JP6151080B2 - 荷電粒子ビーム描画装置 - Google Patents

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム描画装置に関する。
荷電粒子ビーム描画装置、例えば電子ビーム描画装置は、試料に対して電子ビームにより描画を行う描画チャンバ、この描画チャンバ内に搬入される試料のアライメントを行うアライメントチャンバ等の複数のチャンバによって構成される。
このような描画装置における描画精度は、試料の面内温度分布に依存するため、試料の面内温度差をできるだけ小さくする必要がある。そのため例えばアライメントチャンバ内で試料の恒温化が行われている。
デバイスの微細化に伴い、より高精度の描画が要求されている。しかしながら、例えばアライメントチャンバ内には、試料をアライメントするモータ、試料の位置を検出するセンサ、等の発熱源が備えられているため、さらに試料の面内温度差を小さくすることは困難である。
特許第４００５９３８号公報
本発明は、試料の面内温度均一性を向上させることにより、描画精度を向上させることが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を目的とする。
本発明の一態様に係る荷電粒子ビーム描画装置は、試料を外部より導入するために設けられ、大気状態と真空状態とを切り替えることが可能なロードロックチャンバと、このロードロックチャンバと連通可能であり、前記試料の搬送を行う搬送チャンバと、前記搬送チャンバと連通可能であり、前記試料を収納し輻射により前記試料の温度を制御する温調用容器と、前記温調用容器の温度を制御するための温調部と、を有する恒温化チャンバと、前記搬送チャンバと連通可能であり、恒温化された前記試料に対して描画を行う描画チャンバと、を備え、前記温調用容器は、前記試料の上面と前記温調用容器の上部内壁からの距離と、前記試料の下面と前記温調用容器の下部内壁からの距離とが、実質的に等しくなるように前記試料を配置するための支持体を備える。
また、本発明の一態様に係る荷電粒子ビーム描画装置において、前記恒温化チャンバは、外周面上に、断熱部材を有する。
また、本発明の一態様に係る荷電粒子ビーム描画装置において、前記温調用容器は、前記支持体上に載置される前記試料の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記温調部は、前記温度センサによって検出された前記試料の温度に基づいて、前記温調用容器の温度を制御する。
また、本発明の一態様に係る荷電粒子ビーム描画方法は、試料を、恒温化チャンバ内の温調用容器内に配置し、前記恒温化チャンバの外部に設けられた温調部により前記温調用容器の温度を制御し、前記温調用容器の輻射により前記試料の温度を制御して前記試料を恒温化し、恒温化された前記試料に対して描画を行う。
本発明に係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よれば、試料の面内温度差を小さくし、描画精度を向上させることができる。
本発明に係る電子ビーム描画装置の構造を模式的に示す図である。 図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´における恒温化チャンバの断面図である。 図２の一点鎖線Ｙ−Ｙ´における恒温化チャンバの水平断面図である。 恒温化チャンバによる試料温度制御方法を説明するための制御系のブロック図である。
以下に、本発明に係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ついて説明する。
図１は、本発明の荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置の構造を模式的に示す図である。図１に示す電子ビーム描画装置１０は、マスク基板等の試料が載置される搬入出部１１、大気状態と真空状態との切り替えが可能なロードロックチャンバ１２、試料のアライメントを行うアライメントチャンバ１３、試料に対して着脱可能なマスクカバーを内部に収納可能なマスクカバー収納チャンバ１４、真空搬送ロボット１５ａを内部に有する真空ロボットチャンバ１５、および試料に対して描画を行う描画チャンバ１６、を有する。また、電子ビーム描画装置１０は、さらに試料の恒温化を行う恒温化チャンバ１７を有する。
搬入出部１１は、試料を載置可能な複数の載置部１１ａを有する。この搬入出部１１は、内部に、大気真空中において試料を搬送する大気搬送ロボット１１ｂを有する。
搬入出部１１には、ロードロックチャンバ１２が連通可能となるように配置されている。ロードロックチャンバ１２内は、給排気によって大気化または真空化される。
ロードロックチャンバ１２と連通可能となるように、試料を搬送するための搬送チャンバである真空ロボットチャンバ１５が配置されている。真空ロボットチャンバ１５は、例えば水平面における断面形状が略８角形のものであって、内部に、真空中において試料を搬送する真空搬送ロボット１５ａを有する。
真空ロボットチャンバ１５と接続する位相がロードロックチャンバ１２と略垂直で、連通可能となるように、アライメントチャンバ１３が配置されている。また、別の側面には、マスクカバー収納チャンバ１４が連通可能となるように配置されている。
アライメントチャンバ１３は、搬入される試料の位置ずれおよび回転ずれを検知し、試料の位置ずれおよび回転ずれを補正する処理、すなわち、アライメント処理を行う。
マスクカバー収納チャンバ１４は、内部に試料の帯電を抑制するためのマスクカバーを収納することができるとともに、試料に対してマスクカバーを着脱することができる。
さらに、真空ロボットチャンバ１５と接続する位相がロードロックチャンバ１２と対向し、連通可能となるように、描画チャンバ１６が配置されている。描画チャンバ１６内には、このチャンバ１６内を移動可能なステージ１６ａが配置されている。描画チャンバ１６において、ステージ１６ａ上に試料が載置され、描画が行われる。
さらに、真空ロボットチャンバ１５と接続する位相が、例えばロードロックチャンバ１２と、アライメントチャンバ１３の間の位相で連通可能となるように、恒温化チャンバ１７が配置されている。
このような電子ビーム描画装置１０において、真空ロボットチャンバ１５、マスクカバー収納チャンバ１４、アライメントチャンバ１３、描画チャンバ１６、および恒温化チャンバ１７は、真空ユニットを構成する。
図２は、図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´における恒温化チャンバ１７の断面図である。また、図３は、図２の一点鎖線Ｙ−Ｙ´における恒温化チャンバ１７の水平断面図である。恒温化チャンバ１７は、真空ロボットチャンバ１５に連通可能となるように配置されている。この恒温化チャンバ１７の外周面上には、断熱部材２０が設けられている。断熱部材２０は、例えば所定の温度の恒温水が流れる水冷システム（水冷ジャケット）である。断熱部材２０によって、恒温化チャンバ１７内部の温度が、外部の温度に影響されて変化することが抑制される。
なお、断熱部材２０は、パーティクルの発生源となり得るため、図示するように、恒温化チャンバ１７外部に配置されることが好ましい。
恒温化チャンバ１７の内部には、試料２１の面内温度差を抑え、試料２１を所定の温度に制御するために、輻射性を有する部材からなる温調用容器１９が配置されている。温調用容器１９の内部には、試料２１を支持する複数本の支持体２４、および試料２１の温度を検出する温度センサ２５が配置されている。そして、温調用容器１９は、例えばＣｕからなる伝熱部材２３を介して、恒温化チャンバ１７の外部に設けられる温調部２２に接続されている。
温調用容器１９は、互いに平行な上板部１９ａおよび下板部１９ｂと、これらの上板部１９ａおよび下板部１９ｂを接続する側板部１９ｃと、によって構成されている。上板部１９ａおよび下板部１９ｂは四角形状であり、側板部１９ｃの一部には、図３に示すように、試料２１の搬入出を行うための開口部１９ｃ−１が設けられている。
温調用容器１９の材料としては、輻射効率（恒温化に要する時間）の向上、および面内温度均一性の向上のため、熱伝導率が３９１Ｗ／ｍ・Ｋ程度と比較的高く、輻射率が高い材料が好ましい。例えばＣｕにＡｌＴｉＮ被覆がなされたもの（Ｃｕ＋ＡｌＴｉＮと記す。以下同様）、Ａｌ＋黒ニッケルメッキ、Ａｌ＋ＡｌＴｉＮといった成膜品が挙げられるが、Ｃｕ＋ＤＬＣを用いることもできる。また、パーティクル発生や汚染を抑えることから、ＳｉＣ、Ｃｕなどのバルク材も用いることができる。
また、温調用容器１９の内壁と外壁の輻射率が異なっていてもよく、表面処理などにより、例えば内壁の輻射率が０．５以上、外壁の輻射率が０．２以下とすることにより、効率的に温度調整を行うことができる。
温調用容器１９の内部には、図２に示すように、試料２１を支持する複数本の支持体２４が設けられている。支持体２４は、載置される試料２１の上面と、上板部１９ａの内壁面との距離Ｌａと、試料２１の下面と下板部１９ｂの内壁面との距離Ｌｂとが実質的に等しくなるように設けられることが好ましい。また、図３に示すように、上板部１９ａおよび下板部１９ｂの回転中心Ｏが、試料２１の回転中心に実質的に一致するように試料２１を配置できるように設けられるが好ましい。また、各々の支持体２４は、試料２１の帯電を抑制するために導電性を有し、かつ、載置される試料２１の裏面からのパーティクルを抑制するために、樹脂製であることが好ましい。
温調部２２は、温調用容器１９の温度を制御するためのものであり、例えばペルチェ素子２２ａ、およびこのペルチェ素子２２ａを冷却する冷却部２２ｂより構成される。ペルチェ素子２２ａにより、伝熱部材２３を介して温調用容器１９が所定の温度に制御される。なお、温調部２２は、水冷システムによって構成されてもよい。
温度センサ２５は、温調用容器１９の下板部１９ｂにおいて、複数の支持体２４の間に設けられている。この温度センサ２５は、例えば０．００２℃以上の高分解能を有することが好ましい。
図４は、以上に説明した恒温化チャンバ１７による試料温度制御方法を説明するための制御系のブロック図である。図４に示すように、温度センサ２５には、温度調整部２６として、例えば温度調整計が接続されている。温度調整部２６には、温調部２２を駆動させるための温調部駆動部２７として、例えばペルチェ素子を駆動するためのペルチェドライバが接続されている。そして、温調部駆動部２７には、温調部２２として、例えばペルチェ素子２２ａが接続されている。
温度センサ２５によって試料２１の温度を検出すると、検出された温度データは、温度調整部２６に送られる。温度調整部２６は、得られた温度データと、望まれる試料温度と、を比較する。さらに温度調整部２６は、試料２１が、望まれる試料温度と実質的に一致する温度になるように温調部駆動部２７を制御する。温調部駆動部２７は、試料２１が実質的に所定の試料温度となるように、温調部２２を駆動させる。この結果、温調用容器１９内の試料２１は、所定の温度に到達する。
このように、温調用容器１９は、温調部２２において温度制御されるが、温調部２２は伝熱部材２３を介して温調用容器１９の下面に接続されているため、伝熱部材２３に接続される位置において最も高い温度となり、この位置から離れるにしたがって、温度が低下する。図２に示すように、伝熱部材２３に接続される位置（下板部１９ｂの回転中心となる位置）を位置ａ、温調用容器１９の下板部１９ｂの周辺部を位置ｂ、側板部１９ｃの中央部分を位置ｃ、上板部１９ａの周辺部を位置ｄ、上板部１９ａの回転中心となる位置を位置ｅ、とする。そして、位置ａにおける温度をＴａ、位置ｂにおける温度をＴｂ、位置ｃにおける温度をＴｃ、位置ｄにおける温度をＴｄ、位置ｅにおける温度をＴｅとする。このとき、各位置の温度は、Ｔａ＞Ｔｂ＞Ｔｃ＞Ｔｄ＞Ｔｅ（ただし、Ｔａ＋Ｔｅ＝Ｔｚ、Ｔｂ＋Ｔｄ＝Ｔｚ）、となっている。このように温調用容器１９内においても温度ムラが発生する。
ここで、試料２１は、主に、温調用容器１９の上板部１９ａからの輻射および下板部１９ｂからの輻射によって所定の温度に制御される。従って、試料２１を温調用容器１９の中心に配置することにより、試料２１の回転中心近傍の温度は、位置ａの温度Ｔａおよび位置ｅの温度Ｔｅによって定められる温度（Ｔｚ／２−α）となり、試料２１の周辺部近傍の温度は、位置ｂの温度Ｔｂおよび位置ｄの温度Ｔｄによって定められる温度（Ｔｚ／２−α）となる。すなわち、試料２１を所定の温度に制御することができるとともに、例えば試料２１の面内温度差を所定の描画精度を実現するために要求される０．０２６℃以下にすることができる。
次に、以上に説明した電子ビーム描画装置１０を用いた電子ビーム描画方法について説明する。試料２１を搬入出部１１の載置部１１ａに載置すると、大気搬送ロボット１１ｂは、試料２１をロードロックチャンバ１２内に搬送する。
ロードロックチャンバ１２内に試料２１が搬送されると、ロードロックチャンバ１２内が真空引きされることにより、内部が真空化される。
ロードロックチャンバ１２内が真空化されると、ロードロックチャンバ１２内の試料２１は、真空搬送ロボット１５ａによって、恒温化チャンバ１７に搬送される。
恒温化チャンバ１７内の温調用容器１９の中心に試料２１が搬送されると、所定温度となるように温調部２２が駆動され、試料２１は恒温化される。
試料２１の恒温化が終了すると、試料２１は、アライメントチャンバ１３、マスクカバー収納チャンバ１４、描画チャンバ１６の順に搬送される。
なお、ロードロックチャンバ１２内が真空化された後、このチャンバ１２内の試料２１は、アライメントチャンバ１３、マスクカバー収納チャンバ１４の順に搬送された後に、恒温化チャンバ１７内に搬送され、この後に、描画チャンバ１６に搬送されてもよい。
描画チャンバ１６内のステージ１６ａ上に試料２１が搬送され、試料２１の温度と描画チャンバ１６内の温度とが平衡化されると、試料２１に対して描画が行われる。描画された試料２１は、真空搬送ロボット１５ａによって、マスクカバー収納チャンバ１４、ロードロックチャンバ１２の順に搬送される。
ロードロックチャンバ１２内に試料２１が搬送されると、ロードロックチャンバ１２の内部が大気化される。
ロードロックチャンバ１２内が大気化されると、このチャンバ１２内の試料２１は、大気搬送ロボット１１ｂによって、搬入出部１１の載置部１１ａに搬送される。載置部１１ａに載置された試料２１は、例えばマスク保管庫（図示せず）に戻される。
以上に説明した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よれば、恒温化チャンバ１７により、試料２１を恒温化することにより、良好な描画精度を得ることができる。
以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣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。これらの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。
例えば、本発明は、電子ビーム描画装置に限らず、例えばイオンビーム照射装置などを含む荷電粒子ビーム描画装置全てにおいて適用することができる。
１０・・・電子ビーム描画装置
１１・・・搬入出部
１１ａ・・・載置部
１１ｂ・・・大気搬送ロボット
１２・・・ロードドロックチャンバ
１３・・・アライメントチャンバ
１４・・・マスクカバー収納チャンバ
１５・・・真空ロボットチャンバ
１５ａ・・・真空搬送ロボット
１６・・・描画チャンバ
１６ａ・・・ステージ
１７・・・恒温化チャンバ
１９・・・温調用容器
１９ａ・・・上板部
１９ｂ・・・下板部
１９ｃ・・・側板部
１９ｃ−１・・・開口部
２０・・・断熱部材
２１・・・試料
２２・・・温調部
２２ａ・・・ペルチェ素子
２２ｂ・・・冷却部
２３・・・伝熱部材
２４・・・支持体
２５・・・温度センサ
２６・・・温度調整部
２７・・・温調部制御部

Claims (3)

  1. 試料を外部より導入するために設けられ、大気状態と真空状態とを切り替えることが可能なロードロックチャンバと、
    このロードロックチャンバと連通可能であり、前記試料の搬送を行う搬送チャンバと、
    前記搬送チャンバと連通可能であり、前記試料を収納し輻射により前記試料の温度を制御する温調用容器と、前記温調用容器の温度を制御するための温調部と、を有する恒温化チャンバと、
    前記搬送チャンバと連通可能であり、恒温化された前記試料に対して描画を行う描画チャンバと、
    を備え、
    前記温調用容器は、前記試料の上面と前記温調用容器の上部内壁からの距離と、前記試料の下面と前記温調用容器の下部内壁からの距離とが、実質的に等しくなるように前記試料を配置するための支持体を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム描画装置。
  2. 前記恒温化チャンバは、外周面上に、断熱部材を有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
  3. 前記温調用容器は、前記支持体上に載置される前記試料の温度を検出する温度センサをさらに備え、
    前記温調部は、前記温度センサによって検出された前記試料の温度に基づいて、前記温調用容器の温度を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム描画装置。
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