JP2016100414A - Retainer, vacuum device, lithographic apparatus, and manufacturing method of article - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、保持装置、真空装置、リソグラフィ装置、及び物品の製造方法に関する。 The present invention relates to a holding device, a vacuum device, a lithographic apparatus, and an article manufacturing method.
ウエハ(基板)を保持するための保持装置において、ウエハの熱膨張を抑制するためにウエハとそれを固定する静電チャックとの間隙に伝熱ガスを供給する技術が特許文献1に開示されている。特許文献1では、伝熱ガスがチャック空間から極力漏れないようにするため、真空チャンバの外側からチャック空間を排気する構成が記載されている。この構成では、真空チャンバ内にガス供給用配管の他にガス排気用配管が必要となる。静電チャックはステージ上に搭載され、高速に駆動されるため、静電チャックに接続されるガス配管もまたステージとともに引きまわされる。ステージの駆動精度や配管からの発塵の観点から、ガス配管は少ない方が望ましい。 In a holding device for holding a wafer (substrate), Patent Document 1 discloses a technique for supplying a heat transfer gas to a gap between a wafer and an electrostatic chuck for fixing the wafer in order to suppress thermal expansion of the wafer. Yes. Patent Document 1 describes a configuration in which the chuck space is exhausted from the outside of the vacuum chamber in order to prevent heat transfer gas from leaking from the chuck space as much as possible. In this configuration, a gas exhaust pipe is required in addition to the gas supply pipe in the vacuum chamber. Since the electrostatic chuck is mounted on the stage and driven at high speed, the gas piping connected to the electrostatic chuck is also drawn together with the stage. From the viewpoint of stage drive accuracy and dust generation from the piping, fewer gas piping is desirable.
特許文献2では、チャック空間から伝熱ガスを排気する構成を簡略化すること、またウエハ面内の温度分布を均一にすることを目的に、伝熱ガスをウエハとチャックの隙間から放出する構成が開示されている。ウエハ裏面でパーティクルが発生しチャック面にパーティクルが堆積する問題が知られているところ、この構成では上記隙間からガスが放出されるため、パーティクルを飛散させる可能性がある。 In Patent Document 2, a configuration in which heat transfer gas is discharged from a gap between a wafer and a chuck for the purpose of simplifying the configuration for exhausting the heat transfer gas from the chuck space and making the temperature distribution in the wafer surface uniform. Is disclosed. There is a known problem that particles are generated on the back surface of the wafer and particles are accumulated on the chuck surface. However, in this configuration, gas is released from the gap, and thus the particles may be scattered.
チャック空間の伝熱ガスを真空チャンバの外にあるポンプから排気する場合、真空チャンバ内の配管を通して排気されるため、排気コンダクタンスが制限される。特に、配管径が細く経路が長い場合には、排気に長い時間を要するため、チャック(の溝)及び配管の内にガスを残した状態でウエハが取り外されうる。この場合、チャック及び配管の内の残留ガスがチャック内に堆積(存在)しているパーティクルとともに放出され、そのパーティクルがチャックのシール面やウエハ等に付着しうるという課題がある。 When the heat transfer gas in the chuck space is exhausted from a pump outside the vacuum chamber, the exhaust conductance is limited because it is exhausted through piping in the vacuum chamber. In particular, when the pipe diameter is small and the path is long, it takes a long time to exhaust, so the wafer can be removed with the gas remaining in the chuck (groove) and the pipe. In this case, there is a problem that residual gas in the chuck and the piping is released together with particles accumulated (existing) in the chuck, and the particles can adhere to the seal surface of the chuck, the wafer, and the like.
本発明は、基板が固定されたチャックの溝の排気に有利な保持装置を提供することを例示的目的とする。 An object of the present invention is to provide a holding device advantageous for exhausting a groove of a chuck to which a substrate is fixed.
本発明の一側面によれば、真空空間内で基板を保持する保持装置であって、前記基板の保持により封止される溝が形成されたチャックと、前記溝に気体を供給するための供給流路と、前記供給流路に接続され、前記溝を介さずに気体を前記真空空間内に排出するための排出流路と、前記排出流路を開閉する弁とを含むことを特徴とする保持装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided a holding device for holding a substrate in a vacuum space, a chuck formed with a groove sealed by holding the substrate, and a supply for supplying gas to the groove It includes a flow path, a discharge flow path connected to the supply flow path for discharging gas into the vacuum space without passing through the groove, and a valve for opening and closing the discharge flow path. A holding device is provided.
本発明によれば、例えば、基板が固定されたチャックの溝の排気に有利な保持装置が提供される。 According to the present invention, for example, a holding device that is advantageous for exhausting a groove of a chuck to which a substrate is fixed is provided.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment, It shows only the specific example advantageous for implementation of this invention. Moreover, not all combinations of features described in the following embodiments are indispensable for solving the problems of the present invention.
<第1実施形態>
以下の実施形態では、パターン形成を荷電粒子線で基板(ウエハ)に行うリソグラフィ装置の一例である荷電粒子線描画装置について説明する。ただし本発明は、エッチング装置などのプロセス装置等にも適用可能であり、真空容器に収容されたチャックとそのチャックにガスを供給する機構とを備えた真空装置あるいはそれを含む装置に広く適用できるものである。
<First Embodiment>
In the following embodiments, a charged particle beam drawing apparatus that is an example of a lithography apparatus that performs pattern formation on a substrate (wafer) with a charged particle beam will be described. However, the present invention can also be applied to a process apparatus such as an etching apparatus, and can be widely applied to a vacuum apparatus including a chuck accommodated in a vacuum vessel and a mechanism for supplying a gas to the chuck, or an apparatus including the same. Is.
図1は、真空空間内で基板を保持する保持装置を有する荷電粒子線描画装置の構成を示す図である。図1において、荷電粒子線描画装置1は、真空チャンバ100を有する。真空チャンバ100の内部は、真空ポンプ101によって排気され、平常時には1e-4Pa程度の真空度に保たれる。カラム102は、不図示の電子源及び電子光学系を含む。カラム102から電子ビームが出射され、ウエハ103上にパターンが描画される。ウエハ103は、静電チャック104のチャック面(上面)に、静電チャック内部に埋設された電極によって生じる静電力によって吸着され、保持される。なお、本発明の保持装置は静電チャックに限定されない。保持装置は例えば、ツメやリング等を用いてウエハの外周部を機械的に保持するものであってもよい。すなわち、本発明の保持装置は、電磁気的力及び機械的力のうち少なくとも一方により基板を保持するものであればよい。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a charged particle beam drawing apparatus having a holding device for holding a substrate in a vacuum space. In FIG. 1, the charged particle beam drawing apparatus 1 has a
ウエハ103の裏面と静電チャック104との間の空間には、真空チャンバ100の外側に配置され、伝熱ガスの吸排気を制御するガス制御部105から、ガス配管106を介して伝熱ガスが供給される。伝熱ガスは、ウエハ103の裏面と静電チャック104との間の熱抵抗を低減することで、電子ビーム照射によるウエハ103への入熱を静電チャック104に伝達し、ウエハ103の温度上昇を小さくする。伝熱ガスとしては、熱伝達率の大きい気体、例えば、水素やヘリウムなどを用いることができる。水素は熱伝達率が高いことで優れる。ヘリウムは不活性ガスであることから装置内のコンタミネーションへの影響が少ないことで優れる。
A space between the back surface of the
ガス制御部105は、伝熱ガスの供給、制御、排気を行う。ウエハ103の裏面と静電チャック104との間の空間は、ウエハの熱応力変形を抑制するために必要な熱伝達率から、例えば2e3Paを保つようにガス制御部105で制御される。
The
ウエハ103を保持する静電チャック104は、ステージ108の天板107上に保持される。静電チャック104はステージ108によって真空チャンバ100内を高速で移動するため、ガス配管106は静電チャック104とともに移動し、引き廻される。ステージ108の駆動精度を低下させないため、ケーブルからステージにかかる力は小さいほうが望ましく、ガス配管の本数は少ない方が望ましい。本実施形態において、ガス配管106は、例えば内径5mm、全長10mの1本のフッ素系樹脂チューブで構成されうる。
The
ガス排気系109は、静電チャック104内の残留ガスを排気する。ガス排気系109は、排出ガス量を少なくするために、排出ガス経路を短くすることで排気コンダクタンスを大きくできるよう、可能な限り静電チャック104に近い位置に配置される。本実施形態では、ガス排気系109は静電チャック104とともに天板107上に配置される。
The
ウエハ103は、搬送ロボット110によってロードロック室111から真空チャンバ100内に移送され、静電チャック104上に載置される。チャック面に吸着保持された後、不図示の導通ピンによって帯電を防ぐことを目的に裏面の絶縁膜が破壊されて接地される。その後、ウエハ103の裏面と静電チャック104との間隙に、ガス制御部105からガス配管106を介して伝熱ガスが供給される。供給されたガスがチャック内で所定の圧力に達した後、電子ビーム照射によりウエハ103上にパターンが描画される。電子ビームによる描画が終了した後、ウエハ103と静電チャック104との間隙に封入された伝熱ガスはガス排気系109を通して排気される。伝熱ガスの排気後、ウエハ103は不図示のリフトピンによってチャック面から取り外され、搬送ロボット110によって真空チャンバ100からロードロック室111に移送される。
The
以下、図2を用いて本実施形態における静電チャック104とガス排気系109の構成を詳細に説明する。静電チャック104にはウエハ103との摩擦や、ウエハ裏面接地のための絶縁膜の破壊などにより発生したパーティクル200が堆積しうる。チャック面はパーティクル200の挟み込みを少なくするために複数のピン201でウエハ103を支持する構造となっている。また、チャック面には、伝熱ガスが通るウエハ103と静電チャック104との間隙にガス流路220が形成される。このガス流路220は、基板の保持により封止される溝として形成されている。伝熱ガスをウエハ103と静電チャック104との間に封入するため、チャック外周部はピン201と同じ高さのシール面202となっている。
Hereinafter, the configuration of the
静電チャック104の内部には、ガス流路220にガスを供給するための供給流路203が形成されている。供給流路203は、ガス配管106とフィードスルー204を通して真空チャンバ100の外部と繋がっている。
A
静電チャック104とフィードスルー204との間の経路にはメイン弁205が設けられる。また、メイン弁205と静電チャック104との間には供給流路203に接続され、ガス流路220を介さずに伝熱ガスを真空チャンバ内に排出するための排出流路206が設けられる。排出流路206には、その流路における伝熱ガスの流通を遮断可能なリーク弁207が設けられる。図1で示したガス排気系109は、メイン弁205、排出流路206、リーク弁207によって構成される。
A
真空チャンバ100の外部では、フィードスルー204を介して三方弁208、流量制御部209、排気用ポンプ210、ガスボンベ211が接続されている。これらによって、伝熱ガスの供給、制御、排気を行うガス制御部105が構成される。チャック面に伝熱ガスを供給するガス供給系は、伝熱ガス流路203、ガス配管106、フィードスルー204、三方弁208、流量制御部209、ガスボンベ211によって構成される。
Outside the
制御部250は、荷電粒子線描画装置1の各部の動作を統括的に制御する。ウエハ103が静電チャック104に吸着され、ウエハ裏面とチャック面との間に伝熱ガスが供給されているとき、メイン弁205は開放され、リーク弁207は閉鎖される。三方弁208は流量制御部209側が開けられ、排気用ポンプ210側は閉じられている。伝熱ガスはガスボンベ211から供給され、流量制御部209によってチャック内空間の圧力を例えば2e3Paに保つように制御される。
The control unit 250 comprehensively controls the operation of each unit of the charged particle beam drawing apparatus 1. When the
電子線による描画が終了し、ウエハ103を静電チャック104から取り外す際、三方弁208によって流量制御部209側を閉じ、排気用ポンプ210側を開け、ガス配管106及び静電チャック内の伝熱ガスを排気する。この際、ガス配管106は排気コンダクタンスが小さく、また、装置スループットの制限から排気にかけられる時間が限られる。そのため、ウエハ103と静電チャック104との間の空間を排気用ポンプ210で真空チャンバ内空間と同程度の圧力まで排気することは困難である。ガス配管106、伝熱ガス流路203、及びウエハ103−静電チャック104間における空間に伝熱ガスが残留した状態でウエハ103を取り外すと、パーティクルの問題が生じうる。具体的にはこのとき、ウエハ裏面と静電チャックとの間の空間に堆積したパーティクル200がチャック面の隙間から残留ガスとともに放出され、シール面202及びウエハ103の表面に付着する可能性がある。
When drawing by the electron beam is completed and the
そこで、本実施形態では、チャック面からの残留ガスの放出を避けるため、チャック内を10Pa程度まで粗引きした後にメイン弁205を閉じ、リーク弁207を開く。残留ガスは排出流路206を通って大きな真空バッファである真空チャンバ100内に排気される。真空チャンバ100の外から排気用ポンプ210で排気するよりもコンダクタンスが大きく、排出される残留ガスの量はメイン弁205より静電チャック104側の空間に限られるため、比較的短時間で真空チャンバ内と同圧になるまで排気することができる。
Therefore, in this embodiment, in order to avoid the release of residual gas from the chuck surface, the
ここで、本実施形態の条件を、例えば、配管容積2E-4m3、残留ガス圧力10Pa、真空チャンバ容積5m3、真空チャンバ平常時圧力1E-4Pa)と仮定する。この条件において、残留ガスを一気に真空チャンバ100に放出すると、真空チャンバの圧力が一時的に5倍程度まで上昇する。残留ガスを徐々に放出(スローリーク)することで、真空チャンバの到達圧力を抑制することができる。真空チャンバの実効排気速度を2m3/sとし、チャンバからのアウトガスを無視した条件では、2秒間かけて残留ガスを放出した場合に、真空チャンバの圧力上昇を平常時の2倍程度までに抑制できる。スローリークはリーク弁207によって放出ガス流量を調整してもよいし、排出流路206に別途フィルタを設けてもよい。
Here, the conditions of the present embodiment are assumed to be, for example, a piping volume 2E −4 m 3 , a residual gas pressure 10 Pa, a vacuum chamber volume 5 m 3 , and a vacuum chamber normal pressure 1E −4 Pa). Under this condition, when the residual gas is discharged into the
チャック面から残留ガスを放出しないため、チャック内パーティクルの大半の放出を抑制することができるが、排出流路206からも少量のパーティクルが放出される可能性がある。そこで、排出流路206にチャック内部に堆積したパーティクルを真空チャンバ100内に放出しないために除塵フィルタ212を排出流路206に取り付けてもよい。除塵フィルタ212は、一般的に半導体製造装置で使用される微粒子除去フィルタであってよく、繊維状の金属やポリマー、多孔質セラミックによってガスを透過させながらパーティクルを補足する。
Since the residual gas is not released from the chuck surface, the release of most of the particles in the chuck can be suppressed, but a small amount of particles may also be released from the
本実施形態では、ガス排気系109としてメイン弁205とリーク弁207の2つの弁を用いたが、これらの代わりに、ガス配管106と排出流路206の交点に三方弁を用いてもよい。
In the present embodiment, the
<第2実施形態>
次に、第2実施形態を説明する。ここでは、第1実施形態との差異について述べる。リーク弁207は、例えば、非通電時は開放し通電時に閉鎖するノーマリーオープン型(常開型)の弁である。ウエハ103と静電チャック104との間隙に伝熱ガスが封入されているとき、間隙での圧力と真空チャンバ内の圧力はそれぞれ、2e3Paと1e-4Paであり、ウエハの表側と裏側に圧力差が生じている。この状態で装置が停電した場合、静電チャックは吸着力を失い、リーク弁207が閉じていると、ウエハの表側と裏側の圧力差が解消されないため、ウエハの落下や破損などが生じる可能性がある。またこのときリーク弁207が閉じていることによって、封入されていた伝熱ガスはチャック面から放出される。伝熱ガスの放出とともにチャック内パーティクルは外部へ拡散されてしまう。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described. Here, differences from the first embodiment will be described. The
そこで、リーク弁207を常開型の弁とすることにより、停電時に静電チャック104が吸着力を失っても、チャック内の伝熱ガスはリーク弁207から放出されるため、パーティクルの拡散やウエハの落下を防ぐことができる。
Therefore, by making the leak valve 207 a normally open type valve, even if the
<第3実施形態>
次に、第3実施形態を、図3を用いて説明する。ここでは第1実施形態との差異について述べる。本実施形態の静電チャックの内部には、以下のガスの流通経路が形成される。供給流路301は、ウエハ裏面と静電チャックとの間隙に伝熱ガスを供給するための流路である。排出流路302は、その間隙から伝熱ガスを放出するための流路である。ガス流路303は、供給流路301及び排出流路302をウエハ裏面と静電チャックとの間隙に繋ぐ流路である。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. Here, differences from the first embodiment will be described. The following gas flow paths are formed inside the electrostatic chuck of the present embodiment. The
また、静電チャックの内部には、ガス流路303の接続先を供給流路301及び排出流路302との間で選択的に切り替える切替弁320が設けられる。切替弁320は、円筒状弁箱304の内壁に取り付けられたシール部材305を有し、串型の弁体306を軸方向に駆動することで流路を切り替えるスプール式弁である。本実施形態における荷電粒子線描画装置1は、静電チャック104からウエハ103を搬出させるための昇降部としてのリフトピン307を有する。リフトピン307は支持部材308によって支持され、アクチュエータ309が駆動することでリフトピン307の昇降動作が行われる。本実施形態では、切替弁320の弁体306も、リフトピン307と共通の支持部材308によって支持される。したがって、切替弁320は、リフトピン307の昇降動作と連動して供給流路301及び排出流路302におけるガスの流通を制御する。チャック面ではリフトピン307の周りにリング状のリフトピンシール面310が備えられ、リフトピン空間とチャック−ウエハ間の間隙の空間とを分離している。
In addition, a switching
ウエハの裏面と静電チャックとの間隙に伝熱ガスが供給されているとき、図3(A)に示すように、リフトピン307は支持部材308とともにチャック内部に沈降している。弁体306は供給流路301をウエハの裏面と静電チャックとの間隙に繋ぎ、排出流路302を閉じる位置に保持されている。
When the heat transfer gas is supplied to the gap between the back surface of the wafer and the electrostatic chuck, the lift pins 307 are settled inside the chuck together with the
リフトピン307によってチャックからウエハが持ち上げられるとき、図3(B)に示すように、弁体306はリフトピン307とともに上昇し、供給流路301を閉じると同時に、排出流路302をチャック間隙に繋ぐ。この際、リフトピン307によるウエハ脱離よりも先に弁によって伝熱ガスの流通経路が切り替えられ、間隙に封入された伝熱ガスは排出流路302から真空チャンバ内に排出される。
When the wafer is lifted from the chuck by the lift pins 307, as shown in FIG. 3B, the
このように、ウエハの保持によりチャックの溝が封止されている状態で供給流路301から気体が溝に供給されるように弁が閉じる。また、チャックからウエハが解放される前に、排出流路302を介して真空チャンバ内に溝から気体が排出されるように弁が開く。以上のような構成とすることで、個別にアクチュエータを有する真空弁を使用することなく、リフトピン307を駆動するための1個のアクチュエータ309を用いて、伝熱ガス流路の切り替えを行うことが可能となる。また、上記構成によれば、リフトピン307と弁体306とが一体となって駆動される。これにより、弁開閉動作とリフトピン駆動の同期エラー、すなわち、ウエハが持ち上げられた状態で伝熱ガスが供給されたり伝熱ガス放出前にウエハ持ち上げ動作が行われるような誤動作、を防ぐことができる。
Thus, the valve is closed so that the gas is supplied from the
<物品の製造方法の実施形態>
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、上記のリソグラフィ装置(露光装置やインプリント装置、描画装置など)を用いて基板に原版のパターンを転写する工程と、かかる工程でパターンが転写された基板を加工する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程(酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等)を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも1つにおいて有利である。
<Embodiment of Method for Manufacturing Article>
The method for manufacturing an article according to an embodiment of the present invention is suitable for manufacturing an article such as a microdevice such as a semiconductor device or an element having a fine structure. The article manufacturing method of the present embodiment includes a step of transferring an original pattern onto a substrate using the above-described lithography apparatus (exposure apparatus, imprint apparatus, drawing apparatus, etc.), and a substrate on which the pattern is transferred in such a process. Process. Further, the manufacturing method includes other well-known steps (oxidation, film formation, vapor deposition, doping, planarization, etching, resist stripping, dicing, bonding, packaging, and the like). The method for manufacturing an article according to the present embodiment is advantageous in at least one of the performance, quality, productivity, and production cost of the article as compared with the conventional method.
100:真空チャンバ、103:ウエハ、104:静電チャック、105:ガス制御部、106:ガス配管、205:メイン弁、206:排出流路、207:リーク弁 100: vacuum chamber, 103: wafer, 104: electrostatic chuck, 105: gas control unit, 106: gas piping, 205: main valve, 206: discharge flow path, 207: leak valve
Claims (12)
前記基板の保持により封止される溝が形成されたチャックと、
前記溝に気体を供給するための供給流路と、
前記供給流路に接続され、前記溝を介さずに気体を前記真空空間内に排出するための排出流路と、
前記排出流路を開閉する弁と、
を含むことを特徴とする保持装置。 A holding device for holding a substrate in a vacuum space,
A chuck formed with a groove to be sealed by holding the substrate;
A supply flow path for supplying gas to the groove;
A discharge flow path connected to the supply flow path for discharging gas into the vacuum space without passing through the groove;
A valve for opening and closing the discharge channel;
A holding device comprising:
前記弁の開閉は、前記昇降部の昇降動作と連動するように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の保持装置。 And further includes an elevating part for unloading the substrate from the chuck,
The holding device according to any one of claims 1 to 3, wherein opening and closing of the valve is configured to be interlocked with a lifting operation of the lifting unit.
前記保持装置を収容する真空容器と、
を含むことを特徴とする真空装置。 A holding device according to any one of claims 1 to 9,
A vacuum vessel containing the holding device;
A vacuum apparatus comprising:
前記工程で前記パタ−ン形成を行われた前記基板を加工する工程と、
を含むことを特徴とする物品の製造方法。 Forming a pattern on a substrate using the lithography apparatus according to claim 11;
Processing the substrate on which the pattern has been formed in the step;
A method for producing an article comprising:
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