JP3247736B2 - 位相シフトフォトマスクの検査方法 - Google Patents
位相シフトフォトマスクの検査方法Info
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- JP3247736B2 JP3247736B2 JP27873792A JP27873792A JP3247736B2 JP 3247736 B2 JP3247736 B2 JP 3247736B2 JP 27873792 A JP27873792 A JP 27873792A JP 27873792 A JP27873792 A JP 27873792A JP 3247736 B2 JP3247736 B2 JP 3247736B2
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- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の
高密度集積回路の製造に用いられる位相シフトフォトマ
スクの検査方法に関し、特に、光ヘテロダイン法を適用
して位相シフトフォトマスクの位相シフターの位相差を
正確に測定する位相シフトフォトマスクの検査方法に関
する。
高密度集積回路の製造に用いられる位相シフトフォトマ
スクの検査方法に関し、特に、光ヘテロダイン法を適用
して位相シフトフォトマスクの位相シフターの位相差を
正確に測定する位相シフトフォトマスクの検査方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体集積
回路は、シリコンウェーハ等の被加工基板上にレジスト
を塗布し、ステッパー等により所望のパターンを露光し
た後、現像、エッチング、ドーピング、ＣＶＤ等を行
う、いわゆるリソグラフィー工程を繰り返すことによっ
て製造されている。
回路は、シリコンウェーハ等の被加工基板上にレジスト
を塗布し、ステッパー等により所望のパターンを露光し
た後、現像、エッチング、ドーピング、ＣＶＤ等を行
う、いわゆるリソグラフィー工程を繰り返すことによっ
て製造されている。
【０００３】このようなリソグラフィー工程に使用され
るレチクルと呼ばれるフォトマスクは、半導体集積回路
の高性能化、高集積化に伴ってますます高精度なものが
要求される傾向にあり、例えば、代表的なＬＳＩである
ＤＲＡＭを例にとると、１ＭビットＤＲＡＭ用の５倍レ
チクル、すなわち、露光するパターンの５倍のサイズを
有するレチクルにおける寸法のずれは、平均値±３σ
（σは標準偏差）をとった場合においても、０．１５μ
ｍの精度が要求され、同様に、４ＭビットＤＲＡＭ用の
５倍レチクルは０．１〜０．１５μｍの寸法精度が、１
６ＭビットＤＲＡＭ用５倍レチクルは０．０５〜０．１
μｍの寸法精度が、６４ＭビットＤＲＡＭ用５倍レチク
ルは０．０３〜０．０７μｍの寸法精度が要求されてい
る。
るレチクルと呼ばれるフォトマスクは、半導体集積回路
の高性能化、高集積化に伴ってますます高精度なものが
要求される傾向にあり、例えば、代表的なＬＳＩである
ＤＲＡＭを例にとると、１ＭビットＤＲＡＭ用の５倍レ
チクル、すなわち、露光するパターンの５倍のサイズを
有するレチクルにおける寸法のずれは、平均値±３σ
（σは標準偏差）をとった場合においても、０．１５μ
ｍの精度が要求され、同様に、４ＭビットＤＲＡＭ用の
５倍レチクルは０．１〜０．１５μｍの寸法精度が、１
６ＭビットＤＲＡＭ用５倍レチクルは０．０５〜０．１
μｍの寸法精度が、６４ＭビットＤＲＡＭ用５倍レチク
ルは０．０３〜０．０７μｍの寸法精度が要求されてい
る。
【０００４】さらに、これらのレチクルを使用して形成
されるデバイスパターンの線幅は、１ＭビットＤＲＡＭ
で１．２μｍ、４ＭビットＤＲＡＭでは０．８μｍ、１
６ＭビットＤＲＡＭでは０．６μｍ、６４ＭビットＤＲ
ＡＭでは０．３５μｍと、ますます微細化が要求されて
おり、このような要求に応えるために、様々な露光方法
が研究されている。
されるデバイスパターンの線幅は、１ＭビットＤＲＡＭ
で１．２μｍ、４ＭビットＤＲＡＭでは０．８μｍ、１
６ＭビットＤＲＡＭでは０．６μｍ、６４ＭビットＤＲ
ＡＭでは０．３５μｍと、ますます微細化が要求されて
おり、このような要求に応えるために、様々な露光方法
が研究されている。
【０００５】ところが、例えば６４ＭビットＤＲＡＭク
ラスの次々世代のデバイスパターンになると、これまで
のレチクルを用いたステッパー露光方式では、レジスト
パターンの解像限界となり、この限界を乗り越えるもの
として、例えば、特開昭５８−１７３７４４号公報、特
公昭６２−５９２９６号公報等に示されているように、
位相シフトレチクルという新しい考え方のレチクルが提
案されてきている。位相シフトレチクルを用いる位相シ
フトリソグラフィーは、レチクルを透過する光の位相を
操作することによって、投影像の分解能及びコントラス
トを向上させる技術である。
ラスの次々世代のデバイスパターンになると、これまで
のレチクルを用いたステッパー露光方式では、レジスト
パターンの解像限界となり、この限界を乗り越えるもの
として、例えば、特開昭５８−１７３７４４号公報、特
公昭６２−５９２９６号公報等に示されているように、
位相シフトレチクルという新しい考え方のレチクルが提
案されてきている。位相シフトレチクルを用いる位相シ
フトリソグラフィーは、レチクルを透過する光の位相を
操作することによって、投影像の分解能及びコントラス
トを向上させる技術である。
【０００６】位相シフトリソグラフィーを図面に従って
簡単に説明する。図３は位相シフト法の原理を示す図、
図４は従来法を示す図であり、図３（ａ）及び図４
（ａ）はレチクルの断面図、図３（ｂ）及び図４（ｂ）
はレチクル上の光の振幅、図３（ｃ）及び図４（ｃ）は
ウェーハ上の光の振幅、図３（ｄ）及び図４（ｄ）はウ
ェーハ上の光強度をそれぞれ示し、１は基板、２は遮光
膜、３は位相シフター、４は入射光を示す。
簡単に説明する。図３は位相シフト法の原理を示す図、
図４は従来法を示す図であり、図３（ａ）及び図４
（ａ）はレチクルの断面図、図３（ｂ）及び図４（ｂ）
はレチクル上の光の振幅、図３（ｃ）及び図４（ｃ）は
ウェーハ上の光の振幅、図３（ｄ）及び図４（ｄ）はウ
ェーハ上の光強度をそれぞれ示し、１は基板、２は遮光
膜、３は位相シフター、４は入射光を示す。
【０００７】従来法においては、図４（ａ）に示すよう
に、ガラス等からなる基板１にクロム等からなる遮光膜
２が形成されて、所定のパターンの光透過部が形成され
ているだけであるが、位相シフトリソグラフィーでは、
図３（ａ）に示すように、レチクル上の隣接する光透過
部の一方に位相を反転（位相差１８０°）させるための
透過膜からなる位相シフター３が設けられている。した
がって、従来法においては、レチクル上の光の振幅は図
４（ｂ）に示すように同相となり、ウェーハ上の光の振
幅も図４（ｃ）に示すように同相となるので、その結
果、図４（ｄ）のようにウェーハ上のパターンを分離す
ることができないのに対して、位相シフトリソグラフィ
ーにおいては、位相シフターを透過した光は、図３
（ｂ）に示すように、隣接パターンの間で互いに逆位相
になされるため、パターンの境界部で光強度が零にな
り、図３（ｄ）に示すように隣接するパターンを明瞭に
分離することができる。このように、位相シフトリソグ
ラフィーにおいては、従来は分離できなかったパターン
も分離可能となり、解像度を向上させることができるも
のである。
に、ガラス等からなる基板１にクロム等からなる遮光膜
２が形成されて、所定のパターンの光透過部が形成され
ているだけであるが、位相シフトリソグラフィーでは、
図３（ａ）に示すように、レチクル上の隣接する光透過
部の一方に位相を反転（位相差１８０°）させるための
透過膜からなる位相シフター３が設けられている。した
がって、従来法においては、レチクル上の光の振幅は図
４（ｂ）に示すように同相となり、ウェーハ上の光の振
幅も図４（ｃ）に示すように同相となるので、その結
果、図４（ｄ）のようにウェーハ上のパターンを分離す
ることができないのに対して、位相シフトリソグラフィ
ーにおいては、位相シフターを透過した光は、図３
（ｂ）に示すように、隣接パターンの間で互いに逆位相
になされるため、パターンの境界部で光強度が零にな
り、図３（ｄ）に示すように隣接するパターンを明瞭に
分離することができる。このように、位相シフトリソグ
ラフィーにおいては、従来は分離できなかったパターン
も分離可能となり、解像度を向上させることができるも
のである。
【０００８】また、最近、製造方法がより簡単なハーフ
トーン型という位相シフトフォトマスクが開発され、注
目を浴びている。このハーフトーン型位相シフトフォト
マスクを図面に従って簡単に説明する。図５は従来法と
の対比でハーフトーン型位相シフト法の原理を示す図で
あり、図５（ａ）はレチクルの断面図、図５（ｂ）はレ
チクルを透過した光の振幅、図５（ｃ）はウェーハ上の
光強度をそれぞれ示し、５１は基板、５２は遮光膜、５
３はハーフトーン遮光膜、５４は位相シフター、５５は
入射光を示す。
トーン型という位相シフトフォトマスクが開発され、注
目を浴びている。このハーフトーン型位相シフトフォト
マスクを図面に従って簡単に説明する。図５は従来法と
の対比でハーフトーン型位相シフト法の原理を示す図で
あり、図５（ａ）はレチクルの断面図、図５（ｂ）はレ
チクルを透過した光の振幅、図５（ｃ）はウェーハ上の
光強度をそれぞれ示し、５１は基板、５２は遮光膜、５
３はハーフトーン遮光膜、５４は位相シフター、５５は
入射光を示す。
【０００９】同図（ａ）に示すように、従来法において
は、基板５１に１００％遮光膜５２が形成されて、所定
のパターンの光透過部が形成されているだけであるが、
ハーフトーン位相シフトフォトマスクでは、遮光膜を数
パーセントの透過率を有するハーフトーン遮光膜５３で
形成し、ハーフトーン遮光膜５３の上又は下に位相を反
転（位相差１８０°）させるための透過膜からなる位相
シフト層５４が設けられている。したがって、レチクル
上の光の振幅は、従来法においては、同図（ｂ）に示す
ように同相となり、マスクの開口部から外側へ裾広がり
に分布するので、その結果、同図（ｃ）のようにウェー
ハ上の光強度分布はマスクパターンに対応した形状には
ならないで、マスク開口部から外側へ裾広がりの分布に
なる。これに対して、ハーフトーン位相シフトマスクに
おいては、ハーフトーン遮光膜５３から漏れた光に位相
シフト層５４で位相差を与え、同図（ｂ）に示すよう
に、開口部を透過した光と逆位相にするので、パターン
の境界部で光強度が零になり、同図（ｃ）に示すよう
に、光強度分布の裾広がりを抑えることができる。この
ように、ハーフトーン位相シフトリソグラフィーにおい
ては、従来は分解できなかったパターンも分解可能とな
り、解像度を向上させることができるものである。
は、基板５１に１００％遮光膜５２が形成されて、所定
のパターンの光透過部が形成されているだけであるが、
ハーフトーン位相シフトフォトマスクでは、遮光膜を数
パーセントの透過率を有するハーフトーン遮光膜５３で
形成し、ハーフトーン遮光膜５３の上又は下に位相を反
転（位相差１８０°）させるための透過膜からなる位相
シフト層５４が設けられている。したがって、レチクル
上の光の振幅は、従来法においては、同図（ｂ）に示す
ように同相となり、マスクの開口部から外側へ裾広がり
に分布するので、その結果、同図（ｃ）のようにウェー
ハ上の光強度分布はマスクパターンに対応した形状には
ならないで、マスク開口部から外側へ裾広がりの分布に
なる。これに対して、ハーフトーン位相シフトマスクに
おいては、ハーフトーン遮光膜５３から漏れた光に位相
シフト層５４で位相差を与え、同図（ｂ）に示すよう
に、開口部を透過した光と逆位相にするので、パターン
の境界部で光強度が零になり、同図（ｃ）に示すよう
に、光強度分布の裾広がりを抑えることができる。この
ように、ハーフトーン位相シフトリソグラフィーにおい
ては、従来は分解できなかったパターンも分解可能とな
り、解像度を向上させることができるものである。
【００１０】また、上記の位相シフトフォトマスク以外
に、それらの種々の変形が提案されている。
に、それらの種々の変形が提案されている。
【００１１】ところで、このような位相シフトフォトマ
スクにおいて、位相シフター（以後、ハーフトーン型位
相シフトフォトマスクの場合は、ハーフトーン遮光膜も
含めたものを意味することにする。）による位相差φ
は、波長をλとし、その波長における位相シフターの屈
折率をｎ、その厚さをｄとすると、以下の式（１）で与
えられる。
スクにおいて、位相シフター（以後、ハーフトーン型位
相シフトフォトマスクの場合は、ハーフトーン遮光膜も
含めたものを意味することにする。）による位相差φ
は、波長をλとし、その波長における位相シフターの屈
折率をｎ、その厚さをｄとすると、以下の式（１）で与
えられる。
【００１２】 φ＝２π（ｎ−１）ｄ／λ ・・・（１） 位相シフトリソグラフィーの原理から、位相シフターの
位相差φは正確に例えば１８０°であることが要求され
る。
位相差φは正確に例えば１８０°であることが要求され
る。
【００１３】従来は、この位相差φは、位相シフターに
用いる透明薄膜材料の屈折率をエリプソメーター等によ
り予め測定し、次に、位相シフトフォトマスク上に形成
された位相シフターパターンの段差を接触式あるいは非
接触式表面形状測定装置により測定して、上記式（１）
に求めた値を代入して、間接的に測定していた。
用いる透明薄膜材料の屈折率をエリプソメーター等によ
り予め測定し、次に、位相シフトフォトマスク上に形成
された位相シフターパターンの段差を接触式あるいは非
接触式表面形状測定装置により測定して、上記式（１）
に求めた値を代入して、間接的に測定していた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の位相差測定方法では、 厳密な位相差の測定に際し、屈折率と厚さの２種類
の物理量を測定する必要があるが、位相シフターパター
ンのような微細パターンにおいては、この２種類の物理
量の測定は極めて困難であり、現実的ではない。
ような従来の位相差測定方法では、 厳密な位相差の測定に際し、屈折率と厚さの２種類
の物理量を測定する必要があるが、位相シフターパター
ンのような微細パターンにおいては、この２種類の物理
量の測定は極めて困難であり、現実的ではない。
【００１５】 実際の測定では、位相シフターに用い
る透明薄膜材料の屈折率をエリプソメーター等により予
め測定し、その測定値は、全ての被測定サンプルの全て
の被測定点において変化がないとの仮定の下に、位相シ
フターの膜厚の測定値によって位相差を保証しており、
厳密さを欠いている。
る透明薄膜材料の屈折率をエリプソメーター等により予
め測定し、その測定値は、全ての被測定サンプルの全て
の被測定点において変化がないとの仮定の下に、位相シ
フターの膜厚の測定値によって位相差を保証しており、
厳密さを欠いている。
【００１６】 位相シフター膜厚の測定により位相差
を保証する際、測定方法が接触式の表面形状測定装置に
よる場合、接触針によることが多く、測定時に位相シフ
ターパターンに損傷を与える可能性が高く、好ましくな
い。
を保証する際、測定方法が接触式の表面形状測定装置に
よる場合、接触針によることが多く、測定時に位相シフ
ターパターンに損傷を与える可能性が高く、好ましくな
い。
【００１７】 また、位相シフター膜厚の測定により
位相差を保証する際、表面形状測定装置の測定時間は、
測定方法が接触式あるいは非接触式何れにおいても、１
測定点当たり数秒から数十秒の時間を要するため、効率
が極めて悪い。
位相差を保証する際、表面形状測定装置の測定時間は、
測定方法が接触式あるいは非接触式何れにおいても、１
測定点当たり数秒から数十秒の時間を要するため、効率
が極めて悪い。
【００１８】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的は、位相シフトフォトマスクの
位相シフターの位相差を簡単な配置で、何ら損傷を与え
ずに、単時間で、かつ、実際に使用する波長と同じ波長
で、直接的に、正確に測定する位相シフトフォトマスク
の検査方法を提供することである。
たものであり、その目的は、位相シフトフォトマスクの
位相シフターの位相差を簡単な配置で、何ら損傷を与え
ずに、単時間で、かつ、実際に使用する波長と同じ波長
で、直接的に、正確に測定する位相シフトフォトマスク
の検査方法を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の位相シフトフォトマスクの検査方法は、部分的に透
明あるいはハーフトーンの位相シフターパターンを有す
る位相シフトフォトマスクの位相シフター配置部と位相
シフター非配置部の間の位相差を検査する方法におい
て、位相シフター配置部に所定波長の第１の光を集光
し、位相シフター非配置部に所定波長と僅かに異なる波
長の第２の光を集光し、両部の透過光を重ね合わせて光
電変換をすると共に、両部に入射させる前の光の一部を
それぞれ分割し、分割された両光を重ね合わせて光電変
換し、各光電変換された２つの信号の間の位相差を検出
することにより両部間の位相差を測定することを特徴と
する方法である。
明の位相シフトフォトマスクの検査方法は、部分的に透
明あるいはハーフトーンの位相シフターパターンを有す
る位相シフトフォトマスクの位相シフター配置部と位相
シフター非配置部の間の位相差を検査する方法におい
て、位相シフター配置部に所定波長の第１の光を集光
し、位相シフター非配置部に所定波長と僅かに異なる波
長の第２の光を集光し、両部の透過光を重ね合わせて光
電変換をすると共に、両部に入射させる前の光の一部を
それぞれ分割し、分割された両光を重ね合わせて光電変
換し、各光電変換された２つの信号の間の位相差を検出
することにより両部間の位相差を測定することを特徴と
する方法である。
【００２０】この場合、第１の光及び第２の光を集光す
る光学系を共通にし、この共通光学系を通して位相シフ
トフォトマスクを観察しながら又は観察前後に両部間の
位相差を測定するようにすることもできる。
る光学系を共通にし、この共通光学系を通して位相シフ
トフォトマスクを観察しながら又は観察前後に両部間の
位相差を測定するようにすることもできる。
【００２１】なお、検査対象位相シフトフォトマスク
は、遮光パターンとその一部の開口部に対応して配置さ
れた位相シフターパターンとを有する位相シフトフォト
マスクであっても、ハーフトーン型位相シフトフォトマ
スクであっても検査できる。
は、遮光パターンとその一部の開口部に対応して配置さ
れた位相シフターパターンとを有する位相シフトフォト
マスクであっても、ハーフトーン型位相シフトフォトマ
スクであっても検査できる。
【００２２】
【作用】本発明においては、位相シフター配置部に所定
波長の第１の光を集光し、位相シフター非配置部に所定
波長と僅かに異なる波長の第２の光を集光し、両部の透
過光を重ね合わせて光電変換をすると共に、両部に入射
させる前の光の一部をそれぞれ分割し、分割された両光
を重ね合わせて光電変換し、各光電変換された２つの信
号の間の位相差を検出することにより両部間の位相差を
測定するので、光ヘテロダイン法の特徴である、位相差
を直接表すビート信号を高精度な信号処理が可能である
高周波帯域まで下げて正確に測定できるため、高精度な
位相差検出を行うことがでる。そして、本発明において
は、検査対象の位相シフトフォトマスクの使用波長と同
じ波長の光を用いて、直接に位相シフターの位相差を精
度よく測定することができるので、厳密な測定が可能と
なる。また、リアルタイムで測定位置を確認しながら検
出可能で、高速に検査することができる。さらに、非接
触で、微細な位相シフターパターンを損傷に与えずに高
精度で測定できる。また、第１の光と第２の光を同じ光
学系を通して測定できることから、レンズ等の精度ある
いは気圧等の環境の変動の影響を受け難く、簡単な装置
で高精度の測定ができる。
波長の第１の光を集光し、位相シフター非配置部に所定
波長と僅かに異なる波長の第２の光を集光し、両部の透
過光を重ね合わせて光電変換をすると共に、両部に入射
させる前の光の一部をそれぞれ分割し、分割された両光
を重ね合わせて光電変換し、各光電変換された２つの信
号の間の位相差を検出することにより両部間の位相差を
測定するので、光ヘテロダイン法の特徴である、位相差
を直接表すビート信号を高精度な信号処理が可能である
高周波帯域まで下げて正確に測定できるため、高精度な
位相差検出を行うことがでる。そして、本発明において
は、検査対象の位相シフトフォトマスクの使用波長と同
じ波長の光を用いて、直接に位相シフターの位相差を精
度よく測定することができるので、厳密な測定が可能と
なる。また、リアルタイムで測定位置を確認しながら検
出可能で、高速に検査することができる。さらに、非接
触で、微細な位相シフターパターンを損傷に与えずに高
精度で測定できる。また、第１の光と第２の光を同じ光
学系を通して測定できることから、レンズ等の精度ある
いは気圧等の環境の変動の影響を受け難く、簡単な装置
で高精度の測定ができる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の位相シフトフォトマスクの検
査方法の実施例について説明するが、その前に、本発明
による位相シフターの位相差の測定原理を図１を参照に
して説明する。図１において、位相シフトフォトマスク
Ｍは、その表面の一部に位相シフターＦＳが設けられて
いる。位相シフターＦＳが設けらた部分に波長λ1、周
波数ω1 の第１の光Ａを集光させ、位相シフターＦＳの
配置がない部分に波長λ1 と僅かに異なる波長λ2 で周
波数ω2 の第２の光Ｂを集光させる。これらの光Ａ、Ｂ
は、マスクＭに入射される前にハーフミラーＨＭにより
分割される。ハーフミラーＨＭで反射された２つの光
Ａ、Ｂは、相互に重なる位置で光電変換素子Ｄ１により
検出され、２つの光の周波数の差のビート信号Ｉ1 が出
る。また、ハーフミラーＨＭを通過し、マスクＭを透過
した２つの光Ａ、Ｂは、相互に重なる位置で光電変換素
子Ｄ２により検出され、同様に２つの光の周波数の差の
ビート信号Ｉ2 が出る。いま、光電変換素子Ｄ１に入射
する２つの光波Ａ、ＢをＥA 、ＥB とし、光電変換素子
Ｄ２に入射する２つの光波Ａ、ＢをＥA ′、ＥB ′とす
ると、こららの光は次のように書ける。 ＥA ＝Ａ1 ｅｘｐ（−２πｉω1 ｔ） ・・・（２） ＥB ＝Ａ2 ｅｘｐ（−２πｉω2 ｔ） ・・・（３） ＥA ′＝Ａ1 ｅｘｐ〔−２π（ｉω1 ｔ＋ｎｄ／λ1 ）〕 ・・・（４） ＥB ′＝Ａ2 ｅｘｐ〔−２π（ｉω2 ｔ＋ｄ／λ2 ）〕 ・・・（５） ここで、ｎは位相シフターＦＳ屈折率、ｄはその厚さで
ある。
査方法の実施例について説明するが、その前に、本発明
による位相シフターの位相差の測定原理を図１を参照に
して説明する。図１において、位相シフトフォトマスク
Ｍは、その表面の一部に位相シフターＦＳが設けられて
いる。位相シフターＦＳが設けらた部分に波長λ1、周
波数ω1 の第１の光Ａを集光させ、位相シフターＦＳの
配置がない部分に波長λ1 と僅かに異なる波長λ2 で周
波数ω2 の第２の光Ｂを集光させる。これらの光Ａ、Ｂ
は、マスクＭに入射される前にハーフミラーＨＭにより
分割される。ハーフミラーＨＭで反射された２つの光
Ａ、Ｂは、相互に重なる位置で光電変換素子Ｄ１により
検出され、２つの光の周波数の差のビート信号Ｉ1 が出
る。また、ハーフミラーＨＭを通過し、マスクＭを透過
した２つの光Ａ、Ｂは、相互に重なる位置で光電変換素
子Ｄ２により検出され、同様に２つの光の周波数の差の
ビート信号Ｉ2 が出る。いま、光電変換素子Ｄ１に入射
する２つの光波Ａ、ＢをＥA 、ＥB とし、光電変換素子
Ｄ２に入射する２つの光波Ａ、ＢをＥA ′、ＥB ′とす
ると、こららの光は次のように書ける。 ＥA ＝Ａ1 ｅｘｐ（−２πｉω1 ｔ） ・・・（２） ＥB ＝Ａ2 ｅｘｐ（−２πｉω2 ｔ） ・・・（３） ＥA ′＝Ａ1 ｅｘｐ〔−２π（ｉω1 ｔ＋ｎｄ／λ1 ）〕 ・・・（４） ＥB ′＝Ａ2 ｅｘｐ〔−２π（ｉω2 ｔ＋ｄ／λ2 ）〕 ・・・（５） ここで、ｎは位相シフターＦＳ屈折率、ｄはその厚さで
ある。
【００２４】光電変換素子Ｄ１から得られる信号Ｉ
1 と、光電変換素子Ｄ２から得られる信号Ｉ2 は、 Ｉ1 ＝｜ＥA ＋ＥB ｜2 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ〔２π（ω1 −ω2 ）〕 Ｉ2 ＝｜ＥA ′＋ＥB ′｜2 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ｛２π〔（ω1 −ω2 ） ＋ｄ（ｎ／λ1 −１／λ2 ）〕｝ となる。ここで、ω1 −ω2 ＝Δωとし、λ2 ＝λ1 ＋
Δ（Δ≪λ1 ）とすれば、上記両式は、 Ｉ1 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ２πΔω ・・・（６） Ｉ2 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ｛２πΔω＋ｄ〔ｎ／λ1 −１／（λ1 ＋Δ）〕｝ ≒Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ｛２πΔω ＋ｄ〔ｎ／λ1 −（１−Δ／λ1 ）／λ1 〕｝ ≒Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ〔２πΔω ＋２π（ｎ−１）ｄ／λ1 〕・・・（７） となる。すなわち、光電変換素子Ｄ１からは位相ゼロで
周波数Δωの信号Ｉ1 が、また、光電変換素子Ｄ２から
は位相が２π（ｎ−１）ｄ／λ1 で周波数Δωの信号Ｉ
2 が得られる。光電変換素子Ｄ２から得られる信号の位
相２π（ｎ−１）ｄ／λ1 は、前記式（１）より、位相
シフターＦＳのある部分とない部分の位相差φであるの
で、信号Ｉ1 とＩ2 の位相差として位相シフターＦＳの
位相差が求まる。そのためには、周知の位相差検出器１
０に両信号Ｉ1 、Ｉ2 を入力し、その位相差を求めれば
よい。以上が、本発明の測定原理である。
1 と、光電変換素子Ｄ２から得られる信号Ｉ2 は、 Ｉ1 ＝｜ＥA ＋ＥB ｜2 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ〔２π（ω1 −ω2 ）〕 Ｉ2 ＝｜ＥA ′＋ＥB ′｜2 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ｛２π〔（ω1 −ω2 ） ＋ｄ（ｎ／λ1 −１／λ2 ）〕｝ となる。ここで、ω1 −ω2 ＝Δωとし、λ2 ＝λ1 ＋
Δ（Δ≪λ1 ）とすれば、上記両式は、 Ｉ1 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ２πΔω ・・・（６） Ｉ2 ＝Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ｛２πΔω＋ｄ〔ｎ／λ1 −１／（λ1 ＋Δ）〕｝ ≒Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ｛２πΔω ＋ｄ〔ｎ／λ1 −（１−Δ／λ1 ）／λ1 〕｝ ≒Ａ1 2 ＋Ａ2 2 ＋２Ａ1 Ａ2 ｃｏｓ〔２πΔω ＋２π（ｎ−１）ｄ／λ1 〕・・・（７） となる。すなわち、光電変換素子Ｄ１からは位相ゼロで
周波数Δωの信号Ｉ1 が、また、光電変換素子Ｄ２から
は位相が２π（ｎ−１）ｄ／λ1 で周波数Δωの信号Ｉ
2 が得られる。光電変換素子Ｄ２から得られる信号の位
相２π（ｎ−１）ｄ／λ1 は、前記式（１）より、位相
シフターＦＳのある部分とない部分の位相差φであるの
で、信号Ｉ1 とＩ2 の位相差として位相シフターＦＳの
位相差が求まる。そのためには、周知の位相差検出器１
０に両信号Ｉ1 、Ｉ2 を入力し、その位相差を求めれば
よい。以上が、本発明の測定原理である。
【００２５】次に、このような原理の検査方法を実施す
るための配置の１実施例について説明する。図２はその
光路図であり、この光学系は、レーザー１１とその光源
からのレーザー光が入射する音響光学変調器１２とを含
み、レーザー１１としては、検査対象の位相シフトフォ
トマスクＭの使用波長である例えば６３３ｎｍの波長
（周波数をω0 とする。）の光を発振するＨｅ−Ｎｅレ
ーザーを用いる。また、音響光学変調器１２としては、
例えばＴｅＯ2 結晶を用い、そのトランスデューサーに
２つの周波数ωA 、ωB 、例えば７０．５ＭＨｚと６
９．５ＭＨｚの交流を同時に入力すると、音響光学変調
器１２からは、図示のように、周波数ω0 の０次光と、
ω0 ＋ωA の光Ａ及びω0 ＋ωB の光Ｂが異なる回折角
で分離して出射する。この中、０次光をカットし、光Ａ
とＢをレンズＬ1 に入射させ、その後側焦点面Ｆ1 にそ
れぞれの光を集束させる。集束後、各光Ａ、Ｂは、発散
光になってハーフミラーＨＭ１に入射し、各々一部反射
されてレンズＬ2 に入射し、レンズＬ2 により相互に交
差するように曲げられ、２つの光Ａ、Ｂが重なり合う位
置に設けられたフォトダイオード等の光電変換素子Ｄ１
により、前記の式（６）で与えられる参照ビート信号Ｉ
1 が得られる。ただし、この場合、Δω＝ωA −ωB と
なり、ωA ＝７０．５ＭＨｚ、ωB ＝６９．５ＭＨｚの
場合には、Δω＝１ＭＨｚになる。ハーフミラーＨＭ１
を透過した各光Ａ、Ｂは、次にレンズＬ3により面Ｆ2
に別々に集束し、その後のレンズＬ4 に入射して面Ｆ3
上の集束点から発散する光束に変換される。各光Ａ、Ｂ
は、その後、対物レンズＯｂに入射し、それぞれ面Ｆ3
と共役な試料面Ｆ4 に配置された検査対象の位相シフト
フォトマスクＭ上の位相シフターＦＳが配置された領域
とその配置のない領域とに相互の間隔が縮小されて集束
し、そして、マスクＭを透過した各光Ａ、Ｂが相互に重
なり合う位置に設けられたフォトダイオード等の光電変
換素子Ｄ２により、前記の式（７）で与えられる位相情
報を含む周波数Δωの参照ビート信号Ｉ2 が得られる。
信号Ｉ1 、Ｉ2 は、位相差検出器１０に入力し、その位
相差が求められ、図１を参照にして説明した原理により
マスクＭの位相シフターＦＳの位相差φが直接求まる。
るための配置の１実施例について説明する。図２はその
光路図であり、この光学系は、レーザー１１とその光源
からのレーザー光が入射する音響光学変調器１２とを含
み、レーザー１１としては、検査対象の位相シフトフォ
トマスクＭの使用波長である例えば６３３ｎｍの波長
（周波数をω0 とする。）の光を発振するＨｅ−Ｎｅレ
ーザーを用いる。また、音響光学変調器１２としては、
例えばＴｅＯ2 結晶を用い、そのトランスデューサーに
２つの周波数ωA 、ωB 、例えば７０．５ＭＨｚと６
９．５ＭＨｚの交流を同時に入力すると、音響光学変調
器１２からは、図示のように、周波数ω0 の０次光と、
ω0 ＋ωA の光Ａ及びω0 ＋ωB の光Ｂが異なる回折角
で分離して出射する。この中、０次光をカットし、光Ａ
とＢをレンズＬ1 に入射させ、その後側焦点面Ｆ1 にそ
れぞれの光を集束させる。集束後、各光Ａ、Ｂは、発散
光になってハーフミラーＨＭ１に入射し、各々一部反射
されてレンズＬ2 に入射し、レンズＬ2 により相互に交
差するように曲げられ、２つの光Ａ、Ｂが重なり合う位
置に設けられたフォトダイオード等の光電変換素子Ｄ１
により、前記の式（６）で与えられる参照ビート信号Ｉ
1 が得られる。ただし、この場合、Δω＝ωA −ωB と
なり、ωA ＝７０．５ＭＨｚ、ωB ＝６９．５ＭＨｚの
場合には、Δω＝１ＭＨｚになる。ハーフミラーＨＭ１
を透過した各光Ａ、Ｂは、次にレンズＬ3により面Ｆ2
に別々に集束し、その後のレンズＬ4 に入射して面Ｆ3
上の集束点から発散する光束に変換される。各光Ａ、Ｂ
は、その後、対物レンズＯｂに入射し、それぞれ面Ｆ3
と共役な試料面Ｆ4 に配置された検査対象の位相シフト
フォトマスクＭ上の位相シフターＦＳが配置された領域
とその配置のない領域とに相互の間隔が縮小されて集束
し、そして、マスクＭを透過した各光Ａ、Ｂが相互に重
なり合う位置に設けられたフォトダイオード等の光電変
換素子Ｄ２により、前記の式（７）で与えられる位相情
報を含む周波数Δωの参照ビート信号Ｉ2 が得られる。
信号Ｉ1 、Ｉ2 は、位相差検出器１０に入力し、その位
相差が求められ、図１を参照にして説明した原理により
マスクＭの位相シフターＦＳの位相差φが直接求まる。
【００２６】なお、対物レンズＯｂの前側にはハーフミ
ラーＨＭ２が配置され、その反射側に接眼レンズＥｐが
配置されており、位相シフトフォトマスクＭが拡大観察
可能になっている。この観察は、レーザー１１からの光
を入射させながら位相差測定と同時に、また、その前後
にも可能であり、マスクＭの像及びレーザー１１からの
集束光の入射位置（測定位置）を確認しながら試料台上
のマスクＭの位置調節をして測定することができる。な
お、接眼レンズＥｐへの光路中にはハーフミラーＨＭ３
が配置されており、レンズＬ5 で集光された光源１３か
らの照明光をマスクＭ上に落射照明光として入射可能に
なっている。
ラーＨＭ２が配置され、その反射側に接眼レンズＥｐが
配置されており、位相シフトフォトマスクＭが拡大観察
可能になっている。この観察は、レーザー１１からの光
を入射させながら位相差測定と同時に、また、その前後
にも可能であり、マスクＭの像及びレーザー１１からの
集束光の入射位置（測定位置）を確認しながら試料台上
のマスクＭの位置調節をして測定することができる。な
お、接眼レンズＥｐへの光路中にはハーフミラーＨＭ３
が配置されており、レンズＬ5 で集光された光源１３か
らの照明光をマスクＭ上に落射照明光として入射可能に
なっている。
【００２７】ところで、図１、図２共、光Ａは位相シフ
ターＦＳの法線からずれて若干斜めに入射しているの
で、検出される位相差には若干の系統誤差が伴う。この
系統誤差は簡単な計算により補正できるが、これを避け
るには、光Ａ、Ｂが位相シフターＦＳのほぼ法線方向か
ら入射するように光学系を構成すればよい。
ターＦＳの法線からずれて若干斜めに入射しているの
で、検出される位相差には若干の系統誤差が伴う。この
系統誤差は簡単な計算により補正できるが、これを避け
るには、光Ａ、Ｂが位相シフターＦＳのほぼ法線方向か
ら入射するように光学系を構成すればよい。
【００２８】また、測定時のマスクＭ面での２つの光の
間隔は、音響光学変調器１２の特性上、１次回折光の出
射角をトランスデューサーに入力する交流の周波数
ωA 、ωB をΔωを一定に保ちながら変化させることに
より変化させることができるので、電気回路的に容易に
設定可能である。
間隔は、音響光学変調器１２の特性上、１次回折光の出
射角をトランスデューサーに入力する交流の周波数
ωA 、ωB をΔωを一定に保ちながら変化させることに
より変化させることができるので、電気回路的に容易に
設定可能である。
【００２９】さらに、検査対象の位相シフトフォトマス
クＭとしては、図３のような遮光パターンとその一部の
開口部に対応して配置された位相シフターパターンとを
有する位相シフトフォトマスクであっても、図５のよう
なハーフトーン型位相シフトフォトマスクであってもよ
く、その他の形式のものでも、位相シフターが配置され
ていない部分の少なくとも一部が光透過性であるもので
あれば測定可能である。特に、ハーフトーン型位相シフ
トフォトマスクのように、位相シフターが配置された部
分と配置されていない部分の間に透過率の差があるもの
であっても、本発明の方法は、光ヘテロダイン法を適用
しているので、高精度で位相差を測定することができ
る。
クＭとしては、図３のような遮光パターンとその一部の
開口部に対応して配置された位相シフターパターンとを
有する位相シフトフォトマスクであっても、図５のよう
なハーフトーン型位相シフトフォトマスクであってもよ
く、その他の形式のものでも、位相シフターが配置され
ていない部分の少なくとも一部が光透過性であるもので
あれば測定可能である。特に、ハーフトーン型位相シフ
トフォトマスクのように、位相シフターが配置された部
分と配置されていない部分の間に透過率の差があるもの
であっても、本発明の方法は、光ヘテロダイン法を適用
しているので、高精度で位相差を測定することができ
る。
【００３０】なお、位相シフトフォトマスクＭがｉ線
（３６５ｎｍ）のような紫外線において用いるものの場
合、レーザー光源１１としては、アルゴンイオンレーザ
ー、エキシマレーザー等を用い、音響光学変調器１２の
結晶、レンズ材料としては、水晶等を用いる。また、こ
の場合、測定時又はその前後のレーザー光集光位置の確
認は、紫外線像を含むマスクＭの像を光電的に可視化で
きるＣＣＤ等の画像読み取り素子等を接眼鏡Ｅｐの代わ
り又はその光路中に挿入して用いればよい。
（３６５ｎｍ）のような紫外線において用いるものの場
合、レーザー光源１１としては、アルゴンイオンレーザ
ー、エキシマレーザー等を用い、音響光学変調器１２の
結晶、レンズ材料としては、水晶等を用いる。また、こ
の場合、測定時又はその前後のレーザー光集光位置の確
認は、紫外線像を含むマスクＭの像を光電的に可視化で
きるＣＣＤ等の画像読み取り素子等を接眼鏡Ｅｐの代わ
り又はその光路中に挿入して用いればよい。
【００３１】以上、本発明の位相シフトフォトマスクの
検査方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明は
これら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
検査方法を実施例に基づいて説明してきたが、本発明は
これら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の位相シフトフォトマスクの検査方法によると、位相シ
フター配置部に所定波長の第１の光を集光し、位相シフ
ター非配置部に所定波長と僅かに異なる波長の第２の光
を集光し、両部の透過光を重ね合わせて光電変換をする
と共に、両部に入射させる前の光の一部をそれぞれ分割
し、分割された両光を重ね合わせて光電変換し、各光電
変換された２つの信号の間の位相差を検出することによ
り両部間の位相差を測定するので、光ヘテロダイン法の
特徴である、位相差を直接表すビート信号を高精度な信
号処理が可能である高周波帯域まで下げて正確に測定で
きるため、高精度な位相差検出を行うことがでる。そし
て、本発明においては、検査対象の位相シフトフォトマ
スクの使用波長と同じ波長の光を用いて、直接に位相シ
フターの位相差を精度よく測定することができるので、
厳密な測定が可能となる。また、リアルタイムで測定位
置を確認しながら検出可能で、高速に検査することがで
きる。さらに、非接触で、微細な位相シフターパターン
を損傷に与えずに高精度で測定できる。また、第１の光
と第２の光を同じ光学系を通して測定できることから、
レンズ等の精度あるいは気圧等の環境の変動の影響を受
け難く、簡単な装置で高精度の測定ができる。
の位相シフトフォトマスクの検査方法によると、位相シ
フター配置部に所定波長の第１の光を集光し、位相シフ
ター非配置部に所定波長と僅かに異なる波長の第２の光
を集光し、両部の透過光を重ね合わせて光電変換をする
と共に、両部に入射させる前の光の一部をそれぞれ分割
し、分割された両光を重ね合わせて光電変換し、各光電
変換された２つの信号の間の位相差を検出することによ
り両部間の位相差を測定するので、光ヘテロダイン法の
特徴である、位相差を直接表すビート信号を高精度な信
号処理が可能である高周波帯域まで下げて正確に測定で
きるため、高精度な位相差検出を行うことがでる。そし
て、本発明においては、検査対象の位相シフトフォトマ
スクの使用波長と同じ波長の光を用いて、直接に位相シ
フターの位相差を精度よく測定することができるので、
厳密な測定が可能となる。また、リアルタイムで測定位
置を確認しながら検出可能で、高速に検査することがで
きる。さらに、非接触で、微細な位相シフターパターン
を損傷に与えずに高精度で測定できる。また、第１の光
と第２の光を同じ光学系を通して測定できることから、
レンズ等の精度あるいは気圧等の環境の変動の影響を受
け難く、簡単な装置で高精度の測定ができる。
【図１】本発明による位相シフターの位相差の測定原理
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図２】本発明の位相シフトフォトマスクの検査方法を
実施するための配置の１実施例の光路図である。
実施するための配置の１実施例の光路図である。
【図３】位相シフトリソグラフィーの原理を示す図であ
る。
る。
【図４】従来法を示す図である。
【図５】従来法との対比でハーフトーン型位相シフトリ
ソグラフィーの原理を示す図である。
ソグラフィーの原理を示す図である。
Ｍ…位相シフトフォトマスク ＦＳ…位相シフター Ａ…第１の光 Ｂ…第２の光 ＨＭ、ＨＭ１、ＨＭ２、ＨＭ３…ハーフミラー Ｄ１、Ｄ２…光電変換素子 Ｌ1 〜Ｌ5 …レンズ Ｏｂ…対物レンズ Ｅｐ…接眼レンズ １０…位相差検出器 １１…レーザー １２…音響光学変調器 １３…光源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G03F 1/00 - 1/16
Claims (4)
- 【請求項１】 部分的に透明あるいはハーフトーンの位
相シフターパターンを有する位相シフトフォトマスクの
位相シフター配置部と位相シフター非配置部の間の位相
差を検査する方法において、位相シフター配置部に所定
波長の第１の光を集光し、位相シフター非配置部に所定
波長と僅かに異なる波長の第２の光を集光し、両部の透
過光を重ね合わせて光電変換をすると共に、両部に入射
させる前の光の一部をそれぞれ分割し、分割された両光
を重ね合わせて光電変換し、各光電変換された２つの信
号の間の位相差を検出することにより両部間の位相差を
測定することを特徴とする位相シフトフォトマスクの検
査方法。 - 【請求項２】 前記第１の光及び第２の光を集光する光
学系を共通にし、この共通光学系を通して位相シフトフ
ォトマスクを観察しながら又は観察前後に前記両部間の
位相差を測定することを特徴とする請求項１記載の位相
シフトフォトマスクの検査方法。 - 【請求項３】 検査対象位相シフトフォトマスクが、遮
光パターンとその一部の開口部に対応して配置された位
相シフターパターンとを有する位相シフトフォトマスク
であることを特徴とする請求項１又は２記載の位相シフ
トフォトマスクの検査方法。 - 【請求項４】 検査対象位相シフトフォトマスクが、ハ
ーフトーン型位相シフトフォトマスクであることを特徴
とする請求項１又は２記載の位相シフトフォトマスクの
検査方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27873792A JP3247736B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 位相シフトフォトマスクの検査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27873792A JP3247736B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 位相シフトフォトマスクの検査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06130653A JPH06130653A (ja) | 1994-05-13 |
| JP3247736B2 true JP3247736B2 (ja) | 2002-01-21 |
Family
ID=17601508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27873792A Expired - Lifetime JP3247736B2 (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 位相シフトフォトマスクの検査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3247736B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220043339A (ko) * | 2020-09-29 | 2022-04-05 | (주)엘립소테크놀러지 | 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치 |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP27873792A patent/JP3247736B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 小瀬外、光工学ハンドブック、初版、朝倉書店、１９８６年２月２０日、Ｐ３９１ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220043339A (ko) * | 2020-09-29 | 2022-04-05 | (주)엘립소테크놀러지 | 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치 |
| KR102418325B1 (ko) * | 2020-09-29 | 2022-07-08 | (주)엘립소테크놀러지 | 블랭크 위상변위 마스크 시료의 위상변위 측정장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06130653A (ja) | 1994-05-13 |
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