JP7023790B2 - フォトマスク検査装置およびフォトマスク検査方法 - Google Patents

Description

この発明は、フォトマスク検査装置およびフォトマスク検査方法に関する。

近年では、半導体基板または表示ディスプレイ用の基板などの基板に対して高い解像度でパターンを転写するために、位相シフトマスクが利用されている。この位相シフトマスクには、半波長だけ光の位相を遅らせる位相シフト膜が形成されている。

特許文献１には、位相シフト膜による位相の遅れ（位相差）を測定するフォトマスク検査装置が記載されている。このフォトマスク検査装置においては、可変開口絞りを介して光がフォトマスクに照射され、フォトマスクを透過した光はフーリエ変換レンズを介して光電変換器（センサ）に結像する。これにより、光電変換器はフーリエ変換像（回折パターン）を検出する。

フォトマスク検査装置は、まず、フォトマスクにおいて位相差が生じない領域（透明部だけの領域または位相部材（位相シフト膜）だけの領域）に光を照射して、位相差が生じない場合のフーリエ変換像を基準像として記憶しておく。そして、フォトマスク検査装置はフォトマスクの透明部と位相部材との両方に光を照射し、この照射によって得られたフーリエ変換像と、基準像との比較に基づいて、位相部材による位相差を算出している。

特開平４－２２９８６３号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、位相差の算出に適切なフーリエ変換像（回折パターン）を検出できるとは限らない。なぜなら、可変開口絞りとフォトマスクとの相対位置が最適となるように、これらを位置決めできるとは限らないからである。この位置決めの要求精度はパターンの幅が狭くなるほど高まるので、特に、微細なパターンを有するフォトマスクに対して、最適なフーリエ変換像（回折パターン）を得ることは難しい。

そこで、本発明は、より測定に適した回折パターンを検出できるフォトマスク検査装置およびフォトマスク検査方法を提供することを目的とする。

フォトマスク検査装置の第１の態様は、光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査装置であって、前記位相シフトマスクを保持する保持部と、前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する照射部と、スリットを有し、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光が前記スリットを通過する位置に配置されるスリットマスクと、前記スリットを通過した光が入射されるフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズからの光の回折パターンを複数のタイミングで検出する第１光学センサとを備え、前記第１光学センサは、前記透光部を透過する光による前記スリット内の透光部像と、前記位相シフト部を透過する光による前記スリット内の位相シフト部像との境界位置が、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとの相対位置の変化によって前記スリット内で変化している最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出する。

フォトマスク検査装置の第２の態様は、第１の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、平面視における前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させる移動機構を更に備え、前記第１光学センサは、前記移動機構が前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させている最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出する。

フォトマスク検査装置の第３の態様は、第２の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記移動機構は、前記幅方向に対して傾斜した方向に沿って、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクと相対的に移動させる。

フォトマスク検査装置の第４の態様は、第１から第３のいずれか一つの態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記第１光学センサによって検出された複数の回折パターンのうち中央位置における光の強度が最も小さい回折パターンを、選択回折パターンとして選択し、前記選択回折パターンに基づいて前記位相シフト部の幅および前記位相シフト部による位相差の少なくともいずれか一方を、前記パターン特性として求める演算処理部を更に備える。

フォトマスク検査装置の第５の態様は、第４の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記演算処理部は、前記選択回折パターンにおける光の強度の強弱のピッチに基づいて、前記位相シフト部の幅を算出する。

フォトマスク検査装置の第６の態様は、第４または第５の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記演算処理部は、前記選択回折パターンにおける光の強度の複数のピーク値または複数のボトム値のうち二者の差に基づいて、前記位相シフト部による位相差を算出する。

フォトマスク検査装置の第７の態様は、第４の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記演算処理部は、前記透光部および前記位相シフト部を透過する光の強度分布、前記位相シフト部の幅、および、前記位相シフト部による位相差を設定する第１工程と、前記強度分布、前記幅および前記位相差に基づいて、高速フーリエ変換を用いて演算回折パターンを算出する第２工程と、前記演算回折パターンが前記選択回折パターンに類似しているか否かを判定する第３工程と、前記第３工程おいて、前記演算回折パターンが前記選択回折パターンに類似していないと判定したときには、前記幅および前記位相差を変更して前記第２工程及び前記第３工程を実行する第４工程とを実行する。

フォトマスク検査装置の第８の態様は、第７の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記演算処理部は、前記第１工程において、前記位相シフト部および前記透光部の各々を透過する光の強度が一定となるように前記強度分布を設定する。

フォトマスク検査装置の第９の態様は、第７の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、前記演算処理部は、前記第１工程において、前記位相シフト部と前記透光部との境界部にて、光の強度が、前記位相シフト部から前記透光部に向かうにしたがって徐々に増大するように、前記強度分布を設定する。

フォトマスク検査装置の第１０の態様は、第７の態様にかかるフォトマスク検査装置であって、第２光学センサと、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとの間に設けられ、前記位相シフトマスクからの光の一部を前記第２光学センサへ導く光学素子とを更に備え、前記演算処理部は、前記第１工程において、前記第２光学センサによって撮像された画像に基づいて、前記強度分布を設定する。

フォトマスク検査方法の第１１の態様は、光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査方法であって、照射部が前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する工程と、第１光学センサが、スリットマスクに形成されたスリット、および、フーリエ変換レンズを介して、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光の回折パターンを複数のタイミングで検出する工程とを備え、前記第１光学センサは、前記透光部を透過する光による前記スリット内の透光部像と、前記位相シフト部を透過する光による前記スリット内の位相シフト部像との境界位置が、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとの相対位置の変化によって前記スリット内で変化している最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出する。
フォトマスク検査装置の第１２の態様は、光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査装置であって、前記位相シフトマスクを保持する保持部と、前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する照射部と、スリットを有し、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光が前記スリットを通過する位置に配置されるスリットマスクと、前記スリットを通過した光が入射されるフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズからの光の回折パターンを複数のタイミングで検出する第１光学センサと、平面視における前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させる移動機構とを備え、前記第１光学センサは、前記移動機構が前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させている最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出し、前記移動機構は、前記幅方向に対して傾斜した方向に沿って、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクと相対的に移動させる。
フォトマスク検査装置の第１３の態様は、光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査装置であって、前記位相シフトマスクを保持する保持部と、前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する照射部と、スリットを有し、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光が前記スリットを通過する位置に配置されるスリットマスクと、前記スリットを通過した光が入射されるフーリエ変換レンズと、前記フーリエ変換レンズからの光の回折パターンを複数のタイミングで検出する第１光学センサと、前記第１光学センサによって検出された複数の回折パターンのうち中央位置における光の強度が最も小さい回折パターンを、選択回折パターンとして選択し、前記選択回折パターンに基づいて前記位相シフト部の幅および前記位相シフト部による位相差の少なくともいずれか一方を、前記パターン特性として求める演算処理部とを備える。

フォトマスク検査装置の第１の態様およびフォトマスク検査方法の第１１の態様によれば、スリットマスクと位相シフトマスクとの相対位置は実際には微小に変動するので、第１光学センサが複数のタイミングで回折パターンを検出することにより、複数の相対位置に対応した複数の回折パターンを検出することができる。したがって、１回しか回折パターンを検出しない場合に比べて、位相シフト部のパターン特性の算出に適した回折パターンを検出しやすい。

フォトマスク検査装置の第２の態様によれば、移動機構によって、スリットマスクと位相シフトマスクとの相対位置を制御できるので、その移動範囲に最適な相対位置を含めることができる。よって、第１光学センサは位相シフト部の特定の算出により適した回折パターンを検出しやすい。

フォトマスク検査装置の第３および第１２の態様によれば、幅方向における相対速度成分を低く設定することができる。よって、第１光学センサは最適な相対位置に近い相対位置での回折パターンを検出しやすい。

フォトマスク検査装置の第４および第１３の態様によれば、高い精度で位相シフト部の幅および位相シフト部による位相差の少なくともいずれか一方を算出できる。

フォトマスク検査装置の第５の態様によれば、簡易な演算で位相シフト部の幅を算出できる。

フォトマスク検査装置の第６の態様によれば、簡易な演算で位相シフト部による位相差を算出できる。

フォトマスク検査装置の第７の態様によれば、さらに高い精度で位相シフト部の幅および位相シフト部による位相差を算出できる。

フォトマスク検査装置の第８の態様によれば、簡易に強度分布を設定できる。

フォトマスク検査装置の第９の態様によれば、さらに高い精度で位相シフト部の幅および位相シフト部による位相差を算出できる。

フォトマスク検査装置の第１０の態様によれば、さらに高い精度で位相シフト部の幅および位相シフト部による位相差を算出できる。

フォトマスク検査装置の構成の一例を概略的に示す斜視図である。 フォトマスク検査装置の構成の一例を概略的に示す図である。 スリットマスクの構成の一例を概略的に示す平面図である。 複数の回折パターンの一例を概略的に示すグラフである。 複数の回折パターンの一例を概略的に示すグラフである。 フォトマスク検査装置の動作の一例を示すフローチャートである。 パターン特性の算出方法の一例を示すフローチャートである。 スリットマスクと位相シフトマスクとの相対的な移動方向の一例を説明するための図である。 シミュレーションモデルの一例を概略的に示す図である。 演算回折パターンの一例を概略的に示すグラフである。 パターン特性の算出方法の一例を示すフローチャートである。 シミュレーションモデルの一例を概略的に示す図である。 フォトマスク検査装置の動作の一例を示すフローチャートである。 パターン特性の算出方法の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ実施の形態について詳細に説明する。なお図面においては、理解容易の目的で、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。また同様な構成及び機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また図面においては、各構成の位置関係を示すべく、ＸＹＺ直交座標が適宜に示されている。例えば、Ｚ軸は鉛直方向に沿って配置されており、Ｘ軸およびＹ軸は水平方向に沿って配置されている。また下記説明では、Ｚ軸方向の一方側を＋Ｚ側とも呼び、他方側を－Ｚ側とも呼ぶ。Ｘ軸およびＹ軸についても同様である。

図１は、フォトマスク検査装置１の構成の一例を概略的に示す斜視図であり、図２は、フォトマスク検査装置１の構成の一例を概略的に示す図である。このフォトマスク検査装置１は、位相シフトマスク８０を検査する装置である。ここではまず、検査対象となる位相シフトマスク８０の一例について説明する。

＜位相シフトマスク＞
位相シフトマスク８０は不図示の露光装置に用いられるフォトマスクである。当該露光装置は位相シフトマスク８０を用いて所定の基板に対して露光処理を行うことにより、当該所定の基板にパターンを転写することができる。所定の基板は、例えば、半導体基板またはフラットパネルディスプレイ用の基板などである。

図２に例示するように、位相シフトマスク８０は基材８１と位相シフト膜８２と遮光膜８３とを有している。基材８１は露光用の光（例えばｉ線などの紫外線）についての透光性を有しており、例えば石英ガラス等によって形成される。基材８１は板状の形状を有しており、平面視において（つまり厚み方向に沿って見て）、例えば矩形状の形状を有している。位相シフトマスク８０の一辺の長さは例えば数［ｍ］程度に設定される。

位相シフト膜８２は基材８１の一主面の上に所定のパターンで形成されている。位相シフト膜８２は露光用の光についての透光性を有しているものの、その透過率は基材８１の透過率よりも小さい。位相シフト膜８２の透過率は例えば数［％］（より具体的には５［％］）程度である。位相シフト膜８２は、自身を透過した光の位相を、透光部８ａを透過した光の位相に対しておよそ１８０度だけシフトさせる。このような位相シフト膜８２は例えばタンタルオキサイド等によって形成される。

遮光膜８３は、例えば、位相シフト膜８２の上に所定のパターンで形成されている。この遮光膜８３は平面視において位相シフト膜８２の輪郭よりも内側の領域に形成されている。遮光膜８３は露光用の光についての遮光性を有しており、例えばクロムまたは酸化クロム等によって形成される。

以下では、位相シフトマスク８０のうち、平面視において位相シフト膜８２が形成されていない領域を透光部８ａと呼び、平面視において遮光膜８３が形成された領域を遮光部８ｃと呼び、透光部８ａと遮光部８ｃとの間の領域を位相シフト部８ｂと呼ぶ。透光部８ａ、位相シフト部８ｂおよび遮光部８ｃは平面視においてそれぞれ所定のパターンで形成される。透光部８ａの幅（図２ではＸ軸方向に沿う幅）は例えば２～４［μｍ］程度に設定され、位相シフト部８ｂの幅（図２ではＸ軸方向に沿う幅）は例えば０．３～０．５［μｍ］程度に設定される。

この位相シフトマスク８０を用いて露光装置で露光が行われると、基板上では、透光部８ａを透過した光と位相シフト部８ｂを透過した光がその境界部で干渉し、干渉縞(暗)を生ずる。その結果として透光部８ａの投影像のコントラストを高くすることができる。したがって、露光装置はこの位相シフトマスク８０を用いることで、この位相シフトマスク８０を用いない場合に比べて、より高い解像度でパターンを所定の基板に転写することができる。

この位相シフトマスク８０において、位相シフト部８ｂのパターン形状は転写能力に直結する。例えば位相シフト部８ｂにおける位相シフト膜８２の厚みが設計値からずれる場合には、位相シフト部８ｂによる位相差が１８０度からずれる。これは、干渉の効果が減り、解像度が低下、さらには、転写された基板上のパターンの解像が不安定となって、最終的には、製造の歩留まりが低下したり、製品の品質が損なわれるなど、多くの支障を生じてしまう。また、位相シフト部８ｂの幅が設計値からずれても、同様の事態に至る。そこで、位相シフトマスク８０の良否を判定すべく、この位相シフトマスク８０に形成された位相シフト部８ｂのパターン特性（具体的には、位相シフト部８ｂの幅および位相シフト部８ｂによる位相差）を測定し、マスク製造プロセスを正しく管理することがすることが好ましい。また位相シフト膜８２は酸化により経時的に変化し、この変化に起因して、位相シフト膜８２による位相差も経時的に変化し得る。よって、位相シフトマスク８０は定期的に検査されることが好ましい。

＜フォトマスク検査装置＞
フォトマスク検査装置１は、この位相シフトマスク８０に形成された位相シフト部８ｂのパターン特性を測定する。図１および図２に例示するように、フォトマスク検査装置１は照射部１０と検出部２０と移動機構４０と制御部５０と昇降機構６０と表示部７０と保持部９０とを備えている。

保持部９０は位相シフトマスク８０を保持する部材である。この保持部９０は位相シフトマスク８０の厚み方向がＺ軸方向に沿うように、位相シフトマスク８０を保持する。図１の例では、保持部９０は位相シフトマスク８０の周縁部のみを保持している。なお、保持部９０は、透光性の部材によって位相シフトマスク８０の下面を全体的に支持しても構わない。

照射部１０および検出部２０はＺ軸方向において位相シフトマスク８０に対して互いに反対側に設けられている。図１および図２の例では、照射部１０は位相シフトマスク８０に対して－Ｚ側に設けられ、検出部２０は位相シフトマスク８０に対して＋Ｚ側に設けられている。

照射部１０は光をＺ軸方向に沿って照射して、当該光を位相シフトマスク８０の一部へ入射させる。当該光としては、例えば露光用の光（例えばｉ線）と同程度の波長を有する光を採用する。照射部１０は例えば光源１１と集光レンズ１２とバンドパスフィルタ１３とリレーレンズ１４とピンホール板１５と反射板１６とコンデンサレンズ１７とを備えている。

光源１１は光を照射する。光源１１は例えば紫外線照射器である。この紫外線照射器としては例えば水銀ランプを採用することができる。光源１１の光の照射／停止は制御部５０によって制御される。

集光レンズ１２、バンドパスフィルタ１３、リレーレンズ１４、ピンホール板１５、反射板１６およびコンデンサレンズ１７は、光源１１と位相シフトマスク８０との間において、この順で配置されている。

集光レンズ１２は凸レンズであって、その焦点が光源１１に位置するように配置されている。光源１１から照射された光は集光レンズ１２によって、コリメート光または広がり角の小さい光になり、この光はバンドパスフィルタ１３に入射される。バンドパスフィルタ１３は当該光のうち所定の波長帯域（透過帯域）を有する光のみを透過させる。この波長帯域としては露光用の光の波長帯域（例えばｉ線を含む波長帯域）を採用できる。バンドパスフィルタ１３の波長帯域は狭く設定されており、実質的に単波長の光（いわゆる単色光）がバンドパスフィルタ１３を透過する。バンドパスフィルタ１３を透過した光はリレーレンズ１４に入射される。

リレーレンズ１４は凸レンズであって、入射された光をピンホール板１５のピンホール１５１に集光させる。ピンホール１５１はピンホール板１５をその厚み方向に貫通している。ピンホール板１５はピンホール１５１がリレーレンズ１４の焦点となる位置に配置されている。ピンホール１５１を通過した光は、実質的に点光源から照射された光となり、反射板１６の反射面に入射される。反射板１６は光の進行方向を変更するために設けられており、当該光をコンデンサレンズ１７に入射させる。コンデンサレンズ１７は凸レンズであって、その焦点が実質的にピンホール１５１となる位置に配置される。コンデンサレンズ１７は入射された光をコリメート光または広がり角の小さい光に変換する。コンデンサレンズ１７からの光のＮＡ（開口数）はコンデンサレンズ１７とピンホール１５１により適度な値に設定される。照射部１０はこの光をＺ軸方向に沿って位相シフトマスク８０の一部に照射する。

検出部２０は位相シフトマスク８０を透過した光を検出して、当該光による回折パターンを検出する。検出部２０は例えば対物レンズ２１と結像レンズ２２とプリズム２３とスリットマスク２４とフーリエ変換レンズ２５とリレーレンズ２６とイメージセンサ（光学センサ）２７，２８とを備えている。

対物レンズ２１、結像レンズ２２、プリズム２３、スリットマスク２４、フーリエ変換レンズ２５およびイメージセンサ２７はＺ軸方向において位相シフトマスク８０から離れるにしたがってこの順で配置されている。

位相シフトマスク８０の当該一部を透過した光は対物レンズ２１および結像レンズ２２を介して拡大される。結像レンズ２２からの光の一部はプリズム２３によってイメージセンサ２８側へと反射される。つまり、プリズム２３は位相シフトマスク８０からの光の一部をイメージセンサ２８へと導く光学素子である。この光学素子はプリズム２３に限らず、ミラーまたはハーフミラーなどであってもよい。

スリットマスク２４は結像レンズ２２の焦点に配置される。結像レンズ２２からスリットマスク２４に入射された光は、スリットマスク２４に形成されたスリット２４ａを通過する。このスリットマスク２４はスリット２４ａ以外の領域において光を遮断し、スリット２４ａのみで光を通過させるので、視野を絞る視野絞りの機能を発揮する。このスリット２４ａは、位相シフト部８ｂとその近傍のみを含む領域からの光のみを透過させる程度の広さを有している。

図２に例示するように、スリットマスク２４は基材２４１と遮光膜２４２とを有している。基材２４１は露光用の光についての透光性を有しており、例えば石英ガラス等によって形成される。基材２４１は板状の形状を有しており、平面視において例えば矩形状の形状を有している。基材２４１はその厚み方向がＺ軸方向に沿う姿勢で設けられている。

遮光膜２４２は基材２４１の一方の主面の上に形成されている。遮光膜２４２は露光用の光についての遮光性を有しており、例えばクロムまたは酸化クロム等によって形成される。この遮光膜２４２は平面視において基材２４１の一部の領域を避けて形成される。当該一部の領域は、光を通過させるスリット２４ａを形成することとなる。スリット２４ａは平面視において長尺状の形状を有している。

図３は、スリットマスク２４の構成の一例を概略的に示す平面図である。図３では、スリットマスク２４に対する位相シフトマスク８０の光学的な位置関係の一例を示すべく、仮想的に二点鎖線で透光部８ａおよび位相シフト部８ｂも示されている。つまり、この二点鎖線は、透光部８ａおよび位相シフト部８ｂが対物レンズ２１および結像レンズ２２を介してスリットマスク２４に投影された投影像を示している。以下では、透光部８ａをスリットマスク２４に投影した投影像を透光部像８０ａと呼び、位相シフト部８ｂをスリットマスク２４に投影した投影像を位相シフト部像８０ｂと呼ぶ。

図３の例では、スリット２４ａの長手方向が透光部８ａの延在方向に沿っており、スリット２４ａは位相シフト部８ｂと対向している。より具体的には、スリット２４ａの内部には、一つの位相シフト部像８０ｂの幅方向（ここではＸ軸方向）における全体と、その一つの位相シフト部像８０ｂに隣接する透光部像８０ａの幅方向における一部とが含まれている。言い換えれば、位相シフト部８ｂの幅方向における全体、および、その位相シフト部８ｂに隣接する透光部８ａの幅方向における一部を透過した光が、スリット２４ａを通過する。

再び図２を参照して、スリット２４ａを通過した光はフーリエ変換レンズ２５を介してイメージセンサ２７の撮像面に結像される。イメージセンサ２７は、その撮像面がフーリエ変換レンズ２５の焦点に位置するように配置されている。

イメージセンサ２７は例えばＣＣＤイメージセンサなどであって、自身の撮像面に結像された光に基づいて、撮像画像ＩＭ１を生成し、その撮像画像ＩＭ１を制御部５０に出力する。光がフーリエ変換レンズ２５を介してイメージセンサ２７に結像するので、この撮像画像ＩＭ１には、透光部８ａを透過した光と位相シフト部８ｂを透過した光とに起因した回折パターンが写る。なおイメージセンサ２７は２次元に配置された画素を有する撮像センサに限らず、１次元に配置された画素を有するラインセンサであってもよい。要するに、Ｘ軸方向に形成される光の強度パターン（回折パターン）の輝度分布をデジタルデータに変換できる光学センサであればよい。

制御部５０はこの回折パターンに基づいて位相シフト部８ｂのパターン特性（幅および位相差）を算出する。回折パターンの具体例および算出方法の具体例については後に詳述する。

プリズム２３からリレーレンズ２６を経由した光はイメージセンサ２８の撮像面に結像される。イメージセンサ２８は、その撮像面がリレーレンズ２６の焦点に位置するように配置されている。イメージセンサ２８は例えばＣＣＤイメージセンサなどであって、自身の撮像面に結像された光に基づいて、撮像画像ＩＭ２を生成し、その撮像画像ＩＭ２を制御部５０へと出力する。撮像画像ＩＭ２には、位相シフトマスク８０の測定対象領域が写る。制御部５０はこの撮像画像ＩＭ２を表示部７０に表示させてもよい。これにより、作業員が位相シフトマスク８０のどの領域を測定しているのかを視認することができる。

移動機構４０は保持部９０をＸＹ平面内で移動させる。これにより、保持部９０に保持された位相シフトマスク８０もＸＹ平面内で移動する。移動機構４０は例えばボールねじ機構を有しており、制御部５０によって制御される。位相シフトマスク８０がＸＹ平面内で移動することにより、照射部１０および検出部２０を位相シフトマスク８０に対して走査させることができる。よって、位相シフトマスク８０の複数の測定領域で位相シフト部８ｂのパターン特性を測定することができる。なお移動機構４０は、照射部１０および検出部２０に対して位相シフトマスク８０を相対的に移動させる機能および構造を有していればよく、例えば、照射部１０および検出部２を一体的に移動させてもよい。

昇降機構６０は保持部９０をＺ軸方向に昇降させる。これにより、保持部９０に保持された位相シフトマスク８０も昇降する。昇降機構６０は例えばボールねじ機構を有しており、制御部５０によって制御される。昇降機構６０が位相シフトマスク８０を昇降させることにより、位相シフトマスク８０を対物レンズ２１の焦点に移動させることができる。なお昇降機構６０は、検出部２０に対して位相シフトマスク８０を相対的に昇降させる機能および構造を有していればよく、例えば、検出部２０を昇降させてもよい。

表示部７０は例えば液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイなどの表示装置であって、その表示内容が制御部５０によって制御される。例えば制御部５０は、測定結果を含んだ画像信号を表示部７０に出力する。表示部７０は画像信号に基づいて測定結果を表示する。また上述のように、表示部７０は制御部５０の制御によって撮像画像ＩＭ２を表示してもよい。

プリズム２３、スリットマスク２４、フーリエ変換レンズ２５、リレーレンズ２６およびイメージセンサ２７，２８は図１の光学ヘッド３０に内蔵されている。

ところで、位相シフトマスク８０に形成される透光部８ａのパターンは基板の設計によって適宜に設定されるので、その透光部８ａの延在方向はパターンの測定対象位置により相違する。そこで、ＸＹ平面の各位置において、スリット２４ａの長手方向を透光部８ａの延在方向に沿わせるべく、スリットマスク２４は回転可能に設けられていてもよい。

例えば光学ヘッド３０は、互いに回転可能に連結される上部材３１および下部材３２を有しており、光学ヘッド３０に内蔵される上記の光学素子が上部材３１に内蔵されていてもよい。下部材３２はフォトマスク検査装置１の筐体に対して回転不能に固定され、上部材３１がこの下部材３２に対して回転可能に連結されていてもよい。これによれば、上部材３１をＸＹ平面において回転させることにより、この上部材３１に内蔵されたスリットマスク２４のスリット２４ａの長手方向を調整することができる。なお上部材３１を下部材３２に対して回転させる回転駆動機構（例えばモータ）が設けられてもよい。この回転駆動機構は制御部５０によって制御される。

制御部５０はフォトマスク検査装置１を全体的に統括することができる。例えば制御部５０は上述のように、照射部１０による照射、移動機構４０による移動、昇降機構６０による昇降および光学ヘッド３０の回転を制御する。また制御部５０は、イメージセンサ２７によって生成された撮像画像ＩＭ１に基づいて位相シフト部８ｂのパターン特性を算出する演算処理部としても機能する。

制御部５０は電子回路機器であって、例えば演算処理装置および記憶媒体を有していてもよい。演算処理装置は例えばＣＰＵ(Central Processor Unit)などの演算処理装置であってもよい。記憶部は非一時的な記憶媒体（例えばＲＯＭ(Read Only Memory)またはハードディスク）および一時的な記憶媒体（例えばＲＡＭ(Random Access Memory)）を有していてもよい。非一時的な記憶媒体には、例えば制御部５０が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。処理装置がこのプログラムを実行することにより、制御部５０が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部５０が実行する処理の一部または全部がハードウェアによって実行されてもよい。

＜回折パターンに基づく測定方法＞
図４は、複数の回折パターンＤＰ１～ＤＰ５の一例を概略的に示すグラフである。図４において、縦軸は光の強度を示し、横軸はＸ軸方向の位置を示すことから、回折パターンは輝度プロファイルである、とも言える。

回折パターンＤＰ１～ＤＰ５は、スリット２４ａと位相シフトマスク８０との平面視における相対位置を変化させたときの回折パターンである。ここで、相対位置を示すパラメータとして、距離ｄ（図３参照）を導入する。図３の例では、平面視においてスリット２４ａの内部に透光部像８０ａおよび位相シフト部像８０ｂが位置している。具体的には、スリット２４ａの内部において、－Ｘ側に透光部像８０ａが位置しており、＋Ｘ側に位相シフト部像８０ｂが位置している。距離ｄは、スリット２４ａの－Ｘ側の端辺から、透光部像８０ａと位相シフト部像８０ｂとの間の境界までの距離である。この距離ｄが大きいほど、スリット２４ａにおいて透光部像８０ａが占める割合が大きい。つまり、スリット２４ａを透過する光の多くを、透光部８ａからの光が占める。

回折パターンＤＰ１～ＤＰ５は、距離ｄを変化させたときに得られる回折パターンである。回折パターンＤＰ１～ＤＰ５に対応する距離ｄはその回折パターンの符号の末尾の数字が小さいほど短い。つまり、回折パターンＤＰ１は最も短い距離ｄに対応する回折パターンであり、回折パターンＤＰ５は最も長い距離ｄに対応する回折パターンである。

なお、距離ｄの変化範囲は次のように設定される。即ち、位相シフト部像８０ｂの幅方向における全体がスリット２４ａの内部に含まれているように、変化範囲が設定される。つまり、位相シフト部像８０ｂの一部が幅方向においてスリット２４ａからはみ出さないように、距離ｄの変化範囲が設定される。言い換えれば、スリット２４ａの幅（Ｘ軸方向に沿う幅）は、距離ｄを変化範囲内で変化させたときに位相シフト部像８０ｂの幅方向における全体がスリット２４ａの内部に含まれるように設定される。

図４に例示するように、回折パターンＤＰ１，ＤＰ２は、上に凸となる形状（つまり一山形状）を有している。これは距離ｄが短いときには、透光部８ａからの光はスリット２４ａで遮蔽されるので、スリット２４ａを通過するのは、位相シフト部８ｂからの光のみとなる。よって、回折パターンは、単純な矩形開口による回折パターンとなり、このような分布形状となる。また、回折パターンＤＰ１，ＤＰ２において、光の強度のピーク値は比較的小さい。これは、開口が小さく、かつ、位相シフト部８ｂの透過率が低いからである。

図４の例示では、回折パターンＤＰ３～ＤＰ５は２つのピークを有する二山形状を有している。これは、距離ｄが長くなることによって、位相シフト部８ｂからの光のみならず透光部８ａからの光も十分にスリット２４ａを通過し、これらの位相がほぼ１８０度ずれている２光束による干渉パターンが生成されるからである。なお図４の例では、二山形状が示されているものの、横軸の領域をより広くとると、その両側に新たなピークが現れる（図５も参照）。

以下では、最も高いピーク値と次に高いピーク値との間で光の強度がボトム値をとるときの位置を中心位置ｘ０と呼ぶ。

回折パターンＤＰ３～ＤＰ５の各ピーク値および中心位置ｘ０におけるボトム値は距離ｄが長くなるほど増大する。これは、スリット２４ａを通過する光において、透過率の高い透光部８ａから光が増大するからである。

回折パターンＤＰ３では、中心位置ｘ０における光の強度（ボトム値）は零である。これは、透光部８ａおよびスリット２４ａをこの順に通過する光束の複素振幅と、位相シフト部８ｂおよびスリット２４ａをこの順に通過する光束の複素振幅とが互いに等しいことを意味している。つまり、両複素振幅が互いに等しい場合には、光は中心位置ｘ０において互いに同量で弱め合うので、光の強度（ボトム値）が零となるのである。

上記複素振幅が互いに一致する場合には、以下の式が成立する。

ｗｓ’＝ｗ’・√ｔ ・・・（１）
ここで、図３も参照して、ｗｓ’は、透光部像８０ａのうちスリット２４ａの内部に位置する領域の幅（つまり距離ｄ）を示し、ｗ’は、位相シフト部像８０ｂの幅を示し、ｔは、位相シフト部８ｂの透過率を示す。

対物レンズ２１および結像レンズ２２による拡大率αを考慮して、実際の位相シフト部８ｂの幅ｗ（＝ｗ’／α）と、スリット２４ａに対応する透光部８ａの幅ｗｓ（＝ｗｓ’／α）とを導入すると、式（１）から式（２）が導かれる。

ｗｓ＝ｗ・√ｔ ・・・（２）
例えば位相シフト部８ｂの幅ｗが０．４［μｍ］であり、位相シフト部８ｂの透過率ｔが０．０５（＝５［％］）である場合、スリット２４ａに対応する透光部８ａの幅ｗｓは０．０８９［μｍ］である。つまり、幅ｗｓが０．０８９［μｍ］となるようにスリットマスク２４を位相シフトマスク８０に対して位置決めできれば、イメージセンサ２７は、回折パターンＤＰ３を含んだ撮像画像ＩＭ１を生成することができる。つまり、回折パターンＤＰ３を検出できる。

ところで、回折パターンＤＰ３における強弱のピッチ（例えば光の強度のピーク位置の間の距離）Δｄｘは、スリット２４ａの内部における透光部像８０ａと位相シフト部像８０ｂとの中心間距離（ピッチ）Δｘ’（図３も参照）に依存する。具体的には、ピッチΔｄｘは理論的には中心間距離Δｘ’に比例する。その比例係数β１は予めシミュレーションまたは実験等により求めることができる。よって、回折パターンＤＰ３からピッチΔｄｘを求めれば、そのピッチΔｄｘに基づいて中心間距離Δｘ’を求めることができる。

また、この中心間距離Δｘ’は幾何学的に以下の関係式を満たす（図３も参照）。

ｗ’＋ｗｓ’＝２・Δｘ’ ・・・（３）
式（３）はスリットマスク２４における各透光部像８０ａおよび位相シフト部像８０ｂについてのパラメータであるので、これらを透光部８ａおよび位相シフト部８ｂについてのパラメータに変換する。具体的には、ｗ＝ｗ’／α、ｗｓ＝ｗｓ’／αおよびΔｘ＝Δｘ’／αを式（３）に代入すると、以下の式を導くことができる。

ｗ＋ｗｓ＝２・Δｘ ・・・（４）
式（２）および式（４）から以下の式を導くことができる。

ｗ＝２・Δｘ／（１＋√ｔ） ・・・（５）
位相シフト部８ｂの透過率ｔが膜の設計値または近傍のテストパターンの透過率ｔ^にほぼ等しいとすると、中心間距離Δｘ（＝Δｘ’／α）を求めることができれば、式（５）に基づいて位相シフト部８ｂの幅ｗを算出することができる。

また回折パターンに基づいて位相シフト部８ｂによる位相差θを求めることもできる。図５は、複数の回折パターンＤＰ３，ＤＰ３１～ＤＰ３４の一例を概略的に示すグラフである。回折パターンＤＰ３，ＤＰ３１～ＤＰ３４は、式（２）が成立する状態で位相差θを変化させたときに得られる回折パターンである。式（２）が成立しているので、回折パターンＤＰ３，ＤＰ３１～ＤＰ３４のいずれにおいても、中心位置ｘ０におけるボトム値は零である。回折パターンＤＰ３は位相差θが１８０度であるときの回折パターンを示しており、回折パターンＤＰ３１～ＤＰ３４はそれぞれ位相差θが１４４（＝３６０×０．４）度、１６２（＝３６０×０．４５）度、１９８（＝３６０×０．５５）度および２１６（＝３６０×０．６）度であるときの回折パターンを示している。

図５に例示するように、位相差θに応じて回折パターンＤＰ３，ＤＰ３１～ＤＰ３４の波形が相違する。逆に言えば、検出した回折パターンの波形に基づいて位相差θを求めることができる。例えば中心位置ｘ０は位相差θに応じて変動する。具体的には、中心位置ｘ０は位相差θが大きいほど＋Ｘ側に移動する。そこで、位相差θが１８０度であるときの中心位置ｘ０を基準位置として予め設定するとともに、各中心位置ｘ０と基準位置との差と、位相差θとの関係を、例えばシミュレーションまたは実験等により予め設定する。そして、検出した回折パターンの中心位置ｘ０と基準位置との差を求めれば、求めた差と、上記関係とに基づいて、位相差θを求めることができる。

また回折パターンにおける各ピーク値および各ボトム値は位相差θに応じた値をとるので、中心位置ｘ０に替えて、各ピーク値または各ボトム値に基づいて位相差θを求めてもよい。例えば中心位置ｘ０よりも＋Ｘ側の領域においては、各ピーク値は位相差θが大きいほど低減し、各ボトム値も位相差θが大きいほど低減する。これに対して、中心位置ｘ０よりも－Ｘ側の領域においては、各ピーク値は位相差θが大きいほど増大し、各ボトム値も位相差θが大きいほど増大する。

以下では、＋Ｘ側の領域のうち最も中心位置ｘ０に近いピーク値を１次のピーク値と呼び、－Ｘ側の領域のうち最も中心位置ｘ０に近いピーク値を－１次のピーク値と呼ぶ。

ここでは、位相差θを算出するためのパラメータの一例として、－１次のピーク値から１次のピーク値を減算して得られるピーク差Δｐを採用する。図５では、一例として回折パターンＤＰ３４についてのピーク差Δｐを示している。このピーク差Δｐは位相差θが大きいほど大きくなる。例えば回折パターンＤＰ３におけるピーク差Δｐは零であり、回折パターンＤＰ３１，ＤＰ３２におけるピーク差Δｐは負の値を有し、回折パターンＤＰ３１におけるピーク差Δｐは回折パターンＤＰ３２におけるピーク差Δｐよりも小さい。また回折パターンＤＰ３３，ＤＰ３４におけるピーク差Δｐは正の値を有し、回折パターンＤＰ３４におけるピーク差Δｐは回折パターンＤＰ３３におけるピーク差Δｐよりも大きい。このピーク差Δｐと位相差θとの関係は例えばシミュレーションまたは実験等により、予め設定できる。よって、検出した回折パターンのピーク差Δｐを求めれば、当該ピーク差Δｐに基づいて位相差θを算出することができる。

なお、必ずしも１次のピーク値と－１次のピーク値とのピーク差Δｐを採用する必要はなく、複数のピーク値のうちいずれか二者の差を採用すればよい。ただし、１次と－１次とのピーク値のピーク差Δｐの位相差θに対する変動量は他の二者の差に比べて大きいので、高い精度で位相差θを求めることができる。

またピーク値に替えてボトム値を採用してもよい。具体的には、複数のボトム値の二者の差を採用してもよい。ただし、ボトム値同士の差の位相差θに対する変動量はピーク差Δｐに比して小さいので、精度向上という観点では、ピーク差Δｐを採用することが望ましい。

以上のように、中心位置ｘ０におけるボトム値が零であるときの回折パターン（例えば回折パターンＤＰ３，ＤＰ３１～ＤＰ３４など）の波形に基づいて、位相シフト部８ｂの幅ｗおよび位相シフト部８ｂによる位相差θを算出することができる。

しかしながら、この回折パターンを検出するためには、透光部８ａおよび位相シフト部８ｂをそれぞれ透過した２光束による干渉パターンが顕著に表れるように、幅ｗｓが最適な値となる位置あるいはその近傍にスリットマスク２４を位相シフトマスク８０に対して位置決めする必要がある。この位置決めの要求精度は幅ｗｓが狭いほど高く、例えば幅ｗｓが０．０８９［μｍ］である場合には、数～十数［ｎｍ］程度の精度が要求される。幅ｗｓは位相シフト部８ｂの幅ｗにも依存しており（式（２））、より微細なパターン幅を有する位相シフトマスク８０ほど、位置決めの要求精度が高くなるといえる。

さて、上述の条件（透過率ｔ＝０．０５）では、当業者であれば式（５）から理解できるように、算出された位相シフト部８ｂの幅ｗには、スリットマスク２４と位相マスク８０との間の位置決めの誤差（数～十数［ｎｍ］）の約０．８倍の計算誤差（測定誤差）が生じる。つまり、最大で約１６［ｎｍ］程度の計算誤差が生じ得る。ところで、線幅の要求精度が特に高いパターンでは、位相シフト部８ｂも含めた全体の線幅はレジストプロセスに直結していて厳しく管理されるので、５～１０［ｎｍ］程度の測定精度が要求される。しかしながら、位相シフト部８ｂの個々の幅ｗについては、全体の線幅ほど要求精度が高くなく、上記位置決め精度（数～十数［ｎｍ］）で十分実用に足りる。

そこで、フォトマスク検査装置１では、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０との間の相対位置を時間の経過とともに変化させながら、イメージセンサ２７が互いに異なるタイミングで回折パターンを繰り返し検出する。これにより、最適な相対位置あるいはその近傍に対応した回折パターンを検出する。以下、具体的なフォトマスク検査装置１の動作の一例について述べる。

＜フォトマスク検査装置の動作の一例＞
図６は、フォトマスク検査装置１の動作の一例を示すフローチャートである。ここでは初期的に制御部５０は照射部１０に光を照射させているものとする。

まずステップＳ１にて、制御部５０は移動機構４０を制御して、ＸＹ平面において位相シフトマスク８０に対する粗い位置合わせを行う。具体的には、移動機構４０は照射部１０および検出部２０が位相シフトマスク８０の測定対象領域とＺ軸方向において対向するように、位相シフトマスク８０をＸＹ平面内で移動させる。この測定対象領域には、透光部８ａおよび位相シフト部８ｂの両方が含まれる。なおこの位置合わせは、中心位置ｘ０におけるボトム値が零となる回折パターンを常に検出できるような精度での位置合わせではなく、より粗い位置合わせである。また制御部５０は光学ヘッド３０の回転駆動機構を制御して、スリット２４ａの長手方向が測定対象領域内の透光部８ａの延在方向に沿うように、光学ヘッド３０を回転させる。

次にステップＳ２にて、制御部５０は昇降機構６０を制御して、オートフォーカス処理を行う。具体的には、昇降機構６０は、対物レンズ２１と位相シフトマスク８０との間の距離が焦点距離となるように、位相シフトマスク８０の位置をＺ軸方向で調整する。

次にステップＳ３にて、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０とが相対的に微動した状態で、イメージセンサ２７が複数のタイミングで回折パターンを撮像し、撮像した撮像画像ＩＭ１を制御部５０に出力する。言い換えれば、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０との平面視における相対位置を時間の経過とともに変化させながら、イメージセンサ２７が複数のタイミングで回折パターンを検出する。より具体的には、制御部５０が移動機構４０を制御して、スリット２４ａの幅方向（ここではＸ軸方向）に沿って位相シフトマスク８０をスリットマスク２４に対して相対的に移動させる。図３には、位相シフトマスク８０の移動方向Ｄ１が模式的にブロック矢印で示されている。

なお、この移動範囲には、高い確率で幅ｗｓが最適値（例えば０．０８９［μｍ］）となる最適な相対位置あるいはその近傍が含まれる。よって、ステップＳ３において、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０との相対位置が最適となる、あるいは、その近傍となるタイミングが存在する。したがって、イメージセンサ２７によって生成された複数の撮像画像ＩＭ１のいずれかには、最適な相対位置に近い相対位置に対応した回折パターンが含まれる。

なお撮像中の位相シフトマスク８０とスリットマスク２４との相対速度（ステップＳ３における相対速度）は低いことが望ましく、例えばステップＳ１における相対速度よりも低く設定される。これによれば、最適な相対位置に近い相対位置に対応した回折パターンを検出しやすい。

次にステップＳ４にて、制御部５０は、複数の撮像画像ＩＭ１にそれぞれ含まれた複数の回折パターンから、測定に用いる回折パターンを選択する。以下では、選択された回折パターンを選択回折パターンＳＰ１とも呼ぶ。より具体的には、制御部５０は中心位置ｘ０における光の強度（ボトム値）が複数の回折パターンのうちで最も小さい回折パターンを、選択回折パターンＳＰ１として選択する。

次にステップＳ５にて、制御部５０は選択回折パターンＳＰ１に基づいて位相シフト部８ｂのパターン特性（幅ｗおよび位相差θ）を算出する。図７は、位相シフト部８ｂのパターン特性の算出方法の具体的な一例を示すフローチャートである。

ステップＳ５１にて、制御部５０は選択回折パターンＳＰ１における光の強度の強弱のピッチΔｄｘを求める。例えば制御部５０は、選択回折パターンＳＰ１において、光の強度が１次のピーク値をとるときの位置と、光の強度が－１次のピーク値をとるときの位置との差をピッチΔｄｘとして算出する。

次にステップＳ５２にて、制御部５０は、ステップＳ５１おいて算出したピッチΔｄｘに基づいて位相シフト部８ｂの幅ｗを算出する。より具体的には、制御部５０は、ステップＳ５１において算出したピッチΔｄｘに基づいて中心間距離Δｘを求め、この中心間距離Δｘと式（４）とに基づいて位相シフト部８ｂの幅ｗを算出する。なおピッチΔｄｘと中心間距離Δｘとの関係は例えばシミュレーションまたは実験等により予め設定されており、例えば制御部５０の記憶媒体等に記憶される。

次にステップＳ５３にて、制御部５０は、選択回折パターンＳＰ１のピーク差Δｐを求める。例えば制御部５０は、選択回折パターンＳＰ１において、－１次のピーク値から１次のピーク値を減算した値をピーク差Δｐとして算出する。

次にステップＳ５４にて、制御部５０はステップＳ５３において算出したピーク差Δｐに基づいて位相シフト部８ｂによる位相差θを算出する。なおピーク差Δｐと位相差θとの関係は例えばシミュレーションまたは実験等により予め設定されており、例えば制御部５０の記憶媒体等に記憶される。制御部５０はステップＳ５３において算出したピーク差Δｐと、当該関係とに基づいて、位相シフト部８ｂによる位相差θを求める。

なお、これら一連の計算は、一つの選択回折パターンＳＰ１を元に行っても良く、また、相対位置が最適となる位置の近傍にある複数の回折パターンを元に行ってもよい。具体的な一例として、検出されたＭ（Ｍは３以上）個の回折パターンのうち、中央位置におけるボトム値が小さい上位のＮ（Ｎは２以上Ｍ未満）個の回折パターンを、選択パターンＳＰ１として選択するとよい。あるいは、中央位置におけるボトム値が、予め決められた基準値以下となるＮ個の回折パターンを、選択パターンＳＰ１として選択してもよい。これによれば、干渉の効果が比較的強く現れたＮ個の回折パターンを用いることができる。そして、選択されたＮ個の選択回折パターンＳＰ１の結果より、統計的にパターン特性を求めても良い。例えば、統計としては、平均または回帰分析を採用できる。具体的な一例として、Ｎ個の選択回折パターンＳＰ１を平均して一つの回折パターンを算出し、その回折パターンに基づいて上述のように位相シフト部８ｂのパターン特性を求めてもよい。

次にステップＳ６にて、制御部５０は、算出した位相シフト部８ｂのパターン特性（幅ｗおよび位相差θ）を表示部７０に表示させる。これにより、作業員は位相シフトマスク８０の位相シフト部８ｂの良否を判断することができる。なお、制御部５０は、算出した位相シフト部８ｂのパターン特性が予め設定された良好範囲内であるか否かを判定し、その判定結果を表示部７０に表示させてもよい。これによれば、作業員は位相シフト部８ｂの良否を速やかに了知できる。

なおステップＳ１～Ｓ６の処理は、測定対象領域を順次に変化させながら繰り返し実行されるとよい。これにより、位相シフトマスク８０の全面を検査できる。

以上のように、フォトマスク検査装置１によれば、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０との平面視における相対位置を変化させながら、複数のタイミングで回折パターンを検出している。よって、その検出された複数の回折パターンには、最適な相対位置に近い相対位置に対応した回折パターンが含まれる。したがって、より適した回折パターンに基づいて位相シフト部８ｂのパターン特性を算出することができる。

ところで、特許文献１では、位相差がない領域に対して光を照射したときに検出される基準像（基準回折パターン）を用いている。この基準回折パターンを用いる場合には、その基準回折パターンの測定時刻とは異なる時刻で、測定対象領域の回折パターンを測定する必要がある。各測定時刻が相違するので、その期間で装置に生じる熱等に起因して、各測定時刻における光学系の状態に差異（例えば光軸のずれ等）が生じることがある。つまり、両測定時刻における光学条件が互いに相違することがある。このように光学条件が相違すれば、シフト部８ｂのパターン特性について測定誤差が生じる。これに対して、フォトマスク検査装置１では、そのような基準回折パターンを用いる必要がない。したがって、上記測定誤差の発生を回避することができ、高い精度で位相シフト部８ｂのパターン特性を算出できる。

また上述の例では、制御部５０は選択回折パターンＳＰ１として、複数の回折パターンのうち中心位置ｘ０における光の強度が最も小さい回折パターンを選択している。これによれば、最適位置に最も近い相対位置に対応する回折パターンを選択することができる。よって、他の回折パターンを用いる場合に比して、高い精度で位相シフト部８ｂのパターン特性を算出できる。

また上述の例では、選択回折パターンＳＰ１における強弱のピッチに基づいて位相シフト部８ｂの幅ｗを算出している。これによれば、簡単な処理で位相シフト部８ｂの幅ｗを算出できる。

また上述の例では、選択回折パターンＳＰ１におけるピーク値の差に基づいて位相シフト部８ｂによる位相差θを算出している。これによれば、簡単な処理で位相シフト部８ｂによる位相差θを算出できる。

また上述の例では、一つのスリット２４ａを透過した光の回折パターンを解析して幅ｗおよび位相差θを算出している。よって、２つのスリットを用い、そのスリットを透過した光の干渉に基づいて位相シフト部のパターン特性を算出する場合に比して、透光部８ａ同士の間の距離（パターン間の距離）が狭い位相シフトマスク８０にも適用しやすい。つまり、フォトマスク検査装置１は、間隔の狭いラインアンドスペースパターンまたはホールパターンアレイ用の位相シフトマスク８０にも適用できる。

＜移動機構の制御の有無＞
上述の例では、移動機構４０が位相シフトマスク８０をスリットマスク２４に対して相対的に移動させている最中に、イメージセンサ２７が複数のタイミングで撮像画像ＩＭ１を生成した（ステップＳ３）。しかしながら、移動機構４０による移動は必ずしも必要ではない。本実施例で必要な微動量程度の揺れは、装置構造材（例えば移動機構２０など）の撓み等に起因して恒常的に生じている。あるいは、位相シフトマスク８０のスリットマスク２４に対する相対的な移動後の装置が静定するまでの期間では残留振動が生じているので、この期間中に回折パターンを検出してもよい。つまり、この残留振動を利用して複数の相対位置にそれぞれ対応した複数の回折パターンを検出してもよい。

要するに、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０との相対位置が可制御の下で変動しているのか否かは問わず、当該相対位置が時間の経過とともに変動する状態でイメージセンサ２７が複数のタイミングで順次に回折パターンを検出すればよい。つまり、ステップＳ３において、移動機構４０が移動動作を行っていない状態で、イメージセンサ２７が複数のタイミングで順次に撮像画像ＩＭ１を生成して、複数の回折パターンを検出してもよい。

これによっても、複数の相対位置にそれぞれ対応した複数の回折パターンを検出することができる。つまり、１回しか回折パターンを検出しない場合に比べて、イメージセンサ２７は、位相シフト部８ｂのパターン特性の算出により適した回折パターンを検出しやすい。そして、複数の回折パターンのうちから、より測定に適した回折パターンを選択することによって、より高い精度で位相シフト部８ｂのパターン特性を算出することができる。

その一方で、移動機構４０による制御がない場合には、その相対位置の変動範囲は周囲の環境等に依存するので、その変動範囲に最適な相対位置が含まれるかどうかは分からない。これに対して、移動機構４０が位相シフトマスク８０をスリットマスク２４に対して相対的に移動させる場合には、その移動範囲内に最適な相対位置が含まれるように、位相シフトマスク８０をスリットマスク２４に対して相対的に移動させることができる。よって、検出された複数の回折パターンには、最適な相対位置により近い回折パターンを含めることができ、ひいては、より高い精度で位相シフト部８ｂのパターン特性を算出することができる。

＜移動方向＞
上述のように、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０との位置決めの精度は数十［ｎｍ］以下の精度が要求される場合がある。よって、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０との相対位置が当該精度内となるタイミングで回折パターンを適切に検出するには、位相シフトマスク８０とスリットマスク２４との相対速度は低いことが望ましい。

そこで、移動機構４０はスリット２４ａの幅方向（言い換えれば、位相シフト部８ｂの幅方向）に対して傾斜する方向に沿って位相シフトマスク８０をスリットマスク２４に対して移動させてもよい。図８は、位相シフトマスク８０のスリットマスク２４に対する移動方向Ｄ１を説明するための図である。図８では、移動方向Ｄ１が模式的にブロック矢印で示されている。この移動方向Ｄ１はスリット２４ａの幅方向に対して例えば３０度～６０度程度の範囲内で交差している。この移動方向Ｄ１に沿って位相シフトマスク８０をスリットマスク２４に対して移動させれば、スリット２４ａの幅方向に沿う相対速度成分を低減することができる。これによれば、より最適な相対位置に対応した回折パターンを検出しやすい。

＜位相シフト部８ｂのパターン特性の算出方法の他の例＞
次に、選択回折パターンＳＰ１に基づいた位相シフト部８ｂのパターン特性の算出方法の他の一例を説明する。ここではまず、その概要を説明する。制御部５０は未知の幅ｗおよび位相差θの値としてそれぞれの初期値を設定し、その初期値を用いて回折パターン（以下、演算回折パターンと呼ぶ）を算出する。そして制御部５０は、その演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似しているか否かを判定する。言い換えれば、制御部５０は演算回折パターンと選択回折パターンＳＰ１との差異が大きいか否かを判断する。制御部５０はこれらが類似していない、つまり、差異が大きいと判定したときには、幅ｗの値および位相差θの値を変更して再び演算回折パターンを算出する。制御部５０は、演算回折パターンが選択回折パターンと類似するまで、つまり、差異が基準値よりも小さくなるまで、上記の動作を繰り返し実行する。演算回路パターンが選択回折パターンと類似したときの幅ｗの値および位相差θの値は測定値を示すこととなる。

＜シミュレーションモデル＞
図９は、演算回折パターンを算出するためのシミュレーションモデルＭ１の一例を概略的に示す図である。このシミュレーションモデルＭ１は、位相シフトマスク８０のうちスリット２４ａに対応する領域における光の強度分布を示している。透光部８ａ、位相シフト部８ｂおよび遮光部８ｃにおける光の強度は、それぞれの透過率（例えばパターン設計値）に基づいて予め設定される。図９のシミュレーションモデルＭ１では、透光部８ａ、位相シフト部８ｂおよび遮光部８ｃの各々における光の強度は一定に設定されている。よって、透光部８ａと位相シフト部８ｂとの間の境界において光の強度は急峻に立ち上がっており、同様に、位相シフト部８ｂと遮光部８ｃとの間の境界において光の強度は急峻に立ち上がっている。このシミュレーションモデルＭ１において、幅ｗ，ｗｓは式（２）を満足しており、幅ｗが未知数となる。また、このシミュレーションモデルＭ１において、位相シフト部８ｂにおける位相差θも未知数となる。

＜演算回折パターン＞
制御部５０はシミュレーションモデルＭ１に対応する回折パターンを、公知なシミュレータを用いて計算する。この計算は、高速フーリエ変換にて容易に行うことができるのは自明である。図１０は、演算回折パターンＡＰ１～ＡＰ４を概略的に示すグラフである。演算回折パターンＡＰ１～ＡＰ４は、位相差θを変更したときに得られる演算回折パターンである。具体的には、演算回折パターンＡＰ１～ＡＰ４はそれぞれ位相差が１８０度、２０８．８度（＝３６０×０．５８）、２１６度（＝３６０×０．６）および２２３．２度（＝３６０×０．６２）であるときの演算回路パターンである。図１０の例では、参考のために選択回折パターンＳＰ１の一例も示されている。図１０の例では、選択回折パターンＳＰ１は演算回折パターンＡＰ３に類似している。

＜制御部の動作＞
図１１は、制御部５０の上記動作の一例を示すフローチャートである。このフローは図６のステップＳ５の具体例に相当する。まずステップＳ５０１にて、制御部５０は位相シフト部８ｂの幅ｗの値および位相シフト部８ｂによる位相差θの値を、それぞれの初期値に設定する。初期値は例えば予め設定されていてもよい。

次にステップＳ５０２にて、制御部５０は幅ｗおよび位相差θの値に基づいて演算回折パターンを算出する。具体的には、制御部５０はシミュレーションモデルＭ１に対して高速フーリエ変換を用いたシミュレータを適用して、演算回折パターンを算出する。

次にステップＳ５０３にて、制御部５０は、ステップＳ５０２にて算出した演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似しているか否かを判断する。例えば制御部５０は演算回折パターンと選択回折パターンＳＰ１との差異を示す差異情報を生成し、当該差異が基準値よりも小さいか否かを判断する。当該差異情報は特に限定される必要は無いものの、例えば、演算回折パターンと選択回折パターンＳＰ１の各位置における光の強度の差の絶対値の総和を採用することができる。当該総和が小さいほど、差異は小さい。あるいは、差異情報として、例えば、演算回折パターンにおけるピッチΔｄｘと選択回折パターンＳＰ１におけるピッチΔｄｘとの第１差、および、演算回折パターンにおけるピーク差Δｐと選択回折パターンＳＰ１におけるピーク差Δｐとの第２差を採用してもよい。これらの差が小さいほど、演算回折パターンと選択回折パターンＳＰ１との差異は小さい。

演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似していないと判断したときには、ステップＳ５０４にて、制御部５０は幅ｗおよび位相差θの値の少なくともいずれか一方を変更して、シミュレーションモデルＭ１を更新する。次に制御部５０はステップＳ５０３を実行する。つまり、演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似していないときには、その幅ｗおよび位相差θの値少なくともいずれか一方は未だ測定値とは離れていると考えられるので、その値を変更して、再び演算回折パターンを算出し（ステップＳ５０３）、算出した演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似しているか否かを判断する（ステップＳ５０４）。ステップＳ５０２～Ｓ５０４を繰り返すことで、いずれ演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似する。

ステップＳ５０３にて、演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似していると判定したときには、ステップＳ６にて、制御部５０は、最新の幅ｗおよび位相差θをそれぞれの測定値として表示部７０に表示する。

以上のように、選択回折パターンＳＰ１に類似する演算回折パターンを、シミュレーションモデルＭ１に対する高速フーリエ変換を用いて算出している。これによれば、より高い精度で位相シフト部８ｂの幅ｗおよび位相シフト部８ｂによる位相差θを求めることができる。

しかもシミュレーションモデルＭ１において、透光部８ａおよび位相シフト部８ｂの各々の光の強度が一定に設定されている。よって、強度分布の設定が簡易であり、また演算処理も簡易にできる。

＜位相シフト部の幅および位相シフト部による位相差の決定方法＞
効率よく選択回折パターンＳＰ１に類似した演算回折パターンを算出するためには、制御部５０はステップＳ５０４にて、差異情報に基づいて幅ｗおよび位相差θの値を決定するとよい。即ち、制御部５０は演算回折パターンと選択回折パターンＳＰ１との差異が小さくなるように、幅ｗおよび位相差θの値を決定するとよい。例えば差異情報として、第１差および第２差を採用する場合について考慮する。この場合、制御部５０は当該第１差が小さくなるように幅ｗの値を変更し、当該第２差が小さくなるように位相差θの値を変更する。

より具体的には、演算回折パターンにおけるピッチΔｄｘが選択回折パターンにおけるピッチΔｄｘよりも大きい場合には、次に算出される演算回折パターンにおけるピッチΔｄｘを低減すべく、制御部５０は幅ｗをより小さな値に変更する。また演算回折パターンにおけるピーク差Δｐが選択回折パターンにおけるピーク差Δｐよりも大きい場合には、次に算出される回折演算パターンにおけるピーク差Δｐを低減すべく、制御部５０は位相差θをより小さな値に変更する。

これによれば、次に算出される演算回折パターンを選択回折パターンＳＰ１に近づけることができる。したがって、選択回折パターンＳＰ１に類似した演算回折パターンをより早期に算出することができる。

＜シミュレーションモデルの他の一例＞
シミュレーションモデルＭ１では、透光部８ａおよび位相シフト部８ｂの各々において光の強度は一定に設定された。しかしながら、実際には、透光部８ａと位相シフト部８ｂとの境界部において、光の強度は位相シフト部８ｂから透光部８ａに向かうにしたがって傾斜を有して徐々に増大する、と考えられる。遮光部８ｃと位相シフト部８ｂとの境界部も同様である。よって、そのようなシミュレーションモデルを活用してもよい。

図１２は、シミュレーションモデルＭ２の一例を概略的に示す図である。シミュレーションモデルＭ２においては、光の強度は、遮光部８ｃと位相シフト部８ｂとの境界部において、遮光部８ｃから位相シフト部８ｂに向かうにしたがって増大しており、その傾斜は位相シフト部８ｂ側ほど急峻になっている。同様に、光の強度は、位相シフト部８ｂと透光部８ａとの境界部において、位相シフト部８ｂから透光部８ａに向かうにしたがって増大しており、その傾斜は透光部８ａ側ほど急峻になっている。このような光の強度分布は例えば予め設定されてもよい。なおこの場合の位相シフト部８ｂの幅としては、光の強度が予め設定された第１所定値となる位置から、予め設定された第２所定値となる位置までの幅を採用することができる。

シミュレーションモデルＭ２を採用すれば、制御部５０はより実態に即して演算回折パターンを算出することができ、位相シフト部８ｂの幅ｗおよび位相シフト部８ｂによる位相差θをより高い精度で算出することができる。

このシミュレーションモデルＭ２は予め設定されてもよい。あるいは、制御部５０が位相シフトマスク８０のパターン設計値（透光部８ａの透過率、位相シフト部８ｂの透過率、位相シフト部８ｂの幅ｗなど）に基づいて、所定のイメージシミュレータを用いてシミュレーションモデルＭ２（光の強度分布）を生成してもよい。

＜シミュレーションモデルの他の一例＞
図２を参照して、フォトマスク検査装置１はイメージセンサ２８を備えており、このイメージセンサ２８は位相シフトマスク８０の測定対象領域を撮像して、撮像画像ＩＭ２を生成している。そこで、制御部５０は、撮像画像ＩＭ２に基づいてシミュレーションモデルの光の強度分布を設定してもよい。具体的な一例として、撮像画像ＩＭ２に含まれた測定対象領域の各画素の画素値を光の強度分布に採用してもよい。これによれば、より実態に即したシミュレーションモデルを設定することができる。

なお、透光部８ａおよび位相シフト部８ｂを透過する光の強度分布は測定対象領域とその延長上の近傍においてほとんど同じであるので、測定対象領域の近傍における透光部８ａおよび位相シフト部８ｂの各画素の画素値を採用してもよい。例えば、光学系のズレ等により撮像画像ＩＭ２において測定対象領域を特定することが困難である場合、または、撮像画像ＩＭ２に測定対象領域が含まれておらず、その近傍の領域が含まれている場合などには、その近傍の領域における画素値が採用されてもよい。より具体的な一例として、測定対象領域の延長上に位置する透光部８ａおよび位相シフト部８ｂの各画素の画素値をシミュレーションモデルの光の強度分布に採用してもよい。

＜フォトマスク検査装置の動作＞
図１３は、フォトマスク検査装置１の動作の一例を示すフローチャートである。まずステップＳ１１にて、制御部５０は移動機構４０を制御してステップ移動を行う。このステップ移動はイメージセンサ２８が測定対象領域（またはその近傍の領域）を撮像するのに適した位置への移動を示している。次にステップＳ１２にて、ステップＳ２と同様に、制御部５０は昇降機構６０を制御してオートフォーカス処理を行う。

次にステップＳ１３にて、イメージセンサ２８は撮像画像ＩＭ２を生成し、その撮像画像ＩＭ２を制御部５０に出力する。

次にステップＳ１４にて、制御部５０は撮像画像ＩＭ２のうち測定対象領域に相当する画像（あるいはその近傍の画像）を記憶媒体に記憶する。例えば撮像画像ＩＭ２のうち予め設定された領域を測定対象領域（あるいは近傍領域）として抽出し、その画像を記憶媒体に記憶する。

次にステップＳ１５にて、ステップＳ１と同様に、制御部５０は移動機構４０を制御して、スリット２４ａが測定対象領域と対向するように、位相シフトマスク８０をスリットマスク２４に対して移動させて、ＸＹ平面における位置合わせを行う。

次にステップＳ１６にて、ステップＳ３と同様に、スリットマスク２４と位相シフトマスク８０とが相対的に微動した状態で、イメージセンサ２７が複数のタイミングで撮像画像ＩＭ１を生成し、その撮像画像ＩＭ１を制御部５０に出力する。

次にステップＳ１７にて、ステップＳ４と同様に、制御部５０は複数の回折パターンから回折パターン（選択回折パターンＳＰ１）を選択する。

次にステップＳ１８にて、制御部５０は選択回折パターンＳＰ１に基づいて位相シフト部８ｂのパターン特性を算出する。図１４は、この算出方法の具体的な一例を示すフローチャートである。まずステップＳ５１１にて、制御部５０は撮像画像ＩＭ２に基づいてシミュレーションモデルの光の強度分布を設定する。より具体的な一例として、ステップＳ１４において記憶した画像の各画素値をシミュレーションモデルの光の強度分布に採用する。位相差θは位相シフト部８ｂの各位置において一定に設定されてもよく、あるいは、各境界部において光の強度分布と同様の傾斜で設定されてもよい。

次に制御部５０はステップＳ５１２～ステップＳ５１５を実行する。ステップＳ５１２～Ｓ５１５はそれぞれステップＳ５０１～Ｓ５０４と同様であるので、繰り返しの説明を避ける。

ステップＳ５１４において演算回折パターンが選択回折パターンＳＰ１に類似すると判断されたときには、ステップＳ１９にて、ステップＳ６と同様に、制御部５０は最新の幅ｗおよび位相差θを測定値として表示部７０に表示させる。

これによれば、撮像画像ＩＭ２に基づいてシミュレーションモデルの光の強度分布が設定されるので、より実態に即して演算回折パターンを算出することができ、より高い精度で幅ｗおよび位相差θを算出できる。

以上のように、フォトマスク検査装置およびフォトマスク検査方法は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において例示であって、この開示がそれに限定されるものではない。また、上述した各種変形例は、相互に矛盾しない限り組み合わせて適用可能である。そして、例示されていない多数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ フォトマスク検査装置
８ａ 透光部
８ｂ 位相シフト部
８ｃ 遮光部
１０ 照射部
２４ スリットマスク
２４ａ スリット
２５ フーリエ変換レンズ
２７ 第１光学センサ（イメージセンサ）
２８ 第２光学センサ（イメージセンサ）
４０ 移動機構
５０ 演算処理部（制御部）
８０ 位相シフトマスク

Claims (13)

1. 光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査装置であって、
   前記位相シフトマスクを保持する保持部と、
   前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する照射部と、
   スリットを有し、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光が前記スリットを通過する位置に配置されるスリットマスクと、
   前記スリットを通過した光が入射されるフーリエ変換レンズと、
   前記フーリエ変換レンズからの光の回折パターンを複数のタイミングで検出する第１光学センサと
   を備え、
   前記第１光学センサは、前記透光部を透過する光による前記スリット内の透光部像と、前記位相シフト部を透過する光による前記スリット内の位相シフト部像との境界位置が、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとの相対位置の変化によって前記スリット内で変化している最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出する、フォトマスク検査装置。
2. 請求項１に記載のフォトマスク検査装置であって、
   平面視における前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させる移動機構を更に備え、
   前記第１光学センサは、前記移動機構が前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させている最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出する、フォトマスク検査装置。
3. 請求項２に記載のフォトマスク検査装置であって、
   前記移動機構は、前記幅方向に対して傾斜した方向に沿って、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクと相対的に移動させる、フォトマスク検査装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一つに記載のフォトマスク検査装置であって、
   前記第１光学センサによって検出された複数の回折パターンのうち中央位置における光の強度が最も小さい回折パターンを、選択回折パターンとして選択し、前記選択回折パターンに基づいて前記位相シフト部の幅および前記位相シフト部による位相差の少なくともいずれか一方を、前記パターン特性として求める演算処理部を更に備える、フォトマスク検査装置。
5. 請求項４に記載のフォトマスク検査装置であって、
   前記演算処理部は、前記選択回折パターンにおける光の強度の強弱のピッチに基づいて、前記位相シフト部の幅を算出する、フォトマスク検査装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のフォトマスク検査装置であって、
   前記演算処理部は、前記選択回折パターンにおける光の強度の複数のピーク値または複数のボトム値のうち二者の差に基づいて、前記位相シフト部による位相差を算出する、フォトマスク検査装置。
7. 請求項４に記載のフォトマスク検査装置であって、
   前記演算処理部は、
   前記透光部および前記位相シフト部を透過する光の強度分布、前記位相シフト部の幅、および、前記位相シフト部による位相差を設定する第１工程と、
   前記強度分布、前記幅および前記位相差に基づいて、高速フーリエ変換を用いて演算回折パターンを算出する第２工程と、
   前記演算回折パターンが前記選択回折パターンに類似しているか否かを判定する第３工程と、
   前記第３工程おいて、前記演算回折パターンが前記選択回折パターンに類似していないと判定したときには、前記幅および前記位相差を変更して前記第２工程及び前記第３工程を実行する第４工程と
   を実行する、フォトマスク検査装置。
8. 請求項７に記載のフォトマスク検査装置であって、
   前記演算処理部は、前記第１工程において、前記位相シフト部および前記透光部の各々を透過する光の強度が一定となるように前記強度分布を設定する、フォトマスク検査装置。
9. 請求項７に記載のフォトマスク検査装置であって、
   前記演算処理部は、前記第１工程において、前記位相シフト部と前記透光部との境界部にて、光の強度が、前記位相シフト部から前記透光部に向かうにしたがって徐々に増大するように、前記強度分布を設定する、フォトマスク検査装置。
10. 請求項７に記載のフォトマスク検査装置であって、
    第２光学センサと、
    前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとの間に設けられ、前記位相シフトマスクからの光の一部を前記第２光学センサへ導く光学素子と
    を更に備え、
    前記演算処理部は、前記第１工程において、前記第２光学センサによって撮像された画像に基づいて、前記強度分布を設定する、フォトマスク検査装置。
11. 光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査方法であって、
    照射部が前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する工程と、
    第１光学センサが、スリットマスクに形成されたスリット、および、フーリエ変換レンズを介して、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光の回折パターンを複数のタイミングで検出する工程と
    を備え、
    前記第１光学センサは、前記透光部を透過する光による前記スリット内の透光部像と、前記位相シフト部を透過する光による前記スリット内の位相シフト部像との境界位置が、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとの相対位置の変化によって前記スリット内で変化している最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出する、フォトマスク検査方法。
12. 光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査装置であって、
    前記位相シフトマスクを保持する保持部と、
    前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する照射部と、
    スリットを有し、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光が前記スリットを通過する位置に配置されるスリットマスクと、
    前記スリットを通過した光が入射されるフーリエ変換レンズと、
    前記フーリエ変換レンズからの光の回折パターンを複数のタイミングで検出する第１光学センサと、
    平面視における前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させる移動機構と
    を備え、
    前記第１光学センサは、前記移動機構が前記スリットマスクと前記位相シフトマスクとを相対的に移動させている最中に、複数のタイミングで回折パターンを検出し、
    前記移動機構は、前記幅方向に対して傾斜した方向に沿って、前記スリットマスクと前記位相シフトマスクと相対的に移動させる、フォトマスク検査装置。
13. 光を透過させる透光部、光を遮断する遮光部、および、前記透光部と前記遮光部との間に設けられ、光を透過させるとともに前記透光部を透過した光に対して位相をシフトさせる位相シフト部が所定のパターンで形成された位相シフトマスクの、前記位相シフト部のパターン特性を測定するフォトマスク検査装置であって、
    前記位相シフトマスクを保持する保持部と、
    前記透光部と前記位相シフト部とを含む領域に光を照射する照射部と、
    スリットを有し、前記透光部の幅方向における一部および前記位相シフト部の幅方向における全体を透過した光が前記スリットを通過する位置に配置されるスリットマスクと、
    前記スリットを通過した光が入射されるフーリエ変換レンズと、
    前記フーリエ変換レンズからの光の回折パターンを複数のタイミングで検出する第１光学センサと、
    前記第１光学センサによって検出された複数の回折パターンのうち中央位置における光の強度が最も小さい回折パターンを、選択回折パターンとして選択し、前記選択回折パターンに基づいて前記位相シフト部の幅および前記位相シフト部による位相差の少なくともいずれか一方を、前記パターン特性として求める演算処理部と
    を備える、フォトマスク検査装置。

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