KR101100552B1 - 다계조 포토마스크의 검사 방법 - Google Patents

다계조 포토마스크의 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다계조 포토마스크의 검사 방법은, 투명 기판 상에 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 검사 방법으로서, 상기 전사 패턴의 해상 화상을 취득하고, 상기 해상 화상에 처리를 실시함으로써, 상기 전사 패턴에 소정의 노광 조건을 적용하였을 때에 형성되는 공간상을 얻고, 상기 공간상에 의해, 상기 전사 패턴의 실효 투과율 분포를 얻고, 실효 투과율 분포에 기초하여 다계조 포토마스크를 평가하는 것을 특징으로 한다.

Description

다계조 포토마스크의 검사 방법{METHOD FOR INSPECTING MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK}
본 발명은, 포토리소그래피 공정에서 사용되는 다계조의 포토마스크의 검사 방법에 관한 것이다.
종래의 액정 표시 장치 등의 전자 디바이스의 제조는, 일반적으로 다음에 설명하는 공정을 갖는다. 즉, 포토리소그래피 공정을 이용하여, 에칭되는 피가공층 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 소정의 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여 소정의 노광 조건 하에서 노광을 행하여 패턴을 전사하는 공정과, 그 레지스트막을 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성하는 공정과, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 피가공층을 에칭하는 공정 등이 포함되어 있다.
포토마스크에는, 노광광을 차광하는 차광 영역과, 노광광을 투과하는 투광 영역과, 노광광의 일부를 투과하는 반투광 영역을 갖는 다계조 포토마스크가 있다. 이와 같은 차광 영역, 반투광 영역 및 투광 영역을 포함하는 다계조 포토마스크를 이용하여 피가공층인 레지스트막에 원하는 패턴을 전사하는 경우, 다계조 포토마스크의 투광 영역 및 반투광 영역을 통하여 광이 조사된다. 이 때, 반투광 영역을 통하여 조사되는 광량은, 투광 영역을 통하여 조사되는 광량보다도 적다. 이 때문에, 이와 같이 광이 조사된 레지스트막을 현상하면, 조사된 광량에 따라서 레지스트막의 잔막값이 상이하다. 즉, 다계조 포토마스크의 반투광 영역을 통하여 광이 조사된 영역의 레지스트 잔막값은, 포지티브형 포토레지스트이면, 차광 영역에 의해 광이 차광된 영역의 레지스트 잔막값보다도 얇게 된다. 또한, 투광 영역을 통하여 광이 조사된 영역은, 레지스트 잔막값이 0으로 된다. 이와 같이, 다계조 포토마스크를 이용하여 노광ㆍ현상을 행함으로써, 적어도 3개의 두께의 잔막값(잔막값 제로를 포함함)을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
이와 같은 잔막값이 서로 다른 영역을 포함하는 레지스트막을 이용하여, 레지스트막이 형성된 피가공층을 에칭하는 방법에 대하여 이하에 설명한다. 우선, 잔막값 제로의 영역(피가공층이 노출된 영역, 즉 다계조 포토마스크의 투광 영역에 대응하는 영역)을 에칭하고, 그 후, 애싱에 의해 레지스트막을 감막한다. 이에 의해, 상대적으로 두께가 얇은 레지스트막의 영역(다계조 포토마스크의 반투광 영역에 대응하는 영역)이 제거되어, 그 부분의 피가공층이 노출된다. 그리고, 이 노출된 피가공층을 에칭한다. 따라서, 복수의 서로 다른 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 실현하는 다계조 포토마스크는, 사용하는 포토마스크의 매수를 감소시킴으로써, 포토리소그래피 공정을 효율화시키는 것이 가능하게 되므로 대단히 유용하다.
여기서 이용되는 다계조 포토마스크로서는, 반투광 영역이, 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴으로 형성되어 있는 구조의 것 및, 노광광을 일부 투과하는 반투광막에 의해 형성하는 구조의 것이 알려져 있다. 어느 구조의 것이라도, 이 반투광 영역에서의 노광량을 소정량 적게 하여 노광할 수 있어, 피가공층 상에, 레지스트 잔막값이 서로 다른 2개의 전사 패턴을 전사할 수 있다. 이것으로부터, 1매의 그레이톤 마스크를 이용하여 종래의 포토마스크 2매분의 공정이 실시됨으로써, 액정 표시 장치용의 박막 트랜지스터(TFT) 등의 전자 디바이스를 제조할 때에, 필요한 마스크 매수가 삭감된다.
일본 특허 공개 2004-309327(특허 문헌 1)은, 미세 패턴을 갖는 그레이톤 마스크의 검사 방법으로서, 그레이톤부의 화상 데이터를 작성하고, 그것에 기초하여, 그레이톤부에서의 결함이 식별 가능하게 되도록 하는 화상 처리를 실시하여, 결함검사를 행하는 방법을 기재하고 있다.
현재, 반투광막을 이용한 다계조 포토마스크에서의 반투광 영역의 투과율의 설정(막질, 막 두께의 선택)은, 그 포토마스크를 사용하여 박막을 가공하는 프로세스에 기초하여 결정된다. 즉, 마스크 유저는, 노광에 의해, 포토마스크의 전사 패턴을 피가공층 상에 전사하고, 얻어지는 레지스트 패턴의 형상을 예측하고, 얻고자 하는 레지스트 패턴 중의, 소정 부분의 레지스트 잔막값, 및 그 허용 변동 레인지에 기초하여, 포토마스크의 반투광 영역의 투과율을 결정하고 있다. 이것이 포토마스크 제조 시의 관리값으로 된다.
예를 들면, 대부분의 경우, 임의의 파장(예를 들면 g선)에 대하여, 사용하는 반투광막의 투과율을 지정하고, 또한 그 면내 분포로서 소정 범위 내로 관리하는 것이 행하여지고 있다. 그에 의해 결정되는 레지스트 잔막 두께(형상)와 그 분포를 제어하고, 따라서, 적절한 가공 조건을 설정하여, 안정적으로 TFT 등의 원하는 디바이스를 제조할 수 있는 것을 상정하고 있다.
본 발명자는, 상기의 관리 방법에 의한 제품 관리가 반드시 충분한 것은 아니기 때문에, 경우에 따라서는, 포토마스크 유저에 의한 가공 조건의 결정에 큰 곤란을 줄 가능성이 있는 점에 주목하였다. 이것은, 상기 다계조 포토마스크를 실제로 노광할 때, 피가공층 상에 형성되는 레지스트 패턴의 잔막값, 및 그 면내 분포를 결정하는 요소는, 소정 파장에서의 반투광 영역의 막 투과율(설령 막 투과율을 엄격하게 제어할 수 있었다고 하여도)뿐만 아니라, 전사 패턴의 패턴 디자인, 나아가서는 노광 시에 채용하는 광학 조건에 의해 변동하기 때문이다.
예를 들면, 도 4의 (a), (b)에 도시한 바와 같이, 2개의 차광막 A에 인접하여 사이에 끼워진 반투광 영역을 구성하는 반투광막 B의 투과광의 광 강도 분포는, 그 반투광막 B의 선폭이 작아지면, 전체적으로 내려가, 피크가 낮아지는 경향이 있다. 따라서, 전사 패턴의 디자인 여하에 따라서, 반투광 영역의 투과율은 상이하다. 특히, 반투광 영역의 선폭 일정 이상의 경우에는 문제는 작지만, 선폭이 미세하게 됨과 함께, 노광광의 회절의 영향으로, 상기한 투과율 저하 경향이 크다. 예를 들면, 마스크 패턴의 선폭에 대하여, 면내 분포의 허용 범위로서 200㎚ 이내라고 하는 관리값을 이용하는 경우가 많다. 이와 같은 경우에서는，이 마스크 패턴 선폭의 면내 분포가, 상기 반투광막의 투과율 분포와 중첩되면, 형성되는 레지스트 패턴의 잔막값은, 허용 범위를 초과하여 변동될 우려가 있다.
또한, 반투광막의 막 투과율 면내 분포를 소정량(예를 들면 2％) 이하로 관리하여도, 실제의 노광에 의해, 피가공층 상의 레지스트 패턴 형성에 기여하는 광량은, 2％보다 크게 변동하고 있을 가능성이 크다. 전술한 바와 같이, 투과율을 대표 파장(예를 들면 g선)에 의해 표현할 수 있지만, 이것도 경우에 따라서는 불충분하다. 이것은, 반투광 영역의 선폭이 미소하게 되면, 노광광의 회절의 영향을 무시할 수 없는 점은 전술한 바와 같지만, 노광광에는 복수의 파장이 포함되어 있고, 그들 파장마다 회절의 양은 상이하다. 따라서, 복수의 파장이 레지스트 패턴 형성에 기여하고 있는 경우, 선폭의 변화에 의해 변화하는 투과율은 예를 들면 g선 등의 대표 파장에 의해 관리되는 것만으로는, 불충분하다. 따라서, 레지스트 패턴 형성에 관여하는 모든 파장에 관하여 각각에, 선폭과 투과율의 관계를 파악해 둘 필요가 있다. 또한, 노광기의 광원이 변하면, 그에 의해 조사되는 노광광의 분광 특성도 변한다. 이 분광 특성의 변화에 의해, 노광 시에 실제로 생기는 노광량이 변동하기 때문이다. 이것은, 분광 특성의 변화에 의해, 노광광에 포함되는 레지스트 패턴 형성에 기여하는(예를 들면, g선, h선, i선 등의) 각 파장의 광량이 각각 변하게 되고, 결과로서 실제로 생기는 노광량도 변동하게 되기 때문이다. 게다가, 반투광 영역의 선폭이 미소하게 되는 경우, 각 파장에 생기는 회절의 영향의 정도는, 회절을 발생시키는 선폭의 값에 의해 각각 상이하다. 이 때문에, 노광광의 분광 특성의 변화에 의한 투과율의 변화는 선폭에 따라서 상이하다고 하는 문제가 생긴다. 그 경우, 예를 들면, 선폭의 변화가 면내 분포의 허용 범위 내이었다고 하여도, 조사되는 노광광의 분광 특성이 변화되면, 형성되는 레지스트 패턴의 잔막값은 허용 범위를 초과하여 변동할 우려가 있다.
상기의 요인을 고려하면, 다계조 포토마스크에 의해, 원하는 레지스트 패턴을 얻고자 하고, 원하는 레지스트 잔막값을 얻자고 할 때에는, 포토마스크의 반투광 영역에 이용한 반투광막의 투과율에 대하여, 그 포토마스크의 노광 조사나, 전사 패턴의 디자인을 가미하여, 실제로 피가공층 상에 있는 레지스트막이 받는 조사 광량을 정밀도 높게 추정하지 않으면, 불충분하다.
특히, TFT의 디자인은 미세화의 방향에 있다. 예를 들면, 액정 동작 속도를 올리기 위해서, 또한, 액정의 밝기를 증가시키기 위해서, TFT를 형성하는 패턴의 선폭도 작아지는 방향에 있다. 따라서, TFT를 제조하기 위해서 사용되는 포토마스크도 선폭의 미세화가 필요하다. 그 결과, 선폭이 미세하게 되어 감으로써 발생하는, 선폭과 투과율의 관계를 충분히 고려해야만 한다.
상기 특허 문헌 1의 방법에서는, 노광기의 해상 한계 이하의 차광 패턴의 화상에 대하여, 가우시안 분포화하는 「바림 처리」를 실시하고 있다. 그러나, 패턴 화상을 가우시안 분포화하는 것만으로는, 실제의 노광 시에 레지스트막이 받는, 광 강도 분포를 나타내는 것은 아니기 때문에, 포토마스크의 평가에는 불충분하다. 실제의 노광 조건에서는, 노광 광학계나 광원의 조건이나, 패턴의 형상, 나아가서는 반투광 영역에 반투광막을 사용한 경우에는, 그 막 투과율이나, 투과율 면내 분포 등, 많은 요인이, 형성되는 레지스트 패턴의 형상에 영향을 주기 때문이다. 따라서, 그들 많은 요인을 고려하여, 포토마스크의 정밀한 평가를 행할 수 있는 방법이 필요로 되고 있다.
본 발명의 다계조 포토마스크의 검사 방법은, 투명 기판 상에 형성된 전사 패턴으로서, 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 상기 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 검사 방법으로서, 촬상 수단에 의해 상기 전사 패턴의 해상 화상을 취득하는 공정과, 상기 해상 화상에 소정의 처리를 실시함으로써, 상기 전사 패턴에 소정의 노광 조건을 적용하였을 때에 형성되는 공간상을 얻는 공정과, 상기 공간상에 의해, 상기 전사 패턴의 실효 투과율 분포를 얻는 공정과, 상기 실효 투과율 분포에 기초하여, 상기다계조 포토마스크를 평가하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 방법에 의하면, 다계조 포토마스크가 적용되는 노광 장치의 노광 조건을 본뜬 노광 조건을 소프트웨어 시뮬레이션에 의해 재현하고, 그 노광 조건 하에서 다계조 포토마스크의 투과광에 의해 형성되는 전사 패턴의 공간상을 시뮬레이션하므로, 다계조 포토마스크의 평가에 적당한 정확한 화상 데이터에 의해 다계조 포토마스크를 평가할 수 있다. 또한, 평가 시에는, 실효 투과율 분포를 이용하므로, 패턴의 형상이나 노광 조건에 상관없이, 실제로 피가공층에 형성되어야 할 공간상을 시뮤레이션 가능하다.
본 발명의 다계조 포토마스크의 검사 방법에서, 상기 해상 화상에 실시하는 소정의 처리는, 상기 해상 화상에 의해 상기 전사 패턴의 윤곽 데이터를 얻는 제1 처리와, 상기 윤곽 데이터에 대하여, 미리 설정한 노광 조건을 적용하여, 상기 공간상을 얻는 제2 처리를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다계조 포토마스크의 검사 방법에서, 상기 노광 조건은, 상기 노광 장치에서의 투영 광학계의 개구수, 조명 광학계의 개구수의 상기 투영 광학계의 개구수에 대한 비, 및 노광 파장 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다계조 포토마스크의 검사 방법에서, 상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성되어 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 다계조 포토마스크의 검사 방법에서, 상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성되어 이루어지고, 상기 노광 조건은, 상기 반투광막의, 막 투과율을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다계조 포토마스크의 검사 방법에서, 상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 적어도, 차광막으로 이루어지는 노광 해상 한계 이하의 치수를 갖는 미세 패턴을 갖고 이루어질 수 있다.
본 발명의 다계조 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 상에 형성된 전사 패턴으로서, 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 상기 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 전사 패턴을 형성하는, 패턴 형성 공정과, 형성된 상기 전사 패턴을 평가하는, 패턴 검사 공정을 포함하고, 상기 패턴 검사 공정은, 상기 검사 방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이 방법에 의하면, 다계조 포토마스크의 사용 시에 형성하는 공간상을 이용하여 평가된 다계조 포토마스크를 이용하므로, 노광 조건의 결정이 용이하고, 또한 정확하게 피가공층 상에 전사 패턴을 전사할 수 있다.
본 발명에 따르면, 실제의 노광 조건 하에서, 다계조 포토마스크가 형성하는 공간상을 시뮬레이트하고, 그 실효 투과율에 기초하여 마스크를 평가할 수 있다. 이에 의해, 피가공층 상에 형성되는 레지스트 패턴을 예측할 수 있다. 이 때문에, 실제의 노광을 행하지 않아도, 마스크의 양부(성과)를 평가할 수 있어, TFT 등의 생산이 우수한 다계조 포토마스크를 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 다계조 포토마스크의 평가 방법의 처리 스텝을 설명하는 플로우도.
도 2는 실시예에서 전사 패턴의 해상 화상의 취득부터 평가까지의 처리를 행하기 위한 시스템 개념도.
도 3의 (a)는 전사 패턴의 일례를 도시하는 도면, 도 3의 (b)는 실효 투과율과 도 3의 (a)의 전사 패턴의 위치와의 사이의 관계를 도시하는 도면, 도 3의 (c)는 CD와 임계값과의 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 4의 (a)는 반투광 영역 폭을 4㎛로 한 경우의 마스크 패턴 및 투과광의 광 강도 분포를 도시하는 도면, 도 4의 (b)는 반투광 영역 폭을 2㎛로 한 경우의 마스크 패턴 및 투과광의 광 강도 분포를 도시하는 도면.
도 5의 (a)∼(g)는 본 발명의 검사 방법을 도시하는 도면.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명자는, 이미, 피가공층 상에 원하는 레지스트 잔막값을 얻기 위해서는, 다계조 마스크의 반투광 영역에 이용하는, 반투광막 자체의 막 투과율을 제어하는 것만으로는 불충분한 것에 주목하고, 마스크에 형성된 패턴의 형상이나, 노광에 이용하는 광원의 광학 특성 등에 의해, 생기는 광의 회절 현상을 고려해야만 하는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명자는, 반투광막 자체의 막 투과율 Tf 대신에, 마스크를 투과하여, 피가공층 상의 레지스트층에 조사되는 광량을 결정하는 실효적인 광 투과율(실효 투과율) TA를 규정하고, 이 실효 투과율을 제어하는 것을 제안하였다. 실효 투과율 TA는, 실제로 이용하는 노광 조건 하에서, 그 마스크의, 예를 들면 반투광 영역이 노광광을 투과하는 투과율이라고 생각할 수 있다. 또한, 실효 투과율 TA는, 노광 광학계의 해상도에 비해, 충분히 넓은 투광 영역의 투과율을 100％로 하였을 때의 수치로 표현할 수 있다. 이 수치가, 피가공층 상의 레지스트층(포지티브 레지스트의 경우)의, 반투광부에 대응하는 레지스트 잔막의 최소값에 상관한다. 이 부분의 레지스트 잔막의 값은, 차광 영역에 대응하는 레지스트 잔막의 값보다도 작고, 투광부에 대응하는 레지스트 잔막의 값(잔막값 제로)보다도 크다.
실효 투과율 TA는, 막 고유의 투과율 외에 광학 조건이나 패턴 디자인을 고려한 지표이므로, 레지스트 잔막값의 상황을 정확하게 반영한 지표로서, 레지스트 잔막값의 관리를 위한 지표로서 적절한 것이다. 또한, 반투광 영역이, 2개의 차광 영역 사이에 끼워지고 또한 그들에 인접하고 있는(대부분의 TFT용 다계조 포토마스크의 전사 패턴에 포함되는) 경우에서, 반투광 영역의 실효 투과율이 도 4의 (a)나 (b)의 투과광의 광 강도 분포도에 나타내는 바와 같이, 분포를 나타내는 경우에는, 그 반투광 영역 내의 피크값을 갖는 부분의 투과율로 대표시킬 수 있다. 이것은,이 포토마스크를 사용하여, 피가공층 상에 포지티브 레지스트의 레지스트 패턴을 형성하였을 때, 그 반투광 영역에 생기는 레지스트 잔막값의 최소값과 상관을 갖기 때문이다. 이와 같은 실효 투과율 관리에 대해서는, 예를 들면, 박막 트랜지스터의 채널 영역을, 다계조 포토마스크의 반투광 영역으로 형성하고, 그 채널 폭(채널 레인지)이 5㎛ 이하일 때에 특히 유효하다.
또한, 실효 투과율 TA로서, 여기서는, 반투광 영역에서의 투과광의 광 강도 분포 곡선의 최대값(이것이 레지스트 잔막의 보텀에 상당함)에서의 투과율로 대표된다. 즉, 실효 투과율 TA는, 반투광 영역이 2개의 차광 영역 사이에 끼워지고, 또한 그들 차광 영역에 인접하고 있는 경우에, 투과광의 광 강도 분포 곡선은, 조종형의 커브로 되므로, 그 피크에 대응하는 투과율을 말하는 것으로 한다. 이 실효 투과율은, 실제의 노광 조건(광학적 파라미터, 조사광의 분광 특성)과, 현실의 포토마스크 패턴에 의해 정해지는 것이다.
한편, 막 투과율 Tf란, 투명 기판 상에 반투광막을 형성하여 반투광 영역으로 하였을 때, 노광 조건에서의 해상 한계에 대하여 충분히 큰 면적에서의 그 반투광 영역의 투과율을 말한다. 한편, 실제의 투과율은, 패턴의 선폭 등의 영향을 받으므로, 실제의 패턴에서의 반투광 영역의 노광광 투과율은, 실효 투과율 TA에 의해 정의하는 것이 유용하게 된다. 반투광 영역에 반투광막을 형성하지 않고, 차광 패턴에서의 미세한 선폭의 스페이스에 의해 반투광 영역으로서 기능시키는 경우에는, 그 반투광 영역의 그 스페이스의 「막 투과율」은, 투광부와 동일하게, 100％로 된다.
전술한 바와 같이, 다계조 포토마스크의 반투광 영역에 대해서는, 노광ㆍ전사 프로세스에서 문제로 되는지의 여부의 검사(평가)를 용이하게 또한 고정밀도로 행할 필요가 있다.
본 발명에서는, 실제의 다계조 포토마스크의 전사 패턴의 해상 화상을 전자화함으로써 해상 화상 데이터를 얻고, 이 해상 화상 데이터에 대하여 소프트웨어에 의한 포토리소그래피 시뮬레이션에 의해 실제의 노광 장치에서의 노광에 의해 피가공층에 전사되는 패턴과 근사하는 공간상 데이터를 얻는다. 이 소프트웨어에 의한 포토리소그래피 시뮬레이션에서는, 실제의 노광 장치에서의 노광 조건을 본뜬 노광 조건이 설정된다.
노광 조건을 본떴다라고 하는 것은, 노광 파장이 근사한 것, 예를 들면, 노광광이 파장 영역을 갖는 것인 경우에는, 가장 광 강도가 큰 노광 파장이 동일한 것을 말한다. 또는, 예를 들면 i선, h선, g선을 강도비 1 : 1 : 1의 비율로 포함하는 조사광을, 실제의 노광광과 근사하는 것으로서 선택하여도 된다. 또한, 노광 조건을 본떴다라고 하는 것은, 광학계가 근사한 것, 예를 들면, 결상 광학계의 NA(개구수)가 대략 동일, 또는 σ(코히어런스)가 대략 동일한 것을 말한다. 여기서, NA가 대략 동일하다는 것은, 실제의 노광 장치의 NA에 대하여, ±0.005의 범위인 경우가 예시된다. σ가 대략 동일하다라고 하는 것은, 실제의 노광 장치의 σ에 대하여 ±0.005의 범위인 경우가 예시된다. 또한, 결상 광학계뿐만 아니라, 조명 광학계의 NA도 대략 동일한 광학계 조건을 적용한다.
본 발명에서는, 포토리소그래피 시뮬레이션용의 소프트웨어상에서, 이상의 노광 조건을 재현하고, 상기 전사 패턴의 해상 화상 데이터로부터, 다계조 포토마스크를 노광하였을 때에 형성되는 공간상 데이터를 시뮬레이션에 의해 얻는다.
이와 같은 소프트웨어 시뮬레이션에 의해 얻은 공간상 데이터를 이용하여 다계조 포토마스크를 평가한다. 예를 들면, 공간상 데이터에 대하여, 원하는 선폭 패턴을 얻기 위한 실효 투과율의 임계값을 결정하고, 이 임계값으로 공간상 데이터를 2치화하였을 때에, 결함의 유무를 평가할 수 있다. 또는, 소정의 실효 투과율을 결정하였을 때의, 소정 패턴의 선폭을 평가할 수도 있다. 이 점은, 도 3을 참조하여 후술한다.
즉, 본 발명의 골자는, 투명 기판 상에 형성된 전사 패턴으로서, 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 상기 전사 패턴의 해상 화상을 촬상한다. 이에 기초하여, 해상 화상 데이터를 얻을 수 있다. 또한，이 해상 화상을 이용하여 노광 조건 하에서의 전사 패턴의 공간상 데이터를 소프트웨어 시뮬레이션에 의해 취득하고, 상기 공간상 데이터에 기초하여, 그 전사 패턴의 실효 투과율 분포를 얻는다. 이에 의해, 상기 전사 패턴을 평가함으로써, 실제의 노광 조건을 이용하여, 다계조 포토마스크를 사용하였을 때에 형성되는, 피가공층 상의 레지스트 패턴을 정밀하게 예측하고, 다계조 포토마스크를 평가하는 것이다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다계조 포토마스크 평가 방법의 처리 스텝을 설명하는 플로우도이다.
본 발명에 따른 평가 방법의 대상인 다계조 포토마스크로서, 다음과 같은 다계조 포토마스크를 제작한다(도 1의 스텝 S1).
투명 기판 상에 형성된 전사 패턴으로서, 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 상기 전사 패턴을 구비한, 상기 차광 영역, 상기 투광 영역, 상기 반투광 영역을 포함하는 3계조 이상의 포토마스크를 제작한다. 이 다계조 포토마스크에서는, 차광 영역, 투광 영역 이외에 반투광 영역을 가짐으로써, 피가공층 상에 형성되는 레지스트 패턴에, 복수의 막 두께를 갖는 영역을 형성할 수 있다. 차광 영역은 실질적으로 노광광을 차광하고, 투광 영역은 투명 기판과 같은 투명 영역이 노출되어 이루어질 수 있다. 반투광 영역은, 투광 영역보다 투과율이 상대적으로 작은 부분이며, 피가공층 상에 원하는 레지스트 잔막을 형성하는 영역이다. 이 반투광 영역은, 예를 들면, 투명 기판 상에 소정의 막 투과율을 가진 반투광막을 성막하여 형성할 수 있다. 반투광막의 막 투과율은, 투광 영역을 100％로 할 때, 10％∼70％, 보다 유용한 것으로서는 20％∼60％이다. 또한, 투명 기판 상에 형성된 차광막에, 노광기의 해상 한계 이하의 선폭의 패턴을 형성함으로써, 반투광 영역으로 하여도 된다. 또한, 본 발명은, 3개 이상의 레지스트 잔막값(레지스트 잔막값 제로 부분 이외에)을 갖는 레지스트 패턴을 갖는 4계조 이상의 포토마스크에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
본 양태에서는, 반투광 영역이 채널부에 대응하고, 그것을 사이에 두는 형태로 인접하는 차광부가 소스, 드레인에 대응하는, TFT 제조용의 전사 패턴을 예로서 이용하여 설명한다.
투명 기판으로서는, 글래스 기판 등을 들 수 있다. 또한, 노광광을 차광하는 차광막으로서는, 크롬막 등의 금속막, 실리콘막, 금속 산화막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막 등을 들 수 있다. 또한, 그 차광막은 표면에 반사 방지막을 갖는 것이 바람직하고, 그 반사 방지막의 재료로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 불화물 등을 들 수 있다. 노광광을 일부 투과시키는 반투광막으로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 산화 질화 탄화물, 또는, 금속 실리사이드 등을 이용할 수 있다. 특히, 산화 크롬막, 질화 크롬막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막이나, 그 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물 등이 바람직하다.
이 다계조 포토마스크는, 투명 기판 상에, 반투광막과 차광막을 이 순서로 적층하고, 각각을 포토리소그래피에 의해 패터닝함으로써, 원하는 전사 패턴을 갖는 다계조(예를 들면 3계조) 포토마스크를 형성할 수 있다.
또한, 다계조 포토마스크의 전사 패턴으로서는, 투명 기판 상에 차광막을 형성하고, 그 차광막을 노광기 해상도 이하의 미세 패턴으로 패터닝하여 광의 회절 효과에 의해 중간조(반투광 영역)를 내는 전사 패턴이어도 된다.
어느 경우에도, 다계조의 전사 패턴은 공지의 패터닝 프로세스에 의해, 형성할 수 있다.
다음으로, 현미경으로 대표되는 촬상 수단을 이용하여, 상기 다계조 포토마스크의 해상 화상을 취득한다(도 1의 스텝 S2).
도 2는 해상 화상의 취득 수단인 촬상 장치를 포함한 개념도이다. 촬상 장치(31)에 포함된 결합 광학계의 초점을, 스텝 S1에서 제작한 다계조 포토마스크에 맞추어, 원하는 배율의 해상 화상을 촬영하고, 전자화한 전사 패턴의 해상 화상 데이터를 취득한다.
전사 패턴의 해상 화상 데이터는 평가 장치 본체(32)에 입력된다. 평가 장치 본체(32)는, 포토리소그래피 시뮬레이션을 소프트웨어상에서 행하는 소프트웨어 시뮬레이션용의 소프트웨어, 2치화 처리 및 윤곽 추출 처리 등의 화상 처리를 행하는 화상 처리용 소프트웨어가 인스톨된 컴퓨터로 구성된다. 평가 장치 본체(32)에는, 유저가 노광 조건 등의 데이터를 입력하는 입력 장치(33)와, 소프트웨어 시뮬레이션에 의해 얻어진 공간상 데이터 및 평가 결과를 표시하는 표시 장치(34)가 접속된다.
본 발명에서 말하는 해상 화상이란, 후술하는 공간상의 기초로 되는 화상으로서, 상기 전사 패턴에 대하여 본 발명의 검사를 행하는 데에 충분한 해상도로 파악할 수 있는 것을 말한다. 예를 들면, 해상 화상은, 해상 한계 치수가 0.2㎛ 이하이도록 하는 화상이다. 즉, 해상 화상을, 해상 한계 치수가 0.2㎛ 이하로 되도록 하는, 광학 조건 하에서 취득한 화상으로 할 수 있다. 보다 바람직하게는, 해상 화상을, 해상 한계가 0.1㎛ 이하이도록 하는 화상으로 할 수 있다. 따라서, 상기 해상 한계를 충족하도록 하는 광학 조건(파장에 따른 NA, σ 등)을 적절히 결정하여 촬상하면 된다.
촬상 장치(31)에 의해 취득된 해상 화상(도 5의 (a))에 기초하여, 해상 화상 데이터가 생성된다.
다음으로，이 해상 화상 데이터에 처리를 실시하여, 전사 패턴에 소정의 노광 조건을 적용하였을 때에 형성되는 공간상을 얻는다. 구체적으로는，이하의 수순으로 행할 수 있다.
우선, 얻어진 해상 화상 데이터의 윤곽을 추출하는 제1 처리를 행한다(도 5의 (b), 도 5의 (c)). 여기서는, 포토레지스트를 사용한 것으로 한다. 이 경우에, 투광 영역을 획정하는 2치화에 의해 도 5의 (b)의 윤곽 데이터를 얻고 있다. 또한, 반투광 영역과 차광 영역을 나누는 2치화에 의해 도 5의 (c)의 윤곽 데이터를 얻고 있다. 2치화 화상으로부터 추출한 윤곽 데이터를 도 5의 (d), 도 5의 (e)에 도시한다. 이와 같은 윤곽 추출 스텝이 도 1에서의 스텝 S3이다.
제1 처리에서는 또한，이 윤곽 데이터(도 5의 (d), 도 5의 (e))로부터 포토리소그래피 시뮬레이션 소프트웨어에서 취급할 수 있는 데이터 형식으로 변환한다(도 1의 스텝 S4). 포토리소그래피 시뮬레이션 소프트웨어가 마스크 CAD 데이터를 취급할 수 있는 소프트웨어이면, 처리 가능한 데이터 형식으로서 GDS 파일(도 5의 (f)) 등을 들 수 있다.
다음으로, 제2 처리로서, GDS 데이터화한 상기 윤곽 데이터를, 미리 준비한, 포토리소그래피 시뮬레이션 소프트웨어에 의해 처리한다. 이 때, 포토마스크를 현실에 사용할 때의, 적절한 노광 조건을 입력한다(도 1의 스텝 S5). 구체적으로는, 노광 조건은, 상기 다계조 포토마스크를 이용할 때의 NA, σ, 파장을 이용한다. 예를 들면, 도 5의 (a)에 도시하는 전사 패턴(채널 길이 : 5.0㎛, 막 투과율 40％)의 해상 화상을, NA=0.08, σ=0.8, 노광광의 파장별 강도비 g선/h선/i선=1/1/1인 노광 조건 하에서 소프트웨어 시뮬레이션하였을 때의 공간상이 도 5의 (g)에 도시하는 것이다. 또한, 소프트웨어 시뮬레이션이므로 노광 조건은 자유로이 설정 가능하다.
도 5의 (g)에서는, 실효 투과율에 변화가 있는 부분에는, 실효 투과율의 등고선이 나타내어져 있다. 이와 같은 공간상에 의해, 다계조 포토마스크를 평가할 수 있다(도 1의 스텝 S6).
포토마스크를 이용하여 얻어지는, 피가공층 상의 레지스트 패턴의 선폭과 실효 투과율에는, 도 3에 도시한 바와 같은 관계가 있다. 예를 들면, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 전사 패턴, 즉, 2개의 차광막(21) 사이에 반투광막(22)이 형성된 전사 패턴에서, A-B 간의 실효 투과율을 구하면, 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같다. 이 공정에서의 실효 투과율의 임계값이란, 도 3의 (c)에 도시하는 특성 곡선에 대한 임계값(TH1, TH2, TH3)이다. 임계값의 차는 포토마스크에 부여하는 노광량의 차이다.
따라서, 도 5의 (g)와 같은 공간상에서, 원하는 선폭을 결정하면, 그것을 실현하기 위한 실효 투과율이 구해진다. 다음으로, 결함이 존재하는 것을 미리 알고 있는 다계조 포토마스크에 대하여, 도 5의 (g)와 같은 공간상을 얻어, 상기에서 결정한 실효 투과율을 임계값으로 하여 2치화하였을 때, 얻고자 하는 전사 패턴에 대하여, 상기 결함이, 문제로 되는지의 여부(피가공층 상에 전사되게 되는지의 여부)를, 실제의 노광을 행하지 않고, 판단할 수 있다.
또는, 원하는 실효 투과율의 임계값을 결정하면, 그 때의 선폭이 구해진다. 이에 의해, 얻고자 하는 디바이스(TFT 등)의 선폭이 원하는 범위에 있는지의 여부를, 실제의 노광 공정을 거치지 않고 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 검사 방법을 포함하여 다계조 포토마스크를 제조하는 경우, 투명 기판 상에, 적어도 차광막을 형성하고, 상기 차광막의 패터닝을 행하여 전사 패턴을 형성하고, 형성된 전사 패턴을 상기 방법으로 평가한다. 그리고, 이 평가에서, 포토마스크의 성과를 평가하고, 또는 결함의 판정을 행할 수 있다. 결함 수정이 필요하면, 결함 수정하고, 또한 마찬가지의 방법으로 평가를 행하는 것도 가능하다. 이와 같은 평가를 거쳐 얻어진 다계조 포토마스크는, 다계조 포토마스크의 평가에 적당한 실노광 조건 하에서의 공간상에 의해 평가된 것이므로, 실제의 마스크 사용에서 문제가 없는 다계조 포토마스크이다. 특히, 이 평가 방법을 이용함으로써, 피가공층 상에 전사되었을 때의 전사 패턴의 면내의 선폭 분포를 0.15㎛ 이하로 하는 것이 가능한 고품질의 다계조 포토마스크를 제조하는 것이 가능하게 된다. 이 때의 선폭 분포의 값은, 최대 선폭과 최소 선폭의 차의 절대값을 나타낸다.
이와 같이 하여 얻어진 다계조 포토마스크는, 피가공층 상에 전사 패턴을 전사할 수 있다. 이 다계조 포토마스크는, 다계조 포토마스크의 평가에 적당한 정확한 화상 데이터에 의해 평가된 것이므로, 정확하게 피가공층 상에 전사 패턴을 전사할 수 있다.
본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서의 재질, 패턴 구성, 부재의 개수, 사이즈, 처리 수순 등은 일례이며, 본 발명의 효과를 발휘하는 범위 내에서 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다. 그 밖에, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한에서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 투명 기판 상에 형성된 전사 패턴으로서, 적어도 차광막이 패터닝되어 있는 것에 의해, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 상기 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 검사 방법으로서,
    촬상 수단에 의해 상기 전사 패턴의 해상 화상(解像畵像)을 취득하는 공정과,
    상기 해상 화상에 기초해서, 상기 전사 패턴에 소정의 노광 조건을 적용하였을 때에 형성되는 공간상(空間像)을 시뮬레이션에 의해 얻는 공정과,
    상기 공간상에 의해, 상기 전사 패턴의 실효 투과율 분포를 얻는 공정과,
    상기 실효 투과율 분포에 기초하여, 상기 다계조 포토마스크를 평가하는 공정
    을 포함하는 다계조 포토마스크의 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시뮬레이션 공정은, 상기 해상 화상에 의해 상기 전사 패턴의 윤곽 데이터를 얻는 제1 처리와, 상기 윤곽 데이터에 대하여, 미리 설정한 노광 조건을 적용하여, 상기 공간상을 얻는 제2 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 노광 조건은, 노광 장치에서의 투영 광학계의 개구수, 조명 광학계의 개구수의 상기 투영 광학계의 개구수에 대한 비, 노광 파장 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 검사 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성되어 이루어지고, 상기 노광 조건은, 상기 반투광막의 막 투과율을 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 검사 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 적어도, 차광막으로 이루어지는 노광 해상 한계 이하의 치수를 갖는 미세 패턴을 가져 이루어지는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 검사 방법.
  7. 투명 기판 상에 형성된 전사 패턴으로서, 적어도 차광막이 패터닝됨으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 상기 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서,
    상기 전사 패턴을 형성하는, 패턴 형성 공정과,
    형성된 상기 전사 패턴을 평가하는, 패턴 검사 공정을 포함하고,
    상기 패턴 검사 공정은, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 검사 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
  8. 제7항의 제조 방법에 의한 다계조 포토마스크에, i선∼g선의 노광광을 조사하여, 피가공층 상의 레지스트막에 상기 전사 패턴을 전사하는 것을 포함하는 패턴 전사 방법.
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