(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置を製造するための露光装置に用いる露光用マスクパターンの検査方法において、前記露光装置の露光波長と実質的に同一の検査波長を使用し、露光装置の投影光学系の開口数より大なる開口数を有する検査装置の検出光学系を用いて前記露光用マスクパターンの画像データを作成するステップと、得られた前記露光用マスクパターンの画像データから、前記検出光学系の情報を基に前記露光用マスクパターンより得られる回折光分布の露光時の結像に寄与する成分を求めるステップと、得られた前記回折光分布の露光時の結像に寄与する成分から、前記露光装置光学系での転写シミュレーションを用いてウェハ上に得られる像強度分布を求めるステップと、得られた前記像強度分布を基に前記画像データと比較して検査の合否判定を行うステップとを備えたことを特徴とする露光用マスクパターンの検査方法。
【請求項２】
前記検査波長（λins ）は、前記露光波長（λ）使用時の光学特性と前記検査波長使用時の光学特性とが実質的に変化しない範囲内で設定されることを特徴とする請求項１に記載の露光用マスクパターンの検査方法。
【請求項３】
前記検査波長（λins ）は、露光波長（λ）に対して、次式（１）の範囲のものを使用することを特徴とする請求項２に記載の露光用マスクパターンの検査方法。
０．９λ≦λins ≦１．１λ・・・（１）
【請求項４】
前記露光用マスクパターンの前記画像データは、画像データの被検査マスク上で換算した画素間隔（Ｄ）が、少なくとも（２）式の条件を満たしていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の露光用マスクパターンの検査方法。
Ｄ≦λins ／（２（１＋σins ）ＮＡins ）・・・（２）
但し、λins は、前記検査波長、ＮＡins は、検査光学系の対物側開口数、σins は、検査光学系のコヒーレンスファクタを表している。
【請求項５】
前記回折光分布は、マスクパターン回折光分布（ｍ（ｆ，ｇ））の内、次式（３）、（４）の範囲に存在する回折光分布のみを前記露光時の結像に寄与する成分として用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の露光用マスクパターンの検査方法。
−（１＋σ）ＮＡ／λ≦ｆ≦（１＋σ）ＮＡ／λ・・・（３）
−（１＋σ）ＮＡ／λ≦ｇ≦（１＋σ）ＮＡ／λ・・・（４）
但し、σは、前記露光装置のコヒーレンスファクタ、ＮＡは、前記露光装置の投影光学系開口数、λは、前記露光波長、ｆ，ｇは、前記露光装置の投影光学系瞳座標を表している。
【請求項６】
前記マスクパターン回折光分布は、次式（５）で定められるＲの値を最小にするように、マスクパターン設計値より得られる回折光分布初期値（ｍ０（ｆ，ｇ））より、摂動を加えてｍ（ｆ，ｇ）の値を求めることを特徴とする請求項５に記載の露光用マスクパターンの検査方法。
Ｒ（ｍ）＝∫［Ｉ（ｘ，ｙ）−Ｆ-1｛∫ＴＣＣ（ｆ，ｇ；ｆ′，ｇ′）ｍ（ｆ、ｇ）ｍ* （ｆ′，ｇ′）ｄｆｄｇｄｆ′ｄｇ′｝］ｄｘｄｙ・・・（５）
但し、Ｆ-1{ ｝は、フーリエ逆変換、ＴＣＣは、相互透過係数を表している。
【請求項７】
前記マスクパターン回折光分布（ｍ（ｆ，ｇ））は、得られた前記画像データを前記検出光学系の検出装置面での光強度分布に校正したデータ（Ｉ（ｘ，ｙ））より、次式（６）で定められるＲの値を最小にするようにして得られることを特徴とする請求項５に記載の露光用マスクパターンの検査方法。
Ｒ（ｍ）＝∫［Ｉ（ｘ，ｙ）−Ｆ-1｛Σσｋ（（φｋ・ｍ（ｆ，ｇ））★（φｋ・ｍ（ｆ，ｇ）* ｝］ｄｘｄｙ・・・（６）
但し、Ｆ-1{ ｝は、フーリエ逆変換、φｋは、相互透過係数（ＴＣＣ）をＯＣＡ（Optimal Coherent Assumption ）により固有値展開した関数核、σｋは、固有値、★は、相関（correlation ）計算を表している。
【請求項８】
前記検査の合否判定を行うステップは、予め定められた露光時のフォーカシング精度や露光量ばらつきを想定して、その条件下でウェハ上で得られる加工形状を求め、その寸法精度が予め定められた基準を満足するかどうかで判定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の露光用マスクパターンの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に用いられる露光用のマスクの検査方法に関し、とくに検査により発見された欠陥が許容可能かどうかの判定をより厳密に行うマスクパターンの検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年のＬＳＩなどの半導体装置の微細化に伴い、この製造に用いられる露光用マスクに形成されたマスクパターン寸法も１μｍを下回るサイズのものが必要となってきている。また、設計通りにウェハ上にパターンが転写できなくなる現象、すなわち、光近接効果（ＯＰＥ：Optical Proximity Effects ）も顕在化してきており、補正を加えたマスクパターンを用いることにより、転写後の形状を所望の設計パターン通りに仕上げる技術、すなわち、光近接効果補正（ＯＰＥ：Optical Proximity Correction）が必要となってきている。この技術を導入することにより、ウェハ上のＣＤ変動を抑制することが可能となり、より微細なパターンまでウェハ上に設計通り忠実に仕上げられるようになってきている。この結果、逆に、ウェハ上での所望パターン形状（設計値）に対し、実際にマスクパターンとして必要な形状は、大きく異なって来ている。このようなマスクに対して欠陥検査が困難になってきている。
【０００３】
マスク欠陥検査装置の測定方式としては光学式とＥＢ式の２方式が一般に行われている。検査手法としては、複数のチップ間の差を検出する方式（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄｉｅ）、マスクパターンデータとの差を検出する方式（ｄｉｅ−ｔｏ−ｄａｔａｂａｓｅ（ＤＢ））が行われている。現在問題となっているのは、差をどこまで許容するか、そのスペックを明確化するのが非常に困難となってきていることにある。つまり、マスク作成の観点から、ある許容値以下の欠陥については修正を行わずそのまま払い出すことでマスク供給のｙｉｅｌｄを向上させることが可能であるが、その許容値を如何に設定するかが困難な状況となってきている。このような問題に対し、従来はプログラム欠陥と呼ばれる、欠陥寸法や欠陥発生位置を複数準備したデータを用いて作成したマスクを準備し、欠陥の種類別に転写テストを行ってＯＫ、ＮＧを判定するサイズを決定するという手法を用いていた。最近でも、プログラム欠陥マスクを作成して転写テストを行った結果の報告がなされている（Proc．  SPIE  Vol.3677  pl.722-733、J.Fung  Chun等）。また、近年ではこれを補完する形で、リソグラフィーシミュレーション技術を導入し、シミュレーション上で欠陥寸法や発生位置等を振ったデータに対して転写テストを行うことによりマスク上の許容欠陥寸法等を求めてきていた。
【０００４】
また、最近検査装置で得られたマスク像を直接転写シミュレーションに流用することにより、ＯＫ／ＮＧを判定する手法に関しても報告がなされている（Proc．  SPIE  Vol.3677  pl.711-720, Donald Pettibone、Wafer Printability Simulation Accuracy Based on UV Optical Inspection Images of Reticle Defects ）。さらに、マスクを露光光学系と同等の解像特性を有する装置にて観察し、欠陥転写特性を調べる手法も提案されている（Proc. SPIE Vol.3236 pl.136-141, Fritz Ganz等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらには幾つかの問題点が存在する。
プログラム欠陥マスクを作成して転写テストを行い評価する手法に関しては、欠陥の種類が限られることにより、一般化することが困難である。また、どの程度の欠陥サイズまで検出するかという、いわゆる検査感度に関しても欠陥の種類毎に設定する必要があり、極めて煩雑且つ特殊化したものとなってしまう。
また、シミュレーションにより転写特性を判定する手法については、とくにマスクパターンから輪郭を抽出して行う手法であったとしても、微小パターンによるトポグラフィ効果の影響やグレイトーン（gray tone ）の位相透過率欠陥に対する精度を確保するのは困難である。図３乃至図１１を参照して以上のことを具体的に説明する。図３は、マスクパターンの平面図である。図３に示すように、ハーフトーン部がライン状に形成された０．１５μｍラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン（ウェハ上寸法換算、４倍体マスク想定）に欠陥がＡ領域に存在するとする。図４乃至図７は、Ａ領域の欠陥の透過率、位相、サイズを振ったときに検出光学系で得られる像強度分布を二値化して示す拡大図である。想定した検出光学系の光学条件及び被測定対象となるマスクの条件は、以下のように示される。
【０００６】
（条件）  検査波長＝２４８ｎｍ、開口数（ＮＡ）＝０．９、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．８、ハーフトーン位相シフトマスク使用、二値化に使用した閾値＝０．１７６９（マスク基板（非ハーフトーン部）大開口部通過光を１に規格化した時の値）
但し、図４乃至図７の欠陥は、サイズが１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍの黒欠陥であり、図４は、位相差１８０度、図５は、位相差９０度、図６は、透過率０％、図７は、透過率１２％である。
図８は、検査光学系による欠陥検出サイズ（縦軸）（μｍ）とマスクの欠陥寸法（横軸）（μｍ）との関係を示す特性図であり、検出光学系より得られる欠陥のサイズと実際のレチクル（マスク）上の欠陥サイズとの関係を示している。図８において、−×−が図４に対応し、−○−が図５に対応し、−■−が図６に対応し、−△−が図７に対応している。
【０００７】
図９乃至図１１は、焦点深度（ＤＯＦ）（縦軸）（μｍ）と共通露光裕度（横軸）（％）との関係を示す特性図であり、マスク上の欠陥に対してウェハ上のレジスト寸法の共通裕度がどのように劣化するかを示している。図において、図８と同様に、−×−が図４に対応し、−○−が図５に対応し、−■−が図６に対応し、−△−が図７に対応している。また、図９のマスク上欠陥サイズは、０．１μｍ、図１０のマスク上欠陥サイズは、０．１５μｍ、図１１のマスク上欠陥サイズは、０．２μｍである。
以下にウェハ上の転写シミュレーションの際に用いた露光条件を示す。図１２は、本発明及び従来の露光装置の概略斜視図である。
【０００８】
（条件）  露光波長＝２４８ｎｍ、開口数（ＮＡ）＝０．６８、コヒーレンスファクタ（σ）＝０．７５、輪帯照明（遮蔽率＝２／３）
ここでレジスト寸法を求めるモデルとして、光学像Ｉ（ｘ）に対してガウス関数を畳み込み積分し、露光量に対応する閾値で寸法を定義する手法を用いた。
Ｉｇ（ｘ）＝Ｉ（ｘ）（×）ｇ（ｘ）＝１／（√（π）・ΔＬ）∫Ｉ（ｘ−ｘ′）ｅｘｐ（−ｘ′2 ／ΔＬ2 ）ｄｘ′                ・・・（７）
ここではΔＬ＝６０ｎｍとして計算した。（×）は、畳み込み積分（cnvolution）を表わしている（実際の記号は、○の中に×を記すことで表わされる）。
【０００９】
例えば、必要裕度として、露光量余裕度１０％＠０．５μｍＤＯＦ（Depth Of Focus：焦点深度）とした場合、図９（ｂ）に示すようにマスク上寸法で０．１５μｍの欠陥では透過率０％、９０度位相６％透過率欠陥についてはＯＫであるが、その他についてはＮＧとなっている。図８に示すように、対応する検査装置で得られる欠陥サイズは、ＯＫパターンに関しては０であるのに対し、ＮＧパターンでは０．０８〜０．１μｍ程度となっている。図９（ｃ）に示す０．２μｍ欠陥の場合、全てＮＧとなるが、露光裕度の観点からみると、０％透過率欠陥と６％９０度位相欠陥の両者はあまり変わらないのに、その検出光学系での検出される欠陥サイズは２０ｎｍ程度異なって検出される。このように透過率や位相が異なると許容欠陥サイズとその検出光学系で得られるサイズとの相関が劣化することによって、許容欠陥サイズそのものを厳しい方向に設定せざるを得なくなってしまう。この結果本来、出荷可能なマスクについてもＮＧと判定してしまい、結果マスク製造の生産効率を落してしまうことが考えられる。
【００１０】
露光装置と同等の解像特性（ＮＡ／λ／σ）を有する装置を用いることに関しては、実際の露光装置固有の特性（収差等）が異なることが多く、その影響を除去するのが困難である。
以上のように、従来の検査手法では許容欠陥寸法に関してかなり余裕をみたスペックにせざるを得ず、結果としてスペックインしたマスク供給が困難となってくる。
本発明は、このような事情によりなされたものであり、より厳密に欠陥の転写性をマスク像から直接求めることが可能となり、許容欠陥サイズをより厳密に求められることからスペックを緩和することが可能となる露光用マスクパターンの検査方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体装置を製造するための露光用マスクの検査方法において、マスクパターンの検査像から直接露光転写シミュレーションを行うことを特徴としている。従来手法であるｄｉｅ−ｔｏ−ＤＢ手法では、マスク上に存在する欠陥が許容されるかどうかの判定が困難であるのに比較し、マスクパターンの検査像から直接露光転写シミュレーションを行うことにより、高精度な判断を下すことが可能となり、マスク作成のｙｉｅｌｄ向上を達成することが可能となる。すなわち、本発明の露光用マスクの検査方法は、半導体装置を製造するための露光装置に用いる露光用マスクパターンの検査方法において、前記露光装置の露光波長と実質的に同一の検査波長を使用し、露光装置の投影光学系の開口数より大なる開口数を有する検査装置の検出光学系を用いて前記露光用マスクパターンの画像データを作成するステップと、得られた前記露光用マスクパターンの画像データから、前記検出光学系の情報を基に前記露光用マスクパターンより得られる回折光分布の露光時の結像に寄与する成分を求めるステップと、得られた前記回折光分布の露光時の結像に寄与する成分から、前記露光装置光学系での転写シミュレーションを用いてウェハ上に得られる像強度分布を求めるステップと、得られた前記像強度分布を基に前記画像データと比較して検査の合否判定を行うステップとを備えたことを特徴としている。
【００１２】
前記検査波長（λins ）は、前記露光波長（λ）使用時の光学特性と前記検査波長使用時の光学特性とが実質的に変化しない範囲内で設定されるようにしても良い。前記検査波長（λins ）は、露光波長（λ）に対して、次式（１）の範囲のものを使用するようにしても良い。
０．９λ≦λins ≦１．１λ                  ・・・（１）
また、前記露光用マスクパターンの前記画像データは、画像データの被検査マスク上で換算した画素間隔（Ｄ）が、少なくとも（２）式の条件を満たしているようにしても良い。
Ｄ≦λins ／（２（１＋σins ）ＮＡins ）    ・・・（２）
但し、λins は、前記検査波長、ＮＡins は、検査光学系の対物側開口数、σ、ins は、検査光学系のコヒーレンスファクタを表している。
【００１３】
また、前記回折光分布は、マスクパターン回折光分布（ｍ（ｆ，ｇ）の内、次式（３）、（４）の範囲に存在する回折光分布のみを前記露光時の結像に寄与する成分低次項として用いるようにしても良い。
−（１＋σ）ＮＡ／λ≦ｆ≦（１＋σ）ＮＡ／λ・・・（３）
−（１＋σ）ＮＡ／λ≦ｇ≦（１＋σ）ＮＡ／λ・・・（４）
但し、σは、前記露光装置のコヒーレンスファクタ、ＮＡは、前記露光装置の投影光学系開口数、λは、前記露光波長、ｆ、ｇは、前記露光装置の投影光学系瞳座標を表している。
【００１４】
また、前記マスクパターン回折光分布は、次式（５）で定めＲの値を最小にするように、マスクパターン設計値より得られる回折光分布初期値（ｍ０（ｆ，ｇ））より、摂動を加えてｍ（ｆ，ｇ）の値を求めるようにしても良い。
Ｒ（ｍ）＝∫［Ｉ（ｘ，ｙ）−Ｆ-1｛∫ＴＣＣ（ｆ，ｇ；ｆ′，ｇ′）ｍ（ｆ、ｇ）ｍ＊（ｆ′、ｇ′）ｄｆｄｇｄｆ′ｄｇ′｝］ｄｘｄｙ・・・（５）
但し、Ｆ-1{ ｝は、フーリエ逆変換、ＴＣＣは、相互透過係数を表している。また、前記マスクパターン回折光分布（ｍ（ｆ、ｇ））は、得られた前記画像データを前記検出光学系の検出装置面での光強度分布に校正したデータ（Ｉ（ｘ，ｙ））より、次式（６）で定められるＲの値を最小にするようにして得られるようにしても良い。
【００１５】
Ｒ（ｍ）＝∫［Ｉ（ｘ，ｙ）−Ｆ-1｛Σσｋ（（φｋ・ｍ（ｆ，ｇ））★（φｋ・ｍ（ｆ，ｇ）＊｝］ｄｙｄｘ                  ・・・（６）
但し、Ｆ-1{ ｝は、フーリエ逆変換、φｋは、相互透過係数（ＴＣＣ）をＯＣＡ（Optimal Coherent Assumption ）により固有値展開した関数核、σｋは、固有値、★は、相関（correlation ）計算を表している。
また、前記検査の合否判定を行うステップは、予め定められた露光時のフォーカシング精度や露光量ばらつきを想定して、その条件下でウェハ上で得られる加工形状を求め、その寸法精度が予め定められた基準を満足するかどうかで判定するようにしても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
まず、図１、図２及び図１２乃至図１５を参照して実施例を説明する。
図１は、本発明の半導体装置の製造に用いる露光用フォトマスクのパターン検査方法を説明する工程図、図２は、本発明に用いるサンプリング定理を説明する特性図、図１２は、本発明の半導体装置の製造に用いる露光装置の斜視図、図１３は、検査光学系により得られたマスクパターン像を表す（８）式のＴＣＣを求めるための積分領域を示す特性図、図１４は、本発明のＴＣＣ（ｆ，０；ｆ′，０）の帯域を示す特性図、図１５は、本発明の検査方法を説明するフローチャートである。本発明では光学式検査装置によって形成されたマスクパターン像を用いる。
【００１７】
図１により本発明の半導体装置の製造に用いる露光用フォトマスクのパターン検査方法を説明する。露光装置の露光波長と実質的に同一の検査波長を使用し、露光装置の投影光学系の開口数より大なる開口数を有する検査装置１の検出光学系に露光用マスク２を配置し、この検出光学系により露光用マスクパターンの画像データ３を作成する。このようにして得られた露光用マスクパターンの画像データ３から、検出光学系の情報を基にして再構成手法（deconvolution ）４により露光用マスクパターンから得られた回折光分布の低次項５を求める。得られた回折光分布の低次項から、露光装置の光学系での転写シミュレーション(Optical Simulation)を用いてウェハ上に得られる像強度分布を求める。その後、この像強度分布を基に検査の合否判定を行う、すなわち、像強度分布 (wafer image)でのマージンをチェック(check) して所定の予め定められた基準と比較する。
【００１８】
図１５は、図１に示す検査方法によりマスクパターンを修正する方法を説明するフローチャートである。図１に示すように、マスクパターンを検査装置に搭載して画像データを形成し、画像データから検出光学系の情報を基にして再構成手法によりマスクパターンから得られた回折光分布の低次項を求め、この低次項から、露光装置の光学系での露光シミュレーションを用いてウェハ上に得られる像強度分布を求める。この像強度分布からシミュレーションを用いて、ウェハ上転写後パターンのリソマージンを求める。得られたリソマージンが所定の基準を超える大きさの場合には判定はＯＫとなって露光装置にマスクを装着して半導体装置の製造工程における露光処理を行う。マスクパターンの欠陥起因等で所定の基準以下となっている場合には判定はＮＧとなって欠陥を修正してから露光装置に装着するか、もしくは再描画する。
【００１９】
図１２は、本発明の半導体装置の製造工程に用いる露光装置の概略図である。露光光源１０からの光は、σ絞り１１をかけられて、本発明の検査方法でＯＫとなったマスク１２を通過する。マスク１２を通過した光は、所定の値を有するＮＡ絞り１４を備えた投影光学系１３を通ってフォトレジストが形成されたウェハ１５に照射されて露光される。その後現像工程などの後工程が行われて半導体装置が形成される。
一般に光学式検査装置の開口数（ＮＡins ）は、露光装置で用いるＮＡに比較して大きい。また検査波長に関しても、露光波長とほぼ同一のものを用いるものが増えてきている。これは検査装置の解像力向上を狙ったものである。検査光学系により得られる像は、露光装置に用いられている投影光学系と同様に、部分コヒーレント結像理論を用いて、以下のような式で表わされる。
Ｉ（ｘ，ｙ）＝Ｆ-1｛∫ＴＣＣ（ｆ，ｇ；ｆ′，ｇ′）ｍ（ｆ，ｇ）ｍ＊（ｆ′，ｇ′）ｄｆｄｇｄｆ′ｄｇ′｝                  ・・・（８）
但し、Ｆ｛｝は、フーリエ変換であり、Ｆ-1｛｝は、フーリエ逆変換、ＴＣＣは、相互透過係数（Transmission Cross Coefficient）である。
【００２０】
図１３にこの式の積分領域を示す。
ＴＣＣ（ｆ，ｇ；ｆ′，ｇ′）＝∫Ｓ（ｆ″，ｇ″）Ｐ（ｆ＋ｆ″，ｇ＋ｇ″）Ｐ＊（ｆ′＋ｆ″，ｇ′＋ｇ″）ｄｆ″ｄｇ″        ・・・（９）
但し、Ｓは、有効光源分布を表し、ｉｆ√（ｆ2 ＋ｇ2 ）≦σins ＮＡins ／λins 、Ｓ（ｆ，ｇ）＝１，Ｅｌｓｅ  Ｓ（ｆ，ｇ）＝０である。但し、σins は、コヒーレンスファクタを表している。
また、Ｐは、瞳関数を表し、ｉｆ√（ｆ2 ＋ｇ2 ）≦ＮＡins ／λins 、｜Ｐ（ｆ，ｇ）｜＝１，Ｅｌｓｅ  Ｐ（ｆ，ｇ）＝０である。ｍ（ｆ，ｇ）は、マスクパターンより得られる回折光分布であり、Ｆ-1｛ｍ（ｆ，ｇ）｝＝ｍ（ｘ，ｙ）で表される。また、ｍ（ｘ，ｙ）は、マスクパターンの複素振幅透過率分布を表している。
得られたマスクパターン像Ｉ（ｘ，ｙ）は、マスクパターンを透過する回折光のうち、実際の露光時に使用される成分を全て含んだものとなっている。ここで得られたマスクパターン像から再構成手法（deconvolution ）を用いることでマスクパターンの回折光分布を再構成することは原理的に可能である。
【００２１】
以下に再構成手法の詳細について述べる。
（９）式で表されるＴＣＣは、部分コヒーレント光学系の伝達特性を示し、その式から得られる伝達特性は、帯域制限（ｂａｎｄ  ｌｉｍｉｔ）されているため、実際に転写に使用される回折光分布の内、結像に寄与するのは低次成分のみとなる。
図１４は、ＴＣＣ（ｆ，０；ｆ′，０）の帯域を示す特性図である。上記部分コヒーレント結像式から分かるように、ＴＣＣが帯域制限受けているためその帯域外の回折光成分の影響を像強度Ｉ（ｘ，ｙ）が受けないことは明白である。
即ち、露光波長λ、露光装置の投影光学系の開口数ＮＡ、コヒーレンスファクタσとすると、図１に記載されているように、露光時に使用されるマスクパターンからの回折光分布は、その回折角をθとすると、次式（１０）の回折光のみ露光時に寄与する。
−（１＋σ）ＮＡ／λ≦Ｍｓｉｎθ≦（１＋σ）ＮＡ／λ・・・（１０）
但し、１／Ｍは、マスク縮小率を表している。
【００２２】
ｍ（ｆ，ｇ）を求めるには、例えば、設計データより初期値ｍ０（ｆ，ｇ）を求め、これを（１０）式に代入して得られる光学像Ｉ０（ｘ，ｙ）と、得られた検査光学像Ｉ（ｘ，ｙ）の差分を最小化するようにｍ（ｆ，ｇ）を摂動させて求める手法や、上記式（１０）を、Journal of Optical Society of America A/ Vol.11, No.9/ pl.2438-2452/ Sep.(1994) で、Y.C.Pati等が“Phase-shifting masks for microlithography: automated design and mask requirements ”の中で説明しているＯＣＡ（Optimal Coherent Assumption ）手法に従って固有値展開して得られた式を利用する手法等が考えられる。
ＯＣＡによる結像式Ｉ（ｘ，ｙ）は、略以下のように表される。
Ｉ（ｘ，ｙ）〜Ｆ-1｛Σσｋ（（φｋ・ｍ（ｆ，ｇ））★（φｋ・ｍ（ｆ，ｇ）＊｝］                                              ・・・（１１）
但し、σｋは、ＴＣＣを固有関数核Φｋ（ｋ＝０，１，１，２，・・・，Ｎ）で最適展開した際の固有値、φｋは、Φｋのフーリエ変換、★は、相関（correlation ）計算を表している。
【００２３】
この式を利用することにより光学像計算部が高速化されるため、より速く回折光分布を求めることが可能となる。
このようにして得られた回折光分布より、露光装置のＮＡ、σ等及びレジストのパラメータ等を適宜与えてウェハ上転写シミュレーションを行う。このシミュレーションによって、より厳密な判定を行うことが可能となる。
従来のマスクパターンの輪郭を抽出してシミュレーションを行う手法と比較すると、本発明の手法を用いた場合、輪郭情報ではなくマスクパターンの回折光分布情報を直接求めるため、スカラー回折理論からのずれは回避可能であり、且つグレイトーン（ｇｒａｙ  ｔｏｎｅ）欠陥による影響も考慮することが可能となっている。
本発明において、マスク全面に対し上記チェック（check ）を行わず、先にフィルタリング（filtering ）してエラー箇所候補を絞った上で実施することにより、高速な検査処理を達成することが可能となる。この際、フィルタリング手法として、従来の検査手法と適宜組み合わせることが望ましい。即ち、ｄｉｅ  ｔｏ  ＤＢやｄｉｅ  ｔｏ  ｄｉｅ手法において、その検出感度を厳しく設定した上で上記発明に従った手法を適用することにより、シミュレーション回数を削減でき、より高速な処理が可能となる。
なお、本発明の好ましい実施形態であるが、検査装置に用いる検査波長は、露光波長と略同じであることが望ましい。もしくはマスクに使用する光学部材（基板、遮光部材等）、欠陥要因となるマスクパターンプロセス用材料（マスクパターニング用レジスト等）の光学特性が露光波長使用時とそれほど変化しない、もしくは換算可能な範囲内に検査波長を設定することが望ましい。
【００２４】
また、本発明に用いる検出光学系の像強度モニター素子の分解能（素子サイズ）に関して、少なくとも、検査光学装置のＮＡins 、λins より決定されるｃｕｔｏｆｆ周波数（νｃ≦（１＋σins ）ＮＡins ／λins ）の逆数の１／２より小さいことが必要である。露光装置は、光学的に見て一種のローパスフィルタ（ｌｏｗｐａｓｓ  ｆｉｌｔｅｒ）として機能するため、検出光学系を介して得られた像は、空間周波数的に帯域制限（ｂａｎｄｌｉｍｉｔ）されている。図２に示す標本化定理（Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｔｈｅｏｒｅｍ）より、ｃｕｔｏｆｆ周波数の逆数の１／２倍より細かくサンプリングされたデータから任意の空間座標位置での像を再構成することが可能となる。
また、像強度モニター素子の性能に関して、できるだけ広範囲、多階調、且つリニアリティに優れたものを用いることが望ましい。測定時にサチュレーション（saturation）を起こさない範囲で、少なくとも２５６階調以上の強度方向分解力を有する素子が望ましい。
また、検査後の合否判定を行う手段としては、図９にて説明したような露光量余裕度、焦点深度を計算より求めた上で、必要マージンを確保できているかどうかでもって判定することが望ましい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、露光に使用する露光波長とほぼ同等の検査波長を用いることにより、マスクの透過率分布を正確に反映した像が得られ、且つ検査装置の対物光学系のＮＡとして露光光学系の投影光学系のＮＡより大なるものを使用することにより、得られる像には露光時に使用される回折光分布の成分が全て含まれることとなる。よって検査光学系より得られる像強度分布に対して再構成手法を行うことによって、マスクパターンより得られる回折光分布を再構成することが可能となり、この分布を用いて露光シミュレーションを実行することにより高精度の欠陥転写特性を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の製造に用いる露光用フォトマスクのパターン検査方法を説明する工程図。
【図２】本発明に用いる標本化（サンプリング）定理を説明する特性図。
【図３】マスクパターンの平面図。
【図４】図３のＡ領域の拡大平面図。
【図５】図３のＡ領域の拡大平面図。
【図６】図３のＡ領域の拡大平面図。
【図７】図３のＡ領域の拡大平面図。
【図８】検査光学系による欠陥検出サイズ（縦軸）（μｍ）とマスクの欠陥寸法（横軸）（μｍ）との関係を示す特性図。
【図９】焦点深度（ＤＯＦ）（縦軸）（μｍ）と共通露光裕度（横軸）（％）との関係を示す特性図。
【図１０】焦点深度（ＤＯＦ）（縦軸）（μｍ）と共通露光裕度（横軸）（％）との関係を示す特性図。
【図１１】焦点深度（ＤＯＦ）（縦軸）（μｍ）と共通露光裕度（横軸）（％）との関係を示す特性図。
【図１２】本発明及び従来の露光装置の概略斜視図。
【図１３】本発明の検査光学系により得られたマスクパターン像を表す（８）式のＴＣＣを求めるための積分領域を示す特性図。
【図１４】本発明のＴＣＣ（ｆ，０；ｆ′，０）の帯域を示す特性図。
【図１５】本発明の検査方法を説明するフローチャート。
【符号の説明】
１・・・検査装置、    ２・・・マスク、    ３・・・画像データ、
４・・・再構成、    ５・・・回折項分布の低次項、
１０・・・露光光源、    １１・・・σ絞り、    １２・・・マスク、
１３・・・投影光学系、    １４・・・ＮＡ絞り、    １５・・・ウェハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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