JP2016004881A - リソグラフィ装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パターン形成を行われた基板に関する（後続工程での）処理を行う外部装置での当該基板の処理に有利なリソグラフィ装置を提供する。
【解決手段】パターン形成を荷電粒子線で基板に行うリソグラフィ装置が提供される。制御部は、パターン形成に関する履歴情報のうち当該パターン形成を行われた基板に関する処理を行う外部装置に送信するべき履歴情報を抽出する。送信部は、制御部により抽出された履歴情報を外部装置に送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターン形成を荷電粒子線で基板に行うリソグラフィ技術に関する。

半導体デバイスは、例えば、成膜工程と、リソグラフィ工程及びエッチング工程からなるパターニング工程とを半導体基板（以下「ウエハ」という。）に対して繰り返して行うことによって製造される。成膜工程やパターニング工程などの各工程で処理されるウエハは、通常の半導体デバイスの量産工場では特定枚数（例えば２５枚）のウエハを１ロットとして管理される。そして、各工程においては、完成品となる半導体デバイスが設計通りに動作するように定められた規格を満足しているかどうか検査することが行われている。

特許文献１は、複数の処理ユニットの間で基板情報の伝送を行う基板処理装置に係り、基板情報として、ロット番号、基板の投入順序を示す番号、及び基板搬送手順を示すレシピ番号を含むことが記載されている。

特許第３９３８４０９号公報

高精度のつなぎや重ね合わせ描画を行うためには、荷電粒子線の電流と位置と形状、また、ステージの駆動が安定していなければならない。しかし、荷電粒子線を用いたリソグラフィ工程においては、ウエハに対してビームを走査しながらパターン形成が行われる。そのため、露光装置のショットに相当する領域にパターンを形成するのにも、最初のパターンが形成されてから最後のパターンが形成されるまでに時間がかかる。その間、途中補正することなしにウエハの描画の最初から最後までビームを安定させ、ステージの駆動を一定の誤差内に収めておくことは難しい。マスクを用いて回路パターンの形成を行う露光装置においては、ショット内のパターン形成は同時であり同一条件であるとみなせることと対照的である。

更に、多数の荷電粒子線を用いて大画角を一度に描画することを可能とするマルチビーム型の荷電粒子線描画装置においては、調整の対象となる荷電粒子線が多いため、なお一層全ての荷電粒子を安定させることは難しくなっている。そのため、荷電粒子線描画装置においては、マスクを用いるタイプの露光装置において一般に用いられている、ウエハを描画する前に１度だけアライメントを行うグローバル・アライメント方式のみでは不十分である。よって、１枚のウエハにパターンを形成する間に何度も繰り返しアライメント工程を挟むダイ・バイ・ダイ・アライメント又はそれに準じた描画シーケンスを組む必要がある。

また、それに応じて、特にアライメントマークや検査マークを描画したときの条件をそれぞれ外部装置に通知しておくことが、後の層を形成する際の重ね合わせ精度を高めるために、また、検査の工程で不良品を正しく判別するために、必要となる。同様の課題は、複数の荷電粒子線描画機能を有するユニットを１つの構成要素とし、複数組み合わせて大きな装置を構成するクラスター型の荷電粒子線描画装置においても生じる。

前述のように、荷電粒子線による描画は一定の状態に安定させることが難しく、ユニット毎に装置状態も描画条件もばらばらとなる。このため、ウエハ毎にどのユニットでどのような条件で処理されたのかが、後続の処理において分かっている必要がある。しかし、外部装置にとっては、荷電粒子線描画装置から搬出されるウエハがどのような特性を持つユニットによってどのような条件で描画されたものなのか知る手立てがなかった。

また、ウエハの検査の結果、欠陥が見つかった場合に、どのユニットにおいて処理されたのかが特定できないと、クラスター内の他の全てのユニットも止めて検査に入らなければならなくなり、生産性を著しく落としてしまうことが問題であった。

本発明は、例えば、パターン形成を行われた基板に関する（後続工程での）処理を行う外部装置での当該基板の処理に有利なリソグラフィ装置を提供する。

本発明の一側面によれば、パターン形成を荷電粒子線で基板に行うリソグラフィ装置であって、前記パターン形成に関する履歴情報のうち当該パターン形成を行われた前記基板に関する処理を行う外部装置に送信するべき履歴情報を抽出する制御部と、前記制御部により抽出された履歴情報を前記外部装置に送信する送信部とを有することを特徴とするリソグラフィ装置が提供される。

本発明によれば、例えば、パターン形成を行われた基板に関する（後続工程での）処理を行う外部装置での当該基板の処理に有利なリソグラフィ装置が提供される。

実施形態における荷電粒子線描画装置の構成を示すブロック図。 実施形態における描画ログ情報の一例を示す図。 実施形態における描画処理のフローチャート。 ウエハのスキャン領域を表す図。 第２実施形態におけるクラスター型荷電粒子線描画装置の構成を示すブロック図。 第２実施形態における描画処理のフローチャート。 第２実施形態における描画ログ情報の一例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の実施に有利な具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
以下、図１を参照して、本実施形態における荷電粒子線描画装置の構成を説明する。荷電粒子線描画装置１は、パターン形成を荷電粒子線で基板に行う。荷電粒子線描画装置１は、電子光学制御系１０１と、ステージ制御系１０２と、回路パターンデータ描画系１０３と、真空制御系１０４と、ログ系１０５と、送信部１０６とを含む。ここで、ログ系１０５は、他の構成要素を制御する主制御部（の一部）を構成しうる。

電子光学制御系１０１は、電子を発生する電子銃、電子線を高速でオン／オフするブランカ―、ビームを縮小する電磁レンズ等を含む荷電粒子光学系を構成する。荷電粒子光学系は、パターン形成を行う形成部として機能する。ステージ制御系１０２は、基板であるウエハを保持移動するＸＹＺステージ、レーザ測長系などから構成される。回路パターンデータ描画系１０３は、回路パターンデータを管理し本体へ描画パターンデータを送出する。真空制御系１０４は、荷電粒子光学系及びステージを収めるチャンバー及びロードロック室の真空度を制御する。ログ系１０５は、各種センサで取得した情報や処理に係る結果を描画ログ情報（履歴情報）として収集する。ログ系１０５は、記憶部１０５ａに描画ログ情報を記憶する。また、送信部１０６は、ＬＡＮ２を介して、後続工程を管理する外部装置５と通信可能に接続される。外部装置５は、具体的には、パターン形成に関する履歴情報のうち当該パターン形成を行われた基板に関する処理を行う。

荷電粒子線描画装置１は、ログ系１０５に描画ログ情報を書き出しつつ、処理を進める。描画ログ情報には、ウエハＩＤ、タイムスタンプをはじめ、例えば、以下のものが含まれる。図２に、描画ログ情報がファイルに記録される際の一例を示した。

１つは、描画期間中、一定間隔で取得していた温度や磁場、真空度などの環境情報の項目である。外部装置にとって環境情報は、描画装置単独のエラー条件には該当せずみつけることが困難な異常が発生していることを発見するため利用される。環境情報とウエハの検査結果の間に相関関係が認められる場合には、荷電粒子線描画装置に異常であることを通知する。

１つは、検査マークまたはアライメントマークの描画時に取得した上記環境情報の項目である。検査マークやアライメントマークの位置精度には、温度によるウエハの変形が影響を与える。熱情報が分かれば、検査マーク描画時またはアライメント計測時のウエハの変形量を見積もることができる。これにより、検査精度は高まり、また、ウエハの変形分を考慮にいれた重ね合わせの精度を見積もることが可能となる。

１つは、ウエハの描画位置に応じて定期的に挿入されるアライメント工程の結果情報やキャリブレーションの結果情報の項目である。これにより、ウエハ内の局所的な領域毎の重ね合わせ精度を調べることが可能となる。条件によっては、ウエハ内のチップ毎に良品、不良品の判断が可能となる。

１つは、描画位置に応じた補正を介して得られたパターン形成に使用されたパターンデータに関する情報（元データから補正された差分データ）の項目である。個々の荷電粒子線描画装置の電子光学系の収差やひずみを補正したパターンデータの情報は、異常時の原因の究明に利用される。

１つは、上記の一定間隔の取得や描画位置による取得にかかわらず、描画開始時及び終了時に取得した上記環境情報やアライメント結果情報である。処理の開始時と終了時のデータで代表させて、後続の工程での処理の簡易化を行うこともありうる。

図３を参照して、荷電粒子線描画装置における処理手順を説明する。便宜的に、描画ログがどのプロセスで出力されたものかを識別するprocess tagを付けている。最初に、ユーザによりＣＡＤツールを用いて作成された回路パターンデータが回路パターンデータ描画系１０３のコンピュータに入力される（ステップ１）。回路パターンデータ描画系１０３は、回路パターンデータを装置固有のデータに変換する（ステップ２）。このとき、マルチビーム型の荷電粒子線描画装置においては、ビーム本数の制約や、何本かのビームの欠陥を許容できるようにするために、２回以上の描画でチップ全面の回路パターンを形成する場合がある。その場合には、荷電粒子線描画装置のビームの欠陥状態に応じて、装置固有の描画データの生成を行う。

また、制御部は、各種の計測を行い装置状態のチェックや描画前準備をした後、ビームのキャリブレーション、および、ウエハの位置合わせ（アライメント）の計測を行う（ステップ３）。このとき、制御部は、キャリブレーション及び計測のうち少なくとも一方に関する情報を抽出して描画ログ情報に書き出す。この過程のログには、process tag Aを付ける。これらの結果をもとにして電子光学制御系１０１の補正とステージ制御系１０２の補正、および、描画パターンデータの修正を行う（ステップ４）。描画パターンデータの修正情報も描画ログ情報に書き出す。この過程のログには、process tag Bを付けることとする。描画の最初に、真空度、磁場、温度等の環境情報を描画ログ情報に書き出す。その後、ステージ制御系１０２でステージを駆動しつつ、１枚のウエハを数十〜数千回スキャンしてウエハ全面を描画する（ステップ５）。この過程のログには、process tag Cを付けることとする。

描画の初めに一度だけアライメントが行われたのでは必要な精度を満たすことができない場合、１つのウエハを描画する間に繰り返しアライメントが行われる。例えば、アライメント毎に、アライメント結果、真空度、磁場、ウエハやカラム等の温度等の情報を、描画ログ情報に書き出す。

また、図４に示すように、ウエハをスキャンして描画するに際して、回路パターンが大半を占めるスキャン（スキャンＡ領域）と、回路パターン周縁のアライメントマークや検査マークが多く含まれるスキャン（スキャンＢ領域）とに分けることができる。スキャンＡがウエハの大半を占めるが、特にスキャンＢが重ね合わせ精度に影響を与える。そのため、制御部は、例えば、スキャンＡの最初（と最後）、スキャンＢの最初（と最後）に、真空度、磁場、温度のうちの少なくとも１つに関する情報を抽出して描画ログ情報に書き出す。このように、描画ログ情報を書き出しつつ、ステップ３〜５を、ウエハ全面の描画が完了するまで繰り返す（ステップ６）。こうして、リソグラフィ工程においてウエハにパターン形成が行われる都度、当該パターン形成の処理に関する履歴情報が記憶部に記憶されていく。描画が完了したら、ログ系１０５は、完了時の描画ログ情報を書き出す。荷電粒子線描画装置１は、ステージ制御系１０２を制御して、不図示の搬送ロボットによりウエハを現像装置に向けて搬出する（ステップ７）。その後、送信部１０６は、描画の開始から終了までの間に抽出した描画ログ情報を、ＬＡＮ２を介して外部装置５に送信する（ステップ８）。外部装置としては例えば以下のような装置が想定される。

外部装置の一例は、検査装置である。検査装置は例えば、描画ログ情報に含まれるウエハの温度の情報から、検査マーク描画時の歪みを考慮して、描画誤差が許容値の範囲に収まっているかどうかを判断する。

外部装置の別の例は、上位のレイヤを形成する第２のリソグラフィ装置である。第２のリソグラフィ装置は、描画ログ情報に含まれる、回路パターンデータ（あるいはその補正情報）、アライメント結果、及び環境情報から、例えば、アライメントマークの位置を補正する。

外部装置の更に別の例は、リソグラフィを含む工程の管理（工程管理またはプロセス管理）を行う外部コンピュータである。外部コンピュータは、例えば次の情報から、（不良）パターン検査を実施するパターン位置を決定する。
（１）電子顕微鏡で確認したウエハの検査結果、
（２）そのウエハの描画ログ情報に含まれる回路パターンデータ（又はその補正情報）、
（３）アライメント結果、及び、
（４）環境情報の変化した場所。

＜第２実施形態＞
本実施形態は、それぞれが基板に荷電粒子線を照射する複数の荷電粒子光学系を備えるクラスター型荷電粒子線描画装置に関わる。図５に示すように、本実施形態におけるクラスター型荷電粒子線描画装置は、複数の荷電粒子線描画ユニット３０１と、管理装置３０２とを含む。管理装置３０２は、図１の送信部１０６の機能を含み、ＬＡＮ２を介して、後続工程を管理する外部装置５と通信可能に接続される。個々の荷電粒子線描画ユニット３０１は図１の荷電粒子線描画装置１に相当する。複数の荷電粒子線描画ユニット３０１を組み合わせることでスループット向上を図ることを狙いとしたものである。また、例えば荷電粒子線を用いた描画においては、マスクに相当するところの大容量の回路パターンデータを処理するコンピュータが必要である。しかし、このような機器は複数の荷電粒子線描画ユニット間で共通に利用することがリソースの活用上有効であり、クラスター化することでメリットを享受できる。また、例えば、マスクを用いる露光装置のように１台の荷電粒子線描画ユニットに対して１台のレジスト塗布現像装置を接続すると、レジスト塗布現像装置の稼働時間が少なくなってしまう。この点、クラスター化することよって、レジスト塗布現像装置の稼働率を上げることができる。

本実施形態の処理手順を図６に示す。はじめに、レジスト塗布装置から搬入されたウエハについて、管理装置３０２が、リソグラフィ工程の計測条件及び各ユニットの負荷状況をみて、いずれかのユニットに処理を割り振る（ステップ０）。このとき、どのユニットでどのウエハを描画するのかを特定する情報を、所定のユニットのパラメータとともに抽出して、描画ログ情報に書き出す。各ユニットにおいて、第１実施形態と同様の手順で処理が行われ（ステップ１〜７）、描画ログ情報が外部装置５に送信される（ステップ８）。図７に、描画ログ情報がファイルに記録される際の一例を示す。外部装置としては例えば以下のような装置が想定される。

外部装置の一例は、上位のレイヤを形成する第２のリソグラフィ装置である。第２のリソグラフィ装置は、描画ログ情報に含まれる、回路パターンデータ（あるいはその補正情報）、アライメント結果、及び環境情報から、例えば、アライメントマークの位置を補正する。

外部装置の更に別の例は、リソグラフィを含む工程の管理（工程管理またはプロセス管理）を行う外部コンピュータである。外部コンピュータは、例えば次の情報から、（不良）パターン検査を実施するパターン位置を決定する。
（１）電子顕微鏡で確認したウエハの検査結果、
（２）そのウエハの描画ログ情報に含まれる回路パターンデータ（又はその補正情報）、
（３）アライメント結果、及び、
（４）環境情報の変化した場所。

また、工程管理を行う外部コンピュータは、工程ごとに適したリソグラフィ装置を混ぜ合わせて使うミックスアンドマッチにおいて、相性のよいリソグラフィ装置の組み合わせを選択しうる。この外部コンピュータは、ユニット情報に基づいてパターン形成を次に行う後工程で用いるリソグラフィ装置を決定しうる。

上述した実施形態によれば、描画時の履歴情報が後続工程を管理する外部装置に送信され、後続工程において、履歴情報に基づく対処を行うことが可能になる。これらは、後続工程において重ね合わせ精度を向上させたり、不良品の正確な判定を行うことも可能になる。さらに、後続工程において、描画ログ情報に基づいて、処理の内容を補正、調整することも可能になる。これにより、製造の精度及び歩留まりが向上し、半導体製品を設計通りに製造することができ、かつ、生産性を向上させることが可能となる。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態における物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の描画装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板に描画を行う工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を加工（例えば現像）する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

１：荷電粒子線描画装置、２：ＬＡＮ、５：外部装置、１０１：電子光学制御系、１０２：ステージ制御系、１０３：回路パターンデータ描画系、１０４：真空制御系、１０５：ログ系

Claims (8)

1. パターン形成を荷電粒子線で基板に行うリソグラフィ装置であって、
   前記パターン形成に関する履歴情報のうち当該パターン形成を行われた前記基板に関する処理を行う外部装置に送信するべき履歴情報を抽出する制御部と、
   前記制御部により抽出された履歴情報を前記外部装置に送信する送信部と、
   を有することを特徴とするリソグラフィ装置。
2. それぞれが前記パターン形成を行う複数の形成部を有し、
   前記制御部は、前記履歴情報として、前記複数の形成部のうち前記パターン形成を行った形成部を特定する情報を抽出することを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 前記制御部は、前記履歴情報として、前記パターン形成に関するキャリブレーション及び計測のうち少なくとも一方に関する情報を抽出することを特徴とする請求項１又は２に記載のリソグラフィ装置。
4. 前記制御部は、前記履歴情報として、補正を介して得られた前記パターン形成に使用されたパターンデータに関する情報を抽出することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
5. 前記制御部は、前記履歴情報として、前記パターン形成の行われた環境に関する情報を抽出することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
6. 前記環境は、真空度、磁場および温度のうち少なくとも１つに関することを特徴とする請求項５に記載のリソグラフィ装置。
7. 前記外部装置は、前記パターン形成を行われた前記基板に関する検査、パターン形成または工程管理を行う外部装置であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置。
8. 請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載のリソグラフィ装置を用いてパターン形成を基板に行う工程と、
   前記工程で前記パターン形成を行われた前記基板を加工する工程と、
   を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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