(57)【要約】【課題】基材同士の貼り合わせにおける相対的ズレ量を、再現性良く、高精度に検出することの出来るアライメント方法を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、撮像したバーニヤ画像の主尺／副尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換し、両者の波形を合成し、合成した波形から最も波高が高い点を認識し、バーニヤの主尺、副尺が一致した点を求めることを特徴とする。本発明の構成によれば、バーニヤ画像のコントラストから得られる合成波形の最も波高が高い点は、バーニヤ画像に対して１点であるため、高精度に、再現性良く、基材同士の貼り合わせにおける相対的ズレ量を評価することが出来る。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材同士の貼り合わせの精度を評価するアライメント方法であって、
貼り合わせた基材同士のバーニヤを撮像し、バーニヤ画像を取得する工程と、
バーニヤ画像の主尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する工程と、
バーニヤ画像の副尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する工程と、
バーニヤ画像の主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し、その論理和を行って１つの合成波形に演算をする工程と、
前記合成波形の波高が最も高い位置と、目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせのズレ量を算出する工程と、
を備えたことを特徴とするアライメント方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアライメント方法であって、
合成波形の波高が最も高い位置と、目盛りの基準となる位置と、の間隔を、バーニヤ画像の画素数を用いて計数すること
を特徴とするアライメント方法。
【請求項３】
基材同士の貼り合わせの精度を評価するアライメント装置であって、
基材に形成したバーニヤを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段にて撮像された画像を保持するフレームメモリと、
前記フレームメモリから画像を取り出し、バーニヤの目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換し、バーニヤの主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し論理和を行って１つの合成波形を演算し、前記合成波形から波高が最も高い位置と、主尺の目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせのズレ量を算出する処理を行う電算機と、
を備えていることを特徴とするアライメント装置。
【請求項４】
請求項３に記載のアライメント装置であって、
撮像手段は、赤外線顕微鏡と、前記赤外線顕微鏡に搭載されたカメラと、を有すること
を特徴とするアライメント装置。
【請求項５】
第一の基材と、第二の基材と、を貼り合わせた２層構造を備え、
前記第一の基材と前記第二の基材に、前記第一の基材と前記第二の基材との間のバーニヤとして機能する、主尺および副尺を備えたこと
を特徴とする荷電粒子線露光用マスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材同士の貼り合わせ精度を評価するアライメント方法／アライメント装置、並びに、該アライメント方法を活用して製造された荷電粒子線露光用マスクに関する。
【背景技術】
【０００２】
２物体間の相対的ズレ量を測定する方法として、バーニヤを用いた測定方法が知られている。バーニヤを用いた測定方法は、長さＮをＭ等分する目盛線を持つ主尺と、長さ（Ｎ＋α）又は長さ（Ｎ−α）をＭ等分する目盛線を持つ副尺と、を平行に付き合わせて、両者の最もずれの少ない目盛線を読むことで、α／Ｍの読み取り精度で両者の相対位置を知ることができる測定方法である。
【０００３】
バーニヤを用いた測定方法では、再現性良く、高精度に、主尺と副尺の最もずれの少ない目盛りを計測することが望まれている。
例えば、画像処理によりバーニヤの目盛りのセンターラインを求め、計測を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
一方、荷電粒子線を使った露光工程で用いられる荷電粒子線露光用マスクが知られている。荷電粒子線露光用マスクは、メンブレンと呼ばれる所定の範囲に、半導体の回路パターンに対応する数μｍ以下の各種の微細なパターンを形成している。
【０００５】
荷電粒子線露光用マスクにおいて、メンブレン部位は薄膜であり、該メンブレン部位の機械的強度の向上が望まれている。
例えば、メンブレン部位の下部に強度を保つための梁を備えた構造とすることが提案されている。
【０００６】
また、例えば、メンブレン部位の機械的強度の向上のために、予めパターン形成された基材に、もう１枚のパターン形成された基材を貼り合わせて２層構造とすることが提案されている（特許文献２参照）。
このとき、各種の微細なパターンの寸法以下の精度で、基材同士を貼り合わせることが必要である。このため、貼り合わせた後、光学顕微鏡やＳＥＭなどで得られた画像を目視することにより検査を行っている。
【特許文献１】特開２０００−５５６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
バーニヤを用いた測定方法では、再現性良く、高精度に目盛りを計測することが望まれている。
【０００８】
また、複数の基材を貼りあわせる構造の荷電粒子線露光用マスクでは、各種の微細なパターンの寸法以下の精度で貼り合わせることが必要であり、基材同士の貼り合わせにおける相対的ズレ量を、再現性良く、高精度に検出することが望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、基材同士の貼り合わせにおける相対的ズレ量を、再現性良く、高精度に検出することの出来るアライメント方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、基材同士の貼り合わせの精度を評価するアライメント方法であって、貼り合わせた基材同士のバーニヤを撮像し、バーニヤ画像を取得する工程と、バーニヤ画像の主尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する工程と、バーニヤ画像の副尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する工程と、バーニヤ画像の主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し、その論理和を行って１つの合成波形に演算をする工程と、前記合成波形の波高が最も高い位置と、目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせのズレ量を算出する工程と、を備えたことを特徴とするアライメント方法である。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のアライメント方法であって、合成波形の波高が最も高い位置と、目盛りの基準となる位置と、の間隔を、バーニヤ画像の画素数を用いて計数することを特徴とするアライメント方法である。
【００１２】
請求項３に記載の本発明は、基材同士の貼り合わせの精度を評価するアライメント装置であって、基材に形成したバーニヤを撮像する撮像手段と、前記撮像手段にて撮像された画像を保持するフレームメモリと、前記フレームメモリから画像を取り出し、バーニヤの目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換し、バーニヤの主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し論理和を行って１つの合成波形を演算し、前記合成波形から波高が最も高い位置と、主尺の目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせのズレ量を算出する処理を行う電算機と、を備えていることを特徴とするアライメント装置である。
【００１３】
請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載のアライメント装置であって、撮像手段は、赤外線顕微鏡と、前記赤外線顕微鏡に搭載されたカメラと、を有することを特徴とするアライメント装置である。
【００１４】
請求項５に記載の本発明は、第一の基材と、第二の基材と、を貼り合わせた２層構造を備え、前記第一の基材と前記第二の基材に、前記第一の基材と前記第二の基材との間のバーニヤとして機能する、主尺および副尺を備えたこと
を特徴とする荷電粒子線露光用マスクである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のアライメント方法は、撮像したバーニヤ画像の主尺／副尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換し、両者の波形を合成し、合成した波形から最も波高が高い点を認識し、バーニヤの主尺、副尺が一致した点を求めることを特徴とする。
本発明の構成によれば、バーニヤ画像のコントラストから得られる合成波形の最も波高が高い点は、バーニヤ画像に対して常に１点であるため、再現性良く、高精度に基材同士の貼り合わせにおける相対的ズレ量を評価することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のアライメント方法について説明を行う。
本発明のアライメント方法は、
貼り合わせた基材同士のバーニヤを撮像し、バーニヤ画像を取得する工程と、
バーニヤ画像の主尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する工程と、
バーニヤ画像の副尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する工程と、
バーニヤ画像の主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し、その論理和を行って１つの合成波形に演算をする工程と、
前記合成波形の波高が最も高い位置と、目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせのズレ量を算出する工程と、
を備える。
【００１７】
まず、貼り合わせた基材同士のバーニヤを撮像し、バーニヤ画像を取得する。本発明のアライメント方法では、貼り合わせた基材が充分に固定されており、片方に形成された主尺ともう一方に形成された副尺とが平行であれば、副尺と主尺との距離は離れていても良い。
一例として、図１に、撮像されたバーニヤ画像を示す。
【００１８】
次に、バーニヤ画像の主尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する。得られたバーニヤ画像において、主尺の目盛り部分は等間隔な濃淡で示され、その濃淡を画素の階調としてとらえ、主尺の目盛り部分をそれぞれ一連のコントラストの波形に変換する。
一例として、図２に、図１における主尺の目盛りをコントラストの波形に変換した図を示す。図１において、主尺の目盛りの部位のコントラストは高いため、図２において、主尺の目盛りの部位はコントラストの波形における波高が高い部位に相当する。
【００１９】
次に、バーニヤ画像の副尺の目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換する。得られたバーニヤ画像において、副尺の目盛り部分は等間隔な濃淡で示され、その濃淡を画素の階調としてとらえ、副尺の目盛り部分をそれぞれ一連のコントラストの波形に変換する。
一例として、図３に、図１における副尺の目盛りをコントラストの波形に変換した図を示す。図１において、副尺の目盛りの部位のコントラストは高いため、図３において、主尺の目盛りの部位はコントラストの波形における波高が高い部位に相当する。
【００２０】
次に、バーニヤ画像の主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し、その論理和を行って１つの合成波形に演算をする。主尺の目盛りと副尺の目盛りは、お互いわずかに間隔が異なっているため、それぞれの目盛り部分をコントラストの波形に変換した場合、それぞれの波形において、波高が高くなる間隔は異なる。このため、それぞれの波高を合成した場合、主尺の目盛りと副尺の目盛りとが一致する点は、合成波形の波高が最も高い部位に相当する。
一例として、図４に、図２および図３の波形を和した合成波形を示す。図４において、波高が最も高い部位は、１６の部位であり、この点が主尺の目盛りと副尺の目盛りとが一致する点に相当する。
【００２１】
次に、合成波形の波高が最も高い位置と、目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせのズレ量を算出する。合成波形の波高が最も高い部位と、目盛りの基準となる位置との相対的な間隔から、主尺を設けた基材と副尺を設けた基材との相対的ズレ量を計測することが出来る。このとき、目盛りの基準となる位置は、目盛りを設ける際に基材のどの部位に設けたかを絶対的に把握している点であれば良く、例えば、主尺／副尺の目盛りの開始点／終点などであっても良い。
一例として、図４では、目盛りの基準となる位置を１５とし、波高が最も高い部位１６との間隔から、相対的ズレ量を算出することを示している。
【００２２】
また、合成波形の波高が最も高い位置と、目盛りの基準となる位置と、の間隔を、バーニヤ画像の画素数を用いて計数することが好ましい。画素数を基準とすることで、バーニヤ画像の解像度に応じて両者の距離を導出することが出来る。
【００２３】
本発明のアライメント方法は、得られたバーニヤ画像のコントラストの波形を合成することで主尺と副尺が一致した点を求めるため、それぞれの目盛りに対してセンターラインを求める必要がなく、計測を迅速に行うことが出来る。また、バーニヤ画像のコントラストから得られる合成波形の最も波高が高い点は、バーニヤ画像に対して常に１点であるため、再現性良く、高精度に基材同士の貼り合わせにおける相対的ズレ量を評価することが出来る。
【００２４】
以下、本発明のアライメント装置について説明を行う。
本発明のアライメント装置は、
基材に形成したバーニヤを撮像する撮像手段と、
前記撮像手段にて撮像された画像を保持するフレームメモリと、
前記フレームメモリから画像を取り出し、バーニヤの目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換し、バーニヤの主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し論理和を行って１つの合成波形を演算し、前記合成波形から波高が最も高い位置と、主尺の目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせのズレ量を算出する処理を行う電算機と、
を備える。
図５に本発明のアライメント装置の一例を示す。
【００２５】
撮像手段は、基材に形成されたバーニヤを画像として取得できれば良く、バーニヤの目盛りの幅に対して充分な解像度のバーニヤ画像を取得出来れば良い。例えば、光学顕微鏡と、該光学顕微鏡の画像記録するカメラを組み合わせても良い。
【００２６】
また、撮像手段は、赤外線顕微鏡と、該赤外線顕微鏡に搭載されたカメラと、を有することが好ましい。赤外線が透過することが出来る基材を用いた場合、撮像手段を赤外顕微鏡とすることで、基材表面に設けられたバーニヤを撮像することが出来る。このため、特に、荷電粒子線露光用マスクの製造における基材同士を貼り合わせる工程において、基材同士の貼り合わせの精度を評価するのに好適に用いることが出来る。
【００２７】
フレームメモリは、撮像手段にて得られたバーニヤ画像を保持し、画像処理を行う電算機にバーニヤ画像の記録を渡すために設けられる。このとき、撮像手段で取得されたバーニヤ画像は、電算機で処理が行える形式に、適宜変換されても良い。
【００２８】
電算機は、フレームメモリから画像を取り出し、バーニヤの目盛り部分の等間隔な濃淡をコントラストの波形に変換し、バーニヤの主尺、副尺それぞれの目盛り部分のコントラストの波形に対し論理和を行って１つの合成波形を演算し、前記合成波形から波高が最も高い位置と、主尺の目盛りの基準となる位置と、の間隔から基材同士の貼り合わせの相対的ズレ量を算出する処理を行うために設けられる。
【００２９】
また、本発明のアライメント装置は、相対的ズレ量をフィードバックし、再度貼り合わせを行う機構を備えていても良い。検出された相対的ズレ量をフィードバックすることにより、基材同士の貼り合わせを高精度に行うことが可能となる。
【００３０】
本発明のアライメント装置を用いることにより、一連のアライメント動作を自動で行うことが出来、目視検査に頼ることが無くなり、歩留り向上と信頼性向上に寄与することが出来る。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明のアライメント方法を実施し、荷電粒子線露光用マスクを製造する一例について説明を行う。当然のことながら、本発明のアライメント方法は下記実施例に限定されるものではない。
【００３２】
まず、荷電粒子線が透過するための微細パターン２が形成されたシリコンウエハ１を用意し、該シリコンウエハ１にバーニヤの主尺３を形成した。このとき、主尺３は、ライン幅１μｍの１：１のライン＆スペースとし、１００μｍに渡り５０本の目盛りを形成したものであった（図６）。
【００３３】
次に、荷電粒子線が透過するための微細パターン２を、Ｙ軸を対象にして反転させたデータを使用した微細パターン５が形成されたシリコンウエハ４を用意し、該シリコンウエハ４にバーニヤの副尺６を形成した。このとき、副尺６は、ライン幅０．９８μｍの１：１のライン＆スペースとし、９８μｍに渡り５０本の目盛りを形成したものであった（図７）。
【００３４】
本実施例において、形成された主尺／副尺によれば、主尺と副尺の差２μｍ＝２０００ｎｍを５０本の目盛りで分割しているため、バーニヤとしての感度は２０００ｎｍ／５０目盛り＝４０ｎｍ／目盛りである。
また、微細パターン２、微細パターン５、主尺３、副尺６、は、公知の微細加工技術によって形成すればよく、本実施例では、半導体製造で用いられるＳｉ基材のリソグラフィ技術と反応性イオンエッチング技術（ＲＩＥ）等の異方性エッチングを利用して形成された。
【００３５】
次に、主尺３が形成されたシリコンウエハ１と、副尺６が形成されたシリコンウエハ４と、を貼り合わせる。このとき、貼り合わせには、真空チャンバーを有し、プラズマエッチング等により等方的に基材表面の処理が可能な貼り合わせ装置を用いた。
貼り合わせ装置においては、真空チャンバー内において貼り合わせる基材表面に対して汚染除去を行い、Ｓｉ原子を露出させるため、活性なガスの導入が可能であり、例えば酸素プラズマ等を発生させることが可能なものある。露出させたＳｉ原子に対して、相対するウエハの表面状態も同様にＳｉ原子が露出しているため、それらの面を密着させることでＳｉ原子同士が共有結合し、バルク状のＳｉとほぼ同等の接合強度をもつことが知られている。
【００３６】
図８に、貼り合わせの際のプリアライメント方法を示す。表面のパターン同士が大枠重なるよう、シリコンウエハのオリエンテーションフラット７の位置が同じになるように合わせ、かつ、近接するように基材同士の間隔８を設定した（図８）。
【００３７】
図５に、アライメントに用いる本発明のアライメント装置の一例を示す。
まず、下方から赤外光９による照明を行い、上方では赤外用の顕微光学系１０と右側カメラ１１、左側カメラ１２を使用する。シリコンウエハは赤外光を透過するため、下方からの照明は透過照明となり、シリコンウエハに形成された主尺／副尺を画像として記録することが出来る。このため、上述の通りプリアライメントが済んでいれば、シリコンウエハ１とシリコンウエハ４に形成されたバーニヤの主尺３、およびバーニヤの副尺６を右側カメラ１１、左側カメラ１２のそれぞれで確認し、顕微鏡にセットされたカメラにより、バーニヤ画像を取得することが出来る。図１に、上述の操作により得られたバーニヤ画像を示す。
【００３８】
次に、得られたバーニヤ画像を、フレームメモリに転送し、電算機により、画像処理、および主尺と副尺の目盛り部分の認識を行った。
【００３９】
画像処理では、主尺のライン１７、副尺のライン１８の各ライン上の画素について、主尺、副尺の目盛りの濃淡を２５６階調のコントラストの波形として抽出した。
図２に、主尺のライン１７において抽出した、バーニヤの主尺目盛り部分が成すコントラストの波形を示す。
図３に、副尺のライン１８において抽出した、バーニヤの副尺目盛り部分が成すコントラストの波形を示す。
【００４０】
上述の通りに得られた、バーニヤの主尺目盛り部分が成すコントラストの波形と、バーニヤの副尺目盛り部分が成すコントラストの波形と、について、論理和を施した。図４に、論理和を施した合成波形を示す。合成波形では、主尺、副尺の目盛りのズレが少なくなるにつれて波高が高くなり、最大波高の位置において主尺、副尺目盛りが一致することになる。
【００４１】
このとき、予め１目盛りのズレ量を画素数から求めておけば自動化が可能である。本実施例では、バーニヤの基準位置１５は、図２の主尺の左端から２６個目の波形ピークとした。また、主尺と副尺が一致する位置１６は図４の波形においては最大ピークを持つところである。基準となる位置１５と、主尺と副尺が一致する位置１６と、から、両者の間隔を、測定画素数１９として、導出することが出来る。
【００４２】
本実施例では、１目盛りが１６画素であり、４０ｎｍ／１６画素＝２．５ｎｍ／画素である。測定画素数１９は２０７画素であったため、「２０７画素×２．５ｎｍ＝５１７ｎｍ」が、シリコンウエハ１と、シリコンウエハ４との相対的ズレ量となる。
【００４３】
以上より、本発明のアライメント方法を実施した。アライメント後、相対的ズレ量をフィードバックし、再度貼り合わせを行うことで、精度良く貼り合わせを行うことが出来る。
貼り合わせ工程後、所定の残りの工程を経て図９に示す荷電粒子線露光用マスクが完成した（図９）。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のアライメント装置により得られたバーニヤ画像の一例を示す図である。
【図２】バーニヤ画像の主尺の目盛りを変換したコントラストの波形を示す図である。
【図３】バーニヤ画像の副尺の目盛りを変換したコントラストの波形を示す図である。
【図４】主尺／副尺のコントラストの波形を論理和した合成波形を示す図である。
【図５】本発明アライメント装置の一例を示す図である。
【図６】実施例に用いる基材を示す図である。
【図７】実施例に用いる基材を示す図である。
【図８】実施例でのプリアライメントを示す図である。
【図９】本発明の荷電粒子線露光用マスクの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１……下側のシリコンウエハ
２……下側のシリコンウエハに形成された微細パターン
３……バーニヤの主尺
４……上側のシリコンウエハ
５……上側のシリコンウエハに形成された微細パターン
６……バーニヤの副尺
７……シリコンウエハのオリエンテーションフラット
８……下側のシリコンウエハと上側のシリコンウエハとの間隔
９……赤外光
１０……赤外用顕微光学系
１１……赤外用の右側カメラ
１２……赤外用の左側カメラ
１３……バーニヤ画像の主尺
１４……バーニヤ画像の副尺
１５……バーニヤの基準位置
１６……主尺と副尺が一致する位置
１７……主尺のライン
１８……副尺のライン
１９……測定画素数
【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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