JP4256893B2 - 露光装置 - Google Patents

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Description

本発明は露光装置、特にレジストが形成された基板上における露光ビームの照射位置を移動させつつ露光をなす露光装置に関する。
微細なパターンを形成する方法として、高感度で高解像度であることを特徴とする化学増幅型レジストを用いる方法が知られている。かかるパターニング方法においては、化学増幅型レジストを塗布した基板上に、例えば電子ビームなどを用いた露光(描画)、露光後ベーク(PEB:Post Exposure Bake)、及び現像のステップにより行われる。ところが、描画からPEBまでには一定の時間が必要であり、同一基板において始めのほうに描画した部分か、終わりのほうに描画した部分か、によって現像後に得られるパターンのサイズが変わってしまうという問題がある。これは基板上の位置によって描画からPEBまでの時間(引き置き時間、又は待ち時間)が異なり、当該待ち時間中にPEBと同様な反応が進行してしまう現象によって生じるものである。また、枚葉処理をした場合では、始めに描画(あるいは現像)を行った基板か、あるいは終わりのほうに描画(あるいは現像)を行った基板か、基板の処理順によって現像後に得られるパターンのサイズが変わってしまう。
上記した問題は、化学増幅型レジストなどにおけるPED(Post Exposure Delay)の問題として知られている。このような待ち時間の影響が少なくなるようレジストの開発は続けられているが、十分なものは得られていない。
また、かかる問題点を解決する方法として、描画からPEBまでの時間と、レジストの待ち時間特性からPEB条件をコントロールする方法(特開平8−111370号公報参照)や、描画後から現像までの間の反応を抑えるために基板を冷却するといった方法(特開平10−172882号公報参照)が開示されている。
しかしながら、例えば電子ビームを用いて描画する場合では、基板面全面を描画するには長時間かかり、その間に反応が進んでしまう。例えば、化学増幅型レジストを用いて120mmのディスク全体を描画すると3時間程度を要する。さらに、電子ビームは描画基板に、例えば数keV〜100keVといったエネルギーをもって照射される。なお、一般に、電子ビーム描画の解像度は電子ビームのエネルギーに依存し、高解像度を得る場合には高エネルギーの電子ビームが用いられる。電子ビームのエネルギーの一部はレジストの露光反応に使われるが、残りの大半は基板内の散乱によって熱に変換され、基板を局所的に加熱する。そのため、その熱により待ち時間中の反応が促進されてしまう。
従って、上記したような従来の方法では、十分にPEDを抑制できないという問題があった。また、PEB条件等を調整する方法では、調整方法や調整条件が複雑で煩雑であるという欠点がある。
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、PED(Post Exposure Delay)を抑制し、均一性の良いパターンを得ることが可能にして安価な露光装置を提供することが一例として挙げられる。
本発明による露光装置は、レジストが形成された基板に露光ビームを照射して前記レジストに潜像を形成する露光装置であって、基板を保持する基板保持部と、露光ビームの照射位置を前記基板に対して相対的に変化させる駆動部と、露光ビームの照射中において前記基板を冷却する冷却部と、を有することを特徴としている。
本発明による露光装置は、レジストが形成された基板に露光ビームを照射してレジストに潜像を形成する露光装置であって、基板を保持する基板載置部と、基板載置部を回転させるスピンドルと、スピンドルを保持する流体軸受け部と、流体軸受け部及びスピンドル内を経由して基板載置部に冷却流体を供給する導管と、を有することを特徴としている。
本発明による露光装置は、レジストが形成されたディスク形状を有する基板に露光ビームを照射して当該レジストに潜像を形成する露光装置であって、基板を保持するとともに基板を回転させる基板載置部と、基板に露光ビームを照射する照射部と、基板の上方であって、露光ビームの照射位置の回転下流側に配置された低温体と、を有することを特徴としている。
図1は、本発明の実施例1である電子ビーム露光装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図2は、ターンテーブル内に設けられた冷却用ヒートパイプを模式的に示す図である。
図3は、本発明の実施例2である露光装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図4は、図3に示す実施例2の改変例であり、裏面側から基板を冷却する送風機が設けられている場合を示す図である。
図5は、本発明の実施例3である露光装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図6は、本発明の実施例3の改変例である露光装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図7は、本発明の実施例4である電子ビーム露光装置の基板回転部に係る構成を模式的に示すブロック図である。
図8は、ベアリング及びスピンドルの詳細構造を示す断面図である。
図9は、図8の線A−Aにおける構造を示す断面図である。
図10は、図8の線B−Bにおける構造を示す断面図である。
図11は、本発明の実施例5である電子ビーム露光装置の基板回転部に係る構成を模式的に示すブロック図である。
図12は、本発明の実施例6である電子ビーム露光装置の基板回転部に係る構成を模式的に示すブロック図である。
図13は、本発明の実施例6である電子ビーム露光装置の基板回転部に係る構成を模式的に示すブロック図である。
図14は、基板及び低温体の配置を模式的に示す上面図である。
図15は、基板及び低温体の配置を模式的に示す上面図である。
以下、本発明の実施例について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に示す実施例において、等価な構成要素には同一の参照符を付している。
図1は、本発明の実施例1である電子ビーム露光装置10の構成を模式的に示すブロック図である。電子ビーム露光装置10は、電子ビームを用い、例えば磁気ディスクや光ディスクなどの原盤を作製するマスタリング装置である。
電子ビーム露光装置10には、真空チャンバ11、真空チャンバ11に取り付けられた電子ビームカラム12、及び真空チャンバ11内に配された基板を回転、並進移動する駆動装置13,14、及び基板の駆動制御及び電子ビーム制御等をなす種々の回路、制御系(図示しない)が設けられている。
より詳細には、ディスク原盤用の基板15は、ターンテーブル16上に載置されている。ターンテーブル16は、回転及び送りステージ(以下、単にステージと称する)17上に設けられている。ステージ17は、基板15が載置されたターンテーブル16を回転駆動するスピンドルモータ13を有している。また、ステージ17は、ターンテーブル16を並進移動させる送りモータ14に結合されている。従って、基板15を回転させつつ基板15の主面と平行な面内の所定方向に基板15を移動することができる構成を有している。ターンテーブル16は、基板15を吸着保持する静電チャッキング機構を有していてもよい。あるいは、基板15をターンテーブル16に密着するように機械的に抑える構成を有していても良い。
電子ビームカラム12内には、電子ビームを射出する電子銃(エミッタ)、電子ビームを収束させるレンズ、電子ビームを偏向させる電極やコイルなど(図示しない)が設けられている。対物レンズによって収束され、例えば数keV〜数10keVのエネルギを有し、数nA〜数100nAの電子ビーム電流の電子ビーム(EB)が基板15上のレジストに照射される。例えば、用いられる電子の加速電圧は50kV、電子ビーム電流は120nAである。
なお、電子ビーム電流などを大きくすれば短時間で露光(描画)を終了することができるが、電子ビームの照射によるレジストの発熱も高くなり、レジストの反応を高めるように作用する。
図2に示すように、ターンテーブル16内には水冷の冷却装置18が設けられている。より具体的には、冷却装置18は、ステージ17内を経て配管され、ターンテーブル16内に設けられたヒートパイプ18(図中、破線で示す)である。ヒートパイプ18には導管19を介して外部から冷却水等の冷却媒体が供給され、電子ビーム露光を実行中においてもターンテーブル16、すなわち基板15を冷却できるようになっている。なお、図中、ターンテーブル16内及びステージ17内の矢印は熱の流れを示している。従って、電子ビーム照射による基板15の局所的な加熱を回避できる。かかる基板15の冷却は少なくとも露光が行われている期間に亘って実行される。
これにより基板15に描画(電子ビーム露光)を行っている間のレジストの反応を低下させ、PEDを十分に抑制することができる。特に、高エネルギーの電子ビームを用いたり、電子ビーム電流を大きくした場合に効果が大きく、レジストの反応を効果的に抑制することができる。また、基板15を冷却すればよいだけなので複雑で煩雑な調整を行う必要がない。
図3は、本発明の実施例2である露光装置30の構成を模式的に示すブロック図である。露光装置30は、レーザ光ビームを用い、例えば光ディスクなどの原盤を作製する装置である。
露光装置30において、ディスク原盤用の基板31は、ターンテーブル32上に載置されている。ターンテーブル32は、ステージ33上に設けられている。露光装置30は、基板31が載置されたターンテーブル32を回転駆動するスピンドルモータ13及びターンテーブル32を並進移動させる送りモータ14を有し、基板31を回転させつつ基板31の主面と平行な面内の所定方向に基板31を移動することができるようになっている。
露光装置30は、ビーム露光用のレーザ光ビームを集光し、基板31に照射させる光学系を有している。すなわち、レーザ光ビームは対物レンズ34により集光され、そのビームスポットを基板31上に塗布されたレジストに照射することによってビーム露光を行う。
露光装置30には、送風機(ブロワ)35が設けられている。送風機35は、露光(描画)中においてもターンテーブル、すなわち基板31を冷却できるようになっている。送風機35からの送風(空気又は冷風)が基板31表面に当たるように送風機35の向きが定められている。好ましくは、図に示すように、送風機35は、送風機35の向きを調整することが可能な移動装置36に取り付けられている。送風機35の向きは、送風機35からの送風がレーザ光ビームの基板31への照射位置に当たるように調整される。
本実施例の改変例について図4を参照して説明する。基板31は、基板ホルダ(チャッキング)37によって中心部の一部のみが保持され、スピンドルモータ13の回転シャフト38の上部に固定されている。スピンドルモータ13及び送りモータ14によって基板31を回転させつつ基板31の主面と平行な面内の所定方向に移動することができるようになっている点は上記した実施例と同様である。
露光装置30には、送風機(ブロワ)35が設けられている。送風機35は、基板31の裏面(基板31の露光面と反対側の面)側から基板31を冷却できるようになっている。なお、送風機35は、送風機35の向きを調整することが可能な移動装置36に取り付けられ、送風機35からの送風がレーザ光ビームの照射位置に対応する基板31の裏面位置に当たるように調整される。
従って、基板31の加熱を抑制し、これにより基板31に描画(露光)を行っている間のレジストの反応を低下させ、PEDを十分に抑制することができる。また、基板31を空冷すればよいだけなので複雑で煩雑な調整を行う必要がない。
図5は、本発明の実施例3である電子ビーム露光装置40の構成を模式的に示すブロック図である。電子ビーム露光装置40は、電子ビームを用い、例えば磁気ディスクや光ディスクなどの原盤を作製するマスタリング装置である。
電子ビーム露光装置40は、真空チャンバ11、及び真空チャンバ11内に配された基板を載置及び回転、並進移動する駆動装置、及び真空チャンバ11に取り付けられた電子ビームカラム12、及び基板の駆動制御及び電子ビーム制御等をなす種々の回路、制御系(図示しない)が設けられている。
より詳細には、ディスク原盤用の基板15は、ターンテーブル16上に載置されている。ターンテーブル16は、ステージ17上に設けられている。ステージ17は、基板15が載置されたターンテーブル16を回転駆動するスピンドルモータ13を有している。また、ステージ17は、ターンテーブル16を並進移動させる送りモータ14に結合されている。従って、基板15を回転させつつ基板15の主面と平行な面内の所定方向に基板15を移動することができるようになっている。なお、ターンテーブル16は、基板15をターンテーブル16に密着するようにチャッキングする機構が設けられている。
図5に示すように、ターンテーブル16内には電気的に基板15(ターンテーブル16)を冷却可能な冷却装置41(図中、破線で示す)が設けられている。例えば、冷却装置41は、ペルチエ素子を含むペルチエ冷却装置を用いることができる。なお、以下では、当該冷却装置41に、ペルチエ素子を含むペルチエ冷却装置41を用いた場合を例に説明する。また、基板15の温度を検出するため、例えばサーミスタ等の検出素子を少なくとも1つ有する温度センサ42が設けられている。本実施例においては、基板15の面内温度分布を検出することができるように基板15の半径(ラジアル)方向に沿って複数の検出素子がターンテーブル16内に配された温度センサ42を有している。
温度センサ42からの検出信号は、温度信号生成部43に供給される。温度信号生成部43は、当該温度検出信号に基づいて、基板15の温度を表す温度信号を生成して温度コントローラ45に送る。また、位置検出部44は、送りモータ14からの回転信号に基づいて、電子ビームが照射されている基板15上の位置を表す照射位置信号を生成して温度コントローラ45に送る。例えば、送りモータ14はステッピングモータであり、位置検出部44は、送りモータ14のステッピングパルスの数から基準位置(例えば、基板中心)に対するビーム照射位置(半径方向における位置)を検出する。
温度コントローラ45は、温度検出信号及び照射位置信号に基づいて、冷却装置41を制御し、基板15の裏側のビーム照射位置に対応する部分を局所的、集中的に冷却する。このため、冷却装置41は、複数の冷却部に分割されている。例えば、冷却装置41は、同心円状に配された複数のペルチエ素子からなり、ビーム照射位置に対応する半径位置のペルチエ素子を駆動して基板15を冷却する。従って、特に、大きな電子ビーム電流を用い、局所的に基板15(レジスト)の発熱が大きくなるような場合に効果が大きく、レジストの反応を効果的に抑制することができる。
あるいは、本実施例の改変例として、温度コントローラ45は、図6に示すように、単に温度検出信号に基づいて、冷却装置41を制御し、基板15を均一に冷却するようにしてもよい。従って、この場合では、位置検出部44は設けられていなくてもよい。例えば、基板15が所定温度(例えば、室温)以下であるように基板15を冷却する。
かかる基板15の冷却は少なくとも露光が行われている期間に亘って実行されるのが好ましい。
以上、種々の実施例を挙げて説明したように、描画(露光)を行っている間に基板を冷却することによりレジストの反応を低下させ、PEDを十分に抑制することができる。特に、高エネルギーの電子ビームを用いたり、電子ビーム電流を大きくして解像度を高くする場合に効果が大きく、レジストの反応を効果的に抑制することができる。また、複雑で煩雑な調整を行う必要がなく、簡便に均一性の良いパターンを得ることが可能な露光装置を実現することができる。
なお、上記した実施例は、適宜組み合わせて適用することができる。例えば、実施例1において、冷却水を用いた冷却装置に代えて、ペルチエ素子を用いた冷却装置等を用いることができる。
また、上記した実施例は、いわゆるX−θステージを用いた露光装置であるが、これに限定されず、X−Y型の露光装置であっても構わない。
図7は、本発明の実施例4である電子ビーム露光装置10の基板回転部に係る構成を模式的に示すブロック図である。当該基板回転部の回転軸受けとして空気軸受け(エアーベアリング)機構を用いている。なお、以下においては、軸受け部をエアーベアリング又はベアリングと称する。また、当該基板回転部に係る構成以外の構成は実施例1等に示す電子ビーム露光装置10と同様である。
より具体的には、エアーベアリング51にはエアーコンプレッサ(図示しない)からの加圧空気が導入側の空気導管52Aを介して供給される。当該加圧空気によってスピンドル53は浮上、保持され、スピンドルモータ54によってスピンドルシャフト(以下、単にスピンドルという。)53は回転される。スピンドル53の回転によってスピンドル53に取り付けられたターンテーブル55が回転され、ターンテーブル55上に載置されたディスク原盤用の基板15が回転されるように構成されている。56はスチールカバーである。
本実施例においては、エアーコンプレッサからの空気がエアーベアリング51及びスピンドル53を介してターンテーブル55上に供給されるように構成されている。より詳細には、エアーコンプレッサからエアーベアリング(以下、単にベアリングともいう)51に供給される加圧空気の一部は、ベアリング51内に設けられた導管57A及びスピンドル53内に設けられた導管57Bを経てターンテーブル55に供給される。ターンテーブル55に供給された空気はターンテーブル55内に設けられた導管57Cによってターンテーブル55内を循環し、ターンテーブル55を、従って、ターンテーブル55上に載置された基板15を冷却する。ターンテーブル55内に設けられた導管57Cは、基板15に接するターンテーブル55の上面近傍まで供給された空気が輸送されるように形成されているのが好ましい。これにより、供給された空気により基板15が効果的に冷却される。
図8乃至図10を参照しつつ、ベアリング51からスピンドル53への空気の導入構造について詳細に説明する。図8は、ベアリング51及びスピンドル53の詳細構造を示す断面図である。図に示すように、ベアリング51内に設けられた導管57Aは、例えば複数の導入口に分かれて、ベアリング51及びスピンドル53間に設けられた間隙部(ギャップ)58に導入される。より具体的には、ギャップ58はスピンドル53から、例えば数μm程度隔てられ、エアーベアリングとして作用するとともに、スピンドル53内に設けられた導管57Bに空気を導入するための空気取り込み用ギャップとしても作用する。ベアリング51には取り込み用ギャップ58内の気体(空気)を逃がさない程度(例えば、1〜2μm)でスピンドル53から隔てられ、ギャップ58を囲むベアリング凸部51Aを有している。すなわち、当該ベアリング凸部51Aによってギャップ58の領域が画定されている。
図9及び図10は、それぞれ図8の線A−A及び線B−Bにおける構造を示す断面図である。図9に示すように、円柱形状を有するスピンドル53及びベアリング51間のギャップ58にベアリング51内の導管57Aから空気が導入される。図8及び9に示すように、スピンドル53の外周部には空気を導管57Bに導入するための円環状の溝59が形成されている。また、溝59は導管57Bに接続されるように形成されている。従って、スピンドル53が回転することによってギャップ58に導入された空気は溝59を介してスピンドル53内の導管57Bに取り込まれる。導管57Bに取り込まれた空気は、前述したように、ターンテーブル55に供給され、ターンテーブル55内の導管57Cを循環してターンテーブル55上に載置された基板15を冷却する。かかる構成により基板15に描画(露光)を行っている間のレジストの反応を低下させ、PEDを十分に抑制することができる。
従って、ベアリング51用の流体(空気)を基板15の冷却に用いることができるため、特に基板冷却用の流体の供給/排出装置、経路等を設ける必要がなく、冷却装置の構成を簡便にすることができる。また、基板15を冷却すればよいだけなので複雑で煩雑な調整を行う必要もない。なお、ベアリングとしてエアーベアリングを用いた場合について説明したが、空気以外の気体、液体を用いた構成としてもよい。
図11は、本発明の実施例5である電子ビーム露光装置10の基板回転部に係る構成を模式的に示すブロック図である。本実施例は前述の実施例4と同様に、冷却用の流体(空気)の導入、排出経路をベアリング用の流体経路とは別に設けた場合を示している。
より詳細には、冷却用の空気を送る冷却用コンプレッサ60及び導管61が設けられている。導管61は冷却用コンプレッサ60及び導管57Aに接続されている。冷却用コンプレッサ60からの冷却用空気は導管61を経て、ベアリング51内の導管57Aに供給され、スピンドル53内の導管57Bに取り込まれるように構成されている。かかる構成により基板15に描画(露光)を行っている間のレジストの反応を低下させ、PEDを十分に抑制することができる。
なお、実施例4の場合と同様に、冷却媒体は空気に限らず、他の気体、液体を用いてもよい。
従って、本実施例においては、ベアリング51用の流体(空気)とは別系統の冷却経路がベアリング51、スピンドル53及びターンテーブル55内に設けられ、当該冷却経路を経た冷却媒体によってターンテーブル55上に載置された基板15が冷却されるように構成されている。本実施例においては、実施例4の場合と同様に、ベアリング51、スピンドル53及びターンテーブル55内に冷却用の導管を設けているので、ベアリング51の外部に冷却経路を設けた場合とは異なり、冷却装置の構成を簡便にすることができる。
図12は、本発明の実施例6である電子ビーム露光装置10の基板回転部に係る構成を模式的に示すブロック図である。本実施例においては、ベアリング部と、冷却流体供給部とは全く独立に構成されている。すなわち、ベアリング部は、エアベアリングに限る必要は無く、転がり軸受け、滑り軸受け等の他の軸受けであっても良い。図12は、ベアリング部を転がり軸受け63で構成した例を示している。また冷却流体供給部は、ロータリージョイント構造であるが、回転部分に流体を供給出来る他の構造であってもよい。その他の構成は実施例5と同様である。
より詳細には、冷却用コンプレッサ60からの冷却用空気は導管61を経て、スピンドル53内の導管57Bに取り込まれるように構成されている。かかる構成により基板15に描画(露光)を行っている間のレジストの反応を低下させ、PEDを十分に抑制することができる。
なお、上記した実施例の場合と同様に、冷却媒体は空気に限らず、他の気体、液体を用いてもよい。
従って、軸受け部にエアーベアリングを用いる必要がない場合、より簡単に装置を構成することができる。
図13は、本発明の実施例7である電子ビーム露光装置10の構成を模式的に示すブロック図である。電子ビーム露光装置10は、実施例1と同様に、真空チャンバ11、電子ビームカラム12、及び真空チャンバ11内に配された基板15の回転、送りを行う回転駆動装置13及び送り駆動14、及び基板の駆動制御及び電子ビーム制御等をなす種々の回路、制御系(図示しない)が設けられている。
本実施例においては、基板15の冷却用の低温体70及び低温体70に冷却媒体を供給する導管71が設けられている。
図14は、基板15及び低温体70の配置を模式的に示す上面図である。具体的には、低温体70は、基板15上の露光位置(ビーム照射位置)に対向する位置(180度反対側の位置)に配置されている。すなわち、露光位置とは異なる位置に低温体70を配置することによって、露光された部分が基板15の回転によって露光後に冷却される。すなわち、輻射熱のバランスにより基板15(露光レジスト部分)の熱を積極的に奪う。これにより、PEDを抑制する効果を発揮することができる。
図15は、基板15及び低温体70の配置を模式的に示す上面図である。具体的には、低温体70は、基板15上の露光位置に対して基板回転の下流側に配置されている。かかる構成により輻射熱のバランスにより基板15(露光レジスト部分)の熱を積極的に奪い、PEDを抑制する効果を発揮することができる。
なお、露光ビームとして電子ビームを用いた場合を説明したが、レーザ光等の光ビームを利用した露光装置にも適用することができる。また、シンクロトロン放射(SOR)光等を利用した露光装置等においては、基板15の主面が鉛直方向となるように(すなわち、回転軸を水平方向に)配置して構成されることがあるが、このような場合、基板の露光面側に低温体70を配置すればよい。
符号の説明
10,30,40 露光装置
15 基板
17,33 ステージ
18,41 冷却装置
42 温度センサ
43 温度信号生成部
44 位置検出部
45 温度コントローラ
EB 電子ビーム
51 ベアリング
53 スピンドル
55 ターンテーブル
57A,57B,57C,57D 導管
63 転がり軸受け
70 低温体

Claims (3)

  1. レジストが形成された基板に露光ビームを照射して前記レジストに潜像を形成する露光装置であって、
    前記基板を保持する基板載置部と、
    前記基板載置部を回転させるスピンドルと、
    前記スピンドルを保持する流体軸受け部と、
    前記流体軸受け部及び前記スピンドル内を経由して前記基板載置部に冷却流体を供給する導管と、を有することを特徴とする露光装置。
  2. 前記スピンドルは、前記流体軸受け部内を経由して供給された前記冷却流体を前記スピンドル内に設けられた導管に取り込む溝部を有することを特徴とする請求項に記載の露光装置。
  3. 冷却流体供給部と、前記冷却流体供給部からの冷却流体を前記スピンドル内に設けられた導管に供給する冷却流体供給導管をさらに有することを特徴とする請求項1又は2に記載の露光装置。
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