JP5185158B2 - 多階調フォトマスクの評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、フォトリソグラフィー工程において使用される多階調のフォトマスクの評価方法に関する。

従来より、液晶表示装置などの電子デバイスの製造においては、フォトリソグラフィー工程を利用し、エッチングされる被加工層上に形成されたレジスト膜に対して、所定のパターンを有するフォトマスクを用いて所定の露光条件下で露光を行ってパターンを転写し、該レジスト膜を現像することによりレジストパターンを形成する。そして、このレジストパターンをマスクとして被加工層をエッチングする。

フォトマスクにおいては、露光光を遮光する遮光領域と、露光光を透過する透光領域と、露光光の一部を透過する半透光領域とを持つ多階調フォトマスクがある。このような遮光領域、半透光領域及び透光領域を含む多階調フォトマスクを用いて被転写体上のレジスト膜（ポジ型フォトレジスト）に所望のパターンを転写する場合、多階調フォトマスクの透光領域及び半透光領域を介して光が照射される。このとき、半透光領域を介して照射される光量は、透光領域を介して照射される光量よりも少ない。このため、このように光が照射されたレジスト膜を現像すると、照射された光量に応じてレジスト膜の残膜値が異なる。すなわち、多階調フォトマスクの半透光領域を介して光が照射された領域のレジスト残膜値は、遮光領域を介して光が照射された領域のレジスト残膜値よりも薄くなる。このように、多階調フォトマスクを用いて露光・現像を行うことにより、少なくとも３つの厚さの残膜値（残膜値ゼロを含む）を有するレジストパターンを形成することができる。

このように残膜値が異なる領域を含むレジスト膜を用いて、レジスト膜が形成された被転写体をエッチングする場合においては、まず、残膜値ゼロの領域（被転写体が露出された領域：多階調フォトマスクの透光領域に対応する領域）をエッチングし、その後、アッシングによりレジスト膜を減膜する。これにより、相対的に厚さが薄いレジスト膜の領域（多階調フォトマスクの半透光領域に対応する領域）が除去されて、その部分の被転写体が露出する。そして、この露出された被転写体をエッチングする。したがって、複数の異なる残膜値を有するレジストパターンを実現する多階調フォトマスクは、使用するフォトマスクの枚数を減少させることにより、フォトリソグラフィー工程を効率化させることが可能となるので大変有用である。

特許文献１には、グレートーンマスクの欠陥検査方法において、グレートーン部の画像データを作成し、グレートーン部の欠陥が識別可能となるような画像処理を施し、欠陥検査を行う方法が記載されている。

特開２００４−３０９３２７号公報

上記のように多階調フォトマスクにおいては、半透光領域が、遮光領域に対して、相対的に厚さが薄いレジスト膜の形成領域となる。例えば、液晶表示装置に用いられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）においては、この部分がチャネル部に対応する領域を形成し、一方、遮光領域が、ソース、ドレイン等に対応する領域を形成することができる。半透光領域によって形成される部分は、液晶表示装置等、得ようとする電子デバイスの性能を大きく左右する場合が少なくない。具体的には、半透光領域の線幅、露光光透過率を厳しく制御しなければ、得ようとするデバイスの精度や歩留に不都合が生じる。このため、この半透光領域については、露光・転写プロセスで、被転写体上に形成するレジストパターンの形状をあらかじめ予測し、評価し、かつそれを容易かつ高精度に行う必要がある。

しかしながら、特許文献１では、画像データに対してガウシアンぼかし処理を施すのみで欠陥検査を行っており、実際にフォトマスクを使用する際の照射条件や光学条件を反映した状態でフォトマスクを評価していない。このため、現実に該フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターン形状をふまえた、精緻な多階調フォトマスクの評価は実施できない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、多階調フォトマスクが実際の転写条件において形成する空間像を把握し、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで多階調フォトマスクを評価することができる多階調フォトマスクの評価方法を提供することを目的とする。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法は、透明基板上に形成された少なくとも遮光膜がパターニングされていることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を含む転写パターンを備えた多階調フォトマスクの評価方法において、評価対象とする前記転写パターンについて、露光条件下における前記転写パターンの空間像データを取得する工程と、前記空間像データに対して、所定の実効透過率のしきい値を決定する工程と、前記しきい値を用いて、前記空間像データを二値化し、前記二値化した空間像データを用いて、前記転写パターンを評価する工程と、を含むことを特徴とする。

この方法によれば、実際の転写条件を用いて、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで多階調フォトマスクを評価することができる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記しきい値は、あらかじめ正常な転写パターンを有する正常部についての空間像データを取得し、該正常部の空間像データを用いて決定することができる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記しきい値は、前記多階調フォトマスクを用い、前記転写パターンを被転写体上に転写した後の目標線幅に基づいて決定されたしきい値であることができる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記しきい値は、前記多階調フォトマスクに形成する前記転写パターンの線幅設計値に基づいて決定されたしきい値であることもできる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記転写パターンの評価においては、予め、正常な転写パターンを有する正常部についての前記二値化した空間像データを取得し、前記評価対象の二値化した空間像データと比較することが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記評価対象となる転写パターンは、前記正常な転写パターンと共に、同一のフォトマスクに含まれることができる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記評価対象とする転写パターンは、前記比較に先立って、前記転写パターンにおける半透光部が欠陥部を含むことが把握されたものであることが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記評価対象とする転写パターンにおける、二値化した空間像データと、前記正常部の二値化した空間像データとを比較することにより、前記評価対象とする転写パターンの修正要否を判定することを含むことが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記評価対象とする転写パターンにおける二値化した空間像データに基づき、前記転写パターンを被転写体上に転写したときの、前記欠陥部の線幅を算出する線幅算出工程を含むことが好ましい。この場合においては、前記算出した線幅が、前記正常部の二値化した空間像データに基づいて得られる線幅に対して、所定レンジを超えて相違している場合に、欠陥修正対象とすることが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記半透光領域は、前記透明基板上に形成された前記遮光膜に、露光機の解像限界以下の微細パターンが形成されてなることができる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記半透光領域は、前記透明基板上に、露光光の一部を透過する半透光膜が形成されてなることができる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法においては、前記空間像を取得する工程は、前記転写パターンが形成された前記フォトマスクに、前記露光条件下における露光光を照射し、前記転写パターンの透過光を撮像手段によって撮像することを含むことが好ましい。

本発明の多階調フォトマスクの製造方法は、透明基板上に形成された、少なくとも遮光膜がパターニングされていることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を含む転写パターンを備えた多階調フォトマスクの製造方法において、前記パターニングを行って前記転写パターンを形成する、パターン形成工程と、形成された前記転写パターンを評価する評価工程を含み、前記評価工程は、上記評価方法によることを特徴とする。

この方法によれば、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで評価されるので、実際のマスク使用において問題のない多階調フォトマスクを製造することができる。

本発明の多階調フォトマスクの製造方法においては、前記評価方法により、被転写体上に転写されたときの前記転写パターンの面内の線幅分布が０．１５μｍ以下となる前記フォトマスクを製造することが好ましい。

本発明のパターン転写方法は、上記多階調フォトマスクの製造方法によるフォトマスクを用い、被転写体上に前記転写パターンを転写することを特徴とする。

この方法によれば、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで評価された多階調フォトマスクを用いるので、正確に被転写体上に転写パターンを転写することができる。

本発明の多階調フォトマスクの評価方法は、透明基板上に形成された少なくとも遮光膜がパターニングされていることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を含む転写パターンを備え、評価対象とする前記転写パターンについて、露光条件下における前記転写パターンの空間像データを取得し、前記空間像データに対して、所定の実効透過率のしきい値を決定し、前記しきい値を用いて、前記空間像データを二値化し、前記二値化した空間像データを用いて、前記転写パターンを評価するので、実際の転写条件を用いて、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで多階調フォトマスクを評価することができる。

（ａ）は転写パターンの一例を示す図であり、（ｂ）は実効透過率と（ａ）の転写パターンの位置との間の関係を示す図であり、（ｃ）はＣＤとしきい値との間の関係を示す図である。 露光機の露光条件を再現する装置の一例を示す図である。 （ａ）は転写パターンの一例を示す図であり、（ｂ）はその転写パターンの空間像を示す図であり、（ｃ）は、（ｂ）を用い、転写パターンを被転写体上に転写した後の目標線幅に基づきしきい値を決めて得られた二値化空間像を示す図であり、（ｄ）は、（ｂ）を用い、マスクの設計線幅に基づいてしきい値を決めて得られた二値化空間像である。 （ａ）〜（ｉ）は、被転写体上の目標線幅に基づきしきい値を決めて得られた、正常部と評価対象の二値化空間像である。 （ａ）〜（ｉ）は、設計線幅に基づきしきい値を決めて得られた、正常部と評価対象の二値化空間像である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明者は、既に、被転写体上に所望のレジスト残膜値を得るためには、多階調マスクの半透光部に用いる、半透光膜の膜透過率を制御するのみでは不十分であることに着目し、被転写体上に所望のレジスト残膜値の部分を得るにあたって、該レジスト残膜値を決定するには、マスクに用いる半透光膜の、膜としての（膜組成や膜厚に起因する）露光光透過率のみではなく、マスクに形成されたパターンの形状や、露光に用いる光源の光学特性、光学系の特性などによって、生じる光の回折現象を考慮した透過率を制御しなければならないことを見出した。そこで、本発明者は、半透光膜の膜透過率Ｔ_ｆに代わって、マスクを透過する実効的な光透過率（実効透過率）Ｔ_Ａを規定し、この実効透過率を制御することについて先に提案した。なお、この実効透過率Ｔ_Ａは、実際に用いる露光条件下において、該マスクの、例えば半透光領域が露光光を透過する透過率と考えることができる。実際には、半透光領域の光透過率は、隣接する遮光部などの影響により分布をもつことから、領域内の光透過曲線のピークに対応する透過率値を実効透過率の代表値とすることができる。

実効透過率Ｔ_Ａは、膜固有の透過率に加えて光学条件やパターンデザインを考慮した指標であるので、露光による、被転写体上の光強度を正確に反映した指標であり、該露光によって、形成されるレジストパターンの残膜値の管理のための指標として適切なものである。なお、半透光領域の実効透過率としては、透光領域の露光光透過率を１００％としたときの、半透光領域を透過する光強度分布において最大値を持つ部分の透過率とすることができる。これは、例えばこのフォトマスクを使用して、被転写体上にポジレジストのレジストパターンを形成したとき、半透光領域に生じるレジスト残膜値の最小値と相関を持つからである。このようなレンジ管理については、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を、本発明の多階調フォトマスクを用いて製造するとき、半透光領域がＴＦＴのチャネル領域に対応するものとし、この、チャネルの幅が５μｍ以下であるときに特に有効である。尚、図３等における「Ｃｈ-Ｌ（チャネル・レングス）」は、このチャネル部の幅を意味する。

なお、上述のように実効透過率Ｔ_Ａとして、ここでは、半透光領域における光強度分布曲線の最大値（ポジレジストを用いれば、これがレジスト残膜のボトムに相当する）における透過率として代表させることができる。すなわち、実効透過率Ｔ_Ａは、隣接する遮光膜に挟まれた半透光領域の場合に、透過光の光強度分布曲線は、釣鐘型のカーブとなり、そのピークに対応する透過率をいうものとする。この実効透過率は、膜透過率Ｔ_ｆと、実際の露光条件（光学的パラメータ、照射光の分光特性）と、現実のフォトマスクパターンとによって決まるものである。ただし、実際の評価の際には、簡便化するために、露光条件としてはモデル条件によって代表させることができる。この条件は、例えば、開口数が０．０８であり、コヒレンシーが０．８である光学系を用いて、ｇ線、ｈ線、ｉ線のそれぞれの強度が１：１：１である照射光を用いた露光条件とすることができる。

一方、膜透過率Ｔ_ｆとは、透明基板上に半透光膜を形成して半透光領域となしたとき、露光条件における解像限界に対して十分に大きな面積における該半透光領域の透過率とすることができる。半透光領域に半透光膜を設けず、遮光パターンにおける微細な線幅のスペースを半透光領域として機能させる場合には、該半透光領域の「膜透過率」は、透光部と等しく、１００％となる。一方、本発明の評価方法によれば、半透光領域の透過率は、パターンの線幅などの影響を受けるので、実際のパターンにおける半透光領域の露光光透過率は、実効透過率Ｔ_Ａによって定義することが有用となる。

上述したように、多階調フォトマスクの評価は、実際の露光・転写プロセスを経て得られる、被転写体上のレジストパターンを反映して行う必要があり、フォトマスクの出来栄えの評価とともに、被加工層の加工上問題を生じるか否かの検査（評価）を容易かつ高精度に行う必要がある。

本発明者は、この点に着目し、実際の露光条件で空間像データを得て、この空間像データに対して所定の実効透過率のしきい値を決定し、このしきい値で空間像データを二値化して、この二値化空間像データで転写パターンを評価することにより、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで多階調フォトマスクを評価できることを見出し、本発明をするに至った。

すなわち、本発明の骨子は、透明基板上に形成された少なくとも遮光膜がパターニングされていることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を含む転写パターンを備え、評価対象とする前記転写パターンについて、露光条件下における前記転写パターンの空間像データを取得し、前記空間像データに対して、所定の実効透過率のしきい値を決定し、前記しきい値を用いて、前記空間像データを二値化し、前記二値化した空間像データを用いて、前記転写パターンを評価することにより、実際の露光条件下で、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで多階調フォトマスクを評価することである。

本発明に係る評価方法の対象である多階調フォトマスクは、透明基板上に形成された少なくとも遮光膜がパターニングされていることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を含む転写パターンを備えた、３階調以上のフォトマスクをいう。すなわち、この多階調フォトマスクにおいては、遮光領域、透光領域の他に半透光領域を有することによって、被転写体上に形成されるレジストパターンに、複数の膜厚を有する領域を形成している。遮光領域は実質的に露光光を遮光し、透光領域は透明基板が露出してなることができる。半透光領域は、透光領域より透過率が相対的に小さい部分であり、被転写体上に所望のレジスト残膜を形成する領域である。この半透光領域は、例えば、透明基板上に所定の膜透過率をもった半透光膜を成膜して形成することができる。半透光膜の膜透過率は、透光領域を１００％とするとき、１０％〜７０％、より有用なものとしては２０％〜６０％である。なお、透明基板上に形成された遮光膜に、露光機の解像限界以下の線幅のパターンを形成することによって、半透光領域としても良い。また、本発明は、３つ以上のレジスト残膜値を持つレジストパターンを有する４階調以上のフォトマスクにも同様に適用することができる。

透明基板としては、ガラス基板などを挙げることができる。また、露光光を遮光する遮光膜としては、クロム膜などの金属膜、シリコン膜、金属酸化膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜などを挙げることができる。また、該遮光膜は表面に反射防止膜をもつことが好ましく、該反射防止膜の材料としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、弗化物などを挙げることができる。露光光を一部透過させる半透光膜としては、クロムの酸化物、窒化物、炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化物、又は、金属シリサイドなどを用いることができる。特に、酸化クロム膜、窒化クロム膜、モリブデンシリサイド膜のような金属シリサイド膜や、その酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物などが好ましい。

多階調フォトマスクの転写パターンとしては、透明基板上に半透光膜及び遮光膜を形成し、それぞれに所定のパターニングを施すことにより形成された転写パターンや、透明基板上に遮光膜を形成し、露光機解像度以下の微細パターンにパターニングして光の回折効果により中間調を出す転写パターンなどが挙げられる。

本発明に係る多階調フォトマスクの評価方法においては、評価対象とする転写パターンについて、露光条件下における転写パターンの空間像データを取得し、空間像データに対して、所定の実効透過率のしきい値を決定し、このしきい値を用いて、空間像データを二値化し、二値化した空間像データを用いて、転写パターンを評価する。

この評価方法においては、評価対象とする転写パターンについて、露光条件下における転写パターンの空間像データを取得する。すなわち、空間像を取得する場合に、転写パターンが形成されたフォトマスクに、露光条件下における露光光を照射し、転写パターンの透過光を撮像手段によって撮像する。ここでの露光条件は、この多階調フォトマスクを用いる際の露光条件とする。具体的には、露光条件は、この多階調フォトマスクを用いる際の光学系のＮＡ、σ、および照射波長を用いる。また、ここで、空間像とは、転写パターンを、前記露光条件下で露光した場合に、被転写体上に与えられる像（光強度分布）を意味する。例えば、図３（ａ）に示すＴＦＴの転写パターン（チャネル・レングス：５．０μｍ、膜透過率４０％）をＮＡ＝０．０８、σ＝０．８、露光波長の強度比がｇ／ｈ／ｉ＝１／１／１である露光条件で露光した場合に、得られる空間像が図３（ｂ）に示すものである。なお、図３（ａ）において、参照符号２１は遮光膜であり、参照符号２２は半透光膜である。

この評価方法においては、空間像データに対して、所定の実効透過率のしきい値を決定する。例えば、図１（ａ）に示すような転写パターン、すなわち、２つの遮光膜２１の間に半透光膜２２が設けられた転写パターンにおいて、Ａ−Ｂ間の実効透過率を求めると、図１（ｂ）に示すようになる。この工程における実効透過率のしきい値とは、図１（ｂ）に示す特性曲線に対するしきい値（ＴＨ１，ＴＨ２，ＴＨ３）である。しきい値の差はフォトマスクに与える露光量の差である。

しきい値は、転写パターンを評価する際の基準として必要であるで、その決定の方法が重要となる。上述したように、実効透過率Ｔ_Ａは、実際に用いる露光条件下において、マスクの、例えば半透光領域が露光光を透過する透過率を意味する。この実効透過率は、上述のとおり線幅により変わり、図１（ｃ）に示すように、実効透過率のしきい値と線幅（ＣＤ（Critical Dimension））とは相関があると考えられる。しきい値が大きいということは、線幅が小さいということになる。この実効透過率のしきい値は、フォトマスクを用い、転写パターンを被転写体上に転写した後の目標線幅に基づいて決定することができる。あるいは、しきい値は、フォトマスクに形成する転写パターンの線幅設計値に基づいて決定することができる。

例えば、予め、正常な転写パターンを有する正常部について、露光条件を適用したときの空間像データを求めておくことができる。この空間像データを参照し、上記目標線幅（例えは、チャネル部として形成したい半透光領域の目標線幅）を与える実効透過率を求め、これをしきい値とすることができる。又は、上記の、正常部の空間像を参照し、フォトマスクの線幅設計値（たとえば、チャネル部分に対応する半透光領域の設計線幅）を与えるような実効透過率を求め、これをしきい値としてもよい。

そして、上記で決定された実効透過率のしきい値を用いて、評価対象となる転写パターンの空間像データを二値化し、二値化空間像データを得ることができる。この二値化した空間像データを用いて、転写パターンを評価する。例えば、この二値化空間像データから、線幅の絶対値、白欠陥、黒欠陥の有無を判断することができる。例えば、評価対象とする転写パターンにおける二値化した空間像データに基づき、転写パターンを被転写体上に転写したときの、欠陥部の線幅を算出し（線幅算出工程）し、ここで算出した線幅が、所定レンジを超えて相違している場合に欠陥修正対象としても良い。

転写パターンの評価においては、予め、正常な転写パターンを有する正常部についての二値化した空間像データを取得し、評価対象の二値化した空間像データと比較してもよい。そして、この比較結果に基づき、欠陥であるかどうかの基準を用いて、マスクの線幅分布等を評価し、また場合によっては欠陥修正の要否を判定する。すなわち、評価対象とする転写パターンにおける、二値化した空間像データと、正常部の二値化した空間像データとを比較することにより、評価対象とする転写パターン出来栄えが判断でき、または修正要否を判定することが可能となる。

ここで、欠陥であるかどうかの基準としては、例えば、上述した方法で黒欠陥部の検査画像を生成し、遮光領域（図１（ａ）の遮光膜２１）に挟まれた半透光領域（図１（ａ）の半透光膜２２）において、しきい値以下の島状パターンが検出された場合にそれを修正対象とする基準、あるいは、上記しきい値を、半透光領域の最大実効透過率＋２．０％として白欠陥部の検査画像を生成し、半透光領域に抜けパターンが検出された場合にそれを修正対象とする基準などが挙げられる。

評価対象となる転写パターンは、正常な転写パターンと共に、同一のフォトマスクに含まれるものであることができる。例えば、ＴＦＴに代表されるような、単位パターンが配列した繰り返しパターンの場合のマスク評価は、同一のフォトマスクの異なる領域にある、単にパターン同士の比較により、欠陥の有無が判断でき、有用である。

また、評価対象とする転写パターンは、正常部との間の比較に先立って、転写パターンにおける半透光部が欠陥部を含むことが把握されたものであることができる。たとえば、マスクのパターン形状欠陥検査装置により、多階調フォトマスクにパターン欠陥が見出されたとき、該フォトマスクが実際の露光条件下において、被転写体上に形成するレジストパターンが、問題を発生させるものであるか否かを、本発明の評価方法によって予め把握することが可能である。従来は、マスクパターンの仕様のみによって欠陥の有無を判断することが広く行われていたが、そのような検査によって欠陥判定された転写パターンが実際の露光条件下では、問題を生じない場合、あるいはその逆の場合が、本発明者によって見出されている。更には、通常のパターン形状欠陥検査によって黒欠陥（余剰欠陥）と判定されたものが、現実のフォトマスクの使用によっては、白欠陥（欠落欠陥）として作用してしまう場合があることも、発明者らによって発見された。これは、ｉ線〜ｇ線といった露光波長レンジと、パターン形状、寸法などの相乗作用によって生じることと考えられる。

本発明によれば、このようなことが、実際の露光工程の前、すなわちマスク評価の段階で掌握できる利点がある。

本発明に係る評価方法を含めて多階調フォトマスクを製造する場合、透明基板上に、少なくとも遮光膜を形成し、前記透明基板上の膜のパターニングを行って転写パターンを形成し、形成された転写パターンを上記方法で評価する。そして、この評価において、欠陥修正が必要であれば、欠陥修正し、さらに同様の方法で評価を行うことができる。このような評価を経て得られた多階調フォトマスクは、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで評価されたものであるので、実際のマスク使用において問題のない多階調フォトマスクである。特に、この評価方法を用いることにより、被転写体上に転写されたときの転写パターンの面内の線幅分布が０．１５μｍ以下となる高品質の多階調フォトマスクを製造することが可能となる。

具体的には、転写パターンの評価においては、予め、正常な転写パターンを有する正常部についての二値化した空間像データを取得し、前記評価対象の二値化した空間像データと比較する。このように予め正常な転写パターンを有する正常部についての二値化した空間像データを取得しておき、この空間像データと比較を行うので、正確なマスク評価を行うことが可能となる。なお、評価対象となる転写パターンは、前記正常な転写パターンと共に、同一のフォトマスクに含まれることが好ましい。

面内の線幅分布が０．１５μｍ以下とは、線幅標準値に対しての線幅分布が０．１５以下とすることができる。例えば、該フォトマスクにおける、転写パターンの線幅設計値、又は、前記転写パターンを被転写体（被加工体）に転写したときの目標線幅を標準値とすることができる。または、転写パターン内の同一パターン間において、その線幅分布が０．１５μｍ以内とすることができる。

このようにして得られた多階調フォトマスクは、被転写体上に転写パターンを転写することができる。この多階調フォトマスクは、多階調フォトマスクが被転写体上に形成するレジストパターンを正確に反映した画像データで評価されたものであるので、正確に被転写体上に転写パターンを転写することができる。

ここで、転写パターンを空間像データにするための装置としては、例えば図２に示す装置が挙げられる。この装置は、光源１と、光源１からの光をフォトマスク３に照射する照射光学系２と、フォトマスク３を透過した光を結像させる対物レンズ系４と、対物レンズ系４を経て得られた像を撮像する撮像手段５とから主に構成されている。

光源１は、所定波長の光束を発するものであり、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）などを使用することができる。

照射光学系２は、光源１からの光を導きフォトマスク３に光を照射する。この照射光学系２は、開口数（ＮＡ）を可変とするため、絞り機構（開口絞り７）を備えている。この照射光学系２は、フォトマスク３における光の照射範囲を調整するための視野絞り６を備えていることが好ましい。この照射光学系２を経た光は、マスク保持具３ａにより保持されたフォトマスク３に照射される。この照射光学系２は筐体１３内に配設される。

フォトマスク３はマスク保持具３ａによって保持される。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３の主平面を略鉛直とした状態で、このフォトマスク３の下端部及び側縁部近傍を支持し、このフォトマスク３を傾斜させて固定して保持するようになっている。このマスク保持具３ａは、フォトマスク３として、大型（例えば、主平面が１２２０ｍｍ×１４００ｍｍ、厚さ１３ｍｍのもの）、かつ、種々の大きさのフォトマスク３を保持できるようになっている。なお、略鉛直とは、図２中θで示す鉛直からの角度が約１０度以内を意味する。フォトマスク３に照射された光は、このフォトマスク３を透過して、対物レンズ系４に入射される。

対物レンズ系４は、例えば、フォトマスク３を透過した光が入射され、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とから構成される。シュミレータレンズ４ａは、絞り機構（開口絞り７）が備えられており、開口数（ＮＡ）が可変となっている。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。この対物レンズ系４は筐体１３内に配設される。

この撮像手段５は、フォトマスク３の像を撮像する。この撮像手段５としては、例えば、ＣＣＤなどの撮像素子を用いることができる。

この装置においては、照射光学系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、照射光学系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：コヒレンシ）を可変することができる。上記条件を適宜選択することによって、露光時の光学条件を再現、又は近似することができる。

また、この装置においては、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、表示手段１２を有する制御手段１４及び筐体１３の位置を変える移動操作手段１５が設けられている。このため、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を用いて、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、又は光強度分布や透過率を求めることができる。

このような構成を有する図２に示す装置は、ＮＡとσ値が可変となっており、光源の線源も変えることができるので、種々の露光機の露光条件を再現することができる。

ここで、本発明に係る評価方法で欠陥修正の有無を判定する場合について説明する。
まず、図３（ａ）に示す形状の、ＴＦＴ製造用転写パターンを評価する。この転写パターンの設計値は、チャネル・レングスが５．０μｍであり、膜透過率が４０％の半透光領域を含むパターンである。この転写パターンを図２に示す装置を用いて露光、撮像し、図３（ｂ）に示すような空間像を得て、これをもとに空間像データとする。このときの露光条件は、ＮＡ＝０．０８、σ＝０．８、露光波長ｇ／ｈ／ｉ＝１／１／１である。

まず、正常パターンを有する正常部について、上記露光条件下での空間像を得る。この空間像データを用い、転写後の目標線幅を与える実効透過率を求めることができ、これを、しきい値として決定する。例えば、転写後のチャネル・レングスの目標線幅を４．２μｍとすると、実効透過率が０．１８３であったので、これをしきい値する。図３（ｃ）はこのしきい値を適用した二値化空間像である。

これを、評価対象となる転写パターンの空間像データに適用すると、この空間像データを二値化することができる。これを図４（ｂ）〜（ｉ）に示す。あるいは、上記正常パターンの空間像データにおいて、転写後の目標線幅のかわりに、マスクの線幅設計値を与える実効透過率を求め、これをしきい値としても良い。例えば、線幅設計値を５．０μｍとすると、この線幅を与える実効透過率が０．１２２であった（図３（ｄ））。そこで、このしきい値を用いて、評価対象の転写パターン空間像データを二値化することができる。図５（ｂ）〜（ｉ）が、その二値化空間像である。なお、図３（ｃ）、（ｄ）におけるＴｈは、実効透過率におけるスレショールド値（しきい値）である。

上記のように、正常部についての二値化した空間像データ（図４（ａ）、図５（ａ））と、評価対象の二値化した空間像データ（図４（ｂ）〜（ｉ）、図５（ｂ）〜（ｉ））とを比較することにより、黒欠陥、白欠陥ともに修正の要否を判定することが可能となる。

本発明は上記実施の形態に限定されず、適宜変更して実施することができる。例えば、上記実施の形態における材質、パターン構成、部材の個数、サイズ、処理手順などは一例であり、本発明の効果を発揮する範囲内において種々変更して実施することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

１ 光源
２ 照射光学系
３ フォトマスク
４ 対物レンズ系
４ａ シミュレータレンズ
４ｂ 結像レンズ
５ 撮像手段
６ 視野絞り
７ 開口絞り
１１ 演算手段
１２ 表示手段
１３ 筐体
１４ 制御手段
１５ 移動操作手段
２１ 遮光膜
２２ 半透光膜

Claims (16)

1. 透明基板上に形成された少なくとも遮光膜がパターニングされていることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を含む転写パターンを備えた多階調フォトマスクの評価方法において、評価対象とする前記転写パターンについて、露光条件下における前記転写パターンの空間像データを取得する工程と、前記空間像データに対して、所定の実効透過率のしきい値を決定する工程と、前記しきい値を用いて、前記空間像データを二値化し、前記二値化した空間像データを用いて、前記転写パターンを評価する工程と、を含むことを特徴とする多階調フォトマスクの評価方法。
2. 前記しきい値は、あらかじめ正常な転写パターンを有する正常部についての空間像データを取得し、該正常部の空間像データを用いて決定することを特徴とする請求項１記載の多階調フォトマスクの評価方法。
3. 前記しきい値は、前記多階調フォトマスクを用い、前記転写パターンを被転写体上に転写した後の目標線幅に基づいて決定されたしきい値であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多階調フォトマスクの評価方法。
4. 前記しきい値は、前記多階調フォトマスクに形成する前記転写パターンの線幅設計値に基づいて決定されたしきい値であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多階調フォトマスクの評価方法。
5. 前記転写パターンの評価においては、予め、正常な転写パターンを有する正常部についての前記二値化した空間像データを取得し、前記評価対象の二値化した空間像データと比較することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
6. 前記評価対象となる転写パターンは、前記正常な転写パターンと共に、同一のフォトマスクに含まれることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
7. 前記評価対象とする転写パターンは、前記比較に先立って、前記転写パターンにおける半透光部が欠陥部を含むことが把握されたものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
8. 前記評価対象とする転写パターンにおける、二値化した空間像データと、前記正常部の二値化した空間像データとを比較することにより、前記評価対象とする転写パターンの修正要否を判定することを含むことを特徴とする請求項２から請求項７のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
9. 前記評価対象とする転写パターンにおける二値化した空間像データに基づき、前記転写パターンを被転写体上に転写したときの、前記欠陥部の線幅を算出する線幅算出工程を含むことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
10. 前記算出した線幅が、前記正常部の二値化した空間像データに基づいて得られる線幅に対して、所定レンジを超えて相違している場合に、欠陥修正対象とすることを特徴とする請求項９記載の多階調フォトマスクの評価方法。
11. 前記半透光領域は、前記透明基板上に形成された前記遮光膜に、露光機の解像限界以下の微細パターンが形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
12. 前記半透光領域は、前記透明基板上に、露光光の一部を透過する半透光膜が形成されてなることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
13. 前記空間像を取得する工程は、前記転写パターンが形成された前記フォトマスクに、前記露光条件下における露光光を照射し、前記転写パターンの透過光を撮像手段によって撮像することを含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の多階調フォトマスクの評価方法。
14. 透明基板上に形成された、少なくとも遮光膜がパターニングされていることによって、透光領域、遮光領域、及び半透光領域を含む転写パターンを備えた多階調フォトマスクの製造方法において、前記パターニングを行って前記転写パターンを形成する、パターン形成工程と、形成された前記転写パターンを評価する評価工程を含み、前記評価工程は、請求項１から請求項１３のいずれか記載の評価方法によることを特徴とする多階調フォトマスクの製造方法。
15. 前記評価方法により、被転写体上に転写されたときの前記転写パターンの面内の線幅分布が０．１５μｍ以下となる前記フォトマスクを製造することを特徴とする請求項１４に記載の多階調フォトマスクの製造方法。
16. 請求項１４又は請求項１５記載の多階調フォトマスクの製造方法によるフォトマスクを用い、被転写体上に前記転写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。