KR102546388B1 - 포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법 - Google Patents

Abstract

보다 측정에 적합한 회절 패턴을 검출할 수 있는 포토마스크 검사 장치를 제공한다. 포토마스크 검사 장치는, 위상 시프트 마스크의 위상 시프트부의 패턴 특성을 측정한다. 포토마스크 검사 장치는 유지부와 조사부와 슬릿 마스크와 푸리에 변환 렌즈와 제 1 광학 센서를 구비한다. 유지부는 위상 시프트 마스크를 유지한다. 조사부는 투광부와 위상 시프트부를 포함하는 영역에 광을 조사한다. 슬릿 마스크는 슬릿을 갖고, 투광부의 폭방향에 있어서의 일부 및 위상 시프트부의 폭방향에 있어서의 전체를 투과한 광이 슬릿을 통과하는 위치에 배치된다. 푸리에 변환 렌즈는 슬릿을 통과한 광이 입사된다. 제 1 광학 센서는 푸리에 변환 렌즈로부터의 광의 회절 패턴을 복수의 타이밍으로 검출한다.

Description

포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법

이 발명은 포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법에 관한 것이다.

최근에는, 반도체 기판 또는 표시 디스플레이용의 기판 등의 기판에 대하여 높은 해상도로 패턴을 전사하기 위해서, 위상 시프트 마스크가 이용되고 있다. 이 위상 시프트 마스크에는, 반파장만큼 광의 위상을 늦추는 위상 시프트막이 형성되어 있다.

특허문헌 1 에는, 위상 시프트막에 의한 위상의 지연 (위상차) 을 측정하는 포토마스크 검사 장치가 기재되어 있다. 이 포토마스크 검사 장치에 있어서는, 가변 개구 조리개를 통해서 광이 포토마스크에 조사되고, 포토마스크를 투과한 광은 푸리에 변환 렌즈를 통해서 광전 변환기 (센서) 에 결상한다. 이에 따라, 광전 변환기는 푸리에 변환 이미지 (회절 패턴) 를 검출한다.

포토마스크 검사 장치는, 먼저, 포토마스크에 있어서 위상차가 발생하지 않는 영역 (투명부만의 영역 또는 위상 부재 (위상 시프트막) 만의 영역) 에 광을 조사하여, 위상차가 발생하지 않는 경우의 푸리에 변환 이미지를 기준 이미지로서 기억해 둔다. 그리고, 포토마스크 검사 장치는 포토마스크의 투명부와 위상 부재의 양방에 광을 조사하고, 이 조사에 의해 얻어진 푸리에 변환 이미지와, 기준 이미지의 비교에 기초하여, 위상 부재에 의한 위상차를 산출하고 있다.

일본 공개특허공보 평4-229863호

그러나, 특허문헌 1 의 기술에서는, 위상차의 산출에 적절한 푸리에 변환 이미지 (회절 패턴) 를 검출할 수 있다고는 할 수 없다. 왜냐하면, 가변 개구 조리개와 포토마스크의 상대 위치가 최적이 되도록, 이들을 위치 결정할 수 있다고는 할 수 없기 때문이다. 이 위치 결정의 요구 정밀도는 패턴의 폭이 좁아질수록 높아지므로, 특히, 미세한 패턴을 갖는 포토마스크에 대하여, 최적인 푸리에 변환 이미지 (회절 패턴) 를 얻는 것은 어렵다.

그래서, 본 발명은, 보다 측정에 적합한 회절 패턴을 검출할 수 있는 포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

포토마스크 검사 장치의 제 1 양태는, 광을 투과시키는 투광부, 광을 차단하는 차광부, 및, 상기 투광부와 상기 차광부의 사이에 형성되고, 광을 투과시킴과 함께 상기 투광부를 투과한 광에 대하여 위상을 시프트시키는 위상 시프트부가 소정의 패턴으로 형성된 위상 시프트 마스크의, 상기 위상 시프트부의 패턴 특성을 측정하는 포토마스크 검사 장치로서, 상기 위상 시프트 마스크를 유지하는 유지부와, 상기 투광부와 상기 위상 시프트부를 포함하는 영역에 광을 조사하는 조사부와, 슬릿을 갖고, 상기 투광부의 폭방향에 있어서의 일부 및 상기 위상 시프트부의 폭방향에 있어서의 전체를 투과한 광이 상기 슬릿을 통과하는 위치에 배치되는 슬릿 마스크와, 상기 슬릿을 통과한 광이 입사되는 푸리에 변환 렌즈와, 상기 푸리에 변환 렌즈로부터의 광의 회절 패턴을 복수의 타이밍으로 검출하는 제 1 광학 센서를 구비한다.

포토마스크 검사 장치의 제 2 양태는, 제 1 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 평면에서 보았을 때의 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 추가로 구비하고, 상기 제 1 광학 센서는, 상기 이동 기구가 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키고 있는 한창 중에, 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출한다.

포토마스크 검사 장치의 제 3 양태는, 제 2 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 상기 이동 기구는, 상기 폭방향에 대하여 경사진 방향을 따라, 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크와 상대적으로 이동시킨다.

포토마스크 검사 장치의 제 4 양태는, 제 1 내지 제 3 중 어느 하나의 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 상기 제 1 광학 센서에 의해 검출된 복수의 회절 패턴 중 중앙 위치에 있어서의 광의 강도가 가장 작은 회절 패턴을, 선택 회절 패턴으로서 선택하고, 상기 선택 회절 패턴에 기초하여 상기 위상 시프트부의 폭 및 상기 위상 시프트부에 의한 위상차의 적어도 어느 일방을, 상기 패턴 특성으로서 구하는 연산 처리부를 추가로 구비한다.

포토마스크 검사 장치의 제 5 양태는, 제 4 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 선택 회절 패턴에 있어서의 광의 강도의 강약의 피치에 기초하여, 상기 위상 시프트부의 폭을 산출한다.

포토마스크 검사 장치의 제 6 양태는, 제 4 또는 제 5 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 선택 회절 패턴에 있어서의 광의 강도의 복수의 피크값 또는 복수의 보텀값 중 양자의 차에 기초하여, 상기 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출한다.

포토마스크 검사 장치의 제 7 양태는, 제 4 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 투광부 및 상기 위상 시프트부를 투과하는 광의 강도 분포, 상기 위상 시프트부의 폭, 및, 상기 위상 시프트부에 의한 위상차를 설정하는 제 1 공정과, 상기 강도 분포, 상기 폭 및 상기 위상차에 기초하여, 고속 푸리에 변환을 이용하여 연산 회절 패턴을 산출하는 제 2 공정과, 상기 연산 회절 패턴이 상기 선택 회절 패턴에 유사한지 여부를 판정하는 제 3 공정과, 상기 제 3 공정에 있어서, 상기 연산 회절 패턴이 상기 선택 회절 패턴에 유사하지 않다고 판정했을 때에는, 상기 폭 및 상기 위상차를 변경하여 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정을 실행하는 제 4 공정을 실행한다.

포토마스크 검사 장치의 제 8 양태는, 제 7 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 위상 시프트부 및 상기 투광부의 각각을 투과하는 광의 강도가 일정해지도록 상기 강도 분포를 설정한다.

포토마스크 검사 장치의 제 9 양태는, 제 7 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 위상 시프트부와 상기 투광부의 경계부에서, 광의 강도가, 상기 위상 시프트부로부터 상기 투광부를 향함에 따라서 서서히 증대하도록, 상기 강도 분포를 설정한다.

포토마스크 검사 장치의 제 10 양태는, 제 7 양태에 관련된 포토마스크 검사 장치로서, 제 2 광학 센서와, 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크의 사이에 형성되고, 상기 위상 시프트 마스크로부터의 광의 일부를 상기 제 2 광학 센서로 유도하는 광학 소자를 추가로 구비하고, 상기 연산 처리부는, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 제 2 광학 센서에 의해 촬상된 화상에 기초하여, 상기 강도 분포를 설정한다.

포토마스크 검사 방법의 제 11 양태는, 광을 투과시키는 투광부, 광을 차단하는 차광부, 및, 상기 투광부와 상기 차광부의 사이에 형성되고, 광을 투과시킴과 함께 상기 투광부를 투과한 광에 대하여 위상을 시프트시키는 위상 시프트부가 소정의 패턴으로 형성된 위상 시프트 마스크의, 상기 위상 시프트부의 패턴 특성을 측정하는 포토마스크 검사 방법으로서, 조사부가 상기 투광부와 상기 위상 시프트부를 포함하는 영역에 광을 조사하는 공정과, 제 1 광학 센서가, 슬릿 마스크에 형성된 슬릿, 및, 푸리에 변환 렌즈를 통해서, 상기 투광부의 폭방향에 있어서의 일부 및 상기 위상 시프트부의 폭방향에 있어서의 전체를 투과한 광의 회절 패턴을 복수의 타이밍으로 검출하는 공정을 구비한다.

포토마스크 검사 장치의 제 1 양태 및 포토마스크 검사 방법의 제 11 양태에 의하면, 슬릿 마스크와 위상 시프트 마스크의 상대 위치는 실제로는 미소하게 변동하므로, 제 1 광학 센서가 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출함으로써, 복수의 상대 위치에 대응한 복수의 회절 패턴을 검출할 수 있다. 따라서, 1 회 밖에 회절 패턴을 검출하지 않는 경우에 비해, 위상 시프트부의 패턴 특성의 산출에 적합한 회절 패턴을 검출하기 쉽다.

포토마스크 검사 장치의 제 2 양태에 의하면, 이동 기구에 의해, 슬릿 마스크와 위상 시프트 마스크의 상대 위치를 제어할 수 있으므로, 그 이동 범위에 최적인 상대 위치를 포함할 수 있다. 따라서, 제 1 광학 센서는 위상 시프트부의 특정한 산출에 보다 적합한 회절 패턴을 검출하기 쉽다.

포토마스크 검사 장치의 제 3 양태에 의하면, 폭방향에 있어서의 상대 속도 성분을 낮게 설정할 수 있다. 따라서, 제 1 광학 센서는 최적인 상대 위치에 가까운 상대 위치에서의 회절 패턴을 검출하기 쉽다.

포토마스크 검사 장치의 제 4 양태에 의하면, 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차의 적어도 어느 일방을 산출할 수 있다.

포토마스크 검사 장치의 제 5 양태에 의하면, 간이한 연산으로 위상 시프트부의 폭을 산출할 수 있다.

포토마스크 검사 장치의 제 6 양태에 의하면, 간이한 연산으로 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.

포토마스크 검사 장치의 제 7 양태에 의하면, 더욱 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.

포토마스크 검사 장치의 제 8 양태에 의하면, 간이하게 강도 분포를 설정할 수 있다.

포토마스크 검사 장치의 제 9 양태에 의하면, 더욱 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.

포토마스크 검사 장치의 제 10 양태에 의하면, 더욱 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.

도 1 은, 포토마스크 검사 장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2 는, 포토마스크 검사 장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3 은, 슬릿 마스크의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4 는, 복수의 회절 패턴의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 5 는, 복수의 회절 패턴의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 6 은, 포토마스크 검사 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 7 은, 패턴 특성의 산출 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 8 은, 슬릿 마스크와 위상 시프트 마스크의 상대적인 이동 방향의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는, 시뮬레이션 모델의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10 은, 연산 회절 패턴의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 11 은, 패턴 특성의 산출 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 12 는, 시뮬레이션 모델의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13 은, 포토마스크 검사 장치의 동작의 일례를 나타내는 플로 차트이다.
도 14 는, 패턴 특성의 산출 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다.

이하, 도면을 참조하면서 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한 도면에 있어서는, 이해 용이의 목적으로, 필요에 따라 각 부의 치수나 수를 과장하거나 또는 간략화 하여 그리고 있다. 또 동일한 구성 및 기능을 갖는 부분에 대해서는 동일한 부호가 부여되어 있고, 하기 설명에서는 중복 설명이 생략된다. 또 도면에 있어서는, 각 구성의 위치 관계를 나타내기 위해서, XYZ 직교 좌표가 적절히 도시되어 있다. 예를 들어, Z 축은 연직 방향을 따라 배치되어 있고, X 축 및 Y 축은 수평 방향을 따라 배치되어 있다. 또 하기 설명에서는, Z 축 방향의 일방측을 ＋Z 측이라고도 부르고, 타방측을 -Z 측이라고도 부른다. X 축 및 Y 축에 대해서도 동일하다.

도 1 은, 포토마스크 검사 장치 (1) 의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2 는, 포토마스크 검사 장치 (1) 의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 포토마스크 검사 장치 (1) 는, 위상 시프트 마스크 (80) 를 검사하는 장치이다. 여기서는 먼저, 검사 대상이 되는 위상 시프트 마스크 (80) 의 일례에 대해서 설명한다.

＜위상 시프트 마스크＞

위상 시프트 마스크 (80) 는 도시하지 않는 노광 장치에 사용되는 포토마스크이다. 당해 노광 장치는 위상 시프트 마스크 (80) 를 사용하여 소정의 기판에 대하여 노광 처리를 실시함으로써, 당해 소정의 기판에 패턴을 전사할 수 있다. 소정의 기판은, 예를 들어, 반도체 기판 또는 플랫 패널 디스플레이용의 기판 등이다.

도 2 에 예시하는 바와 같이, 위상 시프트 마스크 (80) 는 기재 (81) 와 위상 시프트막 (82) 과 차광막 (83) 을 갖고 있다. 기재 (81) 는 노광용의 광 (예를 들어 i 선 등의 자외선) 에 대한 투광성을 갖고 있고, 예를 들어 석영 유리 등에 의해 형성된다. 기재 (81) 는 판상의 형상을 갖고 있고, 평면에서 보았을 때 (요컨대 두께 방향을 따라 보아), 예를 들어 사각형상의 형상을 갖고 있다. 위상 시프트 마스크 (80) 의 한 변의 길이는 예를 들어 수 [m] 정도로 설정된다.

위상 시프트막 (82) 은 기재 (81) 의 한 주면 (主面) 상에 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 위상 시프트막 (82) 은 노광용의 광에 대한 투광성을 갖고 있기는 하지만, 그 투과율은 기재 (81) 의 투과율보다 작다. 위상 시프트막 (82) 의 투과율은 예를 들어 수 [％] (보다 구체적으로는 5 [％]) 정도이다. 위상 시프트막 (82) 은, 자신을 투과한 광의 위상을, 투광부 (8a) 를 투과한 광의 위상에 대하여 대략 180 도만큼 시프트시킨다. 이와 같은 위상 시프트막 (82) 은 예를 들어 탄탈옥사이드 등에 의해 형성된다.

차광막 (83) 은, 예를 들어, 위상 시프트막 (82) 상에 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 이 차광막 (83) 은 평면에서 보았을 때 위상 시프트막 (82) 의 윤곽보다 내측의 영역에 형성되어 있다. 차광막 (83) 은 노광용의 광에 대한 차광성을 갖고 있고, 예를 들어 크롬 또는 산화크롬 등에 의해 형성된다.

이하에서는, 위상 시프트 마스크 (80) 중, 평면에서 보았을 때 위상 시프트막 (82) 이 형성되어 있지 않은 영역을 투광부 (8a) 라고 부르고, 평면에서 보았을 때 차광막 (83) 이 형성된 영역을 차광부 (8c) 라고 부르고, 투광부 (8a) 와 차광부 (8c) 의 사이의 영역을 위상 시프트부 (8b) 라고 부른다. 투광부 (8a), 위상 시프트부 (8b) 및 차광부 (8c) 는 평면에서 보았을 때 각각 소정의 패턴으로 형성된다. 투광부 (8a) 의 폭 (도 2 에서는 X 축 방향을 따른 폭) 은 예를 들어 2 ∼ 4 [㎛] 정도로 설정되고, 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (도 2 에서는 X 축 방향을 따른 폭) 은 예를 들어 0.3 ∼ 0.5 [㎛] 정도로 설정된다.

이 위상 시프트 마스크 (80) 를 사용하여 노광 장치에서 노광이 실시되면, 기판 상에서는, 투광부 (8a) 를 투과한 광과 위상 시프트부 (8b) 를 투과한 광이 그 경계부에서 간섭하고, 간섭 무늬 (암 (暗)) 를 발생한다. 그 결과로 투광부 (8a) 의 투영 이미지의 콘트라스트를 높게 할 수 있다. 따라서, 노광 장치는 이 위상 시프트 마스크 (80) 를 사용함으로써, 이 위상 시프트 마스크 (80) 를 사용하지 않는 경우에 비해, 보다 높은 해상도로 패턴을 소정의 기판에 전사할 수 있다.

이 위상 시프트 마스크 (80) 에 있어서, 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 형상은 전사 능력에 직결한다. 예를 들어 위상 시프트부 (8b) 에 있어서의 위상 시프트막 (82) 의 두께가 설계값으로부터 어긋나는 경우에는, 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차가 180 도로부터 어긋난다. 이것은, 간섭의 효과가 줄어들어, 해상도가 저하, 나아가서는, 전사된 기판 상의 패턴의 해상이 불안정해져, 최종적으로는, 제조의 수율이 저하되거나, 제품의 품질이 손상되는 등, 많은 지장을 일으켜 버린다. 또, 위상 시프트부 (8b) 의 폭이 설계값으로부터 어긋나도, 동일한 지장이 생긴다. 그래서, 위상 시프트 마스크 (80) 의 양부 (良否) 를 판정하기 위해서, 이 위상 시프트 마스크 (80) 에 형성된 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성 (구체적으로는, 위상 시프트부 (8b) 의 폭 및 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차) 을 측정하고, 마스크 제조 프로세스를 올바르게 관리하는 것이 바람직하다. 또 위상 시프트막 (82) 은 산화에 의해 시간 경과적으로 변화하고, 이 변화에 기인하여, 위상 시프트막 (82) 에 의한 위상차도 시간 경과적으로 변화할 수 있다. 따라서, 위상 시프트 마스크 (80) 는 정기적으로 검사받는 것이 바람직하다.

＜포토마스크 검사 장치＞

포토마스크 검사 장치 (1) 는, 이 위상 시프트 마스크 (80) 에 형성된 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 측정한다. 도 1 및 도 2 에 예시하는 바와 같이, 포토마스크 검사 장치 (1) 는 조사부 (10) 와 검출부 (20) 와 이동 기구 (40) 와 제어부 (50) 와 승강 기구 (60) 와 표시부 (70) 와 유지부 (90) 를 구비하고 있다.

유지부 (90) 는 위상 시프트 마스크 (80) 를 유지하는 부재이다. 이 유지부 (90) 는 위상 시프트 마스크 (80) 의 두께 방향이 Z 축 방향을 따르도록, 위상 시프트 마스크 (80) 를 유지한다. 도 1 의 예에서는, 유지부 (90) 는 위상 시프트 마스크 (80) 의 주연부만을 유지하고 있다. 또한, 유지부 (90) 는, 투광성의 부재에 의해 위상 시프트 마스크 (80) 의 하면을 전체적으로 지지해도 상관없다.

조사부 (10) 및 검출부 (20) 는 Z 축 방향에 있어서 위상 시프트 마스크 (80) 에 대하여 서로 반대측에 형성되어 있다. 도 1 및 도 2 의 예에서는, 조사부 (10) 는 위상 시프트 마스크 (80) 에 대하여 -Z 측에 형성되고, 검출부 (20) 는 위상 시프트 마스크 (80) 에 대하여 ＋Z 측에 형성되어 있다.

조사부 (10) 는 광을 Z 축 방향을 따라 조사하여, 당해 광을 위상 시프트 마스크 (80) 의 일부에 입사시킨다. 당해 광으로는, 예를 들어 노광용의 광 (예를 들어 i 선) 과 동일한 정도의 파장을 갖는 광을 채용한다. 조사부 (10) 는 예를 들어 광원 (11) 과 집광 렌즈 (12) 와 밴드 패스 필터 (13) 와 릴레이 렌즈 (14) 와 핀홀판 (15) 과 반사판 (16) 과 콘덴서 렌즈 (17) 를 구비하고 있다.

광원 (11) 은 광을 조사한다. 광원 (11) 은 예를 들어 자외선 조사기이다. 이 자외선 조사기로는 예를 들어 수은 램프를 채용할 수 있다. 광원 (11) 의 광의 조사/정지는 제어부 (50) 에 의해 제어된다.

집광 렌즈 (12), 밴드 패스 필터 (13), 릴레이 렌즈 (14), 핀홀판 (15), 반사판 (16) 및 콘덴서 렌즈 (17) 는, 광원 (11) 과 위상 시프트 마스크 (80) 의 사이에 있어서, 이 순서로 배치되어 있다.

집광 렌즈 (12) 는 볼록 렌즈로서, 그 초점이 광원 (11) 에 위치하도록 배치되어 있다. 광원 (11) 으로부터 조사된 광은 집광 렌즈 (12) 에 의해, 콜리메이트광 또는 확산각이 작은 광이 되고, 이 광은 밴드 패스 필터 (13) 에 입사된다. 밴드 패스 필터 (13) 는 당해 광 중 소정의 파장 대역 (투과 대역) 을 갖는 광만을 투과시킨다. 이 파장 대역으로는 노광용의 광의 파장 대역 (예를 들어 i 선을 포함하는 파장 대역) 을 채용할 수 있다. 밴드 패스 필터 (13) 의 파장 대역은 좁게 설정되어 있고, 실질적으로 단파장의 광 (이른바 단색광) 이 밴드 패스 필터 (13) 를 투과한다. 밴드 패스 필터 (13) 를 투과한 광은 릴레이 렌즈 (14) 에 입사된다.

릴레이 렌즈 (14) 는 볼록 렌즈로서, 입사된 광을 핀홀판 (15) 의 핀홀 (151) 에 집광시킨다. 핀홀 (151) 은 핀홀판 (15) 을 그 두께 방향으로 관통하고 있다. 핀홀판 (15) 은 핀홀 (151) 이 릴레이 렌즈 (14) 의 초점이 되는 위치에 배치되어 있다. 핀홀 (151) 을 통과한 광은, 실질적으로 점 광원으로부터 조사된 광이 되어, 반사판 (16) 의 반사면에 입사된다. 반사판 (16) 은 광의 진행 방향을 변경하기 위해서 형성되어 있고, 당해 광을 콘덴서 렌즈 (17) 에 입사시킨다. 콘덴서 렌즈 (17) 는 볼록 렌즈로서, 그 초점이 실질적으로 핀홀 (151) 이 되는 위치에 배치된다. 콘덴서 렌즈 (17) 는 입사된 광을 콜리메이트 광 또는 확산각이 작은 광으로 변환한다. 콘덴서 렌즈 (17) 로부터의 광의 NA (개구수) 는 콘덴서 렌즈 (17) 와 핀홀 (151) 에 의해 적당한 값으로 설정된다. 조사부 (10) 는 이 광을 Z 축 방향을 따라 위상 시프트 마스크 (80) 의 일부에 조사한다.

검출부 (20) 는 위상 시프트 마스크 (80) 를 투과한 광을 검출하여, 당해 광에 의한 회절 패턴을 검출한다. 검출부 (20) 는 예를 들어 대물 렌즈 (21) 와 결상 렌즈 (22) 와 프리즘 (23) 과 슬릿 마스크 (24) 와 푸리에 변환 렌즈 (25) 와 릴레이 렌즈 (26) 와 이미지 센서 (광학 센서) (27, 28) 를 구비하고 있다.

대물 렌즈 (21), 결상 렌즈 (22), 프리즘 (23), 슬릿 마스크 (24), 푸리에 변환 렌즈 (25) 및 이미지 센서 (27) 는 Z 축 방향에 있어서 위상 시프트 마스크 (80) 로부터 멀어짐에 따라서 이 순서로 배치되어 있다.

위상 시프트 마스크 (80) 의 당해 일부를 투과한 광은 대물 렌즈 (21) 및 결상 렌즈 (22) 를 통해서 확대된다. 결상 렌즈 (22) 로부터의 광의 일부는 프리즘 (23) 에 의해 이미지 센서 (28) 측으로 반사된다. 요컨대, 프리즘 (23) 은 위상 시프트 마스크 (80) 로부터의 광의 일부를 이미지 센서 (28) 로 유도하는 광학 소자이다. 이 광학 소자는 프리즘 (23) 에 한정되지 않고, 미러 또는 하프 미러 등이어도 된다.

슬릿 마스크 (24) 는 결상 렌즈 (22) 의 초점에 배치된다. 결상 렌즈 (22) 로부터 슬릿 마스크 (24) 에 입사된 광은, 슬릿 마스크 (24) 에 형성된 슬릿 (24a) 을 통과한다. 이 슬릿 마스크 (24) 는 슬릿 (24a) 이외의 영역에 있어서 광을 차단하고, 슬릿 (24a) 으로만 광을 통과시키므로, 시야를 좁히는 시야 조리개의 기능을 발휘한다. 이 슬릿 (24a) 은, 위상 시프트부 (8b) 와 그 근방만을 포함하는 영역으로부터의 광만을 투과시키는 정도의 넓이를 갖고 있다.

도 2 에 예시하는 바와 같이, 슬릿 마스크 (24) 는 기재 (241) 와 차광막 (242) 을 갖고 있다. 기재 (241) 는 노광용의 광에 대한 투광성을 갖고 있고, 예를 들어 석영 유리 등에 의해 형성된다. 기재 (241) 는 판상의 형상을 갖고 있고, 평면에서 보았을 때 예를 들어 사각형상의 형상을 갖고 있다. 기재 (241) 는 그 두께 방향이 Z 축 방향을 따른 자세로 형성되어 있다.

차광막 (242) 은 기재 (241) 의 일방의 주면 상에 형성되어 있다. 차광막 (242) 은 노광용의 광에 대한 차광성을 갖고 있고, 예를 들어 크롬 또는 산화크롬 등에 의해 형성된다. 이 차광막 (242) 은 평면에서 보았을 때 기재 (241) 의 일부의 영역을 피해 형성된다. 당해 일부의 영역은, 광을 통과시키는 슬릿 (24a) 을 형성하게 된다. 슬릿 (24a) 은 평면에서 보았을 때 장척상 (長尺狀) 의 형상을 갖고 있다.

도 3 은, 슬릿 마스크 (24) 의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 3 에서는, 슬릿 마스크 (24) 에 대한 위상 시프트 마스크 (80) 의 광학적인 위치 관계의 일례를 나타내기 위해서, 가상적으로 이점 쇄선으로 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 도 도시되어 있다. 요컨대, 이 이점 쇄선은, 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 가 대물 렌즈 (21) 및 결상 렌즈 (22) 를 통해서 슬릿 마스크 (24) 에 투영된 투영 이미지를 나타내고 있다. 이하에서는, 투광부 (8a) 를 슬릿 마스크 (24) 에 투영한 투영 이미지를 투광부 이미지 (80a) 라고 부르고, 위상 시프트부 (8b) 를 슬릿 마스크 (24) 에 투영한 투영 이미지를 위상 시프트부 이미지 (80b) 라고 부른다.

도 3 의 예에서는, 슬릿 (24a) 의 길이 방향이 투광부 (8a) 의 연장 방향을 따르고 있고, 슬릿 (24a) 은 위상 시프트부 (8b) 와 대향하고 있다. 보다 구체적으로는, 슬릿 (24a) 의 내부에는, 하나의 위상 시프트부 이미지 (80b) 의 폭방향 (여기서는 X 축 방향) 에 있어서의 전체와, 그 하나의 위상 시프트부 이미지 (80b) 에 인접하는 투광부 이미지 (80a) 의 폭방향에 있어서의 일부가 포함되어 있다. 바꿔 말하면, 위상 시프트부 (8b) 의 폭방향에 있어서의 전체, 및, 그 위상 시프트부 (8b) 에 인접하는 투광부 (8a) 의 폭방향에 있어서의 일부를 투과한 광이, 슬릿 (24a) 을 통과한다.

다시 도 2 를 참조하여, 슬릿 (24a) 을 통과한 광은 푸리에 변환 렌즈 (25) 를 통해서 이미지 센서 (27) 의 촬상면에 결상된다. 이미지 센서 (27) 는, 그 촬상면이 푸리에 변환 렌즈 (25) 의 초점에 위치하도록 배치되어 있다.

이미지 센서 (27) 는 예를 들어 CCD 이미지 센서 등으로서, 자신의 촬상면에 결상된 광에 기초하여, 촬상 화상 (IM1) 을 생성하고, 그 촬상 화상 (IM1) 을 제어부 (50) 에 출력한다. 광이 푸리에 변환 렌즈 (25) 를 통해서 이미지 센서 (27) 에 결상되므로, 이 촬상 화상 (IM1) 에는, 투광부 (8a) 를 투과한 광과 위상 시프트부 (8b) 를 투과한 광에서 기인한 회절 패턴이 찍힌다. 또한 이미지 센서 (27) 는 2 차원으로 배치된 화소를 갖는 촬상 센서에 한정되지 않고, 1 차원으로 배치된 화소를 갖는 라인 센서여도 된다. 요컨대, 이미지 센서 (27) 는, X 축 방향으로 형성되는 광의 강도 패턴 (회절 패턴) 의 휘도 분포를 디지털 데이터로 변환할 수 있는 광학 센서이면 된다.

제어부 (50) 는 이 회절 패턴에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성 (폭 및 위상차) 을 산출한다. 회절 패턴의 구체예 및 산출 방법의 구체예에 대해서는 후에 상세히 서술한다.

프리즘 (23) 으로부터 릴레이 렌즈 (26) 를 경유한 광은 이미지 센서 (28) 의 촬상면에 결상된다. 이미지 센서 (28) 는, 그 촬상면이 릴레이 렌즈 (26) 의 초점에 위치하도록 배치되어 있다. 이미지 센서 (28) 는 예를 들어 CCD 이미지 센서 등으로서, 자신의 촬상면에 결상된 광에 기초하여, 촬상 화상 (IM2) 을 생성하고, 그 촬상 화상 (IM2) 을 제어부 (50) 로 출력한다. 촬상 화상 (IM2) 에는, 위상 시프트 마스크 (80) 의 측정 대상 영역이 찍힌다. 제어부 (50) 는 이 촬상 화상 (IM2) 을 표시부 (70) 에 표시시켜도 된다. 이에 따라, 작업원이 위상 시프트 마스크 (80) 의 어느 영역을 측정하고 있는 것인지를 시인할 수 있다.

이동 기구 (40) 는 유지부 (90) 를 XY 평면 내에서 이동시킨다. 이에 따라, 유지부 (90) 에 유지된 위상 시프트 마스크 (80) 도 XY 평면 내에서 이동한다. 이동 기구 (40) 는 예를 들어 볼 나사 기구를 갖고 있고, 제어부 (50) 에 의해 제어된다. 위상 시프트 마스크 (80) 가 XY 평면 내에서 이동함으로써, 조사부 (10) 및 검출부 (20) 를 위상 시프트 마스크 (80) 에 대하여 주사시킬 수 있다. 따라서, 위상 시프트 마스크 (80) 의 복수의 측정 영역에서 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 측정할 수 있다. 또한 이동 기구 (40) 는, 조사부 (10) 및 검출부 (20) 에 대하여 위상 시프트 마스크 (80) 를 상대적으로 이동시키는 기능 및 구조를 갖고 있으면 되고, 예를 들어, 조사부 (10) 및 검출부 (20) 를 일체적으로 이동시켜도 된다.

승강 기구 (60) 는 유지부 (90) 를 Z 축 방향으로 승강시킨다. 이에 따라, 유지부 (90) 에 유지된 위상 시프트 마스크 (80) 도 승강한다. 승강 기구 (60) 는 예를 들어 볼 나사 기구를 갖고 있고, 제어부 (50) 에 의해 제어된다. 승강 기구 (60) 가 위상 시프트 마스크 (80) 를 승강시킴으로써, 위상 시프트 마스크 (80) 를 대물 렌즈 (21) 의 초점으로 이동시킬 수 있다. 또한 승강 기구 (60) 는, 검출부 (20) 에 대하여 위상 시프트 마스크 (80) 를 상대적으로 승강시키는 기능 및 구조를 갖고 있으면 되고, 예를 들어, 검출부 (20) 를 승강시켜도 된다.

표시부 (70) 는 예를 들어 액정 디스플레이 또는 유기 EL 디스플레이 등의 표시 장치로서, 그 표시 내용이 제어부 (50) 에 의해 제어된다. 예를 들어 제어부 (50) 는, 측정 결과를 포함한 화상 신호를 표시부 (70) 에 출력한다. 표시부 (70) 는 화상 신호에 기초하여 측정 결과를 표시한다. 또 상기 서술한 바와 같이, 표시부 (70) 는 제어부 (50) 의 제어에 의해 촬상 화상 (IM2) 을 표시해도 된다.

프리즘 (23), 슬릿 마스크 (24), 푸리에 변환 렌즈 (25), 릴레이 렌즈 (26) 및 이미지 센서 (27, 28) 는 도 1 의 광학 헤드 (30) 에 내장되어 있다.

그런데, 위상 시프트 마스크 (80) 에 형성되는 투광부 (8a) 의 패턴은 기판의 설계에 의해 적절히 설정되므로, 그 투광부 (8a) 의 연장 방향은 패턴의 측정 대상 위치에 따라 상이하다. 그래서, XY 평면의 각 위치에 있어서, 슬릿 (24a) 의 길이 방향을 투광부 (8a) 의 연장 방향을 따르게 하기 위해서, 슬릿 마스크 (24) 는 회전 가능하게 형성되어 있어도 된다.

예를 들어 광학 헤드 (30) 는, 서로 회전 가능하게 연결되는 상측 부재 (31) 및 하측 부재 (32) 를 갖고 있고, 광학 헤드 (30) 에 내장되는 상기의 광학 소자가 상측 부재 (31) 에 내장되어 있어도 된다. 하측 부재 (32) 는 포토마스크 검사 장치 (1) 의 케이싱에 대하여 회전 불가능하게 고정되고, 상측 부재 (31) 가 이 하측 부재 (32) 에 대하여 회전 가능하게 연결되어 있어도 된다. 이것에 의하면, 상측 부재 (31) 를 XY 평면에 있어서 회전시킴으로써, 이 상측 부재 (31) 에 내장된 슬릿 마스크 (24) 의 슬릿 (24a) 의 길이 방향을 조정할 수 있다. 또한 상측 부재 (31) 를 하측 부재 (32) 에 대하여 회전시키는 회전 구동 기구 (예를 들어 모터) 가 형성되어도 된다. 이 회전 구동 기구는 제어부 (50) 에 의해 제어된다.

제어부 (50) 는 포토마스크 검사 장치 (1) 를 전체적으로 통괄할 수 있다. 예를 들어 제어부 (50) 는 상기 서술한 바와 같이, 조사부 (10) 에 의한 조사, 이동 기구 (40) 에 의한 이동, 승강 기구 (60) 에 의한 승강 및 광학 헤드 (30) 의 회전을 제어한다. 또 제어부 (50) 는, 이미지 센서 (27) 에 의해 생성된 촬상 화상 (IM1) 에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 산출하는 연산 처리부로서도 기능한다.

제어부 (50) 는 전자 회로 기기로서, 예를 들어 연산 처리 장치 및 기억 매체를 갖고 있어도 된다. 연산 처리 장치는 예를 들어 CPU (Central Processor Unit) 등의 연산 처리 장치여도 된다. 기억부는 비일시적인 기억 매체 (예를 들어 ROM (Read Only Memory) 또는 하드 디스크) 및 일시적인 기억 매체 (예를 들어 RAM (Random Access Memory)) 를 갖고 있어도 된다. 비일시적인 기억 매체에는, 예를 들어 제어부 (50) 가 실행하는 처리를 규정하는 프로그램이 기억되어 있어도 된다. 처리 장치가 이 프로그램을 실행함으로써, 제어부 (50) 가, 프로그램에 규정된 처리를 실행할 수 있다. 물론, 제어부 (50) 가 실행하는 처리의 일부 또는 전부가 하드웨어에 의해 실행되어도 된다.

＜회절 패턴에 기초하는 측정 방법＞

도 4 는, 복수의 회절 패턴 (DP1 ∼ DP5) 의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 4 에 있어서, 세로축은 광의 강도를 나타내고, 가로축은 X 축 방향의 위치를 나타내기 때문에, 회절 패턴은 휘도 프로파일이라고도 할 수 있다.

회절 패턴 (DP1 ∼ DP5) 은, 슬릿 (24a) 과 위상 시프트 마스크 (80) 의 평면에서 보았을 때의 상대 위치를 변화시켰을 때의 회절 패턴이다. 여기서, 상대 위치를 나타내는 파라미터로서, 거리 (d) (도 3 참조) 를 도입한다. 도 3 의 예에서는, 평면에서 보았을 때 슬릿 (24a) 의 내부에 투광부 이미지 (80a) 및 위상 시프트부 이미지 (80b) 가 위치하고 있다. 구체적으로는, 슬릿 (24a) 의 내부에 있어서, -X 측에 투광부 이미지 (80a) 가 위치하고 있고, ＋X 측에 위상 시프트부 이미지 (80b) 가 위치하고 있다. 거리 (d), 슬릿 (24a) 의 -X 측의 단변 (端邊) 으로부터, 투광부 이미지 (80a) 와 위상 시프트부 이미지 (80b) 의 사이의 경계까지의 거리이다. 이 거리 (d) 가 클수록, 슬릿 (24a) 에 있어서 투광부 이미지 (80a) 가 차지하는 비율이 크다. 요컨대, 슬릿 (24a) 을 투과하는 광의 대부분을, 투광부 (8a) 로부터의 광이 차지한다.

회절 패턴 (DP1 ∼ DP5) 은, 거리 (d) 를 변화시켰을 때에 얻어지는 회절 패턴이다. 회절 패턴 (DP1 ∼ DP5) 에 대응하는 거리 (d) 그 회절 패턴의 부호의 말미의 숫자가 작을수록 짧다. 요컨대, 회절 패턴 DP1 은 가장 짧은 거리 (d) 에 대응하는 회절 패턴이고, 회절 패턴 DP5 는 가장 긴 거리 (d) 에 대응하는 회절 패턴이다.

또한, 거리 (d) 의 변화 범위는 다음과 같이 설정된다. 즉, 위상 시프트부 이미지 (80b) 의 폭방향에 있어서의 전체가 슬릿 (24a) 의 내부에 포함되어 있는 바와 같이, 변화 범위가 설정된다. 요컨대, 위상 시프트부 이미지 (80b) 의 일부가 폭방향에 있어서 슬릿 (24a) 으로부터는 비어져 나오지 않도록, 거리 (d) 의 변화 범위가 설정된다. 바꿔 말하면, 슬릿 (24a) 의 폭 (X 축 방향을 따른 폭) 은, 거리 (d) 를 변화 범위 내에서 변화시켰을 때에 위상 시프트부 이미지 (80b) 의 폭방향에 있어서의 전체가 슬릿 (24a) 의 내부에 포함되도록 설정된다.

도 4 에 예시하는 바와 같이, 회절 패턴 (DP1, DP2) 은, 위로 볼록해지는 형상 (요컨대 한 개의 산 (山) 형상) 을 갖고 있다. 이것은 거리 (d) 가 짧을 때에는, 투광부 (8a) 로부터의 광은 슬릿 (24a) 에서 차폐되므로, 슬릿 (24a) 을 통과하는 것은, 위상 시프트부 (8b) 로부터의 광으로만 되기 때문이다. 따라서, 회절 패턴은, 단순한 사각형 개구에 의한 회절 패턴이 되어, 이와 같은 분포 형상이 된다. 또, 회절 패턴 (DP1, DP2) 에 있어서, 광의 강도의 피크값은 비교적 작다. 이것은, 개구가 작고, 또한, 위상 시프트부 (8b) 의 투과율이 낮기 때문이다.

도 4 의 예시에서는, 회절 패턴 (DP3 ∼ DP5) 은 2 개의 피크를 갖는 두 개의 산 형상을 갖고 있다. 이것은, 거리 (d) 가 길어짐으로써, 위상 시프트부 (8b) 로부터의 광 뿐만 아니라 투광부 (8a) 로부터의 광도 충분히 슬릿 (24a) 을 통과하고, 이들의 위상이 거의 180 도 어긋나 있는 2 광속에 의한 간섭 패턴이 생성되기 때문이다. 또한 도 4 의 예에서는, 두 개의 산 형상이 도시되어 있기는 하지만, 가로축의 영역을 보다 넓게 취하면, 그 양측에 새로운 피크가 나타난다 (도 5 도 참조).

이하에서는, 가장 높은 피크값과 다음으로 높은 피크값의 사이에서 광의 강도가 보텀값을 취할 때의 위치를 중심 위치 (x0) 라고 부른다.

회절 패턴 (DP3 ∼ DP5) 의 각 피크값 및 중심 위치 (x0) 에 있어서의 보텀값은 거리 (d) 가 길어질수록 증대한다. 이것은, 슬릿 (24a) 을 통과하는 광에 있어서, 투과율이 높은 투광부 (8a) 로부터 광이 증대하기 때문이다.

회절 패턴 (DP3) 에서는, 중심 위치 (x0) 에 있어서의 광의 강도 (보텀값) 는 영이다. 이것은, 투광부 (8a) 및 슬릿 (24a) 을 이 순서로 통과하는 광속의 복소 진폭과, 위상 시프트부 (8b) 및 슬릿 (24a) 을 이 순서로 통과하는 광속의 복소 진폭이 서로 같은 것을 의미하고 있다. 요컨대, 양 복소 진폭이 서로 같은 경우에는, 광은 중심 위치 (x0) 에 있어서 서로 동량으로 서로 약하게 하므로, 광의 강도 (보텀값) 가 영이 되는 것이다.

상기 복소 진폭이 서로 일치하는 경우에는, 이하의 식이 성립한다.

ws' = w'·√t … (1)

여기서, 도 3 도 참조하여, ws' 는, 투광부 이미지 (80a) 중 슬릿 (24a) 의 내부에 위치하는 영역의 폭 (요컨대 거리 (d)) 을 나타내고, w' 는, 위상 시프트부 이미지 (80b) 의 폭을 나타내고, t 는, 위상 시프트부 (8b) 의 투과율을 나타낸다.

대물 렌즈 (21) 및 결상 렌즈 (22) 에 의한 확대율 (α) 을 고려하여, 실제의 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) (= w'/α) 과, 슬릿 (24a) 에 대응하는 투광부 (8a) 의 폭 (ws) (= ws'/α) 을 도입하면, 식 (1) 내지 식 (2) 이 유도된다.

ws = w·√t … (2)

예를 들어 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 이 0.4 [㎛] 이고, 위상 시프트부 (8b) 의 투과율 (t) 이 0.05 (= 5 [％]) 인 경우, 슬릿 (24a) 에 대응하는 투광부 (8a) 의 폭 (ws) 은 0.089 [㎛] 이다. 요컨대, 폭 (ws) 이 0.089 [㎛] 가 되도록 슬릿 마스크 (24) 를 위상 시프트 마스크 (80) 에 대하여 위치 결정할 수 있으면, 이미지 센서 (27) 는, 회절 패턴 (DP3) 을 포함한 촬상 화상 (IM1) 을 생성할 수 있다. 요컨대, 회절 패턴 (DP3) 을 검출할 수 있다.

그런데, 회절 패턴 (DP3) 에 있어서의 강약의 피치 (예를 들어 광의 강도의 피크 위치 사이의 거리) (Δdx) 는, 슬릿 (24a) 의 내부에 있어서의 투광부 이미지 (80a) 와 위상 시프트부 이미지 (80b) 의 중심간 거리 (피치) (Δx') (도 3 도 참조) 에 의존한다. 구체적으로는, 피치 (Δdx) 는 이론적으로는 중심간 거리 (Δx') 에 비례한다. 그 비례 계수 β1 은 미리 시뮬레이션 또는 실험 등에 의해 구할 수 있다. 따라서, 회절 패턴 (DP3) 으로부터 피치 (Δdx) 를 구하면, 그 피치 (Δdx) 에 기초하여 중심간 거리 (Δx') 를 구할 수 있다.

또, 이 중심간 거리 (Δx') 는 기하학적으로 이하의 관계식을 만족한다 (도 3 도 참조).

w' ＋ ws' = 2·Δx' … (3)

식 (3) 은 슬릿 마스크 (24) 에 있어서의 각 투광부 이미지 (80a) 및 위상 시프트부 이미지 (80b) 에 대한 파라미터이므로, 이들을 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 에 대한 파라미터로 변환한다. 구체적으로는, w = w'/α, ws = ws'/α 및 Δx = Δx'/α 를 식 (3) 에 대입하면, 이하의 식을 유도할 수 있다.

w ＋ ws = 2·Δx … (4)

식 (2) 및 식 (4) 로부터 이하의 식을 유도할 수 있다.

w = 2·Δx / (1 ＋ √t) … (5)

위상 시프트부 (8b) 의 투과율 (t) 이 막의 설계값 또는 근방의 테스트 패턴의 투과율 (t^) 에 거의 같다고 하면, 중심간 거리 (Δx) (= Δx'/α) 를 구할 수 있다면, 식 (5) 에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 을 산출할 수 있다.

또 회절 패턴에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 구할 수도 있다. 도 5 는, 복수의 회절 패턴 (DP3, DP31 ∼ DP34) 의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 회절 패턴 (DP3, DP31 ∼ DP34) 은, 식 (2) 가 성립하는 상태에서 위상차 (θ) 를 변화시켰을 때에 얻어지는 회절 패턴이다. 식 (2) 가 성립하고 있으므로, 회절 패턴 (DP3, DP31 ∼ DP34) 중 어느 것에 있어서도, 중심 위치 (x0) 에 있어서의 보텀값은 영이다. 회절 패턴 (DP3) 은 위상차 (θ) 가 180 도일 때의 회절 패턴을 나타내고 있고, 회절 패턴 (DP31 ∼ DP34) 은 각각 위상차 (θ) 가 144 (= 360 × 0.4) 도, 162 (= 360 × 0.45) 도, 198 (= 360 × 0.55) 도 및 216 (= 360 × 0.6) 도일 때의 회절 패턴을 나타내고 있다.

도 5 에 예시하는 바와 같이, 위상차 (θ) 에 따라 회절 패턴 (DP3, DP31 ∼ DP34) 의 파형이 상이하다. 반대로 말하면, 검출한 회절 패턴의 파형에 기초하여 위상차 (θ) 를 구할 수 있다. 예를 들어 중심 위치 (x0) 는 위상차 (θ) 에 따라 변동한다. 구체적으로는, 중심 위치 (x0) 는 위상차 (θ) 가 클수록 ＋X 측으로 이동한다. 그래서, 위상차 (θ) 가 180 도일 때의 중심 위치 (x0) 를 기준 위치로서 미리 설정함과 함께, 각 중심 위치 (x0) 와 기준 위치의 차와, 위상차 (θ) 의 관계를, 예를 들어 시뮬레이션 또는 실험 등에 의해 미리 설정한다. 그리고, 검출한 회절 패턴의 중심 위치 (x0) 와 기준 위치의 차를 구하면, 구한 차와, 상기 관계에 기초하여, 위상차 (θ) 를 구할 수 있다.

또 회절 패턴에 있어서의 각 피크값 및 각 보텀값은 위상차 (θ) 에 따른 값을 취하므로, 중심 위치 (x0) 대신에, 각 피크값 또는 각 보텀값에 기초하여 위상차 (θ) 를 구해도 된다. 예를 들어 중심 위치 (x0) 보다 ＋X 측의 영역에 있어서는, 각 피크값은 위상차 (θ) 가 클수록 저감하고, 각 보텀값도 위상차 (θ) 가 클수록 저감한다. 이에 대하여, 중심 위치 (x0) 보다 -X 측의 영역에 있어서는, 각 피크값은 위상차 (θ) 가 클수록 증대하고, 각 보텀값도 위상차 (θ) 가 클수록 증대한다.

이하에서는, ＋X 측의 영역 중 가장 중심 위치 (x0) 에 가까운 피크값을 1 차(次) 피크값이라고 부르고, -X 측의 영역 중 가장 중심 위치 (x0) 에 가까운 피크값을 -1 차 피크값이라고 부른다.

여기서는, 위상차 (θ) 를 산출하기 위한 파라미터의 일례로서, -1 차 피크값으로부터 1 차 피크값을 감산하여 얻어지는 피크차 (Δp) 를 채용한다. 도 5 에서는, 일례로서 회절 패턴 (DP34) 에 대한 피크차 (Δp) 를 나타내고 있다. 이 피크차 (Δp) 는 위상차 (θ) 가 클수록 커진다. 예를 들어 회절 패턴 (DP3) 에 있어서의 피크차 (Δp) 는 영이고, 회절 패턴 (DP31, DP32) 에 있어서의 피크차 (Δp) 는 부 (負) 의 값을 갖고, 회절 패턴 (DP31) 에 있어서의 피크차 (Δp) 는 회절 패턴 (DP32) 에 있어서의 피크차 (Δp) 보다 작다. 또 회절 패턴 (DP33, DP34) 에 있어서의 피크차 (Δp) 는 정 (正) 의 값을 갖고, 회절 패턴 (DP34) 에 있어서의 피크차 (Δp) 는 회절 패턴 (DP33) 에 있어서의 피크차 (Δp) 보다 크다. 이 피크차 (Δp) 와 위상차 (θ) 의 관계는 예를 들어 시뮬레이션 또는 실험 등에 의해, 미리 설정할 수 있다. 따라서, 검출한 회절 패턴의 피크차 (Δp) 를 구하면, 당해 피크차 (Δp) 에 기초하여 위상차 (θ) 를 산출할 수 있다.

또한, 반드시 1 차 피크값과 -1 차 피크값의 피크차 (Δp) 를 채용할 필요는 없고, 복수의 피크값 중 어느 양자의 차를 채용하면 된다. 단, 1 차와 -1 차 피크값의 피크차 (Δp) 의 위상차 (θ) 에 대한 변동량은 다른 양자의 차에 비해 크기 때문에, 높은 정밀도로 위상차 (θ) 를 구할 수 있다.

또 피크값 대신에 보텀값을 채용해도 된다. 구체적으로는, 복수의 보텀값의 양자의 차를 채용해도 된다. 단, 보텀값끼리의 차의 위상차 (θ) 에 대한 변동량은 피크차 (Δp) 에 비해 작기 때문에, 정밀도 향상이라는 관점에서는, 피크차 (Δp) 를 채용하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 중심 위치 (x0) 에 있어서의 보텀값이 영일 때의 회절 패턴 (예를 들어 회절 패턴 (DP3, DP31 ∼ DP34) 등) 의 파형에 기초하여, 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 및 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 산출할 수 있다.

그러나, 이 회절 패턴을 검출하기 위해서는, 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 를 각각 투과한 2 광속에 의한 간섭 패턴이 현저하게 나타나도록, 폭 (ws) 이 최적인 값이 되는 위치 혹은 그 근방에 슬릿 마스크 (24) 를 위상 시프트 마스크 (80) 에 대하여 위치 결정할 필요가 있다. 이 위치 결정의 요구 정밀도는 폭 (ws) 이 좁을수록 높고, 예를 들어 폭 (ws) 이 0.089 [㎛] 인 경우에는, 수 ∼ 수 십 [㎚] 정도의 정밀도가 요구된다. 폭 (ws) 은 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 에도 의존하고 있고 (식 (2)), 보다 미세한 패턴 폭을 갖는 위상 시프트 마스크 (80) 일수록, 위치 결정의 요구 정밀도가 높아진다고 할 수 있다.

그런데, 상기 서술한 조건 (투과율 (t) = 0.05) 에서는, 당업자이면 식 (5) 로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 산출된 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 에는, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 사이의 위치 결정의 오차 (수 ∼ 수 십 [㎚]) 의 약 0.8 배의 계산 오차 (측정 오차) 가 발생한다. 요컨대, 최대 약 16 [㎚] 정도의 계산 오차가 발생할 수 있다. 그런데, 선폭의 요구 정밀도가 특히 높은 패턴에서는, 위상 시프트부 (8b) 도 포함한 전체의 선폭은 레지스트 프로세스에 직결하고 있어 엄하게 관리되므로, 5 ∼ 10 [㎚] 정도의 측정 정밀도가 요구된다. 그러나, 위상 시프트부 (8b) 의 개개의 폭 (w) 에 대해서는, 전체의 선폭만큼 요구 정밀도가 높지 않고, 상기 위치 결정 정밀도 (수 ∼ 수 십 [㎚]) 로 충분히 실용하기에 충분하다.

그래서, 포토마스크 검사 장치 (1) 에서는, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 사이의 상대 위치를 시간의 경과와 함께 변화시키면서, 이미지 센서 (27) 가 서로 상이한 타이밍으로 회절 패턴을 반복 검출한다. 이에 따라, 최적인 상대 위치 혹은 그 근방에 대응한 회절 패턴을 검출한다. 이하, 구체적인 포토마스크 검사 장치 (1) 의 동작의 일례에 대해서 서술한다.

＜포토마스크 검사 장치의 동작의 일례＞

도 6 은, 포토마스크 검사 장치 (1) 의 동작의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 여기서는 초기적으로 제어부 (50) 는 조사부 (10) 에 광을 조사시키고 있는 것으로 한다.

먼저 스텝 S1 에서, 제어부 (50) 는 이동 기구 (40) 를 제어하여, XY 평면에 있어서 위상 시프트 마스크 (80) 에 대한 엉성한 위치 맞춤을 실시한다. 구체적으로는, 이동 기구 (40) 는 조사부 (10) 및 검출부 (20) 가 위상 시프트 마스크 (80) 의 측정 대상 영역과 Z 축 방향에 있어서 대향하도록, 위상 시프트 마스크 (80) 를 XY 평면 내에서 이동시킨다. 이 측정 대상 영역에는, 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 의 양방이 포함된다. 또한 이 위치 맞춤은, 중심 위치 (x0) 에 있어서의 보텀값이 영이 되는 회절 패턴을 항상 검출할 수 있는 정밀도에서의 위치 맞춤이 아니라, 보다 엉성한 위치 맞춤이다. 또 제어부 (50) 는 광학 헤드 (30) 의 회전 구동 기구를 제어하여, 슬릿 (24a) 의 길이 방향이 측정 대상 영역 내의 투광부 (8a) 의 연장 방향을 따르도록, 광학 헤드 (30) 를 회전시킨다.

다음으로 스텝 S2 에서, 제어부 (50) 는 승강 기구 (60) 를 제어하여, 오토포커스 처리를 실시한다. 구체적으로는, 승강 기구 (60) 는, 대물 렌즈 (21) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 사이의 거리가 초점 거리가 되도록, 위상 시프트 마스크 (80) 의 위치를 Z 축 방향에서 조정한다.

다음으로 스텝 S3 에서, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 가 상대적으로 미동한 상태에서, 이미지 센서 (27) 가 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 촬상하고, 촬상한 촬상 화상 (IM1) 을 제어부 (50) 에 출력한다. 바꿔 말하면, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 평면에서 보았을 때의 상대 위치를 시간의 경과와 함께 변화시키면서, 이미지 센서 (27) 가 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출한다. 보다 구체적으로는, 제어부 (50) 가 이동 기구 (40) 를 제어하여, 슬릿 (24a) 의 폭방향 (여기서는 X 축 방향) 을 따라 위상 시프트 마스크 (80) 를 슬릿 마스크 (24) 에 대하여 상대적으로 이동시킨다. 도 3 에는, 위상 시프트 마스크 (80) 의 이동 방향 (D1) 이 모식적으로 블록 화살표로 도시되어 있다.

또한, 이 이동 범위에는, 높은 확률로 폭 (ws) 이 최적값 (예를 들어 0.089 [㎛]) 이 되는 최적인 상대 위치 혹은 그 근방이 포함된다. 따라서, 스텝 S3 에 있어서, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 상대 위치가 최적이 되거나, 혹은, 그 근방이 되는 타이밍이 존재한다. 따라서, 이미지 센서 (27) 에 의해 생성된 복수의 촬상 화상 (IM1) 중 어느 것에는, 최적인 상대 위치에 가까운 상대 위치에 대응한 회절 패턴이 포함된다.

또한 촬상 중의 위상 시프트 마스크 (80) 와 슬릿 마스크 (24) 의 상대 속도 (스텝 S3 에 있어서의 상대 속도) 는 낮은 것이 바람직하며, 예를 들어 스텝 S1 에 있어서의 상대 속도보다 낮게 설정된다. 이것에 의하면, 최적인 상대 위치에 가까운 상대 위치에 대응한 회절 패턴을 검출하기 쉽다.

다음으로 스텝 S4 에서, 제어부 (50) 는, 복수의 촬상 화상 (IM1) 에 각각 포함된 복수의 회절 패턴으로부터, 측정에 사용하는 회절 패턴을 선택한다. 이하에서는, 선택된 회절 패턴을 선택 회절 패턴 (SP1) 이라고도 부른다. 보다 구체적으로는, 제어부 (50) 는 중심 위치 (x0) 에 있어서의 광의 강도 (보텀값) 가 복수의 회절 패턴 중에서 가장 작은 회절 패턴을, 선택 회절 패턴 (SP1) 으로서 선택한다.

다음으로 스텝 S5 에서, 제어부 (50) 는 선택 회절 패턴 (SP1) 에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성 (폭 (w) 및 위상차 (θ)) 을 산출한다. 도 7 은, 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성의 산출 방법의 구체적인 일례를 나타내는 플로 차트이다.

스텝 S51 에서, 제어부 (50) 는 선택 회절 패턴 (SP1) 에 있어서의 광의 강도의 강약의 피치 (Δdx) 를 구한다. 예를 들어 제어부 (50) 는, 선택 회절 패턴 (SP1) 에 있어서, 광의 강도가 1 차 피크값을 취할 때의 위치와, 광의 강도가 -1 차 피크값을 취할 때의 위치의 차를 피치 (Δdx) 로서 산출한다.

다음으로 스텝 S52 에서, 제어부 (50) 는, 스텝 S51 에 있어서 산출한 피치 (Δdx) 에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 을 산출한다. 보다 구체적으로는, 제어부 (50) 는, 스텝 S51 에 있어서 산출한 피치 (Δdx) 에 기초하여 중심간 거리 (Δx) 를 구하고, 이 중심간 거리 (Δx) 와 식 (4) 에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 을 산출한다. 또한 피치 (Δdx) 와 중심간 거리 (Δx) 의 관계는 예를 들어 시뮬레이션 또는 실험 등에 의해 미리 설정되어 있고, 예를 들어 제어부 (50) 의 기억 매체 등에 기억된다.

다음으로 스텝 S53 에서, 제어부 (50) 는, 선택 회절 패턴 (SP1) 의 피크차 (Δp) 를 구한다. 예를 들어 제어부 (50) 는, 선택 회절 패턴 (SP1) 에 있어서, -1 차 피크값으로부터 1 차 피크값을 감산한 값을 피크차 (Δp) 로서 산출한다.

다음으로 스텝 S54 에서, 제어부 (50) 는 스텝 S53 에 있어서 산출한 피크차 (Δp) 에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 산출한다. 또한 피크차 (Δp) 와 위상차 (θ) 의 관계는 예를 들어 시뮬레이션 또는 실험 등에 의해 미리 설정되어 있고, 예를 들어 제어부 (50) 의 기억 매체 등에 기억된다. 제어부 (50) 는 스텝 S53 에 있어서 산출한 피크차 (Δp) 와, 당해 관계에 기초하여, 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 구한다.

또한, 이들 일련의 계산은, 하나의 선택 회절 패턴 (SP1) 을 바탕으로 실시해도 되고, 또, 상대 위치가 최적이 되는 위치의 근방에 있는 복수의 회절 패턴을 바탕으로 실시해도 된다. 구체적인 일례로서, 검출된 M (M 은 3 이상) 개의 회절 패턴 중, 중심 위치 (x0) 에 있어서의 보텀값이 작은 상위의 N (N 은 2 이상 M 미만) 개의 회절 패턴을, 선택 회절 패턴 (SP1) 으로서 선택하면 된다. 혹은, 중앙 위치에 있어서의 보텀값이, 미리 결정된 기준값 이하가 되는 N 개의 회절 패턴을, 선택 회절 패턴 (SP1) 으로서 선택해도 된다. 이것에 의하면, 간섭의 효과가 비교적 강하게 나타난 N 개의 회절 패턴을 사용할 수 있다. 그리고, 선택된 N 개의 선택 회절 패턴 (SP1) 의 결과로부터, 통계적으로 패턴 특성을 구해도 된다. 예를 들어, 통계로는, 평균 또는 회귀 분석을 채용할 수 있다. 구체적인 일례로서, N 개의 선택 회절 패턴 (SP1) 을 평균하여 하나의 회절 패턴을 산출하고, 그 회절 패턴에 기초하여 상기 서술한 바와 같이 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 구해도 된다.

다음으로 스텝 S6 에서, 제어부 (50) 는, 산출한 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성 (폭 (w) 및 위상차 (θ)) 을 표시부 (70) 에 표시시킨다. 이에 따라, 작업원은 위상 시프트 마스크 (80) 의 위상 시프트부 (8b) 의 양부를 판단할 수 있다. 또한, 제어부 (50) 는, 산출한 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성이 미리 설정된 양호 범위 내인지 여부를 판정하고, 그 판정 결과를 표시부 (70) 에 표시시켜도 된다. 이것에 의하면, 작업원은 위상 시프트부 (8b) 의 양부를 신속하게 알 수 있다.

또한 스텝 S1 ∼ S6 의 처리는, 측정 대상 영역을 순차적으로 변화시키면서 반복 실행되면 된다. 이에 따라, 위상 시프트 마스크 (80) 의 전체면을 검사할 수 있다.

이상과 같이, 포토마스크 검사 장치 (1) 에 의하면, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 평면에서 보았을 때의 상대 위치를 변화시키면서, 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출하고 있다. 따라서, 그 검출된 복수의 회절 패턴에는, 최적인 상대 위치에 가까운 상대 위치에 대응한 회절 패턴이 포함된다. 따라서, 보다 적합한 회절 패턴에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 산출할 수 있다.

그런데, 특허문헌 1 에서는, 위상차가 없는 영역에 대하여 광을 조사했을 때에 검출되는 기준 이미지 (기준 회절 패턴) 를 사용하고 있다. 이 기준 회절 패턴을 사용하는 경우에는, 그 기준 회절 패턴의 측정 시각과는 상이한 시각에, 측정 대상 영역의 회절 패턴을 측정할 필요가 있다. 각 측정 시각이 상이하므로, 그 기간에 장치에 발생하는 열 등에 기인하여, 각 측정 시각에 있어서의 광학계의 상태에 차이 (예를 들어 광축의 어긋남 등) 가 발생하는 경우가 있다. 요컨대, 양 측정 시각에 있어서의 광학 조건이 서로 상이한 경우가 있다. 이와 같이 광학 조건이 상이하면, 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성에 대해 측정 오차가 생긴다. 이에 반해, 포토마스크 검사 장치 (1) 에서는, 그러한 기준 회절 패턴을 사용할 필요가 없다. 따라서, 상기 측정 오차의 발생을 회피할 수 있고, 높은 정밀도로 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 산출할 수 있다.

또 상기 서술한 예에서는, 제어부 (50) 는 선택 회절 패턴 (SP1) 으로서, 복수의 회절 패턴 중 중심 위치 (x0) 에 있어서의 광의 강도가 가장 작은 회절 패턴을 선택하고 있다. 이것에 의하면, 최적 위치에 가장 가까운 상대 위치에 대응하는 회절 패턴을 선택할 수 있다. 따라서, 다른 회절 패턴을 사용하는 경우에 비해, 높은 정밀도로 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 산출할 수 있다.

또 상기 서술한 예에서는, 선택 회절 패턴 (SP1) 에 있어서의 강약의 피치에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 을 산출하고 있다. 이것에 의하면, 간단한 처리로 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 을 산출할 수 있다.

또 상기 서술한 예에서는, 선택 회절 패턴 (SP1) 에 있어서의 피크값의 차에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 산출하고 있다. 이것에 의하면, 간단한 처리로 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 산출할 수 있다.

또 상기 서술한 예에서는, 하나의 슬릿 (24a) 을 투과한 광의 회절 패턴을 해석하여 폭 (w) 및 위상차 (θ) 를 산출하고 있다. 따라서, 2 개의 슬릿을 사용하여, 그 슬릿을 투과한 광의 간섭에 기초하여 위상 시프트부의 패턴 특성을 산출하는 경우에 비해, 투광부 (8a) 끼리의 사이의 거리 (패턴 사이의 거리) 가 좁은 위상 시프트 마스크 (80) 에도 적용하기 쉽다. 요컨대, 포토마스크 검사 장치 (1) 는, 간격이 좁은 라인 앤드 스페이스 패턴 또는 홀 패턴 어레이용의 위상 시프트 마스크 (80) 에도 적용할 수 있다.

＜이동 기구의 제어 유무＞

상기 서술한 예에서는, 이동 기구 (40) 가 위상 시프트 마스크 (80) 를 슬릿 마스크 (24) 에 대하여 상대적으로 이동시키고 있는 한창 중에, 이미지 센서 (27) 가 복수의 타이밍으로 촬상 화상 (IM1) 을 생성하였다 (스텝 S3). 그러나, 이동 기구 (40) 에 의한 이동은 반드시 필요하지는 않다. 본 실시예에서 필요한 미동량 정도의 흔들림은, 장치 구조재 (예를 들어 이동 기구 (40) 등) 의 휨 등에 기인하여 항상적으로 발생하고 있다. 혹은, 위상 시프트 마스크 (80) 의 슬릿 마스크 (24) 에 대한 상대적인 이동 후의 장치가 정정 (靜定) 할 때까지의 기간에서는 잔류 진동이 발생하고 있으므로, 이 기간 중에 회절 패턴을 검출해도 된다. 요컨대, 이 잔류 진동을 이용하여 복수의 상대 위치에 각각 대응한 복수의 회절 패턴을 검출해도 된다.

요컨대, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 상대 위치가 제어 가능한 아래에서 변동하고 있는지 여부는 불문하고, 당해 상대 위치가 시간의 경과와 함께 변동하는 상태에서 이미지 센서 (27) 가 복수의 타이밍으로 순차적으로 회절 패턴을 검출하면 된다. 요컨대, 스텝 S3 에 있어서, 이동 기구 (40) 가 이동 동작을 실시하고 있지 않은 상태에서, 이미지 센서 (27) 가 복수의 타이밍으로 순차적으로 촬상 화상 (IM1) 을 생성하여, 복수의 회절 패턴을 검출해도 된다.

이것에 의해서도, 복수의 상대 위치에 각각 대응한 복수의 회절 패턴을 검출할 수 있다. 요컨대, 1 회 밖에 회절 패턴을 검출하지 않는 경우에 비해, 이미지 센서 (27) 는, 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성의 산출에 보다 적합한 회절 패턴을 검출하기 쉽다. 그리고, 복수의 회절 패턴 중에서, 보다 측정에 적합한 회절 패턴을 선택함으로써, 보다 높은 정밀도로 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 산출할 수 있다.

한편, 이동 기구 (40) 에 의한 제어가 없는 경우에는, 그 상대 위치의 변동 범위는 주위의 환경 등에 의존하므로, 그 변동 범위에 최적인 상대 위치가 포함되는지 어떤지는 알 수 없다. 이에 대해, 이동 기구 (40) 가 위상 시프트 마스크 (80) 를 슬릿 마스크 (24) 에 대하여 상대적으로 이동시키는 경우에는, 그 이동 범위 내에 최적인 상대 위치가 포함되도록, 위상 시프트 마스크 (80) 를 슬릿 마스크 (24) 에 대하여 상대적으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 검출된 복수의 회절 패턴에는, 최적인 상대 위치에 보다 가까운 회절 패턴을 포함할 수 있고, 나아가서는, 보다 높은 정밀도로 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 산출할 수 있다.

＜이동 방향＞

상기 서술한 바와 같이, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 위치 결정의 정밀도는 수 십 [㎚] 이하의 정밀도가 요구되는 경우가 있다. 따라서, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 의 상대 위치가 당해 정밀도 내가 되는 타이밍으로 회절 패턴을 적절히 검출하려면, 위상 시프트 마스크 (80) 와 슬릿 마스크 (24) 의 상대 속도는 낮은 것이 바람직하다.

그래서, 이동 기구 (40) 는 슬릿 (24a) 의 폭방향 (바꿔 말하면, 위상 시프트부 (8b) 의 폭방향) 에 대하여 경사지는 방향을 따라 위상 시프트 마스크 (80) 를 슬릿 마스크 (24) 에 대하여 이동시켜도 된다. 도 8 은, 위상 시프트 마스크 (80) 의 슬릿 마스크 (24) 에 대한 이동 방향 (D1) 을 설명하기 위한 도면이다. 도 8 에서는, 이동 방향 (D1) 이 모식적으로 블록 화살표로 도시되어 있다. 이 이동 방향 (D1) 은 슬릿 (24a) 의 폭방향에 대하여 예를 들어 30 도 ∼ 60 도 정도의 범위 내에서 교차하고 있다. 이 이동 방향 (D1) 을 따라 위상 시프트 마스크 (80) 를 슬릿 마스크 (24) 에 대하여 이동시키면, 슬릿 (24a) 의 폭방향을 따른 상대 속도 성분을 저감할 수 있다. 이것에 의하면, 보다 최적인 상대 위치에 대응한 회절 패턴을 검출하기 쉽다.

＜위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성의 산출 방법의 다른 예＞

다음으로, 선택 회절 패턴 (SP1) 에 기초한 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성의 산출 방법의 다른 일례를 설명한다. 여기서는 먼저, 그 개요를 설명한다. 제어부 (50) 는 미지의 폭 (w) 및 위상차 (θ) 의 값으로서 각각의 초기값을 설정하고, 그 초기값을 사용하여 회절 패턴 (이하, 연산 회절 패턴이라고 부른다) 을 산출한다. 그리고 제어부 (50) 는, 그 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사한지 여부를 판정한다. 바꿔 말하면, 제어부 (50) 는 연산 회절 패턴과 선택 회절 패턴 (SP1) 의 차이가 큰지 여부를 판단한다. 제어부 (50) 는 이들이 유사하지 않다고, 요컨대, 차이가 크다고 판정했을 때에는, 폭 (w) 의 값 및 위상차 (θ) 의 값을 변경하여 다시 연산 회절 패턴을 산출한다. 제어부 (50) 는, 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴과 유사할 때까지, 요컨대, 차이가 기준값보다 작아질 때까지, 상기의 동작을 반복 실행한다. 연산 회로 패턴이 선택 회절 패턴과 유사했을 때의 폭 (w) 의 값 및 위상차 (θ) 의 값은 측정값을 나타내게 된다.

＜시뮬레이션 모델＞

도 9 는, 연산 회절 패턴을 산출하기 위한 시뮬레이션 모델 (M1) 의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 시뮬레이션 모델 (M1) 은, 위상 시프트 마스크 (80) 중 슬릿 (24a) 에 대응하는 영역에 있어서의 광의 강도 분포를 나타내고 있다. 투광부 (8a), 위상 시프트부 (8b) 및 차광부 (8c) 에 있어서의 광의 강도는, 각각의 투과율 (예를 들어 패턴 설계값) 에 기초하여 미리 설정된다. 도 9 의 시뮬레이션 모델 (M1) 에서는, 투광부 (8a), 위상 시프트부 (8b) 및 차광부 (8c) 의 각각에 있어서의 광의 강도는 일정하게 설정되어 있다. 따라서, 투광부 (8a) 와 위상 시프트부 (8b) 의 사이의 경계에 있어서 광의 강도는 급준하게 상승하고 있고, 마찬가지로, 위상 시프트부 (8b) 와 차광부 (8c) 의 사이의 경계에 있어서 광의 강도는 급준하게 상승하고 있다. 이 시뮬레이션 모델 (M1) 에 있어서, 폭 (w, ws) 은 식 (2) 를 만족하고 있고, 폭 (w) 이 미지수가 된다. 또, 이 시뮬레이션 모델 (M1) 에 있어서, 위상 시프트부 (8b) 에 있어서의 위상차 (θ) 도 미지수가 된다.

＜연산 회절 패턴＞

제어부 (50) 는 시뮬레이션 모델 (M1) 에 대응하는 회절 패턴을, 공지인 시뮬레이터를 사용하여 계산한다. 이 계산은, 고속 푸리에 변환으로 용이하게 실시할 수 있는 것은 자명하다. 도 10 은, 연산 회절 패턴 (AP1 ∼ AP4) 을 개략적으로 나타내는 그래프이다. 연산 회절 패턴 (AP1 ∼ AP4) 은, 위상차 (θ) 를 변경했을 때에 얻어지는 연산 회절 패턴이다. 구체적으로는, 연산 회절 패턴 (AP1 ∼ AP4) 은 각각 위상차가 180 도, 208.8 도 (= 360 × 0.58), 216 도 (= 360 × 0.6) 및 223.2 도 (= 360 × 0.62) 일 때의 연산 회로 패턴이다. 도 10 의 예에서는, 참고를 위해서 선택 회절 패턴 (SP1) 의 일례도 나타나 있다. 도 10 의 예에서는, 선택 회절 패턴 (SP1) 은 연산 회절 패턴 (AP3) 에 유사하다.

＜제어부의 동작＞

도 11 은, 제어부 (50) 의 상기 동작의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 이 플로는 도 6 의 스텝 S5 의 구체예에 상당한다. 먼저 스텝 S501 에서, 제어부 (50) 는 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 의 값 및 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 의 값을, 각각의 초기값으로 설정한다. 초기값은 예를 들어 미리 설정되어 있어도 된다.

다음으로 스텝 S502 에서, 제어부 (50) 는 폭 (w) 및 위상차 (θ) 의 값에 기초하여 연산 회절 패턴을 산출한다. 구체적으로는, 제어부 (50) 는 시뮬레이션 모델 (M1) 에 대하여 고속 푸리에 변환을 이용한 시뮬레이터를 적용하여, 연산 회절 패턴을 산출한다.

다음으로 스텝 S503 에서, 제어부 (50) 는, 스텝 S502 에서 산출한 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사한지 여부를 판단한다. 예를 들어 제어부 (50) 는 연산 회절 패턴과 선택 회절 패턴 (SP1) 의 차이를 나타내는 차이 정보를 생성하고, 당해 차이가 기준값보다 작은지 여부를 판단한다. 당해 차이 정보는 특별히 한정될 필요는 없기는 하지만, 예를 들어, 연산 회절 패턴과 선택 회절 패턴 (SP1) 의 각 위치에 있어서의 광의 강도의 차의 절대값의 총합을 채용할 수 있다. 당해 총합이 작을수록, 차이는 작다. 혹은, 차이 정보로서, 예를 들어, 연산 회절 패턴에 있어서의 피치 (Δdx) 와 선택 회절 패턴 (SP1) 에 있어서의 피치 (Δdx) 의 제 1 차, 및, 연산 회절 패턴에 있어서의 피크차 (Δp) 와 선택 회절 패턴 (SP1) 에 있어서의 피크차 (Δp) 의 제 2 차를 채용해도 된다. 이들의 차가 작을수록, 연산 회절 패턴과 선택 회절 패턴 (SP1) 의 차이는 작다.

연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사하지 않다고 판단했을 때에는, 스텝 S504 에서, 제어부 (50) 는 폭 (w) 및 위상차 (θ) 의 값의 적어도 어느 일방을 변경하여, 시뮬레이션 모델 (M1) 을 갱신한다. 다음으로 제어부 (50) 는 스텝 S503 을 실행한다. 요컨대, 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사하지 않을 때에는, 그 폭 (w) 및 위상차 (θ) 의 값 적어도 어느 일방은 여전히 측정값과는 떨어져 있다고 생각되므로, 그 값을 변경하여, 다시 연산 회절 패턴을 산출하고 (스텝 S503), 산출한 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사한지 여부를 판단한다 (스텝 S504). 스텝 S502 ∼ S504 를 반복함으로써, 어느 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사하다.

스텝 S503 에서, 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사하다고 판정했을 때에는, 스텝 S6 에서, 제어부 (50) 는, 최신의 폭 (w) 및 위상차 (θ) 를 각각의 측정값으로서 표시부 (70) 에 표시한다.

이상과 같이, 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사한 연산 회절 패턴을, 시뮬레이션 모델 (M1) 에 대한 고속 푸리에 변환을 이용하여 산출하고 있다. 이것에 의하면, 보다 높은 정밀도로 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 및 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 구할 수 있다.

게다가 시뮬레이션 모델 (M1) 에 있어서, 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 의 각각의 광의 강도가 일정하게 설정되어 있다. 따라서, 강도 분포의 설정이 간이하고, 또 연산 처리도 간이하게 할 수 있다.

＜위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차의 결정 방법＞

효율적으로 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사한 연산 회절 패턴을 산출하기 위해서는, 제어부 (50) 는 스텝 S504 에서, 차이 정보에 기초하여 폭 (w) 및 위상차 (θ) 의 값을 결정하면 된다. 즉, 제어부 (50) 는 연산 회절 패턴과 선택 회절 패턴 (SP1) 의 차이가 작아지도록, 폭 (w) 및 위상차 (θ) 의 값을 결정하면 된다. 예를 들어 차이 정보로서, 제 1 차 및 제 2 차를 채용하는 경우에 대해서 고려한다. 이 경우, 제어부 (50) 는 당해 제 1 차가 작아지도록 폭 (w) 의 값을 변경하고, 당해 제 2 차이가 작아지도록 위상차 (θ) 의 값을 변경한다.

보다 구체적으로는, 연산 회절 패턴에 있어서의 피치 (Δdx) 가 선택 회절 패턴에 있어서의 피치 (Δdx) 보다 큰 경우에는, 다음으로 산출되는 연산 회절 패턴에 있어서의 피치 (Δdx) 를 저감하기 위해서, 제어부 (50) 는 폭 (w) 을 보다 작은 값으로 변경한다. 또 연산 회절 패턴에 있어서의 피크차 (Δp) 가 선택 회절 패턴에 있어서의 피크차 (Δp) 보다 큰 경우에는, 다음으로 산출되는 회절 연산 패턴에 있어서의 피크차 (Δp) 를 저감하기 위해서, 제어부 (50) 는 위상차 (θ) 를 보다 작은 값으로 변경한다.

이것에 의하면, 다음으로 산출되는 연산 회절 패턴을 선택 회절 패턴 (SP1) 에 가까이 할 수 있다. 따라서, 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사한 연산 회절 패턴을 보다 조기에 산출할 수 있다.

＜시뮬레이션 모델의 다른 일례＞

시뮬레이션 모델 (M1) 에서는, 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 의 각각에 있어서 광의 강도는 일정하게 설정되었다. 그러나, 실제로는, 투광부 (8a) 와 위상 시프트부 (8b) 의 경계부에 있어서, 광의 강도는 위상 시프트부 (8b) 로부터 투광부 (8a) 를 향함에 따라서 경사를 갖고 서서히 증대하는 것으로 생각된다. 차광부 (8c) 와 위상 시프트부 (8b) 의 경계부도 동일하다. 따라서, 그러한 시뮬레이션 모델을 활용해도 된다.

도 12 는, 시뮬레이션 모델 (M2) 의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 시뮬레이션 모델 (M2) 에 있어서는, 광의 강도는, 차광부 (8c) 와 위상 시프트부 (8b) 의 경계부에 있어서, 차광부 (8c) 로부터 위상 시프트부 (8b) 를 향함에 따라서 증대하고 있고, 그 경사는 위상 시프트부 (8b) 측일수록 급준하게 되어 있다. 마찬가지로, 광의 강도는, 위상 시프트부 (8b) 와 투광부 (8a) 의 경계부에 있어서, 위상 시프트부 (8b) 로부터 투광부 (8a) 를 향함에 따라서 증대하고 있고, 그 경사는 투광부 (8a) 측일수록 급준하게 되어 있다. 이와 같은 광의 강도 분포는 예를 들어 미리 설정되어도 된다. 또한 이 경우의 위상 시프트부 (8b) 의 폭으로는, 광의 강도가 미리 설정된 제 1 소정값이 되는 위치로부터, 미리 설정된 제 2 소정값이 되는 위치까지의 폭을 채용할 수 있다.

시뮬레이션 모델 (M2) 을 채용하면, 제어부 (50) 는 보다 실태에 의거해서 연산 회절 패턴을 산출할 수 있고, 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 및 위상 시프트부 (8b) 에 의한 위상차 (θ) 를 보다 높은 정밀도로 산출할 수 있다.

이 시뮬레이션 모델 (M2) 은 미리 설정되어도 된다. 혹은, 제어부 (50) 가 위상 시프트 마스크 (80) 의 패턴 설계값 (투광부 (8a) 의 투과율, 위상 시프트부 (8b) 의 투과율, 위상 시프트부 (8b) 의 폭 (w) 등) 에 기초하여, 소정의 이미지 시뮬레이터를 사용하여 시뮬레이션 모델 (M2) (광의 강도 분포) 을 생성해도 된다.

＜시뮬레이션 모델의 다른 일례＞

도 2 를 참조하여, 포토마스크 검사 장치 (1) 는 이미지 센서 (28) 를 구비하고 있고, 이 이미지 센서 (28) 는 위상 시프트 마스크 (80) 의 측정 대상 영역을 촬상하여, 촬상 화상 (IM2) 을 생성하고 있다. 그래서, 제어부 (50) 는, 촬상 화상 (IM2) 에 기초하여 시뮬레이션 모델의 광의 강도 분포를 설정해도 된다. 구체적인 일례로서, 촬상 화상 (IM2) 에 포함된 측정 대상 영역의 각 화소의 화소 값을 시뮬레이션 모델의 광의 강도 분포에 채용해도 된다. 이것에 의하면, 보다 실태에 의거한 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있다.

또한, 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 를 투과하는 광의 강도 분포는 측정 대상 영역과 그 연장 상의 근방에 있어서 거의 동일하므로, 측정 대상 영역의 근방에 있어서의 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 의 각 화소의 화소 값을 채용해도 된다. 예를 들어, 광학계의 편차 등에 의해 촬상 화상 (IM2) 에 있어서 측정 대상 영역을 특정하는 것이 곤란한 경우, 또는, 촬상 화상 (IM2) 에 측정 대상 영역이 포함되어 있지 않고, 그 근방의 영역이 포함되어 있는 경우 등에는, 그 근방의 영역에 있어서의 화소 값이 채용되어도 된다. 보다 구체적인 일례로서, 측정 대상 영역의 연장 상에 위치하는 투광부 (8a) 및 위상 시프트부 (8b) 의 각 화소의 화소 값을 시뮬레이션 모델의 광의 강도 분포에 채용해도 된다.

＜포토마스크 검사 장치의 동작＞

도 13 은, 포토마스크 검사 장치 (1) 의 동작의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 먼저 스텝 S11 에서, 제어부 (50) 는 이동 기구 (40) 를 제어하여 스텝 이동을 실시한다. 이 스텝 이동은 이미지 센서 (28) 가 측정 대상 영역 (또는 그 근방의 영역) 을 촬상하는 데에 적합한 위치로의 이동을 나타내고 있다. 다음으로 스텝 S12 에서, 스텝 S2 와 마찬가지로, 제어부 (50) 는 승강 기구 (60) 를 제어하여 오토포커스 처리를 실시한다.

다음으로 스텝 S13 에서, 이미지 센서 (28) 는 촬상 화상 (IM2) 을 생성하고, 그 촬상 화상 (IM2) 을 제어부 (50) 에 출력한다.

다음으로 스텝 S14 에서, 제어부 (50) 는 촬상 화상 (IM2) 중 측정 대상 영역에 상당하는 화상 (혹은 그 근방의 화상) 을 기억 매체에 기억한다. 예를 들어 촬상 화상 (IM2) 중 미리 설정된 영역을 측정 대상 영역 (혹은 근방 영역) 으로서 추출하고, 그 화상을 기억 매체에 기억한다.

다음으로 스텝 S15 에서, 스텝 S1 과 마찬가지로, 제어부 (50) 는 이동 기구 (40) 를 제어하여, 슬릿 (24a) 이 측정 대상 영역과 대향하도록, 위상 시프트 마스크 (80) 를 슬릿 마스크 (24) 에 대하여 이동시켜, XY 평면에 있어서의 위치 맞춤을 실시한다.

다음으로 스텝 S16 에서, 스텝 S3 과 마찬가지로, 슬릿 마스크 (24) 와 위상 시프트 마스크 (80) 가 상대적으로 미동한 상태에서, 이미지 센서 (27) 가 복수의 타이밍으로 촬상 화상 (IM1) 을 생성하고, 그 촬상 화상 (IM1) 을 제어부 (50) 에 출력한다.

다음으로 스텝 S17 에서, 스텝 S4 와 마찬가지로, 제어부 (50) 는 복수의 회절 패턴으로부터 회절 패턴 (선택 회절 패턴 (SP1)) 을 선택한다.

다음으로 스텝 S18 에서, 제어부 (50) 는 선택 회절 패턴 (SP1) 에 기초하여 위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성을 산출한다. 도 14 는, 이 산출 방법의 구체적인 일례를 나타내는 플로 차트이다. 먼저 스텝 S511 에서, 제어부 (50) 는 촬상 화상 (IM2) 에 기초하여 시뮬레이션 모델의 광의 강도 분포를 설정한다. 보다 구체적인 일례로서, 스텝 S14 에 있어서 기억한 화상의 각 화소값을 시뮬레이션 모델의 광의 강도 분포에 채용한다. 위상차 (θ) 는 위상 시프트부 (8b) 의 각 위치에 있어서 일정하게 설정되어도 되고, 혹은, 각 경계부에 있어서 광의 강도 분포와 동일한 경사로 설정되어도 된다.

다음으로 제어부 (50) 는 스텝 S512 ∼ 스텝 S515 를 실행한다. 스텝 S512 ∼ S515 는 각각 스텝 S501 ∼ S504 와 동일하므로, 반복된 설명을 피한다.

스텝 S514 에 있어서 연산 회절 패턴이 선택 회절 패턴 (SP1) 에 유사하다고 판단되었을 때에는, 스텝 S19 에서, 스텝 S6 과 마찬가지로, 제어부 (50) 는 최신의 폭 (w) 및 위상차 (θ) 를 측정값으로서 표시부 (70) 에 표시시킨다.

이것에 의하면, 촬상 화상 (IM2) 에 기초하여 시뮬레이션 모델의 광의 강도 분포가 설정되므로, 보다 실태에 의거해서 연산 회절 패턴을 산출할 수 있고, 보다 높은 정밀도로 폭 (w) 및 위상차 (θ) 를 산출할 수 있다.

이상과 같이, 포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법은 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서 예시로서, 이 개시가 그것에 한정되는 것은 아니다. 또, 상기 서술한 각종 변형예는, 상호 모순되지 않는 한 조합하여 적용 가능하다. 그리고, 예시되어 있지 않은 다수의 변형예가, 이 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것으로 해석된다.

1 : 포토마스크 검사 장치
8a : 투광부
8b : 위상 시프트부
8c : 차광부
10 : 조사부
24 : 슬릿 마스크
24a : 슬릿
25 : 푸리에 변환 렌즈
27 : 제 1 광학 센서 (이미지 센서)
28 : 제 2 광학 센서 (이미지 센서)
40 : 이동 기구
50 : 연산 처리부 (제어부)
80 : 위상 시프트 마스크

Claims (13)

1. 광을 투과시키는 투광부, 광을 차단하는 차광부, 및, 상기 투광부와 상기 차광부의 사이에 형성되고, 광을 투과시킴과 함께 상기 투광부를 투과한 광에 대하여 위상을 시프트시키는 위상 시프트부가 소정의 패턴으로 형성된 위상 시프트 마스크의, 상기 위상 시프트부의 패턴 특성을 측정하는 포토마스크 검사 장치로서,
   상기 위상 시프트 마스크를 유지하는 유지부와,
   상기 투광부와 상기 위상 시프트부를 포함하는 영역에 광을 조사하는 조사부와,
   슬릿을 갖고, 상기 투광부의 폭방향에 있어서의 일부 및 상기 위상 시프트부의 폭방향에 있어서의 전체를 투과한 광이 상기 슬릿을 통과하는 위치에 배치되는 슬릿 마스크와,
   상기 슬릿을 통과한 광이 입사되는 푸리에 변환 렌즈와,
   상기 푸리에 변환 렌즈로부터의 광의 회절 패턴을 복수의 타이밍으로 검출하는 제 1 광학 센서
   를 구비하고,
   상기 제 1 광학 센서는, 상기 투광부를 투과하는 광에 의한 상기 슬릿 내의 투광부 이미지와, 상기 위상 시프트부를 투과하는 광에 의한 상기 슬릿 내의 위상 시프트부 이미지의 경계 위치가, 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크의 상대 위치의 변화에 의해 상기 슬릿 내에서 변화하고 있는 한창 중에, 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출하는, 포토마스크 검사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   평면에서 보았을 때의 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키는 이동 기구를 추가로 구비하고,
   상기 제 1 광학 센서는, 상기 이동 기구가 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키고 있는 한창 중에, 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출하는, 포토마스크 검사 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 이동 기구는, 상기 폭방향에 대하여 경사진 방향을 따라, 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키는, 포토마스크 검사 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 1 광학 센서에 의해 검출된 복수의 회절 패턴 중 중앙 위치에 있어서의 광의 강도가 가장 작은 회절 패턴을, 선택 회절 패턴으로서 선택하고, 상기 선택 회절 패턴에 기초하여 상기 위상 시프트부의 폭 및 상기 위상 시프트부에 의한 위상차의 적어도 어느 일방을, 상기 패턴 특성으로서 구하는 연산 처리부를 추가로 구비하는, 포토마스크 검사 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 연산 처리부는, 상기 선택 회절 패턴에 있어서의 광의 강도의 강약의 피치에 기초하여, 상기 위상 시프트부의 폭을 산출하는, 포토마스크 검사 장치.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 연산 처리부는, 상기 선택 회절 패턴에 있어서의 광의 강도의 복수의 피크값 또는 복수의 보텀값 중 양자의 차에 기초하여, 상기 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출하는, 포토마스크 검사 장치.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 연산 처리부는,
   상기 투광부 및 상기 위상 시프트부를 투과하는 광의 강도 분포, 상기 위상 시프트부의 폭, 및, 상기 위상 시프트부에 의한 위상차를 설정하는 제 1 공정과,
   상기 강도 분포, 상기 폭 및 상기 위상차에 기초하여, 고속 푸리에 변환을 이용하여 연산 회절 패턴을 산출하는 제 2 공정과,
   상기 연산 회절 패턴이 상기 선택 회절 패턴에 유사한지 여부를 판정하는 제 3 공정과,
   상기 제 3 공정에 있어서, 상기 연산 회절 패턴이 상기 선택 회절 패턴에 유사하지 않다고 판정했을 때에는, 상기 폭 및 상기 위상차를 변경하여 상기 제 2 공정 및 상기 제 3 공정을 실행하는 제 4 공정
   을 실행하는, 포토마스크 검사 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 연산 처리부는, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 위상 시프트부 및 상기 투광부의 각각을 투과하는 광의 강도가 일정해지도록 상기 강도 분포를 설정하는, 포토마스크 검사 장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 연산 처리부는, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 위상 시프트부와 상기 투광부의 경계부에서, 광의 강도가, 상기 위상 시프트부로부터 상기 투광부를 향함에 따라서 서서히 증대하도록, 상기 강도 분포를 설정하는, 포토마스크 검사 장치.
10. 제 7 항에 있어서,
    제 2 광학 센서와,
    상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크의 사이에 형성되고, 상기 위상 시프트 마스크로부터의 광의 일부를 상기 제 2 광학 센서로 유도하는 광학 소자
    를 추가로 구비하고,
    상기 연산 처리부는, 상기 제 1 공정에 있어서, 상기 제 2 광학 센서에 의해 촬상된 화상에 기초하여, 상기 강도 분포를 설정하는, 포토마스크 검사 장치.
11. 광을 투과시키는 투광부, 광을 차단하는 차광부, 및, 상기 투광부와 상기 차광부의 사이에 형성되고, 광을 투과시킴과 함께 상기 투광부를 투과한 광에 대하여 위상을 시프트시키는 위상 시프트부가 소정의 패턴으로 형성된 위상 시프트 마스크의, 상기 위상 시프트부의 패턴 특성을 측정하는 포토마스크 검사 방법으로서,
    조사부가 상기 투광부와 상기 위상 시프트부를 포함하는 영역에 광을 조사하는 공정과,
    제 1 광학 센서가, 슬릿 마스크에 형성된 슬릿, 및, 푸리에 변환 렌즈를 통해서, 상기 투광부의 폭방향에 있어서의 일부 및 상기 위상 시프트부의 폭방향에 있어서의 전체를 투과한 광의 회절 패턴을 복수의 타이밍으로 검출하는 공정
    을 구비하고,
    상기 제 1 광학 센서는, 상기 투광부를 투과하는 광에 의한 상기 슬릿 내의 투광부 이미지와, 상기 위상 시프트부를 투과하는 광에 의한 상기 슬릿 내의 위상 시프트부 이미지의 경계 위치가, 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크의 상대 위치의 변화에 의해 상기 슬릿 내에서 변화하고 있는 한창 중에, 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출하는, 포토마스크 검사 방법.
12. 광을 투과시키는 투광부, 광을 차단하는 차광부, 및, 상기 투광부와 상기 차광부의 사이에 형성되고, 광을 투과시킴과 함께 상기 투광부를 투과한 광에 대하여 위상을 시프트시키는 위상 시프트부가 소정의 패턴으로 형성된 위상 시프트 마스크의, 상기 위상 시프트부의 패턴 특성을 측정하는 포토마스크 검사 장치로서,
    상기 위상 시프트 마스크를 유지하는 유지부와,
    상기 투광부와 상기 위상 시프트부를 포함하는 영역에 광을 조사하는 조사부와,
    슬릿을 갖고, 상기 투광부의 폭방향에 있어서의 일부 및 상기 위상 시프트부의 폭방향에 있어서의 전체를 투과한 광이 상기 슬릿을 통과하는 위치에 배치되는 슬릿 마스크와,
    상기 슬릿을 통과한 광이 입사되는 푸리에 변환 렌즈와,
    상기 푸리에 변환 렌즈로부터의 광의 회절 패턴을 복수의 타이밍으로 검출하는 제 1 광학 센서와,
    평면에서 보았을 때의 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키는 이동 기구
    를 구비하고,
    상기 제 1 광학 센서는, 상기 이동 기구가 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키고 있는 한창 중에, 복수의 타이밍으로 회절 패턴을 검출하고,
    상기 이동 기구는, 상기 폭방향에 대하여 경사진 방향을 따라, 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크를 상대적으로 이동시키는, 포토마스크 검사 장치.
13. 광을 투과시키는 투광부, 광을 차단하는 차광부, 및, 상기 투광부와 상기 차광부의 사이에 형성되고, 광을 투과시킴과 함께 상기 투광부를 투과한 광에 대하여 위상을 시프트시키는 위상 시프트부가 소정의 패턴으로 형성된 위상 시프트 마스크의, 상기 위상 시프트부의 패턴 특성을 측정하는 포토마스크 검사 장치로서,
    상기 위상 시프트 마스크를 유지하는 유지부와,
    상기 투광부와 상기 위상 시프트부를 포함하는 영역에 광을 조사하는 조사부와,
    슬릿을 갖고, 상기 투광부의 폭방향에 있어서의 일부 및 상기 위상 시프트부의 폭방향에 있어서의 전체를 투과한 광이 상기 슬릿을 통과하는 위치에 배치되는 슬릿 마스크와,
    상기 슬릿을 통과한 광이 입사되는 푸리에 변환 렌즈와,
    상기 푸리에 변환 렌즈로부터의 광의 회절 패턴을 복수의 타이밍으로 검출하는 제 1 광학 센서와,
    상기 제 1 광학 센서에 의해 검출된 복수의 회절 패턴 중 중앙 위치에 있어서의 광의 강도가 가장 작은 회절 패턴을, 선택 회절 패턴으로서 선택하고, 상기 선택 회절 패턴에 기초하여 상기 위상 시프트부의 폭 및 상기 위상 시프트부에 의한 위상차의 적어도 어느 일방을, 상기 패턴 특성으로서 구하는 연산 처리부
    를 구비하는, 포토마스크 검사 장치.

Images