JP2019028171A - フォトマスクの検査方法、フォトマスクの製造方法、及びフォトマスク検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスクの転写用パターンに含まれる位相シフト部の位相シフト量を簡便に直接測定できるようにする。
【解決手段】フォトマスクの転写用パターンに含まれる位相シフト部の位相特性を測定するフォトマスクの検査方法であって、投影光学系を備えた検査装置にフォトマスクをセットする工程と、セットしたフォトマスクを露光し位相シフト部の光学像を撮像面上に投影することにより光学像データを取得する光学像データ取得工程と、取得した光学像データを用いて位相シフト部の有する位相シフト量を求める演算工程と、を有し、光学像データ取得工程では、フォトマスク、投影光学系、及び撮像面のうち、少なくとも一部を光軸方向に移動して、複数のフォーカス状態の各々における光学像データを取得し、演算工程では、複数のフォーカス状態の各々について光学像データからＣＤ値を求め、光学像のＣＤ値に基づいて位相シフト量を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子デバイスを製造するためのフォトマスクの検査に関し、特に表示装置製造用に好適なフォトマスクの検査に関する。特に、位相シフト効果を利用した転写用パターンをもつ、フォトマスク（位相シフトマスク）の位相シフト量を測定する方法および装置に関する。

位相シフトマスクは、バイナリマスクに比べて、転写性能、特に焦点深度やコントラストに優れることから、主として半導体装置製造用のフォトマスクに用いられている。また、これらの位相シフトマスクのパターンが有する位相シフト量を検査する検査方法が提案されている。

特許文献１には、露光用マスクに形成された半透明位相シフト膜による位相ずれを測定する位相検査方法が記載されている。この位相検査方法は、遮光膜に形成されたライン／スペースからなる第１のパターン群と、半透明位相シフト膜に形成されたライン／スペースからなる第２のパターン群とを用いて、投影露光光学系を介して測定面上に各々のパターン群の光学像を結像させる工程と、前記光学像を前記測定面を光軸（Ｚ）方向に変化させて複数取得する工程と、前記取得された複数の光学像から第１のパターン群の焦点位置と第２のパターン群の焦点位置との差を算出する工程と、前記算出された焦点位置の差から前記半透明位相シフト膜による位相差を算出する工程とを含むものである。

特許文献２には、シアリング干渉計を用いて、ハーフトーン型位相シフトマスクに形成された位相シフターの位相シフト量及び透過率を同時に測定する測定方法が記載されている。この測定方法は、ハーフトーン膜に形成した光透過部により構成され、又は光透過部に形成したハーフトーン膜により構成されるモニタパターンに向けて照明ビームを投射し、シアリング干渉計のシアリング量を調整し、モニタパターンを透過した透過光とモニタパターンの周辺エリアを透過した透過光とにより形成される第１及び第２の干渉画像、及びモニタパターンの周辺エリアを透過した透過光同士により形成される第３の干渉画像を含む横ずらし干渉画像を２次元撮像装置上に形成する工程と、前記第１〜第３の干渉画像を含む横ずらし干渉画像について１周期分の位相変調を行って、第１〜第３の干渉画像について位相変調量と輝度値との関係を示す位相変調データをそれぞれ取得する工程と、前記第１及び第２の干渉画像の位相変調データを用いて、第１の干渉画像と第２の干渉画像との間の位相シフト量を算出し、位相シフターの位相シフト量として出力する工程と、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出し、位相シフターの透過率として出力する工程とを含むものである。

特許第３４３１４１１号公報 特許第５６６０５１４号公報

液晶表示装置（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示装置などを含む表示装置においては、より明るく、かつ省電力であるとともに、高精細、高速表示、広視野角といった表示性能の向上が望まれている。

例えば、上記表示装置に用いられる薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、「ＴＦＴ」）で言えば、ＴＦＴを構成する複数のパターンのうち、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールが、確実に上層及び下層のパターンを接続させる作用をもたなければ、正しい動作が保証されない。その一方、例えば液晶表示装置の開口率を極力大きくして、明るく、省電力の表示装置とするためには、コンタクトホールの径が十分に小さいことが求められるなど、表示装置の高密度化の要求に伴い、ホールパターンの径も微細化（例えば３μｍ未満）が望まれている。例えば、径が０．８μｍ以上２．５μｍ以下、更には、径が２．０μｍ以下のホールパターンが必要となり、具体的には０．８〜１．８μｍの径をもつパターンの形成も望まれると考えられる。

その一方、この分野で用いられる露光装置がもつ光学系のＮＡ（開口数）は、０．０８〜０．１５程度であり、露光光源もｉ線、ｈ線、又はｇ線が多用され、主にこれらを含んだブロード波長光源を使用することで、大面積を照射するための光量を得て、生産効率やコストを重視する傾向が強い。

ところで、半導体装置製造に利用されてきたハーフトーン型位相シフトマスクは、周知のごとく、照射された露光光の位相を略１８０度シフトするとともに、所定の透過率をもつ半透光膜（位相シフト膜ともいう）を用いた、転写用パターンをもつフォトマスクであり、光の干渉を利用することによって、解像性を向上させるフォトマスクである。具体的には、ＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｆｏｃｕｓ、焦点深度）や、コントラストを向上する効果があるといわれている。また、このタイプのフォトマスク（Ａｔｔｅｎｕａｔｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ）は、他のタイプ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｍａｓｋ）と異なり、パターンデザインに制約が少なく、ホールパターンに有利に適用され、特に孤立ホールパターンに適用され、効果を上げている。

近年、表示装置の製造においても、上記のようにパターンの微細化要請が高くなっていることから、半導体装置製造用の技術として多用されてきた、ハーフトーン型位相シフトマスクの適用が検討され始めている。

フォトマスクの製造工程では、形成された転写用パターンの座標や、欠陥の有無などを対象に、各種の検査が行われる。位相シフトマスクにおいては、位相シフト量が設計値からずれてしまえば、転写性が低下するため、位相シフト量を測定する検査工程が必要となる。

ところが、特許文献１及び特許文献２の方法によると、位相差測定用に予め決められたデザインのモニタパターンを、フォトマスクの転写用パターンの領域外などに形成しておくことが必要である。したがって、所定のモニタパターンを有しないフォトマスクについて、その位相シフト部の位相差を測定することはできない。

また、測定された結果は、モニタパターン部分の位相シフト量であって、転写用パターンの直接測定ではない。ここで、転写用パターンとは、得ようとするデバイスの設計に基づき、被転写体上に転写されるためのパターンを言う。一辺が６インチほどの、半導体製造用フォトマスクであれば、モニタパターン部分の位相シフト量は、転写用パターン部分のそれと、殆ど差異は無く、特段の問題は無いとも考えられる。一方、表示装置用のフォトマスクは、基板サイズが大きく（例えば、基板主面が３００〜２０００ｍｍの四角形）、位相シフト膜の成膜装置において、面内の膜厚のばらつきをゼロとすることは困難である。したがって、基板の外縁近くに設けられたモニタパターン部の位相シフト量が、転写用パターン内部の位相シフト量とずれを生じる場合があり、パターン転写の際に生じる位相シフト効果が正確に把握できない不都合がある。

そこで、本発明は、転写用パターンに含まれた位相シフト部について、その位相シフト量を、簡便に、直接測定する方法及び装置を提供することを主たる目的とする。

（第１の態様）
本発明の第１の態様は、
フォトマスクの転写用パターンに含まれる、位相シフト部の、位相特性を測定する、フォトマスクの検査方法であって、
投影光学系を備えた検査装置に、前記フォトマスクをセットする工程と、
セットした前記フォトマスクを露光し、前記投影光学系によって前記位相シフト部の光学像を撮像面上に投影することにより、光学像データを取得する光学像データ取得工程と、
取得した前記光学像データを用いて、前記位相シフト部の有する位相シフト量を求める演算工程と、を有し、
前記光学像データ取得工程では、前記フォトマスク、前記投影光学系、及び前記撮像面のうち、少なくとも一部を光軸方向に移動して、複数のフォーカス状態の各々における前記光学像データを取得し、
前記演算工程では、前記複数のフォーカス状態の各々について前記光学像データからＣＤ値を求め、前記光学像のＣＤ値に基づいて前記位相シフト量を求める、
フォトマスクの検査方法である。
（第２の態様）
本発明の第２の態様は、
前記演算工程では、前記ＣＤ値が最大値となるフォーカス状態と前記位相シフト量との相関に基づき、前記フォトマスクの位相シフト量を求める、上記第１の態様に記載のフォトマスクの検査方法である。
（第３の態様）
本発明の第３の態様は、
前記演算工程に先立ち、前記転写用パターンについて、前記投影光学系によって形成される光学像のＣＤ値が最大値となるフォーカス状態と、前記位相シフト部が有する位相シフト量との相関を把握する、前工程を有することを特徴とする、上記第１又は第２の態様に記載のフォトマスクの検査方法である。
（第４の態様）
本発明の第４の態様は、
前記前工程は、前記転写用パターンについて、前記投影光学系によって形成される光学像のフォーカス状態と、前記フォーカス状態による前記光学像のＣＤ値の変動との相関を把握する工程を含む、上記第３の態様に記載のフォマスクの検査方法である。
（第５の態様）
本発明の第５の態様は、
前記転写用パターンは、孤立パターンを含む、上記第１〜第４のいずれか１態様に記載のフォトマスクの検査方法である。
（第６の態様）
本発明の第６の態様は、
前記転写用パターンは、ホールパターンを含む、上記第１〜第５のいずれか１態様に記載のフォトマスクの検査方法である。
（第７の態様）
本発明の第７の態様は、
前記位相シフト部は、露光光透過率Ｔが２〜１０％、位相シフト量φが１７０〜１９０度の位相シフト膜が、前記フォトマスクを構成する透明基板上に形成されてなる、上記第１〜第６のいずれか１態様に記載のフォトマスクの検査方法である。
（第８の態様）
本発明の第８の態様は、
上記第１〜第７のいずれか１態様に記載のフォトマスクの検査方法を含む、フォトマスクの製造方法である。
（第９の態様）
本発明の第９の態様は、
フォトマスクの転写用パターンに含まれる、位相シフト部の、位相特性を測定するためのフォトマスク検査装置において、
被検体であるフォトマスクを保持するマスク保持手段と、
光を出射する光源と、
前記光源が出射する光を導き、前記マスク保持手段により保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、
前記フォトマスクを透過した光束を受光して撮像面に導く投影光学系と、
前記撮像面に撮像手段が備えられてなる光学像取得部と、
前記フォトマスク、前記投影光学系、及び前記撮像面のうち、少なくとも一部を光軸方向に移動して、前記撮像面におけるフォーカス状態を変化させるための駆動部と、
前記駆動部によって前記フォトマスク、前記投影光学系、及び前記撮像面のうち、少なくとも一部が移動したときの移動距離を計測する計測部と、
前記光学像取得部によって取得された光学像データから、前記撮像面上の光学像のＣＤ値を求め、前記計測部によって計測された移動距離と前記ＣＤ値とに基づいて、前記位相シフト部の位相シフト量を演算する演算部と、
を有する、フォトマスク検査装置である。
（第１０の態様）
本発明の第１０の態様は、
前記投影光学系は、対物レンズを含み、
前記駆動手段は、前記対物レンズを光軸方向に移動させる、
上記第９の態様に記載のフォトマスク検査装置である。
（第１１の態様）
本発明の第１１の態様は、
前記演算部は、前記位相シフト量と前記ＣＤ値が最大値となる前記移動距離との相関を予め記憶するメモリ部を有する、上記第９又は第１０の態様に記載のフォトマスク検査装置である。
（第１２の態様）
本発明の第１２の態様は、
前記投影光学系は、オートフォーカス機構を有する、上記第９〜第１１のいずれか１態様に記載のフォトマスク検査装置である。

本発明によれば、フォトマスクの転写用パターンに含まれる位相シフト部の位相シフト量を簡便に直接測定することができる。

被検体となるフォトマスクを例示する図であり、（ａ）は構成例の平面視を示す図、（ｂ）は構成例の断面を示す図、（ｃ）は得られる光学像の例を示す図である。 本発明の実施形態に係るフォトマスク検査装置の構成例を示す概略図である。 位相シフト量の異なる位相シフト膜について、デフォーカス量による光学像のＣＤ変化の例を示す図である。 本発明の実施形態で実施するフォトマスク検査方法による位相シフト量の検査フローを示すフロー図である。 検量線作成のために用いる参照マスクの構成例の平面視を例示する図である。 検量線作成のために用いる光学像データの具体例を示す図であり、（ａ）は位相差１７０度の参照マスクによる光学像データの例を示す図、（ｂ）は位相差１７５度の参照マスクによる光学像データの例を示す図、（ｃ）は位相差１８０度の参照マスクによる光学像データの例を示す図、（ｄ）は位相差１８５度の参照マスクによる光学像データの例を示す図、（ａ）は位相差１９０度の参照マスクによる光学像データの例を示す図である。 デフォーカスに対するＣＤ変化の挙動の具体例を示す図であり、（ａ）は位相差１７０度の参照マスクによるＣＤ変化の例を示す図、（ｂ）は位相差１７５度の参照マスクによるＣＤ変化の例を示す図、（ｃ）は位相差１８０度の参照マスクによるＣＤ変化の例を示す図、（ｄ）は位相差１８５度の参照マスクによるＣＤ変化の例を示す図、（ａ）は位相差１９０度の参照マスクによるＣＤ変化の例を示す図である。 フォトマスクの位相シフト量とデフォーカスに対するＣＤ変化の頂点Ｘ座標との相関の一例を示す図である。 被検体となるフォトマスクについて位相シフト量の測定の具体例を示す図であり、（ａ）は光学像データの例を示す図、（ｂ）はフォーカス−ＣＤカーブの例を示す図、（ｃ）は検量線から位相シフト量を算出する例を示す図である。 異なるサイズのホールパターンを形成しようとする場合の相関（検量線）の例を示す図である。

＜位相シフトマスク＞
一般に、位相シフトマスクの製造工程においては、露光光に含まれる波長に対して位相シフト部の位相シフト量が、略１８０度（例えば、１７０度〜１９０度）となるように、用いる位相シフト膜の組成や膜厚を選択する。ただし、製造の過程や製造後に、位相シフト量の変化の有無を確認し、或いは、意図する特定の位相シフト量が達成されているかを確認する目的で、位相シフト量の測定を行なうことが望ましい。

図１に被検体となるフォトマスク（被検マスクともいう）を例示する。図１（ａ）は平面視、図１（ｂ）は断面を示している。被検マスク１は、いわゆるハーフトーン型位相シフトマスクと呼ばれるものである。この被検マスク（位相シフトマスク）１は、透光部２からなるホールパターンを囲んで、露光光の位相を反転させる位相シフト部３が形成されている。位相シフト部３は、ガラス基板等の透明基板４上に、位相シフト膜５が形成されてなる。位相シフト部３は、露光光透過率Ｔ（％）（例えば、露光光に含まれる光のうち、代表波長としてｉ線を用いた場合、ｉ線に対する透過率）を２≦Ｔ≦１０とすることができる。この透過率は、透明基板４の透過率を基準としたものである。この範囲であれば、光学像にサイドローブが生じることの影響が小さく、また、以下の算定がより正確に行なえるため望ましい。なお、本実施形態では、透過率５．２％の位相シフト膜５を用いた。

この位相シフトマスク１を露光装置で露光すると、被転写体上には、図１（ｃ）に示すような転写像（光学像）を形成することができる。露光装置は、例えば、等倍のプロジェクション露光装置であって、光学条件としてはＮＡ０．０８〜０．２０程度、コヒレンスファクタσが０．５〜１．０程度のものを適用することができる。

フォトマスク上のホールパターンのＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ、ここではパターン幅の意味で用いる）を、４μｍ以下（例えば、１．５〜４．０μｍ）とし、被転写体上に４μｍ以下（例えば０．５０〜３．５μｍ、より好ましくは１．０〜２．５μｍ）のＣＤをもつホールパターンを形成する場合を考える。このような微細なホールパターンにおいて、位相シフトマスクの効果が有利に発揮される。本実施形態では、マスク上のホールパターンのＣＤを２．５μｍとし、転写体上に形成されるホールパターンの目標ＣＤを、２．０μｍとした場合を例とする。

上記のフォトマスク１を露光装置にセットし、露光光を照射すると、被転写体上に転写像を形成することができる。露光光は、ｉ線、ｈ線、ｇ線のいずれかを含む光とすることができ、ｉ線、ｈ線、ｇ線の全てを含むブロード波長光でもよい。ただし、以下に説明する本実施形態の検査方法／装置においては、露光光に含まれる代表波長などを用い、単一波長での検査とする。さらに、本実施形態の装置は、ｉ線、ｈ線、ｇ線など、複数の波長の光を、それぞれ単一波長として使用できることが好ましい。

図１のフォトマスク１を露光装置にセットした状態で、そのフォトマスク１、露光装置の光学系、及び被転写面のいずれかを、光軸方向（以下、Ｚ方向ともいう）に相対移動させると、ジャストフォーカスの状態、又は、その位置から所定距離デフォーカスしたデフォーカス状態を含む、フォーカス状態を変化させることができる。このとき、被転写体上に形成される光学像が変化する。

本実施形態では、詳細を後述するように、変化する光学像を撮像手段によって取得し、得られた情報によって、被検体となるフォトマスク１の位相シフト部３がもつ位相シフト特性、具体的には位相シフト量を検査する。

＜フォトマスク検査装置＞
図２には、本実施形態に係るフォトマスク検査装置（以下、本装置ともいう）１０を例示する。

本装置１０は、フォトマスク１の転写用パターンに含まれる位相シフト部３の位相特性を検査するためのものであり、具体的には所定の露光光に対する位相シフト部３の位相シフト量を測定するものである。

位相シフト量の測定を行なうために、本装置１０は、以下のように構成されている。なお、本装置１０が備える光源１１や各光学系１３，１４は、被検体となるフォトマスク１の露光に用いようとする露光装置の構成と同様のものとすることが好ましい。

（光源）
例えば、本装置１０が備える光源１１は、露光装置の光源と、その波長が同様のものとすることができる。具体的には、露光装置の光源がｉ線、ｈ線、ｇ線の波長を含むものであれば、そのいずれかを光源１１として備えることが好ましい。また、露光装置がｉ線、ｈ線、ｇ線をすべて含むブロード波長を含む光源をもつのであれば、その代表波長（たとえばｉ線）を出射する光源１１とすることができる。

（保持手段）
本装置１０はまた、被検体となるフォトマスク１を保持するマスク保持手段（以下、単に保持手段ともいう）１２をもつ。被検体となるフォトマスク１は、透明基板上に、位相シフト部を含む転写用パターンを備えた、いわゆる位相シフトマスクとすることができる。例えば、透明基板上に形成された位相シフト膜がパターニングされ、透光部と位相シフト部を有するもの、或いは、透明基板上に位相シフト膜及び遮光膜が形成され、それぞれがパターニングされた結果、透光部、遮光部、位相シフト部を有するものなどが挙げられる。さらには、透明基板表面が所定深さ掘り込まれた位相シフト部を有する位相シフトマスク（いわゆるレベンソンマスク、或いはクロムレスマスクなど）に適用してもよい。

（照明光学系）
さらに、本装置１０は、照明光学系１３を有する。照明光学系１３は、例えば、照明レンズとアパーチャーを備え、光源１１から出射された光束を、保持手段１２に保持されたフォトマスク１の面上に導く。

（投影光学系）
また、本装置１０は、フォトマスク１の透過光を撮像面１５に導く投影光学系１４を有する。投影光学系１４は、対物レンズ及び倍率調整レンズを備えることができる。これによって、フォトマスク１がもつ転写用パターンの光学像が、所定の倍率で、後述の撮像面１５に形成される。

（光学像取得部）
投影光学系１４から出射された光は、撮像面１５に達し、この面１５に備えられた撮像手段（撮像素子、ここではＣＣＤ）によって、光学像データ（具体的には、光学像２次元データ）が取得される。すなわち、光学像データを取得するこの部分は、本装置１０の光学像取得部１６である。

（駆動部）
また、本装置１０では、フォトマスク１、投影光学系１４、および光学像取得部１６の撮像面１５のうち、少なくとも一部が、全体として、又は部分的に（ひとつ又は複数が）Ｚ方向に移動可能となっている（以下、Ｚ移動ともいう）。好ましくは、投影光学系１４（特に対物レンズ）、又は、フォトマスク１のいずれかがＺ移動することが、装置設計上好適である。ここで、Ｚ方向とは、投影光学系１４の光軸方向である。したがって、本装置１０には、これらを移動するための駆動部１７が備えられている。

なお、本装置１０では、投影光学系１４の一部である対物レンズがＺ移動する。この移動量は、精緻に制御され、例えば５μｍ単位でその位置を制御することができる。このように精緻なＺ移動を行なう駆動部１７は、例えば、公知の駆動源（例えば、サーボモータ、ピエゾ素子等）を利用して構成することができる。

（計測部）
また、本装置１０は、Ｚ移動の際の移動量を計測する（以下、Ｚ計測ともいう）ための計測部１８を備える。計測部１８は、レーザ干渉計などの手段により、Ｚ移動する対象の位置を把握し、移動距離を計測する。なお、計測部１８は、移動前後の位置を把握することによって移動距離を計測してもよく、又は、移動距離を計測することによって、対象物の位置を把握してもよい。本実施形態において、位置の把握と移動距離の計測は、いずれも、移動距離の計測に含まれる。

上記Ｚ移動は、フォトマスク１の転写用パターンが撮像面１５に結像するにあたって、そのフォーカス状態を変化させ、ジャストフォーカス、及び複数の異なるレベルのデフォーカス状態を形成することができるものである。
このため、駆動部１７は、ジャストフォーカス位置を決定するためのオートフォーカス機構を有していることが好ましく、また、該ジャストフォーカス位置から所定量のデフォーカス状態を容易に形成できるように、計測部１８と駆動部１７が協働する構成が好ましい。なお、ここで言うオートフォーカス機構は、フォトマスク１、投影光学系１４、撮像面１５のうち、少なくとも一部が、全体として、又は部分的にＺ方向に移動可能、かつＺ方向の位置を直接計測し、ジャストフォーカス位置に調整することができる機構を言う。

（演算部）
本装置１０は、上記駆動を司る駆動部１７とともに、位相シフト量を演算するための演算部１９を有する。また、演算部１９は、演算に用いるために有用な情報を予め収納し、記憶しておくメモリ部を有することができる。このような演算部１９は、例えば、所定プログラムを実行するコンピュータ装置を利用して構成することができる。なお、演算部１９によるこれらの機能については、詳細を後述する。

＜フォトマスク検査方法の原理＞
以下、光学シミュレーションを用いて、本発明の実施形態に係るフォトマスク検査方法の原理を説明する。

例えば、位相シフト量が１８０度の位相シフト膜５を用い、図１のフォトマスク１を形成し、これを露光して、被転写面（一般には、エッチング加工しようとする膜面上に形成されたレジスト膜）に転写することを考える。図１のフォトマスクを本装置１０にセットし、露光すると、被転写面に相当する本装置１０の撮像面１５には、転写用パターンの光学像が生成され、撮像手段によって光学像２次元データが取得できる。この光学像２次元データは、横軸に位置、縦軸に光強度をとれば、図１（ｃ）のように表現される。

ここで、例えば対物レンズをＺ移動させて、フォーカス状態を変化させつつ、光学像２次元データを取得する。ジャストフォーカス位置及び±５〜３０μｍのデフォーカス位置の光学像２次元データを、５μｍ移動ごとに取得し、そこに得られた像のＣＤ値をそれぞれプロットすると、図３に示す山型のカーブ（太い実線のカーブ）が得られる。なお、ここでは、ジャストフォーカス位置で、目標ＣＤ（２．０μｍ）が得られる光量を閾値とし、この光量におけるＣＤ値を、上記各デフォーカス状態において求め、プロットしている。

ここでは、以下の露光条件を想定して、光学シミュレーションを行なった。
露光装置の光学条件：投影光学系ＮＡ＝０．０８５、σ＝０．６５、露光光ｉ線
レジスト条件：Ｄｉ７００
基板素材：ＳｉＯ_２
パターン：孤立ホールパターン、フォトマスク上のＣＤ＝２．５μｍ、転写像の目標ＣＤ＝２．０μｍ

この結果、ジャストフォーカスのときに、上記ホールパターンのＣＤ値は最大となり、＋側、又は−側にデフォーカスした場合には、いずれも、ＣＤ値が減少する（図３における１８０度の実線参照）。なお、図３におけるＲｅｓｉｓｔ ＣＤとは、被転写体上に形成される転写像のＣＤ（μｍ）を意味する。

次に、フォトマスク１の位相シフト部３の位相シフト量を変化させたときに、上記と同様に、各フォーカス状態におけるＣＤ値をプロットする。これを、各位相シフト量ごとに、図３の上記実線カーブに重ねた（図３における１７０度、１７５度・・等の各線参照）。

結果として、位相シフト量を５度ずつ変化させ、１７０〜１９０度の位相シフト量に対するカーブを描くと、その山型カーブの位置が左右にシフトし、それに伴い、ピーク位置のＸ座標も移動することがわかる。

すなわち、位相シフト部３のもつ位相シフト量と、ＣＤ最大値をもつフォーカス状態（デフォーカス量）との間には、相関があることが理解できる。したがって、この相関を把握しておけば、未知の位相シフト量をもつ被検体のフォトマスク１に対し、ＣＤ最大値をもつデフォーカス量を計測することで、位相シフト量を正確に知ることができる。
つまり、複数のフォーカス状態の各々について、光学像データからＣＤ値を求め、前記光学像のＣＤ値に基づいて、このフォトマスクの位相シフト量を求めることができる。ここで、「光学像のＣＤ値に基づく」とは、上記のようにＣＤ最大値をもつデフォーカス量を得ることによってもよく、また、後述するように、ＣＤ最大値自体を得ることによってもよい。

この相関は、所定の光学系を有する露光装置に固有のものと考えられることから、フォトマスク１の露光に用いる露光装置と同様の仕様をもつ光学系を用い、本実施形態に係るフォトマスク検査装置１０を用意することが好ましい。

＜フォトマスク検査方法の具体的な実施例＞
続いて、上記の原理に基づき、本実施形態のフォトマスク検査装置１０を用いて実施するフォトマスク検査方法について、本発明の実施例（以下、本実施例ともいう）として、具体的に詳しく説明する。

図４には、本実施例のフォトマスク検査方法による位相シフト量の検査フローを例示する。

ここで例示する検査フローには、（１）相関を把握するためのフロー（前工程）と、（２）被検マスク１の測定を行なうためのフローと、が含まれる。

（１）相関の把握
本実施例では、まず、位相シフト部３のもつ位相シフト量と、それを露光したときにＣＤ最大値を示すデフォーカス量との相関を把握する。具体的には、レファレンスとなる検量線を得る。

相関の把握に際しては、まず、位相シフト量がそれぞれ異なる５種類の位相シフトマスク（以下、参照マスクともいう）を用意する。

図５に参照マスクを例示する。５種類の参照マスク２０は、いずれも、６インチ四方の透明基板上に位相シフト膜を形成し、図５に例示するモニタパターン２１をパターニングしたものである。ここで、各参照マスク２０の位相シフト量は、１７０度、１７５度、１８０度、１８５度、及び１９０度とする。

なお、これらの参照マスク２０は、半導体装置（ＬＳＩ）製造用フォトマスクに用いられる位相差測定機（例えば、レーザーテック製ＭＰＭシリーズ等）を用いて測定することにより、その位相シフト量を正確に把握した。図５に示す参照マスク２０は、モニタパターン２１として、放射状に配置された４つの透光部が形成され、これらの透光部のサイズは、該測定機の指定に基づくもの（例えば、Ｗ１≧２０μｍ、Ｗ２≧４０μｍ、ｄ≧１５μｍ）であり、パターン重心（図中×印参照）が該測定機の測定箇所となっている。このようなモニタパターン２１によって、該測定機を用いた位相シフト量の正確な測定が可能となる（以上、図４中のステップ（ｉ）参照）。

一方、参照マスク２０の中央近傍には、正方形のホールパターン２２が形成され、これは、被検体として位相シフト量を測定しようとするフォトマスク１のパターンに基づいて形成されたものである。被検体は、上述のフォトマスク１と同様、２．５μｍのＣＤをもつホールパターンをもち、これによって、被転写体上に、２．０μｍのホールパターンを形成することを想定している。

上記５種類の参照マスク２０を用意したら、用意したそれぞれの参照マスク２０を、順次、本装置１０にセットする。そして、主に各参照マスク２０のホールパターン２２を含む領域について、ジャストフォーカス位置で、光学像２次元データを取得する。さらに、ジャストフォーカス位置から、対物レンズをＺ移動させることにより、所定距離分デフォーカスさせ、複数のデフォーカス状態を形成し、それぞれのデフォーカス状態における光学像２次元データを取得する。ここでは、例として、ジャストフォーカス位置に対し、±５μｍ、±１０μｍ、±１５μｍの、６種類のデフォーカス状態を形成して、光学像２次元データを取得した。なお、ここでも、露光条件は、光学系ＮＡ＝０．０８５、σ＝０．０６５、光源はｉ線（３６５ｎｍ）とした。

この結果を、図６（ａ）〜（ｅ）に示す。ここでは、ジャストフォーカスのときに２μｍＣＤのホールパターンを形成する光強度を閾値として適用し、そのときのＣＤをデフォーカス量に対してプロットしたのが、図７（ａ）〜（ｅ）である。

図７（ａ）〜（ｅ）に示すフォーカス−ＣＤカーブによれば、位相シフト量の相違によって、フォーカス状態に対するＣＤ変化の挙動が、明確に異なっていることがわかる。例えば、位相シフト量φがφ＜１８０度である場合には、ＣＤカーブの最大値を示すデフォーカス量（頂点Ｘ座標）が、マイナス側にある一方、φ＞１８０度の場合には、頂点Ｘ座標がプラス側に寄っている（以上、図４中のステップ（ii）参照）。

本願の発明者の検討によると、位相シフト量と頂点Ｘ座標との相関は、一次式で近似でき、位相シフト量と頂点Ｙ座標との相関は、二次式で近似できることが明らかになった。これを、図８に示す。

すなわち、以上によって、位相シフト部のもつ位相シフト量と、それを露光したときに得られるＣＤ最大値、又は、該ＣＤ最大値を示すデフォーカス量との相関が把握できる。さらに詳しくは、各参照マスク２０の位相シフト量の測定結果（すなわち図４の（ｉ）の結果）と、それを露光したときのデフォーカスに対するＣＤ最大値の変動（すなわち図４の（ii）の結果）とから、位相シフト量と、ＣＤ最大値又はＣＤ最大値を示すデフォーカス量との相関を把握することで、レファレンスとなる検量線を得ることができる（以上、図４中のステップ（iii）参照）。ここでは、位相シフト量とＣＤ最大値を示すデフォーカス量（頂点Ｘ座標）の相関を示す一次式を検量線とし、その一次式による検量線を用いることで、被検体となるフォトマスク１の位相シフト量を検査することとする。

なお、位相シフト量と頂点座標との相関については、後段の被検マスクの測定に利用する検量線データとして、本装置１０の演算部１９に付随するメモリ部に保存しておくことが好ましい。

（２）位相シフト量の検査（被検マスクの測定）
位相シフト量と頂点座標との相関を把握して検量線を得たら、把握した上記相関を用いて、未知の位相シフト量をもつ被検マスク１の位相シフト量を測定し、検査することができる。

位相シフト量の測定に際しては、まず、被検体となる位相シフト部３を有するフォトマスク（被検マスク）１を用意する。ここでは、ガラスからなる透明基板４に、位相シフト膜５を形成し、該位相シフト膜５に、図１（a）に示すパターンを形成した、ハーフトーン型位相シフトマスクとする。位相シフト膜５の材料としては、Ｃｒ化合物（酸化物、窒化物炭化物、酸化窒化物、酸化窒化炭化など）や、金属シリサイド（ＭｏＳｉなど）を主成分とし、透過率が２〜１０％（より好ましくは、３〜８％）の膜であり、スパッタ成膜によるものとすることができる。

被検マスク１を用意したら、その被検マスク１を本装置１０にセットし、実際の露光条件と同様の条件で露光する。このとき、Ｚ移動によって、複数のフォーカス状態を形成し、それぞれのフォーカス状態において、光学像２次元データを取得する。これを、図９（ａ）に示す。

このようにして得られた光学像２次元データから、最大ＣＤ値となるデフォーカス量を求めてプロットしたものが、図９（ｂ）に示すフォーカス−ＣＤカーブである。ここでは、カーブの頂点のＸ座標は、ジャストフォーカスよりマイナス側にシフトしており、−３．３２３μｍを示している（以上、図４中のステップ（iv）参照）。

ここで、仮に、最大のＣＤ値を示すフォーカス状態が０（すなわちジャストフォーカス）であれば、被検マスク１における位相シフト部３の位相シフト量は、１８０度であることがわかる。一方、最大のＣＤ値を示すフォーカス状態が、プラス側、又はマイナス側のデフォーカス状態である場合には、被検マスク１における位相シフト部３の位相シフト量が１８０度からずれていることが把握でき、またそのずれ量を知ることができる。

そこで、上記デフォーカス量を、図８にて求めた検量線の一次式にあてはめて、位相シフト量を算出する（ここでは、例えば、ｙ＝０．４７４６１９８９６２ｘ−８５．４３２１９６１５５５のｙの値に上記−３．３２３を代入し、位相シフト量ｘを求める）。この結果、図９（ｃ）に示すように、位相差が１７３度であることが明らかになった（以上、図４中のステップ（ｖ）参照）。

＜本実施形態の作用効果等＞
上記フォトマスク検査装置１０とこれを用いたフォトマスク検査方法によれば、被検マスク１が所定の測定面積をもつモニタパターンを有していない場合であっても、その被検マスク１の転写用パターンに含まれる位相シフト部３について、位相シフト量を測定することができる。つまり、被検マスク１の転写用パターンに含まれる位相シフト部３について、その位相シフト量を簡便に直接測定することができる。このことは、表示装置用のフォトマスクの検査に適用した場合に、特に有利なものとなる。

また、上記フォトマスク検査装置１０とこれを用いたフォトマスク検査方法によれば、複数のフォーカス状態におけるＣＤ最大値（すなわち、光学像のＣＤ値の最大値）を示す座標と位相シフト量との相関を把握した上で、その相関を示す検量線に基づき、被検マスク１の位相シフト量を測定する。したがって、その位相シフト量の測定結果は、被検マスク１の露光に用いる露光装置と同様の仕様をもつ光学系を用いて相関を把握することで、非常に正確で信頼性の高いものとなる。しかも、予め相関を把握しておけば、位相シフト量を測定する際には、被検マスク１をセットするだけでよいので、その測定を簡便に行うことができる。

なお、上記（１）に説明した相関の把握においては、２．５μｍのＣＤをもつホールパターンをもつフォトマスクを用い、これによって被転写体上に２．０μｍのホールパターンを形成する場合を想定した。一方、本発明の検査方法は、このパターンに限定されない。異なるデザインのパターンに対しても適用可能である。

例えば、異なるサイズのホールパターンを形成しようとする場合を図１０に示す。すなわち、被転写体上に、上記の場合より大きいＣＤのホールパターン、或いは小さいＣＤのホールパターンを形成する場合について、位相シフト量と、それを露光したときにＣＤ最大値を示すデフォーカス量との相関を検証したものである。一点鎖線のグラフは、マスク上のＣＤが２．３μｍのホールパターンをもつフォトマスクを用い、被転写体上に１．８μｍのホールパターンを形成する場合、点線のグラフは、マスク上のＣＤが２．７μｍのＣＤを持つホールパターンをもつフォトマスクを用い、被転写体上に２．２μｍのホールパターンを形成する場合を示す。Ｒ^２は決定係数である。

これらの場合でも上記同様に一次式による近似が可能であることがわかる。また、得ようとする目標パターンの設計に応じて、上記相関を把握し、種々の検量線を用意することが好ましい。そして、用意した種々の検量線を、参照用データとして、本装置１０のもつメモリ部に保存しておくことが好ましい。

上記フォトマスク検査装置１０とこれを用いたフォトマスク検査方法に適用するフォトマスクの用途には特に制約は無い。位相シフト部を有するものであれば、上述した作用効果を得ることができる。

上記フォトマスク検査装置１０とこれを用いたフォトマスク検査方法は、上述したように、表示装置用のフォトマスクの検査に適用した場合に特に有利であるが、半導体装置製造用のフォトマスクに適用してもよい。また、上記においては転写用パターンとして、ホールパターンを例として説明したが、これに限定されず、他のパターン（例えばラインアンドスペースパターン）を用いても構わない。

ところで、転写用パターンについては、一定の規則性をもって多数のパターンが配列することにより、これらが相互に光学的な影響を及ぼしあう密集（Ｄｅｎｓｅ）パターンと、こうした規則的配列のパターンが周囲に存在しない孤立（Ｉｓｏ）パターンとを、それぞれ区別して呼称することがある。

被検体となるフォトマスク１は、被転写体上に密集パターンを形成する場合、及び、孤立パターンを形成する場合の、いずれであってもよい。
ただし、半導体装置製造用（ＬＳＩ用）の露光装置は、ＮＡが０．２０を超えるのに対し、表示装置製造用（ＦＰＤ用）露光装置は、０．０８５〜０．２０程度である。すなわち、表示装置製造用のフォトマスクを被検体とする場合、相対的に低いＮＡを適用することになり、孤立ラインパターンを用いると、フォーカス状態の変化によるＣＤの変化が比較的小さい。したがって、上記の相関を的確に把握するためには、広範囲のデフォーカス状態を形成する必要が生じる。
このことから、検査の効率においては、ホールパターン（密集又は孤立）、又は、ラインアンドスペースパターン（特に、ピッチが２．５μｍ以下の微細なラインアンドスペースパターン）を対象にするとき、上述した本発明の作用効果が顕著となる。

つまり、上記フォトマスク検査装置１０とこれを用いたフォトマスク検査方法は、密集パターンを形成する場合のみならず、孤立パターンを形成する場合にも適用可能であり、また、孤立パターンについては、特に孤立パターンがホールパターン（すなわち孤立ホールパターン）である場合に有利なものとなる。

＜変形例＞
本発明に係るフォトマスク検査方法及びフォトマスク検査装置は、上述した作用効果を失わない限り、上記の実施形態で開示した態様に限定されない。

例えば、本発明に適用するフォトマスクの用途にも特に制限は無く、半導体製造用フォトマスクを被検マスクとしても良い。本発明に係るフォトマスク検査方法によれば、転写領域外に設けたモニタパターンではなく、転写用パターンの位相シフト量を直接測定できることから、サイズの大きい（したがって、面内で位相シフト量のばらつきが生じる可能性をもつ）表示装置製造用フォトマスクにおいて、特に有用である。

本発明に適用する表示装置製造用フォトマスクの例としては、パターンＣＤとして、４μｍ以下（例えば、１．５〜４．０μｍ）の微細パターンをもつものが挙げられる。これらのフォトマスクは、位相シフト効果による転写性の向上が顕著である。また、等倍プロジェクション露光装置によって転写するものが好ましい。

また、本発明によれば、露光波長（例えばｉ線、ｈ線、ｇ線）のそれぞれに対して、被検マスクが示す位相シフト量を知ることができるため、位相シフト量の波長依存性を把握することが可能である。

さらに、本発明に適用するフォトマスクは、位相シフト膜や遮光膜の一部に、又はそれらに加えて、他の光学膜や機能膜を備えていてもよい。

（フォトマスクの製造方法）
本発明は、上記フォトマスク検査方法を用いた、フォトマスクの製造方法を含む。
すなわち、本発明に係るフォトマスクの製造方法は、
透明基板上に、少なくとも位相シフト膜が形成され、更にレジスト膜が形成されたフォトマスク基板を用意する工程と、
前記フォトマスク基板に対して、所望の転写用パターンを、レーザ描画機などの描画装置によって描画する工程と、
前記レジスト膜を現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンを用いて、前記位相シフト膜をパターニングする工程を有し、
前記パターニングの後に、本発明に係るフォトマスク検査方法による位相シフト量の検査を行うことができる。
なお、前記フォトマスク基板は、フォトマスクブランクでもよく、フォトマスク製造過程のフォトマスク中間体でもよい。

１…フォトマスク、２…透光部、３…位相シフト部、４…透明基板、５…位相シフト膜、１０…フォトマスク検査装置、１１…光源、１２…マスク保持手段、１３…照明光学系、１４…投影光学系、１５…撮像面、１６…光学像取得部、１７…駆動部、１８…計測部、１９…演算部

Claims (12)

1. フォトマスクの転写用パターンに含まれる、位相シフト部の、位相特性を測定する、フォトマスクの検査方法であって、
   投影光学系を備えた検査装置に、前記フォトマスクをセットする工程と、
   セットした前記フォトマスクを露光し、前記投影光学系によって前記位相シフト部の光学像を撮像面上に投影することにより、光学像データを取得する光学像データ取得工程と、
   取得した前記光学像データを用いて、前記位相シフト部の有する位相シフト量を求める演算工程と、を有し、
   前記光学像データ取得工程では、前記フォトマスク、前記投影光学系、及び前記撮像面のうち、少なくとも一部を光軸方向に移動して、複数のフォーカス状態の各々における前記光学像データを取得し、
   前記演算工程では、前記複数のフォーカス状態の各々について前記光学像データからＣＤ値を求め、前記光学像のＣＤ値に基づいて前記位相シフト量を求める、
   フォトマスクの検査方法。
2. 前記演算工程では、前記ＣＤ値が最大値となるフォーカス状態と前記位相シフト量との相関に基づき、前記フォトマスクの位相シフト量を求める、請求項１に記載のフォトマスクの検査方法。
3. 前記演算工程に先立ち、前記転写用パターンについて、前記投影光学系によって形成される光学像のＣＤ値が最大値となるフォーカス状態と、前記位相シフト部が有する位相シフト量との相関を把握する、前工程を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のフォトマスクの検査方法。
4. 前記前工程は、前記転写用パターンについて、前記投影光学系によって形成される光学像のフォーカス状態と、前記フォーカス状態による前記光学像のＣＤ値の変動との相関を把握する工程を含む、請求項３に記載のフォマスクの検査方法。
5. 前記転写用パターンは、孤立パターンを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載のフォトマスクの検査方法。
6. 前記転写用パターンは、ホールパターンを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のフォトマスクの検査方法。
7. 前記位相シフト部は、露光光透過率Ｔが２〜１０％、位相シフト量φが１７０〜１９０度の位相シフト膜が、前記フォトマスクを構成する透明基板上に形成されてなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載のフォトマスクの検査方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のフォトマスクの検査方法を含む、フォトマスクの製造方法。
9. フォトマスクの転写用パターンに含まれる、位相シフト部の、位相特性を測定するためのフォトマスク検査装置において、
   被検体であるフォトマスクを保持するマスク保持手段と、
   光を出射する光源と、
   前記光源が出射する光を導き、前記マスク保持手段により保持されたフォトマスクに照射する照明光学系と、
   前記フォトマスクを透過した光束を受光して撮像面に導く投影光学系と、
   前記撮像面に撮像手段が備えられてなる光学像取得部と、
   前記フォトマスク、前記投影光学系、及び前記撮像面のうち、少なくとも一部を光軸方向に移動して、前記撮像面におけるフォーカス状態を変化させるための駆動部と、
   前記駆動部によって前記フォトマスク、前記投影光学系、及び前記撮像面のうち、少なくとも一部が移動したときの移動距離を計測する計測部と、
   前記光学像取得部によって取得された光学像データから、前記撮像面上の光学像のＣＤ値を求め、前記計測部によって計測された移動距離と前記ＣＤ値とに基づいて、前記位相シフト部の位相シフト量を演算する演算部と、
   を有する、フォトマスク検査装置。
10. 前記投影光学系は、対物レンズを含み、
    前記駆動手段は、前記対物レンズを光軸方向に移動させる、
    請求項９に記載のフォトマスク検査装置。
11. 前記演算部は、前記位相シフト量と前記ＣＤ値が最大値となる前記移動距離との相関を予め記憶するメモリ部を有する、請求項９又は１０に記載のフォトマスク検査装置。
12. 前記投影光学系は、オートフォーカス機構を有する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載のフォトマスク検査装置。