JP5178561B2 - パターン検査方法、パターン検査装置、フォトマスク製造方法、およびパターン転写方法 - Google Patents

Description

この発明は、単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたイメージデバイス用フォトマスクのパターンムラを検査するパターン検査方法、パターン検査装置、該パターン検査方法を実施してフォトマスクを製造するフォトマスク製造方法、および該フォトマスク製造方法を実施して製造されたフォトマスクを使用して転写対象に転写パターンを転写するパターン転写方法に関する。

フォトリソグラフィ技術を用いたフォトマスクの技術分野では、マスクブランクに転写されたパターンが設計パターンを正確に再現しているか否かを判断する基準として所定のマスク品質仕様が知られている。代表的な品質項目としては、例えばパターン形状精度、パターン寸法（ＣＤ：Critical dimension）精度、パターン位置精度などがある。実装製品上で誤動作が起きないよう正確な回路パターンをデバイス用基板に転写させるためには、各品質項目が所定の品質仕様を満足する、つまり実質的に欠陥の無いフォトマスクを製造する必要がある。一方、上記繰り返しパターンに生じた周期乱れ（又は繰り返し誤差）を検査するパターン検査方法やパターン検査装置は、例えば特許文献１や２などの文献に開示されている。

特許文献１に記載のパターン検査方法及びパターン検査装置は、フォトマスクによる所定次数以上の回折光を結像光学系に選択的に入射させる。次いで、入射された回折光を再合成させ、それによって得られる像を検出してＣＤ欠陥などを検査する。

特許文献２に記載のパターン検査方法及びパターン検査装置は、フォトマスクをフーリエ変換して得た空間周波数スペクトル中の所定周波数以上の成分を除去し、除去後の空間周波数スペクトルを分析してフォトマスク中の繰り返し誤差パターンを定量的に評価（検査）する。

特開２００５−２３３８６９号公報

特開平８−１９４３０５号公報

ところで、フォトマスクの製造技術の分野においては、フォトマスクに形成された転写パターンの形状検査が行われ、必要に応じて欠陥修正が行われた上で、出荷がされる。特にイメージデバイス用のフォトマスクの量産にあたっては、出荷に先立ち、パターン形状欠陥のみでなく、パターンムラの有無を判定して品質保証を簡易かつ速やかに得ることが重要である。

一般に、フォトマスクの欠陥の基準は、所定の品質仕様（実装製品を誤動作させないため、正確な回路パターンをデバイス用基板に転写させるのに必要な品質仕様）を基に設定される。従って、一般のＬＳＩ（Large Scale Integration）用フォトマスクにおいては、上記基準を満足させることが肝要である。一方、イメージデバイス用フォトマスクでは上記のような欠陥に関する品質仕様以外にも考慮すべき事項がある。例えば規則的に配列された正確なパターンに、それとは異なる規則性をもつエラーが含まれる場合を考える。かかるエラーは、たとえ、上記した欠陥に関する品質仕様を満足したとしても、必ずしも十分な製品性能をもつとは限らない。この種のエラーを看過して製造されたイメージデバイスの映像には、該エラーに起因する表示ムラが発生する虞がある。例えば、繰り返しパターンを構成する単位パターンとしては品質上問題のない程度の微小な線幅や位置ずれのエラーであっても、領域としてみたときに、ある規則的をもって多数配列したり、ある部分に多数が密集したりすると、上記表示デバイスといった最終製品においては、周囲と異なる色や濃度として視覚により認識され、恰も欠陥として識別されることがある。これらの表示ムラは、イメージデバイスの画質を低下させる原因であるため望ましくない。本明細書においては、単位パターンとしては欠陥と判断されない程度の微細なエラーであっても、一定の面積に含まれる繰り返しパターンを評価したときに表示ムラを生じさせるなどの不都合を生じるエラーを「パターンムラ」と表現する。

特許文献１に記載のパターン検査方法及びパターン検査装置においては、例えば所定の検査対象を用いて、高次回折像を得た結果、不都合が見出されなかったとしても、該検査対象が品質保証を充足するか否かを判断することはできない。該文献においては、回折像の実像を観察するために、所定位置に撮像面を配置するが、その撮像面では検出できないパターンムラが存在することがあるからである。換言すれば、同一検査対象であっても、検査すべき欠陥種別に応じて検出できる検査条件（例えばフォーカス条件）が異なるため、フォトマスクと対物レンズとの間隔を変えてフォーカスを調整するなど検査条件を変更して、同一検査対象の検査を複数回実施する必要がある。そのため、欠陥の有無を判定するだけでも、複数の検査条件によって検査を行うこととなり、検査時間が長くリードタイム面で不利である。さらに、検査データが欠陥種別毎に存在するため、データ解析装置側の処理負荷を増大させる問題もある。

特許文献２に記載のパターン検査方法及びパターン検査装置においては、フォトマスクの欠陥を高感度に検知するため、空間フィルタを用いて単位セルの内部と理想的な繰り返し周期に関する情報が選択的に除去される。しかし、被検体となるフォトマスクのパターン形状毎にフィルタリング用マスクを用意し、かつ設置しなければならない不都合があり、低次回折光のノイズを除去して十分な感度で検出することは困難であるため、当該方法及び装置を安易に採用することはできない。

このように、従来型のパターン検査方法及びパターン検査装置は、検査の冗長性や装置設定の困難性などの問題があり、フォトマスクのパターンムラの有無を簡易かつ速やかに検査するには不向きな構成であった。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、イメージデバイス用フォトマスクのパターンムラの有無を簡易かつ速やかに検査するのに好適なパターン検査方法、パターン検査装置、該パターン検査方法を実施してフォトマスクを製造するフォトマスク製造方法、及び該フォトマスク製造方法を実施して製造されたフォトマスクを使用して転写対象に転写パターンを転写するパターン転写方法を提供することである。

上記の課題を解決する本発明の一形態に係るパターン検査方法は、単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクのパターンムラを検査する方法に関し、以下の特徴を有する。すなわち、かかるパターン検査方法は、繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射ステップと、光束による繰り返しパターンの照射により生じた回折光に対応するフーリエ変換像を検出するフーリエ変換像検出ステップと、検出されたフーリエ変換像に基づきフォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定ステップとを含む。フーリエ変換像検出ステップにおいては、フォトマスクのパターンムラに対応するフーリエ変換像と、正常パターンに対応するフーリエ変換像とが空間的に分離されるように、回折光のうち所定の高次回折光に対応するフーリエ変換像を検出する。

このようにフォトマスクの実像で無くフーリエ変換像を観測することにより、フォトマスクのパターンムラの有無を簡易かつ速やかに判定してフォトマスクの品質保証を迅速に得ることができるため、フォトマスクの製造効率が向上することとなる。

本発明に係るパターン検査方法においては、フォトマスクのパターンムラに対応するフーリエ変換像と、正常パターンに対応するフーリエ変換像とを空間的に分離させるべく、例えば次数の絶対値が２０〜７００である高次回折光を利用してフーリエ変換像を生成するのが好適である。

上記の課題を解決する本発明の別の側面に係るパターン検査方法は、単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクのパターンムラを検査する方法に関し、以下の特徴を有する。すなわち、かかるパターン検査方法は、繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射ステップと、光束による繰り返しパターンの照射により生じた回折光に対応するフーリエ変換像を検出するフーリエ変換像検出ステップと、検出されたフーリエ変換像に基づきフォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定ステップとを含む。フーリエ変換像検出ステップにおいては、光束の波長をλ（単位：μｍ）と定義し、単位パターンのピッチをω（単位：μｍ）と定義し、パターンムラを含む該単位パターンのピッチをω’（単位：μｍ）と定義し、光学系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の分解能をｐ（単位：ｍｍ）と定義し、０次の回折光に対してｎ次の回折光がなす角度をθｎ（単位：ｄｅｇ）と定義した場合に、回折光のうち次の条件を満たすｎ次の回折光、
ｆ（ｔａｎ（Δθｎ））＞ｐ
但し、Δθｎ＝ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω）−ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω’）
に対応するフーリエ変換像を検出する。

ここで、本発明に係るパターン検査方法は、好ましくは、フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の法線と、照射ステップにおいて光束を照射する照明光学系との光軸とがなす角度をθｉと定義した場合に、
０＜θｉ＜９０
を満たす。

照射ステップにおいて照射される光束には、フーリエ変換像を生成するため、少なくとも空間的に実質的にコヒーレントであって単波長の平行光束が好適である。

パターンムラ判定ステップにおいては、フーリエ変換像検出ステップで検出されたフーリエ変換像と所定のリファレンス像とを比較し、比較結果に基づいてフォトマスクのパターンムラの有無を自動的に判定することが検査効率を向上させる上で好ましい。

本発明に係るパターン検査方法は、一度に検査可能な検査領域がフォトマスクの検査対象全域より狭い場合に、フォトマスクを移動させて検査領域を連続的に走査しつつ、該検査領域に対して、照射ステップ、フーリエ変換像検出ステップ、パターンムラ判定ステップの各ステップを実施して、フォトマスクのパターンムラの有無を判定することが好ましい。

また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係るフォトマスク製造方法は、マスクブランクに所定のマスクパターンを形成してフォトマスクを製造する方法であって、上記に記載のパターン検査方法を実施して、マスクパターンが形成されたフォトマスクのパターンムラの有無を判定するステップを含むことを特徴とする。

また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係るパターン転写方法は、上記に記載のフォトマスク製造方法を実施して製造されたフォトマスクを用いて転写対象基板にマスクパターンを転写することを特徴とする。

また、上記の課題を解決する本発明の一形態に係るパターン検査装置は、単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクのパターンムラを検査する装置に関し、以下の特徴を有する。すなわち、かかるパターン検査装置は、繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射手段と、照射手段により繰り返しパターンを照射した際に生じた回折光に対応するフーリエ変換像を検出するフーリエ変換像検出手段と、検出されたフーリエ変換像に基づきフォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定手段とを有する。フーリエ変換像検出手段は、フォトマスクのパターンムラに対応するフーリエ変換像と、正常パターンに対応するフーリエ変換像とが空間的に分離されるように、回折光のうち所定の高次回折光に対応するフーリエ変換像を検出するように構成される。

本発明に係るパターン検査装置においては、フォトマスクのパターンムラに対応するフーリエ変換像と、正常パターンに対応するフーリエ変換像とを空間的に分離させるべく、例えば次数の絶対値が２０〜７００である高次回折光を利用してフーリエ変換像を生成するのが好適である。

また、上記の課題を解決する本発明の別の側面に係るパターン検査装置は、単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクのパターンムラを検査する装置に関し、以下の特徴を有する。すなわち、かかるパターン検査装置は、繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射手段と、照射手段により繰り返しパターンを照射した際に生じた回折光に対応するフーリエ変換像を検出するフーリエ変換像検出手段と、検出されたフーリエ変換像に基づきフォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定手段とを有する。フーリエ変換像検出手段は、光束の波長をλ（単位：μｍ）と定義し、単位パターンのピッチをω（単位：μｍ）と定義し、パターンムラを含む該単位パターンのピッチをω’（単位：μｍ）と定義し、光学系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の分解能をｐ（単位：ｍｍ）と定義し、０次の回折光に対してｎ次の回折光がなす角度をθｎ（単位：ｄｅｇ）と定義した場合に、回折光のうち次の条件を満たすｎ次の回折光、
ｆ（ｔａｎ（Δθｎ））＞ｐ
但し、Δθｎ＝ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω）−ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω’）
に対応するフーリエ変換像を検出するように構成される。

本発明に係るパターン検査装置は、好ましくは、上記の照射手段が光束を照射するための照明光学系を有し、フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の法線と、照明光学系との光軸とがなす角度をθｉと定義した場合に、
０＜θｉ＜９０
を満たすように構成される。

ここで、上記の照射手段により照射される光束は、少なくとも空間的に実質的にコヒーレントであって単波長の平行光束であることが好ましい。

また、上記のパターンムラ判定手段は、フーリエ変換像検出手段で検出されたフーリエ変換像と所定のリファレンス像とを比較し、比較結果に基づいてフォトマスクのパターンムラの有無を自動的に判定する構成としてもよい。

本発明に係るパターン検査装置においては、一度に検査可能な検査領域がフォトマスクの検査対象全域より狭い場合に、フォトマスクを移動させて検査領域を連続的に走査させる検査領域走査手段をさらに有する構成としてもよい。

本発明に係るパターン検査方法、パターン検査装置、及びフォトマスク製造方法によれば、フォトマスクのパターンムラの有無を簡易かつ速やかに判定してフォトマスクの品質保証を迅速に得ることができるため、フォトマスクの製造効率が向上することとなる。

本発明の実施形態のパターン検査装置の全体の構成を概略的に示す図である。 本発明の実施形態のパターン検査装置の主要部分の構成を概略的に示す図である。 パターンムラの無い理想的なフォトマスクを概略的に示す図である。 フォトマスクのパターン形成面に形成されるパターンムラの一例を示す図である。 本発明の実施形態のパターン検査装置が有する撮像装置により撮影される空間周波数スペクトルを示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態のパターン検査方法、パターン検査装置、フォトマスク製造方法、及びパターン転写方法について説明する。なお、各図においては説明の便宜上、各種構成部品を支持する支持部についての図示を一部省略している。

本実施形態において検査対象とされるフォトマスクは、例えばＦＰＤ（Flat Panel Display、例えば液晶表示装置）、プラズマ表示装置、ＥＬ（Electro Luminescence）表示装置、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）表示装置、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）表示装置などのイメージデバイス用基板を製造するために用いられる露光用マスクである。この種のフォトマスクは、一辺が例えば１ｍを超える大型な方形基板上に１個または複数個のイメージデバイス用転写パターンが形成されたものである。それぞれの転写パターンには、多数の同一パターンが繰り返し形成された繰り返しパターンが含まれる。

図１は、本実施形態のパターン検査装置１の全体の構成を概略的に示した図である。パターン検査装置１は、透明基板１１の表面に繰り返しパターン１２が形成されたフォトマスク１０のパターンムラを検査するのに適した構成を有している。本実施形態では、詳しくは後述するが、被検体となるフォトマスク１０の裏面側（パターンのない側）から光を照射し、表面（パターン形成面）側で受光する構成が採用されている。別の実施形態では、フォトマスク１０の表面側から光を照射し、裏面側で受光する構成にしてもよい。

本実施形態において検査対象たるフォトマスク１０の製造方法について説明する。フォトマスク１０は、マスクブランク製造工程、レジストパターン形成工程、マスクパターン形成工程、パターン欠陥検査工程の各工程を経て製造される。また検査対象は上記フォトマスク１０の中間体である、レジストパターンが形成されたもの、レジストパターンをマスクにしてマスクパターンが形成されたもの（レジストパターン剥離前のもの）でもかまわない。マスクパターンが形成される前段階の基板が検査対象である場合には、透過光を観察する図１の装置を変更し、反射光を観察することで検査が行える。

マスクブランク製造工程においては、透明基板１１の表面に遮光膜などの薄膜が形成される。透明基板１１の材料には、例えば合成石英ガラス基板などが適している。また、繰り返しパターン１２を構成する薄膜の材料には、例えばクロムなどの遮光性を有する材料や半透光性の材料が適している。かかる薄膜上にレジストが塗布されてレジスト膜が形成されることにより、マスクブランクが完成する。次いで、レジストパターン形成工程において、描画機によるレーザービームがマスクブランクのレジスト膜に照射される。ラスター描画方式などの任意の描画方式を用いた描画処理が施されて、所定のパターンがレジスト膜に露光される。所定のパターンを露光後、現像により、使用したレジスト（ポジレジストまたはネガレジスト）に応じて、描画部又は非描画部が選択的に除去されてレジストパターンが形成される。マスクパターン形成工程においては、レジストパターンをマスクとして薄膜がエッチングされて、繰り返しパターン（遮光膜パターン）１２が形成される。次いで、残存レジストが除去される。フォトマスク１０は、残存レジストが除去された後、フォトマスク１０の製造工程の一環としてパターン欠陥検査工程が実施される。なお、上記フォトマスク１０は、単層の遮光膜がパターニングされたいわゆるバイナリマスクであるほか、積層された遮光膜や半透光膜がそれぞれパターニングされてなる、多階調マスクであってもよい。積層膜をパターニングする場合には、マスクブランク製造工程からマスクパターン形成工程までの上記フォトリソグラフィ工程が複数回施される。

パターン欠陥検査工程においては、個々のパターンに対して形状欠陥の検査を行うことができる。欠陥が発見された場合には、該フォトマスク１０に、欠陥種別に応じて黒欠陥修正処理や白欠陥修正処理などを施すことができる。更に、上記レジスト除去後、または、上記パターン欠陥検査による修正処理の後に、フォトマスク１０にはパターンムラの検査が行われる。この検査のため、上記フォトマスク１０は、パターン検査装置１にセットされる。パターン欠陥検査工程において検査に合格したフォトマスク１０にはペリクルが装着される。

ペリクルが装着されたフォトマスク１０を用いて、パターン転写工程が実施される。パターン転写工程においては、繰り返しパターン１２を含む転写パターンがイメージデバイス用基板のレジスト膜に転写され、転写パターンに基づく画素パターンがイメージデバイス用基板の表面に形成される。上記画素パターンは、例えば液晶表示パネルの薄膜トランジスタや対向基板、カラーフィルタなどの繰り返しパターンである。

次に、パターン欠陥検査工程においてフォトマスク１０のパターンムラを検査するために用いられるパターン検査装置１の構成を説明する。

フォトマスク１０は、マスクパターン（又はレジストパターン）形成工程を経た後、図１に示されるようにステージ２０に支持される。ステージ２０は、例えばＸＹステージとして構成されており、フォトマスク１０をＸ方向又はＹ方向に移動自在に支持する。本明細書においては、図１で紙面に垂直な方向をＸ方向と定義し、Ｘ方向と直交しかつ互いに直交する二方向をＹ方向、Ｚ方向と定義する。かかる定義によれば、ステージ２０は、繰り返しパターン１２が形成されたフォトマスク１０の表面（以下、「パターン形成面１２ａ」と記す。）がＸＹ平面と平行をなすようにフォトマスク１０を支持する。また、撮像装置４０は、その光軸ＡＸがＺ軸と平行をなすように支持されている。

パターン検査装置１においては、照明装置３０からの照射光により照射されたフォトマスク１０の像を撮像装置４０により撮影する必要がある。照射光を妨げないため、ステージ２０が有する支持体は、例えばフォトマスク１０の外周部分のみを支持するように枠状に形成されている。

ステージ２０によるフォトマスク１０のＸ方向又はＹ方向の移動により、撮像装置４０による撮影範囲（検査視野）が移動（走査）される。なお、ステージ２０を固定ステージとした場合には、検査視野を走査すべく、照明装置３０と撮像装置４０を共にステージ２０に対してＸ方向又はＹ方向に移動自在に構成する。

図２は、パターン検査装置１の主要部分の構成を概略的に示す図である。図２に示されるように、照明装置３０は、光源部３１と照明光学系３２を有している。光源部３１には、例えば、少なくとも空間的に実質的にコヒーレントであって単波長の光を照射する光源が適している。この種の光源には例えば半導体レーザーなどのレーザーを使用することができる。

照明光学系３２は、フォトマスク１０と光源部３１との間に配置されている。照明光学系３２は、光源部３１からのコヒーレント光を平行化して透明基板１１に入射角θｉ（単位：ｄｅｇ）で入射させる。なお、図２においては図面を明瞭化する便宜上、透明基板１１内部を進む光線の図示は省略している。

光源部３１及び照明光学系３２は、入射角θｉ（別の表現によれば、後述のフーリエ変換面の法線（光軸ＡＸ）と照明光学系３２の光軸とがなす角度）が例えば０＜θｉ＜９０の範囲（より好ましくは２０＜θｉ＜８０の範囲）に収まるように配置、構成されている。照明光学系３２は、少なくとも撮像装置４０による検査視野を含むパターン形成面１２ａ上の一部の領域（例えばφ６０〜７０ｍｍ程度の領域）を照射する。フォトマスク１０に対して照射光を斜入射させるように構成された装置を用いることにより、入射角に応じた所望の次数の回折光を利用して例えば液晶表示装置製造用などの表示デバイスに生じるパターンムラを容易に検出できるようになる。

透明基板１１は平行平面の光学基板である。そのため、コヒーレント光は、透明基板１１から射出角θｉ（つまり入射角θｉと同じ角度）で射出される。パターン形成面１２ａが射出角θｉのコヒーレント光により照射されたとき、パターン形成面１２ａに形成された周期的構造（つまり繰り返しパターン１２）により回折光が生じる。ここで、コヒーレント光は、撮像装置４０の光軸ＡＸに対して角度をなしている。そのため、０次を含む低次の回折光は、撮像装置４０が位置する方向とは異なる方向に回折される。撮像装置４０の光軸ＡＸに平行な光路には、回折角θｎ（単位：ｄｅｇ）である−ｎ次付近の高次の回折光が進む。撮像装置４０が有する結像レンズ４１には、実質的に、−ｎ次およびそれより高次（絶対値が大きい）回折光のみが入射される。

フォトマスク１０の典型的なパターンムラは正常パターンに対して微細である。欠陥検査を精度良く行うには、物体の微細構造に関する情報を含む高次回折光を利用するのが好適である。そのため、パターン検査装置１は、低次回折光を排除すると同時に高次回折光を利用して、フォトマスク１０のパターンムラの有無を検査するように構成されている。

撮像装置４０は、照明光学系３２により照射されたパターン形成面１２ａ上において生じた回折光を撮影するエリアカメラである。撮像装置４０は、結像レンズ４１の物体側焦点面をパターン形成面１２ａに位置させるように配置されている。また、撮像装置４０は、固体撮像素子４２（例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device））を有している。固体撮像素子４２は、受光面４２ａが結像レンズ４１の像側焦点面に位置するように配置されている。そのため、パターン形成面１２ａを透過したコヒーレント光は、結像レンズ４１によるフーリエ変換作用により、パターン形成面１２ａに置かれた透過画像に応じたフーリエ変換像を受光面４２ａ上に形成する。固体撮像素子４２は、受光面４２ａ上のフーリエ変換像を光強度分布として検出して、得られた空間周波数スペクトルを検出光量に応じた電荷として蓄積し画像信号に変換する。変換された画像信号は、データ処理装置５０に出力される。

ここで、図３に、パターンムラの無い理想的なフォトマスク１０を概略的に示す。図３に示されるように、理想的なパターン形成面１２ａには、繰り返しパターン１２をなす複数の単位パターン１３がマトリクス状に所定のピッチω（単位：μｍ）で配列される。本実施形態で想定される各単位パターン１３は、例えば５０〜６００（単位：μｍ）の範囲に収まる線幅を有する。なお、図３に示される単位パターン１３の数は便宜上である。パターン形成面１２ａに実際上形成される単位パターン１３の数はより多数である。

図４（Ａ）〜図４（Ｄ）の各図に、パターン形成面１２ａに形成されるパターンムラの一例を示す。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）の各図においては、パターンムラが存在するパターン形成面１２ａ上の欠陥領域に符号１４を付す。図４（Ａ）は、特定の単位パターン１３群のピッチがピッチωと異なるパターンムラを示す。図４（Ｂ）は、特定の単位パターン１３群の位置が他の単位パターン１３群に対してずれたパターンムラを示す。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示されるパターンムラは、パターン位置精度に関するものであり、例えばレーザービームによる描画の繋ぎ目に生じる位置ズレが原因で発生する。図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）は、特定の単位パターン１３群が他の単位パターン１３群より細く又は太くなるパターンムラを示す。図４（Ｃ）及び図４（Ｄ）に示されるパターンムラは、ＣＤ精度に関するものであり、例えば描画時におけるレーザービームの強度変動が原因で発生する。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）の各図に例示されるパターンムラ以外に、例えば特定の単位パターン１３群に同じ形状欠陥が生じた場合なども、パターン検査装置１において対象となるパターンムラであることを言い添えておく。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）の各図に、撮像装置４０により撮影される空間周波数スペクトルを示す。なお、図５（Ａ）、図５（Ｂ）の各図においては、図面の明瞭化のため、明暗を反転させて空間周波数スペクトルを図示している。

図３に示されるように、単位パターン１３群がパターンムラ無く規則的に配列されている場合、各単位パターン１３の配列に起因して生じる回折光は、フーリエ変換面（受光面４２ａ）に、ある周期をもって規則的に分布する。かかる場合、受光面４２上で、十字型パターン１００が等ピッチで並ぶ空間周波数スペクトルが検出される（図５（Ａ）参照）。

一方、図４（Ａ）〜図４（Ｄ）の各図に示されるように、パターンムラがパターン形成面１２ａに形成されている場合、フーリエ変換面における回折光の分布がパターンムラに起因して乱れる。このときの乱れが空間周波数成分１１０となって現れる。空間周波数成分１１０は、典型的なパターンムラが正常な単位パターン１３の形状に生じた空間周波数の高い異常成分であることから、図５（Ｂ）に示されるように、各十字型パターン１００（の中心）から離れた位置に分布する。パターンムラの有無を精度良く検出するためには、空間周波数成分１１０を十字型パターン１００から分離させて分布させる必要がある。ここで「分離」は、例えば一般的な情報端末による画像解析処理などにより、空間周波数成分１１０と十字型パターン１００とが明確に区別できる程度に互いの画像が空間的に離れている状態を示す。

具体的には、パターン形成面１２ａに形成された周期的構造により生じる回折光の回折次数の絶対値をｎと定義し、光源部３１が照射するコヒーレント光の波長をλ（単位：μｍ）と定義し、単位パターン１３のピッチをω（単位：μｍ）と定義した場合に、ｎ次回折光は、０次回折光に対して次の条件（１）
θｎ＝ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω）・・・（１）を満たす角度で射出される。

パターン形成面１２ａから距離Ｌ（単位：ｍｍ）離れた観察面上における０次回折光の位置とｎ次回折光の位置との差異（距離）をｈ（単位：ｍｍ）と定義した場合、距離ｈは、次の条件（２）
ｈ＝Ｌ（ｔａｎθｎ）・・・（２）
を満たす。

さらに、検出したいエラー量をΔω（単位：μｍ）と定義し、エラーを含む部分の単位パターン１３のピッチをω’（＝ω±Δω、単位：μｍ）と定義し、単位パターン１３のピッチがω、ω’であるときのそれぞれのｎ次回折光の上記観察面上における位置の差異（距離）をΔｈ（単位：ｍｍ）と定義した場合、距離Δｈは、次の条件（３）
Δｈ＝ｈ−ｈ’
＝Ｌ（ｔａｎθｎ−ｔａｎθ’ｎ）
＝Ｌ｛ｔａｎ（ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω））−ｔａｎ（ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω’））｝・・・（３）
を満たす。

距離Δｈを観測する撮像装置４０（結像レンズ４１）の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、単位パターン１３のピッチがω、ω’であるときのそれぞれのｎ次回折光の受光面４２ａ上における位置の差異（距離）をΔｈ’（単位：ｍｍ）と定義した場合、距離Δｈ’は、次の条件（４）
Δｈ’＝ｆ（ｔａｎ（Δθｎ））・・・（４）
但し、Δθｎ＝θｎ−θ’ｎ
＝ｔａｎ^−１（Δｈ’／ｆ）
＝ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω）−ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω’）
を満たす。

さらに、固体撮像素子４２の受光面４２ａに配列された画素のピッチをｐ（単位：ｍｍ）と定義する。このときパターンムラに起因して生じた空間周波数成分１１０を十字パターン１００から分離させて撮影するためには、パターン検査装置１を次の条件（５）を満たすように構成する。
Δｈ’＞ｐ・・・（５）

ところで、微細なパターンムラを高精度に検査するためには、先に述べたように高次回折光を利用することが好適である。本出願人は、フォトマスクの技術分野における技術常識（つまりフォトマスクの実像を観て欠陥検査を行う）に囚われること無く発想を転換し、フーリエ変換像を観て欠陥検査を行うことに着想した。そして、その着想から更に、パターンムラの有無を簡易かつ速やかに検査するため、上述した、パターンムラに対応するスペクトル（つまり空間周波数成分１１０）を十字型パターン１００から分離させて観察する方法を想起している。本出願人は、パターンムラのサイズが正常パターン（単位パターン１３）に対して微細であるほど、空間周波数成分１１０を十字型パターン１００から分離させるにあたり、より高い次数の回折光の利用が好適であることを見出している。

イメージデバイス用であるフォトマスク１０の単位パターン１３のピッチωと典型的なパターンムラのサイズとの関係を鑑みた場合、条件（５）を満たす構成のパターン検査装置１を用いて空間周波数成分１１０と十字型パターン１００とを分離させるためには、結像レンズ４１に入射させるｎ次回折光が次の条件（６）を満たすことが望ましい。
２０≦ｎ・・・（６）
ｎ次回折光が条件（６）を満たす場合には、空間周波数成分１１０を十字型パターン１００から分離させることができる。一方、ｎ次回折光が条件（６）を満たさない場合には、空間周波数成分１１０を十字型パターン１００から分離させることができない。

ここで、回折光は、次数が高くなるほど光量が減少する。そのため、ノイズが増えるなどして検査精度が低下する懸念がある。そのため、ｎ次回折光は、次の条件（７）を満たすことがより一層好ましい。
２０≦ｎ≦７００・・・（７）
ｎ次回折光が条件（７）を満たす場合には、受光面４２ａ上で検出される空間周波数スペクトルのノイズによる劣化が抑えられるため、精度の高い検査が保障される。ｎ次回折光が条件（７）の上限を超える場合には、空間周波数スペクトルのノイズが増加して、検査精度が低下する虞がある。

なお、検査精度のより一層の向上には、ｎ次回折光を例えば次の条件（８）を満たすように設定することが望ましい。
３０＜ｎ＜６００・・・（８）

以下に、パターン検査装置１の具体的数値構成を例示する。固体撮像素子４２は、例えば１／３型でかつＶＧＡ（Video Graphics Array）である。この場合の画素ピッチｐは６．３５μｍである。また、光源部３１が照射するコヒーレント光の波長λ、結像レンズ４１の焦点距離ｆ、検査され得る典型的なパターンムラのサイズΔωは次の通りである。λ ：０．５３２μｍ
ｆ ：５０ｍｍ
Δω：０．１μｍ

単位パターン１３のピッチωが１００μｍであるとき、空間周波数成分１１０を十字型パターン１００から分離させるには、−２４次以上（フォトマスク１０と照明装置３０との位置関係によっては＋２４次以上）の次数の回折光を結像レンズ４１に入射させるようにパターン検査装置１を構成する。また、単位パターン１３のピッチωが２００μｍ、３００μｍであるとき、空間周波数成分１１０を十字型パターン１００から分離させるには、それぞれ、−９２次以上（上記位置関係によっては＋９２次以上）、−２００次以上（上記位置関係によっては＋２００次以上）の次数の回折光を結像レンズ４１に入射させるようにパターン検査装置１を構成する。

例えば単位パターン１３のピッチωが４００μｍ、５００μｍ又は６００μｍのフォトマスク１０を検査する場合を考える。ピッチωが４００μｍ、５００μｍ、６００μｍであるとき、空間周波数成分１１０を十字型パターン１００から分離させるには、それぞれ、−３３９次以上（上記位置関係によっては＋３３９次以上）、−５０２次以上（上記位置関係によっては＋５０２次以上）、−６８１次以上（上記位置関係によっては＋６８１次以上）の次数の回折光を結像レンズ４１に入射させるようにパターン検査装置１を構成する。

データ処理装置５０は、例えば一般的なデスクトップＰＣ（Personal Computer）であり、フォトマスク１０の欠陥検査を行うための欠陥検査用アプリケーションがインストールされている。データ処理装置５０は、欠陥検査用アプリケーションを起動して、固体撮像素子４２から出力される画像信号に基づき検査画像（例えば図５（Ａ）や図５（Ｂ）に示される画像）を生成する。次いで、生成された検査画像と所定のリファレンス画像（パターンムラが存在しない理想的なフォトマスク１０の空間周波数スペクトルであって、実質的に空間周波数成分１１０が現れていない画像）とを比較して差分を検出する。データ処理装置５０は、検出された差分に基づいてフォトマスク１０に対するパターンムラの有無を判定する。具体的には、データ処理装置５０は、空間周波数成分１１０が十字型パターン１００から分離して現れているときには、フォトマスク１０がパターンムラを含むと判定する。一方、空間周波数成分１１０が現れていないとき（空間周波数成分１１０が十字型パターン１００から分離していないとき）には、フォトマスク１０にパターンムラが含まれないと判定する。データ処理装置５０による判定結果は、ディスプレイ６０に表示される。

作業者は、ディスプレイ６０に表示される判定結果に基づき、フォトマスク１０のはパターンムラの有無を確実に把握することができる。フォトマスク１０に対するパターンムラの有無の判定は、例えばフォトマスク１０の有効領域全体の走査が完了した時点、或いはパターンムラが検知された時点で終了する。

本実施形態のパターン検査装置１によれば、従来のように欠陥種別を考慮して検査条件（フォーカスの調整など）を変更し欠陥種別に応じた検査を繰り返し行う必要が無い。検査条件を変更すること無くフォトマスク１０を連続的に走査して検査できるため、検査時間が大幅に短縮される。フォトマスク１０の有効領域全体を走査してパターンムラが無いと判定された場合には、フォトマスク１０の品質保証が簡易かつ速やかに得られることとなる。この場合は、パターンムラの具体的内容を検査することなく次工程に進むことができ、製造効率の向上に資する。なお、パターンムラの具体的内容を検査、解析するため、例えば結像レンズ４１によるフーリエ変換像を実像に変換し、変換された実像を撮影して解析する構成をパターン検査装置１に組み込んでもよい。

このように、本実施形態のパターン検査装置１によれば、パターンムラの有無を簡易かつ速やかに検査できるため、検査時間が大幅に短縮されてリードタイム面などで有利である。また、本実施形態のパターン検査装置１は、低次回折光のノイズを除去するための空間フィルタを必須としない簡易な構成であるため、設計開発時又は製造時の負担が軽減される。

以上が本発明の実施形態の説明である。本発明は、上記の構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲において様々な変形が可能である。

１ パターン検査装置
１０ フォトマスク
２０ ステージ
３０ 照明装置
４０ 撮像装置
５０ データ処理装置
６０ ディスプレイ

Claims (16)

1. 単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクのパターンムラを検査するパターン検査方法において、
   前記繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射ステップと、
   前記光束による前記繰り返しパターンの照射により生じた回折光に対応するフーリエ変換像を検出するフーリエ変換像検出ステップと、
   前記検出されたフーリエ変換像に基づき前記フォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定ステップと、
   を含み、
   前記フーリエ変換像検出ステップにおいて、前記フォトマスクのパターンムラに対応するフーリエ変換像と、正常パターンに対応するフーリエ変換像とが空間的に分離されるように、前記回折光のうち所定の高次回折光に対応するフーリエ変換像を検出することを特徴とするパターン検査方法。
2. 前記高次回折光は、次数の絶対値が２０〜７００であることを特徴とする、請求項１に記載のパターン検査方法。
3. 単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクのパターンムラを検査するパターン検査方法において、
   前記繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射ステップと、
   前記光束による前記繰り返しパターンの照射により生じた回折光に対応するフーリエ変換像を所定の光学系を介して検出するフーリエ変換像検出ステップと、
   前記検出されたフーリエ変換像に基づき前記フォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定ステップと、
   を含み、
   前記光束の波長をλ（単位：μｍ）と定義し、前記単位パターンのピッチをω（単位：μｍ）と定義し、前記パターンムラを含む該単位パターンのピッチをω’（単位：μｍ）と定義し、前記光学系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、前記フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の分解能をｐ（単位：ｍｍ）と定義し、０次の前記回折光に対してｎ次の前記回折光がなす角度をθｎ（単位：ｄｅｇ）と定義した場合に、前記フーリエ変換像検出ステップにおいて、前記回折光のうち次の条件を満たすｎ次の前記回折光、
   ｆ（ｔａｎ（Δθｎ））＞ｐ
   但し、Δθｎ＝ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω）−ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω’）
   に対応するフーリエ変換像を検出することを特徴とするパターン検査方法。
4. 前記フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の法線と、前記照射ステップにおいて前記光束を照射する照明光学系との光軸とがなす角度をθｉと定義した場合に、
   ０＜θｉ＜９０
   を満たすことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れかに記載のパターン検査方法。
5. 前記照射ステップにおいて照射される前記光束は、少なくとも空間的に実質的にコヒーレントであって単波長の平行光束であることを特徴とする、請求項１から請求項４の何れかに記載のパターン検査方法。
6. 前記パターンムラ判定ステップにおいては、前記フーリエ変換像検出ステップで検出されたフーリエ変換像と所定のリファレンス像とを比較し、比較結果に基づいて前記フォトマスクのパターンムラの有無を判定することを特徴とする、請求項１から請求項５の何れかに記載のパターン検査方法。
7. 一度に検査可能な検査領域が前記フォトマスクの検査対象全域より狭い場合に、
   前記フォトマスクを移動させて前記検査領域を連続的に走査しつつ、該検査領域に対して、前記照射ステップ、前記フーリエ変換像検出ステップ、前記パターンムラ判定ステップの各ステップを実施して、前記フォトマスクのパターンムラの有無を判定することを特徴とする、請求項１から請求項６の何れかに記載のパターン検査方法。
8. マスクブランクに所定のマスクパターンを形成してフォトマスクを製造するフォトマスク製造方法において、
   請求項１から請求項７に記載のパターン検査方法を実施して、前記マスクパターンが形成されたフォトマスクのパターンムラの有無を判定するステップを含むことを特徴とするフォトマスク製造方法。
9. 請求項８に記載のフォトマスク製造方法を実施して製造されたフォトマスクを用いて転写対象基板に前記マスクパターンを転写することを特徴とするパターン転写方法。
10. 単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクパターンムラを検査するパターン検査装置において、
    前記繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射手段と、
    前記照射手段により前記繰り返しパターンを照射した際に生じた回折光に対応するフーリエ変換像を検出するフーリエ変換像検出手段と、
    前記検出されたフーリエ変換像に基づき前記フォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定手段と、
    を有し、
    前記フーリエ変換像検出手段は、前記フォトマスクのパターンムラに対応するフーリエ変換像と、正常パターンに対応するフーリエ変換像とが空間的に分離されるように、前記回折光のうち所定の高次回折光に対応するフーリエ変換像を検出することを特徴とするパターン検査装置。
11. 前記高次回折光は、次数の絶対値が２０〜７００であることを特徴とする、請求項１０に記載のパターン検査装置。
12. 単位パターンの周期的配列からなる繰り返しパターンが透明基板上に形成されたフォトマスクのパターンムラを検査するパターン検査装置において、
    前記繰り返しパターンを所定の光束により照射する照射手段と、
    前記照射手段により前記繰り返しパターンを照射した際に生じた回折光に対応するフーリエ変換像を検出するフーリエ変換像検出手段と、
    前記検出されたフーリエ変換像に基づき前記フォトマスクのパターンムラの有無を判定するパターンムラ判定手段と、
    を有し、
    前記フーリエ変換像検出手段は、前記光束の波長をλ（単位：μｍ）と定義し、前記単位パターンのピッチをω（単位：μｍ）と定義し、前記パターンムラを含む該単位パターンのピッチをω’（単位：μｍ）と定義し、前記光学系の焦点距離をｆ（単位：ｍｍ）と定義し、前記フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の分解能をｐ（単位：ｍｍ）と定義し、０次の前記回折光に対してｎ次の前記回折光がなす角度をθｎ（単位：ｄｅｇ）と定義した場合に、前記回折光のうち次の条件を満たすｎ次の前記回折光、
    ｆ（ｔａｎ（Δθｎ））＞ｐ
    但し、Δθｎ＝ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω）−ｓｉｎ^−１（ｎλ／ω’）
    に対応するフーリエ変換像を検出することを特徴とするパターン検査装置。
13. 前記照射手段は、前記光束を照射するための照明光学系を有し、
    前記フーリエ変換像が検出されるフーリエ変換面の法線と、前記照明光学系との光軸とがなす角度をθｉと定義した場合に、
    ０＜θｉ＜９０
    を満たすことを特徴とする、請求項１０から請求項１２の何れかに記載のパターン検査装置。
14. 前記光束は、少なくとも空間的に実質的にコヒーレントであって単波長の平行光束であることを特徴とする、請求項１０から請求項１３の何れかに記載のパターン検査装置。
15. 前記パターンムラ判定手段は、前記フーリエ変換像検出手段で検出されたフーリエ変換像と所定のリファレンス像とを比較し、比較結果に基づいて前記フォトマスクのパターンムラの有無を判定することを特徴とする、請求項１０から請求項１４の何れかに記載のパターン検査装置。
16. 一度に検査可能な検査領域が前記フォトマスクの検査対象全域より狭い場合に、
    前記フォトマスクを移動させて前記検査領域を連続的に走査させる検査領域走査手段をさらに有することを特徴とする、請求項１０から請求項１５の何れかに記載のパターン検査方法。

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