KR20100097626A - 다계조 포토마스크의 평가 방법 - Google Patents

Abstract

다계조 포토마스크의 전사 패턴에 대해서, 노광 조건 하에서의 공간상 데이터를 취득하고, 그 공간상 데이터에 대해, 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정한다. 그리고, 상기 임계값을 이용하여, 상기 공간상 데이터를 2치화하고, 그 2치화한 공간상 데이터를 이용하여, 상기 전사 패턴을 평가한다.

Description

다계조 포토마스크의 평가 방법{METHOD FOR EVALUATING MULTI-GRAY SCALE PHOTOMASK}

본 발명은, 포토리소그래피 공정에서 사용되는 다계조의 포토마스크의 평가 방법에 관한 것이다.

종래, 액정 표시 장치 등의 전자 디바이스의 제조에서는, 포토리소그래피 공정을 이용하여, 에칭되는 피가공층 상에 형성된 레지스트막에 대해, 소정의 패턴을 갖는 포토마스크를 이용하여 소정의 노광 조건 하에서 노광을 행하여 패턴을 전사하고, 그 레지스트막을 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성한다. 그리고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피가공층을 에칭한다.

포토마스크에서는, 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 피전사체 상의 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 레지스트이면, 차광 영역에 의해 광이 차광된 영역의 레지스트 잔막값보다도 얇아진다. 또한, 투광 영역을 통하여 광이 조사된 영역의 레지스트 잔막값은 0(제로)으로 된다. 이와 같이, 다계조 포토마스크를 이용하여 노광ㆍ현상을 행함으로써, 적어도 3개의 두께의 잔막값(잔막값 제로를 포함함)을 갖는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

이와 같이 잔막값이 서로 다른 영역을 포함하는 레지스트막을 이용하여, 레지스트막이 형성된 피전사체를 에칭하는 경우에서는, 우선, 잔막값 제로의 영역(피전사체가 노출된 영역: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 피전사체가 노출된다. 그리고, 이 노출된 피전사체를 에칭한다. 따라서, 복수의 서로 다른 잔막값을 갖는 레지스트 패턴을 실현하는 다계조 포토마스크는, 사용하는 포토마스크의 매수를 감소시킴으로써, 포토리소그래피 공정을 효율화시키는 것이 가능하게 되므로 매우 유용하다.

일본 특허 공개 제2004-309327호 공보(특허 문헌 1)에는, 그레이톤 마스크의 결함 검사 방법에서, 그레이톤부의 화상 데이터를 작성하고, 그레이톤부의 결함이 식별 가능하게 되도록 하는 화상 처리를 실시하여, 결함 검사를 행하는 방법이 기재되어 있다.

상기한 바와 같이 다계조 포토마스크에서는, 반투광 영역이, 차광 영역에 대해, 상대적으로 두께가 얇은 레지스트막의 형성 영역으로 된다. 예를 들면, 액정 표시 장치에 이용되는 TFT(박막 트랜지스터)에서는, 이 부분이 채널부에 대응하는 영역을 형성하고, 한편, 차광 영역이, 소스, 드레인 등에 대응하는 영역을 형성할 수 있다. 반투광 영역에 의해 형성되는 부분은, 액정 표시 장치 등, 얻고자 하는 전자 디바이스의 성능을 크게 좌우하는 경우가 적지 않다. 구체적으로는, 반투광 영역의 선폭, 노광광 투과율을 엄격하게 제어하지 않으면, 얻고자 하는 디바이스의 정밀도나 수율에 문제점이 생긴다. 이 때문에, 이 반투광 영역에 대해서는, 노광ㆍ전사 프로세스에서, 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴의 형상을 미리 예측하고, 평가하고, 또한 그것을 용이하면서 고정밀도로 행할 필요가 있다.

그러나, 특허 문헌 1에서는, 화상 데이터에 대해 가우시안 바림 처리를 실시하는 것만으로 결함 검사를 행하고 있고, 실제로 포토마스크를 사용할 때의 조사 조건이나 광학 조건을 반영한 상태에서 포토마스크를 평가하고 있지 않다. 이 때문에, 현실적으로 그 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴 형상을 근거로 한, 정밀한 다계조 포토마스크의 평가는 실시할 수 없다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 다계조 포토마스크가 실제의 전사 조건에서 형성하는 공간상을 파악하고, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 다계조 포토마스크를 평가할 수 있는 다계조 포토마스크의 평가 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 양태에 따른 다계조 포토마스크의 평가 방법은, 투명 기판 상에 형성된 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 평가 방법으로서, 평가 대상으로 하는 상기 전사 패턴에 대해서, 노광 조건 하에서의 상기 전사 패턴의 공간상 데이터를 취득하는 공정과, 상기 공간상 데이터에 대해, 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정하는 공정과, 상기 임계값을 이용하여, 상기 공간상 데이터를 2치화하고, 상기 2치화한 공간상 데이터를 이용하여, 상기 전사 패턴을 평가하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 방법에 따르면, 실제의 전사 조건을 이용하여, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 다계조 포토마스크를 평가할 수 있다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 미리 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대한 공간상 데이터를 취득하고, 그 정상부의 공간상 데이터를 이용하여 상기 임계값을 결정할 수 있다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 임계값은, 상기 다계조 포토마스크를 이용하여, 상기 전사 패턴을 피전사체 상에 전사한 후의 목표 선폭에 기초하여 결정된 임계값일 수 있다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 임계값은, 상기 다계조 포토마스크에 형성하는 상기 전사 패턴의 선폭 설계값에 기초하여 결정된 임계값일 수도 있다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 전사 패턴을 평가하는 공정은, 미리, 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대한 상기 2치화한 공간상 데이터를 취득하고, 취득한 공간상 데이터와 상기 평가 대상의 2치화한 공간상 데이터를 비교하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 평가 대상으로 되는 전사 패턴은, 상기 정상의 전사 패턴과 함께, 동일한 포토마스크에 포함될 수 있다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴은, 상기 비교에 앞서서, 상기 전사 패턴에서의 반투광부가 결함부를 포함하는 것이 파악된 것인 것이 바람직하다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법은, 상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴에서의 2치화한 공간상 데이터와 상기 정상부의 2치화한 공간상 데이터를 비교함으로써, 상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴의 수정 필요 여부를 판정하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법은, 상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴에서의 2치화한 공간상 데이터에 기초하여, 상기 전사 패턴을 피전사체 상에 전사하였을 때의, 상기 결함부의 선폭을 산출하는 선폭 산출 공정을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우에서는, 상기 산출한 선폭이, 상기 정상부의 2치화한 공간상 데이터에 기초하여 얻어지는 선폭에 대해, 소정 레인지를 초과하여 상위한 경우에, 결함 수정 대상으로 하는 것이 바람직하다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에 형성된 상기 차광막에, 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴이 형성되어 이루어질 수 있다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성되어 이루어질 수 있다.

이 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 상기 공간상 데이터를 취득하는 공정은, 상기 전사 패턴이 형성된 상기 포토마스크에, 상기 노광 조건 하에서의 노광광을 조사하고, 상기 전사 패턴의 투과광을 촬상 수단에 의해 촬상하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태에 따른 다계조 포토마스크의 제조 방법은, 투명 기판 상에 형성된, 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 패터닝을 행하여 상기 전사 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정과, 형성된 상기 전사 패턴을 평가하는 평가 공정을 포함하고, 상기 평가 공정은, 상기 평가 방법에 의한 것을 특징으로 한다.

이 방법에 따르면, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 평가되므로, 실제의 마스크 사용에서 문제가 없는 다계조 포토마스크를 제조할 수 있다.

이 다계조 포토마스크의 제조 방법에서는, 상기 평가 방법에 의해, 피전사체 상에 전사되었을 때의 상기 전사 패턴의 면내의 선폭 분포가 0.15㎛ 이하로 되는 상기 포토마스크를 제조하는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 양태에 따른 패턴 전사 방법은, 상기 다계조 포토마스크의 제조 방법에 의한 포토마스크를 이용하여, 피전사체 상에 상기 전사 패턴을 전사하는 것을 특징으로 한다.

이 방법에 따르면, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 평가된 다계조 포토마스크를 이용하므로, 정확하게 피전사체 상에 전사 패턴을 전사할 수 있다.

본 발명의 다계조 포토마스크의 평가 방법은, 투명 기판 상에 형성된 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비하고, 평가 대상으로 하는 상기 전사 패턴에 대해, 노광 조건 하에서의 상기 전사 패턴의 공간상 데이터를 취득하고, 상기 공간상 데이터에 대해, 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정하고, 상기 임계값을 이용하여, 상기 공간상 데이터를 2치화하고, 상기 2치화한 공간상 데이터를 이용하여, 상기 전사 패턴을 평가하므로, 실제의 전사 조건을 이용하여, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 다계조 포토마스크를 평가할 수 있다.

도 1의 (a)는 전사 패턴의 일례를 도시하는 도면이며, (b)는 실효 투과율과 (a)의 전사 패턴의 위치 사이의 관계를 도시하는 도면이며, (c)는 CD와 임계값 사이의 관계를 도시하는 도면.
도 2는 노광기의 노광 조건을 재현하는 장치의 일례를 도시하는 도면.
도 3의 (a)는 전사 패턴의 일례를 도시하는 도면이며, (b)는 그 전사 패턴의 공간상을 도시하는 도면이며, (c)는 (b)를 이용하고, 전사 패턴을 피전사체 상에 전사한 후의 목표 선폭에 기초하여 임계값을 결정하여 얻어진 2치화 공간상을 도시하는 도면이며, (d)는 (b)를 이용하여, 마스크의 설계 선폭에 기초하여 임계값을 결정하여 얻어진 2치화 공간상.
도 4의 (a)∼(i)는 피전사체 상의 목표 선폭에 기초하여 임계값을 결정하여 얻어진 정상부와 평가 대상의 2치화 공간상.
도 5의 (a)∼(i)는 설계 선폭에 기초하여 임계값을 결정하여 얻어진 정상부와 평가 대상의 2치화 공간상.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명자는, 피전사체 상에 원하는 레지스트 잔막값을 얻기 위해서는, 다계조 마스크의 반투광부에 이용하는, 반투광막의 막 투과율을 제어하는 것만으로는 불충분한 것에 주목하고, 피전사체 상에 원하는 레지스트 잔막값의 부분을 얻을 때에, 그 레지스트 잔막값을 결정하기 위해서는, 마스크에 이용하는 반투광막의, 막으로서의 (막 조성이나 막 두께에 기인하는)노광광 투과율뿐만 아니라, 마스크에 형성된 패턴의 형상이나, 노광에 이용하는 광원의 광학 특성, 광학계의 특성 등에 의해서, 생기는 광의 회절 현상을 고려한 투과율을 제어해야만 하는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명자는, 반투광막의 막 투과율 T_f를 대신하여, 마스크를 투과하는 실효적인 광 투과율(실효 투과율) T_A를 규정하고, 이 실효 투과율을 제어하는 것을 제안한다. 또한, 이 실효 투과율 T_A는, 실제로 이용하는 노광 조건 하에서, 그 마스크의, 예를 들면 반투광 영역이 노광광을 투과하는 투과율이라고 생각할 수 있다. 실제로는, 반투광 영역의 광 투과율은, 인접하는 차광부 등의 영향에 의해, 예를 들면 도 1의 (b)에 도시된 바와 같은, 분포를 가지므로, 영역 내의 광 투과 곡선의 피크에 대응하는 투과율값을 실효 투과율의 대표값으로 할 수 있다.

실효 투과율 T_A는, 막 고유의 투과율 외에 광학 조건이나 패턴 디자인을 고려한 지표이므로, 피전사체 상의 노광에 의한 광 강도를 정확하게 반영하고 있고, 따라서, 형성되는 레지스트 패턴의 잔막값의 관리를 위한 지표로서 적절한 것이다. 또한, 반투광 영역의 실효 투과율로서는, 투광 영역의 노광광 투과율을 100％로 하였을 때의, 반투광 영역을 투과하는 광 강도 분포에서 최대값을 갖는 부분의 투과율로 할 수 있다. 이것은, 예를 들면 이 포토마스크를 사용하여, 피전사체 상에 포지티브 레지스트의 레지스트 패턴을 형성하였을 때, 반투광 영역에 생기는 레지스트 잔막값의 최소값과 상관을 갖기 때문이다. 이와 같은 레인지 관리에 대해서는, 예를 들면, 박막 트랜지스터(TFT)를, 다계조 포토마스크를 이용하여 제조할 때, 반투광 영역이 TFT의 채널 영역에 대응하는 것으로 하고, 이 채널의 폭이 5㎛ 이하일 때에 특히 유효하다. 또한, 도 3 등에서의 「Ch-L(채널ㆍ랭스)」은, 이 채널부의 폭을 의미한다.

또한, 전술한 바와 같이 실효 투과율 T_A로서, 여기서는, 반투광 영역에서의 광 강도 분포 곡선의 최대값(포지티브 레지스트를 이용하면, 이것이 레지스트 잔막의 보텀(최소값)에 상당함)에서의 투과율로서 대표시킬 수 있다. 즉, 실효 투과율 T_A는, 2개의 차광 영역 사이에 끼워지고 또한, 그들 차광 영역에 인접한 반투광 영역의 경우에, 투과광의 광 강도 분포 곡선은, 조종형의 커브로 되고, 그 피크에 대응하는 투과율을 말하는 것으로 한다. 이 실효 투과율은, 막 투과율 T_f와, 실제의 노광 조건(광학적 파라미터, 조사 광의 분광 특성)과, 현실의 포토마스크 패턴 형상에 의해 정해지는 것이다. 단, 실제의 평가 시에는, 간편화하기 위해, 노광 조건으로서는 모델 조건에 따라서 대표시킬 수 있다. 이 조건은, 예를 들면, 개구수(NA)가 0.08이며, 코히어런시(σ)가 0.8인 광학계를 이용하여, g선, h선, i선의 각각의 강도가 1:1:1인 조사광을 이용한 노광 조건으로 할 수 있다.

한편, 막 투과율 T_f란, 투명 기판 상에 반투광막을 형성하여 반투광 영역으로 하였을 때, 노광 조건에서의 해상 한계에 대해 충분히 큰 면적에서의 그 반투광 영역의 투과율로 할 수 있다. 반투광 영역에 반투광막을 형성하지 않고, 차광 패턴에서의 미세한 선폭의 스페이스를 반투광 영역으로서 기능시키는 경우에는, 그 반투광 영역의 그 스페이스의 「막 투과율」은, 투광부와 동등하게, 100％로 된다. 한편, 후에 설명하는 평가 방법에 따르면, 반투광 영역의 투과율은, 패턴의 선폭 등의 영향을 받으므로, 실제의 패턴에서의 반투광 영역의 노광광 투과율은, 실효 투과율 T_A에 의해 정의하는 것이 유용하게 된다.

전술한 바와 같이, 다계조 포토마스크의 평가는, 실제의 노광ㆍ전사 프로세스를 거쳐서 얻어지는, 피전사체 상의 레지스트 패턴을 반영하여 행할 필요가 있고, 포토마스크의 완성도의 평가와 함께, 피가공층의 가공상 문제가 생기는지의 여부의 검사(평가)를 용이하면서 고정밀도로 행할 필요가 있다.

본 발명자는, 이 점에 주목하고, 실제의 노광 조건에서 공간상 데이터를 얻어, 이 공간상 데이터에 대해 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정하고, 이 임계값에서 공간상 데이터를 2치화하고, 이 2치화 공간상 데이터로 전사 패턴을 평가함으로써, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 다계조 포토마스크를 평가할 수 있는 것을 발견하였다.

즉, 투명 기판 상에 형성된 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비하고, 평가 대상으로 하는 상기 전사 패턴에 대해, 노광 조건 하에서의 상기 전사 패턴의 공간상 데이터를 취득하고, 상기 공간상 데이터에 대해, 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정하고, 상기 임계값을 이용하여, 상기 공간상 데이터를 2치화하고, 상기 2치화한 공간상 데이터를 이용하여, 상기 전사 패턴을 평가함으로써, 실제의 노광 조건 하에서, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 다계조 포토마스크를 평가한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 평가 방법의 대상인 다계조 포토마스크는, 투명 기판 상에 형성된 적어도 차광막이 패터닝되어 있음으로써, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비한, 3계조 이상의 포토마스크를 말한다. 즉, 이 다계조 포토마스크에서는, 차광 영역, 투광 영역 외에 반투광 영역을 가짐으로써, 피전사체 상에 형성되는 레지스트 패턴에, 복수의 막 두께를 갖는 영역을 형성하고 있다. 차광 영역은 실질적으로 노광광을 차광하고, 투광 영역은 투명 기판이 노출되어 이루어질 수 있다. 반투광 영역은, 투광 영역보다 투과율이 상대적으로 작은 부분이며, 피전사체 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, 평가 방법의 대상인 다계조 포토마스크는, 3개 이상의 레지스트 잔막값(레지스트 잔막값 제로 부분 외에)을 갖는 레지스트 패턴을 갖는 4계조 이상의 포토마스크이어도 된다.

투명 기판으로서는, 글래스 기판 등을 예로 들 수 있다. 또한, 노광광을 차광하는 차광막으로서는, 크롬막 등의 금속막, 실리콘막, 금속 산화막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막 등을 예로 들 수 있다. 또한, 그 차광막은 표면에 반사 방지막을 갖는 것이 바람직하고, 그 반사 방지막의 재료로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 불화물 등을 예로 들 수 있다. 노광광을 일부 투과시키는 반투광막으로서는, 크롬의 산화물, 질화물, 탄화물, 산화 질화물, 산화 질화탄화물, 또는, 금속 실리사이드 등을 이용할 수 있다. 특히, 산화 크롬막, 질화 크롬막, 몰리브덴 실리사이드막과 같은 금속 실리사이드막이나, 몰리브덴 실리사이드막의 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물 등이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 몰리브덴 실리사이드의 산화물, 질화물, 산질화물, 탄화물, 산화 질화 탄화물 등의 막을 이용할 수 있다.

다계조 포토마스크의 전사 패턴으로서는, 투명 기판 상에 반투광막 및 차광막을 형성하고, 각각에 소정의 패터닝을 실시함으로써 형성된 전사 패턴이나, 투명 기판 상에 차광막을 형성하고, 노광기 해상도 이하의 미세 패턴으로 패터닝하여 광의 회절 효과에 의해 중간조를 내는 전사 패턴 등을 들 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 다계조 포토마스크의 평가 방법에서는, 평가 대상으로 하는 전사 패턴에 대해서, 노광 조건 하에서의 전사 패턴의 공간상 데이터를 취득하고, 공간상 데이터에 대해, 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정하고, 이 임계값을 이용하여, 공간상 데이터를 2치화하고, 2치화한 공간상 데이터를 이용하여, 전사 패턴을 평가한다.

이 평가 방법에서는, 평가 대상으로 하는 전사 패턴에 대해서, 노광 조건 하에서의 전사 패턴의 공간상 데이터를 취득한다. 즉, 공간상 데이터를 취득하는 경우에, 전사 패턴이 형성된 포토마스크에, 노광 조건 하에서의 노광광을 조사하고, 전사 패턴의 투과광을 촬상 수단에 의해 촬상한다. 여기서의 노광 조건은, 이 다계조 포토마스크를 이용할 때의 노광 조건으로 한다. 구체적으로는, 노광 조건은, 이 다계조 포토마스크를 이용할 때의 광학계의 NA(개구수), σ(코히어런시), 및 조사 파장을 이용한다. 또한, 여기서, 공간상이란, 전사 패턴을, 상기 노광 조건 하에서 노광한 경우에, 피전사체 상에 주어지는 상(광 강도 분포)을 의미한다. 예를 들면, 도 3의 (a)에 도시한 TFT의 전사 패턴(채널ㆍ랭스:5.0㎛, 막 투과율 40％)을 NA=0.08, σ=0.8, 노광광의 파장별의 강도비가 g선/h선/i선=1/1/1인 노광 조건에서 노광한 경우에, 얻어지는 공간상이 도 3의 (b)에 도시한 것이다. 또한, 도 3의 (a)에서, 참조 부호 21은 차광막이며, 참조 부호 22는 반투광막이다.

이 평가 방법에서는, 공간상 데이터에 대해, 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정한다. 예를 들면, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같은 전사 패턴, 즉, 2개의 차광막(21) 사이에 반투광막(22)이 형성된 전사 패턴에서, A-B간의 실효 투과율을 구하면 도 1의 (b)에 도시한 바와 같다. 이 공정에서의 실효 투과율의 임계값이란, 도 1의 (b)에 도시한 특성 곡선에 대한 임계값(TH1, TH2, TH3)이다. 임계값의 차는 포토마스크에 부여하는 노광량의 차이다.

임계값은, 전사 패턴을 평가할 때의 기준으로서 필요하므로, 그 결정된 방법이 중요하게 된다. 전술한 바와 같이, 실효 투과율 T_A는, 실제로 이용하는 노광 조건 하에서, 마스크의, 예를 들면 반투광 영역이 노광광을 투과하는 투과율을 의미한다. 이 실효 투과율은, 전술한 바와 같이 선폭에 의해 변하고, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 실효 투과율의 임계값과 반투광 영역에 대응하는 부분의 선폭(CD(Critical Dimension))은 상관이 있다고 생각된다. 임계값이 크다고 하는 것은, 반투광 영역에 대응하는 부분의 선폭이 작다고 하는 것으로 된다. 이 실효 투과율의 임계값은, 포토마스크를 이용하여, 전사 패턴을 피전사체 상에 전사한 후의 목표 선폭에 기초하여 결정할 수 있다. 혹은, 임계값은, 포토마스크에 형성하는 전사 패턴의 선폭 설계값에 기초하여 결정할 수 있다.

예를 들면, 미리, 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대해, 노광 조건을 적용하였을 때의 공간상 데이터를 구해 둘 수 있다. 이 공간상 데이터를 참조하여, 상기 목표 선폭(예를 들면, 채널부로서 형성하고자 하는 반투광 영역의 목표 선폭)을 부여하는 실효 투과율을 구하고, 이것을 임계값으로 할 수 있다. 또는, 상기의, 정상부의 공간상을 참조하여, 포토마스크의 선폭 설계값(예를 들면, 채널 부분에 대응하는 반투광 영역의 설계 선폭)을 부여하는 실효 투과율을 구하고, 이를 임계값으로 하여도 된다.

그리고, 상기에서 결정된 실효 투과율의 임계값을 이용하여, 평가 대상으로 되는 전사 패턴의 공간상 데이터를 2치화하고, 2치화 공간상 데이터를 얻을 수 있다. 이 2치화한 공간상 데이터를 이용하여, 전사 패턴을 평가한다. 예를 들면, 이 2치화 공간상 데이터로부터, 선폭의 절대값, 백결함, 흑결함의 유무를 판단할 수 있다. 예를 들면, 평가 대상으로 하는 전사 패턴에서의 2치화한 공간상 데이터에 기초하여, 전사 패턴을 피전사체 상에 전사하였을 때의, 결함부의 선폭을 산출(선폭 산출 공정)하고, 여기서 산출한 선폭이, 소정 레인지를 초과하여 상위한 경우에 결함 수정 대상으로 하여도 된다.

전사 패턴의 평가에서는, 미리, 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대한 2치화한 공간상 데이터를 취득하고, 평가 대상의 2치화한 공간상 데이터와 비교하여도 된다. 그리고, 이 비교 결과에 기초하여, 결함인지의 여부의 기준을 이용하여, 마스크의 선폭 분포 등을 평가하고, 또한 경우에 따라서는 결함 수정의 필요 여부를 판정한다. 즉, 평가 대상으로 하는 전사 패턴에서의, 2치화한 공간상 데이터와, 정상부의 2치화한 공간상 데이터를 비교함으로써, 평가 대상으로 하는 전사 패턴 완성도를 판단할 수 있고, 또는 수정 필요 여부를 판정하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 결함인지의 여부의 기준으로서는, 예를 들면, 전술한 방법에 의해 흑결함부의 검사 화상을 생성하고, 차광 영역(도 1의 (a)의 차광막(21)) 사이에 끼워진 반투광 영역(도 1의 (a)의 반투광막(22))에서, 임계값 이하의 섬 형상 패턴이 검출된 경우에 그것을 수정 대상으로 하는 기준, 혹은, 상기 임계값을, 반투광 영역의 최대 실효 투과율 +2.0％로서 백결함부의 검사 화상을 생성하고, 반투광 영역에 빠짐 패턴이 검출된 경우에 그것을 수정 대상으로 하는 기준 등을 들 수 있다.

평가 대상으로 되는 전사 패턴은, 정상의 전사 패턴과 함께, 동일한 포토마스크에 포함되는 것일 수 있다. 예를 들면, TFT로 대표되는 바와 같은, 단위 패턴이 배열된 반복 패턴의 경우의 마스크 평가는, 동일한 포토마스크의 서로 다른 영역에 있는, 간단히 패턴끼리의 비교에 의해, 결함의 유무를 판단할 수 있어, 유용하다.

또한, 평가 대상으로 하는 전사 패턴은, 정상부와의 사이의 비교에 앞서서, 전사 패턴에서의 반투광부가 결함부를 포함하는 것이 파악된 것일 수 있다. 예를 들면, 마스크의 패턴 형상 결함 검사 장치에 의해, 다계조 포토마스크에 패턴 결함이 발견되었을 때, 그 포토마스크가 실제의 노광 조건 하에서, 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴이, 문제를 발생시키는 것인지의 여부를, 전술한 평가 방법에 의해 미리 파악하는 것이 가능하다. 따라서, 실제의 노광 공정 전, 즉 마스크 평가의 단계에서 장악할 수 있는 이점이 있다.

종래는 마스크 패턴의 사양만에 의해 결함의 유무를 판단하는 것이 널리 행해지고 있었지만, 그 방법에 의해 결함 판정된 전사 패턴이 실제의 노광 조건 하에서는 문제가 생기지 않는 경우, 혹은 그 반대의 경우가 있는 것이, 본 발명자에 의해 발견되어 있다. 나아가서는, 통상의 패턴 형상 결함 검사에 의해 흑결함(잉여 결함)이라고 판정된 것이, 현실의 포토마스크의 사용에 의해서는, 백결함(결락 결함)으로서 작용하게 되는 경우가 있는 것도, 본 발명자들에 의해 발견되었다. 이것은, i선∼g선 등의 노광 파장 레인지와, 패턴 형상, 치수 등의 상승 작용에 의해 생기는 것으로 생각된다.

전술한 평가 방법을 포함하여 다계조 포토마스크를 제조하는 경우, 투명 기판 상에, 적어도 차광막을 형성하고, 상기 투명 기판상의 막의 패터닝을 행하여 전사 패턴을 형성하고, 형성된 전사 패턴을 상기 방법으로 평가한다. 그리고, 이 평가에서, 결함 수정이 필요하면, 결함 수정하고, 또한 마찬가지의 방법으로 평가를 행할 수 있다. 이와 같은 평가를 거쳐서 얻어진 다계조 포토마스크는, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 평가된 것이므로, 실제의 마스크 사용에서 문제가 없는 다계조 포토마스크이다. 특히, 이 평가 방법을 이용함으로써, 피전사체 상에 전사되었을 때의 전사 패턴의 면내의 선폭 분포를 0.15㎛ 이하로 하는 것이 가능한 고품질의 다계조 포토마스크를 제조하는 것이 가능하게 된다.

구체적으로는, 전사 패턴의 평가에서는, 미리, 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대한 2치화한 공간상 데이터를 취득하고, 상기 평가 대상의 2치화한 공간상 데이터와 비교한다. 이와 같이 미리 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대한 2치화한 공간상 데이터를 취득해 두고, 이 공간상 데이터와 비교를 행하므로, 정확한 마스크 평가를 행하는 것이 가능하게 된다. 또한, 평가 대상으로 되는 전사 패턴은, 상기 정상의 전사 패턴과 함께, 동일한 포토마스크에 포함되는 것이 바람직하다.

면내의 선폭 분포가 0.15㎛ 이하란, 선폭 표준값에 대한 선폭 분포(선폭 최대값과 선폭 최소값의 차의 절대값)가 0.15㎛ 이하로 할 수 있다. 예를 들면, 그 포토마스크에서의, 전사 패턴의 선폭 설계값, 또는, 상기 전사 패턴을 피전사체(피가공체)에 전사하였을 때의 목표 선폭을 표준값으로 할 수 있다. 또는, 전사 패턴 내의 동일 패턴간에서, 그 선폭 분포가 0.15㎛ 이내로 할 수 있다.

이와 같이 하여 얻어진 다계조 포토마스크는, 피전사체 상에 전사 패턴을 전사할 수 있다. 이 다계조 포토마스크는, 다계조 포토마스크가 피전사체 상에 형성하는 레지스트 패턴을 정확하게 반영한 화상 데이터로 평가된 것이므로, 정확하게 피전사체 상에 전사 패턴을 전사할 수 있다.

여기서, 전사 패턴을 공간상 데이터로 하기 위한 장치로서는, 예를 들면 도 2에 도시한 장치를 들 수 있다. 이 장치는, 광원(1)과, 광원(1)으로부터의 광을 포토마스크(3)에 조사하는 조사 광학계(2)와, 포토마스크(3)를 투과한 광을 결상시키는 대물 렌즈계(4)와, 대물 렌즈계(4)를 거쳐서 얻어진 상을 촬상하는 촬상 수단(5)으로 주로 구성되어 있다.

광원(1)은, 소정 파장의 광속을 발하는 것이며, 예를 들면, 할로겐 램프, 메탈 할로겐 램프, UHP 램프(초고압 수은 램프) 등을 사용할 수 있다.

조사 광학계(2)는, 광원(1)으로부터의 광을 유도하여 포토마스크(3)에 광을 조사한다. 이 조사 광학계(2)는, 개구수(NA)를 가변으로 하기 위해, 조리개 기구(개구 조리개(7))를 구비하고 있다. 이 조사 광학계(2)는, 포토마스크(3)에서의 광의 조사 범위를 조정하기 위한 시야 조리개(6)를 구비하는 것이 바람직하다. 이 조사 광학계(2)를 거친 광은, 마스크 유지구(3a)에 의해 유지된 포토마스크(3)에 조사된다. 이 조사 광학계(2)는 케이스(13) 내에 배설된다.

포토마스크(3)는 마스크 유지구(3a)에 의해 유지된다. 이 마스크 유지구(3a)는, 포토마스크(3)의 주평면을 대략 연직으로 한 상태에서, 이 포토마스크(3)의 하단부 및 측연부 근방을 지지하고, 이 포토마스크(3)를 경사시켜 고정하여 유지하게 되어 있다. 이 마스크 유지구(3a)는, 포토마스크(3)로서, 대형(예를 들면, 주평면이 1220㎜×1400㎜, 두께 13㎜인 것), 또한, 다양한 크기의 포토마스크(3)를 유지할 수 있도록 되어 있다. 또한, 대략 연직이란, 도 2 중 θ로 나타내는 연직으로부터의 각도가 약 10도 이내를 의미한다. 포토마스크(3)에 조사된 광은, 이 포토마스크(3)를 투과하여, 대물 렌즈계(4)에 입사된다.

대물 렌즈계(4)는, 예를 들면, 포토마스크(3)를 투과한 광이 입사되고, 이 광속에 무한원 보정을 가하여 평행광으로 하는 제1군(시뮬레이터 렌즈)(4a)과, 이 제1군을 거친 광속을 결상시키는 제2군(결상 렌즈)(4b)으로 구성된다. 시뮬레이터 렌즈(4a)는, 조리개 기구(개구 조리개(7))가 구비되어 있고, 개구수(NA)가 가변으로 되어 있다. 대물 렌즈계(4)를 거친 광속은, 촬상 수단(5)에 의해 수광된다. 이 대물 렌즈계(4)는 케이스(13) 내에 배설된다.

이 촬상 수단(5)은, 포토마스크(3)의 상을 촬상한다. 이 촬상 수단(5)으로서는, 예를 들면, CCD 등의 촬상 소자를 이용할 수 있다.

이 장치에서는, 조사 광학계(2)의 개구수와 대물 렌즈계(4)의 개구수가 각각 가변으로 되어 있으므로, 조사 광학계(2)의 개구수의 대물 렌즈계(4)의 개구수에 대한 비, 즉, 시그마값(σ:코히어런시)을 가변할 수 있다. 상기 조건을 적절하게 선택함으로써, 노광 시의 광학 조건을 재현, 또는 근사할 수 있다.

또한, 이 장치에서는, 촬상 수단(5)에 의해 얻어진 촬상 화상에 대한 화상 처리, 연산, 소정의 임계값과의 비교 및 표시 등을 행하는 연산 수단(11), 표시 수단(12)을 갖는 제어 수단(14) 및 케이스(13)의 위치를 바꾸는 이동 조작 수단(15)이 설치되어 있다. 이 때문에, 얻어진 촬상 화상, 또는, 이에 기초하여 얻어진 광 강도 분포를 이용하여, 제어 수단에 의해 소정의 연산을 행하고, 다른 노광광을 이용한 조건 하에서의 촬상 화상, 또는 광 강도 분포나 투과율을 구할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 도 2에 도시한 장치는, NA와 σ값이 가변으로 되어 있고, 광원의 선원도 바꿀 수 있으므로, 다양한 노광기의 노광 조건을 재현할 수 있다.

여기서, 전술한 평가 방법으로 결함 수정의 유무를 판정하는 경우에 대해서 구체적으로 설명한다.

우선, 도 3의 (a)에 도시한 형상의, TFT 제조용 전사 패턴을 평가한다. 이 전사 패턴의 설계값은, 채널ㆍ랭스가 5.0㎛이며, 막 투과율이 40％인 반투광 영역을 포함하는 패턴이다. 이 전사 패턴을 도 2에 도시한 장치를 이용하여 노광, 촬상하고, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같은 공간상을 얻고, 이것을 기초로 공간상 데이터로 한다. 이 때의 노광 조건은, NA=0.08, σ=0.8, 노광광의 파장별 강도비 g선/h선/i선=1/1/1이다.

우선, 정상 패턴을 갖는 정상부에 대해서, 상기 노광 조건 하에서의 공간상을 얻는다. 이 공간상 데이터를 이용하여, 전사 후의 목표 선폭을 부여하는 실효 투과율을 구할 수 있고, 이것을 임계값으로서 결정한다. 예를 들면, 전사 후의 채널ㆍ랭스의 목표 선폭을 4.2㎛로 하면, 실효 투과율이 0.183이었으므로, 이것을 임계값으로 한다. 도 3의 (c)는 이 임계값을 적용한 2치화 공간상이다.

이것을, 평가 대상으로 되는 전사 패턴의 공간상 데이터에 적용하면, 이 공간상 데이터를 2치화할 수 있다. 이것을 도 4의 (b)∼(i)에 도시한다. 혹은, 상기 정상 패턴의 공간상 데이터에서, 전사 후의 목표 선폭 대신에, 마스크의 선폭 설계값을 부여하는 실효 투과율을 구하고, 이것을 임계값으로 하여도 된다. 예를 들면, 선폭 설계값을 5.0㎛로 하면, 이 선폭을 부여하는 실효 투과율이 0.122이었다(도 3의 (d)). 따라서, 이 임계값을 이용하여, 평가 대상의 전사 패턴 공간상 데이터를 2치화할 수 있다. 도 5의 (b)∼(i)가, 그 2치화 공간상이다. 또한, 도 3의 (c), (d)에서의 Th는, 실효 투과율에서의 스레쉬홀드값(임계값)이다.

상기한 바와 같이, 정상부에 대한 2치화한 공간상 데이터(도 4의 (a), 도 5의 (a))와, 평가 대상의 2치화한 공간상 데이터(도 4의 (b)∼(i), 도 5의 (b)∼(i))를 비교함으로써, 흑결함, 백결함 모두 수정의 필요 여부를 판정하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 적절하게 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시 형태에서의 재질, 패턴 구성, 부재의 개수, 사이즈, 처리 수순 등은 일례이며, 다양하게 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

Claims (16)

1. 투명 기판 상에 형성된 적어도 차광막이 패터닝되어 있는 것에 의해, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 평가 방법으로서, 평가 대상으로 하는 상기 전사 패턴에 대해, 노광 조건 하에서의 상기 전사 패턴의 공간상 데이터를 취득하는 공정과, 상기 공간상 데이터에 대해, 소정의 실효 투과율의 임계값을 결정하는 공정과, 상기 임계값을 이용하여, 상기 공간상 데이터를 2치화하고, 상기 2치화한 공간상 데이터를 이용하여, 상기 전사 패턴을 평가하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
2. 제1항에 있어서,
   미리 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대한 공간상 데이터를 취득하고, 상기 정상부의 공간상 데이터를 이용하여 상기 임계값을 결정하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 임계값은, 상기 다계조 포토마스크를 이용하여, 상기 전사 패턴을 피전사체 상에 전사한 후의 목표 선폭에 기초하여 결정된 임계값인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 임계값은, 상기 다계조 포토마스크에 형성하는 상기 전사 패턴의 선폭 설계값에 기초하여 결정된 임계값인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전사 패턴을 평가하는 공정은, 미리, 정상의 전사 패턴을 갖는 정상부에 대한 상기 2치화한 공간상 데이터를 취득하고, 이 취득한 공간상 데이터와 상기 평가 대상의 2치화한 공간상 데이터를 비교하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 평가 대상으로 되는 전사 패턴은, 상기 정상의 전사 패턴과 함께, 동일한 포토마스크에 포함되는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴은, 상기 비교에 앞서서, 상기 전사 패턴에서의 반투광부가 결함부를 포함하는 것이 파악된 것인 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
8. 제2항에 있어서,
   상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴에서의 2치화한 공간상 데이터와 상기 정상부의 2치화한 공간상 데이터를 비교함으로써, 상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴의 수정 필요 여부를 판정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
9. 제7항에 있어서,
   상기 평가 대상으로 하는 전사 패턴에서의 2치화한 공간상 데이터에 기초하여, 상기 전사 패턴을 피전사체 상에 전사하였을 때의, 상기 결함부의 선폭을 산출하는 선폭 산출 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 산출한 선폭이, 상기 정상부의 2치화한 공간상 데이터에 기초하여 얻어지는 선폭에 대해, 소정 레인지를 초과하여 상위한 경우에, 결함 수정 대상으로 하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에 형성된 상기 차광막에, 노광기의 해상 한계 이하의 미세 패턴이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 반투광 영역은, 상기 투명 기판 상에, 노광광의 일부를 투과하는 반투광막이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
13. 제1항에 있어서,
    상기 공간상 데이터를 취득하는 공정은, 상기 전사 패턴이 형성된 상기 포토 마스크에, 상기 노광 조건 하에서의 노광광을 조사하고, 상기 전사 패턴의 투과광을 촬상 수단에 의해 촬상하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 평가 방법.
14. 투명 기판 상에 형성된, 적어도 차광막이 패터닝되어 있는 것에 의해, 투광 영역, 차광 영역, 및 반투광 영역을 포함하는 전사 패턴을 구비한 다계조 포토마스크의 제조 방법으로서, 상기 패터닝을 행하여 상기 전사 패턴을 형성하는 패턴 형성 공정과, 형성된 상기 전사 패턴을 평가하는 평가 공정을 포함하고, 상기 평가 공정은, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 평가 방법에 의한 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 평가 방법에 의해, 피전사체 상에 전사되었을 때의 상기 전사 패턴의 면내의 선폭 분포가 0.15㎛ 이하로 되는 상기 포토마스크를 제조하는 것을 특징으로 하는 다계조 포토마스크의 제조 방법.
16. 제14항의 다계조 포토마스크의 제조 방법에 의한 포토마스크를 이용하여, 피전사체 상에 상기 전사 패턴을 전사하는 것을 특징으로 하는 패턴 전사 방법.
    

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