JP6114129B2

JP6114129B2 - パーティクル測定方法

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Publication number: JP6114129B2
Application number: JP2013143212A
Authority: JP
Inventors: 薫鶴田
Original assignee: Nuflare Technology Inc
Current assignee: Nuflare Technology Inc
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-07-09
Also published as: JP2015018845A

Description

本発明の実施形態は、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で用いられるパーティクル測定装置及びパーティクル測定方法に関する。

露光用のマスク基板を製造する場合、マスク基板上に塗布されたレジスト（一般的に化学増幅型レジストが用いられる）に電子線による描画を行った後、レジストのＰＥＢ（Post Exposure Bake）処理を行う。その後、レジストの現像を行い、石英基板上の遮光膜（例えば、酸化クロム/クロム膜）をエッチングすることで、所望のパターンにエッチングされた遮光膜を得る。

ところで、レジスト上にパーティクルが存在すると、その部分が電子線により露光されず、パターン欠陥が生じる等の不具合が生じる。このため、パーティクルの発生を抑制するための種々の取り組みが従来からなされている。例えば、電子線描画装置では、ＱＣ等により定期的にパーティクルを測定している。

ＱＣ等で行われるパーティクル測定では、パーティクル測定用のマスク基板を電子線描画装置内で搬送し、搬送前に測定したパーティクルの大きさ及び個数と、搬送後に測定したパーティクルの大きさ及び個数とを比較している。該手法では、どの程度の大きさのパーティクルがどの程度発生しているかの傾向をつかむことはできるが、パーティクルの発生源を特定することは極めて難しい。そのため、パーティクルの発生源を効率よく特定できる発明が望まれている。

特開２０００−０４０６７０号公報

本実施形態は、パーティクルの発生源を効率的に特定できるパーティクル測定装置及びパーティクル測定方法を提供することを目的とする。

実施形態に係るパーティクル測定方法は、電子線によりマスク基板上に所望のパターンを描画する電子線描画装置のパーティクル測定方法であって、表面に格子状に複数配置され、前記表面に付着したパーティクルを検出する検出器及び前記検出器での検出結果を検出時刻とともにメモリに記憶する制御部を備えたパーティクル測定装置を、前記電子線描画装置内で搬送する工程と、前記パーティクル測定装置の搬送中に、前記パーティクルの有無を前記検出器で検出する工程と、前記パーティクルの検出結果を、検出時刻とともにメモリに記憶する工程と、前記パーティクルが検出された時刻における前記電子線描画装置内での前記パーティクル測定装置の位置を算出する工程と、を具備する。

実施形態に係る電子線描画装置の模式図である。実施形態に係るパーティクル測定装置の構成図である。実施形態に係るパーティクル測定装置の模式図である。実施形態に係るパーティクル測定方法のフローチャート図である。

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の模式図である。図１（ａ）は、電子線描画装置１０の平面図である。図１（ｂ）は、電子線描画装置１０の一部断面図である。以下、図１を参照して、電子線描画装置１０の構成について説明する。なお、図１（ａ）では、電子鏡筒５００の図示を省略している。

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、マスク基板Ｍ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Ｍを搬送する搬送ロボット１２０とを備える。マスク基板Ｍは、表面に遮光膜が形成されている石英基板等である。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Ｍ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は、真空ポンプ２１０と、ガス供給系２２０と、光源Ｌ１とを備える。また、Ｉ／Ｏチャンバ２００には、Ｉ／Ｆ１００との間にゲートバルブＧ１が設けられている。真空ポンプ２１０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２２０は、Ｉ／Ｏチャンバ２００を大気圧とする際にＩ／Ｏチャンバ２００内にベント用ガス（例えば、窒素ガスやＣＤＡ（Clean Dry Gas））を供給する。光源Ｌ１は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、Ｉ／Ｏチャンバ２００内が均一に照らされるように、Ｉ／Ｏチャンバ２００内の上部に設けられている。

なお、光源Ｌ１は、後述するパーティクル測定装置２０を搬送する際にのみ点灯することが好ましい。マスク基板Ｍに塗布されているレジストが感光するのを防止するためである。また、図１では、光源Ｌ１の数が一つになっているが、Ｉ／Ｏチャンバ２００内を均一に照らすために複数の光源を設けるようにしてもよい。

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２１０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２２０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、真空ポンプ３１０と、アライメント室３２０と、アース体収容室３３０と、搬送ロボット３４０と、光源Ｌ２とを備える。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。

真空ポンプ３１０は、例えば、Ｃｒｙｏポンプやターボ分子ポンプ等である。真空ポンプ３１０は、Ｒチャンバ３００に接続されており、Ｒチャンバ３００内を真空引きして高真空を保つ。アライメント室３２０は、マスク基板Ｍを位置決め（アライメント）するためのチャンバである。アース体収容室３３０は、アース体Ｈを収容するチャンバである。

アース体Ｈは、例えば、複数（例えば、３本）のアースピンＨａと、額縁形状の枠体Ｈｂとを備える。アース体Ｈは、マスク基板Ｍ上にセットされた状態で、後述のＷチャンバ４００に搬送された後、マスク基板Ｍ上に電子線が照射され、描画が行われる。この描画の際、アース体Ｈは、図示しないアースと接続されている。つまり、アース体Ｈは、電子線の照射によるマスク基板Ｍへの電荷の蓄積（チャージ）を防止する。

光源Ｌ２は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、Ｒチャンバ３００内が均一に照らされるように、Ｒチャンバ３００内の上部に設けられている。なお、光源Ｌ２は、後述するパーティクル測定装置２０を搬送する際にのみ点灯することが好ましい。マスク基板Ｍに塗布されているレジストが感光するのを防止するためである。また、図１では、光源Ｌ２の数が一つになっているが、Ｒチャンバ３００内を均一に照らすために複数の光源を設けるようにしてもよい。例えば、アライメント室３２０及びアース体収容室３３０にも光源を設けるようにしてもよい。

搬送ロボット３４０は、Ｉ／Ｏチャンバ２００、アライメント室３２０、アース体収容室３３０及びＷチャンバ４００間で、マスク基板Ｍを搬送する。

Ｗチャンバ４００は、真空ポンプ４１０と、Ｘ−Ｙステージ４２０と、駆動機構４３０Ａ，４３０Ｂと、光源Ｌ３とを備え、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。

真空ポンプ４１０は、例えば、Ｃｒｙｏポンプやターボ分子ポンプ等である。真空ポンプ４１０は、Ｗチャンバ４００に接続されており、Ｗチャンバ４００内を真空引きして高真空を保つ。Ｘ−Ｙステージ４２０は、マスク基板Ｍを載置するための台である。駆動機構４３０Ａは、Ｘ−Ｙステージ４２０をＸ方向に駆動する。駆動機構４３０Ｂは、Ｘ−Ｙステージ４２０をＹ方向に駆動する。

電子鏡筒５００は、電子銃５１０、アパーチャプレート５２０、偏向器５３０、静電レンズ５４０（照明レンズ（ＣＬ）、投影レンズ（ＰＬ）、対物レンズ（ＯＬ））、反射防止板ＡＲＦ等から構成される電子線照射手段を備え、Ｘ−Ｙステージ４２０上に載置されたマスク基板Ｍに電子線を照射する。

光源Ｌ３は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）であり、Ｗチャンバ４００内が均一に照らされるように、Ｗチャンバ４００内の上部に設けられている。なお、光源Ｌ３は、後述するパーティクル測定装置２０を搬送する際にのみ点灯することが好ましい。マスク基板Ｍに塗布されているレジストが感光するのを防止するためである。また、図１では、光源Ｌ３の数が一つになっているが、Ｗチャンバ４００内を均一に照らすために複数の光源を設けるようにしてもよい。

制御機構６００は、例えば、コンピュータ等であり、電子線描画装置１０を制御する。

（パーティクル測定装置の構成）
図２は、パーティクル測定装置２０の構成図である。図２（ａ）は、パーティクル測定装置２０の平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の線分Ｘ−Ｘにおける断面図である。図２に示すように、パーティクル測定装置２０は、半導体基板２１〜２３と、電源Ｂと、筐体２４とを備える。パーティクル測定装置２０の大きさは、例えば、通常のマスク基板と略同じ１５０ｍｍ×１５０ｍｍである。

半導体基板２１は、表面にＣＣＤ（Charge-Coupled Device）やＣＭＯＳ（相補型ＭＯＳ）等の固体撮像素子が複数形成された半導体基板である。なお、固体撮像素子は、半導体基板２１表面の略全面に形成されていることが好ましい。また、各固体撮像素子には、識別番号が付与されており、パーティクル測定装置２０での位置がわかるように構成されている。

半導体基板２２は、半導体基板２１の固体撮像素子を駆動する駆動回路や、固体撮像素子からの画像信号を増幅する増幅素子（ＡＭＰ）、Ａ／Ｄ（アナログデジタル）変換回路、電源Ｂからの電圧を所定の電圧に変換するコンディショナ回路、時刻を測るクロック回路等が形成されている。つまり、半導体基板２２には、パーティクル測定装置２０の制御回路が形成されている。

半導体基板２３は、増幅された固体撮像素子の画像信号を記憶するメモリ素子が形成されている。なお、半導体基板２２，２３の積層順序はどちらの基板が上でもよい。また、半導体基板２１〜２３の機能を１以上の半導体基板に搭載するようにしてもよい。

半導体基板２１〜２３は、図示しない貫通ビアにより電気的に接続されており、互いに信号のやり取りができるようになっている。半導体基板２３に画像信号が記憶される際は、クロック回路で生成された時刻（タイムスタンプ）も一緒に記憶される。電源Ｂは、半導体基板２１〜２３に必要な電力を供給する。半導体基板２１〜２３及び電源Ｂは、筐体２４内に収容される。

なお、パーティクル測定装置２０に筐体２４の開口２４ａを封止するカバーガラスを備えるようにしてもよい。カバーガラスに付着したパーティクルを除去することで、パーティクル測定装置２０を繰り返し用することができる。なお、カバーガラスには、光源Ｌ１〜Ｌ３からの波長光が透過する無色透明のガラス基板を用いることが好ましい。

また、筐体２４には、半導体基板２１〜２３と電気的に接続された外部接続端子２５が設けられている。外部接続端子２５を外部端末（例えば、ＰＣ等）に接続することにより、半導体基板２３に記憶されている画像信号を取得したり、各種設定（例えば、画像信号の取り込み時間、クロック回路の時刻合わせ等）を行うことができる。

図３は、パーティクル測定装置２０の動作を説明するための模式図である。図３（ａ）は、半導体基板２１の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）の線分Ｙ−Ｙにおける断面図、図３（ｃ）は、半導体基板２１〜２３の回路接続の模式図である。なお、図１，２で説明した構成と同じ構成には、同一の符号を付している。

図３（ａ）に示すように、パーティクル測定装置２０の半導体基板２１の表面には、複数の固体撮像素子Ｓが格子状に配置されている。そして、図３（ｂ）に示すように、半導体基板２１の固体撮像素子Ｓで撮像された画像信号は、半導体基板２２の増幅回路（ＡＭＰ）で増幅され、Ａ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換された後、半導体基板２３のメモリ素子（Ｍｅｍｏｒｙ）に記憶される。なお、画像信号は、固体撮像素子Ｓの識別番号及び時刻（タイムスタンプ）とともにメモリ素子に記憶される。

そして、図３（ｃ）に示すように、特定の固体撮像素子Ｓ上にパーティクルＰが付着すると、該固体撮像素子Ｓに入射する光量が低減する。このため、パーティクルＰが付着している固体撮像素子Ｓ上からの画像信号は弱くなる。この画像信号は、固体撮像素子Ｓの識別番号及び時刻（タイムスタンプ）とともにメモリ素子に記憶される。

このため、パーティクルＰが、どの時刻にどの固体撮像素子Ｓに付着したかがわかる。そして、その時刻にパーティクル測定装置２０が電子線描画装置１０内のどの場所にいたかをログ等により確認することで、電子線描画装置１０内のどの場所でパーティクルＰが発生したかを特定することができる。このため、パーティクルＰの発生源を効率的に特定することができる。

なお、上記説明では、パーティクルの検出素子としてＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いている。このため、パーティクルの検出に光が必要となる。そこで、本実施形態に係る電子線描画装置１０では、Ｉ／Ｏチャンバ２００、Ｒチャンバ３００及びＷチャンバ４００内に各々光源Ｌ１〜Ｌ３を設けている。

しかしながら、パーティクルの検出素子として、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）を用いるようにしてもよい。ＭＣＰは、荷電粒子（電子やイオン等)を増幅する装置であり、微小な光電子増倍管を束ねた構造となっている。入射した荷電粒子や光子等により生じた電子がアバランシェ電流により増幅することにより、検出感度が非常に高いという特徴がある。

上述のように、パーティクルの検出素子としてＭＣＰを用いる場合、パーティクルが帯電してる必要がある。しかし、電子描画装置でのパーティクルの発生は、電子描画装置に付着しているパーティクルが、電子鏡筒５００内の偏向器５３０や静電レンズ５４０等に電界が生じた際に飛び散って生じることがほとんどである。このため、パーティクルのほとんどは帯電しており、ＭＣＰを用いてもパーティクルの検出は可能である。

なお、パーティクルの検出素子としてＭＣＰを用いる場合、ＭＣＰでパーティクル（荷電粒子）が検出されると、パーティクルを検出したＭＣＰの識別番号及び時刻が半導体基板２３のメモリ素子に記憶される。また、パーティクルの検出素子としてＭＣＰを用いる場合、光源Ｌ１〜Ｌ３は不要となる。

なお、本実施形態では、大きさ（直径）が０．５μｍ以上のパーティクルの検出を目的としている。大きさが、０．５μｍ以上のパーティクルであれば、固体撮像素子やＭＣＰにより検出することが可能である。

（電子線描画装置１０の動作）
図４は、図２〜図３を参照して説明したパーティクル測定装置２０を用いたパーティクル測定方法のフローチャート図である。以下、図１〜図４を参照してパーティクル測定方法について説明する。

初めに、パーティクル測定対象である電子線描画装置１０とパーティクル測定装置２０との時刻を合わせる（ステップＳ１０１）。次に、パーティクル測定装置２０を収容した容器Ｃを載置台１１０に載置し、電子線描画装置１０側でカラ搬送用（描画なし）のシーケンスを選択して、描画なしの搬送（以下、カラ搬送と記載する）をスタートする（ステップＳ１０２）。

なお、カラ搬送には、実際にマスク基板に描画を行う際に使用する搬送シーケンス（電子線はブランキングとする）を用いてもよいし、Ｉ／Ｏチャンバ２００まで搬送、Ｒチャンバ３００まで搬送する等、目的に応じて種々の搬送シーケンスを作成可能である。

カラ搬送中、パーティクル測定装置２０は所定の時間ごとに半導体基板２１に形成されている固体撮像素子の画像信号を取得し、半導体基板２３のメモリ素子に時刻とともに記憶する（ステップＳ１０３）。

なお、実際の描画に近い環境をつくるために、パーティクル測定装置２０の搬送の際には、アース体Ｈをパーティクル測定装置２０に載置することが好ましい。また、パーティクルの検出器として固体撮像素子を用いる場合、Ｗチャンバ４００内での動作は以下のように行う。

パーティクル測定装置２０を５ｍｍ×５ｍｍの区画に分割する。パーティクル測定装置２０の大きさが１５０ｍｍ×１５０ｍｍであることから、５ｍｍ×５ｍｍの区画に分割すると９００区画に分割される。この９００区画の各々に対して通常の描画時と同じ動作（但し、描画はおこなわず搬送のみ）を行う。通常の描画速度であれば、１区画の描画に必要な時間は１４ｓ（秒）程度である。このため、画像信号を取り込む頻度（サンプリング時間）を１４ｓ（秒）程度とすると、上記５ｍｍ×５ｍｍ程度の範囲でパーティクルの発生源を特定することができる。

なお、既に述べたように、パーティクルの検出器としてＭＣＰを用いる場合は、パーティクルがパーティクル測定装置２０上に付着する度に、パーティクルを検出したＭＣＰの識別番号及び時刻が半導体基板２３のメモリ素子に記憶される。このため、パーティクル測定装置２０を５ｍｍ×５ｍｍの区画に分割することなく、通常の描画時と同じ動作速度でステージ４２０を駆動してパーティクル測定装置２０を移動させればよい。

カラ搬送が終了すると、パーティクル測定装置２０の外部接続端子２５から、半導体基板２３のメモリ素子に記憶されているデータを取得する（ステップＳ１０４）。次に、ステップＳ１０４で取得したデータから、パーティクルを検出した固体撮像素子の識別番号及び時刻を抽出する（ステップＳ１０５）。

次に、電子線描画装置１０のログデータから、パーティクルを検出した時刻における電子線描画装置１０内でのパーティクル測定装置２０の位置を算出する（ステップＳ１０６）。次に、識別番号からパーティクルを検出した時刻における電子線描画装置１０内で固体撮像素子の位置を算出する（ステップＳ１０７）。

なお、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理は、コンピュータを用いて自動で行われるようにしてもよい。また、ステップＳ１０７で算出した位置を実際に電子線描画装置１０の模式図上に表示（マッピング）してもよい。模式図上に表示を行うことで、パーティクルの発生個所もしくは発生領域及び傾向を容易に把握することができる。

以上のように、本実施形態に係るパーティクル測定装置２０は、表面に格子状に複数配置され、表面に付着したパーティクルを検出する検出器（固体撮像素子、ＭＣＰ）を備え、検出器での検出結果を、検出時刻とともにメモリ素子に記憶している。このため、電子線描画装置１０内でパーティクルの発生源を効率的に特定することができる。

また、パーティクル測定装置２０を用いたパーティクル測定方法は、パーティクル測定装置２０を電子線描画装置１０内で搬送し、このパーティクル測定装置２０の搬送中にパーティクルの有無を検出器（固体撮像素子、ＭＣＰ）で検出し、検出結果を検出時刻とともにメモリ素子に記憶している。このため、電子線描画装置１０内でパーティクルの発生源を効率的に特定することができる。

（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。

１０…電子線描画装置、２０…パーティクル測定装置、２１-２３…半導体基板、２４…筐体、２４ａ…開口、２５…外部接続端子、１１０…載置台、１２０…搬送ロボット、２００…Ｉ／Ｏチャンバ、２１０…真空ポンプ、２２０…ガス供給系、３００…Ｒチャンバ、３１０…真空ポンプ、３２０…アライメント室、３３０…アース体収容室、３４０…搬送ロボット、４００…Ｗチャンバ、４１０…真空ポンプ、４２０…ステージ、４３０Ａ，４３０Ｂ…駆動機構、５００…電子鏡筒、５１０…電子銃、５２０…アパーチャプレート、５３０…偏向器、５４０…静電レンズ、６００…制御機構、ＡＲＦ…反射防止板、Ｂ…電源、Ｃ…容器、Ｇ１-Ｇ３…ゲートバルブ、Ｈ…アース体、Ｈａ…アースピン、Ｈｂ…枠体、Ｌ１-Ｌ３…光源、Ｍ…マスク基板、Ｐ…パーティクル、Ｓ…固体撮像素子。

Claims

電子線によりマスク基板上に所望のパターンを描画する電子線描画装置のパーティクル測定方法であって、
表面に格子状に複数配置され、前記表面に付着したパーティクルを検出する検出器及び前記検出器での検出結果を検出時刻とともにメモリに記憶する制御部を備えたパーティクル測定装置を、前記電子線描画装置内で搬送する工程と、
前記パーティクル測定装置の搬送中に、前記パーティクルの有無を前記検出器で検出する工程と、
前記パーティクルの検出結果を、検出時刻とともにメモリに記憶する工程と、
前記パーティクルを検出した時刻における前記電子線描画装置内での前記パーティクル測定装置の位置を算出する工程と、
を有するパーティクル測定方法。
前記検出器は、固体撮像素子である請求項１に記載のパーティクル測定方法。
前記検出器は、電子増倍素子である請求項１に記載のパーティクル測定方法。