CN102374977A - 透射率测定装置、光掩模的透射率检查装置、透射率检查方法 - Google Patents

透射率测定装置、光掩模的透射率检查装置、透射率检查方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种透射率测定装置、光掩模的透射率检查装置、透射率检查方法、光掩模制造方法、图案转印方法、光掩模产品，该透射率测定装置能够正确测定细微图案(例如形成于透明基板上的细微的半透光膜图案)的膜透射率。作为解决手段，在测定形成于透明基板上的半透光膜的细微图案等的膜透射率时，将测定波长的光会聚成最小点径(光束腰)并使其透射过作为测定对象物的半透光膜，然后将该透射光全部取入积分球，通过光检测器进行检测。

Description

透射率测定装置、光掩模的透射率检查装置、透射率检查方法
技术领域
本发明涉及透射率测定装置，例如涉及对于具有对形成于透明基板上的光学膜进行加工构成的转印图案的光掩模等的细微部分的光透射率进行测定的透射率测定装置。
背景技术
现在，在液晶装置等电子设备的制造中，使用光刻工序。即，使用具有预定的转印图案的光掩模，在预定的曝光条件下对形成于被蚀刻的被加工层(以下也称之为被转印体)上的抗蚀膜进行曝光，转印该转印图案，使该抗蚀膜成像，从而形成抗蚀图案。然后执行将该抗蚀图案作为掩模对被转印体进行蚀刻的工序。
近些年来在液晶显示装置等电子设备的制造中，要求实现低成本化，谋求制造工序中掩模数量的削减。具体而言，提出了通过使用具有遮光部、透光部和半透光部的多色调光掩模(以下也称之为光掩模)，从而降低使用的掩模数量的方法。即，除了遮光部和透光部之外还具有半透光部，从而使用具有3个色调的光掩模，于在形成在被转印体上的抗蚀膜上曝光、显影，从而能够局部地使曝光量不同，形成不同部分残膜量不同的抗蚀图案。这种情况下，以往使用2个掩模的工序可通过1个掩模来实现，因而能削减掩模的使用数量，提高生产效率。进而，为了制造4色调以上的多色调光掩模，还提出了具有由光透射率不同的2种以上的半透光膜形成的半透光部的掩模(例如日本特开2009-258250号公报(专利文献1))。使用这种具有4色调的光掩模，就能利用1个掩模来进行以往使用3个掩模所进行的工序。其中，半透光部指的是使用掩模将图案转印至被转印体时，使透过的曝光光的透过量降低预定量，控制被转印体上的光抗蚀膜显影后的残膜量的部分，将除了遮光部、透光部之外还具有这种半透光部的光掩模称作多色调光掩模。
作为液晶显示装置制造用的光掩模，例如可使用将与TFT(薄膜晶体管)的源极、漏极对应的部分形成为遮光部，将与该源极、漏极之间相邻配置的沟道部相当的部分形成为半透光部的多色调光掩模。近些年来，伴随着TFT沟道部等图案的细微化，在多色调光掩模中也逐渐需要细微图案，相当于TFT沟道部的图案的沟道宽度的部分、即遮光膜之间的半透光部的宽度也出现了细微化倾向。这对于提高液晶的亮度以及提高反应速度是有效的，然而具有这种细微的半透光部的光掩模的制造并不容易。例如，上述半透光部的线宽度在7μm以下、甚至5μm以下的转印图案也必须精细地进行转印。该细微化倾向进一步推进，可以想到会出现要求3μm以下的线宽度的情况。
另外，多色调光掩模的半透光部的作用在于，控制掩模的透射光量，向被转印体赋予期望的曝光量，因而需要在上述半透光部的细微化的同时，正确测定半透光部的光透射率来进行评价。即，需要掌握形成于半透光部的膜的膜透射率(不依赖于是单层还是层叠的膜结构，将作为结果的该膜的光透射率称为膜透射率)。通常，作为形成于透明基板上的半透光部的膜透射率的测定方法，可考虑使用如下方法，即(1)使用分光光度计进行实际测量的方法；(2)通过以可见光为光源的显微镜获得2维图像，根据图像内的期望点的图像浓度，通过基于图像浓度和膜的特性(透射率的波长依赖性)的换算式(预先求得)来预测期望波长的透射率的方法。
关于上述方法(1)，从进行实际测定的观点而言，可以说可靠性是比较高的，然而由于装置的制约，测定对象物的点径较大，因此不适合于细微部分的测定。例如能通过分光光度计测定透射率的极限线宽度根据装置的规格不同而处于1～5mm左右。因此，若欲测定的部分的线宽度不足5mm，则会受到其周围的透射率的影响，测定值的可靠性会降低。若欲测定的部分的线宽度不足1mm，则几乎处于无法测定的状态。因此，存在着在线宽度为μm级别的测定区域(例如细微的半透光部)中无法测定具有可靠性的透射率的问题。
关于上述方法(2)，虽然能够进行较小的测定区域的透射率测定，然而需要在通过可见光测定之后换算为期望的波长，因而事先对于形成于半透光部的膜的分光特性的把握较为复杂，而且根据膜特性会产生误差等，存在难以测定具有可靠性的正确的透射率的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述问题而完成的，其目的之一在于提供一种能够正确测定细微图案(例如对形成于透明基板上的半透光膜进行图案构图而获得的半透光部)的膜透射率的透射率测定装置。
本发明的透射率测定装置具有：射出试验光束的光源装置；会聚上述试验光束并引导至被检体的聚光光学系统；接受透射过上述被检体后的透射光束，检测光量的光检测装置；以及根据由上述光检测装置检测出的光量，求出上述被检体的光透射率的运算装置，其特征在于，调节上述光源装置、上述聚光光学系统以及上述被检体的相对位置，使得上述会聚后的试验光束在光束腰附近射入上述被检体的被检查位置。
本发明的透射率测定装置中，优选上述光源装置具有激光光源，当上述聚光光学系统所具备的聚光透镜的有效直径为1时，射入上述聚光透镜的上述试验光束的直径在0.4以上且在0.6以下。
本发明的透射率测定装置中，优选上述光检测装置具有在内部具备光检测器的积分球。
本发明的透射率测定装置中，优选上述积分球具有上述透射光束所进入的入射端口，而且将上述积分球配置成使得上述入射端口的端口直径大于上述透射光束所进入的位置处的上述透射光束的直径。
本发明的透射率测定装置中，优选上述聚光光学系统具有第1准直透镜和聚光透镜。
本发明的透射率测定装置中，优选该透射率测定装置具有移动装置，该移动装置为了在与上述被检体的主平面平行的面内调整上述光源装置、上述聚光光学系统以及上述被检体的相对位置，而移动上述光源装置和上述聚光光学系统，或者移动上述被检体。
本发明的透射率测定装置中，优选在上述被检体与上述光检测装置之间具有调整上述透射光束直径的第2准直透镜。
本发明的透射率测定装置中，优选上述聚光光学系统具有光分布调整单元，该光分布调整单元使得与上述试验光束的光轴垂直的面上的光强度分布在中央部大于周边部。
本发明的光掩模透射率检查装置对于具有转印图案的光掩模的上述转印图案的特定的被检查位置处的透射率进行测定，上述转印图案是通过对形成于透明基板上的光学膜进行图案构图而形成的，其特征在于，上述透射率检查装置具有：射出试验光束的光源装置；会聚上述试验光束并引导至光掩模的聚光光学系统；接受透射过上述光掩模后的透射光束，检测光量的光检测装置；以及根据由上述光检测装置检测出的光量，求出上述光掩模的上述被检查位置处的光透射率的运算装置，调节上述光源装置、上述聚光光学系统以及上述光掩模的相对位置，使得上述聚光后的试验光束在光束腰附近射入上述光掩模的被检查位置。
本发明的光掩模透射率检查装置中，优选上述光源装置具有激光光源，当上述聚光光学系统所具备的聚光透镜的有效直径为1时，射入上述聚光透镜的上述试验光束的直径在0.4以上且在0.6以下。
本发明的透射率检查方法对于具有转印图案的光掩模的上述转印图案的特定的被检查位置处的透射率进行测定，上述转印图案是通过对形成于透明基板上的光学膜进行图案构图而形成的，其特征在于，使从光源装置射出的试验光束在上述光掩模的被检查位置会聚，并在上述试验光束的光束腰附近透射过上述光掩模，使透射后扩散的透射光束进入光检测装置，根据由上述光检测装置检测出的光量L，求出上述被检查位置的光透射率T。
本发明的透射率检查方法中，优选上述光检测装置具有内部具备光检测器的积分球，上述透射光束在上述积分球内重复进行扩散反射，从而在强度被均匀化的状态下，由上述光检测器进行光量检测。
本发明的透射率检查方法中，优选上述转印图案具有使曝光光透射的透光部和遮蔽一部分曝光光的半透光部。
本发明的透射率检查方法中，优选上述转印图案还具有实质上遮蔽曝光光的遮光部。
本发明的透射率检查方法中，优选上述光掩模是用于在形成于被转印体上的抗蚀膜上形成具备不同的多个抗蚀残膜值的抗蚀图案的多色调光掩模。
本发明的透射率检查方法中，优选将未形成上述光学膜的透明基板上的任意部分或未形成上述光掩模的光学膜的部分作为参照位置，将从上述光源射出的试验光束会聚于上述参照位置，并使其在上述试验光束的光束腰附近透射过透明基板或上述光掩模的上述参照位置，使透射后扩散的透射光束进入上述光检测装置，使用由上述光检测装置检测出的光量L0和上述光量L，求出上述光掩模的被检查装置的光透射率T。
本发明的光掩模制造方法包括准备在透明基板上形成有光学膜的光掩模坯体，对上述光学膜实施图案构图，从而形成转印图案，进行上述转印图案的检查的步骤，其特征在于，上述检查使用上述透射率检查方法。
本发明的图案转印方法的特征在于，使用通过上述制造方法制造的光掩模以及曝光装置，将上述光掩模的转印图案转印到被转印体上。
本发明的光掩模产品的特征在于，其处于将通过上述透射率检查方法获得的上述光掩模的期望的被检查位置的光透射率T与上述光掩模对应起来的状态。
根据本发明，对于细微图案等宽度较小的区域能精细地求出针对测定波长的光透射率。
附图说明
图1是表示本发明第1实施方式涉及的透射率测定装置的概要剖面图。
图2是表示本发明第2实施方式涉及的透射率测定装置的概要剖面图。
图3是说明使均匀的强度分布的平行光射入聚光透镜时被检体上的点光的图。
图4是说明使高斯分布的光射入聚光透镜的情况的剖面图。
图5是说明使高斯分布的光射入聚光透镜的情况的图。
图6是表示使透过测定对象物后的透过光直接射入光检测器的本发明第3实施方式涉及的透射率测定装置的概要剖面图。
图7是表示光分布调整单元的一个例子的图。
图8是表示本发明第1实施例涉及的透射率测定装置或光掩模的透射率检测装置的概要立体图。
图9是表示本发明图8所示的透射率测定装置或光掩模的透射率检查装置的框图。
图10是表示应用于本发明透射率测定装置的多色调光掩模的一个例子的剖面图。
图11是表示基于图10所示的多色调光掩模的转印工序的一个例子的剖面图。
图12是表示多色调光掩模的制造方法的一个例子的剖面图。
标号说明
101光源；102准直透镜；103聚光透镜；104入射端口；105积分球；106光检测器；111平行光束；112透射光束；120被检体；121波长选择滤波器；122准直透镜；123光检测器。
具体实施方式
本发明人发现使用透射率测定装置，能正确地对测定波长时的被检体的膜透射率本身进行测定，其中该透射率测定装置具有：射出试验光束的光源装置；聚集上述试验光束并引导至被检体的聚光光学系统；接受透射过上述被检体的透射光束，检测光量的光检测装置；以及根据由上述光检测装置检测出的光量，求出上述被检体的光透射率的运算装置，其特征在于，调节上述光学系统以及上述被检体的相对位置，以使得上述聚集的试验光束在光束腰附近射入上述被检体的被检查位置。下面参照附图说明本发明的透射率测定装置的构成例。
图1所示的本发明第1实施方式涉及的透射率测定装置至少具有：射出试验光束的光源101；将从光源101射出的试验光束引导至被检体的聚光光学系统(其中，具有使来自光源101的射出光为平行光束111的准直透镜102、将来自准直透镜102的平行光束111会聚于被检体120的聚光透镜103)；以及当试验光束透过被检体120后成为扩散的透射光束112，使该透射光束112射入并进行检测的光检测装置。光检测装置具有使透射光束112从入射端口104进入，通过扩散反射从而进行空间性的积分后引导至光检测器106的积分球105。另外，透过了被检体120的透射光束112在被检体120的后方扩散，然而将积分球105配置成使得在入射端口104的位置处入射端口104的直径大于透射光束112的直径，从而构成为将透射光束112全部取入积分球105。下面具体说明透射率测定装置的构成要素。
<光源装置>
光源装置至少具有光源101。光源101只要是向被检体120射出预定的试验光束的部件即可。当被检体120是具有包含半透光部的转印图案的光掩模的情况下，可以采用具备使用该光掩模时所使用的曝光机的光源所包含的波长的光。例如，作为光源101可以使用包含i线、g线、h线的波段的光或能射出其中的代表波长的水银灯、卤素灯、氙灯、LED光源等。另外，还可以使用射出特定的单一波长的光的激光器作为光源101。
并且，作为激光，可以使光束的光强度具备大致高斯分布。即，在垂直于光轴的平面上，光束中央(光轴附近)的光强度相对较大，随着远离光轴(随着前往周边部)而减少。另一方面，在包含多个波长的上述灯和LED中，不具有上述激光那样的强度分布，光束中的光强度大致均匀。这种情况下，为了使激光具备类似的光强度分布，可以具有以调整光束的光分布为目的的滤波器。这点将在后面叙述。
当使用水银灯、卤素灯、氙灯等作为光源装置所使用的光源101时，从光源101射出混合了多种波长的光，因此能够设置选择性地使期望波长的光透射的波长选择滤波器121。另一方面，当如激光器和LED那样由光源101射出特定波长的光的情况下，可以构成为不设置波长选择滤波器121。或者应用搭载了多个单一波长的LED或激光光源的光源装置也是有用的。通过切换使用这种彼此不同的单一波长的多个光源，能对不同的波长分别测定透射率。另外，从这些LED和激光光源射出的单一波长的光易于通过光学系统聚光，能进一步减少光束直径，因此是优选的。
当使用这些指向性较高的光源时，优选使用光束扩展器(未图示)等光学元件，将射出的光束的直径(光束直径)放大至预定倍率，导入准直透镜102。另外，使用激光光源作为光源101时，优选将振荡设为单一模式，优选光束直径的形状为圆或者椭圆。
<聚光光学系统>
在本方式中，聚光光学系统具有准直透镜102和聚光透镜103。准直透镜102具有将从光源101射出的试验光束作为平行光束111，引导至聚光透镜103的功能。由此能够高效地将从光源101射出的试验光束引导至聚光透镜103。
准直透镜102优选将光源101的照明光(试验光束)调整为平行光。
其中，准直透镜(以下也称之为第1准直透镜)无需使光源101的射出光(试验光束)完全为平行光。准直透镜102优选将从光源101射出的试验光束调整为适当的光束直径，能够使光束射入后述的聚光光学系统(聚光透镜103)的直径内(有效直径内)。
聚光透镜103具有会聚光的功能，使试验光束会聚于被检体120的被检查位置。即，配置在试验光束直径最小的部分(光束腰)附近以使得试验光束射入被检体120的被检查位置。例如当被检体120是光掩模，被检查位置是转印图案中的半透光部时，将所会聚的光束的焦点对焦于该半透光部。如上就能够在试验光束直径最小的部分进行被检查位置的测定，因此有利于细微的图案的测定。并且在使用分光光度计实际测量细微区域的透射率的现有方法中，期望的被测定位置的周边部分(例如遮光部和透光部)的光透射率位于测定点中，因此存在测定精度降低的问题，而根据本第1实施方式所示的透射率测定装置，能够将试验光束(所会聚的光束)仅引导至被检查区域(例如半透光部)并使其透过，因此能正确测定半透光膜本身的膜透射率。
其中，光束腰附近指的是将聚光透镜103所聚光的光束的直径最小的部分作为光束腰时，不超过该直径的1.1倍的直径的区域。另外，所谓光束直径，可以是在垂直于光轴的方向的面上切断光束时的切断面中，当中心部的光强度(即最大光强度)为100％时，光强度在13.5％(中心部的最大光强度的1/e2)以上的区域的圆的直径或椭圆的长径。
为了满足上述关系，对聚光透镜103与被检体120在光轴方向的相对位置进行调整就非常重要，也可以使用后述的移动装置，在如上固定了被检体120的状态下移动聚光透镜103，或者反之相对于聚光透镜103移动被检体120。或者还可以移动两者。
关于聚光透镜103的数值孔径NA，基于聚光点形状与向被检体120的入射角度的依赖性的观点，优选为0.25～0.65(NA＝0.25～0.65)。若数值孔径NA过小，则无法在被检查位置处使聚光点形状足够小。而若向被检体120的入射角度过大，则斜向(与被检体表面垂直以外的方向)射入被检体120的光线比率会增加，透射率测定的可靠性会降低，因而优选数值孔径NA的上限为0.65。
考虑到上述情况，能够根据待测定区域的面积(光掩模的半透光部的面积)、测定波长等适当设定聚光透镜103的数值孔径NA。
<光检测装置>
光检测装置具有积分球105。该积分球105发挥的作用是，使从入射端口104进入的光(透射光束112)在球内壁面进行扩散反射，从而进行空间性积分使光变得均匀，使其射入光检测器106。图1中，从光源装置射出的试验光束聚集于被检体120的表面并透射之后，透射光束112经由入射端口104进入积分球105，通过积分球105内部的扩散反射而进行空间性积分。另外，将积分球105配置成能够从入射端口104将在被检体120后方扩散的所有透射光束112取入积分球105。
例如，在积分球105的内面具有光检测器106(也可以称之为功率计)。该光检测器106能通过设置于积分球105的不同于入射端口104的其他开口部来进行设置。构成为在积分球105中被空间性积分并变得均匀(均匀化)的光射入该光检测器106。即，通过了被检体120的被检查位置(来自光源装置的试验光束所聚集的范围)的所有的光被均匀化，与其强度成比例的光均匀射入光检测器106，能够高精度测定被检体120的被检查位置处的光透射量，可以根据该光透射量求出光透射率。光检测器优选设置于积分球内部。其中，内部指的是能够使由积分球105积分的光射入该光检测器的位置，例如可以包括积分球105的内侧、内面。其中，当由于机械性制约等而无法在内部设置光检测器的情况下，虽然存在射入光检测器的光量减少等劣势，然而能够在使由积分球105积分的光射入该光检测器的位置的范围内变更光检测器的设置位置。例如可以将光检测器设置于积分球外侧。
另外，为了在积分球105内进行空间性积分并使其充分均匀化，优选入射端口104的直径在积分球105的直径的1/4以下。
另外，优选上述积分球105的内壁被覆盖有对于上述试验光束的反射率在0.8以上的素材。
并且，还可以不使用积分球105而通过光检测器直接检测透射光112。即，使透过了被检体120的透射光束112直接进入光检测器123的受光部的方法(参见图6)。此时，通常光检测器123的受光部为平面，存在入射角度对于受光部的依赖性，因而需要相对于光轴垂直地设置受光部。当使透过了被检体120的透射光束112直接进入光检测器123的情况下，即使相对于待扩散的透射光束112的光轴垂直地设置受光部，也无法使该透射光束全部垂直进入，因此可能产生测定误差。另外，光检测器123的受光面必须大于透射光束的直径，由于其大小存在制约，因而当使透射光112全部进入光检测器123的情况下，必须使被检体120与光检测器123之间的距离非常短。另一方面，使用积分球105的情况下，使透射光束112从具有比光检测器106的受光面大的直径的入射端口104进入，将在积分球105中进行了空间性积分并均匀化的光射入光检测器106，因此即使在透射光束的直径大于光检测器106的受光面的情况下，通过选择对应尺寸的积分球，能消除上述装置上的制约，实现精度优良的测定。
另外，当对膜透射率进行更高精度的测定时，能够将向积分球105的入射光(透射光束112)固定为一定角度(立体角)。这种情况下，如图2所示的本发明第2实施方式涉及的透射率测定装置那样，能够在被检体120与积分球105之间设置使透射光束112成为平行光的准直透镜122(以下也称之为第2准直透镜)。由此容易使透射光束112全部进入积分球105的入射端口104，其入射角也处于一定范围内，因此能进一步提高光检测器106的测定精度。
另外，通过在被检体120与积分球105之间设置第2准直透镜122，从而能减小透射光束112的直径，因此即使入射端口104的直径不是非常大，也能与被检体120隔开期望距离来配置积分球105。即能够自由设定积分球105的配置，获得提高光学器件的设置自由度的效果。
并且，此处所谓的第2准直透镜122也与上述第1准直透镜102同样地，不一定非要使透射光束112为完全的平行光。只要通过减小光束直径，能可靠地将透射光束112取入积分球105内部即可。换言之，第2准直透镜122能够作为将积分球105配置于期望位置的光束直径调整单元发挥作用。
并且，图6的本发明第3实施方式涉及的透射率测定装置也能够通过准直透镜将透过了被检体120后的透射光束平行化后使其进入光检测器123。其中，光检测器存在探测到透射光束112以外的杂散光(来源于装置内或装置外的光源，是从被检查位置以外的部位无意进入的光)的可能性，因此更优选使用应用了积分球的图1或图2的装置。
<透射率测定装置>
图8和图9举例示出了搭载了如上说明的光源装置、聚光光学系统、光检测装置的本发明第1实施例涉及的透射率测定装置。
在本方式中，光源装置和聚光光学系统能够在使它们的光轴一致的状态下，配置于被检体(此时为光掩模)120的期望位置处。另外，光检测装置的轴也与上述光轴实质上一致，以使得透过了被检体120的透射光束112能够完全进入。这样就能够检测出被检体120的期望的被检查位置的光透射率。
其中，光源装置和聚光光学系统在光轴一致的状态下被保持为一体(单元A)，能够在移动方向被控制的情况下在单元A驱动用轨道上移动。而且，能够在与被检体的主平面平行的面内配置于期望位置。另一方面，光检测装置(单元B)的移动方向被单元B驱动用轨道所控制，也能够在与被检体120的主平面平行的面内移动。单元A和单元B从两侧与被检体120的主平面相对，当测定光透射率时，两者的光轴一致。当在光检测装置侧设置了准直透镜122的情况下(参见图2)，也能使其光轴与它们一致，设置为单元B的一部分。
上述单元A和单元B与用于在与被检体120的主平面平行的面内(即与光轴垂直的面内)将它们分别移动至期望位置的单元A移动装置301、单元B移动装置302分别连接，这些移动装置301和302是通过控制装置300控制的(参见图9)。
进而，能通过位置调节机构(未图示)对被检体120与单元A、单元B在光轴方向的相对位置进行调整。即，对相互的位置进行精细的调节，使得从光源装置射出的试验光束被聚光光学系统引导至被检体120，该光束在光束腰附近射入被检体120的被检查位置。该位置调节机构也可以包含于单元A移动装置301、单元B移动装置302中。另外，在单元A内，可以按照需要调整光源装置与聚光光学系统在光轴方向的相互位置，在光源装置内可以按照需要调整其结构部件(光源101、第1准直透镜102等)的相互位置，这都是毋庸多言的。
由光检测装置所检测出的光量被发送给运算装置303，能运算被检体的光透射率。运算装置303还可以使用附带的存储器，事先存储并保存好光透射率的计算所需的参数。
本发明的透射率测定装置还具有保持被检体120的被检体保持器。本方式的上述被检体保持器能够保持具有一边在300mm以上的方形的光掩模。例如优选可以保持一边为300～1800mm的方形的光掩模。
并且在上述方式中，固定被检体120，使得两个单元(A、B)可动，也可以反之，还可以使两者都可动。另外，如图8所示，被检体保持器可以大致水平地保持被检体120，或者大致垂直地保持被检体120。
<透射率测定方法>
可以在上述透射率测定装置上设置被检体(此处为光掩模)120，对形成于该光掩模120上的转印图案的期望位置处的光透射率进行测定。例如，当光掩模120具有使一部分曝光光透过的半透光部时，即使当该半透光部为细微尺寸的情况下，也不会受到配置于该半透光部的周围的图案(透光部、遮光部等)的影响，能测定正确的半透光部的光透射率。
例如，将作为被检体的光掩模120设置于本发明装置的被检体保持器。接着，在使单元A和单元B的光轴一致的状态下，使它们在平行于光掩模120的主平面的面内移动，设置于欲获得透射率的半透光部的位置处。其中，当作为被检体的光掩模120为液晶显示装置用的大型掩模的情况下，其曝光光波长为i线～g线，因此使用具备与其实质上相等的波段的光源进行测定是有用的。或者由掩模用户使用用作透射率测定基准的代表波长(例如i线)进行测定也是有用的。
划分出单元A和单元B在与掩模面平行的面内的位置，调整单元A与被检体120的相对位置，使得从光源装置射出的试验光束经过聚光光学系统，其光束腰附近位于欲进行测定的光掩模120的半透光部。接着，将光检测装置设置于能够使得试验光束透射过该半透光部后的透射光束112从光检测装置的积分球105的入射端口104可靠地进入的位置。此时将积分球105内设置的光检测器106的输出(透射光量L)取入运算装置303。
欲求得光掩模120的半透光部的膜透射率T时，可以预先求出形成膜之前的透明基板所具有的参照透射量L0。其可以通过使用与上述相同的方法对未形成膜的透明基板的一部分或光掩模的转印图案中未形成膜的部分(将这些部分也称作“参照位置”)求出参照透射光量L0来获得。然后如上求出半透光部的光透射量L，则该半透光部的光透射率T可通过T＝L/L0求出。
<被检体>
本实施方式所示的透射率测定装置的被检体120只要是光能透过的部件即可。作为能够使用本实施方式所示的透射率测定装置进行透射率测定的优选的一个例子，可举出具有对形成于透明基板上的光学膜进行图案构图而获得的转印图案的光掩模。
作为光学膜，可以是遮蔽曝光光的至少一部分(即，使一部分透过)的膜(称之为半透光膜)。其在使用光掩模对形成于被转印体上的抗蚀膜进行曝光，从而使膜减少期望量，形成期望形状的抗蚀图案时使用。
尤其在多色调光掩模中，形成具备多个不同残膜量的抗蚀图案，可以使用该抗蚀图案制造期望的电子器件，极为有用。例如，作为应用于本发明的光掩模120，可以是用于液晶显示装置的制造的多色调光掩模，除了透光部、遮光部之外还可以具有半透光部，其具备1种或多种曝光光透射率。
图10举例示出上述用途的多色调光掩模。对形成于透明基板200上的半透光膜201和遮光膜202分别进行图案构图，称为具有期望的转印图案(半透光膜图案201p、遮光膜图案202p)的3色调的光掩模20。其中，半透光部215具有细微的宽度，与透光部220、遮光部210相邻。因此现有技术中难以在实施了图案构图之后，正确把握形成于半透光部的半透光膜的光透射率。
在形成遮光膜之前、仅形成有半透光膜的阶段(后述的光掩模坯体形成过程)中可以测定光透射率，然而在经过多个工序实施了图案构图之后成为光掩模完成品的时候，其是否显示出同一透射率是不明确的。因此需要对作为光掩模的细微的半透光部进行透射率测定。
图11表示上述多色调光掩模的转印工序。即，当希望对层叠了形成于透明基板500上的多个薄膜501的被转印体50形成3维图案时，适当使用光掩模来转印图案。此处，使用多色调光掩模20对形成于被转印体上的阳性抗蚀层502形成具备多个不同残膜量的抗蚀图案502p。这样就能通过1个光掩模进行2个光掩模的图案加工。
作为本发明中半透光膜的透射率的测定，可以对上述多色调光掩模的转印图案中的细微的(例如宽度在1mm以下。尤其当2～500μm时使用本发明的必要性加大，2～100μm时本发明的效果尤为显著)半透光部的曝光光透射率进行测定。
例如当欲测定与遮光部相邻的半透光部的膜透射率时，若使用测定点较大的现有的分光光度计，则无法在测定视野内仅配置处于被检查位置的半透光部，无法获得正确的光透射率。根据本发明，测定视野可以为聚光光学系统所形成的光束腰的直径，因此能进行微小的点的测定。
如上所述，由于近些年来光掩模的多色调化和图案的细微化，对于形成于透明基板上的光学膜(此处为使曝光光的一部分透过的半透光膜)，要求正确测定制造后的光掩模所具有的膜透射率，对这种被检体使用本实施方式所示的透射率测定装置是非常有效的。
即，在制造后的光掩模中，存在比能通过使用分光光度计的现有的测定方法测定的面积小的面积的半透光部，而获悉该部分的膜透射率在光掩模的检查和产品保证方面极为重要。
作为这种光掩模，例如可以举出液晶显示装置制造用的光掩模，其是尺寸为一边大于等于300mm的大型掩模。
作为用于液晶显示装置的薄膜晶体管(TFT)制造用或滤色器(CF)制造用，可以是具备透光部、半透光部、遮光部的(3色调的)多色调光掩模。或者还可以是具备透射率彼此不同的2种以上的半透光部的4色调以上的多色调光掩模。
进而，当使用2色调的光掩模，在遮光部具有预定透射率的光学膜的情况下，能适用于作为本发明的被检体。
说明一下作为应用于本发明的被检体，能获得本发明的显著效果的多色调光掩模及其检查方法、制造方法。
例如可以通过图12所示的方法制作多色调光掩模。即，首先准备在透明基板(200)按顺序层叠半透光膜201和透光膜202，并涂敷了抗蚀剂203(此处为阳性抗蚀剂)的光掩模坯体20b(参见图12(a))。
透明基板200例如构成为由包含石英(SiO2)玻璃或SiO2、Al2O3、B2O3、RO(R为碱土族金属)、R2O(R2为碱金属)等在内的玻璃等构成的平板。透明基板200的主面(表面和背面)被研磨而构成为平坦且平滑。透明基板200例如可以形成为例如一边为500mm～1800mm左右的方形。透明基板200的厚度例如可以为3mm～20mm左右。
半透光膜201例如由含铬(Cr)的材料构成，例如可以为氮化铬(CrN)、氧化铬(CrO)、氮氧化铬(CrON)、氟化铬(CrF)等铬化合物。这些半透光膜201构成为例如可以使用由含硝酸铈铵((NH4)2Ce(NO3)6)和高氯酸(HClO4)的纯水构成的铬用蚀刻液进行蚀刻。或者可以为由包含钼(Mo)等金属材料和硅(Si)的材料构成的金属硅化物化合物。例如由MoSi、MoSix、MoSiN、MoSiON、MoSiCON等构成。这种半透光膜201构成为可使用氟(F)类蚀刻液(或蚀刻气体)进行蚀刻。
遮光膜202可以为铬(Cr)或以铬为主要成分的铬化合物。并且，通过在遮光膜202的表面层叠预定组成的Cr化合物(CrO、CrC、CrN等)(未图示)，能够使遮光膜202的表面具备光反射抑制功能。遮光膜202构成为可使用上述铬用蚀刻液进行蚀刻。
遮光膜202构成为实质上遮蔽曝光光(i线～g线)，透光部220构成为使曝光光大致100％透过。而且在设透明基板的透射率为100％时，半透光膜201可以具备3％以上且80％以下的膜透射率。作为TFT制造用的光掩模，作为用于3色调以上的多色调光掩模的半透光部的半透光膜，优选为5～60％，基于掩模用户易于对被转印体进行加工的观点而言，优选为20～60％。还可以使用代表波长(例如i线)，来评价具备上述透射率的部件。
进而，当在2色调(遮光部和透过部)的光掩模中，在使用于遮光部的遮光膜具备一定的透射率的情况下，该透射率优选为3～20％，更优选为5～15％。
对上述光掩模坯体描绘预定的图案并显影，从而获得第1抗蚀图案(203p)(参见图12(b))。将其作为掩模，对遮光膜202进行蚀刻，从而形成遮光膜图案202p(参见图12(c))。
在剥离了抗蚀图案203p之后，再次在整个面上涂敷抗蚀剂204(参见图12(d))。然后通过第2次描绘和显影，获得第2抗蚀图案(204p)(参见图12(e))。将其作为掩模，对半透光膜201进行蚀刻，从而形成半透光膜图案201p(参见图12(f))。然后，剥离残留的抗蚀图案204p(参见图12(g))。如上完成了多色调(此处为3色调)的光掩模。
图12示意性表示出图案构图工序，而实际的图案形状根据用途而有其他的各种形式。
在本发明的制造方法中，在进行了上述图案构图之后，可以设置透射率的检查工序。其可以确认是否获得了掩模用户所要求的正确的光透射率，若存在不良情况则返回制造工序，若没有问题则可以保证产品质量。
并且，根据掩模用户的希望，可以将通过本发明的检查方法获得的光透射率的数值通过与光掩模对应起来的形式作为光掩模产品进行提供。即，即使接受了光掩模产品的提供，通常也不可能对其细微部分的光透射率进行精密测定，因此使作为光掩模的属性的透射率附属于光掩模并与之一体化就具有意义。此时，作为供给形式，既可以将透射率数据与光掩模物理形成为一体，或者也可以分别进行流通，然而通过将彼此连接的信息来进行对应。
光掩模用户参照该透射率数据，使用该光掩模和曝光机，将光掩模所具有的转印图案转印至被转印体，能制造出期望的电子设备。这种情况下，可以根据该透射率数据设定制造工序所使用的各种条件参数。
另外，在本实施方式所示的透射率测定装置中，为了进一步提高测定精度，优选适当控制从光源装置射出的试验光束的强度分布等。
例如，在图1所示的透射率测定装置中，可以导入用于使从准直透镜102进入到聚光透镜103的平行光束111的强度分布在中央部比在周边部相对明亮的分布的光分布强度调整单元。作为分布方式的一个例子，例如可以举出高斯分布。
通常在使均匀的强度分布的平行光束111进入聚光透镜103，聚集于被检体120的情况下，发明人已确认了在所聚集的光的峰值的外周会产生旁瓣(参见图3(A)、(B))。为了正确测定细微部分的透射率，就需要使测定光聚集于测定对象部分，然而由于产生旁瓣，一部分光会出现于所聚集的点的外侧，根据细微图案的尺寸和周边图案的位置(例如缝的宽度)而使得旁瓣会射入被检体120的被检查位置之外的位置，由于该溢出光的影响，可能会导致测定精度降低。
因此，优选进入聚光光学系统的平行光束111内的强度分布不均匀，中央部(光轴附近)与周边部相比为较明亮的分布(参见图4)。由此能够抑制旁瓣的产生，高精度地对测定区域的透射率进行测定。
关于平行光束111内的光强度分布的种类，只要是与中央(光轴附近)相比，随着朝向周边方向强度单调减少即可，没有特殊的制约。例如可以是高斯分布。当光源为激光器的情况下，能获得大致高斯分布。为其他光源的情况下，通过导入调整光分布的装置能获得相同效果。
图5表示改变了试验光束光强度分布的情况下，对由于旁瓣而从细微图案溢出的点光的比例进行验证得到的模拟结果。分布形状为高斯分布。
具体地，改变来自准直透镜102的平行光束111的高斯分布，使其进入聚光透镜103，按照被检体120的图案线宽度测定了点光溢出的比例。作为聚光透镜103，使用数值孔径NA为0.4和0.65的透镜，评价波长为405nm的光。
图5(A)表示使用数值孔径NA为0.4的聚光透镜103时，射入聚光透镜103的平行光束111的高斯分布，纵轴表示强度，横轴表示射入聚光透镜103的光束截面(高斯分布宽度1/e2)。
如上所述，高斯分布的光束直径可以定义为成为在与光轴正交的面上测定的峰值的1/e2(大约13.5％)的强度的宽度。该宽度(图5(B)所示的“高斯分布的数值孔径NA”、也称作NAg)优选相对于聚光透镜的数值孔径NA(也称作NAc)，为0.4≤NAg/NAc≤0.6。
例如，根据聚光透镜的数值孔径NA，根据上述数式的范围求出高斯分布的数值孔径NA比，根据与所使用的聚光透镜的有效直径(光瞳直径)之比，能求出非常适用于本发明的高斯分布宽度。例如当有效直径为1时，光束直径(光束截面)可以在0.4以上且0.6以下的范围。
例如当使用数值孔径NA为0.4的聚光透镜时，若平行光束111的高斯分布的数值孔径NA为0.4，则对于宽度6μm的图案而言，溢出光较小(0.61％)，而对于宽度2μm的图案而言，溢出光达到了2.18％(图5(B))。另一方面，即使使用相同的聚光透镜，若平行光束111的高斯分布的数值孔径NA为02(NAg/NAc＝0.5)，则宽度6μm的图案的溢出光为0.0％，宽度2μm的图案的溢出光为0.42％，测定精度提高。
另外，优选在被检查位置(例如半透光部)的宽度之内，为试验光束整体的光强度的99.7％以上进入的状态(溢出光在0.3％以下)。更优选在99.9％以上(溢出光在0.1％以下)。关于光束直径中的光强度分布的调整，可以通过光强度分布控制单元(例如切趾滤波器(图7))的使用、聚光透镜的数值孔径NA的选择以及它们的组合来进行。
如上，本发明不会产生使用CCD和CMOS等2维传感器来获取图像的现有方法中所具有的、从测定区域获得的信号强度会影响在与该测定区域相邻的区域中获得的信号强度的变化，从而产生变动这样的问题，能获得该测定区域的正确的透射率。
如上，本发明在测定细微图案的透射率时，能够在不产生该图案周边所存在的图案的透射率的影响、处于该图案周边的图案导致的检查光束的折射的情况下，进行细微图案的透射率测定。其中，对于本发明的细微图案、即具有在5μm以上且7μm以下的线宽度的半透光部的透射率测定是有效的。而且对于在0.5μm以上且5μm以下的线宽度、进而对于在0.5μm以上且3μm以下的线宽度的透射率测定是有效的。另外，根据本发明，以往无法实现的关于光掩模的细微的半透光部、具备上述透射率的遮光部的细微图案的膜透射率的质量保证成为可能。而且，本发明申请不会受到周围条件的影响，能正确评价作为膜固有的特性的膜透射率，这对于要求更为细微化的光掩模的开发而言也是有效的。
并且，本发明不限于上述实施方式，可以适当变更加以实施。例如，上述实施方式中的材质、图案构成、部件个数、尺寸、处理步骤等仅为一个例子，可以在发挥本发明效果的范围内进行各种变更加以实施。此外，在不脱离本发明目的的范围内能够适当进行变更并实施。

Claims (19)

1.一种透射率测定装置，其具有：射出试验光束的光源装置；会聚上述试验光束并引导至被检体的聚光光学系统；接受透射过上述被检体后的透射光束并检测光量的光检测装置；以及根据由上述光检测装置检测出的光量，求出上述被检体的光透射率的运算装置，其特征在于，
上述光源装置、上述聚光光学系统以及上述被检体的相对位置被调节为，使得上述会聚后的试验光束在光束腰附近射入上述被检体的被检查位置。
2.根据权利要求1所述的透射率测定装置，其特征在于，上述光源装置具有激光光源，设上述聚光光学系统所具备的聚光透镜的有效直径为1时，射入上述聚光透镜的上述试验光束的直径在0.4以上且在0.6以下。
3.根据权利要求1或2所述的透射率测定装置，其特征在于，上述光检测装置具有在内部具备光检测器的积分球。
4.根据权利要求1或2所述的透射率测定装置，其特征在于，上述积分球具有上述透射光束所进入的入射端口，而且上述积分球被配置成使得上述入射端口的端口直径大于上述透射光束所进入的位置处的上述透射光束的直径。
5.根据权利要求1或2所述的透射率测定装置，其特征在于，上述聚光光学系统具有第1准直透镜和聚光透镜。
6.根据权利要求1或2所述的透射率测定装置，其特征在于，该透射率测定装置具有移动装置，该移动装置为了在与上述被检体的主平面平行的面内调整上述光源装置、上述聚光光学系统以及上述被检体的相对位置，而移动上述光源装置和上述聚光光学系统，或者移动上述被检体。
7.根据权利要求1或2所述的透射率测定装置，其特征在于，在上述被检体与上述光检测装置之间具有调整上述透射光束的直径的第2准直透镜。
8.根据权利要求1或2所述的透射率测定装置，其特征在于，上述聚光光学系统具有光分布调整单元，该光分布调整单元使得与上述试验光束的光轴垂直的面上的光强度分布在中央部大于周边部。
9.一种光掩模的透射率检查装置，其对于具有转印图案的光掩模的上述转印图案的特定的被检查位置处的透射率进行测定，上述转印图案是通过对形成于透明基板上的光学膜进行图案构图而形成的，其特征在于，上述透射率检查装置具有：
射出试验光束的光源装置；会聚上述试验光束并引导至光掩模的聚光光学系统；接受透射过上述光掩模后的透射光束并检测光量的光检测装置；以及根据由上述光检测装置检测出的光量，求出上述光掩模的上述被检查位置处的光透射率的运算装置，
上述光源装置、上述聚光光学系统以及上述光掩模的相对位置被调节为，使得上述聚光后的试验光束在光束腰附近射入上述光掩模的被检查位置。
10.根据权利要求9所述的透射率检查装置，其特征在于，上述光源装置具有激光光源，设上述聚光光学系统所具备的聚光透镜的有效直径为1时，射入上述聚光透镜的上述试验光束的直径在0.4以上且在0.6以下。
11.一种透射率检查方法，对于具有转印图案的光掩模的上述转印图案的特定的被检查位置处的透射率进行测定，上述转印图案是通过对形成于透明基板上的光学膜进行图案构图而形成的，其特征在于，
使从光源装置射出的试验光束在上述光掩模的被检查位置会聚，并在上述试验光束的光束腰附近透射过上述光掩模，
使透射后扩散的透射光束进入光检测装置，
根据由上述光检测装置检测出的光量L，求出上述被检查位置的光透射率T。
12.根据权利要求11所述的透射率检查方法，其特征在于，上述光检测装置具有内部具备光检测器的积分球，上述透射光束在上述积分球内重复进行扩散反射，从而在强度被均匀化的状态下，由上述光检测器进行光量检测。
13.根据权利要求11或12所述的透射率检查方法，其特征在于，上述转印图案具有使曝光光透射的透光部和遮蔽一部分曝光光的半透光部。
14.根据权利要求13所述的透射率检查方法，其特征在于，上述转印图案还具有实质上遮蔽曝光光的遮光部。
15.根据权利要求11或12所述的透射率检查方法，其特征在于，上述光掩模是用于在形成于被转印体上的抗蚀剂膜上形成具备不同的多个抗蚀剂残膜值的抗蚀剂图案的多色调光掩模。
16.根据权利要求11或12所述的透射率检查方法，其特征在于，
将未形成上述光学膜的透明基板上的任意部分或上述光掩模的未形成光学膜的部分作为参照位置，
将从上述光源射出的试验光束会聚于上述参照位置，并使其在上述试验光束的光束腰附近透射过透明基板或上述光掩模的上述参照位置，
使透射后扩散的透射光束进入上述光检测装置，
使用由上述光检测装置检测出的光量L0和通过权利要求11或12所述的方法获得的光量L，求出上述光掩模的被检查位置的光透射率T。
17.一种光掩模制造方法，包括准备在透明基板上形成有光学膜的光掩模坯体，对上述光学膜实施图案构图，从而形成转印图案，进行上述转印图案的检查的步骤，其特征在于，
在上述检查中使用权利要求11或12所述的透射率检查方法。
18.一种图案转印方法，其特征在于，使用通过权利要求17所述的制造方法制造的光掩模以及曝光装置，将上述光掩模的转印图案转印到被转印体上。
19.一种光掩模产品，其特征在于，其以与光掩模对应的状态具有通过权利要求11或12所述的透射率检查方法获得的上述光掩模的期望的被检查位置的光透射率T。
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