JPH04328548A - フォトマスクの検査方法および装置 - 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、フォトマスクの検査方
法および装置に関し、例えば半導体製造装置に用いるフ
ォトマスクおよびレチクル、特に位相シフトフォトマス
クまたはレチクルにおける位相シフタ部の欠陥、および
フォトマスクまたはレチクルに付着した透明および半透
明異物を含めて、フォトマスクまたはレチクルのパター
ン欠陥および異物を容易にかつ適確に検出できるように
する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置において用いられるフォ
トマスクまたはレチクルの欠陥および異物の検査は、従
来より大別して２つの方法により行なわれている。その
１つは光学顕微鏡、レーザ光などを用いてフォトマスク
またはレチクルを直接検査する方法である。

【０００３】フォトマスクまたはレチクルの欠陥および
異物を検査する他の方法は、フォトマスクまたはレチク
ルのパターンを露光装置によってウェーハあるいはガラ
スウェーハに転写し、この転写されたパターンの欠陥を
調べてフォトマスクまたはレチクルの欠陥および異物の
検知を行なう方法である。この方法では、露光装置で実
際のウェーハに転写される可能性のある欠陥、異物の検
知が可能である。

【０００４】また、このような方法により、フォトマス
クまたレチクルの欠陥検査、あるいはウェーハのパター
ン欠陥検査を行なう装置としては、図６および図７に示
されるものが知られている。

【０００５】図６の検査装置は、フォトマスクまたはレ
チクルあるいはウェーハ２０の隣接チップのパターンを
それぞれ撮像レンズ２１ａ，２１ｂを介し撮像センサ２
２ａ，２２ｂにより取込み、フレームメモリ２３ａ，２
３ｂを介して比較手段２４に入力して比較するものであ
り、この比較手段による比較結果を欠陥検出手段２５に
より総合判定してパターン欠陥を検出するものである。 このような装置によって行なわれる検査方式はチップ比
較方式と称される。

【０００６】図７の検査装置は、フォトマスクまたはレ
チクル、あるいはウェーハ２０のパターンを投影レンズ
２１を介し撮像センサ２２で検出しフレームメモリ２３
ａに記憶する。そして、磁気テープ装置２６でパターン
設計データを入力し他のフレームメモリ２３ｃにパター
ン展開し、比較手段２４において両方のフレームメモリ
２３ａ，２３ｃからのデータを比較し欠陥検出手段２５
により総合的に欠陥判定を行なうものである。このよう
な装置による検査方式はデータ比較方式と称される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記検査方法の内、フ
ォトマスクあるいはレチクルを直接光学顕微鏡、レーザ
光などを用いて検査する方法では、検出されるべき欠陥
および／または異物の大きさとウェーハへの転写性に必
ずしも相関性がないため、ウェーハに転写される可能性
のある欠陥および／または異物を見逃さないためには、
きわめて緻密な検査を行なう必要があり、このためウェ
ーハに転写しない微細な欠陥および／または異物までも
しばしば検出してしまうという不都合があった。また、
検査装置、すなわち顕微鏡の照明系は、露光装置の照明
系の波長とは異なっていることが常であるので、露光波
長に依存する欠陥および異物の検知は困難であった。さ
らに、位相シフトフォトマスクおよびレチクルの位相シ
フタ部の欠陥についても同様に検出が困難であった。

【０００８】これに対し、ウェーハあるいはガラスウェ
ーハなどの媒体を通して検査する方法では、位相シフタ
部の欠陥を含め露光波長の照明光で転写する欠陥および
異物のみを検出できるという利点はあるものの、検出す
る欠陥の大きさはフォトマスクあるいはレチクル上の欠
陥より小さくなりがちであり、欠陥および異物の検出が
困難になるという不都合があった。また、特にレチクル
の場合には、ウェーハ上に形成されるパターンの大きさ
が元の大きさの５分の１になるため、光学的方法ではパ
ターン欠陥の検出がきわめて困難であった。

【０００９】本発明の目的は、前述の従来の技術におけ
る問題点に鑑み、フォトマスクまたはレチクルの露光に
よりウェーハに転写する可能性のある欠陥および／また
は異物をきわめて適確かつ容易に検出する方法および装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明によれば、フォトマスクの新規な検査方法が提
供され、該方法は、フォトマスクを露光装置の照明系と
同じ波長域、ほぼ同じＮ．Ａ．値、ほぼ同じシグマ値（
σ）を有する照明系で照明しかつ露光装置より大きい倍
率で中間媒体上に結像する段階、前記中間媒体上に結像
されたフォトマスクのパターン画像を前記中間媒体に記
録する段階、および前記中間媒体に記録されたパターン
画像のパターン欠陥を検査する段階を具備することを特
徴とする。

【００１１】前記フォトマスクのパターン画像は前記中
間媒体に光学透過率あるいは反射率の変化として記録す
ると好都合である。

【００１２】また、本発明によれば、フォトマスクの新
規な検査装置が提供され、該装置は、フォトマスクを露
光装置の照明系と同じ波長域、ほぼ同じＮ．Ａ．値、ほ
ぼ同じシグマ値（σ）を有する照明系で照明する手段、
該フォトマスクのパターン画像を露光装置より大きい倍
率で中間媒体上に結像しかつ記録するための中間媒体作
成手段、および前記中間媒体に記録されたパターン画像
のパターン欠陥を検査するための検査手段を具備するこ
とを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記構成に係わる方法および装置においては、
フォトマスク（レチクルを含む）によって露光装置がウ
ェーハに転写するのとほぼ相似形の、すなわちスケール
リングを除けば全く等価なパターンの、拡大パターンを
中間媒体に形成する。従って、露光装置で転写される欠
陥および異物のみが中間媒体にパターン欠陥として転写
される。この場合、露光装置の照明系と同じ特性を有す
る照明系を中間媒体形成用光学系に用いるから、露光波
長依存性の欠陥および異物も中間媒体にパターン欠陥と
して転写される。このパターン欠陥はウェーハ上にでき
るパターン欠陥より大きくなっているから、従来の光学
的検査方式によっても検知は容易となり、より小さな欠
陥および異物まで検出が行なえるようになる。

【００１４】また、本発明によれば、中間媒体上のパタ
ーン欠陥を検出する場合に、露光波長とは異なる照明光
を用いても露光装置で実際のウェーハに転写される欠陥
および異物のみを検出できる。中間媒体を検査する場合
に、Ｉ線、エキシマレーザ波長などの紫外線を使用する
ものとすると、照明光源、検出センサなどがかなり限定
されるという不都合があるが、本発明によれば露光波長
とは異なる波長の光、例えば可視光で検査を行なうこと
ができ、検査装置の簡略化、低価格化、汎用化などが図
られる。

【００１５】さらに、従来の検査装置では検出が困難で
あるかあるいは不可能であった透明あるいは半透明の異
物検出、位相シフタ部の欠陥検出が容易に可能になると
ともに、これらの欠陥および異物の内露光装置で実際の
ウェーハに転写されるもののみの検出が可能になる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につき
説明する。図１は、本発明に係わるフォトマスクの検査
方法および装置に使用される中間媒体形成用の照明系の
構成を示す。図１の照明系は、光源１と、切替式干渉フ
ィルタ２と、照明用レンズ３ａ，３ｂと、これらの照明
用レンズ３ａ，３ｂの間に配置された照明系開口絞り３
を有する照明光源部を備えている。図１の照明系はまた
、前記照明光源部からの光により照明されたレチクル５
の像を中間媒体１５上に結像するための結像レンズ６お
よび該結像レンズ６に設けられた結像系開口絞り４を備
えている。

【００１７】光源１および干渉フィルタ２は出射光が露
光装置の照明光と同じ波長域となるように設定できるよ
うにするためのものである。なお、干渉フィルタ２は切
替式のものを使用すると好都合である。また、照明系開
口絞り３は、結像レンズ３ａ，３ｂのＮ．Ａ．（開口数
）が露光装置の照明系レンズと同じ値に合わせられるよ
う調整可能な構成になっている。また、結像レンズ６に
設けられた結像系開口絞り４も同様に露光装置の結像レ
ンズのＮ．Ａ．に合わせられるよう調整可能となってい
る。従って、このような照明系のコヒーレンスファクタ
であるシグマ（σ＝照明系Ｎ．Ａ．／結像光学系Ｎ．Ａ
．）も露光装置のものと一致する。このような構成によ
り、中間媒体形成用光学系の照明系の特性が露光装置の
照明系の特性と一致するようになる。

【００１８】これにより、結像レンズ６によって決定さ
れる中間媒体形成用結像光学系の結像倍率によらず、中
間媒体１５上には露光装置で形成したウェーハ上のパタ
ーンと相似の像が得られる。例えば、レチクル５として
、図２に示すようなパターンを有するものを使用したと
仮定する。すなわち、図２に示されるレチクル５は、パ
ターン部５ａ内に存在するピンホール５ｂおよびパター
ン部５ａ以外の部分に存在するピンスポット５ｃ、そし
て異物５ｄを有するものとする。

【００１９】このようなレチクル５を露光装置によりウ
ェーハ上に縮小露光して形成されたウェーハ転写パター
ンは例えば図３（ａ）に示すものとなる。すなわち、図
２のピンスポット５ｃは比較的大きな領域にわたり存在
するから、ウェーハ転写パターンにおいてもパターン５
ａの一部として形成されている。これに対し、ピンホー
ル５ｂおよび異物５ｄはその大きさがきわめて小さいた
めウェーハ転写パターンには現れていない。

【００２０】図２に示されるようなレチクル５を使用し
て中間媒体を作成する場合に、前記図１に示されるよう
な露光装置の照明系と同じ特性を有する照明系によって
転写を行なうことにより、露光装置によるウェーハ転写
パターンと相似のパターンが中間媒体上に形成される。 すなわち、中間媒体形成用光学系の照明系の特性、すな
わち波長域、照明系Ｎ．Ａ．、シグマを露光装置のもの
と一致させることにより、図３の（ｂ）に示すように露
光装置によるウェーハ転写パターンとほぼ相似の像が中
間媒体上に拡大されて形成されている。これにより、露
光装置でウェーハに転写される欠陥、異物のみを中間媒
体にパターン欠陥として拡大転写することが可能になる
。これに対し、露光装置の照明系のものより高いＮ．Ａ
．を中間媒体形成用の照明系に使用した場合には、図３
の（ｃ）に示すように、露光装置でウェーハに転写され
ないピンホールおよび異物などまでが中間媒体に転写さ
れ、検査能率が低下し適確な検査を行なうことが不可能
になる。

【００２１】なお、中間媒体上のパターンは露光装置に
よって実際のウェーハに転写されるパターンよりも拡大
されておればよく、フォトマスクあるいはレチクルに対
しては拡大であっても、等倍であっても、縮小であって
もよい。

【００２２】また、中間媒体としてはガラス板、金属板
、ウェーハなどの上に形成されたレジストまたは金属な
どの薄膜パターンでもよく、一般的には光学透過率また
は反射率の変化でパターン情報を記録できるもの、例え
ばサーモ・プラスチック、フォトクロミックなど、であ
ればどのようなものでも使用可能である。また、中間媒
体としては光学系による空中像でもよいことは明らかで
ある。

【００２３】図４は、本発明の第１の実施例に係わるフ
ォトマスクの検査装置の構成を示す。同図の検査装置は
、図１に示すものと同じ照明系を備えている。すなわち
、光源１、切替式干渉フィルタ２、照明系開口絞り３、
照明レンズ３ａ，３ｂ、レチクル５、結像レンズ６、結
像系開口絞り４は図１のものと同じてあり、それぞれ同
一参照数字で示されている。すなわち、図４の照明系は
露光装置のものと同じ特性を有している。

【００２４】但し、図４の装置においては、中間媒体と
して空中像を使用するため、結像レンズ６の結像面に撮
像カメラ７を配置している。この撮像カメラ７の出力は
フレームメモリ８に接続され、該フレームメモリ８の読
出し出力は画像比較手段９の一方の入力に供給され、該
画像比較手段９の他方の入力には磁気テープ装置１１か
らのパターン設計データにより展開された設計画像が他
のフレームメモリ１２を介して入力されている。画像比
較手段９の出力には欠陥判定手段１０が接続されている
。

【００２５】図４の装置においては、露光装置の照明系
と同じ光学特性を有する照明系によりフォトマスクまた
はレチクル５の像が撮像カメラ７によって検出される。 検出された画像の信号はフレームメモリ８に一旦記憶さ
れ、磁気テープ装置１１などに記録されたパターン設計
データの参照画像を記憶したフレームメモリ１２の内容
と画像比較手段９によって比較される。この比較に基づ
き、欠陥判定手段１０は周知の態様でフォトマスクまた
はレチクル５のパターン欠陥を判定する。

【００２６】図５は、本発明の他の実施例に係わるフォ
トマスクの検査装置の構成を示す。図５に示される装置
は、中間媒体検査用照明系１４と、この照明系１４によ
り照明された中間媒体１５の拡大画像を結像するための
中間媒体検査用結像レンズ１６と、この結像レンズ１６
により結像された画像に対応する画像信号を得るための
撮像カメラ７と、フレームメモリ８と、画像比較手段９
と、欠陥判定手段１０と、パターン設計データを入力す
る磁気テープ装置１１と、設計パターンを展開するフレ
ームメモリ１２と、輪郭抽出手段１３となどによって構
成される。なお、図４と同じ部分は同一参照数字で示さ
れている。

【００２７】中間媒体検査用照明系１４は、必ずしも露
光装置の照明系のものと同じ光学特性を有する必要がな
く、例えば可視光などを出力するものでもよい。また、
輪郭抽出手段１３は、周知の態様でフレームメモリ１２
に記憶されたパターン設計データの内輪郭部分を示す参
照画像（エッジの線画）を抽出するものである。

【００２８】図５の装置は、中間媒体としてガラス基板
上に形成したフォトレジストパターンを使用するもので
ある。従って、図５の装置を使用してフォトマスクまた
レチクルの検査を行なうためには次のような手順がとら
れる。

【００２９】第１段階として、図１に示されるものと同
様の波長可変、照明系Ｎ．Ａ．および結像系Ｎ．Ａ．可
変の転写装置を用いて、露光装置と同じ照明波長、照明
系Ｎ．Ａ．、結像系Ｎ．Ａ．を同じに設定した後、被試
験フォトマスクまたはレチクルをガラス基板上のフォト
レジストに露光する。

【００３０】第２段階として、露光されたフォトレジス
トを現像し、中間媒体となるフォトレジストパターンを
ガラス基板上に形成する。

【００３１】第３段階として、図５の装置を用いて、顕
微拡大光学系１６と撮像カメラ７により、中間媒体であ
るフォトレジストパターンの拡大像（エッジの線画）を
読取り、フレームメモリ８に記憶する。磁気テープ装置
１１に入力されたパターン設計データをフレームメモリ
１２にパターン展開し、輪郭抽出手段１３に入力し、パ
ターン設計データの参照画像（エッジの線画）を作成す
る。そして、比較手段９によりフレームメモリ８に記憶
された画像データと輪郭抽出手段１３からの画像データ
を比較し、比較結果を欠陥判定手段１０により総合判定
してパターン欠陥を判定する。このパターン欠陥の判定
は、フォトマスクまたはレチクル上のパターンの欠陥お
よびフォトマスクまたはレチクル上に付着した異物など
の判定が含まれる。

【００３２】なお、上記図４および図５に示される検査
装置は、いずれもパターン設計データと中間媒体の画像
とを比較するいわゆるデータ比較検査を行なうものとし
て示されているが、図４および図５におけるパターン設
計データで作られた参照画像を隣接ダイ（チップ）から
の画像と置き換えることによりチップ比較検査を行なう
ものとして実施することも可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
検査装置でも検出可能であった欠陥、異物の他に、位相
シフトフォトマスクまたはレチクルの透過部に設けられ
たシフタ部の欠陥、露光波長依存性のマスク基板部の欠
陥、透明および半透明の異物などについても適確に検査
することが可能となる。しかもこの場合露光装置におい
て実際にウェーハに転写する欠陥などだけを検出するこ
とが可能となりきわめて効率的かつ適確な検査を行なう
ことが可能になる。また、本発明によれば、中間媒体を
検査する照明光としては露光装置の波長域と異なるもの
を使用することも可能であり、例えば可視光によっても
検査を行なうことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるフォトマスクの検査方法および
装置に使用することができる中間媒体形成用光学系の構
成を示す説明図である。

【図２】本発明に係わる検査方法および装置によって検
査されるフォトマスクまたレチクルの１例を示す平面図
である。

【図３】図２のフォトマスクまたはレチクルを露光装置
によってウェーハに転写した場合のパターンの１例を示
す平面図（ａ）、図２のフォトマスクまたはレチクルを
露光装置と同じ光学特性を有する照明系により中間媒体
に転写した場合のパターンを示す平面図（ｂ）、および
図２のフォトマスクまたはレチクルを露光装置の照明系
と異なる特性を有する照明系により中間媒体に転写した
場合のパターンを示す平面図（ｃ）である。

【図４】本発明の第１の実施例に係わるフォトマスクの
検査装置を示すブロック図である。

【図５】本発明の第２の実施例に係わるフォトマスクの
検査装置を示す説明的ブロック図である。

【図６】従来のチップ比較方式の検査装置の概略の構成
を示すブロック図である。

【図７】従来のデータ比較方式の検査装置の概略の構成
を示すブロック図である。

【符号の説明】

１　　光源 ２　　干渉フィルタ ３　　照明系開口絞り ３ａ，３ｂ　　照明レンズ ４　　結像系開口絞り ５　　フォトマスクまたレチクル ５ａ　　パターン部 ５ｂ　　ピンホール ５ｃ　　ピンスポット ５ｄ　　異物 ６　　結像レンズ ７　　撮像カメラ ８，１２　　フレームメモリ ９　　画像比較手段 １０　　欠陥検出手段 １１　　磁気テープ装置 １３　　輪郭検出手段 １４　　中間媒体検査用照明系 １５　　中間媒体 １６　　中間媒体検査用結像レンズ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　フォトマスクを露光装置の照明系と同
   じ波長域、ほぼ同じＮ．Ａ．値、ほぼ同じシグマ値（σ
   ）を有する照明系で照明しかつ露光装置より大きい倍率
   で中間媒体上に結像する段階、前記中間媒体上に結像さ
   れたフォトマスクのパターン画像を前記中間媒体に記録
   する段階、および前記中間媒体に記録されたパターン画
   像のパターン欠陥を検査する段階、を具備することを特
   徴とするフォトマスクの検査方法。
2. 【請求項２】　　前記フォトマスクのパターン画像は前
   記中間媒体に光学透過率あるいは反射率の変化として記
   録することを特徴とする請求項１に記載のフォトマスク
   の検査方法。
3. 【請求項３】　　フォトマスクを露光装置の照明系と同
   じ波長域、ほぼ同じＮ．Ａ．値、ほぼ同じシグマ値（σ
   ）を有する照明系で照明する手段、該フォトマスクのパ
   ターン画像を露光装置より大きい像率で中間媒体上に結
   像しかつ記録するための中間媒体作成手段、および前記
   中間媒体に記録されたパターン画像のパターン欠陥を検
   査するための検査手段、を具備することを特徴とするフ
   ォトマスクの検査装置。