JP3247306B2 - フォトマスクのパターンの微小欠陥検査方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフォトマスクのパタ
ーンの微小欠陥検査方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】フォトマスク１は半導体集積回路の製作
の際に使用される。このフォトマスク１は図１に示すよ
うに透明基板２を有する。透明基板２上には、例えば、
約１０×２０ｍｍのチップ３が２個形成されている。こ
のチップ３には回路パターン４が高密度に形成されてい
る。この回路パターン４はクロムＣｒ等の遮光膜からな
る。その回路パターン４の幅は例えば１μｍ〜３μｍで
ある。

【０００３】図２に拡大して示すように、その回路パタ
ーン４の一部に、ピンホール５及び突起８等の欠陥、断
線６及び欠け７等の傷、又は異物が存在する場合があ
る。このようなフォトマスク１を用いて露光を行うと、
所望の回路パターン４とは異なる回路パターンが半導体
基板（ウエーハ）に形成される。すなわち、パターン欠
陥を有する半導体集積回路が作成される。このため、作
成されたフォトマスク１に欠陥があるかないかを予め検
査している。

【０００４】このフォトマスク１のパターンの欠陥検査
方法には各種の方法がある。

【０００５】代表的には、隣接パターン比較法と設計デ
ータ比較法とが知られている。

【０００６】隣接パターン比較法 この方法は、隣接する２個のチップ３を比較し、不一致
部分を発見したときに欠陥が存在すると判定するもので
ある。これは、隣接する２個のチップ３内の同一回路パ
ターン箇所には同一欠陥が存在する確率は極めて小さい
という仮定を前提としている。

【０００７】設計データ比較法 この方法は、欠陥検査装置により回路パターンを観察
し、観察箇所とその観察箇所に対応する設計データとを
比較するものである。

【０００８】これらの欠陥検査方法は目的、用途に応じ
て使い分けられている。

【０００９】図３はそのフォトマスク１のパターン欠陥
検査装置の一例を示している。このパターン欠陥検査装
置は、ＣＰＵ１０、磁気ディスク装置１１、磁気テープ
装置１２、フロッピーディスクドライブ装置１３、コン
ソールＣＲＴ１４、パターンモニタ１５、磁気カード装
置１６、ミニプリンタ１７、ＲＳ−２３２Ｃアダプタ１
８等の情報処理系、オートローダ制御回路１９、テーブ
ル制御回路２０、ＸモータＭ１、ＹモータＭ２、θモー
タＭ３、オートフォーカス制御回路２１、ピエゾ素子２
１ａ、位置回路２２、レーザー測長システム等の制御回
路２２´、ビット展開回路２３、データ比較回路２４等
のパターン比較検査回路、各種のフォトマスク１を保管
したオートローダ２５、照明光源２６、照明野絞り２
７、集光レンズ２８、ＸＹテーブル２９、対物レンズ３
０、フォトダイオードアレイ３１、センサ回路３２等の
検出光学系、反射ミラー３３、３４、接眼レンズ３５等
の観察スコープからなる（Mask Defect Inspection Met
hod by Database Comparisonwith 0.25〜0.35μm Sensi
tivity, Jpn. J.Appl.Phys.Vol 33(1994)7156.の文献参
照）。フォトダイオードアレイ３１によって、図４
（ａ）に示すように、フォトマスク１の約３００μｍの
幅が観測されている。このフォトダイオードアレイ３１
は回路パターン像の結像箇所に配置されている。フォト
マスク１はＸＹテーブル２９に載置され、照明光源２６
によって照明される。

【００１０】ＸＹテーブル２９は図４（ｂ）に示すよう
に所定ピッチｐ毎に矢印Ａ１方向に送られる。そして、
ＸＹテーブル２９は矢印Ａ１方向の測定が終了すると矢
印Ａ２方向に幅Ｗだけ送られた後、矢印Ａ３方向に所定
ピッチｐ毎に送られる。同様の手順で、ＸＹテーブル２
９は順次Ａ４、Ａ５…方向に送られて、フォトマスク１
の全領域が検査される。

【００１１】オートフォーカス制御回路２１は、対物レ
ンズ３０とフォトダイオードアレイ３１との距離が一定
に保たれるようにその光軸方向に対物レンズ３０をオー
トフォーカス駆動する。これにより、正確な測定データ
を得ることができる。なお、θモータＭ３はフォトマス
ク１とフォトダイオードアレイ３１との平行性が保たれ
るようにＸＹテーブル２９を制御する。

【００１２】磁気ディスク装置１１には回路パターンと
しての図形データが予め記憶されている。フォトマスク
１の回路パターン４は対物レンズ３０によりフォトダイ
オードアレイ３１に拡大投影される。フォトダイオード
アレイ３１には回路パターン像が形成される。フォトダ
イオードアレイ３１はその回路パターン像を光電変換し
て、センサ回路３２に測定データとして出力する。その
測定データはＡ／Ｄ変換されて、データ比較回路２４の
第１入力端子に入力される。

【００１３】一方、図形データが位置回路２２の検出出
力に応じてビット展開回路２３に送信される。ビット展
開回路２３は図形データを２値化し、データ比較回路２
４の第２入力端子に送信する。データ比較回路２４の第
３入力端子には位置回路２２の出力が入力される。デー
タ比較回路２４は２値のビットパターンデータを適当な
フィルタによって処理する。これにより、２値のビット
パターンデータが多値化される。

【００１４】２値のビットパターンデータをフィルタに
よって処理するわけは、測定データは対物レンズ３０の
解像特性、フォトダイオードアレイ３１のアパーチャ効
果によってフィルターがかかった状態となっているから
である。

【００１５】データ比較回路２４は観察箇所とパターン
設計データの対応する箇所のデータとを所定のアルゴリ
ズムに従って比較する。これにより、設計データと測定
データとの不一致箇所が欠陥と判定される。この種のパ
ターン比較欠陥検査では、微細な欠陥検出を行うため、
検査手段の光学系の解像度の向上、比較を行うためのア
ルゴリズムの改良、測定信号の処理の改良等が行われて
いる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、パター
ン欠陥の種類によってその欠陥の検出感度が大きく異な
る。図２に示すように、回路パターン４のパターン欠陥
がピンホール５である場合、特にその検出が難しく、
０．３５μｍ以下のピンホール欠陥はほとんど検出でき
ない。

【００１７】近時、フォトマスク１として図５に示す従
来の振幅型のものの代わりに図６に示す位相シフト型の
ものが採用されつつある。振幅型のフォトマスク１の場
合、照明光Ｐ１は図５（ａ）に示すようにクロムＣｒか
らなる遮光部３６により完全に遮光される。透過部３７
のみを通過した照明光Ｐ１がフォトダイオードアレイ３
１に導かれる。フォトダイオードアレイ３１には光の振
幅強度によって回路パターン像が形成される。図５
（ｂ）は結像箇所３８における回路パターン像の光強度
分布を示している。その図５（ｂ）において、３６´は
遮光部３６に対応する遮光像箇所、３７´は透過部３７
に対応する透過像箇所、３９はその結像箇所３８におけ
る回路パターン像の光強度分布を示す。

【００１８】この従来の振幅型のフォトマスク１の場
合、回路パターン４の微小欠陥検出の感度を増大させる
ために、フォトダイオードアレイ３１上に結像されるフ
ォトマスク１の回路パターン像の光の振幅強度を極力大
きくするようにしている。すなわち、解像力を増大させ
るために、フォトマスク１の照明光Ｐ１の波長λが短波
長とされ、かつ、対物レンズ３０の開口数ＮＡが大きく
されている。これは、像の光学強度は、照明条件が一定
であれば、λ／ＮＡの値が小さいほど大きいという光学
理論に基づいている。

【００１９】回路パターン欠陥がないと判断されたフォ
トマスク１は露光装置にセットされる。そして、この露
光装置の照明光Ｐ１によりウエハ上に回路パターン４の
像が形成される。その露光装置には、開口数ＮＡが大き
い対物レンズが用いられる。しかし、以下に説明する理
由から、λ／ＮＡの値は所定値以上に小さくできない。

【００２０】ウエハ上には感光剤としてレジストが塗布
されている。このレジストの膜厚は露光後の下地のエッ
チングを考慮して１μｍ以上である。このレジストをそ
の膜厚方向に関して、像の輪郭を鮮明に保ちつつ露光す
るためには、１μｍ以上の焦点深度が必要である。

【００２１】しかし、焦点深度と波長λと開口数ＮＡと
の間には、焦点深度はλ／（ＮＡ）²に比例して浅くな
るという関係式がある。特に、開口数ＮＡは焦点深度に
対して２乗で寄与する。焦点深度は０．６μｍ前後が限
界である。従って、従来の露光方法では、回路パターン
像の解像度の向上を図るのに限界がある。

【００２２】このようなわけで、図６に示す位相シフト
フォトマスク４０（ハーフトーンフォトマスク）が用い
られ、従来の露光装置を用いて、従来以上の解像力を得
る工夫が採用されつつある。

【００２３】この位相シフトフォトマスク４０の構造を
以下に説明する。

【００２４】図６（ａ）に示すように、ガラス基板２上
に透過部４１の屈折率よりも高い屈折率物質からなる遮
光部４２が形成されている。この遮光部４２は照明光Ｐ
１の一部を透過させる。この遮光部４２を透過した照明
光Ｐ１の位相は透過部４１を透過した照明光Ｐ１に対し
て遅延されている。

【００２５】透過部４１を透過した照明光Ｐ１と遮光部
４２を透過した照明光Ｐ１とには位相差があるので、干
渉が生じる。従って、結像箇所３８上での回路パターン
像は単なる光の振幅強度のみでなく、位相差に基づく干
渉作用により形成される。

【００２６】図６（ｂ）は結像箇所３８における回路パ
ターン像の光強度分布を示している。その図６（ｂ）に
おいて、４１´は透過部４１に対応する透過像箇所、４
２´は遮光部４２に対応する遮光像箇所、４３はその結
像箇所３８における回路パターン像の光強度分布であ
る。

【００２７】このフォトマスク４０によれば、その光強
度の分布４３の極小値δを、フォトマスク１の光強度の
分布３９の極小値δ´に較べて小さくできる。従って、
照明光Ｐ１の波長λ以下の回路パターン像のコントラス
トの向上を期待でき、回路パターン像の輪郭が強調され
る。ウエハに塗布されるレジストは、コントラストを強
調する性質があるので、この効果は更に助長される。

【００２８】しかしながら、この位相シフトフォトマス
ク４０の場合、遮光部４２を一部の光が透過する。従っ
て、露光波長と同一波長の検査光を用いて検査を行った
場合、０．３５μｍ以下のピンホール等のパターン欠陥
の検出が更に一層困難である。

【００２９】本発明の目的は、０．３５μｍ以下のピン
ホール等の微小欠陥を確実に検査できるフォトマスクの
パターンの微小欠陥検査方法及びその検査装置を提供す
ることにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のフォト
マスクのパターンの微小欠陥検査方法は、露光用の照明
光により結像箇所に投影されるパターンが、透明基板上
に形成された透過部と該透過部を透過する照明光の位相
に対して位相を遅延させて一部の照明光を透過させる遮
光部とから形成されたフォトマスクパターンの微小欠陥
検査方法であって、検査光の波長における遮光部の透過
率Ｔが、信号検出限界Ｔｈｒに対して以下に記載する関
係式を満たす露光用の波長とは異なる波長の検査光で照
明することにより得られた信号に基づき欠陥を検出する
ことを特徴とする。

【００３１】Ｔ≧（Ｔｈｒ−０．０１）^1/1.8 ここで、信号検出限界Ｔｈｒは、透過部を透過する検査
光による信号レベルが１であるとして求められている。

【００３２】本発明によれば、検査の際に、フォトマス
クは露光波長と異なる波長、特にそれよりも長い波長の
照明光により照明される。遮光部を透過する照明光の位
相は透過部を透過する照明光の位相に対して遅延され
る。このように、露光波長よりも長い波長の照明光を用
いて検査を行うと、パターンに微小欠陥が存在する場合
にその光強度分布を大きく変化させることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】位相シフトフォトマスク４０は、
一般に照明光Ｐ１の波長を露光波長λとしたときに、遮
光部４２における光波の透過率が１〜４％で、かつ、遮
光部４２を透過した照明光Ｐ１の位相が透過部４１を透
過した照明光Ｐ１の位相に対してπだけ遅れるように製
作される。この位相シフトフォトマスク４０の回路パタ
ーンの欠陥を図３に示すパターン欠陥検査装置を用いて
検査する場合について考える。

【００３４】位相シフトフォトマスク４０の回路パター
ンの最小寸法は、検出光学系の解像限界に較べて大き
い。フォトダイオードアレイ３１に投影される回路パタ
ーン像は、回路パターンの形状を保っている。これに対
して、異物、傷等のパターン欠陥は、パターンの寸法に
較べてはるかに大きいものから小さいものまで存在す
る。大きいパターン欠陥は、フォトダイオードアレイ３
１にパターン欠陥に対応した形状を保ったまま投影され
る。

【００３５】従って、光強度分布４４（像）はその大き
いパターン欠陥に対応した形を示す（図７参照）。小さ
いパターン欠陥に基づく像は、解像限界以下となると、
パターン欠陥に対応した形状が保たれない。すなわち、
小さいパターン欠陥に基づく像は、検出光学系の解像力
によって定まる点状の像となる。図７において、４５は
その解像限界以下のパターン欠陥による光強度分布を示
している。大きなパターン欠陥は、従来のパターン欠陥
検査で十分容易に検出可能であるので、ここでは、我々
は考察しない。我々は、小さなパターン欠陥について考
察する。

【００３６】フォトダイオードアレイ３１に到達する光
強度４６はパターン欠陥の大きさが変化するに伴って図
８に示すように変化する。原理的には、フォトダイオー
ドアレイ３１のノイズをＮ、フォトダイオードアレイ３
１に到達した光の光電変換信号をＳとすると、Ｓ／Ｎ＝
１以上の光強度がフォトダイオードアレイ３１に到達し
たときにパターン欠陥を識別できる。Ｓ／Ｎ＝１に相当
する光強度が得られるパターン欠陥の大きさが検出可能
なパターン欠陥の最小寸法Ｑである。

【００３７】ところで、遮光部４２を構成する高屈折率
物質（例えば、シリコンナイトライドＳｉＮ、モリブデ
ンシリサイトＭｏＳｉ、シリコンカーバイドＳｉＣ）
は、照明光Ｐ１の波長を変化させると、屈折率と透過率
とが変化する。露光波長λよりも長い検査波長λ０を適
当に選択すると、照明光Ｐ１の検査波長λ０における遮
光部４２の透過率を露光波長λにおける遮光部４２の透
過率よりも大きくすることができる。例えば、照明光Ｐ
１の検査波長λ０における遮光部４２の透過率を５０
％、透過部４１を透過した照明光Ｐ１と遮光部４２を透
過した照明光Ｐ１との位相差をπとする。そして、図９
（ａ）から図９（ｈ）に示すようにピンホール欠陥５の
大きさを順次に変化させると、その光強度分布４７が変
化する。この図９において、４８は主として遮光部４２
を透過した照明光Ｐ１により得られる光強度（フォトダ
イオードアレイ３１で光電変換した場合にはベース出力
という）、４９は主としてピンホール欠陥５を透過した
照明光Ｐ１により得られる光強度、５０は遮光部４２を
透過した照明光Ｐ１とピンホール５を透過した照明光Ｐ
１との干渉作用により得られる光強度と考えられる。

【００３８】ここで、図１０に示すように、遮光部４２
を透過した照明光Ｐ１に基づくベース出力をＢｓ、この
ベース出力Ｂｓよりも大きな検出出力の最大値をＳｂ、
このベース出力Ｂｓよりも小さな検出出力の最小値をＳ
ｓとする。図９（ａ）〜（ｈ）に示す光強度分布４７に
基いて、検査波長λ０における検出出力最大値Ｓｂとベ
ース出力Ｂｓとの差分の絶対値｜Ｓｂ−Ｂｓ｜、検査波
長λ０における検出出力最小値Ｓｓとベース出力Ｂｓと
の差分の絶対値｜Ｓｓ−Ｂｓ｜を計算する。また、同様
に露光波長λにおける検出出力最大値Ｓｂとベース出力
Ｂｓとの差分の絶対値｜Ｓｂ−Ｂｓ｜´と、露光波長λ
における検出出力の最小値Ｓｓとベース出力との差分の
絶対値｜Ｓｓ−Ｂｓ｜´とを計算する。この計算結果を
グラフにプロットすると、図１１に示すグラフが得られ
る。この図１１において、実線は検出出力最大値Ｓｂと
ベース出力Ｂｓとの差分の絶対値｜Ｓｂ−Ｂｓ｜を示し
ている。また、一点鎖線は検出出力最小値Ｓｓとベース
出力Ｂｓとの差分の絶対値｜Ｓｓ−Ｂｓ｜を示してい
る。

【００３９】図１１において、露光波長λにおける検出
出力の最大値Ｓｂとベース出力Ｂｓとの差分の絶対値｜
Ｓｂ−Ｂｓ｜´及び露光波長λにおける検出出力の最小
値Ｓｓとベース出力Ｂｓとの差分の絶対値｜Ｓｓ−Ｂｓ
｜´を破線で示す。

【００４０】検査波長λ０における差分の絶対値｜Ｓｂ
−Ｂｓ｜は、露光波長λにおける差分の絶対値｜Ｓｂ−
Ｂｓ｜´よりもピンホール５の大きさが小さな範囲では
充分大きな信号レベルとして得られる。ここで、仮に信
号検出限界Ｔｈｒを図１１に示すように、測定対象範囲
における検査波長λ０における差分の絶対値｜Ｓｂ−Ｂ
ｓ｜と露光波長λにおける差分の絶対値｜Ｓｂ−Ｂｓ｜
´との間に設定する。

【００４１】すると、露光波長λにおける出力の差｜Ｓ
ｂ−Ｂｓ｜´と信号検出限界Ｔｈｒとの交点から定まる
ピンホールの大きさが露光波長λにおいて検出され得る
ピンホール５の最小寸法Ｑとなる。露光波長λよりも長
い波長λ０の照明光Ｐ１を検出光として用いた場合、検
出出力Ｓｓとベース出力Ｂｓとの差分の絶対値｜Ｓｓ−
Ｂｓ｜と信号検出限界Ｔｈｒとの交点から定まるピンホ
ールの大きさが検出可能なピンホール５の最小寸法Ｑ´
となり、これが露光波長λにおける最小寸法Ｑより更に
一層小さくできる。

【００４２】従って、比較すべき設計データを予めパタ
ーン欠陥検査に用いる照明光Ｐ１の波長λ０における遮
光部４２の透過率、位相差を考慮して出力の差のデータ
の形態に変換する。そして、データ比較回路２４が検出
出力の出力の差と出力の差のデータとを比較することに
より、微小なパターン欠陥を検出できる。

【００４３】次に、パターン欠陥検査に用いる照明光Ｐ
１の波長λ０における遮光部４２の透過率と位相差との
関係を更に詳細に検討する。

【００４４】図１２は位相差を０．３πから１．７πま
で変化させたときの出力の差｜Ｓｂ−Ｂｓ｜、｜Ｓｓ−
Ｂｓ｜とパターン欠陥の大きさの関係を示すグラフであ
る。ただし、照明光Ｐ１の波長λ０における遮光部４２
の透過率は５０％である。この図１２から明らかなよう
に、出力の差は位相差πを中心にして対称である（例え
ば、０．３πと１．７πとの出力の差は同じ値であ
る）。また、出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜は位相差πのとき
に最大である。従って、遮光部４２を透過した照明光Ｐ
１の位相と透過部４１を透過した照明光Ｐ１の位相との
位相差をπとすると、微小なパターン欠陥の検出の確率
を上げることができる。

【００４５】次に、図１３から図１９に示すように照明
光Ｐ１の波長λ０における遮光部４２の透過率を１０％
から７０％まで変化させ、位相差０．３π、０．５π、
０．７π、０．９πについて出力の差をプロットしてグ
ラフ化してみた。これらのグラフから明らかなように、
透過率が高いほどかつ位相差がπに近くなるほど出力の
差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜の値が大きくなる一方、出力の差｜Ｓ
ｂ−Ｂｓ｜が小さくなる傾向にある。

【００４６】このように、透過率及び位相差によってそ
の出力の差が変化すると、図２０に示すように、遮光部
４２の透過率と位相差との選定如何によって、出力の差
｜Ｓｓ−Ｂｓ｜の値が微小欠陥パターンの大きい側で信
号検出限界Ｔｈｒ以下となることがある。従って、この
場合、αからβまでの領域の微小欠陥パターンが検出で
きない。ただし、遮光部４２の透過率を十分大きくした
場合、図２１に示すように出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜の値
を信号検出限界Ｔｈｒ以上にすることができる。この場
合、出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜のみを用いて、微小欠陥パ
ターンの検出を行うことができる。図２２に示すよう
に、遮光部４２の透過率が小さく、出力の差｜Ｓｓ−Ｂ
ｓ｜が信号検出限界Ｔｈｒと略一致するときには、出力
の差｜Ｓｂ−Ｂｓ｜と出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜とを併用
してピンホール欠陥を検出する。

【００４７】図２３のグラフは、位相差πのとき、信号
検出限界Ｔｈｒと同レベルの出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜が
得られる遮光部の透過率Ｔの最小値と信号検出限界Ｔｈ
ｒとの関係を示している。このグラフに示された曲線は
下記の数式に従っている。

【００４８】Ｔ＝（Ｔｈｒ−０．０１）^1/1.8 従って、露光波長とは異なる波長を有する検査光でパタ
ーンを照明することによって得られた信号に基づいてパ
ターン内の微小欠陥を検出することが可能である。

【００４９】検査光は公式Ｔ≧（Ｔｈｒ−０．０１）
^1/1.8を満足させる。

【００５０】ここで、Ｔは検査波長を有する検査光に関
する遮光部の透過率である。また、光透過部を通過した
検出光の信号レベルが１であるという条件のもとで、Ｔ
ｈｒは検査回路の信号検出限界である。

【００５１】尚、この図２３では、０．３よりも大きい
信号検出限界Ｔｈｒについては曲線が描かれていない。
この透過率未満のときには、出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜は
信号検出限界Ｔｈｒを越えない。

【００５２】次に、位相差について、透過率Ｔを１０％
から１００％変化させたときの出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜
の最小値を位相差毎に計算した。表１にはその計算値が
まとめて記載されている。

【００５３】なお、その計算値は、フォトマスク４０が
ない場合にフォトダイオードアレイ３１に到達する光強
度が１であるとして計算した。

【００５４】

【表１】 この表１に基づき信号検出限界Ｔｈｒの等値線Ｑ１〜Ｑ
５が図２４に示すように求められる。この図２４におい
ては、信号検出限界Ｔｈｒの数値が０．０３、０．０
５、０．１、０．２、０．３のときの等値線Ｑ１〜Ｑ５
が描かれている。この各等値線Ｑ１〜Ｑ５の右側の領域
で出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜が検出できる。

【００５５】図２４に示す縦軸φの数値をｓｉｎ（φ／
２）に変換して、等値線Ｑ１〜Ｑ３、Ｑ５を表現し直し
たグラフが図２５である。位相差φをｓｉｎ形式で変換
した透過率Ｔとは、一次関係式となる。

【００５６】この表１から、位相差φとして以下の関係
式を満たすように波長を選択する。

【００５７】Ｔｈｒ＝０．０３かつＴ＝２５（％）未満
のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．１７−１．４Ｔ Ｔｈｒ＝０．０３かつＴ≧２５（％）のとき ｓｉｎ（φ／２）＝１．０−０．７５Ｔ Ｔｈｒ＝０．０５かつＴ＝３０（％）未満のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．２−１．２５Ｔ Ｔｈｒ＝０．０５かつＴ≧３０（％）のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．０６−０．７７Ｔ Ｔｈｒ＝０．１のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．１９−０．８１Ｔ Ｔｈｒ＝０．３のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．４０−０．７２Ｔ となる関係式を解いた時の位相差をφｍとしたとき、位
相差φは（２ｎπ＋φm）以上でかつ（２（ｎ＋１）π
−φｍ）以下の範囲内に存在し、ｎは０を含む正の整数
であり、検出限界Ｔｈｒがこれらの数値の中間値である
場合には、それらの透過率において内挿して得られる位
相差をφｍとしたとき、位相差φは（２ｎπ＋φm）以
上でかつ（２（ｎ＋１）π−φｍ）以下の範囲内に存在
し、ｎは０を含む正の整数である。

【００５８】以上述べたように、位相シフトフォトマス
ク４０の回路パターンの微小欠陥検査では、露光波長よ
りも長い波長の検査光を用いて回路パターンの微小欠陥
を検査する。このようにすれば、０．３５μｍ以下のピ
ンホール欠陥の検出を確実に行うことができる。フォト
マスク４０は露光波長λよりも長い波長領域で透過率が
増大する物質で構成するのが望ましい。

【００５９】例えば、露光波長λとして、超高圧水銀ラ
ンプのｉ線（波長３６５ｎｍ）を使用するフォトマスク
４０の場合には、可視光線を用いて回路パターンの微小
欠陥検査を行うのが望ましい。また、露光波長として、
ＫｒＦエキシマレーザー（波長２４９ｎｍ）を使用する
フォトマスク４０の場合には超高圧水銀ランプのｉ線
（波長３６５ｎｍ）を使用し、このｉ線の波長域におい
て図２３に示す関係を満たす物質を使用して遮光部４２
を構成するのが望ましい。更に、露光波長として、Ａｒ
Ｆエキシマレーザー（波長１９３ｎｍ）を使用するフォ
トマスク４０の場合には、ＫｒＦエキシマレーザー（波
長２４９ｎｍ）を使用し、このＫｒＦエキシマレーザー
の波長域において図２３に示す関係を満たす物質を使用
して遮光部４２を構成するのが望ましい。

【００６０】本発明は、以上説明したように構成したの
で、位相シフトフォトマスクにおける回路パターンの微
小欠陥、すなわち、０．３５μｍ以下のピンホール欠陥
を確実に検出できる。

【００６１】このフォトマスクの微小欠陥検査方法によ
れば、検査光の波長λ０として超高圧水銀ランプのｉ線
（波長３６５ｎｍ）を使用することにすれば、光学材料
の観点から色収差の補正、高ＮＡ化に対応できるパター
ン欠陥検査装置が開発可能である。

【００６２】上記実施例では、差分の絶対値｜Ｓｓ−Ｂ
ｓ｜を用いて、パターン欠陥検査を行うこととして説明
した。しかし、本発明はこれに限られるものではない。

【００６３】例えば、フォトダイオードアレイ３１の出
力を微分処理し、その微分結果に基づいてパターン欠陥
検査を行うことができる。この場合、フォトダイオード
アレイ３１のｎ番目の位置の微分値Δｎは次のようにし
て求める。

【００６４】 微分値Δｎ＝（Ｓ（n+1）−Ｓ（n-1））／ｄ ここで、Ｓ（n+1）は第ｎ＋１番目の出力を示し、Ｓ（n
-1）は第ｎ−１番目の出力を示す。ｄは各絵素間のピッ
チに相当する。すなわち、その絵素の前後の出力値の差
に基づいて、その中間位置での微分値を求めている。

【００６５】微分値を求める方法は、これに限らず別の
方法を採用することもできる。

【００６６】また、パターン欠陥検査方法として、隣接
パターン比較法を採用した場合には、検査対象の回路パ
ターンから得られた信号とこれに隣接する回路パターン
から得られた信号とを比較することにより行うことがで
きる。

【００６７】更に、パターン欠陥検査方法として、設計
データ比較法を採用した場合には、露光波長と異なる波
長の検査光で理想的な回路パターンを照明したときに得
られる基準信号を形成して、これを予め記憶させ、この
基準信号と検査対象の回路パターンから得られた検出信
号とを比較することにより行うこともできる。

【００６８】

【発明の効果】本発明に係わるフォトマスク微小欠陥検
査方法及びその装置は、以上説明したように構成したの
で、０．３５μｍ以下のピンホール欠陥を確実に検出で
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 フォトマスクの一例を示す部分断面図であ
る。

【図２】 フォトマスクに形成されたチップ内の回路パ
ターンの欠陥の一例を示す部分拡大図である。

【図３】 フォトマスクのパターンの欠陥検査装置の一
例を示す説明図である。

【図４】 図３に示すフォトダイオードアレイとフォト
マスクとの対応関係を説明するための説明図であって、
（ａ）はフォトダイオードアレイの平面図、（ｂ）はフ
ォトマスクを載置したＸＹテーブルの斜視図である。

【図５】 振幅型フォトマスクの一例を示す図であっ
て、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその結像箇所におけ
る光強度分布である。

【図６】 位相シフト型フォトマスクの一例を示す図で
あって、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその結像箇所に
おける光強度分布である。

【図７】 パターン欠陥の大小による光強度分布の相違
を説明するためのグラフである。

【図８】 パターン欠陥の大きさを変化させたときの光
強度の変化を示すグラフである。

【図９】 露光波長よりも長い波長の照明光を検査光と
して用い、パターン欠陥の大きさを変化させたときの光
強度分布の変化を示す図である。

【図１０】 出力の差を説明するためのグラフである。

【図１１】 出力の差と検出限界との関係を説明するた
めのグラフである。

【図１２】 遮光部の透過率が５０％のとき、パターン
欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグラフである。

【図１３】 遮光部の透過率が１０％のとき、位相差を
０．３πから０．９πまで０．２πずつ変化させた場合
の、パターン欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグ
ラフである。

【図１４】 遮光部の透過率が２０％のとき、位相差を
０．３πから０．９πまで０．２πずつ変化させた場合
の、パターン欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグ
ラフである。

【図１５】 遮光部の透過率が３０％のとき、位相差を
０．３πから０．９πまで０．２πずつ変化させた場合
の、パターン欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグ
ラフである。

【図１６】 遮光部の透過率が４０％のとき、位相差を
０．３πから０．９πまで０．２πずつ変化させた場合
のパターン欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグラ
フである。

【図１７】 遮光部の透過率が５０％のとき、位相差を
０．３πから０．９πまで０．２πずつ変化させた場合
の、パターン欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグ
ラフである。

【図１８】 遮光部の透過率が６０％のとき、位相差を
０．３πから０．９πまで０．２πずつ変化させた場合
のパターン欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグラ
フである。

【図１９】 遮光部の透過率が７０％のとき、位相差を
０．３πから０．９πまで０．２πずつ変化させた場合
の、パターン欠陥の大きさと出力の差との関係を示すグ
ラフである。

【図２０】 出力の差によりパターン欠陥の検出を行う
場合の良否を説明するためのグラフである。

【図２１】 出力の差によりパターン欠陥の検出を行う
場合の良否を説明するためのグラフである。

【図２２】 出力の差によりパターン欠陥の検出を行う
場合の良否を説明するためのグラフである。

【図２３】 位相差πのとき、信号検出限界Ｔｈｒと同
レベルの出力の差｜Ｓｓ−Ｂｓ｜が得られる遮光部の透
過率Ｔの最小値と信号検出限界Ｔｈｒとの関係を示すグ
ラフである。

【図２４】 表１に基づき求められた信号検出限界Ｔｈ
ｒの等値線を示す図である。

【図２５】 位相差φをｓｉｎ形式で変換して信号検出
限界Ｔｈｒの等値線Ｑを示したグラフである。

【符号の説明】

４０…位相シフトフォトマスク ４１…透過部 ４２…遮光部 Ｐ１…照明光（検査光）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東條 徹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 田畑 光雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 (56)参考文献 特開 平６−265480（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−270327（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−119468（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−27410（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−100045（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−210250（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/88 - 21/956 G01B 11/24 H01L 21/66 G03F 1/08

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光用の照明光により結像箇所に投影さ
   れるパターンが、透明基板上に形成された透過部と該透
   過部を透過する照明光の位相に対して位相を遅延させて
   一部の照明光を透過させる遮光部とから形成されたフォ
   トマスクのパターンの微小欠陥検査方法であって、検査光 の波長における遮光部の透過率Ｔが、信号検出限
   界Ｔｈｒに基づいて以下に記載する関係式を満たす露光
   用の波長とは異なる波長の検査光で照明することにより
   得られた信号に基づき欠陥を検出することを特徴とする
   フォトマスクのパターンの微小欠陥検査方法。前記透過
   部を透過する検査光による信号レベルが１であるとし
   て、前記検査回路の信号検出限界Ｔｈｒを計算したと
   き、Ｔ≧（Ｔｈｒ−０．０１）¹／^1.8
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、前記検査光の
   波長が露光用の照明光の波長よりも長いことを特徴とす
   るフォトマスクのパターンの微小欠陥検査方法。
3. 【請求項３】 前記透過部を透過する検査光の位相と前
   記遮光部を透過する検査光の位相との位相差φが、前記
   遮光部の透過率Ｔと信号検出限界Ｔｈｒとに応じて以下
   に記載する関係式を満たすように選択されていることを
   特徴とする請求項１に記載のフォトマスクのパターンの
   微小欠陥検査方法。 Ｔｈｒ＝０．０３かつＴ＝２５（％）未満のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．１７−１．４Ｔ Ｔｈｒ＝０．０３かつＴ≧２５（％）のとき ｓｉｎ（φ／２）＝１．０−０．７５Ｔ Ｔｈｒ＝０．０５かつＴ＝３０（％）未満のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．２−１．２５Ｔ Ｔｈｒ＝０．０５かつＴ≧３０（％）のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．０６−０．７７Ｔ Ｔｈｒ＝０．１のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．１９−０．８１Ｔ Ｔｈｒ＝０．３のとき、 ｓｉｎ（φ／２）＝１．４０−０．７２Ｔ となる関係式を解いた時の位相差をφｍとしたとき、 位相差φは（２ｎπ＋φm）以上でかつ（２（ｎ＋１）
   π−φｍ）以下の範囲内に存在し、ｎは０を含む正の整
   数であり、 検出限界Ｔｈｒがこれらの数値の中間値である場合に
   は、それらの透過率において内挿して得られる位相差を
   φｍとしたとき、 位相差φは（２ｎπ＋φm）以上でかつ（２（ｎ＋１）
   π−φｍ）以下の範囲内に存在し、ｎは０を含む正の整
   数である。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のフォトマスクのパター
   ンの微小欠陥検査方法において、 前記検査光によりフォトマスクから得られた信号から検
   査波長λ０における検出出力最大値Ｓｂとベース出力Ｂ
   ｓとの差分又は、検査波長λ０における検出出力最小値
   Ｓｓとペース出力Ｂｓとの差分を求め、この差分から欠
   陥を検出するフォトマスクのパターンの微小欠陥検査方
   法。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のフォトマスクのパター
   ンの微小欠陥検査方法において、前記検査光によりフォ
   トマスクから得られた信号の微分出力を求め、この微分
   出力から欠陥を検出するフォトマスクのパターンの微小
   欠陥検査方法。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のフォトマスクのパター
   ンの微小欠陥検査方法において、前記検査光によりフォ
   トマスク上の検出対象である回路パターンから得られた
   信号とこれと隣接する回路パターンから得られた信号と
   を比較することにより欠陥を検出するフォトマスクのパ
   ターンの微小欠陥検査方法。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のフォトマスクのパター
   ンの微小欠陥検査方法において、 前記検査光によりフォトマスク上の検査対象である回路
   パターンから得られた信号と予め記憶された前記検査光
   により理想的なフォトマスクを照明したときに得られる
   基準信号とを比較することにより欠陥を検出するフォト
   マスクのパターンの微小欠陥検査方法。
8. 【請求項８】 露光用の照明光により結像箇所に投影さ
   れるパターンが、透明基板上に形成された透過部と該透
   過部を透過する照明光の位相に対して位相を遅延させて
   一部の照明光を透過させる遮光部とから形成されたフォ
   トマスクのパターンを、検査に用いられる検査光の波長
   における遮光部の透過率Ｔが、信号検出限界Ｔｈｒに基
   づいて、以下に記載する関係式を満たす露光用の波長と
   は異なる波長の検査光を照明する照明光学系と、 該照明光学系で照明されたフォトマスクのパターン像を
   受光する受光部と、 該受光部で得られた信号に基づき演算処理を施す演算処
   理部と、を有し、 請求項１ないし請求項７の何れか１項に記載のフォトマ
   スクのパターンの微小欠陥検査方法を実施するフォトマ
   スクのパターンの微小欠陥検査装置。前記透過部を透過
   する検査光による信号レベルが１であるとして、前記検
   査回路の信号検出限界Ｔｈｒを計算したとき、Ｔ≧（Ｔ
   ｈｒ−０．０１） ¹ ／ ^1.8