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
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
式(2)および式(4)から以下の式を導くことができる。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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