JP4406311B2 - エネルギー線照射装置およびそれを用いたパタン作成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、差動排気機構を備えたエネルギー線照射装置およびそれを用いたエネルギー線照射方法、パタン作成方法に関する。
エネルギー線を被照射体に照射するエネルギー線照射装置においては、エネルギー線の発生部を真空に近い減圧にすることが必要となる。このため、被照射体にエネルギー線を照射する照射部も真空に近い減圧にすることが必要であった。
しかし、被照射体にエネルギー線を照射するには、照射部の搬入口を開く、搬入口から被照射体を搬入する、搬入口を閉じる、照射部の空気を排気して減圧する、エネルギー線を照射する、照射部を常圧に戻す、搬入口を開く、被照射体を取り出す、という一連の工程を必要とし、作業効率が著しく低くなるという問題がある。また、被照射体によっては、減圧下で変形等を起こすものもあり、使用できる被照射体も限られていた。
これらの問題を解決する手段として、電子線発生部と照射部とをチタンやケイ素等の薄膜により隔絶するものが知られている。これにより、電子線発生部を真空に保ったまま、照射部を常圧にして被照射体に電子線を照射することができるようになる（特許文献１参照）。
しかし、これは電子線にのみ用いることができ、イオン等のエネルギー線に用いることができなかった。また、薄膜を介して電子線を照射するため、２０ｋｅＶ程度のエネルギーロスを生じ、そのため、電子線を２０ｋｅＶ以上に加速する必要があった。さらに、薄膜の損傷を防止するために絶えず電子線を走査しておく必要があり、装置構成が複雑になるという問題があった。また、薄膜に電子線を照射することにより、Ｘ線が多量に発生するという問題もあった。
特開平１１−４４８００号公報
本発明の課題は、チタンやケイ素等の薄膜を用いることなく、エネルギー線発生部とエネルギー線照射部とを隔絶できるエネルギー線照射装置を提供し、該装置を用いたエネルギー線照射方法およびパタン作成方法を提供することにある。
本発明は、エネルギー発生部と照射部との間に差動排気部を配置することにより、上記課題を解決するものである。
即ち、本発明は、エネルギー線を発生するエネルギー線発生部、被照射体にエネルギー線を照射する照射部、前記エネルギー線発生部と前記照射部との間に配置された差動排気部、を備えることを特徴とするエネルギー線照射装置である。
また、本発明は、差動排気部が、エネルギー線の進行方向に対して斜めに横切る遮蔽板により、第１のチャンバーと第２のチャンバーを形成するように仕切られており、第１のチャンバーおよび第２のチャンバーがそれぞれ排気口を備えていることを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、複数の差動排気部を有することを特徴とする、上記のエネルギー線照射装置である。
また、本発明は、エネルギー線が、電子線、イオン線、および中性粒子線からなる群より選択される、上記の装置である。
また、本発明は、エネルギー線発生部が、１００〜１０００ｍｍの長さを有するエネルギー線放出体を備えることを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、エネルギー線発生部が、エネルギー線放出体の厚さ若しくは直径に対して２００倍以上の長さを有するエネルギー線放出体を備えることを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、エネルギー線発生部が、直線状を維持するように端部が引っ張られているエネルギー線放出体を備えることを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、エネルギー線発生部がピアス型のエネルギー線発生装置を備えることを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、エネルギー線発生部がピアス型の電子銃を備えることを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、エネルギー線発生部が線状または矩形のエネルギー線放出体を備えることを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、エネルギー線の照射エネルギーを変化させることができる機構を有することを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、カソードとアノードとの間の電圧を一定に保ったままカソードの電圧を変化させる機構を有することを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、反射電極に、カソードと同電位〜マイナス１００Ｖの電位を印加する機構を有することを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、カソードに通電する電気量と、ウェネルトへのバイアス電位を変化させる機構を有することを特徴とする、上記の装置である。
また、本発明は、上記の装置を用いて、被照射体にエネルギー線を照射する方法である。
また、本発明は、被照射体に照射されるエネルギー線のエネルギーが１００ｋｅＶ以下であることを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、０．１Ｐａ以上の圧力下でエネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、特定の気体の存在下でエネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、エネルギー線の断面形状の短軸方向に被照射体を移動させることによりエネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、被照射体の移動速度を変化させることにより、被照射体に照射されるエネルギー線量を変化させることを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、基材表面をパタン化処理した後に、上記の装置、および／または、上記の方法を用いてエネルギー線を照射することを特徴とする、パタン作成方法である。
また、本発明は、パタン化処理が、レジスト材および／または低誘電体を含む材料により行われることを特徴とする、上記のパタン作成方法である。
また、本発明は、基材表面をパタン化処理した後に、基材を８０〜１５０℃に加温し、エネルギー線を照射することを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、パタンの線幅が１０μｍ以下であることを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、パタン化処理を行う前に、基材を清浄化することを特徴とする、上記の方法である。
また、本発明は、上記の装置、および／または、上記の方法を用いて、半導体を製造する方法である。
また、本発明は、エネルギー線の照射に用いる差動排気装置であって、エネルギー線の進行方向に対して斜めに横切る遮蔽板により、前記差動排気装置が第１のチャンバーと第２のチャンバーを形成するように仕切られており、第１のチャンバーおよび第２のチャンバーがそれぞれ排気口を備えていることを特徴とする、差動排気装置である。
本発明により、チタンやケイ素等の薄膜を用いることなくエネルギー線発生部とエネルギー線照射部とを隔絶できるエネルギー線照射装置を提供できる。
以下、図面を参照して本発明を説明する。
図１は、エネルギー線として電子線を用いた場合の、本発明のエネルギー線照射装置を示す図である。図１において、本発明の電子線照射装置２０１は、電子線発生部２０２、差動排気部２０３、照射部２０４の順で配置されている。電子発生部２０２は、反射電極２０５、カソード２０６、ウェネルト２０７、アノード２０８を備えている。また、電子線発生部２０２は、バルブ２１８を介して排気機構としてターボ分子ポンプ２２０に接続され、ターボ分子ポンプ２２０は、図示しない荒引きポンプに接続されている。差動排気部２０３は、差動排気口２１０を有する遮蔽板２１２により電子線発生部２０２と隔絶されており、差動排気口２１４を有する遮蔽板２１６により照射部２０４と隔絶されている。また、差動排気部２０３は、バルブ２２２を介してターボ分子ポンプ２２４に接続され、ターボ分子ポンプ２２４は、図示しない荒引きポンプに接続されている。照射部２０４は、ウエハ２３０を保持するステージ２３２を備えており、ステージ２３２は駆動装置２９０に接続されている。また、照射部２０４は、バルブ２９２を介してガス供給部２９４に接続されている。また、照射部２０４は、バルブ２２６を介してドライポンプ２２８に接続されている。なお、ドライポンプ２２８は、必要に応じ図示しない荒引きポンプに接続されていてもよい。本発明の電子線照射装置２０１は、上記のように構成されており、以下、その作用について説明する。
図１は、エネルギー線として電子線を用いた場合の、本発明のエネルギー線照射装置を示す図である。図１において、本発明の電子線照射装置２０１は、電子線発生部２０２、差動排気部２０３、照射部２０４の順で配置されている。電子発生部２０２は、反射電極２０５、カソード２０６、ウェネルト２０７、アノード２０８を備えている。また、電子線発生部２０２は、バルブ２１８を介して排気機構としてターボ分子ポンプ２２０に接続され、ターボ分子ポンプ２２０は、図示しない荒引きポンプに接続されている。差動排気部２０３は、差動排気口２１０を有する遮蔽板２１２により電子線発生部２０２と隔絶されており、差動排気口２１４を有する遮蔽板２１６により照射部２０４と隔絶されている。また、差動排気部２０３は、バルブ２２２を介してターボ分子ポンプ２２４に接続され、ターボ分子ポンプ２２４は、図示しない荒引きポンプに接続されている。照射部２０４は、ウエハ２３０を保持するステージ２３２を備えており、ステージ２３２は駆動装置２９０に接続されている。また、照射部２０４は、バルブ２９２を介してガス供給部２９４に接続されている。また、照射部２０４は、バルブ２２６を介してドライポンプ２２８に接続されている。なお、ドライポンプ２２８は、必要に応じ図示しない荒引きポンプに接続されていてもよい。本発明の電子線照射装置２０１は、上記のように構成されており、以下、その作用について説明する。
電子線照射装置２０１において、電子線発生部２０２に存在する気体は、バルブ２１８を介してターボ分子ポンプ２２０により排気され、電子線発生部２０２の圧力は１０-6〜１０-4Ｐａ程度に減圧される。差動排気部２０３は、バルブ２２２を介してターボ分子ポンプ２２４により排気され、差動排気部２０３の圧力は１０-5〜１Ｐａ程度に減圧される。さらに、照射部２０４は、バルブ２２６を介してドライポンプ２２８により排気され、照射部２０４の圧力は、１０-1〜１０4Ｐａ程度に減圧される。なお、照射部２０４は、ドライポンプを接続せず、大気圧下（１０5Ｐａ）としてもよい。さらに、照射部２０４は、必要に応じガス供給部２９４からバルブ２９２を介して、不活性ガス等の特定の気体を供給できるようになっている。
そして、カソード２０６から放出される電子線２３４は、ウェネルト２０７によりその放出量が調整され、アノード２０８に印加された電圧により加速され、差動排気口２１０を通過して差動排気部２０３に入り、さらに差動排気口２１４を通過して照射部２０４に入り、ステージ２３２に保持された被照射体であるウエハ２３０に照射される。
これにより、電子線発生部２０２の圧力を真空付近に保ったまま、照射部２０４の圧力を常圧付近に維持することができる。さらに、差動排気口には、チタンやケイ素等の薄膜が存在しないために、電子線２３４を直接ウエハ２３０に照射することが可能となる。
図２は、差動排気部として２つの差動排気機構２３６、２３７を用いた例を示す。図２において、差動排気機構２３６に存在する気体は、ターボ分子ポンプ２３８により排気され、差動排気機構２３６の圧力は１０-5〜１０-1Ｐａ程度に減圧される。また、差動排気機構２３７に存在する気体は、ターボ分子ポンプ２４０により排気され、差動排気機構２３７の圧力は１０-3〜１Ｐａ程度に減圧される。これにより、電子線発生部と照射部の圧力を良好に維持することが可能となる。
図３は、差動排気部として、電子線２３４の進行方向に対して斜めに横切る遮蔽板２４２により、第１のチャンバー２４４と第２のチャンバー２４６を形成するように仕切られた差動排気部を用いた例を示す。第１のチャンバー２４４は、排気口２５２を備え、排気口２５２は、バルブ２５６を介してターボ分子ポンプ２４８に接続している。第２のチャンバー２４６は、排気口２５４を備え、排気口２５４は、バルブ２５８を介してターボ分子ポンプ２５０に接続している。また、遮蔽板２４２は、電子線２３４の進路上に、差動排気口２６０を備えている。第１のチャンバー２４４の気体は、ターボ分子ポンプ２４８により排気され、第１のチャンバーの圧力は１０-5〜１０-1Ｐａ程度に減圧される。また、第２のチャンバー２４６に存在する気体は、ターボ分子ポンプ２５０により排気され、第２のチャンバー２４６の圧力は１０-3〜１Ｐａ程度に減圧される。これにより、電子線発生部と照射部の圧力を良好に維持することが可能となる。さらに、図２の２つの差動排気機構を有する場合に比べ、同じ差動排気能力を保持しながら、差動排気部の長さを１／２にすることができることとなる。
図４は、図３の差動排気部をさらに２つ用いた例を示す。これにより、さらに効率的に差動排気をすることができる。
本発明のエネルギー線照射装置に用いるエネルギー線としては、特に制限はないが、例えば、電子線、イオン線、中性粒子線、赤外線、紫外線、原子線、Ｘ線、γ線等を挙げることができ、これらを組み合わせて照射してもよい。
本発明に用いるエネルギー線発生部としては、特に制限はないが、例えば、ピアス型のエネルギー線発生装置を備えるものを挙げることができる。図５に、ピアス型の電子銃の例を示す。なお、図５（ａ）はピアス型電子銃２６４の正面図、図５（ｂ）は側面図を示す。図５において、ピアス型電子銃２６４は、カソード２０６、ウェネルト２０７、アノード２０８を備えている。また、カソード２０６は、細長いリボン状（矩形）または線状であり、直線状に保つために、その両端に接続したバネ２６２により引っ張られている。カソード２０６から放出される電子線２３４は、ウェネルト２０７によりその放出量が調整され、アノード２０８に印加された電圧により加速され、電子線が放出される。このピアス型の電子銃を用いることにより、略線状または略矩形状の平行な電子線を効率よく放出することができることとなる。カソード２０６の構成材料としては、特に制限はないが、Ｗ、Ｒｅ、Ｔａ、ＬａＢ6、ＺｒＯ／Ｗ、ＴｈＯ−Ｗ（トリエーテッドＷ）等が用いられる。また、カソード２０６のサイズは、必要とする電子線の幅や長さ等により適宜決定することができるが、例えば、長さとして１０〜１０００ｍｍ、好ましくは１００〜７００ｍｍ、より好ましくは２００〜５００ｍｍを、リボン状の場合は、幅として０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．０１〜５ｍｍ、より好ましくは０．０２〜１ｍｍのものを、厚さとして０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．１〜５ｍｍ、より好ましくは０．１〜１ｍｍのものを、線状の場合は、直径として０．０１〜１０ｍｍ、好ましくは０．１〜５ｍｍ、より好ましくは０．２〜１ｍｍのものを挙げることができる。また、カソードの厚さ若しくは直径に対して、長さが２００倍以上のものとすることが好ましい。
本発明の電子線照射装置２０１において、図７に示す機構の電気系を備えることにより、照射する電子線量を任意に変化させることができる。図７において、カソード２０６はカソード電源２８０に、反射電極２０５は電源２７６に、アノード２０８は電源２７８に、さらにカソード電源２８０、電源２７６および電源２７８は加速電源２８２に、それぞれ接続されている。また、ウエハ２３０は図示しないステージを通じて電源２８４に接続されている。そして、電源２７６、２７８、２８４、カソード電源２８０、および加速電源２８２は、いずれも可変電源であり、これらの電圧を変化させることにより、ウエハ２３０に照射される電子線量を任意に変化させることが可能となる。例えば、カソード２０６とアノード２０８との間の電圧を一定に保ったまま、カソード２０６の電圧を変化させることにより、電子線量を変化させることができる。また、反射電極２０５に、カソード２０６と同電位〜マイナス１００Ｖの電位をかけることもできる。さらに、カソード２０６に通電する電気量と、ウェネルト２０７へのバイアス電位を変化させることにより、電子線量を変化させることもできる。照射される電子線エネルギーとしては、被照射体の性質により適宜決定されるが、例えば、１００ｋｅＶ以下とすることができる。
本発明に用いるエネルギー線発生部の他の例としては、図６に示すような、イオン銃を備えるものを挙げることができる。図６において、イオン銃２６６は、プラズマ発生部２６８、アノード２７２、カソード２７４を備えており、プラズマ発生部２６８で発生させたプラズマ２７０をアノード２７２で引き出し、カソード２７４で加速することにより、正イオン線２７６が放出される。なお、陰イオン線を放出させる場合は、アノード２７２とカソード２７４を逆に配置させればよい。このイオン銃を用いることにより、エネルギー線としてイオン線を用いた本発明のイオン線照射装置とすることができる。
本発明の電子線照射装置２０１を用いてウエハ２３０に電子線２３４を照射する場合には、駆動装置２９０によりステージ２３２を水平方向に適宜移動させながら、電子線２３４を照射することもできる。例えば、電子線２３４の断面形状が略線状または略矩形である場合に、その短軸方向にステージ２３２を連続的に移動させることにより、ウエハ２３０に連続的に電子線を照射することができる。また、このときにステージ２３２の移動速度を変化させることにより、ウエハ２３０に照射される電子線量を変化させることもできる。
次に、本発明の電子線照射装置を用いて、ウエハへのパタン作成を例にして、パタンを作成する方法について説明する。まず、図８に示すように、ウエハ２３０をステージ２９６に載せ、インクジェット２９８によりウエハ表面にレジスト材を吹き付けて、任意の図形をパタン化処理する。この際、インクジェット２９８をＸ−Ｙ方向に高速に移動させるか、または、インクジェット２９８を固定し、ステージ２９６をＸ−Ｙステージとして用い、ウエハ２３０をＸ−Ｙ方向に移動させてもよく、あるいは、インクジェット２９８およびステージ２９６の双方を移動させてもよい。また、この場合に複数のインクジェットを用いてもよい。この際の、パタンの線幅としては、特に制限はないが、例えば１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下のものが挙げられる。また、パタン化処理を行う前に、ウエハを清浄化することが好ましい。
次に、ウエハ２３０を電子線照射装置２０１のステージ２３２に載せ、電子線２３４を照射することにより、レジスト材を硬化させ、パタンを作成することができる。この際に、ピアス型電子銃２６４を用いて、幅の広い電子線２３４を照射し、駆動機構２９０によりステージ２３２を一定速度で移動させることにより、一括してウエハ表面を電子線照射することが可能となる。これにより、効率的にパタンの作成が行えることとなる。
なお、ウエハにパタン化処理を行った後、ウエハを８０〜１５０℃に加温し、電子線を照射してもよい。
なお、上記のレジスト材に代えて、低誘電体（ｌｏｗ−ｋ）材を用いることもできる。
以上、エネルギー線として電子線を用いた場合を例にして本発明を説明したが、本発明は電子線に限られるものではなく、イオン線、中性粒子線、またはこれらを複数組み合わせて用いること、および、赤外線、紫外線、原子線、Ｘ線、γ線等の他のエネルギー線と併用することも本発明に包含される。
本発明のエネルギー線照射装置またはエネルギー線照射方法、パタン作成方法を用いることにより、半導体を製造することができる。また、従来主として紫外線を用いて行っていた表面処理技術（例えば、レジストのキュア、殺菌・滅菌処理、露光等）において、電子線など、紫外線以外のエネルギー線を用いることが可能となる。そして、電子線等を用いることにより、微細な加工が行えることとなり、表面処理、表面修飾や、ナノテクへの応用が可能となる。
２０１ 電子線照射装置
２０２ 電子線発生部
２０３ 差動排気部
２０４ 照射部
２０５ 反射電極
２０６ カソード
２０７ ウェネルト
２０８ アノード
２１０、２１４、２６０ 差動排気口
２１２、２１６ 遮蔽板
２１８、２２２、２２６、２５６、２５８、２９２ バルブ
２２０、２２４、２３８、２４０、２４８、２５０ ターボ分子ポンプ
２２８ ドライポンプ
２３０ ウエハ
２３２ ステージ
２３４ 電子線
２３６、２３７ 差動排気機構
２４２ 遮蔽板
２４４ 第１のチャンバー
２４６ 第２のチャンバー
２５２、２５４ 排気口
２６２ バネ
２６４ ピアス型電子銃
２６６ イオン銃
２６８ プラズマ発生部
２７０ プラズマ
２７２ アノード
２７４ カソード
２７６、２７８、２８４ 電源
２８０ カソード電源
２８２ 加速電源
２９０ 駆動装置
２９４ ガス供給部
２９６ ステージ
２９８ インクジェット
２０２ 電子線発生部
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Claims (7)
- エネルギー線を発生するエネルギー線発生部、被照射体にエネルギー線を照射する照射部、前記エネルギー線発生部と前記照射部との間に配置された差動排気部とを備えるエネルギー線照射装置であって、
前記差動排気部が、エネルギー線の進行方向に対して斜めに横切る遮蔽板により、第１のチャンバーと第２のチャンバーを形成するように仕切られており、第１のチャンバーおよび第２のチャンバーがそれぞれ排気口を備えていることを特徴とする、エネルギー線照射装置。 - 複数の差動排気部を有することを特徴とする、請求項１に記載のエネルギー線照射装置。
- ０．１Ｐａ以上の圧力下でエネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１または２に記載のエネルギー線照射装置。
- 不活性ガスの存在下でエネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のエネルギー線照射装置。
- エネルギー線の断面形状の短軸方向に被照射体を移動させることによりエネルギー線を照射することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のエネルギー線照射装置。
- 被照射体の移動速度を変化させることにより、被照射体に照射されるエネルギー線量を変化させることを特徴とする、請求項５に記載のエネルギー線照射装置。
- エネルギー線の照射に用いる差動排気装置であって、エネルギー線の進行方向に対して斜めに横切る遮蔽板により、前記差動排気装置が第１のチャンバーと第２のチャンバーを形成するように仕切られており、第１のチャンバーおよび第２のチャンバーがそれぞれ排気口を備えていることを特徴とする、差動排気装置。
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