(57)【要約】【課題】簡単な測定系によってフォトマスク基板などの比較的厚い基板の、基板表裏面パターンの位置ずれを観測することができる位置合わせパターンを有する光学基板を提供する。【解決手段】本発明は、フォトマスク基板１のフォトマスク基板表面２とフォトマスク基板裏面３に設けられ、フォトマスク基板１の同一法線上に略形成される位置あわせパターンであって、裏面に形成される透過パターン４と、表面に形成される遮光パターン５とからなり、透過パターン４の面積が遮光パターン５の面積より大きいことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面と裏面に設けられ、該基板の同一法線上に略形成される位置あわせパターンを有する光学基板であって、裏面に形成される透過パターンと、表面に形成される周囲が透過領域で囲まれた遮光パターンとからなり、該透過パターンの面積が該遮光パターンの面積より大きい位置合わせパターンを有することを特徴とする光学基板。
【請求項２】
該透過パターンと該遮光パターンは矩形であることを特徴とする請求項１に記載の光学基板。
【請求項３】
該透過パターンと該遮光パターンは互いに相似の関係にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学基板。
【請求項４】
該遮光パターンの周囲に光拡散性を有する領域を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学基板。
【請求項５】
基板の裏面に設けられる透過パターンと該基板の表面に設けられる遮光パターンとからなる位置合わせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法であって、
該基板の表面には周囲が透過領域で囲まれた遮光パターンを、また、該基板の裏面には該遮光パターンより面積が大きい透過パターンを、それぞれのパターンが該基板の同一法線上に略位置するように形成しておき、該基板の裏面に形成される該透過パターンから平行光を入射し、該遮光パターンに焦点を合わせた光学系で該透過パターンと該遮光パターンの光強度分布を観測することで基板表裏面パターンの位置ずれを測定することを特徴とする位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法。
【請求項６】
該透過パターンに入射させる平行光がレーザー光であることを特徴とする請求項５に記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法。
【請求項７】
該光学系によって該透過パターンによる明部の重心と該遮光パターンによる暗部の重心を測定し、これら２つの重心のずれから基板表裏面パターンの位置ずれを測定することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法。
【請求項８】
該透過パターンと該遮光パターンは矩形であることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法。
【請求項９】
該透過パターンと該遮光パターンは互いに相似の関係にあることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１ｍｍ以上の厚みを有する基板の表裏面のパターンの位置ずれを測定するために用いる位置合わせパターンを有する光学基板、及び、そのような位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路における高集積化および微細化に伴い、半導体基板（以下、単にウェハと称する）上に形成される回路パターンの微細化も急速に進んできている。このような半導体集積回路の高集積化・微細化技術においては、フォトリソグラフィ技術の寄与が大きい。このフォトリソグラフィ技術とは、ウェハ上に塗布されたフォトレジストにフォトマスク（原画）上のパターンを転写し、その転写されたフォトレジストを用いて下層の被エッチング膜をパターニングする技術である。
【０００３】
フォトリソグラフィ技術において用いられるフォトマスクには通常一方の面にのみ原画パターンが形成されるが、特殊なものにはフォトマスク表面および裏面の両方にパターンが形成さているものがある。このようなフォトマスクとしては、特許文献１（特開２００３−１５６８３２号公報）がある。特許文献１のものは、レンズの収差を計測できる収差計測用フォトマスクであり、収差計測を行うために、フォトマスク基板の表面には複数の計測用開口パターンが形成され、フォトマスク基板の裏面には複数の計測用開口パターンの各々への露光光の各入射角度を実質的に異ならせるための裏面開口パターンを有する遮光膜が形成された構成となっている。
【０００４】
特許文献１に記載されているような表面および裏面の両方にパターンが形成されるフォトマスク基板においては、表面のパターンと裏面のパターンの位置ずれを測定する、というニーズが発生する。基板の表裏面のマークを観測して、基板表裏面の位置ずれを観測する技術については、特許文献２（特開２００４−３４９５４４号公報）、特許文献３（特開２００５−１７２６８号公報）に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１５６８３２号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９５４４号公報
【特許文献３】特開２００５−１７２６８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２、３に記載の技術については、Ｓｉウエハの表裏面のマークに対して赤外光（Ｓｉは赤外光に対して透明）を裏面側から照射し、表裏面のマークを同時に観測することにより位置ずれを測定するものである。特許文献２には、表裏面にそれぞれ焦点を合わせて２枚の画像を取得し画像処理をする方法が示されている。これらの技術は、Ｓｉウエハのような薄い基板に対しては有効であるが、例えば６０２５型のフォトマスクのように厚さが６．３５ｍｍあるような厚い基板に対しては有効ではない、という問題がある。すなわち薄い基板については、対物レンズの焦点深度が長ければ、ボケが小さい状態で観測できるが、厚い基板だと焦点が合わず、ボケが生じるからである。また、観測する顕微鏡を焦点合わせのため、長い距離上下動させると、基板の法線と顕微鏡の移動軸の微少な角度ずれのために、正確な位置ずれ量を計測できなくなる、とう問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以上のような課題を解決するためのもので、請求項１に係る発明は、基板の表面と裏面に設けられ、該基板の同一法線上に略形成される位置あわせパターンを有する光学基板であって、裏面に形成される透過パターンと、表面に形成される周囲が透過領域で囲まれた遮光パターンとからなり、該透過パターンの面積が該遮光パターンの面積より大きい位置合わせパターンを有することを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光学基板において、該透過パターンと該遮光パターンは矩形であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の光学基板において、該透過パターンと該遮光パターンは互いに相似の関係にあることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学基板において、該遮光パターンの周囲に光拡散性を有する領域を設けたことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る発明は、基板の裏面に設けられる透過パターンと該基板の表面に設けられる遮光パターンとからなる位置合わせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法であって、該基板の表面には周囲が透過領域で囲まれた遮光パターンを、また、該基板の裏面には該遮光パターンより面積が大きい透過パターンを、それぞれのパターンが該基板の同一法線上に略位置するように形成しておき、該基板の裏面に形成される該透過パターンから平行光を入射し、該遮光パターンに焦点を合わせた光学系で該透過パターンと該遮光パターンの光強度分布を観測することで基板表裏面パターンの位置ずれを測定することを特徴とする位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法である。
【００１１】
また、請求項６に係る発明は、請求項５に記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法において、該透過パターンに入射させる平行光がレーザー光であることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る発明は、請求項５又は請求項６に記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法において、該光学系によって該透過パターンによる明部の重心と該遮光パターンによる暗部の重心を測定し、これら２つの重心のずれから基板表裏面パターンの位置ずれを測定することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る発明は、請求項５乃至請求項７のいずれかに記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法において、透過パターンと該遮光パターンは矩形であることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９に係る発明は、請求項５乃至請求項８のいずれかに記載の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法において、該透過パターンと該遮光パターンは互いに相似の関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の実施の形態に係る位置合わせパターンによれば、簡単な測定系によってフォトマスク基板などの比較的厚い基板の、基板表裏面パターンの位置ずれを観測することができる。また、本発明の実施の形態に係る位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法によれば、フォトマスク基板の一方面からの観測のみを行うものであるので、基板表面側及び裏面側の双方に観測用光学系を必要とする測定方法に比べて、光軸合わせが容易で、簡便な位置ずれ測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１に、本発明の実施の形態に係る位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法の測定原理を示す図である。図１は、フォトマスク基板の測定の様子を側面からみたものであり、１はフォトマスク基板、２はフォトマスク基板表面、３はフォトマスク基板裏面、４はフォトマスク基板表面２に形成される遮光パターン、５はフォトマスク基板裏面４形成される透過パターン、１０は観測用光学系対物レンズ、２０は平行光、６は透過パターン５を平行光２０で基板表面に投影した投影パターン（明部となる）をそれぞれ示している。ここで光学基板の表面は位置合わせパターンを観測する側である。
【００１７】
フォトマスク基板１は、厚さ６３５０μｍのガラスマスクであり、図１には位置あわせパターンが形成されるその一領域が示されている。フォトマスク基板１の当該一領域以外の領域には、回路パターンを焼き付けるためのパターンなどが形成されるものである。位置あわせパターンは、フォトマスク基板表面２に形成される遮光パターン４、及び、フォトマスク基板裏面４形成される透過パターン５とから構成される。基本的には、この遮光パターン４と透過パターン５とは、図１に示すように同一法線上に配置するように位置決めするものである。しかしながら、ずれが生じてしまうために、結果的に、遮光パターン４と透過パターン５とは、フォトマスク基板１の同一法線上に略位置するように形成されるものである。
【００１８】
本発明においては、透過パターン５の面積は遮光パターン４の面積より大きく設定され、透過パターン５からの入射光が遮光パターン４によって遮られる様子を観測・測定するものである。
【００１９】
平行光２０は不図示のＨｅ−Ｎｅレーザーなどから照射されるものであり、フォトマスク基板裏面４から透過パターン５に入射させる。観測用光学系対物レンズ１０は、平行光２０とほぼ同一の光軸上にあり、透過パターン５から入射した透過光（投影パターン６）が遮光パターン４によって遮光された様子全体を観測できるように設定される。観測用光学系対物レンズ１０は、その焦点をフォトマスク基板表面２に合わせて、本発明の測定を行う。また、観測用光学系対物レンズ１０によって観測される画像は不図示の画像処理装置などに取り込むことができるようになっている。
【００２０】
本発明の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法は、このようにフォトマスク基板１の一方面からの観測のみを行うものであるので、基板表面側及び裏面側の双方に観測用光学系を必要とする測定方法に比べて、光軸合わせが容易で、簡便な位置ずれ測定方法であるといえる。
【００２１】
なお、平行光２０が基板の裏面３に垂直に入射するように調整するには、図７（ｂ）のように入射光と裏面の反射光の光軸が一致するように入射光の角度を調整すれば良い。
【００２２】
次に、本発明の遮光パターンと透過パターンの形状、位置関係について説明する。図２は、本発明の遮光パターンと透過パターンとの位置関係を説明するための図であり、図３は、遮光パターンと透過パターンとを平面上に示した図である。図２におけるフォトマスク基板表面２の矩形ＡＢＣＤを平面上に示したものが図３（Ａ）であり、図２におけるフォトマスク基板裏面３の矩形Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’を平面上に示したものが図３（Ｂ）である。なお、線Ａ−Ａ’、線Ｂ−Ｂ’、線Ｃ−Ｃ’、線Ｄ−Ｄ’はいずれもフォトマスク基板１の法線と平行である。図３に示すように、遮光パターン４と透過パターン５とは、同一法線上に配置するように位置決めするものである。また、透過パターン５の面積は遮光パターン４の面積より大きく、２つのパターンの各々の輪郭が重ならないように設定される。
【００２３】
さらに、遮光パターン４の周囲には透過パターン５が表面に投影された投影パターン６に、４以外のパターンが重ならないように十分に大きな範囲の透過領域を設ける。
【００２４】
次に、観測用光学系対物レンズ１０による観測像について説明する。観測用光学系対物レンズ１０は、フォトマスク基板表面２に焦点を合わせて、平行光２０が透過パターン５から入射した透過光（投影パターン６）が遮光パターン４によって遮光された様子を観測する。この観測用光学系対物レンズ１０によって観測される画像は不図示の画像処理装置などに取り込むようにする。図８にこのような目的で使用される光学系の一例を示す。フォトマスク基板１を透過し、投影パターン６を遮光パターン４によって遮光して生成された明暗パターンは対物レンズ１０を通して結像面に結像される。結像した明暗パターンは、リレーレンズを用いて拡大されて撮像素子面に結像され、電気信号に変換されて不図示の画像処理装置に画像データとして取り込まれる。このようにして取り込まれた観測像の例を図４及び図５に示す。図４及び図５は、本発明の実施の形態に係る位置あわせパターンによって得られる観測像を示す図である。図４及び図５に示されるように、観測像は、透過パターン５の投影パターン６によって生成される明部と遮光パターン４によって生成される暗部とからなる。
【００２５】
不図示の画像処理装置においては、このような観測像から透過パターン５による明部の重心と遮光パターン４による暗部の重心を計算し、これらの重心のずれから基板表裏面パターンの位置ずれを測定するものである。図４は、基板表裏面パターンの位置ずれがない場合を図示したものであり、図５は、基板表裏面パターンの位置ずれがある場合を図示したものである。重心の算出方法としては画像データの明暗に応じた重み付けを伴った重心（質量重心ともいう）と、まず二値化処理により明部及び暗部に対応した領域を決定し、おのおの明部の領域と暗部の領域の図形としての重心（幾何重心ともいう）を求める二つの方法がある。本発明ではどちらの方法でも適用できるが、光源の均一性が悪い場合や、径時変化が有る場合は二値化処理により明部及び暗部に対応した領域を決定した後に図形としての重心を求める方法が精度的に好ましい。
【００２６】
このように、本発明の実施の形態に係る位置合わせパターンによれば、簡単な測定系によってフォトマスク基板などの比較的厚い基板の、基板表裏面パターンの位置ずれを観測することができる。また、本発明の実施の形態に係る位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法によれば、フォトマスク基板の一方面からの観測のみを行うものであるので、基板表面側及び裏面側の双方に観測用光学系を必要とする測定方法に比べて、光軸合わせが容易で、簡便な位置ずれ測定を行うことができる。
【００２７】
なお、本発明の透過パターン５の遮光パターン４の形状として、回折による明部端の広がりを低減する観点から矩形が適している。また、図６に示すように、透過パターン５と遮光パターン４とを互いに相似の関係となるように設定すると、2次元平面において、ｘ方向、ｙ方向のどちらの方に位置ずれが生じているかを判断しやすい。一方、本発明は明部の重心位置と暗部の重心位置をそれぞれ計算し、これらの重心位置の差から、基板表裏パターンの位置ずれを測定するものであるから、透過パターン５と遮光パターン４の各パターンの輪郭が相互に重ならなければパターンの形状に制約は無く、例えば透過パターンを図９（Ｂ）のような円形とし、遮光パターンを図９（Ａ）のような矩形を選ぶことも可能である。又、図１０に示すように遮光パターンの周囲に光拡散性を有する領域を設けて、観測画像の明部の明るさや画質を調整することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の位置あわせパターンを用いた基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法の測定原理を示す図である。
【図２】本発明の遮光パターンと透過パターンとの位置関係を説明するための図である。
【図３】遮光パターンと透過パターンとを平面上に示した図である。
【図４】本発明の位置あわせパターンによって得られる観測像を示す図である。
【図５】本発明の位置あわせパターンによって得られる観測像を示す図である。
【図６】遮光パターンと透過パターンとを平面上に示した図である。
【図７】本発明を説明する図である。
【図８】本発明の測定に用いる光学系を示す図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る光学基板を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施の形態に係る光学基板を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・フォトマスク基板、２・・・フォトマスク基板表面、３・・・フォトマスク基板裏面、４・・・遮光パターン、５・・・透過パターン、６・・・透過パターンの投影パターン、１０・・・観測用光学系対物レンズ、２０・・・平行光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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