JP3818599B2 - パターン評価方法及びパターン転写方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＬＳＩ製造やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用のフラットパネル製造の際等において微細パターン露光用のマスクとして用いられるフォトマスクや、ＬＣＤ用のフラットパネルに形成された微細パターンの良否を評価するパターン評価方法、特に、一基板上に複数個のパターンが形成された、いわゆる多面取り基板の評価方法、並びに、このパターン評価方法を利用したパターン転写方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ製造やＬＣＤ用のフラットパネル製造の際等において微細パターン露光用マスクとして用いられるフォトマスクには、被転写板に一度の露光で、例えば複数個分の半導体デバイスの集積回路パターンを転写したり、複数個分のカラーフィルターのブラックマトリックスやＲＧＢパターンを転写するための、いわゆる、多面取りのフォトマスクがある。図５はこの種のフォトマスクのうち、透光性基板１０上に２個のパターン１１，１２が形成された２面取りのフォトマスク１の平面図である。このフォトマスクは、通常、透光性基板の表面に遮光膜が形成されたフォトマスクブランクにレジスト膜を形成し、このレジスト膜に電子線で微細パターンを描画する電子線露光などの露光手段により露光を施した後、現像、エッチングして形成される。この電子線描画は、フォトマスクブランクを移動ステージに保持し、描画すべきパターンを設計座標データとしてコンピュータに格納し、この設計座標データに基づいて電子線の描画位置及び移動ステージの位置を制御して行う。
【０００３】
ここで、この電子線描画によって露光し、現像、エッチングによってフォトマスクに実際に形成した微細パターンと、設計座標データで示される微細パターンとが正確に一致していることを保証する必要がある。これが所定以上の精度で一致していないフォトマスクを用いてパターン転写を行った場合、被転写パターンに大量の不良品を造ることになる。このため、製造されたフォトマスクについて、実際に形成された微細パターンと、設計座標データで示される微細パターンとが所定以上の精度で一致しているかどうかを調べ、評価をする必要がある。
【０００４】
この評価方法としては、以下のような方法がある。すなわち、図６に示されるように、各パターン１１，１２のそれぞれのＸ方向及びＹ方向の幅Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｘ2 ，Ｙ2 、並びに、２つのパターンを含んだ幅Ｙ3 をそれぞれ測定し、Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｘ2 ，Ｙ2 の値からそれぞれの面内のパターン位置精度を評価し、Ｙ3 によってパターンの相対位置精度を評価するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法は、いわば一次元的な距離のずれを個別的にみているものであるから、全体的なパターンの配置ずれをみるという観点からは必ずしも最良の方法であるとはいい難い。また、測定する基板上の場所によって距離は多少異なる場合があるため、どこを測定するかで、評価の結果が異なってしまい、正確性及び信頼性に欠けるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は上述の背景のもとでなされたものであり、比較的単純な処理でパターンの良否を正確に評価できるパターン評価方法、並びに、この方法を利用して正確なパターン転写を可能とするパターン転写方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明にかかるパターン評価方法は、
（構成１） パターンの各位置を示した設計座標データに基づいて同一の透光性基板上に複数個形成されたパターンの良否を評価するパターン評価方法であって、
前記透光性基板上に形成された各パターンにおける２以上の位置の各パターン共通の座標系における座標値を測定して実測座標データを求める座標値実測工程と、
この座標値実測工程で求めた実測座標データと前記設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように両データの座標系を重ねて位置合わせする両データの相互位置決定工程と、
前記相互位置決定工程によって決定された位置における両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価工程とを有することを特徴とした構成、
又は、
（構成２） 転写パターン補正機能を装備した露光装置に用いるフォトマスクに形成された転写用パターンであって、パターンの各位置を示した設計座標データに基づいて同一の透光性基板上に複数個形成された転写用パターンの良否を評価するフォトマスクのパターン評価方法において、
前記フォトマスクに形成された各パターン群における２以上の位置の各パターン共通の座標系における座標値を測定して実測座標データをもとめる座標値実測工程と、
この座標値実測工程でもとめた実測座標データと前記設計座標データとを比較して該実測座標データに前記露光装置に装備された転写パターン補正機能による補正と同等の補正を施し、この補正後の実測座標データと前記設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように、両データの座標系を重ねて位置合わせする両データの相互位置決定工程と、
前記相互位置決定工程によって決定された位置における両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価工程とを有することを特徴とした構成とし、
これら構成１又は２の態様として、
（構成３） 構成１又は２のパターン評価方法において、
前記両データ相互位置決定工程は、実測座標データ及び設計座標データの互いに対応関係にある各点同士のずれ量の二乗の和が最小になるように、両データのいずれか一方又は双方を、一座標系において任意の点を中心とした回転移動又は平行移動のいずれか一方又は双方を行う操作を含むものであることを特徴とした構成とした。
【０００８】
また、本発明にかかるパターン転写方法は、
（構成４） フォトマスクに形成されたパターンを転写パターン補正機能を備えた露光装置を用いて転写するパターン転写方法であって、
前記フォトマスクとして、請求項２に記載されたフォトマスクパターン評価方法における相互位置決定工程によって両データのずれ量が許容範囲内にあると評価されたフォトマスクを用い、
前記露光装置として、請求項１ないし３のいずれかに記載されたフオトマスクパターン評価方法における相互位置決定工程において施した補正と同等の補正を行う機能を装備したものを用いることを特徴とした構成とした。
【０００９】
【作用】
上述の構成１ないし３によれば、統計的にみて全体的なパターンの配置のずれをみていることになるから、パターン間の距離のずれをみる従来方法のように、測定する場所によって結果が異なるというようなことがなく、極めて正確なパターンの評価が可能である。
【００１０】
また、構成４によれば、常にずれ量が許容範囲内にあるパターン転写を行うことを可能とし、転写不良の発生を防止することが可能となる。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の実施例にかかるパターン評価方法及びパターン転写方法の手順の要旨を示す図、図２は本発明の実施例の方法を実施する際に使用するパターン評価装置の構成を示す図、図３はパターン評価方法の第１実施例によって相互位置を決定した実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図、図４はパターン評価方法の第２実施例によって相互位置を決定し実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。以下、これらの図面を参照にしながら実施例にかかるパターン評価方法及びパターン転写方法を詳述する。なお、以下の説明では、まず、評価対象たるフォトマスクを説明し、次に、パターン評価装置の構成を説明し、次に、パターン評価方法の第１実施例を説明し、次に、パターン評価方法の第２実施例を説明し、次いで、パターン転写方法の実施例を説明する。
【００１２】
評価対象たるフォトマスク
評価対象たるフォトマスクは次のようにして得たものである。
【００１３】
まず、４００ｍｍ×４００ｍｍ×５ｍｍの低膨張ガラス基板の表面（主表面）に厚さ９８０オングストロームのクロム遮光膜をスパッタリング法により形成し、この上にレジスト（ＡＺー１３５０：ヘキスト社の商品名）を１００００オングストローム塗布する。
【００１４】
次に、こうして形成したレジストに、設計座標データにしたがってレーザ描画を施す。この実施例では、図５に示されるような、Ｙ方向に並ぶ２つのパターン（第１パターン１１、第２パターン１２）を有するフォトマスクを形成することとし、上記設計座標データとしてＸ方向に３列、Ｙ方向に各パターン毎に３列ずつ、計６列の合計１８個の参照点を有するものを用いた。この場合、各参照点のＸ方向の間隔を９６５２０．００μｍ、Ｙ方向の間隔をチップ内の参照点同士は７２３９０．００μｍ、チップ間は１８０００．００μｍとした。
【００１５】
次いで、レジストの現像を行い、ベーク処理を行ってレジストパターンを形成し、さらに、このレジストパターンをマスクにし、所定のエッチング液によりクロム膜をエッチングして、クロム遮光パターンを形成し、しかる後に、残存するレジスト膜を剥離し、洗浄・乾燥処理を施して図５に示すような２面取りフォトマスクを得る。
【００１６】
パターンの評価装置
図１において、符号１はパターン評価の対象たるフォトマスク、符号２は座標値実測装置、符号１００はコンピュータである。
【００１７】
フォトマスク１は上述の１８個の参照点１ａを有するクロム遮光パターンが形成されたフォトマスクである。
【００１８】
座標値実測装置２は、フォトマスク１を載置してＸーＹ方向に移動すると同時にその移動量を精密に求めてＸーＹ座標を計測するＸーＹステージ２ａと、フォトマスク１の表面の参照点１ａを光学的に検知する位置検知光学系２ｂと、コンピュータ１００の有する座標値測定・制御機能とから構成される。すなわち、この座標値実測装置２は、ＸーＹステージ２ａと位置検知光学系２ｂとがコンピュータ１００の座標値測定・制御機能２ｃによって制御されてフォトマスク１に形成された遮光パターンの参照点１ａを検知してその座標値を計測し、この計測値をコンピュータ１００内に実測座標データとして取り込む作業を行うものである。
【００１９】
コンピュータ１００は、上記取り込んだ実測座標データの外に、設計座標データを取り込むとともに、一定の統計処理、座標変換処理及び演算処理を行って、両データのずれが統計的にみて最も小さくなるように両データの座標系の相互位置を決定する機能３を有する。同時に、このようにして決定された相互位置関係において、両データの各点（参照点）のずれ量を求め、これらずれ量が所定の許容範囲にあるか否かの評価を行う機能４を備えているものである。
【００２０】
パターン評価方法の第１実施例
この実施例のパターン評価方法の手順の要旨は図１に示される手順の通りであり、この手順は上述のパターン評価装置を用いて実行される。以下、手順（ａ）〜（ｅ）を詳細に説明する。
【００２１】
（ａ）座標値実測工程
座標値実測装置２を用いて、フォトマスク１の各参照点の座標値を実測し、これを実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）（但し、i ＝１〜３，j ＝１〜６）としてコンピュータ１００内に取り込む。
【００２２】
（ｂ）設計座標データの取り込み工程
コンピュータ１００内に設計座標データの参照点（Ｘij，Ｙij）（但し、i ＝１〜４，j ＝１〜７）を取り込む。なお、この工程は、座標値実測工程の前に行ってもよい。
【００２３】
（ｃ）両データの座標系の重ね工程
工程ａ，ｂで取り込んだ両データの座標系の原点を一致させて両データを重ね合わせる。
【００２４】
（ｄ）両座標系の相互位置決定工程
座標値実測工程で求めた実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように両データの相互位置を定める。具体的には、次の手順で行う。
【００２５】
いま、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）に点（ｃｘ，ｃｙ）を中心とした回転移動（θ）と平行移動（ａｘ，ａｙ）とを加えた座標を（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）とすると、（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）は、次の(1) 式で表わされる。
【００２６】
【数１】
そうすると、この（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）と設計座標データ（Ｘij，Ｙij）との対応する各点の組のＸ，Ｙ座標の差の二乗の和の総和Ｄが最小であれば、両座標の全体的ずれが統計的にみて最小になるということができる。ここで、Ｄは次の(2) 式で表される。
【００２７】
【数２】
したがって、(2) 式のＤを最小にするために必要な両座標系の回転量θ及び平行移動量ａｘ，ａｙを求めれば、両座標系の相互位置を決定できる。具体的には、(1) 式のＤを各パラメータ（ａｘ，ａｙ，θ）で偏微分した値が０になるとしたときに成立する連立方程式を解けばよい。この連立方程式は、次の(3) 〜(5) 式で表される。
【００２８】
【数３】
上記連立方程式(3) 〜(5) を解くと、θ，ａｘ，ａｙが得られる。得られたθ，ａｘ，ａｙは次の(6) 〜(8) 式で表される。
【００２９】
【数４】
ただし、上記(6) 〜(8) 式においてｎは参照点の総数である。
【００３０】
こうして求めたθ，ａｘ，ａｙを(1) 式に代入すると、実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように座標変換された座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）が求まる。図３はフォトマスク１について相互位置が決定された実測座標データと設計座標データとを模式的に示す図である。なお、図３においては●印で示される各点が設計座標データの参照点の座標値（Ｘij，Ｙij）であり、×印で示される各点が実測座標データを座標変換した後の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）である。また、図３においてはずれ量を表すスケールを隣り合う参照点どうしの間隔を表すスケールの１．５×１０4 倍に拡大して示してある。
【００３１】
（ｅ）ずれ量評価工程
設計座標データ（Ｘij，Ｙij）及び実測座標データを座標変換した後の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）の対応する各点のずれ量を求め、このずれ量が許容範囲内であるか否かを評価し、フォトマスク１の良品・不良品の判定を行う。
【００３２】
このとき、各パターンの面内位置精度の評価は、それぞれの第１パターン１１及び第２パターン１２の設計座標データ（Ｘij，Ｙij）（Ｘ＝１〜３，Ｙ＝１〜３）、及び（Ｘij，Ｙij）（Ｘ＝１〜３，Ｙ＝４〜６）と、実測座標データを座標変換した後の第１パターン１１及び第２パターン１２の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）、及び（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）（ｘ＝１〜３，ｙ＝４〜６）の対応する各点のずれ量をもとめ、それぞれについて、例えば標準偏差の３倍（３σ）のかたちでずれ量のばらつきをもとめ、このばらつきがそれぞれ許容範囲であるか否かを評価する。また、パターン間の相対位置精度については、基板上の全ての設計座標データ（Ｘij，Ｙij）（Ｘ＝１〜３，Ｙ＝１〜６）と実測座標データを座標変換した後の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜６）の対応する各点のずれ量をもとめ、それぞれについて、例えば標準偏差の３倍（３σ）の形でずれ量のばらつきをもとめ、このばらつきがそれぞれ許容範囲内であるか否かを評価する。そして、これらの評価を総合して、フォトマスク１の良品・不良品の判定を行う。
【００３３】
パターン評価方法の第２実施例
この実施例は、転写パターン補正機能を装備した露光装置に用いるフォトマスクに形成された転写用パターンの評価を行う場合の例である。このような補正機能を装備した露光装置に用いるフォトマスクのパターン評価は、この補正を前提とし、この補正が施されたと仮定した場合に許容範囲に入るか否かを評価する必要がある。それゆえ、この実施例は、上述の第１実施例における「（ｄ）両座標系の相互位置決定工程」において、上記補正を予め施した場合の処理を加えておく必要があるが、それ以外の工程は第１実施例と同じである。したがって、以下では本実施例に特有な「（ｄ）両座標系の相互位置決定工程」のみを説明し、他の工程の説明は省略する。
【００３４】
（ｄ）両座標系の相互位置決定工程
この第２実施例では、座標値実測工程で求めた実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように、実測座標データに、このフォトマスクを使用してパターン転写を行う露光装置に装備している補正機能による補正と同等の直交度補正と倍率補正を施して両データの相互位置を定める。
【００３５】
このため、最初に、設計座標データ及び実測座標データのそれぞれについて、Ｘ方向、Ｙ方向に隣り合う参照点を結んだ線分の傾きの平均値をもとめ、これらが等しくなるために必要な係数を直交度補正係数ａとして求める。すなわち、まず、Ｘ方向の線分の傾きの平均値が両データで等しくなるように回転移動を行う。次にＹ方向の線分の傾きの平均値が両データで等しくなるようにＸ成分を変換する。このとき変換するＸ成分はＹ成分に依存し、Ｙへの依存度合いが直交度補正値ａであり、Ｙ方向の線分の傾きの平均値が両データで等しくなるという条件からａを求めることができる。具体的には、以下のようにして求める。
【００３６】
実測データ（Ｐxij ，Ｐyij ）のＸ軸に対する傾きをＩpx、設計座標データ（Ｘij，Ｙij）のＸ軸に対する傾きをＩrxとすると、これらは、それぞれ、Ｘ方向に隣り合う参照点を結んだ線分の傾きの平均値と見ることができ、次式で表すことができる。
【００３７】
【数５】
上記(9) ，(10)式のＩpxとＩrxとが等しくなるような回転角θを求める。
【００３８】
いま、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）に点（ｃｘ，ｃｙ）を中心として上記求めたθの回転移動を行うと、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）は次の(11)式で表されるように移動する。
【００３９】
【数６】
なお、(11)式においては回転中心を便宜的に実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）の重心にとってもよい。
【００４０】
回転後の実測座標データ（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）をさらに次の(12)式で表される直交度補正操作の変換を行う。
【００４１】
【数７】
上記回転した実測座標データ（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）に(12)式の直交度補正操作の変換をした後のＹ軸に対する傾きをＩp とし、設計座標データ（Ｘij，Ｙij）のＹ軸に対する傾きをＩr とすると、Ｉp 、Ｉr は次の(13)，(14)式で表される。
【００４２】
【数８】
上記(13)，(14)式のＩp とＩr とが等しいとおくと、そのときに定まるａは次の(15)式で表される。
【００４３】
【数９】
このようにして求めた回転角θと直交度補正ａとを用いて、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）を回転及び直交度補正を行う。
【００４４】
次に、上記直交度補正がなされた実測座標データについて、さらに設計座標データとのずれが最小になるように、倍率変更及び平行移動からなる倍率補正を行う。具体的には以下のようにして行う。
【００４５】
すなわち、ある実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）がある設計座標データ（Ｘij，Ｙij）に対して、
【数１０】
なる倍率変更と、平行移動（ａｘ，ａｙ）を行ったときに最も近付くとする。この操作は、次の(16)式によって表される。
【００４６】
【数１１】
上記両者が最も近付く条件は、次の(17)式で表されるＤが最小の値を取ることである。
【００４７】
【数１２】
そこで、上記(17)式のＤを各パラメータで偏微分した値が０となるような次の連立方程式(18)〜(21)を解く。これらの方程式を満たすような倍率変更と平行移動を求める。
【００４８】
【数１３】
上記方程式においては、Ｘ成分、Ｙ成分は独立して解くことが出来、かつ、対象であるのでＸ成分についてだけ解くことにする。上記(18)，(19)式を次の(22)，(23)式に書き直して変形すると、次の(24)式によってｋｘがもとめられる。
【００４９】
【数１４】
これにより、次の(25)式によってａｘを求めることができる。
【００５０】
【数１５】
同様にしてＹ成分についても求めることができる。
【００５１】
このようにして求めた倍率変更と平行移動とを用いて、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）を倍率変更後、平行移動を行うことによって倍率補正を実行することができる。
【００５２】
図４は、上記直交度補正を施した後にこの倍率補正を施した段階での相互位置が決定された実測座標データと設計座標データとを模式的に示す図である。なお、図４の表示は図３の場合と同じである。
【００５３】
なお、上記実施例では、直交度補正の計算において、Ｘ方向、Ｙ方向において隣り合う参照点を結んだ線分の傾きの平均値を用いたが、これに限らず、例えば、複数の参照点を最小二乗法によって線分を引き、その線分の傾きなどを用いてもよい。
【００５４】
パターン転写方法の実施例
この実施例では、上述の実施例に係るフォトマスクパターン評価方法によって良品と評価されたフォトマスクを選別し（良品選別工程）て用い、転写パターン補正機能付きの露光装置（キャノン社製 ＭＰＡ−２０００）によって、被転写体（レジスト付きフォトマスクブランク）にパターン転写を行った（転写工程）。
【００５５】
なお、この露光装置においては、光源からの光がスリットを通過し、フォトマスクを介して被転写体に達することによりパターン転写が行われる。その際、スリットの走査方向に対するフォトマスク及び被転写体のの走査方向を所定の角度をずらすことにより、上述した直交度補正が行われ、また、光学系の倍率を調整することによって倍率補正が行われる。
【００５６】
このような露光装置を用いて行った転写パターンは、予定した許容範囲内の精度を有し、設計座標データに極めて近いものであった。
【００５７】
なお、上述の各実施例では、両座標系の相互位置決定工程における回転及び平行移動を任意の点（ｃｘ，ｃｙ）を中心にして行うようにしたが、これは、例えば、いずれか一方の座標系の重心を中心にして行うようにしてもよい。
【００５８】
また、上述の実施例では、実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるようにする具体的方法として、実測座標データを座標変換した座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）と設計座標データ（Ｘij，Ｙij）との対応する各点の組のＸ，Ｙ座標の差の二乗の和の総和Ｄが最小になる条件を求めたが、これは、例えば、両データの対応する各点の差の標準偏差が最小になるような条件で求めてもよく、また、他の統計手法を用いてもよい。
【００５９】
また、各実施例では、設計座標データ及び実測座標データとして、フォトマスクの遮光パターン上の参照点の座標を用いたが、これは、遮光パターン領域以外に設けたマークを用いてもよい。また、用いる点の数が多いほど精度が増すが、原理的には２以上の点があれば実施可能である。
【００６０】
また、上述の各実施例では、レーザ描画によりパターニングしたフォトマスクパターンの評価を行う例を掲げたが、本発明は、これに限られることなく、レチクルを通して露光することによりパターニングしたフォトマスクパターンやＬＣＤフラットパネル等のパターンの評価を行うこともできることは勿論である。この場合には、レチクルの参照点の座標を予め測定しておき、そのレチクルの測定データを設計座標データとして用いればよい。さらに、２面取りに限るものでもなく、３面取り、４面取り等の多面取りにも適用される。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明にかかるパターン評価方法によれば、統計的にみて全体的なパターンの配置のずれをみていることになるから、パターン間の距離のずれをみる従来方法のように、測定する場所によって結果が異なるというようなことがなく、極めて正確なパターンの評価が可能である。
【００６２】
また、本発明にかかるパターン転写方法によれば、常にずれ量が許容範囲内にあるパターン転写を行うことを可能とし、転写不良の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかるパターン評価方法の手順の要旨を示す図である。
【図２】パターンの評価装置の構成を示す図である。
【図３】パターン転写方法の第１実施例によって相互位置を決定した実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。
【図４】パターン転写方法の第２実施例によって相互位置を決定した実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。
【図５】２面取りフォトマスクの説明図である。
【図６】２面取りフォトマスクのパターン評価方法の従来例の説明図である。
【符号の説明】
１…フォトマスク、２…座標値実測装置、３…設計座標データ及び実測座標データの相互位置決定機能、４…ずれ量評価機能、１００…コンピュータ。
【産業上の利用分野】
本発明は、ＬＳＩ製造やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用のフラットパネル製造の際等において微細パターン露光用のマスクとして用いられるフォトマスクや、ＬＣＤ用のフラットパネルに形成された微細パターンの良否を評価するパターン評価方法、特に、一基板上に複数個のパターンが形成された、いわゆる多面取り基板の評価方法、並びに、このパターン評価方法を利用したパターン転写方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ製造やＬＣＤ用のフラットパネル製造の際等において微細パターン露光用マスクとして用いられるフォトマスクには、被転写板に一度の露光で、例えば複数個分の半導体デバイスの集積回路パターンを転写したり、複数個分のカラーフィルターのブラックマトリックスやＲＧＢパターンを転写するための、いわゆる、多面取りのフォトマスクがある。図５はこの種のフォトマスクのうち、透光性基板１０上に２個のパターン１１，１２が形成された２面取りのフォトマスク１の平面図である。このフォトマスクは、通常、透光性基板の表面に遮光膜が形成されたフォトマスクブランクにレジスト膜を形成し、このレジスト膜に電子線で微細パターンを描画する電子線露光などの露光手段により露光を施した後、現像、エッチングして形成される。この電子線描画は、フォトマスクブランクを移動ステージに保持し、描画すべきパターンを設計座標データとしてコンピュータに格納し、この設計座標データに基づいて電子線の描画位置及び移動ステージの位置を制御して行う。
【０００３】
ここで、この電子線描画によって露光し、現像、エッチングによってフォトマスクに実際に形成した微細パターンと、設計座標データで示される微細パターンとが正確に一致していることを保証する必要がある。これが所定以上の精度で一致していないフォトマスクを用いてパターン転写を行った場合、被転写パターンに大量の不良品を造ることになる。このため、製造されたフォトマスクについて、実際に形成された微細パターンと、設計座標データで示される微細パターンとが所定以上の精度で一致しているかどうかを調べ、評価をする必要がある。
【０００４】
この評価方法としては、以下のような方法がある。すなわち、図６に示されるように、各パターン１１，１２のそれぞれのＸ方向及びＹ方向の幅Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｘ2 ，Ｙ2 、並びに、２つのパターンを含んだ幅Ｙ3 をそれぞれ測定し、Ｘ1 ，Ｙ1 ，Ｘ2 ，Ｙ2 の値からそれぞれの面内のパターン位置精度を評価し、Ｙ3 によってパターンの相対位置精度を評価するというものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法は、いわば一次元的な距離のずれを個別的にみているものであるから、全体的なパターンの配置ずれをみるという観点からは必ずしも最良の方法であるとはいい難い。また、測定する基板上の場所によって距離は多少異なる場合があるため、どこを測定するかで、評価の結果が異なってしまい、正確性及び信頼性に欠けるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は上述の背景のもとでなされたものであり、比較的単純な処理でパターンの良否を正確に評価できるパターン評価方法、並びに、この方法を利用して正確なパターン転写を可能とするパターン転写方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために本発明にかかるパターン評価方法は、
（構成１） パターンの各位置を示した設計座標データに基づいて同一の透光性基板上に複数個形成されたパターンの良否を評価するパターン評価方法であって、
前記透光性基板上に形成された各パターンにおける２以上の位置の各パターン共通の座標系における座標値を測定して実測座標データを求める座標値実測工程と、
この座標値実測工程で求めた実測座標データと前記設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように両データの座標系を重ねて位置合わせする両データの相互位置決定工程と、
前記相互位置決定工程によって決定された位置における両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価工程とを有することを特徴とした構成、
又は、
（構成２） 転写パターン補正機能を装備した露光装置に用いるフォトマスクに形成された転写用パターンであって、パターンの各位置を示した設計座標データに基づいて同一の透光性基板上に複数個形成された転写用パターンの良否を評価するフォトマスクのパターン評価方法において、
前記フォトマスクに形成された各パターン群における２以上の位置の各パターン共通の座標系における座標値を測定して実測座標データをもとめる座標値実測工程と、
この座標値実測工程でもとめた実測座標データと前記設計座標データとを比較して該実測座標データに前記露光装置に装備された転写パターン補正機能による補正と同等の補正を施し、この補正後の実測座標データと前記設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように、両データの座標系を重ねて位置合わせする両データの相互位置決定工程と、
前記相互位置決定工程によって決定された位置における両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価工程とを有することを特徴とした構成とし、
これら構成１又は２の態様として、
（構成３） 構成１又は２のパターン評価方法において、
前記両データ相互位置決定工程は、実測座標データ及び設計座標データの互いに対応関係にある各点同士のずれ量の二乗の和が最小になるように、両データのいずれか一方又は双方を、一座標系において任意の点を中心とした回転移動又は平行移動のいずれか一方又は双方を行う操作を含むものであることを特徴とした構成とした。
【０００８】
また、本発明にかかるパターン転写方法は、
（構成４） フォトマスクに形成されたパターンを転写パターン補正機能を備えた露光装置を用いて転写するパターン転写方法であって、
前記フォトマスクとして、請求項２に記載されたフォトマスクパターン評価方法における相互位置決定工程によって両データのずれ量が許容範囲内にあると評価されたフォトマスクを用い、
前記露光装置として、請求項１ないし３のいずれかに記載されたフオトマスクパターン評価方法における相互位置決定工程において施した補正と同等の補正を行う機能を装備したものを用いることを特徴とした構成とした。
【０００９】
【作用】
上述の構成１ないし３によれば、統計的にみて全体的なパターンの配置のずれをみていることになるから、パターン間の距離のずれをみる従来方法のように、測定する場所によって結果が異なるというようなことがなく、極めて正確なパターンの評価が可能である。
【００１０】
また、構成４によれば、常にずれ量が許容範囲内にあるパターン転写を行うことを可能とし、転写不良の発生を防止することが可能となる。
【００１１】
【実施例】
図１は本発明の実施例にかかるパターン評価方法及びパターン転写方法の手順の要旨を示す図、図２は本発明の実施例の方法を実施する際に使用するパターン評価装置の構成を示す図、図３はパターン評価方法の第１実施例によって相互位置を決定した実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図、図４はパターン評価方法の第２実施例によって相互位置を決定し実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。以下、これらの図面を参照にしながら実施例にかかるパターン評価方法及びパターン転写方法を詳述する。なお、以下の説明では、まず、評価対象たるフォトマスクを説明し、次に、パターン評価装置の構成を説明し、次に、パターン評価方法の第１実施例を説明し、次に、パターン評価方法の第２実施例を説明し、次いで、パターン転写方法の実施例を説明する。
【００１２】
評価対象たるフォトマスク
評価対象たるフォトマスクは次のようにして得たものである。
【００１３】
まず、４００ｍｍ×４００ｍｍ×５ｍｍの低膨張ガラス基板の表面（主表面）に厚さ９８０オングストロームのクロム遮光膜をスパッタリング法により形成し、この上にレジスト（ＡＺー１３５０：ヘキスト社の商品名）を１００００オングストローム塗布する。
【００１４】
次に、こうして形成したレジストに、設計座標データにしたがってレーザ描画を施す。この実施例では、図５に示されるような、Ｙ方向に並ぶ２つのパターン（第１パターン１１、第２パターン１２）を有するフォトマスクを形成することとし、上記設計座標データとしてＸ方向に３列、Ｙ方向に各パターン毎に３列ずつ、計６列の合計１８個の参照点を有するものを用いた。この場合、各参照点のＸ方向の間隔を９６５２０．００μｍ、Ｙ方向の間隔をチップ内の参照点同士は７２３９０．００μｍ、チップ間は１８０００．００μｍとした。
【００１５】
次いで、レジストの現像を行い、ベーク処理を行ってレジストパターンを形成し、さらに、このレジストパターンをマスクにし、所定のエッチング液によりクロム膜をエッチングして、クロム遮光パターンを形成し、しかる後に、残存するレジスト膜を剥離し、洗浄・乾燥処理を施して図５に示すような２面取りフォトマスクを得る。
【００１６】
パターンの評価装置
図１において、符号１はパターン評価の対象たるフォトマスク、符号２は座標値実測装置、符号１００はコンピュータである。
【００１７】
フォトマスク１は上述の１８個の参照点１ａを有するクロム遮光パターンが形成されたフォトマスクである。
【００１８】
座標値実測装置２は、フォトマスク１を載置してＸーＹ方向に移動すると同時にその移動量を精密に求めてＸーＹ座標を計測するＸーＹステージ２ａと、フォトマスク１の表面の参照点１ａを光学的に検知する位置検知光学系２ｂと、コンピュータ１００の有する座標値測定・制御機能とから構成される。すなわち、この座標値実測装置２は、ＸーＹステージ２ａと位置検知光学系２ｂとがコンピュータ１００の座標値測定・制御機能２ｃによって制御されてフォトマスク１に形成された遮光パターンの参照点１ａを検知してその座標値を計測し、この計測値をコンピュータ１００内に実測座標データとして取り込む作業を行うものである。
【００１９】
コンピュータ１００は、上記取り込んだ実測座標データの外に、設計座標データを取り込むとともに、一定の統計処理、座標変換処理及び演算処理を行って、両データのずれが統計的にみて最も小さくなるように両データの座標系の相互位置を決定する機能３を有する。同時に、このようにして決定された相互位置関係において、両データの各点（参照点）のずれ量を求め、これらずれ量が所定の許容範囲にあるか否かの評価を行う機能４を備えているものである。
【００２０】
パターン評価方法の第１実施例
この実施例のパターン評価方法の手順の要旨は図１に示される手順の通りであり、この手順は上述のパターン評価装置を用いて実行される。以下、手順（ａ）〜（ｅ）を詳細に説明する。
【００２１】
（ａ）座標値実測工程
座標値実測装置２を用いて、フォトマスク１の各参照点の座標値を実測し、これを実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）（但し、i ＝１〜３，j ＝１〜６）としてコンピュータ１００内に取り込む。
【００２２】
（ｂ）設計座標データの取り込み工程
コンピュータ１００内に設計座標データの参照点（Ｘij，Ｙij）（但し、i ＝１〜４，j ＝１〜７）を取り込む。なお、この工程は、座標値実測工程の前に行ってもよい。
【００２３】
（ｃ）両データの座標系の重ね工程
工程ａ，ｂで取り込んだ両データの座標系の原点を一致させて両データを重ね合わせる。
【００２４】
（ｄ）両座標系の相互位置決定工程
座標値実測工程で求めた実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように両データの相互位置を定める。具体的には、次の手順で行う。
【００２５】
いま、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）に点（ｃｘ，ｃｙ）を中心とした回転移動（θ）と平行移動（ａｘ，ａｙ）とを加えた座標を（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）とすると、（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）は、次の(1) 式で表わされる。
【００２６】
【数１】
【００２７】
【数２】
【００２８】
【数３】
【００２９】
【数４】
【００３０】
こうして求めたθ，ａｘ，ａｙを(1) 式に代入すると、実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように座標変換された座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）が求まる。図３はフォトマスク１について相互位置が決定された実測座標データと設計座標データとを模式的に示す図である。なお、図３においては●印で示される各点が設計座標データの参照点の座標値（Ｘij，Ｙij）であり、×印で示される各点が実測座標データを座標変換した後の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）である。また、図３においてはずれ量を表すスケールを隣り合う参照点どうしの間隔を表すスケールの１．５×１０4 倍に拡大して示してある。
【００３１】
（ｅ）ずれ量評価工程
設計座標データ（Ｘij，Ｙij）及び実測座標データを座標変換した後の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）の対応する各点のずれ量を求め、このずれ量が許容範囲内であるか否かを評価し、フォトマスク１の良品・不良品の判定を行う。
【００３２】
このとき、各パターンの面内位置精度の評価は、それぞれの第１パターン１１及び第２パターン１２の設計座標データ（Ｘij，Ｙij）（Ｘ＝１〜３，Ｙ＝１〜３）、及び（Ｘij，Ｙij）（Ｘ＝１〜３，Ｙ＝４〜６）と、実測座標データを座標変換した後の第１パターン１１及び第２パターン１２の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜３）、及び（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）（ｘ＝１〜３，ｙ＝４〜６）の対応する各点のずれ量をもとめ、それぞれについて、例えば標準偏差の３倍（３σ）のかたちでずれ量のばらつきをもとめ、このばらつきがそれぞれ許容範囲であるか否かを評価する。また、パターン間の相対位置精度については、基板上の全ての設計座標データ（Ｘij，Ｙij）（Ｘ＝１〜３，Ｙ＝１〜６）と実測座標データを座標変換した後の参照点の座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）（ｘ＝１〜３，ｙ＝１〜６）の対応する各点のずれ量をもとめ、それぞれについて、例えば標準偏差の３倍（３σ）の形でずれ量のばらつきをもとめ、このばらつきがそれぞれ許容範囲内であるか否かを評価する。そして、これらの評価を総合して、フォトマスク１の良品・不良品の判定を行う。
【００３３】
パターン評価方法の第２実施例
この実施例は、転写パターン補正機能を装備した露光装置に用いるフォトマスクに形成された転写用パターンの評価を行う場合の例である。このような補正機能を装備した露光装置に用いるフォトマスクのパターン評価は、この補正を前提とし、この補正が施されたと仮定した場合に許容範囲に入るか否かを評価する必要がある。それゆえ、この実施例は、上述の第１実施例における「（ｄ）両座標系の相互位置決定工程」において、上記補正を予め施した場合の処理を加えておく必要があるが、それ以外の工程は第１実施例と同じである。したがって、以下では本実施例に特有な「（ｄ）両座標系の相互位置決定工程」のみを説明し、他の工程の説明は省略する。
【００３４】
（ｄ）両座標系の相互位置決定工程
この第２実施例では、座標値実測工程で求めた実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように、実測座標データに、このフォトマスクを使用してパターン転写を行う露光装置に装備している補正機能による補正と同等の直交度補正と倍率補正を施して両データの相互位置を定める。
【００３５】
このため、最初に、設計座標データ及び実測座標データのそれぞれについて、Ｘ方向、Ｙ方向に隣り合う参照点を結んだ線分の傾きの平均値をもとめ、これらが等しくなるために必要な係数を直交度補正係数ａとして求める。すなわち、まず、Ｘ方向の線分の傾きの平均値が両データで等しくなるように回転移動を行う。次にＹ方向の線分の傾きの平均値が両データで等しくなるようにＸ成分を変換する。このとき変換するＸ成分はＹ成分に依存し、Ｙへの依存度合いが直交度補正値ａであり、Ｙ方向の線分の傾きの平均値が両データで等しくなるという条件からａを求めることができる。具体的には、以下のようにして求める。
【００３６】
実測データ（Ｐxij ，Ｐyij ）のＸ軸に対する傾きをＩpx、設計座標データ（Ｘij，Ｙij）のＸ軸に対する傾きをＩrxとすると、これらは、それぞれ、Ｘ方向に隣り合う参照点を結んだ線分の傾きの平均値と見ることができ、次式で表すことができる。
【００３７】
【数５】
【００３８】
いま、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）に点（ｃｘ，ｃｙ）を中心として上記求めたθの回転移動を行うと、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）は次の(11)式で表されるように移動する。
【００３９】
【数６】
【００４０】
回転後の実測座標データ（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）をさらに次の(12)式で表される直交度補正操作の変換を行う。
【００４１】
【数７】
【００４２】
【数８】
【００４３】
【数９】
【００４４】
次に、上記直交度補正がなされた実測座標データについて、さらに設計座標データとのずれが最小になるように、倍率変更及び平行移動からなる倍率補正を行う。具体的には以下のようにして行う。
【００４５】
すなわち、ある実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）がある設計座標データ（Ｘij，Ｙij）に対して、
【数１０】
【００４６】
【数１１】
【００４７】
【数１２】
【００４８】
【数１３】
【００４９】
【数１４】
【００５０】
【数１５】
【００５１】
このようにして求めた倍率変更と平行移動とを用いて、実測座標データ（Ｐxij ，Ｐyij ）を倍率変更後、平行移動を行うことによって倍率補正を実行することができる。
【００５２】
図４は、上記直交度補正を施した後にこの倍率補正を施した段階での相互位置が決定された実測座標データと設計座標データとを模式的に示す図である。なお、図４の表示は図３の場合と同じである。
【００５３】
なお、上記実施例では、直交度補正の計算において、Ｘ方向、Ｙ方向において隣り合う参照点を結んだ線分の傾きの平均値を用いたが、これに限らず、例えば、複数の参照点を最小二乗法によって線分を引き、その線分の傾きなどを用いてもよい。
【００５４】
パターン転写方法の実施例
この実施例では、上述の実施例に係るフォトマスクパターン評価方法によって良品と評価されたフォトマスクを選別し（良品選別工程）て用い、転写パターン補正機能付きの露光装置（キャノン社製 ＭＰＡ−２０００）によって、被転写体（レジスト付きフォトマスクブランク）にパターン転写を行った（転写工程）。
【００５５】
なお、この露光装置においては、光源からの光がスリットを通過し、フォトマスクを介して被転写体に達することによりパターン転写が行われる。その際、スリットの走査方向に対するフォトマスク及び被転写体のの走査方向を所定の角度をずらすことにより、上述した直交度補正が行われ、また、光学系の倍率を調整することによって倍率補正が行われる。
【００５６】
このような露光装置を用いて行った転写パターンは、予定した許容範囲内の精度を有し、設計座標データに極めて近いものであった。
【００５７】
なお、上述の各実施例では、両座標系の相互位置決定工程における回転及び平行移動を任意の点（ｃｘ，ｃｙ）を中心にして行うようにしたが、これは、例えば、いずれか一方の座標系の重心を中心にして行うようにしてもよい。
【００５８】
また、上述の実施例では、実測座標データと設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるようにする具体的方法として、実測座標データを座標変換した座標値（Ｐ´xij ，Ｐ´yij ）と設計座標データ（Ｘij，Ｙij）との対応する各点の組のＸ，Ｙ座標の差の二乗の和の総和Ｄが最小になる条件を求めたが、これは、例えば、両データの対応する各点の差の標準偏差が最小になるような条件で求めてもよく、また、他の統計手法を用いてもよい。
【００５９】
また、各実施例では、設計座標データ及び実測座標データとして、フォトマスクの遮光パターン上の参照点の座標を用いたが、これは、遮光パターン領域以外に設けたマークを用いてもよい。また、用いる点の数が多いほど精度が増すが、原理的には２以上の点があれば実施可能である。
【００６０】
また、上述の各実施例では、レーザ描画によりパターニングしたフォトマスクパターンの評価を行う例を掲げたが、本発明は、これに限られることなく、レチクルを通して露光することによりパターニングしたフォトマスクパターンやＬＣＤフラットパネル等のパターンの評価を行うこともできることは勿論である。この場合には、レチクルの参照点の座標を予め測定しておき、そのレチクルの測定データを設計座標データとして用いればよい。さらに、２面取りに限るものでもなく、３面取り、４面取り等の多面取りにも適用される。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明にかかるパターン評価方法によれば、統計的にみて全体的なパターンの配置のずれをみていることになるから、パターン間の距離のずれをみる従来方法のように、測定する場所によって結果が異なるというようなことがなく、極めて正確なパターンの評価が可能である。
【００６２】
また、本発明にかかるパターン転写方法によれば、常にずれ量が許容範囲内にあるパターン転写を行うことを可能とし、転写不良の発生を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例にかかるパターン評価方法の手順の要旨を示す図である。
【図２】パターンの評価装置の構成を示す図である。
【図３】パターン転写方法の第１実施例によって相互位置を決定した実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。
【図４】パターン転写方法の第２実施例によって相互位置を決定した実測座標データと設計座標データとを重ねた様子を模式的に示す図である。
【図５】２面取りフォトマスクの説明図である。
【図６】２面取りフォトマスクのパターン評価方法の従来例の説明図である。
【符号の説明】
１…フォトマスク、２…座標値実測装置、３…設計座標データ及び実測座標データの相互位置決定機能、４…ずれ量評価機能、１００…コンピュータ。
Claims (4)
- 液晶用微細パターンが複数個形成された多面取り基板のパターンの良否を評価するパターン評価方法であって、
前記各パターンに２以上の参照点を設け、
前記基板上に形成された各パターンの参照点の座標値を実測して参照点の実測座標データを求める座標値実測工程と、
この座標値実測工程で求めた前記参照点の実測座標データと前記参照点の設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように両データの座標系を重ねて位置合わせする両データの相互位置決定工程と、
前記相互位置決定工程によって決定された位置における両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価工程とを有することを特徴としたパターン評価方法。 - 転写パターン補正機能を装備した露光装置に用いるフォトマスクであって、転写用の液晶用微細パターンが複数個形成された多面取りのフォトマスクのパターンの良否を評価するパターン評価方法であって、
前記各パターンに２以上の参照点を設け、
前記基板上に形成された各パターンの参照点の座標値を実測して参照点の実測座標データを求める座標値実測工程と、
この座標値実測工程でもとめた前記参照点の実測座標データと前記参照点の設計座標データとを比較して該実測座標データに前記露光装置に装備された転写パターン補正機能による補正と同等の補正を施し、
この補正後の実測座標データと前記設計座標データとの全体的ずれが統計的にみて最小になるように、両データの座標系を重ねて位置合わせする両データの相互位置決定工程と、
前記相互位置決定工程によって決定された位置における両データのずれ量が許容範囲内にあるか否かを評価するずれ量評価工程とを有することを特徴としたパターン評価方法。 - 請求項１又は２に記載のパターン評価方法において、前記両データ相互位置決定工程は、実測座標データ及び設計座標データの互いに対応関係にある各点同士のずれ量の二乗の和が最小になるように、両データのいずれか一方又は双方を、一座標系において任意の点を中心とした回転移動又は平行移動のいずれか一方又は双方を行う操作を含むものであることを特徴としたパターン評価方法。
- フォトマスクに形成されたパターンを転写パターン補正機能を備えた露光装置を用いて転写するパターン転写方法であって、
前記フォトマスクとして、請求項２に記載されたフォトマスクパターン評価方法における相互位置決定工程によって両データのずれ量が許容範囲内にあると評価されたフォトマスクを用い、前記露光装置として、請求項１ないし３のいずれかに記載されたフオトマスクパターン評価方法における相互位置決定工程において施した補正と同等の補正を行う機能を装備したものを用いることを特徴としたパターン転写方法。
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