JP2003015270A - Device and method for inspecting phase shift mask - Google Patents

Device and method for inspecting phase shift mask

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To securely detect the local phase defect of a phase shift mask by an inexpensive inspecting device. SOLUTION: The whole inspection area of a phase shift mask being the object of inspection is irradiated by an illumination system 20 with almost uniform light quantity. The image of the phase shift mask is image-picked up by an image pickup optical system 8 having the resolution limit of Rayleigh where a pattern being the object of inspection on the phase shift mask is not resolved and by a CCD camera 4, and a picture processor 3 analyzes the light intensity distribution of the image. Thus, the local phase defect of the phase shift mask is inspected.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体集積回路
(IC)等の半導体装置を製造する際に、フォトリソグ
ラフィー処理の露光工程で多く用いられるフォトマスク
の一種である位相シフトマスクのローカル位相欠陥を検
出する位相シフトマスク検査装置及び位相シフトマスク
検査方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a local phase defect of a phase shift mask, which is a type of photomask often used in an exposure step of photolithography processing when manufacturing a semiconductor device such as a semiconductor integrated circuit (IC). The present invention relates to a phase shift mask inspecting apparatus and a phase shift mask inspecting method.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体集積回路はフォトリソグラフィー
技術を用いて製造されているが、その性能の高度化や容
量の大規模化に伴い、解決すべき問題が頻出している。
フォトリソグラフィーは、まずフォトマスクと呼ばれる
原版を写真術によって作成し、それを更に写真術を用い
て大量に転写コピーする技術である。マルチメディアや
IT(Information Technology)技術の支えとなる次世
代のメモリとして、GB(ギガバイト)以上の大容量メ
モリが待ち望まれている。そして、この大容量メモリに
おいて要求されるルール(線幅)は、0.13μm以下
である。しかし、現状のフォトリソグラフィの技術のみ
では、このように極微細な半導体を作ることは難しい。
高度な解像力を持つArFレーザステッパを用い、開口
数(NA)が0.6の高開口数を持つ転写光学系を用い
たとしても、通常の構成のフォトマスクを用いた転写像
は、そのコントラストが0.6に達しない。そこで、フ
ォトマスクを透過する光の「波」としての性質を利用し
て「波」の強度だけでなくその位相を制御することで結
像解像力を増加させる位相シフトマスク(PSM/Phas
e Shift Mask)が近年開発されている。
2. Description of the Related Art A semiconductor integrated circuit is manufactured by using a photolithography technique. However, with the advancement of its performance and the increase in capacity, there are many problems to be solved.
Photolithography is a technique in which an original plate called a photomask is first created by photography, and then a large amount of it is transferred and copied using photography. As a next-generation memory that supports multimedia and IT (Information Technology) technology, a large-capacity memory of GB (gigabyte) or more is desired. The rule (line width) required in this large capacity memory is 0.13 μm or less. However, it is difficult to fabricate such an extremely fine semiconductor only with the current photolithography technology.
Even if a transfer optical system having a high numerical aperture (NA) of 0.6 is used with an ArF laser stepper having a high resolving power, the transfer image obtained by using a photomask having a normal structure has the same contrast. Does not reach 0.6. Therefore, a phase shift mask (PSM / Phas) that increases the image resolving power by controlling not only the intensity of the “wave” but also its phase by utilizing the nature of the “wave” of the light passing through the photomask
e Shift Mask) has been developed in recent years.

【0003】ここで、その位相シフトマスクについて、
図17乃至図22を用いて説明する。図17は通常のフ
ォトマスクを用いて転写を行った場合の像の光強度分布
の計算値を示す図、図18は図17の場合と同じパター
ンを位相シフトマスクを用いて転写した場合の像の光強
度分布の計算値を示す図、図19は通常のフォトマスク
の構成例を模式的に示す断面図、図20は位相シフトマ
スクの構成例を模式的に示す断面図、図21は位相シフ
トマスクの別の構成例を模式的に示す断面図、図22は
従来の方法で位相シフトマスクを検査する場合の1回の
検査範囲の例を示した図である。
Here, regarding the phase shift mask,
This will be described with reference to FIGS. 17 to 22. FIG. 17 is a diagram showing calculated values of the light intensity distribution of an image when transfer is performed using a normal photomask, and FIG. 18 is an image when the same pattern as in FIG. 17 is transferred using a phase shift mask. FIG. 19 is a sectional view schematically showing a configuration example of a normal photomask, FIG. 20 is a sectional view schematically showing a configuration example of a phase shift mask, and FIG. 21 is a phase diagram. FIG. 22 is a cross-sectional view schematically showing another configuration example of the shift mask, and FIG. 22 is a diagram showing an example of one inspection range when the phase shift mask is inspected by the conventional method.

【0004】図17には、NAが0.6のArFレーザ
ステッパを用いて、線幅0.13μmのL&S(ライン
アンドスペース)パターンを通常のフォトマスクを用い
て転写した場合の転写像の光強度分布の計算値を示して
いる。ここで、折れ線201がパターンの幅を、曲線2
02が転写像の光強度分布を示している。また、Imi
n,Imaxは、それぞれ各ピークの最小光量,最大光
量を示している。半導体回路の安定な製作のためには
0.7以上のコントラストが望ましいが、図17に示す
ように、通常のフォトマスクでは0.6に満たないコン
トラストしか得ることができない。これに対して、図1
8には上記と全く同じ装置構成で位相シフトマスクを用
いて転写を行った場合の転写像の強度分布の計算値を示
している。ここで、折れ線203がパターンの幅を、曲
線204が転写像の光強度分布を示している。この図1
8から明らかなように、位相シフトマスクを用いれば、
上記と同じレーザステッパによって0.9以上のコント
ラストを得ることが可能である。
FIG. 17 shows the light of a transferred image when an L & S (line and space) pattern having a line width of 0.13 μm is transferred using an ordinary photomask by using an ArF laser stepper with NA of 0.6. The calculated value of the intensity distribution is shown. Here, the polygonal line 201 indicates the width of the pattern,
Reference numeral 02 indicates the light intensity distribution of the transferred image. Also, Imi
n and Imax represent the minimum light amount and the maximum light amount of each peak, respectively. A contrast of 0.7 or more is desirable for stable fabrication of a semiconductor circuit, but as shown in FIG. 17, a normal photomask can obtain a contrast of less than 0.6. On the other hand,
8 shows the calculated value of the intensity distribution of the transferred image when the transfer is performed using the phase shift mask with the same apparatus configuration as above. Here, the polygonal line 203 shows the width of the pattern, and the curve 204 shows the light intensity distribution of the transferred image. This Figure 1
As is clear from 8, if a phase shift mask is used,
With the same laser stepper as described above, it is possible to obtain a contrast of 0.9 or higher.

【0005】通常のフォトマスクは、図19に示すよう
に、ガラス基板211の上に光を遮断する金属(クロ
ム)212を配置したもので、金属部分は光を遮断し、
金属212の無い部分は光を透過する。これに対して位
相シフトマスクは、図20に示すように、光を透過する
部分に適宜に(レベンソンタイプなら交互に)位相シフ
タ213として透明物質を配置して透過光の位相を変化
させて解像力を増加させるものである。通常、レベンソ
ンタイプの位相シフトマスクは、隣接する透過部分でそ
れぞれ180度ずつ位相がずれるように構成されてい
る。この結果、隣接する透過部分を透過する透過光が不
透過部分で重なり合うと、干渉によって打ち消し合い、
結果的に解像度が向上する。これが、位相シフトマスク
の原理である。また図21に示すように、位相シフタ2
13を設ける代わりにガラス基板を腐食により削りこん
で位相シフト部214を設けることによって位相差を得
るように構成することもできる。
As shown in FIG. 19, a normal photomask has a metal (chrome) 212 arranged on a glass substrate 211 for blocking light, and the metal portion blocks light.
The portion without the metal 212 transmits light. On the other hand, in the phase shift mask, as shown in FIG. 20, a transparent material is appropriately arranged (alternately in the case of the Levenson type) as a phase shifter 213 in a portion that transmits light, and the phase of transmitted light is changed to change the resolution. Is to increase. Normally, the Levenson-type phase shift mask is configured so that the phases of the adjacent transmissive portions are shifted by 180 degrees. As a result, when the transmitted light that passes through the adjacent transmission parts overlaps in the non-transmission parts, they cancel each other due to interference,
As a result, the resolution is improved. This is the principle of the phase shift mask. Also, as shown in FIG. 21, the phase shifter 2
Instead of providing 13, the glass substrate may be eroded to provide the phase shift unit 214 to obtain the phase difference.

【0006】位相シフトマスクがその性能を発揮するた
めには、隣接する透過部分を透過する透過光の位相差が
180度でなければならない。従って、位相シフタ21
3の厚さが変動したり、位相シフト部214の腐食深さ
が変動したりして位相差が180度からずれると、その
部分の転写像には欠陥が生じることになる。これを以後
ローカル位相欠陥と呼ぶ。このようなローカル位相欠陥
は半導体集積回路の製造工程にとって致命的であるが、
マスクの検査工程でこのローカル位相欠陥を速やかに発
見することは困難である。このことが、位相シフトマス
クの採用を躊躇させる一因であり、メモリ容量の増加を
妨げている原因でもある。
In order for the phase shift mask to exert its performance, the phase difference of the transmitted light passing through the adjacent transmitting portions must be 180 degrees. Therefore, the phase shifter 21
If the phase difference deviates from 180 degrees due to a change in the thickness of No. 3 or a change in the corrosion depth of the phase shift portion 214, a defect will occur in the transferred image at that portion. This is hereinafter referred to as a local phase defect. Such a local phase defect is fatal to the manufacturing process of the semiconductor integrated circuit,
It is difficult to quickly find this local phase defect in the mask inspection process. This is one of the reasons for hesitating to adopt the phase shift mask, and is also the reason for hindering the increase of the memory capacity.

【0007】ローカル位相欠陥は、位相シフトマスクの
製造工程での管理限界以下のサイズであり、製造工程中
での発見は非常に困難であるため、最終検査工程で検査
される。位相欠陥検査の従来の方法は、位相シフトマス
ク上の位相シフタの厚みやガラス基板の腐食深さを、膜
厚計や深度計を用いて測定し、設計値と等しいかどうか
を検査するものである。厚さや深さ方向の、いわゆる寸
法計測を行うのは極微細な部分であるため、従来の寸法
検査装置では膨大な検査時間を必要とし、実用に適さな
かった。ここで、例として100mmの位相シフトマ
スク全体を検査する場合を考える。半導体の回路寸法が
仮に0.2μmであれば、これに対応する位相シフトマ
スクは通常、その4倍の大きさで描かれるので、対応す
る位相シフトマスクには0.8μmの大きさの回路パタ
ーンが描かれる。これをステッパなどの転写露光装置で
ウエハ上の感光剤に縮小露光し、現像して半導体の回路
パターンを形成している。
The local phase defect has a size smaller than the control limit in the manufacturing process of the phase shift mask, and it is very difficult to find it in the manufacturing process. Therefore, it is inspected in the final inspection process. The conventional method of phase defect inspection is to measure the thickness of the phase shifter on the phase shift mask and the corrosion depth of the glass substrate using a film thickness meter or a depth gauge to inspect whether they are equal to the design values. is there. Since the so-called dimension measurement in the thickness and depth directions is an extremely minute portion, the conventional dimension inspection device requires a huge amount of inspection time and is not suitable for practical use. Here, as an example, consider the case of inspecting the entire 100 mm square phase shift mask. If the circuit size of the semiconductor is 0.2 μm, the corresponding phase shift mask is usually drawn four times as large, so the corresponding phase shift mask has a circuit pattern of 0.8 μm. Is drawn. This is subjected to reduction exposure on a photosensitive material on a wafer by a transfer exposure device such as a stepper, and developed to form a semiconductor circuit pattern.

【0008】このようなサイズの個々の位相シフタ21
3の厚さを計測する為には、1回の検査エリアが、図2
2に矢印Xで示す示すように5μm程度になるように
倍率を設定して拡大しなければならない。そうすると、
位相シフトマスクの全面の検査に必要な検査回数は4億
回(一辺100mm/5μm=20000、故に検査回
数は20000回)となる。一回の検査に要する時間
が仮に0.001秒としても、検査時間は四十万秒、す
なわち約5日弱となる。しかし、位相シフトマスクの検
査は数十分から数時間以内に完了しなければ実用的では
ない。つまり、従来の方法や装置で位相欠陥を検査する
ことは困難である。さらに、分解能の高い寸法検査装置
を作成するためには高価な機材を用いなければならない
ため、検査装置のコストアップにつながるという問題も
あった。
Individual phase shifters 21 of such size
In order to measure the thickness of No. 3, one inspection area is
As shown by the arrow X in FIG. 2, the magnification must be set so as to be about 5 μm and the magnification must be increased. Then,
Number of tests required to test the entire surface of the phase shift mask will be 400 million times (one side 100 mm / 5 [mu] m = 20000, therefore the number of inspections is 20000 2 times). Even if the time required for one inspection is 0.001 seconds, the inspection time is 400,000 seconds, that is, about 5 days or less. However, the inspection of the phase shift mask is not practical unless it is completed within several tens of minutes to several hours. That is, it is difficult to inspect the phase defect by the conventional method or apparatus. Furthermore, there is a problem in that the cost of the inspection device is increased because expensive equipment must be used in order to create a dimension inspection device with high resolution.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように、ローカル
位相欠陥は検査することが難しい位相シフトマスクの瑕
疵である。半導体の回路パターンが更に微細化してゆく
とローカル位相欠陥自体の寸法も小さくなり、この問題
は未解決の大問題として残ることになる。さらに、前述
したように、従来の「寸法計測」という方法では、この
問題を解決することは困難である。この発明は、このよ
うな問題を解決し、ローカル位相欠陥のようなごく微細
な欠陥も短時間で発見可能な位相シフトマスク検査装置
及び検査方法を提供し、かつ装置の大幅なコストダウン
を図ることを目的とする。
As described above, the local phase defect is a defect of the phase shift mask which is difficult to inspect. As the semiconductor circuit pattern is further miniaturized, the size of the local phase defect itself becomes smaller, and this problem remains as a major unsolved problem. Furthermore, as described above, it is difficult to solve this problem by the conventional method of "dimension measurement". The present invention solves such a problem, provides a phase shift mask inspection apparatus and inspection method capable of detecting even minute defects such as local phase defects in a short time, and achieves a significant cost reduction of the apparatus. The purpose is to

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、この発明の位相シフトマスク検査装置は、検査対象
の位相シフトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光
量で照明する照明手段と、上記位相シフトマスクを観察
するための対物レンズと、上記対物レンズによる上記位
相シフトマスクの像を読み取る撮像手段と、その手段に
よって読み取った像の画像解析を行う画像解析手段とを
備え、上記照明手段と上記対物レンズと上記撮像手段と
によって構成される光学系のレーリーの解像限界は、上
記位相シフトマスク上の検査対象のパターンを解像しな
い値であり、上記画像解析手段は、上記撮像手段によっ
て読み取った像の光強度分布を解析することによって上
記位相シフトマスクのローカル位相欠陥を検査する手段
であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the phase shift mask inspection apparatus of the present invention comprises an illuminating means for illuminating a phase shift mask to be inspected with a substantially uniform light amount over the entire inspection area. An objective lens for observing the phase shift mask, an image pickup unit for reading an image of the phase shift mask by the objective lens, and an image analysis unit for performing image analysis of the image read by the unit, the illumination Means, the objective lens, and the imaging means, the Rayleigh resolution limit of the optical system is a value that does not resolve the pattern to be inspected on the phase shift mask, and the image analysis means uses the imaging means. Means for inspecting the local phase defect of the phase shift mask by analyzing the light intensity distribution of the image read by the means. To.

【0011】このような位相シフトマスク検査装置にお
いて、上記画像解析手段は、上記撮像手段によって読み
取った像の検査対象以外の部分に対してマスク処理を行
い、検査対象部分のみを取り出すマスク処理手段を有
し、上記検査対象部分のみについてローカル位相欠陥の
検査を行う手段であるとよい。さらに、上記画像解析手
段が、上記位相シフトマスク上にローカル位相欠陥を発
見した場合に、その欠陥部の光強度とその周囲の光強度
を比較することにより上記ローカル位相欠陥の寸法を算
出する手段を備えているとよい。
In such a phase shift mask inspection apparatus, the image analysis means performs mask processing on a portion of the image read by the image pickup means other than the inspection object, and masking means for extracting only the inspection object portion. It is preferable to have a means for inspecting the local phase defect only in the inspection target portion. Further, when the image analysis means finds a local phase defect on the phase shift mask, means for calculating the size of the local phase defect by comparing the light intensity of the defective portion with the light intensity of the surrounding area. It is good to have.

【0012】あるいは、同一のパターンを複数形成した
位相シフトマスクの検査を行う位相シフトマスク検査装
置の場合には、上記位相シフトマスクを少なくとも上記
対物レンズによる観察方向と垂直な平面上で移動させる
ための移動手段をさらに設け、上記画像解析手段を、上
記撮像手段によって読み取った上記位相シフトマスク上
の2つのパターンの対応する部分の像における光強度分
布の差を解析することによって上記位相シフトマスクの
ローカル位相欠陥を検査する手段にするとよい。さらに
また、上記位相シフトマスク上に形成されるパターンの
設計値と、上記照明手段と上記対物レンズと上記撮像手
段とによって構成される光学系の特性値とから上記撮像
手段によって読み取られる像の光強度分布を算出する光
強度分布算出手段を設け、上記画像解析手段を、上記撮
像手段によって読み取った像の光強度分布と上記光強度
分布算出手段によって算出した光強度分布との差を解析
することによって上記位相シフトマスクのローカル位相
欠陥を検査する手段にしてもよい。
Alternatively, in the case of a phase shift mask inspection device for inspecting a phase shift mask having a plurality of identical patterns formed thereon, in order to move the phase shift mask at least on a plane perpendicular to the observation direction of the objective lens. Of the phase shift mask by analyzing the difference in the light intensity distribution in the images of the corresponding portions of the two patterns on the phase shift mask read by the image pickup means. It is preferable to use it as a means for inspecting local phase defects. Furthermore, the light of the image read by the image pickup means from the design value of the pattern formed on the phase shift mask and the characteristic value of the optical system configured by the illumination means, the objective lens, and the image pickup means. Providing a light intensity distribution calculating means for calculating the intensity distribution, and analyzing the difference between the light intensity distribution of the image read by the image capturing means and the light intensity distribution calculated by the light intensity distribution calculating means by the image analyzing means. May be a means for inspecting the local phase defect of the phase shift mask.

【0013】これらの位相シフトマスク検査装置におい
て、上記画像解析手段が、上記位相シフトマスク上にロ
ーカル位相欠陥を発見した場合に、その欠陥部における
光強度差とその周囲における光強度差を比較することに
より上記ローカル位相欠陥の寸法を算出する手段を備え
るようにするとよい。また、上記照明手段をリング状落
射照明による照明手段にするとよい。さらに、上記画像
解析手段が上記位相シフトマスク上にローカル位相欠陥
を発見した場合にそのローカル位相欠陥の位置情報を外
部機器に出力する手段を設けるとよい。
In these phase shift mask inspection apparatuses, when the image analysis means finds a local phase defect on the phase shift mask, it compares the light intensity difference at the defect portion with the light intensity difference at the periphery thereof. Therefore, a means for calculating the size of the local phase defect may be provided. Further, it is preferable that the illuminating means is an illuminating means by ring-shaped epi-illumination. Further, when the image analysis unit finds a local phase defect on the phase shift mask, it is preferable to provide a unit for outputting position information of the local phase defect to an external device.

【0014】また、この発明による位相シフトマスク検
査方法は、前述の目的を達成するため、検査対象の位相
シフトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な光量で照
明し、上記位相シフトマスクの像を、その位相シフトマ
スク上の検査対象のパターンを解像しないようなレーリ
ーの解像限界を持つ光学系によって撮像し、その像の光
強度分布を解析することによって上記位相シフトマスク
のローカル位相欠陥を検査することを特徴とする。この
ような位相シフトマスク検査方法において、上記光学系
によって撮像した像の検査対象以外の部分に対してマス
ク処理を行って検査対象部分のみを取り出し、上記検査
対象部分のみについてローカル位相欠陥の検査を行うよ
うにするとよい。
In order to achieve the above-mentioned object, the phase shift mask inspection method according to the present invention illuminates the phase shift mask to be inspected with a substantially uniform light amount over the entire inspection region, and the image of the phase shift mask is obtained. Is imaged by an optical system having a Rayleigh resolution limit that does not resolve the pattern to be inspected on the phase shift mask, and the local phase defect of the phase shift mask is analyzed by analyzing the light intensity distribution of the image. It is characterized by inspecting. In such a phase shift mask inspection method, a mask process is performed on a portion other than the inspection target of the image captured by the optical system to extract only the inspection target portion, and the local phase defect is inspected only on the inspection target portion. You should do it.

【0015】さらに、上記位相シフトマスク上にローカ
ル位相欠陥を発見した場合に、その欠陥部の光強度とそ
の周囲の光強度とを比較することにより上記ローカル位
相欠陥の寸法を算出するようにするとよい。この発明に
よる位相シフトマスク検査方法はまた、検査対象が同一
パターンを複数形成した位相シフトマスクである場合、
その検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、上記
位相シフトマスクの像を、その位相シフトマスク上の検
査対象のパターンを解像しないようなレーリーの解像限
界を持つ光学系によって上記同一パターンのうち2つの
パターンについて対応する位置で撮像し、その2つの像
の光強度分布の差を解析することによって上記位相シフ
トマスクのローカル位相欠陥を検査する。
Furthermore, when a local phase defect is found on the phase shift mask, the size of the local phase defect is calculated by comparing the light intensity of the defective portion with the light intensity of the surrounding area. Good. The phase shift mask inspecting method according to the present invention also provides a method of inspecting a phase shift mask having a plurality of identical patterns,
The entire area of the inspection area is illuminated with a substantially uniform amount of light, and the image of the phase shift mask is formed by an optical system having a Rayleigh resolution limit that does not resolve the pattern to be inspected on the phase shift mask. The local phase defect of the phase shift mask is inspected by imaging two patterns of the same pattern at corresponding positions and analyzing the difference in the light intensity distribution of the two images.

【0016】あるいは、検査対象の位相シフトマスクを
検査領域の全面に亘り略均一な光量で照明し、上記位相
シフトマスクの像を、その位相シフトマスク上の検査対
象のパターンを解像しないようなレーリーの解像限界を
持つ光学系によって撮像し、その像の光強度分布と、上
記位相シフトマスク上に形成されるパターンの設計値と
上記光学系の特性値とから算出される像の光強度分布と
の差を解析することによって上記位相シフトマスクのロ
ーカル位相欠陥を検査するようにしてもよい。これらの
位相シフトマスク検査方法において、上記位相シフトマ
スク上にローカル位相欠陥を発見した場合に、その欠陥
部における光強度の差とその周囲における光強度の差と
を比較することにより上記ローカル位相欠陥の寸法を算
出するようにするとよい。また、上記照明をリング状落
射照明によって行うようにするとよい。
Alternatively, the phase shift mask to be inspected is illuminated over the entire surface of the inspection area with a substantially uniform light amount so that the image of the phase shift mask does not resolve the pattern to be inspected on the phase shift mask. An image is taken by an optical system having a Rayleigh resolution limit, and the light intensity of the image is calculated from the light intensity distribution of the image, the design value of the pattern formed on the phase shift mask, and the characteristic value of the optical system. The local phase defect of the phase shift mask may be inspected by analyzing the difference from the distribution. In these phase shift mask inspection methods, when a local phase defect is found on the phase shift mask, the local phase defect is compared by comparing the difference in light intensity at the defective portion with the difference in light intensity at the surroundings. It is advisable to calculate the dimension of. Further, it is preferable that the illumination is performed by a ring-shaped epi-illumination.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面を参照して説明する。 〔検査原理:図7乃至図12〕この発明による位相シフ
トマスク検査装置及び検査方法は、従来のように位相シ
フトマスク上の位相シフタの厚みやガラス基板の腐食深
さを計測するのではなく、その位相シフトマスクが作り
出す光分布を、低開口数で且つ低倍率の結像系を照明光
の波長との関係がレーリーの解像限界に対応する解像力
よりも小さくなるように設定し、且つ均一に照明するこ
とのできる照明光学系と組み合わせて撮像し、位相シフ
トマスク透過後の光量分布を計測演算することにより、
位相シフトマスク上のローカル位相欠陥の検査を行うも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. [Inspection Principle: FIG. 7 to FIG. 12] The phase shift mask inspection apparatus and the inspection method according to the present invention do not measure the thickness of the phase shifter on the phase shift mask and the corrosion depth of the glass substrate as in the related art, but The light distribution created by the phase shift mask is set so that the relationship between the imaging system having a low numerical aperture and a low magnification and the wavelength of the illumination light is smaller than the resolution corresponding to the Rayleigh resolution limit, and is uniform. By imaging in combination with an illumination optical system that can illuminate, and measuring and calculating the light amount distribution after passing through the phase shift mask,
The inspection is for a local phase defect on the phase shift mask.

【0018】そこでまず、この検査原理について図7乃
至図12を用いて説明する。図7は、この発明の位相シ
フトマスク検査装置及び検査方法によって発見しようと
するローカル位相欠陥の例を示す図、図8は無欠陥のL
&Sパターンを観察した場合の光強度分布の計算値を示
す図、図9はローカル位相欠陥のあるL&Sパターンを
観察した場合の光強度分布の計算値を示す図、図10は
無欠陥のL&Sパターンを透過する光の光量分布につい
て説明するための図、図11はローカル位相欠陥のある
L&Sパターンを透過する光の光量分布について説明す
るための図、図12は落射照明によってローカル位相欠
陥のあるL&Sパターンを撮像した場合の光量分布につ
いて説明するための図である。
Therefore, first, the principle of this inspection will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram showing an example of a local phase defect to be found by the phase shift mask inspection apparatus and inspection method of the present invention, and FIG. 8 is a defect-free L
FIG. 9 is a diagram showing a calculated value of a light intensity distribution when observing an & S pattern, FIG. 9 is a diagram showing a calculated value of a light intensity distribution when observing an L & S pattern having a local phase defect, and FIG. 10 is a defect-free L & S pattern. FIG. 11 is a diagram for explaining the light amount distribution of the light passing through the light source, FIG. 11 is a diagram for explaining the light amount distribution of the light passing through the L & S pattern having the local phase defect, and FIG. It is a figure for demonstrating the light amount distribution at the time of imaging a pattern.

【0019】半導体メモリ作成用位相シフトマスクのロ
ーカル位相欠陥の典型的な例として、図7に示すものが
挙げられる。この例は、ガラス基板の腐食によって設け
た位相シフト部214の一部の深さが、製造工程上の不
具合や誤差、または「ゆらぎ」によって変動してローカ
ル位相欠陥部215になっているものである。ここで、
ローカル位相欠陥部215の寸法誤差をDnmとし、パ
ターン自体の線幅は透過部がLμm、不透過部がSμm
であるとすると、ウエハ上にスポットを転写してしまう
ローカル位相欠陥の実例としては、例えばL&S=1μ
m、D=60nmのものがある。このサイズの欠陥は、
通常の光学顕微鏡では、解像力が不足するために見るこ
とができない。また、このサイズの欠陥を従来の欠陥検
査装置で発見するのは至難である。なぜなら、従来の欠
陥検査装置は寸法計測を行うものであり、従来の技術の
項で説明したように、寸法計測精度が不充分であった
り、精度はあっても計測時間が膨大であったりするから
である。以下、主に上記の典型的なローカル位相欠陥の
例を用いて説明する。
A typical example of the local phase defect of the phase shift mask for semiconductor memory fabrication is shown in FIG. In this example, the depth of a part of the phase shift part 214 provided by the corrosion of the glass substrate is changed to a local phase defect part 215 due to a defect or an error in the manufacturing process or "fluctuation". is there. here,
The dimensional error of the local phase defect portion 215 is set to D nm, and the line width of the pattern itself is L μm at the transmission portion and S μm at the non-transmission portion.
Then, as an example of a local phase defect that transfers a spot on the wafer, for example, L & S = 1 μ
m, D = 60 nm. Defects of this size are
It cannot be seen with an ordinary optical microscope due to lack of resolution. In addition, it is extremely difficult to find a defect of this size with a conventional defect inspection apparatus. This is because the conventional defect inspection apparatus measures the dimensions, and as described in the section of the conventional technique, the dimension measurement accuracy is insufficient, or even if there is accuracy, the measurement time is enormous. Because. Hereinafter, description will be given mainly using the above-mentioned typical local phase defect example.

【0020】この発明は、位相シフトマスク上のローカ
ル位相欠陥が転写されるものであれば、その光分布に変
動が内包されているのであるから、位相シフトマスクが
作り出す光分布を詳細に分析することにより、転写され
得るローカル位相欠陥を発見しようとするものである。
そのために、低開口数かつ低倍率の光学系を用い、照明
波長を光学系の解像力がレーリーの解像限界よりも小さ
くなるように設定する。そうすると、位相欠陥のないL
&Sパターンの形成された位相シフトマスクの対物レン
ズによる像は、図8の直線122に示すような一定の均
一な光量分布となる。ここで、折れ線121はL&Sパ
ターンの幅を示している。
According to the present invention, if the local phase defect on the phase shift mask is transferred, the light distribution has fluctuations therein. Therefore, the light distribution produced by the phase shift mask is analyzed in detail. By doing so, an attempt is made to find a local phase defect that can be transferred.
Therefore, an optical system having a low numerical aperture and a low magnification is used, and the illumination wavelength is set so that the resolution of the optical system becomes smaller than the Rayleigh resolution limit. Then, L without phase defects
The image of the phase shift mask on which the & S pattern is formed by the objective lens has a constant and uniform light amount distribution as shown by a straight line 122 in FIG. Here, the polygonal line 121 indicates the width of the L & S pattern.

【0021】この一定値は、位相差やコヒーレンス度に
応じて変化する。ここでの例は位相差が180度の場合
で、この場合の一定な像面光量は、L&Sパターンの寸
法やコヒーレンス比に応じて0から約0.15程度であ
る。ただし、「1」は、パターンのないマスクの像面光
量(最大透過光量)である。これに対して、位相シフト
マスクに図7に示すようなローカルな位相欠陥がある場
合は、光量分布が一定値から変化する。このような位相
シフトマスクの像の光量分布を計算すると、図9の曲線
124に示すようになる。ただし、L,S=1μm,欠
陥サイズD=60nm,NA=0.09,照明波長λ=
578nm、対物レンズの倍率は5倍とした。また折れ
線123は、L&Sパターンの幅を示したものである。
This constant value changes depending on the phase difference and the degree of coherence. In this example, the phase difference is 180 degrees, and the constant amount of light on the image plane in this case is about 0 to about 0.15 depending on the size of the L & S pattern and the coherence ratio. However, “1” is the image plane light amount (maximum transmitted light amount) of the mask having no pattern. On the other hand, when the phase shift mask has a local phase defect as shown in FIG. 7, the light amount distribution changes from a constant value. When the light amount distribution of the image of such a phase shift mask is calculated, it becomes as shown by the curve 124 in FIG. However, L, S = 1 μm, defect size D = 60 nm, NA = 0.09, illumination wavelength λ =
The magnification of the objective lens was 578 nm and the magnification was 5 times. A polygonal line 123 shows the width of the L & S pattern.

【0022】図9からわかるように、低開口数の対物レ
ンズを用い、観察対象のパターンを解像しないようなレ
ーリーの解像限界を持つ光学系によって結像させること
により、ローカル位相欠陥の部分を拡大することができ
る。この場合、位相シフトマスク上での60nmの縦方
向の欠陥が、像面上では、矢印Yで示すように横方向に
20μmに拡大されている。なお、5倍の対物レンズを
用いているので、L&Sパターンの幅は5μmである。
通常、マスク上のローカル位相欠陥自体は、高倍率の顕
微鏡を用いても見ることは難しい。しかし、低倍率のル
ーペを用いた肉眼での観測で、ローカル位相欠陥が発見
される場合がある。これは目を含む光学系が低倍率、低
開口数の条件を満たして、網膜上にスポットが形成され
る場合である。位相シフトマスクの製造に携わる熟練者
が、低倍率のルーペや実体顕微鏡でローカル位相欠陥を
発見しようとするのは、このためである。
As can be seen from FIG. 9, by using an objective lens having a low numerical aperture, an image is formed by an optical system having a Rayleigh resolution limit that does not resolve the pattern to be observed. Can be expanded. In this case, the vertical defect of 60 nm on the phase shift mask is enlarged to 20 μm in the horizontal direction on the image plane as indicated by the arrow Y. Since the 5 × objective lens is used, the width of the L & S pattern is 5 μm.
Usually, the local phase defect itself on the mask is difficult to see even with a high-power microscope. However, local phase defects may be found by visual observation with a magnifying glass with low magnification. This is a case where the optical system including the eyes satisfies the conditions of low magnification and low numerical aperture, and a spot is formed on the retina. It is for this reason that experts in the manufacture of phase shift masks try to find local phase defects with a low-magnification loupe or stereomicroscope.

【0023】さらに、低倍率レンズであれば、一回の検
査エリアを大きくすることができる。5倍の対物レンズ
と2/3インチCCDカメラを用いた場合は、一回の検
査エリアは1.2mmである。そうすると、100m
の位相シフトマスクの全面を検査する場合の検査回
数は約7千回となる(一辺100mm/1.2mm=8
3、ゆえに検査回数は83回)。従って、一回の検査
に要する時間が仮に0.1秒とすると、検査時間は約1
2分弱となる。従来技術の説明で仮定したように一回
0.001秒とすれば、検査時間は10秒以下となる。
このように、この発明によれば、高分解能装置の場合に
は数日から数十日を要する検査を、数分から数十分とい
う短時間で完了するような、高速の装置を構成すること
ができる。
Furthermore, with a low-power lens, the inspection area for one inspection can be enlarged. When a 5 × objective lens and a 2/3 inch CCD camera are used, the inspection area for one inspection is 1.2 mm . Then, 100m
When inspecting the entire surface of the m square phase shift mask, the number of inspections is about 7,000 (one side is 100 mm / 1.2 mm = 8).
3, therefore the number of inspections is 83 twice). Therefore, if the time required for one inspection is 0.1 seconds, the inspection time is about 1
It will be less than 2 minutes. Assuming 0.001 seconds per time as assumed in the description of the prior art, the inspection time is 10 seconds or less.
As described above, according to the present invention, it is possible to configure a high-speed apparatus that completes an inspection that requires several days to several tens of days in the case of a high-resolution apparatus in a short time of several minutes to several tens of minutes. it can.

【0024】この発明によれば、光強度分布の解析によ
り、ローカル位相欠陥のサイズを計測することもでき
る。次に、この点について説明する。低開口数かつ低倍
率の光学系を用い、照明波長を光学系の解像力がレーリ
ー解像限界よりも小さくなるような光学系を用いた場合
には、ローカル位相欠陥の位相および欠陥のサイズD
は、欠陥部分が作り出す光強度とその周辺部分が作り出
す光強度を比較することで算出することができる。欠陥
部の位相差χを具体的に書き表すと、数1に示すように
なり、これは照明方法によらない。
According to the present invention, the size of the local phase defect can be measured by analyzing the light intensity distribution. Next, this point will be described. When an optical system having a low numerical aperture and a low magnification is used and the illumination wavelength is such that the resolution of the optical system becomes smaller than the Rayleigh resolution limit, the phase of the local phase defect and the defect size D
Can be calculated by comparing the light intensity generated by the defective portion with the light intensity generated by the peripheral portion. A concrete description of the phase difference χ of the defective portion is as shown in Expression 1, which does not depend on the illumination method.

【0025】[0025]

【数1】 [Equation 1]

【0026】ここでφは欠陥のない場合の位相差であ
り、Cは欠陥部分と周辺部分のコントラストである。コ
ントラストは、欠陥部スポットの光強度Iχと、周辺の
光強度Iφとから数2で定義される、測定可能なパラメ
ータである。
Here, φ is the phase difference when there is no defect, and C is the contrast between the defective portion and the peripheral portion. The contrast is a measurable parameter defined by the mathematical expression 2 from the light intensity I χ of the defect spot and the peripheral light intensity I φ .

【0027】[0027]

【数2】 [Equation 2]

【0028】欠陥のサイズDは、透過照明の場合、スポ
ットの光強度Iχと、周辺の光強度Iφおよび照明波長
λとガラス基板の屈折率nから、数3によって求めるこ
とができ、落射(反射)照明の場合は、空気の屈折率を
n、落射照明の基板に対する入射角をθとして、数4に
よって求めることができる。
In the case of transmitted illumination, the size D of the defect can be obtained from the light intensity I χ of the spot, the light intensity I φ of the periphery, the illumination wavelength λ and the refractive index n of the glass substrate by the formula 3, In the case of (reflection) illumination, the refractive index of air is n, and the incident angle of the epi-illumination with respect to the substrate is θ.

【0029】[0029]

【数3】 [Equation 3]

【0030】[0030]

【数4】 [Equation 4]

【0031】この点についてさらに詳しく説明する。ま
ず、透過照明を用いる場合について説明する。位相シフ
トマスクでは、隣り合う透過部分を透過した光の位相が
約180度異なるため、像面上でこれらが重ね合わされ
ると打ち消し合う。低開口数かつ低倍率の光学系を用
い、照明波長を光学系の解像力がレーリー解像限界より
も小さくなるように設定すると、ローカル位相欠陥の無
いL&Sパターンを形成した位相シフトマスクの対物レ
ンズによる像は、一定の均一な光量分布となる。この一
定値はL&Sの寸法や位相差及びコヒーレンス度に応じ
て変化するが、位相差が180度の場合は、0から約
0.15程度である。ただし、「1」は、パターンのな
いマスクの像面光量に規格化している。ローカル位相欠
陥があれば欠陥部の光分布はこの一定値から変化する
が、その変化の大きさは欠陥のサイズDに依存してい
る。
This point will be described in more detail. First, the case of using transmitted illumination will be described. In the phase shift mask, the phases of the lights transmitted through the adjacent transmission parts are different by about 180 degrees, so that they cancel each other when they are superposed on the image plane. When an optical system with a low numerical aperture and a low magnification is used and the illumination wavelength is set so that the resolution of the optical system is smaller than the Rayleigh resolution limit, the objective lens of the phase shift mask on which the L & S pattern having no local phase defect is formed. The image has a constant and uniform light amount distribution. This constant value changes depending on the size of L & S, the phase difference and the coherence degree, but is about 0 to about 0.15 when the phase difference is 180 degrees. However, "1" is standardized to the image plane light amount of a mask without a pattern. If there is a local phase defect, the light distribution of the defect portion changes from this constant value, but the magnitude of the change depends on the size D of the defect.

【0032】図10に示すような、隣り合いかつ位相差
のある光束A,A′が像面上で重ね合わされるとする。
光波A,A′の振幅aは等しく、位相はφだけ違ってい
るから、光波A,A′はそれぞれ余弦関数を用いて数5
のように書き表すことができる。ここで、ωは光波の角
速度、tは時間、αは初期位相である。
It is assumed that adjacent light beams A and A'having a phase difference as shown in FIG. 10 are superposed on the image plane.
Since the amplitudes a of the light waves A and A ′ are the same and the phases thereof are different by φ, the light waves A and A ′ are each expressed by a mathematical expression 5 using a cosine function.
You can write it like this. Here, ω is the angular velocity of the light wave, t is time, and α is the initial phase.

【0033】[0033]

【数5】 [Equation 5]

【0034】簡単のために、ωt+α=Ωとすると、像
面上すなわちセンサ面上での光の強度A+A’は数6の
ようになる。
For the sake of simplicity, if ωt + α = Ω, the light intensity A + A 'on the image plane, that is, on the sensor plane is as shown in equation 6.

【0035】[0035]

【数6】 [Equation 6]

【0036】実際に計測されるのは光強度の時間平均I
φであるが、数6で時間に依存するのはcos(Ω+φ
/2)のみであり、これの2乗平均は1/2であるか
ら、数7のようになる。ここで、<>は時間平均を表わ
す。
What is actually measured is the time average I of the light intensity.
φ , but cos (Ω + φ
/ 2) only, and the root mean square of this is 1/2, and therefore, Equation 7 is obtained. Here, <> represents a time average.

【0037】[0037]

【数7】 [Equation 7]

【0038】従って、低開口数かつ低倍率の光学系を用
い、照明波長を光学系の解像力がレーリー解像限界より
も小さくなるように設定すると、L&Sパターンを形成
した位相シフトマスクの対物レンズによる像は、一定の
均一な光量分布となる。次に、図11に示すような、ロ
ーカル位相欠陥部215を透過した光波Bと光波B′が
センサ面上につくる像の光強度について考える。その光
強度Iχは、光波B,B’の位相差をχとすると、数7
と同様に計算して数8のようになるので、位相欠陥のな
い部分とは異なった明るさのスポットを形成する。
Therefore, when an optical system having a low numerical aperture and a low magnification is used and the illumination wavelength is set so that the resolution of the optical system becomes smaller than the Rayleigh resolution limit, the objective lens of the phase shift mask having the L & S pattern is used. The image has a constant and uniform light amount distribution. Next, consider the light intensity of the image formed on the sensor surface by the light waves B and B'transmitted through the local phase defect portion 215 as shown in FIG. If the phase difference between the light waves B and B ′ is χ , the light intensity I χ is expressed by Equation 7
Since the calculation is performed in the same manner as in, the spot having a brightness different from that of the portion having no phase defect is formed.

【0039】[0039]

【数8】 [Equation 8]

【0040】スポットのコントラストCは、数9で表さ
れる。
The contrast C of the spot is expressed by equation (9).

【0041】[0041]

【数9】 [Equation 9]

【0042】これをcos(χ/2)について解く
と、数10のようになる。
When this is solved for cos 2 (χ / 2), the following equation 10 is obtained.

【0043】[0043]

【数10】 [Equation 10]

【0044】従って、φは設計上の(欠陥がないとした
場合の)位相差であるので、スポットのコントラストC
を計測すれば光波BとB′の間の位相差χを求めること
ができる。具体的に書き表すと、数11のようになる。
Therefore, since φ is a designed phase difference (when there is no defect), the spot contrast C
By measuring, the phase difference χ between the light waves B and B ′ can be obtained. When written concretely, it becomes as shown in Expression 11.

【0045】[0045]

【数11】 [Equation 11]

【0046】欠陥のサイズDは、光路長nDに2π/λ
を掛けたものが位相差であり、数12が成り立つので、
数13によって求めることができる。ここで、nはガラ
ス基板の屈折率、λは照明波長である。
The defect size D is 2π / λ for the optical path length nD.
Multiplying is the phase difference, and since Equation 12 holds,
It can be calculated by Equation 13. Here, n is the refractive index of the glass substrate, and λ is the illumination wavelength.

【0047】[0047]

【数12】 [Equation 12]

【0048】[0048]

【数13】 [Equation 13]

【0049】あるいは、数5において入射光の振幅を
「1」に規格化しておけば、a=1であり、数13の代
わりにスポットの光強度Iχと、周辺の光強度Iφとか
ら、数14によって求めることもできる。
Alternatively, if the amplitude of the incident light is standardized to "1" in the equation (5), a = 1, and instead of the equation (13), from the spot light intensity I.chi. And the peripheral light intensity I.phi. , 14 can also be obtained.

【0050】[0050]

【数14】 [Equation 14]

【0051】次に、落射照明を用いる場合について説明
する。図12に示すような、ローカル位相欠陥部215
で反射した光波Bと光波B′とがセンサ面上につくる像
の光強度について考える。入射光がガラス基板の法線と
なす角をθとすると、位相欠陥がない部分と、位相欠陥
がある部分との位相差Ψは、空気の屈折率をnとする
と、 Ψ=4nDπ/(λcosθ) であり、位相差Ψは Ψ=χ−φ であるから、欠陥のサイズDは数15によって求めるこ
とができる。入射振幅が「1」に規格化されているとき
は、数16によって求めることもできる。
Next, the case of using epi-illumination will be described. A local phase defect portion 215 as shown in FIG.
Consider the light intensity of the image formed on the sensor surface by the light wave B and the light wave B ′ reflected by. Letting θ be the angle formed by the incident light with respect to the normal to the glass substrate, the phase difference Ψ between a portion without a phase defect and a portion with a phase defect is Ψ = 4nDπ / (λcos θ ) And the phase difference Ψ is Ψ = χ−φ, the defect size D can be obtained by Equation 15. When the incident amplitude is standardized to “1”, it can also be obtained by Expression 16.

【0052】[0052]

【数15】 [Equation 15]

【0053】[0053]

【数16】 [Equation 16]

【0054】以上の例は、ガラス基板を削り込んで位相
差を持たせたタイプの位相シフトマスクについて説明し
たが、位相シフタを基板の上に設けるタイプのものにつ
いても全く同様な式が成立する。基本的な式は、透過照
明に対する数14であり、屈折率nは光が通過する媒質
のものであるとすれば良い。落射照明では、これに因子
cosθ/2が掛かる。従って、落射照明の場合には透
過照明と同程度の光強度差の観察でcosθ/2(<
1)倍程度のサイズの欠陥まで発見することができる。
これは、光路差が往復の長さになると共に斜めになるの
で、位相差が光路差の増加分である2/cosθ倍に拡
大されるためである。従って、この発明を実施するにあ
たっては、落射照明を用いることが好ましい。また、入
射角θを大きくすると、cosθ/2が減少してより小
さなサイズの欠陥まで発見できるようになると共に、ガ
ラス基板表面での反射率が増加し、観察可能な光量が増
加してより微細な光強度差を観察できるようになるの
で、落射照明の場合に入射角θを大きくすると、効果的
である。
In the above example, the phase shift mask of the type in which the glass substrate is ground to have the phase difference is explained, but the same formula is established for the type in which the phase shifter is provided on the substrate. . The basic equation is Equation 14 for transmitted illumination, and the refractive index n may be that of a medium through which light passes. In epi-illumination, this is multiplied by the factor cos θ / 2. Therefore, in the case of epi-illumination, cosθ / 2 (<
1) It is possible to detect defects of about double the size.
This is because the optical path difference becomes oblique along with the length of the round trip, and the phase difference is expanded to 2 / cos θ, which is an increase in the optical path difference. Therefore, in implementing the present invention, it is preferable to use epi-illumination. In addition, when the incident angle θ is increased, cos θ / 2 is decreased and even a defect having a smaller size can be detected, and the reflectance on the surface of the glass substrate is increased, so that the observable light amount is increased and the finer size is obtained. Since it becomes possible to observe a large difference in light intensity, it is effective to increase the incident angle θ in the case of epi-illumination.

【0055】ここで、数値的な実例を挙げる。例えば、
光強度を8ビットのデジタル信号化するものとし、最大
強度を255、最小強度を0とし、照明波長λ=0.5
48μm、ガラス基板の屈折率を1.68であるとし、
測定されたIχとIφをそれぞれ50,100であると
するならば、 Iχ=50/255=0.196 Iφ=100/255=0.392 であるから、D=22.6nmとなる。この時の位相差
は約30度である。このようにして、本発明によればロ
ーカル位相欠陥を高速に検知すると共に、その光強度分
布から欠陥のサイズを計算することが可能である。
A numerical example will now be given. For example,
The light intensity is converted to an 8-bit digital signal, the maximum intensity is 255, the minimum intensity is 0, and the illumination wavelength λ = 0.5.
48 μm, the refractive index of the glass substrate is 1.68,
If the measured I χ and I φ are 50 and 100, respectively, then I χ = 50/255 = 0.196 I φ = 100/255 = 0.392, so D = 22.6 nm Become. The phase difference at this time is about 30 degrees. As described above, according to the present invention, it is possible to detect the local phase defect at high speed and calculate the size of the defect from the light intensity distribution.

【0056】〔実施形態:図1乃至図3〕次に、この発
明の位相シフトマスク検査装置の実施形態について、図
1乃至図3を用いて説明する。図1はこの発明の実施形
態である位相シフトマスク検査装置の概略構成を示す正
面図、図2はその光学系の構成を示す図、図3はその光
学系の別の構成例を示す図である。
[Embodiment: FIGS. 1 to 3] Next, an embodiment of the phase shift mask inspection apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. 1 is a front view showing a schematic configuration of a phase shift mask inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an optical system thereof, and FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the optical system. is there.

【0057】図1に示すように、この実施形態の位相シ
フトマスク検査装置は、検査機本体1,ローダ2,画像
処理装置3からなる。検査機本体1はCCDカメラ4,
XYZテーブル5,マスクホルダ6,結像光学系8,架
台13,照明系20によって構成される。CCDカメラ
4は、撮像手段であり、結像光学系8によって形成され
る像を画像データに変換する装置である。このCCDカ
メラ4は画像処理装置3に接続されていて、取得した画
像データは画像処理装置3に転送されて解析される。
As shown in FIG. 1, the phase shift mask inspection apparatus of this embodiment comprises an inspection machine body 1, a loader 2 and an image processing apparatus 3. The inspection machine body 1 is a CCD camera 4,
It is composed of an XYZ table 5, a mask holder 6, an imaging optical system 8, a pedestal 13, and an illumination system 20. The CCD camera 4 is an image pickup means, and is a device that converts an image formed by the imaging optical system 8 into image data. The CCD camera 4 is connected to the image processing device 3, and the acquired image data is transferred to the image processing device 3 for analysis.

【0058】XYZテーブル5は、移動手段であり、検
査対象である位相シフトマスク7を固定するマスクホル
ダ6を保持し、結像光学系8の対物レンズとの位置を調
整するためのテーブルである。このXYZテーブル5
は、水平方向の位置を調整して検査領域に合わせるため
の電動XYテーブルと、対物レンズと位相シフトマスク
7との間隔を調節してフォーカスを合わせるための電動
Zテーブルとで構成されている。
The XYZ table 5 is a moving means, holds the mask holder 6 for fixing the phase shift mask 7 to be inspected, and adjusts the position of the imaging optical system 8 with the objective lens. . This XYZ table 5
Is composed of an electric XY table for adjusting the position in the horizontal direction to adjust to the inspection area and an electric Z table for adjusting the distance between the objective lens and the phase shift mask 7 to adjust the focus.

【0059】マスクホルダ6は、検査対象である位相シ
フトマスク7を固定するためのホルダであり、XYZテ
ーブル5を構成する電動XYテーブルに固定されてい
る。位相シフトマスク7のマスクホルダ6へのセット
は、人の手によって行っても、ローダと呼ばれる自動装
着装置によって行ってもよい。マスクホルダ6からの取
り外しも、人の手によって行っても、アンローダと呼ば
れる自動脱却装置によって行ってもよい。この実施形態
においては、上述のローダとアンローダの機能を併せ持
つローダ2によって行うこととしている。
The mask holder 6 is a holder for fixing the phase shift mask 7 to be inspected, and is fixed to the electric XY table constituting the XYZ table 5. The setting of the phase shift mask 7 on the mask holder 6 may be performed manually or by an automatic mounting device called a loader. The removal from the mask holder 6 may be performed manually or by an automatic removal device called an unloader. In this embodiment, the loader 2 having both the functions of the loader and the unloader described above is used.

【0060】結像光学系8は、透過照明された位相シフ
トマスク7の像をCCDカメラ4の受光面上に結像させ
るための光学系であり、照明系20はその透過照明を行
うための光学系である照明手段であるが、これらについ
ては後に詳述する。架台13は、検査機本体1の全体を
強固に保持するためのもので、ゆれや振動を防止する構
造を持つものである。
The image forming optical system 8 is an optical system for forming an image of the phase-shifting mask 7 that is transmitted and illuminated on the light receiving surface of the CCD camera 4, and the illumination system 20 is for performing the transmission illumination. The illumination means, which is an optical system, will be described later in detail. The gantry 13 is for firmly holding the entire inspection machine body 1 and has a structure for preventing shaking and vibration.

【0061】ローダ2は架台14上に載置され、マスク
ホルダ6に位相シフトマスク7の着脱を行うための装置
であるが、この発明に必須の構成ではない。画像処理装
置3は、架台15上に載置された画像解析手段であり、
CPU,ROM,RAM等によって構成されるコンピュ
ータ本体10と、表示装置(モニタ)11によって構成
され、通常のパーソナルコンピュータ等を用いることが
できる。CCDカメラ4が取得した画像データは、この
画像処理装置3に転送してマスク処理やフィルタ処理等
の後述する解析処理を行い、位相シフトマスク7におけ
るローカル位相欠陥の有無を判定する。またこの画像処
理装置3は、この位相シフトマスク検査装置全体を統括
制御する制御手段でもある。
The loader 2 is an apparatus for mounting the phase shift mask 7 on and off the mask holder 6 mounted on the pedestal 14, but it is not essential to the present invention. The image processing device 3 is an image analysis means placed on the pedestal 15,
A computer main body 10 including a CPU, ROM, RAM and the like, and a display device (monitor) 11 include a normal personal computer or the like. The image data acquired by the CCD camera 4 is transferred to the image processing device 3 and subjected to analysis processing, which will be described later, such as mask processing and filter processing, to determine the presence or absence of a local phase defect in the phase shift mask 7. Further, the image processing device 3 is also a control means for integrally controlling the entire phase shift mask inspection device.

【0062】このような位相シフトマスク検査装置によ
ってローカル位相欠陥の検査を行う場合、位相シフトマ
スク7に欠陥があるときは、CCDカメラ4の画像に、
図9に示したような、周辺よりも明るいかまたは暗い光
量変動が発生するので、画像処理装置3が、解析処理に
よってその光量変動を発見した場合には、その位置にロ
ーカル位相欠陥があったものとしてその位置を記憶す
る。欠陥の詳細を出力する場合には、記録した欠陥の部
分の画像データを前述した方法で処理し、欠陥サイズ等
の必要なデータを計算して表示する。
When a local phase defect is inspected by such a phase shift mask inspection apparatus, if the phase shift mask 7 has a defect, the image of the CCD camera 4
As shown in FIG. 9, a light amount fluctuation that is brighter or darker than the surroundings occurs. Therefore, when the image processing device 3 discovers the light amount fluctuation by analysis processing, there is a local phase defect at that position. Remember its position as a thing. When outputting the details of the defect, the image data of the recorded defect portion is processed by the method described above, and necessary data such as the defect size is calculated and displayed.

【0063】既に述べたように、この発明の位相シフト
マスク検査装置は、ローカル位相欠陥が作り出す光強度
分布変動を検知することによりその存在とサイズを検出
・測定する。そして、検査原理の項で説明した数値例か
ら明らかなように、数nmのローカル位相欠陥を検出す
るためには数%の光量差を検出しなければならない。従
って、照明系20と結像光学系8による像面照度の変動
は、ローカル位相欠陥が作り出す光強度分布変動に比べ
て十分に小さくしなければならない。そうしなければロ
ーカル位相欠陥が作り出す光強度分布変動は光学系によ
る変動に覆い隠されてしまうからである。
As described above, the phase shift mask inspection apparatus of the present invention detects and measures the presence and size of the light by changing the light intensity distribution produced by the local phase defect. Then, as is clear from the numerical example explained in the section of the inspection principle, in order to detect the local phase defect of several nm, it is necessary to detect the light amount difference of several%. Therefore, the fluctuation of the image plane illuminance by the illumination system 20 and the imaging optical system 8 must be made sufficiently smaller than the fluctuation of the light intensity distribution created by the local phase defect. Otherwise, the fluctuation of the light intensity distribution created by the local phase defect will be covered by the fluctuation of the optical system.

【0064】この実施形態の位相シフトマスク検査装置
においては、光学系における光強度分布変動を低減し、
均一な照明を行うために、図2に示す光学系を採用して
いる。次に、この光学系について説明する。この光学系
においては、ランプ21から放射された光はカイルプリ
ズム22で放射状に拡散される。これは、ランプ21の
中心光量が周辺に比較して強いので、中心部の光量を周
辺部に分散させて光の強さを平均化させるためである。
カイルプリズム22を通過した光は第1のカレイドスコ
ープ23に入射する。カレイドスコープは万華鏡セルで
あり、ランプの虚像を多数個作り、光を多重化すること
で照明光量の均一化を行うための光学素子である。
In the phase shift mask inspection apparatus of this embodiment, the fluctuation of the light intensity distribution in the optical system is reduced,
The optical system shown in FIG. 2 is used for uniform illumination. Next, this optical system will be described. In this optical system, the light emitted from the lamp 21 is radially diffused by the Kyle prism 22. This is because the central light amount of the lamp 21 is stronger than the peripheral light amount, so that the central light amount is dispersed to the peripheral portion to average the light intensity.
The light that has passed through the Kyle prism 22 enters the first kaleidoscope 23. The kaleidoscope is a kaleidoscope cell, which is an optical element for making a plurality of virtual images of a lamp and multiplexing lights to make the illumination light amount uniform.

【0065】第1のカレイドスコープ23を通過した光
は、ランプハウスと光学系を遠くに離して熱による変動
を防ぐ為に光ファイバ24を通し、さらに第2のカレイ
ドスコープ25を通過させる。その後、照明光を単波長
化して対物レンズをレーリー解像力以下にするための干
渉フィルター26及び、平行光線で照明するケーラー照
明を行うためのコンデンサ27を通して位相シフトマス
ク7を照明する。ここで、図2ではXYZテーブル5と
マスクホルダ6は図示を省略しており、図1に示した照
明系20は光ファイバ24からコンデンサ27までの構
成である。
The light that has passed through the first kaleidoscope 23 passes through the optical fiber 24 in order to prevent the fluctuation due to heat by separating the lamp house from the optical system, and further passes through the second kaleidoscope 25. After that, the phase shift mask 7 is illuminated through an interference filter 26 for converting the illumination light into a single wavelength to reduce the objective lens to a Rayleigh resolution or less and a condenser 27 for performing Koehler illumination with parallel rays. Here, the XYZ table 5 and the mask holder 6 are not shown in FIG. 2, and the illumination system 20 shown in FIG. 1 has a configuration from an optical fiber 24 to a condenser 27.

【0066】位相シフトマスク7を透過した光は、対物
レンズ28によって集光され、リレーレンズ29を介し
てCCDカメラ4の受光面に結像される。リレーレンズ
29は、倍率を僅かに変更することでモアレの発生を抑
止するための光学素子である。位相シフトマスクの像パ
ターンとCCDカメラの画素ピッチが整数比の関係にあ
ると、モアレパターンが像面上に発生することがあるた
め、これを防ぐために、例えば0.8倍乃至1.2倍程
度のリレーレンズ29を用いて、像の倍率を変更してモ
アレの発生を防止するのである。
The light transmitted through the phase shift mask 7 is condensed by the objective lens 28 and is focused on the light receiving surface of the CCD camera 4 via the relay lens 29. The relay lens 29 is an optical element for suppressing the occurrence of moire by slightly changing the magnification. If the image pattern of the phase shift mask and the pixel pitch of the CCD camera have an integer ratio relationship, a moire pattern may occur on the image plane. To prevent this, for example, 0.8 times to 1.2 times. The relay lens 29 of a certain degree is used to change the magnification of the image to prevent the occurrence of moire.

【0067】ところで、前述のように、この発明の位相
シフトマスク検査装置に落射照明を適用することは効果
的である。そこで、次にこの落射照明の例について説明
する。この落射照明の照明系については図3に示してい
るが、図3では光源部の構成は簡略化して示しており、
図示はしていないが、図2のランプ21から干渉フィル
タ26までの構成を備えている。また、リレーレンズは
図示を省略している。
By the way, as described above, it is effective to apply the epi-illumination to the phase shift mask inspection apparatus of the present invention. Therefore, an example of this epi-illumination will be described next. The illumination system of this epi-illumination is shown in FIG. 3, but in FIG. 3, the configuration of the light source unit is shown in simplified form.
Although not shown, the lamp 21 to the interference filter 26 shown in FIG. 2 are provided. The relay lens is not shown.

【0068】図2に示した光源であるランプ21から出
射され、干渉フィルタ26までの構成によって均一な単
波長光になった光は、コンデンサ27によって平行光線
になり、リングスリット31でリング状に整形される。
このリングスリット31のスリット部にはハエの目レン
ズ等を配置して照明光量の均一化を行うようにしてもよ
い。スリットを出た光は、リング状の穴明きミラー32
によって反射され、リング状コンデンサ33によって集
光されて位相シフトマスク7を照明する。位相シフトマ
スク7の表面からの反射光は、リング状コンデンサ33
の内部に配置された対物レンズ34によって集光され、
図示しないリレーレンズを介してCCDカメラ4の受光
面に結像される。このような照明系は、リング状落射照
明と呼ばれる。
The light emitted from the lamp 21, which is the light source shown in FIG. 2, and converted into a uniform single-wavelength light by the structure up to the interference filter 26 becomes a parallel light beam by the condenser 27 and becomes a ring shape by the ring slit 31. Be shaped.
A fly-eye lens or the like may be arranged in the slit portion of the ring slit 31 to make the illumination light amount uniform. The light emitted from the slit is a ring-shaped perforated mirror 32.
And is condensed by the ring-shaped condenser 33 to illuminate the phase shift mask 7. The light reflected from the surface of the phase shift mask 7 is reflected by the ring-shaped condenser 33.
Is collected by the objective lens 34 arranged inside the
An image is formed on the light receiving surface of the CCD camera 4 via a relay lens (not shown). Such an illumination system is called a ring-shaped epi-illumination.

【0069】前述のように、落射照明の入射角θを大き
くするほどローカル位相欠陥の検知感度が上昇するの
で、θは大きいほうが望ましいが、そうするためにはリ
ングスリット31,穴明きミラー32,リング状コンデ
ンサ33の直径を大きくしなければならないので、配置
スペースや加工性の問題が生じる。従って、これらの兼
ね合いで適切なθを選択するとよい。
As described above, the larger the incident angle θ of the epi-illumination is, the higher the detection sensitivity of the local phase defect is. Therefore, it is preferable that θ is large, but in order to do so, the ring slit 31 and the perforated mirror 32 are required. Since the diameter of the ring-shaped capacitor 33 has to be increased, there are problems in arrangement space and workability. Therefore, it is preferable to select an appropriate θ in consideration of these factors.

【0070】〔動作例1:図4乃至図6,図13,図1
4〕次に、この実施形態の位相シフトマスク検査装置の
動作例として、実際の検査方法について、図4乃至図6
及び図13,図14を用いて説明する。図4は位相シフ
トマスクの検査領域について説明するための図、図5及
び図6はこの実施形態の位相シフトマスク検査装置にお
けるデータ処理について説明するための図、図13はそ
の位相シフトマスク検査装置における位相シフトマスク
検査の処理を示すフローチャート、図14はその位相シ
フトマスク検査装置における検査結果の表示例を示す図
である。
[Operation Example 1: FIG. 4 to FIG. 6, FIG. 13 and FIG.
4] Next, as an operation example of the phase shift mask inspection apparatus of this embodiment, an actual inspection method will be described with reference to FIGS.
Also, description will be made with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram for explaining the inspection region of the phase shift mask, FIGS. 5 and 6 are diagrams for explaining the data processing in the phase shift mask inspection device of this embodiment, and FIG. 13 is the phase shift mask inspection device. 14 is a flowchart showing the processing of the phase shift mask inspection in FIG. 14, and FIG. 14 is a diagram showing a display example of the inspection result in the phase shift mask inspection apparatus.

【0071】以下に説明する動作例は、透過照明を用い
た場合にも落射照明を用いた場合にも同様に当てはまる
ものであるが、ここでは透過照明を前提にして説明す
る。また、ここではまずメモリ回路作成用の位相シフト
マスク(以下「メモリマスク」と略称する)を検査する
場合の例について説明する。前述したように、対物光学
系としては低倍率低開口数のものを採用する。この実施
形態では、5倍の対物レンズを用い、CCDカメラとし
て2/3インチのものを用いている。この場合には、一
回に取りこまれる検査領域の画像のサイズは約1.2m
である。
The operation example described below applies to both the case of using the transillumination and the case of using the epi-illumination, but the case of using the transillumination will be described here. Further, here, first, an example of a case of inspecting a phase shift mask for producing a memory circuit (hereinafter, abbreviated as “memory mask”) will be described. As described above, an objective optical system having a low magnification and a low numerical aperture is adopted. In this embodiment, a 5 × objective lens is used and a CCD camera having a 2/3 inch is used. In this case, the size of the image of the inspection area taken in at one time is about 1.2 m.
m .

【0072】取り込まれた位相シフトマスク(メモリマ
スク)の画像には、その特性から、図4に示すように、
配線パターン等を形成する部分に対応する粗パターン領
域111と、メモリパターン等を形成する部分に対応す
る微細パターン領域112とがある。このうち、粗パタ
ーン領域111では位相シフトは行わないのでローカル
位相欠陥は発生しない。従って、検査対象となるのは、
ローカル位相欠陥が発生する可能性のある微細パターン
領域112である。そこで、画像の濃度分布(透過光強
度分布)を検査し、微細パターンに対応する適切な濃度
部分を切り出す処理を行う。換言すれば、粗パターン領
域111を遮蔽するマスクを作成し、全画像に対してマ
スク処理を行う。微細パターン部分の標準的な濃度は、
前述したようにパターンのサイズ及び位相差とコヒーレ
ンス度から求められるので、この濃度から大幅にずれた
部分が長く連続した領域をマスクするようにすればよ
い。またこのマスクは、検査対象の位相シフトマスクの
設計パターンを基に作成することもできる。なお、ここ
で「濃度」とは画像の白レベルのことである。従って、
「濃度が高い」場合には画像が白く、マスクの透過率が
大きいことになる。
From the characteristics of the captured image of the phase shift mask (memory mask), as shown in FIG.
There are a rough pattern area 111 corresponding to a portion where a wiring pattern and the like are formed, and a fine pattern area 112 corresponding to a portion where a memory pattern and the like are formed. Among these, the local pattern defect does not occur because the phase shift is not performed in the rough pattern region 111. Therefore, the inspection target is
It is the fine pattern region 112 in which a local phase defect may occur. Therefore, the density distribution (transmitted light intensity distribution) of the image is inspected, and an appropriate density portion corresponding to the fine pattern is cut out. In other words, a mask that shields the rough pattern area 111 is created, and the mask processing is performed on the entire image. The standard density of the fine pattern part is
Since it is obtained from the size and phase difference of the pattern and the degree of coherence as described above, it is only necessary to mask a long continuous region where the portion greatly deviated from the density. This mask can also be created based on the design pattern of the phase shift mask to be inspected. It should be noted that the “density” here means the white level of the image. Therefore,
In the case of "high density", the image is white and the mask has a high transmittance.

【0073】この実施形態の位相シフトマスク検査装置
は、前述のように、低開口数の対物レンズを用いること
により、位相シフトマスク上の微細なパターンの大きさ
がレーリー解像限界以下となるようにしているため、微
細パターン領域112は解像されず、図8を用いて説明
したようにその濃度は一定になる。もしローカル位相欠
陥があれば、その部分の拡大されたエリアは図9を用い
て説明したように異なった濃度値を取る。この実施形態
の位相シフトマスク検査装置は、この濃度値の異なる部
分を検出することによってローカル位相欠陥を検出する
が、そのためにある種の絶対値微分フィルタを用いて画
像処理を行い、濃度値変化を増幅する。ただし、ここで
用いるフィルタはソーベルフィルタのように平均レベル
が0になるものではなく、平均レベルは変化させないも
のが望ましい。
As described above, the phase shift mask inspecting apparatus of this embodiment uses the objective lens having a low numerical aperture so that the size of the fine pattern on the phase shift mask becomes less than the Rayleigh resolution limit. Therefore, the fine pattern region 112 is not resolved, and its density becomes constant as described with reference to FIG. If there is a local phase defect, the enlarged area of that part will have different density values as described with reference to FIG. The phase shift mask inspection apparatus of this embodiment detects a local phase defect by detecting a portion having a different density value. For that purpose, image processing is performed using an absolute value differential filter of some kind, and the density value change To amplify. However, the filter used here does not have an average level of 0 unlike a Sobel filter, and it is desirable that the average level is not changed.

【0074】このフィルタ処理を行うことで、変化部分
を強調すると同時に、欠陥部分の濃度が最大値を持つよ
うにすることができる。また、像面上に照明系の照度不
均一性等に起因する誤差があった場合でも、一般にその
誤差による変化よりも急峻な、欠陥部分の濃度変化を強
調することができる。従って、ローカル位相欠陥がある
場合、その場所を特定するには、フィルタ後の濃度値が
最大となる場所を求めれば良い。欠陥が無い場合は、理
論上は濃度は一定値を取るが、実際に計測された濃度
は、照明系の照度不均一性やCCDカメラの暗電流ノイ
ズの影響である幅を持つので、この幅をΔとする。
By performing this filtering process, the changed portion can be emphasized and the density of the defective portion can have the maximum value. In addition, even if there is an error due to illuminance non-uniformity of the illumination system on the image plane, it is possible to emphasize the change in the density of the defect portion which is generally steeper than the change due to the error. Therefore, when there is a local phase defect, the location where the density value after filtering is maximized can be determined to identify the location. If there is no defect, the density is theoretically a constant value, but the density actually measured has a width due to the non-uniformity of illuminance of the illumination system and the dark current noise of the CCD camera. Is Δ.

【0075】濃度の最大値からΔだけ下のレベルで検査
画像を2値化すると、欠陥が無い場合は図5の曲線10
5に示すように、検査エリアのほとんど全ての部分が
「1」となる。ここで「1」は閾値より濃度の高い白レ
ベルを表わす。一方ローカル位相欠陥がある場合は、図
6の曲線106に示すように、最大値からΔだけ下のレ
ベルで2値化しても欠陥部分だけが安定して「1」であ
る。ここで、曲線105及び106は、図8の直線12
2及び図9の曲線124の示す画像データに上述の画像
処理を施したものであり、パターンの幅を示すために図
5及び図6には折れ線101及び103もそれぞれ示し
ている。このような処理を行い、2値化により「0」レ
ベルの中に安定した「1」レベルの場所ができるなら
ば、その場所にローカル位相欠陥が存在し、全体的に
「1」レベルになるならば無欠陥であると判断する。
When the inspection image is binarized at a level lower than the maximum density value by Δ, if there is no defect, the curve 10 in FIG.
As shown in FIG. 5, almost all parts of the inspection area are “1”. Here, "1" represents a white level having a density higher than the threshold value. On the other hand, when there is a local phase defect, as shown by the curve 106 in FIG. 6, only the defective part is stably “1” even if binarized at a level lower than the maximum value by Δ. Here, the curves 105 and 106 are straight lines 12 in FIG.
The image data indicated by the curve 124 in FIG. 2 and FIG. 9 has been subjected to the above-mentioned image processing, and the polygonal lines 101 and 103 are also shown in FIGS. 5 and 6 to show the width of the pattern. If a stable "1" level location is created in the "0" level by performing such processing and binarization, a local phase defect exists at that location and the level becomes "1" level overall. If so, it is determined that there is no defect.

【0076】次に、この実施形態の位相シフトマスク検
査装置を用いた実際の検査手順について説明する。ユー
ザは、まず図1に示した位相シフトマスク検査装置のマ
スクホルダ6に、検査対象である位相シフトマスク7を
手動又はローダ2を用いて自動でセットし、画像処理装
置3の図示を省略したキーボードやマウスを用いて、検
査する全エリア、照明光量、フォーカスなどを適切に設
定する。そして、検査の開始を指示すると、この装置は
図13のフローチャートに示す処理を開始する。
Next, an actual inspection procedure using the phase shift mask inspection apparatus of this embodiment will be described. The user first sets the inspection target phase shift mask 7 in the mask holder 6 of the phase shift mask inspection apparatus shown in FIG. 1 manually or automatically using the loader 2, and the image processing apparatus 3 is not shown. Use the keyboard and mouse to properly set the total area to be inspected, the amount of illumination light, and the focus. Then, when the start of the inspection is instructed, this apparatus starts the processing shown in the flowchart of FIG.

【0077】まず、ステップS1でXYZテーブル5に
よって検査対象の位相シフトマスク7を検査開始点に移
動し、ステップS2でその検査エリアにおける像をCC
Dカメラ4によって画像データとして取り込み、画像処
理装置3に転送する。そしてステップS3で、その画像
データに前述したマスク処理を行い、検査対象となる微
細パターン領域のデータのみを取り出す。その後、ステ
ップS4で検査対象エリアに対して変化点を強調するフ
ィルタ処理を施す。このフィルタ処理には、一種の絶対
値微分フィルタを用いる。従って、濃度(明るさ)の変
化点が強調される。ローカル位相欠陥は、周辺に比較し
て明るくなるように変換される。欠陥がなければ、この
フィルタ処理により検査エリアはほぼ同一の濃度にな
る。
First, in step S1, the phase shift mask 7 to be inspected is moved to the inspection start point by the XYZ table 5, and in step S2, the image in the inspection area is CC-scanned.
It is captured as image data by the D camera 4 and transferred to the image processing apparatus 3. Then, in step S3, the above-described masking process is performed on the image data to extract only the data of the fine pattern area to be inspected. Then, in step S4, a filtering process for emphasizing the change point is performed on the inspection target area. A kind of absolute value differential filter is used for this filter processing. Therefore, the change point of the density (brightness) is emphasized. The local phase defect is converted to be brighter than the surroundings. If there is no defect, this filtering process makes the inspection areas have almost the same density.

【0078】そしてステップS5でフィルタ処理後の画
像データについて、濃度の最大値を求め、その最大値よ
りΔだけ小さい濃度を閾値としてその画像データを2値
化した2値化データを作成する。ここでΔとは、濃度は
照明系の照度不均一性やCCDカメラの暗電流ノイズの
影響である幅を持つので、フィルタ処理後に残るこれら
のノイズの大きさをΔとし、最大濃度からΔだけ下のレ
ベルを閾値として二値化処理を行うものである。
Then, in step S5, the maximum value of the density of the filtered image data is obtained, and the image data is binarized by using the density that is smaller than the maximum value by Δ as a threshold value to create binarized data. Here, Δ means that the density has a width due to the non-uniformity of illuminance of the illumination system and the dark current noise of the CCD camera. Therefore, the size of these noises remaining after the filtering process is Δ, and Δ is only the maximum density. Binarization processing is performed using the lower level as a threshold.

【0079】前述したように、この時ほとんど全画面が
「1」であればローカル位相欠陥は存在せず、ローカル
位相欠陥があれば、その点だけが「1」で、残りのエリ
アは「0」となるので、ステップS6では2値化後のデ
ータがほとんど「1」かどうか判断し、Noであればス
テップS7に進んで欠陥ありと判断する。ここで、
「1」は最大の明るさ、「0」は最小の明るさ(濃度)
のことである。また「ほとんど」の基準は、データが
「1」であるドットの数として、検査エリアにそれだけ
の数の欠陥があるとはとても考えられないような数、例
えば「50」などを適宜設定するとよい。
As described above, if almost all the screen is "1" at this time, there is no local phase defect. If there is a local phase defect, only that point is "1" and the remaining area is "0". Therefore, in step S6, it is determined whether or not the binarized data is almost "1". If No, the process proceeds to step S7 and it is determined that there is a defect. here,
"1" is the maximum brightness, "0" is the minimum brightness (density)
That is. Further, the “most” criterion is to appropriately set the number of dots whose data is “1”, which is very unlikely to have that many defects in the inspection area, for example, “50”. .

【0080】そして、ステップS7からステップS8に
進んで、そのデータが「1」であった位置を欠陥の位置
として記録する。データが「1」の領域がある程度広い
場合には、その中心の位置を記録するとよい。さらにス
テップS9で、フィルタ処理前の画像の濃度変化の大き
さから前述の方法で欠陥のサイズを算出して位置と共に
記録してステップS10に進む。ステップS10では、
Δをわずかに増加させて、再度フィルタ処理後の画像デ
ータについてその最大値よりΔだけ小さい濃度を閾値と
してその画像データを2値化した2値化データを作成す
る。そして、ステップS6に戻って処理を繰り返す。
Then, the process proceeds from step S7 to step S8, and the position where the data is "1" is recorded as the defect position. If the area of data “1” is wide to some extent, the center position of the area may be recorded. Further, in step S9, the size of the defect is calculated from the magnitude of the density change of the image before the filter processing by the above-described method, and the defect size is recorded together with the position. In step S10,
By slightly increasing Δ, the binarized data obtained by binarizing the image data after the filtering process is binarized again with the density smaller than the maximum value by Δ as a threshold value. Then, the process returns to step S6 to repeat the process.

【0081】1度目のステップS6の判断では、ローカ
ル位相欠陥が複数あった場合でもそのうち画像での濃度
変化が最大になるものしか検出できないが、ローカル位
相欠陥が発見された場合にこのように閾値を下げて再度
判定を行うことにより、画像での濃度変化がより小さい
ローカル位相欠陥も検出できるようになる。なお、ある
検査位置においてステップS8及びステップS9を2度
以上実行する場合には、新たに発見されたローカル位相
欠陥のみのデータを記録するようにしてもよい。ここ
で、ローカル位相欠陥が検出された場合にステップS1
0でΔを増加させていくと、次第に検出されるローカル
位相欠陥の数(すなわちデータが「1」のドットの数)
が増してくるが、その数が実際には検査エリアに存在し
得ないと考えられる数になった場合には、新たにローカ
ル位相欠陥として検出されるものはノイズであると考え
られる。
In the first determination in step S6, even if there are a plurality of local phase defects, only the one that has the maximum density change in the image can be detected. However, when the local phase defect is found, the threshold value is set in this way. By lowering and performing the determination again, it becomes possible to detect a local phase defect having a smaller density change in the image. If steps S8 and S9 are performed twice or more at a certain inspection position, only the newly discovered local phase defect data may be recorded. Here, if a local phase defect is detected, step S1
When Δ is increased with 0, the number of local phase defects detected gradually (that is, the number of dots with data “1”)
However, if the number becomes a number that cannot be actually present in the inspection area, it is considered that the newly detected local phase defect is noise.

【0082】従って、ステップS6で判断基準の例とし
て示した「50」は、数としては「ほとんど」全画面と
は言えないような僅かなドット数であるが、このような
ノイズが検出された場合にそれ以上ローカル位相欠陥は
ないと判断するためには好適な基準である。なお、ロー
カル位相欠陥がない場合又はΔを増加させた結果閾値が
ローカル位相欠陥のない領域の濃度よりも下がった場合
には直ちにぼぼ全域に亘ってデータが「1」になるが、
この場合にはデータが「1」のドット数はもちろん50
以上であり、データはほとんど「1」であると判断され
る。
Therefore, "50" shown as an example of the judgment criterion in step S6 is such a small number of dots that it cannot be said that it is "almost" the full screen, but such noise was detected. In this case, it is a suitable criterion for judging that there are no more local phase defects. If there is no local phase defect or if the threshold value is decreased as a result of increasing Δ by less than the density of the region without local phase defect, the data immediately becomes “1” over the entire area,
In this case, the number of dots whose data is "1" is of course 50.
Above, it is judged that the data is almost "1".

【0083】ステップS6でYesであれば、ステップ
S11でステップS6の判断が現在の検査位置において
初回かどうか判断する。初回であればステップS12に
進んで現在の検査位置にはローカル位相欠陥はないと判
断し、ステップS14に進む。初回でなければ、ステッ
プS13に進んで現在の検査位置にはこれまでに検出し
た以上のローカル位相欠陥はないと判断し、ステップS
14に進む。ステップS14では、現在位置が検査の最
終位置であるかどうか判断し、最終位置であれば終了す
る。最終位置でなければ、ステップS15に進んでXY
Zテーブルによって位相シフトマスク7を次の検査エリ
アを検査する位置に移動し、ステップS2に進んで処理
を繰り返す。
If Yes in step S6, it is determined in step S11 whether the determination in step S6 is the first time at the current inspection position. If it is the first time, the process proceeds to step S12, it is determined that there is no local phase defect at the current inspection position, and the process proceeds to step S14. If it is not the first time, the process proceeds to step S13 and it is determined that there is no local phase defect more than the one detected so far at the current inspection position, and step S13 is performed.
Proceed to 14. In step S14, it is determined whether or not the current position is the final position of the inspection, and if it is the final position, the process ends. If it is not the final position, the process proceeds to step S15 and XY
The phase shift mask 7 is moved to a position for inspecting the next inspection area by the Z table, and the process proceeds to step S2 to repeat the process.

【0084】このような処理によって、位相シフトマス
ク上のローカル位相欠陥の位置とサイズを検出すること
ができる。この処理において、ステップS3からS13
の画像処理と、それ以外のデータ取り込み処理を順に行
う例を示しているが、画像データを記憶する記憶手段の
容量に余裕がある場合には、画像データの取り込みと画
像処理を並列に行ってもよく、画像データを先に蓄積し
てしまうようにしてもよい。このような処理によって検
出した欠陥部分(あるいは欠陥がないという検査結果)
の表示例を図14に示す。この表示は、図1に示した画
像処理装置3の表示装置11の表示画面に表示される。
By such processing, the position and size of the local phase defect on the phase shift mask can be detected. In this process, steps S3 to S13
The image processing and the other data import processing are performed in sequence. However, if the storage means for storing the image data has sufficient capacity, the image data import and the image processing are performed in parallel. Alternatively, the image data may be stored first. Defective part detected by such processing (or inspection result that there is no defect)
FIG. 14 shows a display example of. This display is displayed on the display screen of the display device 11 of the image processing device 3 shown in FIG.

【0085】この実施形態の位相シフトマスク検査装置
では、5倍の対物レンズと2/3インチCCDカメラを
用いているので、1回に検査できる検査エリアは1.2
mm である。図14の左側の画像表示領域131はそ
の1.2mmの検査エリアの画像を表示しており、四
角で囲んだ部分に計3ヶのローカル位相欠陥が検出され
たことを表示している。ただし、欠陥部分は強調して表
示されている。また、クロスハッチングで示した部分は
検査対象外の領域である。またこの実施形態では、1.
2mmの検査エリアは左下の端を原点としX,Y方向
ともに512の格子点に分割されている。
Phase shift mask inspection apparatus of this embodiment
Then, a 5x objective lens and a 2/3 inch CCD camera
Since it is used, the inspection area that can be inspected at one time is 1.2
mm Is. The image display area 131 on the left side of FIG.
1.2 mmThe image of the inspection area of
Three local phase defects were detected in the area surrounded by the corners.
Is displayed. However, the defective part is emphasized in the table.
It is shown. Moreover, the part shown by cross hatching is
This is a non-inspection area. Further, in this embodiment, 1.
2 mmThe inspection area has the origin at the bottom left edge in the X and Y directions
Both are divided into 512 grid points.

【0086】右側のPhase Error Information枠には、
このローカル位相欠陥の詳細を表示している。この例で
は、1番目の欠陥の位置は座標系でX=93,Y=75
であり、欠陥部とその周辺との光量差は11.861
%、この数値から計算したこの欠陥の深さ変動は68.
2nmであること等を表示している。Inspection Condi
tions枠はローカル位相欠陥検査の条件を表示してい
る。Mask Typeは位相シフトマスクの種類を、Sensitivi
tyは検査感度の設定を表示している。Critical Dimensi
onのLineとSpaceは、それぞれL&Sパターンの不透過
部と透過部の寸法を示している。その他の表示について
は詳細にわたるので個々の説明は割愛するが、ユーザは
Inspection Condition枠に表示された設定を適宜変更す
ることにより、より適切な検査を行うことができる。
In the Phase Error Information frame on the right side,
The details of this local phase defect are displayed. In this example, the position of the first defect is X = 93, Y = 75 in the coordinate system.
And the light amount difference between the defective portion and its surroundings is 11.861.
%, The depth variation of this defect calculated from this value is 68.
It is displayed that it is 2 nm. Inspection Condi
The tions frame shows the conditions for local phase defect inspection. Mask Type is the type of phase shift mask, Sensitivi
ty indicates the inspection sensitivity setting. Critical Dimensi
Line and Space of on indicate dimensions of the non-transmissive portion and the transmissive portion of the L & S pattern, respectively. Since the other displays are detailed, I will omit the explanations individually, but the user
By appropriately changing the settings displayed in the Inspection Condition frame, more appropriate inspection can be performed.

【0087】なお、この実施形態においては対物レンズ
として倍率が5倍のものを用いたが、対物レンズの倍率
はこれに限られるものではないことは言うまでもない。
しかし、倍率が低すぎるとローカル位相欠陥による光量
変動をCCDカメラで解析するに十分な程拡大できず、
倍率が高すぎると1回に検査できる検査エリアが小さく
なってしまうので、ローカル位相欠陥による光量変動ス
ポットをCCDカメラの2画素分程度の大きさに拡大で
きるような倍率にするとよい。また、発見した欠陥の位
置情報を、電子顕微鏡等の、検査範囲は狭くともより詳
細な解析を行うことができる外部の装置に転送する手段
を設けてもよい。このようにすれば、高解像度の検査装
置を有効に活用して欠陥の詳細を知ることができる。
Although the objective lens having a magnification of 5 is used in this embodiment, it goes without saying that the objective lens is not limited to this.
However, if the magnification is too low, the light quantity fluctuation due to the local phase defect cannot be enlarged enough to be analyzed by the CCD camera.
If the magnification is too high, the inspection area that can be inspected at one time becomes small. Therefore, it is preferable to set the magnification so that the light quantity fluctuation spot due to the local phase defect can be enlarged to the size of about two pixels of the CCD camera. Further, there may be provided means for transferring the position information of the found defect to an external device such as an electron microscope capable of performing a more detailed analysis even though the inspection range is narrow. By doing so, the details of the defect can be known by effectively utilizing the high-resolution inspection apparatus.

【0088】〔動作例2:図15,図16〕次に、図1
5及び図16を用いて、一般的な論理回路を形成するた
めの位相シフトマスク(以下「ロジックマスク」とも呼
ぶ)を検査する場合の動作例について説明する。図15
はこの動作例の検査モードにおけるデータ処理について
説明するための図、図16はこの動作例の検査モードに
おける位相シフトマスク検査の処理を示すフローチャー
トである。メモリマスクの場合は一定なパターンが繰り
返すため、ローカル位相欠陥部の光量変動を周辺の光量
と比較したが、ロジックマスクでは同一パターンの繰り
返しはほとんど無く、周辺の光量もそれに従っていろい
ろな値を取っている。従ってこの場合、メモリマスクと
同様な検出を行うことはできない。
[Operation Example 2: FIGS. 15 and 16] Next, referring to FIG.
5 and FIG. 16, an operation example in the case of inspecting a phase shift mask (hereinafter also referred to as “logic mask”) for forming a general logic circuit will be described. Figure 15
Is a diagram for explaining the data processing in the inspection mode of this operation example, and FIG. 16 is a flowchart showing the processing of the phase shift mask inspection in the inspection mode of this operation example. In the case of the memory mask, a constant pattern repeats, so the light intensity fluctuation of the local phase defect part was compared with the light intensity in the surrounding area.However, the same pattern was hardly repeated in the logic mask, and the light intensity in the surrounding area also took various values accordingly. ing. Therefore, in this case, the same detection as the memory mask cannot be performed.

【0089】ところで、通常、位相シフトマスクを含む
フォトマスクでは、同じ回路パターンが別の場所に複数
個作られる。また、ローカル位相欠陥は位相シフトマス
ク製作工程のゆらぎによって発生するため、別の場所に
作られた同一パターンの同じ場所に欠陥が発生する確率
は極端に小さく、ゼロであるとみなして良い。そこで、
ロジックマスクの場合には、位相シフトマスク上の2つ
のパターンにおける光分布を比較することにより、ロー
カル位相欠陥の検出を行うことができる。両方とも正常
なパターンであれば、光分布の差は0となり、一方に欠
陥がある場合には、光分布の差が検出される。
By the way, usually, in a photomask including a phase shift mask, a plurality of the same circuit patterns are formed in different places. Further, since the local phase defect is caused by the fluctuation in the manufacturing process of the phase shift mask, the probability that the defect is generated at the same place of the same pattern formed at another place is extremely small and may be regarded as zero. Therefore,
In the case of the logic mask, the local phase defect can be detected by comparing the light distributions in the two patterns on the phase shift mask. If both patterns are normal, the difference in light distribution is 0, and if one has a defect, the difference in light distribution is detected.

【0090】この検出例を図15に示す。正常なパター
ンとローカル位相欠陥のあるパターンの光強度分布をそ
れぞれ測定して差を求めると、図15に示すような光分
布の変動が得られる。縦軸は2つのパターンにおける光
強度の差を示し、横軸は位置を示す。この例の場合は中
央付近に欠陥があるため、光強度の差が大きくなってい
るが、欠陥のない周辺部では差は0である。また、ロー
カル位相欠陥が無い場合は、光強度の差は全体的に0と
なる。ただし、このような解析を行うためには、2つの
光強度分布の位置を正確に合わせて差を求めなければな
らない。位置合わせの精度が不足する場合には、欠陥に
よらないパターンの光強度分布自体に依存する差が見え
てしまう。従って、その差がローカル位相欠陥による光
量の変動よりも十分に小さくなるように位置合わせをし
なければならない。
An example of this detection is shown in FIG. When the light intensity distributions of the normal pattern and the pattern having the local phase defect are measured and the difference is obtained, the variation of the light distribution as shown in FIG. 15 is obtained. The vertical axis represents the difference in light intensity between the two patterns, and the horizontal axis represents the position. In the case of this example, the difference in light intensity is large because there is a defect near the center, but the difference is 0 in the peripheral part where there is no defect. Moreover, when there is no local phase defect, the difference in light intensity is 0 as a whole. However, in order to perform such an analysis, it is necessary to accurately match the positions of the two light intensity distributions to obtain the difference. If the alignment accuracy is insufficient, a difference that depends on the light intensity distribution itself of the pattern that does not depend on the defect is visible. Therefore, the alignment must be performed so that the difference is sufficiently smaller than the fluctuation of the light amount due to the local phase defect.

【0091】次に、この実施形態の位相シフトマスク検
査装置におけるロジックマスクの検査手順について図1
6を用いて説明する。この検査手順は、動作例1におい
て説明したメモリマスクの検査手順と同様な点が多いた
め、図16のフローチャートにおいて図13のフローチ
ャートの処理と対応する部分には同一のステップ番号を
付し、その説明は省略するか簡単にする。また、この例
では1つのロジックマスク上に2つの同じパターンが形
成されているものとする。
Next, the procedure for inspecting the logic mask in the phase shift mask inspecting apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described using 6. This inspection procedure has many points similar to the inspection procedure of the memory mask described in the operation example 1. Therefore, in the flowchart of FIG. 16, parts corresponding to the processing of the flowchart of FIG. The explanation is omitted or simplified. Further, in this example, it is assumed that two same patterns are formed on one logic mask.

【0092】ユーザは、まず図1に示した位相シフトマ
スク検査装置のマスクホルダ6に、検査対象である位相
シフトマスク7を手動又はローダ2を用いて自動でセッ
トし、画像処理装置3の図示を省略したキーボードやマ
ウスを用いて、検査する全エリア、照明光量、フォーカ
スなどを適切に設定する。そして、検査の開始を指示す
ると、この装置は図16のフローチャートに示す処理を
開始する。まず、ステップS1で検査対象の位相シフト
マスク7を検査開始点に移動し、ステップS21で1番
目のパターンの検査エリアにおける像をCCDカメラ4
によって画像データとして取り込み、画像処理装置3に
転送する。
The user first sets the phase shift mask 7 to be inspected in the mask holder 6 of the phase shift mask inspection apparatus shown in FIG. 1 manually or automatically using the loader 2, and the image processing apparatus 3 is illustrated. Using the keyboard and mouse without the above, set all areas to be inspected, illumination light amount, focus, etc. appropriately. Then, when the start of the inspection is instructed, this apparatus starts the processing shown in the flowchart of FIG. First, in step S1, the phase shift mask 7 to be inspected is moved to the inspection start point, and in step S21 the image in the inspection area of the first pattern is taken by the CCD camera 4.
It is captured as image data by and transferred to the image processing apparatus 3.

【0093】そして、ステップS22で位相シフトマス
ク7を2番目のパターンにおける対応する検査位置に移
動し、2番目のパターンの検査エリアにおける像を同様
にCCDカメラ4によって画像データとして取り込み、
画像処理装置3に転送する。そしてステップS23で、
取り込んだ2つの画像データの差の絶対値を求めて検査
対象の画像データとする。そして、この画像データに対
してステップS4以降の処理を図13を用いて説明した
メモリマスクの検査の場合とほぼ同様に行う。ただし、
画像データの濃度が欠陥がない場合にはほぼ0である点
が、メモリマスクの検査の場合と異なる。
Then, in step S22, the phase shift mask 7 is moved to the corresponding inspection position in the second pattern, and the image in the inspection area of the second pattern is similarly captured by the CCD camera 4 as image data.
Transfer to the image processing apparatus 3. Then, in step S23,
The absolute value of the difference between the two captured image data is obtained and used as the image data to be inspected. Then, the process from step S4 is performed on this image data in substantially the same manner as the case of the memory mask inspection described with reference to FIG. However,
This is different from the inspection of the memory mask in that the density of the image data is almost 0 when there is no defect.

【0094】このような処理によって、位相シフトマス
ク上の欠陥の位置とサイズを検出することができる。た
だし、2つのパターンの画像データの差の絶対値に対し
て処理を行っているため、2つのパターンのどちらに実
際に欠陥があるかを決定することはできない。なお、図
9のフローチャートにおいては、検査位置1エリア毎に
2つのパターンの画像データを取りこむ例を示している
が、画像データを記憶する記憶手段の容量に余裕がある
場合には、まず1番目のパターンについて1ライン或い
は全ての画像データを取り込んでから2番目のパターン
について対応する領域の画像データを取り込み、画像処
理を行うようにしてもよい。
By such processing, the position and size of the defect on the phase shift mask can be detected. However, since the absolute value of the difference between the image data of the two patterns is processed, it is not possible to determine which of the two patterns is actually defective. Note that the flow chart of FIG. 9 shows an example in which two patterns of image data are taken in for each inspection position area, but if there is enough capacity in the storage means for storing the image data, the first The image processing may be performed by capturing one line or all of the image data of the pattern, and then capturing the image data of the corresponding area of the second pattern.

【0095】このようにすれば、位相シフトマスクを移
動させる距離が減少し、検査時間を短縮することができ
る。また、画像データの取り込みと画像処理を並列して
行うようにしてもよいのは、メモリマスクの検査の場合
と同様である。1つの位相シフトマスク上に3つ以上の
同一のパターンが形成されている場合には、2つずつの
パターンを選択して上述の検査手順を繰り返すか、1番
目のパターンについて画像データを全て記憶しておき、
他のパターンを順次そのパターンと比較するようにする
とよい。
By doing so, the distance for moving the phase shift mask is reduced, and the inspection time can be shortened. Further, the image data acquisition and the image processing may be performed in parallel as in the case of the memory mask inspection. When three or more identical patterns are formed on one phase shift mask, two patterns are selected and the above inspection procedure is repeated, or all the image data for the first pattern is stored. Well,
Other patterns may be sequentially compared to the pattern.

【0096】また、複数同一の回路パターンを形成しな
い位相シフトマスクを検査する場合には、その設計パタ
ーンが検査用の対物レンズを通して作り出すであろう光
分布と、位相シフトマスクを実際に結像させた像の光分
布の差を分析するようにしてもよい。位相シフトマスク
上の位置を指定すれば、その位置の設計上のパターン形
状と寸法を求めることができる。光学系の開口数、収
差、照明波長およびコヒーレンスレシオは既知であるの
で、H.H.Hopkinsの部分コヒーレント結像理
論を用いて、そのパターンによる像の光強度分布が計算
できる。この計算を行う光強度分布算出手段としては、
画像処理装置3を用いることもできるし、外部のコンピ
ュータ等を用いて計算したデータを画像処理装置3に入
力するようにしてもよい。この計算による値と実際にC
CDカメラで測定した光量分布の差を求めても、上述の
場合と同様にローカル位相欠陥を検出することができ
る。
When inspecting a phase shift mask that does not form a plurality of identical circuit patterns, the light distribution that the design pattern will produce through the inspection objective lens and the phase shift mask are actually imaged. You may make it analyze the difference of the light distribution of the image. By designating a position on the phase shift mask, the designed pattern shape and size at that position can be obtained. Since the numerical aperture, aberration, illumination wavelength and coherence ratio of an optical system are known, the H.264 standard is known. H. The light intensity distribution of the image due to the pattern can be calculated using Hopkins' partially coherent imaging theory. As the light intensity distribution calculation means for performing this calculation,
The image processing device 3 may be used, or data calculated using an external computer or the like may be input to the image processing device 3. This calculated value and the actual C
Even if the difference in the light amount distribution measured by the CD camera is obtained, the local phase defect can be detected as in the above case.

【0097】このような位相シフトマスク検査装置によ
れば、任意の位相シフトマスクについて位相シフトマス
ク上のローカル位相欠陥を高速に検知すると共に、その
光量分布を計測演算して欠陥のサイズを計算することが
可能となる。もちろん、検査対象は半導体回路形成用の
位相シフトマスクに限られるものではない。また、上述
の実施形態及び動作例においては、ローカル位相欠陥の
検査に用いる例について説明したが、ごみや傷等による
欠陥の場合でも光量分布の変動は当然起こるため、これ
らの検出に用いることもできることは言うまでもない。
According to such a phase shift mask inspection apparatus, the local phase defect on the phase shift mask is detected at high speed for any phase shift mask, and the light amount distribution is measured and calculated to calculate the size of the defect. It becomes possible. Of course, the inspection target is not limited to the phase shift mask for semiconductor circuit formation. Further, in the above-described embodiment and operation example, the example used for the inspection of the local phase defect has been described. However, even in the case of a defect due to dust, scratches, or the like, the variation of the light amount distribution naturally occurs. It goes without saying that you can do it.

【0098】[0098]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明の位相シフトマスク検査装置及び検査方法によれば、
従来の検査装置では発見が極めて困難であった欠陥であ
るローカル位相欠陥を高速、高精度で発見することがで
き、位相シフトマスクの検査効率を飛躍的に改善するこ
とができるため、半導体業界に多大な貢献をするもので
ある。さらに、ローカル位相欠陥による光量変動から、
部分コヒーレント結像理論計算により、欠陥における線
幅の変動を求めて表示するようにすれば、従来の寸法計
測の精度不足を補い、数十乃至数nmの微細寸法変動を
インラインで検査、表示することもできる。また、欠陥
のある場所やサイズのデータを電子顕微鏡その他の検査
装置に転送するようにすれば、ローカル位相欠陥につい
て効率的に観察を行うことができ、ローカル位相欠陥発
生のプロセス解明や、欠陥修正を行う可能性を与えるこ
ともできる。
As is apparent from the above description, according to the phase shift mask inspection apparatus and inspection method of the present invention,
Local phase defects, which are extremely difficult to detect with conventional inspection equipment, can be detected with high speed and high accuracy, and the inspection efficiency of phase shift masks can be dramatically improved. It makes a great contribution. Furthermore, from the fluctuation of light quantity due to local phase defects,
If partial line coherent imaging theory calculation is used to obtain and display line width variations in defects, the lack of precision in conventional dimension measurement is compensated for, and fine dimension variations of several tens to several nm are inspected and displayed inline. You can also In addition, by transferring the data of the location and size of the defect to an electron microscope or other inspection device, it is possible to efficiently observe the local phase defect, clarify the process of the local phase defect occurrence, and correct the defect. You can also give the possibility to do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明の実施形態である位相シフトマスク検
査装置の概略構成を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a schematic configuration of a phase shift mask inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】その光学系の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the optical system.

【図3】その光学系の別の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing another configuration example of the optical system.

【図4】位相シフトマスクの検査領域について説明する
ための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an inspection region of a phase shift mask.

【図5】この発明の実施形態である位相シフトマスク検
査装置におけるデータ処理について説明するための図で
ある。
FIG. 5 is a diagram for explaining data processing in the phase shift mask inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図6】この発明の実施形態である位相シフトマスク検
査装置におけるデータ処理について説明するための別の
図である。
FIG. 6 is another diagram for explaining the data processing in the phase shift mask inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図7】この発明の位相シフトマスク検査装置及び検査
方法によって発見しようとするローカル位相欠陥の例を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an example of a local phase defect to be found by the phase shift mask inspection apparatus and inspection method of the present invention.

【図8】無欠陥のL&Sパターンを観察した場合の光強
度分布の計算値を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing calculated values of light intensity distribution when a defect-free L & S pattern is observed.

【図9】ローカル位相欠陥のあるL&Sパターンを観察
した場合の光強度分布の計算値を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a calculated value of a light intensity distribution when an L & S pattern having a local phase defect is observed.

【図10】無欠陥のL&Sパターンを透過する光の光量
分布について説明するための図である。
FIG. 10 is a diagram for explaining a light amount distribution of light transmitted through a defect-free L & S pattern.

【図11】ローカル位相欠陥のあるL&Sパターンを透
過する光の光量分布について説明するための図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining a light amount distribution of light transmitted through an L & S pattern having a local phase defect.

【図12】落射照明によってローカル位相欠陥のあるL
&Sパターンを撮像した場合の光量分布について説明す
るための図である。
FIG. 12: L with local phase defect due to epi-illumination
It is a figure for demonstrating the light amount distribution at the time of imaging & S pattern.

【図13】この発明の実施形態である位相シフトマスク
検査装置における位相シフトマスク検査の処理を示すフ
ローチャートである。
FIG. 13 is a flowchart showing the processing of the phase shift mask inspection in the phase shift mask inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図14】その位相シフトマスク検査装置における検査
結果の表示例を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a display example of inspection results in the phase shift mask inspection apparatus.

【図15】その別の検査モードにおけるデータ処理につ
いて説明するための図である。
FIG. 15 is a diagram for explaining data processing in another inspection mode.

【図16】その検査モードにおける位相シフトマスク検
査の処理を示すフローチャートである。
FIG. 16 is a flowchart showing a process of a phase shift mask inspection in the inspection mode.

【図17】通常のフォトマスクを用いて転写を行った場
合の像の光強度分布の計算値を示す図である。
FIG. 17 is a diagram showing calculated values of the light intensity distribution of an image when transfer is performed using a normal photomask.

【図18】図17の場合と同じパターンを位相シフトマ
スクを用いて転写した場合の像の光強度分布の計算値を
示す図である。
FIG. 18 is a diagram showing a calculated value of a light intensity distribution of an image when the same pattern as in FIG. 17 is transferred using a phase shift mask.

【図19】通常のフォトマスクの構成例を模式的に示す
断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a normal photomask.

【図20】位相シフトマスクの構成例を模式的に示す断
面図である。
FIG. 20 is a sectional view schematically showing a configuration example of a phase shift mask.

【図21】位相シフトマスクの別の構成例を模式的に示
す断面図である。
FIG. 21 is a sectional view schematically showing another configuration example of the phase shift mask.

【図22】従来の方法で位相シフトマスクを検査する場
合の1回の検査範囲の例を示した図である。
FIG. 22 is a diagram showing an example of one inspection range when a phase shift mask is inspected by a conventional method.

【符号の説明】 1:検査機本体 2:ローダ 3:画像処理装置 4:CCDカメラ 5:XYZテーブル 6:マスクホルダ 7:位相シフトマスク 8:結像光学系 10:コンピュータ本体 11:表示装置 13,14,15;架台 20:照明系 21:ランプ 22:カイルプリズム 23:第1のカレイドスコープ 24:光ファイバー 25:第2のカレイドスコープ 26:干渉フィルター 27:コンデンサ 28,34:対物レンズ 29:リレーレンズ 31:リングスリット 32:穴明きミラー 33:リング状コンデンサ[Explanation of symbols] 1: Inspection machine body 2: Loader 3: Image processing device 4: CCD camera 5: XYZ table 6: Mask holder 7: Phase shift mask 8: Imaging optical system 10: Computer main body 11: Display device 13,14,15; pedestal 20: lighting system 21: Lamp 22: Kyle prism 23: First Kaleidoscope 24: optical fiber 25: second kaleidoscope 26: Interference filter 27: Capacitor 28, 34: Objective lens 29: Relay lens 31: Ring slit 32: Perforated mirror 33: Ring-shaped capacitor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 満男 佐賀県唐津市神田504番地94 (72)発明者 小林 優人 埼玉県さいたま市指扇領辻150番地の14 (72)発明者 池田 紀雄 埼玉県さいたま市植竹1−22−1 (72)発明者 清原 正光 埼玉県北本市北本宿174番地25 (72)発明者 会田 雄二 埼玉県所沢市下安松230−20 (72)発明者 高橋 浩三 埼玉県さいたま市原山3−17−5 ハイホ ーム浦和301号 (72)発明者 法元 盛久 埼玉県上福岡市福岡2丁目2番1号 大日 本印刷株式会社半導体製品事業部内 (72)発明者 山本 英樹 埼玉県上福岡市福岡2丁目2番1号 大日 本印刷株式会社半導体製品事業部内 (72)発明者 村井 史昌 埼玉県上福岡市福岡2丁目2番1号 大日 本印刷株式会社半導体製品事業部内 Fターム(参考) 2G051 AA56 AB02 BA01 BB17 CA03 CA04 CB02 DA07 EA08 EA11 EA14 EC03 EC05 ED01 FA10 2H095 BB03 BD04 BD15 BD18 BD27   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Mitsuo Eguchi             94 Kanda 504, Karatsu City, Saga Prefecture (72) Inventor Yuto Kobayashi             14 at 150, Tsurugi Tsuji, Saitama City, Saitama Prefecture (72) Inventor Norio Ikeda             1-22 Uetake, Saitama City, Saitama Prefecture (72) Inventor Masamitsu Kiyohara             25, 174 Kitahonjuku, Kitamoto City, Saitama Prefecture (72) Inventor Yuji Aida             230-20 Shimoyasumatsu, Tokorozawa, Saitama Prefecture (72) Inventor Kozo Takahashi             3-17-5 Harayama, Saitama City, Saitama Prefecture             Mour Urawa No. 301 (72) Inventor Morihisa Homoto             2-2-1 Fukuoka, Kamifukuoka City, Saitama Prefecture Dainichi             Inside the Semiconductor Products Division of this printing company (72) Inventor Hideki Yamamoto             2-2-1 Fukuoka, Kamifukuoka City, Saitama Prefecture Dainichi             Inside the Semiconductor Products Division of this printing company (72) Inventor Fumasa Murai             2-2-1 Fukuoka, Kamifukuoka City, Saitama Prefecture Dainichi             Inside the Semiconductor Products Division of this printing company F term (reference) 2G051 AA56 AB02 BA01 BB17 CA03                       CA04 CB02 DA07 EA08 EA11                       EA14 EC03 EC05 ED01 FA10                 2H095 BB03 BD04 BD15 BD18 BD27

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 検査対象の位相シフトマスクを検査領域
の全面に亘り略均一な光量で照明する照明手段と、前記
位相シフトマスクを観察するための対物レンズと、前記
対物レンズによる前記位相シフトマスクの像を読み取る
撮像手段と、該手段によって読み取った像の画像解析を
行う画像解析手段とを備え、 前記照明手段と前記対物レンズと前記撮像手段とによっ
て構成される光学系のレーリーの解像限界は、前記位相
シフトマスク上の検査対象のパターンを解像しない値で
あり、 前記画像解析手段は、前記撮像手段によって読み取った
像の光強度分布を解析することによって前記位相シフト
マスクのローカル位相欠陥を検査する手段であることを
特徴とする位相シフトマスク検査装置。
1. An illuminating means for illuminating a phase shift mask to be inspected with a substantially uniform light amount over the entire inspection region, an objective lens for observing the phase shift mask, and the phase shift mask by the objective lens. Image pickup means for reading the image of the image and an image analysis means for analyzing the image read by the image pickup means, and the Rayleigh resolution limit of the optical system constituted by the illumination means, the objective lens and the image pickup means. Is a value that does not resolve the pattern to be inspected on the phase shift mask, and the image analysis unit analyzes the light intensity distribution of the image read by the image pickup unit to analyze the local phase defect of the phase shift mask. An apparatus for inspecting a phase shift mask, which is a means for inspecting.
【請求項2】 請求項1記載の位相シフトマスク検査装
置において、前記画像解析手段は、前記撮像手段によっ
て読み取った像の検査対象以外の部分に対してマスク処
理を行い、検査対象部分のみを取り出すマスク処理手段
を有し、前記検査対象部分のみについてローカル位相欠
陥の検査を行う手段であることを特徴とする位相シフト
マスク検査装置。
2. The phase shift mask inspection apparatus according to claim 1, wherein the image analysis unit performs a mask process on a portion of the image read by the image pickup unit other than the inspection target, and extracts only the inspection target portion. A phase shift mask inspection apparatus comprising mask processing means and means for inspecting a local phase defect only in the portion to be inspected.
【請求項3】 請求項1又は2記載の位相シフトマスク
検査装置において、前記画像解析手段が、前記位相シフ
トマスク上にローカル位相欠陥を発見した場合に、該欠
陥部の光強度とその周囲の光強度を比較することにより
前記ローカル位相欠陥の寸法を算出する手段を備えてい
ることを特徴とする位相シフトマスク検査装置。
3. The phase shift mask inspection apparatus according to claim 1, wherein, when the image analysis unit finds a local phase defect on the phase shift mask, the light intensity of the defective portion and the surrounding light intensity of the defective portion are detected. An apparatus for inspecting a phase shift mask, comprising means for calculating the size of the local phase defect by comparing light intensities.
【請求項4】 同一のパターンを複数形成した位相シフ
トマスクの検査を行う位相シフトマスク検査装置であっ
て、 検査対象の位相シフトマスクを検査領域の全面に亘り略
均一な光量で照明する照明手段と、前記位相シフトマス
クを観察するための対物レンズと、前記対物レンズによ
る前記位相シフトマスクの像を読み取る撮像手段と、前
記位相シフトマスクを少なくとも前記対物レンズによる
観察方向と垂直な平面上で移動させるための移動手段
と、前記撮像手段によって読み取った像の画像解析を行
う画像解析手段とを備え、 前記照明手段と前記対物レンズと前記撮像手段とによっ
て構成される光学系のレーリーの解像限界は、前記位相
シフトマスク上の検査対象のパターンを解像しない値で
あって、 前記画像解析手段は、前記撮像手段によって読み取った
前記位相シフトマスク上の2つのパターンの対応する部
分の像における光強度分布の差を解析することによって
前記位相シフトマスクのローカル位相欠陥を検査する手
段であることを特徴とする位相シフトマスク検査装置。
4. A phase shift mask inspecting apparatus for inspecting a phase shift mask having a plurality of identical patterns formed thereon, wherein the illuminating means illuminates the phase shift mask to be inspected with a substantially uniform light amount over the entire inspection region. An objective lens for observing the phase shift mask, an imaging means for reading an image of the phase shift mask by the objective lens, and moving the phase shift mask at least on a plane perpendicular to the observation direction of the objective lens. And a moving means for moving the image, and an image analyzing means for analyzing the image read by the image pickup means. The Rayleigh resolution limit of an optical system configured by the illumination means, the objective lens and the image pickup means. Is a value that does not resolve the pattern to be inspected on the phase shift mask, and the image analysis means is the imaging means. A phase shift mask for inspecting a local phase defect of the phase shift mask by analyzing a difference in light intensity distribution in images of corresponding portions of the two patterns on the phase shift mask read by Mask inspection device.
【請求項5】 検査対象の位相シフトマスクを検査領域
の全面に亘り略均一な光量で照明する照明手段と、前記
位相シフトマスクを観察するための対物レンズと、前記
対物レンズによる前記位相シフトマスクの像を読み取る
撮像手段と、該手段によって読み取った像の画像解析を
行う画像解析手段と、 前記位相シフトマスク上に形成されるパターンの設計値
と、前記照明手段と前記対物レンズと前記撮像手段とに
よって構成される光学系の特性値とから前記撮像手段に
よって読み取られる像の光強度分布を算出する光強度分
布算出手段とを備え、 前記光学系のレーリーの解像限界は、前記位相シフトマ
スク上の検査対象のパターンを解像しない値であり、 前記画像解析手段は、前記撮像手段によって読み取った
像の光強度分布と前記光強度分布算出手段によって算出
した光強度分布との差を解析することによって前記位相
シフトマスクのローカル位相欠陥を検査する手段である
ことを特徴とする位相シフトマスク検査装置。
5. An illuminating means for illuminating a phase shift mask to be inspected over the entire inspection region with a substantially uniform light amount, an objective lens for observing the phase shift mask, and the phase shift mask by the objective lens. Image pickup means for reading the image of the image, an image analysis means for analyzing the image read by the means, a design value of a pattern formed on the phase shift mask, the illumination means, the objective lens, and the image pickup means. And a light intensity distribution calculating means for calculating a light intensity distribution of an image read by the image pickup means from a characteristic value of an optical system composed of the phase shift mask and the Rayleigh resolution limit of the optical system. The image analysis means is a value that does not resolve the pattern to be inspected above, and the image analysis means is a light intensity distribution of the image read by the imaging means and the light intensity distribution. A phase shift mask inspection apparatus, which is means for inspecting a local phase defect of the phase shift mask by analyzing a difference from the light intensity distribution calculated by the cloth calculation means.
【請求項6】 請求項4又は5記載の位相シフトマスク
検査装置において、前記画像解析手段が、前記位相シフ
トマスク上にローカル位相欠陥を発見した場合に、該欠
陥部における光強度差とその周囲における光強度差を比
較することにより前記ローカル位相欠陥の寸法を算出す
る手段を備えていることを特徴とする位相シフトマスク
検査装置。
6. The phase shift mask inspection apparatus according to claim 4 or 5, wherein when the image analysis unit finds a local phase defect on the phase shift mask, the light intensity difference in the defect portion and its surroundings. 2. A phase shift mask inspection apparatus comprising means for calculating the size of the local phase defect by comparing the light intensity differences in.
【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の
位相シフトマスク検査装置において、前記照明手段はリ
ング状落射照明による照明手段であることを特徴とする
位相シフトマスク検査装置。
7. The phase shift mask inspection apparatus according to claim 1, wherein the illumination unit is an illumination unit using a ring-shaped epi-illumination.
【請求項8】 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の
位相シフトマスク検査装置において、前記画像解析手段
が前記位相シフトマスク上にローカル位相欠陥を発見し
た場合に該ローカル位相欠陥の位置情報を外部機器に出
力する手段を設けたことを特徴とする位相シフトマスク
検査装置。
8. The phase shift mask inspection apparatus according to claim 1, wherein when the image analysis unit finds a local phase defect on the phase shift mask, the position of the local phase defect is detected. An apparatus for inspecting a phase shift mask, which is provided with means for outputting information to an external device.
【請求項9】 検査対象の位相シフトマスクを検査領域
の全面に亘り略均一な光量で照明し、 前記位相シフトマスクの像を、該位相シフトマスク上の
検査対象のパターンを解像しないようなレーリーの解像
限界を持つ光学系によって撮像し、 その像の光強度分布を解析することによって前記位相シ
フトマスクのローカル位相欠陥を検査することを特徴と
する位相シフトマスク検査方法。
9. A phase shift mask to be inspected is illuminated with a substantially uniform light amount over the entire inspection region so that the image of the phase shift mask does not resolve the pattern to be inspected on the phase shift mask. A phase shift mask inspecting method, which comprises inspecting a local phase defect of the phase shift mask by imaging with an optical system having a Rayleigh resolution limit and analyzing a light intensity distribution of the image.
【請求項10】 請求項9記載の位相シフトマスク検査
方法において、 前記光学系によって撮像した像の検査対象以外の部分に
対してマスク処理を行って検査対象部分のみを取り出
し、前記検査対象部分のみについてローカル位相欠陥の
検査を行うことを特徴とする位相シフトマスク検査方
法。
10. The phase shift mask inspection method according to claim 9, wherein a mask processing is performed on a portion of the image captured by the optical system other than the inspection target to extract only the inspection target portion, and only the inspection target portion. The method for inspecting a phase shift mask, comprising:
【請求項11】 請求項9又は10記載の位相シフトマ
スク検査方法において、 前記位相シフトマスク上にローカル位相欠陥を発見した
場合に、該欠陥部の光強度とその周囲の光強度とを比較
することにより前記ローカル位相欠陥の寸法を算出する
ことを特徴とする位相シフトマスク検査方法。
11. The method for inspecting a phase shift mask according to claim 9, wherein when a local phase defect is found on the phase shift mask, the light intensity of the defective portion is compared with the light intensity around it. A method for inspecting a phase shift mask, characterized in that the dimension of the local phase defect is calculated thereby.
【請求項12】 検査対象の、同一パターンを複数形成
した位相シフトマスクを検査領域の全面に亘り略均一な
光量で照明し、 前記位相シフトマスクの像を、該位相シフトマスク上の
検査対象のパターンを解像しないようなレーリーの解像
限界を持つ光学系によって前記同一パターンのうち2つ
のパターンについて対応する位置で撮像し、 その2つの像の光強度分布の差を解析することによって
前記位相シフトマスクのローカル位相欠陥を検査するこ
とを特徴とする位相シフトマスク検査方法。
12. A phase shift mask having a plurality of identical patterns to be inspected is illuminated with a substantially uniform light amount over the entire inspection area, and an image of the phase shift mask is inspected on the phase shift mask. An optical system having a Rayleigh resolution limit that does not resolve a pattern captures images of two patterns of the same pattern at corresponding positions, and analyzes the difference in the light intensity distribution of the two images to obtain the phase. A method of inspecting a phase shift mask, which comprises inspecting a local phase defect of a shift mask.
【請求項13】 検査対象の位相シフトマスクを検査領
域の全面に亘り略均一な光量で照明し、 前記位相シフトマスクの像を、該位相シフトマスク上の
検査対象のパターンを解像しないようなレーリーの解像
限界を持つ光学系によって撮像し、 その像の光強度分布と、前記位相シフトマスク上に形成
されるパターンの設計値と前記光学系の特性値とから算
出される像の光強度分布との差を解析することによって
前記位相シフトマスクのローカル位相欠陥を検査するこ
とを特徴とする位相シフトマスク検査方法。
13. A phase shift mask to be inspected is illuminated with a substantially uniform light amount over the entire surface of the inspection region so that an image of the phase shift mask does not resolve a pattern to be inspected on the phase shift mask. An image is taken by an optical system having a Rayleigh resolution limit, and the light intensity of the image is calculated from the light intensity distribution of the image, the design value of the pattern formed on the phase shift mask, and the characteristic value of the optical system. A method for inspecting a phase shift mask, comprising inspecting a local phase defect of the phase shift mask by analyzing a difference from a distribution.
【請求項14】 請求項12又は13記載の位相シフト
マスク検査方法において、 前記位相シフトマスク上にローカル位相欠陥を発見した
場合に、該欠陥部における光強度の差とその周囲におけ
る光強度の差とを比較することにより前記ローカル位相
欠陥の寸法を算出することを特徴とする位相シフトマス
ク検査方法。
14. The method for inspecting a phase shift mask according to claim 12, wherein when a local phase defect is found on the phase shift mask, a difference in light intensity at the defect portion and a difference in light intensity around the defect portion. A method for inspecting a phase shift mask, wherein the size of the local phase defect is calculated by comparing
【請求項15】 請求項9乃至14のいずれか一項に記
載の位相シフトマスク検査方法において、 前記照明をリング状落射照明によって行うことを特徴と
する位相シフトマスク検査方法。
15. The phase shift mask inspection method according to claim 9, wherein the illumination is performed by ring-shaped epi-illumination.
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