パターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置
【課題】パターンのムラ欠陥の生じない描画条件を導出し、製品の歩留まりを向上する。
【解決手段】基板上に描画するパターンのムラ欠陥が発生しない描画条件を導出する方法であって、基板上に形成するパターンを生成するパターン情報生成工程Ｓ１と、パターンに対して、複数の描画項目の組み合わせによる、２通り以上の描画条件を設定する描画条件設定工程Ｓ２と、前記生成されたパターンを抜き取り、補助基板上に、前記各描画条件のもとに、矩形領域をなす補助パターンを形成する補助パターン描画工程Ｓ３と、補助基板に対して照明光を入射し、補助パターンから生じる回折光を光電変換素子にて画像として取得し、ムラ欠陥に関するムラ評価値とムラ発生周期とを求めことにより、複数の描画条件の中からムラ欠陥が生じない描画条件を導出する描画条件判定工程Ｓ４とを含むパターンの描画条件導出方法である。
【解決手段】基板上に描画するパターンのムラ欠陥が発生しない描画条件を導出する方法であって、基板上に形成するパターンを生成するパターン情報生成工程Ｓ１と、パターンに対して、複数の描画項目の組み合わせによる、２通り以上の描画条件を設定する描画条件設定工程Ｓ２と、前記生成されたパターンを抜き取り、補助基板上に、前記各描画条件のもとに、矩形領域をなす補助パターンを形成する補助パターン描画工程Ｓ３と、補助基板に対して照明光を入射し、補助パターンから生じる回折光を光電変換素子にて画像として取得し、ムラ欠陥に関するムラ評価値とムラ発生周期とを求めことにより、複数の描画条件の中からムラ欠陥が生じない描画条件を導出する描画条件判定工程Ｓ４とを含むパターンの描画条件導出方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に電子線やレーザー光を用いて形成されたパターンのムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を、実サイズの基板へ描画する前段階で導出する為のパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成する技術は、半導体装置や各種のデバイス等の製造工程で用いられている。ここで、パターンとは、一定の間隔を有するパターンの集合体を称し、例えば、パターンが所定のピッチで配列されたストライプ状のパターン、開口部のパターンが所定の周期で２次元的に配列されたマトリクス状のパターン等が該当する。このようなパターンを有する基板としては、特に半導体装置、撮像デバイス及び表示デバイス等を製造する際にフォトリソグラフィー処理の露光工程で用いられるフォトマスクが挙げられる。
【０００３】
従来、半導体装置、撮像デバイス及び表示デバイス等の製造工程で用いられるフォトマスクとしては、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光膜が一定のパターンに部分的に除去されて構成されたものが知られている。
【０００４】
フォトマスクのようなパターンにおけるムラ欠陥は、通常、パターンの微細な寸法ズレや位置ズレが規則的に配列していることが原因であることが多いため、個々のパターン検査では発見することが困難であるが、広い領域においてパターンを観察した時に初めて欠陥と認識できる。
【０００５】
周期性のあるパターン、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ画像センサー製造用フォトマスクにおける周期性パターンのムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な検査装置として、照明光が被検査体に照射され、周期性パターンによって生じる透過回折光を画像検査する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
このような周期性パターンの正常部では開口部の形状・ピッチが一定となるため互いに干渉し合って一定の方向に回折光が生じるのに対して、ムラ部では開口部の形状・ピッチが不規則になるため、その形状・ピッチに応じて、その次数毎に種々の方向に種々の強さで回折光が生じる。そこで、特許文献１の検査装置では、正常部とムラ部における回折光強度コントラストの違いから、ムラ部を検出する検査方式をとっている。
【０００７】
しかしながら、従来、以上のような検査方式のもとに製品の検査をした結果、不良と判定されてしまった製品は、不良品として廃棄するしかなかったのが実情である。近年ではレーザーリペア装置等に代表されるパターン修正技術の開発も進んでいるが、その修正精度には限界があり、ムラ欠陥が発生している箇所のように、数ｎｍ〜数１０ｎｍオーダーの欠陥を修正することは現実的に難しい。
【０００８】
また、ＬＣＤ製造用フォトマスク、特に第８世代や第１０世代と呼ばれるガラスサイズ向けのものは、その大きさ故に材料・製造コストが極めて高く、ムラ欠陥のように修正困難な欠陥が発生した場合には不良の製品として取り扱うしかないので、損失金額が極めて大きくなってしまうという問題点がある。
【０００９】
ところで、パターン描画装置における描画方式はベクター方式とラスター方式とに分類される。ＣＣＤ、ＣＭＯＳ画像センサー製造用フォトマスクや半導体装置用基板製造用フォトマスクにおけるパターン描画には、ＥＢ（電子線）描画装置が用いられ、その殆どが描画部のみビーム走査を行うベクター方式が用いられている。一方、ＬＣＤ製造用フォトマスクにおけるパターン描画には、レーザー描画装置が用いられ、領域全体をスキャンし、描画部のみビームをＯＮするラスター方式が用いられている。
【００１０】
これらのパターン描画装置では、固有の描画パラメータが設けられている例が多い。例えば、ＬＣＤ製造用フォトマスク向けレーザー描画装置では、１回のビーム走査幅を示すＳＨというパラメータが設けられている。パターンピッチとＳＨが異なる場合、パターンエッジとＳＨの境界部が重なる時にパターンの寸法変動が生じることがある。
【００１１】
また、ＥＢ描画装置では、描画ＦＩＥＬＤと呼ばれる正方形状の描画領域が設定され、この描画領域境界部でパターンの寸法変動や位置変動が生じることが確認されている。
【００１２】
これらの描画装置では、生じるムラ欠陥は、何れも描画パラメータに依存した周期性を有しているため、描画パラメータとムラ発生周期との関係性が重要視されてきている。その他に、描画装置にはビーム強度を調節する機能や、同一パターン部にビームを何回重ねて走査させるかを示す、多重描画回数の設定機能が具備されているものが多く、描画するパターンに応じた最適な描画条件を導出することが求められている。
【００１３】
従来技術は、製造工程上における製品検査に係る内容に留まっている。しかし、前述したように、ムラ欠陥のような修正困難な欠陥が発生した場合には不良品として取り扱うしかなくなってしまう。そこで、以上のような修正困難な欠陥の発生を未然に防ぎ、製品歩留まりを向上させるための手法の確立が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−２７５６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱うパターンのムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を導出し、実サイズの基板へ描画するパターン製品の歩留まりの向上を図るパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１に対応する発明は、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱う前記パターンのムラ欠陥が発生しないような描画条件を事前に導出するパターンの描画条件導出方法であって、
前記基板上に形成するパターン情報を生成するパターン情報生成工程と、前記パターン情報に対して、ビームの振り幅、多重描画回数、水平面内のパターン描画方向、ビーム露光量などの組み合わせによる、２通り以上の描画条件を設定する描画条件設定工程と、前記パターン情報生成工程で生成されるパターン情報の全部または一部を抜き取り、実際にパターンを描画する前記基板よりもサイズの小さな補助基板上に、前記描画条件設定工程で設定された各描画条件のもとに、矩形領域をなす補助パターンを形成する補助パターン描画工程と、前記補助パターンが形成された補助基板に対して照明光を入射し、前記補助パターンにより生じる回折光を、光学系を介して光電変換素子上に結像させて画像として取得し、前記ムラ欠陥に関するムラ評価値とムラ発生周期とを求めることにより、前記複数の描画条件の中から前記ムラ欠陥が生じない描画条件を導出する描画条件判定工程とを含むことを特徴とするパターンの描画条件導出方法である。
【００１７】
請求項２に対応する発明としては、前記補助パターンのパターンピッチは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内である請求項１に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００１８】
請求項３に対応する発明としては、前記補助パターン描画工程で形成される前記矩形領域は、マトリクス状にＸ、Ｙ方向に等間隔で配列することを特徴とする請求項１又は請求項２に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００１９】
請求項４に対応する発明としては、前記補助基板のサイズは、望ましくは５インチ又は６インチであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２０】
請求項５に対応する発明としては、前記基板及び前記補助基板には、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内の所定波長域の光を露光するためのフォトマスクが施されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２１】
請求項６に対応する発明としては、前記描画条件判定工程で用いられる前記照明光の波長は、中心波長５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２２】
請求項７に対応する発明としては、前記描画条件判定工程における画像取得手段は、前記補助基板のパターンから生じる回折光のうち、前記補助基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系と、この光学系で抽出される垂直な回折光を結像させて画像変換する光電変換素子を用いた撮像手段とを有することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２３】
請求項８に対応する発明としては、前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ評価値の算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して矩形領域内の各画素における輝度積算値と該輝度積算値に対する比較基準値とを用いて、ムラ評価値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２４】
請求項９に対応する発明としては、前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ発生周期算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を実施してムラ発生周期を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２５】
請求項１０に対応する発明は、請求項１〜請求項９の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法で使用するパターン情報生成工程、描画条件設定工程、補助パターン描画工程及び描画条件判定工程の他、この描画条件判定工程によって導出された描画条件のもとに実サイズの基板上にパターンを描画するパターン描画工程を備えたことを特徴とするパターン描画装置である。
【００２６】
請求項１１に対応する発明は、請求項１〜請求項９の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法によって導出された描画条件を用いて、実サイズの基板上にパターンを描画することを特徴とするパターン描画装置である。
【００２７】
請求項１２に対応する発明は、波長４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザーを基板上で走査させることによりパターンを描画するラスター式描画装置であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に対応する発明に記載のパターン描画装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置によれば、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱うパターンのムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を導出し、この導出された描画条件のもとに実サイズの基板へパターンを描画することによって製品の歩留まりの向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施の形態に適用される補助パターン１の模式図。
【図２】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の実施の形態に適用される別の補助パターン４の模式図。
【図３】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態を適用してなる描画条件判定装置の一部を概略的に示す構成図。
【図４】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態を適用してなる描画装置におけるパターン描画方法を模式的に説明する図。
【図５】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態を説明する処理手順を示すフロー図。
【図６】本発明に係るパターンの描画条件導出方法に関する補助パターン１の入力情報を説明するための補助基板と投光方向θ軸との対応関係を説明する図。
【図７】本発明に係るパターンの描画条件導出方法で取り扱う被処理画像に対する矩形計算領域の定義方法を説明する模式図。
【図８】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態の処理手順の中で被処理画像からの積算値ΣＩと比較基準値ΣＯの算出方法を説明する模式図。
【図９】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施例におけるＳＨとムラ評価値Ｃの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置の一実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係るパターンの描画条件導出方法で用いられるパターン部形状が格子形状である場合の補助パターン１の模式図である。なお、補助パターン１は、実サイズの基板と同じ材質であるが、実際の基板よりも小さな、望ましくは５インチ又は６インチサイズの基材２上にパターン部３を形成したものであり、例えばフォトマスクなど、フォトリソグラフィーやエッチングにより製作されるものを挙げることが出来る。
【００３２】
図１において、Ｙ方向に対しては、適用すべきＳＨ（ビーム振り幅又はビーム走査幅）に対し、最小値をＳＨｍｉｎ、最大値をＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量をΔＳＨとした場合、パターン部３としては、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＳＨｍｉｎ、ＳＨｍｉｎ ＋ ΔＳＨ、ＳＨｍｉｎ ＋ ２ × ΔＳＨ、・・・、ＳＨｍｉｎ ＋ Ｍ × ΔＳＨ（Ｍは自然数）、ＳＨｍａｘ、というように、ＳＨｍｉｎ 〜 ＳＨｍａｘの範囲でＳＨが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。
【００３３】
一方、Ｘ方向に対しては、適用すべき多重描画回数ＰＮに対し、最小値をＰＮｍｉｎ、最大値をＰＮｍａｘ、ＰＮ増分量をΔＰＮとした場合、パターン部３としては、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＰＮｍｉｎ、ＰＮｍｉｎ ＋ ΔＰＮ、ＰＮｍｉｎ ＋ ２ × ΔＰＮ、・・・、ＰＮｍｉｎ ＋ Ｎ × ΔＰＮ（Ｎは自然数）、ＰＮｍａｘ、というよう、ＰＮｍｉｎ 〜 ＰＮｍａｘの範囲でＰＮが異なる矩形領域をＸ方向に等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００３４】
図２は、図１と同様にパターン部形状が格子形状である場合の補助パターン４の模式図である。この補助パターン４は、２列構成とし、１列目には、補助パターン１と同様に、適用すべきＳＨに対し、最小値をＳＨｍｉｎ、最大値をＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量をΔＳＨとした場合、パターン部６としては、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＳＨｍｉｎ、ＳＨｍｉｎ ＋ ΔＳＨ、ＳＨｍｉｎ ＋ ２ × ΔＳＨ、・・・、ＳＨｍｉｎ ＋ Ｍ × ΔＳＨ（Ｍは自然数）、ＳＨｍａｘ、というように、ＳＨｍｉｎ 〜 ＳＨｍａｘの範囲でＳＨが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。２列目には、１列目のパターン部６に対して相対的にパターン方向が９０゜回転するようにパターン部７を配列させ、１列目と同様に適用すべきＳＨに対し、最小値をＳＨｍｉｎ、最大値をＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量をΔＳＨとした場合、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＳＨｍｉｎ、ＳＨｍｉｎ ＋ ΔＳＨ、ＳＨｍｉｎ ＋ ２ × ΔＳＨ、・・・、ＳＨｍｉｎ ＋ Ｍ × ΔＳＨ（Ｍは自然数）、ＳＨｍａｘ、というように、ＳＨｍｉｎ 〜 ＳＨｍａｘの範囲でＳＨが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。
【００３５】
以上、代表的な２種類の補助パターン１，４を用いた形態について説明したが、勿論描画対象となるパターン形状に応じ、同様の手法を用いて他の形状のパターン部を有する補助パターンを作成しても良い。因みに、補助パターン１，４のパターン部３、６のパターンピッチｄｘ、ｄｙとしては、例えば１０μｍ〜１００μｍの範囲内とする。
【００３６】
図３は、本発明に係る一実施形態の方法を適用してなる描画条件判定装置の一部を概略的に示した構成図である。図３は透過回折光を得るための装置の構成例を示している。なお、本装置は外乱光や迷光を極力低減させた暗環境かつ補助基板６０への異物付着を防止するクリーン環境で稼動されることが望ましい。
【００３７】
本装置は、図３に示すように、透過照明部１０と、補助基板６０の位置決め動作及び基板搬送動作が可能なＸ−Ｙステージ部２０と、補助基板６０の位置決めを実施するためのアライメント用撮像部３０と、補助基板６０からの回折像を撮像し、被処理画像取得を実施する撮像部４０と、ＣＰＵで構成される処理・制御部１００から構成されている。
【００３８】
透過照明部１０は、円弧レール１１がターンテーブル１２上に設置されている。円弧レール１１には照明ヘッド１３が設けられており、光源１４からはライトガイド１５を用いて照明ヘッド１３へ導光している。透過照明部１０は、円弧レール１１上で照明ヘッド１３を駆動することによって補助基板６０の被撮像面に対して垂直方向の照射角度の調整を行うようにしている（なお、この駆動軸をφ軸と定義する）。
【００３９】
照明ヘッド１３は、円弧レール１１上のどの位置にあっても、Ｘ−Ｙステージ部２０上の補助基板６０の被撮像面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。また、ターンテーブル１２は、円弧レール１１を補助基板６０の被撮像面に対して、水平方向に回転させることが可能であり（この駆動軸をθ軸と定義する）、水平方向における任意方向からの照明光の照射が可能な構成となっている。
【００４０】
なお、照明ヘッド１３には平行光学系が設けられている。光源１４としては、十分な照度を有するものが望ましく、本実施形態ではメタルハライド光源装置を用いているが、ハイパワータイプのＬＥＤ光源装置を用いても良く、仮にそれでも光量が不十分であれば複数台のＬＥＤ光源装置を用いても良い。なお、本実施形態に適用する光源１４としては、中心のピーク波長５４０ｎｍのバンドパスフィルタが内蔵されたメタルハライド光源装置を用いている。光源１４にＬＥＤ光源装置を用いる場合には、例えば、緑色ＬＥＤチップが実装されたＬＥＤ光源装置を利用するものとする。
【００４１】
補助基板６０は、Ｘ―Ｙステージ部２０におけるワークストッパー２１にてＸ及びＹ方向で固定される。なお、ワークストッパー２１は基板サイズに応じて固定位置の調整が可能である。Ｘ―Ｙステージ部２０は、補助基板６０を図３のＸ軸方向及びＹ軸方向に平行移動する機能を有する。これによって、予め設定した動作手順に従って補助基板６０をＸ軸及びＹ軸方向に駆動する。
【００４２】
アライメント用撮像部３０は、カメラ３１、レンズ３２、照明３３及び照明制御装置３４によって構成される。補助基板６０上のアライメントマークを含む領域に対して同軸落射形式で照明光が照射され、その観察画像がカメラ３１により撮像される。なお、照明制御装置３４は、照明３３に対して、点灯／消灯制御及び照明光強度の調節が出来るようになっている。照明制御装置３４は、実際には処理・制御部１００からの制御動作等の指示に従い、照明３３の制御や光強度の調節を行う。
【００４３】
なお、本実施の形態では、カメラ３１にはエリアセンサーカメラを、レンズ３２には同軸落射タイプの固定倍率テレセントリックレンズを、そして照明３３には高輝度スポット型の白色ＬＥＤ照明をそれぞれ用いている。
【００４４】
撮像部４０は、カメラ４１と、平行光学系４２と、Ｚステージ４３から構成される。カメラ４１としては、可視光域に分光感度特性を有している光電変換素子を具備していることが望ましい。本実施の形態では、カメラ４１としてエリアセンサーカメラを用いているが、ラインセンサーカメラを用いても良い。
【００４５】
平行光学系４２には、テレセントリックズームレンズが用いられている。このとき、レンズのテレセントリシティとして０．５°以下を満足するようなものが望ましい。また、Ｚステージ４３には、カメラ４１とレンズ４２が被検査基板６０上の被撮像面に対して鉛直方向に移動可能になっており、この移動動作によって焦点位置の調整が可能となる。
【００４６】
処理・制御部１００は、情報処理手段１０１、信号入力部１０２、１０３、表示部１０４及び入力操作部１０５を備え、情報処理手段１０１にて透過照明部１０、Ｘ−Ｙステージ部２０、アライメント用撮像部３０及び撮像部４０等の動作管理・処理制御を統括的に実行する機能を有している。
【００４７】
図４は、本発明に係る一実施の形態による方法を適用してなる描画装置におけるパターン描画方法を模式的に示した図である。本実施の形態においては、例えば波長４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザーを照射し、パターンを描画するラスター式のレーザー描画装置を用いられる。ビームの描画方法は、描画する領域全体を走査し、描画部のみビームをＯＮするラスター方式である。１回のビーム走査幅はＳＨの値によって決められる。
【００４８】
図５は、本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施の形態である処理手順を説明するフロー図である。
【００４９】
このパターンの描画条件導出方法は、図１に示した補助パターン１を用いた場合の実施の形態例であって、以下、ステップＳ１〜Ｓ５の順に従って説明する。
【００５０】
先ず、描画すべきパターン情報を生成する（Ｓ１）。なお、パターン情報を生成する為に用いる処理手段としては、処理・制御部１００を用いても良いし、他の処理手段を用いても構わない。
【００５１】
次に、入力操作部１０５からパターン描画条件を設定する（Ｓ２）。本実施の形態では、具体的には、適用すべきビームの振り幅ＳＨの最小値であるＳＨｍｉｎ、ＳＨ最大値であるＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量であるΔＳＨと、多重描画回数ＰＮの最小値であるＰＮｍｉｎ、ＰＮ最大値であるＰＮｍａｘ、ＰＮ増分量であるΔＰＮ、水平面内のパターン描画方向、ビーム露光量などの描画条件が挙げられ、これら複数の項目及び各項目設定値の組み合わせることにより、２通り以上の描画条件を設定する。
【００５２】
次に、パターン描画装置を用いて、図１に示す補助パターン１の描画を行うが（Ｓ３）、このとき描画条件判定装置を用いて、設定された何れの描画条件であればパターンおけるムラ欠陥が発生しないか否かの最適描画条件の判定処理を行う（Ｓ４）。この最適描画条件の判定（導出）処理（Ｓ４）は、Ａ１〜Ａ６の処理ステップによって実現される。
【００５３】
以下、Ａ１〜Ａ６の処理ステップＡ１〜Ａ６の順に簡単に説明する。
補助パターン１におけるパターンピッチ、サイズ、パターン部レイアウト、各パターンの描画条件等の情報を、キーボード、入力デバイス等の入力操作部１０５を備えた情報処理手段１０１から入力され、ＲＡＭなどの設定データ記憶部に記憶する（Ａ１）。この段階で、補助基板６０の被撮像面に対して、ターンテーブル１２を水平方向に回転させるθ軸の情報も入力する。ここで、図６には補助基板６０とθとの対応関係を示している（この場合の一例として、θ＝０°、４５°、９０°の３種類について定義した）。
【００５４】
Ｘ−Ｙステージ部２０とアライメント用撮像部３０は、補助パターン１に対するアライメント動作を実施する（Ａ２）。
【００５５】
平行光学系４２におけるレンズ倍率を設定する（Ａ３）。
【００５６】
ムラ欠陥の可視化に最適とされる照明照射角度φを、パターン描画条件毎に設定する（Ａ４）。
【００５７】
Ｘ−Ｙステージ部２０を駆動させ、各パターン部が撮像中心位置に来るように位置調節し、全てのパターン部に対して被処理用の画像取込を実施する（Ａ５）。
【００５８】
ステップＡ５にて得られた各パターン部の被処理画像に対し、ムラ評価値Ｃとムラ周期Ｆを算出し、その結果から最適なパターン描画条件の判定を行う（Ａ６）。ここで、ムラ評価値Ｃとは、ステップＡ５にて得られた被処理画像におけるパターン正常部とパターン変動部における輝度値コントラストを取った値のことである。本実施の形態におけるステップＡ６でのムラ評価値Ｃの算出方法について、以下、ステップＣ１〜Ｃ３の順に説明する。
【００５９】
図７に示すように、ステップＡ５にて得られた被処理画像に対して矩形計算領域を定義し、計算領域内の各画素における輝度値をＸ及びＹ方向に別個に積算し、積算値ΣＩを計算する（Ｃ１）。なお、積算した画素数で割った平均値を取り扱う。図７では矩形計算領域を被処理画像内側へ内挿した状態を示したが、矩形計算領域は被処理画像全面に設定しても良い。
【００６０】
ステップＣ１にて計算された積算値に対する比較基準値ΣＯを計算する（Ｃ２）。積算値からの比較基準値の導出については、図８にて模式的に示している。本実施の形態では、比較基準値の導出方法として移動平均処理を利用する。
【００６１】
以下の演算により、評価値Ｃを算出する（Ｃ３）
Ｃ＝｜ΣＩ−ΣＯ｜ ……（１）
以上のステップＣ１〜Ｃ３は、ムラ評価値Ｃの算出方法に関する説明とする。
【００６２】
次に、ムラ発生周期Ｆの算出方法について、以下、ステップＦ１〜Ｆ３の順に説明する。
【００６３】
ステップＡ５にて得られた被処理画像において、画像中心を基準とし、縦Ｒ画素、横Ｒ画素の矩形領域を定義し、矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実行してパワースペクトル像を導出する（Ｆ１）。なお、２次元フーリエ変換実行の前処理としては、矩形領域内の画像に対する２値化処理を実施しても良い。ただし、計算に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用するため、１２８、２５６、５１２というように２のべき乗で表わされる数値となるようにＲの値を定義する必要がある。
【００６４】
パワースペクトル像から、画像Ｘ方向及びＹ方向それぞれにおいて、空間周波数ｆに対するパワースペクトル分布を求める（Ｆ２）。ここで、空間周波数ｆとは、Ｆ１にて定義した矩形領域の一辺の長さにおける周波数として定義される値である。
【００６５】
ステップＦ２で求めたパワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数ｆを求め、被処理画像における画像分解能から、空間周波数ｆをムラ発生周期Ｆの値へ変換する（Ｆ３）。
【００６６】
以上のステップＦ１〜Ｆ３は、２次元フーリエ変換によるムラ発生周期Ｆ算出方法に関する説明とする。
【００６７】
このムラ発生周期Ｆは、Ｆ＝ＳＨという条件を満たし、且つムラ評価値Ｃに対する判定用閾値Ｃｔｈ以下であって、最もムラ評価値Ｃの値が小さくなったパターン部における描画条件を、最適描画条件と判断することが出来る。ここで、ムラ発生周期ＦとＳＨの値は完全に一致している必要はなく、場合によっては数μｍの誤差を許容しても構わないものとする。
【００６８】
以上のステップＡ１〜Ａ６は、Ｓ４での描画条件判定方法を説明するための処理手順である。
【００６９】
引き続き、ステップＳ４にて決定されたパターン描画条件のもとに実サイズ基板へのパターン描画を行う（Ｓ５）。
【００７０】
以上説明したように、本発明に係る一実施の形態の方法によれば、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するためのパターン描画装置において、ムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を導出し、この導出された最適な描画条件を用いて実サイズの基板へパターンを描画するので、製品の歩留まりを上げることができ、未然に不良製品を少なくして、製品コストの低減化を図ることができる。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明における実施例について説明する。全ての実施例において使用したパターン描画装置は同一である。なお、パターン描画装置におけるビーム走査方向は全て図６におけるＸ方向であり、本実施例では補助基板６０への相対投光方向θ＝０゜とした場合の結果を示すものとする。
【００７２】
実施例として、図１に示す補助パターン１と同様に、ｄｘ＝４６．５μｍ、ｄｙ＝１５．５μｍの格子形状パターンを描画した場合の結果を示す。ステップＳ１〜Ｓ５のフローに基づいて、描画すべきパターン情報を生成した後、パターン描画条件を設定し、補助パターン１を描画した後、描画条件判定装置を用いてムラ欠陥が発生しない最適描画条件の判定を行い、実サイズ基板へパターン描画を行った。このとき、Ｓ２ではＳＨｍｉｎ＝１８６μｍ、ＳＨｍａｘ＝３１０μｍ、ΔＳＨ＝３１μｍ、ＰＮｍｉｎ＝１、ＰＮｍａｘ＝２、ΔＰＮ＝１と設定した。Ｓ４では、Ｃｔｈ＝２０として最適描画条件判定を行ったところ、ＳＨ＝１８６μｍ、ＰＮ＝１の描画条件におけるパターン部のムラ評価値Ｃ＝７．１が最小値となり、最適描画条件と判定された。なお、照明照射角度φ＝５７．０°であり、Ｒ＝２５６として計算したムラ周期Ｆ＝１８６．５μｍであった。本実施例に係る、ＳＨとムラ評価値Ｃの関係を図９に示している。
【００７３】
前述する実施の形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。前記実施の形態は、その他の様々な形態で実施され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。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１、４…補助パターン、２、５…基材、３、６、７…パターン部、１０…透過照明部、１１…円弧レール、１２…ターンテーブル、１３…照明ヘッド、１４…光源、１５…ライトガイド、２０…Ｘ−Ｙステージ部、２１…ワークストッパー、３０…アライメント用撮像部、３１…カメラ、３２…レンズ、３３…照明、３４…照明制御装置、４０…撮像部、４１…カメラ、４２…平行光学系、４３…Ｚステージ、６０…補助基板、１００…処理・制御部、１０１…情報処理手段、１０２、１０３…信号入力部、１０４…表示部、１０５…入力操作部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に電子線やレーザー光を用いて形成されたパターンのムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を、実サイズの基板へ描画する前段階で導出する為のパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成する技術は、半導体装置や各種のデバイス等の製造工程で用いられている。ここで、パターンとは、一定の間隔を有するパターンの集合体を称し、例えば、パターンが所定のピッチで配列されたストライプ状のパターン、開口部のパターンが所定の周期で２次元的に配列されたマトリクス状のパターン等が該当する。このようなパターンを有する基板としては、特に半導体装置、撮像デバイス及び表示デバイス等を製造する際にフォトリソグラフィー処理の露光工程で用いられるフォトマスクが挙げられる。
【０００３】
従来、半導体装置、撮像デバイス及び表示デバイス等の製造工程で用いられるフォトマスクとしては、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光膜が一定のパターンに部分的に除去されて構成されたものが知られている。
【０００４】
フォトマスクのようなパターンにおけるムラ欠陥は、通常、パターンの微細な寸法ズレや位置ズレが規則的に配列していることが原因であることが多いため、個々のパターン検査では発見することが困難であるが、広い領域においてパターンを観察した時に初めて欠陥と認識できる。
【０００５】
周期性のあるパターン、例えばＣＣＤ、ＣＭＯＳ画像センサー製造用フォトマスクにおける周期性パターンのムラを安定的、高精度に撮像、検出可能な検査装置として、照明光が被検査体に照射され、周期性パターンによって生じる透過回折光を画像検査する検査装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
このような周期性パターンの正常部では開口部の形状・ピッチが一定となるため互いに干渉し合って一定の方向に回折光が生じるのに対して、ムラ部では開口部の形状・ピッチが不規則になるため、その形状・ピッチに応じて、その次数毎に種々の方向に種々の強さで回折光が生じる。そこで、特許文献１の検査装置では、正常部とムラ部における回折光強度コントラストの違いから、ムラ部を検出する検査方式をとっている。
【０００７】
しかしながら、従来、以上のような検査方式のもとに製品の検査をした結果、不良と判定されてしまった製品は、不良品として廃棄するしかなかったのが実情である。近年ではレーザーリペア装置等に代表されるパターン修正技術の開発も進んでいるが、その修正精度には限界があり、ムラ欠陥が発生している箇所のように、数ｎｍ〜数１０ｎｍオーダーの欠陥を修正することは現実的に難しい。
【０００８】
また、ＬＣＤ製造用フォトマスク、特に第８世代や第１０世代と呼ばれるガラスサイズ向けのものは、その大きさ故に材料・製造コストが極めて高く、ムラ欠陥のように修正困難な欠陥が発生した場合には不良の製品として取り扱うしかないので、損失金額が極めて大きくなってしまうという問題点がある。
【０００９】
ところで、パターン描画装置における描画方式はベクター方式とラスター方式とに分類される。ＣＣＤ、ＣＭＯＳ画像センサー製造用フォトマスクや半導体装置用基板製造用フォトマスクにおけるパターン描画には、ＥＢ（電子線）描画装置が用いられ、その殆どが描画部のみビーム走査を行うベクター方式が用いられている。一方、ＬＣＤ製造用フォトマスクにおけるパターン描画には、レーザー描画装置が用いられ、領域全体をスキャンし、描画部のみビームをＯＮするラスター方式が用いられている。
【００１０】
これらのパターン描画装置では、固有の描画パラメータが設けられている例が多い。例えば、ＬＣＤ製造用フォトマスク向けレーザー描画装置では、１回のビーム走査幅を示すＳＨというパラメータが設けられている。パターンピッチとＳＨが異なる場合、パターンエッジとＳＨの境界部が重なる時にパターンの寸法変動が生じることがある。
【００１１】
また、ＥＢ描画装置では、描画ＦＩＥＬＤと呼ばれる正方形状の描画領域が設定され、この描画領域境界部でパターンの寸法変動や位置変動が生じることが確認されている。
【００１２】
これらの描画装置では、生じるムラ欠陥は、何れも描画パラメータに依存した周期性を有しているため、描画パラメータとムラ発生周期との関係性が重要視されてきている。その他に、描画装置にはビーム強度を調節する機能や、同一パターン部にビームを何回重ねて走査させるかを示す、多重描画回数の設定機能が具備されているものが多く、描画するパターンに応じた最適な描画条件を導出することが求められている。
【００１３】
従来技術は、製造工程上における製品検査に係る内容に留まっている。しかし、前述したように、ムラ欠陥のような修正困難な欠陥が発生した場合には不良品として取り扱うしかなくなってしまう。そこで、以上のような修正困難な欠陥の発生を未然に防ぎ、製品歩留まりを向上させるための手法の確立が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−２７５６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱うパターンのムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を導出し、実サイズの基板へ描画するパターン製品の歩留まりの向上を図るパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するために、請求項１に対応する発明は、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱う前記パターンのムラ欠陥が発生しないような描画条件を事前に導出するパターンの描画条件導出方法であって、
前記基板上に形成するパターン情報を生成するパターン情報生成工程と、前記パターン情報に対して、ビームの振り幅、多重描画回数、水平面内のパターン描画方向、ビーム露光量などの組み合わせによる、２通り以上の描画条件を設定する描画条件設定工程と、前記パターン情報生成工程で生成されるパターン情報の全部または一部を抜き取り、実際にパターンを描画する前記基板よりもサイズの小さな補助基板上に、前記描画条件設定工程で設定された各描画条件のもとに、矩形領域をなす補助パターンを形成する補助パターン描画工程と、前記補助パターンが形成された補助基板に対して照明光を入射し、前記補助パターンにより生じる回折光を、光学系を介して光電変換素子上に結像させて画像として取得し、前記ムラ欠陥に関するムラ評価値とムラ発生周期とを求めることにより、前記複数の描画条件の中から前記ムラ欠陥が生じない描画条件を導出する描画条件判定工程とを含むことを特徴とするパターンの描画条件導出方法である。
【００１７】
請求項２に対応する発明としては、前記補助パターンのパターンピッチは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内である請求項１に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００１８】
請求項３に対応する発明としては、前記補助パターン描画工程で形成される前記矩形領域は、マトリクス状にＸ、Ｙ方向に等間隔で配列することを特徴とする請求項１又は請求項２に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００１９】
請求項４に対応する発明としては、前記補助基板のサイズは、望ましくは５インチ又は６インチであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２０】
請求項５に対応する発明としては、前記基板及び前記補助基板には、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内の所定波長域の光を露光するためのフォトマスクが施されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２１】
請求項６に対応する発明としては、前記描画条件判定工程で用いられる前記照明光の波長は、中心波長５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２２】
請求項７に対応する発明としては、前記描画条件判定工程における画像取得手段は、前記補助基板のパターンから生じる回折光のうち、前記補助基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系と、この光学系で抽出される垂直な回折光を結像させて画像変換する光電変換素子を用いた撮像手段とを有することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２３】
請求項８に対応する発明としては、前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ評価値の算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して矩形領域内の各画素における輝度積算値と該輝度積算値に対する比較基準値とを用いて、ムラ評価値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２４】
請求項９に対応する発明としては、前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ発生周期算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を実施してムラ発生周期を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法である。
【００２５】
請求項１０に対応する発明は、請求項１〜請求項９の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法で使用するパターン情報生成工程、描画条件設定工程、補助パターン描画工程及び描画条件判定工程の他、この描画条件判定工程によって導出された描画条件のもとに実サイズの基板上にパターンを描画するパターン描画工程を備えたことを特徴とするパターン描画装置である。
【００２６】
請求項１１に対応する発明は、請求項１〜請求項９の何れか一項に対応する発明に記載のパターンの描画条件導出方法によって導出された描画条件を用いて、実サイズの基板上にパターンを描画することを特徴とするパターン描画装置である。
【００２７】
請求項１２に対応する発明は、波長４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザーを基板上で走査させることによりパターンを描画するラスター式描画装置であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に対応する発明に記載のパターン描画装置である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係るパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置によれば、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱うパターンのムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を導出し、この導出された描画条件のもとに実サイズの基板へパターンを描画することによって製品の歩留まりの向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施の形態に適用される補助パターン１の模式図。
【図２】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の実施の形態に適用される別の補助パターン４の模式図。
【図３】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態を適用してなる描画条件判定装置の一部を概略的に示す構成図。
【図４】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態を適用してなる描画装置におけるパターン描画方法を模式的に説明する図。
【図５】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態を説明する処理手順を示すフロー図。
【図６】本発明に係るパターンの描画条件導出方法に関する補助パターン１の入力情報を説明するための補助基板と投光方向θ軸との対応関係を説明する図。
【図７】本発明に係るパターンの描画条件導出方法で取り扱う被処理画像に対する矩形計算領域の定義方法を説明する模式図。
【図８】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施形態の処理手順の中で被処理画像からの積算値ΣＩと比較基準値ΣＯの算出方法を説明する模式図。
【図９】本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施例におけるＳＨとムラ評価値Ｃの関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るパターンの描画条件導出方法及びパターン描画装置の一実施の形態について説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係るパターンの描画条件導出方法で用いられるパターン部形状が格子形状である場合の補助パターン１の模式図である。なお、補助パターン１は、実サイズの基板と同じ材質であるが、実際の基板よりも小さな、望ましくは５インチ又は６インチサイズの基材２上にパターン部３を形成したものであり、例えばフォトマスクなど、フォトリソグラフィーやエッチングにより製作されるものを挙げることが出来る。
【００３２】
図１において、Ｙ方向に対しては、適用すべきＳＨ（ビーム振り幅又はビーム走査幅）に対し、最小値をＳＨｍｉｎ、最大値をＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量をΔＳＨとした場合、パターン部３としては、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＳＨｍｉｎ、ＳＨｍｉｎ ＋ ΔＳＨ、ＳＨｍｉｎ ＋ ２ × ΔＳＨ、・・・、ＳＨｍｉｎ ＋ Ｍ × ΔＳＨ（Ｍは自然数）、ＳＨｍａｘ、というように、ＳＨｍｉｎ 〜 ＳＨｍａｘの範囲でＳＨが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。
【００３３】
一方、Ｘ方向に対しては、適用すべき多重描画回数ＰＮに対し、最小値をＰＮｍｉｎ、最大値をＰＮｍａｘ、ＰＮ増分量をΔＰＮとした場合、パターン部３としては、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＰＮｍｉｎ、ＰＮｍｉｎ ＋ ΔＰＮ、ＰＮｍｉｎ ＋ ２ × ΔＰＮ、・・・、ＰＮｍｉｎ ＋ Ｎ × ΔＰＮ（Ｎは自然数）、ＰＮｍａｘ、というよう、ＰＮｍｉｎ 〜 ＰＮｍａｘの範囲でＰＮが異なる矩形領域をＸ方向に等間隔に配列させたものとする。また、アライメントマークなど装置機械軸調整に必要とされるアクセサリーパターンを適宜配置させても良い。
【００３４】
図２は、図１と同様にパターン部形状が格子形状である場合の補助パターン４の模式図である。この補助パターン４は、２列構成とし、１列目には、補助パターン１と同様に、適用すべきＳＨに対し、最小値をＳＨｍｉｎ、最大値をＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量をΔＳＨとした場合、パターン部６としては、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＳＨｍｉｎ、ＳＨｍｉｎ ＋ ΔＳＨ、ＳＨｍｉｎ ＋ ２ × ΔＳＨ、・・・、ＳＨｍｉｎ ＋ Ｍ × ΔＳＨ（Ｍは自然数）、ＳＨｍａｘ、というように、ＳＨｍｉｎ 〜 ＳＨｍａｘの範囲でＳＨが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。２列目には、１列目のパターン部６に対して相対的にパターン方向が９０゜回転するようにパターン部７を配列させ、１列目と同様に適用すべきＳＨに対し、最小値をＳＨｍｉｎ、最大値をＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量をΔＳＨとした場合、パターンピッチｄｘ、ｄｙの格子形状パターンが、ＳＨｍｉｎ、ＳＨｍｉｎ ＋ ΔＳＨ、ＳＨｍｉｎ ＋ ２ × ΔＳＨ、・・・、ＳＨｍｉｎ ＋ Ｍ × ΔＳＨ（Ｍは自然数）、ＳＨｍａｘ、というように、ＳＨｍｉｎ 〜 ＳＨｍａｘの範囲でＳＨが異なる矩形領域をＹ方向に等間隔に配列させたものとする。
【００３５】
以上、代表的な２種類の補助パターン１，４を用いた形態について説明したが、勿論描画対象となるパターン形状に応じ、同様の手法を用いて他の形状のパターン部を有する補助パターンを作成しても良い。因みに、補助パターン１，４のパターン部３、６のパターンピッチｄｘ、ｄｙとしては、例えば１０μｍ〜１００μｍの範囲内とする。
【００３６】
図３は、本発明に係る一実施形態の方法を適用してなる描画条件判定装置の一部を概略的に示した構成図である。図３は透過回折光を得るための装置の構成例を示している。なお、本装置は外乱光や迷光を極力低減させた暗環境かつ補助基板６０への異物付着を防止するクリーン環境で稼動されることが望ましい。
【００３７】
本装置は、図３に示すように、透過照明部１０と、補助基板６０の位置決め動作及び基板搬送動作が可能なＸ−Ｙステージ部２０と、補助基板６０の位置決めを実施するためのアライメント用撮像部３０と、補助基板６０からの回折像を撮像し、被処理画像取得を実施する撮像部４０と、ＣＰＵで構成される処理・制御部１００から構成されている。
【００３８】
透過照明部１０は、円弧レール１１がターンテーブル１２上に設置されている。円弧レール１１には照明ヘッド１３が設けられており、光源１４からはライトガイド１５を用いて照明ヘッド１３へ導光している。透過照明部１０は、円弧レール１１上で照明ヘッド１３を駆動することによって補助基板６０の被撮像面に対して垂直方向の照射角度の調整を行うようにしている（なお、この駆動軸をφ軸と定義する）。
【００３９】
照明ヘッド１３は、円弧レール１１上のどの位置にあっても、Ｘ−Ｙステージ部２０上の補助基板６０の被撮像面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。また、ターンテーブル１２は、円弧レール１１を補助基板６０の被撮像面に対して、水平方向に回転させることが可能であり（この駆動軸をθ軸と定義する）、水平方向における任意方向からの照明光の照射が可能な構成となっている。
【００４０】
なお、照明ヘッド１３には平行光学系が設けられている。光源１４としては、十分な照度を有するものが望ましく、本実施形態ではメタルハライド光源装置を用いているが、ハイパワータイプのＬＥＤ光源装置を用いても良く、仮にそれでも光量が不十分であれば複数台のＬＥＤ光源装置を用いても良い。なお、本実施形態に適用する光源１４としては、中心のピーク波長５４０ｎｍのバンドパスフィルタが内蔵されたメタルハライド光源装置を用いている。光源１４にＬＥＤ光源装置を用いる場合には、例えば、緑色ＬＥＤチップが実装されたＬＥＤ光源装置を利用するものとする。
【００４１】
補助基板６０は、Ｘ―Ｙステージ部２０におけるワークストッパー２１にてＸ及びＹ方向で固定される。なお、ワークストッパー２１は基板サイズに応じて固定位置の調整が可能である。Ｘ―Ｙステージ部２０は、補助基板６０を図３のＸ軸方向及びＹ軸方向に平行移動する機能を有する。これによって、予め設定した動作手順に従って補助基板６０をＸ軸及びＹ軸方向に駆動する。
【００４２】
アライメント用撮像部３０は、カメラ３１、レンズ３２、照明３３及び照明制御装置３４によって構成される。補助基板６０上のアライメントマークを含む領域に対して同軸落射形式で照明光が照射され、その観察画像がカメラ３１により撮像される。なお、照明制御装置３４は、照明３３に対して、点灯／消灯制御及び照明光強度の調節が出来るようになっている。照明制御装置３４は、実際には処理・制御部１００からの制御動作等の指示に従い、照明３３の制御や光強度の調節を行う。
【００４３】
なお、本実施の形態では、カメラ３１にはエリアセンサーカメラを、レンズ３２には同軸落射タイプの固定倍率テレセントリックレンズを、そして照明３３には高輝度スポット型の白色ＬＥＤ照明をそれぞれ用いている。
【００４４】
撮像部４０は、カメラ４１と、平行光学系４２と、Ｚステージ４３から構成される。カメラ４１としては、可視光域に分光感度特性を有している光電変換素子を具備していることが望ましい。本実施の形態では、カメラ４１としてエリアセンサーカメラを用いているが、ラインセンサーカメラを用いても良い。
【００４５】
平行光学系４２には、テレセントリックズームレンズが用いられている。このとき、レンズのテレセントリシティとして０．５°以下を満足するようなものが望ましい。また、Ｚステージ４３には、カメラ４１とレンズ４２が被検査基板６０上の被撮像面に対して鉛直方向に移動可能になっており、この移動動作によって焦点位置の調整が可能となる。
【００４６】
処理・制御部１００は、情報処理手段１０１、信号入力部１０２、１０３、表示部１０４及び入力操作部１０５を備え、情報処理手段１０１にて透過照明部１０、Ｘ−Ｙステージ部２０、アライメント用撮像部３０及び撮像部４０等の動作管理・処理制御を統括的に実行する機能を有している。
【００４７】
図４は、本発明に係る一実施の形態による方法を適用してなる描画装置におけるパターン描画方法を模式的に示した図である。本実施の形態においては、例えば波長４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザーを照射し、パターンを描画するラスター式のレーザー描画装置を用いられる。ビームの描画方法は、描画する領域全体を走査し、描画部のみビームをＯＮするラスター方式である。１回のビーム走査幅はＳＨの値によって決められる。
【００４８】
図５は、本発明に係るパターンの描画条件導出方法の一実施の形態である処理手順を説明するフロー図である。
【００４９】
このパターンの描画条件導出方法は、図１に示した補助パターン１を用いた場合の実施の形態例であって、以下、ステップＳ１〜Ｓ５の順に従って説明する。
【００５０】
先ず、描画すべきパターン情報を生成する（Ｓ１）。なお、パターン情報を生成する為に用いる処理手段としては、処理・制御部１００を用いても良いし、他の処理手段を用いても構わない。
【００５１】
次に、入力操作部１０５からパターン描画条件を設定する（Ｓ２）。本実施の形態では、具体的には、適用すべきビームの振り幅ＳＨの最小値であるＳＨｍｉｎ、ＳＨ最大値であるＳＨｍａｘ、ＳＨ増分量であるΔＳＨと、多重描画回数ＰＮの最小値であるＰＮｍｉｎ、ＰＮ最大値であるＰＮｍａｘ、ＰＮ増分量であるΔＰＮ、水平面内のパターン描画方向、ビーム露光量などの描画条件が挙げられ、これら複数の項目及び各項目設定値の組み合わせることにより、２通り以上の描画条件を設定する。
【００５２】
次に、パターン描画装置を用いて、図１に示す補助パターン１の描画を行うが（Ｓ３）、このとき描画条件判定装置を用いて、設定された何れの描画条件であればパターンおけるムラ欠陥が発生しないか否かの最適描画条件の判定処理を行う（Ｓ４）。この最適描画条件の判定（導出）処理（Ｓ４）は、Ａ１〜Ａ６の処理ステップによって実現される。
【００５３】
以下、Ａ１〜Ａ６の処理ステップＡ１〜Ａ６の順に簡単に説明する。
補助パターン１におけるパターンピッチ、サイズ、パターン部レイアウト、各パターンの描画条件等の情報を、キーボード、入力デバイス等の入力操作部１０５を備えた情報処理手段１０１から入力され、ＲＡＭなどの設定データ記憶部に記憶する（Ａ１）。この段階で、補助基板６０の被撮像面に対して、ターンテーブル１２を水平方向に回転させるθ軸の情報も入力する。ここで、図６には補助基板６０とθとの対応関係を示している（この場合の一例として、θ＝０°、４５°、９０°の３種類について定義した）。
【００５４】
Ｘ−Ｙステージ部２０とアライメント用撮像部３０は、補助パターン１に対するアライメント動作を実施する（Ａ２）。
【００５５】
平行光学系４２におけるレンズ倍率を設定する（Ａ３）。
【００５６】
ムラ欠陥の可視化に最適とされる照明照射角度φを、パターン描画条件毎に設定する（Ａ４）。
【００５７】
Ｘ−Ｙステージ部２０を駆動させ、各パターン部が撮像中心位置に来るように位置調節し、全てのパターン部に対して被処理用の画像取込を実施する（Ａ５）。
【００５８】
ステップＡ５にて得られた各パターン部の被処理画像に対し、ムラ評価値Ｃとムラ周期Ｆを算出し、その結果から最適なパターン描画条件の判定を行う（Ａ６）。ここで、ムラ評価値Ｃとは、ステップＡ５にて得られた被処理画像におけるパターン正常部とパターン変動部における輝度値コントラストを取った値のことである。本実施の形態におけるステップＡ６でのムラ評価値Ｃの算出方法について、以下、ステップＣ１〜Ｃ３の順に説明する。
【００５９】
図７に示すように、ステップＡ５にて得られた被処理画像に対して矩形計算領域を定義し、計算領域内の各画素における輝度値をＸ及びＹ方向に別個に積算し、積算値ΣＩを計算する（Ｃ１）。なお、積算した画素数で割った平均値を取り扱う。図７では矩形計算領域を被処理画像内側へ内挿した状態を示したが、矩形計算領域は被処理画像全面に設定しても良い。
【００６０】
ステップＣ１にて計算された積算値に対する比較基準値ΣＯを計算する（Ｃ２）。積算値からの比較基準値の導出については、図８にて模式的に示している。本実施の形態では、比較基準値の導出方法として移動平均処理を利用する。
【００６１】
以下の演算により、評価値Ｃを算出する（Ｃ３）
Ｃ＝｜ΣＩ−ΣＯ｜ ……（１）
以上のステップＣ１〜Ｃ３は、ムラ評価値Ｃの算出方法に関する説明とする。
【００６２】
次に、ムラ発生周期Ｆの算出方法について、以下、ステップＦ１〜Ｆ３の順に説明する。
【００６３】
ステップＡ５にて得られた被処理画像において、画像中心を基準とし、縦Ｒ画素、横Ｒ画素の矩形領域を定義し、矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実行してパワースペクトル像を導出する（Ｆ１）。なお、２次元フーリエ変換実行の前処理としては、矩形領域内の画像に対する２値化処理を実施しても良い。ただし、計算に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用するため、１２８、２５６、５１２というように２のべき乗で表わされる数値となるようにＲの値を定義する必要がある。
【００６４】
パワースペクトル像から、画像Ｘ方向及びＹ方向それぞれにおいて、空間周波数ｆに対するパワースペクトル分布を求める（Ｆ２）。ここで、空間周波数ｆとは、Ｆ１にて定義した矩形領域の一辺の長さにおける周波数として定義される値である。
【００６５】
ステップＦ２で求めたパワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数ｆを求め、被処理画像における画像分解能から、空間周波数ｆをムラ発生周期Ｆの値へ変換する（Ｆ３）。
【００６６】
以上のステップＦ１〜Ｆ３は、２次元フーリエ変換によるムラ発生周期Ｆ算出方法に関する説明とする。
【００６７】
このムラ発生周期Ｆは、Ｆ＝ＳＨという条件を満たし、且つムラ評価値Ｃに対する判定用閾値Ｃｔｈ以下であって、最もムラ評価値Ｃの値が小さくなったパターン部における描画条件を、最適描画条件と判断することが出来る。ここで、ムラ発生周期ＦとＳＨの値は完全に一致している必要はなく、場合によっては数μｍの誤差を許容しても構わないものとする。
【００６８】
以上のステップＡ１〜Ａ６は、Ｓ４での描画条件判定方法を説明するための処理手順である。
【００６９】
引き続き、ステップＳ４にて決定されたパターン描画条件のもとに実サイズ基板へのパターン描画を行う（Ｓ５）。
【００７０】
以上説明したように、本発明に係る一実施の形態の方法によれば、基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するためのパターン描画装置において、ムラ欠陥が発生しないような最適な描画条件を導出し、この導出された最適な描画条件を用いて実サイズの基板へパターンを描画するので、製品の歩留まりを上げることができ、未然に不良製品を少なくして、製品コストの低減化を図ることができる。
【実施例】
【００７１】
以下、本発明における実施例について説明する。全ての実施例において使用したパターン描画装置は同一である。なお、パターン描画装置におけるビーム走査方向は全て図６におけるＸ方向であり、本実施例では補助基板６０への相対投光方向θ＝０゜とした場合の結果を示すものとする。
【００７２】
実施例として、図１に示す補助パターン１と同様に、ｄｘ＝４６．５μｍ、ｄｙ＝１５．５μｍの格子形状パターンを描画した場合の結果を示す。ステップＳ１〜Ｓ５のフローに基づいて、描画すべきパターン情報を生成した後、パターン描画条件を設定し、補助パターン１を描画した後、描画条件判定装置を用いてムラ欠陥が発生しない最適描画条件の判定を行い、実サイズ基板へパターン描画を行った。このとき、Ｓ２ではＳＨｍｉｎ＝１８６μｍ、ＳＨｍａｘ＝３１０μｍ、ΔＳＨ＝３１μｍ、ＰＮｍｉｎ＝１、ＰＮｍａｘ＝２、ΔＰＮ＝１と設定した。Ｓ４では、Ｃｔｈ＝２０として最適描画条件判定を行ったところ、ＳＨ＝１８６μｍ、ＰＮ＝１の描画条件におけるパターン部のムラ評価値Ｃ＝７．１が最小値となり、最適描画条件と判定された。なお、照明照射角度φ＝５７．０°であり、Ｒ＝２５６として計算したムラ周期Ｆ＝１８６．５μｍであった。本実施例に係る、ＳＨとムラ評価値Ｃの関係を図９に示している。
【００７３】
前述する実施の形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。前記実施の形態は、その他の様々な形態で実施され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。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７４】
１、４…補助パターン、２、５…基材、３、６、７…パターン部、１０…透過照明部、１１…円弧レール、１２…ターンテーブル、１３…照明ヘッド、１４…光源、１５…ライトガイド、２０…Ｘ−Ｙステージ部、２１…ワークストッパー、３０…アライメント用撮像部、３１…カメラ、３２…レンズ、３３…照明、３４…照明制御装置、４０…撮像部、４１…カメラ、４２…平行光学系、４３…Ｚステージ、６０…補助基板、１００…処理・制御部、１０１…情報処理手段、１０２、１０３…信号入力部、１０４…表示部、１０５…入力操作部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱う前記パターンのムラ欠陥が発生しないような描画条件を事前に導出するパターンの描画条件導出方法であって、
前記基板上に形成するパターン情報を生成するパターン情報生成工程と、
前記パターン情報に対して、ビームの振り幅、多重描画回数、水平面内のパターン描画方向、ビーム露光量などの組み合わせによる、２通り以上の描画条件を設定する描画条件設定工程と、
前記パターン情報生成工程で生成されるパターン情報の全部または一部を抜き取り、実際にパターンを描画する前記基板よりもサイズの小さな補助基板上に、前記描画条件設定工程で設定された各描画条件のもとに、矩形領域をなす補助パターンを形成する補助パターン描画工程と、
前記補助パターンが形成された補助基板に対して照明光を入射し、前記補助パターンにより生じる回折光を、光学系を介して光電変換素子上に結像させて画像として取得し、前記ムラ欠陥に関するムラ評価値とムラ発生周期とを求めることにより、前記複数の描画条件の中から前記ムラ欠陥が生じない描画条件を導出する描画条件判定工程と
を含むことを特徴とするパターンの描画条件導出方法。
【請求項２】
前記補助パターンのパターンピッチは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項３】
前記補助パターン描画工程で形成される前記矩形領域は、マトリクス状にＸ、Ｙ方向に等間隔で配列することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項４】
前記補助基板のサイズは、望ましくは５インチ又は６インチであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項５】
前記基板及び前記補助基板は、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内の所定波長域の光を露光するためのフォトマスクが施されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項６】
前記描画条件判定工程で用いられる前記照明光の波長は、中心波長５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項７】
前記描画条件判定工程における画像取得手段は、前記補助基板のパターンから生じる回折光のうち、前記補助基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系と、この光学系で抽出される垂直な回折光を結像させて画像変換する光電変換素子を用いた撮像手段とを有することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項８】
前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ評価値の算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して矩形領域内の各画素における輝度積算値と該輝度積算値に対する比較基準値とを用いて、ムラ評価値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項９】
前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ発生周期算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を実施してムラ発生周期を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法で使用するパターン情報生成工程、描画条件設定工程、補助パターン描画工程及び描画条件判定工程の他、この描画条件判定工程によって導出された描画条件のもとに実サイズの基板上にパターンを描画するパターン描画工程を備えたことを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法によって導出された描画条件を用いて、実サイズの基板上にパターンを描画することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１２】
波長４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザーを基板上で走査させることによりパターンを描画するラスター式描画装置であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のパターン描画装置。
【請求項１】
基板上に電子線やレーザー光を用いてパターンを形成するパターン描画装置で取り扱う前記パターンのムラ欠陥が発生しないような描画条件を事前に導出するパターンの描画条件導出方法であって、
前記基板上に形成するパターン情報を生成するパターン情報生成工程と、
前記パターン情報に対して、ビームの振り幅、多重描画回数、水平面内のパターン描画方向、ビーム露光量などの組み合わせによる、２通り以上の描画条件を設定する描画条件設定工程と、
前記パターン情報生成工程で生成されるパターン情報の全部または一部を抜き取り、実際にパターンを描画する前記基板よりもサイズの小さな補助基板上に、前記描画条件設定工程で設定された各描画条件のもとに、矩形領域をなす補助パターンを形成する補助パターン描画工程と、
前記補助パターンが形成された補助基板に対して照明光を入射し、前記補助パターンにより生じる回折光を、光学系を介して光電変換素子上に結像させて画像として取得し、前記ムラ欠陥に関するムラ評価値とムラ発生周期とを求めることにより、前記複数の描画条件の中から前記ムラ欠陥が生じない描画条件を導出する描画条件判定工程と
を含むことを特徴とするパターンの描画条件導出方法。
【請求項２】
前記補助パターンのパターンピッチは、１０μｍ〜１００μｍの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項３】
前記補助パターン描画工程で形成される前記矩形領域は、マトリクス状にＸ、Ｙ方向に等間隔で配列することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項４】
前記補助基板のサイズは、望ましくは５インチ又は６インチであることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項５】
前記基板及び前記補助基板は、波長３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内の所定波長域の光を露光するためのフォトマスクが施されていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項６】
前記描画条件判定工程で用いられる前記照明光の波長は、中心波長５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項７】
前記描画条件判定工程における画像取得手段は、前記補助基板のパターンから生じる回折光のうち、前記補助基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系と、この光学系で抽出される垂直な回折光を結像させて画像変換する光電変換素子を用いた撮像手段とを有することを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項８】
前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ評価値の算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して矩形領域内の各画素における輝度積算値と該輝度積算値に対する比較基準値とを用いて、ムラ評価値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項９】
前記描画条件判定工程におけるムラ欠陥に関するムラ発生周期算出手段は、前記撮像手段により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を実施してムラ発生周期を算出することを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法で使用するパターン情報生成工程、描画条件設定工程、補助パターン描画工程及び描画条件判定工程の他、この描画条件判定工程によって導出された描画条件のもとに実サイズの基板上にパターンを描画するパターン描画工程を備えたことを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項９の何れか一項に記載のパターンの描画条件導出方法によって導出された描画条件を用いて、実サイズの基板上にパターンを描画することを特徴とするパターン描画装置。
【請求項１２】
波長４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザーを基板上で走査させることによりパターンを描画するラスター式描画装置であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のパターン描画装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−６５７１８（Ｐ２０１３−６５７１８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０３７８５（Ｐ２０１１−２０３７８５）
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１６日（２０１１．９．１６）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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