JP4074224B2

JP4074224B2 - 真空装置及び電子ビーム近接露光装置

Info

Publication number: JP4074224B2
Application number: JP2003182872A
Authority: JP
Inventors: 直樹安光
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-06-26
Filing date: 2003-06-26
Publication date: 2008-04-09
Anticipated expiration: 2023-06-26
Also published as: US20040263819A1; KR100610314B1; KR20050001353A; JP2005019708A; US6965115B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空装置及び電子ビーム近接露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハの処理を行うためのチャンバと、チャンバ内部に設けられ、前記半導体ウエハを位置決め保持するステージとを備えた真空装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。通常、これらのステージの固定は、ステージをチャンバの底壁部に３点支持するか、ステージを剛性の高い定盤に搭載しこの定盤をチャンバの底壁部に３点支持するという方法で行われている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３５７６４６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
真空装置は、チャンバ内部を減圧し真空にして使用するので、使用中は外部との気圧差によってチャンバの壁（上壁、底壁、側壁等）が変形する。チャンバ底壁にステージを支持した上記真空装置においては、底壁が変形した場合はステージが変位することとなる。ステージが変位することによって処理対象となる半導体ウエハが変位してしまう。定盤にステージを搭載した真空装置においても、底壁が変形した場合は定盤が変位することとなる。定盤が変位すると、間接的に定盤に搭載されたステージも変位し、ひいては処理対象となる半導体ウエハが変位する。従ってこれらの真空装置においては減圧時に、半導体ウエハの位置が変位してしまう。予め減圧時の底壁の変形を考慮して半導体ウエハの位置を設計することも考えられるが、外部気圧の変動によっても底壁の変形は変動してしまうので、半導体ウエハの位置精度の確保は困難であった。半導体ウエハ等の処理対象となる試料の位置精度（特に上下位置精度）を確保することは、例えば、露光用マスクと試料とを近接させて露光処理を行う電子ビーム近接露光装置において特に重要である。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、チャンバの減圧時に試料の位置精度を確保することができる真空装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の真空装置は、試料の処理を行うためのチャンバと、チャンバ内部に設けられ、試料を位置決め保持する試料保持部を設置するための定盤と、を備え、定盤はチャンバの側壁により支持され、チャンバの底壁から間隙をおいて設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記真空装置によれば、チャンバの底壁と定盤との間に間隙があるので、チャンバの底壁が変形しても、底壁の変形が定盤の変位として直接伝わることがない。従って、底壁の変形が試料の位置に及ぼす影響を最小限に抑えることができ、試料の位置精度（特に上下位置精度）を向上することができる。
【０００８】
また、本発明の真空装置は、定盤に設置され、試料を位置決め保持する試料保持部を更に備え、試料保持部は定盤に固着可能に構成されていることを特徴としてもよい。
【０００９】
上記真空装置によれば、定盤の位置は底壁の変形の影響がほとんどなく、定盤自体もほとんど撓まない。このため、試料保持部を定盤に完全に固着しても試料保持部には撓み等の変形が生じない。上記真空装置によれば、定盤の上に試料保持部を固着可能としているので、試料保持部が定盤に対して容易に動かず、試料の位置精度を確保することができる。
【００１０】
また、本発明の真空装置は、チャンバが、定盤を境に仕切られた第１の真空室と、第２の真空室とを有し、第１の真空室及び第２の真空室は、互いに導通していないことを特徴としてもよい。
【００１１】
上記真空装置によれば、第１及び第２の真空室が互いに分離されているので、真空引きをそれぞれ独立して行うことができる。よって、より高い真空度が求められる一方の真空室を他方の真空室から切り離して減圧することができ、高い真空度を確保することができる。なお、「互いに導通していない」とは、互いの間で空気の行き来がなく、互いに異なった気圧を維持できることを言う。
【００１２】
本発明の電子ビーム近接露光装置は、上記の真空装置と、試料に電子ビームを照射する電子ビーム照射部と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る電子ビーム近接露光装置（真空装置）１の構成を示す斜視図である。図２は電子ビーム近接露光装置（以下、単に「露光装置」ともいう）１の断面図である。図に示すように、露光装置１は、チャンバ３、電子ビーム照射部５、及び定盤７を有している。図１に示すように水平方向をｘ方向、ｙ方向、鉛直方向をｚ方向と定め、以下必要な場合には説明に用いる。
【００１５】
チャンバ３は、上端及び下端が開口した容器本体９と、この容器本体９の上部開口を塞ぐ上蓋１１と、下部開口を塞ぐ底蓋１２とを有している。容器本体９は、鉛直方向（ｚ方向）に伸びた４つの側壁部９ｂを有する。底蓋１２は平断面が矩形状をなす底壁部１２ａと、底壁部１２ａの縁部に立設された側壁部１２ｂとを有する。側壁部９ｂと側壁部１２ｂとでチャンバの側壁部（側壁）１４ｂを構成し、底壁部１２ａがチャンバの底壁部１４ａを構成する。上蓋１１は、平断面が矩形状をなし、中央に円形の貫通孔１１ａが設けられている。上蓋１１及び容器本体９は純鉄からなっている。底蓋１２はステンレス（ＳＵＳ３０４）からなっている。
【００１６】
貫通孔１１ａには、円柱状の電子ビーム照射部５が鉛直方向（ｚ方向）に移動可能であるように貫通している。貫通孔１１ａの縁部と電子ビーム照射部５との間にはＯリング１１ｂが設置され、電子ビーム照射部５は貫通孔１１ａの縁部と電子ビーム照射部５との間を封止したまま鉛直方向（ｚ方向）に滑って移動可能になっている。電子ビーム照射部５は、貫通孔１１ａから外部に突き出た部分において４つの照射部保持部１３により保持されている。照射部保持部１３は上蓋１１の上に設けられている。４つの照射部保持部１３は、それぞれ一端が上蓋部１１の矩形の頂点部１５に固定されており、他端が照射部保持部１３に固定されている。照射部保持部１３は断面四角形状をなしており、軽量化のため中空構造となっている。
【００１７】
電子ビーム照射部５は、上壁部と側壁部とを含む電子鏡筒１７と、電子鏡筒１７内で上壁部に設けられた電子銃１９と、電子銃１９から出射された電子ビームをコリメートするレンズ２１と、偏光器２３とを有している。これら電子銃１９、レンズ２１、及び偏光器２３は、鉛直下方に向かってこの順に配置されており、電子銃１９から出射された電子ビームは、レンズ２１によりコリメートされ、偏光器２３により走査されて半導体ウエハＷ上に照射される。
【００１８】
図３（ａ）は定盤７を上面から見た斜視図、図３（ｂ）は定盤７を底面から見た斜視図である。定盤７は図に示すようにｘｙ平面方向に広がった四角柱状をなしており、側面最下部から水平方向に突出したフランジ７ａを有している。定盤７は上面側に搭載面７ｈを有している。搭載面７ｈは平坦な平面となっており、半導体ウエハＷを位置決め保持するためのウエハステージ（試料保持部）２５が搭載される。定盤７の底面７ｔ側からｚ方向に伸び定盤を貫通しない多数の円柱形状の穴７ｂが縦横に配列してハニカム状に設けられている。定盤７は純鉄からなり、表面には無電解メッキによるニッケルメッキが施されている。
【００１９】
定盤７は、フランジ７ａが容器本体９と底壁部１２とで挟みこまれることによりチャンバの側壁部１４ｂに保持、固定されている。上蓋１１、容器本体９、及び底壁部１２で囲まれたチャンバ内部の空間は、定盤７によって仕切られ、ｚ方向において二分されている。この二分された空間がそれぞれ第１真空室２７、第２真空室２９を構成する。すなわち、上蓋１１、側壁部９ｂ、及び定盤７で囲まれる空間が第１真空室２７を構成し、底壁部１２ａ、側壁部１２ｂ、定盤７で囲まれる空間が第２真空室２９を構成する。なお、定盤７の底面７ｔに設けられた円柱形状の穴７ｂの各スペースも第２真空室２９に含まれる。
【００２０】
第１真空室２７内には、露光処理を行うための半導体ウエハ（試料）Ｗを保持するウエハステージ２５が収容されている。ウエハステージ２５は図示しない駆動機構によりウエハＷの位置、傾きを調整することが可能で、ウエハＷの水平面内における回転方向（θｚ）、ｘ方向、ｙ方向、及び傾き（θｘ、θｙ）の細かい位置決めを行う。ウエハステージ２５は、ステージベース２５ａの底部を定盤７の搭載面７ｈに密着させて固着されている。
【００２１】
図４はウエハステージ２５のステージベース２５ａが定盤７に固着されている様子を示したものである。搭載面７ｈには位置決めピン３７ａ、３７ｂ、３７ｃが鉛直方向に突出している。ステージベース２５ａを位置決めピン３７ａ、３７ｂに当接することによってステージベース２５ａのｙ方向における位置が規定される。また、ステージベース２５ａを位置決めピン３７ｃに当接することによってステージベース２５ａのｘ方向における位置が規定される。また、位置決めピン３７ａ、３７ｂ、３７ｃの３点に同時に当接するためステージベース２５ａのθｚ方向の位置も規定されることになる。ステージベース２５ａは上記位置決めピン３７ａ、３７ｂ、３７ｃによって位置決めがなされた後、クランプ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄによって搭載面７ｈに固定される。すなわち、ウエハステージ２５はクランプ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、及び位置決めピン３７ａ、３７ｂ、３７ｃの固定手段によって固定可能に構成されており、それらの固定手段がｘ方向、ｙ方向、ｚ方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向の荷重に対して抗力を有するので、当該荷重をうけてもウエハステージ２５と定盤７とが互いの位置関係を変えないようになっている。なおクランプ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄは搭載面７ｈ上から取り外し可能となっている。
【００２２】
また、第１真空室２７内には、所望パターンが形成されたマスクＭを位置決め保持するためのマスクステージ３１が収容されている。マスクステージ３１は図示しない駆動機構によりウエハＷの位置、傾きを動かすことが可能で、水平面内における回転方向（θｚ）、ｘ方向、ｙ方向、及び傾き（θｘ、θｙ）の細かい位置決めを行う。このマスクステージ３１は、定盤７の搭載面７ｈ上に立設された基準ベース３３上に搭載されている。電子ビーム照射部５から出射された電子ビームによりマスクMの全面を走査することで、所望パターンが半導体ウエハW上のレジストに等倍で転写される。
【００２３】
また、第１真空室２７内には、マスクM上及び半導体ウエハW上に光を照射し、図示しないアライメントマークによって散乱された光を検出する白色光顕微鏡などの光検出器３５が設けられている。この光検出器３５は、基準ベース３３上に搭載されている。この光検出器３５により検出されたデータは、図示しない画像処理装置に送られて処理され、アライメントマークの重なり具合からマスクMと半導体ウエハWとの位置関係が求められる。そして、マスクMと半導体ウエハWとに位置ズレがあるときには、マスクM及び／又は半導体ウエハWの位置を修正する信号が生成され、この信号に基づいてマスクM及び／又は半導体ウエハWの位置が微修正される。このようにして、マスクMと半導体ウエハWとの精密な位置決めがなされる。なお本実施形態では、マスクMは半導体ウエハWに近接（マスクMと半導体ウエハWとの間隙が１０〜１００μｍ程度）して配置される。
【００２４】
ウエハＷへの電子ビーム照射を減圧下で行うため、第１真空室２７は、真空ポンプ等により排気され減圧される。またこのとき、第２真空室２９も減圧される。図５はチャンバ３を減圧する真空排気系統を示したものである。図５に示す真空排気系は第１真空室２７及び第２真空室２９の排気及び給気を行うためのラインＬ１、ラインＬ２、ラインＬ３、ラインＬ４、ラインＬ５、ラインＬ６、及びラインＬ７を有している。ラインＬ１上にはターボ分子ポンプＰ１が設けられ、ラインＬ２上にはドライポンプＰ２が設けられている。また、ラインＬ５、Ｌ６、Ｌ７上にはそれぞれ圧空アングル弁Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７が設けられている。
【００２５】
第１真空室２７及び第２真空室２９の減圧は以下のように行われる。まず、圧空アングル弁Ｃ６、Ｃ７が閉じられ圧空アングル弁Ｃ５が開かれた状態で、ドライポンプＰ２によって粗引きが行われる。ドライポンプＰ２はラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３を通じて第１真空室２７中の空気を排出し、ラインＬ４、Ｌ５、Ｌ２、Ｌ３を通じて第２真空室２９中の空気を排出する。すなわち、ドライポンプＰ２による真空引きは第１真空室２７及び第２真空室２９について同時に行われる。電子ビーム照射処理が行われる第１真空室２７についてはさらに高い真空度を得るため、ターボ分子ポンプＰ１による本引きが行われる。本引きは圧空アングル弁Ｃ５、Ｃ６、Ｃ７を閉じた状態でターボ分子ポンプＰ１及びドライポンプＰ２を駆動させることで行われる。一方、第１真空室２７、第２真空室２９の真空状態を解除する場合には、圧空アングル弁Ｃ５を閉じた状態で圧空アングル弁Ｃ６、Ｃ７を開くことによって、外部から両真空室へ空気を供給する。
【００２６】
図６は減圧によるチャンバ３（第１真空室２７、第２真空室２９）の変形を模式的に示した概略図である。破線は上記真空排気系によりチャンバ３を減圧する前（以下「減圧前」という）のチャンバ３の形状を示し、実線は上記真空排気系によりチャンバ３を減圧した後（以下「減圧後」という）のチャンバ３の形状を示している。減圧後においてはチャンバの内部と外部との気圧差により上蓋１１、側壁部１４ｂ、底壁部１２ａには外部から内部へ向かう方向へ均等荷重がかかることになる。各部材は図に示すように均等荷重によって内部へ凸になるように撓み、変形する。このとき定盤７は側壁部１４ｂの変形による曲げ応力及び垂直応力を受けることとなるが、これらの応力による定盤７の変位は底壁部１２ａの変形量に比べて無視できるほど小さい。
【００２７】
このように露光装置１によれば、チャンバ３において定盤７が側壁部１４ｂに支持され底壁部１２ａから間隙をおいて設けられているので、減圧後の底壁部１２ａの変形の影響が直接定盤７へ伝わらず、減圧による定盤７の変位、特にｚ方向の変位を最小限に抑えることができる。また、定盤７と底壁部１２ａとの間の間隙を含む第２真空室２９も減圧することとしているので、減圧後における第１真空室２７と第２真空室２９との気圧差は極めて小さくなり、この気圧差による定盤７の変形も無視することができる。
【００２８】
図７は減圧による電子ビーム照射部５付近の変形を示した図である。破線は減圧前の上蓋１１の形状を示している。前述のとおり減圧後における上蓋１１は内部へ向けて凸になるように撓み、変形する。また、前述のとおり電子ビーム照射部５は上蓋１１に固定されておらず、照射部保持部１３に支持されており、照射部保持部１３は上蓋１１の頂点部１５に固定されている。頂点部１５は減圧後のチャンバ３の変形による変位が比較的小さいので、照射部保持部１３の変位及びそれに支持された電子ビーム照射部５の変位も小さい。電子ビーム照射部５と上蓋１１は互いに固定されておらず、上蓋１１はｚ方向に滑るように移動可能である。このため、上蓋１１が上記のように変形しても電子ビーム照射部５が追従することなく、電子ビーム照射部５はほとんど位置を変えない。従って、露光装置１によれば減圧後も電子ビーム照射部５の変位を最小限に抑えることができ、電子ビーム照射部５とウエハW及びマスクMとの相対的位置精度を確保することができる。
【００２９】
また、露光装置１によれば、定盤７の歪みもほとんどないので、ウエハステージ２５が定盤７の歪みに追従して変形するという問題も起こらず、ウエハステージ２５はクランプ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄにより固定可能に構成されている。従って、ウエハステージ２５を定盤７に固定することによって、ｘ方向、ｙ方向の水平荷重等によるウエハステージ２５の移動を抑えることができ、ウエハＷの位置精度を確保することができる。
【００３０】
また、露光装置１においては、上蓋１１、容器本体９、及び定盤７は純鉄からなっている。このため、第１真空室２７は磁気シールドされ、外部の磁気変動の影響を遮断することができる。従って、露光装置１によれば安定した電子ビーム照射処理を行うことができる。また、定盤７には底面７ｔ側から多数の円柱状の穴７ｂが設けられているので、定盤７全体の剛性を大きく犠牲にすることなく定盤７の軽量化を図ることができ、露光装置１全体の軽量化を図ることができる。
【００３１】
また、通常大気圧で使用するステージはグラナイト製の定盤が用いられるが、真空中ではグラナイトからH₂O等の大量のガスが放出されるので、グラナイト製の定盤を真空中で用いることはできなかった。露光装置１では定盤７の材質として純鉄を用い、定盤７表面には無電解メッキによるニッケルメッキが施されているので真空中で用いても定盤７から放出されるガスが少なく、チャンバ３内の高い真空度を確保することができる。また、ニッケルメッキを施すことにより定盤７の錆びを防止する効果もある。
【００３２】
また、露光装置１においては、第１真空室２７と第２真空室２９とは導通しておらず、それぞれ独立した真空室となっている。このため、高い真空度が比較的要求されない第２真空室２９を切り離して、より高い真空度が要求される第１真空室２７について高性能のターボ分子ポンプＰ１を用いることができ、電子ビーム照射処理を行う第１真空室２７の真空度を向上することができる。
【００３３】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上記した露光装置１では定盤７で仕切られた第１真空室２７と第２真空室２９は導通しておらずそれぞれ独立した真空室となっているが、本発明においては両真空室を導通させてもよい。
【００３４】
また、露光装置１では、定盤７に底面７ｔ側から多数の円柱状の穴７ｂを設けているが、定盤７の剛性を確保することができ、定盤７の軽量化を図ることができれば穴７ｂは何れの形状としてもよい。例えば、定盤７の底面７ｔ側から三角柱、四角柱或いは六角柱状の穴を配列させて設けてもよい。
【００３５】
また、露光装置１では、電子ビーム照射部５は照射部保持部１３を介して上蓋１１の頂点部１５に固定されているが、電子ビーム照射部はチャンバ３の減圧による変位が小さい点であれば何れの点に固定してもよい。
【００３６】
上記実施形態においては、本発明を電子ビーム近接露光装置に適用したが、本発明の真空装置は、真空中において処理を行う他の試料処理装置にも適用が可能である。例えば、本発明は、イオンビーム露光装置、極紫外線露光装置（ＥＵＶ）等にも適用することができる。また、Ｘ線や電子ビームを利用した欠陥検査装置等にも適用が可能である。その意味で「試料の処理」には欠陥検査も含まれる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、チャンバの減圧時に試料の位置精度を確保することができる真空装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】露光装置の斜視図である。
【図２】露光装置１の断面図である。
【図３】（ａ）は上面から見た定盤の斜視図、（ｂ）は底面から見た定盤の斜視図である。
【図４】ウエハステージのステージベースが定盤に固着されている様子を示したものである。
【図５】チャンバを減圧する真空排気系統図である。
【図６】減圧によるチャンバの変形を模式的に示した概略図である。
【図７】減圧による電子ビーム照射部付近の変形を示した図である。
【符号の説明】
３…チャンバ、５…電子ビーム照射部、７…定盤、９ｂ…側壁部、９…容器本体、１２ｂ…側壁部、１２ａ…底壁部、１３…照射部保持部、１４ｂ…チャンバ内側壁部、１４ａ…チャンバ底壁部、２５…ウエハステージ、２７…第１真空室、２９…第２真空室。

Claims

試料の処理を行うためのチャンバと、
前記チャンバ内部に設けられ、前記試料を位置決め保持する試料保持部を設置するための定盤と、を備え、
前記定盤は前記チャンバの側壁により支持され、前記チャンバの底壁から間隙をおいて設けられていることを特徴とする真空装置。
前記定盤に設置され、前記試料を位置決め保持する試料保持部を更に備え、
前記試料保持部は前記定盤に固着可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空装置。
前記チャンバは、前記定盤を境に仕切られた第１の真空室と、第２の真空室とを有し、
前記第１の真空室及び前記第２の真空室は、互いに導通していないことを特徴とする請求項１又は２に記載の真空装置。
請求項１〜３の何れか１項に記載の真空装置と、
前記試料に電子ビームを照射する電子ビーム照射部と、を備えたことを特徴とする電子ビーム近接露光装置。