JP2010219480A - 描画装置 - Google Patents

Abstract

【目的】描画装置内の搬送途中で異物を検査可能な装置を提供することを目的とする。
【構成】本発明の一態様の描画装置１００は、電子ビームを用いて、レジスト膜が塗布された試料１０１上にパターンを描画する描画部１５０と、描画部１５０へ試料を搬送する搬送系のＬ／Ｌチャンバ１３０と、Ｌ／Ｌチャンバ１３０上に配置され、搬送途中の試料１０１の表面を、移動しながら撮像するＣＣＤカメラ１０と、ＣＣＤカメラ１０を移動させる搬送ステージ２０と、を備えたことを特徴とする。本発明によれば従来に比べてスループットの低下を抑制しつつ異物を検査することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、描画装置に関し、特に、レジストが塗布された試料面の異物を検査する機能を備えた電子ビーム描画装置に関する。

半導体デバイスの微細化の進展を担うリソグラフィ技術は半導体製造プロセスのなかでも唯一パターンを生成する極めて重要なプロセスである。近年、ＬＳＩの高集積化に伴い、半導体デバイスに要求される回路線幅は年々微細化されてきている。これらの半導体デバイスへ所望の回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（レチクル或いはマスクともいう。）が必要となる。ここで、電子線（電子ビーム）描画技術は本質的に優れた解像性を有しており、高精度の原画パターンの生産に用いられる。

図５は、従来の可変成形型電子線描画装置の動作を説明するための概念図である。可変成形型電子線（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｅａｍ）描画装置は、以下のように動作する。第１のアパーチャ４１０には、電子線３３０を成形するための矩形例えば長方形の開口４１１が形成されている。また、第２のアパーチャ４２０には、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０を所望の矩形形状に成形するための可変成形開口４２１が形成されている。荷電粒子ソース４３０から照射され、第１のアパーチャ４１０の開口４１１を通過した電子線３３０は、偏向器により偏向され、第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１の一部を通過して、所定の一方向（例えば、Ｘ方向とする）に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０に照射される。すなわち、第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過できる矩形形状が、Ｘ方向に連続的に移動するステージ上に搭載された試料３４０の描画領域に描画される。第１のアパーチャ４１０の開口４１１と第２のアパーチャ４２０の可変成形開口４２１との両方を通過させ、任意形状を作成する方式を可変成形方式という。

電子ビーム描画装置において、描画前に大粒径異物、例えば、１μｍ以上の異物が、レジストが塗布された基板上に付着していると、ほぼ全ての場合に描画後に欠陥として残ってしまう。そのため、描画前後に基板表面に異物が付着していないかどうかを検査することが求められる。従来、描画前に、専用のチャンバ内に基板を搬送し、レーザで基板上をスキャンすることで異物検査を行なっていた（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１の手法では、微小粒径まで検出可能という利点はあるものの、レーザを用いてスキャンするため、システムが複雑で高価になってしまうといった問題があった。また、専用の評価室（チャンバ）まで基板を搬送しなければならずスループットの低下の要因となっていた。

特開２００５−２４４０４８号公報

上述したように、レジストが塗布された基板上に付着した異物を検査する必要があったが、描画後に欠陥として残る異物のサイズは、１μｍ以上である場合がほとんどであるため、かかる１μｍ以上の異物を検出できればよいものである。しかし、従来の異物検査手法では、レーザを用いてスキャンするため、システムが複雑で高価になってしまうといった問題があった。また、専用の評価室（チャンバ）まで基板を搬送しなければならずスループットの低下の要因となっていた。そのため、少なくとも特別な搬送先を不要とする異物検査手法が望ましい。しかし、従来、これらの条件を満たす手法が確立されていなかった。

本発明は、かかる問題点を克服し、描画装置内の搬送途中で異物を検査可能な装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の描画装置は、
荷電粒子ビームを用いて、レジスト膜が塗布された試料上にパターンを描画する描画部と、
描画部へ試料を搬送する搬送系と、
搬送系上に配置され、搬送途中の試料の表面を、移動しながら撮像するカメラと、
カメラを移動させる駆動部と、
を備えたことを特徴とする。

また、カメラと共に移動しながら試料面を照明するリング照明をさらに備えると好適である。

また、カメラで撮像する際に、試料面を斜め方向から照明する斜光照明をさらに備えるとなお好適である。

また、カメラ内部の光学系は、テレセントリック光学系で構成され、
試料とカメラとの間に、空間を遮断する窓をさらに備えるとなお好適である。

また、駆動部は、試料の表面と平行する一方向にカメラを移動させ、
搬送系は、試料の裏面を支持して試料を移動させる搬送ロボットを有し、
搬送ロボットは、カメラにより撮像する際に、試料の裏面を支持してカメラの移動方向と直交する方向に試料を移動させると好適である。

本発明の一態様によれば、描画装置内の搬送途中で異物を検査することができる。よって、従来に比べてスループットの低下を抑制しつつ異物を検査することができる。また、従来に比べて簡易システム構成にすることができる。

実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。 実施の形態１における描画装置内の搬送経路を示す上面概念図である。 実施の形態１における異物検査機構１８０の内部構成を示す概念図である。 実施の形態１における搬送ロボットの移動方向を示す概念図である。 可変成形型電子線露光装置の動作を説明するための概念図である。

以下、実施の形態では、荷電粒子ビームの一例として、電子ビームを用いた構成について説明する。但し、荷電粒子ビームは、電子ビームに限るものではなく、イオンビーム等の荷電粒子を用いたビームでも構わない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における描画装置の構成を示す概念図である。図１において、描画装置１００は、描画部１５０、制御部１６０、搬出入口（Ｉ／Ｆ）１２０、ロードロック（Ｌ／Ｌ）チャンバ１３０、ロボットチャンバ１４０、プリチャンバ１４６、異物検査機構１８０及び真空ポンプ１７０を備えている。描画装置１００は、荷電粒子ビーム描画装置の一例となる。そして、描画装置１００は、試料１０１に所望するパターンを描画する。制御部１６０は、制御計算機１１０、メモリや磁気ディスク装置等の記憶装置１１２、制御回路１１４、検査制御部２１０、カメラ制御部２１２、ステージ制御部２１４、リング照明制御部２１６、斜光照明制御部２１８、及び搬送制御部２２０を備えている。

描画部１５０は、電子鏡筒１０２、及び描画室１０３を有している。電子鏡筒１０２内には、電子銃２０１、照明レンズ２０２、第１のアパーチャ２０３、投影レンズ２０４、偏向器２０５、第２のアパーチャ２０６、対物レンズ２０７、及び偏向器２０８が配置されている。また、描画室１０３内には、移動可能に配置されたＸＹステージ１０５が配置されている。ＸＹステージ１０５上には、試料１０１が配置されている。搬出入口１２０内には、試料１０１を搬送する搬送ロボット１２２が配置されている。ロボットチャンバ１４０内には、試料１０１を搬送する搬送ロボット１４２が配置されている。Ｌ／Ｌチャンバ１３０上には、異物検査機構１８０が配置される。

真空ポンプ１７０は、バルブ１７２を介してロボットチャンバ１４０内の気体を排気する。これにより、ロボットチャンバ１４０内は真空雰囲気に維持される。また、真空ポンプ１７０は、バルブ１７４を介して電子鏡筒１０２内及び描画室１０３内の気体を排気する。これにより、電子鏡筒１０２内及び描画室１０３内は真空雰囲気に維持される。また、真空ポンプ１７０は、バルブ１７６を介してロードロックチャンバ１３０内の気体を排気する。これにより、ロードロックチャンバ１３０内は必要に応じて真空雰囲気に制御される。また、搬出入口１２０とロードロックチャンバ１３０とロボットチャンバ１４０と描画室１０３とのそれぞれの境界には、ゲートバルブ１３２，１３４，１３６が配置される。試料１０１として、例えば、ウェハにパターンを転写する露光用のマスク基板が含まれる。また、このマスク基板は、例えば、まだ何もパターンが形成されていないマスクブランクスが含まれる。

制御計算機１１０、記憶装置１１２、制御回路１１４、検査制御部２１０、カメラ制御部２１２、ステージ制御部２１４、リング照明制御部２１６、斜光照明制御部２１８、及び搬送制御部２２０は、図示しないバスにより互いに接続されている。制御計算機１１０内での入出力或いは演算されたデータは都度記憶装置１１２に記憶される。また、制御回路１１４は、制御計算機１１０によって制御され、その制御内容に従って、描画部１５０、搬出入口１２０、ロードロックチャンバ１３０、及びプリチャンバ１４６内の各機器を駆動させる。

また、異物検査機構１８０の構成要素の１つであるＣＣＤカメラ１０は、カメラ制御部２１２により制御され、撮像された画像はカメラ制御部２１２に出力される。また、カメラはＣＣＤカメラに限るものではなく、Ｃ−ＭＯＳセンサを用いたカメラであっても構わない。また、異物検査機構１８０の構成要素の１つである搬送ステージ２０（駆動部）は、ステージ制御部２１４により制御される。また、異物検査機構１８０の構成要素の１つであるリング照明３０は、リング照明制御部２１６により制御される。また、異物検査機構１８０の構成要素の１つである斜光照明４０は、斜光照明制御部２１８により制御される。そして、ロボットチャンバ１４０内の搬送ロボット１４２は、搬送制御部２２０により制御される。

ここで、図１では、実施の形態１を説明する上で必要な構成部分について記載している。描画装置１００にとって、通常、必要なその他の構成が含まれても構わないことは言うまでもない。また、搬送ロボット１２２，１４２は、エレベータ機構や回転機構など機械的な機構であれば構わない。

照射部の一例となる電子銃２０１から放出された電子ビーム２００は、照明レンズ２０２により矩形例えば長方形の穴を持つ第１のアパーチャ２０３全体を照明する。ここで、電子ビーム２００をまず矩形例えば長方形に成形する。そして、第１のアパーチャ２０３を通過した第１のアパーチャ像の電子ビーム２００は、投影レンズ２０４により第２のアパーチャ２０６上に投影される。かかる第２のアパーチャ２０６上での第１のアパーチャ像の位置は、偏向器２０５によって偏向制御され、ビーム形状と寸法を変化させることができる。その結果、電子ビーム２００は成形される。そして、第２のアパーチャ２０６を通過した第２のアパーチャ像の電子ビーム２００は、対物レンズ２０７により焦点を合わせ、偏向器２０８により偏向される。その結果、連続移動するＸＹステージ１０５上の試料１０１の所望する位置に照射される。

図２は、実施の形態１における描画装置内の搬送経路を示す上面概念図である。
搬出入口１２０に配置された試料１０１は、ゲートバルブ１３２を開けた後、搬送ロボット１２２によりＬ／Ｌチャンバ１３０内の支持部材上に搬送される。そして、ゲートバルブ１３２を閉めた後、ゲートバルブ１３４を開けて、搬送ロボット１４２によりロボットチャンバ１４０を介してプリチャンバ１４６内のステージに搬送される。そして、プリチャンバ１４６内で試料１０１は待機され、その後、ゲートバルブ１３６を開けて、描画室１０３のＸＹステージ１０５上に搬送される。そして、ゲートバルブ１３６を閉めた後、ＸＹステージ１０５上の試料１０１には所定のパターンが描画される。描画が終了すると、ゲートバルブ１３６を開けて、描画室１０３のＸＹステージ１０５から搬送ロボット１４２により試料１０１をロボットチャンバ１４０内に移動する。そして、ゲートバルブ１３６を閉めた後、ゲートバルブ１３４を開けて、搬送ロボット１４２により試料１０１はロードロックチャンバ１３０内のステージに搬送される。そして、ゲートバルブ１３４を閉めた後、ゲートバルブ１３２を開けて、搬送ロボット１２２により試料１０１は搬出入口１２０に搬出される。これらの動作の際、各チャンバ内の真空度が下がった場合にはその都度真空ポンプ１７０が作動し、真空度を維持する。或いは、バルブ１７２又はバルブ１７４が開閉し、作動中の真空ポンプ１７０によって真空引きされ、所望する真空度を維持する。

以上のように、搬出入口１２０と描画室１０３との間の搬送経路上で試料１０１を搬送する搬出入口（Ｉ／Ｆ）１２０、Ｌ／Ｌチャンバ１３０、ロボットチャンバ１４０、プリチャンバ１４６、及びこれらの内部に配置される各機器は搬送系の一例となる。

実施の形態１では、試料１０１がＬ／Ｌチャンバ１３０内の支持部材上に搬送された際に、試料１０１面上に異物が付着していないかどうかを異物検査機構１８０によってＬ／Ｌチャンバ１３０の上方から検査する。すなわち、搬送経路上で検査する。よって、従来のような専用のチャンバにわざわざ搬送する必要がなく、スループットの低下を抑制することができる。

図３は、実施の形態１における異物検査機構１８０の内部構成を示す概念図である。図３において、Ｌ／Ｌチャンバ１３０内に試料１０１が搬送されると複数の支持部材１８上に試料１０１が支持される。例えば、支持ピン上に支持される。Ｌ／Ｌチャンバ１３０上面には透視可能なガラス窓６０が配置されている。そして、ガラス窓６０を通してＬ／Ｌチャンバ１３０内を見ることができる。Ｌ／Ｌチャンバ１３０上にはｘ方向の搬送機構２２とｙ方向の搬送機構２４を有する搬送ステージ２０が配置される。搬送ステージ２０には、取り付け部材１４を介してＣＣＤカメラ１０が固定される。また、搬送ステージ２０には、取り付け部材１６を介してリング照明３０が固定される。リング照明３０は、ＣＣＤカメラ１０とガラス窓６０との間に配置される。リング照明３０は、ＣＣＤカメラ１０の光軸に円の中心位置を合わせて配置されると好適である。よって、リング照明３０とＣＣＤカメラ１０は、搬送ステージ２０によって試料１０１面に水平となるｘ方向とｙ方向に移動可能となっている。また、ＣＣＤカメラ１０には、テレセントリック光学系のレンズ１２が取り付けられている。テレセントリック光学系にすることで試料１０１面との焦点深度を大きくすることができると共に試料１０１とＣＣＤカメラ１０との間の距離を大きくすることができる。その結果、試料１０１とＣＣＤカメラ１０との間にガラス窓６０やリング照明３０を配置することができる。また、試料１０１面は、斜光照明４０によって斜め上方から照明される。

ガラス窓６０によって、Ｌ／Ｌチャンバ１３０内と外部との空間を遮断することができる。よって、Ｌ／Ｌチャンバ１３０上に簡易に異物検査機構１８０を配置でき、搬送ステージ２０から発生し得るパーティクルが搬送系内へ混入することを回避することができる。このように、ガラス窓６０越しに検査を行なうことができるので、Ｌ／Ｌチャンバ１３０内が真空であろうと大気圧であろうと無関係である。よって、異物検査機構１８０を真空容器内に配置する必要もない。

以上のような内部構成を持つ異物検査機構１８０を使って、搬送途中の試料１０１について、試料１０１表面に異物５０が付着しているかどうかを検査する。

まず、搬送ステージ２０によってＣＣＤカメラ１０を試料１０１の端部に移動させ、かかる端部を撮像する。特に、４隅の少なくとも１つを撮像することが望ましい。角部を撮像することで撮像された画像から試料１０１のｘ，ｙ方向の位置を一度に把握することができる。続いて、ＣＣＤカメラ１０が、試料１０１の表面を、移動しながら撮像する。連続移動でもよいし、ステップ移動でも構わない。ＣＣＤカメラ１０は、試料１０１の表面全体を撮像する。得られた複数の画像は、検査制御部２１０に出力され、検査制御部２１０は、入力された複数の画像から試料１０１の表面に異物５０が付着しているかどうかを判定することができる。１μｍ以上の粒径の異物５０であれば、ＣＣＤカメラ１０で撮像された画像で認識することができる。また、始めに試料１０１の端部を撮像しているので試料１０１面での座標系の基準位置の情報を得ることができる。よって、異物５０の位置を試料１０１面での座標系で座標によって定義することができる。例えば、搬送ずれが生じていた場合でも試料１０１端部の位置が得られているので、試料１０１端部からの位置で定義できれば、異物５０の位置を補正することもできる。

ここで、試料１０１表面に形成される遮光膜の厚さが厚く、上方からの照明光を遮光膜で遮光できる場合には、リング照明３０で照明すると好適である。リング照明３０は、ＣＣＤカメラ１０と共に移動しながら試料１０１面を照明する。リング照明３０を用いることで、ＣＣＤカメラ１０の視野エリア内に存在する異物５０を全方向から照明でき、照明の向きと異物５０形状による指向性を排除することができる。逆に、試料１０１表面に形成される遮光膜の厚さが薄く、或いは無く、上方からの照明光を透過してしまう場合には、斜光照明４０で照明すると好適である。斜光照明４０は、試料１０１面に対して平行に近い角度で斜入射させる。例えば、試料１０１面を直交する方向から８０°以上の角度で入射させると好適である。望ましくは、８４°以上の角度で入射させるとなお良い。斜光照明４０で照明することで試料１０１内部への照明光の入射光量を低くすることができる。よって、試料１０１の裏面やＬ／Ｌチャンバ１３０の底面からの反射光をＣＣＤカメラ１０で撮像することを抑制することができる。また、どちらか一方ではなく、リング照明３０と斜光照明４０との両方で照明しても構わない。

以上のようにして、描画装置１００内の搬送途中で異物検査を行なうことができる。検査は、描画前に行なっても良いし、描画後に行なっても良いし、或いは描画前後の両方で行なってもよい。

実施の形態１では、搬送ステージ２０が、ｘ方向とｙ方向にＣＣＤカメラ１０を移動させていたが、これに限るものではない。
図４は、実施の形態１における搬送ロボットの移動方向を示す概念図である。図４において、例えば、搬送ロボット１４２が試料１０１をＬ／Ｌチャンバ１３０内に搬出入する方向がｙ方向であれば、搬送ステージ２０は、ｘ方向の移動だけ可能な構成にしてもよい。そして、カメラにより撮像する際には、搬送ステージ２０でＣＣＤカメラ１０をｘ方向に移動させると共に、搬送ロボット１４２が試料１０１の裏面を支持してＣＣＤカメラ１０の移動方向と直交するｙ方向に試料１０１を移動させてもよい。これにより、搬送ステージ２０がｘ方向の一軸だけの機構にした場合であっても試料１０１表面全体を撮像することができる。

以上のように実施の形態１によれば、従来のシステムより簡易な異物検査システムで、描画装置１００内の搬送途中で異物を検査することができる。よって、従来に比べて簡易なシステム構成にすることができると共に、従来に比べてスループットの低下を抑制しつつ異物を検査することができる。

以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、異物検査機構１８０がＬ／Ｌチャンバ１３０上に配置されているが、これに限るものではない。搬送経路上であれば、その他の場所上であっても構わない。例えば、プリチャンバ１４６上であっても構わない。

また、装置構成や制御手法等、本発明の説明に直接必要しない部分等については記載を省略したが、必要とされる装置構成や制御手法を適宜選択して用いることができる。例えば、描画装置１００を制御する制御部構成については、記載を省略したが、必要とされる制御部構成を適宜選択して用いることは言うまでもない。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての荷電粒子ビーム描画装置は、本発明の範囲に包含される。

１０ ＣＣＤカメラ
１２ レンズ
１４，１６ 取り付け部材
１８ 支持部材
２０ 搬送ステージ
２２，２４ 搬送機構
３０ リング照明
４０ 斜光照明
５０ 異物
６０ ガラス窓
１００ 描画装置
１０１，３４０ 試料
１０２ 電子鏡筒
１０３ 描画室
１０５ ＸＹステージ
１１０ 制御計算機
１１２ 記憶装置
１１４ 制御回路
１２０ 搬出入口
１２２，１４２ 搬送ロボット
１３０ ロードロックチャンバ
１３２，１３４，１３６ ゲートバルブ
１４０ ロボットチャンバ
１４６ プリチャンバ
１５０ 描画部
１６０ 制御部
１７０ 真空ポンプ
１７２，１７４，１７６ バルブ
１８０ 異物検査機構
２００ 電子ビーム
２０１ 電子銃
２０２ 照明レンズ
２０３，４１０ 第１のアパーチャ
２０４ 投影レンズ
２０５，２０８ 偏向器
２０６，４２０ 第２のアパーチャ
２０７ 対物レンズ
２１０ 検査制御部
２１２ カメラ制御部
２１４ ステージ制御部
２１６ リング照明制御部
２１８ 斜光照明制御部
２２０ 搬送制御部
３３０ 電子線
４１１ 開口
４２１ 可変成形開口
４３０ 荷電粒子ソース

Claims (5)

1. 荷電粒子ビームを用いて、レジスト膜が塗布された試料上にパターンを描画する描画部と、
   前記描画部へ前記試料を搬送する搬送系と、
   前記搬送系上に配置され、搬送途中の前記試料の表面を、移動しながら撮像するカメラと、
   前記カメラを移動させる駆動部と、
   を備えたことを特徴とする描画装置。
2. 前記カメラと共に移動しながら前記試料面を照明するリング照明をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の描画装置。
3. 前記カメラで撮像する際に、前記試料面を斜め方向から照明する斜光照明をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の描画装置。
4. 前記カメラ内部の光学系は、テレセントリック光学系で構成され、
   前記試料と前記カメラとの間に、空間を遮断する窓をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の描画装置。
5. 前記駆動部は、前記試料の表面と平行する一方向に前記カメラを移動させ、
   前記搬送系は、前記試料の裏面を支持して前記試料を移動させる搬送ロボットを有し、
   前記搬送ロボットは、前記カメラにより撮像する際に、前記試料の裏面を支持して前記カメラの移動方向と直交する方向に前記試料を移動させることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の描画装置。

Images