JP2014165202A - 電子線描画装置の故障診断方法、電子線描画装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本実施形態は、故障診断によるダウンタイムを低減することができる電子線描画装置の故障診断方法及び電子線描画装置を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係る電子線描画装置の故障診断方法は、電子線によりマスク基板に所望のパターンを描画する電子線描画装置の故障診断方法であって、マスク基板への描画パターンを記述したデータを電子線描画装置で理解可能な描画データに展開する工程と、展開後の描画データを所定単位ごとに順次出力する工程と、描画データに基づいて電子線を偏向する工程と、展開後の描画データが出力されるまでの間、自己の故障の有無を診断する工程と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、マスク基板を電子線により描画する電子線描画装置の故障診断方法及び電子線描画装置に関する。

半導体装置の製造に使用されるマスク基板の作成には、電子線描画装置が使用されている。電子線描画装置では、電子線をマスク基板に照射して、マスク基板に塗布されているレジストを露光してパターンを描画している。この描画されたパターン（描画パターン）の良否判定は、通常、レジスト現像後に行われるため、描画パターンに不具合がある場合、再度、マスク基板にパターンを描画することになる。

ところが、近年では、半導体装置の微細化が進んでおり、マスク基板に描画されるパターンも微細化している。このため、マスク基板への描画に必要な時間が増大している。例えば、描画パターンにもよるが、マスク基板一枚を描画するのに、十数時間必要な場合もある。このため、現像後に描画パターンに不具合が発見された場合、膨大な時間を浪費することになる。

そこで、従来の電子線描画装置では、電子線描画装置（例えば、電子線描画装置を構成するレジスタ、演算素子や回路等）の故障診断を行い、電子線描画装置による描画パターンの不具合を未然に防止するようにしている。しかしながら、従来の電子線描画装置では、電子線描画装置の故障診断中にマスク基板を描画することができないため、電子線描画装置の故障診断に必要な時間がそのまま電子線描画装置のダウンタイムとなっている。

また、現在では、マスク基板に描画されるパターンの微細化に合わせて、電子線描画装置も高性能化しており、故障診断に必要な時間が増大している（例えば、一回５分の故障診断を一日２回行うだけでも、一年間では２．５日を故障診断に使用することになる）。このため、ダウンタイムの時間も増大している。そこで、従来の電子線描画装置には、ロードロックの真空引き時やマスク基板の搬送中に電子線描画装置の故障診断を行い、電子線描画装置のダウンタイムを低減するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特許第３２９１５９１号

以上のように、電子線描画装置の故障診断によるダウンタイムの低減が従来から求められている。本実施形態は、故障診断によるダウンタイムを低減することができる電子線描画装置の故障診断方法及び電子線描画装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る電子線描画装置の故障診断方法は、電子線によりマスク基板に所望のパターンを描画する電子線描画装置の故障診断方法であって、マスク基板への描画パターンを記述したデータを電子線描画装置で理解可能な描画データに展開する工程と、展開後の描画データを所定単位ごとに順次出力する工程と、描画データに基づいて電子線を偏向する工程と、展開後の描画データが出力されるまでの間、自己の故障の有無を診断する工程と、を有する。

実施形態に係る電子線描画装置の構成を示す模式図。 実施形態に係る電子鏡筒及び制御機構の構成を示す模式図。 実施形態に係る電子線描画装置の動作（展開時）を示すフローチャート。 実施形態に係る電子線描画装置の動作（描画時）を示すフローチャート。 実施形態に係る電子線描画装置の動作（校正用パラメータ取得時）を示すフローチャート。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る電子線描画装置１０の模式図（一部断面図）である。図２は、電子鏡筒５００及び制御機構６００の構成を示す模式図である。以下、図１，図２を参照して、電子線描画装置１０の構成について説明する。

図１に示すように、電子線描画装置１０は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）１００と、搬入出（Ｉ／Ｏ）チャンバ２００と、ロボットチャンバ（Ｒチャンバ）３００と、ライティングチャンバ（Ｗチャンバ）４００と、電子鏡筒５００と、制御機構６００と、ゲートバルブＧ１〜Ｇ３とを備える。

Ｉ／Ｆ１００は、本実施形態で使用するマスク基板Ｗが収容された容器Ｃ（例えば、ＳＭＩＦＰｏｄ）を載置する載置台１１０と、マスク基板Ｗを搬送する搬送ロボット１２０とを備える。マスク基板Ｗは、表面に遮光膜が形成された石英基板等であり、前記遮光膜上にはレジストが塗布されている。

Ｉ／Ｏチャンバ２００は、Ｒチャンバ３００内を真空（低気圧）に保ったままマスク基板Ｗを搬入出するためのロードロックチャンバである。Ｉ／Ｏチャンバ２００には、Ｉ／Ｆ１００との間にゲートバルブＧ１が設けられており、図示しない真空ポンプと、ガス供給系とを備える。真空ポンプは、例えば、ドライポンプやターボ分子ポンプ等であり、Ｉ／Ｏチャンバ２００内を真空引きする。ガス供給系は、Ｉ／Ｏチャンバ２００を大気圧とする際にＩ／Ｏチャンバ２００内へベント用ガス（例えば、窒素ガスやＣＤＡ（Clean Dry Gas））を供給する。

Ｉ／Ｏチャンバ２００内を真空引きする際は、Ｉ／Ｏチャンバ２００に接続された真空ポンプを用いて真空引きする。また、Ｉ／Ｏチャンバ２００内を大気圧に戻す際には、ガス供給系からベント用ガスが供給され、Ｉ／Ｏチャンバ２００内が大気圧となる。なお、Ｉ／Ｏチャンバ２００内を真空引きする際及び大気圧とする際には、ゲートバルブＧ１，Ｇ２はＣｌｏｓｅ（閉）される。

Ｒチャンバ３００は、マスク基板Ｗの搬送ロボット３１０を備える。Ｒチャンバ３００は、ゲートバルブＧ２を介してＩ／Ｏチャンバ２００と接続されている。搬送ロボット３１０は、Ｉ／Ｏチャンバ２００及びＷチャンバ４００間で、マスク基板Ｗを搬送する。なお、図示していないが、Ｒチャンバ３００には、マスク基板Ｗを位置決め（アライメント）するためのアライメントチャンバ及びマスク基板Ｗに載置する基板カバーＨを収容する収容チャンバと、Ｒチャンバ３００を真空引きする真空ポンプ（例えば、Ｃｒｙｏポンプやターボ分子ポンプ等）が設けられている。

Ｗチャンバ４００は、ステージ４１０と、駆動機構４２０と、レーザー測長系４３０と、図示しない真空ポンプ（例えば、Ｃｒｙｏポンプやターボ分子ポンプ）を備え、ゲートバルブＧ３を介してＲチャンバ３００と接続されている。

ステージ４１０は、マスク基板Ｗを載置するための台であり、Ｒチャンバ３００の搬送ロボット３１０によりマスク基板Ｗがステージ４１０上に載置される。ステージ４１０上には、ステージ４１０位置の計測に使用する反射鏡（ミラー）Ｍと、電子線Ｂの照射量や照射位置の校正に使用するアライメントマークＡＭ（例えば、ファラデーカップ等）が設けられている。

駆動機構４２０（例えば、モータ）は、ステージ４１０を駆動する。レーザー測長系４３０は、ステージ４１０の位置を検出するための干渉計である。レーザー測長系４３０は、ステージ４１０上に設けられている反射鏡Ｍにレーザーを照射して反射光を受光し、照射光と反射光との干渉から反射鏡Ｍとの距離を算出する。

また、図示していないが、Ｗチャンバ４００は、Ｗチャンバ４００内を真空引きするための真空ポンプ（例えば、Ｃｒｙｏポンプやターボ分子ポンプ）を備える。Ｗチャンバ４００内は、この真空ポンプにより真空引きされ、電子描画が可能な圧力に保たれる。

電子鏡筒５００は、電子銃５１０と、偏向器（deflector）５１１〜５１３と、静電レンズ５２１〜５２３と、アパーチャ５３１，５３２とを備える。電子銃５１０は、電子線Ｂを照射する。偏向器５１１〜５１３は、電子線Ｂを偏向する。静電レンズ５２１〜５２３は、電子線Ｂのフォーカスや非点を調整する。アパーチャ５３１，５３２は、電子線Ｂの形状やサイズ、ＯＮ／ＯＦＦを制御するための開口板である。

電子銃５１０から照射される電子線Ｂは、偏向器５１１〜５１３、静電レンズ５２１〜５２３及びアパーチャ５３１，５３２により、位置、フォーカス、非点、形状、サイズ等を調整され、ステージ４１０上に載置されたマスク基板Ｗ上に照射される。

（制御機構６００の構成）
制御機構６００は、展開部６１０と、描画制御部６２０と、偏向部６３０と、ステージ制御部６４０とを備える。なお、制御機構６００の各構成は、プロセッサ、メモリ等により構成される。

なお、上記、展開部６１０、偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、描画制御部６２０からの指示により、通常の動作を実行するモード（描画モード）と、自己の故障診断を行うモード（診断モード）とを切り替えて動作する構成となっている。展開部６１０、偏向部６３０及びステージ制御部６４０には、それぞれモード設定用のレジスタが設けられており、通常は、描画モードが優先となるようにレジスタが設定されている。以下、各構成について各モードごとに説明する。

（描画モード）
展開部６１０は、マスク基板への描画パターンを記述したデータ（以下、パターンデータと記載する）を電子線描画装置１０で理解可能な描画データ（言語）に展開（変換）する。なお、パターンデータは、例えば、ＣＡＤで記述される。

具体的には、展開部６１０は、パターンデータをマスク基板を多数のエリアに分割し、各エリアに描画されるパターンの描画に必要な電子線のショットサイズ、形状、ドーズ量、位置等で構成される描画データに変換する。展開部６１０は、展開後の描画データを所定の単位（例えば、分割したエリア）ごとに順次出力する。

描画制御部６２０は、展開部６１０へのパターンデータの展開と展開後の描画データの転送を制御する。また、描画制御部６２０は、展開部６１０，偏向部６３０及びステージ制御部６４０の故障診断動作の開始及び停止を制御する。

偏向部６３０は、展開部６１０から転送される描画データに基づいて偏向器５１１〜５１３を制御し、電子線Ｂの照射位置や形状等を調整する。偏向部６３０からの信号は、増幅器であるＡＭＰ-１〜ＡＭＰ-３で増幅された後に偏向器５１１〜５１３にそれぞれ印加される。また、偏向部６３０は、展開部６１０から転送される描画データに基づいてステージ制御部６４０を制御する。

ステージ制御部６４０は、レーザー測長系４３０からの距離情報に基づいてステージ４１０の位置をリアルタイムに検出する。また、ステージ制御部６４０は、偏向部６３０からの指示に基づいて駆動機構４２０を制御し、ステージ４１０を駆動する。

（診断モード）
展開部６１０、偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、描画制御部６２０からの指示に基づいて、自己の故障の有無を診断する。展開部６１０、偏向部６３０及びステージ制御部６４０の各メモリには、故障診断プログラムが記憶されており、この故障診断プログラムを実行することで、展開部６１０、偏向部６３０、ステージ制御部６４０は、自己の故障の有無を診断する。

故障診断には、通信エラー（例えば、光通信時の通信異常）、メモリの読み出し・書き込み（Read/Write）エラー、計算誤り（レジスタの異常）、メモリの空き容量の診断等が含まれる。なお、上記メモリには、描画データのバッファメモリ、校正用パラメータ（校正データ）を記憶するメモリ、デバック用のメモリなどを含む。また、上記故障診断は、チェックサムや巡回冗長検査（Cyclic Redundancy Check: CRC）等を利用して行われる。

（電子線描画装置１０の動作）
図３〜図５は、電子線描画装置１０の故障診断時の動作を示すフローチャートである。以下、図１〜図５を参照して、電子線描画装置１０の故障診断時の動作を説明する。

（パターンデータ展開中の故障診断動作）
初めに、図１〜図３を参照して、パターンデータ展開中の電子線描画装置１０の故障診断時の動作について説明する。この故障診断では、展開部６１０でパターンデータを展開中に、使用していない偏向部６３０及びステージ制御部６４０の故障診断を行うことで、故障診断によるダウンタイムを効果的に低減している。

電子線描画装置１０の描画動作が開始されると、描画制御部６２０は、展開部６１０へパターンデータの描画データへの展開を指示する（ステップＳ１０１）。次に、描画制御部６２０は、偏向部６３０及びステージ制御部６４０に、自己の故障診断を開始するよう指示する（ステップＳ１０２）。該指示により偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、描画モードから診断モードに切り替わる。

展開部６１０は、描画制御部６２０からの指示によりパターンデータの描画データへの展開を開始する（ステップＳ１０３）。偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、描画制御部６２０からの指示により偏向部６３０及びステージ制御部６４０の故障診断を開始する（ステップＳ１０４）。

展開部６１０は、パターンデータを展開し、所定の単位になると展開後の描画データを転送する準備が完了したことを示す転送準備完了報告を描画制御部６２０へ伝達する（ステップＳ１０５）。描画制御部６２０は、展開部６１０から転送準備完了報告を受け取ると、偏向部６３０及びステージ制御部６４０へ故障診断を中断するよう指示する（ステップＳ１０６）。

偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、自己の故障診断を中止し、故障診断が終了した項目（どこまで故障診断が終了したか）と故障診断結果をメモリに記憶する（ステップＳ１０７）。次に、偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、故障診断の結果を描画制御部６２０へ転送する（ステップＳ１０８）。

描画制御部６２０は、故障診断結果に異常があるかをチェックする（ステップＳ１０９）。故障診断結果に異常がある場合（ステップＳ１０９のＹＥＳ）、描画制御部６２０は、描画を停止する等、異常時に対応する処理を実行する（ステップＳ１１０）。故障診断結果に異常がない場合（ステップＳ１０９のＮＯ）、描画制御部６２０は、展開部６１０へ描画データを転送するように指示する（ステップＳ１１１）。また、描画制御部６２０は、偏向部６３０及びステージ制御部６４０に描画制御を開始するように指示する（ステップＳ１１２）。該指示後、偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、診断モードから描画モードに切り替わる。

展開部６１０は、描画制御部６２０からの指示により展開した描画データを転送する（ステップＳ１１３）。偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、展開部６１０から転送される描画データに基づいて描画処理を継続する（ステップＳ１１４）。なお、展開部６１０は、描画データ転送後、次のパターンデータの展開を開始する。

以上のように、パターンデータを展開部６１０で展開している間、使用していない偏向部６３０及びステージ制御部６４０の故障診断を行っている。このため、故障診断によるダウンタイムを効果的に低減することができる。また、故障診断を中止する場合に、どこまで故障診断が終了したかを記憶しているので、次回の故障診断時に続きから故障診断を行うことができる。このため、故障診断が中断する度に、故障診断を始めからやり直す必要がない。結果、故障診断によるダウンタイムをより効果的に低減することができる。

（描画中の故障診断動作）
次に、図１，図２及び図４を参照して、描画中の電子線描画装置１０の故障診断時の動作について説明する。この故障診断では、任意のエリアの描画が終了した後、次に描画を行うエリアが電子線の照射領域（偏向領域）に入るまでの間、使用していない展開部６１０及び偏向部６３０の故障診断を行うことで、故障診断によるダウンタイムを効果的に低減している。

所定のエリア内の描画動作が完了すると（ステップＳ２０１）、描画制御部６２０は、展開部６１０及び偏向部６３０に自己の故障診断を開始するよう指示する（ステップＳ２０２）。該指示により展開部６１０及び偏向部６３０は、描画モードから診断モードに切り替わる。ステージ制御部６４０は、次に描画を行うエリアが、電子線の照射領域（偏向領域）に入るまでステージ４１０を移動させる（ステップＳ２０３）。

展開部６１０及び偏向部６３０は、描画制御部６２０からの指示により自己の故障診断を開始する（ステップＳ２０４）。ステージ制御部６４０は、次に描画を行うエリアが、電子線の照射領域（偏向領域）に入るまでステージ４１０が移動すると、ステージ４１０の移動が完了したことを示す移動完了報告を描画制御部６２０へ伝達する（ステップＳ２０４）。

描画制御部６２０は、ステージ制御部６４０から移動完了報告を受け取ると、展開部６１０及び偏向部６３０へ故障診断を中断するよう指示する（ステップＳ２０５）。展開部６１０及び偏向部６３０は、故障診断を中止し、故障診断が終了した項目（どこまで故障診断が終了したか）と故障診断結果とをメモリに記憶する（ステップＳ２０６）。次に、展開部６１０及び偏向部６３０は、故障診断の結果を描画制御部６２０へ転送する（ステップＳ２０７）。

描画制御部６２０は、故障診断結果に異常があるかをチェックする（ステップＳ２０８）。故障診断結果に異常がある場合（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、描画制御部６２０は、描画を停止する等、異常時に対応する処理を実行する（ステップＳ２０９）。故障診断結果に異常がない場合（ステップＳ２０８のＮＯ）、描画制御部６２０は、展開部６１０及び偏向部６３０に描画動作を継続するように指示する（ステップＳ２１０）。該指示により、展開部６１０及び偏向部６３０は、診断モードから描画モードに切り替わる。

以上のように、任意のエリアの描画が終了した後、次に描画を行うエリアが電子線の照射領域（偏向領域）に入るまでの間、使用していない展開部６１０及び偏向部６３０の故障診断を行っている。このため、故障診断によるダウンタイムを効果的に低減することができる。また、故障診断を中止する場合に、どこまで故障診断が終了したかを記憶しているので、次回の故障診断時に続きから故障診断を行うことができる。このため、故障診断が中断する度に、故障診断を始めからやり直す必要がない。結果、故障診断によるダウンタイムをより効果的に低減することができる。

（校正用パラメータ取得中の故障診断動作）
次に、図１，図２及び図５を参照して、校正用パラメータを取得中の電子線描画装置１０の故障診断時の動作について説明する。この故障診断では、偏向部６３０及びステージ制御部６４０を使用して、校正用パラメータを取得している間、使用していない展開部６１０の故障診断を行うことで、故障診断によるダウンタイムを効果的に低減している。

電子線描画装置１０では、定期的にアライメントマークＡＭを利用して、電子線Ｂの照射量や照射位置の校正が行われる。このため、この校正用パラメータの取得時に、使用していない展開部６１０の故障診断を行うことで、故障診断によるダウンタイムを大幅に低減することができる。

描画制御部６２０は、偏向部６３０及びステージ制御部６４０に校正用パラメータの取得を指示する（ステップＳ３０１）。偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、メモリに記憶されている校正用パラメータを更新するために、ステージ４１０上に設けられているアライメントマークＡＭを利用して校正用パラメータの取得を開始する（ステップＳ３０２）。

描画制御部６２０は、展開部６１０に自己の故障診断を行うように指示する（ステップＳ３０３）。該指示により展開部６１０は、描画モードから診断モードに切り替わる。展開部６１０は、描画制御部６２０からの指示により自己の故障診断を開始する（ステップＳ３０４）。

偏向部６３０及びステージ制御部６４０は、校正用パラメータの取得が完了すると、校正用パラメータの取得が完了したことを示す取得完了報告を描画制御部６２０へ伝達する（ステップＳ３０５）。描画制御部６２０は、取得完了報告を受け取ると、展開部６１０へ故障診断を中断するよう指示する（ステップＳ３０６）。

展開部６１０は、故障診断を中止し、故障診断が終了した項目（どこまで故障診断が終了したか）と故障診断結果とをメモリに記憶する（ステップＳ３０７）。次に、展開部６１０は、故障診断の結果を描画制御部６２０へ転送する（ステップＳ３０８）。

描画制御部６２０は、故障診断結果に異常があるかをチェックする（ステップＳ３０９）。故障診断結果に異常がある場合（ステップＳ３０９のＹＥＳ）、描画制御部６２０は、描画を停止する等、異常時に対応する処理を実行する（ステップＳ３１０）。故障診断結果に異常がない場合（ステップＳ３０９のＮＯ）、描画制御部６２０は、展開部６１０に、そのまま描画動作を継続するよう指示する（ステップＳ３１０）。該指示後、展開部６１０は、診断モードから描画モードに切り替わる。

以上のように、偏向部６３０及びステージ制御部６４０を使用して、校正用パラメータを取得している間、に使用していない展開部６１０の故障診断を行っている。このため、故障診断によるダウンタイムを効果的に低減することができる。また、故障診断を中止する場合に、どこまで故障診断が終了したかを記憶しているので、次回の故障診断時に続きから故障診断を行うことができる。このため、故障診断が中断する度に、故障診断を始めからやり直す必要がない。結果、故障診断によるダウンタイムをより効果的に低減することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、上記実施形態は、例示であり、本発明を上記実施形態に限定することを意図するものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施す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。例えば、上記実施形態においては、描画中に描画データをバックアップするメモリの故障診断を行うようにしてもよい。

１０…電子線描画装置、１１０…載置台、１２０…搬送ロボット、２００…Ｉ／Ｏチャンバ、３００…Ｒチャンバ、３１０…搬送ロボット、４００…Ｗチャンバ、４１０…ステージ、４２０…駆動機構、４３０…レーザー測長系、５００…電子鏡筒、５１０…電子銃、５１１-５１３…偏向器、５２１-５２３…静電レンズ、５３１，５３２…アパーチャ、６００…制御機構、６１０…展開部、６２０…描画制御部、６３０…偏向部、６４０…ステージ制御部。

Claims (4)

1. 電子線によりステージ上に載置されたマスク基板に所望のパターンを描画する電子線描画装置の故障診断方法であって、
   前記マスク基板への描画パターンを記述したデータを前記電子線描画装置で理解可能な描画データに展開する工程と、
   展開後の描画データを所定単位ごとに順次出力する工程と、
   前記描画データに基づいて前記電子線を偏向し、前記ステージを駆動する工程と、
   前記展開後の前記描画データが出力されるまでの間、自己の故障の有無を診断する工程と、
   を有する電子線描画装置の故障診断方法。
2. 電子線によりステージ上に載置されたマスク基板に所望のパターンを描画する電子線描画装置の故障診断方法であって、
   前記ステージを駆動し、前記マスク基板を移動させる工程と、
   前記ステージの位置を監視する工程と、
   前記マスク基板が所望の位置に到達すると、前記電子線を照射する工程と、
   前記マスク基板が所望の位置に到達するまでの間、自己の故障の有無を診断する工程と、
   を有する電子線描画装置の故障診断方法。
3. 電子線によりステージ上に載置されたマスク基板に所望のパターンを描画する電子線描画装置の故障診断方法であって、
   前記ステージ上に設けられた校正用マークに前記電子線を照射し、校正データを取得する工程と、
   前記校正データを取得する間、自己の故障の有無を診断する工程と、
   を有する電子線描画装置の故障診断方法。
4. 電子線によりステージ上に載置されたマスク基板に所望のパターンを描画する電子線描画装置であって、
   前記マスク基板への描画パターンを記述したデータを前記電子線描画装置で理解可能な描画データに展開し、展開後の描画データを所定単位ごとに順次出力する描画データ展開部と、
   前記描画データに基づいて前記電子線を偏向する偏向部と、
   前記描画データに基づいて前記ステージを駆動するステージ制御部と、
   を備え、
   前記展開部から前記描画データが出力されるまでの間、自己の故障の有無を診断する電子線描画装置。

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