JP2014038928A - 試料保持具及びこれを用いた電子ビーム露光方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】共通の静電チャックを使用しつつ、さまざまな形状のウエハに対して精度よく電子ビーム露光を実施できる試料保持具及びこれを用いた電子ビーム露光方法を提供する。
【解決手段】静電チャック74と該静電チャック74の上面よりも小さな試料50との間に配置される試料保持具10であって、前記静電チャック74の上面と同じ大きさに形成された基板11と、前記基板11の上面であって前記試料50が載置される試料載置部と、前記基板11の上面の前記試料載置部以外の部分であって、導電材料13が露出している周縁部と、を備える試料保持具10を用いることで、周縁部のチャージアップを防ぐ。
【選択図】図4

Description

本発明は、試料と静電チャックとの間に配置して使用される試料保持具及びこれを用いた電子ビーム露光方法に関する。
電子ビーム露光装置では、露光対象となるウエハを静電チャックで静電吸着することで、ウエハの固定と平坦度の矯正を行っている。
ところが、静電チャックの上に静電チャックよりも小さな径のウエハを載せて露光を行うと、静電チャックの表面に露出した誘電体に電荷が溜まり、チャージアップが生じる。そして、このチャージアップによって生じた電界によって電子線が曲げられ、露光精度が低下するとう問題が生ずる。
そのため、従来の電子ビーム露光装置では露光対象となるウエハのサイズに合わせて静電チャックを作製することで、ウエハの周囲で誘電体が露出しないようにしている。
しかし、上記の方法では、異なるサイズの試料について露光を行いたい場合には、静電チャックを交換する必要があり、大掛かりな装置の改修が必要となってしまう。
そのため、従来の技術では、試作などで様々な形状の試料に対して電子ビーム露光を行いたいというニーズに容易に対応できないという問題がある。
特開2008−21686号公報 特開2004−140297号公報 特開2010−282825号公報
そこで、共通の静電チャックを使用しつつ、さまざまな形状のウエハに対して精度よく電子ビーム露光を実施できる試料保持具及びこれを用いた電子ビーム露光方法を提供することを目的とする。
下記開示の一観点によれば、静電チャックと該静電チャックの上面よりも小さな試料との間に配置される試料保持具であって、前記静電チャックの上面と同じ大きさに形成された基板と、前記基板の上面であって前記試料が載置される試料載置部と、前記基板の上面の前記試料載置部以外の部分であって、導電材料が露出している周縁部と、を備える試料保持具が提供される。
また、別の一観点によれば、静電チャックの上面と同じ大きさに形成された基板と、前記基板の上面であって試料が載置される試料載置部と、前記基板の上面の前記試料載置部以外の部分であって、導電材料が露出している周縁部と、を備える試料保持具を用いた電子ビーム露光方法であって、前記試料保持具に試料を載置する工程と、前記試料が載置された試料保持具を前記静電チャック上に配置し、静電チャックに電圧を印加して前記試料保持具を固定する工程と、前記静電チャック上に配置された前記試料に電子ビームを照射してパターンの描画を行う工程と、を有することを特徴とする電子ビーム露光方法が提供される。
上記観点によれば、試料保持具において、試料が載置される試料載置部の周縁部に導電材料が露出している。そのため、電子ビームを照射した際に発生した電荷を導電材料を介して外部に逃がすことができ、チャージアップを防止できる。これにより、静電チャックよりも小さな平面形状を有する試料に対して正確に電子ビームを用いた描画を行うことができる。
したがって、予め測定した試料の形状に応じた試料保持具を用意しておけば、電子ビーム露光装置の静電チャックを改修するなどの大掛かりな作業を行うことなく、様々な形状の試料に電子ビームを用いた露光を実施できる。
図1は、電子ビーム露光装置のブロック図である。 図2は、静電チャックよりも小さな試料に電子ビームを照射したときに生じる問題を示す模式図である。 図3(a)は、第1実施形態に係る試料保持具の平面図であり、図3(b)は第1実施形態に係る試料保持具の底面図である。 図4(a)は、第1実施形態に係る試料保持具の斜視図であり、図4(b)は図3(b)のAA部分の断面図である。 図5(a)〜図5(c)は、第1実施形態に係る試料保持具を用いた電子ビーム露光方法を示す図である。 図6(a)及び図6(b)は、第1実施形態の変形例に係る電子ビーム露光方法を示す図である。 図7(a)は、第2実施形態に係る試料保持具の断面図であり、図7(b)は図7(a)の試料保持具で使用される試料の断面図であり、図7(c)は、図7(a)に示す試料保持具による試料の固定方法を示す断面図である。 図8(a)は、第3実施形態に係る試料保持具の平面図であり、図8(b)は図8(a)のBB部分の断面図である。 図9(a)及び図9(b)は、第3実施形態に係る試料保持具を用いた電子ビーム露光方法を示す断面図である。
(第1実施形態)
図1は、電子ビーム露光装置のブロック図である。
図1に示すように、電子ビーム露光装置100は、電子ビーム生成部130と、マスク偏向部140と、基板偏向部150とを備えている。
電子ビーム生成部130では、電子銃101から放出された電子を第1電子レンズ102で収束させて、所定の電流密度の電子ビームEBとする。この電子ビームEBは、ビーム整形用マスク103の矩形アパーチャ103aを通過することで断面形状が矩形状に形成される。
その後、電子ビームEBは、マスク偏向部140の第2電子レンズ105の収束作用を受けた後、第1静電偏向器104及び第2静電偏向器106で偏向されて、露光マスク110の所定のパターンSiに結像される。露光マスク110の上下に配置された第3電磁レンズ108及び第4電子レンズ111は、電子ビームEBをウエハ上で結像させる役割を果たす。
電子ビームEBは、露光マスク110を通過することで断面形状がパターンSiの形状に整形される。
露光マスク110を通った電子ビームEBは、第3静電偏向器112及び第4静電偏向器113によって光軸Cに振り戻された後、第5電磁レンズ114によってそのサイズが縮小される。マスク偏向部140の静電偏向器104、106、112、113で発生する電子ビームEBの偏向収差は、第1補正コイル107及び第2補正コイル109によって補正される。
その後、電子ビームEBは、基板偏向部150の遮蔽板115のアパーチャ115aを通過し、副偏向器119及び主偏向器120によってウエハ50上の所定の位置に偏向される。第3補正コイル117及び第4補正コイル118では、これらの偏向器119、120によって生じる偏向収差の補正が行われる。また、第投影用電磁レンズ116及び第2投影用電磁レンズ121は、ウエハ50の表面に電子ビームEBを結像させる役割を果たす。
ステージ70は、後述する静電チャックによりウエハ50を固定し、不図示の駆動機構により、ウエハ50を所定の位置に移動させる。
図2は、静電チャックよりも小さな試料に電子ビームを照射したときに生じる問題を示す図である。
図2に示すように、静電チャック74は、セラミックなどの絶縁材料よりなるベース部71と、そのベース部材71の上面に形成された電極72と、ベース部材71及び電極72の上面を覆う誘電体層73とを備えている。誘電体層73の表面は平坦に形成されており、その誘電体層73の上に露光対象とするウエハ(試料)50が載置される。
そして、電極72に、例えば2kVといった所定の電圧を印加することで、誘電体層73を介してウエハ50に静電分極を起こさせ、ウエハ50と電極72に静電的な吸着力が作用することでウエハ50が固定される。
このような静電的な吸着力によってウエハ50の撓みが矯正され、ウエハ50の厚み方向の位置が均一化されて高精度な露光が可能となる。
ところが、図示のように、静電チャック74よりも小さなウエハ50を載置すると、ウエハ50の周囲に誘電体層73が露出する。電子ビームEBは、ウエハ50の表面の所定箇所に絞って照射されるが、その照射にともなって二次電子91が発生し、その二次電子91の一部が誘電体層73に吸着される。これにより、ウエハ50の周囲にチャージアップが発生し、電子ビームEBの照射位置の精度が低下するという問題が生じる。
そこで、本実施形態では以下に説明する試料保持具を介して静電チャック74の上にウエハ50を載置する。
図3(a)は、第1実施形態に係る試料保持具の平面図であり、図3(b)は第1実施形態に係る試料保持具の底面図である。また、図4(a)は、図3(a)、(b)に示す試料保持具の斜視図であり、図4(b)は図3(b)のAA部分の断面図である。
図4(a)に示すように、本実施形態に係る試料保持具10は、電子ビーム露光装置100の静電チャック74とほぼ同じ形状に形成された基板11を有している。基板11は、例えばアルミナセラミックなどの絶縁材料よりなる。
図4(b)の断面図に示すように、その基板11の上面のウエハ50が載置される試料載置部R1には、導電材料よりなる第1の電極12aが形成され、その第1の電極12aの上に誘電体材料よりなる誘電体板(絶縁部材)15が接着等の方法で固定されている。
第1の電極12aは、試料載置部R1よりも僅かに小さく形成されており、周縁部R2に形成された帯電防止膜13から分離されている。また、誘電体板15は、図4(a)に示すように、載置されるウエハ50とほぼ同じ形状に形成されている。誘電体板15としては、例えばサファイヤ基板等の誘電体材料を用いることができる。
図4(b)に示すように、基板11には、貫通穴11aが形成されており、第1の電極12aは貫通孔11aの内周面に形成された導体膜12bを介して基板11bの底面に形成された給電パッド12cと電気的に接続されている。
また、図3(a)及び図4(b)に示すように、基板11の上面の試料載置部R1の外側の周縁部R2及び基板11の側面は、帯電防止膜13で覆われている。この帯電防止膜13は、導電材料によって形成されてなり、第1の電極12aとは電気的に絶縁されている。
基板11の底面には、図3(b)及び図4(b)に示すように、第2の電極14が形成されている。この第2の電極14は、基板11の底面の大部分を覆っているが、帯電防止膜13及び給電パッド12cとは分離されている。これにより、第2の電極14は第1電極12a及び帯電防止膜13と電気的に絶縁されている。
なお、第1の電極12a、帯電防止膜13、給電パッド12c及び第2の電極14は、基板11の全面に例えば窒化チタン膜(TiN)等の導電材料の膜を形成した後、所定箇所をエッチング法などで除去することで形成できる。
さらに、図3(a)に示すように、基板11の試料載置部の周囲には、ウエハ50を位置決めするためのピン17及びレバー機構16を備えた位置決め機構が設けられている。レバー機構16は、軸16bを中心に矢印に示す方向に回転し、レバー16aの部分がバネによる付勢力によってウエハ50を押圧する。これにより、ウエハ50がピン17及びレバー機構16とにより抑え付けられてウエハ50が所定位置に位置決めされる。
以下、上記の試料保持具10の作用について、試料保持具10を用いた電子ビーム露光方法と共に説明する。
図5(a)〜図5(c)は、試料保持具10を用いた電子ビーム露光方法を示す図である。
まず、図5(a)に示すように、本実施形態に係る試料保持具10を、ウエハ配置用のステージ60の上に配置する。ステージ60には、試料保持具10の給電パッド12cに対応する部分に電極端子61が設けられており、電極端子61と給電パッド12cとが電気的に接続される。
次いで、試料保持具10の誘電体板15の上にウエハ50を配置する。そして、電極端子61及び給電パッド12cを介して試料保持具10の第1の電極12aに所定の電圧(例えば2kV)を印加する。
これにより、誘電体板15を介してウエハ50が静電分極し、第1の電極12aとウエハ50との間に静電的な吸着力が働く。これにより、ウエハ50が誘電体板15に押し付けられて厚み方向の撓みが矯正されるとともに、ウエハ50が試料保持具10の上に固定される。
その後、図5(b)に示すように、例えば搬送装置を用いて試料保持具10をステージ60から外す。このとき、試料保持具10の第1の電極12aに残留した電荷によって、ウエハ50に静電的な吸着力が作用し続ける。そのため、ウエハ50を試料保持具10上に安定して保持した状態で、試料保持具10を搬送することができる。
次に、図5(c)に示すように、試料保持具10を電子ビーム露光装置100のステージ13の静電チャック74の上に配置する。これにより、静電チャック74の誘電体層73の上方がウエハ50及び帯電防止膜13で覆われる。
次に、静電チャック74の電極72に所定の電圧を印加する。これにより、試料保持具10の第2の電極14と静電チャック74の電極72との間に静電的な吸着力が働き、試料保持具10の撓みが矯正される。ウエハ50は、第1の電極12に残留する電荷によってウエハに吸着されているため、試料保持具10の撓みの矯正によって、ウエハ50の平坦性がさらに向上する。
次いで、試料保持具10の周縁部13に形成された帯電防止膜13を接地する。
その後、ステージ13を駆動させてウエハ50を所定の位置に移動させた後、電子ビーム露光装置100により電子ビームを試料表面に照射してパターンの描画を行う。
本実施形態の電子ビーム露光方法によれば、静電チャック74の誘電体層73が試料保持具10の帯電防止膜13により覆われている。そのため、電子ビームの照射によって発生した二次電子を帯電防止膜13を介して外部に逃がすことができ、ウエハ50の周辺のチャージアップを防止できる。
そのため、本実施形態によれば、静電チャック74の改修などの大掛かりな作業を行うことなく、静電チャック74よりも小さなウエハ50に対して精度よく電子ビームを用いた露光を行うことができる。
なお、以下の変形例で説明するように、本実施形態の電子ビーム露光方法において、静電チャック74による試料保持具10の吸着と、試料保持具10によるウエハ50の吸着とを同時に行ってもよい。
(第1実施形態の変形例)
図6(a)、(b)は、第1実施形態の変形例に係る電子ビーム露光方法を示す図である。
本変形例では、まず図6(a)に示すように試料保持具10の誘電体板15の上にウエハ50を載置する。ここでは、第1の電極12aに電圧を印加せずにウエハ50を載置した試料保持具10を静電チャック75の上に搬送する。
次に、図6(b)に示すように、静電チャック75の上に試料保持具10を載置する。本変形例の静電チャック75では、試料保持具10の給電パッド12cに対応する部分に電極端子61が設けられており、電極端子61と給電パッド12cとが電気的に接触する。
次に、静電チャック75の電極72に例えば1.2kVの電圧を印加するとともに、電極端子61及び給電パッド12cとを介して試料保持具10の第1の電極12aに例えば0.8kVの電圧を印加する。
これにより、試料保持具10及びウエハ50の撓みが矯正されウエハ50の平坦性が向上する。
その後、試料保持具10の帯電防止膜13を接地した上で、ウエハ50の所定部位に電子ビームを照射して描画を行う。
以上の本変形例によっても、図5(a)〜図5(c)を参照しつつ説明した電子ビーム露光方法と同様な効果が得られる。
(第2実施形態)
図7(a)は、第2実施形態に係る試料保持具の断面図であり、図7(b)は第2実施形態で使用される試料の断面図であり、図7(c)は、図7(a)に示す試料保持具を用いて、図7(b)に示す試料を固定する方法を示す断面図である。
図7(a)に示すように、本実施形態の試料保持具20は、第1の電極12aの上に誘電体板15(図4(b)参照)が配置されていない点を除いて、図3(a)〜図4(b)に示す試料保持具10と同様である。なお、試料保持具20において、試料保持具10と同様の構成については同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
図7(b)に示すように、本実施形態では、誘電体板15の代わりに、ウエハ50の裏面側に誘電体膜51を形成する。この誘電体膜51は、例えばポリイミド等の樹脂をスピンコート法等でウエハ50の裏面に塗布して形成される。
上記のウエハ50は、図7(c)に示すように、誘電体膜51が形成された面を下にして試料保持具20の上に載置される。そして、給電パッド12cを介して第1の電極12aに所定の電圧を印加することで、誘電体膜51を介してウエハ50に静電分極を起こさせることで、ウエハ50を試料保持具20に吸着さされる。
その後、図5(b)及び図5(c)で説明した方法で、静電チャック74上に試料保持具20を吸着させることで、電子ビーム露光を行うことができる。
本実施形態によっても、静電チャック74の改修などの大掛かりな作業を行うことなく、静電チャック74よりも小さなウエハ50に対して精度よく電子ビームを用いた露光を行うことができる。
(第3実施形態)
図8(a)は、第3実施形態に係る試料保持具30の平面図であり、図8(a)のBB部分の断面図である。
本実施形態の試料保持具30は、図8(a)に示すように、基板31として例えばシリコン基板などの導電性を有する材料を用いる点で、図3〜図4を参照しつつ説明した試料保持具10と異なる。基板31は、使用する静電チャック74と同じ形状に形成されており、その周縁部には基板31が露出している。また、ウエハ50が載置される試料載置領域は、第2の絶縁膜34で覆われている。
周縁部に設けられたピン17及びレバー機構16については、図3(a)〜図4(b)を参照して説明した試料保持具10のピン17及びレバー機構16と同様である。
図8(b)に示すように、試料保持具30の基板31の上面の試料載置領域R1には、第1の誘電体膜32が形成されており、その第1の誘電体膜32の上に第1の電極33aが形成される。
第1の誘電体膜32は、載置されるウエハ50と同じ形状に形成されている。一方、また、第1の電極33は、第1の誘電体膜32及び第2の誘電体膜34よりも小さな径となっており、試料載置領域R1の側部から第1の電極33が露出しないように形成されている。
但し、第1の誘電体32及び第1の電極33の一部は、試料載置領域R1からはみ出した延在部32a、33aとなっている。この延在部33aにおいて第1の電極33が露出しており、外部の電極端子を第1の電極33に接続できるようになっている。
試料載置領域R1の第1の誘電体膜32及び第1の電極33の上は、第2の誘電体膜34で覆われている。この第2の誘電体膜34は、載置されるウエハ50と同じ形状に形成されている。
第1の誘電体膜32、第1の電極33及び第2の誘電体膜34は、例えば、所定形状に形成された樹脂フィルム又は金属箔を順次、基板31の上に貼着する方法で形成できる。なお、成膜プロセス及びマスクを用いたエッチングプロセスを繰り返して作製してもよい。
以下、本実施形態に係る試料保持具30を用いた電子ビーム露光方法について説明する。
図9(a)、(b)は、試料保持具30を用いた電子ビーム露光方法を示す断面図である。
まず、図9(a)に示すように、試料保持具30の上にウエハ50を載置する。次いで、延在部33aを介して第1の電極33に所定の電圧(例えば2kV)を印加してウエハ50を試料保持具30上に吸着して固定させる。これにより、ウエハ50の撓みが矯正される。
次いで、図9(b)に示すように、ウエハ50が固定された試料保持具30を静電チャック74上に配置し、静電チャック74の電極72に電圧を印加する。これにより、試料保持具30を静電チャック74上に吸着され、試料保持具30と共にウエハ50の撓みが矯正され平坦性がさらに向上する。
なお、静電チャック74の上面の誘電体層73は、シリコンよりなる基板31で覆われる。
その後、シリコン基板31を接地した後、ウエハ50の所定部位に電子ビームを照射して露光を行う。
本実施形態では、静電チャック74の表面の誘電体膜73が試料保持具30のシリコン基板31によって覆われている。これにより、電子ビームの照射によって発生した二次電子を、基板31を通じて外部に逃がすことができ、ウエハ50の周囲でのチャージアップの発生を防止できる。
そのため、精度よくウエハ50の露光を行うことができる。
なお、上記の説明では試料保持具30の基板31としてシリコンを用いる例を示したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、基板31としてシリコン以外の導電性を有する金属や半導体などを用いてもよい。
また、本実施形態において、電子ビーム露光の精度が低くてよく、ウエハ50の撓みの矯正を行う必要がない場合には、第1の誘電体膜32、第1の電極33及び第2の誘電体膜34を設けなくてもよい。この場合には、基板31の上に直接ウエハ50を載置するだけでもウエハ50周辺のチャージアップを防止できる。
10、20、30…試料保持具、11…基板、11a…貫通穴、12a、33…第1の電極、12b…導体膜、12c…給電パッド、13…帯電防止膜、14…第2の電極、15…誘電体板、16…レバー機構、17…ピン、31…シリコン基板、32…第1の誘電体膜、32a、33a…延在部、34…第2の誘電体膜、50…ウエハ、51…誘電体膜、60、70…ステージ、61…電極端子、71…ベース部材、72…電極、73…誘電体層、74、75…静電チャック、100…電子ビーム露光装置。

Claims (11)

  1. 静電チャックと該静電チャックの上面よりも小さな試料との間に配置される試料保持具であって、
    前記静電チャックの上面と同じ大きさに形成された基板と、
    前記基板の上面であって前記試料が載置される試料載置部と、
    前記基板の上面の前記試料載置部以外の部分であって、導電材料が露出している周縁部と、
    を備えることを特徴とする試料保持具。
  2. 前記試料載置部に、前記周縁部で露出している導電材料と電気的に絶縁された第1の電極を備えることを特徴とする請求項1に記載の試料保持具。
  3. 前記試料載置部に、前記第1の電極を覆う絶縁部材を備えることを特徴とする請求項2に記載の試料保持具。
  4. 前記試料は導体又は半導体よりなり、前記第1の電極は前記試料に静電分極を引き起こさせることで前記試料との間に静電的な吸着力を発生させることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の試料保持具。
  5. 前記基板は導電体又は半導体よりなり、前記第1の電極は前記基板の上に形成された絶縁膜の上に形成されていることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の試料保持具。
  6. 前記基板は絶縁材料よりなり、前記第1の電極は前記基板の上に形成されていることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1項に記載の試料保持具。
  7. 前記周縁部は導電材料よりなり、且つ前記第1の電極と分離して形成された帯電防止膜によって覆われていることを特徴とする請求項6に記載の試料保持具。
  8. 前記基板の下面に、前記第1の電極から電気的に絶縁された第2の電極を備えることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の試料保持具。
  9. 前記載置部の周囲に、前記試料を前記試料載置部上に位置決めする位置決め部材を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の試料保持具。
  10. 静電チャックの上面と同じ大きさに形成された基板と、前記基板の上面であって試料が載置される試料載置部と、前記基板の上面の前記試料載置部以外の部分であって、導電材料が露出している周縁部と、を備える試料保持具を用いた電子ビーム露光方法であって、
    前記試料保持具に試料を載置する工程と、
    前記試料が載置された試料保持具を静電チャック上に配置し、該静電チャックに電圧を印加して前記試料保持具を固定する工程と、
    前記静電チャック上に配置された前記試料に電子ビームを照射してパターンの描画を行う工程と、
    を有することを特徴とする電子ビーム露光方法。
  11. 前記試料保持具は、更に前記周縁部で露出している前記導電材料から電気的に絶縁された第1の電極を有し、
    前記試料保持具に試料を載置する工程の後に、
    前記第1の電極に電圧を印加して前記第1の電極と前記試料との間に静電的な吸着力を発生させる工程と、
    前記第1の電極と前記試料との間に残留した電荷による吸着状態を維持した状態で前記試料保持具を静電チャック上に搬送する工程と、
    を有することを特徴とする請求項10に記載の電子ビーム露光方法。
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