KR101286374B1 - 투과율 측정 장치, 포토마스크의 투과율 검사 장치, 투과율 검사 방법, 포토마스크 제조 방법, 패턴 전사 방법, 포토마스크 제품 - Google Patents

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Abstract

미세 패턴(예를 들면, 투명 기판 상에 형성된 미세한 반투광막 패턴)의 막 투과율을 정확하게 측정 가능한 투과율 측정 장치를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다. 투명 기판 상에 형성된 반투광막의 미세 패턴 등의 막 투과율의 측정에서, 측정 대상물로 되는 반투광막에, 측정 파장의 광이 가장 작은 스폿 직경(빔 웨이스트)으로 되도록 집광시켜 투과시킨 후, 그 투과광을 모두 적분구에 가두어 디텍터에 의해 검출한다.

Description

투과율 측정 장치, 포토마스크의 투과율 검사 장치, 투과율 검사 방법, 포토마스크 제조 방법, 패턴 전사 방법, 포토마스크 제품{TRANSMITTANCE MEASUREMENT APPARATUS, TRANSMITTANCE INSPECTING APPARATUS OF PHOTOMASK, TRANSMITTANCE INSPECTING METHOD, PHOTOMASK MANUFACTURING METHOD, PATTERN TRANSFER METHOD, AND PHOTOMASK PRODUCT}
본 발명은, 투과율 측정 장치에 관한 것으로, 예를 들면, 투명 기판 상에 형성된 광학막을 가공하여 이루어지는 전사 패턴을 갖는 포토마스크 등의 미세 부분의 광 투과율을 측정하는 투과율 측정 장치에 관한 것이다.
종래, 액정 장치 등의 전자 디바이스의 제조에서는, 포토리소그래피 공정이 이용된다. 즉, 에칭되는 피가공층(이하, 피전사체라고도 함) 상에 형성된 레지스트막에 대하여, 소정의 전사 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여 소정의 노광 조건 하에서 노광을 행하여, 그 전사 패턴을 전사하고, 그 레지스트막을 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피전사체를 에칭한다고 하는 공정이 행해지고 있다.
최근, 액정 표시 장치 등의 전자 디바이스의 제조에서 저코스트화가 요구되고 있어, 제조 공정에서의 마스크수의 삭감이 요구되고 있다. 구체적으로는, 차광부와 투광부와 반투광부를 갖는 다계조 포토마스크(이하, 포토마스크라고도 함)를 이용함으로써, 사용하는 마스크 매수를 저감시키는 방법이 제안되어 있다. 즉, 차광부와 투광부 외에 반투광부를 가짐으로써, 3계조를 갖는 포토마스크를 이용하여, 피전사체 상에 형성된 레지스트막에 노광, 현상함으로써, 부분적으로 노광량을 상이하게 하여, 부분에 따라서 잔막량이 상이한 레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 종래 2매의 마스크를 사용하고 있던 공정이 1매의 마스크로 가능하게 되기 때문에, 마스크 사용 매수를 삭감할 수 있어, 생산 효율이 높아진다. 또한, 4계조 이상의 다계조 포토마스크를 제작하기 위해서, 광 투과율이 상이한 2종류 이상의 반투광막으로 형성된 반투광부를 갖는 마스크도 제안되어 있다(예를 들면, 일본 특개 2009-258250호 공보(특허 문헌 1)). 이와 같은 4계조를 갖는 포토마스크를 이용하면, 종래 3매의 마스크를 사용해 온 공정을 1매의 마스크로 행하는 것도 가능하게 된다. 여기서, 반투광부란, 마스크를 사용하여 패턴을 피전사체에 전사할 때, 투과하는 노광광의 투과량을 소정량 저감시켜, 피전사체 상의 포토레지스트막의 현상 후의 잔막량을 제어하는 부분을 말하고, 그와 같은 반투광부를, 차광부, 투광부와 함께 구비하고 있는 포토마스크를 다계조 포토마스크라고 한다.
액정 표시 장치 제조용의 포토마스크로서는, 예를 들면, TFT(박막 트랜지스터)에서의 소스, 드레인에 대응하는 부분을 차광부로서 형성하고, 그 소스, 드레인의 사이에 인접하여 위치하는 채널부에 상당하는 부분을 반투광부로서 형성한 다계조 포토마스크를 사용할 수 있다. 최근, TFT 채널부 등의 패턴의 미세화에 수반하여, 다계조 포토마스크에서도 점점 더 미세한 패턴이 필요로 되고 있어, TFT 채널부의 패턴에서의 채널 폭에 상당하는 부분, 즉 차광막간의 반투광부의 폭도 미세화 경향이 있다. 이것은, 액정의 밝기 향상이나 반응 속도의 향상에는 유효하지만, 그와 같은 미세한 반투광부를 갖는 포토마스크의 제조는, 용이하지 않다. 예를 들면, 상기 반투광부의 선폭이 7㎛ 이하, 또한, 5㎛ 이하인 전사 패턴도, 정밀하게 전사할 수 있어야만 한다. 이 미세화 경향은 더욱 진행되어, 3㎛ 이하의 선폭이 요구되는 경우도 상정할 수 있다.
또한, 다계조 포토마스크에서의 반투광부의 역할은, 마스크의 투과광량을 제어하여, 소정의 노광량을 피전사체에 공급하는 것이기 때문에, 상기 반투광부의 미세화와 동시에, 반투광부의 광 투과율을 정확하게 측정하여 평가할 필요가 있다. 즉, 반투광부에 형성된 막의 막 투과율(단층인지 적층인지라고 하는 막 구조에 상관없이, 결과로서의 그 막의 광 투과율을 막 투과율이라고 함)을 파악할 필요가 생긴다. 일반적으로, 투명 기판 상에 형성된 반투광부의 막 투과율의 측정 방법으로서는, (1) 분광 광도계를 이용하여 실측하는 방법, (2) 가시광을 광원으로 하는 현미경에 의해 2차원 화상을 취득하고, 화상 내의 소정의 점의 화상 농도에 기초하여 화상 농도와 막의 특성(투과율의 파장 의존성)에 따른 환산식(미리 구해 둠)으로부터 소정의 파장에서의 투과율을 예측하는 방법을 이용할 수 있다고 생각된다.
상기 방법 (1)은, 실제 측정을 행하는 점에서는 신뢰성은 높다고도 할 수 있는 한편, 장치의 제약에 의해, 측정 대상물에서의 스폿 직경이 크기 때문에, 미세한 부분의 측정에 적합하지 않다. 예를 들면, 분광 광도계에 의해 투과율이 측정 가능한 한계 선폭은, 장치의 사양에 따라 1∼5㎜ 정도이다. 따라서, 측정하고자 하는 부분의 선폭이 5㎜ 미만으로 되면, 그 주위의 투과율의 영향을 받아, 측정값의 신뢰성이 떨어진다. 측정하고자 하는 부분의 선폭이 1㎜ 미만으로 되면, 거의 측정 불가능한 상태로 된다. 이 때문에, 선폭이 ㎛오더의 측정 영역(예를 들면, 미세한 반투광부)에 대하여, 신뢰성이 있는 투과율을 측정할 수 없다고 하는 문제가 있다.
상기 방법 (2)는, 작은 측정 영역의 투과율 측정은 가능하지만, 가시광으로 측정한 후에 소정의 파장으로 환산할 필요가 있어, 반투광부에 형성된 막의 분광 특성의 사전 파악이 번잡하고, 또한 막 특성에 따라서는 오차가 생기는 등, 신뢰성이 있는 정확한 투과율을 측정하는 것은 곤란하다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적의 하나는, 미세 패턴(예를 들면, 투명 기판 상에 형성된 반투광막을 패터닝하여 얻어진 반투광부)의 막 투과율을 정확하게 측정 가능한 투과율 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 투과율 측정 장치는, 시험 광속을 사출하는 광원 장치와, 상기 시험 광속을 집광하여 피검체로 유도하는 집광 광학계와, 상기 피검체를 투과한 투과 광속을 수광하고, 광량을 검출하는 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 의해 검출된 광량에 기초하여, 상기 피검체의 광 투과율을 구하는 연산 장치를 갖고, 상기 집광된 시험 광속이, 빔 웨이스트 근방에서 상기 피검체의 피검사 위치에 입사하도록, 상기 광원 장치, 상기 집광 광학계 및 상기 피검체의 상대 위치가 조절되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 투과율 측정 장치에 있어서, 상기 광원 장치가 레이저 광원을 구비하고, 상기 집광 광학계에 구비된 집광 렌즈의 유효 직경을 1로 하였을 때에, 평행광으로서 상기 집광 렌즈에 입사되는 상기 시험 광속의 직경이, 0.4 이상 0.6 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 측정 장치에 있어서, 상기 광 검출 장치는, 내부에 포토디텍터를 구비한 적분구를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 측정 장치에 있어서, 상기 적분구는, 상기 투과 광속이 입광하는 입사 포트를 갖고, 또한, 상기 입사 포트의 포트 직경이, 상기 투과 광속이 입광하는 위치에서의 상기 투과 광속의 직경보다 커지도록, 상기 적분구가 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 측정 장치에 있어서, 상기 집광 광학계는, 제1 콜리메이터 렌즈와 집광 렌즈를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 측정 장치에 있어서, 상기 피검체의 주평면에 평행한 면내에서, 상기 광원 장치, 상기 집광 광학계 및 상기 피검체의 상대 위치를 조정하기 위해서, 상기 광원 장치와 상기 집광 광학계를 이동시키거나, 또는, 상기 피검체를 이동시키기 위한 이동 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 측정 장치에 있어서, 상기 피검체와 상기 광 검출 장치와의 사이에, 상기 투과 광속의 직경을 조정하는 제2 콜리메이터 렌즈를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 측정 장치에 있어서, 상기 집광 광학계는, 상기 시험 광속의 광축과 수직한 면에서의 광 강도 분포가, 중앙부에서, 주변부보다 큰 것으로 하는 광 분포 조정 수단을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크의 투과율 검사 장치는, 투명 기판 상에 형성한 광학막이 패터닝됨으로써 형성된 전사 패턴을 갖는 포토마스크의, 상기 전사 패턴의 특정한 피검사 위치에서의 투과율을 측정하는 투과율 검사 장치로서, 시험 광속을 사출하는 광원 장치와, 상기 시험 광속을 집광하여 포토마스크로 유도하는 집광 광학계와, 상기 포토마스크를 투과한 투과 광속을 수광하고, 광량을 검출하는 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 의해 검출된 광량에 기초하여, 상기 포토마스크의 상기 피검사 위치에서의 광 투과율을 구하는 연산 장치를 갖고, 상기 집광된 시험 광속이, 빔 웨이스트 근방에서 상기 포토마스크의 피검사 위치에 입사하도록, 상기 광원 장치, 상기 집광 광학계 및 상기 포토마스크의 상대 위치가 조절되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포토마스크의 투과율 검사 장치에 있어서, 상기 광원 장치가 레이저 광원을 구비하고, 상기 집광 광학계에 구비된 집광 렌즈의 유효 직경을 1로 하였을 때에, 평행광으로서 상기 집광 렌즈에 입사되는 상기 시험 광속의 직경이, 0.4 이상 0.6 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 검사 방법은, 투명 기판 상에 형성한 광학막이 패터닝됨으로써 형성된 전사 패턴을 갖는 포토마스크의, 상기 전사 패턴의 특정한 피검사 위치에서의 투과율을 측정하는 투과율 검사 방법으로서, 광원 장치로부터 사출되는 시험 광속을 상기 포토마스크의 피검사 위치에 집광하고, 상기 시험 광속의 빔 웨이스트 근방에서 상기 포토마스크를 투과시키고, 투과 후에 확산되는 투과 광속을, 광 검출 장치에 입광시키고, 상기 광 검출 장치가 검출한 광량 L에 기초하여, 상기 피검사 위치에서의 광 투과율 T를 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 투과율 검사 방법에 있어서, 상기 광 검출 장치는, 내부에 포토디텍터를 구비한 적분구를 갖고, 상기 투과 광속은, 상기 적분구 내에서, 반복하여 확산 반사됨으로써 강도가 균일화된 상태에서, 상기 포토디텍터에 의해 광량 검출되는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 검사 방법에 있어서, 상기 전사 패턴은, 노광광을 투과하는 투광부와, 노광광의 일부를 차광하는 반투광부를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 검사 방법에 있어서, 상기 전사 패턴은, 노광광을 실질적으로 차광하는 차광부를 더 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 검사 방법에 있어서, 상기 포토마스크는, 피전사체 상에 형성된 레지스트막에, 상이한 복수의 레지스트 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 형성하기 위한, 다계조 포토마스크인 것이 바람직하다.
본 발명의 투과율 검사 방법에 있어서, 광학막이 형성되어 있지 않은 투명 기판 상의 임의의 부분, 또는 상기 포토마스크의 광학막이 형성되어 있지 않은 부분을, 참조 위치로 하여, 상기 광원으로부터 사출되는 시험 광속을, 상기 참조 위치에 집광하고, 상기 시험 광속의 빔 웨이스트 근방에서 투명 기판 또는 상기 포토마스크의 상기 참조 위치를 투과시키고, 투과 후에 확산되는 투과 광속을, 광 검출 장치에 입광시키고, 상기 광 검출 장치가 검출한 광량 L0과, 상기 광량 L을 이용하여, 상기 포토마스크의 피검사 위치에서의 광 투과율 T를 구하는 것이 바람직하다.
본 발명의 포토마스크 제조 방법은, 투명 기판 상에, 광학막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 상기 광학막에 패터닝을 실시함으로써, 전사 패턴을 형성하고, 상기 전사 패턴의 검사를 행하는 것을 포함하는 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 검사에서 상기의 투과율 검사 방법을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 패턴 전사 방법은, 상기 포토마스크의 제조 방법에 의해 제조한 포토마스크와, 노광 장치를 이용하여, 상기 포토마스크의 전사 패턴을, 피전사체 상에 전사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포토마스크 제품은, 상기 투과율 검사 방법에 의해 얻어진, 상기 포토마스크의 소정의 피검사 위치의 광 투과율 T를, 상기 포토마스크와 대응지은 상태에서 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 미세 패턴 등, 폭이 작은 영역에 대해서도라도, 측정 파장에 대한 광 투과율을 정밀하게 구할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 투과율 측정 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 투과율 측정 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 3은 집광 렌즈에 균일한 강도 분포의 평행광을 입광시키는 경우의 피검체 상의 스폿광을 설명하는 도면.
도 4는 집광 렌즈에 가우스 분포의 광을 입광시키는 경우를 설명하는 단면도.
도 5는 집광 렌즈에 가우스 분포의 광을 입광시키는 경우를 설명하는 도면.
도 6은 측정 대상물을 투과한 투과광을 직접 포토디텍터에 입광시키는, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 투과율 측정 장치를 도시하는 개략 단면도.
도 7은 광 분포 조정 수단의 일례를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과율 측정 장치, 또는 포토마스크의 투과율 검사 장치를 도시하는 개략 사시도.
도 9는 본 발명의 도 8에 도시한 투과율 측정 장치, 또는 포토마스크의 투과율 검사 장치를 도시하는 블록도.
도 10은 본 발명의 투과율 측정 장치에 적용하는 다계조 포토마스크의 일례를 도시하는 단면도.
도 11은 도 10에 도시한 다계조 포토마스크에 의한 전사 공정의 일례를 도시하는 단면도.
도 12는 다계조 포토마스크의 제조 방법의 일례를 도시하는 단면도.
본 발명자는, 시험 광속을 사출하는 광원 장치와, 상기 시험 광속을 집광하여 피검체로 유도하는 집광 광학계와, 상기 피검체를 투과한 투과 광속을 수광하고, 광량을 검출하는 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 의해 검출된 광량에 기초하여, 상기 피검체의 광 투과율을 구하는 연산 장치를 갖는, 투과율 측정 장치로서, 상기 집광된 시험 광속이, 빔 웨이스트 근방에서 상기 피검체의 피검사 위치에 입사하도록, 상기 광학계 및 상기 피검체의 상대 위치가 조절되어 있는 것을 특징으로 하는, 투과율 측정 장치를 이용함으로써, 측정 파장에서의 피검체의 막 투과율 그 자체를 정확하게 측정할 수 있다라는 지견을 얻었다. 이하에, 본 발명의 투과율 측정 장치의 구성예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에 도시한 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 투과율 측정 장치는, 적어도 시험 광속을 출사하는 광원(101)과, 광원(101)으로부터 사출되는 시험 광속을 피검체로 유도하는 집광 광학계(여기서는, 광원(101)으로부터의 사출광을 평행 광속(111)으로 하는 콜리메이터 렌즈(102)와, 콜리메이터 렌즈(102)로부터의 평행 광속(111)을 피검체(120)에 집광하는 집광 렌즈(103)를 구비하고 있음)와, 시험 광속이 피검체(120)를 투과한 후에 확산되는 투과 광속(112)으로 되고, 그 투과 광속(112)을 입광시켜 검출하는 광 검출 장치를 구비하고 있다. 광 검출 장치는, 투과 광속(112)을, 입사 포트(104)로부터 입광시켜 확산 반사에 의해 공간적으로 적분한 후에 포토디텍터(106)로 유도하는 적분구(105)를 갖고 있다. 또한, 피검체(120)를 투과한 투과 광속(112)은 피검체(120)의 후방에서 확산되지만, 입사 포트(104)의 위치에서 투과 광속(112)의 직경보다 입사 포트(104)의 직경이 커지도록 적분구(105)를 배치함으로써, 투과 광속(112)을 모두 적분구(105)에 가둘 수 있는 구성으로 한다. 이하에, 투과율 측정 장치의 구성 요소에 대하여 구체적으로 설명한다.
<광원 장치>
광원 장치는 적어도 광원(101)을 구비한다. 광원(101)은, 피검체(120)에 대하여 소정의 시험 광속을 사출하는 것이면 된다. 피검체(120)가 반투광부를 포함하는 전사 패턴을 갖는 포토마스크인 경우에는, 그 포토마스크를 사용할 때에 이용하는 노광기의 광원에 포함되는 파장을 갖는 광으로 할 수 있다. 예를 들면, 광원(101)으로서, i선, g선, h선을 포함하는 파장 영역의 광, 또는 그 중의 대표 파장을 사출 가능한 수은 램프, 할로겐 램프, 크세논 램프, LED 광원 등을 이용할 수 있다. 또한, 광원(101)으로서 특정한 단일 파장의 광을 사출하는 레이저를 이용해도 된다.
또한, 레이저광은, 빔(광속) 중에서의 광 강도가, 대략 가우스 분포를 가질 수 있다. 즉, 광축에 수직한 평면 상에서, 빔 중앙(광축 근방)의 광 강도가 상대적으로 크고 광축으로부터 멀어짐에 따라서(주변부로 감에 따라서) 감소한다. 한편, 복수 파장을 포함하는 전술한 램프나 LED에서는, 상기 레이저광과 같은 강도 분포는 갖지 않고, 광속 중의 광 강도는 거의 균일하다. 이 경우, 레이저광에 유사한 광 강도 분포를 갖게 하기 위해서, 광속의 광 분포를 조정할 목적의 필터를 구비한 것이어도 된다. 이 점에 대해서는 후술한다.
광원 장치에 이용하는 광원(101)으로서, 수은 램프, 할로겐 램프, 크세논 램프 등을 이용하는 경우에는, 광원(101)으로부터는 복수의 파장이 섞여 있는 광이 사출되기 때문에, 소정의 파장의 광을 선택적으로 투과하는 파장 선택 필터(121)를 설치할 수 있다. 한편, 레이저나 LED와 같이, 광원(101)이 특정한 파장의 광을 사출하는 경우에는, 파장 선택 필터(121)는 설치하지 않는 구성으로 해도 된다. 또는, 단일 파장의 LED나 레이저 광원을 복수 탑재한 광원 장치를 적용하는 것도 유용하다. 이와 같이 서로 다른 단일 파장의 복수의 광원을 절환하여 사용함으로써, 상이한 파장마다의 투과율을 측정할 수 있다. 또한, 이들 LED나 레이저 광원으로부터 사출된 단일 파장의 광은, 광학계에 의한 집광이 쉽고, 광속의 직경을 작게 좁힐 수 있으므로 바람직하다.
이들의, 지향성이 높은 광원을 사용할 때에는, 사출된 광속의 직경(빔 직경)을, 빔 익스팬더(도시 생략) 등의 광학 소자를 사용하여, 소정의 배율로 확대하여 콜리메이터 렌즈(102)에 도입하는 것이 바람직하다. 또한, 광원(101)으로서 레이저 광원을 사용할 때에는, 발진을 단일 모드로 하는 것이 바람직하고, 빔 직경의 형상은 원 또는 타원인 것이 바람직하다.
<집광 광학계>
본 양태에서는, 집광 광학계는, 콜리메이터 렌즈(102)와 집광 렌즈(103)를 구비한다. 콜리메이터 렌즈(102)는, 광원(101)으로부터 사출된 시험 광속을 평행 광속(111)으로 하여, 집광 렌즈(103)로 유도하는 기능을 갖고 있다. 이에 의해, 광원(101)으로부터 사출된 시험 광속을 효율적으로 집광 렌즈(103)로 유도할 수 있다.
콜리메이터 렌즈(102)는, 광원(101)의 조사광(시험 광속)이 평행광으로 되도록 조정하는 것이 바람직하다.
단, 콜리메이터 렌즈(이하, 제1 콜리메이터 렌즈라고도 함)는, 광원(101)의 사출광(시험 광속)을 완전하게 평행광으로 하는 것을 필수로 하지 않는다. 콜리메이터 렌즈(102)는, 광원(101)으로부터 사출되는 시험 광속을 적절한 광속 직경으로 조정하여, 이것이 후술하는 집광 광학계(집광 렌즈(103))의 직경 내(유효 직경 내)에 입사할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
집광 렌즈(103)는, 광을 집광시키는 기능을 갖고 있고, 시험 광속이 피검체(120)의 피검사 위치에 집광되도록 한다. 즉, 시험 광속의 직경이 가장 작은 부분(빔 웨이스트) 근방에서, 피검체(120)의 피검사 위치에 입사하도록 배치한다. 예를 들면, 피검체(120)가 포토마스크이고, 피검사 위치가, 전사 패턴 중의 반투광부일 때, 그 반투광부에 집광된 광속의 초점을 맞춘다. 이와 같이 하면, 시험 광속의 직경이 가장 작은 부분에서 피검사 위치의 측정을 할 수 있으므로, 미세한 패턴의 측정에 유리하다. 또한, 분광 광도계를 이용하여, 미세한 영역의 투과율을 실측하는 종래의 방법에서는, 소정의 피측정 위치의 주변 부분(예를 들면, 차광부나 투광부)의 광 투과율이, 측정 스폿 중에 위치하게 되기 때문에, 측정 정밀도가 저하된다고 하는 문제가 있지만, 본 제1 실시 형태에서 나타내는 투과율 측정 장치는, 시험 광속(집광된 광속)을 피검사 영역(예를 들면, 반투광부)만으로 유도하여, 투과시키는 것이 가능하게 되기 때문에, 반투광막 그 자체의 막 투과율을 정확하게 측정할 수 있다.
여기서, 빔 웨이스트 근방이란, 집광 렌즈(103)에 의해 집광된 광속의 가장 직경이 작은 부분을 빔 웨이스트로 하였을 때, 그 직경에 대하여, 1.1배를 초과하지 않는 직경의 영역을 말한다. 또한, 광속의 직경이란, 광축과 수직 방향의 면에서 광속을 절단하였을 때의 절단면에서, 중심부의 광 강도(즉 최대 광속도)를 100％로 하였을 때에, 광 강도가 13.5％(중심부의 최대 광속도의 1/e2) 이상의 영역의 원의 직경, 또는 타원의 긴 직경으로 할 수 있다.
상기의 관계를 충족시키기 위해서는, 집광 렌즈(103)와 피검체(120)의 광축 방향의 상대 위치의 조정이 중요하지만, 후술하는 이동 장치를 사용하여, 상기한 바와 같이 피검체(120)를 고정한 상태에서 집광 렌즈(103)를 이동시켜도 되고, 반대로, 집광 렌즈(103)에 대하여 피검체(120)를 이동시켜도 된다. 혹은, 양자를 이동시켜도 된다.
집광 렌즈(103)의 개구수 NA는, 집광 스폿 형상과 피검체(120)에의 입사 각도 의존성의 관점에서, 0.25∼0.65(NA=0.25∼0.65)로 하는 것이 바람직하다. 개구수 NA가 지나치게 작으면, 피검사 위치에서, 집광 스폿 형상을 충분히 작게 할 수 없게 된다. 한편 피검체(120)에의 입사 각도가 지나치게 커지면, 피검체(120)에 대하여 비스듬하게(피검체 표면에 대하여 수직 이외의 방향) 입사하는 광선의 비율이 증가하여, 투과율 측정의 신뢰성이 저하되기 때문에, 개구수 NA의 상한을 0.65로 하는 것이 바람직하다.
상기를 고려하여, 집광 렌즈(103)의 개구수 NA는, 측정하는 영역의 면적(포토마스크의 반투광부의 면적), 측정 파장 등에 의해 적절히 설정할 수 있다.
<광 검출 장치>
광 검출 장치는, 적분구(105)를 구비한다. 이 적분구(105)는, 입사 포트(104)로부터 입광하는 광(투과 광속(112))을 구 내벽면에서의 확산 반사에 의해 공간적으로 적분하여 균일하게 하여 포토디텍터(106)에 입사하는 역할을 한다. 도 1에서는, 광원 장치로부터 사출된 시험 광속은, 피검체(120)의 표면에 집광되어 투과한 후, 투과 광속(112)이 입사 포트(104)를 통하여 적분구(105)에 입광하고, 적분구(105) 내부의 확산 반사에 의해 공간적으로 적분된다. 또한, 적분구(105)는, 피검체(120)의 후방에서 확산되는 투과 광속(112)이 모두 입사 포트(104)로부터 적분구(105)에 가두어지도록 배치한다.
예를 들면, 적분구(105)의 내면에는 포토디텍터(106)(또는 파워미터라고도 함)가 구비되어 있다. 이 포토디텍터(106)는, 적분구(105)에 설치된, 입사 포트(104)와는 별도의 개구부에 의해, 설치할 수 있다. 그 포토디텍터(106)에는, 적분구(105)에서 공간적으로 적분되어 균일화(평균화)된 광이 입사하는 구성으로 되어 있다. 즉, 피검체(120)의 피검사 위치(광원 장치로부터의 시험 광속이 집광된 범위)를 통과한 모든 광이 평균화되고, 그 강도에 비례한 광이 포토디텍터(106)에 균일하게 입사하게 되어, 피검체(120)의 피검사 위치에서의 광 투과량을 고정밀도로 측정할 수 있고, 이 광 투과량에 기초하여, 광 투과율을 구하는 것이 가능하게 된다. 포토디텍터는 적분구의 내부에 구비되어 있는 것이 바람직하다. 여기서, 내부란 적분구(105)에서 적분된 광을 그 포토디텍터에 입사시킬 수 있는 위치이고, 예를 들면, 적분구(105)의 내측, 내면을 포함할 수 있다. 단, 기계적인 제약 등에 의해 포토디텍터를 내부에 설치할 수 없는 경우에는, 포토디텍터에 입사되는 광량이 감소하게 되는 등의 단점은 있지만, 적분구(105)에서 적분된 광을 그 포토디텍터에 입사시킬 수 있는 위치의 범위에서, 포토디텍터의 설치 위치를 변경할 수 있다. 예를 들면, 적분구의 외측에 포토디텍터를 설치할 수 있다.
또한, 적분구(105) 내에서 공간적으로 적분하여 충분히 균일화(평균화)하기 위해서, 입사 포트(104)의 직경은 적분구(105)의 직경의 1/4 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기 적분구(105)는, 내벽에 상기 시험 광속에 대한 반사율이 0.8 이상인 소재가 피복되어 있는 것인 것이 바람직하다.
또한, 적분구(105)를 이용하지 않고 투과광(112)을 포토디텍터에 의해 직접 검출하는 것도 가능하다. 즉, 피검체(120)를 투과한 투과 광속(112)을 직접 포토디텍터(123)의 수광부에 입광시키는 방법이다(도 6 참조). 이 경우, 일반적으로, 포토디텍터(123)는, 수광부가 평면이고, 수광부에 대한 입사 각도 의존성이 존재하기 때문에 수광부를 광축에 대하여 수직으로 설치할 필요가 있다. 피검체(120)를 투과한 투과 광속(112)을 직접 포토디텍터(123)에 입광시키는 경우에는, 확산되는 투과 광속(112)의 광축에 대하여 수광부를 수직으로 설치해도, 그 투과 광속 모두를 수직으로 입광시킬 수는 없기 때문에, 측정 오차가 발생할 가능성이 있다. 또한, 포토디텍터(123)의 수광면은, 투과 광속의 직경보다 크지 않으면 안되어, 그 크기에 대해서도 제약이 있기 때문에, 투과광(112)을 모두 포토디텍터(123)에 입광시키는 경우에는, 피검체(120)와 포토디텍터(123) 간의 거리를 매우 짧게 해야만 한다. 한편, 적분구(105)를 이용하는 경우에는, 포토디텍터(106)의 수광면보다 큰 직경을 갖는 입사 포트(104)로부터, 투과 광속(112)을 입광시켜, 적분구(105)에서 공간적으로 적분되어 균일화(평균화)된 광을 포토디텍터(106)에 입사하기 때문에, 투과 광속의 직경이 포토디텍터(106)의 수광면보다 큰 경우라도, 대응한 사이즈의 적분구를 선택함으로써, 상기한 장치상의 제약이 없어져, 우수한 정밀도의 측정이 가능하다.
또한, 막 투과율에 대하여 보다 고정밀도의 측정을 행하는 경우에는, 적분구(105)에의 입사광(투과 광속(112))을 일정한 각도(입체각)로 고정할 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시한 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 투과율 측정 장치와 같이, 피검체(120)와 적분구(105)의 사이에, 투과 광속(112)을 평행광으로 하는 콜리메이터 렌즈(122)(이하, 제2 콜리메이터 렌즈라고도 함)를 설치할 수 있다. 이에 의해, 적분구(105)의 입사 포트(104)에, 투과 광속(112) 모두가 입광하는 것이 용이해지고, 그 입사 각도 일정 범위 내로 되기 때문에, 포토디텍터(106)에서의 측정 정밀도를 보다 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 피검체(120)와 적분구(105)의 사이에 제2 콜리메이터 렌즈(122)를 설치함으로써 투과 광속(112)의 직경을 감소시킬 수 있기 때문에, 입사 포트(104)의 직경을 매우 큰 것으로 하지 않아도 적분구(105)를 피검체(120)로부터 소정의 거리만큼 떨어뜨려 배치시킬 수 있다. 즉, 적분구(105)의 배치를 자유롭게 설정하는 것이 가능하게 되어, 광학 엘리먼트의 설치의 자유도가 향상된다고 하는 효과를 발휘한다.
또한, 여기서 말하는 제2 콜리메이터 렌즈(122)도, 전술한 제1 콜리메이터 렌즈(102)와 마찬가지로, 투과 광속(112)을 완전한 평행광으로 하는 것이 반드시 필요하지는 않다. 광속 직경을 감소시킴으로써, 투과 광속(112)을 적분구(105) 내부에, 확실하게 가둘 수 있는 것이면 된다. 바꾸어 말하면, 제2 콜리메이터 렌즈(122)는, 적분구(105)를 소정의 위치에 배치하기 위한, 광속 직경 조정 수단으로서, 기능할 수 있다.
또한, 도 6의 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 투과율 측정 장치에서도, 피검체(120)를 투과한 투과 광속을 콜리메이터 렌즈로 평행화하여 포토디텍터(123)에 입광시키는 것은 가능하다. 단, 포토디텍터가, 투과 광속(112) 이외의 미광(迷光)(장치 내나 장치 외의 광원에 유래하여, 피검사 위치 이외의 부분으로부터 의도하지 않게 입광하는 광)을 검지할 가능성이 있으므로, 적분구를 이용한 도 1 또는 도 2의 장치가 보다 바람직하다.
<투과율 측정 장치>
상기에서 설명한, 광원 장치, 집광 광학계, 광 검출 장치를 탑재한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과율 측정 장치를, 도 8 및 도 9에 예시한다.
본 양태에서, 광원 장치와 집광 광학계는, 그 광축을 일치시킨 상태에서, 피검체(여기서는 포토마스크)(120)의 소정의 위치에 배치 가능하다. 또한, 광 검출 장치도, 피검체(120)를 투과한 투과 광속(112)이 완전하게 입광시켜지도록, 그 축을 상기 광축과 실질적으로 일치시키고 있다. 이와 같이 하여, 피검체(120)의 소정의 피검사 위치의 광 투과율을 검출 가능하다.
여기서, 광원 장치와 집광 광학계는, 광축을 일치시킨 상태에서 일체로 유지되며(유닛 A), 유닛 A 구동용 레일에 의해 이동 방향이 제어되면서 이동 가능하게 되어 있다. 그리고, 피검체의 주평면과 평행한 면내에서 소정의 위치에 배치할 수 있다. 그 한편, 광 검출 장치(유닛 B)는, 유닛 B 구동용 레일에 의해 이동 방향이 제어되면서, 역시, 피검체(120)의 주평면과 평행한 면내에서 이동할 수 있다. 유닛 A와 유닛 B는, 피검체(120)의 주평면을 양측으로부터 대향하고, 광 투과율 측정 시에는, 양자의 광축이 일치한다. 광 검출 장치측에 콜리메이터 렌즈(122)를 설치하는 경우(도 2 참조)는, 이것도 광축을 일치시켜, 유닛 B의 일부로서 설치할 수 있다.
상기 유닛 A 및 유닛 B는, 피검체(120)의 주평면과 평행한 면내(즉 광축과 수직한 면내)에서, 각각을 소정의 위치로 이동시키기 위한 유닛 A 이동 장치(301), 유닛 B 이동 장치(302)에 각각 접속되고, 이들 이동 장치(301 및 302)는, 제어 장치(300)에 의해 제어된다(도 9 참조).
또한, 피검체(120)와 유닛 A, 유닛 B는, 위치 조절 기구(도시 생략)에 의해, 그 광축 방향의 상대 위치 조정이 가능하다. 즉, 광원 장치로부터 사출된 시험 광속이, 집광 광학계에 의해 피검체(120)로 유도되고, 그 광속이 빔 웨이스트 근방에서 피검체(120)의 피검사 위치에 입사하도록, 상호의 위치가 정밀하게 조절된다. 이 위치 조절 기구는, 유닛 A 이동 장치(301), 유닛 B 이동 장치(302)에 포함시키는 것도 가능하다. 또한, 유닛 A 내에서, 광원 장치와 집광 광학계의 광축 방향에서의 상호 위치, 광원 장치 내에서, 그 구조 부품(광원(101), 제1 콜리메이터 렌즈(102) 등)의 상호 위치도, 필요에 따라서 조정 가능한 것은 물론이다.
광 검출 장치에 의해 검출된 광량은, 연산 장치(303)에 보내어져, 피검체의 광 투과율을 연산하는 것이 가능하다. 연산 장치(303)는 또한, 부수하는 메모리를 이용하여, 광 투과율의 산출에 필요는 파라미터를 미리, 기억하여 보존해 둘 수 있다.
본 발명의 투과율 측정 장치는 또한, 피검체(120)를 유지하는 피검체 홀더를 갖는다. 본 양태의 상기 피검체 홀더는, 1변이 300㎜ 이상의 사각형을 갖는, 포토마스크를 유지 가능하다. 예를 들면, 1변이 300∼1800㎜의 사각형의 포토마스크를 유지 가능한 것이 바람직하다.
또한, 전술한 양태에서는, 피검체(120)를 고정하고, 양 유닛(A,　B)을 가동으로 하고 있지만, 반대이어도 되고, 또한 양자가 가동이어도 된다. 또한, 도 8에 도시한 바와 같이, 피검체 홀더는 피검체(120)를 거의 수평으로 유지해도 되고, 혹은 거의 수직으로 유지해도 된다.
<투과율 측정 방법>
상기 투과율 측정 장치에, 피검체(여기서는, 포토마스크)(120)를 세트하고, 그 포토마스크(120) 상에 형성된 전사 패턴의, 소정의 위치에서의 광 투과율을 측정할 수 있다. 예를 들면, 포토마스크(120)가, 노광광의 일부를 투과하는, 반투광부를 구비한 것일 때, 그 반투광부가 미세한 사이즈이었던 경우에서도, 그 반투광부의 주변에 배치된 패턴(투광부, 차광부 등)에 영향을 받지 않아, 정확한 반투광부의 광 투과율을 측정할 수 있다.
예를 들면, 피검체인 포토마스크(120)를, 본 발명의 장치의 피검체 홀더에 세트한다. 다음으로, 유닛 A와 유닛 B를, 양자의 광축이 일치한 상태에서, 포토마스크(120)의 주평면에 평행한 면내에서 이동시켜, 투과율을 얻고자 하는 반투광부의 위치에 세트한다. 여기서, 피검체인 포토마스크(120)가, 액정 표시 장치용의 대형 마스크인 경우, 그 노광광 파장은, i선∼g선이기 때문에, 그것과 실질적으로 동일한 파장 영역을 갖는 광원을 이용하여, 측정하는 것이 유용하다. 혹은, 마스크 유저가 투과율 측정의 기준으로서 이용하는 대표 파장(예를 들면 i선)을 이용하여 측정하는 것도, 또한 유용하다.
유닛 A와 유닛 B의, 마스크면과 평행한 면내에서의 위치를 획정하고, 또한, 광원 장치로부터 사출되는 시험 광속이 집광 광학계를 거쳐, 그 빔 웨이스트 근방이, 측정하고자 하는 포토마스크(120)의 반투광부에 위치하도록, 유닛 A와 피검체(120)의 상대 위치를 조정한다. 계속해서, 시험 광속이 그 반투광부를 투과한 후의 투과 광속(112)이, 광 검출 장치의 적분구(105)의 입사 포트(104)로부터 확실하게 입광하도록, 광 검출 장치를 위치시킨다. 이때, 적분구(105) 내에 놓여진, 포토디텍터(106)의 출력(투과광량 L)을 연산 장치(303)에 투입한다.
포토마스크(120)의 반투광부에서의 막 투과율 T를 구하고자 할 때에는, 막이 형성되기 전의 투명 기판이 갖는, 참조 투과량 L0을 미리 구해 둘 수 있다. 이것은, 막이 형성되어 있지 않은 투명 기판의 일부분, 또는, 포토마스크의 전사 패턴 중, 막이 형성되어 있지 않은 부분(이들을 「참조 위치」라고도 부름)에 대하여, 상기와 마찬가지의 방법으로 참조 투과광량 L0을 구함으로써 얻어진다. 그리고, 상기한 바와 같이 반투광부의 광 투과량 L을 구하면, 그 반투광부의 광 투과율 T는,
T=L/L0
으로서 구할 수 있다.
<피검체>
본 실시 형태에서 설명하는 투과율 측정 장치의 피검체(120)로서는, 광이 투과하는 것이면 된다. 본 실시 형태에서 설명하는 투과율 측정 장치를 이용하여 투과율의 측정을 행할 수 있는 바람직한 일례로서는, 투명 기판 상에 형성된 광학막을 패터닝하여 얻어진 전사 패턴을 갖는, 포토마스크를 들 수 있다.
광학막이란, 노광광의 적어도 일부를 차광하는(즉, 일부를 투과하는) 막(반투광막이라고 부름)으로 할 수 있다. 이것은, 피전사체 상에 형성된 레지스트막을, 포토마스크를 사용하여 노광함으로써, 소정의 양 감막시켜, 소정의 형상의 레지스트 패턴을 형성할 때에 이용된다.
특히, 다계조 포토마스크에서, 복수의 상이한 잔막량을 갖는 레지스트 패턴을 형성하고, 이것을 이용하여, 소정의 전자 디바이스를 제조하는 것이 가능하여, 매우 유용하다. 예를 들면, 본 발명에 적용되는 포토마스크(120)로서, 액정 표시 장치의 제조에 이용되는 다계조 포토마스크일 수 있고, 투광부, 차광부 외에, 1종류 또는 복수 종류의 노광광 투과율을 갖는, 반투광부를 가질 수 있다.
도 10에 상기 용도의 다계조 포토마스크를 예시한다. 투명 기판(200) 상에 형성된 반투광막(201)과 차광막(202)이 각각 패터닝되어, 소정의 전사 패턴(반투광막 패턴(201p), 차광막 패턴(202p))을 갖는, 3계조의 포토마스크(20)로 되어 있다. 여기서 반투광부(215)는, 미세한 폭을 갖고, 투광부(220), 차광부(210)와 인접하고 있다. 이 때문에, 패터닝이 실시된 후에, 반투광부에 형성된 반투광막의 광 투과율을 정확하게 파악하는 것은 종래 기술에서 곤란하다.
차광막의 형성 전, 반투광막만이 형성된 단계(후술하는 포토마스크 블랭크 형성 과정)에서 광 투과율을 측정하는 것은 가능이지만, 복수의 프로세스를 거쳐 패터닝이 실시된 후, 포토마스크 완성품으로 되었을 때에, 이것이 동일한 투과율을 나타낼지의 여부는 불분명하다. 따라서, 포토마스크로서의, 미세한 반투광부의 투과율 측정이 필요하다.
상기의 다계조 포토마스크에 의한 전사 공정을, 도 11에 도시한다. 즉, 투명 기판(500) 상에 형성된 복수의 박막(501)을 적층한 피전사체(50)에 대하여, 3차원적인 패턴을 형성하고자 할 때에, 적절히 포토마스크를 이용하여, 패턴을 전사한다. 여기서는, 다계조 포토마스크(20)를 이용하여, 피전사체 상에 형성한 포지티브 레지스트층(502)에 대하여, 복수의 상이한 잔막량을 갖는 레지스트 패턴(502p)을 형성하고 있다. 이와 같이 함으로써, 포토마스크 2매분의 패턴 가공을, 포토마스크 1매에 의해 행할 수 있다.
본 발명에 따른, 반투광막의 투과율의 측정으로서는, 상기의 다계조 포토마스크에서의, 전사 패턴 중의, 미세한(예를 들면 폭이 1㎜ 이하. 특히, 2∼500㎛일 때에 본 발명을 적용할 필요성이 높고, 2∼100㎛일 때에, 본 발명에 따른 효과가 특히 현저함) 반투광부의 노광광 투과율을 측정할 수 있다.
예를 들면, 차광부와 인접하는 반투광부의 막 투과율을 측정하고자 할 때, 측정 스폿이 큰, 기존의 분광 광도계를 사용하면, 측정 시야 내에, 피검사 위치에 있는 반투광부만을 배치하는 것이 불가능하여, 정확한 광 투과율이 얻어지지 않는다. 본 발명에 따르면, 측정 시야는, 집광 광학계가 형성하는 빔 웨이스트의 직경으로 할 수 있으므로, 미소한 스폿의 측정이 가능하다.
전술한 바와 같이, 최근 포토마스크의 다계조화나 패턴의 미세화에 의해, 투명 기판 상에 형성된 광학막(여기서는, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막)이, 제조 후의 포토마스크에서 갖고 있는 막 투과율을 정확하게 측정하는 것이 요구되고 있고, 이와 같은 피검체에 대하여 본 실시 형태에서 설명하는 투과율 측정 장치를 이용하는 것은 매우 유효하게 된다.
즉, 제조 후의 포토마스크에서는, 분광 광도계를 이용한 종래의 측정 방법에 의해 측정 가능한 면적보다도 작은 면적의 반투광부가 존재하고, 이 부분의 막 투과율을 정확하게 아는 것이, 포토마스크의 검사나 제품 보증에 있어서, 매우 중요하다.
예를 들면, 이와 같은 포토마스크로서 액정 표시 장치 제조용의 포토마스크로서, 그 사이즈가 1변 300㎜ 이상의 대형 마스크를 들 수 있다.
액정 표시 장치에 이용하는 박막 트랜지스터(TFT) 제조용, 혹은 컬러 필터(CF) 제조용으로서, 투광부, 반투광부, 차광부를 갖는 (3계조의) 다계조 포토마스크일 수 있다. 혹은, 서로 투과율이 다른 2종류 이상의 반투광부를 갖는, 4계조 이상의 다계조 포토마스크로 할 수 있다.
또한, 2계조의 포토마스크라도, 차광부에 소정의 투과율을 갖는 광학막을 이용하는 경우에는, 본 발명의 피검체로서 유용하게 적용할 수 있다.
본 발명에 적용하는 피검체로서, 본 발명의 현저한 효과가 얻어지는, 다계조 포토마스크 및 그 검사 방법, 제조 방법에 대하여 설명한다.
다계조 포토마스크는, 예를 들면, 도 12에 도시한 방법으로 제작할 수 있다. 즉, 우선 투명 기판(200)에, 반투광막(201)과 차광막(202)을 이 순서로 적층하고, 레지스트(203)(여기서는 포지티브 레지스트)를 도포한 포토마스크 블랭크(20b)를 준비한다(도 12의 (a) 참조).
투명 기판(200)은, 예를 들면, 석영(SiO2) 글래스나, SiO2,　Al2O3, B2O3,　RO(R은 알칼리 토류 금속),　R2O(R2는 알칼리 금속) 등을 함유하는 글래스 등으로 이루어지는 평판으로서 구성되어 있다. 투명 기판(200)의 주면(표면 및 이면)은, 연마되어 평탄 또한 평활하게 구성되어 있다. 투명 기판(200)은, 예를 들면 1변이 500㎜∼1800㎜ 정도의 사각형으로 할 수 있다. 투명 기판(200)의 두께는 예를 들면 3㎜∼20㎜ 정도로 할 수 있다.
반투광막(201)은, 예를 들면 크롬(Cr)을 함유하는 재료로 이루어지고, 예를 들면 질화크롬(CrN), 산화크롬(CrO), 산질화크롬(CrON), 불화크롬(CrF) 등의 크롬 화합물로 할 수 있다. 이들 반투광막(201)은, 예를 들면 질산 제2세륨 암모늄((NH4)2Ce(NO3)6) 및 과염소산(HClO4)을 함유하는 순수로 이루어지는 크롬용 에칭 액을 이용하여 에칭 가능하도록 구성되어 있다. 또는, 몰리브덴(Mo) 등의 금속 재료와 실리콘(Si)을 함유하는 재료로 이루어지는 금속 실리사이드 화합물로 할 수 있다. 예를 들면 MoSi, MoSix, MoSiN, MoSiON, MoSiCON 등으로 이루어진다. 이러한 종류의 반투광막(201)은, 불소(F)계의 에칭액(또는 에칭 가스)을 이용하여 에칭 가능하도록 구성되어 있다.
차광막(202)은, 크롬(Cr) 또는 크롬을 주성분으로 하는 크롬 화합물로 할 수 있다. 또한, 차광막(202)의 표면에 소정 조성의 Cr 화합물(CrO, CrC,　CrN 등)을 적층함(도시 생략)으로써, 차광막(202)의 표면에 광 반사 억제 기능을 갖게 할 수 있다. 차광막(202)은, 전술한 크롬용 에칭액을 이용하여 에칭 가능하도록 구성되어 있다.
차광막(202)은 노광광(i선∼g선)을 실질적으로 차광하고, 투광부(220)는 노광광을 대략 100％ 투과시키도록 구성되어 있다. 그리고, 반투광막(201)은, 투명 기판의 투과율을 100％로 하였을 때, 3％ 이상 80％ 이하의 막 투과율을 갖는 것으로 할 수 있다. TFT 제조용의 포토마스크로서, 3계조 이상의 다계조 포토마스크의 반투광부에 이용하는 반투광막으로서는, 5∼60％, 마스크 유저에 의한 피전사체의 가공의 용이성의 점에서는, 20∼60％가 바람직하다. 또한, 대표 파장(예를 들면 i선)을 이용하여, 상기 투과율을 갖는 것을 평가해도 된다.
또한, 2계조(차광부와 투광부)의 포토마스크에서, 차광부에 이용하는 차광막에 일정한 투과율을 갖게 하는 경우, 그 투과율은, 3∼20％가 바람직하고, 보다 바람직하게는, 5∼15％로 할 수 있다.
상기 포토마스크 블랭크에 대하여, 소정의 패턴을 묘화하고, 현상함으로써, 제1 레지스트 패턴(203p)을 얻는다(도 12의 (b) 참조). 이것을 마스크로 하여, 차광막(202)을 에칭함으로써, 차광막 패턴(202p)이 형성된다(도 12의 (c) 참조).
레지스트 패턴(203p)을 박리한 후, 다시 전체면에 레지스트(204)를 도포한다(도 12의 (d) 참조). 그리고, 2번째의 묘화 및 현상에 의해, 제2 레지스트 패턴(204p)을 얻는다(도 12의 (e) 참조). 이것을 마스크로 하여, 반투광막(201)을 에칭함으로써, 반투광막 패턴(201p)이 형성된다(도 12의 (f) 참조). 그리고, 잔류하는 레지스트 패턴(204p)을 박리한다(도 12의 (g) 참조). 이와 같이 하여, 다계조(여기서는 3계조)의 포토마스크가 완성된다.
도 12는 패터닝 프로세스를 모식적으로 도시한 것이며, 실제의 패턴 형상에는, 용도에 따라 다른 다양한 형식이 있다.
본 발명의 제조 방법에서는, 상기 패터닝 후, 투과율의 검사 공정을 설치할 수 있다. 이것은, 마스크 유저가 요구하는 올바른 광 투과율이 얻어져 있는지의 여부를 확인하고, 문제점이 있으면 제조 공정으로 되돌아가고, 문제가 없으면, 제품 보증을 할 수 있다.
또한, 마스크 유저의 희망에 따라서는, 본 발명의 검사 방법에 의해 얻어진 광 투과율의 수치를, 포토마스크와 대응지은 형태로 포토마스크 제품으로서 공급할 수 있다. 즉, 포토마스크 제품의 공급을 받아도, 그 미세 부분의 광 투과율을 정밀하게 측정하는 것은, 통상은 불가능하기 때문에, 포토마스크의 속성인 투과율을, 포토마스크와 일체화하여 부속시키는 것이 의미가 있다. 이 경우, 공급 형식은, 포토마스크와 투과율 데이터를 물리적으로 일체로 해도 되고, 또는, 유통은 개개로 행하지만, 서로를 결부시키는 정보에 의해, 대응지어져 있어도 된다.
포토마스크 유저는, 이 투과율 데이터를 참조하여, 그 포토마스크와, 노광기를 이용하여, 포토마스크가 갖는 전사 패턴을, 피전사체에 전사하여, 소정의 전자 디바이스를 제조할 수 있다. 이 경우, 제조 공정에 적용되는 다양한 조건 파라미터는, 그 투과율 데이터를 기초로 설정될 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 설명하는 투과율 측정 장치에서, 측정 정밀도를 보다 향상시키기 위해서는, 광원 장치로부터 사출되는 시험 광속의 강도 분포 등을 적절히 제어하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 도 1에 도시한 투과율 측정 장치에서, 콜리메이터 렌즈(102)로부터 집광 렌즈(103)에 입광하는 평행 광속(111)의 강도 분포를, 중앙부가 주변부와 비교하여 상대적으로 밝은 분포로 하기 위한, 광 분포 강도 조정 수단을 도입할 수 있다. 분포의 형태의 일례로서는, 예를 들면 가우스 분포를 들 수 있다.
일반적으로, 균일한 강도 분포의 평행 광속(111)을 집광 렌즈(103)에 입광시켜, 피검체(120)에 집광시킨 경우, 집광된 광의 피크의 외주에 사이드 로브가 발생하는 것이 발명자들에 의해 확인되었다(도 3의 (A),(B) 참조). 미세한 부분의 투과율을 정확하게 측정하기 위해서는 측정광을 측정 대상 부분에 집광시킬 필요가 있지만, 사이드 로브가 발생함으로써 집광한 스폿의 외측에도 일부의 광이 나오게 되어, 미세 패턴의 사이즈나 주변 패턴의 위치(예를 들면, 슬릿폭)에 따라서는 사이드 로브가 피검체(120)의 피검사 위치 이외의 위치에 입사되게 되고, 그 비어져 나온 광 때문에, 측정 정밀도가 저하될 우려가 있다.
그 때문에, 집광 광학계에 입광하는 평행 광속(111) 내의 강도 분포를 균일하게 하지 않고, 중앙부(광축 근방)를 주변부에 비해 상대적으로 밝은 분포로 하는 것이 바람직하다(도 4 참조). 이에 의해, 사이드 로브의 발생을 억제하여, 측정 영역의 투과율을 높은 정밀도로 측정하는 것이 가능하게 된다.
평행 광속(111) 내의 광 강도 분포의 종류는, 중앙(광축 근방)에 비해, 주변방향을 향하여 강도가 단조 감소하는 것이면 특별히 제약은 없다. 예를 들면, 가우스 분포로 하는 것이 가능하다. 광원이 레이저인 경우에는, 거의 가우스 분포가 얻어진다. 그 밖의 광원의 경우에는, 광 분포를 조정하는 수단을 도입하여 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 5에, 시험 광속 광 강도 분포를 변화시킨 경우에, 사이드 로브에 의해 미세 패턴으로부터 비어져 나오는 스폿광의 비율에 대하여 검증한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 분포 형상은 가우스 분포로 하였다.
구체적으로는, 콜리메이터 렌즈(102)로부터의 평행 광속(111)의 가우스 분포를 변화시켜 집광 렌즈(103)에 입광시켜, 피검체(120)의 패턴 선폭에 따라서 스폿광이 비어져 나오는 비율을 측정하였다. 집광 렌즈(103)로서는, 개구수 NA가 0.4와 0.65인 렌즈를 이용하고, 평가 파장은 405㎚의 광으로 하였다.
도 5의 (A)는 개구수 NA가 0.4인 집광 렌즈(103)를 이용한 경우에, 집광 렌즈(103)에 입사시키는 평행 광속(111)의 가우스 분포를 도시하고 있고, 종축이 강도를 나타내고, 횡축이 집광 렌즈(103)에 입사하는 빔 단면(가우스 분포폭 1/e2)을 나타내고 있다.
전술한 바와 같이, 가우스 분포의 빔 직경은, 광축에 대하여 직교하는 면에서 측정된 피크값의 1/e2(약 13.5％)의 강도로 되는 폭으로서 정의할 수 있다. 이 폭(도 5의 (B)에 도시한 「가우스 분포의 개구수 NA」, NAg라고도 함)이, 집광 렌즈의 개구수 NA(NAc라고도 함)에 대하여,
0.4≤NAg/NAc≤0.6
인 것이 바람직하다.
예를 들면, 집광 렌즈의 개구수 NA에 기초하여, 상기 수식의 범위로부터 가우스 분포의 개구수 NA비를 구하고, 사용되는 집광 렌즈의 유효 직경(동공 직경)과의 비에 의해, 본 발명에 바람직하게 사용할 수 있는 가우스 분포폭을 구할 수 있다. 예를 들면 유효 직경을 1로 하였을 때에, 광속의 직경(빔 단면)은 0.4 이상 0.6 이하의 범위로 할 수 있다.
예를 들면, 개구수 NA 0.4의 집광 렌즈를 이용하였을 때, 평행 광속(111)의 가우스 분포의 개구수 NA가 0.4이면, 6㎛ 폭의 패턴에 대해서는, 비어져 나온 광이 작지만(0.61％), 2㎛ 폭의 패턴에 대해서는, 비어져 나온 광이 2.18％에 달하게 된다(도 5의 (B)). 한편, 동일한 집광 렌즈를 이용해도, 평행 광속(111)의 가우스 분포의 개구수 NA가 0.2(NAg/NAc=0.5)이면, 6㎛폭의 패턴에 대해서는 0.0％, 2㎛ 폭 패턴에서도 0.42％로 되어, 측정 정밀도가 향상된다.
또한, 피검사 위치(예를 들면 반투광부)의 폭 내에, 시험 광속 전체의 광 강도의 99.7％ 이상이 들어가 있는 상태(비어져 나온 광 0.3％ 이하)로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 99.9％ 이상(비어져 나온 광 0.1％ 이하)이다. 광속 직경 중의 광 강도 분포의 조정은, 광 강도 분포 제어 수단(예를 들면, 아포다이제이션 필터(도 7))의 이용이나, 집광 렌즈의 개구수 NA의 선택, 그들의 조합에 의해 행할 수 있다.
이상에 의해, 본원 발명에 의해, CCD나 CMOS 등의 2차원 센서를 이용하여 화상을 취득하는 종래의 방법이 갖고 있던, 측정 영역으로부터 취득한 신호 강도가, 그 측정 영역에 인접한 영역에서 취득한 신호 강도의 변화에 영향을 주어 변동을 발생시킨다고 하는 문제도 발생하지 않아, 그 측정 영역의 정확한 투과율을 얻을 수 있게 되었다.
이와 같이, 본원 발명은, 미세한 패턴의 투과율을 측정할 때에, 그 패턴의 주변에 존재하는 패턴의 투과율의 영향이나, 그 패턴 주변에 있는 패턴에 의한 검사 광속의 회절이 생기는 일이 없어, 미세 패턴의 투과율 측정을 행하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 본 발명에서의, 미세한 패턴이란 0.5㎛ 이상 7㎛ 이하의 선폭을 갖는 반투광부의 투과율 측정에 유효하다. 또한 0.5㎛ 이상 5㎛ 이하의 선폭, 더 나아가서는 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하의 선폭의 투과율 측정에 유효하다. 또한, 본원 발명에 의해, 종래는 불가능하였던, 포토마스크의 미세한 반투광부나, 전술한 투과율을 갖게 한 차광부의 미세 패턴의 막 투과율에 관한 품질 보증이 가능하게 되었다. 또한, 주변의 조건에 영향을 받지 않고, 막 고유의 특성으로서의 막 투과율을 정확하게 평가 가능한 본원 발명은, 보다 미세화가 요구되고 있는 포토마스크의 개발에서도 유효하게 된다.
또한, 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 한에 있어서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
101 : 광원
102 : 콜리메이터 렌즈
103 : 집광 렌즈
104 : 입사 포트
105 : 적분구
106 : 포토디텍터
111 : 평행 광속
112 : 투과 광속
120 : 피검체
121 : 파장 선택 필터
122 : 콜리메이터 렌즈
123 : 포토디텍터

Claims (19)

  1. 시험 광속을 사출하는 광원 장치와, 상기 시험 광속을 집광하여 피검체로 유도하는 집광 광학계와, 상기 피검체를 투과한 투과 광속을 수광하고, 광량을 검출하는 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 의해 검출된 광량에 기초하여, 상기 피검체의 광 투과율을 구하는 연산 장치를 갖는 투과율 측정 장치로서,
    상기 집광된 시험 광속이, 빔 웨이스트 근방에서 상기 피검체의 피검사 위치에 입사하도록, 상기 광원 장치, 상기 집광 광학계 및 상기 피검체의 상대 위치가 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광원 장치가 레이저 광원을 구비하고,
    상기 집광 광학계에 구비된 집광 렌즈의 유효 직경을 1로 하였을 때에, 상기 집광 렌즈에 입사되는 상기 시험 광속의 직경이, 0.4 이상 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는, 내부에 포토디텍터를 구비한 적분구를 갖는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적분구는, 상기 투과 광속이 입광하는 입사 포트를 갖고, 또한, 상기 입사 포트의 포트 직경이, 상기 투과 광속이 입광하는 위치에서의 상기 투과 광속의 직경보다 커지도록, 상기 적분구가 배치되는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집광 광학계는, 제1 콜리메이터 렌즈와 집광 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피검체의 주평면에 평행한 면내에서, 상기 광원 장치, 상기 집광 광학계 및 상기 피검체의 상대 위치를 조정하기 위해서, 상기 광원 장치와 상기 집광 광학계를 이동시키거나, 또는, 상기 피검체를 이동시키기 위한, 이동 장치를 구비한 투과율 측정 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 피검체와 상기 광 검출 장치와의 사이에, 상기 투과 광속의 직경을 조정하는 제2 콜리메이터 렌즈를 갖는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 집광 광학계는, 상기 시험 광속의 광축과 수직한 면에서의 광 강도 분포가, 중앙부에서, 주변부보다 큰 것으로 하는 광 분포 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 투과율 측정 장치.
  9. 투명 기판 상에 형성한 광학막이 패터닝됨으로써 형성된 전사 패턴을 갖는 포토마스크의, 상기 전사 패턴의 특정한 피검사 위치에서의 투과율을 측정하는 투과율 검사 장치로서,
    시험 광속을 사출하는 광원 장치와, 상기 시험 광속을 집광하여 포토마스크로 유도하는 집광 광학계와, 상기 포토마스크를 투과한 투과 광속을 수광하여, 광량을 검출하는 광 검출 장치와, 상기 광 검출 장치에 의해 검출된 광량에 기초하여, 상기 포토마스크의 상기 피검사 위치에서의 광 투과율을 구하는 연산 장치를 갖고,
    상기 집광된 시험 광속이, 빔 웨이스트 근방에서 상기 포토마스크의 피검사 위치에 입사하도록, 상기 광원 장치, 상기 집광 광학계 및 상기 포토마스크의 상대 위치가 조절되어 있는 것을 특징으로 하는 포토마스크의 투과율 검사 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광원 장치가 레이저 광원을 구비하고,
    상기 집광 광학계에 구비된 집광 렌즈의 유효 직경을 1로 하였을 때에, 상기 집광 렌즈에 입사되는 상기 시험 광속의 직경이, 0.4 이상 0.6 이하인 것을 특징으로 하는 투과율 검사 장치.
  11. 투명 기판 상에 형성한 광학막이 패터닝됨으로써 형성된 전사 패턴을 갖는 포토마스크의, 상기 전사 패턴의 특정한 피검사 위치에서의 투과율을 측정하는 투과율 검사 방법으로서,
    광원 장치로부터 사출되는 시험 광속을 상기 포토마스크의 피검사 위치에 집광하고, 상기 시험 광속의 빔 웨이스트 근방에서 상기 포토마스크를 투과시키고,
    투과 후에 확산되는 투과 광속을, 광 검출 장치에 입광시키고,
    상기 광 검출 장치가 검출한 광량 L에 기초하여, 상기 피검사 위치에서의 광 투과율 T를 구하는 것을 특징으로 하는 투과율 검사 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광 검출 장치는, 내부에 포토디텍터를 구비한 적분구를 갖고, 상기 투과 광속은, 상기 적분구 내에서, 반복하여 확산 반사됨으로써 강도가 균일화된 상태에서, 상기 포토디텍터에 의해 광량 검출되는 것을 특징으로 하는 투과율 검사 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 전사 패턴은, 노광광을 투과하는 투광부와, 노광광의 일부를 차광하는 반투광부를 갖는 것을 특징으로 하는 투과율 검사 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전사 패턴은, 노광광을 실질적으로 차광하는 차광부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 투과율 검사 방법.
  15. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 포토마스크는, 피전사체 상에 형성된 레지스트막에, 상이한 복수의 레지스트 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 형성하기 위한, 다계조 포토마스크인 것을 특징으로 하는 투과율 검사 방법.
  16. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 광학막이 형성되어 있지 않은 투명 기판 상의 임의의 부분, 또는 상기 포토마스크의 광학막이 형성되어 있지 않은 부분을, 참조 위치로 하여,
    상기 광원으로부터 사출되는 시험 광속을, 상기 참조 위치에 집광하고, 상기 시험 광속의 빔 웨이스트 근방에서 투명 기판 또는 상기 포토마스크의 상기 참조 위치를 투과시키고,
    투과 후에 확산되는 투과 광속을, 상기 광 검출 장치에 입광시키고,
    상기 광 검출 장치가 검출한 광량 L0과, 제11항 또는 제12항에 의해 얻어진 광량 L을 이용하여, 상기 포토마스크의 피검사 위치에서의 광 투과율 T를 구하는 것을 특징으로 하는 투과율 검사 방법.
  17. 투명 기판 상에, 광학막이 형성된 포토마스크 블랭크를 준비하고, 상기 광학막에 패터닝을 실시함으로써, 전사 패턴을 형성하고, 상기 전사 패턴의 검사를 행하는 것을 포함하는 포토마스크의 제조 방법으로서,
    상기 검사에서, 제11항 또는 제12항에 기재된 투과율 검사 방법을 이용하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제조 방법.
  18. 제17항에 기재된 제조 방법에 의해 제조한 포토마스크와, 노광 장치를 이용하여, 상기 포토마스크의 전사 패턴을, 피전사체 상에 전사하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법.
  19. 포토마스크와, 제11항 또는 제12항의 투과율 검사 방법에 의해 얻어진, 상기 포토마스크의 원하는 피검사 위치의 광 투과율 T를, 대응지은 상태로 포함하는 것을 특징으로 하는 포토마스크 제품.
KR1020110075667A 2010-07-30 2011-07-29 투과율 측정 장치, 포토마스크의 투과율 검사 장치, 투과율 검사 방법, 포토마스크 제조 방법, 패턴 전사 방법, 포토마스크 제품 KR101286374B1 (ko)

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