JP3586386B2

JP3586386B2 - Semiconductor device manufacturing equipment

Info

Publication number: JP3586386B2
Application number: JP05855799A
Authority: JP
Inventors: 秀介吉武; 英雄土屋; 清司服部; 賢一室岡; 重博原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-05
Filing date: 1999-03-05
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-03-05
Also published as: JP2000260683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体リソグラフィ技術によって、マスク上に描かれた所望の半導体装置の回路パターンを、ウエハ上に縮小転写するための半導体装置の製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの高集積化に伴い半導体装置に要求される回路線幅は、ますます狭くなってきている（表１）。これらの半導体装置の製造には、これまでｇ線、ｉ線あるいは単波長化された光（ＫｒＦ，ＡｒＦ）等を光源として使い、所望の装置回路パターンが形成された数十種類の原画パターン（レティクルあるいはマスク）をウエハに対して高精度に位置合わせした後、ウエハ上の露光領域に５分の１あるいは４分の１に縮小されて転写するという手段が採られている。従来、光の波長から導かれる光学的な解像限界から、１μｍ以下のパターンは波長が１ｎｍ程度の軟Ｘ線を光源として使った露光装置や、電子ビーム直接描画装置などが光リソグラフィに取って代わるという議論がなされてきた。光リソグラフィ技術の進歩によって１ＧＤＲＡＭ、さらには４ＧＤＲＡＭの第一世代までは持ちこたえられるのではないかとの見通しが出てきているが、技術的な課題の大きさとこの技術が使える時間を考えると得策ではない。
【０００３】
上記のような課題に対して、特願平９−３７６４に記載されているような、従来にない概念に基づく荷電粒子ビーム転写光学系が提案され、これを用いた露光装置の開発が進められている。特願平９−３７６４に提案されているような、荷電粒子ビーム縮小転写光学系を使った露光装置においては、マスク上で選択的に反射した荷電粒子をウエハ上に導いて露光していくことになる。即ち、マスクとして用いられるのは電子ビーム直接描画装置等の微細加工技術を使って、荷電粒子の反射効率を考慮して選ばれた材料が蒸着されたシリコン基板上に設けられた所望の回路パターンとなる。このマスク製作は、４分の１に縮小されてウエハ上に転写されることを考えれば現在の技術を持ってしても不可能ではない。
【表１】

【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特願平９−３７６４に提案されているような、荷電粒子ビーム縮小転写光学系を用いた露光装置において使用される反射型マスクに要求される精度仕様は、表１からも分かるように非常に厳しい。
【０００５】
そこで本発明が解決しようとする課題は、マスクの熱膨張に伴う回路パターンの位置精度の劣化防止である。反射型マスクの基板として、プロセス的にも有利なシリコン基板（ウエハ）を使用することを考えると、シリコンの線熱膨張係数が２．４ｐｐｍであるため、１００ｍｍ角の領域が０．２４μｍ／℃の割合で変化することになる。４ＧＤＲＡＭの場合（表１）を想定すると、パターンの位置精度分を全て温度変化が占めたとすれば温度変化の許容範囲は０．１℃ということになる。しかし通常、表１に示されている値は、４分の１縮小の場合で誤差配分上マスクの取り分は５０％とされている上に、温度変化の取り分はその中の誤差要因の一つにすぎないために、実際に温度変化に対する許容誤差量はさらに厳しくなる。
【０００６】
また、本発明が解決しようとする別の課題は、真空中で荷電粒子ビームが照射するための光学系周辺でマスクとウエハとを相対的に走査するための高速・高剛性のステージである。軽量化を図って慣性を小さくし応答性を高めるために駆動源をステージ付近に設置すると、非磁性であるとの観点からピエゾ等から構成される超音波モータを使用することが考えられる。超音波モータの振動子を駆動して、ステージガイドに平行となるような方向に進行波を発生させると、摩擦力によって伝達された力によって振動子が接触しているステージ部材が動く。振動子の駆動周波数を変化させることによって、所望の方向及び所望の速度でステージ部材を駆動・制御することが可能になる。従って、超音波モータの振動子とステージ部材との間に生じる摩擦力が重要な役割を担っているのであるが、時間の経過とともに摩擦力が変化して、ステージの走行精度が悪くなる恐れがある。この原因はとしては超音波モータ自身の発熱等により生じる熱歪み、振動子とガイドとの接触部の摩耗などが考えられる。
【０００７】
上記の点に鑑み本発明では、真空あるいは減圧雰囲気中において荷電粒子ビーム縮小転写光学系を使用し、高速・高剛性のステージを備えてかつ高精度にマスク上に描かれた回路パターンをウエハ上に転写することが可能な半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため本発明の第１の手段においては、真空あるいは減圧雰囲気内において、試料を着脱可能に保持するための試料保持手段を備えかつ平面内を自在に走査することが可能なステージと、前記ステージを少なくとも二軸の直交する軌道内に案内するためのステージガイドと、前記ステージガイドに沿って前記ステージを走査するための摩擦駆動機構を具備するステージ機構において、前記摩擦駆動機構部の摺動部及び駆動源を冷却するためのヒートシンクを、前記摩擦駆動機構部の取り付け部材に備え、前記摺動部及び駆動源を冷却することが可能であり、前記試料保持手段に設けられた温度センサからの温度情報に基づいて、少なくとも試料と前記試料保持手段の試料保持部を任意の温度で恒温化することが可能なヒーターを備えるようにした半導体装置の製造装置を提供するものである。
【０００９】
また、本発明の第２の手段においては、真空あるいは減圧雰囲気内において、試料を着脱可能に保持するための試料保持手段を備えかつ平面内を自在に走査することが可能なステージと、前記ステージを少なくとも二軸の直交する軌道内に案内するためのステージガイドと、前記ステージガイドに沿って前記ステージを走査するための摩擦駆動機構を具備するステージ機構において、前記ステージを前記ステージガイドに沿って駆動させるために前記ステージガイドが設けられた部材に固定された超音波モータを駆動源とし、前記超音波モータの駆動力発生箇所と前記ステージとの間に所望の摩擦力を発生させるために、前記超音波モータを前記ステージガイドに対して直行する方向に移動可能とし、かつ前記超音波モータを背面より一定の力で前記ステージガイドに対して押し付けるためのネジと、前記ネジのトルクを測定可能なトルクセンサーと、前記ネジを所望の位置で固定したり自由に回転できるようにロックを解除することが可能なネジロック機構と、前記ネジロック機構を選択的に解除して前記トルクセンサーに従って前記ネジを回すための回転駆動機構からなる与圧調整機構を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置を提供するものである。
【００１０】
ここで、前記摩擦駆動機構の摺動部材を硬質セラミックスとして、さらに前記摺動部材の摺動面は、固体潤滑作用のある導電性金属でコーティングされていても良い。
【００１１】
また、前記摩擦駆動機構の摺動部材はＴｉ、Ｓｉ、Ａｌを含む少なくとも一種類以上の硬質セラミックスからなり部品から構成されていても良い。
【００１２】
さらに、前記摩擦駆動機構の摺動部材において、摺動面にコーティングされている固体潤滑作用のある導電性金属は、金または銀であっても良い。
【００１３】
また、本発明の第３の手段においては、真空あるいは減圧雰囲気内において、荷電粒子ビームを照射するための光源と、第１の試料を着脱可能に保持するための第１の試料保持手段を備えかつ平面内を自在に走査することが可能な第１のステージと、第２の試料を着脱可能に保持するための第２の試料保持手段を備えかつ平面内を自在に走査することが可能な第２のステージと、第１のステージ上の第１の試料面上に入射された荷電ビームのうち前記第１の試料面上で反射した荷電ビームを、第２のステージ上の第２の試料面上に入射されるように光軸が屈曲した電子光学系と、前記第１のステージと前記第２のステージとを互いに同期を取って走査することにより、前記光源から照射された荷電粒子ビームにより第１の試料に予め設けられた半導体装置の回路パターンを、第２の試料上の所望の位置に縮小転写するためのステージ制御装置を具備することを特徴とする半導体装置の製造装置を提供するものである。
【００１４】
またさらに、本発明の第４の手段においては、前記第１のステージと前記第２のステージとを同一平面上に構成し、前記光軸が屈曲した電子光学系は、第１の試料面によって反射した荷電粒子ビームを１８０度方向を変えて、再度第二の試料面上に導かれている半導体装置の製造装置を提供するものである。
【００１５】
またさらに、本発明の第５の手段においては、真空あるいは減圧雰囲気内において、荷電粒子ビームを照射するための光源と、第１の試料を着脱可能に保持するための第１の試料保持手段を備えかつ平面内を自在に走査することが可能な第１のステージと、第２の試料を着脱可能に保持するための第２の試料保持手段を備えかつ平面内を自在に走査することが可能な第２のステージと、第１のステージ上の第１の試料面上に入射された荷電ビームが、第２のステージ上の第２の試料面上に入射されるように光軸が屈曲した電子光学系と、前記第１のステージと前記第２のステージとを互いに同期を取って走査することにより、前記光源から照射された荷電粒子ビームにより第１の試料に予め設けられた半導体装置の回路パターンを、第２の試料上の所望の位置に縮小転写するためのステージ制御装置を具備し、前記第１の試料保持手段に設けられた第１の温度センサからの温度情報と、前記第１の試料に予め設けられた半導体装置の回路パターンの寸法精度に応じて、前記第１の試料保持手段の試料保持部を任意の温度にすることが可能な第１の温度制御手段と、前記第２の試料保持手段に設けられた第２の温度センサからの温度情報に基づいて、前記第２の試料保持手段の試料保持部を任意の温度にすることが可能な第２の温度制御手段とを備えている半導体装置の製造装置を提供するものである。さらに上記の発明においては、真空あるいは減圧雰囲気を実現するための密閉容器内に構成された板状部材と排気するためのポンプの入り口とを冷却するための冷却手段を具備しても良い。
【００１６】
上記のごとく本発明の第１の手段によれば、真空あるいは減圧雰囲気内において試料を着脱可能に保持してかつ平面内を自在に走査することが可能なステージ駆動機構部の摺動部及び駆動源を冷却しつつ、試料を所望の温度に維持するように作用する。
【００１７】
また、本発明の第２の手段によれば、真空あるいは減圧雰囲気内において、試料を着脱可能に保持してかつ平面内を自在に走査することが可能なステージの駆動源としている超音波モータの推力を一定にするように作用する。
【００１８】
さらに駆動機構部の摺動部材を硬質セラミックスとして、その表面を固体潤滑作用のある導電性金属でコーティングすることで、真空あるいは減圧雰囲気内においても、ステージがスムーズにかつ長期間にわたって動作するように作用する。
【００１９】
また、本発明の第３の手段においては、真空あるいは減圧雰囲気内において、荷電粒子ビームを照射光源として、マスクステージに着脱可能に保持されたマスク上に描かれた所望の回路パターンを、光軸が屈曲した電子光学系を通して、ウエハステージに着脱可能に保持されたウエハ上に導き、マスクステージとウエハステージとを互いに同期を取って制御することにより、ウエハ上に所望のパターンが得られるように作用する。
【００２０】
また、本発明の第４の手段においては、真空あるいは減圧雰囲気内において、マスクステージの走査面とウエハステージ走査面とが同一になるような屈曲した光軸を持つ電子光学系を使用することにより、製作・調整が容易になるように作用する。
【００２１】
また、本発明の第５の手段においては、マスクの保持温度をマスクの寸法精度に応じて制御することにより、マスクの製作誤差や転写に伴うマスクの温度変化の影響を緩和し、また所望の温度に制御された状態でウエハ上に転写するように作用する。
【００２２】
さらに、真空あるいは減圧雰囲気を実現するための密閉容器内部の板状部材と、排気するためのポンプの入り口とを冷却するための冷却手段によって、容器内の真空度及び真空の質を向上するように作用する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態を示す半導体装置の製造装置の構成図である。
【００２４】
本発明の第一の手段においては、真空あるいは減圧雰囲気中とするための図示されてはいない密閉容器に納められたマスクステージ１において、マスク２は図示されていない搬送手段により保持手段３上に搬送される。搬送されたマスク２は保持手段３により静電チャックなどにより固定される。なお、ここでは図示されていないが、マスク裏面に付着した異物などによるマスクパターンの変形を防ぐために、マスクの端面を機械的にクランプする等の手段でもよい。
【００２５】
図３に示される本発明のマスク保持部の上面図において、保持手段３上には搬送されたマスク２の裏面の温度を測定するための温度センサ４と、マスク２の裏面全面の温度を制御するためのヒーター５を備えている。また、ここでは図示していないが、マスクに対向する密閉容器内面にも輻射によりマスク表面の温度を制御するための別のヒートシンクと別のヒーターを備えていてもよい。
【００２６】
図２に示される本発明の実施の形態を示す半導体装置の製造装置の側断面図において、マスクステージ１はクロスローラガイド等によるステージガイド６と図示されていないステージガイド７によって軌道が決められており、中間ブロック部８とステージベース部９にはそれぞれステージを駆動するための超音波モータ１１が取り付けられている。ここで図１の構成図において、図示されていない超音波モータ自体の発熱と駆動力を発生する摺動部分の発熱を除くために、図示されていない密閉容器外において温度が管理された水を導入することにより、熱を取り除くヒートシンク１０を備えている。なお万が一、密閉容器内での漏れを考えて、冷媒には代替フロンやフロリナートのような不活性な液体を使用してもよい。
【００２７】
本発明の第二の手段においては、図２の側断面図に示される様にマスク２はマスク保持手段３によって保持されており、これらを所定の軌道に沿って走査させるためのステージガイド６を介して、中間ブロック部８に固定されている。また、中間ブロック８に固定された超音波モータ１１の振動部１２は、ステージ１の一部に当接しており接触部分に所定の周波数の進行波を発生させることにより、所望の方向へ所望の速度の駆動を可能にしている。そこで、超音波モータ１１の固定された部分をＬＭガイドのような小型案内機構１２によって移動可能として、超音波モータ１１の裏面よりステージとの接触部に向かって送りネジ機構１３により押し付けられている。この送りネジ機構１３には、押し付け力をモニタするためのネジトルクセンサ１４と所定の位置で固定または自在に回転できるように解放可能な図示していないロック・アンロック機構を備えている。さらに、ロック・アンロック機構により解放された送りネジ機構１３は、密閉容器１５に設けられた外部動力伝達機構１６により、ネジトルクセンサ１４に従って所望の位置まで超音波モータ１１の位置を移動することが可能である。
【００２８】
なお、超音波モータ１１の振動部１２と、ステージ１の一部が当接している接触部分を含むステージ１は、荷電粒子ビーム照射中に走査してマスク２上に描かれたパターンをウエハ１８上に転写する際の荷電粒子ビームの軌道に影響を及ぼさないよう非磁性で、かつチャージアップして局所的に電位分布が出来ないように導電性材料であることが必要となる。そこで、ステージ１の材料としてはＳｉＣやＴｉＣ等の硬質セラミックスが使用される。また、ステージ１と超音波モータ１１の振動部１２の接触部分は、潤滑性を持たせるために金または銀の固体潤滑作用を有する非磁性金属を蒸着して、発熱防止と寿命の向上を計っている。
【００２９】
また本発明の第三の手段においては図１に示される様に、真空あるいは減圧雰囲気中とするための図示されてはいない密閉容器に納められたマスクステージ１において、マスク２は図示されていない搬送手段によりマスク保持手段３上に搬送される。搬送されたマスク２はマスク保持手段３により静電チャック等により固定される。なお、ここでは図示されていないが、マスク裏面に付着した異物などによるマスクパターンの変形を防ぐために、機械的にクランプする等の手段でもよい。
【００３０】
さらに同様に真空あるいは減圧雰囲気中とするための図示されてはいない密閉容器に納められたウエハステージ１７において、ウエハ１８は図示されていない搬送手段によりウエハ保持手段１９上に搬送される。搬送されたウエハ１８はウエハ保持手段１９により静電チャック等により固定される。なお、ここでは図示されていないが、ウエハ裏面に付着した異物などによるウエハ上の下地パターンの変形を防ぐために、機械的にクランプする等の手段でもよい。
【００３１】
また、所望の大きさの荷電粒子ビームを照射するための照射光源２０から照射される荷電粒子ビームを、マスク２上に導くための照明光学系２１と、マスク２上で反射した荷電粒子ビームを所望の大きさに縮小して、ウエハ１８上の所望の位置に導くための縮小転写光学系２２とから構成されている。この時、縮小光学系２２は収差を減らすために、屈曲して構成されているため、マスクステージ１とウエハステージ１７とは平行ではなく、ある角度を持って対向するように構成される。
【００３２】
本発明の第四の手段においては、図４の本発明の実施の形態を示す半導体装置の製造装置の断面構成図に示されるように、真空あるいは減圧雰囲気中とするための図示されてはいない密閉容器に納められたマスクステージ１において、マスク２は図示されていない搬送手段によりマスク保持手段３上に搬送される。搬送されたマスク２はマスク保持手段３により静電チャック等により固定される。なお、ここでは図示されていないが、マスク裏面に付着した異物などによるマスクパターンの変形を防ぐために、機械的にクランプする等の手段でもよい。
【００３３】
さらに同様に真空あるいは減圧雰囲気中とするための図示されてはいない密閉容器に納められたウエハステージ１７において、ウエハ１８は図示されていない搬送手段によりウエハ保持手段１９上に搬送される。搬送されたウエハ１８はウエハ保持手段１９により静電チャック等により固定される。なお、ここでは図示されていないが、ウエハ裏面に付着した異物などによるウエハ上の下地パターンの変形を防ぐために、機械的にクランプする等の手段でもよい。
【００３４】
また、所望の大きさの荷電粒子ビームを照射するための照射光源２０から照射される荷電粒子ビームを、マスク２上に導くための照明光学系２１と、マスク２上で反射した荷電粒子ビームを所望の大きさに縮小して、ウエハ１８上の所望の位置に導くための縮小転写光学系２２とから構成されている。この時、縮小光学系２２には荷電粒子ビームの軌道をマスクステージ１と同一平面状に構成されたウエハステージ１７に導くために軌道修正用の軌道補正偏向光学系２３が付加されている。この軌道補正偏向光学系２３により、収差を減らすという観点にたてば自由度が減るが設計が困難となるが、ステージ周りの設計・組立が容易となる。
【００３５】
また、本発明の第五の手段においては、図１を用いて説明すると真空あるいは減圧雰囲気中とするための図示されてはいない密閉容器に納められたマスクステージ１において、マスク２は図示されていない搬送手段によりマスク保持手段３上に搬送される。搬送されたマスク２は、マスク保持手段３により静電チャック等により固定される。また図３に示されているように、マスク保持部に設けられた温度センサ４とヒーター等から構成される温度制御手段５によりマスク２の温度を制御することが可能となっている。ところで、ここでは図示されていないが、マスク裏面に付着した異物などによるマスクパターンの変形を防ぐために、機械的にクランプする等の手段でもよい。
【００３６】
さらに図１おいて同様に真空あるいは減圧雰囲気中とするための図示されてはいない密閉容器に納められたウエハステージ１７において、ウエハ１８は図示されていない搬送手段によりウエハ保持手段１９上に搬送される。搬送されたウエハ１８はウエハ保持手段１９により静電チャック等により固定される。また、ウエハ保持部に設けられた図示されていない温度センサと図示されていない温度制御手段によりウエハ１８の温度を制御することが可能となっている。またさらに、ここでは図示されていないが、ウエハ裏面に付着した異物などによるウエハ上の下地パターンの変形を防ぐために、機械的にクランプする等の手段でもよい。
【００３７】
また、所望の大きさの荷電粒子ビームを照射するための照射光源２０から照射される荷電粒子ビームを、マスク２上に導くための照明光学系２１と、マスク２上で反射した荷電粒子ビームを所望の大きさに縮小して、ウエハ１８上の所望の位置に導くための縮小転写光学系２２とから構成されている。
【００３８】
所望の回路パターンを転写するにあたっては、マスクステージ１上に搬送されたマスク２の温度を図３に示されているような温度センサ４にて計測し、予め測定・評価することによってわかっているマスク２のパターン位置精度に応じて決められた温度になるように、温度制御手段５によりマスクの温度を制御する。これとは別に、ウエハステージ１７上に搬送されたウエハ１８の温度を図示されていない温度センサにて計測し、ウエハ１８の温度を図示されていない温度制御手段によって予め決められた温度になるようにし、露光中もその温度が保たれるようにする。なお、ここでウエハ１８の温度は、周囲の環境温度もしくはステッパ等の露光装置が管理されている温度等に設定される。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、真空あるいは減圧雰囲気内において高速で走査可能な軽量高剛性のステージを提供し、露光中にマスクおよびウエハの熱膨張によるパターン位置精度の劣化等の影響を小さくする効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す半導体装置の製造装置の概要構成を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態を示す半導体装置の製造装置の側断面図。
【図３】本発明の半導体装置の製造装置に用いられるマスクステージ上面図。
【図４】本発明の実施の形態を示す半導体装置の製造装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１マスクステージ
２マスク
３マスク保持手段
４温度センサ
５ヒーター
６ステージガイド
７ステージガイド
８中間ブロック部
９ステージベース部
１０ヒートシンク
１１超音波モータ
１２小型案内機構
１３送りネジ機構
１４ネジトルクセンサ
１５密閉容器
１６外部動力伝達機構
１７ウエハステージ
１８ウエハ
１９ウエハ保持手段
２０照射光源
２１照明光学系
２２縮小転写光学系
２３軌道補正偏向光学系[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus for reducing and transferring a circuit pattern of a desired semiconductor device drawn on a mask onto a wafer by a semiconductor lithography technique.
[0002]
[Prior art]
In recent years, circuit line widths required for semiconductor devices have become increasingly narrower as LSIs become more highly integrated (Table 1). In the manufacture of these semiconductor devices, g-lines, i-lines or light of a single wavelength (KrF, ArF) or the like has been used as a light source, and dozens of original image patterns ( (Reticles or masks) are positioned with high precision on the wafer, and then reduced and transferred to an exposure area on the wafer by a factor of あるいは or ４. Conventionally, due to the optical resolution limit derived from the wavelength of light, an exposure apparatus using a soft X-ray having a wavelength of about 1 nm as a light source for a pattern of 1 μm or less, and an electron beam direct writing apparatus, etc., are used in optical lithography. There has been some debate about replacing. With the progress of optical lithography technology, it is expected that the first generation of 1G DRAM and even 4G DRAM will be able to be sustained. .
[0003]
In order to solve the above problems, a charged particle beam transfer optical system based on an unconventional concept, as described in Japanese Patent Application No. 9-3765, has been proposed, and development of an exposure apparatus using the system has been advanced. ing. In an exposure apparatus using a charged particle beam reduction transfer optical system as proposed in Japanese Patent Application No. 9-3765, it is necessary to introduce charged particles selectively reflected on a mask onto a wafer for exposure. become. In other words, the mask used is a desired circuit pattern provided on a silicon substrate on which a material selected in consideration of the reflection efficiency of the charged particles is deposited using a fine processing technique such as an electron beam direct writing apparatus. It becomes. This mask fabrication is not impossible with current technology given that it is reduced to a quarter and transferred onto a wafer.
[Table 1]

[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As can be seen from Table 1, the precision specifications required for a reflection type mask used in an exposure apparatus using a charged particle beam reduction transfer optical system as proposed in Japanese Patent Application No. 9-3765 are very high. Strict.
[0005]
The problem to be solved by the present invention is to prevent the positional accuracy of a circuit pattern from deteriorating due to thermal expansion of a mask. Considering the use of a silicon substrate (wafer) which is also advantageous in terms of process as the substrate of the reflection type mask, since the linear thermal expansion coefficient of silicon is 2.4 ppm, the area of 100 mm square is 0.24 μm / ° C. Will change at a rate of Assuming the case of a 4G DRAM (Table 1), if the temperature change occupies the entire positional accuracy of the pattern, the allowable range of the temperature change is 0.1 ° C. However, in general, the values shown in Table 1 indicate that the mask is set at 50% for error distribution in the case of a quarter reduction and the temperature change is one of the error factors among them. In practice, the allowable error amount for the temperature change becomes more severe.
[0006]
Another problem to be solved by the present invention is a high-speed and high-rigidity stage for relatively scanning a mask and a wafer around an optical system for irradiating a charged particle beam in a vacuum. If a drive source is installed near the stage in order to reduce the weight and reduce inertia and enhance responsiveness, it is conceivable to use an ultrasonic motor composed of a piezo or the like from the viewpoint of non-magnetism. When the vibrator of the ultrasonic motor is driven to generate a traveling wave in a direction parallel to the stage guide, the stage member with which the vibrator is in contact moves by the force transmitted by the frictional force. By changing the driving frequency of the vibrator, it becomes possible to drive and control the stage member in a desired direction and at a desired speed. Therefore, the frictional force generated between the vibrator of the ultrasonic motor and the stage member plays an important role, but there is a possibility that the frictional force changes over time and the traveling accuracy of the stage deteriorates. is there. This may be caused by thermal distortion caused by heat generation of the ultrasonic motor itself, abrasion of a contact portion between the vibrator and the guide, and the like.
[0007]
In view of the above, in the present invention, a charged particle beam reduction transfer optical system is used in a vacuum or reduced-pressure atmosphere, a high-speed, high-rigidity stage is provided, and a circuit pattern drawn on a mask with high accuracy is formed on a wafer. It is an object of the present invention to provide an apparatus for manufacturing a semiconductor device capable of transferring data to a semiconductor device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a stage including a sample holding unit for detachably holding a sample in a vacuum or reduced-pressure atmosphere and capable of freely scanning a plane. A stage guide for guiding the stage in at least two axes orthogonal to each other, and a friction drive mechanism for scanning the stage along the stage guide, wherein the friction drive mechanism section A heat sink for cooling the sliding portion and the driving source is provided on the mounting member of the friction driving mechanism, and the sliding portion and the driving source can be cooled, and the heat sink is provided on the sample holding means. A heater capable of keeping at least the sample and the sample holding unit of the sample holding unit at an arbitrary temperature based on temperature information from a temperature sensor. There is provided an apparatus for manufacturing a semiconductor apparatus that comprises a.
[0009]
Further, in the second means of the present invention, there is provided a stage provided with a sample holding means for detachably holding a sample in a vacuum or reduced-pressure atmosphere and capable of freely scanning within a plane; A stage guide for guiding at least two axes in orthogonal trajectories, and a stage mechanism including a friction drive mechanism for scanning the stage along the stage guide, wherein the stage is moved along the stage guide. To drive the ultrasonic motor fixed to the member provided with the stage guide as a driving source, in order to generate a desired frictional force between the driving force generating point of the ultrasonic motor and the stage, The ultrasonic motor can be moved in a direction perpendicular to the stage guide, and the ultrasonic motor is fixed at a certain level from the back. A screw for pressing against the stage guide, a torque sensor capable of measuring the torque of the screw, and a screw lock capable of releasing the lock so that the screw can be fixed at a desired position or freely rotated. A semiconductor device manufacturing apparatus, comprising: a mechanism; and a pressurizing adjustment mechanism including a rotary drive mechanism for selectively releasing the screw lock mechanism and rotating the screw according to the torque sensor. is there.
[0010]
Here, the sliding member of the friction drive mechanism may be hard ceramics, and the sliding surface of the sliding member may be coated with a conductive metal having a solid lubricating action.
[0011]
Further, the sliding member of the friction drive mechanism may be made of at least one or more kinds of hard ceramics containing Ti, Si, and Al, and may be constituted by components.
[0012]
Further, in the sliding member of the friction drive mechanism, the conductive metal having a solid lubricating action coated on the sliding surface may be gold or silver.
[0013]
Further, the third means of the present invention comprises a light source for irradiating a charged particle beam in a vacuum or reduced-pressure atmosphere, and a first sample holding means for detachably holding the first sample. A first stage capable of freely scanning in a plane; and a second sample holding means for detachably holding a second sample, and capable of freely scanning in the plane. A second stage, and a charged beam reflected on the first sample surface among the charged beams incident on the first sample surface on the first stage, and a second sample on the second stage. A charged particle beam emitted from the light source by scanning the electron optical system having an optical axis bent so as to be incident on a surface and the first stage and the second stage in synchronization with each other. Provided in the first sample by A circuit pattern of a semiconductor device, there is provided an apparatus for manufacturing a semiconductor device characterized by comprising a stage controller for reducing transfer to a desired position on the second sample.
[0014]
Still further, in a fourth aspect of the present invention, the first stage and the second stage are formed on the same plane, and the electron optical system in which the optical axis is bent is formed by a first sample surface. An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing a semiconductor device in which the direction of a reflected charged particle beam is changed by 180 degrees and guided again on the second sample surface.
[0015]
Still further, in a fifth aspect of the present invention, a light source for irradiating a charged particle beam in a vacuum or reduced-pressure atmosphere and a first sample holding means for detachably holding a first sample are provided. A first stage provided and capable of freely scanning in a plane, and a second sample holding means for detachably holding a second sample, and capable of freely scanning in a plane. The optical axis is bent such that the charged beam incident on the second sample stage and the first sample surface on the first stage is incident on the second sample surface on the second stage. By scanning the electron optical system and the first stage and the second stage in synchronization with each other, a charged particle beam emitted from the light source is used to scan the semiconductor device provided on the first sample in advance. The circuit pattern is A stage control device for reducing and transferring the image to a desired position above, and temperature information from a first temperature sensor provided in the first sample holding means, and a stage control device provided in advance to the first sample. A first temperature control unit that can set a sample holding unit of the first sample holding unit to an arbitrary temperature according to a dimensional accuracy of a circuit pattern of the semiconductor device; and a first temperature control unit provided in the second sample holding unit. A second temperature control unit that can set the sample holding unit of the second sample holding unit to an arbitrary temperature based on the temperature information from the second temperature sensor. A manufacturing apparatus is provided. Further, in the above invention, a cooling means for cooling a plate-like member formed in a closed vessel for realizing a vacuum or reduced-pressure atmosphere and an inlet of a pump for exhausting may be provided.
[0016]
As described above, according to the first means of the present invention, the slide unit and the drive unit of the stage drive mechanism that can detachably hold the sample in a vacuum or reduced-pressure atmosphere and can freely scan the plane. It acts to maintain the sample at the desired temperature while cooling the source.
[0017]
According to the second means of the present invention, an ultrasonic motor as a drive source of a stage capable of holding a sample in a detachable manner and freely scanning a plane in a vacuum or reduced-pressure atmosphere is provided. It works to make the thrust constant.
[0018]
In addition, the sliding member of the drive mechanism is made of hard ceramic and its surface is coated with a conductive metal that has a solid lubricating effect, so that the stage can operate smoothly and for a long time even in a vacuum or reduced pressure atmosphere. Works.
[0019]
In the third means of the present invention, a desired circuit pattern drawn on a mask detachably held on a mask stage is converted into an optical axis by using a charged particle beam as an irradiation light source in a vacuum or reduced-pressure atmosphere. Is guided on a wafer detachably held on a wafer stage through a bent electron optical system, and by controlling the mask stage and the wafer stage in synchronization with each other, a desired pattern is obtained on the wafer. Works.
[0020]
In the fourth means of the present invention, an electron optical system having a bent optical axis such that the scanning surface of the mask stage and the scanning surface of the wafer stage are the same in a vacuum or reduced pressure atmosphere is used. , So that it can be easily manufactured and adjusted.
[0021]
Further, in the fifth means of the present invention, by controlling the holding temperature of the mask in accordance with the dimensional accuracy of the mask, it is possible to reduce the influence of the manufacturing error of the mask and the influence of the temperature change of the mask due to the transfer, and to achieve a desired effect. It acts so as to transfer onto a wafer while being controlled at a temperature.
[0022]
Further, the degree of vacuum and the quality of the vacuum in the container are improved by a cooling means for cooling the plate-like member inside the closed container for realizing a vacuum or reduced-pressure atmosphere and an inlet of a pump for exhausting. Act on.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a configuration diagram of an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
[0024]
In the first means of the present invention, the mask 2 is placed on a holding means 3 by a transfer means (not shown) in a mask stage 1 housed in a closed container (not shown) for holding in a vacuum or reduced pressure atmosphere. Conveyed. The transferred mask 2 is fixed by the holding means 3 by an electrostatic chuck or the like. Although not shown here, means for mechanically clamping the end face of the mask may be used in order to prevent deformation of the mask pattern due to foreign matter or the like attached to the back surface of the mask.
[0025]
In the top view of the mask holding portion of the present invention shown in FIG. 3, a temperature sensor 4 for measuring the temperature of the back surface of the transferred mask 2 on the holding means 3 and the temperature of the entire back surface of the mask 2 are controlled. And a heater 5 for performing heating. Although not shown here, another heat sink and another heater for controlling the temperature of the mask surface by radiation may be provided on the inner surface of the closed container facing the mask.
[0026]
In the side sectional view of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the trajectory of the mask stage 1 is determined by a stage guide 6 such as a cross roller guide and a stage guide 7 not shown. An ultrasonic motor 11 for driving a stage is attached to each of the intermediate block section 8 and the stage base section 9. Here, in the configuration diagram of FIG. 1, in order to eliminate heat generation of the ultrasonic motor itself (not shown) and heat generation of a sliding portion that generates a driving force, water whose temperature is controlled outside a closed container (not shown) is removed. A heat sink 10 is provided for removing heat by introduction. In addition, in consideration of leakage in the closed container, an inert liquid such as alternative Freon or Fluorinert may be used as the refrigerant.
[0027]
In the second means of the present invention, as shown in the side sectional view of FIG. 2, the mask 2 is held by mask holding means 3, and a stage guide 6 for scanning these along a predetermined trajectory is provided. And is fixed to the intermediate block 8 via The vibrating part 12 of the ultrasonic motor 11 fixed to the intermediate block 8 is in contact with a part of the stage 1 and generates a traveling wave of a predetermined frequency in the contact part, so that a desired direction can be obtained in a desired direction. Speed drive is possible. Therefore, the fixed portion of the ultrasonic motor 11 is made movable by a small guide mechanism 12 such as an LM guide, and is pressed by a feed screw mechanism 13 from the back surface of the ultrasonic motor 11 toward a contact portion with the stage. . The feed screw mechanism 13 includes a screw torque sensor 14 for monitoring the pressing force and a lock / unlock mechanism (not shown) that can be released so as to be fixed or freely rotatable at a predetermined position. Further, the feed screw mechanism 13 released by the lock / unlock mechanism moves the position of the ultrasonic motor 11 to a desired position according to the screw torque sensor 14 by the external power transmission mechanism 16 provided in the closed container 15. Is possible.
[0028]
The vibrating part 12 of the ultrasonic motor 11 and the stage 1 including the contact part where a part of the stage 1 is in contact are scanned during the irradiation of the charged particle beam and the pattern drawn on the mask 2 is transferred to the wafer 18. The material must be non-magnetic so as not to affect the trajectory of the charged particle beam at the time of transfer onto the surface, and to be a conductive material so that the potential is not locally distributed by charge-up. Therefore, a hard ceramic such as SiC or TiC is used as the material of the stage 1. In addition, a non-magnetic metal having a solid lubricating action of gold or silver is deposited on the contact portion between the stage 1 and the vibrating portion 12 of the ultrasonic motor 11 to provide lubrication, thereby preventing heat generation and improving the life. ing.
[0029]
Further, in the third means of the present invention, as shown in FIG. 1, the mask 2 is not shown in the mask stage 1 which is housed in a closed vessel (not shown) for use in a vacuum or reduced pressure atmosphere. It is conveyed onto the mask holding means 3 by the conveying means. The transferred mask 2 is fixed by an electrostatic chuck or the like by the mask holding means 3. Although not shown here, mechanical clamping or other means may be used to prevent deformation of the mask pattern due to foreign matter or the like adhering to the back surface of the mask.
[0030]
Further, the wafer 18 is transferred onto the wafer holding means 19 by a transfer means (not shown) on a wafer stage 17 placed in a closed container (not shown) for keeping the atmosphere in a vacuum or reduced pressure atmosphere. The transferred wafer 18 is fixed by a wafer holding means 19 by an electrostatic chuck or the like. Although not shown here, a means such as mechanical clamping may be used in order to prevent deformation of the underlying pattern on the wafer due to foreign matter or the like attached to the back surface of the wafer.
[0031]
Further, an illumination optical system 21 for guiding a charged particle beam emitted from an irradiation light source 20 for emitting a charged particle beam having a desired size onto the mask 2, and a charged particle beam reflected on the mask 2 are formed. And a reduction transfer optical system 22 for reducing the size to a desired size and guiding it to a desired position on the wafer 18. At this time, since the reduction optical system 22 is bent to reduce aberration, the mask stage 1 and the wafer stage 17 are configured not to be parallel but to face each other at a certain angle.
[0032]
In the fourth means of the present invention, as shown in the cross-sectional configuration diagram of the semiconductor device manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention in FIG. In the mask stage 1 housed in a closed container, the mask 2 is transferred onto the mask holding means 3 by a transfer means (not shown). The transferred mask 2 is fixed by an electrostatic chuck or the like by the mask holding means 3. Although not shown here, mechanical clamping or other means may be used to prevent deformation of the mask pattern due to foreign matter or the like adhering to the back surface of the mask.
[0033]
Further, the wafer 18 is transferred onto the wafer holding means 19 by a transfer means (not shown) on a wafer stage 17 placed in a closed container (not shown) for keeping the atmosphere in a vacuum or reduced pressure atmosphere. The transferred wafer 18 is fixed by a wafer holding means 19 by an electrostatic chuck or the like. Although not shown here, a means such as mechanical clamping may be used in order to prevent deformation of the underlying pattern on the wafer due to foreign matter or the like attached to the back surface of the wafer.
[0034]
Further, an illumination optical system 21 for guiding a charged particle beam emitted from an irradiation light source 20 for emitting a charged particle beam having a desired size onto the mask 2, and a charged particle beam reflected on the mask 2 are formed. And a reduction transfer optical system 22 for reducing the size to a desired size and guiding it to a desired position on the wafer 18. At this time, a trajectory correcting / deflecting optical system 23 for correcting the trajectory is added to the reduction optical system 22 in order to guide the trajectory of the charged particle beam to the wafer stage 17 formed in the same plane as the mask stage 1. The trajectory correcting deflection optical system 23 reduces the degree of freedom from the viewpoint of reducing aberrations, but makes designing difficult, but facilitates design and assembly around the stage.
[0035]
In the fifth means of the present invention, referring to FIG. 1, a mask 2 is illustrated in a mask stage 1 housed in a closed container (not illustrated) for setting a vacuum or reduced pressure atmosphere. It is conveyed onto the mask holding means 3 by a non-conveying means. The transferred mask 2 is fixed by an electrostatic chuck or the like by the mask holding means 3. Further, as shown in FIG. 3, the temperature of the mask 2 can be controlled by a temperature control means 5 including a temperature sensor 4 and a heater provided in the mask holding unit. By the way, although not shown here, a means such as mechanical clamping may be used in order to prevent deformation of the mask pattern due to foreign matter or the like attached to the back surface of the mask.
[0036]
Further, in FIG. 1, a wafer 18 is transferred onto a wafer holding means 19 by a transfer means (not shown) on a wafer stage 17 housed in a closed container (not shown) for keeping a vacuum or reduced-pressure atmosphere. You. The transferred wafer 18 is fixed by a wafer holding means 19 by an electrostatic chuck or the like. Further, the temperature of the wafer 18 can be controlled by a temperature sensor (not shown) provided on the wafer holding unit and temperature control means (not shown). Further, although not shown here, a means such as mechanical clamping may be used in order to prevent deformation of the underlying pattern on the wafer due to foreign matter or the like attached to the back surface of the wafer.
[0037]
Further, an illumination optical system 21 for guiding a charged particle beam emitted from an irradiation light source 20 for emitting a charged particle beam having a desired size onto the mask 2, and a charged particle beam reflected on the mask 2 are formed. And a reduction transfer optical system 22 for reducing the size to a desired size and guiding it to a desired position on the wafer 18.
[0038]
In transferring a desired circuit pattern, the temperature of the mask 2 conveyed on the mask stage 1 is measured by a temperature sensor 4 as shown in FIG. The temperature of the mask is controlled by the temperature control means 5 so that the temperature is determined according to the pattern position accuracy of the mask 2. Separately from this, the temperature of the wafer 18 transferred onto the wafer stage 17 is measured by a temperature sensor (not shown) so that the temperature of the wafer 18 becomes a predetermined temperature by temperature control means (not shown). And the temperature is maintained during the exposure. Here, the temperature of the wafer 18 is set to a surrounding environment temperature or a temperature at which an exposure apparatus such as a stepper is managed.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a lightweight and rigid stage that can be scanned at high speed in a vacuum or reduced-pressure atmosphere is provided. The effect of reducing the size is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an apparatus for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side sectional view of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a top view of a mask stage used in the semiconductor device manufacturing apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor device manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mask stage 2 Mask 3 Mask holding means 4 Temperature sensor 5 Heater 6 Stage guide 7 Stage guide 8 Intermediate block part 9 Stage base part 10 Heat sink 11 Ultrasonic motor 12 Small guide mechanism 13 Feed screw mechanism 14 Screw torque sensor 15 Sealing container 16 External power transmission mechanism 17 Wafer stage 18 Wafer 19 Wafer holding means 20 Irradiation light source 21 Illumination optical system 22 Reduction transfer optical system 23 Orbit correction deflection optical system

Claims

A stage provided with sample holding means for detachably holding a sample in a vacuum or reduced pressure atmosphere and capable of freely scanning in a plane; and guiding the stage in at least two axes orthogonal to each other. A stage guide having a friction drive mechanism for scanning the stage along the stage guide, and a heat sink for cooling a sliding portion and a drive source of the friction drive mechanism. With the heat sink cooling the sliding part and the drive source of the friction drive mechanism provided on the mounting member, based on temperature information from a temperature sensor provided in the sample holding means, the sample holding means The sample and the sample holding section of the sample holding means are maintained at a desired temperature by heaters provided on the entire back surface. Apparatus for manufacturing a semiconductor device characterized by being earthenware pots configuration.

A stage provided with sample holding means for detachably holding a sample in a vacuum or reduced pressure atmosphere and capable of freely scanning in a plane; and guiding the stage in at least two axes orthogonal to each other. A stage guide having a friction drive mechanism for scanning the stage along the stage guide, and a member provided with the stage guide for driving the stage along the stage guide An ultrasonic motor fixed to the stage is used as a driving source, and in order to generate a desired frictional force between the driving force generating portion of the ultrasonic motor and the stage, the ultrasonic motor is moved directly to the stage guide. And the ultrasonic motor is pressed against the stage guide with a constant force from the back. A screw sensor that can measure the torque of the screw, a screw lock mechanism that can release the lock so that the screw can be fixed at a desired position or can be freely rotated, and the screw lock mechanism. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising: a pressurizing adjustment mechanism comprising a rotary drive mechanism for selectively releasing and turning the screw according to the torque sensor.

A stage provided with sample holding means for detachably holding a sample in a vacuum or reduced pressure atmosphere and capable of freely scanning in a plane; and guiding the stage in at least two axes orthogonal to each other. A stage guide, and a friction drive mechanism for scanning the stage along the stage guide, wherein the sliding member of the friction drive mechanism is made of hard ceramic, 3. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the moving surface is coated with a conductive metal having a solid lubricating action.

4. The semiconductor device manufacturing apparatus according to claim 2, wherein the sliding member of the friction drive mechanism is made of at least one or more kinds of hard ceramics containing Ti, Si, and Al and is made of a component. .

4. The semiconductor device according to claim 2, wherein in the sliding member of the friction drive mechanism, the conductive metal having a solid lubricating action coated on the sliding surface is gold or silver. manufacturing device.

A light source for irradiating a first sample with a charged particle beam via an illumination optical system in a vacuum or reduced pressure atmosphere, and a first sample holding means for detachably holding the first sample. A first stage capable of freely scanning in a plane; and a second sample holding means for detachably holding a second sample, and capable of freely scanning in the plane. A second stage, and a charged particle beam reflected on the first sample surface among charged particle beams incident on the first sample surface on the first stage via the illumination optical system, An electron optical system in which an optical system between the first stage and the second stage is bent so as to guide the light to be incident on a second sample surface on the second stage; Scan the second stage synchronously with each other And a stage controller for reducing and transferring a circuit pattern of the semiconductor device provided in advance on the first sample to a desired position on the second sample by the charged particle beam emitted from the light source. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, comprising:

In a vacuum or reduced-pressure atmosphere, a light source for irradiating a charged particle beam and first sample holding means for detachably holding a first sample are provided, and a plane can be freely scanned. A first stage, a second stage including a second sample holding means for detachably holding a second sample, and capable of freely scanning in a plane; The second stage is formed on the same plane, and the electron optical system in which the optical axis is bent changes the direction of the charged particle beam reflected by the first sample surface by 180 degrees, and the second stage is returned to the second stage. An apparatus for manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is guided on a sample surface.

A light source for irradiating a first sample with a charged particle beam via an illumination optical system in a vacuum or reduced pressure atmosphere, and a first sample holding means for detachably holding the first sample. A first stage capable of freely scanning in a plane; and a second sample holding means for detachably holding a second sample, and capable of freely scanning in the plane. A second stage, and a charged particle beam reflected on the first sample surface among charged particle beams incident on the first sample surface on the first stage via the illumination optical system, An electron optical system in which an optical system between the first stage and the second stage is bent so as to guide the light to be incident on a second sample surface on the second stage; Scan the second stage synchronously with each other And a stage control device for reducing and transferring a circuit pattern of the semiconductor device provided in advance on the first sample to a desired position on the second sample by the charged particle beam emitted from the light source. The first sample according to temperature information from a first temperature sensor provided in the first sample holding means and dimensional accuracy of a circuit pattern of a semiconductor device provided in advance on the first sample; A first temperature control unit that can set a sample holding unit of the holding unit to an arbitrary temperature; and a second temperature sensor based on temperature information from a second temperature sensor provided in the second sample holding unit. A second temperature control means for setting a sample holding portion of the second sample holding means to an arbitrary temperature.

Claims 1 and 2 characterized by comprising cooling means for cooling a local space on the inner surface of a closed vessel for realizing a vacuum or reduced pressure atmosphere and an inlet of a pump for exhausting. An apparatus for manufacturing a semiconductor device according to any one of 3, 4, 5, 6, 7, and 8.