KR101319730B1 - 포토마스크의 제조 방법, 묘화 장치, 포토마스크의 검사 방법 및 포토마스크의 검사 장치 - Google Patents

포토마스크의 제조 방법, 묘화 장치, 포토마스크의 검사 방법 및 포토마스크의 검사 장치 Download PDF

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Abstract

LSI나 TFT-LCD 등의 제조에서, TFT 등의 전자 디바이스의 패턴을 보다 정밀도 좋게 제조할 수 있는 포토마스크의 제조 방법을 제공하기 위해서, 묘화기의 스테이지(10) 위에 배치된 경우의 포토마스크 블랭크(13)의 표면 형상의 변형을 높이 측정 수단(12)에 의해 측정하고, 묘화 데이터 작성 수단(15)에 의해, 그 표면 형상의 변형 요인 중에서 포토마스크가 노광 장치에서 사용될 때에는 없어지는 변형 요인에 기인하는 묘화의 어긋남에 대하여, 설계 묘화 데이터를 보정하여 소정의 묘화 데이터를 얻는다.
<색인어>
포토마스크 블랭크, 묘화 데이터, 변형 용인, 설계 묘화 데이터

Description

포토마스크의 제조 방법, 묘화 장치, 포토마스크의 검사 방법 및 포토마스크의 검사 장치{METHOD OF MANUFACTURING PHOTOMASK, LITHOGRAPHY APPARATUS, METHOD AND APPARATUS FOR INSPECTING PHOTOMASK}
본 발명은, LSI나 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하, LCD라고 부름) 등의 제조에 사용되는 포토마스크의 제조 방법, 묘화 장치, 포토마스크의 검사 방법 및 포토마스크의 검사 장치에 관한 것이다.
박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display : 이하, TFT-LCD라고 부름)는, CRT(음극선관)와 비교하여, 박형으로 하기 쉽고 소비 전력이 낮다고 하는 이점으로부터, 현재 상품화되어, 대형화가 급속하게 진행되고 있다. TFT-LCD는, 매트릭스 형상으로 배열된 각 화소에 TFT가 배열된 구조의 TFT 기판과, 각 화소에 대응하여, 레드, 그린, 및 블루의 화소 패턴이 배열된 컬러 필터가 액정층의 개재 하에 서로 겹쳐진 개략 구조를 갖는다.
TFT-LCD의 제조에서는，LSI의 제조와 마찬가지로, 투영 노광 기술에 의한 리소그래피 공정이 필수이다. 이 투영 노광을 행할 때에 마스크로서 이용되는 포토마스크는, 투명 기판 위에 박막을 형성하고, 패터닝을 거쳐, 투광부와 차광부를 포함하는 노광용 전사 패턴을 형성한 것이다(또한 반투광부를 포함하는 경우도 있다). 이 전사 패턴은, 설계된 소정의 좌표에 대하여 개개의 패턴이 정확하게 소정의 위치 관계로 되어 있을 필요가 있다. 이 위치 관계의 정확성은 패턴의 보다 미세화, 고해상도화에 비례하여 보다 고도의 정확성이 요구된다.
이 전사 패턴은, 통상적으로, 투광성 기판의 표면에 차광막, 및/또는 반투광막(이하, 간단히 박막이라고도 함)이 형성된 포토마스크 블랭크에 레지스트막을 형성하여, 레지스트막을 갖는 포토마스크 블랭크로 되고, 이 레지스트막에 레이저나 전자선 등의 에너지 빔으로 전사 패턴을 묘화한 후, 현상 후의 레지스트 패턴을 이용하여 에칭에 의해 형성된다. 이 묘화 공정에서는, 레지스트막을 갖는 포토마스크 블랭크를 스테이지에 유지하고, 묘화할 패턴을 설계 묘화 데이터로서 컴퓨터에 저장하고, 이 설계 묘화 데이터에 기초하여 묘화광 조사 위치 및/또는 스테이지의 위치를 제어하여 묘화를 행한다.
여기서, 이 묘화에 의해 노광하고, 레지스트의 현상, 박막의 에칭에 의해 포토마스크에 실제로 형성한 전사 패턴과, 마스크 유저가 지정한, 설계 묘화 데이터로 나타내어지는 전사 패턴이 정확하게 일치하고 있을 필요가 있다고 생각되고 있다. 그리고, 이 마스크를 이용하여 피전사체(액정 패널 등의 디바이스) 위에 전사한 패턴이, 마스크 유저가 요구하는 사양을 만족시키는 것이 필요하다. 이 조건이 만족되지 않는 포토마스크를 이용하여 패턴 전사를 행한 경우, 대량의 불량 디바이스를 만들게 된다.
예를 들면, 일본 특개평 7-273160호 공보(특허 문헌 1)에는, 제조된 포토마스크에 대하여, 실제로 형성된 전사 패턴과, 설계 묘화 데이터로 나타내어지는 전사 패턴이 소정 이상의 정밀도로 일치하고 있는지의 여부를 조사하여, 포토마스크 패턴의 평가를 하는 방법에 대하여 기재되어 있다.
또한, 일본 특표 2007-512551호 공보(특허 문헌 2)에는, 노광 장치에서 사용하는 표면에 패턴을 기입하는 방법으로서, 두께 T의 포토마스크 블랭크를 묘화기(묘화 장치)의 스테이지 위에 배치하고, 표면을 다수의 측정 포인트로 분할하고, 각 측정 포인트에서 표면의 구배를 측정하고, 각 포인트의 X-Y 평면에서의 2차원 국부 오프셋 d를 계산하고, 이 2차원 국부 오프셋 d를 사용하여, 패턴을 수정하는 방법이 기재되어 있다.
그런데, 특허 문헌 1에 의해, 패턴의 평가를 적확하게 행할 수 있도록은 되었지만, 포토마스크에 형성된 전사 패턴이 노광에 의해 피전사체에 전사되었을 때에, 그 좌표 정밀도 그 자체를 높게 할 수는 없다.
또한 특허 문헌 2에서는, 노광 시스템 등에서, 패턴을 기입할 때에 생기는 모든 물리적 변형과 무관하게 오브젝트에 패턴을 기입하는 방법으로 하고 있지만, 묘화 공정이나 노광 공정 등의 서로 다른 공정에서의, 오브젝트의 물리적 변형의 요인의 상위를 고려, 구별하고 있지 않기 때문에, 특허 문헌 2에서의 방법으로, 설계 묘화 데이터 대하여 충분한 정밀도의 패턴을 갖는 포토마스크를 형성하는 것은 곤란하다.
여기서, 「설계 묘화 데이터」란, 얻고자 하는 디바이스의 패턴 형상을 반영한 설계상의 패턴 데이터를 말한다.
본 발명은, LSI나 LCD 등 전자 디바이스의 제조에서, TFT 등의 디바이스 패턴을 보다 정밀도 좋게 제조할 수 있는 포토마스크의 제조 방법, 검사 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
통상적으로, 묘화기에 재치한 상태의 포토마스크 블랭크 막면은, 이상적인 평면 형상이 아니라, 다양한 요인에 의해 변형되어 있다. 또한, 포토마스크 블랭크를 묘화기에 배치하였을 때의 변형 요인과, 완성된 포토마스크를 노광할 때의 변형 요인은 동일하지는 않다. 즉, 상기한 바와 같이 이상적인 평면으로부터 변형된 막면에 묘화를 행하여, 형성된 마스크 패턴면이 노광 시에 묘화 시와는 상이한 형상으로 되면, 설계 묘화 데이터에 의해 정해진 원하는 패턴이, 정확하게 피전사체 위에 전사되지 않는 경우가 생긴다.
본 발명자들은, 묘화기의 스테이지 위에 배치된 경우의 포토마스크 블랭크의 표면 형상의 변형 요인을 상세하게 분석하고, 그 변형 요인 중에서 포토마스크가 노광 장치에서 사용될 때에 잔존하는 변형 요인과 잔존하지 않는 변형 요인을 명백하게 하였다. 그리고, 노광 시에는 소실되는 요인에 기인하는 좌표 어긋남에 대해서만, 설계 묘화 데이터를 보정하여 묘화 데이터를 얻는 것을 생각하였다.
포토레지스트를 갖는 포토마스크 블랭크에 묘화기에 의해 패턴을 묘화할 때에는, 포토마스크 블랭크는, 묘화기의 스테이지 위에 막면이 상향으로 배치된다. 그 때에, 포토마스크 블랭크의 막면의 표면 형상의, 이상적인 플랫면으로부터의 변형의 요인으로 되는 것은, (1) 스테이지의 불충분한 플랫니스, (2) 스테이지 위의 이물 끼워 넣기에 의한 기판의 휘어짐, (3) 포토마스크 블랭크의 기판의 표면의 요철, (4) 그 기판의 이면의 요철에 기인하는 변형의 4개가 있다고 생각된다. 즉, 이 상태에서의 포토마스크 블랭크의 표면 형상의 변형은, 상기 4개의 요인의 겹침에 의한 것이다. 그리고, 이 상태의 포토마스크 블랭크에 묘화가 행하여진다.
한편, 포토마스크가 노광 장치에서 사용될 때는, 막면을 하향으로 하여 단부만을 지지함으로써 고정된다. 레지스트막을 형성한 피전사체를 포토마스크의 아래에 배치하고, 포토마스크 위로부터 노광광을 조사한다. 이 상태에서는, 상기 4개의 변형 요인 중，(1) 스테이지의 불충분한 플랫니스, 및 (2) 스테이지 위의 이물 끼워 넣기에 의한 기판의 휘어짐은 소실된다. 또한，(4) 기판의 이면의 요철은, 이 상태에서도 남지만, 패턴이 형성되어 있지 않은 이면의 표면 형상은, 표면(패턴 형성면)의 전사에는 영향을 주지 않는다. 한편，(3) 포토마스크 블랭크의 기판의 표면의 요철은, 포토마스크가 노광 장치에서 사용될 때에도 잔존하는 변형 요인이다. 또한, 포토마스크를 노광기에 세트할 때에는, 단부를 지지할 때에, 마스크 중량에 의한 휘어짐이 생기지만, 이 휘어짐 성분에 대해서는, 각 노광기에 탑재된 보상 방법에 의해, 일반적으로는 전사성에 악영향을 미치지 않는다고 생각할 수 있다.
따라서, 상기 예에서는, 막면을 상향으로 하여 묘화기의 스테이지 위에 배치된 상태에서의 포토마스크 블랭크의 상면측의 표면 형상을 측정하고, 그 표면 형상 중, 상기 (1), (2), (4)가 요인으로 되어 있는, 표면 형상의 이상 평면으로부터의 변화분에 대하여, 설계 묘화 데이터를 보정하여 묘화 데이터로 하는 한편，(3)이 요인으로 되어 있는 표면 형상 변화분은, 상기 보정에 반영시키지 않는 것으로 하면, 보다 정확한, 좌표 설계 데이터의 전사 성능을 갖는 포토마스크가 얻어지게 된다.
또한, 상기 표면 형상의 측정 시에는, 마스크로 될 때에는 박리되게 되는 레지스트막 위으로부터 측정하게 되지만, (1)∼(4)의 변형 요인에 의해 좌표 정밀도에 영향을 주는 변형에 대하여, 레지스트막의 막 두께는 극히 작고(통상 800∼1000㎚ 정도) 그 변동은 더욱 작은 것이므로, 레지스트막 위로부터의 표면 측정에서도 지장은 생기지 않는다.
즉 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판과 상기 투명 기판 위의 박막과 그 박막 위의 포토레지스트막을 갖는 포토마스크 블랭크에, 묘화기를 이용하여, 소정의 묘화 데이터에 따라서 에너지 빔을 조사함으로써, 소정의 전사 패턴을 묘화하는 묘화 공정을 포함하는 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 묘화 공정에서의 상기 포토마스크 블랭크의 막면측의 형상과 상기 포토마스크에 노광을 행할 때의 상기 포토마스크 블랭크의 막면측의 형상의 형상 변화분을 산정하고, 산정된 형상 변화분에 기초하여 상기 소정의 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정함으로써 상기 소정의 묘화 데이터를 얻는다.
또한, 여기서 말하는 형상 변화분이란, 포토마스크를 노광기에 세트하였을 때에 생기는, 포토마스크 자중에 의한 휘어짐 성분을 포함하지 않아도 된다. 왜냐하면, 이 휘어짐에 의한 패턴의 좌표 어긋남의 보상은, 노광 장치에 탑재된 방법에 의해 행해지기 때문에, 묘화 데이터를 얻을 때에는 고려하지 않는 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판과 상기 투명 기판 위의 박막과 상기 박막 위의 포토레지스트막을 갖는 포토마스크 블랭크에, 묘화기를 이용하여, 소정의 묘화 데이터에 따라서 에너지 빔을 조사함으로써, 소정의 전사 패턴을 묘화하는 공정을 포함하는 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 포토마스크 블랭크를, 상기 박막을 갖는 면을 상측으로 하여 묘화기의 스테이지에 재치한 상태에서, 상기 포토마스크 블랭크의 상측의 면의 높이 분포를 측정함으로써 얻어지는 블랭크면 높이 분포 데이터와, 미리 취득한 상기 포토마스크 블랭크의 막면 형상 데이터를 이용하여 상기 소정의 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정함으로써 상기 소정의 묘화 데이터를 얻는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판과 상기 투명 기판 위의 박막과 상기 박막 위의 포토레지스트막을 갖는 포토마스크 블랭크를 준비하는 공정과, 상기 포토마스크 블랭크를, 상기 박막을 갖는 면을 상측으로 하여 스테이지에 재치하는 공정과, 상기 스테이지 위의 상기 포토마스크 블랭크의 상측의 면의 높이 분포를 측정함으로써 블랭크면 높이 분포 데이터를 얻는 공정과, 미리 취득한 상기 포토마스크 블랭크의 막면 형상 데이터와 상기 블랭크면 높이 분포 데이터를 이용하여 소정의 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정함으로써 소정의 묘화 데이터를 얻는 공정과, 상기 포토레지스트막에, 상기 소정의 묘화 데이터에 따라서 에너지 빔을 조사함으로써, 상기 소정의 전사 패턴을 묘화하는 공정을 갖는 것이다.
상기 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법에서, 상기 설계 묘화 데이터의 보정은, 상기 블랭크면 높이 분포 데이터와 상기 막면 형상 데이터와의 차분을 구하는 것을 포함하면 바람직하다. 예를 들면, 상기 블랭크면 높이 분포 데이터로부터 상기 막면 형상 데이터를 뺀 것을 포함할 수 있다. 또한, 상기 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법에서, 상기 설계 묘화 데이터의 보정 시에는, 상기 블랭크면 높이 분포 데이터와 상기 막면 형상 데이터와의 차분을 구하여 얻어진 차분 데이터를 이용하여, 상기 포토마스크 블랭크의 표면 상의 복수 위치에서의, 상기 포토마스크 블랭크의 높이 방향의 구배와, 상기 포토마스크 블랭크의 두께에 기초하여, 상기 설계 묘화 데이터의 좌표값을 변환하여 행할 수 있다. 또는, 상기 블랭크면 높이 분포 데이터와 상기 막면 형상 데이터와의 차분을 구하여 얻어진 차분 데이터를 이용하여, 상기 포토마스크 블랭크의 표면 상의 복수 위치에서의, 상기 포토마스크 블랭크의 높이 방향의 구배와, 상기 포토마스크 블랭크의 두께에 기초하여, 묘화기의 묘화 좌표계를 보정하여 행하여져도 된다. 즉, 본 발명에서, 「설계 묘화 데이터의 보정」이란, 설계 묘화 데이터 자체를 보정하는 경우뿐만 아니라, 묘화 시에, 묘화기가 갖는 묘화 좌표계를 보정함으로써도, 마찬가지의 효과를 얻는 경우를 포함하는 것으로 한다.
또한, 묘화된 상기 전사 패턴을 묘화하여 얻어진 레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 박막을 에칭하는 공정을 더 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 묘화 장치는, 표면에 포토레지스트막이 형성된 포토마스크 블랭크에 소정의 전사 패턴을 묘화하는 묘화 장치로서, 스테이지 위에 상기 포토레지스트막이 상향으로 배치된 상기 포토마스크 블랭크의 표면의 높이 분포를 측정함으로써 블랭크면 높이 분포 데이터를 얻는 높이 측정 수단과, 미리 취득한 상기 포토마스크 블랭크의 막면 형상 데이터와 상기 블랭크면 높이 분포 데이터를 이용하여 상기 소정의 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정함으로써 소정의 묘화 데이터를 얻는 연산 수단과, 상기 포토레지스트막에, 상기 소정의 묘화 데이터에 따라서 에너지 빔을 조사하는 묘화 수단을 갖는 것이다. 여기서, 설계 묘화 데이터의 보정이란, 상기한 바와 같이, 설계 묘화 데이터 자체를 보정하는 경우 외에, 그 설계 묘화 데이터를 이용하여 묘화할 때의, 묘화 좌표계를 보정하는 경우를 포함한다. 이와 같은, 묘화 좌표계를 보정하는 수단(연산 수단)을 갖는 묘화 장치인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 검사 방법은, 투명 기판 위에 박막으로 이루어지는 전사 패턴을 갖는 포토마스크를 검사하는 포토마스크의 검사 방법으로서, 상기 포토마스크를, 상기 전사 패턴을 갖는 면을 상측으로 하여 스테이지에 재치하는 공정과, 상기 스테이지 위의 상기 포토마스크의 상측의 면의 높이 분포를 측정함으로써 마스크면 높이 분포 데이터를 얻는 공정과, 상기 스테이지 위의 상기 포토마스크의 상기 전사 패턴의 형상을 측정하여 패턴 길이 측정 데이터를 얻는 공정과, 미리 취득한 상기 포토마스크의 막면 형상 데이터와 상기 마스크면 높이 분포 데이터를 이용하여, 상기 패턴 길이 측정 데이터, 또는 상기 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정하는 공정을 갖는 것이다.
예를 들면, 미리 취득한 상기 포토마스크의 막면 형상 데이터와 상기 마스크면 높이 분포 데이터를 이용하여 상기 패턴 길이 측정 데이터를 보정하고, 보정 후의 상기 패턴 길이 측정 데이터와 상기 설계 묘화 데이터를 비교하는 공정을 갖는 것으로 할 수 있다. 또는, 미리 취득한 상기 포토마스크의 막면 형상 데이터와, 상기 마스크면 높이 분포 데이터를 이용하여 상기 설계 묘화 데이터를 보정하고, 보정 후의 상기 설계 묘화 데이터와 상기 패턴 길이 측정 데이터를 비교하는 공정을 갖는 것으로 할 수 있다. 이 때에 이용하는 상기 막면 형상 데이터로서는, 상기 포토마스크부의 막면 형상 데이터를 이용하여 근사시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 포토마스크의 검사 장치는, 투명 기판 위에 박막으로 이루어지는 전사 패턴을 갖는 포토마스크를 검사하는 포토마스크의 검사 장치로서, 스테이지 위에 상기 전사 패턴이 상향으로 배치된 상기 포토마스크의 표면의 높이 분포를 측정함으로써 마스크면 높이 분포 데이터를 얻는 높이 측정 수단과, 상기 스테이지 위의 상기 포토마스크의 전사 패턴의 형상을 측정하여 패턴 길이 측정 데이터를 얻는 길이 측정 수단과, 미리 취득한 상기 포토마스크의 막면 형상 데이터와 상기 마스크면 높이 분포 데이터를 이용하여, 상기 패턴 길이 측정 데이터, 또는 상기 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정하는 연산 수단을 가질 수 있다.
예를 들면, 미리 취득한 상기 포토마스크의 막면 형상 데이터와 상기 마스크면 높이 분포 데이터를 이용하여, 상기 패턴 길이 측정 데이터를 보정하는 연산 수단과, 보정 후의 상기 패턴 길이 측정 데이터와 상기 설계 묘화 데이터를 비교하는 비교 수단을 갖는 포토마스크의 검사 장치를 포함한다.
또한, 미리 취득한 상기 막면 형상 데이터와 상기 마스크면 높이 분포 데이터를 이용하여, 상기 설계 묘화 데이터를 보정하는 연산 수단과, 상기 보정 후의 설계 묘화 데이터와, 상기 패턴 길이 측정 데이터를 비교하는 비교 수단을 갖는 포토마스크의 검사 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은, 묘화기의 스테이지 위에 배치된 상태에서의 포토마스크 블랭크의 막면측의 표면 형상을 측정하고, 그 표면 형상의 이상 평면으로부터의 변형 요인 중, 그 포토마스크 블랭크에 패턴이 형성된 포토마스크로 되어, 노광 장치에 설치된 상태에서, 상기 표면 형상이 변화되는 변화분에 대하여, 설계 묘화 데이터를 보정한다. 구체적으로는, 묘화 시의 막면 형상의 이상 평면으로부터의 변형 요인 중, 노광 시에도 잔류하는 분(막면의 요철)과, 노광 시에는 소실되는 분(이물에 의한 기판의 휘어짐 등)을 구별하고, 노광 시에는 소실되는 분에 상당하는 좌표 어긋남에 대하여, 설계 묘화 데이터를 보정하여, 소정의 묘화 데이터를 얻는다. 이에 의해, 마스크 사용 시에, 피전사체 위에 전사된 전사 패턴은, 얻고자 하는 디바이스 패턴의 설계 묘화 데이터를 정확하게 반영한 것으로 된다.
또한, 그 마스크의 검사 공정에서도, 검사기의 스테이지 위에 재치된 상태에서 얻어진 길이 측정 데이터에 대하여, 이물에 의한 기판의 휘어짐 등, 노광 시에는 소실되는 변형분에 상당하는 좌표 어긋남에 대하여, 길이 측정 데이터 또는 설계 묘화 데이터를 보정하고, 설계 묘화 데이터와 비교하여, 마스크를 평가한다. 이에 의해, 마스크에 형성된 패턴의 양부를 올바르게 평가할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에서의 묘화 장치의 외관을 도시하는 도면.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 포토마스크 블랭크의 단면을 도시하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시 형태에서의 포토마스크를 이용한 노광 장치의 외관을 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 형태에서의 포토마스크 블랭크 표면의 높이 변동의 분포를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 형태에서의 실측 데이터와 설계 묘화 데이터의 어긋남을 도시하는 도면.
이하에, 본 발명의 실시 형태를 도면, 실시예 등을 사용하여 설명한다. 또한, 이들 도면, 실시예 등 및 설명은 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 취지에 합치하는 한 다른 실시 형태도 본 발명의 범주에 속할 수 있는 것은 물론이다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크의 제조 방법에서 이용되는 묘화 장치의 개념도이다. 이 묘화 장치는, 스테이지(10), 묘화 수단(11), 높이 측정 수단(12) 및 묘화 데이터 작성 수단(15)(연산 수단)을 적어도 갖고 있다. 스테이지(10) 위에는 포토마스크 블랭크(13)가 고정되어 있다. 포토마스크 블랭크는 편면에 적어도 차광막을 포함하는 박막(14)이 형성되어 있고, 박막(14)이 형성되어 있는 면이 상향으로 배치되어 있다. 묘화 수단(11)은, 예를 들면 레이저를 조사하여, 묘화 공정에서, 스테이지(10) 위에 고정된 포토레지스트막을 갖는 포토마스크 블랭크(13)에 소정의 전사 패턴을 묘화하기 위한 것이다.
높이 측정 수단(12)은, 예를 들면 공기 쿠션 등에 의해, 포토마스크 블랭크(13)의 표면으로부터 일정한 거리를 두고 배치되어 있다. 높이 측정 수단(12)은, 포토마스크 블랭크(13)의 표면 형상에 의한 높이의 변화에 따라서, 높이가 상하하는 기구로 되어 있어, 포토마스크 블랭크(13)의 표면의 높이(Z방향)의 변화를 측정할 수 있다.
또한, 표면의 높이를 측정하는 방법으로서는, 상기 외에, 높이 측정 수단(12)과 마찬가지의 부재를 일정 위치에 유지하기 위한 공기의 유량을 이용하여 측정하는 방법이나, 갭간의 정전 용량, 레이저를 이용한 펄스 카운트, 광학적인 포커스에 의한 것 등도 사용할 수 있다.
묘화 데이터 작성 수단(15)은, 포토마스크 블랭크(13)의 묘화 공정에서의 막면측의 형상과, 그 포토마스크 블랭크(13)에 의해 포토마스크를 제작할 때의 노광 시의 막면측의 형상의 형상 변화에 따라서, 묘화할 전사 패턴 형상을 특정하는 설계 묘화 데이터를 보정하여, 묘화 데이터를 작성한다. 예를 들면, 묘화 데이터 작성 수단(15)은, 포토마스크 블랭크(13)의 막면 형상 데이터 높이 측정 수단(12)으로부터의 포토마스크 블랭크(13)의 표면 형상의 높이 변화를 나타내는 데이터와, 미리 취득된, 포토마스크 블랭크(13)의 막면 형상 데이터에 기초하여, 설계 묘화 데이터를 보정하여 묘화 수단(11)에 의해 묘화하기 위한 묘화 데이터를 작성한다.
또한, 상기한 바와 같이, 이 묘화 데이터의 보정은, 보정된 묘화 데이터를 작성하는 경우뿐만 아니라, 묘화기가 갖는 묘화 좌표계에 대하여, 상기 데이터를 반영시키는 보정을 행하여도 되는 것은 물론이다.
묘화 수단(11) 및 높이 측정 수단(12)은 모두, 스테이지(10) 위를 x방향 및 y방향으로 이동하는 기구에 유지됨으로써, 스테이지와 평행한 면내를 이동 가능하다(도시하지 않음). 그 대신에, 묘화 수단(11) 및 높이 측정 수단(12)이 고정되고, 스테이지(10)를 x방향 및 y방향으로 평행 이동시키는 기구를 구비하여도 되고, 또는, 묘화 수단 등과 스테이지 중 한쪽을 x방향, 다른 쪽을 y방향으로 이동시켜, 상대 이동에 의해 묘화 수단 등을 스테이지 위의 원하는 위치로 이동시키는 기구를 구비하여도 된다.
도 2는 묘화 장치의 스테이지(10) 위의 포토마스크 블랭크(13)의 단면의 확대도이다. 예를 들면 y축과 수직한 면에서의 단면(x축과 평행한 면)으로 한다. 박막(14)은 생략되어 있다. 스테이지(10) 위에 배치된 포토마스크 블랭크(13)의 표면(20)의 형상은, 상기한 바와 같이 복수의 요인에 의해 이상 평면으로부터 변형 된 것으로 되어 있다.
이하, 도 2를 이용하여 높이 측정 수단(12)에 의해, 스테이지(10) 위의 포토마스크 블랭크(13)의 표면 형상의 변형을 측정하는 방법을 설명한다. 변형이 없는 이상적인 평면이었던 경우의 포토마스크 블랭크(13)의 표면을 기준 표면(21)으로 한다. 소정의 측정 포인트(22)에서, 높이 측정 수단(12)에 의해 높이를 측정하고, 그 측정을 소정의 간격 Pitch로 반복한다. 높이 측정 수단(12)에 의해 측정된 높이와 기준 표면(21)의 차분을 블랭크면 높이 분포 데이터로 한다.
블랭크면 높이 분포 데이터가 0인 측정 포인트(즉, 높이가 기준 표면(21)과 일치하는 측정 포인트)에 인접하는 측정 포인트에서의 블랭크면 높이 분포 데이터가 H이었던 경우, 이 높이의 차이에 의한 포토마스크 블랭크(13)의 표면(20)과 기준 표면(21)이 이루는 각의 각도 φ는, 각도 φ가 충분히 작은 경우,
[수학식 1]
Figure 112012054811411-pat00001
로 표현된다. 또한, 상기에서, H/Pitch는, 포토마스크 블랭크 표면의 높이 방향의 구배라고 생각할 수도 있다.
또한, φ의 값이 충분히 작으면
[수학식 1']
Figure 112012054811411-pat00002
로 근사할 수도 있다. 이하의 설명에서는, 수학식 1을 이용한다.
상기의 경우, 이 높이의 차이에 기인하는 측정 포인트의 x축 방향의 어긋남 d는, 일반적으로,
*[수학식 2]
Figure 112012054811411-pat00003
에 의해 구할 수 있다.
또한, 상기에서도, φ가 충분히 작으면,
[수학식 2']
Figure 112012054811411-pat00004
로 근사할 수도 있다.
또한, 여기서, t는 포토마스크 블랭크의 두께이다.
상기의 측정을, 포토마스크 블랭크(13) 위의 x방향, y방향에 대하여, 소정의 간격 Pitch로 행함으로써, 각 측정 포인트에서의 표면 형상의 변화에 기인하는 측정 포인트의 어긋남을 측정할 수 있다.
이상의 측정에 의해 얻어진 결과에는, 상기한 바와 같이, (1) 스테이지(10)의 불충분한 플랫니스, (2) 스테이지(10) 위의 이물 끼워 넣기에 의한 기판의 휘어짐, (3) 포토마스크 블랭크(13)의 기판의 표면의 요철, (4) 포토마스크 블랭크(13)의 기판의 이면의 요철이라는 4개의 포토마스크 블랭크의 표면 형상의 이상 평면으로부터의 변형 요인에 의한 높이 변화가 포함되어 있다고 생각된다.
한편, 포토마스크 블랭크에 소정의 전사 패턴을 전사하여 제작한 포토마스크의 노광 장치에서의 사용예를 도 3에 도시한다. 도 3은 노광 장치의 개념도이다. 포토마스크(30)는, 양단이 지지체(31)로 지지되고, 막면(32)이 아래를 향하여 설치된다. 피전사체(33)는 포토마스크(30)의 아래에 배치된다. 광원(34)으로부터의 노광광은 포토마스크(30) 위로부터 조사되어, 포토마스크(30)를 통하여 피전사체에 조사된다.
또한, 실제로는 노광 장치 내에 지지된 포토마스크는, 그 중량에 의해 휘어진다. 그러나, 이 휘어짐에 의한 패턴의 좌표 어긋남의 보상 기구는 노광 장치에 탑재되어 있다.
이 상태에서는，상기한 바와 같이, 상기 4개의 변형 요인 중，(3) 포토마스크 블랭크(13)의 기판의 표면(막면(32))의 요철만이 잔존하고, (1), (2) 및 (4)는 소실되어 있기 때문에, 패턴 형성에 영향을 주지 않는다. 따라서, 묘화 시와 노광 시의, 막면(패턴 형성면)의 형상 변화는, 상기 (1), (2), (4)의 합계로 되고, 그것에 기인하는 패턴의 좌표 어긋남도 이 변화분을 반영한 것으로 된다. 따라서, 전사 패턴을 묘화할 때에는, 상기 4개의 변형 요인에 의한 어긋남 중，(3)에 기인하는 어긋남을 제외한, (1), (2) 및 (4)에 기인하는 어긋남분만큼, 전사 패턴의 설계 묘화 데이터를 보정할 필요가 있다.
본 발명에서는，(3) 포토마스크 블랭크의 기판의 표면의 요철에 대한 데이터(포토마스크 블랭크의 막면 플랫니스 데이터)를 미리 취득해 두는 것이 유효하다. 이 데이터는, 포토마스크 블랭크를 수직으로 세우고, 기판 중량에 의한 휘어짐을 배제한 상태에서, 포토마스크 블랭크의 표면 형상을 측정함으로써 구할 수 있다. 측정은, 일반적인 광학적인 측정 방법으로 행할 수 있다. 이 측정에 의해 구해진 측정 포인트에서의 높이 변동(높이의 실측값과 기준 표면과의 차분)을 막면 형상 데이터로 한다. 막면 형상 데이터를 H1로 하면，(1), (2) 및 (4)에 기인하는 높이 변동은, H-H1이며, 수학식 2로부터, (1), (2) 및 (4)에 기인하는 어긋남은,
[수학식 3]
Figure 112012054811411-pat00005
에 의해 구할 수 있다.
묘화 데이터 작성 수단(15)에서, 상기 d1을 이용하여 전사 패턴의 설계 묘화 데이터를 보정하여 묘화 데이터를 작성한다. 그 묘화 데이터에 기초하여 묘화 수단(11)을 이용하여 포토마스크 블랭크(13) 위의 포토레지스트막에 전사 패턴을 묘화하고, 현상 등의 처리를 행함으로써, 포토마스크 블랭크(13) 위의 포토레지스트막에 소정의 전사 패턴을 전사할 수 있다. 그 포토레지스트막을 마스크로 하여, 박막(14)을 에칭함으로써, 포토마스크를 얻을 수 있다.
<실시예>
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
두께 13㎜이고, 크기 1220㎜×1400㎜의 글래스 기판을 준비하고, 그 기판에, Cr을 주성분으로 하는 차광막을 1250Å의 막 두께로 형성하여 포토마스크 블랭크를 제작하였다.
상기 글래스 기판은, 수직으로 세운 상태에서 차광막 형성면측의 표면 형상을 통상의 광학 측정에 의해, 소정의 간격으로 측정하고, 각 측정 포인트에서의 막면 형상 데이터 H1을 얻은 것이다. 차광막은 스퍼터법에 의해 성막되며, Cr막의 표면 부분에 반사 방지 기능을 갖는 CrO가 형성된 것이다.
또한, 상기 포토마스크 블랭크의 막면측의 표면 형상을 상기한 바와 같이 측정하여도 된다.
계속해서, 차광막 위에 막 두께 800㎚의 포지티브형 포토레지스트막을 캐피러리 코터에 의해 도포한 포토마스크 블랭크를, 도 1에 도시한 묘화 장치에, 차광막을 형성한 면을 상향으로 배치하였다. 이 묘화 장치가 갖는 높이 측정 수단(12)에 의해, 소정의 간격으로 높이 변동의 측정을 행하여 각 측정 포인트에서의 블랭크면 높이 분포 데이터 H를 얻었다. 측정 포인트는, 수직으로 세워 행한 표면 형상 측정과 동일한 포인트에서 행하였다.
각 측정 포인트에서의 높이 변동의 차분 H-H1을 구하고, 그 분포를 3차원 그래프로 나타낸 도면을 도 4에 도시한다.
도 4에서, 가로 방향이 포토마스크 블랭크 표면의 x축 방향이고 세로 방향이 y축 방향이며, 깊이가 포토마스크 블랭크의 두께 방향이다. 도 4에서, 영역 M1이 높이 변동의 차분 H-H1이 5㎛∼10㎛인 영역이다. 마찬가지로, 영역 M2가 0㎛∼5㎛의 영역이고, 영역 M3이 -5㎛∼0㎛의 영역이고, 영역 M4가 -10㎛∼-5㎛의 영역이고, 영역 M5가 -15㎛∼-10㎛의 영역이다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 포토마스크 블랭크의 중앙 부근에서는, 높이의 변동의 차분의 변화가 적고, y축 방향의 양단으로 될수록 변화가 급격한 것으로 되어 있다.
다음으로，이 포토마스크의 마스크 블랭크에, 소정의 간격으로 패턴이 배치된 설계 묘화 데이터를 이용하여, 보정을 하지 않고 묘화하였다. 그 패턴의 좌표 측정한 결과와, 설계 묘화 데이터의 어긋남을 도 5에 도시한다. 도 5에서, 가로 방향이 x축 방향이고, 세로 방향이 y축 방향이다. 또한, 흰 동그라미가 묘화한 패턴의 실측 데이터이고, 검은 동그라미가 설계 묘화 데이터이다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 포토마스크 블랭크의 중앙 부근에서는, 실측 데이터와 설계 묘화 데이터의 어긋남은 작기 때문에 검은 동그라미 부분이 거의 남아 있지 않지만, y축 방향의 양단에서는 어긋남이 크기 때문에 검은 동그라미 부분이 비교적 많이 남아 있다.
이상과 같이, 도 4 및 도 5를 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 도 4에서 구한 높이 변동의 차분 H-H1과, 묘화의 실측 데이터의 설계 묘화 데이터로부터의 어긋남은 상관이 있는 것을 확인하였다. 따라서, 전사 패턴을 묘화할 때에, 4개의 변형 요인에 의한 어긋남 중, 노광 장치에서 포토마스크를 사용할 때에도 잔존하는 (3) 포토마스크 블랭크(13)의 기판의 표면의 요철에 기인하는 어긋남을 제외한, (1) 스테이지(10)의 플랫니스, (2) 스테이지(10) 위의 이물 끼워 넣기에 의한 기판의 휘어짐 및 (4) 포토마스크 블랭크(13)의 기판의 이면의 요철에 기인하는 어긋남분만큼, 전사 패턴의 설계 묘화 데이터를 보정하여 묘화 데이터로 함으로써, 실제로 포토마스크에 형성된 전사 패턴과 설계 묘화 데이터의 어긋남을 적게 할 수 있는 것을 확인하였다.
또한, 상기 포토마스크의 제조 방법은, 포토마스크의 검사 방법에도 전용할 수 있다. 즉, 검사기(도 1에 도시한 묘화 장치의 기호를 이용하여 설명함)의 스테이지(10) 위에, 포토마스크를, 막면(패턴 형성면)을 위로 배치하고, 높이 측정 수단(12)에 의해 상기와 마찬가지로, 포토마스크의 마스크면 높이 분포 데이터를 얻는다. 이 마스크면 높이 분포 데이터에는, 상기의 블랭크면 높이 분포 데이터와 마찬가지로, 이상 평면으로부터의 4개의 변형 요인에 의한 표면 형상의 변형이 포함되어 있다. 계속해서, 그 포토마스크의 패턴 형상을 길이 측정하여, 패턴 길이 측정 데이터를 얻는다. 이 패턴 길이 측정 데이터에는, 4개의 변형 요인에 의한 표면 형상의 변형에 기인하는 어긋남이 포함되어 있다.
또한, 그 포토마스크의 막면의 요철을, 포토마스크를 수직으로 세운 상태에서, 포토마스크의 막면의 표면 형상을 측정함으로써 구하여, 막면 형상 데이터로 한다. 측정은, 일반적인 광학적인 측정 방법에 의해 행할 수 있다. 이 막면 형상 데이터는, 상기한 바와 같이, (3) 포토마스크 표면의 요철에 기인하는 표면 형상의 변형이 포함된다. 또한, 이 막면 형상 데이터는, 포토마스크 제조 전의 단계(포토마스크 블랭크 또는 기판의 단계)에서 얻은, 상기 막면 형상 데이터를 사용하여도 된다.
상기 마스크면 높이 분포 데이터로부터 막면 형상 데이터를 뺀 값에 의해 수학식 3을 이용하여 패턴 길이 측정 데이터를 보정함으로써, 그 포토마스크를 실제로 노광 장치에서 사용할 때의 패턴 형상을 계산할 수 있다. 이 보정 후의 패턴 길이 측정 데이터와, 패턴의 설계 묘화 데이터를 비교함으로써, 그 포토마스크의 실제의 어긋남을 어림할 수 있어, 포토마스크를 평가할 수 있다. 예를 들면, 어긋남이 특정한 범위 이내에 있었던 경우에만, 그 포토마스크를 합격품으로 할 수 있다.
또는, 마스크면 높이 분포 데이터로부터 막면 형상 데이터를 뺀 값에 의해 수학식 3을 이용하여 패턴의 설계 묘화 데이터를 보정할 수 있다. 이 보정 후의 설계 묘화 데이터와, 상기의 패턴 길이 측정 데이터를 비교함으로써, 포토마스크의 평가를 할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 적절히 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 묘화 장치의 묘화 수단으로서 레이저빔을 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 전자 빔 등의 에너지 빔이면 된다.
또한, 포토마스크로서, 박막으로서 차광막이 1층 형성된 것에 대하여 설명하였지만, 차광막 이외에 반투광막을 갖는 다계조 포토마스크이어도 된다. 그 경우에는, 필요한 전사 패턴의 수만큼, 포토레지스트막 형성, 묘화 공정, 에칭 공정을 반복한다.
일반적으로, 2회 이상의 포토리소그래피 공정을 필요로 하는 포토마스크 제조 과정에서는, 항상 2회의 패터닝에 의한, 얼라인먼트 어긋남이 큰 과제로 된다. 그러나, 본 발명의 묘화 데이터의 보정을, 복수회의 묘화 공정마다 사용하면, 그 포토마스크를 노광하여 패턴을 피전사체에 전사할 때의, 패턴 상호의 얼라인먼트를 매우 정확하게 행할 수 있어, 바람직하다. 즉, 기판 위에 형성된, 복수의 차광막을 갖는 포토마스크 블랭크에 대하여, 복수회의 묘화, 레지스트 현상, 박막 에칭을 행하여, 최종적으로 원하는 전사 패턴을 갖는 포토마스크로 할 때, 각 묘화마다, 본 발명의 묘화 방법/묘화 장치를 적용할 수 있다.
이 경우, 1회째의 묘화와 2회째의 묘화에서는, 블랭크 막면의 변형 요인은 서로 다르기 때문에, 묘화 데이터의 보정도 서로 다른 것으로 된다. 그리고, 결과적으로, 이 2회의 묘화를 거쳐 형성된, 포토마스크의 1개의 전사 패턴이, 피전사체에 대하여 원하는 패턴을 정확하게 형성한다.
또한, 검사 공정마다, 본 발명의 검사 방법/검사 장치를 적용할 수도 있다.
또한, 상기 실시 형태에서의 재료, 사이즈, 처리 수순 등은 일례이며, 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.
10 : 스테이지
11 : 묘화 수단
12 : 높이 측정 수단
13 : 포토마스크 블랭크
14 : 박막
15 : 묘화 데이터 작성 수단

Claims (7)

  1. 투명 기판과 상기 투명 기판 위의 박막과 상기 박막 위의 포토레지스트막을 갖는 포토마스크 블랭크에, 묘화 장치를 이용하여, 묘화 데이터에 따라서 에너지 빔을 조사함으로써, 전사 패턴을 묘화하는 묘화 공정을 포함하는 포토마스크의 제조 방법으로서,
    상기 포토마스크 블랭크의, 상기 박막을 갖는 면을 상측으로 하여, 상기 묘화 장치의 스테이지에 재치한 상태에서, 상기 포토마스크 블랭크의 상측의 면의 높이 분포를 측정함으로써 블랭크면 높이 분포 데이터를 취득하고,
    상기 블랭크면 높이 분포 데이터와, 미리 취득한, 상기 포토 마스크 블랭크의 막면 형상 데이터의 차를 구해 차분 데이터를 취득하고,
    상기 묘화 공정에서의 상기 포토마스크 블랭크의 막면측의 형상과, 상기 포토마스크에 노광을 행할 때의 상기 포토마스크 블랭크의 막면측의 형상의 차에 따른 좌표 어긋남을, 상기 차분 데이터를 이용해 산정하고, 상기 산정한 좌표 어긋남에 기초하여 상기 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정하는 것을 특징으로 하는, 포토마스크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 설계 묘화 데이터의 보정은, 상기 차분 데이터를 이용하여, 상기 설계 묘화 데이터의 좌표값을 변환하여 행하는, 포토마스크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 설계 묘화 데이터의 보정은, 상기 차분 데이터를 이용하여, 상기 묘화 장치가 갖는 묘화 좌표계를 보정하여 행하는, 포토마스크의 제조 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 설계 묘화 데이터의 보정은,
    상기 차분 데이터와,
    상기 포토마스크 블랭크 표면 상의 복수의 위치에서의 높이 측정점의 간격(Pitch)과,
    상기 포토마스크 블랭크의 두께(t)를
    이용하여 행하는 것을 특징으로 하는, 포토마스크의 제조 방법.
  5. 표면에 포토레지스트 막이 형성된 포토마스크 블랭크에 전사 패턴을 묘화하는 묘화 장치로서,
    스테이지 상에, 상기 포토레지스트 막이 위를 향하도록 배치된 상기 포토마스크 블랭크의 표면의 높이를 측정함으로써 블랭크면 높이 분포 데이터를 얻는 높이 측정 수단과,
    상기 블랭크면 높이 분포 데이터와, 미리 취득한 상기 포토마스크 블랭크의 막면 형상 데이터의 차를 구하여 차분 데이터를 얻고, 또한 상기 차분 데이터를 이용해 상기 전사 패턴을 위한 설계 묘화 데이터를 보정하는 연산 수단과,
    보정한 상기 설계 묘화 데이터를 이용해 상기 포토레지스트 막에, 에너지 빔을 조사하는 묘화 수단을
    갖는 묘화 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 설계 묘화 데이터를 보정하는 연산 수단은,
    상기 차분 데이터를 이용하여, 상기 설계 묘화 데이터의 좌표값을 변환하는 것을 특징으로 하는, 묘화 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 설계 묘화 데이터를 보정하는 연산 수단은,
    상기 차분 데이터를 이용하여, 상기 묘화 장치가 갖는, 묘화 좌표계를 보정하는, 묘화 장치.
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