が短時間に行えるので、装置のスループットの低下が少ないという効果を奏する。
【００３８】
更に、調整を行なう場合、真空チャンバと外部との間でウエハや保護ウエハを移動させる必要がないので、パーティクルが真空チャンバ内に入る可能性も低くなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のブロック露光方式の電子ビーム露光装置の構成を示す図である。
【図２】近接露光方式の電子ビーム露光装置で使用する裏面導通機構を示す図である。
【図３】近接露光方式の電子ビーム露光装置に本発明を適用した実施例の装置の構成を示す図である。
【図４】実施例の電子ビーム露光装置で使用する保護マスクの形状を示す図である。
【図５】他の実施例の電子ビーム露光装置の上面図である。
【符号の説明】
２１…コラム
２２…電子ビーム源
３０…真空チャンバ
３０…真空チャンバ
７０…保護板保持機構
７２…保持板
７３…保護板
１００…ウエハ（試料）

Claims

真空チャンバと、
前記真空チャンバに収容され、試料を載置して保持する絶縁性部材と、
前記真空チャンバに付属して設けられ、前記試料の表面に電子ビームを照射する電子ビーム照射機構とを備える電子線装置であって、
前記真空チャンバに収容され、前記絶縁性部材に載置する保護板を保持し、前記試料を載置していない状態の前記絶縁性部材に前記保護板を載置し、前記絶縁性部材に載置された前記保護板を回収して保持する保護板保持機構を備えることを特徴とする電子線装置。
請求項１に記載の電子線装置であって、
前記保護板は、表面が導電性であり、
前記絶縁性部材は、載置された前記保護板の前記導電性の表面を接地する接地機構を備える電子線装置。
請求項２に記載の電子線装置であって、
前記保護板は、裏面が絶縁性で、表面及び内部が導電性の半導体ウエハであり、
前記接地機構は、接地された導電性の針を備え、前記半導体ウエハの裏面の絶縁性の膜を破るように突き当てる電子線装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載の電子線装置であって、
前記真空チャンバに、前記試料を一時的に退避させて保持する試料退避機構を備える電子線装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の電子線装置であって、
当該電子線装置は、前記試料の表面に近接して配置するマスクを保持するマスクステージを備える電子ビーム近接露光装置であり、
前記真空チャンバに収容され、前記マスクステージに載置する保護マスクを保持し、前記マスクを載置していない状態の前記マスクステージに前記保護マスクを載置し、前記マスクステージに載置された前記保護マスクを回収して保持する保護マスク保持機構を備える電子線装置。
請求項５に記載の電子線装置であって、
前記真空チャンバに、前記マスクを一時的に退避させて保持するマスク退避機構を備える電子線装置。
請求項５に記載の電子線装置であって、
前記保護マスクは、前記電子ビームが通過するのに十分な大きさの穴を中心部に有する電子線装置。