KR20200141510A - Photomask inspection device and photomask inspection method - Google Patents

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KR20200141510A
KR20200141510A KR1020207033118A KR20207033118A KR20200141510A KR 20200141510 A KR20200141510 A KR 20200141510A KR 1020207033118 A KR1020207033118 A KR 1020207033118A KR 20207033118 A KR20207033118 A KR 20207033118A KR 20200141510 A KR20200141510 A KR 20200141510A
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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.It provides a photomask inspection apparatus capable of detecting a diffraction pattern more suitable for measurement. The photomask inspection apparatus measures the pattern characteristics of a phase shift part of a phase shift mask. The photomask inspection apparatus includes a holding unit, an irradiation unit, a slit mask, a Fourier transform lens, and a first optical sensor. The holding unit holds the phase shift mask. The irradiation unit irradiates light to a region including the light transmitting unit and the phase shift unit. The slit mask has a slit, and is disposed at a position where light that has passed through the slit partly in the width direction of the light-transmitting portion and the entire phase shifting portion in the width direction passes through the slit. The light passing through the slit is incident on the Fourier transform lens. The first optical sensor detects a diffraction pattern of light from the Fourier transform lens at a plurality of timings.

Description

포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법Photomask inspection device and photomask inspection method

이 발명은 포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a photomask inspection apparatus and a photomask inspection method.

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.In recent years, in order to transfer a pattern with high resolution to a substrate such as a semiconductor substrate or a substrate for a display display, a phase shift mask has been used. In this phase shift mask, a phase shift film is formed to delay the phase of light by half a wavelength.

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.In Patent Document 1, a photomask inspection apparatus for measuring a phase delay (phase difference) due to a phase shift film is described. In this photomask inspection apparatus, light is irradiated to a photomask through a variable aperture stop, and light that has passed through the photomask is imaged on a photoelectric converter (sensor) through a Fourier transform lens. Accordingly, the photoelectric converter detects a Fourier transform image (diffraction pattern).

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.The photomask inspection apparatus first irradiates light to a region in which a phase difference does not occur in the photomask (a region of only a transparent portion or a region of only a phase member (phase shift film)), and a Fourier transform in the case where a phase difference does not occur. Remember the image as a reference image. Then, the photomask inspection apparatus irradiates light to both the transparent portion of the photomask and the phase member, and calculates the phase difference due to the phase member based on the comparison of the Fourier transform image obtained by the irradiation and the reference image. .

일본 공개특허공보 평4-229863호Japanese Laid-Open Patent Publication No. Hei 4-229863

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.However, in the technique of Patent Document 1, it cannot be said that a Fourier transform image (diffraction pattern) suitable for calculating a phase difference can be detected. This is because it cannot be said that it is possible to position them so that the relative positions of the variable aperture stop and the photomask are optimal. Since the required precision of this positioning increases as the width of the pattern becomes narrower, it is difficult to obtain an optimum Fourier transform image (diffraction pattern), especially for a photomask having a fine pattern.

그래서, 본 발명은, 보다 측정에 적합한 회절 패턴을 검출할 수 있는 포토마스크 검사 장치 및 포토마스크 검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, an object of the present invention is to provide a photomask inspection apparatus and a photomask inspection method capable of detecting a diffraction pattern more suitable for measurement.

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.A first aspect of the photomask inspection apparatus is a light-transmitting portion that transmits light, a light-shielding portion that blocks light, and is formed between the light-transmitting portion and the light-shielding portion, and transmits the light while transmitting light. A photomask inspection apparatus for measuring pattern characteristics of the phase shift portion of a phase shift mask having a phase shift portion that shifts a phase with respect to light, comprising: a holding portion holding the phase shift mask; the light transmitting portion; An irradiation unit that irradiates light to a region including the phase shift unit, and a slit, and a position in which the light transmitted through a part in the width direction of the light transmitting unit and the entire phase shift unit in the width direction passes through the slit A slit mask disposed in the slit, a Fourier transform lens into which light passing through the slit is incident, and a first optical sensor for detecting a diffraction pattern of light from the Fourier transform lens at a plurality of timings.

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.A second aspect of the photomask inspection apparatus is the photomask inspection apparatus according to the first aspect, further comprising a movement mechanism for relatively moving the slit mask and the phase shift mask when viewed from a plan view, and the first The optical sensor detects the diffraction pattern at a plurality of timings in the midst of the movement mechanism relatively moving the slit mask and the phase shift mask.

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.A third aspect of the photomask inspection apparatus is a photomask inspection apparatus according to the second aspect, wherein the movement mechanism moves relative to the slit mask and the phase shift mask along a direction inclined with respect to the width direction. .

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.A fourth aspect of the photomask inspection apparatus is a photomask inspection apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the intensity of light at a central position among a plurality of diffraction patterns detected by the first optical sensor is The smallest diffraction pattern is selected as the selected diffraction pattern, and based on the selected diffraction pattern, an operation processing unit for calculating at least one of the width of the phase shift unit and the phase difference due to the phase shift unit is further provided as the pattern characteristic do.

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.A fifth aspect of the photomask inspection apparatus is a photomask inspection apparatus according to the fourth aspect, wherein the calculation processing unit calculates a width of the phase shift unit based on a pitch of intensity of light intensity in the selected diffraction pattern. do.

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.A sixth aspect of the photomask inspection apparatus is a photomask inspection apparatus according to the fourth or fifth aspect, wherein the operation processing unit includes both of a plurality of peak values or a plurality of bottom values of the intensity of light in the selected diffraction pattern. Based on the difference of, the phase difference due to the phase shift unit is calculated.

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.A seventh aspect of the photomask inspection apparatus is a photomask inspection apparatus according to the fourth aspect, wherein the operation processing unit includes an intensity distribution of light transmitted through the light transmitting unit and the phase shift unit, a width of the phase shift unit, and the phase A first step of setting a phase difference by a shift unit, a second step of calculating a calculation diffraction pattern using a fast Fourier transform based on the intensity distribution, the width, and the phase difference, and the calculation diffraction pattern selected When it is determined that the calculation diffraction pattern is not similar to the selected diffraction pattern in the third step of determining whether it is similar to the diffraction pattern, and in the third step, the second step by changing the width and the phase difference And a fourth step of executing the third step.

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.An eighth aspect of the photomask inspection apparatus is a photomask inspection apparatus according to the seventh aspect, wherein in the first step, the operation processing unit has a constant intensity of light passing through each of the phase shift unit and the light transmitting unit. Set the intensity distribution so that

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.A ninth aspect of the photomask inspection apparatus is the photomask inspection apparatus according to the seventh aspect, wherein the operation processing unit comprises, in the first process, a light intensity at a boundary between the phase shift unit and the light transmitting unit, wherein the phase The intensity distribution is set so as to gradually increase from the shift portion toward the light transmitting portion.

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.A tenth aspect of the photomask inspection apparatus is a photomask inspection apparatus according to the seventh aspect, which is formed between a second optical sensor and the slit mask and the phase shift mask, and partially receives light from the phase shift mask. An optical element for guiding to the second optical sensor is further provided, and the calculation processing unit sets the intensity distribution based on an image captured by the second optical sensor in the first step.

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.An eleventh aspect of the photomask inspection method is a light-transmitting portion that transmits light, a light-shielding portion that blocks light, and is formed between the light-transmitting portion and the light-shielding portion, and transmits the light while transmitting the light-transmitting portion. A photomask inspection method for measuring pattern characteristics of the phase shift unit of a phase shift mask having a phase shift unit that shifts a phase with respect to light, wherein the irradiation unit includes light in a region including the light transmitting unit and the phase shift unit. A step of irradiating, and the first optical sensor, through a slit formed in a slit mask, and a Fourier transform lens, of the light transmitted through a part in the width direction of the light transmitting part and the whole in the width direction of the phase shift part. And a step of detecting a diffraction pattern at a plurality of timings.

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.According to the first aspect of the photomask inspection apparatus and the eleventh aspect of the photomask inspection method, since the relative position between the slit mask and the phase shift mask actually fluctuates slightly, the first optical sensor detects the diffraction pattern at a plurality of timings. By doing so, it is possible to detect a plurality of diffraction patterns corresponding to a plurality of relative positions. Therefore, compared to the case where the diffraction pattern is detected only once, it is easier to detect a diffraction pattern suitable for calculating the pattern characteristics of the phase shift unit.

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.According to the second aspect of the photomask inspection apparatus, since the relative position of the slit mask and the phase shift mask can be controlled by the movement mechanism, the relative position optimal for the movement range can be included. Therefore, the first optical sensor is easy to detect a diffraction pattern more suitable for specific calculation of the phase shift unit.

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.According to the third aspect of the photomask inspection apparatus, the relative velocity component in the width direction can be set low. Therefore, the first optical sensor is easy to detect the diffraction pattern at a relative position close to the optimum relative position.

포토마스크 검사 장치의 제 4 양태에 의하면, 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차의 적어도 어느 일방을 산출할 수 있다.According to the fourth aspect of the photomask inspection apparatus, at least one of the width of the phase shift unit and the phase difference due to the phase shift unit can be calculated with high accuracy.

포토마스크 검사 장치의 제 5 양태에 의하면, 간이한 연산으로 위상 시프트부의 폭을 산출할 수 있다.According to the fifth aspect of the photomask inspection apparatus, it is possible to calculate the width of the phase shift portion by simple calculation.

포토마스크 검사 장치의 제 6 양태에 의하면, 간이한 연산으로 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.According to the sixth aspect of the photomask inspection apparatus, the phase difference due to the phase shift unit can be calculated by simple calculation.

포토마스크 검사 장치의 제 7 양태에 의하면, 더욱 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.According to the seventh aspect of the photomask inspection apparatus, the width of the phase shift unit and the phase difference due to the phase shift unit can be calculated with higher precision.

포토마스크 검사 장치의 제 8 양태에 의하면, 간이하게 강도 분포를 설정할 수 있다.According to the eighth aspect of the photomask inspection apparatus, the intensity distribution can be easily set.

포토마스크 검사 장치의 제 9 양태에 의하면, 더욱 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.According to the ninth aspect of the photomask inspection apparatus, the width of the phase shift unit and the phase difference due to the phase shift unit can be calculated with higher precision.

포토마스크 검사 장치의 제 10 양태에 의하면, 더욱 높은 정밀도로 위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차를 산출할 수 있다.According to the tenth aspect of the photomask inspection apparatus, the width of the phase shift unit and the phase difference due to the phase shift unit can be calculated with higher precision.

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.
1 is a perspective view schematically showing an example of a configuration of a photomask inspection apparatus.
2 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a photomask inspection apparatus.
3 is a plan view schematically showing an example of a configuration of a slit mask.
4 is a graph schematically showing an example of a plurality of diffraction patterns.
5 is a graph schematically showing an example of a plurality of diffraction patterns.
6 is a flowchart showing an example of the operation of the photomask inspection device.
7 is a flowchart showing an example of a method of calculating pattern characteristics.
8 is a diagram for explaining an example of a relative movement direction of a slit mask and a phase shift mask.
9 is a diagram schematically showing an example of a simulation model.
10 is a graph schematically showing an example of a computational diffraction pattern.
11 is a flowchart showing an example of a method of calculating pattern characteristics.
12 is a diagram schematically showing an example of a simulation model.
13 is a flowchart showing an example of the operation of the photomask inspection device.
14 is a flowchart showing an example of a method of calculating pattern characteristics.

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.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in the drawings, for the purpose of easy understanding, the dimensions and numbers of each part are exaggerated or simplified as necessary. In addition, the same reference numerals are assigned to portions having the same configuration and function, and redundant descriptions are omitted in the following description. In addition, in the figure, in order to show the positional relationship of each structure, XYZ rectangular coordinates are shown suitably. For example, the Z axis is arranged along the vertical direction, and the X axis and Y axis are arranged along the horizontal direction. In the following description, one side in the Z-axis direction is also referred to as a +Z side, and the other side is also referred to as a -Z side. The same is true for the X and Y axes.

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.1 is a perspective view schematically showing an example of a configuration of a photomask inspection device 1, and FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a configuration of a photomask inspection device 1. This photomask inspection device 1 is a device that inspects the phase shift mask 80. Here, first, an example of the phase shift mask 80 used as an inspection object will be described.

<위상 시프트 마스크> <Phase Shift Mask>

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.The phase shift mask 80 is a photomask used in an exposure apparatus not shown. The exposure apparatus can transfer the pattern to the predetermined substrate by performing exposure treatment on the predetermined substrate using the phase shift mask 80. The predetermined substrate is, for example, a semiconductor substrate or a substrate for a flat panel display.

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.As illustrated in FIG. 2, the phase shift mask 80 includes a base material 81, a phase shift film 82, and a light shielding film 83. The substrate 81 has translucency to exposure light (for example, ultraviolet rays such as i-rays), and is formed of, for example, quartz glass or the like. The base material 81 has a plate-like shape, and has a rectangular shape, for example, when viewed in a plan view (that is, viewed along the thickness direction). The length of one side of the phase shift mask 80 is set to about several [m], for example.

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.The phase shift film 82 is formed on one main surface of the substrate 81 in a predetermined pattern. Although the phase shift film 82 has translucency with respect to light for exposure, its transmittance is smaller than that of the substrate 81. The transmittance of the phase shift film 82 is, for example, about several [%] (more specifically, 5 [%]). The phase shift film 82 shifts the phase of the light transmitted through itself by approximately 180 degrees with respect to the phase of the light transmitted through the light transmitting portion 8a. Such a phase shift film 82 is formed of, for example, tantalum oxide.

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.The light shielding film 83 is formed on the phase shift film 82 in a predetermined pattern, for example. The light shielding film 83 is formed in a region inside the outline of the phase shift film 82 when viewed in plan. The light-shielding film 83 has light-shielding properties for exposure light, and is formed of, for example, chromium or chromium oxide.

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.Hereinafter, a region of the phase shift mask 80 in which the phase shift film 82 is not formed in a plan view is referred to as a light-transmitting portion 8a, and a region in which the light-shielding film 83 is formed in a plan view is referred to as a light-shielding part. It is called (8c), and the area between the light-transmitting part 8a and the light-shielding part 8c is called a phase shift part 8b. The light-transmitting portion 8a, the phase shifting portion 8b, and the light-shielding portion 8c are each formed in a predetermined pattern when viewed in a plan view. The width of the light-transmitting portion 8a (the width along the X-axis direction in FIG. 2) is set to, for example, about 2 to 4 [µm], and the width of the phase shift portion 8b (in FIG. 2, the width along the X-axis direction) ) Is set to, for example, about 0.3 to 0.5 [µm].

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.When exposure is performed in the exposure apparatus using this phase shift mask 80, on the substrate, light transmitted through the light transmitting part 8a and the light transmitted through the phase shift part 8b interfere at the boundary, (Cancer (暗)) occurs. As a result, the contrast of the projected image of the light transmitting part 8a can be increased. Therefore, by using the phase shift mask 80 in the exposure apparatus, the pattern can be transferred to a predetermined substrate with higher resolution compared to the case where the phase shift mask 80 is not used.

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.In this phase shift mask 80, the pattern shape of the phase shift part 8b is directly related to the transfer capability. For example, when the thickness of the phase shift film 82 in the phase shift unit 8b deviates from the design value, the phase difference due to the phase shift unit 8b deviates from 180 degrees. This reduces the effect of interference, lowers the resolution, and, consequently, makes the resolution of the pattern on the transferred substrate unstable, and ultimately causes a number of obstacles, such as lowering the yield of manufacture or impairing the quality of the product. . Moreover, even if the width of the phase shift part 8b deviates from a design value, the same trouble arises. Therefore, in order to determine the good or bad quality of the phase shift mask 80, the pattern characteristics of the phase shift section 8b formed in the phase shift mask 80 (specifically, the width of the phase shift section 8b and It is preferable to measure the phase difference) by the phase shift unit 8b and to properly manage the mask manufacturing process. Further, the phase shift film 82 changes over time due to oxidation, and due to this change, the phase difference due to the phase shift film 82 can also change over time. Therefore, it is desirable that the phase shift mask 80 be inspected regularly.

<포토마스크 검사 장치> <Photomask inspection device>

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.The photomask inspection apparatus 1 measures the pattern characteristic of the phase shift part 8b formed in this phase shift mask 80. 1 and 2, the photomask inspection device 1 includes an irradiation unit 10, a detection unit 20, a moving mechanism 40, a control unit 50, an elevating mechanism 60, and a display unit 70. And a holding part (90).

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.The holding part 90 is a member that holds the phase shift mask 80. This holding unit 90 holds the phase shift mask 80 so that the thickness direction of the phase shift mask 80 follows the Z-axis direction. In the example of FIG. 1, the holding portion 90 holds only the peripheral portion of the phase shift mask 80. In addition, the holding part 90 may support the lower surface of the phase shift mask 80 as a whole by a light-transmitting member.

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.The irradiation unit 10 and the detection unit 20 are formed on opposite sides of the phase shift mask 80 in the Z-axis direction. In the example of FIGS. 1 and 2, the irradiation portion 10 is formed on the -Z side with respect to the phase shift mask 80, and the detection portion 20 is formed on the +Z side with respect to the phase shift mask 80.

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.The irradiation unit 10 irradiates light along the Z-axis direction, and makes the light incident on a part of the phase shift mask 80. As the light, for example, light having a wavelength equal to that of light for exposure (for example, i-line) is employed. The irradiation unit 10 includes, for example, a light source 11, a condensing lens 12, a band pass filter 13, a relay lens 14, a pinhole plate 15, a reflecting plate 16, and a condenser lens 17. Are doing.

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.The light source 11 irradiates light. The light source 11 is an ultraviolet irradiator, for example. As this ultraviolet irradiator, a mercury lamp can be adopted, for example. The light irradiation/stopping of the light source 11 is controlled by the control unit 50.

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.The condensing lens 12, the band pass filter 13, the relay lens 14, the pinhole plate 15, the reflecting plate 16, and the condenser lens 17 are between the light source 11 and the phase shift mask 80. In the above, they are arranged in this order.

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.The condensing lens 12 is a convex lens and is arranged so that its focal point is positioned on the light source 11. The light irradiated from the light source 11 becomes collimated light or light with a small diffusion angle by the condensing lens 12, and this light enters the band pass filter 13. The band pass filter 13 transmits only light having a predetermined wavelength band (transmission band) among the light. As this wavelength band, a wavelength band of exposure light (for example, a wavelength band including i-line) can be adopted. The wavelength band of the band pass filter 13 is set to be narrow, and light having a substantially short wavelength (so-called monochromatic light) passes through the band pass filter 13. The light transmitted through the band pass filter 13 enters the relay lens 14.

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.The relay lens 14 is a convex lens and condenses incident light into the pinhole 151 of the pinhole plate 15. The pinhole 151 penetrates the pinhole plate 15 in the thickness direction. The pinhole plate 15 is disposed at a position where the pinhole 151 becomes the focus of the relay lens 14. The light that has passed through the pinhole 151 becomes substantially irradiated from a point light source, and is incident on the reflective surface of the reflective plate 16. The reflecting plate 16 is formed to change the traveling direction of light, and causes the light to enter the condenser lens 17. The condenser lens 17 is a convex lens and is disposed at a position where the focus becomes substantially the pinhole 151. The condenser lens 17 converts the incident light into collimated light or light with a small diffusion angle. The NA (number of apertures) of light from the condenser lens 17 is set to an appropriate value by the condenser lens 17 and the pinhole 151. The irradiation unit 10 irradiates this light onto a part of the phase shift mask 80 along the Z-axis direction.

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.The detection unit 20 detects the light transmitted through the phase shift mask 80 and detects a diffraction pattern by the light. The detection unit 20 includes, for example, an objective lens 21, an imaging lens 22, a prism 23, a slit mask 24, a Fourier transform lens 25, a relay lens 26, and an image sensor (optical sensor). (27, 28) is provided.

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.The objective lens 21, the imaging lens 22, the prism 23, the slit mask 24, the Fourier transform lens 25 and the image sensor 27 move away from the phase shift mask 80 in the Z-axis direction. Therefore, they are arranged in this order.

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.The light that has passed through this part of the phase shift mask 80 is expanded through the objective lens 21 and the imaging lens 22. Some of the light from the imaging lens 22 is reflected by the prism 23 to the image sensor 28 side. In short, the prism 23 is an optical element that guides a part of the light from the phase shift mask 80 to the image sensor 28. This optical element is not limited to the prism 23, and may be a mirror or a half mirror.

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.The slit mask 24 is disposed at the focal point of the imaging lens 22. The light incident on the slit mask 24 from the imaging lens 22 passes through the slit 24a formed in the slit mask 24. This slit mask 24 blocks light in regions other than the slit 24a and allows light to pass only through the slit 24a, thereby exerting the function of a visual field stop to narrow the field of view. This slit 24a has an area such that only light from a region including only the phase shift portion 8b and its vicinity is transmitted.

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.As illustrated in FIG. 2, the slit mask 24 has a substrate 241 and a light shielding film 242. The base material 241 has translucency to light for exposure, and is formed of, for example, quartz glass or the like. The base material 241 has a plate-like shape, and has, for example, a rectangular shape when viewed in plan. The substrate 241 is formed in a posture along the Z-axis direction in its thickness direction.

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.The light shielding film 242 is formed on one main surface of the substrate 241. The light-shielding film 242 has a light-shielding property for exposure light, and is formed of, for example, chromium or chromium oxide. This light-shielding film 242 is formed avoiding a partial region of the substrate 241 when viewed in a plan view. In this part of the region, a slit 24a through which light is passed is formed. The slit 24a has an elongate shape when viewed in plan.

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.3 is a plan view schematically showing an example of the configuration of the slit mask 24. In FIG. 3, in order to show an example of the optical positional relationship of the phase shift mask 80 with respect to the slit mask 24, the light-transmitting part 8a and the phase shifting part 8b are also shown virtually by a double-dashed line. . In short, this two-dot chain line represents a projection image in which the light transmitting portion 8a and the phase shifting portion 8b are projected onto the slit mask 24 via the objective lens 21 and the imaging lens 22. In the following, the projected image obtained by projecting the light transmitting part 8a onto the slit mask 24 is referred to as the light transmitting part image 80a, and the projected image projecting the phase shift part 8b onto the slit mask 24 is a phase shift part. Call it image (80b).

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.In the example of FIG. 3, the longitudinal direction of the slit 24a is along the extension direction of the light-transmitting portion 8a, and the slit 24a faces the phase shifting portion 8b. More specifically, inside the slit 24a, the whole of one phase shift part image 80b in the width direction (herein the X-axis direction) and adjacent to the one phase shift part image 80b A part of the light-transmitting part image 80a in the width direction is included. In other words, the light transmitted through the entire phase shift section 8b in the width direction and a part of the transmissive section 8a adjacent to the phase shift section 8b in the width direction is transmitted through the slit 24a. ).

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.Referring again to FIG. 2, the light passing through the slit 24a is formed on the imaging surface of the image sensor 27 through the Fourier transform lens 25. The image sensor 27 is disposed so that the imaging surface is positioned at the focal point of the Fourier transform lens 25.

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.The image sensor 27 is, for example, a CCD image sensor or the like, and generates a captured image IM1 based on the light formed on its own imaging surface, and outputs the captured image IM1 to the control unit 50. Since light is formed on the image sensor 27 through the Fourier transform lens 25, in this captured image IM1, the light that has passed through the light-transmitting section 8a and the light that has passed through the phase shift section 8b. A diffraction pattern is taken. Further, the image sensor 27 is not limited to an image sensor having pixels arranged in two dimensions, but may be a line sensor having pixels arranged in one dimension. In short, the image sensor 27 may be an optical sensor capable of converting the luminance distribution of the light intensity pattern (diffraction pattern) formed in the X-axis direction into digital data.

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.The control unit 50 calculates the pattern characteristics (width and phase difference) of the phase shift unit 8b based on this diffraction pattern. Specific examples of the diffraction pattern and specific examples of the calculation method will be described later in detail.

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.The light passing through the relay lens 26 from the prism 23 forms an image on the imaging surface of the image sensor 28. The image sensor 28 is arranged so that its imaging surface is positioned at the focal point of the relay lens 26. The image sensor 28 is, for example, a CCD image sensor or the like, and generates a captured image IM2 based on the light formed on its own imaging surface, and outputs the captured image IM2 to the control unit 50. In the picked-up image IM2, the measurement target area of the phase shift mask 80 is taken. The control unit 50 may display the captured image IM2 on the display unit 70. Accordingly, it is possible to visually recognize which area of the phase shift mask 80 the worker is measuring.

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.The movement mechanism 40 moves the holding part 90 in the XY plane. Accordingly, the phase shift mask 80 held by the holding unit 90 also moves in the XY plane. The moving mechanism 40 has, for example, a ball screw mechanism, and is controlled by the control unit 50. When the phase shift mask 80 moves in the XY plane, the irradiation unit 10 and the detection unit 20 can be scanned with respect to the phase shift mask 80. Accordingly, the pattern characteristics of the phase shift unit 8b can be measured in a plurality of measurement regions of the phase shift mask 80. In addition, the movement mechanism 40 should just have a function and a structure of relatively moving the phase shift mask 80 with respect to the irradiation unit 10 and the detection unit 20, and for example, the irradiation unit 10 and the detection unit 20 ) May be moved integrally.

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.The lifting mechanism 60 raises and lowers the holding part 90 in the Z-axis direction. Accordingly, the phase shift mask 80 held by the holding unit 90 is also raised and lowered. The lifting mechanism 60 has a ball screw mechanism, for example, and is controlled by the control unit 50. The phase shift mask 80 can be moved to the focal point of the objective lens 21 by raising and lowering the phase shift mask 80 by the lifting mechanism 60. In addition, the lifting mechanism 60 should just have a function and a structure of relatively lifting the phase shift mask 80 with respect to the detection part 20, and for example, the detection part 20 may be raised and lowered.

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.The display unit 70 is, for example, a display device such as a liquid crystal display or an organic EL display, and the contents of the display are controlled by the control unit 50. For example, the control unit 50 outputs an image signal including the measurement result to the display unit 70. The display unit 70 displays the measurement result based on the image signal. Further, as described above, the display unit 70 may display the captured image IM2 under the control of the control unit 50.

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.The prism 23, the slit mask 24, the Fourier transform lens 25, the relay lens 26, and the image sensors 27 and 28 are incorporated in the optical head 30 of FIG. 1.

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.By the way, since the pattern of the light-transmitting part 8a formed in the phase shift mask 80 is suitably set by the design of a board|substrate, the extension direction of the light-transmitting part 8a differs depending on the measurement target position of a pattern. Therefore, in each position of the XY plane, in order to make the longitudinal direction of the slit 24a follow the extending direction of the light-transmitting part 8a, the slit mask 24 may be formed rotatably.

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.For example, the optical head 30 has an upper member 31 and a lower member 32 that are rotatably connected to each other, and the above optical elements incorporated in the optical head 30 are attached to the upper member 31. It may be built-in. The lower member 32 may be fixed non-rotatably with respect to the casing of the photomask inspection apparatus 1, and the upper member 31 may be rotatably connected with respect to the lower member 32. According to this, by rotating the upper member 31 in the XY plane, the longitudinal direction of the slit 24a of the slit mask 24 incorporated in the upper member 31 can be adjusted. Further, a rotation drive mechanism (for example, a motor) for rotating the upper member 31 with respect to the lower member 32 may be provided. This rotation drive mechanism is controlled by the control unit 50.

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.The control unit 50 can control the photomask inspection apparatus 1 as a whole. For example, as described above, the control unit 50 controls the irradiation by the irradiation unit 10, the movement by the movement mechanism 40, the lifting by the lifting mechanism 60, and the rotation of the optical head 30. . Further, the control unit 50 also functions as an arithmetic processing unit that calculates the pattern characteristics of the phase shift unit 8b based on the captured image IM1 generated by the image sensor 27.

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.The control unit 50 is an electronic circuit device and may have, for example, an arithmetic processing device and a storage medium. The arithmetic processing device may be an arithmetic processing device such as a CPU (Central Processor Unit), for example. The storage unit may have a non-transitory storage medium (for example, a ROM (Read Only Memory) or a hard disk) and a temporary storage medium (for example, a RAM (Random Access Memory)). In the non-transitory storage medium, for example, a program defining a process to be executed by the control unit 50 may be stored. When the processing device executes this program, the control unit 50 can execute the processing specified in the program. Of course, some or all of the processing executed by the control unit 50 may be executed by hardware.

<회절 패턴에 기초하는 측정 방법> <Measurement method based on diffraction pattern>

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.4 is a graph schematically showing an example of a plurality of diffraction patterns DP1 to DP5. In Fig. 4, since the vertical axis represents the intensity of light and the horizontal axis represents the position in the X-axis direction, the diffraction pattern can also be referred to as a luminance profile.

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.The diffraction patterns DP1 to DP5 are diffraction patterns when the relative positions of the slit 24a and the phase shift mask 80 when viewed from a plane are changed. Here, as a parameter indicating the relative position, the distance d (see Fig. 3) is introduced. In the example of FIG. 3, the light transmitting part image 80a and the phase shift part image 80b are located inside the slit 24a when viewed from the top. Specifically, inside the slit 24a, the light-transmitting part image 80a is located on the -X side, and the phase shift part image 80b is located on the +X side. It is the distance from the distance d, the short side of the -X side of the slit 24a to the boundary between the light-transmitting part image 80a and the phase shift part image 80b. The larger this distance d is, the larger the ratio occupied by the light-transmitting portion image 80a in the slit 24a. In other words, most of the light passing through the slit 24a is occupied by the light from the light transmitting portion 8a.

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.The diffraction patterns DP1 to DP5 are diffraction patterns obtained when the distance d is changed. The distance (d) corresponding to the diffraction patterns DP1 to DP5 is shorter as the number at the end of the sign of the diffraction pattern is smaller. In short, the diffraction pattern DP1 is a diffraction pattern corresponding to the shortest distance (d), and the diffraction pattern DP5 is a diffraction pattern corresponding to the longest distance (d).

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.In addition, the range of change of the distance d is set as follows. That is, as the whole of the phase shift part image 80b in the width direction is contained in the inside of the slit 24a, the change range is set. In short, the range of change of the distance d is set so that a part of the phase shift unit image 80b does not protrude from the slit 24a in the width direction. In other words, the width (width along the X-axis direction) of the slit 24a is, when the distance d is changed within the range of change, the whole of the phase shift unit image 80b in the width direction is the slit 24a Is set to be included inside of.

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.As illustrated in FIG. 4, the diffraction patterns DP1 and DP2 have a shape that is convex upward (that is, one mountain shape). This is because, when the distance d is short, the light from the light-transmitting portion 8a is shielded by the slit 24a, so that the light passing through the slit 24a becomes only light from the phase shift portion 8b. Therefore, the diffraction pattern becomes a diffraction pattern with a simple rectangular opening, and thus has such a distribution shape. Further, in the diffraction patterns DP1 and DP2, the peak value of the intensity of light is relatively small. This is because the aperture is small and the transmittance of the phase shift unit 8b is low.

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).In the example of Fig. 4, the diffraction patterns DP3 to DP5 have two mountain shapes having two peaks. This is because the distance d becomes longer, so that not only the light from the phase shift unit 8b but also the light from the light transmitting unit 8a sufficiently passes through the slit 24a, and the phases thereof are shifted by almost 180 degrees. This is because an interference pattern is generated. In addition, in the example of Fig. 4, although two mountain shapes are shown, when the region of the horizontal axis is taken wider, new peaks appear on both sides thereof (see Fig. 5).

이하에서는, 가장 높은 피크값과 다음으로 높은 피크값의 사이에서 광의 강도가 보텀값을 취할 때의 위치를 중심 위치 (x0) 라고 부른다.Hereinafter, the position at which the light intensity takes the bottom value between the highest peak value and the next highest peak value is referred to as a center position (x0).

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.Each peak value of the diffraction patterns DP3 to DP5 and the bottom value at the center position x0 increase as the distance d increases. This is because, in the light passing through the slit 24a, light increases from the light transmitting portion 8a having a high transmittance.

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.In the diffraction pattern DP3, the intensity (bottom value) of light at the center position x0 is zero. This means that the complex amplitude of the light flux passing through the light transmitting part 8a and the slit 24a in this order and the complex amplitude of the light flux passing through the phase shift part 8b and the slit 24a in this order are the same. Are doing. In short, when both complex amplitudes are equal to each other, the light intensity (bottom value) becomes zero since the light is weakened to each other in the same amount at the center position (x0).

상기 복소 진폭이 서로 일치하는 경우에는, 이하의 식이 성립한다.When the complex amplitudes coincide with each other, the following equation is established.

ws' = w'·√t … (1) ws' = w'·√t… (One)

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.Here, with reference to FIG. 3 also, ws' denotes the width of a region located inside the slit 24a of the light-transmitting portion image 80a (that is, the distance d), and w'denotes the phase shift portion image ( 80b) represents the width, and t represents the transmittance of the phase shift portion 8b.

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.In consideration of the magnification factor α by the objective lens 21 and the imaging lens 22, the actual width w (= w'/α) of the phase shift unit 8b and corresponding to the slit 24a By introducing the width ws (= ws'/α) of the light transmitting portion 8a, equations (1) to (2) are derived.

ws = w·√t … (2) 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.For example, when the width w of the phase shift unit 8b is 0.4 [µm] and the transmittance t of the phase shift unit 8b is 0.05 (= 5 [%]), it corresponds to the slit 24a The width ws of the light-transmitting portion 8a is 0.089 [µm]. In other words, if the slit mask 24 can be positioned with respect to the phase shift mask 80 so that the width ws becomes 0.089 [µm], the image sensor 27 is the picked-up image IM1 including the diffraction pattern DP3. ) Can be created. In short, the diffraction pattern DP3 can be detected.

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.By the way, the pitch of strength and weakness in the diffraction pattern DP3 (for example, the distance between the peak positions of the intensity of light) (Δdx) is the light-transmitting part image 80a and the phase shift part in the inside of the slit 24a It depends on the distance (pitch) Δx' between the centers of the image 80b (see FIG. 3 ). Specifically, the pitch (Δdx) is theoretically proportional to the center-to-center distance (Δx'). The proportionality coefficient β1 can be obtained in advance by simulation or experiment. Therefore, when the pitch Δdx is obtained from the diffraction pattern DP3, the center-to-center distance Δx' can be obtained based on the pitch Δdx.

또, 이 중심간 거리 (Δx') 는 기하학적으로 이하의 관계식을 만족한다 (도 3 도 참조).In addition, this center-to-center distance Δx' geometrically satisfies the following relational expression (refer to FIG. 3 ).

w' + ws' = 2·Δx' … (3) 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.Equation (3) is a parameter for each light-transmitting part image 80a and phase shift part image 80b in the slit mask 24, so these are the parameters for the light-transmitting part 8a and the phase shift part 8b. Convert. Specifically, by substituting w = w'/α, ws = ws'/α, and Δx = Δx'/α into the equation (3), the following equation can be derived.

w + ws = 2·Δx … (4) w + ws = 2·Δx… (4)

식 (2) 및 식 (4) 로부터 이하의 식을 유도할 수 있다.The following equation can be derived from equation (2) and equation (4).

w = 2·Δx / (1 + √t) … (5) 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.Assuming that the transmittance (t) of the phase shift unit 8b is approximately equal to the design value of the film or the transmittance (t^) of a test pattern in the vicinity, the equation (Δx) (= Δx'/α) can be obtained. Based on (5), the width w of the phase shift unit 8b can be calculated.

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.Further, the phase difference (θ) due to the phase shift unit 8b can also be obtained based on the diffraction pattern. 5 is a graph schematically showing an example of a plurality of diffraction patterns DP3 and DP31 to DP34. The diffraction patterns DP3 and DP31 to DP34 are diffraction patterns obtained when the phase difference θ is changed in the state in which the equation (2) is satisfied. Since Equation (2) holds, the bottom value at the center position (x0) is zero in any of the diffraction patterns DP3, DP31 to DP34. The diffraction pattern DP3 shows a diffraction pattern when the phase difference θ is 180 degrees, and the diffraction patterns DP31 to DP34 each have a phase difference θ of 144 (= 360 × 0.4) degrees, 162 (= 360 × 0.45). ), 198 (= 360 × 0.55) and 216 (= 360 × 0.6) diffraction patterns are shown.

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.As illustrated in FIG. 5, the waveforms of the diffraction patterns DP3 and DP31 to DP34 differ depending on the phase difference θ. In other words, the phase difference (θ) can be obtained based on the detected diffraction pattern waveform. For example, the center position (x0) fluctuates according to the phase difference (θ). Specifically, the center position (x0) moves toward the +X side as the phase difference (θ) increases. Therefore, the center position (x0) when the phase difference (θ) is 180 degrees is previously set as the reference position, and the relationship between the difference between each center position (x0) and the reference position, and the phase difference (θ), for example, It is set in advance by simulation or experiment. And, when the difference between the center position (x0) of the detected diffraction pattern and the reference position is obtained, the phase difference (θ) can be obtained based on the obtained difference and the relationship.

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.In addition, since each peak value and each bottom value in the diffraction pattern take a value according to the phase difference (θ), instead of the center position (x0), the phase difference (θ) may be obtained based on each peak value or each bottom value. . For example, in the region on the +X side from the center position (x0), each peak value decreases as the phase difference θ increases, and the bottom value also decreases as the phase difference θ increases. In contrast, in a region on the -X side from the center position (x0), each peak value increases as the phase difference θ increases, and the bottom value also increases as the phase difference θ increases.

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.In the following, the peak value closest to the center position (x0) in the +X side region is referred to as a first-order peak value, and the peak value closest to the center position (x0) in the region on the -X side is referred to as -1 order peak. It is called the value.

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.Here, as an example of the parameter for calculating the phase difference θ, the peak difference Δp obtained by subtracting the first order peak value from the -1 order peak value is adopted. In Fig. 5, as an example, the peak difference Δp with respect to the diffraction pattern DP34 is shown. This peak difference Δp increases as the phase difference θ increases. For example, the peak difference (Δp) in the diffraction pattern (DP3) is zero, the peak difference (Δp) in the diffraction patterns (DP31, DP32) has a negative value, and the diffraction pattern (DP31) The peak difference (Δp) in is smaller than the peak difference (Δp) in the diffraction pattern DP32. In addition, the peak difference Δp in the diffraction patterns DP33 and DP34 has a positive value, and the peak difference Δp in the diffraction pattern DP34 is the peak difference in the diffraction pattern DP33 Greater than (Δp). The relationship between the peak difference Δp and the phase difference θ can be set in advance by, for example, simulation or experiment. Therefore, when the peak difference Δp of the detected diffraction pattern is obtained, the phase difference θ can be calculated based on the peak difference Δp.

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.In addition, it is not always necessary to adopt the peak difference Δp between the first peak value and the -1 order peak value, and a difference between any of a plurality of peak values may be adopted. However, since the amount of variation with respect to the phase difference θ of the peak difference Δp of the first and negative first peak values is larger than that of the other two, the phase difference θ can be obtained with high accuracy.

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.Moreover, you may adopt a bottom value instead of a peak value. Specifically, a difference between both of a plurality of bottom values may be employed. However, since the amount of variation with respect to the phase difference θ of the difference between the bottom values is smaller than the peak difference Δp, it is preferable to employ the peak difference Δp from the viewpoint of improving accuracy.

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.As described above, based on the waveform of the diffraction pattern (e.g., diffraction patterns DP3, DP31 to DP34, etc.) when the bottom value at the center position (x0) is zero, the width of the phase shift unit 8b ( The phase difference θ by w) and the phase shift unit 8b can be calculated.

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.However, in order to detect this diffraction pattern, the position at which the width ws is the optimum value so that the interference pattern by the two beams of light passing through the light transmitting part 8a and the phase shifting part 8b appears remarkably, or It is necessary to position the slit mask 24 relative to the phase shift mask 80 in the vicinity thereof. The required precision for positioning is higher as the width ws is narrower. For example, when the width ws is 0.089 [µm], an accuracy of about several to several tens [nm] is required. The width ws also depends on the width w of the phase shift unit 8b (Equation (2)), and it can be said that the higher the accuracy required for positioning, the more the phase shift mask 80 has a finer pattern width. have.

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.By the way, under the above-described condition (transmittance (t) = 0.05), as can be understood from equation (5) for those skilled in the art, the calculated width w of the phase shift unit 8b includes the slit mask 24 and A calculation error (measurement error) of about 0.8 times the error (number to several tens [nm]) of positioning between the phase shift mask 80 occurs. In short, a maximum calculation error of about 16 [nm] may occur. By the way, in a pattern where the required accuracy of the line width is particularly high, since the entire line width including the phase shift unit 8b is directly connected to the resist process and is strictly managed, a measurement accuracy of about 5 to 10 [nm] is required. However, with respect to the individual width w of the phase shift unit 8b, the required accuracy is not as high as the entire line width, and the positioning accuracy (from several to several tens [nm]) is sufficient for practical use.

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.Therefore, in the photomask inspection apparatus 1, the image sensor 27 changes the diffraction pattern at different timings while changing the relative position between the slit mask 24 and the phase shift mask 80 over time. Repeat detection. Accordingly, a diffraction pattern corresponding to the optimal relative position or its vicinity is detected. Hereinafter, an example of the operation of the specific photomask inspection device 1 will be described.

<포토마스크 검사 장치의 동작의 일례> <Example of operation of photomask inspection device>

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.6 is a flowchart showing an example of the operation of the photomask inspection device 1. Here, it is assumed that the control unit 50 initially irradiates the irradiation unit 10 with light.

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.First, in step S1, the control unit 50 controls the movement mechanism 40, and performs coarse positioning with respect to the phase shift mask 80 in the XY plane. Specifically, the movement mechanism 40 moves the phase shift mask 80 in the XY plane so that the irradiation unit 10 and the detection unit 20 face the measurement target region of the phase shift mask 80 in the Z-axis direction. Move. Both of the light-transmitting portion 8a and the phase shift portion 8b are included in the measurement target region. In addition, this alignment is not alignment with an accuracy that can always detect a diffraction pattern in which the bottom value at the center position (x0) becomes zero, but is more coarse alignment. In addition, the control unit 50 controls the rotational drive mechanism of the optical head 30 to rotate the optical head 30 so that the longitudinal direction of the slit 24a follows the extending direction of the light transmitting portion 8a in the measurement target area. Let it.

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.Next, in step S2, the control unit 50 controls the lifting mechanism 60 to perform an autofocus process. Specifically, the lifting mechanism 60 adjusts the position of the phase shift mask 80 in the Z-axis direction so that the distance between the objective lens 21 and the phase shift mask 80 becomes a focal length.

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.Next, in step S3, in a state in which the slit mask 24 and the phase shift mask 80 are relatively fine, the image sensor 27 captures a diffraction pattern at a plurality of timings, and the captured image IM1 is taken. It outputs to the control part 50. In other words, the image sensor 27 detects the diffraction pattern at a plurality of timings while changing the relative positions of the slit mask 24 and the phase shift mask 80 when viewed from the plane as time passes. More specifically, the control unit 50 controls the movement mechanism 40 so that the phase shift mask 80 is relative to the slit mask 24 along the width direction of the slit 24a (here, the X-axis direction). Move. In FIG. 3, the moving direction D1 of the phase shift mask 80 is schematically shown by a block arrow.

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.In addition, this moving range includes an optimal relative position at which the width ws becomes an optimal value (for example, 0.089 [µm]) with a high probability or the vicinity thereof. Therefore, in step S3, there is a timing at which the relative position of the slit mask 24 and the phase shift mask 80 becomes optimal or becomes its vicinity. Therefore, in any of the plurality of picked-up images IM1 generated by the image sensor 27, a diffraction pattern corresponding to a relative position close to the optimum relative position is included.

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.Further, the relative speed (relative speed in step S3) between the phase shift mask 80 and the slit mask 24 during imaging is preferably low, and is set lower than the relative speed in step S1, for example. According to this, it is easy to detect a diffraction pattern corresponding to a relative position close to the optimum relative position.

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.Next, in step S4, the control unit 50 selects a diffraction pattern used for measurement from a plurality of diffraction patterns each included in the plurality of captured images IM1. Hereinafter, the selected diffraction pattern is also referred to as a selective diffraction pattern (SP1). More specifically, the control unit 50 selects, as the selective diffraction pattern SP1, the diffraction pattern having the smallest light intensity (bottom value) among the plurality of diffraction patterns at the center position (x0).

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.Next, in step S5, the control unit 50 calculates the pattern characteristics (width w and phase difference θ) of the phase shift unit 8b based on the selected diffraction pattern SP1. 7 is a flowchart showing a specific example of a method of calculating the pattern characteristics of the phase shift unit 8b.

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.In step S51, the control unit 50 obtains the pitch (Δdx) of the intensity of light in the selective diffraction pattern SP1. For example, in the selected diffraction pattern SP1, the control unit 50 determines the difference between the position when the intensity of light takes the first peak value and the position when the intensity of light takes the -1st peak value by pitch ( It is calculated as Δdx).

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.Next, in step S52, the control unit 50 calculates the width w of the phase shift unit 8b based on the pitch Δdx calculated in step S51. More specifically, the control unit 50 obtains the center-to-center distance (Δx) based on the pitch (Δdx) calculated in step S51, and the phase shift is based on the center-to-center distance (Δx) and equation (4). The width w of the part 8b is calculated. Further, the relationship between the pitch Δdx and the center-to-center distance Δx is preset, for example by simulation or experiment, and is stored, for example, in a storage medium of the control unit 50 or the like.

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.Next, in step S53, the control unit 50 calculates the peak difference Δp of the selected diffraction pattern SP1. For example, in the selected diffraction pattern SP1, the control unit 50 calculates a value obtained by subtracting the first order peak value from the -1 order peak value as the peak difference Δp.

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.Next, in step S54, the control unit 50 calculates the phase difference θ by the phase shift unit 8b based on the peak difference Δp calculated in step S53. Further, the relationship between the peak difference Δp and the phase difference θ is set in advance by, for example, simulation or experiment, and is stored, for example, in a storage medium of the control unit 50 or the like. The control unit 50 calculates the phase difference θ by the phase shift unit 8b based on the peak difference Δp calculated in step S53 and the relationship.

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.In addition, these series of calculations may be performed based on one selected diffraction pattern SP1, or may be performed based on a plurality of diffraction patterns in the vicinity of a position where the relative position is optimal. As a specific example, among the detected M diffraction patterns (M is 3 or more), the upper N (N is 2 or more and less than M) diffraction patterns having a small bottom value at the center position (x0) are selected from the selected diffraction pattern ( It can be selected as SP1). Alternatively, N diffraction patterns in which the bottom value at the center position becomes equal to or less than a predetermined reference value may be selected as the selective diffraction pattern SP1. According to this, it is possible to use N diffraction patterns in which the effect of interference is relatively strong. Then, pattern characteristics may be statistically obtained from the results of the selected N selected diffraction patterns SP1. For example, as statistics, an average or regression analysis can be employed. As a specific example, one diffraction pattern may be calculated by averaging N selected diffraction patterns SP1, and the pattern characteristics of the phase shift unit 8b may be obtained based on the diffraction pattern as described above.

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.Next, in step S6, the control unit 50 displays the calculated pattern characteristics (width (w) and phase difference (θ)) of the phase shift unit 8b on the display unit 70. Thereby, the worker can judge the quality of the phase shift part 8b of the phase shift mask 80. Further, the control unit 50 may determine whether or not the calculated pattern characteristic of the phase shift unit 8b is within a preset good range, and display the determination result on the display unit 70. According to this, the worker can quickly know the good or bad of the phase shift unit 8b.

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.Further, the processing of steps S1 to S6 may be repeatedly performed while sequentially changing the measurement target region. Thereby, the entire surface of the phase shift mask 80 can be inspected.

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.As described above, according to the photomask inspection apparatus 1, the diffraction pattern is detected at a plurality of timings while changing the relative positions of the slit mask 24 and the phase shift mask 80 when viewed in a plane. Accordingly, the detected plurality of diffraction patterns includes a diffraction pattern corresponding to a relative position close to the optimum relative position. Therefore, the pattern characteristic of the phase shift part 8b can be calculated based on a more suitable diffraction pattern.

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.By the way, in Patent Document 1, a reference image (reference diffraction pattern) detected when light is irradiated with respect to a region without a phase difference is used. In the case of using this reference diffraction pattern, it is necessary to measure the diffraction pattern of the region to be measured at a time different from the measurement time of the reference diffraction pattern. Since each measurement time is different, a difference (for example, optical axis shift, etc.) may occur in the state of the optical system at each measurement time due to heat generated in the device during that period. In short, the optical conditions at both measurement times may differ from each other. When the optical conditions are different in this way, a measurement error occurs with respect to the pattern characteristics of the phase shift unit 8b. On the other hand, in the photomask inspection apparatus 1, it is not necessary to use such a reference diffraction pattern. Accordingly, the occurrence of the measurement error can be avoided, and the pattern characteristics of the phase shift unit 8b can be calculated with high precision.

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.In addition, in the above-described example, the control unit 50 selects, as the selective diffraction pattern SP1, the diffraction pattern having the smallest light intensity at the center position x0 among the plurality of diffraction patterns. According to this, it is possible to select a diffraction pattern corresponding to the relative position closest to the optimum position. Therefore, compared with the case of using other diffraction patterns, the pattern characteristics of the phase shift unit 8b can be calculated with high precision.

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.In addition, in the above-described example, the width w of the phase shift unit 8b is calculated based on the pitch of the strength and weakness in the selective diffraction pattern SP1. According to this, the width w of the phase shift unit 8b can be calculated by simple processing.

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.In addition, in the above-described example, the phase difference θ by the phase shift unit 8b is calculated based on the difference in peak values in the selective diffraction pattern SP1. According to this, the phase difference θ by the phase shift unit 8b can be calculated by a simple process.

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.In addition, in the example described above, the diffraction pattern of light transmitted through one slit 24a is analyzed to calculate the width w and the retardation θ. Therefore, compared to the case of calculating the pattern characteristics of the phase shift unit based on the interference of light transmitted through the slit using two slits, the distance between the light transmitting units 8a (distance between patterns) is narrow It is easy to apply to the shift mask 80 as well. In short, the photomask inspection apparatus 1 can also be applied to the phase shift mask 80 for a line-and-space pattern or a hole pattern array with narrow intervals.

<이동 기구의 제어 유무> <Presence or absence of control of moving mechanism>

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.In the above-described example, the image sensor 27 captures the captured image IM1 at a plurality of timings in the midst of the movement mechanism 40 relatively moving the phase shift mask 80 relative to the slit mask 24. It was created (step S3). However, movement by the movement mechanism 40 is not necessarily required. The shaking of the amount of fine movement required in the present embodiment is constantly occurring due to bending of the device structural material (for example, the moving mechanism 40 or the like). Alternatively, since residual vibration occurs in the period until the device is corrected after the relative movement of the phase shift mask 80 with respect to the slit mask 24, the diffraction pattern may be detected during this period. In short, you may detect a plurality of diffraction patterns each corresponding to a plurality of relative positions by using this residual vibration.

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.In short, regardless of whether the relative position of the slit mask 24 and the phase shift mask 80 fluctuates under controllable, a plurality of image sensors 27 are provided in a state in which the relative position fluctuates with the passage of time. The diffraction pattern may be sequentially detected at the timing of In short, in step S3, in a state in which the moving mechanism 40 is not performing the moving operation, the image sensor 27 sequentially generates the captured image IM1 at a plurality of timings, and detects a plurality of diffraction patterns. You can do it.

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.Also by this, it is possible to detect a plurality of diffraction patterns each corresponding to a plurality of relative positions. In short, compared to the case where the diffraction pattern is detected only once, the image sensor 27 is more likely to detect a diffraction pattern more suitable for calculation of the pattern characteristics of the phase shift unit 8b. And by selecting a diffraction pattern more suitable for measurement from among a plurality of diffraction patterns, the pattern characteristics of the phase shift unit 8b can be calculated with higher precision.

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.On the other hand, in the absence of control by the movement mechanism 40, since the variation range of the relative position depends on the surrounding environment or the like, it is not known whether the optimum relative position is included in the variation range. On the other hand, when the movement mechanism 40 moves the phase shift mask 80 relative to the slit mask 24, the phase shift mask 80 is slit so that the optimal relative position is contained within the movement range. It can be moved relative to the mask 24. Accordingly, the plurality of detected diffraction patterns can include a diffraction pattern closer to the optimum relative position, and further, the pattern characteristics of the phase shift unit 8b can be calculated with higher precision.

<이동 방향> <Direction of movement>

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.As described above, the precision of positioning of the slit mask 24 and the phase shift mask 80 may require an accuracy of several tens [nm] or less. Therefore, in order to properly detect the diffraction pattern at a timing at which the relative position of the slit mask 24 and the phase shift mask 80 falls within the corresponding precision, it is preferable that the relative speed of the phase shift mask 80 and the slit mask 24 is low. Do.

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.So, the moving mechanism 40 moves the phase shift mask 80 with respect to the slit mask 24 along a direction inclined with respect to the width direction of the slit 24a (in other words, the width direction of the phase shift unit 8b). You may move it. 8 is a diagram for explaining the movement direction D1 of the phase shift mask 80 with respect to the slit mask 24. In Fig. 8, the moving direction D1 is schematically shown by a block arrow. This movement direction D1 intersects with respect to the width direction of the slit 24a within a range of, for example, about 30 to 60 degrees. When the phase shift mask 80 is moved with respect to the slit mask 24 along this movement direction D1, the relative velocity component along the width direction of the slit 24a can be reduced. According to this, it is easy to detect a diffraction pattern corresponding to a more optimal relative position.

<위상 시프트부 (8b) 의 패턴 특성의 산출 방법의 다른 예> <Another example of the calculation method of the pattern characteristic of the phase shift part 8b>

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.Next, another example of a method of calculating the pattern characteristics of the phase shift unit 8b based on the selective diffraction pattern SP1 will be described. Here, first, the outline will be described. The control unit 50 sets each initial value as the value of the unknown width w and the phase difference θ, and calculates a diffraction pattern (hereinafter referred to as a computational diffraction pattern) using the initial values. Then, the control unit 50 determines whether the calculated diffraction pattern is similar to the selected diffraction pattern SP1. In other words, the control unit 50 determines whether or not the difference between the computational diffraction pattern and the selected diffraction pattern SP1 is large. When determining that they are not similar, that is, that the difference is large, the control unit 50 changes the value of the width w and the value of the phase difference θ and calculates the calculation diffraction pattern again. The control unit 50 repeatedly executes the above operation until the computational diffraction pattern is similar to the selected diffraction pattern, that is, until the difference becomes smaller than the reference value. When the arithmetic circuit pattern is similar to the selected diffraction pattern, the value of the width w and the value of the phase difference θ represent the measured values.

<시뮬레이션 모델> <Simulation model>

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.9 is a diagram schematically showing an example of a simulation model M1 for calculating a computational diffraction pattern. This simulation model M1 shows the intensity distribution of light in a region of the phase shift mask 80 corresponding to the slit 24a. The intensity of light in the light-transmitting portion 8a, the phase shift portion 8b, and the light-shielding portion 8c is set in advance based on each transmittance (eg, pattern design value). In the simulation model M1 of FIG. 9, the intensity of light in each of the light-transmitting portion 8a, the phase shift portion 8b, and the light-shielding portion 8c is set constant. Therefore, the intensity of light at the boundary between the light-transmitting portion 8a and the phase shifting portion 8b is rapidly rising, and similarly, at the boundary between the phase shifting portion 8b and the light-shielding portion 8c The intensity is rising rapidly. In this simulation model M1, the widths w and ws satisfy the equation (2), and the width w becomes unknown. In addition, in this simulation model M1, the phase difference θ in the phase shift unit 8b is also unknown.

<연산 회절 패턴> <Calculated diffraction pattern>

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.The control unit 50 calculates a diffraction pattern corresponding to the simulation model M1 using a known simulator. It is obvious that this calculation can be easily performed by fast Fourier transform. 10 is a graph schematically showing computational diffraction patterns AP1 to AP4. The computational diffraction patterns AP1 to AP4 are computational diffraction patterns obtained when the phase difference θ is changed. Specifically, the computational diffraction patterns AP1 to AP4 have a phase difference of 180 degrees, 208.8 degrees (= 360 × 0.58), 216 degrees (= 360 × 0.6), and 223.2 degrees (= 360 × 0.62). It's a pattern. In the example of FIG. 10, an example of the selective diffraction pattern SP1 is also shown for reference. In the example of Fig. 10, the selective diffraction pattern SP1 is similar to the computational diffraction pattern AP3.

<제어부의 동작> <Operation of control unit>

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.11 is a flowchart showing an example of the operation of the control unit 50. This flow corresponds to a specific example of step S5 in FIG. 6. First, in step S501, the control unit 50 sets the value of the width w of the phase shift unit 8b and the value of the phase difference θ by the phase shift unit 8b as respective initial values. The initial value may be set in advance, for example.

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.Next, in step S502, the control unit 50 calculates a calculation diffraction pattern based on the values of the width w and the phase difference θ. Specifically, the control unit 50 applies a simulator using a fast Fourier transform to the simulation model M1 to calculate a computational diffraction pattern.

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.Next, in step S503, the control unit 50 determines whether or not the calculated diffraction pattern calculated in step S502 is similar to the selected diffraction pattern SP1. For example, the control unit 50 generates difference information indicating a difference between the calculated diffraction pattern and the selected diffraction pattern SP1, and determines whether the difference is smaller than a reference value. The difference information is not particularly limited, but for example, the sum of the absolute values of the difference in intensity of light at each position of the computational diffraction pattern and the selective diffraction pattern SP1 can be employed. The smaller the sum is, the smaller the difference. Alternatively, as difference information, for example, the first order of the pitch (Δdx) in the computational diffraction pattern and the pitch (Δdx) in the selected diffraction pattern (SP1), and the peak difference in the computational diffraction pattern ( A second difference between Δp) and the peak difference Δp in the selective diffraction pattern SP1 may be adopted. The smaller the difference between them, the smaller the difference between the computational diffraction pattern and the selective diffraction pattern SP1.

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.When it is determined that the calculation diffraction pattern is not similar to the selected diffraction pattern SP1, in step S504, the control unit 50 changes at least one of the values of the width w and the phase difference θ, and the simulation model M1 ) Is updated. Next, the control unit 50 executes step S503. In short, when the computational diffraction pattern is not similar to the selected diffraction pattern SP1, at least one of the values of the width (w) and the phase difference (θ) is considered to be still apart from the measured value, so the value is changed, The calculation diffraction pattern is calculated again (step S503), and it is determined whether or not the calculated calculation diffraction pattern is similar to the selected diffraction pattern SP1 (step S504). By repeating steps S502 to S504, a certain computational diffraction pattern is similar to the selective diffraction pattern SP1.

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.When it is determined in step S503 that the computational diffraction pattern is similar to the selected diffraction pattern SP1, in step S6, the control unit 50 uses the latest width w and phase difference θ as the respective measured values. 70).

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.As described above, the computational diffraction pattern similar to the selective diffraction pattern SP1 is calculated using the fast Fourier transform for the simulation model M1. According to this, the width w of the phase shift unit 8b and the phase difference θ due to the phase shift unit 8b can be obtained with higher precision.

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.In addition, in the simulation model M1, the intensity of each light of the light transmitting portion 8a and the phase shifting portion 8b is set constant. Accordingly, the setting of the intensity distribution is simple, and the calculation process can be simplified.

<위상 시프트부의 폭 및 위상 시프트부에 의한 위상차의 결정 방법> <The width of the phase shift section and the method of determining the phase difference by the phase shift section>

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.In order to efficiently calculate the computational diffraction pattern similar to the selected diffraction pattern SP1, the control unit 50 may determine the values of the width w and the phase difference θ in step S504 based on the difference information. That is, the control unit 50 may determine the values of the width w and the phase difference θ so that the difference between the computational diffraction pattern and the selected diffraction pattern SP1 is small. For example, as difference information, a case of employing a first order and a second order is considered. In this case, the control unit 50 changes the value of the width w so that the first difference becomes small, and changes the value of the phase difference θ so that the second difference decreases.

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.More specifically, when the pitch (Δdx) in the computational diffraction pattern is larger than the pitch (Δdx) in the selected diffraction pattern, in order to reduce the pitch (Δdx) in the computational diffraction pattern calculated next, The control unit 50 changes the width w to a smaller value. In addition, when the peak difference (Δp) in the computational diffraction pattern is larger than the peak difference (Δp) in the selected diffraction pattern, in order to reduce the peak difference (Δp) in the diffraction computational pattern calculated next, the control unit (50) changes the phase difference θ to a smaller value.

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.According to this, the calculation diffraction pattern calculated next can be brought close to the selective diffraction pattern SP1. Therefore, a computational diffraction pattern similar to the selected diffraction pattern SP1 can be calculated earlier.

<시뮬레이션 모델의 다른 일례> <Another example of a simulation model>

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.In the simulation model M1, the intensity of light in each of the light-transmitting portion 8a and the phase shift portion 8b was set constant. However, in reality, at the boundary between the light transmitting part 8a and the phase shifting part 8b, the intensity of light is thought to have an inclination and gradually increase as it goes from the phase shift part 8b to the light-transmitting part 8a. . The boundary between the light shielding portion 8c and the phase shifting portion 8b is also the same. Therefore, such a simulation model may be utilized.

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.12 is a diagram schematically showing an example of the simulation model M2. In the simulation model M2, the intensity of light increases as it goes from the light-shielding portion 8c to the phase shifting portion 8b at the boundary portion between the light-shielding portion 8c and the phase shifting portion 8b. The slope becomes steeper toward the phase shift unit 8b side. Similarly, the intensity of light increases as it goes from the phase shift part 8b to the light-transmitting part 8a at the boundary part between the phase shift part 8b and the light-transmitting part 8a, and the inclination of the light-transmitting part 8a ), the more steep it is. Such intensity distribution of light may be set in advance, for example. In addition, as the width of the phase shift unit 8b in this case, a width from a position at which the intensity of light becomes a first preset value to a position to be a second preset value can be adopted.

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.If the simulation model M2 is adopted, the control unit 50 can more calculate the arithmetic diffraction pattern based on the actual condition, and the width w of the phase shift unit 8b and the phase difference due to the phase shift unit 8b ( θ) can be calculated with higher precision.

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.This simulation model M2 may be set in advance. Alternatively, the control unit 50 is based on the pattern design value of the phase shift mask 80 (transmittance of the light transmitting part 8a, the transmittance of the phase shifting part 8b, the width w of the phase shifting part 8b, etc.) Thus, a simulation model M2 (light intensity distribution) may be generated using a predetermined image simulator.

<시뮬레이션 모델의 다른 일례> <Another example of a simulation model>

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.With reference to FIG. 2, the photomask inspection apparatus 1 is provided with an image sensor 28, and this image sensor 28 captures the measurement target area of the phase shift mask 80, and the picked-up image IM2 Is creating. Thus, the control unit 50 may set the light intensity distribution of the simulation model based on the captured image IM2. As a specific example, the pixel value of each pixel in the measurement target region included in the captured image IM2 may be employed as the intensity distribution of light in the simulation model. According to this, it is possible to set a simulation model based on actual conditions more.

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.In addition, since the intensity distribution of light passing through the light transmitting part 8a and the phase shifting part 8b is almost the same in the vicinity of the measurement target area and the extended image, the light transmitting part 8a and the phase in the vicinity of the measurement target area The pixel value of each pixel of the shift unit 8b may be employed. For example, when it is difficult to specify the measurement target area in the captured image IM2 due to deviations in the optical system, or the measurement target area is not included in the captured image IM2, the area in the vicinity thereof is included. When there is a pixel value in a region adjacent thereto, the pixel value may be employed. As a more specific example, the pixel values of each of the pixels of the light-transmitting portion 8a and the phase shift portion 8b positioned on the extension of the measurement target region may be employed as the intensity distribution of light in the simulation model.

<포토마스크 검사 장치의 동작> <Operation of photomask inspection device>

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.13 is a flowchart showing an example of the operation of the photomask inspection device 1. First, in step S11, the control unit 50 controls the movement mechanism 40 to perform step movement. This step movement represents the movement of the image sensor 28 to a position suitable for imaging the measurement target area (or the area in the vicinity thereof). Next, in step S12, similarly to step S2, the control unit 50 controls the lifting mechanism 60 to perform autofocus processing.

다음으로 스텝 S13 에서, 이미지 센서 (28) 는 촬상 화상 (IM2) 을 생성하고, 그 촬상 화상 (IM2) 을 제어부 (50) 에 출력한다.Next, in step S13, the image sensor 28 generates a captured image IM2, and outputs the captured image IM2 to the control unit 50.

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.Next, in step S14, the control unit 50 stores an image (or an image in its vicinity) corresponding to the measurement target region among the captured image IM2 in the storage medium. For example, a predetermined area of the captured image IM2 is extracted as a measurement target area (or a nearby area), and the image is stored in a storage medium.

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.Next, in step S15, similarly to step S1, the control unit 50 controls the movement mechanism 40 to place the phase shift mask 80 on the slit mask 24 so that the slit 24a faces the region to be measured. It is moved relative to, and positioning in the XY plane is performed.

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.Next, in step S16, similarly to step S3, in a state where the slit mask 24 and the phase shift mask 80 are relatively fine, the image sensor 27 generates the captured image IM1 at a plurality of timings, The captured image IM1 is output to the control unit 50.

다음으로 스텝 S17 에서, 스텝 S4 와 마찬가지로, 제어부 (50) 는 복수의 회절 패턴으로부터 회절 패턴 (선택 회절 패턴 (SP1)) 을 선택한다.Next, in step S17, similarly to step S4, the control unit 50 selects a diffraction pattern (selective diffraction pattern SP1) from a plurality of diffraction patterns.

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.Next, in step S18, the control unit 50 calculates the pattern characteristics of the phase shift unit 8b based on the selected diffraction pattern SP1. 14 is a flowchart showing a specific example of this calculation method. First, in step S511, the control unit 50 sets the light intensity distribution of the simulation model based on the captured image IM2. As a more specific example, each pixel value of the image stored in step S14 is employed as the light intensity distribution of the simulation model. The phase difference θ may be set constant at each position of the phase shift unit 8b, or may be set at the same slope as the intensity distribution of light at each boundary unit.

다음으로 제어부 (50) 는 스텝 S512 ∼ 스텝 S515 를 실행한다. 스텝 S512 ∼ S515 는 각각 스텝 S501 ∼ S504 와 동일하므로, 반복된 설명을 피한다.Next, the control unit 50 executes Steps S512 to S515. Steps S512 to S515 are the same as steps S501 to S504, respectively, so repeated explanation is avoided.

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.When it is determined in step S514 that the computational diffraction pattern is similar to the selected diffraction pattern SP1, in step S19, as in step S6, the control unit 50 uses the latest width w and phase difference θ as measured values. It is displayed on the display part 70.

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.According to this, since the intensity distribution of the light in the simulation model is set based on the captured image IM2, the calculation diffraction pattern can be calculated more based on the actual condition, and the width w and the phase difference θ are determined with higher precision. Can be calculated.

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.As described above, the photomask inspection apparatus and the photomask inspection method have been described in detail, but the above description is an illustration in all aspects, and this disclosure is not limited thereto. In addition, the various modified examples described above can be applied in combination as long as they do not contradict each other. And it is construed that many modifications which are not illustrated can be assumed without departing from the scope of this disclosure.

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
1: photomask inspection device
8a: light transmitting part
8b: phase shift unit
8c: light shielding part
10: investigation department
24: slit mask
24a: slit
25: Fourier transform lens
27: first optical sensor (image sensor)
28: second optical sensor (image sensor)
40: moving mechanism
50: operation processing unit (control unit)
80: phase shift mask

Claims (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 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 구비하는, 포토마스크 검사 장치.
A light-transmitting portion that transmits light, a light-shielding portion that blocks light, and a phase shift portion formed between the light-transmitting portion and the light-shielding portion to transmit light and shift a phase with respect to the light transmitted through the light-transmitting portion. A photomask inspection apparatus for measuring pattern characteristics of the phase shift portion of a phase shift mask formed in a predetermined pattern,
A holding unit for holding the phase shift mask,
An irradiation unit for irradiating light to a region including the light transmitting unit and the phase shift unit,
A slit mask having a slit and disposed at a position in which light that has passed through the slit part of the transmissive portion in the width direction and the entire phase shift portion in the width direction passes through the slit;
A Fourier transform lens into which light passing through the slit is incident,
A first optical sensor for detecting a diffraction pattern of light from the Fourier transform lens at a plurality of timings
With a photomask inspection device.
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.
The method of claim 1,
Further provided with a moving mechanism for relatively moving the slit mask and the phase shift mask when viewed in a plan view,
The first optical sensor detects a diffraction pattern at a plurality of timings while the moving mechanism is relatively moving the slit mask and the phase shift mask.
제 2 항에 있어서,
상기 이동 기구는, 상기 폭방향에 대하여 경사진 방향을 따라, 상기 슬릿 마스크와 상기 위상 시프트 마스크와 상대적으로 이동시키는, 포토마스크 검사 장치.
The method of claim 2,
The photomask inspection apparatus, wherein the movement mechanism moves relative to the slit mask and the phase shift mask along a direction inclined with respect to the width direction.
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.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Among the plurality of diffraction patterns detected by the first optical sensor, a diffraction pattern having the smallest light intensity at a central position is selected as a selected diffraction pattern, and the width and the phase of the phase shift part are based on the selected diffraction pattern. A photomask inspection apparatus further comprising an arithmetic processing unit that obtains at least one of the phase differences due to the shift unit as the pattern characteristic.
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.
The method of claim 4,
The calculation processing unit calculates a width of the phase shift unit based on a pitch of strength and weakness of the intensity of light in the selected diffraction pattern.
제 4 항 또는 제 5 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.
The method according to claim 4 or 5,
The operation processing unit calculates a phase difference by the phase shift unit based on a difference between a plurality of peak values or a plurality of bottom values of the intensity of light in the selected diffraction pattern.
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.
The method of claim 4,
The calculation processing unit,
A first step of setting an intensity distribution of light passing through the light transmitting unit and the phase shift unit, a width of the phase shift unit, and a phase difference due to the phase shift unit,
A second step of calculating a calculation diffraction pattern using a fast Fourier transform based on the intensity distribution, the width, and the phase difference, and
A third step of determining whether the computational diffraction pattern is similar to the selected diffraction pattern, and
In the third step, when it is determined that the calculation diffraction pattern is not similar to the selected diffraction pattern, a fourth step of performing the second step and the third step by changing the width and the phase difference
A photomask inspection device that runs.
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.
The method of claim 7,
The calculation processing unit, in the first step, sets the intensity distribution so that the intensity of light transmitted through each of the phase shift unit and the light transmitting unit is constant.
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.
The method of claim 7,
The calculation processing unit, in the first step, sets the intensity distribution so that the intensity of light gradually increases at the boundary between the phase shift unit and the light-transmitting unit from the phase shift unit to the light-transmitting unit. Mask inspection device.
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.
The method of claim 7,
A second optical sensor,
An optical element formed between the slit mask and the phase shift mask and guiding a part of light from the phase shift mask to the second optical sensor
And additionally,
The calculation processing unit, in the first step, sets the intensity distribution based on the image captured by the second optical sensor.
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 구비하는, 포토마스크 검사 방법.
A light-transmitting portion that transmits light, a light-shielding portion that blocks light, and a phase shift portion formed between the light-transmitting portion and the light-shielding portion to transmit light and shift a phase with respect to the light transmitted through the light-transmitting portion. A photomask inspection method for measuring a pattern characteristic of the phase shift portion of a phase shift mask formed in a predetermined pattern,
A step of irradiating light to a region including the light transmitting unit and the phase shift unit by an irradiation unit,
The first optical sensor, through a slit formed in a slit mask and a Fourier transform lens, transmits a part in the width direction of the light transmitting part and the whole in the width direction of the phase shift part at a plurality of timings. Detection process
With a photomask inspection method.
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