JP5659507B2 - パターン描画装置の状態監視方法および状態監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、パターン描画装置によって周期性パターンが形成された基板を状態監視対象とし、パターン描画装置の状態監視を行うためのパターン描画装置の状態監視方法および状態監視装置に関する。
なお、周期性パターンとは、一定の間隔を有するパターンの集合体を称し、たとえば、パターンが所定のピッチで配列したストライプ状の周期性パターン、あるいは、開口部のパターンが所定の周期で２次元的に配列したマトリクス状のパターン等が該当する。周期性パターンを有する基板としては、特に半導体装置、撮像デバイスおよび表示デバイス等を製造する際にフォトリソグラフィ処理の露光工程で用いられるフォトマスクが挙げられる。

従来、半導体装置、撮像デバイスおよび表示デバイス等の製造工程で用いられるフォトマスクとしては、ガラス等の透明基板上にクロム等の遮光膜が一定のパターンに部分的に除去されて構成されたものが知られている。

フォトマスクのような周期性パターンにおけるむら欠陥は、通常、微細なピッチずれや位置ずれが規則的に配列していることが原因であることが多いため、個々のパターン検査では発見することが困難であるが、周期性パターンを広い領域において観察したときに初めて認識される欠陥である。

周期性のあるパターン、たとえば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクのむらを安定的、高精度に撮像、検出可能な周期性パターンむら検査装置を提供することを目的として、照明光が被検査体に照射され、周期性パターンによって生じる透過回折光を画像検査する検査装置が公知である（たとえば、特許文献１参照）。

周期性パターンの正常部では開口部の形状、ピッチが一定となるため互いに干渉し、一定の方向に回折光を生じる。それに対し、むら部では開口部の形状、ピッチが不規則になるため、形状、ピッチに応じて、その次数ごとに種々の方向に種々の強さで回折光が生じる。この検査装置では、正常部とむら部における回折光強度コントラストの違いから、むら部を検出する方式をとっている。

特許文献１に開示されているようなＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクでは、パターンピッチは５μｍ〜３０μｍ程度であり、各回折次数における回折光が互いに分離し易いようなパターンが多い。しかし、たとえば、ＬＣＤ製造用フォトマスクでは、そのパターンピッチは２０μｍ程度のものから１０００μｍ程度のものまで幅広く存在し、割合としてはＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクよりもパターンピッチが大きいものが多い。パターンピッチが１００μｍを超えるようなパターンでは回折光が互いに分離し難くなるため、正常部と異常部のコントラストの違いからむら部を検出する手法は難しいのではないかと考えられていた。

これに対して、たとえば、主パターン（パターン周期が８０〜２０００μｍ）に対し、この主パターンとは周期の異なる補助パターン（パターン周期が１〜５０μｍ）を、主パターン以外の領域に、主パターンと同時に描画することによって形成し、この補助パターンからの回折光コントラスト差を捉えることにより描画起因のエラー発生位置を捉え、エラーが発生している補助パターンと同一直線上に配置された主パターンにおいても同様のエラーが生じているものとみなす検査方法が公知である（たとえば、特許文献２参照）。

しかしながら、実際の描画工程においては、１回のビーム走査中にビームの強度ばらつきや走査位置のずれによって、部分的にパターン寸法ずれや位置ずれが発生する可能性がある。たとえ同一直線状であってもむら欠陥の程度が変化している可能性があるため、上記特許文献２の方法は効果的であるとは言い難い。

また、ＬＣＤ製造用フォトマスクは、ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクに比べパターンピッチが大きいものが多い。そのため、マクロ撮像を行った場合でも合焦点位置において被検査画像中でパターンが解像してしまい、被検査画像上でむら欠陥との弁別が困難となり、検査精度が低下してしまう問題がある。パターン解像による影響を低減させる手法としてはデフォーカスを挙げることができる。

シャドウマスクにおけるむら検査方法にて、意図的に焦点位置をずらした状態で被検査基板を撮像し画像取得を行っている例（たとえば、特許文献３参照）が挙げられるが、これは基板の被検査面に対して斜めから光を照射して回折光を捉える方法ではない。

特許文献１でも示されているように、やはり周期性パターンにおけるむらを安定して検出するためにはパターンにおいて生じた回折光を捉え、正常部と欠陥部とで生じた回折光量差に着目することが有効であることが公知であるとされてきている。

ところで、パターン描画装置における描画方式はベクタ方式とラスタ方式に分類される。ＣＣＤ、ＣＭＯＳデバイス製造用フォトマスクや半導体装置用基板製造用のフォトマスクにおけるパターン描画にはＥＢ（電子線）描画装置が用いられ、その殆どが描画部のみビーム走査を行うベクタ方式によるものである。一方で、ＬＣＤ製造用フォトマスクにおけるパターン描画ではレーザ描画装置が用いられており、領域全体をスキャンし、描画部のみビームをオンするラスタ方式が用いられている。

これら描画装置では、それぞれ固有の描画パラメータが設けられている例が多く、たとえば、ＬＣＤ製造用フォトマスク向けレーザ描画装置では、１回のビーム走査幅を示すスキャンレングス（Ｓｃａｎ Ｌｅｎｇｔｈ）というパラメータが存在する。パターンピッチとスキャンレングスが異なる場合において、パターンエッジとこのスキャンレングスの境界部分が重なる時にパターンの寸法変動が生じる例がある。

また、ＥＢ描画装置においては描画フィールド（ＦＩＥＬＤ）と呼ばれる正方形状の描画領域が設定され、この描画領域境界部分でパターンの寸法変動や位置変動が生じる例が確認されてきている。上記のような現象により生じるむら欠陥は、その描画パラメータに依存した周期性を有しているため、描画装置における描画パラメータとむら発生周期との関係性が重要視されてきている。

そして、上述した従来技術は、製造工程上における製品検査に係る内容に留まっていると言える。検査工程にて発見された製品不良を、上流側の工程において未然に防止するという観点からは、ＬＣＤ製造用フォトマスクのような基板上に周期性パターンが形成された製品におけるむら欠陥を効果的に可視化し、かつ、その発生周期を簡便に導出することで描画装置の状態監視を行い、その結果を描画装置側へフィードバックすることによって最適な描画条件を設定するような、むら欠陥発生を未然に防ぐための手法の確立が望まれている。

特開２００６−２７５６０９号公報 特許第３３６６８０２号公報 特開２００７−２７１５９１号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、周期性のあるパターン、特に、ＬＣＤ製造用フォトマスクのような基板において、回折光量差によるコントラストからパターン変動発生箇所を精度良く識別し、かつ、その変動発生周期を簡便に導出することによってパターン描画装置の状態監視を実施することができるパターン描画装置の状態監視方法および状態監視装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、パターン描画装置によって周期性パターンが形成された基板を状態監視対象とし、前記基板に対し照明光を斜め方向から照射することで、前記周期性パターンにより生じる回折光を用いて画像取得を行い、処理判定を行うパターン描画装置の状態監視方法であって、前記周期性パターンのピッチ、サイズ等の製品情報、および前記基板上へのパターン描画条件、前記パターン描画装置の種類等の描画情報を入力するパターン情報入力工程と、前記基板の被撮像面内方向における位置決めを行う位置決め工程と、前記パターン情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を基に、パターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率設定工程と、前記基板の周期性パターンが形成された面を被撮像面とし、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直方法に所定量ずらすデフォーカス工程と、前記合焦点位置から所定量デフォーカスさせた位置において、前記基板の周期性パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、前記被処理画像に対し、前記周期性パターンの正常部と変動部との間で生じた輝度コントラストを数値化したむら評価値を算出するむら評価値算出工程と、前記被処理画像上で確認される前記基板上で発生しているむら欠陥の発生周期を求めるむら欠陥周期算出工程と、前記むら評価値算出工程において求めたむら評価値と設定された判定用閾値との大小、及び前記むら欠陥周期算出工程において求めたむら周期と前記パターン情報入力工程において入力されたパターン描画条件との類似性を比較し、前記むら評価値が前記判定用閾値よりも大きくかつ前記むら周期が前記パターン描画条件と類似している場合には、前記基板上で発生しているむら欠陥がパターン描画装置起因のものであると判定し、前記むら周期が前記パターン描画条件と類似していても前記むら評価値が前記判定用閾値よりも小さい場合には前記むら欠陥がパターン描画装置起因のものでないと判定する判定工程とを具備している。

本発明の請求項２に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１において、前記パターン情報入力工程は、前記基板の周期性パターンに対して、任意の水平方向角度での照明について撮像条件の設定ができるように、照明と前記基板との水平角度方向に関する条件入力が可能であることを特徴とする。

本発明の請求項３に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１または２において、前記基板の周期性パターンのパターンピッチは２０μｍ〜４００μｍであることを特徴とする。

本発明の請求項４に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記照明光は、中心波長が５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする。

本発明の請求項５に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記撮像工程は、前記基板の周期性パターンからの回折光を、光電変換素子を利用した撮像手段によって実施するものであり、かつ、前記撮像手段は、前記基板の周期性パターンにより生じる回折光のうち、前記基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする。

本発明の請求項６に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜５のいずれかにおいて、前記撮像倍率設定工程は、撮像倍率の設定を行うのに電動式ズームレンズを利用することを特徴とする。

本発明の請求項７に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記デフォーカス工程は、前記合焦点位置からのデフォーカス量が光学系の焦点深度よりも大きいことを特徴とする。

本発明の請求項８に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜７のいずれかにおいて、前記デフォーカス工程は、前記合焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする。

本発明の請求項９に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜８のいずれかにおいて、前記むら欠陥周期算出工程は、前記撮像工程により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を利用することで周期を算出することを特徴とする。

本発明の請求項１０に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜９のいずれかにおいて、前記パターン描画装置は、波長が４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザを基板上で走査させることによりパターンを描画するラスタ式パターン描画装置であることを特徴とする。

本発明の請求項１１に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記基板は、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする。

本発明の請求項１２に係わるパターン描画装置の状態監視方法は、請求項１〜１１のいずれかにおいて、前記基板は、液晶表示装置用部材製造用フォトマスクであることを特徴とする。

本発明の請求項１３に係わるパターン描画装置の状態監視装置は、パターン描画装置によって周期性パターンが形成された基板を状態監視対象とし、前記基板に対し照明光を斜め方向から照射することで、前記周期性パターンにより生じる回折光を用いて画像取得を行い、処理判定を行うパターン描画装置の状態監視装置であって、前記基板を載置し、Ｘ軸、Ｙ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って、前記基板の被撮像面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明ヘッドと、この照明ヘッドを支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に略平行な照明光を照射しつつ前記基板の被撮像面に垂直な方向に対する照明光照射角度φを制御可能であり、さらに、前記照明ヘッドを前記基板の被検査面に対して水平な角度θ方向に駆動することが可能な照明ヘッド駆動手段と、前記照明ヘッドによって照明光が前記基板の周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する撮像手段と、この撮像手段を前記基板の被検査面に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に駆動させることが可能な撮像部駆動手段と、前記位置決め手段からの映像出力および前記撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、前記周期性パターンのピッチ、サイズ等の製品情報、および前記基板上へのパターン描画条件、前記パターン描画装置の種類等の描画情報の入力やその他操作を行うための対人操作手段と、この対人操作手段により入力された前記周期性パターンに関する情報を基に、パターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定手段と、前記基板の周期性パターンが形成された面を被撮像面とし、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直方法に所定量ずらすデフォーカス手段と、前記撮像手段により取得された被処理画像に対し、前記周期性パターンの正常部と変動部との間で生じた輝度コントラストを数値化したむら評価値を算出するむら評価値算出手段と、前記撮像手段により取得された被処理画像上で確認される前記基板上で発生しているむら欠陥の発生周期を求めるむら欠陥周期算出手段と、前記むら評価値算出手段において求めたむら評価値と設定された判定用閾値との大小、及び前記むら欠陥周期算出手段において求めたむら周期と前記対人操作手段において入力されたパターン描画条件との類似性を比較し、前記むら評価値が前記判定用閾値よりも大きくかつ前記むら周期が前記パターン描画条件と類似している場合には、前記基板上で発生しているむら欠陥がパターン描画装置起因のものであると判定し、前記むら周期が前記パターン描画条件と類似していても前記むら評価値が前記判定用閾値よりも小さい場合には前記むら欠陥がパターン描画装置起因のものでないと判定する判定手段と、前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明ヘッド、前記照明ヘッド駆動手段、前記撮像手段、および、前記撮像部駆動手段の動作制御を行う制御手段と、前記位置決め手段および前記撮像手段にて撮像した画像および前記制御手段による処理結果を表示する表示手段とを具備している。

本発明によれば、周期性のあるパターン、特に、ＬＣＤ製造用フォトマスクのような基板において、回折光量差によるコントラストからパターン変動発生箇所を精度良く識別し、かつ、その変動発生周期を簡便に導出することによってパターン描画装置の状態監視を実施することができるパターン描画装置の状態監視方法および状態監視装置を提供できる。

本発明の実施の形態に係るパターン描画装置の状態監視装置の要部を概略的に示す模式図。 照明ヘッドの光源に内蔵された光学フィルタの分光透過率を示す特性図。 パターン描画装置の状態監視方法を説明するフローチャート。 基板と投光方向θ軸との対応関係を模式的に示す図。 被処理画像に対する矩形計算領域の定義方法を模式的に示す図。 被処理画像からの積算値ΣＩと比較基準値Σ０の算出方法を模式的に示す図。 被処理画像からの２次元フーリエ変換によるパワースペクトル像導出方法を模式的に示す図。 第１の実施例における周期性パターンの形状を模式的に示す図。 第１の実施例における取得画像とパワースペクトル像を示す図。 第２の実施例における周期性パターンの形状を模式的に示す図。 第２の実施例における取得画像とパワースペクトル像を示す図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るパターン描画装置の状態監視装置の要部を概略的に示すものである。図１では、透過回折光を得るための装置構成例を示している。なお、本状態監視装置は、外乱光や迷光を極力低減させた暗環境かつ基板への異物付着を防止するクリーン環境で稼動されることが望ましい。

図１に示すように、本状態監視装置は、透過照明部１０、基板６０の位置決め動作および基板搬送動作が可能なＸ−Ｙステージ部２０、基板６０の位置決めを実施するためのアライメント用撮像部３０、基板６０からの回折像を撮像し、被処理画像取得を実施する撮像部４０、および、処理・制御部１００から構成されている。

透過照明部１０は、円弧レール１１がターンテーブル１２上に設置されている。円弧レール１１には照明ヘッド１３が設けられていて、この照明ヘッド１３には光源１４からライトガイド１５を用いて導光している。円弧レール１１上で照明ヘッド１３を駆動することによって基板６０の被撮像面に対して垂直方向の照射角度調整を可能としている（なお、この駆動軸をφ軸と定義する）。

円弧レール１１上のどの位置にあっても照明ヘッド１３は、Ｘ−Ｙステージ部２０上の所定位置に照明光を照射することができるように調整されており、これによって、Ｘ−Ｙステージ部２０上の基板６０の被撮像面に対して、様々な照射角度からの透過照明が可能となっている。

また、ターンテーブル１２により円弧レール１１を被撮像面に対して水平方向に回転させることが可能であり（この駆動軸をθ軸と定義する）、水平方向における任意方向から照明光の照射が可能となっている。

なお、照明ヘッド１３には平行光学系が設けられている。光源１４には、フィルタチェンジャ機構が設けられており、複数の波長選択フィルタを用いることが可能となっているが、本実施の形態では図２に示す分光透過率を有する、ピーク波長が５４０ｎｍのバンドパスフィルタを用いている。

また、光源１４としては十分な照度を有しているものが望ましく、本実施の形態では光源１４にはメタルハライド光源を用いている。仮に照度が不足するような場合には、複数個の光源を用いた装置構成としてもよい。

基板６０は、Ｘ−Ｙステージ部２０におけるワークストッパ２１にてＸおよびＹ方向で固定される。なお、ワークストッパ２１は基板サイズに応じて固定位置の調整が可能である。

Ｘ−Ｙステージ部２０は、基板６０を図１のＸ軸方向およびＹ軸方向に平行移動する機能を有する。これによって、あらかじめ設定した動作手順にしたがって基板６０をＸ軸およびＹ軸方向に駆動する。

アライメント用撮像部３０は、カメラ３１、レンズ３２、照明灯３３、および、照明制御装置３４から構成される。基板６０上のアライメントマークを含む領域に対して同軸落射形式で照明光が照射され、その観察画像がカメラ３１により撮像される。照明灯３３は、照明制御装置３４により点灯／消灯制御および照明光強度の調節ができるようになっており、実際の制御動作は処理・制御部１００により実施される。

なお、本実施の形態では、カメラ３１にはエリアＣＣＤカメラを、レンズ３２には同軸落射形式の固定倍率テレセントリックレンズを、そして照明灯３３には高輝度スポット型の白色ＬＥＤを用いている。

撮像部４０は、カメラ４１、平行光学系４２、および、Ｚステージ４３から構成される。カメラ４１としては、可視光域に分光感度特性を有している光電変換素子を具備していることが望ましい。本実施の形態では、カメラ４１としてエリアＣＣＤカメラを用いているが、ラインＣＣＤカメラを用いてもよい。

平行光学系４２には電動式テレセントリックズームレンズを用いている。このとき、レンズのテレセントリシティとして０．５°以下を満足するようなものが望ましい。また、Ｚステージ４３によりカメラ４１とレンズ４２が、基板６０上の被撮像面に対して鉛直方向に移動することができ、この動作によって焦点位置の微調整が可能となる。

処理・制御部１００は、情報処理部１０１、信号入力装置１０２、信号入力装置１０３、表示部１０４、および、対人操作部１０５から構成されており、透過照明部１０、Ｘ−Ｙステージ部２０、アライメント用撮像部３０、撮像部４０の動作管理および制御を行い、アライメント用撮像部３０および撮像部４０からの出力を画像情報あるいは信号として入力を行い、演算処理を行う。さらに、その処理結果や処理画像を表示手段１０４に表示する。

図３は、本発明の実施の形態に係るパターン描画装置の状態監視方法を説明するフローチャートである。本状態監視方法は、ステップＳ１〜Ｓ１２という一連の工程によって行われるもので、以下、各ステップの内容を順に説明する。なお、基板６０の着脱等のオペレーション操作については説明を省略する。

まず、対人操作部１０５により、基板６０におけるパターンピッチ、サイズ、パネルレイアウト、パターン描画条件、パターン描画装置の種類等のパターン描画情報を、情報処理部１０１へ入力する（ステップＳ１）。また、この段階で、前述したθ軸の種類も入力する。ここで、図４に基板６０とθとの対応関係を示す（この場合は、例としてθ＝０°、４５°、９０°の３種類について定義した）。

次に、Ｘ−Ｙステージ部２０とアライメント用撮像部３０により、基板６０に対するアライメント動作を実施する（ステップＳ２）。

次に、平行光学系４２におけるレンズ倍率を設定する（ステップＳ３）。本実施の形態では、カメラ４１における撮像素子サイズとレンズ倍率とによって決まる撮像分解能ｒと、基板６０におけるピッチｄｉとの関係が下記式（１）を満たすようなレンズ倍率を設定する。なお、式中のｈは相対比を表し、正の整数であることとする。
ｒ＝ｈ×ｄｉ ……（１）
ただし、基板６０では、ステップＳ１にて設定したθに応じて光の照射方向に対応した見かけ上のピッチの値が変化するため、各θ軸における見かけ上のピッチｄｉ値を算出する必要がある。

基板６０の天地方向に対してＸ方向のピッチをΔｘ、Ｙ方向のピッチをΔｙとすると、
０°≦θ≦４５°のときは、

４５°＜θ≦９０°のときは、

９０°＜θ≦１３５°のときは、

１３５°＜θ≦１８０°のときは、

としてそれぞれ算出される。

次に、１０°≦φ≦６０°の範囲で、むら欠陥の可視化に最適とされる照明照射角度φを設定する（ステップＳ４）。

次に、Ｘ−Ｙステージ部２０を駆動させ、処理対象パネルを撮像位置へ移動する（ステップＳ５）。なお、照明ヘッド１３は、ステップＳ４で設定したφ位置へ移動させる。

次に、カメラ４１にて処理対象パネルの画像取込を行いながら、Ｚステージ４３によりＺ軸方向への微調整を行い、焦点位置からのデフォーカスを実施する（ステップＳ６）。

次に、カメラ４１にて画像取込を行いながら、画像処理を実施するのに十分な画像輝度が確保されるように、光源１４からの出力を調節し、取込画像輝度レベルの調整を行う（ステップＳ７）。

以上、ステップＳ３〜Ｓ７までの処理が、ステップＳ１にて入力した全てのθに対して実施されたかどうか判断し（ステップＳ８）、実施されていなければ、ステップＳ３に戻り、上記同様な処理を繰り返す。

ステップＳ８において全てのθに対して実施されたと判断した場合、ステップＳ３〜Ｓ７にて設定された条件に基づき、処理対象パネルにおける被処理画像取込を実施する（ステップＳ９）。

次に、ステップＳ９にて得られた被処理画像に対し、むら評価値Ｃの算出を実施する（ステップＳ１０）。ここで、むら評価値Ｃとは、本実施の形態において得られたむら欠陥画像における正常部とパターン変動部との間で生じた輝度コントラストを数値化したものである。

以下、ステップＳ１０におけるむら評価値Ｃ算出方法について、ステップＣ１〜Ｃ３の順に簡単に説明する。

図５に示すように、ステップＳ９にて得られた被処理画像に対して矩形計算領域を定義し、計算領域内の各画素における輝度値をＸおよびＹ方向に別個に積算し、積算値ΣＩを計算する（ステップＣ１）。なお、積算値は、積算した画素数で割った平均値を取り扱う。図５では、矩形計算領域を被処理画像内側へ内挿した状態を示したが、矩形計算領域は被処理画像全面に設定してもよい。

次に、ステップＣ１にて計算した積算値に対する比較基準値Σ０を計算する（ステップＣ２）。積算値からの比較基準値の導出について図６に模式的に示す。本実施の形態では、比較基準値の導出方法として移動平均処理を利用する。

次に、下記式（６）の演算により、評価値Ｃを算出する（ステップＣ３）。
Ｃ＝｜ΣＩ―Σ０｜ ……（６）
なお、本実施の形態において複数枚のパネルについて処理を行う場合には、そのうち最も評価値Ｃが大きくなるものを代表値として取り扱う。
以上、ステップＣ１〜Ｃ３を、むら評価値Ｃの算出方法に関する説明とする。

次に、ステップＳ９にて得られた被処理画像に対し、２次元フーリエ変換によるむら欠陥発生周期Ｆの算出を実施する（ステップＳ１１）。
以下、ステップＳ１１における２次元フーリエ変換によるむら欠陥周期算出方法について、ステップＦ１〜Ｆ３の順に簡単に説明する。

図７に示すように、ステップＳ９にて得られた被処理画像において、画像中心を基準とし、縦Ｒ画素、横Ｒ画素の矩形領域を定義し、矩形領域内にて２次元フーリエ変換を実行し、パワースペクトル像を導出する（ステップＦ１）。

なお、２次元フーリエ変換実行の前処理として、矩形領域内の画像に対する２値化処理を実施する。また、矩形領域の一辺の長さＲは、取得された被処理画像の大きさによってその値を変更してもよい。ただし、計算に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を使用するため、１２８、２５６、５１２というように２のべき乗で表わされる数値となるようにＲの値を定義する必要がある。

次に、パワースペクトル像から、画像Ｘ方向およびＹ方向それぞれにおいて、空間周波数ｆに対するパワースペクトル分布を求める（ステップＦ２）。ここで、空間周波数ｆとは、ステップＦ１にて定義した矩形領域の一辺の長さにおける周波数として定義される値である。

次に、ステップＦ２で求めたパワースペクトル分布において最も大きなスペクトルをとる空間周波数ｆを求め、被処理画像における画像分解能から、空間周波数ｆをむら欠陥発生周期Ｆへ変換する（ステップＦ３）。
以上、ステップＦ１〜Ｆ３を、２次元フーリエ変換によるむら欠陥発生周期算出方法に関する説明とする。

次に、ステップＳ１０、Ｓ１１により得られた結果を基に、以下の条件に基づいて状態判定を行い、その結果を表示部１０４へ表示する（ステップＳ１２）。このとき、むら評価値Ｃに対する判定用閾値をＣ＿Ｔｈ、むら欠陥発生周期Ｆに対する判定値をＦ＿Ｌｉｔｈｏと定義しておき、
Ｃ＞Ｃ＿Ｔｈ
かつ、
Ｆ＝Ｆ＿Ｌｉｔｈｏ
という条件を満たした場合、状態監視対象となるパターン描画装置起因のむら欠陥が発生していると判定する。

なお、Ｆ＿Ｌｉｔｈｏに該当する数値は、通常パターン描画装置における描画走査周期、あるいは、その整数倍の値が該当する。数値がパターン描画装置において複数存在する場合、むら欠陥発生周期Ｆの値がそのいずれかに該当した場合に、パターン描画装置起因のむら欠陥が発生していると判定することにしてもよい。

また、上記判定条件においてむら欠陥発生周期Ｆと、判定値Ｆ＿Ｌｉｔｈｏの値は完全に一致している必要はなく、場合によっては数μｍの誤差を許容しても構わないものとする。

以上説明したように、本発明に係る実施の形態の状態監視方法によれば、周期性のあるパターン、特に、ＬＣＤ製造用フォトマスクのような基板において、回折光量差によるコントラストからパターン変動発生箇所を精度良く識別し、かつ、その変動発生周期を簡便に導出することによってパターン描画装置の状態監視を実施することが可能となる。

以下に、本発明における実施例について説明する。
全ての実施例において使用したパターン描画装置は同一であり、描画走査周期の値は４２０μｍである。また、むら評価値Ｃに対する判定用閾値Ｃ＿Ｔｈ＝１００とし、Ｆ＿Ｌｉｔｈｏの値には、４２０μｍ、８４０μｍをステップＳ１にて入力する。なお、パターン描画装置における描画走査方向は全て図４におけるＸ方向であり、本実施例では基板６０への相対投光方向θ＝０°とした場合の結果を示す。

第１の実施例として、ピッチｄ＝２０．５μｍのＬ／Ｓ状のパターン５１が形成された基板６０を監視対象基板とした結果を示す。パターン５１の模式図を図８に示す。このパターン５１が形成された基板６０に対し、ステップＳ１〜Ｓ９の処理に基づいて、φ＝３０°から照明光を照射し、相対比ｈ＝２．４３９、デフォーカス量が１５．０ｍｍの条件にて被処理画像の取得を行った。さらに、ステップＳ１０、Ｓ１１においてむら評価値Ｃおよびむら欠陥発生周期Ｆを算出した結果、Ｃ＝１１８．０、Ｆ＝４２６．７μｍとなった。なお、Ｒ＝２５６である。

本実施例におけるパターン５１の描画に用いたパターン描画装置の描画走査周期の値は４２０μｍであり、２次元フーリエ変換によって得られたむら欠陥発生周期Ｆの値に非常に近い。以上の結果より、ステップＳ１２においてパターン描画装置起因のむら欠陥が発生していると判定することができる。
第１の実施例に係る取得画像を図９（ａ）に示し、パワースペクトル像を図９（ｂ）に示す。

続いて、第２の実施例として、ピッチｄ＝１１９．５μｍの格子状のパターン５２が形成された基板６０を監視対象基板とした結果を示す。パターン５２の模式図を図１０に示す。このパターン５２が形成された基板６０に対し、ステップＳ１〜Ｓ９の処理に基づいて、φ＝３０°から照明光を照射し、相対比ｈ＝０．７９５、デフォーカス量が９．０ｍｍの条件にて被処理画像の取得を行った。さらに、ステップＳ１０、Ｓ１１においてむら評価値Ｃおよびむら欠陥発生周期Ｆを算出した結果、Ｃ＝６６．８、Ｆ＝８３８．６μｍとなった。なお、Ｒ＝２５６である。

むら欠陥発生周期Ｆの値が、パターン５２の描画に用いたパターン描画装置の描画走査周期の２倍に相当する８４０μｍと近い値であるが、Ｃ＜Ｃ＿Ｔｈが成り立つため、本実施例では、ステップＳ１２においてパターン描画装置起因のむら欠陥が発生していないという判定結果となる。
第２の実施例に係る取得画像を図１１（ａ）に示し、パワースペクトル像を図１１（ｂ）に示す。

１０…透過照明部、１１…円弧レール、１２…ターンテーブル、１３…照明ヘッド、１４…光源、１５…ライトガイド、２０…Ｘ−Ｙステージ部、２１…ワークストッパ、３０…アライメント用撮像部、３１…カメラ、３２…レンズ、３３…照明灯、３４…照明制御装置、４０…撮像部、４１…カメラ、４２…平行光学系、４３…Ｚステージ、５１…パターン、５２…パターン、６０…基板、１００…処理・制御部、１０１…情報処理部、１０２…信号入力装置、１０３…信号入力装置、１０４…表示部、１０５…対人操作部。

Claims (13)

1. パターン描画装置によって周期性パターンが形成された基板を状態監視対象とし、前記基板に対し照明光を斜め方向から照射することで、前記周期性パターンにより生じる回折光を用いて画像取得を行い、処理判定を行うパターン描画装置の状態監視方法であって、
   前記周期性パターンのピッチ、サイズ等の製品情報、および前記基板上へのパターン描画条件、前記パターン描画装置の種類等の描画情報を入力するパターン情報入力工程と、
   前記基板の被撮像面内方向における位置決めを行う位置決め工程と、
   前記パターン情報入力工程において入力された前記周期性パターンに関する情報を基に、パターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率設定工程と、
   前記基板の周期性パターンが形成された面を被撮像面とし、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直方法に所定量ずらすデフォーカス工程と、
   前記合焦点位置から所定量デフォーカスさせた位置において、前記基板の周期性パターンを撮像し被処理画像を取得する撮像工程と、
   前記被処理画像に対し、前記周期性パターンの正常部と変動部との間で生じた輝度コントラストを数値化したむら評価値を算出するむら評価値算出工程と、
   前記被処理画像上で確認される前記基板上で発生しているむら欠陥の発生周期を求めるむら欠陥周期算出工程と、
   前記むら評価値算出工程において求めたむら評価値と設定された判定用閾値との大小、及び前記むら欠陥周期算出工程において求めたむら周期と前記パターン情報入力工程において入力されたパターン描画条件との類似性を比較し、前記むら評価値が前記判定用閾値よりも大きくかつ前記むら周期が前記パターン描画条件と類似している場合には、前記基板上で発生しているむら欠陥がパターン描画装置起因のものであると判定し、前記むら周期が前記パターン描画条件と類似していても前記むら評価値が前記判定用閾値よりも小さい場合には前記むら欠陥がパターン描画装置起因のものでないと判定する判定工程と、
   を具備したことを特徴とするパターン描画装置の状態監視方法。
2. 前記パターン情報入力工程は、前記基板の周期性パターンに対して、任意の水平方向角度での照明について撮像条件の設定ができるように、照明と前記基板との水平角度方向に関する条件入力が可能であることを特徴とする請求項１記載のパターン描画装置の状態監視方法。
3. 前記基板の周期性パターンのパターンピッチは２０μｍ〜４００μｍであることを特徴とする請求項１または２記載のパターン描画装置の状態監視方法。
4. 前記照明光は、中心波長が５４０ｎｍの緑色光であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
5. 前記撮像工程は、前記基板の周期性パターンからの回折光を、光電変換素子を利用した撮像手段によって実施するものであり、かつ、前記撮像手段は、前記基板の周期性パターンにより生じる回折光のうち、前記基板の被撮像面に対して垂直な回折光のみを抽出する光学系を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
6. 前記撮像倍率設定工程は、撮像倍率の設定を行うのに電動式ズームレンズを利用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
7. 前記デフォーカス工程は、前記合焦点位置からのデフォーカス量が光学系の焦点深度よりも大きいことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
8. 前記デフォーカス工程は、前記合焦点位置を被撮像面に対して鉛直に遠ざける方向にずらすことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
9. 前記むら欠陥周期算出工程は、前記撮像工程により取得された被処理画像に対して２次元フーリエ変換を利用することで周期を算出することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
10. 前記パターン描画装置は、波長が４１３ｎｍのクリプトンイオンレーザを基板上で走査させることによりパターンを描画するラスタ式パターン描画装置であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
11. 前記基板は、波長が３６５ｎｍ〜４３６ｎｍの範囲内における所定の波長域の光を露光するためのフォトマスクであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
12. 前記基板は、液晶表示装置用部材製造用フォトマスクであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のパターン描画装置の状態監視方法。
13. パターン描画装置によって周期性パターンが形成された基板を状態監視対象とし、前記基板に対し照明光を斜め方向から照射することで、前記周期性パターンにより生じる回折光を用いて画像取得を行い、処理判定を行うパターン描画装置の状態監視装置であって、
    前記基板を載置し、Ｘ軸、Ｙ軸方向に駆動する機構を具備する搬送手段と、
    前記基板の所定領域に光を照射してその所定領域を撮像して得られた画像に所定の画像処理を行って、前記基板の被撮像面内方向における位置決めを行う位置決め手段と、
    照明光として可視光を発生可能な光源を具備する照明ヘッドと、
    この照明ヘッドを支持し、かつ、前記搬送手段に載置された前記基板上の一定領域に略平行な照明光を照射しつつ前記基板の被撮像面に垂直な方向に対する照明光照射角度φを制御可能であり、さらに、前記照明ヘッドを前記基板の被検査面に対して水平な角度θ方向に駆動することが可能な照明ヘッド駆動手段と、
    前記照明ヘッドによって照明光が前記基板の周期性パターンに照射されることにより生じる回折光を撮像する撮像手段と、
    この撮像手段を前記基板の被検査面に対して鉛直方向（Ｚ軸方向）に駆動させることが可能な撮像部駆動手段と、
    前記位置決め手段からの映像出力および前記撮像手段からの映像出力を画像情報とする画像入力手段と、
    前記周期性パターンのピッチ、サイズ等の製品情報、および前記基板上へのパターン描画条件、前記パターン描画装置の種類等の描画情報の入力やその他操作を行うための対人操作手段と、
    この対人操作手段により入力された前記周期性パターンに関する情報を基に、パターンピッチと撮像分解能との関係から撮像倍率を決定するための撮像倍率決定手段と、
    前記基板の周期性パターンが形成された面を被撮像面とし、合焦点位置を被撮像面に対して鉛直方法に所定量ずらすデフォーカス手段と、
    前記撮像手段により取得された被処理画像に対し、前記周期性パターンの正常部と変動部との間で生じた輝度コントラストを数値化したむら評価値を算出するむら評価値算出手段と、
    前記撮像手段により取得された被処理画像上で確認される前記基板上で発生しているむら欠陥の発生周期を求めるむら欠陥周期算出手段と、
    前記むら評価値算出手段において求めたむら評価値と設定された判定用閾値との大小、及び前記むら欠陥周期算出手段において求めたむら周期と前記対人操作手段において入力されたパターン描画条件との類似性を比較し、前記むら評価値が前記判定用閾値よりも大きくかつ前記むら周期が前記パターン描画条件と類似している場合には、前記基板上で発生しているむら欠陥がパターン描画装置起因のものであると判定し、前記むら周期が前記パターン描画条件と類似していても前記むら評価値が前記判定用閾値よりも小さい場合には前記むら欠陥がパターン描画装置起因のものでないと判定する判定手段と、
    前記搬送手段、前記位置決め手段、前記照明ヘッド、前記照明ヘッド駆動手段、前記撮像手段、および、前記撮像部駆動手段の動作制御を行う制御手段と、
    前記位置決め手段および前記撮像手段にて撮像した画像および前記制御手段による処理結果を表示する表示手段と、
    を具備したことを特徴とするパターン描画装置の状態監視装置。

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