JP3455072B2 - 荷電ビーム描画装置及び方法 - Google Patents

荷電ビーム描画装置及び方法

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JP3455072B2
JP3455072B2 JP20583497A JP20583497A JP3455072B2 JP 3455072 B2 JP3455072 B2 JP 3455072B2 JP 20583497 A JP20583497 A JP 20583497A JP 20583497 A JP20583497 A JP 20583497A JP 3455072 B2 JP3455072 B2 JP 3455072B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
試料上にイオンや電子等の荷電ビームでパターンを描画
する荷電ビーム描画装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、LSIの高集積化に伴い半導体デ
バイスに要求される回路線幅は、ますます狭くなってき
ている。このような細く微細な回路パターンをウエアに
形成する方法としては、次の2種類に大きく分けられ
る。第1の方法は、従来所望の回路パターンが形成され
た数十種類の原画パターン(レチクルあるいはマスク)
を、ウエハ上の露光領域に高精度に位置合わせした後、
パターンをウエハに転写する方法であり、もう1つの方
法は、イオンや電子の荷電ビームを使って、ウエハにパ
ターンを直接的に描画する方法である。
【0003】このような作業を行うマスク用電子ビーム
描画装置や電子ビーム直接描画装置などでは、試料を加
工するワークショップ(作業場)をワーキングチャンバ
ー内に設け、このワーキングチャンバー内を真空状態に
保っておく必要がある。ここで、試料を交換するたび
に、比較的容積の大きなワーキングチャンバー内を真空
状態に復帰させるのは非常に効率が悪いので、ワーキン
グチャンバーに予備室と呼ばれている小部屋を併設して
おき、まずこの予備室に試料を置き、そして予備室内を
真空状態にした後に、予備室とワーキングチャンバーと
の隔壁を開放し、試料を予備室からワーキングチャンバ
ー内のワークショップに搬送することが行われていた。
【0004】しかし、予備室内が完全に真空状態になっ
た後は、試料にゴミが付着する可能性は極めて低いが、
試料を予備室に置いてからそれが十分に真空状態になる
までの期間には、予備室内にはガス、主にガスの流れ、
つまり対流があり、この対流で舞い上がったゴミが試料
面の表面に付着してしまう、また隔壁を開閉するときに
起こる微振動で舞い上がったゴミが試料面の表面に付着
してしまうという可能性が極めて高かった。
【0005】周知の通り、試料の表面にゴミが付着する
等の汚染に対しては、従来から著しく注意を払ってき
た。しかし、許容されるゴミの大きさは、上述した回路
線幅が狭くなるにつれて微小化しており、従来のシステ
ムや人為的な注意では汚染を防ぎきれない状況にあっ
た。
【0006】ところで、機械製造組立の分野では、部品
や中間品の移送中などにそれに埃やゴミが付着すること
を極力抑える技術として、SMIF(standard mechanic
al interface) システムという概念が確立している。図
4にその概念を利用した組立装置を示す。より詳しい説
明は、1993年6月発行の月刊semiconductor world
の“SMIFによるカセット搬送”のl28頁を参照さ
れたい。
【0007】図4(a)はこの装置の内部を上方から見
た図、図4(b)にこの装置の内部を側方から見た図で
ある。当該装置は、SMIFポッドと呼ばれる比較的小
さな格納容器1と、SMIFアーム2と、SMIF密閉
容器3とで構成される。SMIF密閉容器3は、FFU
(fan filter unit) を装備した被いであり、ワークショ
ップ全体をクリーンルーム内大気雰囲気から隔離して、
マイクロエンバイラメントを実現するものである。
【0008】SMIFポッド1は、清浄性の高い試料格
納用コンテナである。このSMIFポッド1の詳しい構
成は、図5に示してある。図5(a)はSMIFポッド
1の透視図、図5(b)はSMIFポッド1を側方から
見た図、図5(c)はカバーを外した状態でSMIFポ
ッド1を側方から見た図である。参照符号の11は底
板、12はカバー、13はキャリアである。底板11と
カバ−12は分離できるようになっている。
【0009】試料、ここではマスクは、このSMIFポ
ッド1に入れられ、人為的或いは自動搬送ロボットによ
り自動的に、SMIF密閉容器3の所定位置(POS-1,POS
-2,POS-3) にセッティングされる。そして、SMIFア
ーム2により、試料はSMIFポッド1から取り出さ
れ、密閉容器3内のワークショップに搬送される。
【0010】このようにSMIFシステムでは、試料を
SMIFポッド1でカバーしているので、試料がゴミの
付着等で汚染される可能性は低い。しかしながら、この
SMIFシステムは、大気中での使用を想定しており、
真空は想定していない。従来より、このSMIFシステ
ムの考え方を、真空を扱う荷電ビーム描画装置等へ適用
して汚染を排除しようとする動きはあったが、適用する
上でどのような問題があるかさえ纏まっていない状況に
あり、実用化には至っていないのが現状であった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題を解
決するためになされたもので、試料をゴミの付着等の汚
染から保護することのできる荷電ビーム描画装置及び方
法を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の第1局面は、圧
力調整可能な予備室を通して、真空状態に保たれている
ワーキングチャンバーに対して試料を搬入及び搬出する
試料搬送方法において、前記ワーキングチャンバーに前
記試料を搬送する前に、清浄雰囲気の中で、ダストフィ
ルタが設けられた開閉自在の試料搬送用容器に前記試料
を収容し、前記試料搬送用容器を前記予備室に搬入した
後に前記予備室の内部を真空にし、前記予備室を真空に
した後に前記予備室と前記ワーキングチャンバーとの間
のバルブを開け、前記バルブを開けた後に前記試料搬送
用容器を開けて前記試料を取り出し、前記ワーキングチ
ャンバーに前記試料を搬送し、前記ワーキングチャンバ
ーで作業を受けた前記試料を、前記ワーキングチャンバ
ーから前記予備室に搬送して前記試料搬送用容器内に収
容し、前記試料搬送用容器を閉じ、前記試料搬送用容器
を閉じた後に前記予備室と前記ワーキングチャンバーの
間の前記バルブを閉じ、前記バルブを閉じた後に前記予
備室の真空状態を解除し、前記予備室の真空状態を解除
した後に前記試料搬送用容器を前記予備室から搬出する
ことを特徴とする。本発明の第2局面は、圧力調整可能
な予備室を通して、真空状態に保たれているワーキング
チャンバーに対する試料の搬入及び搬出を支援する試料
搬送支援装置において、ダストフィルタが設けられた開
閉自在の試料搬送用容器と、清浄雰囲気の中で前記試料
搬送用容器に試料を収容する収容手段と、前記予備室内
の前記試料搬送用容器と前記ワーキングチャンバーとの
間で前記試料を搬送する試料搬送手段と、前記予備室に
対して前記試料搬送用容器を搬入及び搬出する試料搬送
用容器搬送手段と、前記予備室内で前記試料搬送用容器
を開閉するものであって、前記予備室を真空にした後に
前記試料搬送用容器を開け、前記ワーキングチャンバー
で作業を受けた前記試料を収容した前記試料搬送用容器
を閉じ、前記予備室の真空状態を解除した後に前記試料
搬送用容器を前記予備室から排出する開閉手段とを具備
する
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照しな
がら、好ましい実施形態に従って説明する。図1は、本
発明による一実施形態による荷電ビーム描画装置の主要
部の断面図である。図示してないが、ワーキングチャン
バー80は、真空状態を維持できるように密閉可能に構
成された密閉容器であり、この内部には、電子銃、集束
コイル、偏向コイル、アパーチャー、ウエハ等の試料6
0を載せる作業台等の荷電ビームを使った描画作業に直
接的に必要とされる部材が収容されている。また、図示
してないが、ワーキングチャンバー80にはこの内部に
適当なガスを注入するための設備や、当該内部のガスを
排気して内部を真空状態にするための排気ポンプ、また
真空状態を解除するために吸気設備等が装備されてい
る。
【0018】このようなワーキングチャンバー80に
は、それより容積の小さく、ワーキングチャンバー80
と同様に真空状態を維持できるように密閉可能に構成さ
れた密閉容器としての予備室20が隔壁91を隔てて併
設されている。この隔壁91の略中央部分には、試料6
0が通過するのに十分な広さの通路92が開けられてい
る。
【0019】この通路92にはバルブ90が設けられ、
このバルブ90を開放することにより、予備室2内の試
料60をロボットアーム100でワーキングチャンバー
80内の作業台上まで搬送することができるようになっ
ている。また、バルブ90を閉じることにより、ワーキ
ングチャンバー80の独立性、密閉性及び気密性を確保
できるようになっている。
【0020】予備室20の側壁には、その内部に外部か
ら、試料60を収納しているクリーンフィルターポッド
50をロボットアーム70で搬入及び搬出するための搬
入搬出口93が開けられている。この搬入搬出口93を
蓋23で塞げば、予備室20内部を密閉性また気密性を
確保できるようになっている。なお、クリーンフィルタ
ーポッド50の詳細に関しては後述する。
【0021】また、予備室20の側壁には、吸排気用主
管21が接続され、その先には、図示していないが、予
備室20内のガスを排気して内部を真空状態にするため
の真空ポンプがつながっている。この吸排気用主管21
はその途中で吸気用枝管22に分かれており、その先に
は図示していないが吸気バルブ及び清浄フィルターにつ
ながっている。この吸気バルブを開放することにより、
清浄フィルター、吸気用枝管22、吸排気用主管21を
通ってガスが予備室20内に流れ込み、予備室20内の
真空状態を自由に解除できるようになっている。
【0022】さらに、予備室20の内部には、ロボット
アーム70で搬入されてきたクリーンフィルターポッド
50を載せるためのポッド台36が設けられている。こ
のポッド台36は、昇降機構30により、予備室20の
内部で自由に昇降できるようになっている。この昇降機
構30は、例えば図示するように、昇降力を発揮するた
めのモーター31と、このモーター31の駆動軸に繋が
っているボールネジ35と、予備室20の底スラブに開
けられた軸受け32にスライド可能に挿入され、ボール
ネジ35の軸回転に伴って上下にスライドされる昇降軸
34とから構成されている。この昇降軸34の先端には
ポッド台36が固定されている。また、予備室20の密
閉性を確保し、またポッド台36の昇降を阻害しないよ
うに、予備室20の底スラブとポッド台36との間は蛇
腹(真空ベロー)33でつながっている。
【0023】クリーンフィルターポッド(clean filter
pod)50は、内部に試料60を収納可能な開閉自在の小
容器であり、図2に示すように構成されている。図2
(a)にはクリーンフィルターポッド50の断面図を示
し、図2(b)には図2(a)のケーシング52の断面
図を示し、図2(c)にはケーシング52を開けた状態
でのクリーンフィルターポッド50の断面図を示してい
る。クリーンフィルターポッド50は、底板51と、こ
の底板51上に固定された試料台55と、底板51上の
試料台55やその上に載せられる試料60を被うための
開閉自在のケーシング52と、このケーシング52の側
壁に開けられた通気口54と、この通気口54にはめ込
まれている清浄フィルター56と、ケーシング52の側
壁から外に突出して設けられている突出部95と、底板
51にケーシング52をロックするためのロック機構と
から構成される。
【0024】ここで、クリーンフィルターポッド50を
載せたポッド台36が昇降機構30により高位の定常位
置から徐々に下降されていくと、図3に示しているよう
に、突出部95が、予備室20の内壁から水平に突出し
ている突出部94の上に重なる。そして、ポッド台36
がさらに下降しても、ケーシング52はその突出部94
に係止され、それ以上下降せずに残される。一方、底板
51は、ケーシング52と分かれて、ポッド台36と共
に下降していく。このような動きにより、予備室20の
密閉状態(真空状態)を維持したままで、クリーンフィ
ルターポッド50のケーシング52を開けることができ
るようになっている。
【0025】図3には、クリーンフィルターポッド50
のロック機構と、このロック機構による底板51とケー
シング52とのロック状態を解除するためのロック解除
機構40との構造を断面図により示している。ロック状
態は、クリーンフィルターポッド50の底板51の内部
に軸受け部材515でスライド自在に支持されているロ
ックピン516の先端が、ケーシング52の内側に設け
られている凹部512にはめ込まれることにより達成さ
れる。逆に、このロック状態の解除は、ロックピン51
6の先端を凹部512から抜くことにより達成される。
【0026】このロックピン516の先端を凹部512
から抜くという作業も、ケーシング52を開けるという
作業と同様に、予備室20の密閉状態(真空状態)を維
持したままで行えるようになっており、このロック解除
のための構造としては、ロックピン516の後方にコイ
ルバネ514を介してロッド513が連結され、このロ
ッド513の後端が、カム511に接続されている。ケ
ーシング52がロック状態にあるとき、このカム511
は基準位置にある。この基準位置から、カム511を所
定角度回転させると、ロックピン516は引っ込み、ロ
ック状態は解除される。カム511を回転させために、
モーター41が設けられている。このモーター41の駆
動軸には、昇降軸34の内部を通る回転ロッド42が連
結され、この回転ロッド42の先端は、ポッド50をポ
ッド台36に載せたときにカム511に係合するように
なっている。なお、ポッド台36の貫通孔と回転ロッド
42との間は、ウイルソンシール等の真空シール42で
シールされており、予備室20の密閉状態(真空状態)
を維持したままで回転ロッド42を回転させてロック解
除を行えるようになっている。
【0027】次に本実施形態の動作について説明する。
なお、以下に説明する動作は、図示しないコントローラ
による完全なるシーケンス制御により実行されるもので
ある。まず、試料60を十分清浄したクリーンフィルタ
ーポッド50に収納し、ケーシング52を被せてロック
状態にする。このような操作は図4で示した装置で行わ
れる。この試料60を収納させたクリーンフィルターポ
ッド50を、ロボットアーム70で予備室20内のポッ
ド台36に載せる。このとき隔壁バルブ90で通路92
は閉じられている。そして、クリーンフィルターポッド
50を予備室20内のポッド台36に載せた後、予備室
20の蓋23を閉じて予備室20を密閉状態にしてか
ら、排気ポンプを起動して、真空引き、つまり予備室2
0の内部ガスの外部への排気を開始する。もちろん、予
備室20からガスを排気しているとき、クリーンフィル
ターポッド50内のガスもその通気口56から排気され
る。
【0028】このとき、内部ガスの対流で、予備室20
内で微小なゴミは舞い上がるであろうが、試料60はク
リーンフィルターポッド50内に収納されているため、
その表面にゴミなどが付着するといった汚染から保護さ
れ得る。
【0029】そして、十分に真空が引かれた後には、ク
リーンフィルターポッド50のケーシング52を開ける
前に、隔壁バルブ90を開き、真空状態に達している予
備室20と、既に真空状態に保持されているワーキング
チャンバー80とをつなげる。このバルブ90を開くと
きには、比較的大きな振動が発生する。このため予備室
20内で微小なゴミが舞い上がる可能性があるが、隔壁
バルブ90を開き終わるまでは、クリーンフィルターポ
ッド50のケーシング52を閉じているので、試料60
の表面にゴミなどが付着することはない。
【0030】バルブ90を開いた後、ロック解除機構4
0のモーター41を起動して、ケーシング52のロック
を解除し、そして、昇降機構30を起動してポッド台3
6を下降させる。この結果、上述したように、底板51
からケーシング52が分離され、クリーンフィルターポ
ッド50が開けられる。
【0031】そして、搬送ロボットアーム100を動か
してクリーンフィルターポッド50の底板51の試料台
55から試料60をすくい上げ、予備室20からワーキ
ングチャンバー80に移送し、その中の作業台に据え
る。その後、クリーンフィルターポッド50のケーシン
グ52と底板51とを係合させる動作を行い、さらにバ
ルブ90を閉じて試料搬送動作は終了する。そして、電
子銃から荷電ビームを発生させ、これを集束し、そして
適当に偏向を変えながら、試料60上に所望のパターン
を描画する。
【0032】この描画作業が終了した後、上述とは逆の
動きで試料60を搬出する。具体的には、まず、バルブ
90を開けて、クリーンフィルターポッド50のケーシ
ング52と底板51との分離作業を行い、搬送ロボット
アーム100を動かしてワーキングチャンバー80の作
業台から試料60をすくい上げ、予備室20に移送し、
クリーンフィルターポッド50の底板51の試料台55
に戻す。そして、昇降機構30を起動してポッド台36
を上昇させ、底板51にケーシング52を被せて、クリ
ーンフィルターポッド50を閉じ、ロック解除機構4を
起動してケーシング52をロック状態にする。この作業
と相前後して、バルブ90を閉じる。
【0033】バルブ90を閉じた後、ケーシング52を
開ける前に、吸気用バルブをを開け、予備室20の真空
状態を解除する。このとき勢いよく吸気されたガスの対
流で、ゴミが舞い上がるが、やはりクリーンフィルター
ポッド50のケーシング52を閉じているので、試料6
0の表面にゴミなどが付着することはない。また、底板
51とケーシング52との間はシール材522で十分シ
ールされているので、ガスは、通気口54のみを介して
クリーンフィルターポッド50にも流入してくるが、通
気口54にはめ込まれている清浄フィルター56のおか
げで、ゴミが遮蔽されてクリーンフィルターポッド50
の内部に入ってくることはない。
【0034】真空状態が完全に解除されて大気圧になっ
た後、予備室20の蓋23を開け、ロボットアーム70
によって、ケーシング52を閉じた状態のままでクリー
ンフィルターポッド50を外部に搬出する。このような
一連の動作を繰り返すことで試料をゴミの環境からほぼ
完全に遮断することが出来る。
【0035】以上の述べてきたように、真空排気過程や
吸気過程で問題となっていた試料面にゴミが付着すると
いった汚染の発生を完全に排除することができる。ま
た、隔壁バルブの開閉時等の振動が起こりやすい状況が
終了した後にSMIFポッドの開閉を行うことでさらに
完全なクリーンネスを確保することができる。
【0036】本発明は、上述した実施形態に限定される
ことなく、種々変形して実施可能である。例えば、本発
明は、上述した荷電ビーム描画装置だけでなく、真空を
用いた種々の加工装置あるいは真空を用いなくとも、試
料の搬送過程や加工直前にゴミ等の汚染から隔離する必
要のある分野で種々変形して実施可能である。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、試料をゴミの付着等の
汚染から保護することができる。
【0038】
【0039】
【0040】
【0041】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る荷電ビーム描画装置
の主要部の構造を概略的に示す断面図。
【図2】図1のクリーンフィルターポッドの構造を示す
図。
【図3】図1のクリーンフィルターポッドのロック機構
とそのロック解除機構の構造を概略的に示す断面図。
【図4】機械製造組立の分野で用いられているSMIF
システムを示す図。
【図5】図4のSMIFポッドの構造を示す図。
【符号の説明】
1・・・SMIFポッド、 2・・・SMIFアーム、 3・・・SMIF密閉容器、 11・・・底板、 12・・・カバー、 13・・・キャリア、 20・・・予備室、 21・・・吸排気用主管、 22・・・吸気用枝管、 30・・・昇降機構、 31・・・モーター、 32・・・軸受け、 33・・・蛇腹、 34・・・昇降軸、 35・・・ボールネジ、 36・・・ポッド台、 40・・・ロック解除機構、 41・・・モーター、 42・・・回転ロッド、 43・・・ウイルソンシール、 50・・・クリーンフィルターポッド、 51・・・底板、 52・・・ケーシング、 54・・・通気口、 55・・・試料台、 56・・・清浄フィルター、 60・・・試料、 70・・・搬入搬出用ロボットアーム、 80・・・ワーキングチャンバー、 90・・・隔壁バルブ、 100・・・搬送用ロボットアーム、 511・・・カム、 512・・・軸受け、 513・・・ロッド、 514・・・コイルバネ、 515・・・軸受け部材、 516・・・ロックピン、 521・・・ピン受凹部、 522・・・シール材。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−134952(JP,A) 特開 平8−195426(JP,A) 特開 平7−183355(JP,A) 特開 平7−183354(JP,A) 実開 昭60−113631(JP,U) 米国特許4724874(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/68 H01L 21/027 G03F 7/20 H01J 37/20 H01J 37/305

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧力調整可能な予備室を通して、真空状
    態に保たれているワーキングチャンバーに対して試料を
    搬入及び搬出する試料搬送方法において、 前記ワーキングチャンバーに前記試料を搬送する前に、
    清浄雰囲気の中で、ダストフィルタが設けられた開閉自
    在の試料搬送用容器に前記試料を収容し、前記試料搬送用容器を前記予備室に搬入した後に前記予
    備室の内部を真空にし、 前記予備室を真空にした後に前記予備室と前記ワーキン
    グチャンバーとの間のバルブを開け、 前記バルブを開けた後に前記試料搬送用容器を開けて前
    記試料を取り出し、前記ワーキングチャンバーに前記試
    料を搬送し、 前記ワーキングチャンバーで作業を受けた前記試料を、
    前記ワーキングチャンバーから前記予備室に搬送して前
    記試料搬送用容器内に収容し、前記試料搬送用容器を閉
    じ、 前記試料搬送用容器を閉じた後に前記予備室と前記ワー
    キングチャンバーの間の前記バルブを閉じ、 前記バルブを閉じた後に前記予備室の真空状態を解除
    し、 前記予備室の真空状態を解除した後に前記試料搬送用容
    器を前記予備室から搬出する ことを特徴とする試料搬送
    方法。
  2. 【請求項2】 前記試料搬送用容器を開き、前記試料を
    取り出すために、前記予備室に前記試料搬送用容器をか
    み合わせることを特徴とする請求項1記載の試料搬送方
    法。
  3. 【請求項3】 圧力調整可能な予備室を通して、真空状
    態に保たれているワーキングチャンバーに対する試料の
    搬入及び搬出を支援する試料搬送支援装置において、ダストフィルタが設けられた開閉自在の 試料搬送用容器
    と、 清浄雰囲気の中で前記試料搬送用容器に試料を収容する
    収容手段と、前記予備室内の前記試料搬送用容器と前記ワーキングチ
    ャンバーとの間で前記試料を搬送する試料搬送手段と、 前記予備室に対して前記試料搬送用容器を搬入及び搬出
    する試料搬送用容器搬送手段と、 前記予備室内で前記試料搬送用容器を開閉するものであ
    って、前記予備室を真空にした後に前記試料搬送用容器
    を開け、前記ワーキングチャンバーで作業を受けた前記
    試料を収容した前記試料搬送用容器を閉じ、前記予備室
    の真空状態を解除した後に前記試料搬送用容器を前記予
    備室から排出する開閉手段とを具備する ことを特徴とす
    る試料搬送支援装置。
  4. 【請求項4】 前記ダストフィルタは前記試料搬送用容
    に対して着脱可能に設けられることを特徴とする請求
    項3記載の試料搬送支援装置。
  5. 【請求項5】 前記試料搬送手段は、真空雰囲気の中で
    前記試料搬送用容器から前記試料を取り出し、前記ワー
    キングチャンバーに搬送するための搬送ロボットアーム
    を有することを特徴とする請求項3記載の試料搬送支援
    装置。
  6. 【請求項6】 前記試料搬送用容器は、上部と下部を有
    し、前記開閉手段は、 前記試料搬送用容器の上部を下部から
    分離するために、前記試料搬送用容器の上部とかみ合う
    突出部を有することを特徴とする請求項3記載の試料搬
    送支援装置。
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