JPH04181252A

JPH04181252A - フォトマスク検査装置およびフォトマスク検査方法

Info

Publication number: JPH04181252A
Application number: JP2308583A
Authority: JP
Inventors: Naomasa Shiraishi; 直正白石
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1992-06-29
Anticipated expiration: 2015-05-29
Also published as: JP3047459B2

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、半導体等の回路パターンを転写する際に原版
として使用されるフォトマスクの検査装置に関し、詳し
くは透過光の位相を変化させる位相シフター膜が特定部
分に付加された位相シフトフォトマスクにおける位相シ
フト量を計測する技術に関するものである。

［従来の技術］半導体回路をウェハ上に投影露光して転写する際に原版
として用いられるフォトマスクは、一般にはガラス基板
上にＣｒ等の金属からなる遮光パターンが形成された構
造をなしている。

しかし、このような構造のフォトマスつては、回路パタ
ーンか微細化すると、光の回折・干渉現象のために投影
像の十分なコントラストを得ることができないという問
題かあり、近年、フォトマスク裸面部の特定の箇所に位
相シフター服を付加して透過光の位相を部分的に変化さ
せることにより像のコントラストを高める位相シフトフ
ォトマスクが種々提案されている。

かかる位相シフトフォトマスクでは、位相を正確に制御
することか重要となるため、遮光パターンの欠損の有無
等の他に位相シフター膜による位相シフト量を検査する
ことが必要となるが、従来は、薄膜表面と基板・薄膜界
面との多重反射を利用して薄膜の膜厚や屈折率を測定す
るエリプソメーター等を用いて位相シフト量を求めてい
た。

［発明が解決しようとする課Ｑ］しかしながら、従来、位相シフトフォトマスクの検査に
用いられていたエリプソメーターは、上述したように基
板・薄膜界面における反射を利用して膜厚や屈折率の測
定を行なう為、基板と薄膜の屈折率差が小さい場合には
計測か非常に困難であり、両者の屈折率が等しい場合に
は界面での反射光強度かτとなるため測定が不可能とな
る。

一方、半導体回路パターンの微細化に伴ってフォトリソ
グラフィーにおける光源は単波長化し、今後は遠紫外線
が光源の主流になると予想されている。紫外線に対して
高い透過率をもつ材質は少なく、位相シフター服とフォ
トマスクの基板は共に石英ガラスで形成されるとか考え
られる。この場合、両者の屈折率が等しくなり、上述し
たようにエリプソメーターを利用しての位相シフト量の
測定は不可能である。

この発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、位
相シフター膜と基板の屈折率差によらず、位相シフト量
の正確な計測が可能な位相シフトフォトマスク用の検査
装置を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明の検査装置は、所定波長の光ビームに対してほぼ
透明な基板に幾何学的な原画パターンを有し、該原画パ
ターンの少なくとも一部分に、前記透明基板を透過する
光ビームの位相を変化させる位相部材を備えたフォトマ
スクを検査する装置において、前記フォトマスクの被検
査パターンに単色光又は準単色光を照射する照明光学系
と、該照明光学系からの照明光束による前記被検査パタ
ーンの像を、所定の基準平面内に結像する検査光学系と
前記照明光束が所定の入射角て前記フォトマスクに入射
するとともに、前記被検査パターンを透過する光のうち
、零次回折光と±１次回折光の何れか一方とが前記検査
光学系の瞳面を、前記検査光学系の光軸に関してほぼ対
称に通過するように、前記フォトマスクに対する前記照
明光束の入射方向を変化させる光束偏向手段と、前記基
準平面もしくはその近傍に配置され、前記検査光学系に
よる前記被検査パターンの像を光電検出するパターン検
出手段とを備えたものである。

［作　用］本発明の原理を、後述する第１実施例による検査装置の
構成を示す第１図を用いて説明する。

図において、波長選択可能な単色光光源１は、検査すべ
き位相シフトフォトマスク７が実際のフォトリソグラフ
ィー工程時に使用される場合の波長とほぼ同一波長の照
明光（光束Ｌｌ）を発生し、照明光はリレーレンズ２．
３により、照明光学系の瞳面（検査すべき）オドマスク
７のパターン面のフーリエ変換面）に設けられた空間フ
ィルター４に照射される（図中光束Ｌ２）。

ここで、空間フィルター４は、本発明における光束偏向
手段に相当するもので、光透過部４ａ。

４ｂを有し、それ以外の部分は照明光Ｌ２に対して遮光
部となっている。この光透過部４ａ、４ｂは、それぞれ
フォトマスク７のパターン面に形成されたラインアンド
スペースパターン（後述、以下単にパターンという）の
基本周期のフーリエ変換位置（２ケ所）と光軸との中点
を中心とするほぼ円形の２つの開口であり、光透過部４
ａ、４ｂを透過した光のうち、一方はシャッター５ａ又
は５ｂにより遮光される。第１図の例では光透過部４ａ
を通る光かシャッター５ａて遮光され、光透過部４ｂを
透過した光Ｌ３かコンデンサーレンズ６により、フォト
マスク７へ導かれる（図中光束Ｌ３）。

第２図は、フォトマスク７に形成されたパターンの例を
示す断面図である。図示されるように、フォトマスク７
の基板の一方の面には所定のピッチて遮光部７ｃ（基板
＋遮光パターン）、透過部（マスク裸面部）７ａ、位相
シフト部（基板十位相シフター膜）７ｂが形成され、透
過部７ａ、遮光部７ｃ、位相シフト部７ｂ、遮光部７ｃ
の基本単位が縁り返される周期パターンとなっている。

ここて、透過部７ａの幅をａ１位相シフト部７ｂの幅を
す、透過部７ａの振幅透過率を１、位相シフト部７ｂの
振幅透過率をｔｅ”　（０≦ｔ≦１）とし、１つの透過
部７ａから次の透過部７ａまての距１１（繰り返しの基
本周期）をＰとすると、このパターンにより発生する零
次回折光及び±１次回折光の振幅、Ｄｏ、Ｄ＋　１はそ
れぞれ相対値とじてＤｏ−１ａｔｅ’ で表される。

但し、位相シフター膜による位相シフト量［ｒａｄ］　
をδとする。

第１図中で、透過部４ｂを通過した照明光Ｌ３は、コン
デンサーレンズ６を介して光軸に対して傾きをもってフ
ォトマスク７を照明する。この照明光Ｌ３と光軸のなす
角度は、前述の空間フィルター４の光透過部４ｂの位置
により決定されるものである。前述したように、光透過
部４ｂは、フォトマスク７に形成されたパターンの基本
周期のフーリエ変換位置と光軸との中間点に設けられて
いるから、照明光Ｌ３と光軸のなす角度は、照明光がフ
ォトマスク７に対して垂直に入射した場合に±１次回折
光が発生する方向と光軸がなす角度の半分となる。従っ
て、第１図のように、透過部４ｂからフォトマスク７へ
届く照明光Ｌ３の方向は、照明光がフォトマスク７に垂
直に入射する場合の一１７２次方向となる。仮に、図の
場合とは逆にシャッター５ａが開いており、光透過部４
ａより光がフォトマスク７へ届くとぎ、この方向は、＋
１７２次方向となる。

図示されるように、フォトマスク７か一１７２次方向の
傾きをもつ照明光Ｌ３て照明されると、被検査パターン
によるτ次回売先Ｌ４０は直進して一１／２方向へ発生
する。また、＋１次回折光Ｌ４１は（−１／２＋１）次
＝ｌ／２次方向へ発生し、−１次回折光は（−１／２−
１１　＝−３／２次方向へ発生する。

ここで、１次回折光の発生する方向は、λ／２（λ：照
明光の波長）により決るので、パターンのピッチＰを小
さくするか、あるいは検査光学系８の開口が小さければ
、＋１７２次方向の光は検査光学系８を透過し、＋３７
２次方向の光は検査光学系８に入射しないことになる。

このとぎ、検査光学系８によるパターンの結像面位置に
ある位置検出器１０の受光面には、検査光学系８により
集光される零次回折光Ｌ４０及び＋１次回折売上４ｆが
到達し、２光束の干渉による干渉縞が現われる。

フォトマスク７のパターン面と、位置検出器１０の結像
倍率をＭ倍とすると、干渉縞の強度分布Ｐは、Ｐ　−ａ２＋ｂ２ｔ’＋２ａｂｔ　ｃｏｓδＰで表せる。但し、Ｘは結像面内の干渉縞の検出位置。

これを簡略化すると、Ｐ＝八は、δ、ａ、ｂ、Ｐ）てあり、Ａは位置Ｘによらない成分（ＤＣ成分）、Ｃはコサイン
成分、Ｓはサイン成分である。

従って、第３図に示されるように、ＣとＳの値によフて
干渉縞１１（図ては光強度分布として示した）は±Ｘ方
向（干渉縞を横切る方向）に移動することになる。

干渉縞の強度分布の位相ずれ量φ［ｒａｄｌはｊａｎφ
〜− となる。

パターン像（干渉縞）の光強度の周期（明暗の周期）は
結像倍率Ｍ×パターンピッチＰであるので、パターンの
シフト量△Ｘはである。

これより、像（干渉縞）の±Ｘ方向へのシフト量△Ｘを
測定すればφが求まり、従って、位相シフター膜による
位相シフト量δが求まることがわかる。

次に、バタ、−ンシフト量△Ｘを計測する基準（原点）
の決め方を説明する。第１図の空間フィルター４の光透
過部４ａをシャッター５ａて閉じて光透過部４ｂを開い
た上記の測定とは別に、光透過部４ａを開き光透過部４
ｂを閉じて再び測定を行なうと、今度は干渉縞はマイナ
ス方向に移動し、移動量は−△Ｘとして測定される。従
って、光透過部４ａのみを開いた測定と、光透過部４ｂ
のみを開いた測定を別々に行ない、両者での像の位置の
差を求めれば、これか２へＸとなる。即ち、この値より
位相シフター膜による位相シフト量を求めることかてき
る。

あるいは、空間フィルター４の光透過部４ａ。

４ｂの両者を開いた状態にし、両方の光透過部からの光
を同時に使用した計測を行なっても基準点を求めること
ができる。この場合、光透過部４ａからの光によるパタ
ーンのシフト量と光透過部４ｂからの光によるシフト量
は相殺され、結果としてパターンのシフト量△Ｘはτに
なるので、この位置を△Ｘの原点とする。

以上に説明したように、本発明では、照明光学系の瞳面
又はその共役面において照明光量分布を調整し、フォト
マスクに対して特定の方向と角度で斜めに入射する光束
のみを照明光として使用している。つまり、フォトマス
クの被検査パターンを透過した光のうちの；次回売先と
＋１次又は−１次回折光とが、検査光学系の瞳面を光軸
に関してほぼ対称に通過するように、光束偏向手段によ
って被検査パターンのピッチ等に基いて照明光束の入射
方向を変化させ、照明光束を所定の入射角で被検査パタ
ーンに照射している。このため、位置検圧手段の受光面
では零次回折光と＋１次又は−１次回折光の２光束によ
る像か結像され、２光束干渉による干渉縞のシフト量を
検出することにより位相シフト量か求められる。位相シ
フター服のエネルギー透過率＝　ｔ　２が既知であれば
本発明の装置により透過率か１００″６でない位相シフ
ター服の位相シフト量の計測もできる。

また、第１図の光路図からも明らかなように、本発明の
検査装置てはフォトマスクのパターンによる零次回折光
と１次回折光は光軸に対して対称な光路を通る。このた
め、位置検出手段の結像面からのずれ（デフォーカス）
により発生する波面収差や検査光学系の球面収差等によ
って干渉縞の位置が変化しないので、高精度の計測が可
能となる。

なお、上記においては、説明を解りやすくするために、
光束偏向手段として所定位置に開口を有する空間フィル
ターを照明光学系の瞳面に配置し。

た例について述へたか、本発明における光束偏向手段は
遮光部材に限るものではなく、照明光束全体を照明光学
系の瞳面上の特定位置に集光させるようにしてもよい。

［実施例］本発明の第１実施例による検査装置の構成を第１図に示
す。

本実施例の検査装置は、光源部】、照明光学系（リレー
レンズ２．３、ミラーＭＲ及びコンデンサーレンズ６）
検査光学系８及び位置検出器１０を備え、照明光学系と
検査光学系８はその先軸か同一軸上に合致するように配
置される。検査すべきフォトマスク７は照明光学系と検
査光学系８の間に光軸に対して垂直に保持され、位置検
出器１０は検査光学系８の結像面近傍に受光面か位置す
るように配置される。また、照明光学系の瞳面（フォト
マスク７の被検査パターンのフーリエ変換面）近傍には
、被検査パターンをフーリエ変換した際の基本周期の１
７２に対応する位置及びその近傍に光透過部４ａ、４ｂ
を有する空間フィルター４か設けられている。光透過部
４ａ、４ｂにはそれぞれスライド式のシャッター５ａ、
５ｂか具備されており、モータＭＴ、により光透過部４
ａ、４ｂを２つ共同時に開くことも、片側のみを開くこ
とも可能になっている。図では、シャッター５ａにより
光透過部４ａが閉じられている。

かかる装置において、光源部１から射出される光束Ｌｌ
は、位相シフトフォトマスク７かフォトリソグラフィー
工程で実際に使用される場合の露光波長とほぼ同一波長
の単色光であり、リレーレンズ２．３及びミラーＭＲを
介して空間フィルター４に達する（図中光束Ｌ２）。こ
の空間フィルター４は、光透過部４ａ、４ｂ以外では照
明光Ｌ２を遮光するようになっているので、照明光学系
の瞳面における光量分布は、被検査パターンをフーリエ
変換した際の基本周期の１／２対応点及びその近傍以外
では光量が零となる。第１図では、シャッター５ａが閉
じられているので、光透過部４ｂに入射した照明光Ｌ２
のみがコンデンサーレンズ６によってフォトマスク７上
に照射される。

ここて、第２図はフォトマスク上に形成された被検査パ
ターンＴＰの断面図であり、先に説明したように、透過
部７ａ、遮光部７ｃ、位相シフト　　′部７ｂ、遮光部
７Ｃの基本単位か繰り返される周期構造となっている。

このとき、パターンの基本周期をＰ（透過部７ａから次
の透過部７ａまての距離、あるいは位相シフト部７ｂか
ら位相シフト部７ｂまての距ｍ）とすると、基本周期の
光学的なフーリエ変換位置は±λ／Ｐ（えは照明光の波
長）となる。従って、第２図に示す如きパターンを検査
する場合、空間フィルター４における光透過部４ａ、４
ｂは、照明光学系の光軸から±１／２・ｆλ／Ｐ（ｆは
コンデンサーレンズ６の焦点距離）ｌｌＩれた点を中心
として設けられる。

さて、フォトマスク７はモータＭＴ２により水平面内で
２次元移動可能なステージＲ３に載置されており、検査
に先立フて被検査パターンＴＰは照明光Ｌ３の照明領域
内に設定される。照明光Ｌ３の被検査パターンＴＰによ
る零次回折光Ｌ４０及び＋１次回折売上４１は、検査光
学系８に入射しその瞳面で一度スポットに集光して光軸
ＡＸに関してほぼ対称となって通過した後、位置検出器
１０表面上に結イ象する。この位置検出器１０は、被検
査パターンＴＰの像の結像面内での位置を計測する。被
検査パターンＴＰは所定のピッチで透過部、遮光部及び
位相シフト部か配列されたラインアントスペースパター
ンであるのて、その像は正弦関数的な強度分布を示す。

このため、像（干渉Ｍ）の位置を計測は、正弦的強度分
布のピーク位置の何点か、あるいはある特定の強度を持
つ位置の何点かの座標を計測することで、容易に行なわ
れる。なお、被検査パターンＴＰのピッチ、デユーティ
−比等によっては該パターンＴＰからの一１次回折光や
２次以上の高次回折光が検査光学系８に入射し得るので
、第１図に示す如く検査光学系８の瞳面近傍に零次＋１
次回折光を選択的に抽出可能な空間フィルター９を配置
しておくことが望ましい。

上記のようにして、シャッター５８を閉、シャッター５
ｂを開としてパターンの像の位置を計測した後、制御回
路５０はモータＭＴ、によりシャッター５ａを開、シャ
ッター５ｂを閉として、同様の計測を行なう。シャッタ
ー５８のみを開いた場合の像の位置と、シャッター５ｂ
のみと開いた場合の像の位置の差２△Ｘより、前述した
（２）式から像の強度分布の位相すれφか求まり、従っ
て（１）式から位相シフター膜による位相シフト量δか
求まる。

また、シャッター５ｂのみを開いた計測を行なった後に
、シャッター５ａ、５ｂの両者を開いて計測を行なって
も良（、この場合は、２つの計測での像の位置の差はへ
Ｘであり、同様にして位相シフト量δを求めることがで
きる。

ここで、本実施例では先に述へたようにデフォーカスを
要因とした波面収差等によるパターン像の横シフトがほ
とんど生じず、しかも焦点深度も広いので、検査光学系
８の最良結像面に対して位置検出器１０を厳密に一致さ
せる必要はない。なお、焦点合わせを行なう場合にはシ
ャッター５ａ、５ｂをともに開いた後、位置検出器１０
を光軸Ａ×に沿って上下動させなからパターン像のコン
トラストを測定し、最もコントラストか高くなる位置を
ヘストフォーカス位置（最良結像面）として決定すれは
良い。

次に、第４図は本発明第２実施例による検査装置の構成
を示す光路図である。

図において、単色又は準単色光を発する光源１より発生
した光束Ｌ１はリレーレンズ２．３により整形され、回
折格子２１の刻まれた透明平板２０を照明する。回折格
子２】はＣｒ等の遮光部材で形成されていても良い。ま
た、位相差を与える銹電体膜で形成されていても良い。

回折格子２１による零次回折光Ｌｃ、−１次回折光Ｌａ
、＋１次回折売上ｂは、リレーレンズ２２により照明光
学系（リレーレンズ２，３及びコンデンサーレンズ６）
の瞳面（フーリエ変換面）における光軸上の点及び被検
査パターンＴＰの基本周期の１７２対応点にそれぞれ集
光される。

この照明光学系の瞳面には、回折格子２１による一１次
回折光、＋１次回折光、零次回折光のそれぞれの集光点
に対応する位置にシャッター５ａ、５ｂ、５ｃか設けら
れている。本実施例では、回折格子２１．リレーレンズ
２２及び各シャッター５ａ、５ｂ、５ｃが光束偏向手段
を構成する。

本実施例においては、照明光学系の光軸上の光束、即ち
、τ次回売上Ｌｃは不要であるので、シャッター５０は
常に遮光状態となっており、シャッター５ａ、５ｂは開
閉自在となっている。第４図は、＋１次回折光Ｌａの光
路上にあるシャッター５　ａを閉じ、−１次回売上Ｌｂ
の光路上にあるシャッター５ｂを開いた状態を示してい
る。従って、図の場合、＋１次回折売上ｂだけかコンデ
ンサーレンズ６によりフォトマスク７に導かれ、被検査
パターンＴＰを照明する。この際、被検査パターンＴＰ
により、各次数の回折光が発生するが、上記第１実施例
と同様に照明光Ｌ３がフォトマスク７を一１／２次方向
から照明するので、零次回折光Ｌ４０．１次回売上Ｌ４
１のみが検査光学系８（光軸は照明光学系の光軸に合致
）に入射する。そして、τ次回売上Ｌ４０．１次回売上
Ｌ４１の２光束によるパターンの像か位置検出器１０の
受光面上に結像される。

第４図において、シャッター５ａ、５ｂ、５ｃの設けら
れた被検査パターンＴＰＯフーリエ変換面は、回折格子
２１に対してもフーリエ変換面となっており、従って、
回折格子２１はフォトマスク７と結像関係の位置にある
。回折格子２１とフォトマスク７の結像倍率をＮ倍とす
るとき、回折格子２１のピッチは、２Ｐ／Ｎ　（Ｐはフ
ォトマスク７の被検査パターンＴＰのピッチ）とすれば
良い。

位相シフト量の測定は、第１の実施例と同様に、先ず、
第４図の状態で、位置検出器１０上の像の位置を計測し
、次にシャッター５ｂを閉、シャッター５ａを開として
、再度、結像面における像の位置を計測し、その差２△
Ｘよりδを求める。

次に、第５図は本発明第３実施例による検査装置の構成
を示す光路図である。

図において、単色又は準単色光を発する光源１から出た
照明光Ｌ１は、リレーレンズ２．３により整形され、可
動鏡（振動ミラー）３０により反射される。可動鏡３０
は紙面に垂直な軸を中心に回転可能となっており、モー
ター１ピエゾ素子等の能動部材３１により回転される。

このとき可動鏡３０により反射された光束Ｌａ、Ｌｂは
可動鏡３０の回転により、紙面に平行な方向にシフトす
る。第５図においては反射光束は、図中て光軸より右側
Ｌｂの位置にある。また、可動鏡３０及び能動部材３１
により、反射光束か紙面に垂直方向にシフトする様に、
可動鏡３０の回転軸をもう１つ追加しても良い。

被検査パターンＴＰのコンデンサーレンズ６に対するフ
ーリエ変換面３３における反射光束Ｌａ、Ｌｂの位置は
、第１実施例及び第２実施例と同様に、被検前パターン
ＴＰＯ基本周期のフーリエ変換位置と光軸との中点（２
ケ所）となるように、可動鏡３０が調整される。第５図
では、レンズ３２によって紙面右側の一１次回折光対応
点と光軸との中点に反射光束Ｌｂか集光されるように、
可動鏡３０か調整されている。

この状態て、フォトマスク７は、利／２次方向の傾きを
もつ照明光Ｌ３により照明され、被検査パターンＴＰ　
（１次元のラインアンドスペースパターン）によるτ次
回売上Ｌ４０と＋１次回折売上４１たけか照明光学系と
同一の光軸を有する検査光学系８に入射し、パターンの
像が位置検出器１０上に結像される（検査光学系８を通
過した零次回折光をＬ５０．＋１次回折光をＬＳＩと表
わす）。

かかる検査装置において、パターンの像のシフト量を検
出するには、零次回折光をＬ５０と＋１次回折売上５１
による像位置を検出した後、反射鏡３０を調整して反射
光束Ｌａをフーリエ変換面におけるパターンの基本周期
対応点と光軸とのもう一方の中点（＋１次回折光対応点
と光軸の中点）に集光させ、再度干渉縞の位置を計測す
る。

上記２回の計測の差２△Ｘより、位相シフター膜による
位相シフト量δを求める。

第５図に示された実施例のように、光束偏向手段として
遮光部材を用いずに照明光全体をフーリエ変換面の特定
の位置に集光するようにすれは、照明光量の損失が少な
く、位置検出器１０により検出される像の強度か高くな
り、より正確に像のシフト量を計測かできる。

第６図、第７図は、上記の第３の実施例による検査装置
の変形例の構成を示す図である。但し、フォトマスク７
のフーリエ変換面（照明光学系の瞳面）３３よりフォト
マスク７側の構成は第５図に示した第３の実施例と全く
同様であるので省略しである。また、第３の実施例（第
５図）と同じ作用、機能の部材には同一の符号を付しで
ある。

第６図において、光源１から射出された照明光Ｌ１はリ
レーレンズ系２．３を介して正のパワーを持つレンズ系
４０、及び負のパワーを持つレンズ系４１に照射される
。レンズ系　４０．４１は、フォトマスク７と共役な面
に配置されている。また、レンズ系４０．４１のパワー
の和は零となっている。レンズ系４０．４１はそれぞれ
レンズ駆動部材４２．４３によって照明光学系の光＠Ａ
　Ｘ’　とほぼ垂直な面内て移動可能となっている。レ
ンズ系４０．４１を透過した照明光束は、光軸ＡＸ’　
　とは異なる主光線を有する光束となり、レンズ系３２
を介してフーリエ変換面３３上の光軸ＡＸ’　と異なる
位置にスポット状に集光する。なお、フーリエ変換面３
３よりフォトマスク７側は、第３の実施例と同様である
。

ところで、第６図ではレンズ系４０．４１を紙面内て光
軸ＡＸ’　に対して反対方向に、かつほぼ等距離だけ移
動させている。この結果、レンズ系４０．４１を透過し
た照明光束は、光軸ＡＸ’　に対して所定の角度たけ傾
いてレンズ系３２に入射する。従って、レンズ駆動部材
４２．４３によフてレンズ系４０．４１の位置を調整す
れば射出した光束を任意の方向に向けることが可能とな
っている。なお、レンズ駆動部材４２．４３は制御回路
５０によりて制御される。

また、レンズ４１よりフォトマスク７側に正のパワーを
持つレンズ系を新たに設けるとともにレンズ駆動部材に
よりこのレンズ系も可動とし、更にレンズ系４０．４１
と新たに加えた正のパワーを持つレンズ系とのパワーの
合計かτとなるように構成しても良い。同様に、レンズ
系４０より光源１側に負のパワーを持つレンズ系を設け
るとともにレンズ系４０．４１と新たに加えた負のレン
ズ系とのパワーの合計が；となるように構成しても良い
。

なお、光軸ＡＸ’　に対して移動可能なレンズ系の構成
は、上記の組み合わせのみに限定されるものではなく、
各レンズ系のパワーの合計がτである複数のレンズ素子
からなるレンズ群てあって、各レンズ素子を駆動するこ
とにより照明光束を任意方向に向けられる構成であれば
良い。また、駆動するレンズ素子は同等限定されるもの
ではなく、同様に照明光束を任意のは方向に向けること
ができるレンズ素子であれは良い。

また、第７図において、光源１から射出された照明光Ｌ
１はリレーレンズ系２により集光した後、光ファイバー
等の光伝達手段４５に入射する。光伝達平岐４５の射出
端はフォトマスク７を物体面とした場合、照明光学系の
瞳面、即ちフォトマスク７のフーリエ変換面３３内に配
置されている。更に、光伝達手段４５の射出端面は駆動
部材４４によって照明光学系の光軸ＡＸ’　　とほぼ垂
直な面内て移動可能となっており、照明光束をフーリエ
変換面３３内の任意の位置に分布させることができる。

従フて、光伝達手段４５から射出した照明光束はレンズ
系６により平行光束となり、所定の入射角でフォトマス
ク７に照射されることになる。なおフーリエ変換面３３
よりフォトマスク７側は、第３の実施例と同様の構成で
あり、駆動部材４４は第３実施例と同様に制御回路５０
によって制御される。

以上の各実施例においては、照明光学系の開口数と検査
光学系８の開口数との比（いわゆる０値）を、例えば０
．２程度以下に定めることが望ましい。

また、位置検出器１０上に結像するτ次回売先と＋１次
又は−１次回折光との２光束干渉によるパターン像のコ
ントラストは、零次光と１次光との強度か等しい場合が
最も高く、強度が著しく異なる場合には大変低くなる。

このため、被検査パターンにおける位相シフター膜とマ
スク裸面部との面積比が１．１であると、７次光は相殺
されてほとんど発生しなくなる。そこて、零次光と１次
光との強度比をほぼ等しくするためには、被検査パター
ンの上記面積比を７．１乃至７：２、もしくは１・７乃
至２．７程度に定めることが望ましい。

更に、前述の（１）式においてａとｂの値が近い程コサ
イン成分が減少し、従って干渉縞の位相ずれ量ｔａｎφ
＝　Ｓ　／　ｃが増大することがわかる。しかしながら
、ａとｂとを近づけると、７次光の光量が減少し、位置
検出器１０上でのパターン像は十分なコントラストを有
することができなくなる。このような条件下ても十分な
像コントラストを得るためには、検査光学系８の瞳面近
傍に減光フィルターを配置し、１次回折光の強度を零次
光に近づけてやれば良い。この結果、上記（１）式のａ
とｂの値を近づけてやることができ、δの変化に対する
φの変化が犬きくなって、より精度良く位相シフト量を
計測することか可能となる。この際、１次回折光か減光
フィルターを透過することにより零次光に対して位相か
ずれ得るので、両者の位相差か２ｎπ（ｎは整数）とな
るように減光フィルターを設けることか望ましい。なお
、減光フィルターとしては、例えば高反射率の銹電体多
層膜を用いれは良い。

また、上記第１の実施例ては被検査パターンＴＰのピッ
チか変わると、照明光学系の瞳面内に配置された空間フ
ィルター４での開口部の大きさや位置も変化するので、
例えは被検査パターンＴＰのフーリエ変換パターンに応
して予め数種類の空間フィルターを用意しておき、これ
らを瞳面内に交換可能に挿入てきるように構成しておく
ことが望ましい６更に、空間フィルター４として液晶素
子やエレクトロクロミック素子等を用いても良く、被検
査パターンＴＰのピッチ等の変化に応じて、簡単にフォ
トマスク７に対する照明光束Ｌ３の入射角を調整できる
といった利点かある。この際、±１次光か通過する部分
の透過率を調節することによって、先の空間フィルター
５０（ｉ５図）の機能を遮光部材に持たせることか可能
となる。

ここて、検査対象となるフォトマスクは位相シフターを
備えていれは何でも良く、空間周波数変調型、エツジ強
調型、あるいは遮光効果強調型の位相シフトフォトマス
ク、もしくは位相シフター（銹電体膜）とマスク裸面部
のみて形成されたフォトマスクであっても構わない。な
お、特にエツジ強調型や遮光効果強調型の場合には上記
実施例と同様に回路パターンと別に被検査パターンを用
意しておくことか望ましい。

上述した各実施例において、光源１は、レーザ光源でも
良いし、タングステンランプ等の白熱ランプにバントパ
スフィルターを組み合わせたものや水銀灯等の輝線ラン
プにバントパスフィルター、干渉フィルターを組み合わ
せたものてあっても良い。照明光は、検査する位相シフ
トフォトマスクが実際のフォトリソグラフィー工程で使
用される場合の露光波長とほぼ同波長の単色光かまたは
準単色光である。例えは、水銀灯のｉ線（３６５ｎｍ）
用の位相シフトフォトマスクと、水銀灯のｇ線（４３６
ｎｍ）用の位相シフトフォトマスクの両者を検査する必
要のある場合、光源１を水銀灯と、バントパスフィルタ
ーの組み合わせとし、位相シフトフォトマスクの種類（
１線用、ｇ線用）に応してバントパスフィルターを変換
すればよい。

また、にｒＦ　レーサー用の位相シフトフォトマスクも
検査する場合には、先の水銀灯光源の他にＫｒＦレーザ
ー光源や、あるいはキセノン水銀灯にバントパスフィル
ターを組み合わせた光源を設け、フォトマスクの種類に
応じて光源を使い分ければよい。なお、このとき、実施
例中の各光学部材は使用する種々の波長に対して収差補
正されているものとする。

各実施例中の位置検出器１０は、ＣＣＤ等の撮像素子、
又は撮像管と信号処理回路を組み合わせたものでも良い
し、１本、又は複数本の透過スリ嘴ｒットを持つ光量センサーが、発生する干渉縞（被検査パ
ターンの像）に対して垂直な方向に相対走査して、その
光景分布を計測し、処理回路により位置を計測するもの
であって良い。なお、上記の複数本の透過スリットの間
隔は、干渉縞のピッチと同一としておくと良い。また、
検査光学系８の結像倍率はフォトマスク７のパターンを
位置検出器１０上に拡大投影するように、拡大系である
ことか望ましい。

なお、上記の説明においては、図を見易くするために、
フォトマスク７を照明する照明光束Ｌ３は紙面と平行な
面内て光軸に対して傾斜しているものとしたか、これは
フォトマスク７上の被検前パターンＴＰが、第２図に示
すとおり、紙面に垂直な方向に配列されたパターンであ
るとした為であり、被検査パターンか他の方向に配列さ
れている場合には、フォトマスク７を照明する光束Ｌ３
は、紙面に垂直な方向への傾斜もあることは言うまでも
ない。なおこのとき第１．第２の実施例においては、そ
れぞれ空間フィルター４及びシャッター５ａ、５ｂ、回
折格子２１のパターニングされた透明平板２０及びシャ
ッター５ａ、５ｂを、光軸に対して回転することにより
、任意の方向を持った被検査パターンに対にてきる。第
３の実施例では可動鏡３０を２つの回転軸に対して回転
させれば良いことは、既に述へたとおりである。

また、第２図に示した被検査用のパターンは１つの例で
あって、例えは、第２図の構成により、遮光部７ｃがな
く透過部７ａと位相シフト部７ｂのみから成るパターン
であっても良い。また位相シフト部７ｂのエネルギー透
過率は任意の値でかまわない。ただし、（１）式に示さ
れるとおり、エネルギー透過率ｔ２及びその平方根１　
（０≦ｔ≦１、実数）により、位相シフター服の位相シ
フト量δの測定は影響されるので、ｔ２は既知でなけれ
ばならない。ｔ２の値は別に測定器を使用して計測して
も良いが、フォトマスク７上に、−様な開ロバターンと
、−様な位相シフター膜（エネルギー透過率＝ｔ２）パ
ターンを作っておき、本発明による検査装置によって２
つのパターンの光量比を求め、この値からからｔ２を求
めても良い。−様な開ロバターン、もしくは−様な位相
シフター膜パターンに対して照明光Ｌ３を照射しても上
述の実施例のように＋１次回折先光４１は発生しないの
で、位置検出器ＩＯにはτ次回売先（透過光）Ｌ４０の
みか到達する。先ず−様な開ロバターンを照明光Ｌ３て
解明し、そのときの位置検出器１０上の光−量＝ＥＯを
求め、次に−様な位相シフター膜パターンを照明光Ｌ３
て解明し、位置検出器１０上の光量＝Ｅ１を求める。こ
れより、ｔ２−Ｅ、／Ｅｏ　　を求める。

ｔ２・Ｅ＋／Ｅｏ　　を演算する機能は、位置検出器１
０中に持たせても良いし、位置検出器１０と電気信号に
より結ばれた演算器を設けても良い。なお、この演算器
により、（１）式及び（２）式を用いて△Ｘ及びｔ２か
らδを求める演算を行なっても良い。

検査用のパターンは、検査専用のパターンとしてフォト
マスク７中に設けても良いが、フォトマスク７中の回路
パターンより適当なパターンを選んで被検査パターンと
しても良い。また、被検査パターンＴＰのピッチ、デユ
ーティ−比等は任意て構わない。フォトマスク７を保持
する機械部材は、フォトマスク７中の任意位置の被検査
パターンを検査可能な桟に、検査光学系、及び照明光学
系の光軸に垂直な面で可動であることか望ましい。

［発明の効果］以上の様に本発明においては、照明光学系の瞳面又はそ
の共役面における照度分布を調整して、光軸に対して特
定の角度をな照明光によってのみフォトマスクを照明し
、；次回売先と＋１次光又は−１次光の２光束による被
検査パターンの干渉像のシフト量を検出することにより
位相シフター服の位相シフト量を求めるので、フォトマ
スクのガラス基板と位相シフター膜の屈折率がほとんど
同じであっても同等問題なく位相シフト量を計測するこ
とができる。また、本発明においては、従来のように強
度検出により位相シフト量を求めるのではなく、多数の
干渉縞からなる干渉像の位置ずれ（サイン波の位相のず
れ）を検出することで位相シフト量を計測するのて、Ｓ
Ｎ比が改善され、非常に高精度に位相シフト量を計測す
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す光路図、第２
図は被検査パターンの例を示す断面図、第３図は被検査
パターンの像の強度分布を示す概念図、第４図は本発明
の第２実施例の構成を示す光路図、第５図は本発明の第
３実施例の構成を示す光路図、第６図及び第７図は第３
実施例による検査装置の変形例の構成を示す図である。［主要部分の符号の説明］１・・・・・・・・・光源２．３・・・リレーレンズ４・・・・・・・・・空間フィルター５ａ、５ｂ、５ｃ・・・シャッター６・・・・・・・・・コンデンサーレンズ７・・・・・
・・・・フォトマスク８・・・・・・・・・検査光学系１０・・・・・・・・・位置検出器２１・・・・・・・・・回折格子３０・・・・・・・・・反射鏡３１・・・・・・・・・能動素子

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定波長の光ビームに対してほぼ透明な基板に幾
何学的な原画パターンを有し、該原画パターンの少なく
とも一部分に、前記透明基板を透過する光ビームの位相
を変化させる位相部材を備えたフォトマスクを検査する
装置において、前記フォトマスクの被検査パターンに単色光又は準単色
光を照射する照明光学系と；該照明光学系からの照明光束による前記被検査パターン
の像を、所定の基準平面内に結像する検査光学系と；前記照明光束が所定の入射角で前記フォトマスクに入射
するとともに、前記被検査パターンを透過する光のうち
、零次回折光と±１次回折光の何れか一方とが前記検査
光学系の瞳面を、前記検査光学系の光軸に関してほぼ対
称に通過するように、前記フォトマスクに対する前記照
明光束の入射方向を変化させる光束偏向手段と；前記基準平面もしくはその近傍に配置され、前記検査光
学系による前記被検査パターンの像を光電検出するパタ
ーン検出手段とを備えたことを特徴とするフォトマスク
検査装置。
（２）前記パターン検出手段は、前記零次回折光と±１
次回折光の何れか一方を検出する光電検出器と；該光電検出器から出力される検出信号に基づいて、前記
原画パターンに設けられた位相部材の透過光をの位相シ
フト量を算出する演算回路とを含むことを特徴とする請
求項第１項に記載のフォトマスク検査装置。
（３）前記検査光学系は、前記被検査パターンを透過す
る前記零次回折光と±１次回折光の何れか一方以外の光
を遮光する空間フィルターを、前記瞳面近傍に有するこ
とを特徴とする請求項第１項又は第２項に記載のフォト
マスク検査装置。
（４）前記検査光学系は、前記被検査パターンを透過す
る前記零次回折光と＋１次又は−１次回折光との少なく
とも一方を減光可能な遮光部材を有することを特徴とす
る請求項第１項乃至第３項に記載のフォトマスク検査装
置。
（５）前記被検査パターンは一次元のラインアンドスペ
ースパターンであって、前記原画パターンの一部、もし
くは前記原画パターンと同一の製造工程で異なる位置に
形成されたことを特徴とする請求項第１項に記載のフォ
トマスク検査装置。