JP2016219731A - 描画装置および描画方法、ならびに物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】描画処理と描画に必要な前処理を並列して行うことにより、スループットの点でより有利な描画装置を提供する。【解決手段】複数の基板１２を保持可能なステージ１３と、複数の基板をステージ上まで搬送する搬送手段と、ステージ１３に保持された基板に荷電粒子線を照射して描画を行う光学系（Ａ、ＢおよびＣ）と、を備えた描画装置であって、搬送と描画とを並行して行うように搬送手段および光学系（Ａ、ＢおよびＣ）を制御する制御部１７を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、描画装置および描画方法、ならびに物品の製造方法に関する。

基板に微細パターンを形成するリソグラフィ装置として、投影露光装置や荷電粒子線描画装置がある。荷電粒子線描画装置は、投影露光装置と比較すると高解像度でパターン形成を行える反面、基板の加工時間が長いため、スループットの点で劣る。これに対し、複数本の荷電粒子線により同時にパターンを形成するマルチ荷電粒子線描画装置が注目されている。しかしながら、マルチ荷電粒子線描画装置によっても、投影露光装置と同等のスループットを得ることは困難である。そこで、１台のマルチ荷電粒子線描画装置で同時にパターン形成可能な基板枚数を増やすことで、スループットを向上させる方法が提案されている。例えば、特許文献１は、複数の基板の前処理（アライメント等）を同時に行い、全基板の前処理が完了してから全基板に対し同時にパターンを形成するマルチ荷電粒子線描画装置を開示している。

特開２００４−７２０９１号公報

しかしながら、特許文献１に記載のマルチ荷電粒子線描画装置では、全ての基板の前処理の完了を待ってから、パターンの描画が開始されるため、スループットの点で不利になりうる。

本発明は、例えば、スループットの点で有利な描画装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態の描画装置は、複数の基板を保持可能なステージと、前記複数の基板を前記ステージ上まで搬送する搬送手段と、前記ステージに保持された前記基板に荷電粒子線を照射して描画を行う光学系と、を備えた描画装置であって、前記搬送と前記描画とを並行して行うように前記搬送手段および前記光学系を制御する制御部を有することを特徴とする。

本発明によれば、スループットの点で有利な描画装置を提供することができる。

本実施形態に係る描画装置の構成例を示す図である。 ステージに載置される基板の配置を示す上面図である。 ステージに載置され一部描画を実行した基板を示す上面図である。 基板をステージ上に載置する過程を示す図である。 描画を行いつつ次に描画する基板を載置する過程を示す図である。 描画が完了した基板を回収し、次の基板を載置する過程を示す図である。 本実施形態の描画処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るマルチ荷電粒子ビーム描画装置の一例を示す図である。本実施形態のマルチ荷電粒子ビーム描画装置は、光学系Ａ、ＢおよびＣ、ステージ１３、制御部１７、アライメント機構駆動部１８、ステージ駆動部１９を備える。光学系Ａ、ＢおよびＣは、それぞれ独立した光学系で、同様の構成要素を有する。具体的には、荷電粒子源１、コリメータレンズ３、アパーチャアレイ６、静電レンズ７、ブランキング偏向器８、ストッピングアパーチャ９、偏向器１０および静電レンズ１１を有する。

ここで、荷電粒子源１から出射した荷電粒子線が基板１２上に結像（照射）される流れを説明する。荷電粒子源１は、クロスオーバ２を形成し、クロスオーバ２は、軌道４および軌道５で電磁レンズにより構成されたコリメータレンズ３に入射する。コリメータレンズ３の作用により平行ビームとなった荷電粒子線は、アパーチャアレイ６に入射する。アパーチャアレイ６は、２次元状に配列した複数の円形状の開口を有し、入射した荷電粒子線を複数の荷電粒子線に分割する。

アパーチャアレイ６を通過した荷電粒子線は、円形状の開口を有する３枚の電極板（図中では、３枚を一体で図示している）で構成された静電レンズ７に入射する。静電レンズ７に入射した荷電粒子線は、２次元状に配置された複数の開口を有し、静電レンズ７によるクロスオーバ２が形成される位置に配置されたブランキング偏向器８によりブランキング動作が実行される。

ブランキング偏向器８により偏向された荷電粒子線は、ストッピングアパーチャ９により遮蔽される。そして、ブランキング偏向器８で偏向されずストッピングアパーチャ９を通過した荷電粒子線は、静電レンズ１１により基板１２上に結像される。

次に、複数の基板を同時に描画処理する方法について説明する。なお、本実施形態では、３枚の基板をステージ上に保持可能な描画装置を例にして説明する。

基板１２へのパターン描画の際に、制御部１７は、アライメント機構駆動部１８やステージ駆動部１９を用いてステージ１３、搬送手段１４（図１で不図示）および光学系の動作の方向およびタイミングを制御する。また、不図示のレーザ測長機などで測長されたステージ１３の位置を基準として、基板１２の表面上の像は偏向器１０で偏向され、かつブランキング偏向器８で描画に必要なタイミングでブランキングされる。

図２および図３は、ステージ１３上に載置される基板１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃの配置を示す上面図である。光学系Ａのビームが結像する位置には基板１２Ａが載置され、光学系Ｂに対応する位置には基板１２Ｂが載置され、光学系Ｃの対応する位置には基板１２Ｃが載置される。薄く塗りつぶした矩形Ｅ−Ａ、Ｅ−ＢおよびＥ−Ｃは、それぞれ光学系Ａ、ＢおよびＣの複数の荷電粒子線が結像するビーム結像領域の大きさを模式的に示すものである。

ビーム結像領域Ｅ−Ａが、基板１２Ａに対して図２に示す位置関係となる場合、結像領域Ｅ−Ｂと結像領域Ｅ−Ｃについても、それぞれ基板１２Ｂと基板１２Ｃに対して図２に示す位置関係となる。そして、図２に示すビーム結像領域Ｅ−Ａの位置からステージ１３をＹ軸負の方向にＹ軸と平行に移動し、ビーム結像領域Ｅ−Ａを図３で示す位置まで走査する。同様にして、結像領域Ｅ−Ｂと結像領域Ｅ−Ｃも、図３に示す結像領域Ｅ−Ｂと結像領域Ｅ−Ｃの位置まで走査される。

次に、ビーム結像領域Ｅ−Ａが図３に示す斜線領域ＳＡ−1を通過する間、光学系Ａはブランキング偏向機８を制御して、領域ＳＡ−1にパターンを描画する。同様にして、結像領域Ｅ−Ｂと結像領域Ｅ−Ｃは、それぞれ領域ＳＢ−１と領域ＳＣ−１に描画を行う。つまり、制御部１７により光学系Ｂと光学系Ｃのブランキング偏向機８を制御して、同時に領域ＳＢ−１と領域ＳＣ−１にパターンを描画することできる。

次に、図３で示すビーム結像領域Ｅ−Ａの位置関係から、ステージ１３をＸ軸の負の方向にＸ軸と平行に移動させることにより、領域ＳＡ−1の隣に示す領域ＳＡ−２まで結像領域Ｅ−Ａをステップさせる。そして、ビーム結像領域Ｅ−Ａが領域ＳＡ−２を通過するようにステージ１３を走査しながら描画する。以下、同様にして、ビーム結像領域Ｅ−Ａを領域ＳＡ−1からＳＡ−１６の全領域を通過させることで、基板１２Ａの描画を行う。

また同様にして、基板１２Ｂと１２Ｃも、ビーム結像領域Ｅ−Ｂと結像領域Ｅ−Ｃにより描画することができる。なお、基板１２を描画する際には、基板のＺ方向の高さを合わせるための基板の高さや、基板上のパターン位置を合わせるためのアライメントマーク位置等の計測が必要だが、本実施形態では基板載置後に随時行うこととする。

次に、図４から図６を用いて本実施形態の基板１２の搬送方法に関して説明する。図４から図６は、ステージ１３上に載置される基板１２の搬送機構の一例を示す上面図である。図４（Ａ）は、基板１２Ａが搬送手段１４上に載置されており、破線で示す基板の載置位置に基板が載置されていない状態を示す。搬送手段１４は、基板１２をステージ１３上に搬送する。この搬送には、不図示の検出機構で基板の外周位置や基板上に形成されたアライメントマーク等を検出し、基板のＸ、Ｙ、およびθ位置のアライメント（位置合わせ）工程も含まれる。本実施形態では、アライメントが完了した後、基板１２のステージ１３上への搬送が行われる。なお、アライメントと搬送との前後関係はこれに限られない。

位置調整された基板１２は、送り込み機構１５によりステージ１３上の所定の載置位置に載置される。搬送手段１４と送り込み機構１５は、移動機構１６上をＸ軸方向に移動可能で、基板１２を基板１２Ａの載置位置から基板１２Ｃの載置位置のいずれにも載置可能である。なお、搬送手段１４と送り込み機構１５は、載置可能な基板数より少ない数で構成される。これにより、描画装置を小形化しつつ、装置コストを抑えることができる。

図４（Ｂ）は、ステージ１３上に載置された基板１２Ａ（第１基板）の描画と、基板１２Ａより遅いタイミングで描画が開始される基板１２Ｂ（第２基板）のステージ１３への搬送と、を平行して行っている図である。基板１２Ｂの搬送は、基板１２Ａの描画開始後に開始される。

基板１２Ｂのアライメントが終了し、ステージ１３上に載置される前に、基板１２Ａの描画が一旦中断される。図５（Ａ）に示す斜線部は、この時点での描画が完了した領域を示す。すなわち、基板１２Ａについては、描画全体の３分の１が完了している。

図５（Ｂ）は、基板１２Ａに対する描画と基板１２Ｂに対する描画とを平行して行い、さらに基板１２Ｃの搬送を開始した状態を示す図である。図５（Ａ）と同様に図中の斜線部は、この時点での描画が完了している領域を示す。すなわち、基板１２Ａについては、描画全体の３分の２が完了しており、基板１２Ｂについては、描画全体の３分の１が完了している。基板１２Ｃのアライメントが終了し、ステージ１３上に載置される前に、基板１２Ａおよび１２Ｂの描画は一旦中断される。

基板１２Ｃがステージ１３上に載置されると、基板１２Ａと１２Ｂの描画が再開され、同時に基板１２Ｃの描画が開始される。そして、搬送手段１４は、基板１２Ａ、１２Ｂおよび１２Ｃの描画と並行して、次に描画を行う基板１２Ｄの搬送を開始する。そして、基板１２Ｄのアライメントと基板１２Ａの描画が終了すると、基板１２Ｂと１２Ｃの描画が一旦中断される。図６は、基板１２Ａの描画が完了し、基板１２Ｄのアライメントが完了した状態を示す。

送り込み機構１５は、ステージ１３上から基板１２Ａを回収し、続いて１２Ｄをステージ１３上に載置する。これにより、３枚の基板の描画を実行することができる。このように、アライメント処理と並行して複数の基板を描画することで、基板の描画処理時間を短縮することが可能になる。

なお、本実施形態では送り込み機構１５が描画後の基板１２を回収する例を示したが、他の回収機構が基板１２を回収してもよい。また、基板１２が３分の１ずつ描画されていく例を示したが、これに限られない。例えば、次に描画する基板１２Ｂのアライメントが終了し、ステージ１３に載置する時点で、基板１２Ａの描画が描画全体の１０分の１進んでいてもよい。

次に、図７を用いて本実施形態の描画処理の流れについて説明する。なお、図７に示す処理は、制御部１７がプログラムを実行することにより実施される。まず、ステップＳ１０１において、基板１２Ａを搬送手段１４に載置する。次に、ステップＳ１０２において、搬送手段１４が載置された基板１２Ａのアライメントを開始する。そして、ステップＳ１０３において、基板１２Ａのアライメントが終了したか否かの判定を行う。基板１２Ａのアライメントが終了している場合（ステップＳ１０３）（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４に処理を進める。一方、アライメントが終了していない場合（ステップＳ１０３）（Ｎｏ）、アライメントが終了するまで実行する。

次に、ステップＳ１０４において、送り込み機構１５が基板１２Ａをステージ１３上の載置位置１２Ａに載置し、ステップＳ１０５において、基板１２Ａの描画を開始する。次に、ステップＳ１０６において、基板１２Ａの描画と並行して（描画の開始後）、次に描画を行う基板１２Ｂを搬送手段１４に載置し、ステップＳ１０７においてアライメントを開始する。そして、ステップＳ１０８において、基板１２Ｂのアライメントが終了したか否かを判定する。基板１２Ｂのアライメントが終了している場合（ステップ１０８）（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９に処理を進める。一方、アライメントが終了していない場合（ステップＳ１０８）（Ｎｏ）、アライメントが終了するまで処理を実行する。

次に、ステップＳ１０９において、基板１２Ａの描画を中断し、ステップＳ１１０において、送り込み機構１５が基板１２Ｂをステージ１３上の載置位置１２Ｂに載置する。そして、ステップＳ１１１において、基板１２Ａの描画を再開し、基板１２Ｂの描画を開始する。次に、ステップＳ１１２において、基板１２Ａと基板１２Ｂの描画と並行して、次に描画を行う基板１２Ｃを搬送手段１４に載置し、ステップＳ１１３において、基板１２Ｃのアライメントを開始する。

そして、ステップＳ１１４において、基板１２Ｃのアライメントが終了したか否かを判定する。基板１２Ｃのアライメントが終了している場合（ステップＳ１１４）（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１５に処理を進める。なお、アライメントの終了した基板１２をステージ１３上に載置する際に、描画を中断しているが、必ずしも描画を中断しなくてもよい。

一方、アライメントが終了していない場合（ステップＳ１１４）（Ｎｏ）、アライメントが終了するまでアライメントを実行する。次に、ステップＳ１１５において、基板１２Ａと１２Ｂの描画を中断し、ステップＳ１１６において、送り込み機構１５が基板１２Ｃをステージ１３上の載置位置１２Ｃに載置する。そして、ステップＳ１１７において、基板１２Ａと１２Ｂの描画を再開し、基板１２Ｃの描画を開始する。なお、本実施形態では基板が３枚の場合について説明したが、３枚以上の基板１２があってもよい。また、図７には図示されていないが、次に描画する基板１２があるか否かを判定する処理があってもよい。

本実施形態により、描画処理と描画に必要な前処理を並列して行うことで、スループットの点で有利な描画装置を提供することができる。また、載置可能な基板数より少ない数のアライメント機構および送り込み機構で構成することで装置を小形化させることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、アライメント処理と並行して、基板の描画を行う例を示したが、描画の前処理としてアライメント以外にも描画に必要な計測処理が実施されてもよい。他の例として、基板１２の搬送、基板の温度を調節する処理（温度調節）、描画を行う荷電粒子ビームの強度やビーム位置やビーム形状計測、基板１２上に形成された精密アライメント用のマーク位置計測や、基板の平坦度等の形状計測処理（表面形状計測）等がある。上述のような処理のいずれかを基板１２をステージ１３上に載置する載置時刻の時間差に実施することにより、複数基板全体の処理時間を短縮することが可能になる。このように、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果を奏する。

（その他の実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では電子線によりパターンを描画する場合を説明したが、イオンビーム等その他の荷電粒子線や、レーザビーム等の光線を用いて基板上にパターンを形成する描画装置でもよい。さらに、第１実施形態および第２実施形態のような基板の搬送およびパターンの形成方法は、ＫｒＦやＥＵＶ等の光線を照射してパターンを形成するリソグラフィ装置や、インプリント法を用いてパターンを形成するリソグラフィ装置に適用することもできる。

（物品の製造方法）
本発明の実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイスなどのマイクロデバイスや微細構造を有する素子などの物品を製造するのに好適である。該製造方法は、感光剤が塗布された基板の該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、該工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含みうる。さらに、該製造方法は、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、パッケージングなど）を含みうる。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。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１ 荷電粒子源
１２ 基板
１３ ステージ
１４ 搬送手段
１５ 送り込み機構

Claims (7)

1. 複数の基板を保持可能なステージと、前記複数の基板を前記ステージ上まで搬送する搬送手段と、前記ステージに保持された前記基板に荷電粒子線を照射して描画を行う光学系と、を備えた描画装置であって、
   前記搬送と前記描画とを並行して行うように前記搬送手段および前記光学系を制御する制御部を有する
   ことを特徴とする描画装置。
2. 前記搬送は、前記基板と前記ステージとの位置合わせ、前記基板の温度調節および前記基板の表面形状の計測を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の描画装置。
3. 前記搬送手段は、前記位置合わせを行う位置調整手段と前記基板を前記ステージに載置する載置手段とを有し、
   前記位置調整手段と前記載置手段の数は、前記ステージが保持可能な前記基板の数より少ない
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の描画装置。
4. 前記制御部は、第１基板の描画の開始後に、前記第１基板より遅いタイミングで描画を開始する第２基板の搬送を開始するように前記搬送手段を制御する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の描画装置。
5. 前記制御部は、前記第２基板が前記ステージ上に載置される前に前記第１基板の描画を中断し、前記第２基板が前記ステージ上に載置された後に前記第１基板および前記第２基板の描画を開始するように前記光学系および前記搬送手段を制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の描画装置。
6. 荷電粒子線を照射して第１基板及び第２基板上にパターンを描画する描画方法であって、
   前記第１基板に対する描画と前記第２基板の前記描画が行われるステージへの搬送とを並行して行う工程と、前記第１基板に対する描画と前記第２基板に対する描画とを並行して行う工程とを有する
   ことを特徴とする描画方法。
7. 請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の描画装置を用いて基板に描画を行う工程と、
   前記工程で描画を行われた前記基板を現像する工程とを含む
   ことを特徴とする物品の製造方法。

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