JPH04229864A - フォトマスク検査装置 - Google Patents

フォトマスク検査装置

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JPH04229864A
JPH04229864A JP2415192A JP41519290A JPH04229864A JP H04229864 A JPH04229864 A JP H04229864A JP 2415192 A JP2415192 A JP 2415192A JP 41519290 A JP41519290 A JP 41519290A JP H04229864 A JPH04229864 A JP H04229864A
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JP
Japan
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light
amount
photomask
pattern
phase
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JP2415192A
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English (en)
Inventor
Shigeru Hirukawa
茂 蛭川
Nobutaka Umagome
伸貴 馬込
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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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(クロム)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二酸化ケイ素(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】更に、通常の材料は光の波長により屈折率
が異なるため(分散)、位相部材の膜厚と屈折率から位
相変化量を求めるには露光波長での屈折率を正確に知る
必要があるが、フォトマスクに位相部材を成膜する条件
によって位相部材の屈折率がかなり変化してしまうこと
があるため、位相部材の膜厚だけでなく、屈折率をその
つど計測する必要がある。このため、従来の方法では位
相変化量の計測に長時間を必要としていた。 【0010】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。 【0011】 【課題を解決するための手段】請求項1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、所定の波長範囲で波長を変化さ
せながら単色光又は準単色光を照射する照射光学系と、
前記照射光学系からの照射光による前記フォトマスクの
被検査パターンの像を所定の基準平面内に結像する検出
光学系と、前記フォトマスクの被検査パターンを透過し
た前記照射光の、前記基準平面での光量と前記被検査パ
ターンのフーリエ変換面での光量に対応する量をそれぞ
れを検出する光量検出手段とを備えたものである。 【0012】請求項2のフォトマスク検査装置は、請求
項1の検査装置において、所定の波長範囲で波長を変化
させながら単色光又は準単色光を照射する代わりに、フ
ォトマスクの被検査パターンに、所定の波長範囲を含む
多波長光を照射することとし、フォトマスクの被検査パ
ターンを透過した照射光を分光手段によって単色光又は
準単色光に分離する構成としたものである。 【0013】請求項3の発明のフォトマスク検査装置は
、請求項1,2の検査装置と同様の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、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、該照射光学系からの照射光による前記フォ
トマスクの被検査パターンの像を所定の基準平面内に結
像する検出光学系と、前記フォトマスクの被検査パター
ンを透過した前記照射光の、前記基準平面での光量と前
記被検査パターンのフーリエ変換面での光量に対応する
量を検出する光量検出手段と、前記被検査パターンの中
心を基準として前記照射光学系の光軸に対して前記フォ
トマスクを傾斜させる傾斜手段とを備えたものである。 【0014】 【作用】図2は本発明における位相変化量の測定の原理
を示す概念図である。図において、合成石英,ガラス等
からなる透明基板40の下面にはCr等からなる遮光部
41と透明部(基板裸面部)が交互に設けられており、
遮光部41を介して隣り合う透明部の一方には位相部材
(厚さt,屈折率nとする)42が付加されている。遮
光部41には反射防止膜を設けることもある。これらの
透明基板40,遮光部41,位相部材42が、後述する
実施例におけるフォトマスク4に相当し、透明基板40
は、結像レンズ50a,50bの光軸に対してほぼ直交
するように保持されている。 【0015】フォトマスクの上方から波長λの光を位相
部材42の付加されていない透明部Aと位相部材42の
付加された位相部材付加部Bとに照射すると、透明部A
からの光と、位相部材付加部Bからの光は、結像レンズ
50aを通過した後に、透明基板40に形成された被検
査パターンのフーリエ変換面P1 において同一点Cを
通る。位相部材付加部Bの透過光は、位相部材のない透
明部Aの透過光に対して、数式(1) に応じて位相差
φが生じる。 【0016】したがってフォトマスクの透明部Aと位相
部材付加部Bを通った光はCで干渉し合うため、位相差
φに応じて点C、すなわちフーリエ変換面P1 での光
の強度I1 が変化する。ここで、透明部Aから光の振
幅をAA ,強度をIA とし、位相部材付加部Bから
の光の振幅をAB ,強度をIB とすると、Cでの光
の強度Iは数式(2) と表わせる。したがって、Cで
の光強度の最大値は(AA+AB)2  であり、最小
値は(AA−AB)2となる。 【0017】I=IA+IB+2AAAB  COSφ
COSφ={I−(IA+IB) }/2AAAB  
…(2) 【0018】位相部材42の膜厚tが一定な
らば、数式(1) により位相差(位相変化量)φは光
の波長λと屈折率nにより決まることになる。さらに、
位相部材42の屈折率nは光の波長λにより変化する。 すなわち、位相差φはフォトマスクに照射する光の波長
λによって変化する。 【0019】したがって、位相シフトフォトマスクにお
いて位相部材による位相変化が理想的に行なわれた場合
には、透明部A,位相部材付加部Bをそれぞれ透過した
光の位相差はπであり、フォトマスクに照射する光の波
長を変化させていった場合に、フーリエ変換面P1 で
の光強度I1 が露光波長λe で極小値をとることに
なる。 そして、位相変化量がπからずれた場合には、ずれた量
に応じて強度I1 が極小値をとる波長が変化すること
になる。 【0020】一方、被検査パターンの結像レンズ50a
,50bによる結像面P2 では、透明部AはA’に位
相部材付加部BはB’にそれぞれ結像するため、透明部
A,位相部材付加部Bの間の遮光部41の幅が透明部A
と位相部材付加部Bとを分離して結像するに足る大きさ
であれば、透明部A,位相部材付加部Bをそれぞれを通
過した光は互いに干渉しあわないので、位相部材42の
位相変化量によって(位相部材の厚さによって)結像面
P2 での光の強度I2 の変化はない。したがって、
フーリエ変換面P1 と結像面P2 での光量比の変化
は、フーリエ変換面P1 での強度変化によって生じる
ことになる。 【0021】図3は、照射光の波長λを変化させたとき
の、結像面P2 における光量(光強度I2 )に対す
るフーリエ変換面での光量(光強度I1 )の比の変化
を示した図である。光量比Sの最大値SMAX ,最小
値SMIN に対して、露光波長λe での光量比をS
e とすると、λe における位相差φはSMIN と
なる波長をλMIN として、数式(2) を用いて数
式(3) と求めることができる。 【0022】 φ=cos−1 ・{se −1/2(SMAX+SM
IN)}/{1/2(SMAX−SMIN)}  …(
3) 【0023】また、露光波長λe とλMIN 
とで屈折率nが等しいとみなせるとき(位相部材42の
位相変化量の誤差が大きくなければλe とλMIN 
は差が小さく、わずかな波長の差による屈折率の差は無
視できる)、数式(1) よりλMIN では位相変化
量φがπであるから、数式(4) となる。よって、数
式(5) となるので、露光波長λe での位相変化量
は数式(6) と求めることができる。 【0024】π= 2π・(n−1)t/λMIN  
 …(4) 【0025】2(n−1)t =λMIN
   … (5)【0026】φ=π・λMIN /λ
  …(6) 【0027】したがって、数式(7) 
が成り立つ。 λMIN >λのときsin φ<0 λMIN <λのときsin φ>0  …(7) 【
0028】ここで、本発明において位相変化量の検出誤
差を低減するためには次に説明するような条件を満たす
ことが望ましい。まず、本発明でフーリエ変換面での光
量変化を結像面での光量を基準として求めているのは、
1つには位相部材42による薄膜の干渉の影響を取り除
くためである。 【0029】即ち、位相部材42を透過した光の光量自
体が薄膜干渉によって変化してしまうため(この薄膜の
干渉による光量変化はフーリエ変換面P1でも結像面P
2 でも生じる)、透明部Aと位相付加部分Bをそれぞ
れ透過した2光束の干渉に起因するフーリエ変換面P1
 での光量変化を正確に求めるために、結像面P2 で
の光量に対するフーリエ変換面P1 での光量の比をと
っているわけである。 【0030】又、位相部材42が照射光に対する吸収を
もつ場合(通常透過率は100%ではない)、位相部材
42での光の吸収によって位相部材付加部Bからの光量
が変化してしまうが、結像面P2 での光量とフーリエ
変換面P1 での光量の比をとることでこの吸収の影響
をなくすことができる。 【0031】さてここで、被検査パターンの透明部Aと
位相部材付加部Bの間隔が結像レンズ50a,50bの
解像限界を超える程小さいと、基準としている結像面P
2 でも透明部Aの透過光と位相部材付加部Bの透過光
が重なりあって2光束の干渉によって光量変化が生じる
ため、光量比の検出誤差の要因となる。特に、光量比の
最大値SMAX ,最小値SMIN 及び露光波長λe
 での光量比Se を用いて前記数式(3) から位相
変化量φを求める場合は、結像面P2 での干渉が直接
位相変化量の測定誤差に結びつくので、被検査パターン
はd>>λ/NA(但し、dは透明部Aと位相部材付加
部Bの間の遮光部41の幅、NAは結像レンズ50a,
50bの結像面P2 側の開口数、λは照射光の波長)
の条件を満たすことが望ましい。 【0032】また、透明部Aと位相付加部Bの面積が大
きく異なると、それぞれの透過光の光量差が大きくなり
、2光束干渉によるフーリエ変換面P1 での光量変化
が小さくなってしまう。このため、位相変化量の測定精
度を向上させるためには透明部Aと位相付加部Bの面積
はほぼ等しくすることが望ましい。 【0033】なお、図2では説明を簡単にするため、遮
光部41を介して隣り合う1組の透明部Aと位相付加部
Bだけを示しているが、透明部Aと位相部材付加部Bは
照射領域内に複数存在していても良い。透明部Aと位相
部材付加部Bはラインアンドスペースパターンや市松格
子パターンのように交互に配列されていても良いし、透
明部Aと位相部材付加部Bが不規則に混在していても良
い。この場合も、透明部Aと位相部材付加部Bの間隔は
結像レンズの解像限界を考慮して定めれば良く、透明部
Aと位相部材付加部Bのそれぞれの総面積が等しくなる
ようにすることが望ましい。遮光部41については透明
部Aと位相部材付加部Bが分離して結像されれば、特に
必要なく、被検査パターンは透明部Aと位相部材付加部
Bだけで構成されていても良い。 【0034】また、透明部Aと位相部材付加部Bの間隔
をa,結像レンズ50a,50bの焦点距離をf,照明
光の波長をλとしたとき、A,Bの2つの部分を透過し
た光束によるフーリエ変換面P1 での干渉縞の間隔は
、透明部Aと位相部材付加部Bの配列のし方によらず 
f・λ/a  と表わせ、光量の計測領域を f・λ/
a  程度以下の幅の領域に限ることで、2光束干渉に
よるフーリエ変換面での光量変化を精度良く検知するこ
とができる。 【0035】さて、次に、フォトマスクの照射光学系の
光軸に対する傾斜角θと位相部材42による位相変化量
の関係について説明する。フォトマスクの傾斜角がθ(
θ≠0)のときの位相変化量をφ’とすると、φ’は数
式(8) と表わせる。但し、θ’は位相部材42への
照射光の入射角で、sin θ’=n・sin θであ
る。よって、φ’はフォトマスクの傾斜角θを用いて数
式(9) と表わせる。 【0036】従って、照射光の波長を露光波長に固定し
、被検査パターンの中心を基準としてフォトマスクを傾
斜させていった場合、光量比が最小となる傾斜角θMI
N ではφ’=πとなるから、数式(10)と表わせ、
これを変形して数式(11)となる。 【0037】θ=0のときには、数式(12)となり、
n>>sin θMIN として、数式(13)となる
。ここで、θMINが小さいときにはn>1であるから
nの微小変化によるφの変化は極めて小さい。従って、
位相部材42の屈折率nはある代表値を用いても実際の
屈折率の変化は位相変化量φの計測にはほとんど影響し
ない。即ち、予め記憶しておいた位相部材42の屈折率
nと、露光波長λe での光量比が最小となるフォトマ
スクの傾斜角θMIN から、数式(13)によって、
露光光を垂直照明したときの位相変化量φを求めること
ができる。 【0038】 【数1】 【0039】 【数2】 【0040】 【数3】 【0041】 【数4】 【0042】 【数5】 【0043】 【数6】 【0044】 【実施例】図1は本発明第1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、白色光源1から
発せられた光ビームはレンズ3aで一端集光された後、
分光器2に入射する。光ビームは、分光器2で所定波長
λ1 の単色光となり、レンズ3bを介して検査対象で
あるフォトマスク4に達する。分光器2は後述するコン
ピュータ8によって制御され、予め定められた所定の範
囲で光ビームの波長を変化させることができるようにな
っている。本実施例では白色光源1としてハロゲンラン
プ(または多波長レーザ光源)を、分光器2としては焦
点距離25cmのグレーティング型のものを使用してい
る。 これら白色光源,分光器2,レンズ3a,3bが本発明
の照射光学系を構成する。 【0045】フォトマスク4は、水平面(照射光学系の
光軸に対して垂直な面)で2次元移動可能なステージR
S上に配置されている。図5は、フォトマスク4の平面
図であり、回路パターンRPの他に、同一製造工程で形
成されたテストパターンTPが設けられている。テスト
パターンTPは回路パターンRPとともに、クロム等の
遮光体LSで囲まれたパターン領域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。 【0046】テストパターンTPは図2で説明したよう
に、遮光部41,透明部A,位相部材付加部Bの基本単
位が繰り返されるいわゆるラインアンドスペースパター
ンとなっており、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。 【0047】ステージRSは、フォトマスク4を保持し
た後、検査に先立って、テストパターンTPがレンズ3
bからの光ビームの照射領域内に入るように、駆動手段
11によって水平面内で移動される。この結果、光ビー
ムは、フォトマスク4のテストパターンTPの近傍を照
明することになる。 【0048】フォトマスク4のテストパターンTPを透
過した光ビームは結像レンズ5に入射する。結像レンズ
5の瞳面(テストパターンTPのフーリエ変換面)には
、ハーフミラー53が配置されており、結像レンズ5に
入射した光ビームはハーフミラー53で2分割される。 【0049】ハーフミラー53を透過した光ビームは結
像レンズ5の結像面と受光面が合致するように配置され
た光電検出器7に入射し、ハーフミラー53で反射され
た光ビームは受光面にスリット10を備えた光電検出器
6に入射する。 【0050】スリット10の開口はその長手方向がテス
トパターンTP(ラインアンドスペースパターン)の伸
長方向と平行になるように(開口の長手方向が紙面垂直
方向となるように)設けられており、開口の幅は、結像
レンズ5の焦点距離をf,光ビームの波長(例えば変動
させる波長範囲の中心波長を代表波長とする)をλ、テ
ストパターンTPの透明部Aと位相部材付加部Bの間隔
をaとするとき、f・λ/aとなるように設定されてい
る。 【0051】光電検出器6,7からの検出信号は、増幅
器でそれぞれ増幅されてコンピュータ8に送られる。コ
ンピューター8では、波長λ1 における波長光電検出
器6,7からの検出信号の比、即ち、結像面での光量に
対するフーリエ変換面での光量の比S1 を求める。 【0052】コンピューター8は、光電検出器6,7か
らの検出信号を受けた後、分光器2に制御信号を送り、
フォトマスク4に照射する光ビームの波長を変化させる
。そして、変化させた波長λ2 の光ビームをテストパ
ターンTPに照射した際の、結像面及びフーリエ変換面
での透過光の光量を光電検出器6,7で検出する。コン
ピュータ8では波長λ1 のときと同様に、波長λ2 
での光量比S2 を求める。 【0053】このような動作を繰り返し、予め決めた波
長範囲(λ1 〜λe 〜λn )に対応する光量比(
S1 〜Se 〜Sn )を測定しコンピュータ8に記
憶する。コンピュータ8はこれらの光量比の測定データ
に基づいて、位相部材による位相変化量を算出する。 【0054】なお、光量比を検出すべき波長λの数nは
、位相変化量の算出精度を考慮すれば多い程良い。一方
、スループットを考えると、当然ながら、数nは少ない
方が望ましく、例えば、図3に示した曲線(サインカー
ブ)が近似にて得られる程度の数だけ、上記光量比の測
定を行なえば良い。また、波長範囲はフォトマスクが適
用される露光装置の露光波長を中心として定めれば良い
。 【0055】以下に実際の測定例を示し、コンピュータ
8での演算について、具体的に説明する。本実施例では
、フォトマスク4が用いられる露光装置の露光光が水銀
ランプのG線(波長436nm )である場合の位相部
材による位相変化量を求めた。フォトマスク4に照射す
る光ビームの波長を変化させる範囲は、200nm 〜
500nm であるとした。 【0056】この波長範囲では光量比(光電変換器6の
検出信号値/光電検出器7の検出信号値)の最小値SM
IN は波長が426nm のときに0.122 、最
大値SMIN は波長が219nm のときに0.97
6 であった。また、露光波長λe (436nm)の
ときの光量比Se は0.123 であった。この値を
前述した数式(3) を用いて計算すると、露光波長4
36nm での位相変化量は数式(14)となり、φ=
0.978 πと求めることができる。 【0057】 【数7】 【0058】また、426nm と436nm では屈
折率はほぼ等しいとみなせば、数式(6) を用いて4
36nm での位相変化量は、φ=π・426/436
 = 0.977πと求めることができる。位相部材の
分散がわかっていれば、この値を用いて数式(6) か
ら求めた位相変化量を補正することも可能である。数式
(6) によって位相変化量を求める場合には光量比が
最小となる波長λMIN がわかれば、最大光量比SM
AX ,最小光量比SMIN 自体を求める必要はない
。 【0059】また、数式(6) によって位相変化量を
求める方法は、次のような点からも有利である。フォト
マスク4の基板は、一般にガラスや合成石英が用いられ
るが、これらの材料は200nm 以下の短波長の光で
は透過できない。位相部材の位相変化量がπであるとき
、フーリエ変換面での光量は、前述したように露光波長
λe で最小となり、λe /2波長で最大となる。 【0060】しかるに、露光波長λe が400nm 
以下では、光量比が最大となる波長が200nm 以下
となるので、最大光量比SMAX を測定することがで
きず、数式(3) からは位相変化量を求めることがで
きない。これに対し、数式(6) では最大光量比SM
AX を測定する必要はなく、露光波長が400nm 
以下(200nm 以上)であっても、位相変化量を求
めることができる。 【0061】図4は、本発明の第2実施例(請求項2に
対応)による装置の構成を示す図である。本実施例では
、フォトマスク4に照射する光ビームは白色光とし、光
電検出器6,7の前段で白色光を単色光に分離している
。図において、白色光源1から射出されたされた光ビー
ムは、レンズ3で集光されて白色光のままフォトマスク
4に達する。フォトマスク4は図1の場合と同様に、水
平面内で2次元移動可能なステージRSに載置されてお
り、検査に先立って、被検査パターン(テストパターン
TP)と光ビームの照射領域の位置合わせが行なわれる
。被検査パターンは、第1実施例と同じラインアンドス
ペースパターンである。 【0062】フォトマスク4の被検査パターンを透過し
た光ビームは結像レンズ5に入射し、瞳位置に配置され
たハーフミラー53で2分割される。ハーフミラー53
を透過した光ビームは結像レンズ5の結像面に配置され
た光フアイバー9aの端面に入射し、光ファイバー9a
内を通って、分光器2aに至る。 【0063】一方、ハーフミラー53で反射された光ビ
ームは光ファイバー9bの端面に入射し、光ファイバー
9b内を通って分光器2bに至る。光ファイバー9bの
端面に備えられたスリット10は図1のスリットと同様
に構成されている。分光器2a,2bはコンピュータ8
に制御されて動作し、入射した白色光を指示された波長
λ1 の単色光とする。 【0064】分光器2a,2bによって単色化された光
ビームはそれぞれ光電変換器6,7に入射し、ここで結
像面及びフーリエ変換面での光量に対応する量が検出さ
れる。光電変換器6,7の検出信号は増幅器で増幅され
てコンピュータ8に送られる。コンピューター8では、
波長λ1 での光電検出器6,7からの検出信号の比、
即ち、結像面での光量に対するフーリエ変換面での光量
の比S1 を求める。 【0065】コンピューター8は、光電検出器6,7か
らの検出信号を受けた後、分光器2a,2bにそれぞれ
制御信号を送り、光電検出器6,7に入射する光ビーム
の波長をλ1 からλ2 に変化させる。そして、波長
λ2 での結像面及びフーリエ変換面での光量を光電検
出器6,7で検出する。コンピュータ8では波長λ1 
のときと同様に、波長λ2 での光量比S2 を求める
。 【0066】このような動作を繰り返し、予め決めた波
長範囲(λ1 〜λe 〜λn )に対応する光量比(
S1 〜Se 〜Sn )を測定しコンピュータ8に記
憶させる。コンピュータ8はこれらの光量比の測定デー
タに基づいて、位相部材による位相変化量を算出する。 コンピュータ8での具体的な演算方法は第1の実施例で
説明した通りである。 【0067】なお、図では2つの分光器2a,2bを用
いる構成としているが、光ファイバー9a,9bを切換
可能に1つの分光器に接続し、光ファイバー9aからの
光ビームと光ファイバー9bからの光ビームを別々に分
光するようにしても良い。 【0068】次に、再び図1を用いて第3実施例(請求
項3に対応)を説明する。本実施例では、フォトマスク
4に照射する光ビームの波長は、フォトマスクが実際に
用いられる露光装置での露光波長λe に固定されてい
る。 【0069】また、フォトマスク4が載置されているス
テージRSは水平面内で二次元移動可能であるだけでな
く、フォトマスク4の被検査パターンの中心を基準とし
てフォトマスク4の光軸に対する傾斜角を調整できるよ
うになっている。図6は本実施例における駆動手段11
の例を示した概念図である。 【0070】図6において、フォトマスク4はモータM
T1 によって光軸AXと直交する面内でX方向に、不
図示の別のモータでY方向に移動される。これにより、
まずテストパターンTPの中心を照射光学系の光軸AX
が通るようにフォトマスク4の水平面内の位置決めが為
される。 【0071】次いで、テストパターンTPの中心を通る
水平面上の直線(図の場合はY軸と平行な直線)を回転
軸として、モータMT2 によってフォトマスク4が回
転される。このモータMT2 の回転量によってフォト
マスク4の光軸に対する傾斜角が決まる。 【0072】図では、テストパターンTPの長手方向(
ライアンドスペースパターンの伸長方向)と平行な軸を
回転軸としてフォトマスク4を傾斜させているが、フォ
トマスク4を傾斜させる際の回転軸はテストパターンT
Pの中心を通る水平面上の直線であれば、テストパター
ンTPに平行な直線であっても、テストパターンTPと
交差する直線であっても構わない。 【0073】但し、テストパターンTPの中心を基準と
せずに、フォトマスクを傾斜させるとテストパターンの
像の横ずれが生じるので、必ず、回転軸はテストパター
ンTPの中心を通る必要がある。 【0074】図1に戻って、フォトマスク4のテストパ
ターンTPとレンズ3からの光ビーム(波長λe )の
照射領域の位置合わせを行ない、更に、フォトマスク4
の光軸に対する傾斜角をθ1 に設定する。 【0075】テストパターンTPを透過した光ビームは
結像レンズ5に入射し、実施例1で説明したと同様にし
て結像面での光量が光電検出器7で、フーリエ変換面で
の光量が光電変換器6で検出され、それぞれの検出信号
はコンピュータ8に送られる。コンピュータ8では光電
変換器6と光電変換器7の検出信号の比をとり、傾斜角
θ1 での光量比S1 を求める。 【0076】続いて、コンピュータ8は駆動手段11に
制御信号を送り、フォトマスク4の傾斜角をθ2 とし
、このときの光量比S2 を求める。この動作を繰り返
して一定範囲で傾斜角θを変化させながらそれぞれ光量
比を求め、光量比が最小となる傾斜角θMIN を求め
る。コンピューター8では、この傾斜角θMIN と予
め記憶されていた位相部材の屈折率nを用いて数式(1
3)から、露光光を垂直照明した場合の位相部材による
位相変化量を算出する。 【0077】回路パターンRPとテストパターンTPは
同一製造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の位相変化量を計測することで回路
パターンRPの位相変化量を知ることができる。 【0078】上記の実施例においてはテストパターンT
Pはフォトマスク4の中央部に1つだけ設けてあるが、
テストパターンTPを設ける位置は特に限定されるもの
ではない。複数のテストパターンTPをフォトマスク4
の各領域に設ければ、位相部材による位相変化量の誤差
分布を検知することもできる。 【0079】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
も良いことは言うまでもない。なお、被検査パターンの
透明部Aと位相部材付加部Bとの面積比は1:1に限ら
れるものではなく、例えば1:2〜2:1程度であって
も構わない。 【0080】また上記においては露光装置とは別の独立
した検査装置として説明したが、例えば第3実施例の場
合、検査用の照明光は露光波長に限定するので、本発明
の検査装置を露光装置に組み込むようにしても良い。 【0081】照射光学系については特に詳述しなかった
が、クリティカル照明を採用してもケーラー照明を採用
しても良い。照射領域の大きさや形状については固定で
も構わないが、被検査パターン以外のパターンから生じ
る回折光や散乱光の影響を避けるために、フォトマスク
4とほぼ共役な面内に視野絞りを配置し、被検査パター
ンの大きさや形状に応じて開口を調節することが好まし
い。照射光学系の開口数NAについては、小さい方が良
いが、フォトマスク4が用いられる露光装置の開口数と
等しくしても良い。 【0082】なお、上記においては、フォトマスクを透
過した光ビームを直接受光する構成を取っているが、図
7に示されるように、透過光を反射させて受光する構成
としても良い。 【0083】図7において、照射光学系(図示せず)か
らの光ビームは、ハーフミラー60を透過し、透明基板
40の透明部Aと位相部材42が付加された位相部材付
加部Bをそれぞれ通り、結像レンズ50a,50bを介
して高反射ミラーMRに至る。透明部Aからの光ビーム
は高反射ミラーMRのA’で、位相部材付加部Bからの
光ビームは高反射ミラーMRのB’で反射され、再び同
じ光路を通って(透明部Aからの光ビームは再度透明部
Aを通り、位相部材付加部Bからの光ビームは再度位相
部材付加部Bを通る)、ハーフミラー60で反射され、
結像レンズ50c,50dに入射される。そして、結像
レンズ50c,50dによって、透明部Aの像がA”に
、位相部材付加部Bの像がB”に結ばれる。 【0084】このような構成においては、光ビームが位
相部材42を2回通ることになるので、結像面P2 と
フーリエ変換面P1 での光量比の変化量が2倍となり
、測定感度が向上する。なお、この場合には、光量比が
最大波長に対する露光波長を求めることになる。 【0085】 【発明の効果】以上のように、本発明においては、被検
査パターンの透明部を透過した光ビームと位相部材付加
部を透過した光ビームの干渉に起因するフーリエ変換面
での光量変化を、結像面での光量を基準として検出し、
光量比の検出結果に基づいて位相部材の所定波長におけ
る位相変化量を求めるので、位相部材の膜厚,屈折率を
そのつど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を計測することができる。また、フ
ォトマスクの基板と位相部材の屈折率差がほとんどなく
とも位相変化量の測定において何等支障をきたさない。 【0086】また、本発明では、透明部と位相部材を透
過した2光束の干渉が照射光の波長(又はフォトマスク
の傾斜角)により異なることを利用しているので、被検
査パターンの透明部又は位相部材の面積比が厳密に等し
い必要がなく、被検査パターンの制約が少ない。 【0087】更に、計測に使用する波長範囲で、位相部
材による光の吸収があるような場合でも、本発明ではフ
ーリエ変換面と結像面の2箇所で光量を測定し、その光
量比を求めるので、位相部材での光の吸収が測定誤差に
直接結びつか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】本発明第1実施例及び第3実施例にかかるフォ
トマスク装置の構成図である。
【図2】本発明の原理を説明図するための概念図である
【図3】波長による光量比の変化の様子を示す線図であ
る。
【図4】本発明第2実施例によるフォトマスク検査装置
の構成図である。
【図5】本発明におけるフオトマスクの例を示す平面図
である。
【図6】第3実施例における駆動手段の例を示す概念図
である。
【図7】本発明の実施例の変形例を示す構成図である。
【主要部分の符号の説明】
1  白色光源 2,2a,2b  分光器 4  フォトマスク 41  遮光部 42  位相部材 5  結像光学系 53  ハーフミラー 6,7  光電検出器 8  コンピュータ 9a,9b  光ファイバー 10  スリット 11  駆動手段

Claims (7)

    【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、所
    定の波長範囲で波長を変化させながら単色光又は準単色
    光を照射する照射光学系と、該照射光学系からの照射光
    による前記フォトマスクの被検査パターンの像を所定の
    基準平面内に結像する検出光学系と、前記フォトマスク
    の被検査パターンを透過した前記照射光の、前記基準平
    面での光量と前記被検査パターンのフーリエ変換面での
    光量に対応する量とを、前記所定範囲の各波長毎に検出
    する光量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】  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、所
    定の波長範囲を含む多波長光を照射する照射光学系と、
    該照射光学系からの照射光による前記フォトマスクの被
    検査パターンの像を所定の基準平面内に結像する検出光
    学系と、前記フォトマスクの被検査パターンを透過した
    前記照射光を単色光又は準単色光に分離する分光手段と
    、前記フォトマスクの被検査パターンを透過した前記照
    射光の、前記基準平面での光量と前記被検査パターンの
    フーリエ変換面での光量に対応する量とを、前記所定範
    囲の各波長毎に検出する光量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。
  3. 【請求項3】  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、前記照射光
    学系からの照射光による前記フォトマスクの被検査パタ
    ーンの像を所定の基準平面内に結像する検出光学系と、
    前記フォトマスクの被検査パターンを透過した前記照射
    光の、前記基準平面での光量と前記被検査パターンのフ
    ーリエ変換面での光量に対応する量とを検出する光量検
    出手段と、前記被検査パターンの中心を基準として前記
    照射光学系の光軸に対して前記フォトマスクを傾斜させ
    る傾斜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。
  4. 【請求項4】  前記被検査パターンの透明部と位相部
    材との面積比がほぼ1対1であることを特徴とする請求
    項1乃至3記載のフォマスク検査装置。
  5. 【請求項5】  前記光量検出手段は、前記基準平面で
    の光量に対する前記被検査パターンのフーリエ変換面で
    の光量の比の最小値,最大値、及び前記所定波長での光
    量比に基いて、前記所定波長における前記位相部材によ
    る位相変化量を算出する演算手段を備えたことを特徴と
    する請求項1又は2記載のフォトマスク検査装置。
  6. 【請求項6】  前記光量検出手段は、前記基準平面で
    の光量に対する前記被検査パターンのフーリエ変換面で
    の光量の比が最小値をとるときの前記照射光の波長と前
    記所定波長との比に基いて、前記所定波長における前記
    位相部材による位相変化量を算出する演算手段とを備え
    たことを特徴とする請求項1又は2記載のフォトマスク
    検査装置。
  7. 【請求項7】  前記光量検出手段は、前記基準平面で
    の光量に対する前記被検査パターンのフーリエ変換面で
    の光量の比が最小値をとるときの前記傾斜手段による傾
    斜量に基いて、前記所定波長における前記位相部材によ
    る位相変化量を算出する演算手段を備えたことを特徴と
    する請求項3記載のフォトマスク検査装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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