(57)【要約】【課題】ＯＤが３程度のオパークモリシリ膜の透過率を安定して測定できる透過率測定方法を実現する。【解決手段】本発明では、モニタパターンに向けて照明ビームを投射して撮像装置上に横ずらし干渉画像を形成する。シアリング干渉計の横ずらし量を調整することにより、透明基板だけを透過した透過光同士による干渉画像（２１）、及び透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉画像（２２ａ，２２ｂ）が形成される。続いて、１周期分の位相変調を行い、各干渉画像の位相変調の振幅を測定する。本発明では、透明基板だけを透過した透過光同士による干渉画像の位相変調データの振幅、及び透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉画像の位相変調データの振幅の比の２乗を算出することにより、遮光膜の透過率を算出することができる。この結果として、極めて低い透過率の遮光膜であっても、外乱の影響を受けず安定して透過率測定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に遮光膜が形成されているマスクブランクス又はフォトマスクの遮光膜の透過率をシアリング干渉計を用いて測定する透過率測定方法であって、
マスクブランクス又はフォトマスクから遮光膜を部分的に除去し、透明基板が露出した形態のモニタパターンを形成する工程と、
透明基板の遮光膜が形成されていない側から、モニタパターンに向けて照明ビームを投射する工程と、
前記マスクブランクス又はフォトマスクから出射した透過光を対物レンズを介して集光し、集光した透過光をシアリング干渉計に送出する工程と、
シアリング干渉計に入射した透過光を第１及び第２の透過ビームに分割する工程と、
シアリング干渉計のシアリング量を調整し、シアリング光路を伝搬する第１の透過ビームと位相変調光路を伝搬する第２の透過ビームとが部分的に重なり合った合成ビームを形成する工程と、
前記合成ビームを撮像装置上に入射させて横ずらし干渉画像を形成する工程と、
前記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、位相変調量と輝度値との関係を示す位相変調データを取得する工程とを含み、
前記横ずらし干渉画像は、前記マスクブランクス又はフォトマスクの透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される第１の干渉画像と、第１の干渉画像の一方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第２の干渉画像と、第１の干渉画像の他方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第３の干渉画像とを含み、
当該透過率測定方法は、さらに、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第２の干渉画像及び／又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する工程を含むことを特徴とする透過率測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の透過率測定方法において、前記遮光膜は、０．０１％〜０．１％付近の透過率を有するモリシリバイナリー遮光膜としたことを特徴とする透過率測定方法。
【請求項３】
透明基板上に透過率が０．０１％〜０．１％付近のモリシリバイナリー遮光膜が一様に形成されているマスクブランクスのモリシリバイナリー遮光膜の透過率をシアリング干渉計を用いて測定する透過率測定方法であって、  
マスクブランクスから遮光膜を部分的に除去し、透明基板が露出したモニタパターンを形成する工程と、  
透明基板の遮光膜が形成されていない側から、露光装置で用いられるＡｒＦレーザから出射する照明ビームをモニタパターンに向けて投射する工程と、
マスクブランクスから出射した透過光を対物レンズを介して集光し、集光した透過光をシアリング干渉計に送出する工程と、
シアリング干渉計に入射した透過光を第１及び第２の透過ビームに分割する工程と、
シアリング干渉計のシアリング量を調整し、シアリング光路を伝搬する第１の透過ビームと位相変調光路を伝搬する第２の透過ビームとが部分的に重なり合った合成ビームを形成する工程と、
前記合成ビームを撮像装置上に入射させて横ずらし干渉画像を形成する工程と、
前記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、位相変調量と輝度値との関係を示す位相変調データを取得する工程とを含み、
前記横ずらし干渉画像は、透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される第１の干渉画像と、第１の干渉画像の一方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第２の干渉画像と、第１の干渉画像の他方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第３の干渉画像とを含み、
さらに、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第２の干渉画像及び／又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する工程を含むことを特徴とする透過率測定方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の透過率測定方法において、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第２の干渉画像又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を遮光膜の透過率として出力することを特徴とする透過率測定方法。
【請求項５】
請求項１、２又は３に記載の透過率測定方法において、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第１の干渉画像と隣接する第２の干渉画像及び第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗をそれぞれ算出し、算出した２つの２乗値の平均値を遮光膜の透過率として出力することを特徴とする透過率測定方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の透過率測定方法において、前記撮像装置は、２次元アレイ状に配列された複数の受光素子を有するＣＣＤ撮像素子により構成したことを特徴とする透過率測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の透過率測定方法において、前記ＣＣＤ撮像素子はビニング機能を有し、各受光素子に蓄積された電荷を複数画素分ずつ読み出すことを特徴とする透過率測定方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の透過率測定方法において、前記シアリング干渉計としてマッハツエンダ干渉計を用い、前記照明ビームを発生する照明光源として露光装置で用いられるＡｒＦレーザを用いることを特徴とする透過率測定方法。
【請求項９】
透明基板上に遮光膜が形成されているマスクブランクス又はフォトマスクの遮光膜の透過率を測定する透過率測定装置であって、
遮光膜が部分的に除去され、透明基板が露出した形態のモニタパターンを有するマスクブランクス又はフォトマスクを支持するステージと、
透明基板の遮光膜が形成されていない側から、モニタパターンに向けて照明ビームを投射する照明系と、
前記マスクブランクス又はフォトマスクから出射した透過光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された透過光を受光するシアリング干渉計であって、  入射した透過光を第１及び第２の透過ビームに分割するビーム分割素子、第１の透過ビームをシアリングするシアリング光路、第２の透過ビームについて位相変調を行う位相変調光路、及び、シアリング光路及び位相変調光路を伝搬した透過ビームを合成して合成ビームを出射するビーム合成素子を含むシアリング干渉計と、
シアリング干渉計から出射した合成ビームを受光する撮像装置と、
撮像装置からの出力信号を処理して遮光膜の透過率を出力する信号処理装置とを有し、
前記撮像装置上には、前記マスクブランクス又はフォトマスクの透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される第１の干渉画像と、第１の干渉画像の一方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第２の干渉画像と、第１の干渉画像の他方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第３の干渉画像とを含む横ずらし干渉画像が形成され、
前記信号処理装置は、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第２の干渉画像及び／又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する手段を有することを特徴とする透過率測定装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の透過率測定装置において、前記信号処理装置は、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と第２の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する第１の振幅比算出手段と、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乗を算出する第２の振幅比算出手段と、これら第１及び第２の振幅比算出手段からの出力信号の平均値を求める手段とを有し、得られた平均値を遮光膜の透過率として出力することを特徴とする透過率測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスクブランクスや各種フォトマスクに形成された遮光膜の透過率を測定する透過率測定方法及び透過率測定装置に関するものである。
特に、本発明は、ＯＤ（Optical Density）が２〜４程度（透過率が０．０１％〜１％付近）の極めて低い透過率の遮光膜の透過率測定に有効である。
【背景技術】
【０００２】
フォトマスクに形成されている遮光膜の透過率は、エッチング処理等の各種プロセスに影響を与えるため、厳格に管理することが要請されている。最新のフォトマスクとして、モリブデンシリコンを主成分とし透過率が０．１％程度の材料膜を遮光膜として用いるバイナリー型のフォトマスク（モリシリバイナリー  ＯＭＯＧ：Opaque MoSi On Glass）が実用化されている。このモリシリバイナリーマスクは、優れた解像性、寸法精度、エッチング性能、耐クリーニング性等を有し、各種プロセスに有効な特性を有する。従って、モリシリバイナリーマスクの遮光膜の透過率測定を高精度に管理できれば、半導体デバイスの製造プロセスにおいて極めて有益である。一方、この遮光膜の問題点として、その透過率が０．１％程度であり、透過率が極めて低く、透過率の測定管理が困難な欠点がある。ちなみに、ハーフトーン型位相シフトマスクに用いられている遮光膜の透過率は６％程度であり、比較的容易に透過率を測定することができる。従って、モリシリバイナリーマスクの遮光膜の透過率を高精度に測定できる測定方法が開発されれば、デバイスの製造プロセスにおける歩留りを一層改善することができる。尚、本明細書において、モリブデンシリコンを主成分とし透過率が０．０１％〜０．１％程度の材料膜を遮光膜として用いるバイナリー型のフォトマスクをモリシリバイナリーマスクと称し、モリシリバイナリーマスクに用いられる遮光膜をモリシリバイナリー遮光膜と称することにする。
【０００３】
従来、フォトマスクの遮光膜の透過率を測定する方法として、シアリング干渉計を用いた測定方法が既知である（例えば、特許文献１参照）。この測定方法では、位相シフトマスクの位相シフト量を測定する測定装置をそのまま利用し、位相シフト量と透過率が測定されている。この従来の透過率測定方法では、検査すべき位相シフトマスクに遮光膜の無い光透過部のモニタパターンが形成され、光源装置から出射した光ビームをモニタパターンに向けて投射している。位相シフトマスクから出射した透過ビームはマッハツエンダ干渉計に入射し、所定のシアリング量だけ相互に横ずらしされた２本のビームに変換される。２本のビームにより、光透過部を通過した透過光同士が重畳した干渉画像と、その両側にそれぞれ形成され遮光膜を透過した透過光と光透過部を透過した透過光とが重畳した２つの干渉画像と、その両側にそれぞれ形成され遮光膜を透過した透過光同士が重畳した２つの干渉画像とが形成されている。２本のビームにより形成される横ずらし干渉画像はCCDカメラで撮像される。そして、横ずらし干渉画像について１周期分の位相変調が行われ、光透過部を通過した透過光同士により形成される干渉画像の振幅と遮光膜を透過した透過光同士により形成される干渉画像の振幅との比を求め、得られた比を透過率として出力している。  
【特許文献１】特開２００５−８３９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の透過率測定方法では、遮光膜を透過した透過光同士による干渉画像の振幅を用いているため、ＣＣＤカメラに入射する透過光量が極めて微小であり、暗ノイズの揺らぎや外光等の外乱による影響を受け易い問題があった。特に、撮像装置に入射する光量が微小であることに起因して、測定装置間の計測誤差が発生し易く、測定精度に難点があった。このため、各種プロセスに有益なモリシリバイナリーマスクの品質管理に問題が生じていた。
【０００５】
本発明の目的は、上述した課題を解決し、透過率が０．０１〜１％程度の遮光膜、特にモリシリバイナリー遮光膜の透過率を安定して測定できる透過率測定方法及び透過率測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による透過率測定方法は、透明基板上に遮光膜が形成されているマスクブランクス又はフォトマスクの遮光膜の透過率をシアリング干渉計を用いて測定する透過率測定方法であって、
マスクブランクス又はフォトマスクから遮光膜を部分的に除去し、透明基板の表面が露出した形態のモニタパターンを形成する工程と、
透明基板の遮光膜が形成されていない側から、照明ビームをモニタパターンに向けて投射する工程と、
前記マスクブランクス又はフォトマスクから出射した透過光を対物レンズを介して集光し、集光した透過光をシアリング干渉計に送出する工程と、
シアリング干渉計に入射した透過光をシアリング光路を伝搬する第１の透過ビームと位相変調光路を伝搬する第２の透過ビームに分割する工程と、
シアリング干渉計のシアリング量を調整し、シアリング光路を伝搬する第１の透過ビームと位相変調光路を伝搬する第２の透過ビームとが部分的に重なり合った合成ビームを形成する工程と、
前記合成ビームを撮像装置上に入射させて横ずらし干渉画像を形成する工程と、
前記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、位相変調量と輝度値との関係を示す位相変調データを取得する工程とを含み、
前記横ずらし干渉画像は、前記マスクブランクス又はフォトマスクの透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される第１の干渉画像と、第１の干渉画像の一方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第２の干渉画像と、第１の干渉画像の他方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第３の干渉画像とを含み、
当該透過率測定方法は、さらに、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第２の干渉画像及び／又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する工程を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明では、透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される干渉画像と、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第２の干渉画像とを用いており、遮光膜を透過した透過光同士の干渉により形成される干渉画像を用いていないため、撮像装置に入射する光量が一層増大し、外乱による影響を受けにくい透過率測定方法が実現される。
さらに、本発明による透過率測定方法では、シアリング干渉計における横ずらし量が少なくて済むため、モニタパターンが占める面積を小さくすることができる。また、モニタパターンは小さいエリアの遮光膜を除去するだけで形成されるので、簡単なリフトオフ処理により形成できる利点が達成される。
【０００８】
本発明による透過率測定方法は、前記遮光膜は、透過率が０．０１％〜０．１％付近のモリシリバイナリー遮光膜としたことを特徴とする。本発明による透過率測定方法は、遮光膜を透過した透過光同士の干渉画像を利用していないため、透過率が０．１％付近のモリシリバイナリー遮光膜の透過率を高精度に安定して測定することができる。この結果、エッチング等の各種プロセスに対して有利なフォトマスクの品質管理に寄与することが可能になる。
【０００９】
本発明による透過率測定方法は、透明基板上に透過率が０．０１％〜０．１％付近のモリシリバイナリー遮光膜が一様に形成されているマスクブランクスの遮光膜の透過率をシアリング干渉計を用いて測定する透過率測定方法であって、  
マスクブランクスから遮光膜を部分的に除去し、透明基板の表面が露出したモニタパターンを形成する工程と、  
透明基板の遮光膜が形成されていない側から、モニタパターンに向けて照明ビームを投射する工程と、
マスクブランクスから出射した透過光を対物レンズを介して集光し、集光した透過光をシアリング干渉計に送出する工程と、
シアリング干渉計に入射した透過光を第１及び第２の透過ビームに分割する工程と、
シアリング干渉計のシアリング量を調整し、シアリング光路を伝搬する第１の透過ビームと位相変調光路を伝搬する第２の透過ビームとが部分的に重なり合った合成ビームを形成する工程と、
前記合成ビームを撮像装置上に入射させて横ずらし干渉画像を形成する工程と、
前記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、位相変調量と輝度値との関係を示す位相変調データを取得する工程とを含み、
前記横ずらし干渉画像は、透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される第１の干渉画像と、第１の干渉画像の一方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第２の干渉画像と、第１の干渉画像の他方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第３の干渉画像とを含み、
さらに、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第２の干渉画像及び／又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する工程を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、モリシリバイナリー遮光膜の透過率を高精度に測定できるので、モリシリバイナリーマスクの製造に用いられるマスクブランクスの品質管理に有益な透過率測定方法が実現される。
【００１１】
本発明による透過率測定方法の好適実施例は、第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第１の干渉画像と隣接する第２の干渉画像及び第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗をそれぞれ算出し、算出した２つの２乗値の平均値を遮光膜の透過率として出力することを特徴とする。本発明による透過率測定方法では、透明基板だけを透過した透過光同士の干渉による干渉画像と、その両側に透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉による干渉画像がそれぞれ形成されるので、１回の位相変調操作を行うだけで、２つの異なる干渉画像を用いて２つ透過率測定データを算出できる。よって、同時に得られた２つの透過率測定データの平均を求めることにより、光学系のゆらぎやフレアによる影響が軽減され一層安定した測定を行うことができる。この結果、透過率が０．０１％〜０．１％付近の極めて小さい値のモリシリバイナリー遮光膜であっても測定誤差の少ない測定を安定して行うことが可能になる。
【００１２】
本発明による透過率測定装置は、透明基板上に遮光膜が形成されているマスクブランクス又はフォトマスクの遮光膜の透過率を測定する透過率測定装置であって、
遮光膜が部分的に除去され、透明基板が露出した形態のモニタパターンを有するマスクブランクス又はフォトマスクを支持するステージと、
透明基板の遮光膜が形成されていない側から、モニタパターンに向けて照明ビームを投射する照明系と、
前記マスクブランクス又はフォトマスクから出射した透過光を集光する対物レンズと、
対物レンズにより集光された透過光を受光するシアリング干渉計であって、  入射した透過光を第１及び第２の透過ビームに分割するビーム分割素子、第１の透過ビームをシアリングするシアリング光路、第２の透過ビームについて位相変調を行う位相変調光路、及び、シアリング光路及び位相変調光路を伝搬した透過ビームを合成するビーム合成素子を含むシアリング干渉計と、
シアリング干渉計から出射した合成ビームを受光する撮像装置と、
撮像装置からの出力信号を処理して遮光膜の透過率を出力する信号処理装置とを有し、
前記撮像装置上には、前記マスクブランクス又はフォトマスクの透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される第１の干渉画像と、第１の干渉画像の一方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第２の干渉画像と、第１の干渉画像の他方の側に位置し、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される第３の干渉画像とを含む横ずらし干渉画像が形成され、
前記信号処理装置は、前記第１の干渉画像の位相変調データの振幅と、第２の干渉画像及び／又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による透過率測定方法では、透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光同士の干渉による干渉画像を用いず、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光との干渉により形成される干渉画像の振幅を用いているので、撮像装置に入射する透過光の光量が増大し、外乱による影響を受けにくい透過率測定が可能になる。この結果、モリシモリシリバイナリーマスクに用いられる透過率が０．０１％〜０．１％程度の低透過率のモリシリバイナリー遮光膜の透過率を高精度に安定して測定することが可能になる。
さらに、小さいエリアの遮光膜を簡単なリフトオフ処理によりモニタパターンを形成することができるので、モニタパターンの形成作業が容易になると共にモニタパターンの占める面積を一層小さくできる。
また、位相シフト量測定に用いられる干渉画像と透過率測定に用いられる干渉画像とが共通しているため、１回の測定操作により位相シフト量と透過率の両方を並行して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明による透過率測定装置の一例を示す線図である。
【図２】本発明によるモニタパターンの一例を示す平面図及び断面図である。
【図３】撮像装置上に形成される干渉画像を示す図である。
【図４】1周期分の位相変調により取得される位相変調量と輝度変化との関係を示す位相変調データを示すグラフである。
【図５】シアリング光路６ａを伝搬した第１の透過光の波面と位相変調光路６ｂを伝搬した第２の透過光の波面との関係を模式的に示す図である。
【図６】フリンジスキャンによる第２及び第３の干渉画像の輝度変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明による透過率測定装置の一例を示す図である。本例では、モリシリバイナリー（ＯＭＯＧ：Opaque MoSi On Glass）のフォトマスクの製造に用いられるマスクブランクスの遮光膜の透過率を測定する。勿論、本発明は、マスクブランクスだけでなく、バイナリーマスク、位相シフトマスク等の各種フォトマスクの遮光膜の透過率測定に利用することができる。ＯＭＯＧのマスクブランクスは、例えば石英ガラスのような透明基板上に、ＯＤが３ないし４程度（透過率：０．１％〜０．０１％程度）のモリシリバイナリー遮光膜が一様に形成されている。本例では、照明光源１として、露光装置において実際に使用されるArFレーザを用いる。尚、照明光源として、１９３．４ｎｍの紫外光を発生する重水素ランプや波長が２４８ｎｍの紫外ビームを放射するKrFレーザを用いることもできる。尚、KrF用のマスクブランクスの遮光膜を測定する場合、ArFレーザを用いて測定されたデータについて波長換算を行うことによりKrF用のマスクブランクスの遮光膜の透過率を得ることができる。
【００１６】
照明光源１から出射した照明ビームは、集光レンズ２により集光され、ＸＹステージ上に配置したマスクブランクス３に向けて投射される。マスクブランクス３は、透明基板３ａ及びその上に形成した遮光膜３ｂを有し、透明基板の遮光膜が形成されていない側から照明ビームを投射する。また、マスクブランクスにはモニタパターンが形成され、モニタパターンは、リフトオフ処理により遮光膜の一部を除去して透明基板の表面を部分的に露出させることにより形成される。従って、照明ビームは、遮光膜が存在しないエリアであるモニタパターン及び遮光膜が存在する周囲エリアを照明する。
【００１７】
マスクブランクス３のモニタパターンに入射した照明光は透明基板３ａだけを透過して出射し、周囲エリアに入射した照明ビームは透明基板３ａ及び遮光膜３ｂの両方を透過して出射する。マスクブランクス３から出射した透過光は対物レンズ４により集光され、リレーレンズ５を経てシアリング干渉計（２光束干渉計）６に入射する。本例では、シアリング干渉計としてマッハツエンダ干渉計を用いる。マッハツエンダ干渉計６は、横ずらしを行うシアリング光路６ａと位相変調を行う位相変調光路６ｂの２つの光路を有する。尚、シアリング干渉計として、ノマルスキープリズム等の各種のシアリング干渉光学系を用いることができる。
【００１８】
マッハツエンダ干渉計６に入射した透過ビームは、ハーフミラー７により第１及び第２の２本の透過ビームに分割される。第１の透過ビーム（第１の透過光）は、シアリング光路６ａを伝搬して第１のダブルウエッジプリズム８に入射する。第１のダブルウエッジプリズム８は、第１の透過ビームと第２の透過ビームとの間に所定の横ずらし量を導入する作用を果たし、本例では、第１の透過ビームを１０μｍだけシアリングする。第１のダブルウエッジプリズムから出射した第１の透過ビームは、全反射ミラー９を経てハーフミラー１０に入射する。
【００１９】
位相変調光路６ｂを伝搬する第２の透過ビーム（第２の透過光）は、全反射ミラー１１及び第２のダブルウエッジプリズム１２を経てハーフミラー１０に入射する。第２のダブルウエッジプリズム１２は位相変調（フリンジスキャン）を行う機能を有し、一方のウエッジプリズム１２ａはリニアモータ１３に連結され、光軸と直交する方向に移動して第２の透過ビームに対して１周期分の連続する位相差（位相変調量）を与える。
【００２０】
所定のシアリング量だけ互いに横ずらしされた第１及び第２の透過ビームはハーフミラー１０により合成されて合成ビームを形成する。この合成ビームは、結像レンズ１４を介して撮像装置１５上に結像され、撮像装置上に干渉画像を形成する。撮像装置１５は、2次元アレイ状に配列された複数の受光素子を有し、各受光素子に入射した入射光は電気信号に変換され、各受光素子の電気信号は順次読み出され、増幅器１６を経て信号処理回路１７に供給される。信号処理回路１７は、高速フーリエ変換手段を有し、高速フーリエ変換手段により遮光膜３ｂの透過率が算出される。後述するように、位相シフトマスクについて測定を行う場合、透過率測定と並行して位相シフト量を算出することも可能である。
【００２１】
図２はモニタパターンの一例を示す図である。図２（Ａ）は平面図であり、図２（Ｂ）はＩ−Ｉ線断面図である。マスクブランクスの透明基板３ａ上に遮光膜３ｂが形成され、遮光膜を部分的に除去し透明基板の表面を露出させることによりモニタパターン３ｃが形成される。モニタパターン３ｃは、２０μｍ×２０μｍの正方形のパターンとする。本発明のモニタパターンは、遮光膜について２０μｍ×２０μｍの正方形のパターンとして部分的に除去するだけで形成されるので、簡単なリフトオフ処理により形成することができる。
【００２２】
図３は、合成ビームにより撮像装置上に形成される合成干渉画像、すなわち横ずらし干渉画像を説明するための図である。図３（Ａ）は、位相変調光路を伝搬する第２の透過ビームにより撮像装置上に形成される画像を模式的に示し、図３（Ｂ）はシアリング光路を伝搬し横ずらしされた第１の透過ビームにより形成される画像を模式的に示し、図３（Ｃ）は第１の透過ビームと第２の透過ビームとが合成された合成ビームにより形成される干渉画像を示す。本例では、モニタパターンは２０μｍ×２０μｍの矩形形状であり、シアリング量は撮像装置上において１０μｍとする。
【００２３】
モニタパターンは遮光膜のエリア中に遮光膜の無い四角形のエリアにより構成されるから、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、モニタパターンの像として、透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光により形成される低輝度の背景エリア中に、透明基板だけを透過した透過ビームにより形成される四角形の明るい画像２０ａ及び２０ｂが形成される。一方、第１の透過ビームと第２の透過ビームとの間に１０μｍのシアリング量が導入されているので、２つのモニタパターンの画像２０ａと２０ｂは相対的に１０μｍ変位する。従って、図３（Ｃ）に示すように、合成画像として、撮像装置の中央には、幅１０μｍの透明基板だけを透過した透過光同士の干渉により形成される第１の干渉画像２１と、その両側にそれぞれ形成され透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光と透明基板だけを透過した透過光との干渉により形成される幅が１０μｍの第２及び第３の干渉画像２２ａ及び２２ｂと、これら干渉画像の周囲に形成され透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光同士により形成される背景画像２３とが形成される。
【００２４】
透過率測定及び位相差測定を行う場合、第１の干渉画像と第２及び第３の干渉画像とを用いる。従って、操作者は、モニタ上に表示される横ずらし干渉画像を観察しながら３つの測定画素エリアを特定する。そして、特定された画素エリアから出力される輝度データを用いて測定が行われる。  
【００２５】
次に、遮光膜の透過率測定の手法について説明する。２光束干渉法における干渉光の輝度Ｉは以下の基本式により規定される。
Ｉ＝Ａ１２＋Ａ２２＋２√Ａ１×√Ａ２×ｃｏｓφ
ここで、モニタパターンを透過した透過光同士、すなわち透明基板だけを透過した透過ビーム同士の干渉により形成される第１の干渉画像２１の輝度値をＩ1とし、透明基板だけを透過した透過ビームと透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過ビームとの干渉により形成される第２及び第３の干渉画像２２ａ及び２２ｂの輝度値をＩ2とし、透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過ビーム同士の干渉画像２３の輝度値をＩ3とする。また、透明基板だけを透過した透過光の輝度をＡＱＺとし、透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光の輝度をＡＳとする。上記３つの干渉画像の輝度は以下の式で表される。
Ｉ1＝ＡＱＺ２＋ＡＱＺ２＋２√ＡＱＺ×√ＡＱＺ×ｃｏｓφ
Ｉ2＝ＡＱＺ２＋ＡＳ２＋２√ＡＱＺ×√ＡＳ×ｃｏｓφ
Ｉ3＝ＡＳ２＋ＡＳ２＋２√ＡＳ×√ＡＳ×ｃｏｓφ
【００２６】
１周期分の位相変調を行った場合、上記輝度値Ｉ1〜Ｉ3の透過率と関連するファクターは上記各式の振幅を示す項により規定される。輝度値Ｉ1〜Ｉ3の振幅をAmp1 〜Amp3として表示すると、
Amp1＝２√ＡＱＺ×√ＡＱＺ
Amp2＝２√ＡＱＺ×√ＡＳ
Amp3＝２√ＡＳ×√ＡＳ
【００２７】
ここで、透明基板（石英ガラス領域)の透過率を基準とする遮光膜の相対透過率Ｔは、以下の式で規定される。
Ｔ＝Amp3／Amp1
＝ＡＳ／ＡＱＺ
上記式により規定される透過率は、従来の透過率測定である。
【００２８】
上記式をさらに展開すると以下のように表すことができる。
Ｔ＝ＡＳ／ＡＱＺ
＝（√ＡＳ／√ＡＱＺ）２
＝（Amp2／Amp1）２ 
上式が示すように、石英ガラスの透過率を基準する遮光膜の相対透過率は、第１の干渉画像２１の輝度の振幅と両側の干渉画像２２ａ又は２２ｂの輝度の振幅との比率により求めることができる。従って、石英ガラスの透過率を基準とする遮光膜の透過率は、図３（Ｃ）に示す横ずらし干渉画像を１周期分だけ位相変調して第１の干渉画像２１の振幅と第２又は第３の干渉画像２２ａ又は２２ｂの振幅とを求め、求めた振幅の比率の２乗を求めることにより得ることができる。
【００２９】
図４は、第２のウエッジプリズム１２ａを光軸方向と直交する方向に移動させてフリンジスキャンを行い、１周期分にわたって位相変調した場合の第１の干渉画像２１と第２又は第３の干渉画像２２ａ又は２２ｂの輝度変化、すなわち位相変調量と輝度変化との関係を示す位相変調データを示すグラフである。ウエッジプリズム１２ａを光軸方向に連続的に移動させ、位相変調光路を伝搬する透過ビームに連続的に変化する１周期分の位相差を導入する。１周期分の位相変調を行うことにより、第１〜第３の干渉画像の干渉縞波形が求められる。従って、信号処理装置において、振幅Amp2について振幅Amp１で除算し、さらに除算値を２乗することにより、遮光膜の透過率が求められる。このように、本発明によれば、１回の位相変調操作を行うだけで遮光膜の透過率を測定することができる。さらに、本発明では、透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過ビーム同士の干渉画像を用いず、透明基板だけを透過した透過ビームと透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過ビームとの干渉画像を用いているので、撮像装置に入射する光量が増大した画像エリアのデータが用いられ、外乱による影響を受けない透過率測定が可能になる。
【００３０】
次に、実験結果について説明する。測定装置として図１に示す装置を用い、試料として位相シフトマスクを用い、位相シフターとして機能する遮光膜の透過率を測定した。測定に当たり、測定方法として、図３（Ｃ）の干渉画像２１と干渉画像２３（透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光同士の干渉画像）とを用いる測定方法（従来の測定方法）と、干渉画像２１と干渉画像２２ａ（透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光とによる干渉画像）を用いる測定方法（本発明の測定方法）とを比較した。測定は１０回行い、測定された透過率（％）の結果は以下の通りである。
従来の測定方法          本発明による測定方法  
１    ０．９１６０６４        ０．８６６３５１
２    ０．９０６９２１        ０．８６６３５１
３    ０．８６７０６１        ０．８６８５８９
４    ０．８７４９０８        ０．８６５９８８
５    ０．８７２９８          ０．８６０９５１
６    ０．８９０２０７        ０．８６３４７２
７    ０．９０３２６７        ０．８６９２１５
８    ０．９２６０９          ０．８６１３５１
９    ０．８８３８２３        ０．８６７１８４
１０    ０．８７３３０２        ０．８７４４３１      
平均値    ０．８９１４６２        ０．８６６４７３
３シグマ  ０．０５８３５３        ０．０１１３１８  
上述した実験結果より、本発明による測定方法では、従来の測定方法に較べて３シグマが約１／５に低減していることが確認できた。
【００３１】
次に、遮光膜を位相シフターとして用いる位相シフトマスクの位相シフト量測定について説明する。図３（Ｃ）に示すように、本発明による測定方法では、透明基板だけを透過した透過光同士による干渉画像２１の両側に、透明基板だけを透過した透過光と透明基板及び遮光膜の両方を透過した透過光による干渉画像２２ａ及び２２ｂがそれぞれ形成される。従って、これら２つの干渉画像２２ａ及び２２ｂを用いることにより、遮光膜を位相シフターとして利用するフォトマスクにおける遮光膜の位相シフト量を測定することができる。
【００３２】
図５は、シアリング光路６ａを伝搬した第１の透過光の波面と位相変調光路６ｂを伝搬した第２の透過光の波面との関係を模式的に示す図である。図５において、φ０ は第１の透過光と第２の透過光の光路長差により規定される位相差を示し、φ１は第２の干渉画像２２ａにおける第１の透過光と第２の透過光との間の位相差を示し、φ２は第３の干渉画像２２ｂにおける第１の透過光と第２の透過光との間の位相差を示し、φは位相シフターに相当するモニタパターンの位相シフト量を示す。図５に示すように、互いに横ずらしされた２つの透過光の波面の関係より、位相シフト量φ，位相差φ１ ，φ２ 及びφ０との間に以下の式が成立する。
φ＝φ０−φ１
φ＝φ２−φ０
遮光膜の位相シフト量φは以下の式により与えられる。
φ＝（φ２  − φ１  ）／２
従って、横ずらし干渉画像中に含まれる第２及び第３の干渉画像における位相差φ１ 及びφ２ からモニタパターンの位相シフト量が求まる。  
【００３３】
図６は、第２のウエッジプリズム１２ａを光軸方向と直交する方向に移動させてフリンジスキャンを行い、１周期分にわたって位相変調した場合の第２及び第３の干渉画像２２ａ及び２２ｂの輝度変化、すなわち位相変調量と輝度値との関係を示す位相変調データを示すグラフである。ウエッジプリズム１２ａを光軸方向に１周期分だけ移動させ、位相変調光路６ｂを伝搬する透過ビームに２πの位相差を導入する。この際、第２の干渉画像２２ａに含まれる受光素子からの出力信号（輝度値）の変化を実線で示し、第３の干渉画像２２ｂに含まれる受光素子からの出力信号（輝度値）の変化を破線で示す。例えば、２つの輝度変化の曲線のピーク間の位相差は２つの干渉画像２２ａと２２ｂとの間の位相差である。この２つの干渉画像間の位相差Δφ（Δφ＝（φ２−φ１）／２）は、位相変調データを用いて信号処理装置１７に設けた高速フーリエ変換（ＦＦＴ）手段により高速フーリエ変換処理を行うことにより算出される。従って、高速フーリエ変換処理により、２つの干渉画像間の位相差を求めることにより、遮光膜の位相シフト量が求められる。尚、位相変調する際の位相変調量は、ウエッジプリズムの位置情報から求めることができる。或いは、ウエッジプリズムの移動速度と関連する時間からも求めることができる。
【００３４】
本発明では、フリンジスキャンを１回行うだけで、３つの干渉画像の位相変調データを同時に取得することができるので、遮光膜の透過率及び位相変調量の両方を同時に測定することが可能である。
【００３５】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、第１の干渉画像の位相変調データの振幅と第２又は第３の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出して透過率を出力したが、第１の干渉画像の位相変調データの振幅と第２及び第３の両方の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出して透過率を出力することもできる。この場合、測定部位の異なる２つの部位の透過率がそれぞれ測定されるので、出力される２つの透過率値の平均値を求め、得られた平均値を透過率として出力することも可能である。２つの部位の透過率の平均値を用いることにより、光学系のゆらぎやフレアによる影響が軽減され一層正確な測定を行うことができる。この場合、信号処理装置は、第１の干渉画像の位相変調データの振幅と第２の干渉画像の位相変調データの振幅との比の２乗を算出する第１の振幅比算出手段と、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乗を算出する第２の振幅比算出手段と、これら第１及び第２の振幅比算出手段からの出力信号の平均値を求める手段とを有し、得られた平均値を遮光膜の透過率として出力する。
【００３６】
さらに、上述した実施例では、光検出手段として２次元撮像装置を用い、２次元撮像装置上に第１〜第３の干渉画像を形成する構成としたが、光検出手段として３個の光電子増倍管を用い、各光電子増倍管により第１〜第３の干渉画像を形成する干渉光の輝度を検出することも可能である。
【００３７】
さらに、撮像装置の各受光素子の電荷を読み出す際、ビニング機能を利用し、例えば２×２のような複数の画素分の電荷を順次読み出すことも可能である。モリシリバイナリー遮光膜の透過率は０．０１％〜０．１％付近であり、受光素子に入射する光量が極めて小さいため、ビニング機能を利用することにより一層安定した測定が可能になる。
【符号の説明】
【００３８】
１  光源
２  集光レンズ
３  マスクブランクス
４  対物レンズ
５  リレーレンズ
６  シアリング干渉計
７，１０  ハーフミラー
８，１２  ダブルウエッジプリズム
９，１１  全反射ミラー
１３  リニアモータ
１４  結像レンズ
１５  2次元撮像装置
１６  増幅器
１７  信号処理装置
２０ａ，２０ｂ  モニタパターンの画像
２１  第１の干渉画像
２２ａ  第２の干渉画像
２２ｂ  第３の干渉画像
【図１】
2018189529.tif 000003
【図２】
2018189529.tif 000004
【図３】
2018189529.tif 000005
【図４】
2018189529.tif 000006
【図５】
2018189529.tif 000007
【図６】
2018189529.tif 000008