KR20190013517A

KR20190013517A - 포토마스크의 검사 방법, 포토마스크의 제조 방법, 및 포토마스크 검사 장치

Info

Publication number: KR20190013517A
Application number: KR1020180084622A
Authority: KR
Inventors: 다이스께 겜모찌
Original assignee: 호야 가부시키가이샤
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2018-07-20
Publication date: 2019-02-11
Also published as: TW201910912A; KR102137868B1; TWI659263B; JP2019028171A; CN109307980A

Abstract

포토마스크의 전사용 패턴에 포함되는 위상 시프트부의 위상 시프트양을 간편하게 직접 측정할 수 있도록 한다.
포토마스크의 전사용 패턴에 포함되는 위상 시프트부의 위상 특성을 측정하는 포토마스크의 검사 방법이며, 투영 광학계를 구비한 검사 장치에 포토마스크를 세트하는 공정과, 세트한 포토마스크를 노광하고 위상 시프트부의 광학 상을 촬상면 상에 투영함으로써 광학 상 데이터를 취득하는 광학 상 데이터 취득 공정과, 취득한 광학 상 데이터를 이용하여 위상 시프트부가 갖는 위상 시프트양을 구하는 연산 공정을 갖고, 광학 상 데이터 취득 공정에서는, 포토마스크, 투영 광학계 및 촬상면 중 적어도 일부를 광축 방향으로 이동시켜 복수의 포커스 상태의 각각에 있어서의 광학 상 데이터를 취득하고, 연산 공정에서는, 취득된 복수의 포커스 상태의 광학 상 데이터를 이용하여 위상 시프트양을 구한다.

Description

포토마스크의 검사 방법, 포토마스크의 제조 방법, 및 포토마스크 검사 장치{METHOD FOR INSPECTING A PHOTOMASK, METHOD FOR MANUFACTURING A PHOTOMASK, AND APPARATUS FOR INSPECTING A PHOTOMASK}

본 발명은, 전자 디바이스를 제조하기 위한 포토마스크 검사에 관한 것이며, 특히 표시 장치 제조용에 적합한 포토마스크의 검사에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 위상 시프트 효과를 이용한 전사용 패턴을 갖는 포토마스크(위상 시프트 마스크)의 위상 시프트양을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

위상 시프트 마스크는 바이너리 마스크에 비하여 전사 성능, 특히 초점 심도나 콘트라스트가 우수한 점에서, 주로 반도체 장치 제조용의 포토마스크에 사용되고 있다. 또한 이들 위상 시프트 마스크의 패턴이 갖는 위상 시프트양을 검사하는 검사 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 1에는, 노광용 마스크에 형성된 반투명 위상 시프트막에 의한 위상 어긋남을 측정하는 위상 검사 방법이 기재되어 있다. 이 위상 검사 방법은, 차광막에 형성된 라인/스페이스를 포함하는 제1 패턴 군과, 반투명 위상 시프트막에 형성된 라인/스페이스를 포함하는 제2 패턴 군을 이용하여, 투영 노광 광학계를 통하여 측정면 상에 각각의 패턴 군의 광학 상을 결상시키는 공정과, 상기 측정면을 광축(Z) 방향으로 이동시켜 상기 광학 상을 복수 취득하는 공정과, 상기 취득된 복수의 광학 상으로부터 제1 패턴 군의 초점 위치와 제2 패턴 군의 초점 위치의 차를 산출하는 공정과, 상기 산출된 초점 위치의 차로부터 상기 반투명 위상 시프트막에 의한 위상차를 산출하는 공정을 포함하는 것이다.

특허문헌 2에는, 시어링 간섭계(Shearing Interferometer)을 사용하여, 하프톤형 위상 시프트 마스크에 형성된 위상 시프터의 위상 시프트양 및 투과율을 동시에 측정하는 측정 방법이 기재되어 있다. 이 측정 방법은, 하프톤막에 형성한 광 투과부에 의하여 구성되는 모니터 패턴, 또는 광 투과부에 형성한 하프톤막에 의하여 구성되는 모니터 패턴을 향하여 조명 빔을 투사하여 시어링 간섭계의 시어링양을 조정하여, 모니터 패턴을 투과한 투과 광과 모니터 패턴의 주변 에어리어를 투과한 투과 광에 의하여 형성되는 제1 및 제2 간섭 화상, 및 모니터 패턴의 주변 에어리어를 투과한 투과 광끼리에 의하여 형성되는 제3 간섭 화상을 포함하는 가로 어긋남 간섭 화상을 2차원 촬상 장치 상에 형성하는 공정과, 상기 제1 내지 제3 간섭 화상을 포함하는 가로 어긋남 간섭 화상에 대하여 1주기 분의 위상 변조를 행하여, 제1 내지 제3 간섭 화상에 대하여 위상 변조량과 휘도값의 관계를 나타내는 위상 변조 데이터를 각각 취득하는 공정과, 상기 제1 및 제2 간섭 화상의 위상 변조 데이터를 이용하여 제1 간섭 화상과 제2 간섭 화상 사이의 위상 시프트양을 산출하여 위상 시프터의 위상 시프트양으로서 출력하는 공정과, 상기 제1 간섭 화상의 위상 변조 데이터의 진폭과 제3 간섭 화상의 위상 변조 데이터의 진폭의 비의 2제곱을 산출하여 위상 시프터의 투과율로서 출력하는 공정을 포함하는 것이다.

일본 특허 제3431411호 공보 일본 특허 제5660514호 공보

액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)나 유기 EL(Organic Electro Luminescence) 표시 장치 등을 포함하는 표시 장치에 있어서는, 보다 밝게, 또한 전력이 절약됨과 함께 고정밀, 고속 표시, 광시야각과 같은 표시 성능의 향상이 요망되고 있다.

예를 들어 상기 표시 장치에 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)로 말할 것 같으면, TFT를 구성하는 복수의 패턴 중, 층간 절연막에 형성된 콘택트 홀이 확실히 상층 및 하층의 패턴을 접속시키는 작용을 확보하지 않으면, 올바른 동작이 보증되지 않는다. 그 한편으로, 예를 들어 액정 표시 장치의 개구율을 최대한 크게 하여 밝고 전력이 절약되는 표시 장치로 하기 위해서는 콘택트 홀의 직경이 충분히 작을 것이 요구되는 등, 표시 장치의 고밀도화의 요구에 수반하여 홀 패턴의 직경도 미세화(예를 들어 3㎛ 미만)가 요망되고 있다. 예를 들어 직경이 0.8㎛ 이상 2.5㎛ 이하, 나아가 직경이 2.0㎛ 이하인 홀 패턴이 필요해지며, 구체적으로는 0.8 내지 1.8㎛의 직경을 갖는 홀 패턴의 형성도 요망된다고 생각된다.

그 한편으로, 이 분야에서 사용되는 노광 장치가 갖는 광학계의 NA(Numerical Aperture)는 0.08 내지 0.15 정도이고, 노광 광원도 i선, h선, 또는 g선이 다용되며, 주로 이들을 포함한 브로드 파장 광원을 사용함으로써, 대면적을 조사하기 위한 광량을 얻어, 생산 효율이나 비용을 중시하는 경향이 강하다.

그런데 반도체 장치 제조에 이용되어 온 하프톤형 위상 시프트 마스크는, 주지와 같이, 조사된 노광 광의 위상을 대략 180도 시프트함과 함께, 소정의 투과율을 갖는 반투광막(위상 시프트막이라고도 함)을 사용한, 전사용 패턴을 갖는 포토마스크이며, 광의 간섭을 이용함으로써 해상성을 향상시키는 포토마스크이다. 구체적으로는 초점 심도(Depth of Focus: DOF)나 콘트라스트를 향상시키는 효과가 있다고 한다. 또한 이 타입의 포토마스크(Attenuated Phase Shift Mask)는 다른 타입(Alternating Phase-Shift Mask)과 달리 패턴 디자인에 제약이 적어 홀 패턴에 유리하게 적용되며, 특히 고립 홀 패턴에 적용되어 효과를 높이고 있다.

근년, 표시 장치의 제조에 있어서도, 상기와 같이 패턴의 미세화 요청이 높아져 있는 점에서, 반도체 장치 제조용의 기술로서 다용되어 온 하프톤형 위상 시프트 마스크의 적용이 검토되기 시작하고 있다.

포토마스크의 제조 공정에서는, 형성된 전사용 패턴의 좌표나 결함의 유무 등을 대상으로 하여 각종 검사가 행해진다. 위상 시프트 마스크에 있어서는, 위상 시프트양이 설계값으로부터 어긋나 버리면 전사성이 저하되기 때문에, 위상 시프트양을 측정하는 검사 공정이 필요해진다.

그러나 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 방법에 의하면, 위상차 측정용으로 미리 정해진 디자인의 모니터 패턴을 포토마스크의 전사용 패턴의 영역 외 등에 형성해 둘 필요가 있다. 따라서 소정의 모니터 패턴을 갖지 않는 포토마스크에 대하여 그 위상 시프트부의 위상차를 측정할 수는 없다.

또한 측정된 결과는 모니터 패턴 부분의 위상 시프트양이지 전사용 패턴의 직접 측정 결과는 아니다. 여기서 전사용 패턴이란, 얻고자 하는 전자 디바이스의 설계에 기초하여 피전사체 상에 전사되는 패턴을 말한다. 1변이 6인치 정도인 반도체 장치 제조용 포토마스크이면, 모니터 패턴 부분의 위상 시프트양은 전사용 패턴 부분의 위상 시프트양과 거의 차이는 없어 특단의 문제는 없다고도 생각된다. 한편, 표시 장치 제조용의 포토마스크는, 기판 사이즈가 커서(예를 들어 기판 주면이 300 내지 2000㎜인 사각형), 위상 시프트막의 성막에 있어서, 면 내의 막 두께의 변동을 0으로 하는 것은 곤란하다. 따라서 기판의 외연 근처에 설치된 모니터 패턴 부분의 위상 시프트양이, 전사용 패턴 내부의 위상 시프트양과 어긋남을 발생시키는 경우가 있어, 패턴 전사 시에 발생하는 위상 시프트 효과를 정확히 파악할 수 없다는 문제가 있다.

그래서 본 발명은, 전사용 패턴에 포함된 위상 시프트부에 대하여, 그 위상 시프트양을 간편하게 직접 측정하는 방법 및 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

(제1 양태)

본 발명의 제1 양태는,

포토마스크의 전사용 패턴에 포함되는, 위상 시프트부의, 위상 특성을 측정하는, 포토마스크의 검사 방법이며,

투영 광학계를 구비한 검사 장치에 상기 포토마스크를 세트하는 공정과,

세트한 상기 포토마스크를 노광하고, 상기 투영 광학계에 의하여 상기 위상 시프트부의 광학 상을 촬상면 상에 투영함으로써, 광학 상 데이터를 취득하는 광학 상 데이터 취득 공정과,

취득한 상기 광학 상 데이터를 이용하여, 상기 위상 시프트부가 갖는 위상 시프트양을 구하는 연산 공정을 갖고,

상기 광학 상 데이터 취득 공정에서는, 상기 포토마스크, 상기 투영 광학계 및 상기 촬상면 중 적어도 일부를 광축 방향으로 이동시켜 복수의 포커스 상태의 각각에 있어서의 상기 광학 상 데이터를 취득하고,

상기 연산 공정에서는, 취득된 상기 복수의 포커스 상태의 상기 광학 상 데이터를 이용하여 상기 위상 시프트양을 구하는,

포토마스크의 검사 방법이다.

(제2 양태)

본 발명의 제2 양태는,

상기 연산 공정에서는, 취득된 상기 복수의 포커스 상태의 각각에 대하여 상기 광학 상 데이터로부터 CD값을 구하고, 상기 광학 상의 CD값에 기초하여 상기 위상 시프트양을 구하는, 상기 제1 양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법이다.

(제3 양태)

본 발명의 제3 양태는,

상기 연산 공정에서는, 상기 CD값이 최댓값으로 되는 포커스 상태와 상기 위상 시프트양의 상관에 기초하여 상기 위상 시프트양을 구하는, 상기 제2 양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법이다.

(제4 양태)

본 발명의 제4 양태는,

상기 연산 공정에 앞서, 상기 전사용 패턴에 대하여, 상기 투영 광학계에 의하여 형성되는 광학 상의 CD값이 최댓값으로 되는 포커스 상태와, 상기 위상 시프트부가 갖는 위상 시프트양의 상관을 파악하는 전공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 제2 또는 제3 양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법이다.

(제5 양태)

본 발명의 제5 양태는,

상기 전공정은, 상기 전사용 패턴에 대하여, 상기 투영 광학계에 의하여 형성되는 광학 상의 포커스 상태와, 상기 포커스 상태에 의한 상기 광학 상의 CD값의 변동의 상관을 파악하는 공정을 포함하는, 상기 제4 양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법이다.

(제6 양태)

본 발명의 제6 양태는,

상기 전사용 패턴은 고립 패턴을 포함하는, 상기 제1 내지 제5 중 어느 1양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법이다.

(제7 양태)

본 발명의 제7 양태는,

상기 전사용 패턴은 홀 패턴을 포함하는, 상기 제1 내지 제6 중 어느 1양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법이다.

(제8 양태)

본 발명의 제8 양태는,

상기 위상 시프트부는, 노광 광 투과율 T가 2 내지 10%, 위상 시프트양 φ가 170 내지 190도인 위상 시프트막이, 상기 포토마스크를 구성하는 투명 기판 상에 형성되어 이루어지는, 상기 제1 내지 제7 중 어느 1양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법이다.

(제9 양태)

본 발명의 제9 양태는,

상기 제1 내지 제8 중 어느 1양태에 기재된 포토마스크의 검사 방법을 포함하는, 포토마스크의 제조 방법이다.

(제10 양태)

본 발명의 제10 양태는,

포토마스크의 전사용 패턴에 포함되는, 위상 시프트부의, 위상 특성을 측정하기 위한 포토마스크 검사 장치에 있어서,

피검체인 포토마스크를 보유 지지하는 마스크 보유 지지 수단과,

광을 출사하는 광원과,

상기 광원이 출사하는 광을 유도하여, 상기 마스크 보유 지지 수단에 의하여 보유 지지된 포토마스크에 조사하는 조명 광학계와,

상기 포토마스크를 투과한 광속을 수광하여 촬상면으로 유도하는 투영 광학계와,

상기 촬상면에 촬상 수단이 구비되어 이루어지는 광학 상 취득부와,

상기 포토마스크, 상기 투영 광학계 및 상기 촬상면 중 적어도 일부를 광축 방향으로 이동시켜 상기 촬상면에 있어서의 포커스 상태를 변화시키기 위한 구동부와,

상기 구동부에 의하여 상기 포토마스크, 상기 투영 광학계 및 상기 촬상면 중 적어도 일부가 이동했을 때의 이동 거리를 계측하는 계측부와,

상기 광학 상 취득부에 의하여 취득된 광학 상 데이터로부터 상기 촬상면 상의 광학 상의 CD값을 구하고, 상기 계측부에 의하여 계측된 이동 거리와 상기 CD값에 기초하여 상기 위상 시프트부의 위상 시프트양을 연산하는 연산부

를 갖는 포토마스크 검사 장치이다.

(제11 양태)

본 발명의 제11 양태는,

상기 투영 광학계는 대물 렌즈를 포함하고,

상기 구동부는 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는,

상기 제10 양태에 기재된 포토마스크 검사 장치이다.

(제12 양태)

본 발명의 제12 양태는,

상기 연산부는, 상기 위상 시프트양과 상기 CD값이 최댓값으로 되는 상기 이동 거리의 상관을 미리 기억하는 메모리부를 갖는, 상기 제10 또는 제11 양태에 기재된 포토마스크 검사 장치이다.

(제13 양태)

본 발명의 제13 양태는,

상기 투영 광학계는 오토 포커스 기구를 갖는 상기 제10 내지 제12 중 어느 1양태에 기재된 포토마스크 검사 장치이다.

본 발명에 의하면, 포토마스크의 전사용 패턴에 포함되는 위상 시프트부의 위상 시프트양을 간편하게 직접 측정할 수 있다.

도 1은, 피검체로 되는 포토마스크의 전사용 패턴을 예시하는 도면이며, (a)는 구성예를 평면에서 본 것을 나타내는 도면, (b)는 구성예의 단면을 나타내는 도면, (c)는 얻어지는 광학 상 데이터의 예를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크 검사 장치의 구성예를 나타내는 개략도이다.
도 3은, 위상 시프트양이 상이한 위상 시프트막에 대하여, 디포커스양에 따른 광학 상의 CD 변화의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에서 실시하는 포토마스크 검사 방법에 의한 위상 시프트양의 검사 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 검량선 작성을 위하여 사용하는 참조 마스크의 구성예를 평면에서 본 것을 예시하는 도면이다.
도 6은, 검량선 작성을 위하여 사용하는 광학 상 데이터의 구체예를 나타내는 도면이며, (a)는 위상차 170도의 참조 마스크에 의한 광학 상 데이터의 예를 나타내는 도면, (b)는 위상차 175도의 참조 마스크에 의한 광학 상 데이터의 예를 나타내는 도면, (c)는 위상차 180도의 참조 마스크에 의한 광학 상 데이터의 예를 나타내는 도면, (d)은 위상차 185도의 참조 마스크에 의한 광학 상 데이터의 예를 나타내는 도면, (e)은 위상차 190도의 참조 마스크에 의한 광학 상 데이터의 예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 디포커스에 대한 CD 변화의 거동의 구체예를 나타내는 도면이며, (a)는 위상차 170도의 참조 마스크에 의한 CD 변화의 예를 나타내는 도면, (b)는 위상차 175도의 참조 마스크에 의한 CD 변화의 예를 나타내는 도면, (c)는 위상차 180도의 참조 마스크에 의한 CD 변화의 예를 나타내는 도면, (d)은 위상차 185도의 참조 마스크에 의한 CD 변화의 예를 나타내는 도면, (e)은 위상차 190도의 참조 마스크에 의한 CD 변화의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은, 포토마스크의 위상 시프트양과, 디포커스에 대한 CD 변화의 정점 X 좌표의 상관의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는, 피검체로 되는 포토마스크에 대하여 위상 시프트양의 측정의 구체예를 나타내는 도면이며, (a)는 광학 상 데이터의 예를 나타내는 도면, (b)는 포커스-CD 커브의 예를 나타내는 도면, (c)는 검량선으로부터 위상차(위상 시프트양)를 산출하는 예를 나타내는 도면이다.
도 10은 상이한 사이즈의 홀 패턴을 형성하고자 하는 경우의 상관(검량선)의 예를 나타내는 도면이다.

<위상 시프트 마스크>

일반적으로 위상 시프트 마스크의 제조 공정에 있어서는, 노광 광에 포함되는 파장에 대하여 위상 시프트부의 위상 시프트양이 대략 180도(예를 들어 170도 내지 190도)로 되도록, 사용하는 위상 시프트막의 조성이나 막 두께를 선택한다. 단, 제조의 과정이나 제조 후에, 위상 시프트양의 변화의 유무를 확인하거나, 또는 의도한 특정한 위상 시프트양이 달성되어 있는지를 확인할 목적으로 위상 시프트양의 측정을 행하는 것이 바람직하다.

도 1에, 피검체로 되는 포토마스크(피검 마스크라고도 함)를 예시한다. 도 1의 (a)는 평면에서 본 것, 도 1의 (b)는 단면을 나타내고 있다. 피검 마스크(1)는 소위 하프톤형 위상 시프트 마스크라 칭해지는 것이다. 이 피검 마스크(위상 시프트 마스크)(1)는, 투광부(2)를 포함하는 홀 패턴을 둘러싸고, 노광 광의 위상을 반전시키는 위상 시프트부(3)가 형성되어 있다. 위상 시프트부(3)는, 유리 기판 등의 투명 기판(4) 상에 위상 시프트막(5)이 형성되어 이루어진다. 위상 시프트부(3)는, 노광 광 투과율 T(%)(예를 들어 노광 광에 포함되는 광 중, 대표 파장으로서 i선을 이용한 경우, i선에 대한 투과율)를 2≤T≤10으로 할 수 있다. 이 투과율은 투명 기판(4)의 투과율을 기준으로 한 것이다. 이 범위이면, 광학 상에 사이드 로브가 발생하는 것의 영향이 작고, 또한 이하의 산정을 보다 정확히 실시할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 본 실시 형태에서는, 투과율 5.2%의 위상 시프트막(5)을 사용하였다.

이 위상 시프트 마스크(1)를 노광 장치에 의해 노광하면, 피전사체 상에는, 도 1의 (c)에 나타낸 바와 같은 광학 상 데이터로 표시되는 전사 상(광학 상)을 형성할 수 있다. 노광 장치는, 예를 들어 등배의 프로젝션 노광 장치이며, 광학 조건으로서는 NA가 0.08 내지 0.20 정도, 코히런스 팩터 σ가 0.5 내지 1.0 정도인 것을 적용할 수 있다.

포토마스크 상의 홀 패턴의 CD(Critical Dimension, 여기서는 패턴 폭의 의미로 사용함)를 4㎛ 이하(예를 들어 1.5 내지 4.0㎛)로 하고, 피전사체 상에 4㎛ 이하(예를 들어 0.5 내지 3.5㎛, 보다 바람직하게는 1.0 내지 2.5㎛)의 CD를 갖는 홀 패턴을 형성하는 경우를 생각한다. 이와 같은 미세한 홀 패턴에 있어서, 위상 시프트 마스크의 효과가 유리하게 발휘된다. 본 실시 형태에서는, 마스크 상의 홀 패턴의 CD를 2.5㎛로 하고, 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴의 목표 CD를 2.0㎛로 한 경우를 예로 든다. 즉, 마스크 상의 홀 패턴의 CD보다 피전사체 상에 형성되는 홀 패턴의 CD를 작게 하고 전사하는 경우를 생각한다.

상기 포토마스크(1)를 노광 장치에 세트하고 노광 광을 조사하면 피전사체 상에 전사 상을 형성할 수 있다. 노광 광은, i선, h선, g선 중 어느 것을 포함하는 광으로 할 수 있으며, i선, h선, g선 모두를 포함하는 브로드 파장 광이어도 된다. 단, 이하에 설명하는 본 실시 형태의 검사 방법/장치에 있어서는, 노광 광에 포함되는 대표 파장 등을 이용하여 단일 파장에서의 검사로 한다. 또한 본 실시 형태의 검사 장치는, i선, h선, g선 등 복수의 파장의 광을 각각 단일 파장으로서 사용할 수 있는 수단(광학 필터 등)을 갖는 것이 바람직하다.

도 1의 포토마스크(1)를 노광 장치에 세트한 상태에서 그 포토마스크(1), 노광 장치의 광학계, 및 피전사면 중 어느 것을 광축 방향(이하, Z 방향이라고도 함)으로 상대 이동시키면, 저스트 포커스의 상태, 또는 그 위치로부터 소정 거리 디포커스한 디포커스 상태를 포함하는, 포커스 상태를 변화시킬 수 있다. 이때, 피전사체 상에 형성되는 광학 상이 변화된다.

본 실시 형태에서는, 상세를 후술하는 바와 같이, 변화되는 광학 상을 촬상 수단에 의하여 취득하고, 얻어진 정보에 의하여, 피검체로 되는 포토마스크(1)의 위상 시프트부(3)가 갖는 위상 특성, 구체적으로는 위상 시프트양을 검사한다.

<포토마스크 검사 장치>

도 2에는, 본 실시 형태에 따른 포토마스크 검사 장치(이하, 본 장치라고도 함)(10)를 예시한다.

본 장치(10)는, 포토마스크(1)의 전사용 패턴에 포함되는 위상 시프트부(3)(도 1)의 위상 특성을 검사하기 위한 것이며, 구체적으로는 소정의 노광 광에 대한 위상 시프트부(3)의 위상 시프트양을 측정하는 것이다.

위상 시프트양의 측정을 행하기 위하여 본 장치(10)는 이하와 같이 구성되어 있다. 또한 본 장치(10)가 구비하는 광원(11)이나 조명 광학계(13), 투영 광학계(14)는, 피검체로 되는 포토마스크(1)의 노광에 사용하고자 하는 노광 장치의 구성과 마찬가지의 것으로 하는 것이 바람직하다.

(광원)

예를 들어 본 장치(10)가 구비하는 광원(11)은, 노광 장치의 광원과 그 파장이 마찬가지인 것으로 할 수 있다. 구체적으로는, 노광 장치의 광원이 i선, h선, g선의 파장을 포함하는 것이면, 그 중 어느 것을 광원(11)으로서 구비하는 것이 바람직하다. 또한 노광 장치가 i선, h선, g선을 모두 포함하는 브로드 파장을 포함하는 광원을 갖는 것이면, 그 대표 파장(예를 들어 i선)을 출사하는 광원(11)으로 할 수 있다.

(보유 지지 수단)

본 장치(10)는 또한, 피검체로 되는 포토마스크(1)를 보유 지지하는 마스크 보유 지지 수단(이하, 간단히 보유 지지 수단이라고도 함)(12)을 갖는다. 피검체로 되는 포토마스크(1)는, 투명 기판 상에, 위상 시프트부를 포함하는 전사용 패턴을 구비한, 소위 위상 시프트 마스크로 할 수 있다. 예를 들어 투명 기판 상에 형성된 위상 시프트막이 패터닝되고, 투광부와 위상 시프트부를 갖는 위상 시프트 마스크, 또는 투명 기판 상에 위상 시프트막 및 차광막이 형성되고, 각각이 패터닝된 결과, 투광부, 차광부, 위상 시프트부를 갖는 위상 시프트 마스크 등을 들 수 있다. 나아가, 투명 기판 표면이 소정 깊이 파 들어가진 위상 시프트부를 갖는 위상 시프트 마스크(소위 레벤슨 마스크, 또는 크롬리스 마스크 등)에 적용해도 된다.

(조명 광학계)

또한 본 장치(10)는 조명 광학계(13)를 갖는다. 조명 광학계(13)는, 예를 들어 조명 렌즈와 애퍼처를 구비하며, 광원(11)으로부터 출사된 광속을, 보유 지지 수단(12)에 보유 지지된 포토마스크(1)의 면 상으로 유도한다.

(투영 광학계)

또한 본 장치(10)는, 포토마스크(1)의 투과 광을 촬상면(15)으로 유도하는 투영 광학계(14)를 갖는다. 투영 광학계(14)는 대물 렌즈 및 배율 조정 렌즈를 구비할 수 있다. 이것에 의하여, 포토마스크(1)가 갖는 전사용 패턴의 광학 상이 소정의 배율로 후술하는 촬상면(15)에 형성된다.

(광학 상 취득부)

투영 광학계(14)로부터 출사된 광은 촬상면(15)에 도달하고, 이 촬상면(15)에 구비된 촬상 수단(촬상 소자, 여기서는 CCD: Charge-Coupled Device)에 의하여 광학 상 데이터(구체적으로는, 광학 상 2차원 데이터)가 취득된다. 즉, 광학 상 데이터를 취득하는 이 부분은 본 장치(10)의 광학 상 취득부(16)이다.

(구동부)

또한 본 장치(10)에서는, 포토마스크(1), 투영 광학계(14), 및 광학 상 취득부(16)의 촬상면(15) 중 적어도 일부가, 전체적으로 또는 부분적으로(하나 또는 복수가) Z 방향으로 이동 가능하게 되어 있다(이하, Z 이동이라고도 함). 바람직하게는, 투영 광학계(14)(특히 대물 렌즈) 또는 포토마스크(1) 중 어느 것이 Z 이동하는 것이 장치 설계상 적합하다. 여기서 Z 방향이란, 투영 광학계(14)의 광축 방향이다. 따라서 본 장치(10)에는, 이들을 이동시키기 위한 구동부(17)가 구비되어 있다.

또한 본 장치(10)에서는, 투영 광학계(14)의 일부인 대물 렌즈가 Z 이동한다. 이 이동량은 정교하고도 치밀하게 제어되며, 예를 들어 5㎛ 단위로 그 위치를 제어할 수 있다. 이와 같이 정교하고도 치밀한 Z 이동을 행하는 구동부(17)는, 예를 들어 공지된 구동원(예를 들어 서보 모터, 피에조 소자 등)을 이용하여 구성할 수 있다.

(계측부)

또한 본 장치(10)는, Z 이동 시의 이동량을 계측(이하, Z 계측이라고도 함)하기 위한 계측부(18)를 구비한다. 계측부(18)는, 레이저 간섭계 등의 수단에 의하여, Z 이동하는 대상의 위치를 파악하고 이동 거리를 계측한다. 또한 계측부(18)는 이동 전후의 위치를 파악함으로써 이동 거리를 계측해도 되고, 또는 이동 거리를 계측함으로써 대상물의 위치를 파악해도 된다. 본 실시 형태에 있어서, 위치의 파악과 이동 거리의 계측은 모두 이동 거리의 계측에 포함된다.

상기 Z 이동은, 포토마스크(1)의 전사용 패턴이 촬상면(15)에 결상하는 데 있어서, 그 포커스 상태를 변화시켜 저스트 포커스 및 복수의 상이한 레벨의 디포커스 상태를 형성할 수 있는 것이다.

이 때문에 구동부(17)는, 저스트 포커스 위치를 결정하기 위한 오토 포커스 기구를 갖고 있는 것이 바람직하고, 또한 해당 저스트 포커스 위치로부터 소정량의 디포커스 상태를 용이하게 형성할 수 있도록 계측부(18)와 구동부(17)가 협동하는 구성이 바람직하다. 또한 여기서 말하는 오토 포커스 기구는, 포토마스크(1), 투영 광학계(14), 촬상면(15) 중 적어도 일부가 전체적으로 또는 부분적으로 Z 방향으로 이동 가능하고, 또한 Z 방향의 위치를 직접 계측하여 저스트 포커스 위치로 조정할 수 있는 기구를 말한다.

(연산부)

본 장치(10)는, 상기 구동을 담당하는 구동부(17)와 함께, 위상 시프트양을 연산하기 위한 연산부(19)를 갖는다. 또한 연산부(19)는, 연산에 이용하기 위하여 유용한 정보를 미리 수납하고 기억해 두는 메모리부를 가질 수 있다. 이와 같은 연산부(19)는, 예를 들어 소정 프로그램을 실행하는 컴퓨터 장치를 이용하여 구성할 수 있다. 또한 연산부(19)에 의한 이들 기능에 대해서는 상세를 후술한다.

<포토마스크 검사 방법의 원리>

이하, 광학 시뮬레이션을 이용하여 본 발명의 실시 형태에 따른 포토마스크 검사 방법의 원리를 설명한다.

예를 들어 위상 시프트양이 180도인 위상 시프트막(5)을 사용하여 도 1의 포토마스크(1)를 형성하고, 이를 노광하여 피전사체의 피전사면(일반적으로는 에칭 가공하고자 하는 막면 상에 형성된 레지스트막)에 전사하는 것을 생각한다. 도 1의 포토마스크를 본 장치(10)에 세트하고 노광하면, 피전사면에 상당하는 본 장치(10)의 촬상면(15)에는 전사용 패턴의 광학 상이 생성되며, 촬상 수단에 의하여 광학 상 2차원 데이터를 취득할 수 있다. 이 광학 상 2차원 데이터는, 횡축에 위치, 종축에 광 강도를 취하면 도 1의 (c)과 같이 표현된다.

여기서, 예를 들어 대물 렌즈를 Z 이동시켜 포커스 상태를 변화시키면서 광학 상 2차원 데이터를 취득한다. 저스트 포커스 위치 및 저스트 포커스 위치에 대하여 ±5 내지 30㎛의 디포커스 위치의 광학 상 2차원 데이터를 5㎛의 Z 이동마다 취득하고, 거기서 얻어진 상의 CD값을 각각 플롯하면, 도 3에 나타내는 산형의 커브(굵은 실선 커브)가 얻어진다. 또한 여기서는, 저스트 포커스 위치에서 목표 CD(2.0㎛)가 얻어지는 광량을 역치로 하고, 이 광량에 있어서의 CD값을 상기 각 디포커스 상태에 있어서 구하여 플롯하고 있다.

여기서는, 이하의 노광 조건을 상정하여 광학 시뮬레이션을 행하였다.

노광 장치의 광학 조건: 투영 광학계의 NA=0.085, 코히런스 팩터 σ=0.65, 노광 광 i선

레지스트 조건: Di700

기판 소재: SiO₂

패턴: 고립 홀 패턴, 포토마스크 상의 CD=2.5㎛, 전사 상의 목표 CD=2.0㎛

이 결과, 저스트 포커스일 때 상기 홀 패턴의 CD값은 최대로 되고, +측 또는 -측으로 디포커스한 경우에는 모두 CD값이 감소한다(도 3에 있어서의 180도의 실선 참조). 또한 도 3에 있어서의 Resist CD란, 피전사체 상에 형성되는 전사 상의 CD(㎛)를 의미한다.

다음으로, 포토마스크(1)의 위상 시프트부(3)의 위상 시프트양을 변화시켰을 때, 상기와 마찬가지로 각 포커스 상태에 있어서의 CD값을 플롯한다. 이를 위상 시프트양마다 도 3의 상기 실선 커브에 중첩시켰다(도 3에 있어서의 170도, 175도 ‥ 등의 각 선 참조).

그 결과, 위상 시프트양을 5도씩 변화시켜 170 내지 190도의 위상 시프트양에 대한 커브를 그리면, 그 산형 커브의 위치가 좌우로 시프트하고, 그에 수반하여 피크 위치의 X 좌표도 이동하는 것을 알 수 있다.

즉, 위상 시프트부(3)가 갖는 위상 시프트양과, CD 최댓값을 갖는 포커스 상태(디포커스양) 사이에는 상관이 있다는 것을 이해할 수 있다. 따라서 이 상관을 파악해 두면, 미지의 위상 시프트양을 갖는 피검체의 포토마스크(1)에 대하여, CD 최댓값을 갖는 디포커스양을 계측함으로써, 위상 시프트양을 정확히 알 수 있다.

즉, 복수의 포커스 상태의 각각에 대하여 광학 상 데이터로부터 CD값을 구하고, 상기 광학 상의 CD값에 기초하여 이 포토마스크의 위상 시프트양을 구할 수 있다. 여기서 「광학 상의 CD값에 기초한다」는 것은, 상기와 같이 CD 최댓값을 갖는 디포커스양을 얻는 것에 의해도 되고, 또한 후술하는 바와 같이 CD 최댓값 자체를 얻는 것에 의해도 된다.

이 상관은, 소정의 광학계를 갖는 노광 장치에 고유한 것으로 생각되는 점에서, 포토마스크(1)의 노광에 사용하는 노광 장치와 마찬가지의 사양을 갖는 광학계를 사용하여, 본 실시 형태에 따른 포토마스크 검사 장치(10)를 준비하는 것이 바람직하다.

<포토마스크 검사 방법의 구체적인 실시예>

계속해서, 상기 원리에 기초하여, 본 실시 형태의 포토마스크 검사 장치(10)를 사용하여 실시하는 포토마스크 검사 방법에 대하여, 본 발명의 실시예(이하, 본 실시예라고도 함)로서 구체적으로 상세히 설명한다.

도 4에는, 본 실시예의 포토마스크 검사 방법에 의한 위상 시프트양의 검사 흐름을 예시한다.

여기서 예시하는 검사 흐름에는, (1) 상관을 파악하기 위한 흐름(전공정)과, (2) 피검 마스크(1)의 측정을 행하기 위한 흐름이 포함된다.

(1) 상관의 파악

본 실시예에서는 먼저, 위상 시프트부(3)가 갖는 위상 시프트양과, 그것을 노광했을 때 CD 최댓값을 나타내는 디포커스양의 상관을 파악한다. 구체적으로는 레퍼런스로 되는 검량선을 얻는다.

상관의 파악 시에는 먼저, 위상 시프트양이 각각 상이한 5종류의 위상 시프트 마스크(이하, 참조 마스크라고도 함)를 준비한다.

도 5에 참조 마스크를 예시한다. 5종류의 참조 마스크(20)는 모두, 6인치 사방의 투명 기판 상에 위상 시프트막을 형성하여, 도 5에 예시하는 모니터 패턴(21)을 패터닝한 것이다. 여기서, 각 참조 마스크(20)의 위상 시프트양은 170도, 175도, 180도, 185도 및 190도로 한다.

또한 이들 참조 마스크(20)는, 반도체 장치(LSI: Large-Scale Integration) 제조용 포토마스크에 사용되는 위상차 측정기(예를 들어 레이저텍 제조의 MPM 시리즈 등)를 사용하여 측정함으로써 그 위상 시프트양을 정확히 파악하였다. 도 5에 나타내는 참조 마스크(20)는, 모니터 패턴(21)으로서 방사상으로 배치된 4개의 투광부가 형성되며, 이들 투광부의 사이즈는 해당 측정기의 지정에 기초한 것(예를 들어 W1≥20㎛, W2≥40㎛, d≥15㎛)이고, 패턴 무게 중심(도면 중 X 표 참조)이 해당 측정기의 측정 개소로 되어 있다. 이와 같은 모니터 패턴(21)에 의하여, 해당 측정기를 사용한 위상 시프트양의 정확한 측정이 가능해진다(이상, 도 4 중의 스텝 (ⅰ) 참조).

한편, 참조 마스크(20)의 중앙 근방에는 정사각형의 홀 패턴(22)이 형성되며, 이는, 피검체로서 위상 시프트양을 측정하고자 하는 포토마스크(1)의 패턴에 기초하여 형성된 것이다. 피검체는, 상술한 포토마스크(1)와 마찬가지로 2.5㎛의 CD를 갖는 홀 패턴을 가지며, 이것에 의하여, 피전사체 상에 2.0㎛의 CD를 갖는 홀 패턴을 형성하는 것을 상정하고 있다.

상기 5종류의 참조 마스크(20)를 준비하면, 준비한 각각의 참조 마스크(20)를 순차적으로 본 장치(10)에 세트한다. 그리고 주로 각 참조 마스크(20)의 홀 패턴(22)을 포함하는 영역에 대하여, 저스트 포커스 위치에서 광학 상 2차원 데이터를 취득한다. 또한 저스트 포커스 위치로부터 대물 렌즈를 Z 이동시킴으로써 소정 거리만큼 디포커스시켜 복수의 디포커스 상태를 형성하고, 각각의 디포커스 상태에 있어서의 광학 상 2차원 데이터를 취득한다. 여기서는 예로서, 저스트 포커스 위치에 대하여 ± 5㎛,± 10㎛,± 15㎛의 6종류의 디포커스 상태를 형성하고, 광학 상 2차원 데이터를 취득하였다. 또한 여기서도 노광 조건은, 광학계의 NA=0.085, σ=0.065, 광원은 i선(365㎚)으로 하였다.

이 결과를 도 6의 (a) 내지 (e)에 나타낸다. 여기서는, 저스트 포커스일 때 2㎛의 CD를 갖는 홀 패턴을 형성하는 광 강도를 역치로서 적용하고, 그때의 CD를 디포커스양에 대하여 플롯한 것이 도 7의 (a) 내지 (e)이다.

도 7의 (a) 내지 (e)에 나타내는 포커스-CD 커브에 의하면, 위상 시프트양의 상이에 따라, 포커스 상태에 대한 CD 변화의 거동이 명확히 상이한 것을 알 수 있다. 예를 들어 위상 시프트양 φ가 φ<180도인 경우에는, CD 커브의 최댓값을 나타내는 디포커스양(정점 X 좌표)이 마이너스측에 있는 한편, φ>180도인 경우에는, 정점 X 좌표가 플러스측에 편중되어 있다(이상, 도 4 중의 스텝 (ⅱ) 참조).

본원의 발명자의 검토에 의하면, 위상 시프트양과 정점 X 좌표의 상관은 1차식으로 근사할 수 있고, 위상 시프트양과 정점 Y 좌표의 상관은 2차식으로 근사할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 이를, 도 8에 나타낸다.

즉, 이상에 의하여, 위상 시프트부가 갖는 위상 시프트양과, 그것을 노광했을 때 얻어지는 CD 최댓값, 또는 해당 CD 최댓값을 나타내는 디포커스양의 상관을 파악할 수 있다. 더욱 상세하게는, 각 참조 마스크(20)의 위상 시프트양의 측정 결과(즉, 도 4의 (ⅰ)의 결과)와, 그것을 노광했을 때의 디포커스에 대한 CD 최댓값의 변동(즉, 도 4의 (ⅱ)의 결과)으로부터, 위상 시프트양과, CD 최댓값 또는 CD 최댓값을 나타내는 디포커스양의 상관을 파악함으로써, 레퍼런스로 되는 검량선을 얻을 수 있다(이상, 도 4 중의 스텝 (ⅲ) 참조). 여기서는, 위상 시프트양과 CD 최댓값을 나타내는 디포커스양(정점 X 좌표)의 상관을 나타내는 1차식을 검량선으로 하고, 그 1차식에 의한 검량선을 이용함으로써, 피검체로 되는 포토마스크(1)의 위상 시프트양을 검사하기로 한다.

또한 위상 시프트양과 정점 좌표의 상관에 대해서는, 후단의 피검 마스크의 측정에 이용하는 검량선 데이터로서, 본 장치(10)의 연산부(19)에 부수되는 메모리부에 저장해 두는 것이 바람직하다.

(2) 위상 시프트양의 검사(피검 마스크의 측정)

위상 시프트양과 정점 좌표의 상관을 파악하여 검량선을 얻으면, 파악한 상기 상관을 이용하여, 미지의 위상 시프트양을 갖는 피검 마스크(1)의 위상 시프트양을 측정하여 검사할 수 있다.

위상 시프트양의 측정 시에는 먼저, 피검체로 되는, 위상 시프트부(3)를 갖는 포토마스크(피검 마스크)(1)를 준비한다. 여기서는, 유리를 포함하는 투명 기판(4)에 위상 시프트막(5)을 형성하고, 해당 위상 시프트막(5)에, 도 1의 (a)에 나타내는 패턴을 형성한, 표시 장치 제조용의 하프톤형 위상 시프트 마스크로 한다. 위상 시프트막(5)의 재료로서는, Cr 화합물(산화물, 질화탄화물, 산화질화물, 산화질화탄화물 등)이나 금속 실리사이드(MoSi 등)를 주성분으로 하고, 투과율이 2 내지 10%(보다 바람직하게는 3 내지 8%)인 막이고, 스퍼터 성막에 의한 것으로 할 수 있다.

피검 마스크(1)를 준비하면, 그 피검 마스크(1)를 본 장치(10)에 세트하고 실제의 노광 조건과 마찬가지의 조건에서 노광한다. 이때, 대물 렌즈의 Z 이동에 의하여 복수의 포커스 상태를 형성하고, 각각의 포커스 상태에 있어서 광학 상 2차원 데이터를 취득한다. 이를 도 9의 (a)에 나타낸다.

이와 같이 하여 얻어진 광학 상 2차원 데이터로부터, 최대 CD값으로 되는 디포커스양을 구하여 플롯한 것이, 도 9의 (b)에 나타내는 포커스-CD 커브이다. 여기서는, 커브의 정점의 X 좌표는 저스트 포커스보다 마이너스측으로 시프트하고 있으며, -3.323㎛를 나타내고 있다(이상, 도 4 중의 스텝 (ⅳ) 참조).

여기서 가령, 최대의 CD값을 나타내는 포커스 상태가 0(즉, 저스트 포커스)이면, 피검 마스크(1)에 있어서의 위상 시프트부(3)의 위상 시프트양은 180도인 것을 알 수 있다. 한편, 최대의 CD값을 나타내는 포커스 상태가 플러스측 또는 마이너스측의 디포커스 상태인 경우에는, 피검 마스크(1)에 있어서의 위상 시프트부(3)의 위상 시프트양이 180도로부터 어긋나 있는 것을 파악할 수 있으며, 또한 그 어긋남양을 알 수 있다.

그래서 상기 디포커스양을, 도 8에서 구한 검량선의 1차식에 적용시켜 위상 시프트양을 산출한다. 여기서는, 예를 들어 y=0.4746198962x-85.4321961555의 y의 값에 상기 -3.323을 대입하여 위상 시프트양 x를 구한다. 이 결과, 도 9의 (c)에 나타내는 바와 같이 위상차가 173도인 것이 밝혀졌다(이상, 도 4 중의 스텝 (ⅴ) 참조).

<본 실시 형태의 작용 효과 등>

상기 포토마스크 검사 장치(10)와 이를 사용한 포토마스크 검사 방법에 의하면, 피검 마스크(1)가 소정의 측정 면적을 갖는 모니터 패턴을 갖고 있지 않은 경우에도, 그 피검 마스크(1)의 전사용 패턴에 포함되는 위상 시프트부(3)에 대하여 위상 시프트양을 측정할 수 있다. 즉, 피검 마스크(1)의 전사용 패턴에 포함되는 위상 시프트부(3)에 대하여, 그 위상 시프트양을 간편하게 직접 측정할 수 있다. 이는, 본 발명을 표시 장치 제조용의 포토마스크의 검사에 적용한 경우에 특히 유리한 것으로 된다.

또한 상기 포토마스크 검사 장치(10)와 이를 사용한 포토마스크 검사 방법에 의하면, 복수의 포커스 상태에 있어서의 CD 최댓값(즉, 광학 상의 CD값의 최댓값)을 나타내는 좌표와 위상 시프트양의 상관을 파악한 후에, 그 상관을 나타내는 검량선에 기초하여 피검 마스크(1)의 위상 시프트양을 측정한다. 따라서 그 위상 시프트양의 측정 결과는, 피검 마스크(1)의 노광에 사용하는 노광 장치와 마찬가지의 사양을 갖는 광학계를 사용하여 상관을 파악함으로써, 매우 정확하고 신뢰성이 높은 것으로 된다. 게다가 미리 상관을 파악해 두면, 위상 시프트양을 측정할 때는 피검 마스크(1)를 세트하기만 하면 되므로, 그 측정을 간편하게 행할 수 있다.

또한 상기 (1)에 설명한 상관의 파악에 있어서는, 2.5㎛의 CD를 갖는 홀 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하고, 이것에 의하여 피전사체 상에 2.0㎛의 CD를 갖는 홀 패턴을 형성하는 경우를 상정하였다. 한편, 본 발명의 검사 방법은 이 패턴에 한정되지 않으며, 상이한 디자인의 패턴에 대해서도 적용 가능하다.

예를 들어 상이한 사이즈의 홀 패턴을 형성하고자 하는 경우를 도 10에 나타낸다. 즉, 피전사체 상에, 상기 경우보다 큰 CD의 홀 패턴 또는 작은 CD의 홀 패턴을 형성하는 경우에 대하여, 위상 시프트양과, 그것을 노광했을 때 CD 최댓값을 나타내는 디포커스양의 상관을 검증한 것이다. 1점 쇄선 그래프는, 마스크 상의 CD가 2.3㎛인 홀 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 피전사체 상에 1.8㎛의 CD의 홀 패턴을 형성하는 경우, 점선 그래프는, 마스크 상의 CD가 2.7㎛인 홀 패턴을 갖는 포토마스크를 사용하여 피전사체 상에 2.2㎛의 CD의 홀 패턴을 형성하는 경우를 나타낸다. R2는 결정 계수이다.

이들 경우에도 상기와 마찬가지로 1차식에 의한 근사가 가능한 것을 알 수 있다. 또한 얻고자 하는 목표 패턴의 설계에 따라, 상기 상관을 파악하고, 다양한 검량선을 준비하는 것이 바람직하다. 그리고 준비한 다양한 검량선을, 참조용 데이터로서, 본 장치(10)가 갖는 메모리부에 저장해 두는 것이 바람직하다.

상기 포토마스크 검사 장치(10)와 이를 사용한 포토마스크 검사 방법에 적용하는 포토마스크의 용도에는 특별히 제약은 없다. 위상 시프트부를 갖는 포토마스크이면, 상술한 작용 효과를 얻을 수 있다.

상기 포토마스크 검사 장치(10)와 이를 사용한 포토마스크 검사 방법은, 상술한 바와 같이, 표시 장치 제조용의 포토마스크의 검사에 적용한 경우에 특히 유리하지만, 반도체 장치 제조용의 포토마스크에 적용해도 된다. 또한 상기에 있어서는 전사용 패턴으로서 홀 패턴을 예로 들어 설명했지만 이에 한정되지 않으며, 다른 패턴(예를 들어 라인 앤드 스페이스 패턴)을 이용하더라도 상관없다.

그런데 전사용 패턴에 대해서는, 일정한 규칙성을 갖고 다수의 패턴이 배열됨으로써 이들이 상호 광학적인 영향을 미치는 밀집(Dense) 패턴과, 이러한 규칙적 배열의 패턴을 구성하지 않는 고립(Iso) 패턴을 각각 구별하여 호칭하는 경우가 있다.

피검체로 되는 포토마스크(1)는, 피전사체 상에 밀집 패턴을 형성하는 경우 및 고립 패턴을 형성하는 경우 중 어느 것이어도 된다.

단, 반도체 장치 제조용(LSI용)의 노광 장치는 NA가 0.20을 초과하는 것에 대하여, 표시 장치 제조용(FPD용) 노광 장치의 NA는 0.085 내지 0.20 정도이다. 즉, 표시 장치 제조용의 포토마스크를 피검체로 하는 경우, 상대적으로 낮은 NA를 적용하게 되며, 고립 라인 패턴을 이용하면, 포커스 상태의 변화에 의한 CD의 변화가 비교적 작다. 따라서 상기 상관을 적확하게 파악하기 위해서는, 광범위한 디포커스 상태를 형성할 필요가 생긴다.

이 점으로부터 검사의 효율에 있어서는, 홀 패턴(밀집 또는 고립) 또는 라인 앤드 스페이스 패턴(특히 피치가 2.5㎛ 이하인 미세한 라인 앤드 스페이스 패턴)을 대상으로 할 때, 상술한 본 발명의 작용 효과가 현저해진다.

즉, 상기 포토마스크 검사 장치(10)와 이를 사용한 포토마스크 검사 방법은, 밀집 패턴을 형성하는 경우뿐 아니라 고립 패턴을 형성하는 경우에도 적용 가능하며, 또한 고립 패턴에 대해서는, 특히 고립 패턴이 홀 패턴(즉 고립 홀 패턴)인 경우에 유리한 것으로 된다.

<변형예>

본 발명에 따른 포토마스크 검사 방법 및 포토마스크 검사 장치는, 상술한 작용 효과를 상실하지 않는 한, 상기 실시 형태에서 개시한 양태에 한정되지 않는다.

예를 들어 본 발명에 적용하는 포토마스크의 용도에도 특별히 제한은 없으며, 반도체 장치 제조용 포토마스크를 피검 마스크로 해도 된다. 본 발명에 따른 포토마스크 검사 방법에 의하면, 전사 영역 외에 설치한 모니터 패턴이 아니라 전사용 패턴의 위상 시프트양을 직접 측정할 수 있는 점에서, 사이즈가 큰(따라서 면 내에서 위상 시프트양의 변동이 발생할 가능성을 갖는) 표시 장치 제조용 포토마스크에 있어서 특히 유용하다.

본 발명에 적용하는 표시 장치 제조용 포토마스크의 예로서는, 패턴의 CD로서 4㎛ 이하(예를 들어 1.5 내지 4.0㎛)의 미세 패턴을 갖는 것을 들 수 있다. 이들 포토마스크는 위상 시프트 효과에 의한 전사성의 향상이 현저하다. 또한 등배 프로젝션 노광 장치에 의하여 전사하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 의하면, 노광 파장(예를 들어 i선, h선, g선)의 각각에 대하여, 피검 마스크가 나타내는 위상 시프트양을 알 수 있기 때문에, 위상 시프트양의 파장 의존성을 파악하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 적용하는 포토마스크는, 위상 시프트막이나 차광막의 일부에, 또는 그들에 추가하여 다른 광학 막이나 기능 막을 구비하고 있어도 된다.

(포토마스크의 제조 방법)

본 발명은, 상기 포토마스크 검사 방법을 이용한, 포토마스크의 제조 방법을 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 포토마스크의 제조 방법은,

투명 기판 상에 적어도 위상 시프트막이 형성되고, 또한 레지스트막이 형성된 포토마스크 기판을 준비하는 공정과,

상기 포토마스크 기판의 레지스트막에 대하여 원하는 전사용 패턴을 레이저 묘화기 등의 묘화 장치에 의하여 묘화하는 공정과,

상기 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정과,

상기 레지스트 패턴을 이용하여 상기 위상 시프트막을 패터닝하는 공정을 갖고,

상기 패터닝 후에 본 발명에 따른 포토마스크 검사 방법에 의한 위상 시프트양의 검사를 행할 수 있다.

또한 상기 포토마스크 기판은 포토마스크 블랭크여도 되고, 포토마스크 제조 과정의 포토마스크 중간체여도 된다.

1: 포토마스크
2: 투광부
3: 위상 시프트부
4: 투명 기판
5: 위상 시프트막
10: 포토마스크 검사 장치
11: 광원
12: 마스크 보유 지지 수단
13: 조명 광학계
14: 투영 광학계
15: 촬상면
16: 광학 상 취득부
17: 구동부
18: 계측부
19: 연산부

Claims

포토마스크의 전사용 패턴에 포함되는, 위상 시프트부의, 위상 특성을 측정하는, 포토마스크의 검사 방법이며,
투영 광학계를 구비한 검사 장치에 상기 포토마스크를 세트하는 공정과,
세트한 상기 포토마스크를 노광하고, 상기 투영 광학계에 의하여 상기 위상 시프트부의 광학 상을 촬상면 상에 투영함으로써, 광학 상 데이터를 취득하는 광학 상 데이터 취득 공정과,
취득한 상기 광학 상 데이터를 이용하여, 상기 위상 시프트부가 갖는 위상 시프트양을 구하는 연산 공정을 갖고,
상기 광학 상 데이터 취득 공정에서는, 상기 포토마스크, 상기 투영 광학계 및 상기 촬상면 중 적어도 일부를 광축 방향으로 이동시켜 복수의 포커스 상태의 각각에 있어서의 상기 광학 상 데이터를 취득하고,
상기 연산 공정에서는, 취득된 상기 복수의 포커스 상태의 상기 광학 상 데이터를 이용하여 상기 위상 시프트양을 구하는,
포토마스크의 검사 방법.
제1항에 있어서,
상기 연산 공정에서는, 취득된 상기 복수의 포커스 상태의 각각에 대하여 상기 광학 상 데이터로부터 CD값을 구하고, 상기 광학 상의 CD값에 기초하여 상기 위상 시프트양을 구하는,
포토마스크의 검사 방법.
제2항에 있어서,
상기 연산 공정에서는, 상기 CD값이 최댓값으로 되는 포커스 상태와 상기 위상 시프트양의 상관에 기초하여 상기 위상 시프트양을 구하는, 포토마스크의 검사 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 연산 공정에 앞서, 상기 전사용 패턴에 대하여, 상기 투영 광학계에 의하여 형성되는 광학 상의 CD값이 최댓값으로 되는 포커스 상태와, 상기 위상 시프트부가 갖는 위상 시프트양의 상관을 파악하는 전공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 포토마스크의 검사 방법.
제4항에 있어서,
상기 전공정은, 상기 전사용 패턴에 대하여, 상기 투영 광학계에 의하여 형성되는 광학 상의 포커스 상태와, 상기 포커스 상태에 의한 상기 광학 상의 CD값의 변동의 상관을 파악하는 공정을 포함하는, 포토마스크의 검사 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전사용 패턴은 고립 패턴을 포함하는, 포토마스크의 검사 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전사용 패턴은 홀 패턴을 포함하는, 포토마스크의 검사 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 위상 시프트부는, 노광 광 투과율 T가 2 내지 10%, 위상 시프트양 φ가 170 내지 190도인 위상 시프트막이, 상기 포토마스크를 구성하는 투명 기판 상에 형성되어 이루어지는, 포토마스크의 검사 방법.
포토마스크의 제조 방법이며, 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 포토마스크의 검사 방법을 포함하는, 포토마스크의 제조 방법.
포토마스크의 전사용 패턴에 포함되는, 위상 시프트부의, 위상 특성을 측정하기 위한 포토마스크 검사 장치에 있어서,
피검체인 포토마스크를 보유 지지하는 마스크 보유 지지 수단과,
광을 출사하는 광원과,
상기 광원이 출사하는 광을 유도하여, 상기 마스크 보유 지지 수단에 의하여 보유 지지된 포토마스크에 조사하는 조명 광학계와,
상기 포토마스크를 투과한 광속을 수광하여 촬상면으로 유도하는 투영 광학계와,
상기 촬상면에 촬상 수단이 구비되어 이루어지는 광학 상 취득부와,
상기 포토마스크, 상기 투영 광학계 및 상기 촬상면 중 적어도 일부를 광축 방향으로 이동시켜 상기 촬상면에 있어서의 포커스 상태를 변화시키기 위한 구동부와,
상기 구동부에 의하여 상기 포토마스크, 상기 투영 광학계 및 상기 촬상면 중 적어도 일부가 이동했을 때의 이동 거리를 계측하는 계측부와,
상기 광학 상 취득부에 의하여 취득된 광학 상 데이터로부터 상기 촬상면 상의 광학 상의 CD값을 구하고, 상기 계측부에 의하여 계측된 이동 거리와 상기 CD값에 기초하여 상기 위상 시프트부의 위상 시프트양을 연산하는 연산부
를 갖는 포토마스크 검사 장치.
제10항에 있어서,
상기 투영 광학계는 대물 렌즈를 포함하고,
상기 구동부는 상기 대물 렌즈를 광축 방향으로 이동시키는,
포토마스크 검사 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 연산부는, 상기 위상 시프트양과 상기 CD값이 최댓값으로 되는 상기 이동 거리의 상관을 미리 기억하는 메모리부를 갖는, 포토마스크 검사 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 투영 광학계는 오토 포커스 기구를 갖는, 포토마스크 검사 장치.