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JP4150493B2 - パターン描画装置における温度測定方法 - Google Patents

パターン描画装置における温度測定方法 Download PDF

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JP4150493B2
JP4150493B2 JP2000250848A JP2000250848A JP4150493B2 JP 4150493 B2 JP4150493 B2 JP 4150493B2 JP 2000250848 A JP2000250848 A JP 2000250848A JP 2000250848 A JP2000250848 A JP 2000250848A JP 4150493 B2 JP4150493 B2 JP 4150493B2
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    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electron Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パターン描画製造装置における温度測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年LSIの高集積化及び大容量化に伴い、半導体装置に要求される回路線幅はますます微細化されてきている。これらの半導体装置は、従来、所望の回路パターンを形成するのに数十種類の原画パターン(レチクル或いはマスクと呼ばれる)を、半導体ウエハ上の露光領域に高精度に位置合わせして、転写することによって作成している。この半導体ウエハが光学系に対しステップ&リピートするためにこの転写装置はステッパと呼ばれている。
【0003】
このような半導体プロセスにおいて、原画パターンの形成方法は、片面にCrを蒸着したガラス基板上に、レジストが均一に塗布された基板を用い、この基板上に電子ビームを照射して、パターン設計データにしたがってビームスポットを走査する。そして現像することによって電子ビームが照射された部分のレジストをマスクとして、下層のCrをエッチングし前記レジストを除去することによって所望のパターンを形成する。
【0004】
このようなガラス基板上にパターンを描画する場合、描画中にガラス基板の温度が変化するとガラス基板の膨張や収縮が生じる。描画の際、ガラス基板はレーザ干渉計により精密に制御された描画ステージ上に固定されており、ガラス基板上のどこにパターンを描画するかは、レーザ干渉計の測定値に基づき制御される。したがって描画中にガラス基板が膨張や収縮するとパターンの位置誤差が生じる。例えば、合成石英からなるガラス基板の線膨張係数αはα=0.4×10−6であるので、描画中のガラス基板温度が1℃変化すると、ガラス基板上で130mm隔てた2点間の距離は130mm×α=52nm変化し、パターン位置の誤差としては大きい値となる。このことはステージ上にガラス基板を搬送する前の温度が低い場合、描画中における温度変化が大きくなり前記パターン位置の誤差はより顕著となる。
【0005】
上記問題を回避するために、ガラス基板を搬送する経路は、温度制御された恒温水を近傍に通過させることにより温度の安定化を図っている。また温度制御のために、基板搬送経路内の各主要部に温度計を設置し、恒温化しているかどうかモニタする必要がある。
【0006】
しかしながら、温度計は絶対温度に対し、かならずある量の測定値ずれ(JIS1級で絶対値±0.15℃)を持つため、搬送経路を一様の温度に設定するためには、各温度計の個体差を較正する必要があった。しかし、温度較正を行うためには温度の絶対基準を用意して数十個ある温度計を全て合わせこむ必要があり、調整に多大な労力を要する。
【0007】
また、温度計は基板の搬送を妨ない位置や描画中は基板から離れたステージ上或いはチャンバー内に設置しなければならず、実際の基板そのものの温度を正確に測定することができないという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたもので、搬送途中の基板温度及び描画中の基板温度を正確に測定し、高精度なパターンを形成できる微細描画装置における温度測定方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度を記録する記録手段とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度履歴を前記記録手段に記録する温度測定方法であり、前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基づき前記描画装置にパターン描画データの補正値を与える制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法を提供する。
【0010】
また本発明は、描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度を電磁波に変換し出力する発信手段とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度履歴を前記発信手段から前記チャンバー外部で受信することによって測定する温度測定方法であり、前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基き前記描画装置にパターン描画データの補正値を与える制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法を提供する。
【0011】
また、本発明は、描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、温度測定手段と、前記温度測定手段に接続された端子とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度を前記搬送経路内に設けられた接続手段と前記ダミー基板の前記端子とを接続することによって測定する温度測定方法であり、前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基づき前記描画装置にパターン描画データの補正値を与える制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法を提供する。
【0012】
また、本発明は、描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度を記録又は外部に出力する記録出力手段とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度履歴を前記記録出力手段により記録又は外部に出力する温度測定方法であり、前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基づき搬送経路内の温度変化が小さくなるように最適な値に制御する制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法を提供する
【0014】
また、本発明は、描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法において、温度測定手段と、前記温度測定手段に接続された端子とを具備するダミー基板を、前記ステージ上に搬送し、前記ステージに設けられた接続手段と前記ダミー基板に設けられた前記端子とを接続して前記ステージ上に設置された前記ダミー基板の温度を測定し、この測定された温度に基づいて、前記ダミー基板が搬送された経路における温度変化が小さくなるように、温度を制御することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法を提供する。
【0015】
本発明では、半導体素子パターンを露光する原画パターンを形成するためのマスク基板と、実質的に同じ形状を持つダミー基板に温度計を設置し、実際のマスク基板を搬送するのと同じ条件で、ダミー基板を描画装置内に搬送し、描画装置内での温度履歴を測定することを骨子とする。
【0016】
このようにすることによって実際のマスク基板の温度変化を測定可能になり、ダミー基板の温度履歴データに基づいて必要に応じて描画装置や恒温装置、ロードロック装置等の温度制御を調整し、或いはパターン露光条件を調整することで、合わせずれのない高精度パターンマスクを製造することが可能となる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の好ましい実施形態について説明する。
【0018】
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る高精度パターン描画装置における温度測定方法に用いるダミー基板の上面から見た概略図である。
【0019】
符号1は、実際に作成するマスク基板とほぼ同じ形状に加工されたガラス基板である。符号3は白金抵抗体や熱電対等の温度計、符号4はマイクロコンピュータを内蔵する半導体メモリ等の記憶手段を示す。温度計3はガラス基板1の表面上に設置され、ガラス基板1内部に埋め込まれている記憶手段4と電気的に接続されている。また温度計4が白金抵抗体や熱電対の場合、温度は電位差として測定されるので電圧計を介して記憶手段に記憶されるようになっている。
【0020】
図2は、本発明に用いる高精度パターン描画装置の上面から見た概略図である。
【0021】
描画装置の描画チャンバー10内には、XYステージ15が配置されている。この描画チャンバー10は、ゲートバルブ32を介して、ロボット室31と接続されている。ロボット室31は恒温装置が設置されている描画待機用チャンバー8及びロードロック30と接続されている。描画チャンバー10には温度制御手段11が設置されステージ15の温度制御をし、描画待機用チャンバー8には温度制御手段14が接続され描画待機用チャンバー内に設置されている恒温装置の温度制御を行う。
【0022】
次に、このように配置された高精度パターン描画装置に、図1に示した温度計3及び記録手段4を具備するダミー基板1を搬入してその温度履歴を測定する場合について述べる。
【0023】
先ず、図1に示したダミー基板1を、ロードロック30内に配置し、真空引きしてロボット室31に接続する。このときロボット室31、描画待機用チャンバー8、描画チャンバー10は予め排気されている。
【0024】
次に、ダミー基板1は、ロボット室31内にあるロボットアームによって描画待機用チャンバー8内に設置されている恒温装置上に搬入される。この恒温装置は、温度制御手段14によって、描画チャンバー10内のステージ15と同じ温度になるように温度制御手段11と同じ温度に設定されている。ダミー基板1は、描画待機用チャンバー8内で一定時間待機し、一定温度になるように恒温化される。
【0025】
次に、ダミー基板1は、図2中矢印33に示すように、ロボットアームによって描画待機用チャンバー8内から搬出され、描画チャンバー10内のステージ上に搬入され設置される。このときゲートバルブ32は開閉される。
【0026】
図3は、このときのダミー基板1がステージ15上に設置された状態を示す断面図である。
【0027】
図3に示すように、ダミー基板1はステージ15上の基板保持手段2によって固定されている。図中12は電子ビームを照射するための鏡筒である。
【0028】
そして実際の描画パターンによって描画装置を作動させる。描画終了後ダミー基板1は、ロボットアームによって、描画チャンバー10から搬出され、ロードロック30に搬出される。
【0029】
ダミー基板1は、これら一連の搬入過程及び搬出過程における温度変化を、温度計3によって測定し、この測定結果を記録手段4によって記録する。
【0030】
図4に、記録手段4に記録された温度計3の時間変化を示す。
【0031】
図4は、描画待機チャンバー8内にT1時間(T1=2時間)保持後、ステージ15上にT2時間(T2=2.5時間)保持して描画したときの温度変化を示している。
【0032】
図4に示すように、描画待機用チャンバー8内の温度t1(t1=22.39℃)からステージ上の温度t2(t2=23.02℃)まで、徐々に温度が上昇している様子が分かる。
【0033】
このようにダミー基板1をこの装置に搬入する前には、ステージ15の温度制御装置11と、描画待機用チャンバー8内における恒温装置の温度制御装置14の設定温度を同じ値にしていたが、それぞれの温度センサーには誤差があり、実際にダミー基板1を搬入してみると、その経路においてダミー基板1自体が受ける温度には差が生じていることが分かる。
【0034】
もし、ダミー基板1を予め搬入して予備温度検査をせずにマスク基板を描画していれば、ステージ15上に設置してから描画が終了するまでに温度差による膨張或いは収縮が起こり高精度パターンを描画することができない。
【0035】
本実施形態では図4の結果より、搬送経路中における描画待機用チャンバー8内の恒温装置の設定温度が低いと判断し、温度制御装置14の設定温度をΔt=t2(ステージ温度)−t1(恒温装置温度)だけ昇温した。
【0036】
また、このとき描画条件がゆるすならばステージ15の温度制御装置11の設定温度をΔt=t2(ステージ温度)−t1(恒温装置温度)だけ降温させても良い。
【0037】
また、これらの温度調整を行った後に、温度調整が正しく行われていることの確認或いは正しくなければ微調整のために、再度ダミー基板1を搬入して温度履歴を検出することが好ましい。
【0038】
また、最終的に全ての装置内の温度が一定となったことを確認後、ステージ15の温度制御装置11と描画待機用チャンバー8内の恒温装置に接続された温度制御装置14の温度目盛りを合わせこむことによって、それぞれの温度計の温度較正を行うこともできる。
【0039】
このように予めダミー基板によって基板温度変化を測定し、温度補正することで、実際のマスク基板を描画する際に、装置内の温度差からくる基板の膨張・収縮を抑えることが可能となり、高精度パターンを形成することが可能となる。
【0040】
(実施形態2)
図5(a)は、本発明の実施形態2に係る高精度パターン描画装置における温度測定方法に用いるダミー基板の上面から見た概略図であり、図5(b)はダミー基板からの温度データを外部で受信し記録する装置の概略図である。
【0041】
符号1は、実際に作成するマスク基板とほぼ同じ形状に加工されたガラス基板である。符号3は白金抵抗体や熱電対等の温度計、符号5はマイクロコンピュータを内蔵する発信手段を示めす。温度計3はガラス基板1の表面上に設置され、ガラス基板1内部に埋め込まれている発信手段4と電気的に接続されている。また温度計4が白金抵抗体や熱電対の場合温度は電位差として測定されるので電圧計を介して発信手段5に送られ電磁波に変換される。
【0042】
また、外部装置は、発信手段5によって発信された電磁波を受信手段6で受信し、記録手段4に記録するように接続されている。
【0043】
本実施形態によるダミー基板1も実施形態1と同様に用いることで、搬入経路における温度履歴を測定することが可能となる。
【0044】
また、本実施形態では、ダミー基板1が受ける温度履歴をリアルタイムで外部装置によってモニタできるので、ステージ15の温度制御装置11及び描画待機用チャンバー8内における恒温装置の温度制御装置14の合わせこみもより一層高精度に行うことが可能となる。
【0045】
(実施形態3)
図6は、本発明の実施形態3に係る高精度パターン描画装置における温度測定方法に用いるダミー基板の上面から見た概略図である。
【0046】
符号1は、実際に作成するマスク基板とほぼ同じ形状に加工されたガラス基板である。符号3は白金抵抗体や熱電対等の温度計、符号7は温度計3に接続された出力端子を示す。温度計3及び出力端子7はガラス基板1の表面上に設置されている。
【0047】
本実施形態では、図2に示す描画待機用チャンバー8内の恒温装置に、ダミー基板1の出力端子7と接続可能な端子を配置し、温度制御装置14等の外部装置からダミー基板1上の温度計の測定値をモニタできるようになっている。
【0048】
また、この場合先ず描画待機用チャンバー8内の恒温装置の温度を測定し、次に、ダミー基板1をロボットアームでステージ15上に搬入し、ステージ上にて温度が安定するまで十分滞留した後、すばやくロボットアームで描画待機用チャンバー8内に移動させて温度をモニタする。こうすることでステージ15上における基板温度を測定することができる。
【0049】
このような外部とダミー基板1上に形成された出力端子7とを接続できるように搬入経路に別途端子を設けることも可能である。例えば、このような端子をステージ15に設けることによって描画待機チャンバー8内の恒温装置から搬入されたダミー基板1の温度変化の様子がリアルタイムで観測できる。
【0050】
(実施形態4)
図7は、図6に示すダミー基板1がステージ15上に設置された状態を示す断面図である。
【0051】
図7に示すように、ダミー基板1はステージ15上の基板保持手段2によって固定されている。図中12は電子ビームを照射するための電子光学鏡筒である。
【0052】
基板保持手段2内部にはダミー基板1における出力端子7と電気的に接続された配線13が通されており、外部の記憶手段4と接続されている。
【0053】
ダミー基板1に電子光学鏡筒12から電子ビームを照射すると、ビーム照射によるダミー基板1の温度変化をリアルタイムで測定することができる。温度変化は描画するパターンデータなどの条件によって変化するため、ダミー基板1によって予め所望の描画データにより温度変動を測定しておく。次に、この温度変動データを基にダミー基板1に温度変動が生じないように、ステージ15温度を温度制御装置11にて制御する。このときの制御データを基に、実際のマスク基板を描画することによって、基板温度変動が生じず、高精度のパターンを形成することが可能となる。
【0054】
(実施形態5)
図8は、図6に示すダミー基板1がステージ15上に設置された状態を示す断面図である。
【0055】
図8に示すように、ダミー基板1はステージ15上の基板保持手段2によって固定されている。図中12は電子ビームを照射するための電子光学鏡筒である。また符合16は、電子ビームの出力や描画パターンを制御する描画制御装置である。
【0056】
基板保持手段2内部にはダミー基板1における出力端子7と電気的に接続された配線13が通されており、外部の記憶手段4と接続されている。
【0057】
ダミー基板1に電子光学鏡筒12から電子ビームを照射すると、ビーム照射によるダミー基板1の温度変化をリアルタイムで測定することができる。温度変化は描画するパターンデータなどの条件によって変化するため、ダミー基板1によって予め所望の描画データにより温度変動を測定しておく。次に、この温度変動データを基にマスク基板の伸縮を計算し、描画制御装置16に入力して、実際のマスク基板を描画するときにマスク基板の伸縮に対応してパターン描画させることによって、基板温度の変動が生じても、高精度のパターンを形成することが可能となる。
【0058】
【発明の効果】
本発明では、予めダミー基板を用いて基板温度を測定し、このデータに基づいて、装置内の温度補正をし、或いはパターン補正をすることで、高精度のパターンを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1に係る高精度パターン描画装置における温度測定にもちいるダミー基板の上面概略図。
【図2】 本発明の高精度パターン描画装置の上面概略図。
【図3】 本発明の高精度パターン描画装置の断面概略図。
【図4】 本発明の実施形態1に係る高精度パターン描画装置における温度測定の測定結果を示す図。
【図5】 本発明の実施形態2に係る高精度パターン描画装置における温度測定にもちいる、(a)ダミー基板の上面概略図及び(b)外部受信装置と記憶手段を示す概略図。
【図6】 本発明の実施形態3に係る高精度パターン描画装置における温度測定にもちいるダミー基板の上面概略図。
【図7】 本発明の実施形態4に係る高精度パターン描画装置の断面概略図。
【図8】 本発明の実施形態5に係る高精度パターン描画装置の断面概略図。
【符号の説明】
1・・・ダミー基板
2・・・基板保持手段
3・・・温度計
4・・・記録手段
5・・・発信手段
6・・・受信手段
7・・・出力端子
8・・・描画待機用チャンバー
10・・・描画チャンバー
11・・・温度制御装置
12・・・電子光学鏡筒
13・・・配線
14・・・温度制御装置
15・・・ステージ
16・・・描画制御装置

Claims (4)

  1. 描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、
    温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度を記録する記録手段とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度履歴を前記記録手段に記録する温度測定方法であり、
    前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基き前記描画装置にパターン描画データの補正値を与える制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法。
  2. 描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、
    温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度を電磁波に変換し出力する発信手段とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度履歴を前記発信手段から前記チャンバー外部で受信することによって測定する温度測定方法であり、
    前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基き前記描画装置にパターン描画データの補正値を与える制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法。
  3. 描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、
    温度測定手段と、前記温度測定手段に接続された端子とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度を前記搬送経路内に設けられた接続手段と前記ダミー基板の前記端子とを接続することによって測定する温度測定方法であり、
    前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基き前記描画装置にパターン描画データの補正値を与える制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法。
  4. 描画チャンバーと、前記描画チャンバー内に設置されたステージと、前記描画チャンバーと接続された待機用チャンバーと、前記待機用チャンバー内に設置された恒温装置とを具備するパターン描画装置における温度測定方法であって、
    温度測定手段と、前記温度測定手段によって測定された温度を記録又は外部に出力する記録出力手段とを具備するダミー基板を、前記恒温装置に搬送し、次に前記描画チャンバー内に搬送し、次に前記ステージ上に設置することによって、前記恒温装置、前記ステージ上の搬送経路における前記ダミー基板の温度履歴を前記記録出力手段により記録又は外部に出力する温度測定方法であり、
    前記搬送経路内の少なくとも1箇所に前記ダミー基板を滞留し、当該場所の温度を測定する工程と、前記搬送経路内の温度分布を計算する演算工程と、前記計算結果に基き搬送経路内の温度変化が小さくなるように最適な値に制御する制御工程とを具備することを特徴とするパターン描画装置における温度測定方法。
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