JPH04318550A - 欠陥検査装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子製造のリソ
グラフィ工程において、被投影原版として用いられるフ
ォトマスク（レチクルとも言う）の欠陥を検査するため
の装置に関し、特に、透過光の位相を変化させる位相シ
フト部（または位相シフタ部とも言う。以下位相シフト
部と称する。）を備えた位相シフトマスクの検査に適す
る欠陥検査装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造のリソグラフィ工程にお
いて、被投影原版として用いられるフォトマスクは、一
般には露光光に対してほぼ透明なガラス基板上にクロム
等の金属からなる遮光パターンが形成された構造をなし
ており、遮光部と透明部だけから構成されていた。

【０００３】このようなフォトマスクの欠陥検査は、フ
ォトマスクの投影像を検出して、投影像の明暗分布が所
定の明暗分布となっているか否かを比較判断する方法が
採用されている。具体的には、フォトマスク投影像の検
出信号（光電検出信号）を磁気テープに格納されている
パターン設計データと比較したり、あるいは２つのフォ
トマスクについてそれぞれの投影像を比較する（いわゆ
る、ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ）ことにより、欠陥検出が行
なわれる。

【０００４】一方、近年、回路パターンの微細化に対応
するために、フォトマスクの特定の箇所に透過光の位相
を変化させる位相シフト膜を付加し、投影像のコントラ
ストを高める位相シフトマスクが種々提案されている。 例えば、特公昭６２−５０８１１号公報には、空間波長
変調法の位相シフトマスクに関する技術が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
欠陥検査装置においては、透明部と遮光部の他に位相シ
フト部を備えた位相シフトマスクの検査を行なうに際し
、次のような問題点があった。この点について図２，図
３を参照して説明する。

【０００６】図２（ａ）　，（ｂ）　において、露光光
に対してほぼ透明な基板３０上には、位相シフト膜３２
が付加され、位相シフト部１０１が形成されている。な
お、基板３０表面に設けられた膜３１は、電子ビームを
用いて露光する場合等に設けられる導電膜であり、この
導電膜３１も露光光に対して透明である。

【０００７】図２（ａ）　，（ｂ）　の位相シフトマス
クを透過照明すると、透過光の光強度分布は図２（ｃ）
　に示されるように、透明部１００と位相シフト部１０
１とでほぼ同等の光強度となり、両者の境界で光強度が
落ち込むことになる。即ち、位相シフト部１０１の輪郭
に沿った暗線は認識できても、位相シフト部１０１と透
明部１００の判別は困難である。

【０００８】また、図３（ａ）　，（ｂ）　において、
表面に導電膜３１を備えた基板３０上には、所定の間隔
をおいて遮光膜（遮光部）３３（図では３つの遮光部を
示す）が設けられており、中央の遮光部３３と紙面左側
の遮光部３３の間には両遮光部３３に又がるように位相
シフト部２０１が設けられ、紙面右側の遮光部３３との
間は位相シフト膜のない透明部２００となっている。

【０００９】図３（ａ）　，（ｂ）　の位相シフトマス
クを透過照明した場合の光強度分布は、図３（ｃ）　の
ようになる。 即ち、遮光部３３に対応する部分では光強度は零となり
、透明部２００，位相シフト部２０１ではほぼ同等の光
強度となる。この場合、位相シフト部２０１の輪郭は遮
光部３３上にあるので、図２（ｃ）　のように位相シフ
ト部２０１の輪郭に沿った暗線さえ認識できず、透明部
２００と位相シフト部２０１は全く判別できない。

【００１０】従って、従来の欠陥検査装置では、位相シ
フト部の形状や位相シフト部の透明部，遮光部に対する
相対位置等の検査を含む位相シフトマスクの検査を行な
うことは不可能である。

【００１１】この発明は、かかる点に鑑みてなされたも
のであり、透明部と位相シフト部との判別が容易にでき
、位相シフトマスクの検査を簡便、かつ正確に行なうこ
とのできる欠陥検査装置を提供することを目的とするも
のである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の欠陥検査装置は
、透過光の位相を変化させる位相シフタ部を有するフォ
トマスクを検査対象とし、上記の課題を達成するために
、前記フォトマスクを透過照明する透過照明手段と、前
記フォトマスクを落射照明する落射照明手段と、前記フ
ォトマスクからの透過光及び／又は反射光を受光し、前
記フォトマスクの像を検出する撮像手段とを備え、かつ
、前記透過照明光の波長域と前記落射照明光の波長域を
別々に設定できるように構成されたものである。

【００１３】

【作用】前述した図２（ｂ）　を参照して、本発明の作
用を説明する。位相シフトマスクの位相シフト部１０１
は、露光光に対して所定の位相差を与える為に、特定の
厚さの透明薄膜によって構成されている。例えば、位相
シフト部１０１が露光波長λに対して位相差πを与える
為の条件は、位相差πを光路差換算すれば、λ／２とな
るため、 ｜ｎ１　−ｎ０　｜・ｄ＝λ／２　　…（１）で与えら
れる。但し、位相シフト膜３２の屈折率，厚さをそれぞ
れｎ１　，ｄとし、位相シフトマスクが配置される場所
の雰囲気（通常空気）の屈折率をｎ０　とする。

【００１４】次に、位相シフト膜３２表面（雰囲気と位
相シフト膜３２との界面）で反射した光と位相シフト膜
３２裏面（位相シフト膜３２と導電膜３１との界面）で
反射した光の干渉によって位相シフト部１０１が明るく
見える時の照明光の波長と、暗く見える時の照明光の波
長を求める。位相シフト膜３２の屈折率をｎ１　，導電
膜３１の屈折率をｎ３　としたとき、ｎ１とｎ３　の関
係がｎ１　＞ｎ３　となる場合は、反射の際の位相変化
を考慮すれば（ｎ１　＞ｎ３　であれば、位相シフト膜
３２裏面での反射の際位相がπ変化する）、 ２ｎ１　ｄ＝（２ｍ＋１）λ／２　　（明）　　…（２
）２ｎ１　ｄ＝２ｍ・λ／２　　　　　　　　（暗）　
　…（３）なる条件式が成立する。但しｍは整数とする
。

【００１５】逆に、ｎ１　＜ｎ３　ならば、位相シフト
膜３２裏面での反射の際に位相変化が起こらないので、
２ｎ１　ｄ＝２ｍ・λ／２　　　　　　　　（明）　　
…（４）２ｎ１　ｄ＝（２ｍ＋１）λ／２　　（暗）　
　…（５）となる。

【００１６】例えば、露光波長λ＝３６５ｎｍ用の位相
シフトマスクにおいて、位相シフト部１０１が透過光に
対してπの位相差を与える場合、位相シフト膜３２の厚
さｄは、ｎ１　＝１．５，ｎ０　＝１として、（１）式
よりｄ＝３６５ｎｍとなる。この位相シフトマスクを落
射照明して、反射光を検出する場合、ｎ１　＞ｎ３　で
あれば、位相シフト部１０１が明るく見える照明光の波
長は、（２）　式により、λ＝７３０ｎｍ，４３８ｎｍ
，…となる。逆に位相シフト部１０１が暗く見える波長
は、λ＝５４７．５ｎｍ，３６５ｎｍ，…となる。

【００１７】したがって、ｎ１　＞ｎ３　である場合は
、落射照明用の波長として例えばｇ線（４３６ｎｍ）を
使用すれば、遮光部３３と位相シフト部１０１でｇ線が
反射され（反射強度は遮光部３３の方が高い）、透明部
１００ではわずかな量しか反射されない。また、透過照
明用の波長としてｅ線（５４６ｎｍ）を使用すれば、位
相シフト部１０１と透明部１００においてはｅ線が透過
し、遮光部３３はｅ線が透過しない。

【００１８】即ち、ｇ線の落射照明とｅ線の透過照明で
上述した位相シフトマスクを観察すると、遮光部３３は
ｇ線のみの色（青）、透明部１００は主としてｅ線の色
（黄緑）、位相シフト部１０１はｇ線とｅ線の混じった
色（青＋黄緑）に見えることになり、遮光部３３，透明
部１００，位相シフト部１０１の色判別が可能となる。 もちろん、落射照明だけでも反射光強度の差（遮光部３
３＞位相シフト部１０１＞透明部１００）によって、三
者の判別が可能である。この際、透過照明光と落射照明
光の強度を調節すれば（例えば、落射照明光を弱めて透
明部１００でのｇ線の反射がほとんど零となるようにす
る）、透明部１００と位相シフト部１０１の色の差がよ
り明確となる。

【００１９】なお、図２，図３の位相シフトマスクには
基板３０上に導電膜３１が設けられているが、この導電
膜３１は必ずしも必要なものではない。導電膜３１がな
い場合は、基板３０の屈折率をｎ２　として、ｎ１　＞
ｎ２　の場合の条件が、式（２）　，式（３）　となり
、ｎ１　＜ｎ２　の場合の条件が式（４）　，式（５）
　となることは言うまでもない。

【００２０】続いて、位相シフト部の欠損部の検出につ
いて、図４を参照して説明する。図（ａ）　において、
２つの遮光部３３の間に設けられた位相シフト部２０１
の略中央部には円形の欠損部２０１ａ（位相シフト膜の
ない透明部）がある。このような欠陥部分を透過照明で
観察すると、その透過光の強度分布は、図４（ｂ）　の
ようになり、欠損部の輪郭に対応した部分（位相シフト
部２０１と欠損部２０１ａの境界）で透過光強度が落ち
込み、欠損部２０１ａの輪郭が検出される。

【００２１】また、落射照明で観察した場合の反射光強
度は図４（ｃ）　になる。即ち、反射光強度は遮光部３
３で最も高く、位相シフト部２０１では遮光部３３に比
べて反射光強度が低くなり、欠損部２０１ａでは反射光
強度が位相シフト部２０１よりも更に低くなる。

【００２２】従って、落射照明だけでも位相シフト部２
０１の欠損部２０１ａを特定することは可能であるが、
実際の検査に際しては、まず、落射照明を用いて遮光部
，位相シフト部，透明部の判別に用い、その後、欠損部
の検出に透過照明を用いると、より正確に欠陥の検査を
行なうことができる。

【００２３】なお、本発明における透過照明光と落射照
明光の波長は、それぞれ位相シフト部が暗く見える条件
（式（３）　又は式（５）　）、位相シフト部が明るく
見える条件（式（２）　又は式（４）　）を厳密に満た
している必要はない。前述した条件を満たすように波長
選択すれば、位相シフトマスクの像のコントラストが最
も高くなり、検査を行なう上で好ましいが、落射照明の
波長が位相シフト部と透明部とで反射光強度に差がでる
ような波長とし、透過照明光として落射照明光以外の波
長の光を選択すれば、遮光部，位相シフト部，透明部の
色分解による判別は可能である。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明実施例による欠陥検査装置の
構成図である。説明を具体的にするために、本実施例に
おいて検査対象となる位相シフトマスク１は前述した図
２，図３に示された構造をなし、露光波長３６５ｎｍで
使用されるものとする。また、ｎ１　（位相シフト膜の
屈折率）＞ｎ３　（導電膜の屈折率）とする。

【００２５】図において、落射照明用光源２１からの光
束は、空間的コヒーレンス可変のための開口絞り２２を
経て、波長選択フィルター２３に入射し、ここで前述し
た（２）　式を満たす所定の波長域の光（例えばｇ線）
だけが選択される。波長選択フィルター２３を透過した
落射照明光は、コンデンサーレンズ２４通って平行光束
となり、マスク１のパターン形成面と共役関係となる位
置に配置された視野絞り２５によって位相シフトマスク
の検査領域に対応する大きさに絞られる。続いて、落射
照明光はリレーレンズ２６を介して半透過鏡２７に至り
、ここで下方に反射される。落射照明光は、対物レンズ
２の入射瞳位置で光源像を結んだ後、対物レンズ２を介
して水平に保持されたマスク１に照射される。以上の落
射照明は、ケーラー照明の構成をとっており、位相シフ
トマスクに対して均一な落射照明がなされる。

【００２６】一方、透過照明用の光源１１からの光束は
、空間的コヒーレンス可変のための開口絞り１２を経て
、波長選択フィルター１３に入射し、ここで前述した（
３）　式を満たす所定の波長域の光（例えばｅ線）だけ
が選択される。波長選択フィルター１３を透過した透過
照明光は、コンデンサーレンズ１４通って平行光束とな
り、マスク１のパターン形成面と共役関係となる位置に
配置された視野絞り１５によって位相シフトマスクの検
査領域に対応する大きさに絞られる。続いて、透過照明
光はリレーレンズ１６を介して反射鏡１７に至り、ここ
で上方に反射される。透過照明光は、レンズ１８の入射
瞳位置で光源像を結んだ後、レンズ１８を介してマスク
１に照射される。以上の透過照明系は、落射照明系と同
様にケーラー照明の構成をとっており、位相シフトマス
クに対して均一な透過照明がなされる。

【００２７】さて次に、マスク１からの反射光及び／又
は透過光は、対物レンズ２によって集光され、半透過鏡
２７を透過し、リレーレンズ３を介して例えばカラーＣ
ＣＤ等からなる撮像素子４上に、マスクパターンの像を
形成する。

【００２８】撮像素子４からの光電変換信号は、モニタ
１０に送られるとともに、画像メモリ５を介して、位相
シフトマスクの設計データが記憶された磁気テープ（Ｍ
Ｔ）７，バッファメモリ８，比較器６，判定回路９を備
えた比較判定回路２０に送られる。比較判定回路２０で
はＭＴ７のデータに基づいてマスク１の所定の領域の像
が求められ、バッファメモリ８に一旦格納される。比較
器６では、バッファメモリ８の内容と画像メモリ５の内
容が比較され、判定回路９において欠陥の有無が判定さ
れる。

【００２９】ここで、撮像素子４に形成されるパターン
像の強度分布は、先に説明したように、落射照明のみの
場合は、反射光強度が遮光部３３＞位相シフト部１０１
，２０１＞透明部１００，２００となり、透過照明のみ
の場合は透明部１００，２００≧位相シフト部１０１，
２０１＞遮光部３３（＝零）となるので、落射照明のみ
、又は落射照明と透過照明を同時に行なって、三者の判
別および位相シフト部１０１，２０１の位置の測定等を
行なった後に、透過照明によって位相シフト部１０１，
２０１や透明部１００，２００内の欠陥部分（不要な遮
光膜３３の残存を含む）の検出を行なうことが好ましい
。この際、開口絞り１２，２２によって、パターン像の
コントラストがもっとも高くなるように各照明系の開口
数を調整すると良い。

【００３０】また、マスクパターンの落射照明と透過照
明の同時照明による像をモニタに表示すれば、遮光部３
３，位相シフト部１０１，２０１透明部１００，２００
がそれぞれ異なった色に見え、作業者が視覚的に三者を
判別できる。

【００３１】なお、図１の実施例では、落射照明の光源
２１と透過照明の光源１１を別々に設けているが、単一
の光源としてダイロクイックミラー（特定波長域の光を
反射し、残りの光を透過させる）等を用いて光束を分割
し、ライトガイドファイバーによって各々の照明系（落
射照明系，透過照明系）へ導く構成をとっても良い。

【００３２】また、図１ではマスク１からの透過光と反
射光を同一の撮像素子４で受光しているが、観察系（図
１では半透過鏡２７から撮像素子４まで）内に、ダイク
ロイックミラーを入れて色分解し、２つ以上の撮像素子
を用いて画像処理をすることにより遮光部３３，位相シ
フト部１０１，２０１，透明部１００，２００を判別す
るようにしても良い。

【００３３】この他、透過照明光と落射照明光を互いに
振動方向の異なる直線偏光するとともに観察系内に偏光
選択手段を配置し、マスクからの透過光及び／又は反射
光の偏光分離された光強度を検出することによっても遮
光部３３，位相シフト部１０１，２０１，透明部１００
，２００の判別が可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明の欠陥検査装置にお
いては、別々に波長設定可能な透過照明手段と落射照明
手段を備え、マスクからの透過光及び／又は反射光によ
るパターン像を検出するので、落射照明光及び透過照明
光の波長を特定の条件を満たすように設定することで、
遮光部，位相シフト部，透明部の三者について光強度弁
別又は色弁別によって容易に判別できる。従って、本発
明の欠陥検査装置を用いれば、従来のマスク検査装置で
は不可能であった位相シフト部の欠陥や配置位置を含む
位相シフトマスクの検査を簡便かつ正確に行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例による欠陥検査装置の構成図であ
る。

【図２】図２（ａ）　は位相シフトマスクの部分平面図
、図２（ｂ）　は図２（ａ）　に対応する位相シフトマ
スクの部分断面図、図２（ｃ）　は図２（ａ）　，（ｂ
）　に示された位相シフトマスクを透過照明した場合の
光強度分布図である。

【図３】図３（ａ）　は位相シフトマスクの部分平面図
、図３（ｂ）　は図３（ａ）　に対応する位相シフトマ
スクの部分断面図、図３（ｃ）　は図３（ａ）　，（ｂ
）　に示された位相シフトマスクを透過照明した場合の
光強度分布図である。

【図４】図４は位相シフトマスクの欠陥部の平面図、図
４（ｂ）　は図４（ａ）　に示された位相シフトマスク
を透過照明した場合の光強度分布図、図４（ｃ）　は図
４（ａ）　に示された位相シフトマスクを落射照明した
場合の光強度分布図である。

【符号の説明】

１　　位相シフトマスク ２　　対物レンズ ４　　撮像素子 ５　　画像メモリ ６　　比較器 ７　　ＭＴ ８　　バッファメモリ ９　　判定回路 １０　　モニター １１　　透過照明用光源 ２１　　落射照明用光源 ２０　　比較判定回路 １２，２２　　開口絞り １３，２３　　波長選択フィルタ １７　　反射鏡 ２７　　半透過鏡 ３０　　基板 ３１　　導電膜 ３２　　位相シフト膜 １００，２００　　透明部 １０１，２０１　　位相シフト部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　透過光の位相を変化させる位相シフタ
   部を有するフォトマスクを検査対象とする欠陥検査装置
   において、前記フォトマスクを透過照明する透過照明手
   段と、前記フォトマスクを落射照明する落射照明手段と
   、前記フォトマスクからの透過光及び／又は反射光を受
   光し、前記フォトマスクの像を検出する撮像手段とを備
   え、かつ、前記透過照明光の波長域と前記落射照明光の
   波長域は別々に設定可能であることを特徴とする欠陥検
   査装置。
2. 【請求項２】　　前記透過照明手段と前記落射照明手段
   の少なくとも一方は、光強度の変更が可能であることを
   特徴とする請求項１記載の欠陥検査装置。