JP5127328B2 - ホトマスクの白欠陥修正方法 - Google Patents

Description

本発明はホトマスクの白欠陥修正方法に関し、特に、ハーフトーンマスクの白欠陥修正方法に関する。

近年、液晶表示装置（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）の研究開発が急速に進んでおり、ＬＣＤの大型化に伴いその製造工程に用いられるホトマスクも大型化してきている。また、ＬＣＤの回路形成工程を削減する目的で、従来バイナリマスクのみであったＬＣＤ用のホトマスクにもグレートーンマスク及びハーフトーンマスクのような多階調マスクが登場し、その実用化が進められている。

ホトマスクは、その製造の際に白欠陥及び黒欠陥と呼ばれる欠陥が発生する。白欠陥を修正する場合には、例えばレーザＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学的気相成長）法を用いて欠陥部に堆積膜を形成することにより欠陥の修正を行う。この白欠陥の修正をハーフトーンマスクに対して行う場合には、中間調の部分の欠陥を修正するため、修正加工により堆積膜を形成した部分の透過率を所望の値に制御する必要がある。

従来、欠陥修正後の透過率を所望の値にするためには、修正加工の加工パラメータと修正部の透過率との関係を予め定めておき、この関係に基づいて修正加工を行っていた。ここで加工パラメータとは、例えば照射するレーザ光のパワー、照射時間、ＣＶＤ原料ガスの蒸気圧に関係するＣＶＤ原料容器の温度及びＣＶＤ原料ガスのキャリアガス流量等である。

しかしながら、堆積膜の形成には欠陥修正部の表面状態、照射レーザ光の光強度分布及び欠陥修正部における実際のＣＶＤ原料ガス濃度等、複雑な条件が関係しているため、加工パラメータと透過率との関係を定めても実際に良好な再現性を得ることは困難であった。

また、修正加工中又は加工後に修正部の透過率を測定し、この透過率から修正加工を終了するか否かの判定を行うという欠陥修正方法も試みられている。この修正方法において用いられる透過率測定方法としては、例えば修正加工用の照射レーザ光の透過パワーを測定する方法及び透過率測定用のプローブ光を加工部に照射してその透過光の強度を測定する方法が挙げられる。

特開２０００−１６２７６０号公報

しかしながら、これらの透過率測定方法を用いた白欠陥修正方法には以下のような問題点がある。前者の透過率測定方法は、修正加工用の照射レーザ光を用いて透過率を測定するものであるが、一般に修正加工用の照射レーザ光の波長はホトマスクの露光装置に用いられる光源の波長とは異なる場合が多い。そこで、測定された透過率をホトマスクの露光装置の光源波長における透過率に換算する必要があるが、修正部の分光透過率はその膜質及び膜厚により異なり、また、加工条件によっても影響を受ける。そのため、実際には透過率の換算処理は困難であるという問題点がある。

また、後者の透過率測定方法では、プローブ光を欠陥修正部の大きさより小さくなるように集光し欠陥修正部に照射する光学系及び堆積膜を透過するプローブ光を光検出器に集光する光学系が必要となる。これらを加工用レーザの照射光学系に組み込むと、部品点数の増加及びレイアウトの複雑化によって光学系が大型化し重量が増大してしまうという問題点がある。

これらの問題点に加えて、一般にハーフトーンマスクにおける欠陥修正部の形状は複雑であるが、そのような複雑な形状の修正部を網羅して透過率を測定するためには照射プローブ光を走査する必要がある。このため、効率的な透過率測定及び白欠陥修正が困難であるという問題点もある。

一方、ホトマスクの欠陥修正に画像処理の技術を利用することは、例えば特許文献１に開示されている。しかし、従来画像処理は主にバイナリマスクにおいて欠陥の有無を判断するために行われており、特にハーフトーンマスクの中間調の欠陥に対して例えば透過率を評価する等の目的では利用されていなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、複雑な修正加工条件に対しても高精度で効率よく白欠陥を修正することができるホトマスクの白欠陥修正方法を提供することを目的とする。

本発明に係るホトマスクの白欠陥修正方法は、レーザＣＶＤ法によりホトマスクの白欠陥を修正加工するホトマスクの白欠陥修正方法において、前記白欠陥と同じ位置で白欠陥を有していない参照パターンの透過画像を取得する工程と、前記修正加工が行われた欠陥修正部の透過画像を前記参照パターンの透過画像と同じ照明条件及び撮像条件で取得する工程と、前記参照パターンの透過画像の各画素の輝度から前記欠陥修正部の透過画像の各画素の輝度を減算し、各画素の輝度差の平均値、最大値、最小値及び最大値と最小値との差を演算処理する工程と、前記演算処理の結果から算出された前記平均値及び前記最大値と最小値との差を判定値として、前記判定値を基に前記修正加工を終了するか否かを判断する工程と、前記修正加工を終了すると判断するまで少なくとも前記欠陥修正部の透過画像を取得する工程からの工程を繰り返す工程と、この繰り返し工程において前記判定値を基に前記修正加工の条件を変更するか否かを判断する工程と、を有することを特徴とする。

本発明においては、参照パターンの透過画像と欠陥修正部の透過画像とを同じ条件で取得する。ここで、同じ条件とは、例えば画像上のパターンの位置、照明条件（透過照明光の波長及び透過照明光量等）並びに撮像条件（対物レンズの倍率、対物レンズの種類、観察倍率、カメラの種類、カメラゲイン、オフセット及び露光時間等）等から透過画像への影響を考慮して定めた所定の条件が同じであることをいう。そして、これらの透過画像を演算処理して得られた演算結果から少なくとも１つ以上の判定値を算出し、この判定値を基に修正加工の終了の要否及び加工条件の変更の要否を判断する。これにより、透過率を直接測定することなく欠陥修正部の修正状態を評価することができる。また、例えば透過画像の画素毎の演算結果についてその平均値等を求めることにより、ハーフトーンマスクの白欠陥のような複雑な形状に対しても、欠陥修正部全体の評価を効率的に行うことができる。

上記演算処理により、欠陥修正部の透過率を画素毎の輝度の形式として、容易に参照パターンにおける輝度と比較・評価することができる。また、欠陥修正部の輝度が参照パターンの輝度に近似するように修正加工を行うことで、修正加工条件、特に把握することが困難で透過率の測定に影響を及ぼすような条件が変動しても、精度よく所望の透過率に近づけることができる。

また、前記透過画像の演算処理が、前記参照パターン及び前記欠陥修正部の透過画像について画像上の位置ずれを補正する処理を含んでいてもよい。

更に、前記透過画像の演算処理が、前記参照パターン及び前記欠陥修正部の透過画像の輝度について白レベル及び黒レベルが夫々等しくなるように、少なくとも一方の前記透過画像の輝度を調整する処理を含んでいてもよい。

更にまた、前記修正加工を、最初の前記欠陥修正部の透過画像取得の前に開始し、前記修正加工を終了すると判断した後に終了することとしてもよい。これにより、白欠陥の修正加工の継続中にリアルタイムで欠陥修正部の透過画像を取得し評価することができる。

更にまた、前記修正加工を、前記欠陥修正部の透過画像取得の前に一旦停止し、前記修正加工を終了しないと判断した後に再開することとしてもよい。これにより、処理速度の制約からリアルタイムでの欠陥修正部の評価が困難な場合でも、透過率に影響を及ぼすことなく修正加工を行うことができる。

本発明によれば、複雑な修正加工条件に対しても高精度で効率よく白欠陥を修正することができるホトマスクの白欠陥修正方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照して具体的に説明する。先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本第１実施形態に係るホトマスクの白欠陥修正方法を示すフローチャート図であり、図２は参照パターン及び白欠陥の欠陥修正部について透過画像の演算処理を説明するための模式図である。

図１に示すように白欠陥の修正作業が開始されると、先ず、ステップＳ１１に示すように白欠陥を有しない参照パターンの透過画像を取得する。より具体的には、参照パターンの透過画像を撮像しその画素毎の輝度データを取得する。この参照パターンは、以下のステップで白欠陥の修正加工を行った欠陥修正部について取得する透過画像と演算処理を行う際の基準となるものである。透過画像取得の際に用いられる光源としては、ホトマスクの露光装置の光源波長又はその近傍の波長を有する照明光が用いられる。

次に、取得された透過画像に対して、必要に応じて適当な平滑化処理を施してノイズ成分を除去し、透過照明光量の短時間変動による白黒レベルの変動を画素毎に補正する。ここで、白黒レベルの変動補正は、例えば１０ｂｉｔ階調のモノクロデジタルカメラで画像を取得する場合、ホトマスクが形成されていないガラス基板上の輝度を１０２４（白レベル）に変換し、ガラス基板上に形成された遮光膜上の輝度をゼロ（黒レベル）に変換する。その中間レベルの輝度は下記の数式１によって求められる。なお、処理時間の短縮のため、補正を施す画素は予め定めた欠陥修正部に限定する。また、参照パターン及び欠陥修正部の画像上の位置は透過照明光の照度ムラや光学系に起因するゴーストなどの影響を取り除くため正確に一致するように位置決めする必要がある。このため、本ステップにおいて、白レベル若しくは黒レベルの非欠陥パターンについてパターンエッジの位置又はパターンの重心位置を取得しておく。

次に、ステップＳ１２に示すように修正加工を開始する。修正加工は、予め定められた加工パラメータに基づき、レーザＣＶＤ法により白欠陥部に堆積膜を形成する。本実施形態においては、ステップＳ１２で開始された修正加工は、後述のステップＳ１６で加工終了と判断されステップＳ１９で終了するまで継続する。

次に、ステップＳ１３に示すように欠陥修正部の透過画像を取得する。本ステップにおいては、欠陥修正部の透過画像をステップＳ１１における参照パターンの透過画像取得時と同じ条件で取得する。ここで、同じ条件とは、例えば画像上のパターンの位置、照明条件（透過照明光の波長及び透過照明光量等）並びに撮像条件（対物レンズの倍率、対物レンズの種類、観察倍率、カメラの種類、カメラゲイン、オフセット及び露光時間等）等から透過画像への影響を考慮して定めた所定の条件が同じであることをいう。取得された透過画像に対しては、前述のステップＳ１１と同様に、必要に応じて平滑化処理及び白黒レベルの変動補正を行う。

次に、ステップＳ１４に示すように取得した画像の演算処理を行う。本ステップの画像演算処理について図２に示す模式図により説明する。図２においては、便宜上参照パターン透過画像１、欠陥修正透過画像２及び演算処理後画像３は図として表しているが、実際には記憶装置内に記録された画像の輝度データ（２次元配列データ）について演算処理を行う。

図２に示すように、参照パターン透過画像１は参照パターン１１と遮光膜パターン１２及び１３とを有している。参照パターン１１は中間透過率パターン（以下、ハーフトーンパターンと称す）であり、遮光膜パターン１２、１３は夫々黒レベルのパターンである。参照パターン１１並びに遮光膜パターン１２及び１３以外は、ホトマスクが形成されていない白レベルの領域である。参照パターン透過画像１は、上述したように平滑化処理及び白黒レベルの変動補正が施されている。また、遮光膜１３の画像上のパターンエッジ位置（ｘ_１，ｙ_１）が画素単位で取得されている。

欠陥修正部透過画像２は欠陥修正部２１と遮光膜パターン２２及び２３とを有している。欠陥修正部２１はハーフトーンパターンであり、この部分に白欠陥が生じているため修正加工により堆積膜が形成されている。欠陥修正部透過画像２についても同様に平滑化処理及び白黒レベルの変動補正が施されている。また、遮光膜２３の画像上のパターンエッジ位置（ｘ_２，ｙ_２）が画素単位で取得されている。

次に、参照パターン１１及び欠陥修正部２１のパターンエッジに残存する位置ずれの影響を取り除くため、夫々のパターンエッジから内側の一定の画素の輝度を黒レベルに固定する。次に、参照パターン透過画像１及び欠陥修正部透過画像２の画像演算処理を、画像間の位置ずれを補正して、下記の数式２により行う。

数式２において、Ｉ_１（ｘ，ｙ）、Ｉ_２（ｘ，ｙ）及びＩ_３（ｘ，ｙ）は夫々参照パターン、欠陥修正部及び演算処理後の画像について、画素の位置（ｘ，ｙ）における輝度を表している。数式２に示すように、参照パターン透過画像１の画素の輝度から欠陥修正部透過画像２の画素の輝度を減算することにより演算処理後画像３が得られる。

次に、図１のステップＳ１５に示すように数式２により演算処理した輝度Ｉ_３（ｘ，ｙ）から、後述するステップにおいて加工終了の要否及び加工条件変更の要否を判断する際に使用する値を算出する。以下、本ステップＳ１５において算出される値を総称して「判定値」とする。ここでは、判定値として演算処理後の画像の輝度Ｉ_３（ｘ，ｙ）について平均値、最大値、最小値及び最大値と最小値との差を算出する。なお、平均値を算出することにより、その符号から輝度、即ち透過率の超過と不足の把握が容易であり、その絶対値が小さいほど、欠陥修正部２１の輝度は参照パターン１１の輝度に近似する可能性が大きい。但し、最大値と最小値との差が大きくても輝度の超過と不足がほぼ均衡しているときには、見かけの平均値が参照パターン透過画像１に近い値となる場合がある。このため、最大値と最小値の差も判定値として算出する必要がある。

次に、ステップＳ１６に示すように、ステップＳ１５により算出された判定値を基に修正加工を終了するか否かを判断する。ここでは、算出された判定値が、目標とする透過率とその許容範囲に基づき予め設定された合格基準範囲内にあるか否かを判定する。判定は、平均値及び最大値と最小値との差が共に合格基準範囲内であるときを正常終了とし、平均値は合格基準範囲内であるが最大値と最小値との差が合格基準範囲外であるときを異常終了とする。正常終了又は異常終了の場合には、いずれもステップＳ１９に進み修正加工を終了し、そのまま修正作業は終了する。判定の結果、正常終了及び異常終了のいずれにも該当しない場合には、ステップＳ１７の処理に進む。

上記のステップＳ１６において、正常終了及び異常終了のいずれにも該当しないと判定した場合には、ステップＳ１７に示すように判定値を基に加工条件を変更するか否かを判断する。ここでは、先ず、加工開始時から判定値を逐次記録する。次に、一例として、判定値の推移からステップＳ１６における次回の判定時に輝度Ｉ_３（ｘ，ｙ）の平均値が合格基準範囲内の所定の設定値以下となるか否かを推定する。平均値が設定値以下となると推定される場合には、加工条件を変更すると判断し、ステップＳ１８の処理に進む。平均値が設定値以下とならないと推定される場合には、加工条件を変更しないと判断し、ステップＳ１３の処理に戻る。

上記のステップＳ１７において、加工条件を変更すると判断した場合には、ステップＳ１８に示すように加工条件の変更処理を行う。ここでは、ステップＳ１７における推定結果に基づき修正加工の加工パラメータを変更する。上述したステップＳ１７の例においては、例えば欠陥修正部に形成される堆積膜の堆積速度を下げるように加工パラメータを変更する。これ以降は、変更された加工パラメータに基づき白欠陥部に対する修正加工が継続される。ステップＳ１８の処理を終了した後、ステップＳ１３の処理に戻る。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態においては、修正加工継続中に参照パターン及び欠陥修正部の透過画像を取得し、これらを減算処理することにより輝度Ｉ_３（ｘ，ｙ）を得る。この輝度Ｉ_３（ｘ，ｙ）から算出される判定値と所定の合格基準範囲又は設定値とに基づき、加工終了の要否又は加工条件変更の要否の判断を行う。

本実施形態においては、同一条件の下で取得した参照パターン及び欠陥修正部パターンの画像について輝度データを減算して評価することにより、参照パターンと欠陥修正部との透過率を輝度の形式で容易に比較することができる。また、例えば欠陥修正部の表面状態及びＣＶＤ原料ガス濃度等の把握が困難な条件に変動が生じた場合でも、精度よく欠陥修正部の透過率を評価することができる。更に、演算処理後の画素毎の輝度から平均値等を算出することにより、容易に欠陥修正部全体を網羅した評価をすることができる。このため、従来のようにプローブ光を走査させる必要がなく、効率的な評価が可能になる。

また、本実施形態によれば、透過画像を撮像するための光源及び撮像装置等は必要であるが、透過率測定用のプローブ光を照射・集光するための光学系などを追加する必要がなく、透過率を把握するためにプローブ光を走査させる必要もない。このため、ホトマスクの白欠陥修正装置の重量及び部品点数等を増やすことなく、欠陥修正部全体の透過率を効率的に評価することができる。以上説明したように、本実施形態の白欠陥修正方法は、欠陥修正部の形状が複雑なハーフトーンパターンの白欠陥の修正に対して特に好適に用いることができる。

なお、本実施形態においては、ステップＳ１１に示す参照パターン透過画像取得をステップＳ１２の修正加工開始前に１回行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１１の処理をステップＳ１３の処理の前（ステップＳ１７及びＳ１８の処理の後）又は後に行うこととしてもよい。この場合には、修正作業中における参照パターンの透過画像の取得回数は増加するが、例えばＣＶＤ原料ガス濃度等の条件の短時間変動に対して、参照パターン及び欠陥修正部の透過画像をより近い条件で取得することができる。

また、本実施形態においては、次回のステップＳ１６の判断時に輝度Ｉ_３（ｘ，ｙ）の平均値が合格基準範囲内の所定の設定値以下となるか否かを推定してステップＳ１７の加工条件変更を判断することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、最大値と最小値との差が大きくなる傾向にあるか否かを推定することとしてもよい。また、例えば平均値について、合格基準範囲外の任意の値を設定値とし平均値を合格基準範囲に徐々に近づけていくようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図３は、本第２実施形態に係るホトマスクの白欠陥修正方法を示すフローチャート図である。なお、図３において、図１に示すフローチャートと同じステップについては同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。

先ず、図３のステップＳ１１に示す参照パターンの透過画像取得については、前述の第１の実施形態と同様である。次に、ステップＳ２２に示すように白欠陥部に対する修正加工を行う。ここでは、前述の第１の実施形態と同様に、予め定められた加工パラメータに基づき、レーザＣＶＤ法により欠陥部に堆積膜を形成して白欠陥を修正する。本実施形態においては、修正加工は本ステップで一旦停止し、その後ステップＳ１３の処理に進む点で前述の第１の実施形態と異なっている。次に、ステップＳ１３乃至１５に示す欠陥修正部の透過画像取得、画像の演算及び判定値の算出の各ステップについては、前述の第１の実施形態と同一である。

次に、ステップＳ２６に示すようにステップＳ１５により算出された判定値を基に修正作業を終了するか否かを判断する。ここでは、前述の第１の実施形態と同様に、算出された判定値が目標とする透過率とその許容範囲に基づき予め設定された合格基準範囲内にあるか否かを判定する。判定は、平均値及び最大値と最小値の差の両方が合格基準範囲内であるときを正常終了とし、平均値は合格基準範囲内であるが最大値と最小値の差が合格基準範囲外であるときを異常終了とする。正常終了又は異常終了の場合には、そのまま修正作業は終了する。判定の結果、正常終了及び異常終了のいずれにも該当しない場合には、ステップＳ１７の処理に進む。

上記のステップＳ２６において、正常終了及び異常終了のいずれにも該当しないと判断した場合には、ステップＳ１７に示すように判定値を基に加工条件を変更するか否かを判断する。また、ステップＳ１７において、加工条件を変更すると判断した場合には、ステップＳ１８に示すように加工条件の変更処理を行う。ステップＳ１７及びＳ１８の夫々における処理内容は、前述の第１の実施形態と同様である。ステップＳ１７において加工条件を変更しないと判断した場合又はステップＳ１８の処理終了後、ステップＳ２２の処理に戻る。

本実施形態の修正方法においては、ステップＳ２２により行われる修正加工が一旦停止した後に、欠陥修正部の透過画像を取得する。その後、画像の減算処理を経て加工条件変更要否の判断及び必要により加工条件変更の処理がなされた後にステップＳ２２に戻り、修正加工を再開する。このため、第１の実施形態に比べて修正作業に要する時間は長くなるが、各ステップの処理速度が遅い場合でも欠陥修正部の透過率に影響しないという利点を有している。

なお、本実施形態においては、ステップＳ１１に示す参照パターンの透過画像取得をステップＳ２２の修正加工実施前に１回行っているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ステップＳ１１の処理をステップＳ１３の処理の前又は後に行うこととしてもよい。この場合には、修正加工を一旦停止した後にその都度参照パターンの透過画像を取得する必要があるが、例えばＣＶＤ原料ガス濃度等の条件の短時間変動に対して、参照パターンと欠陥修正部の透過画像をより近い条件で取得することができる。

本発明は、例えば液晶表示装置の製造に用いられるホトマスクの白欠陥修正に好適に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係るホトマスクの白欠陥修正方法を示すフローチャート図である。 本発明の第１の実施形態に係るホトマスクの白欠陥修正方法における、透過画像の減算処理を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るホトマスクの白欠陥修正方法を示すフローチャート図である。

符号の説明

１；参照パターン透過画像
２；欠陥修正部透過画像
３；演算処理後画像
１１；参照パターン
１２、１３；遮光膜パターン
２１；欠陥修正部
２２、２３；遮光膜パターン
３１；演算処理後欠陥部

Claims (5)

1. レーザＣＶＤ法によりホトマスクの白欠陥を修正加工するホトマスクの白欠陥修正方法において、前記白欠陥と同じ位置で白欠陥を有していない参照パターンの透過画像を取得する工程と、前記修正加工が行われた欠陥修正部の透過画像を前記参照パターンの透過画像と同じ照明条件及び撮像条件で取得する工程と、前記参照パターンの透過画像の各画素の輝度から前記欠陥修正部の透過画像の各画素の輝度を減算し、各画素の輝度差の平均値、最大値、最小値及び最大値と最小値との差を演算処理する工程と、前記演算処理の結果から算出された前記平均値及び前記最大値と最小値との差を判定値として、前記判定値を基に前記修正加工を終了するか否かを判断する工程と、前記修正加工を終了すると判断するまで少なくとも前記欠陥修正部の透過画像を取得する工程からの工程を繰り返す工程と、この繰り返し工程において前記判定値を基に前記修正加工の条件を変更するか否かを判断する工程と、を有することを特徴とするホトマスクの白欠陥修正方法。
2. 前記透過画像の演算処理が、前記参照パターン及び前記欠陥修正部の透過画像について画像上の位置ずれを補正する処理を含むことを特徴とする請求項１に記載のホトマスクの白欠陥修正方法。
3. 前記透過画像の演算処理が、前記参照パターン及び前記欠陥修正部の透過画像の輝度について白レベル及び黒レベルが夫々等しくなるように、少なくとも一方の前記透過画像の輝度を調整する処理を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のホトマスクの白欠陥修正方法。
4. 前記修正加工を、最初の前記欠陥修正部の透過画像取得の前に開始し、前記修正加工を終了すると判断した後に終了することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のホトマスクの白欠陥修正方法。
5. 前記修正加工を、前記欠陥修正部の透過画像取得の前に一旦停止し、前記修正加工を終了しないと判断した後に再開することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のホトマスクの白欠陥修正方法。

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