(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開口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を提供する。【解決手段】本発明は、フォトマスク基板１の表面に設けられ規則的なピッチで配置される表面側開口パターン４とフォトマスク基板１の裏面に設けられ規則的なピッチで配置される裏面側開口パターン５とからなる開口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、表面側開口パターン４と裏面側開口パターン５とを異なるピッチで配置しておき、フォトマスク基板１の裏面から直進光を入射し、フォトマスク基板１板の表面に焦点を合わせた光学系でフォトマスク基板１の観測を行い、フォトマスク基板１の表面で観測される光の明暗分布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。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面に設けられ規則的なピッチで配置される表面側開口パターンと該基板の裏面に設けられ規則的なピッチで配置される裏面側開口パターンとからなる位置ずれ測定用開口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、
該表面側開口パターンと該裏面側開口パターンとを異なるピッチで配置しておき、該基板の裏面から観測用平行光を入射し、該基板の表面に焦点を合わせた光学系で該基板の観測を行い、該基板の表面で観測される光の明暗分布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開口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２】
該基板の該位置ずれ測定用開口パターンは、該基板の表面および裏面の各面の各々の直交する軸方向に規則的なピッチで二次元の広がりをもって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法。
【請求項３】
該基板の位置ずれ測定用開口パターンの裏面から観測用平行光を入射し、該基板の表面で観測される光の明暗分布を、測定用開口パターンが存在する領域で該観測用平行光を基板に対し相対的に移動して観測することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の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、基板の表裏面に形成された開口パターンによる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）ものがある。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２００５−１７２６８６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、基板の表面に設けられ規則的なピッチで配置される表面側開口パターンと該基板の裏面に設けられ規則的なピッチで配置される裏面側開口パターンとからなる位置ずれ測定用開口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、該表面側開口パターンと該裏面側開口パターンとを異なるピッチで配置しておき、該基板の裏面から観測用平行光を入射し、該基板の表面に焦点を合わせた光学系で該基板の観測を行い、該基板の表面で観測される光の明暗分布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。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法において、該基板の該位置ずれ測定用開口パターンは、該基板の表面および裏面の各面の各々の直交する軸方向に規則的なピッチで二次元の広がりをもって配置されてい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に記載の基板表裏面パターンの位置ずれ測定方法において、該基板の位置ずれ測定用開口パターンの裏面から観測用平行光を入射し、該基板の表面で観測される光の明暗分布を、測定用開口パターンが存在する領域で該観測用平行光を基板に対し相対的に移動して観測することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る開口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】
【００１０】
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および図６に、本発明の実施の形態に係る開口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に形成される表面側開口パターン、５はフォトマスク基板裏面３に形成される裏面側開口パターン、１０は観測用光学系対物レンズ、２０は観測用平行光をそれぞれ示している。図６は基板の法線（光軸）に沿って見た測定方法の説明図である。
【００１１】
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には位置ずれ測定用開口パターンが形成されるその一領域（位置ずれ測定領域）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。位置ずれ測定用開口パターンは、フォトマスク基板表面２に形成される表面側開口パターン４、及び、フォトマスク基板裏面３に形成される裏面側開口パターン５とから構成される。
【００１２】
この表面側開口パターン４と裏面側開口パターン５ともには、図１に示すように基板の表面および裏面の各面の直交する軸の各々の方向において規則的に配置されているが、表面側開口パターン４と裏面側開口パターン５とは、表面および裏面の対応する軸方向において異なるピッチで形成されるものである。
【００１３】
本発明においては、規則的な裏面側開口パターン５からの入射光を、異なる規則性で配置される表面側開口パターン４から透過した透過光２２を観測・測定するものである。
【００１４】
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から垂直に裏面側開口パターン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、裏面側開口パターン５から入射した透過光２１が、さらに表面側開口パターン４を透過した透過光２２の様子全体を観測できるように設定される。ここではレーザーを光源として用いているが、平行光であればレーザーに限定されるものではない。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図６に示すようにリレーレンズ１１を通して撮像素子１２上に結像され、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。
【００１５】
ここで表面側開口パターン５に入射する平行光２０は基板表面３に垂直に入射する必要がある。図７（ａ）は、平行光２０が基板裏面４の法線に対しθの角度で入射した場合、基板裏面４からの反射光も法線に対しθの角度を持ち、入射光と反射光は２θの角度を持って光軸は一致しない状態を図示している。平行光２０が基板裏面４に垂直に入射するように調整するには、図７（ｂ）に示すように入射した平行光２０と基板裏面４からの反射光の光軸が一致（θ＝０の状態）するように入射光２０の角度を調整すればよい。
【００１６】
本発明の開口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。
【００１７】
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、本発明の表面側開口パターンと裏面側開口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、表面側開口パターンと裏面側開口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。表面側開口パターン４と裏面側開口パターン５とは、図３（Ａ）に示すように矩形領域ＡＢＣＤには９×９の配列で規則的に表面側開口パターン４が形成されており、図３（Ｂ）に示すように矩形領域Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’には１０×１０の配列で規則的に表面側開口パターン４が形成されている。
【００１８】
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、裏面側開口パターン５から入射した透過光（平行光２０）が、さらに表面側開口パターン４から透過される様子を観測する。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。このようにして取り込まれた観測像の例を図４に示す。図４及び図５は、本発明の実施の形態に係る開口パターンによって得られる観測像を示す図である。本発明の開口パターンを有するフォトマスク基板１の観測によれば、図４及び図５に示されるように、観測像には光の明暗分布が現れる。フォトマスク基板１の表裏面パターンで位置ずれのない場合には、例えば、図４に示されるような明暗分布が期待されるところ、観測された像が図５に示されるような明暗分布パターンの場合には、その明暗分布パターンのずれ量から、基板表裏面パターンの位置ずれを知ることができる。
【００１９】
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フォトマスク基板１の表面の明暗分布を取り込み、先のずれ量を計算し、こ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。
【００２０】
図８は基板表裏パターンの位置ずれと明暗分布パターンのずれ量の関係を例示した図である。図８の表面側開口パターン４’は図３（Ａ）の表側開口パターン４のＥ−Ｅ’断面を示しており、裏面側開口パターン５’は図３（Ｂ）の裏面開口パターン５のＦ−Ｆ’断面を示している。
具体的には表面側開口パターンは開口部のサイズが５（相対サイズ、以下同様）遮光部のサイズが５の規則的なピッチであり、裏面開口パターンは開口部のサイズが５遮光部のサイズが４である。このように表面側と裏面側のパターンを作図すると表面側で９ピッチ目、裏面側で１０ピッチ目で表裏のパターン位置関係が同じとなり透過光の明暗分布パターンの繰り返しの１周期となる。図８（ａ）は平行光２０が裏面開口パターン５’に垂直に入射し透過した後、表面開口パターン４’を透過した様子を表面開口パターン１０個の幅にわたって図示している。図８（ａ）で表面開口パターンのうち左から１番目の開口３１では相対的な明るさで‘１’の光が透過し、開口３２では‘２’と少しずつ透過光が増加し、開口３５の位置では‘５’の値で透過光が最大となり、開口３６では‘４’と減少し、開口３９の位置で‘１’の値で透過光が最小値となる。図８（ｂ）は裏面の開口パターンの位置が図８（ａ）と比較して右方向に２（相対サイズ）だけ位置がずれた状態で作図されている。この状態で透過光が最大となる表面開口は図８（ｂ）に示されているように開口３７の位置となり、ずれ量が拡大されて観測される（図８（ｂ）では１０倍に拡大されている）。このように、パターンのピッチが異なる表面側開口パターンと裏面側開口パターンを透過した透過光の明暗の分布により位置ずれを観測すると、表面側開口パターンと裏面側開口パターンの位置ずれに対し拡大されて透過光の明暗パターンが変化するため、直接位置ずれを観測する場合より倍率の低い光学系を用いても位置ずれを観測することが出来る。ここでは、表面側に９ピッチ目、裏面側で１０ピッチ目で開口位置が重なる例を示したが、これに限定されるものではない。単位長さ（１周期）あたりの開口の数を増やすことにより、位置ずれ計測の分解能を高くすることができる。１周期あたりの長さ、ピッチ数、開口の大きさは、必要とする計測精度、回折により光のボケを考慮し、適切な大きさに設定されるものである。
【００２１】
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開口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。さらに、基板表裏面の各々の開口パターンのピッチを適切に選択する事で表裏面のパターンの位置ズレに対する透過光の明暗パターンの変位する倍率を必要な値に設定できる。
【００２２】
次に本発明の第２の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図９は本発明の他の実施の形態に係る開口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１０は光パワーメータ３０によって計測される光強度の概略を示す図である。図９において、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に形成される表面側開口パターン、５はフォトマスク基板裏面３に形成される裏面側開口パターン、２０は観測用平行光、３０は光パワーメータをそれぞれ示している。
【００２３】
第１の実施の形態が基板表裏面パターンのほぼ全領域に平行光を入射させるのに対し、第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した基板を用い、直径を絞った平行光を裏面側から入射させ、裏面側開口パターン５、表面側開口パターン４を透過した光強度を光パワーメータ３０で計測するものである。この観測用平行光を、基板に対して相対的に移動させることにより、図に示す通り、開口の位置関係に依存した光強度の増減が観測される。Ｘ方向、Ｙ方向それぞれ計測し、その結果をもとに位置ずれの情報が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る開口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】本発明の表面側開口パターンと裏面側開口パターンとの位置関係を説明するための図である。
【図３】表面側開口パターンと裏面側開口パターンとを平面上に示した図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る開口パターンによって得られる観測像を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る開口パターンによって得られる観測像を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る開口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７】基板裏面の入射光と反射光の関係を説明する図である。
【図８】基板表裏パターンの位置ずれと明暗分布パターンのずれ量の関係を例示した図である。
【図９】本発明の他の実施の形態に係る開口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１０】光パワーメータ３０による計測される光強度の概略を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
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・・・表面側開口パターン、５・・・裏面側開口パターン、１０・・・観測用光学系対物レンズ、２０・・・観測用平行光、３０・・・光パワーメータ
【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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