透過率測定装置、及び透過率測定方法
【課題】測定対象領域の透過率を内部反射光による誤差を抑えて精度良く測定するのに好適な透過率測定装置を提供すること。
【解決手段】透過率測定装置を、被検光を射出する光源装置と、該被検光を集光して測定対象上にスポットを形成する第一光学系と、測定対象を透過した被検光を集光してスポットの共役像を形成する第二光学系と、共役像の形成位置近傍に配置された絞りと、絞りを透過した被検光を検出する光検出手段と、から構成する。
【解決手段】透過率測定装置を、被検光を射出する光源装置と、該被検光を集光して測定対象上にスポットを形成する第一光学系と、測定対象を透過した被検光を集光してスポットの共役像を形成する第二光学系と、共役像の形成位置近傍に配置された絞りと、絞りを透過した被検光を検出する光検出手段と、から構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を透過する領域を有する測定対象の透過率を測定する透過率測定装置及び透過率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル等の電子部品の製造工程では、マスク数の削減による低コスト化のため、従来のモノクロパターンに少なくとも一層の半透過膜パターンを加えたいわゆる多階調フォトマスクが用いられている（特許文献１参照）。この種の半透過膜パターンの透過率をコントロールすることは、多階調フォトマスクの品質を管理するうえで重要である。そこで、多階調フォトマスクの品質管理においては、実際にパターンニングされる半透過膜と同一成分で基準マスクを作成して透過率を測定し、半透過膜パターンの透過率として評価している。
【０００３】
特許文献２には、サンプルの特定領域（カラーフィルタの画素）の透過率を実測する透過率測定方法が記載されている。特許文献２に記載の透過率測定方法では、被検光をサンプルの測定対象領域に集光してその透過光強度を測定し、測定強度に基づいて当該領域の透過率を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５８２５０号公報
【特許文献２】特許４３５８８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半透過膜パターンは、大面積を持つ透明基板上に複雑かつ微細に形成されているため、均一な透過率に製造することが難しく基準マスクの透過率と一致しないという場合があり得る。また、半透過膜のみが形成された段階での光透過率と、複数のプロセスを経てパターニングが施されたフォトマスク完成品となったときとでは、同一の透過率を示さない場合もある。従って、フォトマスクを管理するには、フォトマスク上の任意の位置に形成された半透過膜パターンの透過率を周辺のパターンに関係なく実測することが望ましい。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載された透過率測定方法を改良発展させて被検光を多階調フトマスク上に集光させるという方法を実施すれば、微細な半透過膜パターンの透過率を実測できると考えられる。例えば被検光を半透過膜パターン上に集光させてその透過光を光検出器で検出すると、微細な半透過膜パターンの透過率を周囲のパターンの透過率の影響を受けることなく測定できると考えられる。
【０００７】
但し、上記透過率測定方法を実施した場合、光検出器では、多階調フォトマスクを直接透過した直接光だけでなく透明基板の内部反射光も混在して検出されることが想定される。内部反射光は、透明基板の射出時に生じた内部反射成分が透明基板の転写パターン形成面で再度内部反射した後に透明基板を射出した光として定義される。内部反射光には、透明基板の射出面と転写パターン形成面との内部反射を複数回繰り返す多重反射光も含まれる。
【０００８】
転写パターン形成面における反射率は、転写パターン形成面に描かれたパターンに依存して変化する。上記反射率が変化すると、光検出器で検出される検出光量も変化する。すなわち、光検出器を用いて測定される半透過膜パターンの透過率は、転写パターン形成面上のパターンに依存して変化するため、正確に測定することが難しい。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象領域の透過率を内部反射光による誤差を抑えて精度良く測定するのに好適な透過率測定装置及び透過率測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る透過率測定装置は、被検光を射出する光源装置と、該被検光を集光して測定対象上にスポットを形成する第一光学系と、測定対象を透過した被検光を集光してスポットの共役像を形成する第二光学系と、共役像の形成位置近傍に配置された絞りと、絞りを透過した被検光を検出する光検出手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、被検光が測定対象を透過する際に生じた内部反射光を絞りによりほぼカットしつつ測定対象を内部反射することなく透過した直接光を光検出手段に漏れなく導くことができる。測定対象上のパターンに依存する透過率の変化が実質的に抑えられるため、例えば微細な半透過膜パターンの透過率測定が精度良く行われる。
【００１２】
絞りは、直接光を透過させる機能と内部反射光を遮る機能を充足するため、開口径が共役像の径以上で、かつ被検光が測定対象を透過する際に生じた内部反射光の該絞りの位置における光束径未満としてもよい。
【００１３】
絞りは、直接光を透過させる機能と内部反射光を遮る機能をより好適に発揮するため、共役像の径の２〜４００倍の範囲に収まる開口径を有していてもよい。
【００１４】
光源装置は、測定対象上に微小なスポットを形成するため、特定波長の光を射出する構成としてもよい。
【００１５】
また、本発明の一形態に係る透過率測定方法は、透明基板上に、少なくとも半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンを有する、フォトマスクの透過率測定方法であって、上記透過率測定装置を用いて半透過膜パターンの透過率を測定する方法を含む。本方法による測定対象たるフォトマスクは、例えば、透明基板上に、半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンと、遮光膜がパターニングされてなる遮光膜パターンを有することにより、透光部、遮光部、半透過部を備える多階調フォトマスクである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、測定対象領域の透過率を内部反射光による誤差を抑えて精度良く測定するのに好適な透過率測定装置及び透過率測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の透過率測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の透過率測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】測定対象であるフォトマスクの転写パターン形成面を示す図である。
【図４】測定対象であるフォトマスクの転写パターン形成面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の透過率測定装置及び透過率測定方法について説明する。
【００１９】
本実施形態の透過率測定装置は、フォトマスクの透過率を測定する装置であり、透明基板上に形成された微細な半透過膜パターンの透過率測定に好適に構成されている。図１及び図２は、本実施形態の透過率測定装置１００の構成を示すブロック図である。図１は、透過率測定装置１００全体の構成を示し、図２は、透過率測定装置１００の一部の構成を示す。
【００２０】
図１に示されるように、透過率測定装置１００は、投光ユニット１と受光ユニット４を有している。投光ユニット１と受光ユニット４との間には、測定対象であるフォトマスク８が測定対象面（転写パターン形成面）を投光ユニット１側に向けて取り付けられている。本実施形態において、フォトマスク８は、透明基板上にモノクロパターンに加えて半透過膜パターンが形成された、液晶パネル製造用の、いわゆる多階調フォトマスクである。なお、後述するとおり、本発明の透過率測定装置及び方法は、液晶パネル製造用フォトマスクに限定されるものではなく、また、多階調フォトマスクに限定されるものでもない。
【００２１】
投光ユニット１は、光源装置２、第一集光レンズ系３を有している。光源装置２は、特定の単一波長の被検光を射出するレーザ光源を備える。光源装置２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の別の形態の光源を備えてもよい。また、光源装置２は、水銀ランプやハロゲンランプ、キセノンランプ等の広い波長域の光を射出する光源に、特定の波長の光を選択的に透過させる波長選択フィルタを組み合わせた構成としてもよい。例として、光源装置２は、波長４０５ｎｍの被検光を射出する。光源装置２には、光源からの射出光をコリメート光に変換して第一集光レンズ系３に効率的に導くコリメートレンズが含まれている。
【００２２】
なお、本発明においては、被検体の用途に応じて光源を選択することができる。透過率測定の被検体が液晶パネル用フォトマスクである場合には、該フォトマスクが有する転写パターンを被転写体に転写するときに用いる露光機の光源に含まれる波長を、被検光波長として用いることが好ましい。例えば、ｉ線(365nm)、ｇ線（405nm）、ｈ線(436nm)のうちのいずれかを代表波長として用い、この代表波長を射出可能な水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ光源等を用いることができる。
【００２３】
また、レーザ光は、ビーム（光束）中における光強度が、略ガウス分布をもつことが一般的である。つまり、光軸に垂直な平面上で、ビーム中央（光軸近傍）の光強度が相対的に大きく光軸から離れるに従い（周辺部にいくに従い）減少する。一方で、複数波長を含む上述のランプやＬＥＤにおいては、上記レーザ光のような強度分布は有せず、光束中の光強度は光源の形状及び光束を形成するための光学系に依存する。この場合、レーザ光に類似の光強度分布をもたせるために、光束の光分布を調整する目的のフィルタ（例えば、アポダイゼーションフィルタ）を備えてもよい。
【００２４】
光源として、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等を用いる場合には、複数の波長が混ざっている光から、所望の波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを組み合わせて用いることが好ましい。一方で、レーザ光源やＬＥＤのように、特定の波長の光を射出する光源の場合には、波長選択フィルタは設けない構成としてもよい。又は、単一波長のＬＥＤやレーザ光源を複数搭載した光源装置を適用することも有用である。このように、互いに異なる単一波長の複数の光源を切り替えて使うことで、異なる波長ごとの透過率を測定することができる。また、これらのＬＥＤやレーザ光源から射出された単一波長の光は、光学系による集光がし易く、光束の径を小さく絞ることができるので好適である。
【００２５】
これらの、指向性の高い光源を使用する際には、射出された光束の径（ビーム径）を、ビームエキスパンダ（図示せず）などの光学素子を使用して、所定の倍率に拡大し、後述の第一集光レンズ系３に導入することもできる。また、光源としてレーザ光源を使用する際には、発振を単一モードとすることが好適であり、ビーム径の形状は円または楕円であることが好適である。
【００２６】
第一集光レンズ系３は、フォトマスク８の測定対象領域１１上に微小なスポットが形成できるように十分に収差補正されている。第一集光レンズ系３は、例えばＮＡ０．４であり、光源装置２から射出された波長４０５ｎｍの被検光を２．０μｍ以下のスポット径で測定対象領域１１上に集光させる。本明細書においては、レーザ光のように光源の強度分布がガウス分布となる場合は１／ｅ２（ピーク値の約１３．５％）以上の強度を持つ範囲をスポット径と定義し、ランプやＬＥＤ等の光源の強度分布がガウス分布にならないものを用いる場合は光量の８６．４％以上が集中している範囲をスポット径と定義する。また、本明細書中、「半径」と明記されていない径は全て「直径」を意味する。
【００２７】
投光ユニット１は、図示省略された移動機構により、フォトマスク８の転写パターン形成面と平行な面内（すなわち光軸と垂直な面内）で移動可能であると共に、フォトマスク８との光軸方向の相対位置を微調節可能に構成されている。投光ユニット１は、例えば測定対象領域１１が半透過膜パターンであるとき、第一集光レンズ系３の集光点が半透過膜パターン上にくるように転写パターン形成面と平行な面内及び光軸方向の位置が調節される。
【００２８】
なお、受光ユニット４も、図示省略された移動機構により移動可能である。投光ユニット１と受光ユニット４は、連動機構を介して一体となってフォトマスク８に対して移動することが好ましい。
【００２９】
半透過膜パターン上に集光された被検光は、フォトマスク８を透過する。被検光は、図２において点線で示されるように、フォトマスク８の透明基板を射出する際に一部の光が内部反射して転写パターン形成面で再度内部反射した後に透明基板を射出する。受光ユニット４には、フォトマスク８を内部反射することなく透過した直接光（図２中実線）だけでなく、このような内部反射光（図２中点線）も入射する。
【００３０】
受光ユニット４は、光量検出器５、第二集光レンズ系６、絞り７を有している。第二集光レンズ系６のフォトマスク８側のＮＡは、第一集光レンズ系３により集光される被検光の光束全てを効率的に取り込むため、第一集光レンズ系３によりフォトマスク８の測定対象領域１１上に収束する光束のＮＡより大きいことが好ましい。
【００３１】
本実施形態において、絞り７は、測定対象領域１１上の第一集光レンズ系３の集光点と共役な像が第二集光レンズ系６によって結ばれる位置に配置されている。そのため、測定対象領域１１を透過した被検光のうち直接光は、絞り７の位置で微小なスポットの共役像を形成して絞り７を透過するが（図２中実線）、内部反射光は、直接光とは異なる位置で結像して絞り７の位置では広がるため大部分が絞り７によって遮られる（図２中点線）。そのため、光量検出器５では、実質的に直接光しか検出されない。
【００３２】
絞り７の位置における内部反射光の光束半径Ｌ（単位：ｍｍ）は、第一集光レンズ系３による被検光の集光角をθ（単位：ｄｅｇ）と定義し、フォトマスク８の厚みをｔ（単位：ｍｍ）と定義し、フォトマスク８の屈折率をｎと定義し、第二集光レンズ系６による共役像の結像倍率をｍと定義した場合に、次式（１）で示される。
Ｌ＝２ｔａｎθ・（ｔ／ｎ）ｍ・・・（１）
なお、半透過膜パターンの厚みは、透明基板の厚みと比べて非常に薄く計算上無視しても差し支えない。本実施形態においては、便宜上、透明基板単体の厚み、屈折率をそれぞれフォトマスク８の厚みｔ、屈折率ｎとして光束半径Ｌを計算する。
【００３３】
絞り７の位置における内部反射光の光束と絞り７の開口部との面積比Ｓｒは、絞り７の開口半径をｒ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次式（２）で示される。
Ｓｒ＝ｒ２／Ｌ２・・・（２）
【００３４】
測定対象領域１１を透過する被検光全体のうち光量検出器５に到達する内部反射光の割合（以下、「内部反射透過率Ｉｙ」と記す。）は、測定対象領域１１を透過する被検光全体のうち絞り７に到達する内部反射光の割合を内部反射透過率Ｉｘと定義した場合に、次式（３）で示される。なお、内部反射光は、一様な強度分布を持つ光束とする。
Ｉｙ＝Ｉｘ・Ｓｒ・・・（３）
【００３５】
ここで、絞り７には、直接光を透過させる機能と内部反射光を遮る機能が要求される。絞り７の開口径は、両方の機能を充足するため、絞り７の位置に形成される共役像径（直接光の径）ＳＰ以上であって内部反射光の光束径（光束半径Ｌ×２）未満の大きさであれば足りる。なお、本明細書において共役像径とはスポット径と同様に、レーザ光のように光源の強度分布がガウス分布となる場合は１／ｅ２（ピーク値の約１３．５％）以上の強度を持つ範囲を共役像径と定義し、ランプやＬＥＤ等の光源の強度分布がガウス分布にならないものを用いる場合は光量の８６．４％以上が集中している範囲を共役像径と定義する。
【００３６】
共役像の形成位置と絞り７の開口中心が組立誤差等により偏心した場合、共役像が絞り７によってケラレる虞がある。また、製品仕様によっては、光量検出器５に到達する内部反射光をより一層低減させることが望まれる。当該ケラレ量を抑えるには絞り７の開口径を大きく設計し、光量検出器５に到達する内部反射光を低減させるには絞り７の開口径を小さく設計する必要がある。これらの相反する要求を満たすため、絞り７の開口径は、共役像径ＳＰの２〜４００倍の範囲に収まる大きさに設計するのが望ましい。
【００３７】
絞り７は、開口径が共役像径ＳＰの２倍であるとき、第一集光レンズ系３を透過した直接光のうちスポット径（１／ｅ２）の外側の部分の一部を遮光する。この結果、約９９．９７％の光量の直接光が光量検出器５に到達する。共役像の形成位置と絞り７の開口中心が組立誤差等により偏心した場合も、共役像のうち強度の低い裾部分が絞り７でケラレるに過ぎない。すなわち、直接光の損失は軽微であるため、半透過膜パターンの透過率測定に実質的に影響はない。
【００３８】
光量検出器５に到達する内部反射光は、フォトマスクの技術分野で要求される測定精度を鑑みると、絞り７により１／１００以下に抑えられることが望ましい。すなわち、絞り７の開口半径ｒは、面積比Ｓｒが１／１００以下になるように、式（２）より、内部反射光の光束半径Ｌの１／１０以下に設計すればよい。例えばｔａｎθ＝０．４、ｔ＝６．０、ｎ＝１．４７、ｍ＝４である場合、式（１）より、Ｌ＝１３．３２である。面積比Ｓｒを１／１００にするためには、式（２）より、ｒ＝１．３３２である。第一集光レンズ系３による測定対象領域１１上でのスポット径が２．０μｍであるとき、共役像径ＳＰは、ｍ＝４であるから８．０μｍである。面積比Ｓｒが１／１００以下であるためには、開口半径ｒが１．３３２ｍｍで共役像径ＳＰの半径が４．０μｍであるから、絞り７の開口径が共役像径ＳＰの約３３３倍以下の必要がある。但し、廉価版のフォトマスクでは要求される測定精度が上記例よりも低くなること、また、要求される測定精度の低い測定装置においては機械的な配置ずれの許容範囲を大きくしたり測定用光学系の収差補正性能を低くすることを考慮すると、絞り７の開口径は、共役像径ＳＰの４００倍以下の大きさまで許容してもよい。
【００３９】
なお、本実施形態において、絞り７は、測定対象領域１１上の第一集光レンズ系３の集光点と共役な像が第二集光レンズ系６によって結ばれる位置に配置されている。但し、本発明によれば、絞り７は、第一集光レンズ系３の集光点と完全に共役な位置にある場合のみでなく、又はその前側、又は後側に配置される場合を含む。すなわち、絞り７は、第二集光レンズ系６によって集光された被検光が、光量検出器５に入射する前に、その光束の一部を遮り、光束を調整するものであればよい。この意味で、本発明によると、絞り７は、測定対象領域１１上の第一集光レンズ系３の集光点と共役な像の形成位置近傍に配置される。例えば、共役な像の形成位置を含み、光軸方向に１０００μm以内の領域にあることが好ましい。
【００４０】
好ましくは、絞り７は、上記集光点と共役な位置を中央値とした所定の許容公差内に収
まる位置に配置される。共役点に対する絞り７の許容可能な配置誤差は、絞り７の開口径
（組立誤差等に起因する絞り７による共役像のケラレ量）や、光量検出器５で検出される
内部反射光の許容程度等を考慮して決められる。
【００４１】
本発明者の検討によれば、例えば、被検体表面での被検光の反射率を８０％とし、裏面での反射率を４％としたとき、絞り７の開口径を、内部反射光の光束径の１／２とすることで、内部反射光の透過率の測定誤差への影響は約１％以下とすることができる。
【００４２】
光量検出器５には、Ｓｉフォトダイオードやフォトマルチプライヤ等が想定される。測定対象領域１１の透過光量を高精度に測定するため、光量検出器５を例えば積分球の内面に設置してもよい。この積分球とは、入射ポートから入光する光（透過光束）を球内壁面での拡散反射により空間的に積分し均一にして、光量検出器５に入射する役割を果たす。
【００４３】
光量検出器５で検出された光量データは、演算装置９に入力する。演算装置９は、入力した光量データに基づいてフォトマスク８の透過率Ｔ（単位：％）を演算する。ここで、薄膜が形成される前の透明基板単体の透過率Ｔｂ（単位：％）が透過率測定装置１００を用いて予め測定されて、演算装置９のメモリに保存されている。演算装置９は、次式（４）を用いて、測定対象領域１１上の半透過膜パターンの透過率Ｔａ（単位：％）を計算する。
Ｔａ＝Ｔ／Ｔｂ・・・（４）
【００４４】
なお、本発明による透過率測定装置には、絞りの開口径の大きさを調整する、絞り開口調整手段（不図示）を設けてもよい。また、絞りの位置を、光軸方向に調整可能とする、絞り位置可変手段を備えることができる。例えば、厚みの異なる複数種類のフォトマスクが存在する場合を考える。この場合、フォトマスクの厚みに応じて上記共役像の形成位置が変動し、これが測定精度に影響することがあり得る。その場合には、上記絞り位置可変装置を用いて測定精度を高めることができる。また、本発明の透過率測定装置は、絞りの位置を、光軸方向に対して垂直方向に調整する手段を備えていてもよい。
【００４５】
図３は、フォトマスク８の転写パターン形成面を示す図である。ここでは液晶パネル用フォトマスクを示す。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図３中領域Ｒ１、Ｒ２を拡大して示す図である。図３及び４に示されるように、転写パターン形成面には一様にパターンが形成されているわけではない。フォトマスク８の中央に位置する領域Ｒ１は、画素に対応する部分であるためパターンが少なく透過領域の割合が大きい。フォトマスク８の外周付近に位置する領域Ｒ２は、配線部であるためパターンが多く遮光膜パターンの割合が大きい。領域Ｒ２は遮光膜パターンの割合が大きいため、領域Ｒ１と比べて内部反射光が多くなる。以下、比較例を用いて具体的に説明する。
【００４６】
（比較例）
図４（ａ）、（ｂ）において半透過膜自体の透過率Ｔａを４５．０％とし、透明基板の透過率Ｔｂを９６．０％とする。フォトマスク８の透過率Ｔは、式（４）より、
０．４５×０．９６×１００＝４３．２％
である。また、内部反射光が転写パターン形成面で内部反射するときの内部反射率（透明基板裏面からの反射光の光束が照射する領域の反射率を平均した値）を図４（ａ）の例において５．０％とし、図４（ｂ）の例において４０．０％とすると、内部反射透過率Ｉｘは、それぞれ、
０．４５×（１−０．９６）×０．０５×１００＝０．０９％
０．４５×（１−０．９６）×０．４０×１００＝０．７２％
である。
【００４７】
第二集光レンズ系６及び絞り７が無い場合、光量検出器５を用いて測定されるフォトマスク８の透過率Ｔは、透過率Ｔ＋内部反射透過率Ｉｘであるから、図４（ａ）の例では４３．２９％であり、図４（ｂ）の例では４３．９２％である。このように、第二集光レンズ系６及び絞り７が無い場合、本来同一の値であるべき透過率Ｔが測定対象領域１１上の周囲のパターンに依存して変化するため、半透過膜パターンの透過率測定に支障をきたす。なお、本比較例及び次に説明する各実施例では、発明の特徴を簡易に把握できるように、多重反射光については光量が非常に小さいため考慮していない。
【実施例１】
【００４８】
本実施例１において、透過率測定装置１００を構成する各要素の仕様は、次に示される通りである。なお、本実施例１及び次に説明する実施例２において、透過率Ｔ、Ｔａ、Ｔｂ、内部反射透過率Ｉｘの各値は、測定対象であるフォトマスク８が比較例と各実施例とで同一であるため、比較例の値を援用する。
光源装置２・・・コリメート光を射出する波長４０５ｎｍの半導体レーザーモジュール
第一集光レンズ系３・・・ＮＡ０．４（式（１）のｔａｎθ＝０．４３）の顕微鏡対物レンズ
光量検出器５・・・Ｓｉフォトダイオード
第二集光レンズ系６・・・焦点距離３０ｍｍの非球面レンズ
絞り７・・・開口φ２０μｍのピンホール
フォトマスク８・・・厚みｔ＝７．０ｍｍの合成石英（波長４０５ｎｍでの屈折率ｎ＝１．４６９６６）
第二集光レンズ系６は、第一集光レンズ系３の集光点が絞り７上で４倍になる位置に配置されている（すなわちｍ＝４）。
【００４９】
本実施例１において光束半径Ｌは、式（１）より１６．３８ｍｍである。面積比Ｓｒは、式（２）より３．７２Ｅ−７である。表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。式（３）より、被検光が領域Ｒ１、Ｒ２中の半透過膜パターンを透過した際の内部反射透過率Ｉｙはそれぞれ、次に示す通りである。
０．０９×（３．７２Ｅ−７）×１００＝３．３５Ｅ−６
０．７２×（３．７２Ｅ−７）×１００＝２．６８Ｅ−５
【００５０】
第二集光レンズ系６及び絞り７が配置されている場合、光量検出器５を用いて測定されるフォトマスク８の透過率Ｔは、透過率Ｔ＋内部反射透過率Ｉｙであるから、図４（ａ）、（ｂ）の何れの例においてもほぼ４３．２％である。本実施例１においては、第二集光レンズ系６及び絞り７を配置することにより、光量検出器５に直接光を漏れなく導きつつ内部反射光をほぼカットでき、測定対象領域１１上の周囲のパターンによる透過率の変化を実質的に抑えることができる。そのため、微細な半透過膜パターンの透過率測定が正確に行われる。
【実施例２】
【００５１】
本実施例２において、透過率測定装置１００を構成する各要素の仕様は、次に示される通りである。
光源装置２・・・波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザ＋ビームエキスパンダ（コリメータ）
第一集光レンズ系３・・・ＮＡ０．６５（式（１）のｔａｎθ＝０．８６）の顕微鏡対物レンズ
光量検出器５・・・フォトマルチプライヤ
第二集光レンズ系６・・・焦点距離５０ｍｍの二枚構成のレンズ系
絞り７・・・開口φ１．５ｍｍ
フォトマスク８・・・厚みｔ＝１２．０ｍｍの合成石英（波長３５５ｎｍでの屈折率ｎ＝１．４７６０４）
第二集光レンズ系６は、第一集光レンズ系３の集光点が絞り７上で３倍になる位置に配置されている（すなわちｍ＝３）。
【００５２】
本実施例２において光束半径Ｌは、式（１）より４１．９５ｍｍである。面積比Ｓｒは、式（２）より３．２０Ｅ−４である。式（３）より、被検光が領域Ｒ１、Ｒ２中の半透過膜パターンを透過した際の内部反射透過率Ｉｙはそれぞれ、次に示す通りである。
０．０９×（３．２０Ｅ−４）×１００＝０．００３
０．７２×（３．２０Ｅ−４）×１００＝０．０２３
【００５３】
光量検出器５を用いて測定されるフォトマスク８の透過率Ｔは、図４（ａ）の例では４３．２０３％であり、図４（ｂ）の例では４３．２２３％である。本実施例２においては、第二集光レンズ系６及び絞り７を配置することにより、光量検出器５に直接光を漏れなく導きつつ内部反射光をほぼカットでき、測定対象領域１１上の周囲のパターンによる透過率の変化を僅少に抑えることができる。そのため、微細な半透過膜パターンの透過率測定が正確に行われる。
【００５４】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、本発明は、測定対象をフォトマスクとする透過率測定装置に限定されず、光を透過する領域を有する他の形態の測定対象の透過率を測定する透過率測定装置にも適用することができる。
【００５５】
また、本実施形態にて説明したように、本発明には透過率測定方法も含まれており、測定対象としては、透明基板上に形成した半透過膜をパターニングしてなる半透過膜パターンを有するものが挙げられる。また、更に遮光膜パターンも有することにより、遮光部、透過部、半透過部を有する、多階調フォトマスクにおいて、本発明の効果が顕著である。半透過膜の透過率は、露光光に対して、５〜８０％であることが好ましい。このようなフォトマスクを用いて、被転写体上に形成されたレジスト膜に露光、現像することにより、部分的に露光量を異ならせ、部分によって残膜量の異なるレジストパターンを形成することができる。この場合、従来２枚のマスクを使用していた工程が１枚のマスクで可能となるため、マスク使用枚数が削減でき、液晶パネルなどの生産効率が高くなる。
【００５６】
更に、光透過率の異なる２種類以上の半透過膜パターンで形成された複数の半透過部を有する、４階調以上の多階調フォトマスクも提案されている。このような複数の半透過部の透過率保証にも、本発明は有効である。
【００５７】
液晶パネル用のフォトマスクとしては、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）におけるソース、ドレインに対応する部分を遮光部として形成し、ソース、ドレインの間に隣接して位置するチャネル部に相当する部分を半透過部として形成した多階調フォトマスクを使用することができる。近年、ＴＦＴチャネル部等のパターンの微細化に伴い、多階調フォトマスクにおいてもますます微細なパターンが必要とされてきており、ＴＦＴチャネル部のパターンにおけるチャネル幅に相当する部分、すなわち、遮光膜間の半透過部の幅も微細化傾向にある。このような微細化は、液晶パネルの明るさ向上や反応速度の向上には有効である。微細化を達成するためには、微細パターン部分の透過率管理が重要である。
【００５８】
本発明はまた、透明基板上に、半透過膜のみが形成され、これに所定のパターニングが施されたフォトマスクにおいても有効に適用でき、半透過部の微細なパターンの透過率を精緻に測定することができる。
【００５９】
本発明の測定対象としては、半透過パターンに、０．５μm以上１０μm以下の線幅を有するものが例示される。また、１μm以上７μm以下、より好ましくは２μm以上７μm以下であるときに、本発明の効果が顕著である。
【００６０】
上記において、液晶パネル用フォトマスクを例示して説明したが、フォトマスクの用途はこれに限定されない。本発明の透過率測定装置及び方法は、他の用途のフォトマスクの透過率測定に対しても同様に適用され、有用な効果を奏することができる。例えば、液晶の他、有機ＥＬなどを含む、表示装置用のフォトマスク、撮像装置用のフォトマスク、集積回路用フォトマスクなどが挙げられる。用途に応じて、半透過膜が、透過光を位相反転させることで、干渉作用を利用するもの（透過光の代表波長について位相シフト量が１８０度±３０度のもの）、又は干渉効果を実質的に利用しないもの（透過光の代表波長について、位相シフト量が６０度以下のもの）、の何れについても、本発明の効果が有用に得られる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 投光ユニット
２ 光源装置
３ 第一集光レンズ系
４ 受光ユニット
５ 光量検出器
６ 第二集光レンズ系
７ 絞り
９ 演算装置
１００ 透過率測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を透過する領域を有する測定対象の透過率を測定する透過率測定装置及び透過率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶パネル等の電子部品の製造工程では、マスク数の削減による低コスト化のため、従来のモノクロパターンに少なくとも一層の半透過膜パターンを加えたいわゆる多階調フォトマスクが用いられている（特許文献１参照）。この種の半透過膜パターンの透過率をコントロールすることは、多階調フォトマスクの品質を管理するうえで重要である。そこで、多階調フォトマスクの品質管理においては、実際にパターンニングされる半透過膜と同一成分で基準マスクを作成して透過率を測定し、半透過膜パターンの透過率として評価している。
【０００３】
特許文献２には、サンプルの特定領域（カラーフィルタの画素）の透過率を実測する透過率測定方法が記載されている。特許文献２に記載の透過率測定方法では、被検光をサンプルの測定対象領域に集光してその透過光強度を測定し、測定強度に基づいて当該領域の透過率を計算する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２５８２５０号公報
【特許文献２】特許４３５８８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、半透過膜パターンは、大面積を持つ透明基板上に複雑かつ微細に形成されているため、均一な透過率に製造することが難しく基準マスクの透過率と一致しないという場合があり得る。また、半透過膜のみが形成された段階での光透過率と、複数のプロセスを経てパターニングが施されたフォトマスク完成品となったときとでは、同一の透過率を示さない場合もある。従って、フォトマスクを管理するには、フォトマスク上の任意の位置に形成された半透過膜パターンの透過率を周辺のパターンに関係なく実測することが望ましい。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載された透過率測定方法を改良発展させて被検光を多階調フトマスク上に集光させるという方法を実施すれば、微細な半透過膜パターンの透過率を実測できると考えられる。例えば被検光を半透過膜パターン上に集光させてその透過光を光検出器で検出すると、微細な半透過膜パターンの透過率を周囲のパターンの透過率の影響を受けることなく測定できると考えられる。
【０００７】
但し、上記透過率測定方法を実施した場合、光検出器では、多階調フォトマスクを直接透過した直接光だけでなく透明基板の内部反射光も混在して検出されることが想定される。内部反射光は、透明基板の射出時に生じた内部反射成分が透明基板の転写パターン形成面で再度内部反射した後に透明基板を射出した光として定義される。内部反射光には、透明基板の射出面と転写パターン形成面との内部反射を複数回繰り返す多重反射光も含まれる。
【０００８】
転写パターン形成面における反射率は、転写パターン形成面に描かれたパターンに依存して変化する。上記反射率が変化すると、光検出器で検出される検出光量も変化する。すなわち、光検出器を用いて測定される半透過膜パターンの透過率は、転写パターン形成面上のパターンに依存して変化するため、正確に測定することが難しい。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、測定対象領域の透過率を内部反射光による誤差を抑えて精度良く測定するのに好適な透過率測定装置及び透過率測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決する本発明の一形態に係る透過率測定装置は、被検光を射出する光源装置と、該被検光を集光して測定対象上にスポットを形成する第一光学系と、測定対象を透過した被検光を集光してスポットの共役像を形成する第二光学系と、共役像の形成位置近傍に配置された絞りと、絞りを透過した被検光を検出する光検出手段とを有することを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、被検光が測定対象を透過する際に生じた内部反射光を絞りによりほぼカットしつつ測定対象を内部反射することなく透過した直接光を光検出手段に漏れなく導くことができる。測定対象上のパターンに依存する透過率の変化が実質的に抑えられるため、例えば微細な半透過膜パターンの透過率測定が精度良く行われる。
【００１２】
絞りは、直接光を透過させる機能と内部反射光を遮る機能を充足するため、開口径が共役像の径以上で、かつ被検光が測定対象を透過する際に生じた内部反射光の該絞りの位置における光束径未満としてもよい。
【００１３】
絞りは、直接光を透過させる機能と内部反射光を遮る機能をより好適に発揮するため、共役像の径の２〜４００倍の範囲に収まる開口径を有していてもよい。
【００１４】
光源装置は、測定対象上に微小なスポットを形成するため、特定波長の光を射出する構成としてもよい。
【００１５】
また、本発明の一形態に係る透過率測定方法は、透明基板上に、少なくとも半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンを有する、フォトマスクの透過率測定方法であって、上記透過率測定装置を用いて半透過膜パターンの透過率を測定する方法を含む。本方法による測定対象たるフォトマスクは、例えば、透明基板上に、半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンと、遮光膜がパターニングされてなる遮光膜パターンを有することにより、透光部、遮光部、半透過部を備える多階調フォトマスクである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、測定対象領域の透過率を内部反射光による誤差を抑えて精度良く測定するのに好適な透過率測定装置及び透過率測定方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の透過率測定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の透過率測定装置の構成を示すブロック図である。
【図３】測定対象であるフォトマスクの転写パターン形成面を示す図である。
【図４】測定対象であるフォトマスクの転写パターン形成面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態の透過率測定装置及び透過率測定方法について説明する。
【００１９】
本実施形態の透過率測定装置は、フォトマスクの透過率を測定する装置であり、透明基板上に形成された微細な半透過膜パターンの透過率測定に好適に構成されている。図１及び図２は、本実施形態の透過率測定装置１００の構成を示すブロック図である。図１は、透過率測定装置１００全体の構成を示し、図２は、透過率測定装置１００の一部の構成を示す。
【００２０】
図１に示されるように、透過率測定装置１００は、投光ユニット１と受光ユニット４を有している。投光ユニット１と受光ユニット４との間には、測定対象であるフォトマスク８が測定対象面（転写パターン形成面）を投光ユニット１側に向けて取り付けられている。本実施形態において、フォトマスク８は、透明基板上にモノクロパターンに加えて半透過膜パターンが形成された、液晶パネル製造用の、いわゆる多階調フォトマスクである。なお、後述するとおり、本発明の透過率測定装置及び方法は、液晶パネル製造用フォトマスクに限定されるものではなく、また、多階調フォトマスクに限定されるものでもない。
【００２１】
投光ユニット１は、光源装置２、第一集光レンズ系３を有している。光源装置２は、特定の単一波長の被検光を射出するレーザ光源を備える。光源装置２は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の別の形態の光源を備えてもよい。また、光源装置２は、水銀ランプやハロゲンランプ、キセノンランプ等の広い波長域の光を射出する光源に、特定の波長の光を選択的に透過させる波長選択フィルタを組み合わせた構成としてもよい。例として、光源装置２は、波長４０５ｎｍの被検光を射出する。光源装置２には、光源からの射出光をコリメート光に変換して第一集光レンズ系３に効率的に導くコリメートレンズが含まれている。
【００２２】
なお、本発明においては、被検体の用途に応じて光源を選択することができる。透過率測定の被検体が液晶パネル用フォトマスクである場合には、該フォトマスクが有する転写パターンを被転写体に転写するときに用いる露光機の光源に含まれる波長を、被検光波長として用いることが好ましい。例えば、ｉ線(365nm)、ｇ線（405nm）、ｈ線(436nm)のうちのいずれかを代表波長として用い、この代表波長を射出可能な水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ光源等を用いることができる。
【００２３】
また、レーザ光は、ビーム（光束）中における光強度が、略ガウス分布をもつことが一般的である。つまり、光軸に垂直な平面上で、ビーム中央（光軸近傍）の光強度が相対的に大きく光軸から離れるに従い（周辺部にいくに従い）減少する。一方で、複数波長を含む上述のランプやＬＥＤにおいては、上記レーザ光のような強度分布は有せず、光束中の光強度は光源の形状及び光束を形成するための光学系に依存する。この場合、レーザ光に類似の光強度分布をもたせるために、光束の光分布を調整する目的のフィルタ（例えば、アポダイゼーションフィルタ）を備えてもよい。
【００２４】
光源として、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ等を用いる場合には、複数の波長が混ざっている光から、所望の波長の光を選択的に透過する波長選択フィルタを組み合わせて用いることが好ましい。一方で、レーザ光源やＬＥＤのように、特定の波長の光を射出する光源の場合には、波長選択フィルタは設けない構成としてもよい。又は、単一波長のＬＥＤやレーザ光源を複数搭載した光源装置を適用することも有用である。このように、互いに異なる単一波長の複数の光源を切り替えて使うことで、異なる波長ごとの透過率を測定することができる。また、これらのＬＥＤやレーザ光源から射出された単一波長の光は、光学系による集光がし易く、光束の径を小さく絞ることができるので好適である。
【００２５】
これらの、指向性の高い光源を使用する際には、射出された光束の径（ビーム径）を、ビームエキスパンダ（図示せず）などの光学素子を使用して、所定の倍率に拡大し、後述の第一集光レンズ系３に導入することもできる。また、光源としてレーザ光源を使用する際には、発振を単一モードとすることが好適であり、ビーム径の形状は円または楕円であることが好適である。
【００２６】
第一集光レンズ系３は、フォトマスク８の測定対象領域１１上に微小なスポットが形成できるように十分に収差補正されている。第一集光レンズ系３は、例えばＮＡ０．４であり、光源装置２から射出された波長４０５ｎｍの被検光を２．０μｍ以下のスポット径で測定対象領域１１上に集光させる。本明細書においては、レーザ光のように光源の強度分布がガウス分布となる場合は１／ｅ２（ピーク値の約１３．５％）以上の強度を持つ範囲をスポット径と定義し、ランプやＬＥＤ等の光源の強度分布がガウス分布にならないものを用いる場合は光量の８６．４％以上が集中している範囲をスポット径と定義する。また、本明細書中、「半径」と明記されていない径は全て「直径」を意味する。
【００２７】
投光ユニット１は、図示省略された移動機構により、フォトマスク８の転写パターン形成面と平行な面内（すなわち光軸と垂直な面内）で移動可能であると共に、フォトマスク８との光軸方向の相対位置を微調節可能に構成されている。投光ユニット１は、例えば測定対象領域１１が半透過膜パターンであるとき、第一集光レンズ系３の集光点が半透過膜パターン上にくるように転写パターン形成面と平行な面内及び光軸方向の位置が調節される。
【００２８】
なお、受光ユニット４も、図示省略された移動機構により移動可能である。投光ユニット１と受光ユニット４は、連動機構を介して一体となってフォトマスク８に対して移動することが好ましい。
【００２９】
半透過膜パターン上に集光された被検光は、フォトマスク８を透過する。被検光は、図２において点線で示されるように、フォトマスク８の透明基板を射出する際に一部の光が内部反射して転写パターン形成面で再度内部反射した後に透明基板を射出する。受光ユニット４には、フォトマスク８を内部反射することなく透過した直接光（図２中実線）だけでなく、このような内部反射光（図２中点線）も入射する。
【００３０】
受光ユニット４は、光量検出器５、第二集光レンズ系６、絞り７を有している。第二集光レンズ系６のフォトマスク８側のＮＡは、第一集光レンズ系３により集光される被検光の光束全てを効率的に取り込むため、第一集光レンズ系３によりフォトマスク８の測定対象領域１１上に収束する光束のＮＡより大きいことが好ましい。
【００３１】
本実施形態において、絞り７は、測定対象領域１１上の第一集光レンズ系３の集光点と共役な像が第二集光レンズ系６によって結ばれる位置に配置されている。そのため、測定対象領域１１を透過した被検光のうち直接光は、絞り７の位置で微小なスポットの共役像を形成して絞り７を透過するが（図２中実線）、内部反射光は、直接光とは異なる位置で結像して絞り７の位置では広がるため大部分が絞り７によって遮られる（図２中点線）。そのため、光量検出器５では、実質的に直接光しか検出されない。
【００３２】
絞り７の位置における内部反射光の光束半径Ｌ（単位：ｍｍ）は、第一集光レンズ系３による被検光の集光角をθ（単位：ｄｅｇ）と定義し、フォトマスク８の厚みをｔ（単位：ｍｍ）と定義し、フォトマスク８の屈折率をｎと定義し、第二集光レンズ系６による共役像の結像倍率をｍと定義した場合に、次式（１）で示される。
Ｌ＝２ｔａｎθ・（ｔ／ｎ）ｍ・・・（１）
なお、半透過膜パターンの厚みは、透明基板の厚みと比べて非常に薄く計算上無視しても差し支えない。本実施形態においては、便宜上、透明基板単体の厚み、屈折率をそれぞれフォトマスク８の厚みｔ、屈折率ｎとして光束半径Ｌを計算する。
【００３３】
絞り７の位置における内部反射光の光束と絞り７の開口部との面積比Ｓｒは、絞り７の開口半径をｒ（単位：ｍｍ）と定義した場合に、次式（２）で示される。
Ｓｒ＝ｒ２／Ｌ２・・・（２）
【００３４】
測定対象領域１１を透過する被検光全体のうち光量検出器５に到達する内部反射光の割合（以下、「内部反射透過率Ｉｙ」と記す。）は、測定対象領域１１を透過する被検光全体のうち絞り７に到達する内部反射光の割合を内部反射透過率Ｉｘと定義した場合に、次式（３）で示される。なお、内部反射光は、一様な強度分布を持つ光束とする。
Ｉｙ＝Ｉｘ・Ｓｒ・・・（３）
【００３５】
ここで、絞り７には、直接光を透過させる機能と内部反射光を遮る機能が要求される。絞り７の開口径は、両方の機能を充足するため、絞り７の位置に形成される共役像径（直接光の径）ＳＰ以上であって内部反射光の光束径（光束半径Ｌ×２）未満の大きさであれば足りる。なお、本明細書において共役像径とはスポット径と同様に、レーザ光のように光源の強度分布がガウス分布となる場合は１／ｅ２（ピーク値の約１３．５％）以上の強度を持つ範囲を共役像径と定義し、ランプやＬＥＤ等の光源の強度分布がガウス分布にならないものを用いる場合は光量の８６．４％以上が集中している範囲を共役像径と定義する。
【００３６】
共役像の形成位置と絞り７の開口中心が組立誤差等により偏心した場合、共役像が絞り７によってケラレる虞がある。また、製品仕様によっては、光量検出器５に到達する内部反射光をより一層低減させることが望まれる。当該ケラレ量を抑えるには絞り７の開口径を大きく設計し、光量検出器５に到達する内部反射光を低減させるには絞り７の開口径を小さく設計する必要がある。これらの相反する要求を満たすため、絞り７の開口径は、共役像径ＳＰの２〜４００倍の範囲に収まる大きさに設計するのが望ましい。
【００３７】
絞り７は、開口径が共役像径ＳＰの２倍であるとき、第一集光レンズ系３を透過した直接光のうちスポット径（１／ｅ２）の外側の部分の一部を遮光する。この結果、約９９．９７％の光量の直接光が光量検出器５に到達する。共役像の形成位置と絞り７の開口中心が組立誤差等により偏心した場合も、共役像のうち強度の低い裾部分が絞り７でケラレるに過ぎない。すなわち、直接光の損失は軽微であるため、半透過膜パターンの透過率測定に実質的に影響はない。
【００３８】
光量検出器５に到達する内部反射光は、フォトマスクの技術分野で要求される測定精度を鑑みると、絞り７により１／１００以下に抑えられることが望ましい。すなわち、絞り７の開口半径ｒは、面積比Ｓｒが１／１００以下になるように、式（２）より、内部反射光の光束半径Ｌの１／１０以下に設計すればよい。例えばｔａｎθ＝０．４、ｔ＝６．０、ｎ＝１．４７、ｍ＝４である場合、式（１）より、Ｌ＝１３．３２である。面積比Ｓｒを１／１００にするためには、式（２）より、ｒ＝１．３３２である。第一集光レンズ系３による測定対象領域１１上でのスポット径が２．０μｍであるとき、共役像径ＳＰは、ｍ＝４であるから８．０μｍである。面積比Ｓｒが１／１００以下であるためには、開口半径ｒが１．３３２ｍｍで共役像径ＳＰの半径が４．０μｍであるから、絞り７の開口径が共役像径ＳＰの約３３３倍以下の必要がある。但し、廉価版のフォトマスクでは要求される測定精度が上記例よりも低くなること、また、要求される測定精度の低い測定装置においては機械的な配置ずれの許容範囲を大きくしたり測定用光学系の収差補正性能を低くすることを考慮すると、絞り７の開口径は、共役像径ＳＰの４００倍以下の大きさまで許容してもよい。
【００３９】
なお、本実施形態において、絞り７は、測定対象領域１１上の第一集光レンズ系３の集光点と共役な像が第二集光レンズ系６によって結ばれる位置に配置されている。但し、本発明によれば、絞り７は、第一集光レンズ系３の集光点と完全に共役な位置にある場合のみでなく、又はその前側、又は後側に配置される場合を含む。すなわち、絞り７は、第二集光レンズ系６によって集光された被検光が、光量検出器５に入射する前に、その光束の一部を遮り、光束を調整するものであればよい。この意味で、本発明によると、絞り７は、測定対象領域１１上の第一集光レンズ系３の集光点と共役な像の形成位置近傍に配置される。例えば、共役な像の形成位置を含み、光軸方向に１０００μm以内の領域にあることが好ましい。
【００４０】
好ましくは、絞り７は、上記集光点と共役な位置を中央値とした所定の許容公差内に収
まる位置に配置される。共役点に対する絞り７の許容可能な配置誤差は、絞り７の開口径
（組立誤差等に起因する絞り７による共役像のケラレ量）や、光量検出器５で検出される
内部反射光の許容程度等を考慮して決められる。
【００４１】
本発明者の検討によれば、例えば、被検体表面での被検光の反射率を８０％とし、裏面での反射率を４％としたとき、絞り７の開口径を、内部反射光の光束径の１／２とすることで、内部反射光の透過率の測定誤差への影響は約１％以下とすることができる。
【００４２】
光量検出器５には、Ｓｉフォトダイオードやフォトマルチプライヤ等が想定される。測定対象領域１１の透過光量を高精度に測定するため、光量検出器５を例えば積分球の内面に設置してもよい。この積分球とは、入射ポートから入光する光（透過光束）を球内壁面での拡散反射により空間的に積分し均一にして、光量検出器５に入射する役割を果たす。
【００４３】
光量検出器５で検出された光量データは、演算装置９に入力する。演算装置９は、入力した光量データに基づいてフォトマスク８の透過率Ｔ（単位：％）を演算する。ここで、薄膜が形成される前の透明基板単体の透過率Ｔｂ（単位：％）が透過率測定装置１００を用いて予め測定されて、演算装置９のメモリに保存されている。演算装置９は、次式（４）を用いて、測定対象領域１１上の半透過膜パターンの透過率Ｔａ（単位：％）を計算する。
Ｔａ＝Ｔ／Ｔｂ・・・（４）
【００４４】
なお、本発明による透過率測定装置には、絞りの開口径の大きさを調整する、絞り開口調整手段（不図示）を設けてもよい。また、絞りの位置を、光軸方向に調整可能とする、絞り位置可変手段を備えることができる。例えば、厚みの異なる複数種類のフォトマスクが存在する場合を考える。この場合、フォトマスクの厚みに応じて上記共役像の形成位置が変動し、これが測定精度に影響することがあり得る。その場合には、上記絞り位置可変装置を用いて測定精度を高めることができる。また、本発明の透過率測定装置は、絞りの位置を、光軸方向に対して垂直方向に調整する手段を備えていてもよい。
【００４５】
図３は、フォトマスク８の転写パターン形成面を示す図である。ここでは液晶パネル用フォトマスクを示す。図４（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、図３中領域Ｒ１、Ｒ２を拡大して示す図である。図３及び４に示されるように、転写パターン形成面には一様にパターンが形成されているわけではない。フォトマスク８の中央に位置する領域Ｒ１は、画素に対応する部分であるためパターンが少なく透過領域の割合が大きい。フォトマスク８の外周付近に位置する領域Ｒ２は、配線部であるためパターンが多く遮光膜パターンの割合が大きい。領域Ｒ２は遮光膜パターンの割合が大きいため、領域Ｒ１と比べて内部反射光が多くなる。以下、比較例を用いて具体的に説明する。
【００４６】
（比較例）
図４（ａ）、（ｂ）において半透過膜自体の透過率Ｔａを４５．０％とし、透明基板の透過率Ｔｂを９６．０％とする。フォトマスク８の透過率Ｔは、式（４）より、
０．４５×０．９６×１００＝４３．２％
である。また、内部反射光が転写パターン形成面で内部反射するときの内部反射率（透明基板裏面からの反射光の光束が照射する領域の反射率を平均した値）を図４（ａ）の例において５．０％とし、図４（ｂ）の例において４０．０％とすると、内部反射透過率Ｉｘは、それぞれ、
０．４５×（１−０．９６）×０．０５×１００＝０．０９％
０．４５×（１−０．９６）×０．４０×１００＝０．７２％
である。
【００４７】
第二集光レンズ系６及び絞り７が無い場合、光量検出器５を用いて測定されるフォトマスク８の透過率Ｔは、透過率Ｔ＋内部反射透過率Ｉｘであるから、図４（ａ）の例では４３．２９％であり、図４（ｂ）の例では４３．９２％である。このように、第二集光レンズ系６及び絞り７が無い場合、本来同一の値であるべき透過率Ｔが測定対象領域１１上の周囲のパターンに依存して変化するため、半透過膜パターンの透過率測定に支障をきたす。なお、本比較例及び次に説明する各実施例では、発明の特徴を簡易に把握できるように、多重反射光については光量が非常に小さいため考慮していない。
【実施例１】
【００４８】
本実施例１において、透過率測定装置１００を構成する各要素の仕様は、次に示される通りである。なお、本実施例１及び次に説明する実施例２において、透過率Ｔ、Ｔａ、Ｔｂ、内部反射透過率Ｉｘの各値は、測定対象であるフォトマスク８が比較例と各実施例とで同一であるため、比較例の値を援用する。
光源装置２・・・コリメート光を射出する波長４０５ｎｍの半導体レーザーモジュール
第一集光レンズ系３・・・ＮＡ０．４（式（１）のｔａｎθ＝０．４３）の顕微鏡対物レンズ
光量検出器５・・・Ｓｉフォトダイオード
第二集光レンズ系６・・・焦点距離３０ｍｍの非球面レンズ
絞り７・・・開口φ２０μｍのピンホール
フォトマスク８・・・厚みｔ＝７．０ｍｍの合成石英（波長４０５ｎｍでの屈折率ｎ＝１．４６９６６）
第二集光レンズ系６は、第一集光レンズ系３の集光点が絞り７上で４倍になる位置に配置されている（すなわちｍ＝４）。
【００４９】
本実施例１において光束半径Ｌは、式（１）より１６．３８ｍｍである。面積比Ｓｒは、式（２）より３．７２Ｅ−７である。表記Ｅは、１０を基数、Ｅの右の数字を指数とする累乗を表している。式（３）より、被検光が領域Ｒ１、Ｒ２中の半透過膜パターンを透過した際の内部反射透過率Ｉｙはそれぞれ、次に示す通りである。
０．０９×（３．７２Ｅ−７）×１００＝３．３５Ｅ−６
０．７２×（３．７２Ｅ−７）×１００＝２．６８Ｅ−５
【００５０】
第二集光レンズ系６及び絞り７が配置されている場合、光量検出器５を用いて測定されるフォトマスク８の透過率Ｔは、透過率Ｔ＋内部反射透過率Ｉｙであるから、図４（ａ）、（ｂ）の何れの例においてもほぼ４３．２％である。本実施例１においては、第二集光レンズ系６及び絞り７を配置することにより、光量検出器５に直接光を漏れなく導きつつ内部反射光をほぼカットでき、測定対象領域１１上の周囲のパターンによる透過率の変化を実質的に抑えることができる。そのため、微細な半透過膜パターンの透過率測定が正確に行われる。
【実施例２】
【００５１】
本実施例２において、透過率測定装置１００を構成する各要素の仕様は、次に示される通りである。
光源装置２・・・波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザ＋ビームエキスパンダ（コリメータ）
第一集光レンズ系３・・・ＮＡ０．６５（式（１）のｔａｎθ＝０．８６）の顕微鏡対物レンズ
光量検出器５・・・フォトマルチプライヤ
第二集光レンズ系６・・・焦点距離５０ｍｍの二枚構成のレンズ系
絞り７・・・開口φ１．５ｍｍ
フォトマスク８・・・厚みｔ＝１２．０ｍｍの合成石英（波長３５５ｎｍでの屈折率ｎ＝１．４７６０４）
第二集光レンズ系６は、第一集光レンズ系３の集光点が絞り７上で３倍になる位置に配置されている（すなわちｍ＝３）。
【００５２】
本実施例２において光束半径Ｌは、式（１）より４１．９５ｍｍである。面積比Ｓｒは、式（２）より３．２０Ｅ−４である。式（３）より、被検光が領域Ｒ１、Ｒ２中の半透過膜パターンを透過した際の内部反射透過率Ｉｙはそれぞれ、次に示す通りである。
０．０９×（３．２０Ｅ−４）×１００＝０．００３
０．７２×（３．２０Ｅ−４）×１００＝０．０２３
【００５３】
光量検出器５を用いて測定されるフォトマスク８の透過率Ｔは、図４（ａ）の例では４３．２０３％であり、図４（ｂ）の例では４３．２２３％である。本実施例２においては、第二集光レンズ系６及び絞り７を配置することにより、光量検出器５に直接光を漏れなく導きつつ内部反射光をほぼカットでき、測定対象領域１１上の周囲のパターンによる透過率の変化を僅少に抑えることができる。そのため、微細な半透過膜パターンの透過率測定が正確に行われる。
【００５４】
以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。例えば、本発明は、測定対象をフォトマスクとする透過率測定装置に限定されず、光を透過する領域を有する他の形態の測定対象の透過率を測定する透過率測定装置にも適用することができる。
【００５５】
また、本実施形態にて説明したように、本発明には透過率測定方法も含まれており、測定対象としては、透明基板上に形成した半透過膜をパターニングしてなる半透過膜パターンを有するものが挙げられる。また、更に遮光膜パターンも有することにより、遮光部、透過部、半透過部を有する、多階調フォトマスクにおいて、本発明の効果が顕著である。半透過膜の透過率は、露光光に対して、５〜８０％であることが好ましい。このようなフォトマスクを用いて、被転写体上に形成されたレジスト膜に露光、現像することにより、部分的に露光量を異ならせ、部分によって残膜量の異なるレジストパターンを形成することができる。この場合、従来２枚のマスクを使用していた工程が１枚のマスクで可能となるため、マスク使用枚数が削減でき、液晶パネルなどの生産効率が高くなる。
【００５６】
更に、光透過率の異なる２種類以上の半透過膜パターンで形成された複数の半透過部を有する、４階調以上の多階調フォトマスクも提案されている。このような複数の半透過部の透過率保証にも、本発明は有効である。
【００５７】
液晶パネル用のフォトマスクとしては、例えば、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）におけるソース、ドレインに対応する部分を遮光部として形成し、ソース、ドレインの間に隣接して位置するチャネル部に相当する部分を半透過部として形成した多階調フォトマスクを使用することができる。近年、ＴＦＴチャネル部等のパターンの微細化に伴い、多階調フォトマスクにおいてもますます微細なパターンが必要とされてきており、ＴＦＴチャネル部のパターンにおけるチャネル幅に相当する部分、すなわち、遮光膜間の半透過部の幅も微細化傾向にある。このような微細化は、液晶パネルの明るさ向上や反応速度の向上には有効である。微細化を達成するためには、微細パターン部分の透過率管理が重要である。
【００５８】
本発明はまた、透明基板上に、半透過膜のみが形成され、これに所定のパターニングが施されたフォトマスクにおいても有効に適用でき、半透過部の微細なパターンの透過率を精緻に測定することができる。
【００５９】
本発明の測定対象としては、半透過パターンに、０．５μm以上１０μm以下の線幅を有するものが例示される。また、１μm以上７μm以下、より好ましくは２μm以上７μm以下であるときに、本発明の効果が顕著である。
【００６０】
上記において、液晶パネル用フォトマスクを例示して説明したが、フォトマスクの用途はこれに限定されない。本発明の透過率測定装置及び方法は、他の用途のフォトマスクの透過率測定に対しても同様に適用され、有用な効果を奏することができる。例えば、液晶の他、有機ＥＬなどを含む、表示装置用のフォトマスク、撮像装置用のフォトマスク、集積回路用フォトマスクなどが挙げられる。用途に応じて、半透過膜が、透過光を位相反転させることで、干渉作用を利用するもの（透過光の代表波長について位相シフト量が１８０度±３０度のもの）、又は干渉効果を実質的に利用しないもの（透過光の代表波長について、位相シフト量が６０度以下のもの）、の何れについても、本発明の効果が有用に得られる。
【符号の説明】
【００６１】
１ 投光ユニット
２ 光源装置
３ 第一集光レンズ系
４ 受光ユニット
５ 光量検出器
６ 第二集光レンズ系
７ 絞り
９ 演算装置
１００ 透過率測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検光を射出する光源装置と、
前記被検光を集光して測定対象上にスポットを形成する第一光学系と、
前記測定対象を透過した被検光を集光して前記スポットの共役像を形成する第二光学系と、
前記共役像の形成位置近傍に配置された絞りと、
前記絞りを透過した被検光を検出する光検出手段と、
を有することを特徴とする透過率測定装置。
【請求項２】
前記絞りの開口径は、前記共役像の径以上で、かつ前記被検光が前記測定対象を透過する際に生じた内部反射光の該絞りの位置における光束径未満であることを特徴とする、請求項１に記載の透過率測定装置。
【請求項３】
前記絞りは、前記共役像の径の２〜４００倍の範囲に収まる開口径を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の透過率測定装置。
【請求項４】
前記光源装置は特定波長の光を射出することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の透過率測定装置。
【請求項５】
透明基板上に、少なくとも半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンを有する、フォトマスクの透過率測定方法であって、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の透過率測定装置を用いて、前記半透過パターンの透過率を測定する、フォトマスクの透過率測定方法。
【請求項６】
前記フォトマスクは、透明基板上に、半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンと、遮光膜がパターニングされてなる遮光膜パターンを有することにより、透光部、遮光部、半透過部を備える多階調フォトマスクである、請求項５に記載のフォトマスクの透過率測定方法。
【請求項１】
被検光を射出する光源装置と、
前記被検光を集光して測定対象上にスポットを形成する第一光学系と、
前記測定対象を透過した被検光を集光して前記スポットの共役像を形成する第二光学系と、
前記共役像の形成位置近傍に配置された絞りと、
前記絞りを透過した被検光を検出する光検出手段と、
を有することを特徴とする透過率測定装置。
【請求項２】
前記絞りの開口径は、前記共役像の径以上で、かつ前記被検光が前記測定対象を透過する際に生じた内部反射光の該絞りの位置における光束径未満であることを特徴とする、請求項１に記載の透過率測定装置。
【請求項３】
前記絞りは、前記共役像の径の２〜４００倍の範囲に収まる開口径を有することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の透過率測定装置。
【請求項４】
前記光源装置は特定波長の光を射出することを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか一項に記載の透過率測定装置。
【請求項５】
透明基板上に、少なくとも半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンを有する、フォトマスクの透過率測定方法であって、
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の透過率測定装置を用いて、前記半透過パターンの透過率を測定する、フォトマスクの透過率測定方法。
【請求項６】
前記フォトマスクは、透明基板上に、半透過膜がパターニングされてなる半透過パターンと、遮光膜がパターニングされてなる遮光膜パターンを有することにより、透光部、遮光部、半透過部を備える多階調フォトマスクである、請求項５に記載のフォトマスクの透過率測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７７６７８（Ｐ２０１２−１７７６７８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３８６２（Ｐ２０１２−３８６２）
【出願日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【出願人】（０００１１３２６３）ＨＯＹＡ株式会社 (3,820)
【Ｆターム（参考）】
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