JP2004165252A

JP2004165252A - 電子ビーム露光装置

Info

Publication number: JP2004165252A
Application number: JP2002326639A
Authority: JP
Inventors: Yukisato Kawamura; 幸里川村
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2002-11-11
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】電子ビームを出射しながら調整を行う場合にも、装置内の部材に電荷を蓄積させず且つスループットの低下が小さい電子ビーム露光装置の実現。
【解決手段】真空チャンバ３０と、真空チャンバ３０に付属して設けられ、試料１００の表面に電子ビームのパターンを露光する電子コラム１０とを備える電子線装置であって、真空チャンバ３０と電子コラム１０の間の電子ビームの経路中に、接地された遮蔽板４２を移動させて電子ビームを遮断する電子ビーム遮断機構４１を備える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストを塗布した半導体ウエハなどの表面に電子ビームのパターンを露光する電子ビーム露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビーム露光装置では、レジストを塗布した半導体ウエハ（試料）をステージに保持して所定の位置に移動し、電子ビームを照射して所望のパターンを露光する。ステージは、静電チャックなどで半導体ウエハ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、絶縁性の部材に半導体ウエハ（試料）を保持した上で電子ビームのパターンを露光する電子ビーム露光装置であればどのような装置にも適用可能である。
【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な高精度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。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。また、米国特許５８３１２７２号（日本特許第２９５１９４７号）に開示された高スループットの電子ビーム近接露光装置では、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、ウエハチャック３４内に、グランドに接続された針をウエハの裏面から押し当てる裏面導通機構を設け、針の先端がウエハ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。
【００１１】
【特許文献１】
特許第２９５１９４７号（全体）
【００１２】
【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、電子ビームの強度（電流量）の調整など電子ビームを出射した状態で行う必要があるものもある。調整は露光中に以上を検出した場合にも行う必要があり、露光を中断して調整を行うことになる。図１に示すように、露光中には、コラムの下側にはウエハを載置したウエハチャック３４が配置されており、ウエハにパターン以外の電子ビームが露光されることになる。そこで、ウエハチャック３４上のウエハを露光されないように退避する必要がある。また、ウエハチャック３４を退避させた場合、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の周辺部や移動ステージの基板部分などに照射されることになる。電子ビームが照射される部分が絶縁性であると、上記のようにその表面に電荷が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。
【００１３】
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。
【００１４】
上記の構成において、ロードチャンバを２個設け、一方のロードチャンバに未露光のウエハを準備した上で内部を真空状態にし、他方のロードチャンバはウエハのない状態で真空状態にしておき、ウエハの露光が終了すると、露光済みウエハを他方のロードチャンバに移動し、次に一方のロードチャンバから未露光ウエハをウエハチャックに載置することにより、ウエハのロードに要する時間を短縮することが行われており、スループット向上のためには２個のロードチャンバを常時使用する必要がある。このような構成で、一方のロードチャンバに保護用ウエハを保持することも考えられるが、調整は異常状態が発生した時に随時行われるため調整の発生を予測してあらかじめ保護用ウエハを保持しておくことはできず、ウエハチャックに保護用ウエハを載置する時間を短縮することができない。また、ロードチャンバを３個以上設けて、１個を保護用ウエハの保持に使用することも考えられるが、その場合、装置が大きくなるという問題がある。
【００１５】
本発明は、電子ビームを出射しながら調整を行う場合にも、装置のスループットの低下が少なく、装置内の絶縁性部材への電荷の蓄積の問題が発生しない電子ビーム露光装置の実現を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するため、本発明の電子ビーム露光装置は、真空チャンバと電子コラムの間に移動可能な遮蔽版を設ける。
【００１７】
すなわち、本発明の電子ビーム露光装置は、真空チャンバと、前記真空チャンバに付属して設けられ、ステージに報じされた試料の表面に電子ビームのパターンを露光する電子コラムとを備える電子線装置であって、前記真空チャンバと前記電子コラムの間の前記電子ビームの経路中に、接地された遮蔽板を移動させて前記電子ビームを遮断する電子ビーム遮断機構を備えることを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、電子ビームを出射した状態で調整を行う時に、電子ビーム遮断機構の遮蔽板により真空チャンバと電子コラムの間を遮蔽するので、試料ステージを移動して保護部材を載置する必要がなく、しかも遮蔽動作は短時間に行えるのでスループットが低下しない。異常が発生した場合には、露光の途中でも遮蔽板を移動すれば電子ビームを出射した状態で調整を行うことが可能であり、調整が終了した時には遮蔽板を電子ビームの経路外に退避させた後露光を再開できる。
【００１９】
遮蔽板は、照射された電子ビームを吸収する導電性であることが望ましい。
【００２０】
電子ビームの反射電子又は２次電子を検出する電子ビーム検出器（センサ）は、遮蔽板に照射された電子ビームの反射電子又は２次電子を検出を検出できるように、遮蔽板に対して電子ビームの入射側、すなわち電子銃のある側に設ける。
【００２１】
更に、遮蔽板の上の電子ビームの入射側に、入射する電子ビームを直接検出するファラデーカップなどの電子ビーム検出器を設ける。この場合は、上記の電子ビーム検出器は設ける必要はないが、露光時に電子ビームを走査して試料（ウエハ）上の基準マークなどを検出するための電子ビーム検出器は設ける必要がある。
【００２２】
電子ビーム露光装置が試料の表面に近接して配置したマスクを備え、このマスクに電子ビームを照射してマスクの開口を通過した電子ビームで試料を露光する電子ビーム近接露光装置である場合には、電子ビーム遮断機構は、マスクに対する電子ビームの入射側の所定位置、すなわちマスクより電子銃に近い側に遮蔽板を移動させて電子ビームを遮断するように構成する。上記のようにマスクと試料は近接しており、その間に遮蔽版を配置するのは事実上不可能であり、更にマスクの開口を通過した電子ビームを遮蔽版に照射しても、その反射電子などを検出することはできない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の第１実施例の電子ビーム露光装置の構成を示す図である。第１実施例の電子ビーム露光装置は、図１の従来のブロック露光方式の電子ビーム露光装置に本発明を適用したものであり、図１の左側のコラムの部分のみを示し、右側のロードチャンバとのインターフェースの部分は図示していないが、その部分は従来例と同様の構成を有する。
【００２４】
図２と図１を比較して明らかなように、第１実施例の電子ビーム露光装置は、コラム１０の下側の真空チャンバ３０との間に導電性の遮蔽板４２を移動させる遮蔽板移動機構４１を有する点が、従来の電子ビーム露光装置と異なる。
【００２５】
図示のように、遮蔽板移動機構４１は、調整のために電子ビームを出射する時には、遮蔽板４２を実線で示す位置、すなわちコラム１０の真空チャンバ３０との接続部分に移動して、電子ビームが真空チャンバ３０内のウエハ１００、ウエハチャック３４及びステージ３１の他の部分に照射されないように遮蔽する。通常の露光時には、遮蔽板移動機構４１は、遮蔽板４２を破線で示す位置、すなわち遮蔽板４２が電子ビームを遮断しない位置に退避させる。更に、第１実施例の電子ビーム露光装置では、反射電子又は２次電子を検出するセンサ３５は、遮蔽板４２の上側、すなわち電子銃１１がある側に設けられており、遮蔽板４２に入射した電子ビームの反射電子又は２次電子が検出できるようになっている。
【００２６】
定期的にコラム１０の状態を検査したり、露光中にコラムの各要素の駆動信号を監視して異常が発生したことを検出した場合などには、遮蔽板４２を電子ビームの経路中に移動する。そして、電子ビームを出射して遮蔽板４２の表面に電子ビームを照射し、センサ３５でその反射電子や２次電子を検出する。これにより、電子ビームの強度などが測定できる。遮蔽板４２は導電性で接地されており、遮蔽板４２に入射した電子ビームは反射電子や２次電子を除く大部分が電流となってグランドに流れる。なお、遮蔽板４２の表面の所定位置に異なる金属などで作られた１個以上の基準マークを設け、基準マークの付近を電子ビームで走査した時のセンサ３５の出力の変化から、基準マークの位置を検出できるようにし、これを利用して電子ビームの照射位置や傾きを調整するコラム軸調整などを行うようにしてもよい。調整や測定が終了すると遮蔽板４２を電子ビームの経路外に退避させ、露光を再開する。
【００２７】
図３は、本発明の第２実施例の電子ビーム露光装置の構成を示す図である。第２実施例の電子ビーム露光装置は、米国特許５８３１２７２号（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に本発明を適用したものであり、第１実施例と同様に、図１の左側のコラムの部分のみを示し、右側のロードチャンバとのインターフェースの部分は図示していないが、その部分は従来例と同様の構成を有する。
【００２８】
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１００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。
【００２９】
図３に示すように、第２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を有する。他に、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を構成する２つの偏向器２６，２７などが設けられているがここでは図示を省略してある。コラム２１の下部の真空チャンバ３０との接続部分には、マスク２００がウエハ１００に近接して配置される。露光マスク２００は露光パターンに応じて交換する必要があり、真空チャンバには露光マスク２００を保持して搬送するマスクステージ７０が設けられている。更に、真空チャンバ３０と扉５２で隔てられたマスクロードチャンバ５１に保持されたマスクを、マスク用ロボットアーム６０が設けられており、マスクを参照番号２００’で示す位置に搬送してマスクステージ７０に渡す。マスクステージ７０からますク２００を回収する場合には逆の動作を行う。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。
【００３０】
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などが設けられているがここでは図示を省略している。
【００３１】
第２実施例の電子ビーム露光装置では、更にマスク２００の上側、すなわち電子銃２２に近い側に遮蔽板４２を移動させる遮蔽板移動機構４１が設けられており、遮蔽板４２の上には直接電子ビームが入射するように配置されたファラデーカップなどの電子ビーム検出器４３が設けられている。
【００３２】
遮蔽板移動機構４１は、調整のために電子ビームを出射する時には、遮蔽板４２を実線で示す位置、すなわちマスク２００の上側の部分に移動して、電子ビームがマスク２００及び真空チャンバ３０内のウエハ１００、ウエハチャック３４及びステージ３１の他の部分に照射されないように遮蔽する。通常の露光時には、遮蔽板移動機構４１は、遮蔽板４２を破線で示す位置、すなわち遮蔽板４２が電子ビームを遮断しない位置に退避させる。
【００３３】
コラム１０の状態を検査したり、露光中にコラムの各要素の駆動信号を監視して異常が発生したことを検出した場合などには、遮蔽板４２を電子ビームの経路中に移動する。そして、電子ビームを出射して遮蔽板４２の表面の電子ビーム検出器４３に電子ビームを入射させ、電子ビーム検出器４３で電子ビームの強度や位置などを測定し、電子ビームの照射位置や傾きを調整するコラム軸調整などを行う。調整や測定が終了すると遮蔽板４２を電子ビームの経路外に退避させ、露光を再開する。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電子ビームを出射しながら調整を行う場合にも、装置内の絶縁性部材への電荷の蓄積の問題を発生させず、且つ装置のスループットを低下させることなく調整や検査が行える電子ビーム露光装置が実現できる。
【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】本発明をブロック露光方式の電子ビーム露光装置に適用した第１実施例の電子ビーム露光装置の構成を示す図である。
【図３】本発明を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電子ビーム露光装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０，２１…コラム
１１，２２…電子ビーム源
３０…真空チャンバ
３５…反射電子及び２次電子用センサ
４１…遮蔽板移動機構
４２…遮蔽板
４３…電子ビーム検出器（ファラデーカップ）
１００…ウエハ（試料）
２００…マスク

Claims

真空チャンバと、
前記真空チャンバに付属して設けられ、ステージに保持された試料の表面に電子ビームのパターンを露光する電子コラムとを備える電子ビーム露光装置であって、
前記真空チャンバと前記電子コラムの間の前記電子ビームの経路中に、接地された遮蔽板を移動させて前記電子ビームを遮断する電子ビーム遮断機構を備えることを特徴とする電子ビーム露光装置。
請求項１に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記遮蔽板に照射された前記電子ビームの反射電子又は２次電子を検出する電子ビーム検出器を備える電子ビーム露光装置。
請求項１に記載の電子ビーム露光装置であって、
前記遮蔽板の前記電子ビームの入射側に、入射する前記電子ビームを直接検出する電子ビーム検出器を備える電子ビーム露光装置。
請求項１に記載の電子ビーム露光装置であって、
当該電子ビーム露光装置は、前記試料の表面に近接して配置したマスクを備え、該マスクに前記電子ビームを照射して前記マスクの開口を通過した電子ビームで前記試料を露光する電子ビーム近接露光装置であり、
前記電子ビーム遮断機構は、前記マスクに対する前記電子ビームの入射側の所定位置に前記遮蔽板を移動させて前記電子ビームを遮断する電子ビーム露光装置。