JP2007134586A - 真空排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロードロック室内の塵等の異物を除去すると同時に気体の断熱膨張による温度低下を防止することができる真空排気装置を提供する。
【解決手段】真空排気装置は、試料上に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム装置と、荷電粒子ビームに照射される試料を保持する真空排気された試料室と、試料を保管する大気圧下にある試料保管室と、試料室及び試料保管室に接続可能な試料ロードロック室と、を有する荷電粒子ビーム装置において、試料ロードロック室に設けられる。真空排気装置は、一方の側から試料ロードロック室内を真空排気する真空排気ポンプと、他方の側から試料ロードロック室内に気体をリークさせる気体リーク装置と、該気体を加熱又は冷却する温度調節装置と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子線描画装置、電子顕微鏡、集束イオンビーム装置等の試料チャンバ等に設けて好適な真空排気装置に関する。

半導体の製造や薄膜磁気ヘッドを製造する工程のうちＬＳＩパターンを形成する工程の一つに電子線リソグラフィ工程がある。

電子線リソグラフィ工程によって形成される回路パターンは年々、高集積化され、それに伴う微細化の要求に応え様々な装置が発表されている。

電子線リソグラフィを行う電子線描画装置では、基板をワークチャンバ内に搬送する前に一旦、ロードロック室内に搬送する。基板をロードロック室内に搬送するとき、ロードロック室内には、塵等の異物が入り込む。例えば、基板が接触する部分に付着している異物、摺動部からの発塵、クリーンルームの大気中に浮遊している異物等である。

これらの塵等の異物がプロセスウエハやマスクレチクルの描画面に付着すると、描画する電子線が阻害され、描画精度の劣化や歩留まり低下を引き起こす。従って、塵等の異物の混入、特に、ロードロック室内における塵等の異物は大きな問題である。そこで、従来、様々な塵の除去方法が提案されている。
特開平７−９６２５９号公報 特開２００３−２７０７７４号公報

特開平７−９６２５９号公報に記載されたゴミの除去方法では、気体の断熱膨張による温度低下に対する対策が採られていないため、生産性低下の懸念が残る。特開２００３−２７０７７４号公報に記載された異物の除去方法では、局所的な異物を除去することはできるが、真空チャンバ内に堆積した異物の除去は不可能である。また、気体の断熱膨張による温度低下に対する対策が採られていないため、生産効率低下を引き起こす。

本発明の目的は、ロードロック室内の塵等の異物を除去すると同時に気体の断熱膨張による温度低下を防止することができる真空排気装置を提供することにある。

本発明の真空排気装置は、試料上に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム装置と、荷電粒子ビームに照射される試料を保持する真空排気された試料室と、試料を保管する大気圧下にある試料保管室と、試料室及び試料保管室に接続可能な試料ロードロック室と、を有する荷電粒子ビーム装置において、試料ロードロック室に設けられる。

真空排気装置は、一方の側から試料ロードロック室内を真空排気する真空排気ポンプと、他方の側から試料ロードロック室内に気体をリークさせる気体リーク装置と、該気体を加熱又は冷却する温度調節装置と、を有する。

本発明によると、ロードロック室内の塵等の異物を除去すると同時に気体の断熱膨張による温度低下を防止することができる。

図１は本発明の真空排気装置が設けられる電子線描画装置の構造の概略を示す。電子線描画装置は、電子光学系１０、ワークチャンバ３１、及び、ロードロック室３５を有する。ワークチャンバ３１内には、ＸＹステージ２０、位置決め台２１、及び、静電チャック２２が設けられている。静電チャック２２によって基板１７が保持される。

電子光学系１０は、電子銃１１、絞り１３、成形偏光器１４、電子レンズ１５、及び、偏向器１６を有し、電子線１２によって基板１７上を描画する。

図２を参照して、本発明の真空排気装置の例を説明する。本例の真空排気装置は電子線描画装置に設けられている。電子線描画装置は、電子光学系１０、ワークチャンバ３１、ロードロック室３５、基板保管箱３９を有する。ワークチャンバ３１とロードロック室３５は、搬送バルブ３２を備えた搬送路３３を介して互いに接続されている。ロードロック室３５と基板保管箱３９の間は、搬送バルブ３６を備えた搬送路３７を介して互いに接続されている。

ワークチャンバ３１には、基板１７を保持するＸＹステージ２０が設けられている。ロードロック室３５にて、基板１７は位置決め台２１上に配置されている。基板保管箱３９には、図示しない基板１７が保管されている。

ロードロック室３５の上には大気圧センサ５３、真空ゲージ５４、温度調整装置４０及び演算部４７が設けられている。

大気圧センサ５３は、ロードロック室３５内の圧力が大気圧になったことを検出する。従って、大気圧センサ５３は、ロードロック室３５内の圧力が大気圧になったときにオン信号を生成し、ロードロック室３５内の圧力が大気圧より小さくなるとオフ信号を生成する。真空ゲージ５４は、ロードロック室３５内の真空度を計測する。従って、真空ゲージ５４は、ロードロック室３５内の圧力が大気圧より小さいときにオン信号を生成し、真空度を計測し、ロードロック室３５内の圧力が大気圧に等しくなるとオフ信号を生成する。

真空ゲージ５４は真空度を測定することができるが大気圧を測定することはできない。従って、大気圧センサ５３と真空ゲージ５４の両者を設ける。しかしながら、近年、大気圧まで測定できる真空ゲージが開発されている。従って、大気圧まで測定できる真空ゲージを用いる場合には、大気圧センサ５３を除去することができる。

温度調整装置４０とロードロック室３５は、リークバルブ４１を備えたリーク管４２によって互いに接続されている。温度調整装置４０の上にはリークバルブ４３を備えたリーク管４４が接続されている。

ロードロック室３５内には、温度計測器４５が設けられている。温度計測器４５と演算部４７はケーブル４６によって接続され、演算部４７と温度調整装置４０はケーブル４８によって接続されている。

ロードロック室３５の下には真空ポンプ５０が設けられている。ロードロック室３５と真空ポンプ５０は、排気バルブ５１を備えた排気管５２によって互いに接続されている。

本例によると、ロードロック室３５の天井にリークバルブ４１を備えたリーク管４２が設けられ、ロードロック室３５の底面に排気バルブ５１を備えた排気管５２が設けられている。真空ポンプ５０によってロードロック室３５を真空排気しているときに、リーク管４２からロードロック室３５内に気体をリークする。リークした気体は基板１７に衝突し、基板１７に沿って流れてから、排気管５２へ、導かれる。こうしてリーク管４２からロードロック室３５内を通り排気管５２に至る気体の流れが生じる。この気体の流れによって、ロードロック室３５内より塵等の異物を除去することができる。

この気体の流れによって塵等の異物を排除するためには、気体の流れの方向が、上方から下方に向かうほうがよい。気体が上方から下方に流れることによって、塵等の異物が空中に舞い上がることが防止される。

気体がスムーズに流れ、淀みが生じないように、好ましくは、リーク管４２と排気管５２は、互いに対向する位置に設けられる。

ロードロック室３５内の塵等の異物を排除するためには、ロードロック室３５内を縦断するような気体の流れが好ましい。しかしながら、ロードロック室３５内の特定の領域より塵等の異物を排除する必要がある場合には、リーク管４２の先端にノズルを設け、ノズルの先端を、所定の領域に向けるように構成すればよい。例えば、ノズルの先端を基板１７の上に向けることによって、基板の上面を洗浄することができる。

図３を参照して、本発明による真空排気装置を備えた電子線描画装置における基板の搬送の動作を説明する。基板保管箱３９に保管された基板１７をロードロック室３５に搬送し、更に、ワークチャンバ３１に搬送する。ワークチャンバ３１内にて電子線描画を行う。電子線描画を行った基板１７をワークチャンバ３１から、ロードロック室３５に搬送し、更に、基板保管箱３９に搬送する。以下では、基板保管箱３９に保管された基板１７をロードロック室３５に搬送し、更に、ワークチャンバ３１に搬送するまでを説明する。

ワークチャンバ３１内は常に真空である。基板保管箱３９内は常に大気圧である。最初、搬送バルブ３２、３６は閉じられ、リークバルブ４１及び排気バルブ５１は閉じられている。また、ロードロック室３５内の圧力は大気圧である。

ステップＳ１０１にて、搬送バルブ３６を開ける。ステップＳ１０２にて、基板保管箱３９からロードロック室３５へ基板１７を搬送する。ステップＳ１０３にて、搬送バルブ３６を閉める。

ステップＳ１０４にて、真空ポンプ５０を起動し、ステップＳ１０５にて、排気バルブ５１を開ける。それによって、ロードロック室３５内の真空排気が開始される。ステップＳ１０６にて、温度調整装置４０を起動する。温度調整装置４０の機能は後に図４を参照して説明する。

ステップＳ１０７にて、リークバルブ４１、４３を開ける。それによって、真空排気中のロードロック室３５内に気体が導入される。ロードロック室３５内に導入される気体は、空気であってよいが、好ましくは乾燥した不活性気体がよい。不活性気体を用いることによって、基板１７に塗布されたレジストが影響を受けることが防止される。また乾燥した気体を用いることによって、気体中に含まれる水分がロードロック室３５の内壁面に吸着することが防止される。

リーク管４２からロードロック室３５に導かれた気体は基板１７に衝突し、基板１７に沿って流れてから、排気管５２へ、導かれる。こうして、リーク管４２からロードロック室３５内を通り排気管５２へ至る気体の流れが生じる。この気体の流れによって、ロードロック室３５内の塵等の異物が排気管５２から外部へ排出される。特に、基板１７に付着した塵は、この気体の流れによって排除されることができる。

ステップＳ１０８にて、待ち時間の１０秒間を計測する。１０秒経ったら、ステップＳ１０９にて、リークバルブ４１、４３を閉じる。待ち時間は、ロードロック室３５内の塵等の異物を排除するのに十分な時間である。ここでは待ち時間を１０秒としたが、ロードロック室３５内の形状及び構造によって異物除去効果が増減するので、効果が出るような待ち時間を個別に設定することが望ましい。

ステップＳ１１０にて、大気センサ５３がオフになったか否かを判定する。大気圧センサ５３は、ロードロック室３５内の圧力が大気圧に等しいときにオン信号を生成し、ロードロック室３５内の圧力が大気圧より小さくなるとオフ信号を生成する。

大気センサ５３がオフになっていない場合には、ステップＳ１１１に進み、リークバルブ４１、４３が閉じてから１０分が経過したか否かを判定する。既に１０分が経過した場合には、ステップＳ１１２に進みエラーと判定し、本処理を終了する。

リークバルブ４１、４３が閉じてから１０分が経過する前に大気センサ５３がオフになった場合には、ステップＳ１１３に進む。

ステップＳ１１３にて、真空ゲージ５４がオンになる。真空ゲージ５４は、ロードロック室３５内の圧力が大気圧より小さいときにオン信号を生成し、ロードロック室３５内の圧力が大気圧に等しくなるとオフ信号を生成する。従って、ここでは、大気センサ５３がオフになっているため、真空ゲージ５４はオンになっているはずである。

ステップＳ１１４にて、真空ゲージ５４によって計測された真空度が設定値以下になったか否かを判定する。即ち、ロードロック室３５内の真空度が設定値以下になったか否かを判定する。真空度が設定値以下になっていない場合には、ステップＳ１１５に進み、真空ゲージ５４がオンになってから１０分が経過したか否かを判定する。既に１０分が経過した場合には、ステップＳ１１６に進みエラーと判定し、本処理を終了する。

真空ゲージ５４がオンになってから１０分が経過する前に真空ゲージ５４によって計測された真空度が設定値以下になった場合には、ステップＳ１１７に進む。

ステップＳ１１７にて、搬送バルブ３２を開ける。ステップＳ１１８にて、基板１７を位置決め台２１と共に、ロードロック室３５からワークチャンバ２１内のＸＹステージ２０上に搬送する。ステップＳ１１９にて、搬送バルブ３２を閉じる。ステップＳ１２０にて、電子光学系１０によって基板１７上に電子描画を行う。

電子描画が終了すると、基板１７をワークチャンバ２１内のＸＹステージ２０からロードロック室３５に搬送し、更に、基板保管箱３９内に搬送する。電子描画が終了した後の処理は従来技術と同様である。

即ち、搬送バルブ３２を開ける。基板１７及び位置決め台２１を、ワークチャンバ３１内のＸＹステージ２０からロードロック室３５に搬送する。搬送バルブ３２を閉じる。

排気バルブ５１を閉じ、リークバルブ４１、４３を開ける。リークバルブ４１、４３から空気が進入し、ロードロック室３５は大気圧になる。リークバルブ４１、４３を閉じ、搬送バルブ３６を開ける。基板１７をロードロック室３５から基板保管箱３９内に搬送する。

図３の例は、大気圧センサ５３と真空ゲージ５４の両者を使用する場合である。上述のように、大気圧まで測定できる真空ゲージを用いる場合には、大気圧センサ５３を除去することができる。この場合、ステップＳ１０９にて、真空ゲージがオンになったか否かを判定し、ステップＳ１１２の処理を削除すればよい。

再度図２を参照して、本発明による真空排気装置における温度調節機能について説明する。ステップＳ１０７にて、リークバルブ４１、４３を開け、真空排気中のロードロック室３５内に気体を導入すると、気体は断熱膨張し、ロードロック室３５内の温度は急速に低下する。それによって基板１７の温度は低下する。基板１７と共に位置決め台２１をワークチャンバ２１内のＸＹステージ２０上に設置するとき、位置決め台２１とＸＹステージ２０の間の温度差が大きいと、熱歪が生ずる。従って、基板１７及び位置決め台２１の温度はできるだけＸＹステージ２０の温度に近いほうがよい。

温度計測器４５は基板１７及び位置決め台２１の温度を測定し、それを演算部４７に供給する。演算部４７は、基板１７及び位置決め台２１の温度と予め求めたＸＹステージ２０の温度とを比較し、両者の温度差を演算する。演算部４７は、温度差に対応して加熱命令信号又は冷却命令信号を生成し、それを温度調整装置４０に供給する。温度調整装置４０は、演算部４７からの命令に基づいて、リーク気体を加熱、又は、冷却する。

本例では、リーク気体の断熱膨張によって、ロードロック室３５内の温度が低下し、基板１７及び位置決め台２１の温度がＸＹステージ２０の温度と比較してかなり低下するものとする。

図４の縦軸は基板１７及び位置決め台２１の温度、横軸は時間である。直線１４１は、ＸＹステージ２０の温度、実線の直線１４２は基板１７をロードロック室３５内に搬送したときの基板１７及び位置決め台２１の温度である。実線の曲線１４３は、温度調節を行なったとき、リーク気体を導入した後における、基板１７及び位置決め台２１の温度であり、破線の曲線１４４は、温度調節を行わなかったとき、リーク気体を導入した後における、基板１７及び位置決め台２１の温度である。ＸＹステージ２０の温度は、２３＋Δｔ度であり一定である。Δｔは充分小さいものとする。基板保管箱３９からロードロック室３５内に搬入したときの基板１７及び位置決め台２１の温度を２３度とする。時点ｔ＝ｔ０にて、リークバルブ４１、４３を開け、ロードロック室３５内にリーク気体を導入する。温度調節を行わない場合には、リーク気体の断熱膨張によりロードロック室３５内の温度は急激に低下し、破線の曲線１４４に示すように、基板１７及び位置決め台２１の温度は低下する。しかしながら、本例により温度調節を行う場合には、温度調整装置４０によってリーク気体は加熱される。従って、リーク気体の断熱膨張によるロードロック室３５内の温度の低下量は少なく、実線の曲線１４３に示すように、基板１７及び位置決め台２１の温度の低下量は少ない。

本例によると温度計測器４５によって計測された基板１７及び位置決め台２１の温度は演算部４７に送られ、演算部４７によって生成された加熱命令信号は温度調整装置４０へ送られる。従って、基板１７及び位置決め台２１の温度はフィードバック制御によって最適に調節される。

温度計測器４５によって基板１７及び位置決め台２１の温度を直接計測することが好ましいが、基板１７及び位置決め台２１の温度を直接計測することができない場合には、ロードロック室３５内の温度を計測してもよい。この場合、ロードロック室３５内の温度と基板１７及び位置決め台２１の温度との間の換算式又はテーブルを予め求める必要がある。

温度計測器４５として、感温部を基板１７及び位置決め台２１に直接接触させる形式のものを使用してもよいが、放射温度計などの非接触型の温度計測器を使用してもよい。

以上の例では、本発明の真空排気装置を電子線描画装置に設置したが本発明の真空排気装置は、真空排気を必要とする他の装置、例えば電子線顕微鏡や収束イオンビーム装置等に設けることも可能である。

以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に容易に理解されよう。

本発明による真空排気装置を備えた電子線描画装置の概略図である。 電子線描画装置に設けられた本発明による真空排気装置の詳細を示す図である。 本発明による真空排気装置における動作を説明する図である。 本発明による真空排気装置の温度調節機能を説明するための図である。

符号の説明

１０…電子光学系．１１…電子銃．１２…電子線．１３…絞り．１４…成形偏光器．１５…電子レンズ．１６…偏向器．１７…基板．２０…ＸＹステージ．２１…位置決め台．２２…静電チャック．３１…ワークチャンバ．３２…搬送バルブ．３５…ロードロック室．３６…搬送バルブ．３９…基板保管箱．４０…温度調整装置．４１…リークバルブ．４３…リークバルブ．４５…温度計測器．４７…演算部．５０…真空排気ポンプ．５１…排気バルブ．５３…大気圧センサ．５４…真空ゲージ

Claims (8)

1. 荷電粒子ビームが照射される試料を保持する真空排気された試料室と試料を保管する大気圧下にある試料保管室の両者に接続可能な試料ロードロック室に設けられた真空排気装置において、
   一方の側から上記試料ロードロック室内を真空排気する真空排気ポンプと、他方の側から上記試料ロードロック室内に気体をリークさせる気体リーク装置と、該気体を加熱又は冷却する温度調節装置と、を有することを特徴とする真空排気装置。
2. 請求項１記載の真空排気装置において、上記真空排気ポンプは上記試料ロードロック室の底面側に設けられ、上記気体リーク装置は上記試料ロードロック室の天井側に設けられていることを特徴とする真空排気装置。
3. 請求項１記載の真空排気装置において、上記試料ロードロック室内に設けられた温度計測器と、該温度計測器からの信号を入力して上記温度調節装置に制御信号を送信する演算部と、を有することを特徴とする真空排気装置。
4. 請求項１記載の真空排気装置において、上記試料ロードロック室内に上記試料保管室からの試料は搬送され、上記試料ロードロック室内が密閉されたとき、上記真空排気ポンプによって真空排気を開始してから上記気体リーク装置から気体をリークさせることを特徴とする真空排気装置。
5. 試料上に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム装置と、荷電粒子ビームに照射される試料を保持する真空排気された試料室と、試料を保管する大気圧下にある試料保管室と、上記試料室及び試料保管室に接続可能な試料ロードロック室と、上記試料ロードロック室に設けられた真空排気装置と、を有する荷電粒子ビーム装置において、
   上記真空排気装置は、一方の側から上記試料ロードロック室内を真空排気する真空排気ポンプと、他方の側から上記試料ロードロック室内に気体をリークさせる気体リーク装置と、該気体を加熱又は冷却する温度調節装置と、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
6. 請求項５記載の荷電粒子ビーム装置において、上記真空排気ポンプは上記試料ロードロック室の底面側に設けられ、上記気体リーク装置は上記試料ロードロック室の天井側に設けられていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
7. 請求項５記載の荷電粒子ビーム装置において、上記試料ロードロック室内に設けられた温度計測器と、該温度計測器からの信号を入力して上記温度調節装置に制御信号を送信する演算部と、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
8. 請求項５記載の荷電粒子ビーム装置において、上記試料ロードロック室内に上記試料保管室からの試料は搬送され、上記試料ロードロック室内が密閉されたとき、上記真空排気ポンプによって真空排気を開始してから上記気体リーク装置から気体をリークさせることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。

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