JP5097520B2 - グレートーンマスクの検査方法、液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法及びパターン転写方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光用のグレートーンマスクの性能を検査するためのグレートーンマスクの検査方法に関し、特に、主としてフラット・パネル・ディスプレイ（ＦＰＤ）装置製造用の大型のグレートーンマスクの検査方法に関する。また、本発明は、液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法及びパターン転写方法に関する。

従来、フォトマスクの性能の検査について、特許文献１には、被検査体となるフォトマスクの透過照明光の強度分布を撮像素子（ＣＣＤ）により検出して、欠陥を検査する装置が記載されている。この装置においては、０．３μｍピッチ程度の微細なパターンが形成されたフォトマスクに検査光を集光して照射し、このフォトマスクを透過した検査光を拡大照射して、分解能７μｍ程度のＣＣＤで撮像するようにしている。

すなわち、この検査装置においては、フォトマスクを水平としてステージ上に載置し、このフォトマスクに、光源からの検査光を照明光学系を介して照射する。ステージは、フォトマスクの面内方向に移動操作可能となっている。そして、この検査装置においては、フォトマスクを経た検査光を撮像素子上に拡大照射して結像させ、フォトマスクの像を得るようにしている。

そして、特許文献２には、露光装置によりウェハに実際に転写されるフォトマスクの欠陥や異物を検出可能とする検査装置が記載されている。この装置においては、従来の検査装置で検出可能であった欠陥や異物の他に、位相シフトマスクやレチクルの透過部のシフタの欠陥や、露光波長依存性のマスク基板部の欠陥などについても検査可能となっている。

特開平５−２４９６５６号公報 特開平４−３２８５４８号公報

特許文献１には、フォトマスク面内の所定の部位について撮像を行う手法については言及されていないが、ステージがフォトマスクの面内方向に移動操作可能であり、また、フォトマスクは一辺が５インチ乃至６インチ程度の角型基板であることから、この検査装置においては、フォトマスクの全面に亘る検査を不都合なく行えるものと考えられる。

また、特許文献１には、微細な凹凸パターンをもつ位相シフトマスクの欠陥やフォトマスクを用いた露光プロセスにおけるレジスト厚による焦点ずれの影響を評価するために、撮像素子を検査光の焦点位置からずらして撮像して得られた像と、設計上のマスクパターンによる画像信号や撮像素子を焦点位置として撮像した画像信号とを比較することが記載されている。

すなわち、実際のＩＣの製造工程においては、薄膜の積層が幾重にも繰り返し行われる
ため、フォトマスクを用いた露光プロセスではレジスト厚の分だけ焦点がずれて縮小照射
される場合があり、これらフォトマスクの微細なパターンピッチを考慮すると、焦点ずれによる影響は看過できず、更には、焦点深度を深くとれる位相シフトマスクを用いる場合には、焦点ずれの影響の評価は重要であると考えられる。

そのため、この検査装置においては、位相シフトマスクを使用する場合等の被転写面の段差等に起因する焦点ずれの影響を評価するため、撮像素子を検査光の光軸方向に変位可能とする撮像位置変位手段を設け、フォトマスクを用いた露光プロセスにおける被転写面に相当する撮像素子を光軸方向に焦点位置からずらして、その影響を検査するようにしている。

ところで、いわゆる液晶表示パネルなど、フラット・パネル・ディスプレイ（以下、「ＦＰＤ」という。）と呼ばれる表示デバイスの製造に使用される大型のフォトマスクにおいては、透明基板の主表面にＣｒなどを主成分とする遮光膜を形成しこの遮光膜に所定のパターンをフォトリソグラフィーにより形成して遮光部及び透光部を有するパターンを形成したバイナリーマスクのみならず、透明基板の主表面に遮光部、透光部及び半透光部（露光光の一部を透過する部分。以下グレートーン部ともいう）を有するグレートーンマスクが広く使用されている。なお、ここでグレートーンマスクとは、マスクを透過する露光光の量を選択的に減少させ、被転写体上のォトレジストの現像後の残膜厚を選択的に調整することを目的とするフォトマスクをいう。マスクを透過する露光光を選択的に減少させ、その一部を透過させる半透光部を一種類もつもの（３階調のグレートーンマスク）のほか、４階調以上のマルチトーンマスクも、本願でいうグレートーンマスクに含まれる。

なお、半透光部には、半透光膜が形成された半透光部（「半透光膜タイプ」という。）と、露光条件での解像限界以下の微細パターンによって半透光部とするもの（「微細パターンタイプ」という。）の両方が含まれる。

このようなグレートーンマスクの欠陥検査や性能評価を行う検査においては、次のような課題が存在する。

すなわち、このようなグレートーンマスクにおいては、マスクに形成されたパターンと、実際のマスク使用によって、被転写体表面のレジスト膜に転写されるパターン（現実には、転写パターンを現像して得られるレジストパターン）とが異なることがあるため、使用する露光機の露光条件に即して、パターン転写状態を再現し、再現された転写像を評価することによって、マスクの性能を評価することが肝要である。

例えば、「微細パターンタイプ」の半透光部については、露光機の対物レンズ系の解像度により、更には意図的にデフォーカシングを行うことにより、該微細パターンを非解像の状態として転写像を形成することを意図するため、該転写像として形成されるレジストパターンの形状は、マスクに形成されたパターンとは異なるものになる。更に、上記した解像度は、露光機のレンズ系と露光光の波長に依存するが、露光機の照明の波長特性は、露光機ごとに異なり、更に経時変化する。従って、マスクを使用して被転写体上に得られるレジストパターン形状、所定部分の膜厚が所望の範囲内となるか否か等を、予めシミュレーションにより把握し、その性能を判定する必要が生じた。

更に、「半透光タイプ」の半透光部についても、その半透光部の寸法、形状によって、露光機の露光条件下、隣接する遮光部等の影響を受け、マスクに形成したパターンとは異なった転写像を形成することがある。更に、この半透光部に用いる半透光膜の光透過率は、露光光の波長によって変化するところ、露光光の波長特性は、露光機ごとに異なり、更にその照明光源の経時により変化する。従って、特定の露光機による露光条件を近似した露光条件下で得られる転写像を、検査機によって得る透過光の強度分布を用いてシミュレーションするなど、なんらかの評価、判定方法が必要であることが見出された。

また、上記グレートーンマスクのグレートーン部に欠陥が生じたとき、その欠陥は、遮光部や透光部の欠陥と異なり、その寸法や形状に応じて、マスク使用時の支障になるか否かが分かれる場合が多いため、これを予め評価することは、マスクの歩留管理上、極めて大きな意義をもつ。また、グレートーン部の欠陥に対して修正を施した際に、この修正がマスク使用時の性能に対して充分なものか否かを判定することも極めて重要であることが発明者らによって認識された。グレートーン部の修正は、透光部、遮光部と異なり、欠陥は、その形状のみによってではなく、実際のマスク使用時の条件下における、その部分の透過光の強度分布によって判断する必要がある上で、特異な評価が必要なためである。

したがって、上記した、グレートーンマスクの特異な使用法に即した検査方法が必要であることが、発明者らによって見出された。

そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、グレートーンマスクの性能評価及び欠陥検査を良好に行うことができるグレートーンマスクの検査方法を提供し、また、このグレートーンマスクの検査方法を用いた液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法及びパターン転写方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
表示装置の製造に用いられるグレートーンマスクであって、透明基板上に遮光部、透光部及び露光光の一部を透過する半透光部を含むパターンが形成されてなり、露光装置によるｉ線、ｈ線、ｇ線を含む混合露光光によってパターンを被転写体上に転写することにより、被転写体上の、半透光部に対応する部分に、遮光部に対応する部分より膜厚が薄いレジストパターンを形成するグレートーンマスクの検査方法において、ｉ線、ｈ線、ｇ線を含み、かつ、混合露光光の特性に基づいて決定された各波長の強度割合をもつ光源を備えた検査装置を用い、光源から発せられた光束を照明光学系を介してグレートーンマスクに照射し、該グレートーンマスクを透過した光束を対物レンズ系を介し、撮像手段によって撮像して、撮像画像データを求める工程と、撮像画像データから、グレートーンマスクの半透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得し、取得した強度分布データにより、混合露光光によって被転写体上に形成されるレジストパターンの形状及び膜厚を求める工程と、を有することを特徴とするものである。

〔構成２〕
構成１を有するグレートーンマスクの検査方法において、照明光学系の開口数及び対物レンズ系の開口数を、露光装置における照明光学系の開口数及び対物レンズ系の開口数にそれぞれ略々等しいものとすることを特徴とするものである。

〔構成３〕
構成１又は構成２を有するグレートーンマスクの検査方法において、撮像画像データから、グレートーンマスクの半透光部、透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得する工程を有することを特徴とするものである。

〔構成４〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有するグレートーンマスクの検査方法において、透過光の強度分布データから、所定の閾値以上、及び／又は、所定の閾値以下となっている領域の大きさを把握することを特徴とするものである。

〔構成５〕
構成１乃至構成４のいずれか一を有するグレートーンマスクの検査方法において、グレートーンマスクにおける半透光部は、露光装置の露光条件下における解像限界以下の微細パターンを有してなるもので、対物レンズ系及び撮像手段の少なくとも一方の光軸方向の位置を調節することにより、該微細パターンがデフォーカスされて非解像となった状態の撮像画像データを得ることを特徴とする
ものである。

〔構成６〕
構成１乃至構成４のいずれか一を有するグレートーンマスクの検査方法において、グレートーンマスクにおける半透光部は、透明基板上に半透光膜が形成され、半透光膜は、光透過率に波長依存性をもつものであることを特徴とするものである。

〔構成７〕
構成１乃至構成６のいずれか一を有するグレートーンマスクの検査方法において、グレートーンマスクは、白欠陥、または、黒欠陥の修正がなされたものであることを特徴とするものである。

〔構成８〕
構成６を有するグレートーンマスクの検査方法において、グレートーンマスクは、白欠陥、または、黒欠陥の修正がなされ、白欠陥、または、黒欠陥の修正は、半透光膜と異なる組成の修正膜を形成することによって行われていることを特徴とするものである。
〔構成９〕
構成１乃至構成８のいずれか一を有するグレートーンマスクの検査方法において、取得した強度分布データに対して演算を行い、他の露光光を用いた条件下での、透過光の強度分布データを求めることを特徴とするものである。
〔構成１０〕
表示装置の製造に用いられるグレートーンマスクであって、透明基板上に遮光部、透光部及び露光光の一部を透過する半透光部を含むパターンが形成されてなり、露光装置によるｉ線、ｈ線、ｇ線を含む混合露光光によってパターンを被転写体上に転写することにより、被転写体上の、半透光部に対応する部分に、遮光部に対応する部分より膜厚が薄いレジストパターンを形成するグレートーンマスクの検査方法において、複数の単一波長をもつ光源を備えた検査装置を用い、光源から発せられた光束を照明光学系を介してグレートーンマスクに照射し、該グレートーンマスクを透過した光束を対物レンズ系を介し、撮像手段によって撮像して、複数の単一波長による撮像画像データを求める工程と、複数の単一波長による撮像画像データから、演算により、複数の波長の混合光を適用した場合の、グレートーンマスクの半透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得し、取得した強度分布データにより、混合露光光によって被転写体上に形成されるレジストパターンの形状及び膜厚を求める工程と、を有することを特徴とするものである。

そして、本発明に係る液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法は、以下の構成を有するものである。

〔構成１１〕
構成１乃至構成１０のいずれか一を有するグレートーンマスクの検査方法を含むことを特徴とするものである。

さらに、本発明に係るパターン転写方法は、以下の構成を有するものである。

〔構成１２〕
構成１１を有する液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法により製造された液晶装置製造用グレートーンマスクを用いて、露光装置により露光光を露光し、被転写体にパターンを転写することを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、光源から発せられた光束を照明光学系を介してグレートーンマスクに照射し該グレートーンマスクを透過した光束を対物レンズ系を介して撮像手段によって撮像して撮像画像データを求める工程と、撮像画像データから、グレートーンマスクの半透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得し、取得した強度分布データにより、混合露光光によって被転写体上に形成されるレジストパターンの形状及び膜厚を求める工程と、を有するので、グレートーンマスクの性能評価及び欠陥検査を良好に行うことができる。

構成２を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、照明光学系の開口数及び対物レンズ系の開口数を、露光装置における照明光学系の開口数及び対物レンズ系の開口数にそれぞれ略々等しいものとするので、露光装置における露光条件を再現することができ、グレートーンマスクの性能評価及び欠陥検査を良好に行うことができる。

例えば「微細パターンタイプ」の半透光部については、グレートーンマスクを透過した露光光を結像させる対物レンズ系の解像度によって、この半透光部を透過した露光光の光量が大きく影響を受けてしまうため、検査装置における対物レンズ系の解像度が露光装置における解像度と異なっていると、グレートーンマスクの性能評価及び欠陥検査を良好に行うことができない。「半透光膜タイプ」の半透光部についても、両側を遮光部に隣接して挟まれている領域については、該遮光部の結像状態により、露光光を結像させる対物レンズ系の解像度によって半透光部を透過した露光光の光量が影響を受けるので、検査装置における対物レンズ系の解像度が露光装置における解像度と異なっていると、グレートーンマスクの性能評価及び欠陥検査を良好に行うことができないが、上記本発明によると、良好に評価可能である。

構成３を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、撮像画像データから、グレートーンマスクの半透光部、透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得する工程を有するので、これら透過光強度の差及び／又は比に基づいて、グレートーンマスクの特性を的確に評価することができる。これらの差、又は比は、マスク使用により、被転写体上に形成されるレジストパターンの形状に密接に関係し、レジストパターンに生じる段差の高さの差や比との相関がある。

構成４を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、透過光の強度分布データから、所定の閾値以上、及び／又は、所定の閾値以下となっている領域の大きさを把握するので、露光装置における露光条件を再現することができ、グレートーンマスクの性能評価を良好に行うことができる。

構成５を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、グレートーンマスクにおける半透光部は、露光装置の露光条件下における解像限界以下の微細パターンを有してなるもので、対物レンズ系及び撮像手段の少なくとも一方の光軸方向の位置を調節することにより、該微細パターンがデフォーカスされて非解像となった状態の撮像画像データを得るので、露光装置における露光条件を再現することができ、微細パターンを用いて形成されたグレートーンマスクの性能評価を良好に行うことができる。

構成６を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、グレートーンマスクにおける半透光部は、透明基板上に半透光膜が形成され、半透光膜は、光透過率に波長依存性をもつものであり、半透光膜を用いて形成されたグレートーンマスクの性能評価を良好に行うことができる。

構成７を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、グレートーンマスクは、白欠陥、または、黒欠陥の修正がなされたものであるので、修正が良好に行われているか否かを判断することができる。

構成８を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、グレートーンマスクは、白欠陥、または、黒欠陥の修正がなされ、白欠陥、または、黒欠陥の修正は、半透光膜と異なる組成の修正膜を形成することによって行われており、修正が良好に行われているか否かを判断することができる。
構成９を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、取得した強度分布データに対して演算を行い、他の露光光を用いた条件下での、透過光の強度分布データを求めることができる。
構成１０を有する本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、光源から発せられた光束を照明光学系を介してグレートーンマスクに照射し、該グレートーンマスクを透過した光束を対物レンズ系を介し、撮像手段によって撮像して、複数の単一波長による撮像画像データを求める工程と、複数の単一波長による撮像画像データから、演算により、複数の波長の混合光を適用した場合の、グレートーンマスクの半透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得し、取得した強度分布データにより、混合露光光によって被転写体上に形成されるレジストパターンの形状及び膜厚を求める工程と、を有するので、グレートーンマスクの性能評価及び欠陥検査を良好に行うことができる。

構成１１を有する本発明に係る液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法においては、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法による検査工程を有するので、欠陥が十分に修正された良好な液晶装置製造用グレートーンマスクを製造することができる。

構成１２を有する本発明に係るパターン転写方法においては、本発明に係る液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法により製造された液晶装置製造用グレートーンマスクを用いて、露光装置により露光光を露光し、被転写体にパターンを転写するので、良好なパターン転写を行うことができる。

以下、本発明を実施するための最良の実施の形態について説明する。

〔本発明に係るグレートーンマスクの検査方法の概要〕
本発明に係るグレートーンマスクの検査方法における被検体となるグレートーンマスクは、透明基板の主表面に遮光部、透光部及び半透光部が形成されたものであって、製品として完成したグレートーンマスクのみならず、グレートーンマスクを製造する途中での中間体をも含む。

本発明に係るグレートーンマスクの検査方法は、グレートーンマスク使用時に、露光を行う露光装置におけると同等の又は近似した露光条件を作り出し、露光装置における露光によって被転写体に転写されるイメージを撮像手段によって捉えた光強度分布データとして得る方法である。

そして、このグレートーンマスクの検査方法においては、撮像手段により得られた光強度分布に基づいて、被転写体上の現像後のレジストパターンのパターン寸法の仕上がり値、残膜量を左右するマスクの透過率の変動を含む様々な解析、評価を行なうことができる。

したがって、この検査方法は、ＦＰＤの製造用のグレートーンマスクを検査する場合に顕著な効果があり、さらに、液晶装置製造用のグレートーンマスクの中でも薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：以下、「ＴＦＴ」という。）製造用のものに最も適している。これらの分野では、製造効率及びコスト上の有利さから、グレートーンマスクが多用されることに加え、半透光部の寸法が極めて微細であり、かつ、精緻である必要があるためである。

〔本発明に係るグレートーンマスクの検査方法を実施する検査装置の構成〕
本発明に係るグレートーンマスクの検査方法を実施するには、検査装置を用いる。この検査装置においては、図１に示すように、被検体であるグレートーンマスク３は、マスク保持手段３ａによって保持される。このマスク保持手段３ａは、グレートーンマスク３の主平面を略鉛直とした状態で、このグレートーンマスクの下端部及び側縁部近傍を支持し、このグレートーンマスク３を傾斜させて固定して保持するようになっている。このマスク保持手段３ａは、グレートーンマスク３として、大型（例えば、主平面がの１辺が１０００ｍｍを越える寸法のもの、例えば、主平面が１２２０ｍｍ×１４００ｍｍ、厚さ１３ｍｍというサイズのもの）、かつ、種々の大きさのグレートーンマスク３を保持できるようになっている。すなわち、このマスク保持手段３ａにおいては、主平面を略鉛直とした状態のグレートーンマスク３の下端部を主に支持するので、グレートーンマスク３の大きさが異なっても、同一の支持部材によってグレートーンマスク３の下端部を支持することができる。

ここで、略鉛直とは、鉛直、又はわずかな傾斜状態、すなわち、図１中θで示す鉛直からの角度が１０度程度以内となる状態をいい、好ましくは、鉛直から２度乃至１０度の角度、さらに好ましくは、鉛直から４度乃至１０度だけ傾斜した状態をいう。

このように、グレートーンマスク３を傾斜させて支持するマスク保持手段３ａを用いることにより、グレートーンマスク３を保持させる過程において、グレートーンマスク３を転倒させてしまうことを防止し、安定してグレートーンマスク３の保持、固定を行うことができる。さらに、グレートーンマスク３を完全に鉛直として保持することとすると、グレートーンマスク３の全重量が下端部に集中してしまい、グレートーンマスク３が損傷を被る可能性が増大する。グレートーンマスク３を傾斜させて支持するマスク保持手段３ａを用いることにより、グレートーンマスク３の重量を複数の支持点に分散させ、グレートーンマスク３の損傷を防止することができる。

このように、この検査装置においては、グレートーンマスク３の主平面を略鉛直してグレートーンマスク３を保持するので、検査装置の設置面積の増大が抑えられるとともに、グレートーンマスク３上へのパーティクル落下を抑止することができる。

そして、この検査装置は、所定波長の光束を発する光源１を有している。この光源１としては、例えば、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、ＵＨＰランプ（超高圧水銀ランプ）等を使用することができる。

この光源１としては、検査を経たグレートーンマスク３を用いて露光を行う露光装置における露光光と同一、または、略等しい波長分布を有する検査光を発するものを用いることが好ましい。具体的には、この検査光は、少なくともｇ線（４３６ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、または、ｉ線（３６５ｎｍ）のいずれかを含んでおり、好ましくは、これら各波長成分を全て含み、さらに、これら各波長成分のうち任意の２以上が含まれた混合光を適用することも可能である。なお、これら各波長成分の混合比を調整するには、光学フィルタなどの波長選択フィルタ６を用いることができる。

通常、ＦＰＤ製造用の大型マスクの露光に際しては、これらの波長の混合光を用いることが多いため、この検査装置においても、所望の光強度割合での混合光を適用する場合には、所望の光強度割合は、実際に使用する露光装置の光源の特性に基づいて決定することが好ましい。

この検査装置においては、光源１から発せられる検査光の波長分布が露光装置における露光光の波長分布と同一、または、略等しいことによって、実際の露光条件を反映した検査を行うことができる。すなわち、露光光によっては、白色光下で欠陥と見なされるものが露光装置において正常なパターンとして扱える場合や、その逆に、白色光下で欠陥と見なされないものが露光装置において正常なパターンとして扱えない場合があり得るからである。

又は、他の好ましい態様として、本検査装置の光源１は、単一波長の露光光を照射可能であり、単一波長によるフォトマスク透過光の解析を行えるほか、単一波長の露光によるマスク透過光を、複数の単一波長によって撮像し、得られた撮像データをもとに、複数の波長の混合光を適用した場合の透過光を演算によって導き、混合光露光をシミュレートすることなどが可能である。すなわち、単独波長の仮定露光条件によってテスト露光し、予め把握している実際の露光条件との相関によって、実際の露光条件下における露光をシミュレートすることができる。

上記は、実際にフォトマスクに露光して転写を行う際に、露光光の分光特性が異なると、解像度が異なることに関係する。すなわち、最小の解像寸法は、対物レンズ系のNAに半比例し、更に露光波長に比例するため、露光装置の露光光であるi線〜ｇ線の波長分布中、特にi線の強度が支配的な露光光では、解像力が高く、ｇ線が支配的だと解像力が低くなる。これに応じて、グレートーン部の解像状態が異なるため、グレートーンマスクの検査にあたっては、この点を近似し、又は演算して、実際の露光に即した検査結果を得なければならない。

更に、半透光膜を用いたグレートーンマスクを用いる場合には、該半透光膜の光透過率は、波長依存性をもつ場合があり、露光光の分光特性によって、透過率が変化する。このように現実の露光条件を予め反映した検査を行うことが肝要であり、このため、本発明の方法は特に有効である。

そして、この検査装置は、光源１からの検査光を導きマスク保持手段３ａにより保持されたグレートーンマスク３に検査光を照射する照明光学系２を有している。この照明光学系２は、開口数（ＮＡ）を可変とするため、絞り機構を備えている。さらに、この照明光学系２は、グレートーンマスク３における検査光の照射範囲を調整するための視野絞りを備えていることが好ましい。この照明光学系２を経た検査光は、マスク保持手段３ａにより保持されたグレートーンマスク３に照射される。

グレートーンマスク３に照射された検査光は、このグレートーンマスク３を透過して、対物レンズ系４に入射される。この対物レンズ系４は、絞り機構を備えることにより、開口数（ＮＡ）が可変となされている。この対物レンズ系４は、例えば、グレートーンマスク３を透過した検査光が入射されこの光束に無限遠補正を加えて平行光とする第１群（シミュレータレンズ）４ａと、この第１群を経た光束を結像させる第２群（結像レンズ）４ｂとを備えたものとすることができる。

この検査装置においては、照明光学系２の開口数と対物レンズ系４の開口数とがそれぞれ可変となっているので、照明光学系２の開口数の対物レンズ系４の開口数に対する比、すなわち、シグマ値（σ：コヒーレンス）を可変することができる。

尚、上記のように、開口数、及びシグマ値が調整可能であることにより、被検査体であるフォトマスク３に適用する露光装置の光学系を近似させることが可能であり、これによるグレートーン部の転写像をより現実的にシミュレートすることができる。

対物レンズ系４を経た光束は、撮像手段５により受光される。この撮像手段５は、グレートーンマスク３の像を撮像する。この撮像手段５としては、例えば、ＣＣＤ等の撮像素子を用いることができる。

そして、この検査装置においては、撮像手段５によって得られた撮像画像についての画像処理、演算、所定の閾値との比較及び表示などを行う演算手段１１、制御手段１４及び表示手段１２が設けられている。

また、この検査装置においては、支持手段１３によって支持された対物レンズ系４及び撮像手段５の少なくとも一方が、制御手段１４及び移動操作手段１５により、光軸方向に移動操作可能となっており、それぞれのフォトマスク３に対する相対距離を変化させることができる。照明光学系２、対物レンズ系４及び撮像手段５は、制御手段１４及び移動操作手段１５によって移動操作可能となされている。この移動操作手段１５は、照明光学系２、対物レンズ系４及び撮像手段５を、それぞれの光軸を互いに一致させつつ、フォトマスク３の主平面に対して平行に移動させることができる。この検査装置においては、このような移動操作手段１５が設けられていることにより、大型のフォトマスクを検査する場合であっても、このフォトマスク３を主平面に平行な方向に移動させることなく、フォトマスク３の主平面の全面に亘る検査が可能であり、また、主平面上の所望の部位の選択的な検査が可能である。

この検査装置において好ましくは、対物レンズ系４及び撮像手段５が独立して光軸方向に移動可能であることにより、フォトマスク３を用いて露光を行う露光装置を近似した状態での撮像を行うことができる。また、対物レンズ系４の位置、ないし撮像手段５の位置を意図的にオフセットし、露光装置におけるマスクのたわみを近似したり、あるいは、撮像手段５により、フォトマスク３のぼかされた像（デフォーカス画像）を撮像することも可能である。このようにぼかされた像を評価することによって、後述するように、グレートーンマスクの性能及び欠陥の有無を判断することもできる。

そして、この検査装置の制御手段１４は、照明光学系２の視野絞り及び絞り機構、対物レンズ系４の絞り機構を制御することができる。この制御手段１４は、この検査装置を用いたフォトマスクの検査方法において、照明光学系２、対物レンズ系４及び撮像手段５を、マスク保持手段により保持されたフォトマスク３の主平面に平行な方向に移動操作し、マスク上の所望の位置に達したのち、対物レンズ系４及び撮像手段５を光軸方向について互いに独立に移動操作することが可能である。このとき、対物レンズ系４の開口数及びシグマ値（コヒーレンス、照明光学系２の開口数の対物レンズ系４の開口数に対する比）を所定の値に維持した状態でマスク主平面に移動操作してもよく、または、マスク上の所望位置に平行移動してからシグマ値を調整してもよい。また、照明光学系２、対物レンズ系４及び撮像手段５の光軸を一致した状態で、マスク主平面に平行に移動操作することが好ましいが、マスク上の所定位置に到達した時点で光軸が一致する制御を行ってもよい。

また、この検査装置においては、所定の露光光を用いて得られた撮像画像、または、これに基づいて得られた光強度分布データに対して、制御手段によって所定の演算を行い、他の露光光を用いた条件下での撮像画像、または、光強度分布データを求めることができる。例えば、この検査装置においては、ｇ線、ｈ線及びｉ線が同一である強度比の露光条件において光強度分布を得たとき、ｇ線、ｈ線及びｉ線が１：２：１の強度比の露光条件において露光した場合の光強度分布を求めることができる。これにより、この検査装置においては、グレートーンマスクを露光する露光装置の個体差や経時変化による波長変動も含めて、実際に用いる露光装置における露光条件を再現または近似した評価を行うことが可能であり、該フォトマスクを用いて、被転写体上にパターンを転写したときに、形成されるレジストパターンについて、所望のフォトレジストの残膜量を想定した場合に、これを達成できるか否かを判断し、或いは達成できる最適な露光条件を簡便に求めることが可能である。

ところで、この検査装置を用いて行う本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、照明光学系２と、対物レンズ４系及び撮像手段５とは、主平面を略鉛直として保持されたグレートーンマスク３を挟んで対峙する位置にそれぞれ配設され、両者の光軸を一致させた状態で、検査光の照射及び受光を行う。これら照明光学系２、対物レンズ４系及び撮像手段５は、図示しない移動操作手段によって移動操作可能に支持されている。この移動手段は、照明光学系２、対物レンズ系４及び撮像手段５を、それぞれの光軸を互いに一致させつつ、グレートーンマスク３の主平面に対して平行に移動させることができる。この検査装置においては、このような移動操作手段が設けられていることにより、大型のグレートーンマスクを検査する場合であっても、このグレートーンマスク３を主平面に平行な方向に移動させることなく、グレートーンマスク３の主平面の全面に亘る検査が可能であり、また、主平面上の所望の部位の選択的な検査が可能である。

このように移動操作手段によって支持された照明光学系２及び対物レンズ系４は、図２に示すように、それぞれの自重による重力を光軸に略直交する方向に受ける。したがって、これら照明光学系２及び対物レンズ系４の間では、光軸ずれが生じ易くなる虞れがある。そのため、この検査装置においては、照明光学系２及び対物レンズ系４のいずれか一方の光軸が他方に対してずれた場合にも検査に支障をきたさないように、図３及び図４に示すように、照明光学系２によって検査光がグレートーンマスク上に照射される範囲は、対物レンズ系４の視野を含み、さらに、この対物レンズ系４の視野よりも広くなるようになっている。照明範囲の直径は、対物レンズ視野の直径に対して３０％以上が大きいことが好ましく、更には、３０％以上３００％以下が好ましい。検査光が照射される範囲は、光源１の位置及び照明光学系２の視野絞りによって調整することができる。

さらに、照明光学系２によってフォトマスク３上に照射される検査光の光束内における光量分布が、図５に示すように小さいことが好ましく、５％以内の照度分布を満たす照明範囲の直径が対物レンズ系４の視野の直径の３０％以上大きいことが好ましい。より好ましくは３０％以上１００％以下の範囲で大きいことが望まれる。更に、より好ましくは、上記直径の照明の照度分布が２％以内である。検査光の光束内における光量分布が大きい場合には、特に、対物レンズ系４の光軸がずれた場合には、フォトマスク３の透過光の光強度分布を求めても、フォトマスクの状態が正確に検査できない虞れがあるからである。

また、この検査装置においては、照明光学系２及び対物レンズ系４の光軸が一定以上にずれたときに補正ができるように、これら照明光学系２及び対物レンズ系４の光軸の相対的な角度を微調整する角度調整機構を備えることが好ましい。このような角度調整機構を備えることにより、容易な操作により、これら照明光学系２及び対物レンズ系４の光軸を常に一致させておくことができる。

そして、この検査装置においては、制御手段により、対物レンズ系４及び撮像手段５がそれぞれ光軸方向に移動操作可能となっており、これら対物レンズ系４及び撮像手段５を、互いに独立に、グレートーンマスク３に対する相対距離を変化させることができる。

この検査装置においては、対物レンズ系４及び撮像手段５が独立に光軸方向に移動可能
であることにより、グレートーンマスク３を用いて露光を行う露光装置を近似した状態での撮像を行うことができる。露光中に自重によりたわみを生じるフォトマスクを近似する目的においては、該検査装置の、対物レンズ系を光軸方向に移動可能とすることが特に好ましい。

また、対物レンズ系４の位置、ないし撮像手段６の位置を意図的にオフセットさせ、撮像手段５により、グレートーンマスク３のぼかされた像を撮像することも可能である。このようにぼかされた像（デフォーカス画像）を評価することによって、後述するように、グレートーンマスクの性能及び欠陥の有無を判断することもできる。

尚、グレートーンマスク３のぼかされた像の転写像を近似するにあたっては、対物レンズ系のNAを調整することもでき、好ましい方法である。

そして、この検査装置の制御手段は、照明光学系２の視野絞り及び絞り機構、対物レンズ系４の絞り機構、移動操作手段を制御する。この制御手段は、この検査装置を用いたグレートーンマスクの検査方法において、対物レンズ系４の開口数及びシグマ値（照明光学系２の開口数の対物レンズ系４の開口数に対する比）を所定の値に維持した状態で、移動操作手段により、照明光学系２、対物レンズ系４及び撮像手段５を、これらの光軸を一致させた状態で、マスク保持手段により保持されたグレートーンマスク３の主平面に平行な方向に移動操作するとともに、対物レンズ系４及び撮像手段５を光軸方向について互いに独立に移動操作する。

このようにして、この検査装置においては、露光条件、すなわち、対物レンズ系４の開口数及びシグマ値を自在に調整することができ、また、対物レンズ系４ないし撮像素子５の位置をオフセットしてデフォーカスさせた状態での撮像をも行うこともでき、フォーカスオフセットによる線幅変動やグレートーンマスクの転写像などを検査することができる。また、図６に示すように、撮像手段５によって得られる光強度分布を数値化して得ることができ、この光強度を所定の閾値と比較することにより、露光装置において転写されるであろう形状（被転写体上のレジスト膜に形成される転写パターン形状）を得ることができる。また、撮像手段５によって得られる光強度を所定の閾値と比較することにより、転写パターンにおける所望のレジスト残膜量部分の寸法を数値化して得ることができる。

〔本発明に係るフォトマスクの検査方法〕
図７は、前述のフォトマスクの検査装置を用いて実施されるフォトマスクの検査方法の手順を示すフローチャートである。

この検査装置を用いて行う本発明に係るフォトマスクの検査方法においては、図７に示すように、ステップｓｔ１において、主平面を略鉛直としてフォトマスク３をマスク保持部３aに載置し保持させる。上述したように、フォトマスク３は、わずかに傾斜させることが好ましい。次に、ステップｓｔ２において、光源１の波長（λ）、対物レンズ系４の開口数（ＮＡ）、シグマ値（σ）などの光学条件を設定する。以降のステップは、制御部１４により自動的に実行されてもよい。。つまり、制御部１４は制御プログラムを記憶した記憶装置（不図示）を備えるものとし、制御に際しては記憶装置から制御プログラムを読み出して制御動作を実行することもできる。

次に、ステップｓｔ３において、波長合成演算が必要な場合かどうかを判別する。波長合成演算が必要でない場合には、ステップｓｔ４に進み、波長合成演算が必要な場合には、ステップｓｔ８に進む。

ステップｓｔ４では、照明光学系２と、対物レンズ系４及び撮像素子５とを、主平面を略鉛直として保持されたフォトマスク３を挟んで対峙する位置にそれぞれ配設し、両者の光軸を一致させた状態で、フォトマスク３の観察位置に移動（平行移動）させる。そして、ステップｓｔ５において、光軸方向の位置調整（フォーカス調整）を行う。次に、ステップｓｔ６において、検査光の照射及び撮像素子５による受光、撮像を行い、ステップｓｔ７に進む。

一方、ステップｓｔ８では、照明光学系２と、対物レンズ系４及び撮像素子５とを、主平面を略鉛直として保持されたフォトマスク３を挟んで対峙する位置にそれぞれ配設し、両者の光軸を一致させた状態で、フォトマスク３の観察位置に移動させる。そして、ステップｓｔ９において、光軸方向の位置調整（フォーカス調整）を行う。次に、ステップｓｔ１０において、所定波長条件の検査光の照射及び撮像素子５による受光、撮像を行い、ステップｓｔ１１に進む。

ステップｓｔ１１では、波長合成演算のために必要な画像が全て撮像されたかどうかを判別する。必要な画像が全て撮像されていなければ、ステップｓｔ１２に進み、波長条件を変更して、ステップｓｔ１０に戻る。必要な画像が全て撮像されていれば、ステップｓｔ１３に進み、波長合成演算を行い、ステップｓｔ７に進む。

ステップｓｔ７では、得られたデータの解析を行い、光強度分布データを取得する。次に、ステップｓｔ１４に進み、透過率の算出を行う。

〔グレートーンマスクについて〕
ここで、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法において被検査体となるグレートーンマスクについて説明する。

ＴＦＴを備えた液晶表示デバイス（LiquidCrystalDisplay：以下、「ＬＣＤ」という。）は、陰極線管（ＣＲＴ）に比較して、薄型にしやすく消費電力が低いという利点から、現在、広く使用されるに至っている。ＬＣＤにおけるＴＦＴは、マトリックス上に配列された各画素にＴＦＴが配列された構造のＴＦＴ基板と、各画素に対応してレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）及びブルー（Ｂ）の画素パターンが配列されたカラーフィルタとが液晶相を介して重ね合わされた構造を有している。このようなＬＣＤは、製造工程数が多く、ＴＦＴ基板だけでも、５乃至６枚のフォトマスクを用いて製造されていた。

このような状況の下、ＴＦＴ基板の製造を４枚のフォトマスクを用いて行う方法が提案されている。この方法は、遮光部、透光部及び半透光部（グレートーン部）を有するグレートーンマスクを用いることにより、使用するマスクの枚数を低減するものである。図８及び図９に、グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程の一例を示す。

まず、図８中の（Ａ）に示すように、ガラス基板２０１上に、ゲート電極用金属膜を形成し、フォトマスクを用いたフォトリソグラフィー工程によりゲート電極２０２を形成する。その後、ゲート絶縁膜２０３、第１半導体膜（ａ−Ｓｉ）２０４、第２半導体膜（Ｎ＋ａ−Ｓｉ）２０５、ソースドレイン用金属膜２０６及びポジ型フォトレジスト膜２０７を形成する。

次に、図８中の（Ｂ）に示すように、遮光部１０１、透光部１０２及び半透光部（グレートーン部）１０３を有するグレートーンマスク１００を用いて、ポジ型フォトレジスト膜２０７を露光し、現像して、第１レジストパターン２０７Ａを形成する。この第１レジストパターン２０７Ａは、ＴＦＴチャンネル部、ソースドレイン形成領域及びデータライン形成領域を覆い、かつ、ＴＦＴチャンネル部形成領域がソースドレイン形成領域よりも薄くなっている。

次に、図８中の（Ｃ）に示すように、第１レジストパターン２０７Ａをマスクとして、ソースドレイン金属膜２０６、第２及び第１半導体膜２０５、２０４をエッチングする。次に、図９中の（Ａ）に示すように、酸素によるアッシングによってレジスト膜２０７を全体的に減少させて、チャンネル部形成領域の薄いレジスト膜を除去し、第２レジストパターン２０７Ｂを形成する。その後、図９中の（Ｂ）に示すように、第２レジストパターン２０７Ｂをマスクとして、ソースドレイン用金属膜２０６をエッチングしてソース／ドレイン２０６Ａ、２０６Ｂを形成し、次いで第２半導体膜２０５をエッチングする。最後に、図９中の（Ｃ）に示すように、残存した第２レジストパターン２０７Ｂを剥離させる。

ここで用いられるグレートーンマスク１００は、図１０に示すように、ソース／ドレインに対応する遮光部１０１Ａ、１０１Ｂ、透光部１０２及びＴＦＴチャンネル部に対応するグレートーン部１０３を有する。このグレートーン部１０３は、グレートーンマスク１００を使用する大型ＬＣＤ用露光装置の解像限界以下の微細パターンからなる遮光パターン１０３Ａが形成された領域である。遮光部１０１Ａ、１０１Ｂ及び遮光パターン１０３Ａは、通常、ともにクロムやクロム化合物等の同じ材料からなる同じ厚さの膜から形成されている。このようなグレートーンマスクを使用する大型ＬＣＤ用露光装置の解像限界は、ステッパ方式の露光装置で約３μｍ、ミラープロジェクション方式の露光装置で約４μｍである。このため、グレートーン部１０３においては、透過部１０３Ｂのスペース幅及び遮光パターン１０３Ａのライン幅のそれぞれを、露光装置の解像限界以下の、例えば、３μｍ未満とする。

このような微細パターンタイプのグレートーン部１０３の設計においては、遮光部１０１Ａ、１０１Ｂと透光部１０２との中間的な半透光（グレートーン）効果を持たせるための微細パターンを、ライン・アンド・スペースタイプにするか、ドット（網点）タイプにするか、あるいはその他のパターンにするかという選択がある。また、ライン・アンド・スペースタイプの場合、線幅をどのくらいにするか、光が透過する部分と遮光される部分の比率をどうするか、全体の透過率をどの程度に設計するかなどを考慮して設計がなさるが、実際にマスク使用時に、このような微細パターンがどのように、被転写体上に転写されるかを把握できる方法がなかった。また、グレートーンマスクの製造においても、線幅の中心値の管理及びマスク内の線幅のばらつき管理など、非常に難しい生産技術が要求されていたが、実際のマスク使用環境下で、どの程度のばらつきが許容されるか、など生産管理と歩留まりのバランスを簡便に把握する手段がなかった。

一方、グレートーン部を半透光性の膜によって形成することが提案されている。グレートーン部に半透光膜を用いることにより、グレートーン部による露光量を少なくして、ハーフトーン露光を実施することができる。また、グレートーン部に半透光膜を用いることにより、設計においては、全体の透過率がどのくらい必要かを検討するのみで足り、グレートーンマスクの製造においても、半透光膜の膜種（膜材質）や膜厚を選択するだけで、グレートーンマスクの生産が可能となる。したがって、このような半透光膜タイプのグレートーンマスクの製造では、半透光膜の膜厚制御を行うだけで足り、比較的管理が容易である。また、ＴＦＴチャンネル部をグレートーンマスクのグレートーン部で形成する場合には、半透光膜であればフォトリソグラフィー工程により容易にパターンニングが実施できるので、ＴＦＴチャンネル部の形状も複雑な形状とすることが可能となる。

半透光膜タイプのグレートーンマスクは、例えば、以下のようにして製造することができる。ここでは、一例として、ＴＦＴ基板のパターンを挙げて説明する。このパターンは、前述したように、ＴＦＴ基板のソース及びドレインに対応するパターンからなる遮光部１０１と、ＴＦＴ基板のチャネル部に対応するパターンからなる半透光部１０３と、これらパターンの周囲に形成される透光部１０２とで構成される。

まず、透明基板上に半透光膜及び遮光膜を順次形成したマスクブランクを準備し、このマスクブランク上にレジスト膜を形成する。次に、パターン描画を行って、現像することにより、パターンの遮光部及び半透光部に対応する領域にレジストパターンを形成する。次に、適当な方法でエッチングすることにより、レジストパターンが形成されていない透光部に対応する領域の遮光膜とその下層の半透光膜を除去し、パターンを形成する。

このようにして、透光部１０２が形成され、同時に、パターンの遮光部１０１と半透光部１０３に対応する領域の遮光パターンが形成される。そして、残存するレジストパターンを除去してから、再び、レジスト膜を基板上に形成し、パターン描画を行って、現像することにより、パターンの遮光部１０１に対応する領域にレジストパターンを形成する。 次に、適当なエッチングにより、レジストパターンの形成されていない半透光部１０３の領域の遮光膜のみを除去する。これにより、半透光膜のパターンによる半透光部１０３が形成され、同時に、遮光部１０１のパターンが形成される。

このような半透光膜を用いたグレートーンマスクにおいても、生産管理上の問題がある。例えば、半透光膜の光透過率や、露光機の解像条件は、露光光の波長によって変化し、かつ、露光光の波長特性は、露光機ごとに異なるなど、マスク生産段階での把握が難しいマスク性能要因が種々あるからである。

〔グレートーンマスクの検査方法について〕
本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、前述のようなグレートーンマスクにおける欠陥や性能上の検査を行うため、実際の露光条件を反映したシミュレーションを行い、欠陥の有無、性能の優劣を評価する。

なお、グレートーンマスクにおいては、マスクに形成されたパターン形状が、このマスクを使用した露光によって形成される被転写体上のレジストパターン膜厚やレジストパターンの形状に影響する。例えば、半透光部の光透過率が適切な範囲内にあるか、半透光部と遮光部の境界の立ち上がり（シャープネス、または、ぼかし具合）がどのようであるかを評価する必要がある。

（１）「微細パターンタイプ」の場合
微細パターンからなる半透光部を有する「微細パターンタイプ」のグレートーンマスクの場合には、グレートーンマスクを用いて実際に露光する時には、微細パターンが解像されずに、実質的に均一（所定閾値範囲内）な透過率とみなされる程度に非解像の状態で使用される。この状態をグレートーンマスクの製造過程において、または、出荷前の段階において、さらには、欠陥修正を行った段階において検査する必要がある。このような課題に対して、本件発明者らは、本発明に係る検査方法に顕著な効果があることを見出した。

すなわち、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、半透光部を透過する露光光の量を低減しこの領域におけるフォトレジストのへの照射量を低減することによりフォトレジストの膜厚を選択的に変えるものであるようなグレートーンマスクの検査を、実際の露光条件を再現して、高精度で行うことができるのである。又は、実際の露光条件を演算によって算出できるように、予め実際の露光条件との相関が把握されている条件を適用して、露光(テスト露光)を行うことができる。テスト露光によって得られた光強度分布データは、該相関によって加工し、現実の露光条件下のデータのシミュレーションが行える。

そして、この検査装置において取得するデータでは、装置に与える光学条件（使用する
露光機の光学条件に略等しい条件）に対して適切に設計され、適切に形成されたフォトマスクパターンであれば、図１１（右端図）に示すように半透光部に形成された微細パターンが実質的に略々単一の濃度となるような非解像の状態となる。この部分の濃度が、このグレートーンマスクを使用した場合のこの部分の透過率を示し、これによって半透光部により形成されるレジスト膜の残膜量が決定される。一方、もし設計が光学条件に対して不適切だった場合や、製造工程で所定の形状、寸法にパターンが形成されていない場合は、半透光部の濃度や、半透光部の形状などが上記の正常な状態とは異なる状態を示すことになるため、正常な状態との比較により、検査部分の良否を判定することができる。

したがって、前述した検査装置によってグレートーンマスクを検査する場合には、上記のような非解像部分が出現する（すなわち、グレー部が出現する）露光条件が、実際にグレートーンマスクに適用する露光条件とほぼ一致していれば、グレートーンマスクの性能が十分であると言える。

さらに、上記のような非解像の状態において撮像画像を得たときに、必要により適切な
演算を経て、半透光部と遮光部との境界部分のシャープネスを評価し、該部分のフォトレジストパターンの立体形状を予測することができる。例えば、該グレートーンマスクが薄膜トランジスタ製造用のものである場合には、、薄膜トランジスタの性能上、特に重要なチャネル部と、ソース、ドレイン部との境界に対応する、フォトレジストパターンの立体形状を予測することも可能である。

したがって、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法は、実際の露光条件では解像
限界以下となるような微細な遮光パターンからなるグレートーン部を有するグレートーン
マスクの検査に有利に適用することができる。

この場合、解像限界以下の微細パターンを有するグレートーンマスク３を被検体として検査装置に設置し、該マスクを使用する露光機の露光条件を予め把握した上で、例えば、対物レンズ系４の開口数及びシグマ値（照明光学系２の開口数の対物レンズ系４の開口数に対する比）を所定の値とし、また、対物レンズ系４の位置を適切に光軸方向に調節することにより、撮像手段５における撮像面には、微細パターンの非解像な状態の像が得られる。そして、撮像された画像データを演算手段によって処理することにより、マスクパターンの光強度分布を得ることができる。この撮像画像の形状及び所定の評価点における光強度データから、グレートーンマスク３の性能の優劣、欠陥の有無を評価することができる。

さらに、前述の検査装置を用いれば、図１２に示すように、対物レンズ系４及び撮像手段５がそれぞれ光軸方向に移動操作可能となっており、これら対物レンズ系４及び撮像手段５を互いに独立にグレートーンマスク３に対する相対距離を変化させることができるので、グレートーンマスク３を用いて露光を行う露光装置においてグレートーンマスク３が自重による反りを生ずる場合であっても、この露光装置に近い状態での撮像を行うことができる。すなわち、この検査装置においては、グレートーンマスク３から対物レンズ系４までの距離Ｌ１と、対物レンズ系４から撮像手段５までの距離Ｌ２とのそれぞれを、自在に調整することができる。また、対物レンズ系４の位置、ないしは撮像素子５の位置をオフセットし、撮像手段５により、グレートーンマスクのぼかされた像を撮像することも可能である。このようにぼかされた像を評価することによって、グレートーンマスクの性能及び欠陥の有無を判断することもできる。

（２）「半透光膜タイプ」の場合
そして、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、前述のような解像限界以下の微細パターンからなる半透光部ばかりでなく、半透光性の膜（露光光の透過率が、透光部に対して、例えば、１０％乃至６０％、より好ましくは、４０％乃至６０％の膜）によって形成された半透光部を有する「半透光膜タイプ」のグレートーンマスクについての検査も行うことができる。

例えば、図１３に示すように、撮像された画像データにおける半透光部の光強度のピーク値をＩｇとし、十分に広い透光部の光強度をＩｗとし、遮光部の光強度をＩｂとしたとき、半透光部の透光部に対する透過比率は、Ｉｇ／（Ｉｗ−Ｉｂ）で示すことができ、これをグレートーンマスクの評価項目とすることができる。この評価項目により、所定範囲の透過率を有する（すなわち、実際の露光時に形成されるレジストパターンのレジスト膜厚が所定の膜厚となる）グレートーンマスクであるか否かの評価を行うことができる。

また、半透光部（例えばチャネル部）の所定の幅寸法を与える光強度をＩｇ´とするとき、以下のように、複数のパラメータを使って、これらのパラメータを比較することにより、パターンの評価を行うことができる。
Ｉｇ／（Ｉｗ−Ｉｂ）＝Ｔｇ
Ｉｇ´／（Ｉｗ−Ｉｂ）＝Ｔｇ´（チャネル部の透過率の最低値）
（Ｔｇ−Ｔｇ´）／２＝Ｔｇｃ（チャンネル内透過率の中央値）
｜Ｔｇ−Ｔｇ´｜＝Ｔｇｄ（チャネル内透過率の変化量、レンジ）

すなわち、上記評価においては、撮像画像によって得られた、グレートーンマスクの透過光強度分布データから、半透光部、透光部、遮光部の透過光強度を得て、それらの数値から、半透光膜部分の透過率（ここで、透過率とは、遮光部と透光部の透過量の差に対する半透光部の透過量をいう）最大値を求め、或いは、半透光部の透過率の最低値を求め、或いは、半透光部の透過率の中央値を求め、或いは、半透光部の透過率のレンジを求めることにより、マスクの評価を行うことができる。

その他、光強度分布から得られる情報により、グレートーンマスクを使用して実際に露光装置において露光した場合に形成されるレジストパターンをシミュレートし、その評価を行うことができる。

このように、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、実際の露光装置による露光条件と同様の解像状態の撮像画像を得ることができるため、グレートーンマスクの性能、欠陥の有無を現実の使用に即した条件下で適切に評価することができる。また、この場合には、実際の露光条件を反映した条件下、半透光部に求められる所定範囲の透過率を充足しているか否かの検査のほかに、前述したと同様に、撮像画像を得たときに、チャネル部と、ソース、ドレイン部との境界部分のシャープネスを評価し、露光後のフォトレジストの立体形状を予測することができる。

また、グレートーンマスクにおける半透光部が、図１４に示すように、一またはそれ以上の遮光部に隣接する領域を有する場合には、このような領域の寸法、形状によって、透過率に違いが生ずる。例えば、図１４中の（ａ）に示すように、両側を遮光部に挟まれた半透光部の幅が４μｍである場合に、図中下部のグラフに示すように、この半透光部の中央部において半透光部の半透光膜の本来の透過率となる場合において、両側を遮光部に挟まれた半透光部の幅が３μｍと狭くなった場合には、図１４中の（ｂ）及び図中下部のグラフに示すように、また、半透光部の幅が２μｍとさらに狭くなった場合には、図１４中の（ｃ）及び図中下部のグラフに示すように、この半透光部の中央部においては、半透光部に用いた半透光膜の本来の透過率より低くなる。これは、グレートーンマスクにおける半透光部は、一またはそれ以上の遮光部に隣接する領域を有する場合には、このような領域の寸法、形状によって、透過率に違いが生ずることを示している。

このような線幅に依存した透過率の変化は、露光装置における解像度に依存して生ずる現象である。したがって、このような透過率の変化を適切に予測するためには、実際の露光条件を反映したシミュレーションを行う必要がある。本発明に係る検査方法においては、検査光の波長分布、対物レンズ系４の開口数及びシグマ値を露光装置における条件に合致させるので、線幅に依存した透過率の変化を適切に求めることができる。

（３）欠陥修正の要否の判断
さらに、本発明に係るグレートーンマスクの検査方法においては、前述したような、製造したグレートーンマスクの検査、評価のみではなく、欠陥が修正を要するものかの判断や、欠陥修正を経たグレートーンマスクの修正効果が十分であるか否かの検査にも適用することもでき、極めて有用である。

グレートーンマスク３上に、図１５中の（ａ）に示すように、黒欠陥があるマスクを用い、所定露光条件で転写した場合には、図１５中の（ｂ）に示すように、この黒欠陥の部分において、透過率が低下した撮像データが得られる。また、グレートーンマスク３上に、図１６中の（ａ）に示すように、白欠陥がある場合には、図１６中の（ｂ）に示すように、この白欠陥の部分において、透過率が上昇した撮像データが得られる。

そして、このように黒欠陥がある場合であっても、図１７中の（ａ）に示すように、この黒欠陥が十分に小さい場合には、露光された状態においては、図１７中の（ｂ）に示すように、透過率の低下が転写の閾値を下回ることがなく、転写パターンに影響が現れない。また、白欠陥がある場合であっても、図１８中の（ａ）に示すように、この白欠陥が十分に小さい場合には、露光された状態においては、図１８中の（ｂ）に示すように、透過率の上昇が転写の閾値を超えることがなく、転写パターンに影響が現れない。

このように、この検査方法においては、転写の閾値を適切に設定することにより、欠陥が十分に小さい場合には、撮像手段５によって得られる撮像データにおいて透過率変化が殆ど現れないと判断することができ、修正を要しないと判断することができる。

特に、半透光部に発生した白欠陥、黒欠陥については、正常な部分との透過率差が小さく、パターンの欠陥検査によって良否を判定することが困難である上、透過率とその分布が所望範囲にあれば、欠陥として判定する必要が無い等、特異な事情があるため、本発明の検査方法は非常に有利である。

（４）欠陥修正後の検査
さらに、この検査方法においては、半透光膜、または、微細パターンからなる半透光部において、半透光膜、または、微細パターンとは異なる形状の微細パターンを付加的に部分的に成膜することによって白欠陥を修正した場合や、または、欠陥を含むパターンの一部を剥離させた後に、半透光膜、または、元の微細パターンとは異なる形状の微細パターンを部分的に成膜することによって黒欠陥または白欠陥を修正した場合について、修正結果が十分であるか否かの検査を好適に行うことができる。

ここで、黒欠陥の修正は、FIB（Focused Ion Deposition）等の方法、白欠陥の修正は、レーザーCVD等の方法を適用することができる。

更に、本発明によれば、白欠陥部分に付加的に成膜して欠陥修正する場合や、黒欠陥の一部を剥離して再成膜することにより欠陥修正する場合には、再成膜の素材が、元来の膜素材と異なったものとする場合でも、露光時の転写状態を的確に評価できる。このように欠陥修正のために再成膜された膜は、元来の膜素材とは分光特性が異なるため、露光装置における露光光と異なる波長の検査光を用いた検査によっては、適切に透過率を測定することができないが、露光装置における露光光を反映した条件を採用し、本発明の方法を適用することで、上記目的が達せられる。

本発明に係るグレートーンマスクの検査方法によれば、実際の露光装置による露光条件下で検査を行うため、欠陥修正の結果が、十分な遮光効果、または、半透光部としての効果を有するか否かを検査することができる。また、修正を行うに先だって本発明に係るグレートーンマスクの検査方法を実行することにより、修正に必要な再成膜の膜厚を決定することができる。

〔液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法〕
液晶装置製造用グレートーンマスクを製造するにあたっては、公知の製造工程において、前述した本発明に係るグレートーンマスクの検査方法による検査工程を含む工程とすることにより、欠陥が必要十分に修正された良好な液晶装置製造用グレートーンマスクを迅速に製造することができる。製造工程としては、透明基板上に、半透光膜と遮光膜を順次（又はこの逆の順に）形成し、レジストを用いたエッチング工程により、半透光部は半透光膜を露出させ、透光部は透明基板を露出させる方法、又は透明基板上に形成した遮光膜に対し、半透光部においては微細パターンを形成し、透光部は透明基板を露出させる方法などがある。

〔パターン転写方法〕
前述した液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法により製造された液晶装置製造用グレートーンマスクを用いて、露光装置により所定波長の光を露光することによって、被転写体に対し、所定のパターンを良好に転写することができる。

更に、本発明の方法を用い、予め、複数の照射条件を適用してマスクの転写検査を行い、得られた撮像画像によって、実際にグレートーンマスクを使用する際の露光条件を決定することが可能である。これは、マスクユーザーが、マスクを使用する際に、最も所望に近い線幅等を得るために、適用すべき露光条件を予め知ることができるという効果をもたらす。

本発明に係るグレートーンマスクの検査方法を実施する検査装置の構成を示す側面図である。 前記検査装置における照明光学系と対物レンズ系との位置関係を示す側面図である。 前記検査装置における照明光学系と対物レンズ系との位置関係を示す斜視図である。 前記検査装置における照明光学系による照明範囲と対物レンズ系による撮像範囲との関係を示す正面図である。 前記検査装置における照明光学系による照明範囲内の光強度分布と対物レンズ系による撮像範囲との関係を示すグラフである。 前記検査装置において得られた撮像データを数値化したグラフである。 前記フォトマスクの検査装置において実施されるフォトマスクの検査方法の手順を示すフローチャートである。 グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程（前半）を示す断面図である。 グレートーンマスクを用いたＴＦＴ基板の製造工程（後半）を示す断面図である。 グレートーンマスクの構成を示す正面図である。 前記検査装置において得られた撮像データにおける半透光部の状態を示す図である。 前記検査装置におけるグレートーンマスク、対物レンズ系及び撮像手段の位置関係を示す側面図である。 前記検査装置において得られた撮像データを数値化し、半透光部の透過率を説明するためのグラフである。 前記検査装置において得られた撮像データにおいて、両側を遮光部に挟まれた半透光部の幅による透過率の違いを説明するためのグラフである。 前記検査装置において得られた撮像データにおける黒欠陥個所の状態を示す図である。 前記検査装置において得られた撮像データにおける白欠陥個所の状態を示す図である。 前記検査装置において得られた撮像データにおける黒欠陥個所の転写状態を示す図である。 前記検査装置において得られた撮像データにおける白欠陥個所の転写状態を示す図である。

符号の説明

１ 光源
２ 照明光学系
３ グレートーンマスク
４ 対物レンズ系
５ 撮像手段

Claims (12)

1. 表示装置の製造に用いられるグレートーンマスクであって、
   透明基板上に遮光部、透光部及び露光光の一部を透過する半透光部を含むパターンが形成されてなり、
   露光装置によるｉ線、ｈ線、ｇ線を含む混合露光光によって前記パターンを被転写体上に転写することにより、前記被転写体上の、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部に対応する部分より膜厚が薄いレジストパターンを形成するグレートーンマスクの検査方法において、
   ｉ線、ｈ線、ｇ線を含み、かつ、前記混合露光光の特性に基づいて決定された各波長の強度割合をもつ光源を備えた検査装置を用い、
   前記光源から発せられた光束を照明光学系を介して前記グレートーンマスクに照射し、該グレートーンマスクを透過した光束を対物レンズ系を介し、撮像手段によって撮像して、撮像画像データを求める工程と、
   前記撮像画像データから、前記グレートーンマスクの半透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得し、取得した強度分布データにより、前記混合露光光によって前記被転写体上に形成される前記レジストパターンの形状及び膜厚を求める工程と、
   を有することを特徴とするグレートーンマスクの検査方法。
2. 前記照明光学系の開口数及び前記対物レンズ系の開口数を、前記露光装置における照明光学系の開口数及び対物レンズ系の開口数にそれぞれ略々等しいものとすることを特徴とする請求項１記載のグレートーンマスクの検査方法。
3. 前記撮像画像データから、前記グレートーンマスクの半透光部、透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得する工程を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のグレートーンマスクの検査方法。
4. 前記透過光の強度分布データから、所定の閾値以上、及び／又は、所定の閾値以下となっている領域の大きさを把握することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のグレートーンマスクの検査方法。
5. 前記グレートーンマスクにおける半透光部は、前記露光装置の露光条件下における解像限界以下の微細パターンを有してなるもので、前記対物レンズ系及び前記撮像手段の少なくとも一方の光軸方向の位置を調節することにより、該微細パターンがデフォーカスされて非解像となった状態の撮像画像データを得ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のグレートーンマスクの検査方法。
6. 前記グレートーンマスクにおける半透光部は、前記透明基板上に半透光膜が形成され、前記半透光膜は、光透過率に波長依存性をもつものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載のグレートーンマスクの検査方法。
7. 前記グレートーンマスクは、白欠陥、または、黒欠陥の修正がなされたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のグレートーンマスクの検査方法。
8. 前記グレートーンマスクは、白欠陥、または、黒欠陥の修正がなされ、前記白欠陥、または、黒欠陥の修正は、前記半透光膜と異なる組成の修正膜を形成することによって行われていることを特徴とする請求項６記載のグレートーンマスクの検査方法。
9. 前記取得した強度分布データに対して演算を行い、他の露光光を用いた条件下での、透過光の強度分布データを求めることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載のグレートーンマスクの検査方法。
10. 表示装置の製造に用いられるグレートーンマスクであって、
    透明基板上に遮光部、透光部及び露光光の一部を透過する半透光部を含むパターンが形成されてなり、
    露光装置によるｉ線、ｈ線、ｇ線を含む混合露光光によって前記パターンを被転写体上に転写することにより、前記被転写体上の、前記半透光部に対応する部分に、前記遮光部に対応する部分より膜厚が薄いレジストパターンを形成するグレートーンマスクの検査方法において、
    複数の単一波長をもつ光源を備えた検査装置を用い、
    前記光源から発せられた光束を照明光学系を介して前記グレートーンマスクに照射し、該グレートーンマスクを透過した光束を対物レンズ系を介し、撮像手段によって撮像して、複数の単一波長による撮像画像データを求める工程と、
    前記複数の単一波長による撮像画像データから、演算により、複数の波長の混合光を適用した場合の、前記グレートーンマスクの半透光部及び遮光部を含む領域の透過光の強度分布データを取得し、取得した強度分布データにより、前記混合露光光によって前記被転写体上に形成される前記レジストパターンの形状及び膜厚を求める工程と、
    を有することを特徴とするグレートーンマスクの検査方法。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一に記載のグレートーンマスクの検査方法を含むことを特徴とする液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法。
12. 請求項１１記載の液晶装置製造用グレートーンマスクの製造方法により製造された液晶装置製造用グレートーンマスクを用いて、露光装置により前記露光光を露光し、被転写体にパターンを転写することを特徴とするパターン転写方法。