JP5687009B2 - 荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法 Download PDF

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Description

この発明は、マスク基板の表面に荷電粒子ビームを照射して所定のパターンを描画する荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法に関する。
従来の荷電粒子ビーム描画装置は、描画前のマスク基板の温度が描画精度に大きく影響することから、マスク基板の温度が所定温度になった状態で描画が開始されるようにしている(例えば、特許文献1)。
また、マスク基板を所定温度に恒温化するには2時間程度が係り、次のマスク基板を予め恒温化することにより、前のマスク基板の描画工程中に恒温化を図ることで、恒温化の時間を前の描画工程と同時に行うようにしている(例えば、特許文献2)。
特開2009−231614公報 特開2001−222099公報
1枚目のマスク基板の描画が終了したのち、2枚目で恒温化工程を含む描画の作業が行われることから、恒温化にかかる時間そのものが2枚目の描画時間となり描画工程の時間となり量産性に問題があった。
そこで、給排気により大気化、真空化を行うロードロック室に恒温化機能を持たせることにより、マスク基板を描画する前に恒温化させる時間の短縮化を図っている。しかし、真空する場合はこの過程でロードロック室の温度が下がってしまうことから、下げた分の温度を上げる必要があることから、恒温化の時間短縮化には問題があった。
さらに、描画パターンの高精度及び高密度化を求められる様になると、最終的に描画するマスクは、マスク毎に±0.01度以下程度の温度または面内温度分布を得るためには、大気中で恒温化するだけでは不十分となる。
この発明の目的は、マスク基板の恒温化に要する時間を効率的に行うことのできる荷電粒子ビーム描画装置および荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。
上記した課題を解決するために、この発明の荷電粒子ビーム描画装置は、マスク基板を外部より搬入させ、大気状態または真空状態に切り換えることが可能なロードロック室と、前記ロードロック室にゲートバルブを介して接続され、前記マスク基板の搬送を行う搬送ロボットを有し、真空化される真空ユニットと、前記真空ユニットに設けられ、前記マスク基板のアライメントを行うアライメント室と、前記真空ユニットに設けられ、前記マスク基板にマスクカバーの着脱を行う基板カバー着脱室と、前記真空ユニットに、前記アライメント室及び前記基板カバー着脱室から独立して設けられ、前記マスク基板を一枚ずつ恒温化する恒温室と、前記真空ユニットに接続され、前記マスクカバーが搭載されるとともに、恒温化とアライメントが行われた前記マスク基板に、荷電粒子ビームによる描画を行う描画室と、を備えることを特徴とする。
この発明の荷電粒子ビーム描画方法は、描画室と接続された真空ユニット内の基板カバー着脱室、第1のマスク基板を搬入し、前記第1のマスク基板に、予め搬入された前記第1のマスク基板表面を接地するためのマスクカバーを載置し、前記真空ユニット内のアライメント室で、前記第1のマスク基板のアライメントを行い、前記真空ユニット内に、前記基板カバー着脱室及び前記アライメント室から独立して設けられた恒温室で、前記第1のマスク基板の恒温化を行い、前記マスクカバーが載置され、アライメントが行われ、恒温化された前記第1のマスク基板を前記真空ユニットより前記描画に搬入し、前記第1のマスクに、荷電粒子ビームによる描画を行うとともに、前記第1のマスクへの描画の後に描画が行われる第2のマスク基板の恒温化を、前記恒温室で行うことを特徴とする。
この発明によれば、先のマスク基板を描画している間に、後のマスク基板を恒温化することにより、2枚目以降のマスク基板描画処理の効率化を図ることが可能となる。
この発明の荷電粒子ビーム描画装置に関する第1の実施形態について説明するための概念的な構成図である。 図1の側断面図である。 マスクカバーをマスク基板上に位置決めする一例について説明するための正面図である。 図3のIa−Ib線断面図である。 この発明の荷電粒子ビーム描画方法について説明するための説明図である。 この発明の荷電粒子ビーム描画装置に関する第2の実施形態について説明するための概念的な構成図である。 この発明の荷電粒子ビーム描画装置に関する第3の実施形態について説明するための概念的な構成図である。
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いて説明するが、荷電粒子ビームは、電子ビームに限られるものではなく、イオンビームなどの荷電粒子を用いたものでも構わない。
図1、図2は、この発明の荷電粒子ビーム描画装置に関する第1の実施形態について説明するための、図1は概念的な構成図、図2は図1の側断面図である。
図1、図2において、荷電粒子ビーム描画装置100は、例えばSiO層とCr層とレジスト層の順に3層が積層されて形成したマスク基板11,12が配置されたインターフェース13、給排気により大気化、真空化が可能なロードロック室14、装置の運転中は内部が真空化されている真空ユニット15、装置の運転中は内部が真空化され、マスク基板11を所定温度に高めるとともに、マスク基板11のXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置に搭載されるようにアライメントの処理が行われるアライメント/恒温室16、導電性のマスクカバー17をマスク基板11上に着脱の処理が行われるとともに、マスク基板11の除電の処理が行われる基板カバー着脱室18、マスク基板11に描画が行われる描画室19から構成される。このように構成された荷電粒子ビーム描画装置100は、温度湿度がほぼ一定に制御されたクリーンルーム内に設置される。
インターフェース13とロードロック室14とはゲートバルブ20で、ロードロック室14と真空ユニット15とはゲートバルブ21で、真空ユニット15と描画室19とはゲートバルブ22でそれぞれ接続される。
インターフェース13とロードロック室14との間にはマスク基板を搬送・搬入するための大気用の搬送ロボット23が設けられる。真空ユニット15内には真空中でマスク基板を搬入・搬送させるための真空用の搬送ロボット24が設けられる。なお、図1での搬送ロボット23は、インターフェース13に搭載されたマスク基板11を搬送する状態を、搬送ロボット24はマスクカバー17が搭載された状態のマスク基板11を描画室19に搬送する状態をそれぞれ示している。
搬送ロボット23は、鉛直軸線回りに旋回自在なロボット本体231と、このロボット本体231に昇降自在に支持される昇降ロッド232と、この昇降ロッド232の上端に取り付けた屈伸自在なロボットアーム233それに、ロボットアーム233の先端に取り付けマスク基板を搭載させるためのエンドエフェクタ234から構成される。搬送ロボット23は、インターフェース13にあるマスク基板11や12などを順次ロードロック室14内に搬送させることができる。
また、搬送ロボット24は、鉛直軸線回りに旋回自在なロボット本体241と、このロボット本体241に昇降自在に支持される昇降ロッド242と、この昇降ロッド242の上端に取り付けた屈伸自在なロボットアーム243それに、ロボットアーム243の先端に取り付けマスク基板を搭載させるためのエンドエフェクタ244から構成される。
搬送ロボット24は、ロードロック室14から真空ユニット15を介してアライメント/恒温室16に、アライメント/恒温室16から真空ユニット15を介して基板カバー着脱室18に、基板カバー着脱室18から真空ユニット15を介して描画室19に、マスク基板11を搬送させる。さらに、搬送ロボット24は、マスク基板11を描画室19から真空ユニット15を介して基板カバー着脱室18に、そして基板カバー着脱室18から真空ユニット15を介してロードロック室14に搬送させる。
なお、基板カバー着脱室18から描画室19までと描画室19から基板カバー着脱室18までの往復での搬送ロボット24は、マスク基板11にマスクカバー17が取着された状態で搬送させる。
描画室19内には、マスク基板11を搭載可能なステージ25と内部に電子ビームを発する電子銃や電子ビームをパターン形状に成形する各種アパーチャ、レンズ、偏向器などを備えた鏡筒26が描画室19の上方に設置される。
ロードロック室14では、ゲートバルブ20,21がそれぞれ閉じられた状態で排気を行うことで、室内の真空化を行っている。真空化されたところで、ゲートバルブ21が開放され、真空ユニット15とが連通された状態となる。
アライメント/恒温室16では、図示しない加熱手段が設置され、この室に搬送ロボット24で搬入されたマスク基板の温度を、マスク基板が描画室19に搬入されて描画が行われる場合の温度と同様の値に恒温化される。さらに、アライメント/恒温室16では、先に恒温化された例えばマスク基板11をアライメント/描画室16で描画されている間に、次の例えばマスク基板12の恒温化が図られるように制御される。
基板カバー着脱室18では、中央部に開口171を有する額縁形状のマスクカバー17がマスク基板11上に正確に位置決めして搭載される。この状態を図3では正面図を、図4では図3のIa−Ib線断面図を示している。ここではマスク基板11に導電性のマスクカバー17が位置決めされることについて説明するが、マスクカバー17は、マスク基板の描画処理が終了次第、次のマスク基板に順次取り換えられる。
マスクカバー17は、マスク基板11の絶縁部に対応した形状となっている。マスクカバー17には、一端に針状の電極311が、他端に球状の支持部312が形成された電極部31を、例えば3箇所に備えている。電極部31は、電極311がマスクカバー17の開口171から露出するように、また支持部312がマスクカバー17の開部に露出するようにマスクカバー17に取り付けられる。電極311は、上部から図示しない導電性のバネを介して接地される。ここで、複数の電極部31のうち、少なくとも1つは、マスクカバー17および他の電極部31を絶縁し、電極部31と他の電極部31間に電圧を印加、電極311とマスク基板11に確実に導通されていることが確認可能な構成となっている。
マスクカバー17は、基板カバー着脱室18内に設置された導電性のマスクカバー支持ピン41上に取着されている。支持ピン41の上面には、すり鉢状の凹部411が形成されており、この凹部411にマスクカバー17の電極部31に設けられた球状の支持部312がはめ込まれている。従って、マスクカバー17は、一定の精度で所望の位置に取着することができるとともに、電極部31を介してマスク基板11に蓄積された電荷を、支持ピン41から逃がし除電することもできる。
このように構成された荷電粒子ビーム描画装置のインターフェース13に搭載されているマスク基板11は、搬送ロボット23によりロードロック室14に運ばれ、ここで真空排気される。その後、真空ユニット15内の搬送ロボット24によりアライメント/恒温室16、基板カバー着脱室18と順次描画室19まで処理をされながら運ばれ、マスク基板11の表面にパターンの描画が施される。先のマスク基板11が描画されている間に、真空で連通されたアライメント/恒温室16では既に恒温化の作業が進められている。このため、2枚目以降のマスク基板の恒温化は、先のマスク基板の描画中に作業ができ、恒温化に要す新たな時間を要することがないため、その分時間の短縮化を図ることができる。
この実施形態では、先に恒温化されたマスク基板が、真空化された描画室で描画されている間に、真空化され真空ユニットに連通した恒温室で恒温化が行われる。このために、次のマスク基板の恒温化時間を結果として短縮化することが可能となり、描画に係る全体の処理速度を向上させることができる。
このように構成された荷電粒子ビーム描画装置100を用いた描画方法について、図5のフローチャートとともに説明する。
まず、インターフェース13上に、描画するマスク基板11,12をセットする(S11)。
次にゲートバルブ20を開き、搬送ロボット23マスク基板11をロードロック室14に搬入してゲートバルブ20を閉じ、ロードロック室14内を真空化する(S12/S13)。ロードロック室14は、真空状態または大気状態を作り出すための図示しない給排気機構を有し、この機構により、ロードロック室14を真空状態または大気状態に制御することが可能となる。
次にゲートバルブ21を開き、真空ユニット15内の搬送ロボット24でロードロック室14内のマスク基板11を、真空ユニット15を介してアライメント/恒温室16に搬入する(S14)。この搬入作業の過程でゲートバルブ21を閉じ、アライメント/恒温室16内のマスク基板11の恒温化を行う(S15)。さらに、アライメント/恒温室16内のマスク基板11が搭載される箇所の底部には、例えば2台のデジタルカメラが設置されている。そして搬送ロボット24により搬入されたマスク基板11に対し、エッジスキャンすることで、マスク基板11のXYの位置ずれや回転のずれを検知し、所望の位置に搭載されるようにアライメントが行われる(S16)。
恒温化とアライメントされたマスク基板11は、搬送ロボット24を駆動させ、真空ユニット15を介して基板カバー着脱室18に搬入する(S17)。基板カバー着脱室18内では、搬入されたマスク基板11に対しマスクカバー17を搭載する(S18)。
次に、搬送ロボット24は、基板カバー着脱室18においてマスクカバー17が搭載されたマスク基板11を、開けられたゲートバルブ22から描画室19に搬入する(S19)。
マスク基板11が描画室19に搬入されると大気中の搬送ロボット23は、インターフェース13からマスク基板12を、開けられたゲートバルブ20を介してロードロック室14内に搬入し(S20/S21)、ゲートバルブ20を閉じる。ロードロック室14では、給排気機構の排気機能を動作させロードロック室14内の真空化を行う。
次にゲートバルブ21を開き、真空ユニット15内の搬送ロボット24でロードロック室14内のマスク基板12を、真空ユニット15を介してアライメント/恒温室16に搬入する(S22)。この搬入作業の過程でゲートバルブ21を閉じ、アライメント/恒温室16内のマスク基板12の恒温化を行う(S23)。
マスク基板12の恒温化中に、描画室19では既に配置されたマスク基板11の描画を開始する(S24)。マスク基板11の描画が終了すると(S25)、ゲートバルブ22が開けられ、搬送ロボット24は真空ユニット15を介してマスクカバー17が搭載された描画済みのマスク基板11を、基板カバー着脱室18に搬入する(S26)。
次に、搬送ロボット24は、マスクカバー17からマスク基板11を脱離させ(S27)、そして基板カバー着脱室18からマスク基板11のみを真空ユニット15を介して開けられたゲートバルブ21からロードロック室14に搬入させ(S28)、ゲートバルブ21を閉じる。ロードロック室14の給排気機構の吸気機能を動作させロードロック室14内の大気化を行い、ゲートバルブ20を開ける。
搬送ロボット23は、ロードロック室14内からインターフェース13側に、マスク基板11を搬送させることで、1枚目のマスク基板11の描画が終了する(S29/S30)。
ステップS23により恒温化されたマスク基板12は、さらにアライメント/恒温室16内のマスク基板1が搭載される箇所の底部には、例えば2台のデジタルカメラが設置されている。そして搬送ロボット24により搬入されたマスク基板1に対し、エッジスキャンすることで、マスク基板1のXYの位置ずれや回転のずれを検知し、所望の位置に搭載されるようにアライメントが行われる(S31)。
次に、恒温化とアライメントされたマスク基板12は、搬送ロボット24を駆動させ、真空ユニット15を介して基板カバー着脱室18に搬入する(S32)。基板カバー着脱室18内では、搬入されたマスク基板1に対しマスクカバー17を搭載する(S33)。
次に、搬送ロボット24は、基板カバー着脱室18においてマスクカバー17が搭載されたマスク基板1を、開けられたゲートバルブ22から描画室19に搬入する(S34)。
以降ステップS20〜S30と同様の処理を行うことで、マスク基板12の描画を終了させるとともに、3枚目のマスク基板に対する恒温化を行い、3枚目以降の描画を行うことができる。
上記した荷電粒子ビーム描画方法の実施形態では、先のマスク基板の描画処理中に真空化にある真空ユニット内で、描画室と同じような温度に次のマスク基板の恒温化を行うことができることから、マスク基板の描画に係る処理速度を向上させることができる。
なお、上記した方法において、1枚目のマスク基板を描画室19に搬入した後、直ちに描画を開始することも可能である。その場合は、2枚目のマスク基板をロードロック室から恒温化室に搬送を始める前に、1枚目のマスク基板の描画作業を一次停止させ、2枚目のマスク基板の搬送終了し恒温化が開始された後で、1枚目の描画を再開するようにしても構わない。
図6は、この発明の荷電粒子ビーム描画装置に関する第2の実施形態について説明するための概念的な構成図である。なお、以降の実施形態において上記実施形態と同一の構成部分には同符号を付しその説明は省略する。
上記実施形態のアライメント/恒温室16の位置にこの実施形態では、マスクカバー17をマスク基板11上に着脱させる機能とマスク基板11のXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置にアライメントが図られる機能と除電のため電極311とマスク基板11に確実に導通されていることが確認可能な機能とを有するアライメント/基板カバー着脱室61を設置する。さらに、アライメント/基板カバー着脱室61とロードロック室14との間に真空ユニット15と連通の恒温室62を備えている。真空ユニット15は、アライメント/基板カバー着脱室61と恒温室62が連通されている。
このように構成された荷電粒子ビーム描画装置100は、まず、インターフェース13からマスク基板11を搬送ロボット23を用い、開けられたゲートバルブ20を介してロードロック室14内に搬入する。ゲートバルブ20を閉じたロードロック室14では、給排気機構の排気機能を動作させ、ロードロック室14内の真空化を行う。
真空化時には閉じられていたロードロック室14のゲートバルブ21を開け、搬送ロボット24を用いロードロック室14からマスク基板11を恒温室62に搬送し、ここでマスク基板11を恒温化する。搬送ロボット24は、恒温化されたマスク基板11を、次のアライメント/基板カバー着脱室61に搬送する。アライメント/基板カバー着脱室61では、マスク基板11にマスクカバー17を載置するとともに、マスク基板11のXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置にアライメントを行い、さらに除電のため電極311とマスク基板11に確実に導通されていることの確認が行われる。位置決め、通電確認がされたマスクカバー17搭載のマスク基板11は、搬送ロボット24で描画室19に搬送され、描画後に図中破線に示す工程を経てインターフェース13まで搬送し、描画を終了する。
このように、アライメント/基板カバー着脱室61では、マスク基板のアライメントとマスク基板にマスクカバー17を載置させる機能を持たせた。このため、マスク基板にマスクカバー17を搭載した状態でXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置へのアライメントを図ることから、アライメントの性能向上を図ることができる。
この実施形態では、描画の処理速度の向上を図りながら、アライメントとマスクカバーのマスク基板への載置が同じ作業工程で行っていることから、描画に必要な位置合わせをより精度よく行うことが可能となる。
図7は、この発明の荷電粒子ビーム描画装置に関する第3の実施形態について説明するための概念的な構成図である。この実施形態は、面積の異なる第1および第2のマスク基板111,121を描画する場合に適用したものである。
すなわち、マスクカバー171をマスク基板111上に着脱させる機能とマスク基板111のXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置にアライメントが図られる機能と除電のため電極311とマスク基板111に確実に導通されていることが確認可能な機能とを有するアライメント/基板カバー着脱室711を設置する。また、マスクカバー172をマスク基板11上に着脱させる機能とマスク基板11のXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置にアライメントが図られる機能と除電のため電極311とマスク基板11に確実に導通されていることが確認可能な機能とを有するアライメント/基板カバー着脱室712を設置する。恒温化を行う図6の恒温室62に相当する恒温室72を設置する。アライメント/基板カバー着脱室711,712それに恒温室72は、真空ユニット15と連通される。
このように構成された荷電粒子ビーム描画装置100は、マスク基板111を描画させる場合には搬送ロボット24でアライメント/基板カバー着脱室711に搬入させる。ここで、マスク基板111に適合するマスクカバー171を載置するとともに、マスク基板111のXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置にアライメントを行い、さらに除電のため電極311とマスク基板111に確実に導通されていることの確認が行われる。その後、搬送ロボット24は、マスクカバー171が搭載されたマスク基板111を恒温室72に搬入させる。恒温化されたマスクカバー171搭載のマスク基板111は、搬送ロボット24で描画室19に搬送され、描画後に図中破線に示す工程でインターフェース13まで搬送し、描画を終了する。
また、マスク基板111とは異なる面積のマスク基板11の場合は、アライメント/基板カバー着脱室712に搬入され、ここで、マスク基板11に適合するマスクカバー172を載置するとともに、マスク基板11のXYの位置ずれや回転のずれを検知して所望の位置にアライメントを行い、さらに除電のため電極311とマスク基板11に確実に導通されていることの確認が行われる。以降は、マスク基板111と同じ工程を経てインターフェース13まで搬送し、描画を終了する。
この実施形態では、異なるマスク基板に対して荷電粒子ビーム描画装置を変更することなく描画することが可能となる。さらに、描画の処理速度の向上を図りながら、アライメントとマスクカバーのマスク基板への載置が同じ作業工程で行っていることから、描画に必要な位置合わせをより精度よく行うことが可能となる。
この発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100 荷電粒子ビーム描画装置
11,111,12,121 マスク基板
13 インターフェース
14 ロードロック室
15 真空ユニット
16 アライメント/恒温室
62,72 恒温室
17,171,172 マスクカバー
18 基板カバー着脱室
19 描画室
20〜22 ゲートバルブ
61,711,712 アライメント/基板カバー着脱室
23,24 搬送ロボット

Claims (5)

  1. マスク基板を外部より搬入させ、大気状態または真空状態に切り換えることが可能なロードロック室と、
    前記ロードロック室にゲートバルブを介して接続され、前記マスク基板の搬送を行う搬送ロボットを有し、真空化される真空ユニットと
    記真空ユニットに設けられ、前記マスク基板のアライメントを行うアライメント室と、
    前記真空ユニットに設けられ、前記マスク基板にマスクカバーの着脱を行う基板カバー着脱室と、
    前記真空ユニットに、前記アライメント室及び前記基板カバー着脱室から独立して設けられ、前記マスク基板を一枚ずつ恒温化する恒温室と、
    前記真空ユニットに接続され、前記マスクカバーが搭載されるとともに、恒温化とアライメントが行われた前記マスク基板に、荷電粒子ビームによる描画を行う描画室と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記恒温室は、
    前記基板カバー着脱室と、前記ロードロック室との間に位置するように設けられることを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記基板カバー着脱室は、前記真空ユニットにおいて2か所に設けられることを特徴とする請求項1又は2記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  4. 描画室と接続された真空ユニット内の基板カバー着脱室、第1のマスク基板を搬入し、前記第1のマスク基板に、予め搬入された前記第1のマスク基板表面を接地するためのマスクカバーを載置し、
    前記真空ユニット内のアライメント室で、前記第1のマスク基板のアライメントを行い、
    前記真空ユニット内に、前記基板カバー着脱室及び前記アライメント室から独立して設けられた恒温室で、前記第1のマスク基板の恒温化を行い、
    前記マスクカバーが載置され、アライメントが行われ、恒温化された前記第1のマスク基板を前記真空ユニットより前記描画に搬入し
    前記第1のマスクに、荷電粒子ビームによる描画を行うとともに、前記第1のマスクへの描画の後に描画が行われる第2のマスク基板の恒温化を、前記恒温室で行うことを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
  5. 前記マスクカバーが載置され、前記アライメントが行われた前記マスク基板の、前記恒温化を行うことを特徴とする請求項記載の荷電粒子ビーム描画方法。
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