(57)【要約】【課題】ベイヤ配列のカラーフィルタが配置された複数の受光素子を有するカラーＣＣＤカメラを用い、青色光又は赤色光を照明する場合であっても、試料のエッジ位置を精度良く検出することが可能な位置検出方法及び荷電粒子ビーム描画方法を提供する。【解決手段】カラーＣＣＤカメラの受光素子配列方向がマスクのエッジ位置検出対象である一辺に対して斜めになるようにカラーＣＣＤカメラを配置し、マスクのエッジ部を含む領域に青色光を照明した状態で、カラーＣＣＤカメラによりエッジ部近傍の画像を撮像し、この画像内の複数点における青色の濃淡値を求め、濃淡値の変化からエッジ部に対応する複数の座標を求め、これら複数の座標から回帰直線Ｌｒを求め、この回帰直線Ｌｒをエッジ位置とする。【選択図】図５
2010225825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベイヤ配列に従って赤色フィルタ、青色フィルタ及び緑色フィルタが配置された複数の受光素子を備えたカラーＣＣＤカメラを用いて試料のエッジ部近傍の画像を撮像し、その画像から前記エッジ部の位置を検出する位置検出方法であって、
前記カラーＣＣＤカメラの受光素子配列方向が前記試料のエッジ位置検出対象となる一辺に対して斜めになるように前記カラーＣＣＤカメラを配置し、前記エッジ部を含む領域に青色光又は赤色光を照明した状態で、前記カラーＣＣＤカメラにより前記エッジ部近傍の画像を撮像し、この画像における前記エッジ部に対応する複数の座標を求め、これら複数の座標から回帰直線を求め、この回帰直線を前記エッジ部の位置とすることを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記受光素子配列方向と前記試料の一辺とでなす角度が４５度となるように、前記カラーＣＣＤカメラを配置することを特徴とする請求項１記載の位置検出方法。
【請求項３】
前記青色光を照明した場合、前記画像内の複数点における青色の濃淡値を求め、該濃淡値の変化率から前記エッジ部に対応する複数の座標を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置検出方法。
【請求項４】
前記赤色光を照明した場合、前記画像内の複数点における赤色の濃淡値を求め、該濃淡値の変化率から前記エッジ部に対応する複数の座標を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の位置検出方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の位置検出方法を用いて、試料のエッジ部の位置を検出し、その検出位置に基づいて前記試料のアライメントを実行した後、前記試料に荷電粒子ビームを照射することを特徴とする荷電粒子ビーム描画方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出方法及び荷電粒子ビーム描画方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化に伴い、半導体デバイスの回路パターンが微細化されている。半導体デバイスに微細な回路パターンを形成するためには、高精度の原画パターン（即ち、レチクル或いはマスク）が必要となる。原画パターンを製造するために、優れた解像性を有する電子ビーム描画装置が用いられている。
【０００３】
この種の電子ビーム描画装置は、搬送ロボットを備えており、試料であるマスクブランクス（以下「マスク」という。）を搬送ロボットによりステージ上に搬送して載置するようにしている。ステージ上のマスクの載置位置が正規位置からずれると、マスクに描画されるパターンの位置がずれてしまう。そこで、マスクをステージ上に搬送する前及び／又は搬送した後に、マスクのアライメントを行っている。アライメントを行うためには、事前にマスクの位置検出を行う必要があるが、描画前のマスクにはアライメントマークが形成されていない。このため、マスクのエッジ位置を検出し、検出したエッジ位置に基づいてアライメントを行っている。例えば、特開２００８−２１０９５１号公報（特許文献１）には、試料をＣＣＤカメラにより撮像して、撮像した画像から試料のエッジ位置を検出する方法が開示されている。
【０００４】
ここで、マスクのエッジ位置を検出すると共に、マスク表面に存在する異物や傷を検出する外観検査を行う場合がある。この場合、マスク表面の濃淡を検出する必要があるため、カラーＣＣＤカメラのようなカラー撮像装置が用いられる。カラーＣＣＤカメラの受光素子上に設けられるカラーフィルタとして、比較的低価格であり、かつ、簡単に実現可能なベイヤ配列のフィルタが用いられることが多い。ベイヤ配列は、図６（Ａ）において一点鎖線で囲まれる４つの受光素子（Ｘ方向の２素子×Ｙ方向の２素子）を基本配列（１ピクセル）とし、この基本配列が繰り返し配列されている。図６（Ｂ）に示すように、この基本配列のうち対角線上の２つの受光素子（以下「素子」ともいう。）５１上に緑色（Ｇ）フィルタ６１が、残りの２つの素子のうち１つの素子５２上に青色（Ｂ）フィルタ６２が、それぞれ配置されている。さらに、図示しないが、基本配列のうちの残りの１つの素子上に赤色（Ｒ）フィルタが配置されている。尚、これら受光素子は基板５０に形成されており、各色のフィルタ上には図示しないレンズが配置されている。このような配列によれば、一のラインＬ１では、緑色フィルタ６１が配置された素子５１と青色フィルタ６２が配置された素子５２とが交互に繰り返され、他のラインＬ２では、赤色フィルタが配置された素子と緑色フィルタ６１が配置された素子５１とが交互に繰り返される。
【０００５】
ところで、カラーＣＣＤカメラを用いる場合、高解像度の画像を取得するために、短波長の青色光を照明光として用いることが考えられる。青色光を照明する場合、青色フィルタが配置された受光素子（以下「Ｂ素子」ともいう。）以外の緑色及び赤色フィルタが配置された受光素子の受光がカットされる。また、一般に、図７に示すように、カラーＣＣＤカメラ３０の受光素子配列方向３０ａと、マスクＭのエッジ位置検出対象である一辺Ｍｂとが平行となるように、カラーＣＣＤカメラ３０が配置される。このようにカラーＣＣＤカメラ３０を配置し、マスクＭに対して青色光を照明する場合、２素子周期でしかマスクＭのエッジ位置情報を得ることができない。図６において下から上に向かってマスクＭを移動させる場合、マスクＭのエッジ部である一辺がＭｂ１、Ｍｂ３の位置のときはＢ素子により情報が得られるが、その一辺がＭｂ２の位置のときはＢ素子の情報が得られない。つまり、マスクＭの一辺ＭｂがＢ素子に差し掛かっていない間は、Ｂ素子の情報が補間され、カラーＣＣＤカメラ３０により撮像される画像が変化しないため、検出したエッジ位置が変化しない。その結果、Ｂ素子の情報から求められたマスクＭのエッジ位置と実際のエッジ位置との間に誤差が生じる問題がある。
【０００６】
以上のように、ベイヤ配列のカラーフィルタが配置されたカラーＣＣＤカメラ３０を用い、青色光を照明してマスクＭのエッジ位置を検出する場合に、カラーＣＣＤカメラ３０の受光素子配列方向３０ａとマスクＭのエッジ検出対象である一辺Ｍｂとが平行となるようにカラーＣＣＤカメラ３０を配置すると、青色フィルタが配置された素子（Ｂ素子）のサンプリング周期に起因してマスクＭのエッジ位置の検出精度が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２１０９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、上記課題に鑑み、ベイヤ配列のカラーフィルタが配置されたカラーＣＣＤカメラを用い、青色光又は赤色光を照明する場合であっても、試料のエッジ位置を精度良く検出することが可能な位置検出方法及び荷電粒子ビーム描画方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、ベイヤ配列に従って赤色フィルタ、青色フィルタ及び緑色フィルタが配置された複数の受光素子を備えたカラーＣＣＤカメラを用いて試料のエッジ部近傍の画像を撮像し、その画像からエッジ部の位置を検出する位置検出方法であって、カラーＣＣＤカメラの受光素子配列方向が試料のエッジ位置検出対象となる一辺に対して斜めになるようにカラーＣＣＤカメラを配置し、エッジ部を含む領域に青色光又は赤色光を照明した状態で、カラーＣＣＤカメラによりエッジ部近傍の画像を撮像し、この画像における前記エッジ部に対応する複数の座標を求め、これら複数の座標から回帰直線を求め、この回帰直線をエッジ部の位置とすることを特徴とする。
【００１０】
この第１の態様において、受光素子配列方向と試料の一辺とでなす角度が４５度となるように、カラーＣＣＤカメラを配置することが好ましい。
【００１１】
この第１の態様において、青色光を照明した場合、画像内の複数点における青色の濃淡値を求め、該濃淡値の変化率からエッジ部に対応する複数の座標が求められることが好ましい。
【００１２】
この第１の態様において、赤色光を照明した場合、画像内の複数点における赤色の濃淡値を求め、該濃淡値の変化率からエッジ部に対応する複数の座標が求められることが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の態様は、上記第１の態様の位置検出方法を用いて、試料のエッジ部の位置を検出し、その検出位置に基づいて試料のアライメントを実行した後、試料に荷電粒子ビームを照射することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ベイヤ配列のカラーフィルタが配置されたカラーＣＣＤカメラを用い、青色光又は赤色光を照明する場合であっても、試料のエッジ位置を精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態において、電子ビーム描画装置の構成を示す概略図である。
【図２】電子ビーム描画装置に適用される位置検出装置の構成を示す概略図である。
【図３】本実施の形態において、カラーＣＣＤカメラとマスクとの位置関係を示す図である。
【図４】本実施の形態において、青色フィルタが配置された受光素子のサンプリング周期を示す図である。
【図５】本実施の形態において、カラーＣＣＤカメラにより撮像された画像におけるマスクエッジ部に対応する複数の座標と、複数の座標から求められた回帰直線とを示す図である。
【図６】（ａ）はカラーＣＣＤカメラのカラーフィルタのベイヤ配列を示す図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ’−Ａ’断面図である。
【図７】従来のカラーＣＣＤカメラとマスクとの位置関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態において、荷電粒子ビーム描画装置の一例である電子ビーム描画装置の構成を示す概略図である。電子ビーム描画装置は、試料たるマスクＭに電子ビームを照射して所定のパターンを描画するものである。電子ビーム描画装置は、マスクＭにパターンの描画を行う描画室１と、描画室１に隣接する位置に配置され、搬送ロボットＲを内蔵するロボット室２と、ロボット室２に描画室１と反対側で隣接する位置に配置されたロードロック室５と、ロードロック室５にロボット室２と反対側で隣接する位置に配置されたマスク投入装置７とを備えている。また、ロボット室２と描画室１及びロードロック室５との間、並びに、ロードロック室５とマスク投入装置７との間には、それぞれゲートバルブ３、６、８が設けられている。さらに、ロボット室２の描画室１及びロードロック室５に隣接しない周囲には、マスクＭの位置決めを行うアライメント室４が配置されている。
【００１８】
マスクＭは、図示省略するロボットによりマスク投入装置７からロードロック室５に投入される。そして、ゲートバルブ８を閉じ、ロードロック室５を真空にした後、ゲートバルブ６を開き、搬送ロボットＲによりマスクＭをロードロック室５からアライメント室４に搬送する。アライメント室４でアライメント（位置決め）を行うと、ゲートバルブ３を開き、搬送ロボットＲによりマスクＭを描画室１のステージＳｔ上に搬送する。描画室１において、アライメントを行った後、ステージＳｔ上に載置されたマスクＭに電子ビームを照射することで、マスクＭに所定のパターンが描画される。
【００１９】
ところで、アライメント室４及び描画室１でアライメントを行う際に、マスクＭのエッジ位置の検出が行われる。以下、マスクＭのエッジ位置の検出について説明する。
【００２０】
図２は、上記電子ビーム描画装置に適用される位置検出装置の構成を示す概略図である。位置検出装置１０は、描画室１及びアライメント室４内に配置される。図２に示すように、位置検出装置１０は、照明装置１１、カラーＣＣＤカメラ１３、照明コントローラ１５、カメラコントローラ１６及び制御装置（演算処理部）２０を備えている。
【００２１】
照明装置１１は、マスクＭの上方に配置され、マスクＭの表面（上面）又は裏面（下面）に対して垂直な方向に光を照射する。照明装置１１として、例えば、青色光を照射する青色ＬＥＤが用いられる。この照明装置１１は、マスクＭのエッジ部（一辺Ｍａ）を十分に照明する照明範囲１２を有している。照明範囲１２は、例えば、６０ｍｍ×６０ｍｍである。
【００２２】
カラーＣＣＤカメラ１３は、マスクＭの下方に配置され、照明装置１１から青色光を照射した状態の画像を撮像する。カラーＣＣＤカメラ１３は、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなベイヤ配列のカラーフィルタが配置された複数の受光素子を有するものである。ここで、カラーＣＣＤカメラ１３からマスクＭ裏面までの距離（撮像距離）ｄ１は、例えば、１６０ｍｍ程度である。この撮像距離ｄ１は、カラーＣＣＤカメラ１３とレンズの組み合わせから決まる焦点距離と、必要な撮像範囲（視野サイズ）１４と、カラーＣＣＤカメラ１３の素子当たりの検出分解能との関係から決定される。カラーＣＣＤカメラ１３の撮像範囲１４は、例えば、４０ｍｍ×４０ｍｍである。
【００２３】
尚、図２では、マスクＭを挟んで照明装置１１とカラーＣＣＤカメラ１３とが配置されているが、マスクＭに対して同じ側（表面側）に照明装置１１とカラーＣＣＤカメラ１３とを配置してもよい。
【００２４】
図３は、カラーＣＣＤカメラ１３とマスクＭとの位置関係を示す図である。本実施の形態では、カラーＣＣＤカメラ１３の受光素子配列方向１３ａがマスクＭのエッジ位置検出対象となる一辺（エッジ部）Ｍａに対して斜めになるようにカラーＣＣＤカメラ１３が配置される。詳細は後述するが、受光素子配列方向１３ａと一辺Ｍａとでなす角度θは４５度とするのが好適である。
【００２５】
照明コントローラ１５は、照明装置１１を制御する。具体的には、制御装置２０からの指令に基づいて、カラーＣＣＤカメラ１３の撮像タイミングに合わせて照明装置１１の点灯及び消灯の指示や、照明装置１１の照明光量を変更又は調整する指示等を行う。
【００２６】
カメラコントローラ１６は、カラーＣＣＤカメラ１３を制御する。具体的には、制御装置２０からの指令に基づいて、撮像時間（シャッタ時間）及び撮像の指示等を行う。また、カラーＣＣＤカメラ１３にオートフォーカス機構が装備されている場合には、フォーカス調整も行う。
【００２７】
制御装置２０は、照明コントローラ１５及びカメラコントローラ１６を制御すると共に、カラーＣＣＤカメラ１３が撮像した画像からマスクＭのエッジ位置を検出し、保存する。制御装置２０は、コントローラ制御部２１と、位置検出部２２と、位置保存部２３とを備えている。
【００２８】
コントローラ制御部２１は、照明コントローラ１５及びカメラコントローラ１６を制御する。位置検出部２２は、後述する位置検出方法に従って、カラーＣＣＤカメラ１３によって撮像された画像からマスクＭのエッジ位置を検出する。位置保存部２３は、位置検出部２２により検出されたエッジ位置を保存する記憶媒体（例えば、メモリや磁気ディスク等）である。
【００２９】
次に、上記位置検出装置１０による位置検出方法について説明する。
【００３０】
先ず、マスクＭを位置検出装置１０の照明装置１１とカラーＣＣＤカメラ１３との間に配置する。次に、マスクＭの上方からマスクＭ表面のエッジ部Ｍａ近傍に対して青色光を照射する。具体的には、制御装置２０から点灯指示を受けた照明コントローラ１５が照明装置１１を点灯する。
【００３１】
カラーＣＣＤカメラ１３は、照明装置１１から青色光を照射した状態で、マスクＭのエッジ部Ｍａ近傍の画像を撮像する。具体的には、制御装置２０から撮像指示を受けたカメラコントローラ１６がカラーＣＣＤカメラ１３で撮像する。
【００３２】
ここで、本実施の形態では、カラーＣＣＤカメラ１３の受光素子配列方向１３ａがマスクＭの一辺Ｍａに対して斜めになるようにカラーＣＣＤカメラ１３が配置されている。このようにカラーＣＣＤカメラ１３を配置することで、図４に示すように、マスクＭのエッジ位置Ｍａのサンプリング周期Ｐａを短くすることができる。図４は、青色フィルタが配置された素子（Ｂ素子）５２によるエッジ位置Ｍａのサンプリング周期Ｐａを示す図である。図４には、比較のため、図７に示すようにカラーＣＣＤカメラ３０の受光素子配列方向３０ａがマスクＭの一辺Ｍｂと平行になるようにカラーＣＣＤカメラ３０を配置した場合の、従来のエッジ位置Ｍｂのサンプリング周期Ｐｂを併せて示している。受光素子配列方向１３ａと一辺Ｍａとがなす角度θ（図３参照）が４５度となるようにカラーＣＣＤカメラ１３を斜めに配置することで、エッジ位置Ｍａのサンプリング周期Ｐａを従来のサンプリング周期Ｐｂの（√２）／２倍にすることができる。θ＝４５度のとき、サンプリング周期Ｐａが最も短くなる。
【００３３】
上記カラーＣＣＤカメラ１３により撮像された画像は、カメラコントローラ１６を介して、制御装置２０の位置検出部２２に送られる。位置検出部２２は、この画像における複数点の青色の濃淡値を求め、求めた濃淡値の変化率が所定値以上となる点をエッジ部の検出点とする。図５において、◇はマスクＭのエッジ部に対応する複数の検出点を示している。本実施の形態では青色光を照明しているため、これらの複数の検出点は、青色フィルタ（６２）が配置された受光素子（５２）の受光量によって決定される。ここで、マスクＭのエッジ部に対応する検出点の座標には周期的な誤差Ｅが生じている。この周期的な誤差Ｅは、カラーフィルタのベイヤ配列に依存するサンプリング周期（Ｐａ（図４参照）によって生じたものである。位置検出部２２は、これら複数の検出点のＸ座標及びＹ座標から公知の手法を用いて回帰直線Ｌｒを求め、求めた回帰直線ＬｒをマスクＭのエッジ位置として検出する。このように回帰直線Ｌｒを求めることで、つまり、上記複数の検出点のＸ座標及びＹ方向を平均化することで、上記周期的な誤差Ｅが低減される。従って、マスクＭのエッジ値を精度良く求めることができる。位置検出部２２により求められたマスクＭのエッジ位置は、位置保存部２３に保存される。
【００３４】
以上述べたように、本実施の形態では、カラーＣＣＤカメラ１３の受光素子配列方向１３ａがマスクＭの一辺Ｍａに対して斜めになるようにカラーＣＣＤカメラ１３を配置し、一辺Ｍａを含む領域に青色光を照明した状態で、カラーＣＣＤカメラ１３により一辺Ｍａ近傍の画像を撮像し、この画像における一辺Ｍａに対応する複数の検出点の座標を求め、これら複数の検出点の座標から回帰直線Ｌｒを求め、この回帰直線Ｌｒをエッジ位置として求める。マスクＭの一辺Ｍａに対してカラーＣＣＤカメラ１３を斜めに配置することで、図７に示すように両者を平行に配置する場合に比べて、青色フィルタが配置された受光素子５２によるサンプリング周期Ｐａが短くなるため、撮像画像におけるエッジ部に対応する複数の検出点の座標の周期的な誤差Ｅを少なくすることができる。さらに、これら複数の検出点の座標から回帰直線Ｌｒを求めることで、上記周期的な誤差Ｅを低減することができる。従って、ベイヤ配列のカラーフィルタが配置されたカラーＣＣＤカメラを用い、青色光又は赤色光を照明する場合であっても、マスクＭのエッジ位置を精度良く検出することができる。
【００３５】
さらに、このように高精度に検出されたエッジ位置に基づきアライメントを実行した後、荷電粒子ビーム描画を行うことで、描画精度を向上させることができる。
【００３６】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施の形態では電子ビームを用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、イオンビームなどの他の荷電粒子ビームを用いた場合にも適用可能である。
【００３７】
また、上記実施の形態では、マスクＭに対して青色光を照明する場合について説明したが、赤色光を照明する場合にも本発明を適用することができる。この場合、赤色フィルタが配置された受光素子によるサンプリング周期が短くなる。また、カラーＣＣＤカメラ１３により撮像された画像におけるマスクＭのエッジ部に対応する複数の検出点の座標は、赤色フィルタが配置された受光素子の受光量によって決定される。従って、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、上記実施の形態では、位置検出装置１０を電子ビーム描画装置に適用しているが、電子ビーム描画装置以外の種々の装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
Ｍ    マスク（試料）
Ｒ    搬送ロボット
１    描画室
２    ロボット室
４    アライメント室
５    ロードロック室
７    マスク投入装置
１０  位置検出装置
１１  照明装置
１３  カラーＣＣＤカメラ１３
１５  照明コントローラ
１６  カメラコントローラ
２０  制御装置
２１  コントローラ制御部
２２  位置検出部
２３  位置保存部
【図１】
2010225825.tif 000003
【図２】
2010225825.tif 000004
【図３】
2010225825.tif 000005
【図４】
2010225825.tif 000006
【図５】
2010225825.tif 000007
【図６】
2010225825.tif 000008
【図７】
2010225825.tif 000009