JPH04229863A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、半導体等の回路パター
ンを転写する際に原版として使用されるフォトマスクの
検査装置に関し、詳しくは透過光の位相を変化させる位
相部材が特定部分に付加された位相シフトフォトマスク
における位相変化量を計測する技術に関するものである
。 【０００２】 【従来の技術】半導体回路をウエハ上に投影露光して転
写する際に原版として用いられるフォトマスクは、一般
にはガラス基板上にＣｒ等の金属からなる遮光パターン
が形成された構造をなしている。 【０００３】しかし、このような構造のフォトマスクで
は、回路パターンが微細化すると、光の回折・干渉現象
のために投影像の十分なコントラストを得ることができ
ないという問題があり、近年、フォトマスク裸面部の特
定の箇所に位相部材を付加して透過光の位相を部分的に
変化させることにより像のコントラストを高める位相変
化フォトマスクが種々提案されている。例えば特公昭６
２−５０８１１号公報には、空間周波数変調型のフォト
マスクに関する技術が開示されている。 【０００４】かかる位相変化フォトマスクでは、位相を
正確に制御することが重要となるため、遮光パターンの
欠損の有無等の他に位相部材による位相変化量を検査す
ることが必要となるが、従来は、薄膜表面と基板・薄膜
界面との多重反射を利用して薄膜の膜厚や屈折率を測定
するエリプソメーター等を用いて位相変化量を求めてい
た。 【０００５】つまり、位相部材（主にＳｉＯ２　膜等か
らなる）による位相変化量φの測定は、位相部材の厚さ
ｔと、フォトマスクが実際のリソグラフィ工程で用いら
れる際の露光波長λにおける位相部材の屈折率ｎをそれ
ぞれ求め、数式（１）　として計算していた。 【０００６】φ＝　２π・（ｎ−１）ｔ／λ　　…（１
）　【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来、
位相変化フォトマスクの検査に用いられていたエリプソ
メーターは、上述したように基板・薄膜界面における反
射を利用して膜厚や屈折率の測定を行なう為、基板と薄
膜の屈折率差が小さい場合には計測が非常に困難であり
、両者の屈折率が等しい場合には界面での反射光強度が
零となるため測定が不可能となる。 【０００８】一方、半導体回路パターンの微細化に伴っ
てフォトリソグラフィーにおける光源は短波長化し、今
後は遠紫外線が光源の主流になると予想されている。紫
外線に対して高い透過率をもつ材質は少なく、位相部材
とフォトマスクの基板は共に石英ガラスで形成されるこ
とが考えられる。この場合、両者の屈折率が等しくなり
、上述したようにエリプソメーターを利用しての位相変
化量の測定は不可能である。 【０００９】また、位相シフトフオトマスクにおける位
相部材は、前記数式１で表わされる位相変化量φがπと
なるように位相部材の屈折率ｎ，厚さｄを制御するわけ
であるが、フォトマスクに位相部材を成膜する条件（例
えば位相部材を形成する場合、温度，圧力，組成等の条
件）によって屈折率ｎが微妙に変化してしまい、位相部
材の厚さｄについても実際の製造工程の中ではばらつき
がでてしまう。 【００１０】例えば、露光波長をλ＝３６５ｎｍ，位相
部材の屈折率ｎ＝１．５として、位相変化量の誤差を１
０°まで許すとすると、厚さｄの誤差は±２０ｎｍ以内
であること求められるが、この誤差範囲内に膜厚を制御
することはたいへん困難である。このため、位相変化量
φの誤差（即ち、φがπからどれ程ずれているか）を効
率良く測定することが切望されている。 【００１１】しかし、従来のように、位相部材の膜厚と
屈折率から位相変化量を求める場合、位相部材の膜厚ｄ
だけでなく、成膜条件によって変化する屈折率ｎをその
つど計測する必要があり、計測に長時間を必要としてい
た。 【００１２】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、位相部材と基板の屈折率差によらず位相変化
量の正確な計測が可能であり、かつ露光波長における正
確な位相変化量を簡易かつ高速に求めることのできる位
相シフトフォトマスク用の検査装置を提供することを目
的とするものである。 【００１３】 【課題を解決するための手段】本発明のフォトマスク検
査装置は、所定波長の光ビームに対してほぼ透明な基板
に幾何学的な原画パターンを有し、該原画パターンの少
なくとも一部に前記透明基板を透過する光ビームの位相
を変化させる位相部材を備えたフォトマスクを検査対象
とし、上記の課題を達成するために、前記フォトマスク
の被検査パターンに単色光又は準単色光を照射する照射
光学系と、前記被検査パターンのフーリエ変換像を光電
検出する検出手段とを備えたものである。 【００１４】本発明における検出手段は、具体的にはフ
ーリエ変換像を検出する光電変換器と、該光電変換器か
ら出力される検出信号に基づいて、前記位相部材による
透過光の位相変化量を算出する演算回路とを備え、照射
光学系は、光源から射出された光ビームの発散角を調整
する第１開口絞りと、前記フォトマスクの照射領域を調
整する第２開口絞りを備えることが好ましい。 【００１５】 【作用】本発明における位相変化量の測定原理について
、図５を参照して説明する。垂直照射される光ビームの
照射領域内に、幅２ａの２開口（後述する実施例におけ
る被検査パターンの透明部Ａと位相部材付加部Ｂに対応
する）が隣接してならび、１方の開口（位相部材付加部
Ｂ）の透過光の位相は、他方の開口（透明部Ａ）の透過
光に対して（π＋θ）だけ変化するものとする。ここに
、θは位相変化量の誤差である。このとき、２開口を透
過した光ビームによるフーリエ変換像（回折像）の強度
分布は数式（２）　と表わせる。 【００１６】 【数１】 【００１７】ここにｕはフーリエ変換面の空間周波数座
標である。数式（２）の（２ａ・ｓｉｎ（２π・ａ・ｕ
）　／２　π・ａ・ｕ）の部分は、幅２ａの２つの開口
のフーリエ変換像を表わし、ｕ＝±１／２ａ，±１／ａ
，±３／２ａ，　……で極小点をもつ　ｓｉｎｃ関数で
ある。 【００１８】数式（２）　の（　　ｅｘｐ　（２πａｉ
ｕ）＋ｅｘｐ　（（π＋θ）ｉ　）・ｅｘｐ　（−２π
ａｉｕ）　）の部分（以下Ｑと表示する）は、θ＝０の
ときは（位相変化量の誤差のない場合）、ｓｉｎ（２　
πａｕ）　となる項で、極小点をｕ＝０，±１／２ａ，
　±１／ａ，±３／２ａ，　……にもっている。 【００１９】θ＝０の場合のフーリエ変換像の強度分布
は、図５において実線で表わされ、原点と極小点位置（
図５の場合零点位置）が合致しており、原点の両側に現
われるピークの強度は等しくなっている。 【００２０】一方、θ≠０のときは（位相変化量の誤差
がある場合）、数式（２）　のＱの部分は数式（３）　
となり、極小点はｕ＝θ／４πａ，（　±π＋　θ／２
）（１／　２πａ），（±２　π＋θ／２）（１／２　
πａ）……となる。θ≠０ときのフーリエ変換像の強度
分布は、図５で点線で表わされ、極小点位置が空間周波
数座標の原点ｕ０　からｕ１　だけずれることになり、
極小点をはさむ２つのピークのうち一方のピークの強度
が低下する。 【００２１】 Ｑ＝ｅｘｐ　（　θｉ／２）・２ｉ・　ｓｉｎ　（２π
ａｕ−　θ／２）　　　…（３）　【００２２】ここで
、θ≠０の場合に、空間周波数座標の原点ｕ０　に最も
近い極小点の座標ｕ１　に着目すると、ｕ１　＝θ／４
πａ　であり、ｕ１　は位相変化量誤差θに比例してい
る。すなわち、原点ｕ０　に最も近い極小点の座標ｕ１
　を求めることで位相変化量誤差が定量的に求められる
。なお、基準となる原点ｕ０　の決め方については後述
の実施例の中で具体的に説明する。 【００２３】ここで、フーリエ変換像は、光ビームで照
射される２開口が光軸からずれていても変化しない。従
って、本発明では、検査対象である２開口（被検査パタ
ーン）を光軸に対して厳密に位置合わせする必要がなく
、装置化する場合に非常に有利である。 【００２４】また、２つの開口の光ビームの透過率に差
がある場合（即ち、１方の開口に付加される位相部材の
透過率が１００％でない場合）　、フーリエ変換像の極
小点の強度は位相部材での光の吸収の程度に応じて高く
なるが（位相部材部材の透過率が１００％であれば極小
点は零点となる）、極小点の空間周波数座標位置は変化
しない。従って、本発明では位相部材で光ビームの吸収
がある場合でも正確に位相変化量を測定できる。 【００２５】また、前述したように、θ≠０のときは（
位相変化量の誤差がある場合）、フーリエ変換像の極小
点が原点からずれるとともに、極小点をはさむ２つのピ
ークのうち一方のピークの高さが低下するので、フーリ
エ変換像のピーク高さを測定することで、簡単に位相変
化量の誤差の有無を調べることができる。 【００２６】 【実施例】図１は本発明実施例によるフォトマスク検査
装置の構成図である。図において、光源１は、検査対象
であるフォトマスク８が実際に使用される露光装置の光
源と同じ光源であり、本実施例では水銀ランプが用いら
れている。露光装置の光源にレーザ（例えばＫｒＦエキ
シマレーザ）が用いられている場合は、それにあわせて
レーザが光源として用いられる。 【００２７】なお、測定のための波長が露光波長とほぼ
等しいことが望ましく、その理由は、位相部材には分散
があり、露光波長と異なる波長では位相部材の屈折率が
異なるためである。 【００２８】光源１を発した光ビームは、楕円ミラー２
で集光され、ミラー３で折り曲げられる。そして、リレ
ーレンズ４により光源像６が開口絞り（ピンホール板あ
るいはスリット板）５に結像される。楕円ミラー２とミ
ラー３の少なくとも一方は、ダイクロイックミラーで構
成されており、光ビームは露光波長と同じ波長の単色光
となる。ダイクロイックミラーを用いない場合は、例え
ばリレーレンズ４と開口絞り５の間に別途波長選択素子
（干渉フィルター等）を設ける。 【００２９】開口絞り５は、光源１からの光ビームの空
間的コヒーレンスを上げ、検出すべきフーリエ変換像の
コントラストを上げるものである。開口絞り５としてス
リット板を用いる場合、スリットの長手方向は被検査パ
ターン（後述）の透明部と位相部材付加部の境界線の方
向に一致させる。 【００３０】開口絞り５から射出された光ビームは、レ
ンズ７によって平行光束となり、更に可変開口絞り１１
によって所定の大きさのビーム径に絞られる。可変開口
絞り１１からの光ビームは、光軸と直交する面内で駆動
手段１６によって２次元移動されるステージＲＳに保持
された（ステージＲＳの動作については後述）フォトマ
スク８の被検査パターンを均一に照明する。 【００３１】レンズ７は、開口絞り５からレンズ７まで
の距離、及びレンズ７からフォトマスク８までの距離が
レンズ７の焦点距離にほぼ等しくなるような位置に配置
されている。 【００３２】フォトマスク８を透過した光ビームはフー
リエ変換レンズ９に入射し、このレンズ９によって、フ
ーリエ変換像ＦＰが形成される。フォトマスク８からフ
ーリエ変換レンズ９までの距離はフーリエ変換レンズの
焦点距離ｆとほぼ等しくなっており、フーリエ変換レン
ズ９の後側焦点位置には光電変換器１０が配置されてい
る。光電変換器１０としてはリニアアレイセンサー等を
用いることかでき、少なくとも１次元の光センサーであ
れば良く、走査型スリットを備えたフォトディテクター
でも良い。 【００３３】なお、フーリエ変換レンズ９は必ずしも必
要なものではなく、被検査パターンの２開口の幅に対し
て、フオトマスク８から光電変換器１０までの距離が十
分大きい場合は、フーリエ変換レンズ９がなくとも光電
変換器１０の受光面上にフーリエ変換像ＦＰ（ファーフ
ィールド像）が形成される。 【００３４】光電変換器１０からのフーリエ変換像ＦＰ
の検出信号は、信号処理回路１２に送られ、ここでｉ−
Ｖ変換、Ａ／Ｄ変換を含む処理が行なわれる。マイクロ
コンピュータ等の演算手段１３は、予め記憶されている
データと信号処理回路１２からの信号に基づいて、フー
リエ変換像ＦＰの極小点の空間周波数座標を求め、被検
査パターンに設けられた位相部材による位相変化量を算
出する。算出された位相変化量は表示器１４に表示され
る。 【００３５】ここで、図４は、フォトマスク８の例を示
す平面図であり、回路パターＲＰの他に、同一製造工程
で形成されたテストパターンＴＰ（被検査パターン）が
設けられている。テストパターンＴＰは回路パターンＲ
Ｐとともに、クロム等の遮光体ＬＳで囲まれた領域ＰＡ
（ここでは特にストリートライン相当領域）内に形成さ
れている。 【００３６】図２（ａ）　，（ｂ）　及び図３（ａ）　
，（ｂ）は本実施例におけるテストパターンＴＰの例を
示した平面図及び断面図である。図２において、透明基
板８ａには、テストパターンＴＰに相当する領域の周囲
を囲むようにクロム等からなる遮光部８ｂが形成されて
いる。遮光部８ｂで囲まれた領域は２分割され、一方は
透明部Ａ（透明基板８ａ裸面部）、他方は位相部材２２
が付加された位相部材付加部Ｂとなっている。本実施例
では、透明部Ａと位相部材付加部Ｂの面積比はほぼ１：
１となっている。 【００３７】また、図３の例では、図２のテストパター
ンの構成に加えて透明部Ａと位相部材付加部Ｂの境界に
遮光部８ｂが設けられている。このようにすると、フー
リエ変換像の暗線（強度分布の極小点に対応）が明確と
なり、検出精度が向上する。 【００３８】ここで、本発明で好適な被検査パターンは
、上記の如く透明部Ａと位相付加部Ｂとの面積比が１：
１である必要はなく、少なくとも２つの開口部Ａ，Ｂは
その配列方向（図２，図３でＸ方向）に関する幅がほぼ
等しければ良い。これは、面積比（即ち、図２，図３に
おけるＹ方向の長さが異なっていても、そのフーリエ変
換像はの極小点（後述）は変化せず、その極大点での強
度値（ピーク値）が、変化するだけであるためである。 なお、２つの開口部Ａ，Ｂの形状、大きさは上記の条件
を満足すれば任意で良いが、矩形であることが望ましい
。 【００３９】次に、本実施例の装置を用いて位相変化量
を測定する際の動作を説明する。検査対象であるフォト
マスク８をステージＲＳに保持させた後、測定に先立っ
て、フォトマスク８の透明部だけの領域あるいは位相部
材付加部だけの領域に光ビームが照射されるようにステ
ージＲＳを２次元移動させ、光ビームに位相差がない場
合のフーリエ変換像を光電変換器１０で検出する。この
際、可変開口絞り１１を駆動してフォトマスク８上での
照明領域を、透明部Ａもしくは位相部材付加部Ｂとほぼ
同一の形状、大きさに設定しておくことが望ましい。 【００４０】光ビームに位相差がない場合のフーリエ変
換像は、空間周波数座標の原点ｕ０　に対応する位置に
ピークをもつので、このピーク位置を検出することで、
空間周波数座標の原点ｕ０　を決定できる。ピーク位置
の検出は、所定の強度で波形をスライスして中間点をと
ることで容易に行なうことができる。検出したピーク位
置（空間周波数座標の原点位置）は、基準位置として、
演算手段１３に記憶しておく。 【００４１】なお、このようにして基準位置を決定する
際に、フォトマスク８の代わりに、位相部材のない透明
基板あるいは全面に位相部材が形成された別の基板を用
いるようにしても良い。 【００４２】次に、フォトマスク８のテストパターンＴ
Ｐがレンズ７からの光ビームの照射領域内に入るように
、駆動手段１６によってステージＲＳを２次元移動させ
る。このとき、照射光のビーム径はテストパターンＴＰ
の大きさや形状に合わせて可変開口絞り１１によって調
節される。 【００４３】この際、フーリエ変換像の極小点の空間周
波数座標位置は、テストパターンＴＰが光軸からずれて
いても（図１においてフォトマスク８が矢印Ｘの方向，
及び紙面垂直方向に移動しても）、それによって変化し
ないので、照射領域内にテストパターンＴＰが入ってい
れば、フォトマスク８の光ビームに対する位置合わせは
、それほど厳密に行なわなくとも良い。 【００４４】また、フォトマスク８がレンズ７の後焦点
位置，及びフーリエ変換レンズ９の前側焦点位置に厳密
に合致していなくとも（図１においてフォトマスク８が
矢印Ｚの方向に移動しても）、フーリエ変換像の極小点
の空間周波数座標位置は変化しないので、フォトマスク
８の光軸方向の位置決めについてもそれほど厳密に行な
う必要はない。 【００４５】但し、フォトマスク８が光軸に対して傾斜
すると、位相部材２２の光路長が変化し、位相変化量の
測定誤差となるので、ステージＲＳは、光軸に対して正
確に直交していることが望ましい。また、フォトマスク
８が光軸の回りに回転すると、フーリエ変換面にできる
暗線が回転してしまい、極小点の検出誤差が生じるため
、測定の途中でステージＲＳを光軸回りに回転させては
ならない。 【００４６】上記のようにしてフォトマスク８の位置決
めを行なった後、テストパターンＴＰに均一に光ビーム
を照射し、テストパターンＴＰの透過光によって形成さ
れるフーリエ変換像ＦＰ（テストパターンＴＰの位相部
材２２の透過率が１００％であれば前述の図５に点線で
示したようなフーリエ変換像となる）を光電変換器１０
で検出する。 【００４７】光電変換器１０の検出信号は信号処理回路
１２を介して演算手段１３に送られ、演算手段１３では
、先に記憶しておいた原点ｕ０　に最も近い極小点の空
間周波数座標ｕ１　を求める。 【００４８】位相変化量が（π＋θ）である場合、前述
したように、ｕ１＝θ／４πａであるので、誤差θ＝４
πａｕとなる。 【００４９】ここで、２ａはテストパターンＴＰの透明
部Ａ及び位相部材付加部Ｂの幅であり、ｕは距離である
から、誤差θを空間周波数に換算するには１／λｆ　を
かければよく、θ’＝４πａｕ１　／λｆとして演算手
段１３によってテストパターンＴＰにおける位相変化量
誤差θ’が算出される。λは照射光の波長、ｆはフーリ
エ変換レンズの焦点距離であり、予め演算手段１３に記
憶されている。算出された位相変化量誤差は、表示器１
４に表示される。 【００５０】なお、信号処理回路１２において、極小点
の座標値ｕ０　，ｕ１　を検出する方式は、所定の電圧
値で信号波形をスライスしてその中点を求める方法に限
られるものではなく、任意の方式（従来のいかなる方式
）であっても良い。 【００５１】回路パターンＲＰとテストパターンＴＰは
、同一工程で形成されており、両パターンにおける位相
変化量は同等とみなすことができ、上述のようにしてテ
ストパターンＴＰの位相変化量誤差を計測することで回
路パターンＲＰの位相変化量誤差を知ることができる。 【００５２】図４の例ではテストパターンＴＰがフォト
マスク８の略中央部に１箇所だけ設けられているが、テ
ストパターンＴＰをフォトマスク８の各位置に設け、そ
れぞれ位相変化量誤差を求めれば、フォトマスク８内の
誤差分布を知ることができる。また、特にテストパター
ンＴＰを設けなくとも回路パターンＲＰの一部を被検査
パターンとして用いても良いことは言うまでもない。 【００５３】さて、上記の説明では、位相変化量の測定
に先立って基準位置を決定するために、透明部のみ又は
位相部材付加部のみの領域に光ビームを照射し、そのフ
ーリエ変換像のピーク位置（極小点）を検出して空間周
波数座標の原点としたが、基準位置は図６に示されるよ
うな方法でも決定することができる。 【００５４】まず、図６（ａ）　のように紙面左側に位
相部材付加部Ｂが右側に透明部Ａが位置する状態で（透
明部Ａが左で、位相部材付加部Ｂが右でも良いことは言
うまでもない）、光ビームをテストパターンＴＰに照射
し、透過光によるフーリエ変換像を検出する。 【００５５】次に、図６（ｂ）　のように、透明部Ａと
位相部材付加部Ｂの位置を境界線に対して入れ換え、再
び光ビームをテストパターンＴＰに照射し、透過光によ
るフーリエ変換像を検出する。 【００５６】図６（ａ）　と図６（ｂ）　の場合のそれ
ぞれフーリエ変換像は、図６（ｃ）　のＦＰａ　，ＦＰ
ｂ　のようになり、フーリエ変換像ＦＰａ　の極小点は
原点に対して紙面右側にｕ１　だけずれ、フーリエ変換
像ＦＰｂ　の極小点は原点に対して紙面左側にｕ１　だ
けずれる。従って、フーリエ変換像ＦＰａ　とＦＰｂ　
の極小点位置の差は２ｕ１　となり、フーリエ変換像Ｆ
Ｐａ　とＦＰｂ　の極小点位置の中間点が空間周波数座
標の原点ｕ０　となる。 【００５７】前述したように、テストパターンＴＰが光
軸からずれてもフーリエ変換像は変化しないので、図６
（ａ）　での測定と図６（ｂ）　での測定で、透明部Ａ
と位相部材付加部Ｂの境界線の位置が合致するように厳
密に位置合わせする必要はない。但し、図６（ａ）　で
の測定と図６（ｂ）　の測定の間に、フォトマスク８を
保持するステージＲＳを光軸回りに回転させてはならな
い。なお、図６（ａ）　，（ｂ）　の各々に示したテス
トパターンは同一のマスク上に形成しておいても、別々
のマスクに形成しておいても構わない。 【００５８】ここで、図２のテストパターンを用いた場
合のフーリエ変換像を計算によって求めたグラフを図８
，図９に示す。図８は、位相部材２２の透過率が１００
％である場合であり、図中ＦＰ０　〜ＦＰ９　はそれぞ
れ位相変化量誤差θが０　°，２０　°，４０　°，６
０　°，…１８０　°の場合のフーリエ変換像の強度分
布である。 【００５９】図に示されるように、位相変化量の誤差が
は増大するにつれて極小点（零点）の空間周波数座標が
座標原点０（即ち、ｕ０　）〜ｕ９　と変化し、誤差が
大きくなるほど極小点と原点との距離が大きくなってい
る。 また、位相変化量誤差θの値が大きくなるにつれて、極
小点をはさむ２つのピークのうち高い方のピーク（紙面
左側のピーク）の高さはより高くなり、低い方のピーク
（紙面右側のピーク）の高さはより低くなる（グラフの
表示は、正規化しているので、高い方のピークの高さが
一定となっている）。従って、フーリエ変換像のピーク
高さ（２つのピークの高さの差）を測定することで、位
相変化量の誤差がおよそどの程度であるか簡単に知るこ
ともできる。 【００６０】図９は、位相部材２２の透過率が２５％　
である場合であり、図中ＦＰ１０〜ＦＰ１３はそれぞれ
位相変化量誤差θが０　°，２０　°，４０　°，６０
　°の場合のフーリエ変換像の強度分布である。位相部
材２２で光の吸収がある場合、２つのピークの間の極小
点の強度は零とはならないが、各極小点の空間周波数座
標位置は、図８の場合と同じであり、位相部材２２での
光の吸収は位相変化量の測定に影響しないことがわかる
。 【００６１】次に、テストパターンＴＰの透明部Ａと位
相部材付加部Ｂの配列方向の幅の比（ＷＡ　：ＷＢ　）
を変えた場合のフーリエ変換像の強度分布を計算によっ
て求めたグラフを図１０〜図１４に示す。簡単のため、
位相部材２２の透過率は１００％とし、かつ位相変化量
誤差θが０　°，１０　°，２０　°，３０　°の場合
とする。 【００６２】図１０はＷＡ　：ＷＢ　＝１：１の場合で
あり、図８と同様に明確に極小点（零点）が現われる。 【００６３】図１１はＷＡ　：ＷＢ　＝１：２の場合で
あり、透過率が１００％であっても極小点が零点とはな
らない。しかし、極小点は明確に現われており、各極小
点の空間座標位置は図１０の場合と同じであるから、位
相変化量の測定が可能である。 【００６４】図１２はＷＡ　：ＷＢ　＝１：３の場合で
あり、図１１の場合よりも更に極小点の強度が上昇し、
２つのピークの間隔も狭くなっているが、極小点は検出
はできるので位相変化量の測定が可能である。 【００６５】図１３はＷＡ　：ＷＢ　＝１：４の場合で
あるが、この場合は極小点の検出が困難となり（特に位
相変化量の誤差が大きい場合には片側のピークがほとん
どなくなり、単一のピークに近くなる）、位相変化量の
誤差の測定は不可能となる。 【００６６】図１４はＷＡ　：ＷＢ　＝１：０．５　の
場合であり、２つのピークの幅が広がっているが、極小
点は明確に現われるので、位相変化量の測定には問題を
生じない。 【００６７】以上の図１０〜１４からわかるように、本
発明における被検査パターンの透明部Ａと位相部材付加
部Ｂの幅は、必ずしも実施例のように１：１である必要
はなく、幅の比（ＷＡ　：ＷＢ　）が１対３〜３対１程
度であればフーリエ変換像の極小点の位置から位相変化
量の誤差を測定することができる。 【００６８】また、図１７はＷＡ　：ＷＢ　＝１：１で
位相部材２２の透過率が１０％　である場合のフーリエ
変換像（位相変化量誤差θ＝０　°，１０　°，２０　
°，３０　°）を示したものである。位相部材２２の透
過率が低くなると、位相部材付加部Ｂからの光量が少な
くなるため、極小点のピークが高くなるが、図１７の場
合、極小点の検出は十分可能である。フォトマスク８に
用いられる位相部材２２の透過率は通常極端に小さくな
ることは考えられないから、本発明では透過率によらず
位相変化量の検出が可能であると言える。 【００６９】次に、照明領域内に開口が３つ以上ある場
合のフーリエ変換像の強度分布を図１５（ａ）　，図１
６（ａ）　に示す。図１５（ａ）　は、図１５（ｂ）　
に示されるように照射領域内に透明部Ａ，位相部材付加
部Ｂ，透明部Ａの３つの開口（各開口の配列方向の幅は
等しい）が並んでいる場合であり、空間周波数座標の原
点位置に小さなピークが現われ、その両側の極小点の位
置は位相変化量の誤差に対応して変化しないので、フー
リエ変換像からの位相変化量の測定は困難である。 【００７０】また、図１６（ａ）　は、図１６（ｂ）　
に示されるように照射領域内に透明部Ａ，位相部材付加
部Ｂ，透明部Ａ，位相部材付加部Ｂの４つの開口（各開
口の配列方向の幅は等しい）が並んでいる場合であり、
フーリエ変換像はより複雑となってしまい、フーリエ変
換像からの位相変化量の測定は困難である。 【００７１】従って、透明部Ａと位相部材付加部Ｂが交
互に並んだパターンを被検査パターンとして用いる場合
には、図１の可変開口絞り１１によって、ビーム径を調
整し、隣接する透明部Ａと位相部材付加部Ｂだけが照射
領域内に入るようにする必要がある。 【００７２】以上のようなことから、本発明における被
検査パターンは図２，図３の例のように隣接する透明部
Ａと位相部材付加部Ｂが遮光部８ｂで囲まれたテストパ
ターンを用いることが好ましい。透明部Ａと位相部材付
加部Ｂの境界線と平行な方向の長さについては特に等し
くする必要はない。 【００７３】なお、上記の説明においては、照射光がフ
ォトマスク８を透過する場合について述べたが、反射型
のフォトマスクについても同様な測定が可能である。図
７にに反射型フォトマスクの位相変化量を測定する場合
の構成例を示す。なお、開口絞り５より光源側の構成は
図１と同様であり、レンズ９とフォトマスク１８との間
に可変視野絞りを設けても良い。 【００７４】図７において、開口絞り（ピンホール板又
はスリット板）５を射出した光ビームはハーフミラー１
５で反射され、レンズ９を介して反射型のフォトマスク
１８に照射される。反射基板１８ａには、反射部（反射
基板１８ａ裸面部）Ａ’と反射型の位相部材２２ａが付
加された位相部材付加部Ｂ’が設けられており、光ビー
ムはＡ’，Ｂ’のそれぞれの部分で反射され、同じ光路
を通ってレンズ９に戻る。 【００７５】レンズ９を透過した光ビームはハーフミラ
ー１５を透過し、光電変換器の受光面１０ａにフーリエ
変換像ＦＰを形成する。この場合もフーリエ変換像ＦＰ
の極小点の位置は位相部材２２ａの位相変化量誤差に対
応して変化するので、極小点の空間周波数座標を検出す
ることで、位相変化量を測定することができる。 【００７６】 【発明の効果】以上の様に本発明においては、隣接する
透明部と位相部材付加部のフーリエ変換像を検出し、フ
ーリエ変換像の極小点の空間周波数座標から位相部材の
所定波長における位相相変化量を求めるので、位相部材
の膜厚，屈折率を測定する必要がなく、簡易かつ高速に
位相部材の正確な位相変化量（膜厚）を計測することが
できる。 【００７７】また、フォトマスクの基板と位相部材の屈
折率差が差がほとんどなくとも位相変化量の測定におい
ては何等支障をきたさない。 【００７８】更に、フォトマスクの被検査パターンが光
軸に対してずれていてもフーリエ変換像の極小点の位置
は変化しないので、フォトマスクの厳密な位置合わせを
行なう必要がなく、装置化する上で非常に有利である。 また、位相部材で照射光が吸収される場合でもフーリエ
変換像の極小点の位置は変化しないので、位相部材の透
過率によらず高精度に位相変化量を求めることができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例によるフォトマスク検査装置の構
成図である。

【図２】（ａ）　は本発明で用いられるテストパターン
の例を示す平面図、（ｂ）　は断面図である。

【図３】（ａ）　は本発明で用いられるテストパターン
の例を示す平面図、（ｂ）　は断面図である。

【図４】フォトマスクの例を示す平面図である。

【図５】フーリエ変換像の強度分布を示す概念図である
。

【図６】（ａ）　，（ｂ）　，（ｃ）　は空間周波数座
標の原点の決め方を説明するための概念図である。

【図７】反射型フォトマスクの位相変化量を測定するた
めの装置の例を示す構成図である。

【図８】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分布
を示すグラフである。

【図９】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分布
を示すグラフである。

【図１０】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分
布を示すグラフである。

【図１１】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分
布を示すグラフである。

【図１２】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分
布を示すグラフである。

【図１３】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分
布を示すグラフである。

【図１４】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分
布を示すグラフである。

【図１５】（ａ）　は計算によって求めたフーリエ変換
像の強度分布を示すグラフ、（ｂ）　は被検査パターン
の平面図である。

【図１６】（ａ）　は計算によって求めたフーリエ変換
像の強度分布を示すグラフ、（ｂ）　は被検査パターン
の平面図である。

【図１７】計算によって求めたフーリエ変換像の強度分
布を示すグラフである。

【主要部分の符号の説明】

１　　光源 ２　　楕円ミラー ５　　開口絞り ８　　フォトマスク ８ａ　　透明基板 ８ｂ　　遮光部 ９　　フーリエ変換レンズ １０　　光電変換器 １１　　可変開口絞り １２　　信号処理回路 １３　　演算手段 １６　　駆動手段 ２２　　位相部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　所定波長の光ビームに対してほぼ透明
   な基板に幾何学的な原画パターンを有し、該原画パター
   ンの少なくとも一部に前記透明基板を透過する光ビーム
   の位相を変化させる位相部材を備えたフォトマスクを検
   査対象とし、前記フォトマスクの被検査パターンに単色
   光又は準単色光を照射する照射光学系と、前記被検査パ
   ターンのフーリエ変換像を光電検出する検出手段とを備
   えたことを特徴とするフォトマスク検査装置。
2. 【請求項２】　　前記検出手段は、フーリエ変換像を検
   出する光電変換器と、該光電変換器から出力される検出
   信号に基づいて、前記位相部材による透過光の位相変化
   量を算出する演算回路とを備えたことを特徴とする請求
   項１記載のフォトマスク検査装置。
3. 【請求項３】　　前記被検査パターンは、透明部と該透
   明部に近接する位相部材を有し、前記透明部及び位相部
   材の配列方向の幅がほぼ等しく形成されたことを特徴と
   する請求項１記載のフォトマスク検査装置。
4. 【請求項４】　　前記照射光学系は、光源から射出され
   た光ビームの発散角を調整する第１開口絞りと、前記フ
   ォトマスクの照射領域を調整する第２開口絞りを備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のフォトマスク検査装置
   。