JP2667940B2 - マスク検査方法およびマスク検出装置 - Google Patents

マスク検査方法およびマスク検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置製造の露光
工程において用いられる位相シフトマスクのマスク検査
方法およびその検査に用いられるマスク検出装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造過程においてウエハな
どの半導体基体に回路パターンを形成する際には、通常
リソグラフィ技術が用いられている。
【０００３】このようなリソグラフィ技術を用いた半導
体装置の製造方法においては、フォトマスクのマスクパ
ターンをウエハの表面に塗布されたフォトレジストに転
写してレジストパターンを形成した後、これを現像し、
フォトレジストの除かれた部分をエッチング工程におい
て除去して回路パターンを形成するようにしている。こ
のため、当該フォトマスクのマスクパターンの精度が半
導体装置の精度や電気特性に重大な影響を及ぼす結果と
なる。
【０００４】そこで、従来、半導体装置製造の露光工程
に使用するフォトマスクは事前にその欠陥の有無や描画
精度を十分検査するようにしている。
【０００５】半導体装置製造の露光工程に用いられる従
来のフォトマスク７０の要部を示す一例を図８に示す。
【０００６】同図において、７１はガラス基板であり、
このガラス基板７１上にクロム等からなる遮光膜７２が
スパッタリングなどの方法によって形成されている。
【０００７】この遮光膜７２には、ウエハ上のフォトレ
ジスト面に転写すべきパターンと相似する形状に仕上げ
られた、たとえば矩形のパターン７３が設けられてい
る。（図８では説明の便宜上、１個のパターン７３のみ
が示されている。）このパターン７３を特定波長（紫外
域）の光によってウエハ表面に形成されたフォトレジス
トに転写して現像し、エッチング工程を経た後、不必要
なフォトレジストを除去してウエハ上に回路パターンを
形成する。
【０００８】図９に、当該フォトマスク７０のパターン
の欠陥を検査するための従来のマスク検査システム８０
のブロック図を示す。
【０００９】回路設計者が、ＣＡＤなどで設計した回路
パターンは、パターンデータとして磁気ディスクなどで
形成されたパターンデータ保存部８１に保存される。
【００１０】このパターンデータは、ＥＢデータ作成部
８２において、電子ビーム描画装置を動作させるための
電子ビームデータ（以下「ＥＢデータ」という。）に変
換され、ＥＢデータ保存部８３に保存される。
【００１１】上記ＥＢデータは、電子ビーム描画装置を
動作させるため、当該装置の電子ビームのオン・オフの
信号およびその位置データを与えるものである。
【００１２】マスク作成部８４では、当該ＥＢデータに
基づいて電子ビーム描画装置を作動させマスク材料のレ
ジストを露光し、現像、エッチング等の工程を経てフォ
トマスク７０を作成する。
【００１３】作成されたフォトマスク７０は、マスク撮
像部８５において通常の光源を用いた撮像装置により撮
影され、当該パターンについての画像データを得る。
【００１４】マスク撮像部８５は、たとえば図１０に示
すような白色光源９１を用いた光透過型の撮像装置９０
を備える。
【００１５】光源９１から発光された白色光Ｌ１は、集
光レンズ９２を通過して、平行光線Ｌ２に変えられてフ
ォトマスク７０のマスク面に垂直に入射する。
【００１６】フォトマスク７０のパターン部分を透過し
た光Ｌ３が投影レンズ９３により２次元フォトアレイセ
ンサー９４上に像を結び、当該パターンの形状が検出さ
れる。
【００１７】フォトアレイセンサー９４の検出信号は、
２値化回路９５によって、一定の閾値により“０”と
“１”の２値に変換され、これにより２値画像データが
形成される。
【００１８】なお、マスク撮像部８５における撮像装置
は上述のようにパターンを透過した光を結像させる光透
過型のものに限られず、フォトマスク７０に光を投射し
てその反射光を撮像する反射型のものを用いてもよい。
【００１９】このようにして得られたフォトマスク７０
のパターンの画像データは画像データ保存部８６に保存
される。
【００２０】データ照合部８７では、ＥＢデータ保存部
８３と画像データ保存部８６からそれぞれ対応するパタ
ーンのＥＢデータと画像データとを読み出して照合す
る。
【００２１】画像データは、上述のように２値であっ
て、パターン７３に相当する部分の画像データがたとえ
ば“１”、遮蔽膜７２部分が“０”に設定されて形成さ
れているので、電子ビームのオン・オフ信号および位置
データからなるＥＢデータの構成と対応しており、双方
のデータをたとえばＣＰＵなどにより同方向から同時に
走査して“０”、“１”の値を逐次比較することによ
り、両者の一致を確認できる。
【００２２】これによりフォトマスク７０のマスクパタ
ーンが、所定のＥＢデータに基づいて正確に形成され、
その寸法や形状に欠陥がないかどうかを検査することが
できる。
【００２３】上記検査が合格であれば、当該フォトマス
ク７０を半導体装置製造における露光工程に使用する。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
フォトマスク７０のように設計された回路パターンとフ
ォトマスク７０のパターン７３が同形状の場合には、上
述のようなマスク検査方法で十分対応できていたが、最
近開発が進んでいる位相シフトマスクについては、その
パターンの形状・寸法が必ずしもＣＡＤなどで設計され
た回路パターンの形状・寸法と一致せず、欠陥が発見で
きないという問題があった。
【００２５】すなわち、一般に位相シフトマスクは、露
光工程におけるパターンの転写精度を向上するため位相
シフト法による効果を利用するものであり、主パターン
の他に光の位相を１８０°反転させる位相反転部材（以
下「位相シフター」という。）を充填した補助パターン
を備え、当該主パターンと補助パターンを透過した光の
干渉により、主パターンの露光面のエッジを明確にする
ように形成されているものである。
【００２６】したがって、位相シフトマスクのパターン
形状・寸法は、最初に設計された回路パターンの形状・
寸法とは異なっており、従来のように作成されたフォト
マスクを通常の白色光を用いてそのまま撮像して画像デ
ータを得るような検査システムでは両者の画像を照合し
ても、位相シフトマスクの欠陥を発見することは不可能
である。
【００２７】このことを具体的に説明すると次のように
なる。
【００２８】図１１は、位相シフトマスクの要部の一例
を示す図である。
【００２９】図１１（ａ）は、位相シフトマスク１００
の要部斜視図を示し、図１１（ｂ）は、その縦断面図を
示す。
【００３０】ガラス基板１０１の上にクロムなどの金属
を蒸着した遮光膜１０２が形成され、この遮光膜１０２
の略中央部に主パターン１０３が設けられるとともに、
この主パターン１０３の周囲には各辺に対応して補助パ
ターン１０４が、それぞれの辺から所定距離をおいて各
辺に平行な位置に設けられている。補助パターン１０４
には、ＳｉＯ2 などの位相シフター１０５が充填され
る。
【００３１】この位相シフター１０５は透明部材あるい
は半透明部材であって、光が透過するとその透過光の位
相が、それを透過しない場合に比べて１８０度ずれるよ
うになっている。
【００３２】このような補助パターン１０４は、位相シ
フトマスク１００に所定波長の光線を投射したときに、
上記主パターン１０３の０次回析光と補助パターンのフ
レネル回析光が相互に強め合うような位置に設けられて
おり、これにより露光面におけるパターンのエッジが明
確になり、精度のよいパターン転写が可能になる。
【００３３】このような位相シフトマスク１００を図１
０に示すような通常の光源を用いた撮像装置９０で撮像
して得られる画像は、図１２（ａ）の画像１０６のよう
になっており、図１２（ｂ）に示す最初に設計された回
路パターン１０７のパターン１０８の形状とは明らかに
異なっている。
【００３４】そのため、両者を照合して位相シフトマス
ク１００の欠陥を検出することは不可能である。
【００３５】本発明は、上述のような従来のマスク検査
方法における問題を解消し、位相シフトマスクの欠陥を
確実に検出できるマスク検査方法およびその検査方法に
用いられるマスク検出装置を提供することを目的とす
る。
【００３６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明は、半導体装置製造の露光工程にお
いて用いられる位相シフトマスクを検査する第１のマス
ク検査方法であって、 （ａ） 与えられた回路パターンに基づいて第１のパタ
ーンデータを作成する工程と、 （ｂ） 前記第１のパターンデータを、位相シフトマス
ク作成のための第２のパターンデータに変換する工程
と、 （ｃ） 前記第２のパターンデータに基づいて位相シフ
トマスクを作成する工程と、 （ｄ） 前記作成された位相シフトマスクのパターンを
位相シフト法を利用した前記半導体装置製造の露光工程
に基づき設定された所定の光学的条件のもとで検出し画
像データを得る工程と、 （ｅ） 前記画像データと前記第１のパターンデータと
を照合する工程と、を備え、前記工程（ｄ）における前
記位相シフトマスクのパターン検出は、マスク検出装置
を用いて実行されるものであって、 （ｄ−１） 光源より単波長の光を出射し、 （ｄ−２） 前記光源からの光を、第１光学系を用い
て、前記位相シフトマスクのマスク面上に導き、 （ｄ−３） 前記位相シフトマスクを透過した前記光の
光学像を第２光学系を用いて形成し、 （ｄ−４） 撮像手段を用いて前記位相シフトマスクの
前記光学像を撮像して画像データを得ると共に、 （ｄ−５） 前記マスク検出装置の開口数及び倍率をそ
れぞれＡ1及びｍ1として表わし、前記光源から出射され
る前記光の波長及びコヒーレンシーをそれぞれλ1及び
σ1として表わし、他方、前記半導体装置の製造工程で
使用される露光装置の開口数及び倍率をそれぞれＡ及び
ｍとして表わし、前記露光装置で使用される光の波長及
びコヒーレンシーをそれぞれλ及びσとして表わすもの
としたとき に、 の関係式を満足するように前記マスク検出装置を設定す
る工程を備えており、前記マスク検出装置及び前記半導
体装置の製造工程で使用される露光装置の最小解像力を
それぞれＲ１及びＲとして表わすものとして、 Ｒ1＝（ｍ1／ｍ）・Ｒ の関係式に基づいて拡大されたパターンを検査すること
を特徴とする。
【００３７】また、請求項３の発明は、最小解像力Ｒ1
を有するマスク検出装置であって、単波長の光を出射す
る光源部と、前記光源部から出射された光を位相シフト
マスクのマスク面に導く第１の光学系と、前記位相シフ
トマスクを透過した光を結像させる第２の光学系と、前
記結像された位相シフトマスクの光学像を撮像して画像
データを得る撮像手段と、を備え、その開口数をＡ1 、
倍率をｍ1 、前記光源部から出射される前記光の波長お
よびコヒーレンシーをそれぞれλ1 、σ1 とし、実際に
前記位相シフトマスクを用いて半導体装置製造の露光工
程で使用される、最小解像力Ｒを有する露光装置の開口
数及び倍率をそれぞれＡ及びｍとし、使用光の波長およ
びコヒーレンシーをそれぞれλ、σとしたときに、 の関係式を満足するように設定されることにより、Ｒ1
＝（ｍ1／ｍ）・Ｒの関係式に基づいて拡大されたパタ
ーンを検出することを特徴とする。
【００３８】さらに、請求項４の発明は、半導体装置製
造プロセスの露光工程において用いられる位相シフトマ
スクを検査する方法であって、 （ａ） 与えられた回路パターンに基づいて第１パター
ンデータを作成する工程と、 （ｂ） 前記第１パターンデータを、位相シフトマスク
作成のための第２パターンデータに変換する工程と、 （ｃ） 前記第２パターンデータに基づいて前記位相シ
フトマスクを形成する工程と、 （ｄ） 前記位相シフトマスクを、位相シフト法を利用
した前記露光工程に基づき設定された所定の光学的条件
のもとでマスク材料に転写して、検査用フォトマスクを
形成する工程と、 （ｅ） 前記検査用フォトマスクのパターンを撮像して
画像データを得る工程と、 （ｆ） 前記画像データと前記第１パターンデータとを
照合する工程と、を備え、前記工程（ｄ）における前記
位相シフトマスクの転写工程は、マスク露光装置を用い
て実行されるものであり、 （ｄ−１） 光源から単波長の光を出射し、 （ｄ−２） 前記光源からの前記光を、第１光学系を用
いて、前記位相シフトマスクのマスク面上に導き、 （ｄ−３） 前記位相シフトマスクを透過した光を、第
２光学系を用いて、前記マスク材料のレジスト面上に集
光させ、 （ｄ−４） 次の関係式、即ち、 を満足するように前記マスク露光装置を設定する工程を
備えており、ここで、Ａ 2及びｍ2はそれぞれ前記マスク
露光装置の開口数及び倍率を表わしており、λ2及びσ2
はそれぞれ前記光源から出射された前記光の波長及びコ
ヒーレンスを表わしており、他方、Ａ及びｍはそれぞれ
前記半導体装置製造プロセスで用いられる前記露光装置
の開口数及び倍率を表わしており、λ及びσはそれぞれ
前記露光装置で使用される光の波長及びコヒーレンスを
表わしており、 Ｒ2及びＲをそれぞれ前記マスク露光装
置及び前記半導体装置製造プロセスで使用される前記露
光装置の最小解像力を表わすものとして、Ｒ2＝（ｍ2／
ｍ）・Ｒの関係式に基づき、拡大されたパターンを検査
することを特徴とする。
【００３９】請求項５の発明は、請求項４記載のマスク
検査方法において、 （ｇ） 前記位相シフトマスクの前記パターンを、位相
シフトを作成しない撮像手段によって撮像して、別の画
像データを得る工程と、 （ｈ） 前記別の画像データと前記第２パターンデータ
とを照合する工程とを、更に備えたことを特徴とする。
【００４０】
【作用】請求項１の発明にかかる第１のマスク検査方法
によれば、与えられた回路パターンに基づいて第１のパ
ターンデータを作成し、この第１のパターンデータを位
相シフトマスク用の第２のパターンデータに変換し、こ
れにより位相シフトマスクを作成する。この位相シフト
マスクのパターンを、位相シフト法を利用した実際の半
導体装置製造の露光工程に基づき設定された所定の光学
的条件で検出するので、実際にウエハなどの半導体基体
に転写されるのと同じパターンの光学像を画像データと
して得ることができ、設計された第１のパターンデータ
と容易に比較できる。
【００４１】請求項２の発明は、上記第１のマスク検査
方法において、位相シフトマスクのパターンを位相シフ
トを生成しない別の撮像手段によって撮像してマスクパ
ターンそのままの画像データを得、この画像データと位
相シフトマスク用の第２のパターンデータとを照合する
ので、位相シフトマスクが第２のパターンデータ通り形
成されているかどうかを確認することができる。
【００４２】請求項３の発明は、上記第１のマスク検査
方法に使用されるマスク検出装置であって、位相シフト
法を利用した実際の半導体装置の製造における露光装置
に基づき設定された所定の光学条件、すなわち、フォト
マスクのパターンを通過した光を結像させて撮像する光
透過型の検出装置であって、その使用光の波長およびコ
ヒーレンシー、ならびに解像力の条件が になるように設定されているので、得られる光学像の画
像データは、実際に位相シフトマスクによって半導体装
置に転写されるパターンと同一なものとすることができ
る。
【００４３】請求項４の発明にかかる第２のマスク検査
方法においては、位相シフトマスク用の第２のパターン
データに基づいて形成された位相シフトマスクを実際の
半導体製造における露光工程に基づき設定された所定の
光学的条件下で他のマスク材料に転写して実際のウエハ
に形成されるパターンと同一のパターンを有する検査用
フォトマスクを形成し、これを撮像して画像データを得
るので、最初に作成された第１のパターンデータと容易
に比較することができる。
【００４４】請求項５の発明は、上記第２のマスク検査
方法において、位相シフトマスクのパターンを位相シフ
ト法による効果が生じない撮像手段によって撮像してマ
スクパターンそのままの画像データを得、この画像デー
タと位相シフトマスク用の第２のパターンデータとを照
合するので、位相シフトマスクが第２のパターンデータ
通り形成されているかどうかを確認することができる。
【００４５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照にして説
明するが、これにより本発明の技術的範囲が限定される
ものではないのはもちろんである。
【００４６】図１は、本発明にかかるマスク検査システ
ムの第１の実施例を示すブロック図である。
【００４７】回路設計者が、ＣＡＤ１によって作成した
図１２（ｂ）のような回路パターン１０７は、第１のパ
ターンデータとして磁気ディスクなどのパターンデータ
保存部２に保存される。
【００４８】この第１のパターンデータは、位相シフト
変換部３において位相シフトマスク用の第２のパターン
データ（遮光膜のパターンと位相シフターのパターンを
含む）に変換され、たとえば図１２（ａ）に示すような
主パターン１０３と補助パターン１０４を作成する。
【００４９】この位相シフト変換部３では、半導体装置
製造の露光工程における所定の波長の光源に対して位相
シフト法による効果が生じるように、すなわち前記補助
パターン１０４のフレネル回析光と前記主パターン１０
３の０次回析光とが相互に強め合って回路パターン１０
８のエッジが形成されるように主パターン１０３と補助
パターン１０４の形状・寸法および位置関係を決定する
ようになっている。
【００５０】上記位相シフト変換部３で形成された位相
シフトマスク用の第２のパターンデータは、位相シフト
ＥＢデータ作成部４において、電子ビーム描画装置を動
作させるための位相シフトマスク用のＥＢデータ（以下
「位相シフトＥＢデータ」という。）に変換され、位相
シフトＥＢデータ保存部５に保存される。
【００５１】この位相シフトＥＢデータは、上記電子ビ
ーム描画装置を動作させるため、当該装置の電子ビーム
のオン・オフの信号およびその位置データを与えるもの
である。
【００５２】図１３に当該電子ビーム描画装置１２０の
構成を示す。
【００５３】防振架台１２１の上に設定されたケーシン
グ１２２の内部には電子銃１２３が設置され、この電子
銃１２３から発射された電子ビームＢは、リング状の電
磁レンズ１２４、１２５、１２６によって徐々に収束さ
れて、テーブル１２７の上に載置されたマスク材料１２
８のレジスト面に照射される。
【００５４】電子ビームＢの光路途中には、ブランキン
グ電極１２９と偏向電極１３０が設置されており、それ
ぞれの電極に印加される電圧は、制御部１３１によって
制御される。
【００５５】また、テーブル１２７は、駆動手段１３２
によりＸＹ方向に移動されるようになっており、その移
動距離はレーザ干渉計１３３により正確に計測されるよ
うになっている。
【００５６】このような構成の電子ビーム描画装置１２
０において、制御部１３１に上述の位相シフトＥＢデー
タが入力されると、制御部１３１は、当該ＥＢデータの
オン・オフ信号および位置信号に基づき、偏向電極１３
０とブランキング電極１２９に送る電圧を制御し、偏向
電極１３０により電子ビームＢを微少の距離偏向させて
描画を行ない、また、ブランキング電極１２９に電圧を
印加して電子ビームＢが大きく偏向されてマスク材料に
照射されるのを阻止する。
【００５７】偏向電極１３０による偏向距離には限界が
あるので、適宜駆動手段１３２によりテーブル１２７を
移動するようになっており、その移動距離はレーザ干渉
計１３３により制御部１３１にフィードバックされ正確
に制御される。
【００５８】位相シフトマスク作成部６では、上述のよ
うな電子ビームを用いて図１１に示されるような位相シ
フトマスク１００を作成するが、その手順は次のように
なっている。
【００５９】（１） ガラス基板１０１の上面にクロム
などの金属薄膜をスパッタリングなどの手法により形成
し、マスクブランク（マスク材料）を作成する。
【００６０】（２） 上記マスクブランクの金属薄膜の
上面にさらにレジスト（フォトレジストまたは電子ビー
ム露光専用のＥＢレジスト）を塗布する。
【００６１】（３） 上述の電子ビーム描画装置によ
り、電子ビームを上記ＥＢデータに基づきマスクブラン
クの所定箇所に照射し、上記レジスト面に、主パターン
１０３および補助パターン１０４の形状を描画し露光さ
せる。
【００６２】（４） 露光されたレジストを現像し、レ
ジストで覆われていない部分の金属薄膜をエッチング工
程により除去して主パターン１０３、補助パターン１０
４を形成する。
【００６３】（５） 残存するレジストを除去する。
【００６４】（６） 補助パターン１０４に位相シフタ
ー１０５を充填する。
【００６５】このようにして作成された位相シフトマス
ク１００は、次のマスク検出部７において、所定の光学
条件に設定されたマスク検出装置により撮像してパター
ンに関する画像データを得る。
【００６６】図２は、マスク検出装置２０の構成を示す
図である。
【００６７】光源部２１から発せられた光は、レンズ２
２、ミラー２３、集光レンズ２４、リレーレンズ２５、
アパーチャ２６、集光レンズ２７からなる第１の光学系
により導かれ、位相シフトマスク１００のマスク面に垂
直に投射される。
【００６８】光源部２１には、単波長λ1 の光を発する
Ｈｇランプなどの光源が使用されている。
【００６９】また、アパーチャ２６は、光束を絞って、
コヒーレンシーがσ1 になるように調整する役目を果た
す。
【００７０】位相シフトマスク１００の主パターン、補
助パターンを透過した光は、第２の光学系を構成する対
物レンズ２８と、集光レンズ２９と、リレーレンズ群３
０と、ポリゴンプリズム３１を経緯して結像し、テレビ
カメラ３２によって検出される。
【００７１】対物レンズ２８は、倍率ｍ1 と開口数Ａ1
を調整するようになっており、テレビカメラ３２には、
波長λ1 の光をよく捕えるものが採用される。
【００７２】今、実際に半導体装置製造の露光工程にお
いて用いられる露光装置の開口数をＡ，倍率をｍ、その
光源の波長をλ、コヒーレンシーをσとすると、上記マ
スク検出装置の開口数Ａ1 、倍率をｍ1 、光源の波長λ
1 、コヒーレンシーσ1 の各値は、 λ1 ＝λ σ1 ＝σ ｍ1 ・Ａ1 ＝ｍ・Ａ の関係になるように設定されている。
【００７３】マスク検出装置２０と露光装置の最小解像
力を、それぞれＲ1 ，Ｒとすると、上述のようにλ1 ＝
λおよびｍ1 ・Ａ1 ＝ｍ・Ａの関係にあるので、 Ｒ1 ＝λ1 ／Ａ1 ＝λ／（ｍ・Ａ／ｍ1 ） ＝λｍ1 ／ｍＡ＝（ｍ1 ／ｍ）・Ｒ の関係が成立する。
【００７４】ウエハの露光装置の倍率ｍは通常１／５倍
に設定されているので、本実施例におけるマスク検出装
置２０の倍率ｍ1 を仮に１００倍とすればＲ1 ＝５００
・Ｒとなり、５００倍のパターンにおけるマスク検出装
置２０の光学的特性は、ウエハの露光装置の特性と全く
同じになる。
【００７５】また、光源の波長およびコヒーレンシーも
露光装置と同じ値を採用しているので、ウエハ露光装置
において生じる位相シフト法の特性を５００倍のパター
ンにおいても同様に生じさせることができる。
【００７６】したがって、位相シフト法による解像力改
善効果なども含めた上で、ウエハ露光装置によってウエ
ハに形成されるパターンの５００倍のパターンの画像デ
ータを得ることができ、拡大されたパターンにより当該
マスクを細部に渡って確実に検査できる。
【００７７】なお、通常ウエハ露光装置におけるλは３
６５ｎｍまたは２４８ｎｍ、σは０．３〜０．６程度に
設定されるので、各種のウエハ露光装置に対応できるよ
うにマスク検出装置２０のλ1 、σ1 、ｍ1 およびＡ1
の値も可変にしておく方が望ましい。
【００７８】また、ｍ1 を１倍に設定しておくと、第１
のパターンデータの大きさに対応する被検査光学像が得
られ、後述するデータ照合部１１で倍率を調整すること
なくそのまま照合することができる。
【００７９】なお、マスク検出装置２０の集光レンズ２
９とリレーレンズ群３０の間には、ハーフミラー３３が
介設され、接眼レンズ３４を介して、目視で画像を確認
できるようになっている。
【００８０】また、テレビカメラ３２の代わりに２次元
のフォトアレイセンサーを用いてもよいし、両者を併用
してもよい。
【００８１】さらに、２値化回路を設け、テレビカメラ
３２で得た画像データを一定の閾値によって２値化する
ようにしておけば、後述するデータ照合部１１での照合
が容易となる。
【００８２】上述のようなマスク検出装置２０によっ
て、位相シフトの作用により図１２（ｂ）に相当する画
像データが得られ、この画像データが画像データ保存部
８に保存される。
【００８３】一方ＥＢデータ作成部９は、パターンデー
タ保存部２から第１のパターンデータ（図１２（ｂ）に
対応するデータ）を読み出して電子ビーム装置用のＥＢ
データに変換し、そのデータをＥＢデータ保存部１０に
保存する。
【００８４】データ照合部１１では、上記ＥＢデータ保
存部１０からＥＢデータを読み出すとともに画像データ
保存部８から上記マスク検出装置２０で検出された位相
シフトマスクの画像データを読み出し、両者のデータを
ＣＲＴに重ねて写し出す。
【００８５】オペレータは必要に応じて、どちらかのデ
ータの倍率を調整して、両者のパターンが重なるように
設定する。
【００８６】これにより、両者のパターンの照合を行な
うが、具体的には、たとえばパターンの画像データを一
定の閾値によって２値化し、この２値化された画像デー
タとＥＢデータの双方のデータ値を同方向に同時に走査
し、各データの“０”と“１”の値を相互に確認するこ
とによって行なう。
【００８７】なお、マスク検査システム２００におい
て、必ずしもＥＢデータ作成部９やＥＢデータ保存部１
０は必要ではなく、パターンデータ保存部２に保存され
た第１のパターンデータを、直接２値画像データに変換
するなどして、要するに第１のパターンデータがデータ
照合部１１におけるＣＲＴなどに表示できるような信号
形態にさえすればよい。
【００８８】データ照合部１１において、第１のパター
ンデータと画像データ保存部８から読み出される画像デ
ータが完全に対応しているときは、位相シフトマスクの
パターンに欠陥がなかったことになり、検査は合格とな
る。
【００８９】しかし、完全に対応せず位相シフトマスク
に欠陥が発見された場合は、主に次の２つの原因を考え
ることができる。
【００９０】第１に、マスク検査システム２００の位相
シフト変換部３におけるデータ変換に誤りがあった場合
であり、第２には位相シフトマスク作成部６における位
相シフトマスク作成工程に欠陥があった場合である。
【００９１】この場合、図３に示すように、マスク検査
システム２００に新たに位相シフトデータ照合部１４を
設けることによって、原因を解明することが可能であ
る。
【００９２】すなわち、位相シフトマスク作成部６にお
いて作成された位相シフトマスクをマスク撮像部１２に
おいて、たとえば図１０に示すような位相シフト法によ
る効果が生じない通常の光源を用いた撮像装置９０によ
って撮像し、当該位相シフトマスクのマスクパターンを
そのまま画像データとして画像デ−タ保存部１３に保存
しておく。
【００９３】位相シフトデータ照合部１４は、この画像
データと、位相シフトＥＢデータ保存部５に保存されて
いる位相シフトマスク用のＥＢデータとを比較照合す
る。
【００９４】双方のデータの照合は、データ照合部１１
におけるのと同様な方法によってなされ、両者が一致し
ておれば、位相シフトマスクは、位相シフトマスク用の
パターンデータ通りに作成されていることになるから、
位相シフト変換部３におけるデータ変換のプログラムに
誤りがあったことが判明する。
【００９５】このようにすることによって位相シフトマ
スクに二重の検査を行なうことになり、より信頼性の高
いマスク検査を実施できる。
【００９６】次に図４に示すマスク検査システム３００
のブロック図により第２のマスク検査方法の別の実施例
を説明する。
【００９７】図中、図１と同じ番号を付したものは、同
じ内容を示すので説明は省略される。
【００９８】第１のマスク検査方法と異なる点は、位相
シフトマスク作成部６において作成された位相シフトマ
スクを直接、マスク検出装置２０で検出するのではな
く、当該位相シフトマスクを半導体装置の製造工程にお
ける露光装置の光学的条件に基づき設定された所定の光
学的条件によって他のマスク材料に転写し、検査用フォ
トマスクを形成する点にある。
【００９９】すなわち、検査用フォトマスク作成部１５
は、実際のウエハの露光工程におけるウエハ露光装置と
同様な条件でマスク材料を露光するマスク露光装置を備
えている。
【０１００】図５は、マスク露光装置４０の構成を示す
図であり、また、図６は、当該マスク露光装置４０のス
リット４５より下方の部分を斜め上方から眺めた斜視図
である。
【０１０１】単波長の光源部４１から発せられた波長λ
2 の光は、フライアイレンズ４２によって平行光線に変
えられ、アパーチャ４３によってコヒーレンシーをσ2
に調整された後、集光レンズ４４によって収束される。
【０１０２】スリット４５は、図６に示すように円弧状
のスリット部４５ａを備えており、露光に最適なように
光束の形状を定める。
【０１０３】この円弧状のスリット部４５ａを透過した
光は、位相シフトマスク１００のマスク面に照射され、
そのパターンを透過した光が台形鏡４６の上面４６ａに
よって方向を変えられて凹面鏡４７に入射し、さらに凸
面鏡４８、凹面鏡４７、台形鏡４６の下面部４６ｂに順
次反射して、マスク材料４９のレジスト面に投射され
る。
【０１０４】このマスク露光装置４０の集光レンズ４４
は開口数がＡ2 であり、また、結像される像は倍率ｍ2
が１倍になるように光路長が設定されている。
【０１０５】また、位相シフトマスク１００とマスク材
料４９は、図示しない駆動手段によって同期して移動さ
せられるので、位相シフトマスク１００によるパターン
がマスク材料４９に１対１で露光されることになる。
【０１０６】今、実際に半導体装置製造の露光工程にお
いて用いられる露光装置の開口数をＡ，倍率をｍ、その
使用光の波長をλ、コヒーレンシーをσとすると、上記
マスク露光装置４０の開口数Ａ2 、倍率をｍ2 、光源の
波長λ2 、コヒーレンシーσ2 の各値は、 λ2 ＝λ σ2 ＝σ ｍ2 ・Ａ2 ＝ｍ・Ａ の関係になるように設定される。
【０１０７】マスク露光装置４０と半導体装置製造の露
光工程において用いられるウエハ露光装置の最小解像力
を、それぞれＲ2 ，Ｒとすると、上述のようにλ2 ＝λ
およびｍ2 ・Ａ2 ＝ｍ・Ａの関係にあるので、 Ｒ2 ＝λ2 ／Ａ2 ＝λ／（ｍ・Ａ／ｍ2 ） ＝λｍ2 ／ｍＡ＝（ｍ2 ／ｍ）・Ｒ ウエハ露光装置の倍率ｍは通常１／５倍に設定されてい
るので、本実施例におけるマスク露光装置４０の倍率ｍ
2 を１倍とすれば、Ｒ2 ＝５・Ｒとなり、５倍のパター
ンにおいてマスク露光装置４０の光学的特性は、ウエハ
露光装置の特性と全く同じになる。
【０１０８】また、使用光の波長およびコヒーレンシー
も露光装置と同じ値を採用しているので、ウエハ露光装
置において生じる位相シフト法の特性を５倍のパターン
においても同様に生じさせることができる。
【０１０９】したがって、位相シフト法による解像力改
善効果なども含めた上での露光装置における５倍のパタ
ーンでマスク材料４９を露光することが可能となるので
欠陥を発見しやすい。
【０１１０】なお、通常ウエハ露光装置におけるλは３
６５ｎｍまたは２４８ｎｍ，σは０．３〜０．６程度に
設定されるので、各種のウエハ露光装置に対応できるよ
うにマスク露光装置４０のλ2 、σ2 、ｍ2 およびＡ2
の値も可変なようにしておく方が望ましい。
【０１１１】この上記マスク露光装置４０により露光さ
れたマスク材料を現像した後、エッチングによりフォト
レジストが除去された部分の遮光膜を除去し、最後にフ
ォトレジストを除去して図１２（ｂ）に対応するパター
ンを有する検査用フォトマスクが形成される。
【０１１２】マスク撮像部１６では、図１０に示すよう
な撮像装置９０で撮像し、形成された検査用フォトマス
クのマスクパターンをそのまま画像データとし、画像デ
ータ保存部８に保存する。
【０１１３】この場合、検査用フォトマスクには主パタ
ーンに対応する通常のパターンのみが形成され補助パタ
ーンおよび位相シフターがないので、特に撮像装置の光
学的条件を限定する必要はない。
【０１１４】データ照合部１１では、上記ＥＢデータ保
存部１０から第１のパターンデータから形成されたＥＢ
データを読み出すとともに、一方の画像データ保存部８
から検査用フォトマスクのマスクパターンの画像データ
を読み出し、両者のデータを照合し、これにより位相シ
フトマスクの欠陥を検査することができる。
【０１１５】上述のような第２のマスク検査方法によれ
ば、第１のマスク検査方法による場合に比べ、設備コス
トを低く押さえることができるという利点がある。
【０１１６】すなわち、図５に示すようなマスク露光装
置４０は、従来の半導体装置製造における露光装置のウ
エハ設置部にマスク材料を設置できるように改良するだ
けでよく、また、マスク撮像部１６における撮像装置も
従来のマスク検査システムのものをそのまま流用でき、
第１のマスク検査方法におけるようにマスク検出装置２
０（図２）を新たに作成する必要はないので、その分だ
けシステムのコストを低く押さえることができる。
【０１１７】また、マスク検査システム３００において
も、位相シフトマスクのマスクパターンを第２のパター
ンデータと照合するように構成できる。
【０１１８】図７にその例を示す。
【０１１９】位相シフトマスク作成部６において作成さ
れた位相シフトマスクをマスク撮像部１２において、位
相シフト法による効果を生じない通常の光源を用いた撮
像装置９０（図１０）によって撮像し、その画像データ
（図１２（ａ）に対応するデータ）を画像デ−タ保存部
１３に保存する。位相シフトデータ照合部１４は、この
画像データと、位相シフトＥＢデータ保存部に保存され
ている位相シフトマスク用のＥＢデータとを比較照合す
る。
【０１２０】これにより、位相シフトマスクが、位相シ
フトマスク用のパターンデータ通りに作成されているか
どうかを確認することができる。
【０１２１】このようにして本実施例におけるマスク検
査方法によれば、位相シフトマスクの作成時における欠
陥のみならず、回路パターンのパターンデータ（第１の
パターンデータ）から位相シフトマスク用のパターンデ
ータ（第２のパターンデータ）へ変換する段階での欠陥
についても確認でき、二重の意味で位相シフトマスクの
検査が可能となる。
【０１２２】また、検査の対象となる位相シフトマスク
の形状は、図１１に示すようなものに限られず、たとえ
ば、図１４に示すようにガラス基板１０１にクロムなど
の金属で遮光膜１０９を形成し、その上部を位相シフタ
ー１１０で覆うようにしたものでもよい。
【０１２３】
【発明の効果】本発明にかかる第１のマスク検査方法に
よれば、位相シフトマスクのパターンデータに基づいて
形成された位相シフトマスクのパターンを、位相シフト
マスク法を利用した実際の半導体製造における露光工程
に基づき設定された所定の光学的条件下で検出するの
で、ウエハなどの半導体基体に転写されるのと同じパタ
ーンの光学像を画像データとして得ることができ、設計
された第１のパターンデータと容易に比較可能であって
位相シフトマスクの欠陥を確実に検査することができ
る。
【０１２４】また、本発明にかかるマスク検出装置は、
位相シフト法を利用した実際の半導体装置製造の露光工
程に用いられる露光装置の光学的条件に基づき設定され
た所定の光学的条件の下で、フォトマスクのパターンを
通過した光を結像させて撮像する透光型の検出装置であ
って、その光源の波長およびコヒーレンシー、ならびに
解像力の条件が当該露光装置と同一に設定されているの
で、得られる画像データは、実際の半導体装置に露光さ
れるパターンと同一なものにすることができ、第１のマ
スク検査方法を実施することができる。
【０１２５】さらに、本発明の第２のマスク検査方法に
おいては、位相シフトマスクのパターンデータに基づい
て形成された位相シフトマスクを実際の半導体製造にお
ける露光工程の光学的条件に基づき設定された所定の光
学的条件下で他のマスク材料に転写してウエハに形成さ
れるパターンと同一のパターンを有する検査用フォトマ
スクを形成し、この検査用フォトマスクを撮像するの
で、実際のウエハに形成されるパターンと同一な画像デ
ータを得ることができ、設計された第１のパターンデー
タと比較することができ位相シフトマスクの検査が可能
となる。
【０１２６】また、上記第１と第２のマスク検査方法に
おいて、位相シフトマスクのパターンを位相シフト法に
よる効果が生じない通常の光源による撮像装置によって
撮像して当該位相シフトマスクのパターンそのままの画
像データを得、この画像データと位相シフトマスク用の
第２のパターンデータと照合すれば、位相シフトマスク
が第２のパターンデータ通り形成されているかどうかを
確認することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１のマスク検査方法を実施す
るためのシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のマスク検査システムの変形例を示すブロ
ック図である。
【図３】マスク検出装置の構成を示す図である。
【図４】本発明にかかる第２のマスク検査方法を実施す
るためのシステムの構成を示すブロック図である。
【図５】検査用フォトマスク作成のためのマスク露光装
置の構成を示す図である。
【図６】図５のマスク露光装置の部分斜視図である。
【図７】図４のマスク検査システムの変形例を示すブロ
ック図である。
【図８】従来のフォトマスクの斜視図である。
【図９】従来のフォトマスクの検査システムのブロック
図である。
【図１０】従来のマスク検査システムにおける撮像装置
の一例を示す図である。
【図１１】位相シフトマスクの全体と縦断面を示す図で
ある。
【図１２】位相シフトマスクのマスクパターンの形状と
回路パターンの形状を示す図である。
【図１３】電子ビーム描画装置の構成を示す図である。
【図１４】位相シフトマスクの別の例を示す図である。
【符号の説明】
１ ＣＡＤ ２ パターンデータ保存部 ３ 位相シフト変換部 ４ 位相シフトＥＢデータ作成部 ５ 位相シフトＥＢデータ保存部 ６ 位相シフトマスク作成部 ７ マスク検出部 ８ 画像データ保存部 ９ ＥＢデータ作成部 １０ ＥＢデータ保存部 １１ データ照合部 １２ マスク撮像部 １３ 画像デ−タ保存部 １４ 位相シフトデータ照合部 １５ 検査用フォトマスク作成部 ２０ マスク検出装置 ２１ 光源部 ２８ 対物レンズ ３２ テレビカメラ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体装置製造の露光工程において用い
    られる位相シフトマスクを検査する方法であって、 （ａ） 与えられた回路パターンに基づいて第１のパタ
    ーンデータを作成する工程と、 （ｂ） 前記第１のパターンデータを、位相シフトマス
    ク作成のための第２のパターンデータに変換する工程
    と、 （ｃ） 前記第２のパターンデータに基づいて位相シフ
    トマスクを作成する工程と、 （ｄ） 前記作成された位相シフトマスクのパターンを
    位相シフト法を利用した前記半導体装置製造における露
    光工程に基づき設定された所定の光学的条件のもとで検
    出し画像データを得る工程と、 （ｅ） 前記画像データと前記第１のパターンデータと
    を照合する工程と、を備え、 前記工程（ｄ）における前記位相シフトマスクのパター
    ン検出は、マスク検出装置を用いて実行されるものであ
    って、 （ｄ−１） 光源より単波長の光を出射し、 （ｄ−２） 前記光源からの光を、第１光学系を用い
    て、前記位相シフトマスクのマスク面上に導き、 （ｄ−３） 前記位相シフトマスクを透過した前記光の
    光学像を第２光学系を用いて形成し、 （ｄ−４） 撮像手段を用いて前記位相シフトマスクの
    前記光学像を撮像して画像データを得ると共に、 （ｄ−５） 前記マスク検出装置の開口数及び倍率をそ
    れぞれＡ1及びｍ1として表わし、前記光源から出射され
    る前記光の波長及びコヒーレンシーをそれぞれλ1及び
    σ1として表わし、他方、前記半導体装置の製造工程で
    使用される露光装置の開口数及び倍率をそれぞれＡ及び
    ｍとして表わし、前記露光装置で使用される光の波長及
    びコヒーレンシーをそれぞれλ及びσとして表わすもの
    としたときに、 の関係式を満足するように前記マスク検出装置を設定す
    る工程を備えており、前記マスク検出装置及び前記半導
    体装置の製造工程で使用される露光装置の最小解像力を
    それぞれＲ１及びＲとして表わすものとして、 Ｒ1＝（ｍ1／ｍ）・Ｒ の関係式に基づいて拡大されたパターンを検査すること
    を特徴とする、 マスク検査方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載のマスク検査方法におい
    て、 （ｆ） 前記位相シフトマスクの前記パターンを、位相
    シフトを生成しない別の撮像手段によって撮像して別の
    画像データを得る工程と、 （ｇ） 前記第２パターンデータと前記別の画像データ
    とを照合する工程とを、 更に備えたことを特徴とする、 マスク検査方法。
  3. 【請求項３】 最小解像力Ｒ1を有するマスク検出装置
    であって、 単波長の光を出射する光源部と、 前記光源部から出射された光を位相シフトマスクのマス
    ク面に導く第１の光学系と、 前記位相シフトマスクを透過した光を結像させる第２の
    光学系と、 前記結像された位相シフトマスクの光学像を撮像して画
    像データを得る撮像手段と、 を備え、 その開口数をＡ1 、倍率をｍ1 、前記光源部から出射さ
    れる前記光の波長およびコヒーレンシーをそれぞれλ1
    、σ1 とし、 実際に前記位相シフトマスクを用いて半導体装置製造の
    露光工程で使用される、最小解像力Ｒを有する露光装置
    の開口数及び倍率をそれぞれＡ及びｍとし、使 用光の波
    長およびコヒーレンシーをそれぞれλ、σとしたとき
    に、 の関係式を満足するように設定されることにより、Ｒ1
    ＝（ｍ1／ｍ）・Ｒの関係式に基づいて拡大されたパタ
    ーンを検出することを特徴とする、マスク検出装置。
  4. 【請求項４】 半導体装置製造プロセスの露光工程にお
    いて用いられる位相シフトマスクを検査する方法であっ
    て、 （ａ） 与えられた回路パターンに基づいて第１パター
    ンデータを作成する工程と、 （ｂ） 前記第１パターンデータを、位相シフトマスク
    作成のための第２パターンデータに変換する工程と、 （ｃ） 前記第２パターンデータに基づいて前記位相シ
    フトマスクを形成する工程と、 （ｄ） 前記位相シフトマスクを、位相シフト法を利用
    した前記露光工程に基づき設定された所定の光学的条件
    のもとでマスク材料に転写して、検査用フォトマスクを
    形成する工程と、 （ｅ） 前記検査用フォトマスクのパターンを撮像して
    画像データを得る工程と、 （ｆ） 前記画像データと前記第１パターンデータとを
    照合する工程と、 を備え、 前記工程（ｄ）における前記位相シフトマスクの転写工
    程は、マスク露光装置を用いて実行されるものであり、 （ｄ−１） 光源から単波長の光を出射し、 （ｄ−２） 前記光源からの前記光を、第１光学系を用
    いて、前記位相シフトマスクのマスク面上に導き、 （ｄ−３） 前記位相シフトマスクを透過した光を、第
    ２光学系を用いて、前 記マスク材料のレジスト面上に集
    光させ、 （ｄ−４） 次の関係式、即ち、 を満足するように前記マスク露光装置を設定する工程を
    備えており、ここで、Ａ2及びｍ2はそれぞれ前記マスク
    露光装置の開口数及び倍率を表わしており、λ2及びσ2
    はそれぞれ前記光源から出射された前記光の波長及びコ
    ヒーレンスを表わしており、他方、Ａ及びｍはそれぞれ
    前記半導体装置製造プロセスで用いられる前記露光装置
    の開口数及び倍率を表わしており、λ及びσはそれぞれ
    前記露光装置で使用される光の波長及びコヒーレンスを
    表わしており、 Ｒ2及びＲをそれぞれ前記マスク露光装置及び前記半導
    体装置製造プロセスで使用される前記露光装置の最小解
    像力を表わすものとして、 Ｒ2＝（ｍ2／ｍ）・Ｒの関係式に基づき、拡大されたパ
    ターンを検査する ことを特徴とする、 マスク検査方法。
  5. 【請求項５】 請求項４記載のマスク検査方法におい
    て、 （ｇ） 前記位相シフトマスクの前記パターンを、位相
    シフトを作成しない撮像手段によって撮像して、別の画
    像データを得る工程と、 （ｈ） 前記別の画像データと前記第２パターンデータ
    とを照合する工程とを、更に備えたことを特徴とする、
    マスク検査方法。
  6. 【請求項６】 請求項１，２，４，５のいずれかに記載
    のマスク検査方法において、 前記マスク検出装置の倍率は１に設定されていることを
    特徴とする、 マスク検査方法。
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