JP5415842B2 - 描画システムおよびパターン形成システム - Google Patents

Description

本発明は、基板上の感光材料に光を照射してパターンを描画する描画システム、および、基板上にパターンを形成するパターン形成システムに関する。

従来より、半導体素子の製造において、半導体の基板上にフォトレジストの膜を形成し、フォトレジストに所定のパターンの潜像を露光により形成し、その後、フォトレジストを現像することにより、基板上にフォトレジストのパターンを形成することが行われている。また、露光工程では、ＣＡＤ（Computer Aided Design）データから作成したマスクのパターンをステップアンドリピート方式にて基板上に転写する露光装置（いわゆる、ステッパ）が用いられている。

ところが、マスクを用いる露光装置では、マスクの作成に係る作業が別途必要となるため、新規な半導体素子の製造に長時間を要してしまうとともに、多品種少量の生産では、露光装置におけるマスクの取り換え作業が頻繁に発生し、半導体素子の製造を効率よく行うことが困難となる。そこで、近年では、マスクを用いることなく潜像パターンの形成を行う手法が提案されており、例えば特許文献１では、画像情報に基づいて変調される光ビームを基板に照射しつつ基板を移動することにより、画像情報から直接的にパターンを描画する手法が開示されている。

特開２００４−５６０８０号公報

ところで、画像情報から直接的にパターンを描画する装置（以下、「直描装置」という。）では、光ビームを基板の全体に走査させるため、１つの基板に対するパターンの描画に一定の時間を要する。一般的な半導体素子の製造では、複数の基板を１つの単位（ロット）として、当該複数の基板を順次処理することが行われるが、直描装置を用いる場合には、描画工程が律速となり、基板の生産性（スループット）を上げることが困難となる。また、１つのロットに含まれる複数の基板から製造される半導体素子にて一定の品質を確保するには、複数の基板上に描画されるパターンのばらつきを抑制することが重要となる。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、複数の基板に対するパターンの描画の生産性を上げるとともに、複数の基板上に描画されるパターンのばらつきを抑制することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、基板上の感光材料に光を照射してパターンを描画する描画システムであって、複数の基板上の感光材料にそれぞれパターンを描画する複数の描画部と、前記複数の描画部を収容するとともに、内部を空調するチャンバ本体と、前記チャンバ本体の外部に設けられる塗布装置にて感光材料が順次塗布された基板を前記複数の描画部のうち、前記基板に対して特定された制御パラメータの値が送信される描画部へと搬送するとともに、描画が完了した基板を前記チャンバ本体の外部に設けられる現像装置へと順次搬送するために、前記基板を描画部から取り出す搬送部とを備え、前記複数の描画部のそれぞれが、基板を保持する保持部と、空間変調された光を出射する光出射部と、前記光出射部に対して前記保持部に保持された基板を一の方向に連続的に、かつ、相対的に移動することにより、前記基板上の感光材料にパターンを描画する移動機構と、前記保持部、前記光出射部および前記移動機構を支持するベースとを備え、前記複数の描画部が、前記一の方向に垂直な方向に互いに近接して配置され、前記複数の描画部の複数のベースが互いに独立して前記チャンバ本体に収容される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の描画システムであって、前記複数の描画部のうち、一の描画部における一の基板に対するパターンの描画に並行して、他の一の描画部に次の基板が搬入される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の描画システムであって、前記複数の描画部のそれぞれが、前記ベースに接続された防振台を備え、前記複数の描画部の複数の防振台が互いに独立している。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の描画システムであって、前記複数の描画部が２つの描画部であり、前記２つの描画部が、所定の対称面に対して面対称となる位置に互いに近接して配置され、前記搬送部が、前記対称面に含まれるとともに鉛直方向を向く軸を中心に回動し、伸縮することにより基板を搬送する伸縮アームを備え、前記２つの描画部のそれぞれが、前記ベースと前記軸との間に設けられる受け渡し台と、前記受け渡し台上の基板を前記保持部に移載する移載部とを備え、前記２つの描画部の２つの受け渡し台が、前記対称面に対して面対称である。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の描画システムであって、前記複数の描画部のそれぞれの前記防振台に、基板の向きの検出を行うプリアライメントステージと、前記プリアライメントステージにおける前記基板の向きの検出後に、当該基板を前記ベース上の前記保持部へ搬送する移載部とが設けられている。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載の描画システムであって、前記塗布装置における感光材料の塗布条件に応じた描画部の制御パラメータの値を前記複数の描画部に対して個別に記憶し、前記塗布装置における実際の塗布条件に応じて、前記複数の描画部のそれぞれに対して前記制御パラメータの値を特定して送信するパラメータ管理部をさらに備える。

請求項７に記載の発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成システムであって、請求項１ないし６のいずれかに記載の描画システムと、基板上に感光材料を塗布する塗布装置と、前記描画システムにてパターンが描画された基板上の感光材料を現像する現像装置とを備える。

本発明によれば、複数の描画部を設けることにより、複数の基板に対するパターンの描画の生産性を上げるとともに、複数の描画部を１つのチャンバ本体内に収容することにより、複数の描画部間での描画精度のばらつきを低減して、複数の基板上に描画されるパターンのばらつきを抑制することができる。

また、各描画部にて発生する振動等の影響が他の描画部に及ぶことを防止することができる。請求項３の発明では、各描画部にて振動が発生することを抑制することができ、請求項５の発明では、プリアライメントステージにおける向きの検出結果に従った姿勢にて基板を保持部にて保持することができる。

請求項６の発明では、塗布装置における塗布条件に応じて制御パラメータの値を特定することにより、誤った値が描画部にて用いられることを防止することができ、複数の描画部に対して制御パラメータの値を個別に設定することにより、パターンを精度よく描画することができ、請求項７の発明では、複数の基板上に形成されるパターンのばらつきを抑制することができる。

パターン形成システムの平面図である。 描画部の側面図である。 パターン形成システムの機能構成を示すブロック図である。 基板上にパターンを形成する処理の流れを示す図である。 パターン形成システムの他の例を示す図である。

図１は、本発明の一の実施の形態に係るパターン形成システム１の平面図である。パターン形成システム１は、シリコン（Ｓｉ）にて形成される円板状の基板９の一の主面（以下、「対象面」という。）上に液状のフォトレジストを塗布する塗布装置２１、基板９上のフォトレジストに光を照射してパターンを描画する描画システム３、基板９上のフォトレジストを現像する現像装置２２、および、パターン形成システム１における全体制御を担う全体制御部１０を備え、パターン形成システム１は、塗布工程、描画工程および現像工程をインラインにて行って、基板９上にパターンを形成するものとなっている。

塗布装置２１は、基板９が内部に収容されるカップ部２１１を有し、カップ部２１１内にて保持される基板９の対象面上に液状のフォトレジストを付与しつつ、基板９を回転することにより、基板９上にフォトレジストの膜が形成される。また、現像装置２２も、基板９が内部に収容されるカップ部２２１を有し、カップ部２２１内にて保持される基板９の対象面上に所定の現像液を付与しつつ、基板９を回転することにより、描画システム３にてパターンが描画された基板９上のフォトレジストが現像され、フォトレジストのパターンが顕在化される。

パターン形成システム１は、さらに、塗布装置２１および現像装置２２と、描画システム３との間における基板９の搬送を行う搬入出装置２３を備える。本実施の形態では、塗布装置２１、現像装置２２および搬入出装置２３が１つのカバーにて覆われており、１つの塗布・現像システム２（コータデベロッパとも呼ばれる。）となっている。

描画システム３は、複数の基板９上のフォトレジストにそれぞれパターンを描画する２つの描画部４、２つの描画部４（の本体）を収容するとともに、内部の温度および湿度（温度のみであってもよい。）を調整するチャンバ本体３１、並びに、２つの描画部４と塗布・現像システム２との間での基板９の搬送を行うロボットである搬送部３２を備える。なお、図１の左側の描画部４では、後述する構成要素の一部の符号を省略している。

図２は、描画部４の側面図であり、図１中の（−Ｘ）側から（＋Ｘ）方向を向いて見た場合の描画部４を示している。描画部４は、入力される画像情報に基づいて変調された光をフォトレジストに向けて出射することによりパターンを描画する直描装置となっている。

図１および図２に示すように、各描画部４（の本体）は、フォトレジストの膜が形成された基板９を保持するステージユニット４１、ステージユニット４１をエアスライダ機構にて支持しつつ図１および図２中のＹ方向へと移動する主走査機構４２、それぞれが空間変調された光を基板９に向けて出射する複数のヘッド４３を有するヘッドユニット４４、ヘッドユニット４４をリニアガイドにて支持しつつＹ方向に垂直なＸ方向へと移動する副走査機構４５、並びに、基板９上を撮像するアライメントカメラ４７１を備える。また、描画部４は、チャンバ本体３１の外部に設けられるランプハウス４６および制御部４０に接続されている（図１参照）。

ステージユニット４１は、上面（（＋Ｚ）側の面）が基板９を吸着するチャックとなっているステージ４１２、Ｚ方向を向く軸を中心にステージ４１２をわずかな角度回転させるステージ回転機構４１３、ステージ４１２をステージ回転機構４１３と共にＸ方向に移動する補助移動機構４１４、および、補助移動機構４１４が上面に設けられるステージ支持台４１１を有する。また、ステージ支持台４１１の（＋Ｙ）側の端部には、回路基板上に設けられた光量センサ４７５が設けられ、光量センサ４７５はボールねじを有する機構によりＸ方向に移動可能とされる。

ステージ支持台４１１はリニアモータである主走査機構４２の移動体側に固定されており、制御部４０が主走査機構４２を制御することにより、基板９がＹ方向（主走査方向）に移動する。主走査機構４２には、図示省略のリニアエンコーダがさらに取り付けられ、リニアエンコーダにより主走査方向に関するステージユニット４１の位置（装置に固定された座標に対するステージ４１２の位置）が検出される。

ヘッドユニット４４はリニアモータである副走査機構４５の移動体側に固定され、副走査機構４５により主走査方向にほぼ垂直な副走査方向に（Ｘ方向）に移動する。後述するパターン描画の際には、基板９のＹ方向への移動（すなわち、主走査）が終了する毎に副走査機構４５は次の主走査の開始位置へとヘッドユニット４４を移動する（すなわち、副走査を行う。）。

以上のように、描画部４では、基板９を保持する保持部であるステージ４１２に対してヘッドユニット４４が図１中のＸ方向およびＹ方向へと相対的に移動することが可能とされており、これにより、複数の（本実施の形態では、３個の）ヘッド４３から光が照射される基板９上の複数の領域が基板９に対してＸ方向およびＹ方向へと走査される。

図２に示すように、光出射部である各ヘッド４３は、格子状に配列された微小ミラー群を有するＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）４３１を備え、図１のランプハウス４６内の光源４６１から出射された光は、光ファイバ束４６２を介して図２のヘッド４３へと入射し、照明光学系４３２によりＤＭＤ４３１へと導かれる。ＤＭＤ４３１では、各微小ミラーの傾斜角を変更することにより当該微小ミラーがＯＮ状態とＯＦＦ状態とで切り替えられ、ＤＭＤ４３１に照射された光は各微小ミラーの傾く方向に応じて反射される。ＯＮ状態とされる微小ミラーにて反射された光は投影光学系４３３を介して基板９上へと導かれ、微小ミラー群に対応する基板９上の照射領域群において、ＯＮ状態の微小ミラーに対応する照射領域に光が照射される。また、ＯＦＦ状態とされる微小ミラーにて反射された光は投影光学系４３３には入射せず、基板９上には照射されない。このようにして、ヘッド４３では空間変調された光が基板９に向けて出射される。

実際には、図１の各描画部４において、光源４６１から出射される光は４本の光ファイバ束４６２に入射し（すなわち、光の量が４分割され）、３本の光ファイバ束４６２は３個のヘッド４３にそれぞれ接続され、残りの１本の光ファイバ束４６２は補助出射部４６３に接続される。なお、図２では、補助出射部４６３（並びに、後述の受け渡し台４７２およびプリアライメントステージ４７４）の図示を省略している。

図１の補助出射部４６３は、複数のヘッド４３のうちの外側のヘッド４３（他方の描画部４から最も離れたヘッド４３）の側面に固定されており、ソレノイドにより駆動するシャッタを有する。描画システム３では、補助出射部４６３をチャンバ本体３１の側壁に近い位置に配置することにより、描画システム３の組立時における補助出射部４６３の取り付けや、補助出射部４６３の部品（例えばシャッタ）の交換等が容易に可能となる（後述の位置検出センサ４２１において同様）。

各描画部４では、光量センサ４７５が複数のヘッド４３および補助出射部４６３の下方に順に配置されることにより、複数のヘッド４３および補助出射部４６３からの光の強度（単位時間当たりの光量）が検出される。そして、ランプハウス４６において、光源４６１から各光ファイバ束４６２に入射する光の強度が調整されることにより、複数のヘッド４３間の光強度のばらつきが抑制される。また、描画システム３の使用に伴って、仮にＤＭＤ４３１が劣化した場合には、ヘッド４３からの光の強度と、補助出射部４６３からの光の強度との差が大きくなるため、光量センサ４７５により光の強度を定期的に検出することにより、ＤＭＤ４３１の劣化を監視することも可能となる。描画システム３では、各描画部４の光量センサ４７５の待機位置は外側（チャンバ本体３１の側壁に近い位置）に設定されており、これにより、光量センサ４７５の交換や調整（光量センサ４７５の受光部と補助出射部４６３との相対位置の調整等）を容易に行うことができる。なお、補助出射部４６３のシャッタは、光の強度の検出を行う間のみ、開放される。

図１および図２に示すように、描画部４は、複数の防振脚部４９１が設けられる防振台４９、および、防振台４９に接続されて支持されるブロック状のベース４８をさらに備える。ベース４８は、例えばグラナイトにて形成される定盤であり、主走査機構４２およびステージユニット４１はベース４８の（＋Ｚ）側の面上に設けられて支持される。また、ベース４８には、主走査機構４２を跨ぐようにしてカメラ支持台４８１およびヘッドユニット支持台４８２（図２参照）が設けられる。アライメントカメラ４７１はカメラ支持台４８１にて支持されて、主走査機構４２の上方（（＋Ｚ）側）に配置され、ヘッドユニット４４および副走査機構４５はヘッドユニット支持台４８２にて支持されて、主走査機構４２の上方に配置される。実際には、カメラ支持台４８１およびヘッドユニット支持台４８２の脚部がベース４８の（−Ｘ）側および（＋Ｘ）側の面に固定されることにより、カメラ支持台４８１およびヘッドユニット支持台４８２がベース４８にて支持される。このように、描画部４におけるパターン描画の主要な構成であるステージユニット４１、主走査機構４２、ヘッドユニット４４および副走査機構４５は、実質的にベース４８により支持される。

また、図１に示す防振台４９の（−Ｙ）側の端部には、描画部４と搬送部３２との間にて基板９の受け渡しを行うための受け渡し台４７２が設けられる。受け渡し台４７２とベース４８との間には、受け渡し台４７２に載置された基板９をステージ４１２に移載するとともに、パターンの描画が完了した基板９をステージ４１２から受け渡し台４７２に移載する移載部４７３が設けられる。移載部４７３は図示省略の支持部材により防振台４９に接続されている。

搬送部３２は、鉛直方向（図１中のＺ方向）を向く軸３２１を中心に回動し、伸縮することにより基板９を搬送する伸縮アーム３２２を有する。ここで、水平方向であるＸ方向に互いに近接して配置される２つの描画部４の間の中央に位置し、Ｘ方向に垂直な面（図１中にて一点鎖線にて示す線Ｌ１を含む面であり、以下、「対称面」という。）を想定すると、２つの描画部４は、対称面に対して面対称となる位置に配置され、軸３２１は、対称面に含まれた状態にて２つの描画部４のベース４８に対して固定された位置に設けられる。また、ベース４８と軸３２１との間に配置される受け渡し台４７２は、搬送部３２と移載部４７３との間にて、これらを結ぶ線におよそ垂直、かつ、水平な方向に長い載置面を有しており、２つの受け渡し台４７２（の載置面）は対称面に対して面対称となっている。その結果、軸３２１が移動しない搬送部３２において、軸３２１を始点として伸縮する伸縮アーム３２２が、２つの受け渡し台４７２の双方に容易にアクセス可能となる。本実施の形態では、搬送部３２と移載部４７３とが同様の構造となっている。

また、各描画部４では、防振台４９の（−Ｙ）側の端部において受け渡し台４７２から離れた位置に、プリアライメントステージ４７４が設けられる。プリアライメントステージ４７４では、受け渡し台４７２からステージ４１２への移載部４７３による移載途上の基板９が図示省略のカメラにより撮像され、プリアライメントが行われる。２つの描画部４の２つのプリアライメントステージ４７４は、対称面に対して面対称となっている。

２つの描画部４では、ステージユニット４１がＹ方向の特定位置（例えば、原点位置や、（＋Ｙ）側および（−Ｙ）側のリミット位置）に到達したことを検出する複数の位置検出センサ４２１（図１では、各描画部４において１つの位置検出センサのみに符号を付している。）、および、ステージユニット４１に接続されるケーブルベア（登録商標）（図示省略）も対称面に対して面対称となっている。また、描画システム３では、パターン描画の際に異常とされた基板９（例えば、表面の検出が不可能とされた基板９等）を収容するための、リジェクトカセット３４が搬送部３２に隣接して設けられる。

図３は、パターン形成システム１の機能構成を示すブロック図であり、図４は、パターン形成システム１が基板９上にパターンを形成する処理の流れを示す図である。以下、図１ないし図３を参照しつつ、図４の処理の流れに沿ってパターン形成処理について説明する。なお、図４では、１つの基板９のみに注目した処理の流れを示しており、実際には、複数の基板９に対して複数の処理が並行して行われる。

図１のパターン形成システム１では、塗布・現像システム２の近傍にキャリア載置台２４が設けられており、複数の基板９が収容されたキャリア９２がキャリア載置台２４上に載置されると、搬入出装置２３によりキャリア９２から１つの基板９が取り出され、塗布装置２１のカップ部２１１内に搬入される。塗布装置２１では、基板９を回転しつつ所定の種類のフォトレジストが付与されることにより、基板９上にフォトレジストの膜が形成される（ステップＳ１１）。このとき、実際に基板９上に付与するフォトレジストの種類、および、フォトレジストの目標膜厚を含む（実際の）塗布条件が、図３の塗布・現像システム２から全体制御部１０に出力される。なお、目標膜厚は、当該フォトレジストの粘度および基板９の回転数（回転速度）に依存するものとなっている。

続いて、図１の搬入出装置２３により基板９がカップ部２１１から取り出され、必要に応じて基板９上のフォトレジストの乾燥等が行われた後、基板９が塗布・現像システム２と搬送部３２との間に設けられる受け渡し台３３上に載置される。実際には、受け渡し台３３は、搬送部３２および２つの描画部４と共にチャンバ本体３１内に収容されており、搬入出装置２３が受け渡し台３３上に基板９を載置する際には、チャンバ本体３１の塗布・現像システム２側に設けられる搬送口が開放されて、搬入出装置２３が受け渡し台３３にアクセス可能とされる。

受け渡し台３３に基板９が載置されると、搬送部３２により基板９が一方の描画部４（以下、「第１描画部４」とも呼ぶ。）の受け渡し台４７２へと搬送される。第１描画部４では、受け渡し台４７２上の基板９は移載部４７３により支持されて、プリアライメントステージ４７４の近傍へと配置され、基板９の外縁に形成されたノッチ（または、オリエンテーションフラット等）の位置が検出される（すなわち、基板９の向きが検出される。）。その後、基板９はステージ４１２上に載置され、基板９のノッチが所定の方向を向くように、ステージ回転機構４１３により基板９が対象面に垂直な軸を中心に回転する（すなわち、プリアライメントが行われる。）。

次に、第１描画部４では、ステージ４１２に保持された基板９の位置決め（アライメント）が行われる。具体的には、円板状の基板９の外縁部には基板９の中心を原点として９０度間隔にて４個のアライメントマークが形成されており、プリアライメントが行われた後の基板９では、４個のアライメントマークは基板９の中心のおよそ（＋Ｙ）側、（−Ｙ）側、（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側にそれぞれ配置されている。

第１描画部４では、主走査機構４２および補助移動機構４１４によりステージ４１２上の複数のアライメントマークがアライメントカメラ４７１の下方に順次配置されて撮像されることにより、複数のアライメントマークのＹ方向およびＸ方向の位置情報が取得される。そして、４個のアライメントマークが基板９の中心に対して（＋Ｙ）側、（−Ｙ）側、（＋Ｘ）側および（−Ｘ）側にそれぞれ正確に配置されるように、これらの位置情報に基づいて基板９の姿勢（回転角）がステージ回転機構４１３により調整されるとともに、主走査機構４２および副走査機構４５により基板９が、ヘッドユニット４４に対して所定の描画開始位置に配置される（すなわち、基板９の位置決めが行われる。）。また、姿勢の調整後の基板９のＸ方向およびＹ方向の長さ（実際には、アライメントマーク間の長さ）が求められる。なお、姿勢の調整後の基板９上の複数のアライメントマークを再度撮像することにより、基板９の位置、並びに、Ｘ方向およびＹ方向の長さがより精度よく求められてもよい。

一方で、図３に示す全体制御部１０の記憶部１０１では、塗布装置２１におけるフォトレジストの塗布条件と、当該塗布条件に応じてパターン描画の際に描画部４にて用いられる制御パラメータの値とを関連付けたパラメータテーブル１０２が２つの描画部４に対して個別に記憶されており、全体制御部１０では、ステップＳ１１の処理にて塗布・現像システム２から入力される実際の塗布条件を用いて、基板９が搬入された第１描画部４に対応するパラメータテーブル１０２から制御パラメータの値が特定されて、第１描画部４の制御部４０へと送信される。

ここで、半導体素子の製造では、耐メッキ性、耐エッチング性等の相違により様々なフォトレジストが用いられ、フォトレジストの膜の厚さも工程毎に変更される。したがって、描画システム３では、フォトレジストの感度や、フォトレジストの膜の厚さ等に応じた露光量やＡＦオフセット値、あるいは、線幅オフセット値等の制御パラメータの値が描画部４毎に予め設定される。

具体的には、図１の描画部４では、露光量は光源４６１から各ヘッド４３に導かれる光の強度に対応しており、ＡＦオフセット値は、基板９上のフォトレジストの膜の表面に対する光の合焦位置のオフセット量（Ｚ方向のずれ量）となっている。また、線幅オフセット値は、描画可能な最小線幅の２つの描画部４の間におけるばらつきを補正するためのものである。実際には、ＣＡＤ等により生成された画像情報から、制御部４０におけるＲＩＰ（raster image processing）処理によりラスタデータである描画データを生成した後、線幅オフセット値に基づいて描画データを補正することにより、２つの描画部４にて描画されるパターンにおける線幅のばらつきが低減される。本実施の形態では、基板９の対象面上を複数の分割領域に分割し、各分割領域に対して線幅オフセット値が設定されるため、１つの基板９内における線幅のばらつきも抑制可能である。

これらの制御パラメータの値を求める際には、ある塗布条件にてフォトレジストの膜が形成されたテスト用の基板に、露光量やＡＦオフセット量を段階的に変更したパターンが複数の分割領域のそれぞれに描画される。そして、現像した後のパターンに含まれる線の幅や断面形状（側壁部が急峻となるものが好ましい。）を観察することにより、当該塗布条件に対応する制御パラメータの値が決定される。上記作業は、半導体素子の製造にて用いられる全ての塗布条件に対して行われ、各塗布条件と制御パラメータの値とを関連付けたパラメータテーブル１０２が作成されて記憶部１０１にて記憶される。既述のように、パラメータテーブル１０２は描画部４毎に予め準備されている。

第１描画部４にて基板９の位置決め、および、制御パラメータの値の受信が完了すると、光源４６１から各ヘッド４３に入射する光の強度が、制御パラメータの値が示す露光量に対応するものに変更される。そして、第１描画部４では主走査機構４２による基板９のＹ方向への一定速度での移動が開始され、各ヘッド４３からの光の照射位置の移動に同期してＤＭＤ４３１の微小ミラー群のＯＮ／ＯＦＦが制御されることにより、基板９上にパターンが描画される。

このとき、上記の位置決め動作にて取得された基板９のＹ方向の長さに基づいて、描画データの１画素に対応する基板９上の領域のＹ方向の距離が補正される。また、ヘッド４３は、三角測量の原理を応用してヘッド４３と基板９上のフォトレジストの膜の表面との間の距離を取得する機構（図示省略）を有しており、当該機構の出力に基づいて、基板９上のフォトレジストの膜の表面に対する光の合焦位置が、主走査の間中、ＡＦオフセット値が示す位置に投影光学系４３３により合わせられる。

第１描画部４では、ヘッドユニット４４が基板９のＹ方向の端部まで到達する（すなわち、基板９に対する１回の主走査が完了する）ことにより、基板９上のフォトレジストの膜の表面においてＹ方向に伸びる帯状の領域に対して、各ヘッド４３によりパターン（の一部）が描画される。このように、主走査機構４２が、複数のヘッド４３に対して基板９を連続的に移動することにより、基板９上のフォトレジストにパターンが描画される。以下、各ヘッド４３の１回の主走査によりパターンが描画される基板９上の帯状領域を「スワス」という。

１回の主走査が完了すると、ヘッドユニット４４が副走査方向に移動して次の主走査の開始位置に配置される。そして、主走査方向に関して直前の主走査とは反対側へと基板９が連続的に移動しつつＤＭＤ４３１が制御されることにより、直前の主走査にてパターンが描画されたスワスに隣接する帯状領域にパターンが描画される。以上のようにして、ヘッドユニット４４の基板９に対する主走査を繰り返すことにより、基板９の対象面の全体にパターンが描画される（ステップＳ１２）。本実施の形態では、ヘッドユニット４４の１回の主走査にて各ヘッド４３により形成されるスワスの幅は約８ミリメートル（ｍｍ）であり、ヘッドユニット４４が９回の主走査を行うことにより、３個のヘッド４３により基板９の対象面のおよそ全体にパターンが描画される。

実際には、各ヘッド４３においてＤＭＤ４３１からの光の照射位置をＸ方向に微小に移動する微小移動機構（例えば、ヘッド４３内にてＤＭＤ４３１をＸ方向に移動する機構等）が設けられており、上記位置決め動作にて取得された基板９のＸ方向の長さに基づいて、投影光学系４３３により基板９上におけるＤＭＤ４３１の像の縮小倍率が変更されて、スワスの幅が調整されるとともに、微小移動機構によりヘッド４３からの光の照射位置のＸ方向の位置が調整されることにより、基板９上に描画されるパターンのＸ方向の長さ（実際には、描画データの１画素に対応する基板９上の領域のＸ方向の距離）も補正される。

また、図１のパターン形成システム１では、第１描画部４における最初の基板９に対するパターンの描画に並行して、キャリア９２から次の基板９（すなわち、２番目の基板９）が取り出され、塗布装置２１にて当該基板９上にフォトレジストの膜が形成される。２番目の基板９は、もう１つの描画部４（以下、「第２描画部４」とも呼ぶ。）に搬入され、当該基板９に対してパターンが描画される。このとき、全体制御部１０では、２番目の基板９に対するフォトレジストの膜の形成処理の際に塗布・現像システム２から入力された塗布条件を参照して、当該基板９が搬入された第２描画部４に対応する制御パラメータの値が特定されて、第２描画部４の制御部４０へと送信され、２番目の基板９に対するパターンの描画に利用される。

パターンの描画が完了した最初の基板９は、移載部４７３によりステージ４１２から取り出されて受け渡し台４７２に載置され、搬送部３２により受け渡し台４７２から受け渡し台３３に搬送される。このとき、３番目の基板９に対するフォトレジストの膜の形成が終了して、当該基板９が受け渡し台３３（搬入前および搬出後の２つの基板９が載置可能となっている。受け渡し台４７２において同様。）の上に載置されており、搬送部３２は、最初の基板９を受け渡し台３３に載置した直後に、３番目の基板９を受け渡し台３３から第１描画部４の受け渡し台４７２に移動する。受け渡し台４７２上の基板９はステージ４１２に移載され、第１描画部４において３番目の基板９に対するパターンの描画が開始される。

一方で、受け渡し台３３に載置された最初の基板９は、搬入出装置２３によりチャンバ本体３１外へと取り出され、現像装置２２のカップ部２２１内に搬送される。現像装置２２では、基板９を回転しつつ所定の現像液がフォトレジスト上に付与されることにより、フォトレジストが現像される（すなわち、フォトレジストの膜においてヘッド４３からの光が照射された部分、および、ヘッド４３からの光が照射されなかった部分の一方が除去される。）（ステップＳ１３）。これにより、基板９上にフォトレジストのパターンが形成され、基板９はカップ部２２１から取り出されて、キャリア９２内へと戻される。

第２描画部４にて２番目の基板９に対するパターンの描画が完了すると、当該基板９は移載部４７３および搬送部３２により受け渡し台３３に搬送される。また、フォトレジストの膜が形成されて受け渡し台３３上に載置されている４番目の基板９が、搬送部３２および移載部４７３により、第２描画部４のステージ４１２に搬送され、第２描画部４において４番目の基板９に対するパターンの描画が開始される。２番目の基板９は、受け渡し台３３から現像装置２２のカップ部２２１内へと搬送され、２番目の基板９のフォトレジストが現像される。そして、フォトレジストのパターンが形成された２番目の基板９が、キャリア９２内へと戻される。

以上のように、パターン形成システム１では、チャンバ本体３１の外部に設けられる塗布装置２１にてフォトレジストが順次塗布された基板９が、搬入出装置２３によりチャンバ本体３１内に搬入され、搬送部３２により２つの描画部４のいずれかへと搬送される。また、描画が完了した基板９が、搬送部３２により描画部４から取り出され、チャンバ本体３１の外部に設けられる現像装置２２へと順次搬送されてフォトレジストの現像が行われる。そして、キャリア９２内の全ての基板９上にフォトレジストのパターンが形成されると、パターン形成システム１におけるパターン形成処理が終了する。

そして、このキャリア９２内の基板９全ての一連の処理において、キャリア９２内の基板９は、キャリア９２の上または下から順番に取り出されて塗布装置２１へと搬送される。そして塗布装置２１で塗布された基板９は順に描画システム３へ搬送され、描画システム３で描画した後に現像装置２２へ搬送される。このとき、描画システム３内には２つの描画部４があるが、異常のためにリジェクトカセット３４へ収容される基板９を除き、描画システム３の中で基板９が他の基板９を追い越すことはなく、先に描画システム３へ入った基板９が先に描画システム３から出てくるように、全体制御部１０により制御される。

ところで、マスクのパターンをステップアンドリピート方式にて基板上に転写する露光装置（いわゆる、ステッパ）では、マスクの作成に係る作業が別途必要となるため、新規な半導体素子の製造に長時間を要してしまう。また、このような露光装置では、マスクを介した１回の露光動作（ショットとも呼ばれる。）にて光が照射される領域全体に対して一様に合焦位置の調整を行うことは可能であるが、当該領域内の各位置に対して合焦位置を調整することはできず、パターンの描画精度の向上に一定の限界がある。また、実際に描画するパターンの線幅を補正することもできない。

これに対し、パターン形成システム１では、直描装置である描画部４が設けられることにより、ＣＡＤ等により生成された画像情報から直接的にパターンを描画することが可能となり、マスクの作成に係る作業等も不要となって、新規な半導体素子の製造を効率よく行うことができる。また、基板９の対象面上の各位置に対して光の合焦位置の調整を行うことができ、複数のパターンの層が厚さ方向に重なってフォトレジストの膜の表面に凹凸が発生している場合であっても、パターンの描画精度を確保して半導体素子の歩留まりを向上することができる。さらに、線幅オフセット値に基づく描画データの補正を行うことにより、複数の描画部４の間や、１つの基板９内でのパターンの線幅のばらつきを抑制することも可能である。

さらに、各基板９に対するパターン描画では、塗布装置２１に依存するフォトレジストの膜の厚さの分布等の影響により基板９内にて描画精度が高い部分（歩留まりが高い部分とも捉えられる。）と、描画精度が比較的に低い部分とが混在するが、このような描画精度の分布は、通常、複数の基板９において同様に再現されるため、例えば、描画精度が高い部分では要求精度が高いデバイスのパターンを配置し、描画精度が比較的に低い部分では要求精度が低いデバイスのパターンを配置して、基板９内にて異なるデバイスを形成しつつ、基板９全体における半導体素子の歩留まりを向上することも可能である。描画部４では、基板９内での描画精度の分布に従ってパターンのレイアウトを変更することが、描画データの変更のみにより容易に実現される。

また、パターン形成システム１では、塗布装置２１および現像装置２２のそれぞれにおける処理に比べて長い時間を要するパターンの描画を、複数の描画部４において複数の基板９に対して並行して行うことにより、複数の基板９に対するパターンの描画を効率よく行って、パターン描画およびパターン形成のスループット（すなわち、生産性）を向上することができる。また、描画システム３では、内部を空調する１つのチャンバ本体３１内に複数の描画部４を収容することにより、周囲の温度等の影響を受け易い直描装置において、複数の描画部４間での周囲の温度等に起因する描画精度のばらつきを低減して、複数の基板９上に描画されるパターンにおける線幅等のばらつきを抑制することができ、その結果、複数の基板９上に形成されるパターンにおける線（パターンの要素）の幅や断面形状等のばらつき、さらには、多層のパターン形成の場合の重ね合わせのずれを抑制することができる。

ここで、描画システム３において、２つのベースを１つのベースとして設ける設計を行った場合、複数の描画部４のそれぞれが独立して描画動作を行うため（すなわち、複数の描画部４のステージ４１２の相対的な位置関係は一定とはならないため）、ベースにおける微小な歪みや捻れの状態が様々に変化して、描画精度の再現性が低下し、分割領域毎に異なる線幅オフセット値を採用すること等が困難となる。

これに対し、描画システム３では、描画部４毎に固有のベース４８が設けられ、複数の描画部４の複数のベース４８が互いに独立（離間）していることにより、各描画部４にて発生する振動等の影響が他の描画部４に及ぶことを防止することができ、描画部４における描画精度の再現性を確保することができる。また、複数の描画部４において互いに独立（離間）した複数の防振台４９がそれぞれ設けられることにより、各描画部４にて振動が発生することを抑制することができ、描画部４における描画精度の再現性をさらに向上することができる。

また、各防振台４９に、プリアライメントステージ４７４、ステージ４１２および移載部４７３が設けられることにより、プリアライメントステージ４７４における向きの検出結果に従った姿勢にて（移載部４７３に対する基板９の向きがずれることなく）基板９をステージ４１２上に載置して、ステージ４１２にて保持することができる。その結果、アライメントカメラ４７１により高倍率にて基板９を撮像する場合であっても、アライメントカメラ４７１の撮像領域内にアライメントマークを配置させて高精度に、かつ、効率よく（すなわち、高倍率にて基板９を撮像する前に、低倍率にてアライメントマークの位置を検出することなく）位置合わせを行うことができ、パターンを精度よく描画することができる。

さらに、パターン形成システム１の全体制御部１０では、塗布装置２１におけるフォトレジストの実際の塗布条件に応じて、複数の描画部４のそれぞれに対して制御パラメータの値が特定されて送信される。このように、全体制御部１０が描画システム３のパラメータ管理部として、塗布装置２１の塗布条件に応じて制御パラメータの値を特定することにより、誤った値が描画部４にて用いられることを防止することができ、また、複数の描画部４に対して制御パラメータの値を個別に設定することにより、パターンを精度よく描画することができる。なお、全体制御部１０では、操作者によりキャリア９２内の複数の基板９に対する工程の番号等（半導体素子の製造における段階を示す番号等）が入力されることにより、塗布・現像システム２に対して塗布条件および現像条件が送信され、描画システム３の各描画部４に対して塗布条件に応じた制御パラメータの値が送信されてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

塗布装置２１、描画システム３および現像装置２２の配置は適宜変更されてもよく、例えば、図５に示すように、塗布・現像システム２が描画システム３のＸ方向に隣接して設けられてもよい。図１のパターン形成システム１では、Ｙ方向に長いシステムレイアウトであるが、図５のパターン形成システム１ａでは、Ｙ方向の長さを比較的短くすることが可能である。なお、図５の描画システム３では、搬送部３２ａがＸ方向に移動する機構を有しており、これにより、複数の描画部４と塗布・現像システム２との間にて基板９を搬送することが可能となる。また、図１および図５の描画システム３では、複数の描画部４を接触しない範囲で近接させることにより、描画システム３のフットスペースが小さくされている。

描画部４においてパターンの描画に要する時間と、塗布装置２１においてフォトレジストの膜の形成に要する時間（または、現像装置２２においてフォトレジストの現像に要する時間）との比によっては、パターン形成システム１において３以上の描画部４が設けられてもよい。

描画システム３の設計によっては、チャンバ本体３１の外部に搬送部３２が設けられてもよい。また、描画システム３におけるパラメータ管理部としての機能は、例えば、パターン形成システム１とネットワークを介して接続されるコンピュータ等により実現されてもよい。

空間変調された光を出射するヘッド４３は、ＤＭＤ４３１以外に、例えば、回折格子型の空間光変調器（いわゆる、ＧＬＶ）や液晶シャッタ等を有するものであってもよい。また、光源として複数の発光ダイオードや半導体レーザ等の発光素子を配列し、各発光素子のＯＮ／ＯＦＦを主走査に同期して制御することにより、パターンが描画されてもよい。

上記実施の形態では、移動機構である主走査機構４２が基板９を主走査方向に連続的に移動するが、基板９のヘッド４３に対する主走査方向への移動は相対的なものであってよく、ヘッド４３を主走査方向に移動する移動機構が設けられてもよい。

パターン形成システム１における処理対象は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、サファイア等にて形成される基板、あるいは、樹脂基板等であってもよい。また、フォトレジスト以外に、感光性樹脂等の他の感光材料が用いられてもよい。

１，１ａ パターン形成システム
３ 描画システム
４ 描画部
９ 基板
１０ 全体制御部
２１ 塗布装置
２２ 現像装置
３１ チャンバ本体
３２，３２ａ 搬送部
４２ 主走査機構
４３ ヘッド
４８ ベース
４９ 防振台
１０２ パラメータテーブル
３２１ 軸
３２２ 伸縮アーム
４１２ ステージ
４７２ 受け渡し台
４７３ 移載部
４７４ プリアライメントステージ

Claims (7)

1. 基板上の感光材料に光を照射してパターンを描画する描画システムであって、
   複数の基板上の感光材料にそれぞれパターンを描画する複数の描画部と、
   前記複数の描画部を収容するとともに、内部を空調するチャンバ本体と、
   前記チャンバ本体の外部に設けられる塗布装置にて感光材料が順次塗布された基板を前記複数の描画部のうち、前記基板に対して特定された制御パラメータの値が送信される描画部へと搬送するとともに、描画が完了した基板を前記チャンバ本体の外部に設けられる現像装置へと順次搬送するために、前記基板を描画部から取り出す搬送部と、
   を備え、
   前記複数の描画部のそれぞれが、
   基板を保持する保持部と、
   空間変調された光を出射する光出射部と、
   前記光出射部に対して前記保持部に保持された基板を一の方向に連続的に、かつ、相対的に移動することにより、前記基板上の感光材料にパターンを描画する移動機構と、
   前記保持部、前記光出射部および前記移動機構を支持するベースと、
   を備え、
   前記複数の描画部が、前記一の方向に垂直な方向に互いに近接して配置され、
   前記複数の描画部の複数のベースが互いに独立して前記チャンバ本体に収容されることを特徴とする描画システム。
2. 請求項１に記載の描画システムであって、
   前記複数の描画部のうち、一の描画部における一の基板に対するパターンの描画に並行して、他の一の描画部に次の基板が搬入されることを特徴とする描画システム。
3. 請求項１または２に記載の描画システムであって、
   前記複数の描画部のそれぞれが、前記ベースに接続された防振台を備え、
   前記複数の描画部の複数の防振台が互いに独立していることを特徴とする描画システム。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の描画システムであって、
   前記複数の描画部が２つの描画部であり、
   前記２つの描画部が、所定の対称面に対して面対称となる位置に互いに近接して配置され、
   前記搬送部が、前記対称面に含まれるとともに鉛直方向を向く軸を中心に回動し、伸縮することにより基板を搬送する伸縮アームを備え、
   前記２つの描画部のそれぞれが、
   前記ベースと前記軸との間に設けられる受け渡し台と、
   前記受け渡し台上の基板を前記保持部に移載する移載部と、
   を備え、
   前記２つの描画部の２つの受け渡し台が、前記対称面に対して面対称であることを特徴とする描画システム。
5. 請求項３に記載の描画システムであって、
   前記複数の描画部のそれぞれの前記防振台に、基板の向きの検出を行うプリアライメントステージと、前記プリアライメントステージにおける前記基板の向きの検出後に、当該基板を前記ベース上の前記保持部へ搬送する移載部とが設けられていることを特徴とする描画システム。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の描画システムであって、
   前記塗布装置における感光材料の塗布条件に応じた描画部の制御パラメータの値を前記複数の描画部に対して個別に記憶し、前記塗布装置における実際の塗布条件に応じて、前記複数の描画部のそれぞれに対して前記制御パラメータの値を特定して送信するパラメータ管理部をさらに備えることを特徴とする描画システム。
7. 基板上にパターンを形成するパターン形成システムであって、
   請求項１ないし６のいずれかに記載の描画システムと、
   基板上に感光材料を塗布する塗布装置と、
   前記描画システムにてパターンが描画された基板上の感光材料を現像する現像装置と、
   を備えることを特徴とするパターン形成システム。

Images