(57)【要約】【課題】異なる屈折率領域を透過する光の位相差を高い精度で反映したパラメータの取得に寄与する位相差測定装置を提供する。【解決手段】位相差測定装置１は、照射手段１０とスリットマスク２３と検出手段３０とを備える。照射手段１０は測定対象物８へ光を照射する。スリットマスク２３はスリット２３ａ〜２３ｄを有する。スリット２３ａは第１屈折率領域８ａを透過する光の経路上に配置される。スリット２３ｂは第２屈折率領域８ｂを透過する光の経路上に配置され、スリット２３ａと間隔を隔てて隣り合う。スリット２３ｃ，２３ｄは第２屈折率領域８ｂを透過した光の経路上にそれぞれ配置され、互いに間隔を隔てて隣り合う。検出手段３０は、スリット２３ａ，２３ｂをそれぞれ通過した光の干渉による第１干渉縞と、スリット２３ｃ，２３ｄをそれぞれ通過した光の干渉による第２干渉縞を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１屈折率領域および第２屈折率領域を有する測定対象物の前記第１屈折率領域を透過した光と、前記第２屈折率領域を透過した光との間の位相差を測定する位相差測定装置であって、
前記測定対象物へ光を照射する照射手段と、
前記第１屈折率領域を透過する光の経路上に配置された第１スリットと、第２屈折率領域を透過する光の経路上に配置され、前記第１スリットと間隔を隔てて隣り合う第２スリットと、前記第２屈折率領域を透過した光の経路上にそれぞれ配置されて互いに間隔を隔てて隣り合う第３スリットおよび第４スリットとを有するスリットマスクと、
前記第１スリットおよび前記第２スリットをそれぞれ通過した光の干渉による第１干渉縞と、前記第３スリットおよび前記第４スリットをそれぞれ通過した光の干渉による第２干渉縞を検出する検出手段と
を備える、位相差測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位相差測定装置であって、
前記第２干渉縞の所定次数の明線の位置に対する前記第１干渉縞の前記所定次数の明線の位置の変位量を求める演算処理手段を更に備える、位相差測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位相差測定装置であって、
前記所定次数は０次である、位相差測定装置。
【請求項４】
請求項１に記載の位相差測定装置であって、
演算処理手段と、
前記照射手段、前記スリットマスクおよび前記検出手段を移動させる移動手段と
を更に備え、
前記移動手段は前記照射手段、前記スリットマスクおよび前記検出手段の一組を基準位置および測定位置の各々に移動させ、
前記基準位置は、前記照射手段から前記第２屈折率領域を経由する光が前記第１スリットから前記第４スリットを通過する位置であり、
前記測定位置は、前記照射手段から前記第１屈折率領域を経由する光が前記第１スリットを通過し、前記照射手段から前記第２屈折率領域を経由する光が前記第２スリットから前記第４スリットを通過する位置であり、
前記検出手段は、前記基準位置において、前記第１スリットおよび前記第２スリットを通過した光の干渉による第１基準干渉縞、および、前記第３スリットおよび前記第４スリットを通過した光の干渉による第２基準干渉縞を検出し、
前記演算処理手段は、前記第１基準干渉縞の明線の位置に対する前記第１干渉縞の明線の位置の第１変位量から、前記第２基準干渉縞の明線の位置に対する前記第２干渉縞の明線の位置の第２変位量を減算する、位相差測定装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の位相差測定装置であって、
前記第１スリットおよび前記第２スリットの長手方向に沿う長さは、前記第３スリットおよび前記第４スリットの長手方向に沿う長さの両方よりも長い、位相差測定装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の位相差測定装置であって、
前記第３スリットと前記第４スリットとの間のピッチは、前記第１スリットと前記第２スリットとの間のピッチよりも狭い、位相差測定装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の位相差測定装置であって、
前記第１スリットおよび前記第２スリットは第１方向において隣り合っており、前記第３スリットおよび前記第４スリットは前記第１方向において隣り合っており、前記第３スリットは前記第２スリットと、前記第１方向に直交する第２方向において隣り合っている、位相差測定装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の位相差測定装置であって、
前記第１スリットおよび前記第２スリットをそれぞれ通過した光と、前記第３スリットおよび前記第４スリットをそれぞれ通過した光とを分離する分離素子を更に備える、位相差測定装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の位相差測定装置であって、
画像センサと、
前記スリットマスクからの光を前記画像センサに結像させるフーリエ変換レンズと、
前記画像センサによって検出された光の強度の各ピーク値が、前記第１干渉縞および前記第２干渉縞の明線のいずれを示すのかを当該ピーク値に基づいて特定する演算処理手段と
を備える、位相差測定装置。
【請求項１０】
第１屈折率領域および第２屈折率領域を有する測定対象物の前記第１屈折率領域を透過した光と、前記第２屈折率領域を透過した光との間の位相差を測定する位相差測定方法であって、
前記測定対象物に光を照射する工程と、
前記第１屈折率領域および第１スリットを通過した第１光と、前記第２屈折率領域および第２スリットを通過した第２光との干渉による第１干渉縞と、前記第２屈折率領域および第３スリットを通過した第３光と、前記第２屈折率領域および第４スリットを通過した第４光との干渉による第２干渉縞とを検出する工程と
を備える、位相差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位相差測定装置および位相差測定方法に関し、特に干渉縞を利用した位相差測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、半導体基板または表示ディスプレイ用の基板などの基板に対して高い解像度でパターンを転写するために、位相シフトマスクが利用されている。この位相シフトマスクには、半波長だけ光の位相を遅らせる位相シフト膜が形成されている。
【０００３】
この位相シフト膜による位相の遅れを測定する測定装置として特許文献１が開示されている。特許文献１に記載の測定装置は、位相シフトマスク（特許文献１では位相差マスク）に光を照射する照射部、一対のスリットを有するスリットマスク、および、一対のスリットを通過した光による干渉縞を検出する検出部を備えている。
【０００４】
この測定装置において、位相シフト膜を透過する第１光は一方のスリットを通過し、位相シフト膜と隣り合う位置で位相シフトマスクを透過する第２光は他方のスリットを通過する。一対のスリットを通過した第１光および第２光は回折して互いに干渉し、その干渉によって生じる干渉縞が検出部によって検出される。
【０００５】
この干渉縞の位置は第１光と第２光との位相差（つまり位相シフト膜による位相の遅れ）に依存するので、測定装置はこの干渉縞の位置に基づいて位相差を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１８７５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
位相シフトマスクの全面を測定する場合を考慮する。例えば光学系（照射部、スリットマスクおよび検出部の一組）を位相シフトマスクに対して移動させることで、光学系が位相シフトマスクの全面を走査して各測定位置で測定を行うことができる。
【０００８】
しかしながら、光学系の移動に伴う慣性力が当該光学系に作用するので、各測定位置において、光学系の光軸にズレ（光軸の傾き、または、光軸の位置ずれ）が生じ得る。干渉縞の位置はこのような光軸のズレ量にも依存するので、干渉縞の位置に基づいて高い精度で位相差を算出することは難しい。言い換えれば、この干渉縞の位置は高い精度では位相差を反映していない。
【０００９】
そこで、本発明は、異なる屈折率領域を透過する光の位相差を高い精度で反映したパラメータの取得に寄与する位相差測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明にかかる位相差測定装置の第１の態様は、第１屈折率領域および第２屈折率領域を有する測定対象物の前記第１屈折率領域を透過した光と、前記第２屈折率領域を透過した光との間の位相差を測定する位相差測定装置であって、前記測定対象物へ光を照射する照射手段と、前記第１屈折率領域を透過する光の経路上に配置された第１スリットと、第２屈折率領域を透過する光の経路上に配置され、前記第１スリットと間隔を隔てて隣り合う第２スリットと、前記第２屈折率領域を透過した光の経路上にそれぞれ配置されて互いに間隔を隔てて隣り合う第３スリットおよび第４スリットとを有するスリットマスクと、前記第１スリットおよび前記第２スリットをそれぞれ通過した光の干渉による第１干渉縞と、前記第３スリットおよび前記第４スリットをそれぞれ通過した光の干渉による第２干渉縞を検出する検出手段とを備える。
【００１１】
本発明にかかる位相差測定装置の第２の態様は、第１の態様にかかる位相差測定装置であって、前記第２干渉縞の所定次数の明線の位置に対する前記第１干渉縞の前記所定次数の明線の位置の変位量を求める演算処理手段を更に備える。
【００１２】
本発明にかかる位相差測定装置の第３の態様は、第２の態様にかかる位相差測定装置であって、前記所定次数は０次である。
【００１３】
本発明にかかる位相差測定装置の第４の態様は、第１の態様にかかる位相差測定装置であって、演算処理手段と、前記照射手段、前記スリットマスクおよび前記検出手段を移動させる移動手段とを更に備え、前記移動手段は前記照射手段、前記スリットマスクおよび前記検出手段の一組を基準位置および測定位置の各々に移動させ、前記基準位置は、前記照射手段から前記第２屈折率領域を経由する光が前記第１スリットから前記第４スリットを通過する位置であり、前記測定位置は、前記照射手段から前記第１屈折率領域を経由する光が前記第１スリットを通過し、前記照射手段から前記第２屈折率領域を経由する光が前記第２スリットから前記第４スリットを通過する位置であり、前記検出手段は、前記基準位置において、前記第１スリットおよび前記第２スリットを通過した光の干渉による第１基準干渉縞、および、前記第３スリットおよび前記第４スリットを通過した光の干渉による第２基準干渉縞を検出し、前記演算処理手段は、前記第１基準干渉縞の明線の位置に対する前記第１干渉縞の明線の位置の第１変位量から、前記第２基準干渉縞の明線の位置に対する前記第２干渉縞の明線の位置の第２変位量を減算する。
【００１４】
本発明にかかる位相差測定装置の第５の態様は、第１から第４のいずれか一つの態様にかかる位相差測定装置であって、前記第１スリットおよび前記第２スリットの長手方向に沿う長さは、前記第３スリットおよび前記第４スリットの長手方向に沿う長さの両方よりも長い。
【００１５】
本発明にかかる位相差測定装置の第６の態様は、第１から第５のいずれか一つの態様にかかる位相差測定装置であって、前記第３スリットと前記第４スリットとの間のピッチは、前記第１スリットと前記第２スリットとの間のピッチよりも狭い。
【００１６】
本発明にかかる位相差測定装置の第７の態様は、第１から第６のいずれか一つの態様にかかる位相差測定装置であって、前記第１スリットおよび前記第２スリットは第１方向において隣り合っており、前記第３スリットおよび前記第４スリットは前記第１方向において隣り合っており、前記第３スリットは前記第２スリットと、前記第１方向に直交する第２方向において隣り合っている。
【００１７】
本発明にかかる位相差測定装置の第８の態様は、第１から第７のいずれか一つの態様にかかる位相差測定装置であって、前記第１スリットおよび前記第２スリットをそれぞれ通過した光と、前記第３スリットおよび前記第４スリットをそれぞれ通過した光とを分離する分離素子を更に備える。
【００１８】
本発明にかかる位相差測定装置の第９の態様は、第１から第７のいずれか一つの態様にかかる位相差測定装置であって、画像センサと、前記スリットマスクからの光を前記画像センサに結像させるフーリエ変換レンズと、前記画像センサによって検出された光の強度の各ピーク値が、前記第１干渉縞および前記第２干渉縞の明線のいずれを示すのかを当該ピーク値に基づいて特定する演算処理手段とを備える。
【００１９】
本発明にかかる位相差測定方法の第１０の態様は、第１屈折率領域および第２屈折率領域を有する測定対象物の前記第１屈折率領域を透過した光と、前記第２屈折率領域を透過した光との間の位相差を測定する位相差測定方法であって、前記測定対象物に光を照射する工程と、前記第１屈折率領域および第１スリットを通過した第１光と、前記第２屈折率領域および第２スリットを通過した第２光との干渉による第１干渉縞と、前記第２屈折率領域および第３スリットを通過した第３光と、前記第２屈折率領域および第４スリットを通過した第４光との干渉による第２干渉縞とを検出する工程とを備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる位相差測定装置の第１の態様および位相差測定方法の第１０の態様によれば、第１干渉縞の明暗の位置は第１スリットおよび第２スリットをそれぞれ通過した光の位相差と、照射手段、スリットマスクおよび検出手段のズレ（光軸のズレ）とに依存する。第２干渉縞の明暗の位置は光軸のズレ量に依存する。よって、第２干渉縞の明線の位置に対する第１干渉縞の位置の変位量は光軸のズレにほとんど依存せずに、位相差を高い精度で反映する。
【００２１】
以上のように、位相差測定装置は、位相差を高い精度で反映するパラメータ（上記変位量）の取得に寄与できる。よって、高い精度で位相差を算出できる。
【００２２】
本発明にかかる位相差測定装置の第２の態様によれば、演算処理手段によって求められる変位量は高い精度で位相差を反映する。つまり位相差測定装置は高い精度での位相差の算出に寄与する。
【００２３】
本発明にかかる位相差測定装置の第３の態様によれば、第１干渉縞の明線のピッチと第２干渉縞の明線のピッチとが互いに相違している場合であっても、変位量を求めやすい。
【００２４】
本発明にかかる位相差測定装置の第４の態様によれば、より高い精度で位相差を反映するパラメータ（第１変位量から第２変位量を減算した値）を得ることができる。
【００２５】
本発明にかかる位相差測定装置の第５の態様によれば、第１干渉縞の明線の強度と第２干渉縞の明線の強度の差を低減することができる。
【００２６】
本発明にかかる位相差測定装置の第６の態様によれば、第２屈折率領域の幅が狭い測定対象物にも適用できる。
【００２７】
本発明にかかる位相差測定装置の第７の態様によれば、第２屈折率領域の幅がより狭い測定対象物にも適用できる。
【００２８】
本発明にかかる位相差測定装置の第８の態様によれば、第１干渉縞と第２干渉縞とを分離して検出することができる。
【００２９】
本発明にかかる位相差測定装置の第９の態様によれば、分離素子を必要としないので、製造コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】位相差測定装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】スリットマスクの構成の一例を概略的に示す平面図である。
【図３】位相差測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】干渉縞の一例を概略的に示す図である。
【図５】干渉縞の一例を概略的に示す図である。
【図６】位相差測定装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】基準位置における位相差測定装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図８】干渉縞および基準干渉縞の一例を概略的に示す図である。
【図９】干渉縞および基準干渉縞の一例を概略的に示す図である。
【図１０】スリットマスクの構成の一例を概略的に示す平面図である。
【図１１】スリットマスクの構成の一例を概略的に示す平面図である。
【図１２】位相差測定装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しつつ実施の形態について詳細に説明する。また理解容易の目的で、必要に応じて各部の寸法や数を誇張または簡略化して描いている。なお、図面においては同様な構成及び機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。
【００３２】
図１は、位相差測定装置１の構成の一例を概略的に示す図である。この位相差測定装置１は測定対象物８を透過した光の位相差を測定する装置である。この測定対象物８は屈折率が互いに異なる第１屈折率領域８ａおよび第２屈折率領域８ｂを有しており、位相差測定装置１は、それぞれ第１屈折率領域８ａおよび第２屈折率領域８ｂにおいて測定対象物８を透過した光の位相差を測定する。以下では、第１屈折率領域８ａおよび第２屈折率領域８ｂをそれぞれ単に領域８ａ，８ｂと呼ぶ。
【００３３】
＜測定対象物＞
まず測定対象物８の一例について詳述する。測定対象物８は例えば位相シフトマスク８０である。位相シフトマスク８０はフォトマスクの一種であって、所定の基板（半導体基板またはディスプレイ用基板など）にパターンを形成するために用いられる。
【００３４】
位相シフトマスク８０は板状の形状を有しており、平面視において（つまり厚み方向に沿って見て）、互いに屈折率が異なる領域８ａ，８ｂを有している。例えば位相シフトマスク８０は基材８１と位相シフト膜８２とを有している。基材８１は位相シフト膜８２を支持するための基板であって、板状の形状を有した透光性の基板である。基材８１は透過率の高い材料（例えば石英）によって形成される。基材８１の一方の主面には、所定のパターンで位相シフト膜８２が形成されている。位相シフト膜８２は位相シフタとも呼ばれ得る。位相シフト膜８２は基材８１とは屈折率の異なる材料で形成されており、また、この位相シフト膜８２の透過率は基材８１の透過率に比べて低い。位相シフト膜８２は例えばタンタルオキサイドによって形成される。
【００３５】
このような位相シフトマスク８０において、位相シフト膜８２が設けられた領域と、位相シフト膜８２が設けられていない領域が、それぞれ領域８ａ，８ｂに相当する。
【００３６】
位相シフトマスク８０の領域８ａ，８ｂに対して例えばその厚み方向に光を照射すると、光は各領域８ａ，８ｂにおいて位相シフトマスク８０を透過する。領域８ａでは位相シフト膜８２が設けられており、領域８ｂでは位相シフト膜８２が設けられていないので、領域８ａにおいて位相シフトマスク８０を透過した光の位相は、領域８ｂにおいて位相シフトマスク８０を透過した光の位相に対して遅れる。よって、これらの光には位相差が生じる。
【００３７】
位相シフト膜８２の透過率は低いので、領域８ｂにおいて位相シフトマスク８０を透過する光の振幅は領域８ａにおいて位相シフトマスク８０を透過する光に比べて小さい。また位相差が１８０度である場合には、領域８ａ，８ｂにおいて位相シフトマスク８０を透過した光は互いに弱め合う。さて、領域８ａを透過した光の強度はその領域８ａの中心から広がるにしたがって低下する分布を有しており、その端部側において、領域８ｂを透過した光と弱め合う。これにより、位相シフトマスク８０を透過した光の空間的な分布において、その強弱のコントラストを向上することができる。よって、位相シフトマスク８０を用いた露光処理において、高い解像度でパターンを基板（半導体基板またはディスプレイ用の基板など）に転写することができる。
【００３８】
＜位相差測定装置＞
＜概要＞
位相差測定装置１は上記の位相差を測定する装置である。言い換えれば、位相差測定装置は、領域８ａを透過することで生じる光の位相遅れを測定する装置である。更に言い換えれば、位相差測定装置１は位相シフト膜８２による位相のシフト量（遅れ）を測定する装置である。
【００３９】
位相差測定装置１は不図示の保持部を有しており、測定対象となる位相シフトマスク８０はこの保持部によって保持される。図１の例では、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を有するＸＹＺ座標が付記されており、位相シフトマスク８０はその厚み方向がＺ軸方向に沿う姿勢で保持されている。図１の例では、Ｚ軸方向は鉛直方向である。図１の例では、位相シフトマスク８０は２つの位相シフト膜８２が設けられており、この２つの位相シフト膜８２はＸ軸方向において間隔を隔てて隣り合っている。
【００４０】
位相差測定装置１は照射部１０と干渉縞発生部２０と検出部３０と移動機構４０と制御部５０とを備えている。以下では、まずこれらの概要について述べる。
【００４１】
照射部１０は光をＺ軸方向に沿って照射して、位相シフトマスク８０の一部へ入射させる。位相シフトマスク８０の当該一部には、領域８ａの一部および領域８ｂの一部の両方が含まれている。干渉縞発生部２０は、位相シフトマスク８０の当該一部を透過した光を互いに干渉させて、干渉縞を発生させる。検出部３０はこの干渉縞を検出し、その検出結果を制御部５０へと出力する。
【００４２】
制御部５０は検出部３０によって検出された干渉縞に基づいて、領域８ａ，８ｂをそれぞれ透過した光の位相差を算出する。制御部５０は位相差が所定の範囲内であるか否かを判断し、肯定的な判断がなされたときに、位相シフトマスク８０の当該一部は適切に作製されていると判断してもよい。一方で、制御部５０は位相差が所定の範囲内にはないと判断したときに、位相シフトマスク８０は不良品であると判断してもよい。
【００４３】
移動機構４０は照射部１０、干渉縞発生部２０および検出部３０をＸＹ平面において移動させる。移動機構４０は例えばＸ軸方向についてのボールねじ機構と、Ｙ軸方向についてのボールねじ機構などを有している。この移動機構４０は制御部５０によって制御される。
【００４４】
移動機構４０が照射部１０、干渉縞発生部２０および検出部３０を移動させることで、位相シフトマスク８０の全面を走査することができる。具体的には、制御部５０は照射部１０、干渉縞発生部２０および検出部３０のＺ軸方向における並び（相対位置）を維持した状態で、これらを各測定位置で停止させる。これにより、位相差測定装置１は位相シフトマスク８０の複数の箇所に対して測定を行うことができる。
【００４５】
これによれば、位相シフトマスク８０の面積が大きくても、位相シフトマスク８０を全面的に走査して測定を行うことができる。位相シフトマスク８０は平面視において例えば矩形状の形状を有しており、長辺の長さは例えば千数百［ｍｍ］程度であり、短辺の長さは例えば数百［ｍｍ］程度である。
【００４６】
その一方で、移動機構４０が光学系（照射部１０、干渉縞発生部２０および検出部３０の一組）を移動させるので、その移動に伴う慣性力等に起因して、光学系に属する各光学素子（後述）の光軸の状態が変動し得る。具体的には、各光学素子の光軸の傾きが互いにずれたり、あるいは、光軸の軸心が互いにずれたりし得る。そのズレ量は測定位置毎に相違し得る。
【００４７】
干渉縞の明暗の位置は光の位相差にも依存するものの、光軸のズレ量にも依存する。よって、移動機構４０による光学系の移動に起因して、干渉縞の明暗の位置が変動し得る。よって、干渉縞の位置に基づいて位相差を算出すると、その算出値には、光軸のズレに起因する誤差が生じる。本実施の形態では、かかる算出精度の低下を抑制することを企図する。
【００４８】
以下、各構成についてより具体的に説明する。
【００４９】
＜照射部＞
照射部１０は位相シフトマスク８０の一部へと光を照射する。図１の例では、照射部１０は位相シフトマスク８０とＺ軸方向において間隔を隔てて対向しており、光源１１と集光レンズ１２とバンドパスフィルタ１３とリレーレンズ１４とピンホール板１５とコンデンサレンズ１６とを備えている。
【００５０】
光源１１は光を照射する。光源１１は例えば紫外線照射器である。この紫外線照射器としては例えば水銀ランプを採用することができる。光源１１の光の照射／停止は制御部５０によって制御される。
【００５１】
集光レンズ１２、バンドパスフィルタ１３、リレーレンズ１４、ピンホール板１５およびコンデンサレンズ１６はＺ軸方向に沿って並んでおり、光源１１と位相シフトマスク８０との間において、この順で配置されている。
【００５２】
集光レンズ１２は凸レンズであって、その焦点が光源１１に位置するように配置されている。光源１１から照射された光は集光レンズ１２によって、ＸＹ平面において位相が揃った平行光になり、この平行光はバンドパスフィルタ１３に入射される。バンドパスフィルタ１３は当該平行光のうち所定の波長帯域（透過帯域）を有する光のみを透過させる。バンドパスフィルタ１３の波長帯域は狭く設定されており、実質的に単波長の光（いわゆる単色光）がバンドパスフィルタ１３を透過する。バンドパスフィルタ１３を透過した光はリレーレンズ１４に入射される。
【００５３】
リレーレンズ１４は凸レンズであって、入射された平行光をピンホール板１５のピンホール１５１に集光させる。ピンホール１５１はピンホール板１５をその厚み方向に貫通している。ピンホール板１５はピンホール１５１がリレーレンズ１４の焦点となる位置に配置されている。ピンホール１５１を通過した光は、実質的に点光源から照射された光となり、コンデンサレンズ１６に入射される。コンデンサレンズ１６は凸レンズであって、その焦点がピンホール１５１となる位置に配置される。コンデンサレンズ１６は入射された光を平行光に変換する。照射部１０はこの光をＺ軸方向に沿って位相シフトマスク８０の一部に照射する。
【００５４】
干渉縞発生部２０は位相シフトマスク８０に対して照射部１０とは反対側に配置されている。つまり、位相シフトマスク８０は照射部１０および干渉縞発生部２０の間で保持される。図１の例では、干渉縞発生部２０は対物レンズ２１と結像レンズ２２とスリットマスク２３とを備えている。対物レンズ２１、結像レンズ２２およびスリットマスク２３は位相シフトマスク８０からＺ軸方向に沿って離れるにしたがって、この順で配置されている。位相シフトマスク８０の当該一部を透過した光は対物レンズ２１および結像レンズ２２を介して拡大されて平行光となり、スリットマスク２３に入射される。
【００５５】
図２は、スリットマスク２３の構成の一例を示す平面図である。なお図２では、スリットマスク２３に対する位相シフト膜８２の光学的な位置関係を示すべく、仮想的に二点鎖線で位相シフト膜８２も示されている。
【００５６】
スリットマスク２３はスリット２３ａ〜２３ｄを有している。スリット２３ａ，２３ｂは、平面視において第１方向（ここではＹ軸方向）に延在する長尺状の形状（例えば長方形）を有している。つまりスリット２３ａ，２３ｂは互いに平行である。またスリット２３ａ，２３ｂは第１方向に直交する第２方向（ここではＸ軸方向）において互いに隣り合って配置されている。スリット２３ｃ，２３ｄは平面視においてＹ軸方向に延在する長尺状の形状を有している。つまりスリット２３ａ〜２３ｄは互いに平行である。またスリット２３ｃ，２３ｄはＸ軸方向において互いに隣り合って配置されている。図１の例では、４つのスリット２３ａ〜２３ｄがＸ軸方向においてこの順で並んで配置されている。
【００５７】
図１の例では、スリットマスク２３は基材２３１と遮光膜２３２とを有している。基材２３１は遮光膜２３２を支持するための基板であって、板状の形状を有した透光性の基板である。基材２３１は透過率の高い材料（例えば石英）によって形成される。基材２３１はその厚み方向がＺ軸方向に沿う姿勢で配置されている。基材２３１の一方の主面には、遮光膜２３２が形成されている。遮光膜２３２は光を遮断する材料によって形成され、例えばクロムによって形成される。遮光膜２３２にはスリット２３ａ〜２３ｄが形成されている。
【００５８】
図２の例では、スリット２３ａ，２３ｂの長さ（Ｙ軸方向に沿う長さ）は互いに同程度であり、スリット２３ａの幅（Ｘ軸方向に沿う幅）はスリット２３ｂの幅よりも広い。また図２の例では、スリット２３ｃ，２３ｄの長さは互いに同程度であり、その幅も互いに同程度である。つまりスリット２３ｃ，２３ｄは略同形状を有している。スリット２３ｃ，２３ｄの長さはスリット２３ａ，２３ｂの両方の長さよりも短い。スリット２３ａ，２３ｂのピッチｄ１はスリット２３ｃ，２３ｄのピッチｄ２と同程度である。なおここでいうピッチとは、各スリットの中線を結ぶ間の距離である。これらの技術的意義については後に詳述する。
【００５９】
図１を参照して、結像レンズ２２からの光はスリット２３ａ〜２３ｄを通過する。一対のスリット２３ａ，２３ｂをそれぞれ通過した光は回折して互いに干渉し合い、一対のスリット２３ｃ，２３ｄをそれぞれ通過した光は回折して互いに干渉し合う。
【００６０】
図１の例では、スリット２３ａ，２３ｂをそれぞれ通過した光、および、スリット２３ｃ，２３ｄをそれぞれ通過した光を互いに分離する分離素子６０が設けられている。分離素子６０は例えばウェッジプリズムであって、一対のスリット２３ｃ，２３ｄとＺ軸方向において対向する位置に配置されている。図１の例では、基材２３１の一方の主面（位相シフトマスク８０側の一主面）には、遮光膜２３２が形成されており、基材２３１の他方の主面には、分離素子６０が配置されている。スリット２３ｃ，２３ｄをそれぞれ通過した光の進行方向は分離素子６０によって曲げられる。具体的には、スリット２３ｃ，２３ｄを通過した光はスリット２３ａ，２３ｂを通過した光から遠ざかる方向に、ウェッジプリズムによって曲げられる。分離素子６０は例えば数度以下程度（例えばコンマ数度）で進行方向を変化させる。
【００６１】
検出部３０は、一対のスリット２３ａ，２３ｂをそれぞれ通過した光の干渉よって発生する第１干渉縞と、一対のスリット２３ｃ，２３ｄをそれぞれ通過した光の干渉によって発生する第２干渉縞とを検出する。図１の例では、検出部３０は干渉縞発生部２０に対して位相シフトマスク８０とは反対側に配置されており、フーリエ変換レンズ３１と画像センサ３２とを備えている。フーリエ変換レンズ３１および画像センサ３２はスリットマスク２３からＺ軸方向に沿って離れるにしたがって、この順で配置されている。スリットマスク２３および分離素子６０からの光はフーリエ変換レンズ３１を経由して、画像センサ３２の受光面で結像する。これにより、画像センサ３２は第１干渉縞および第２干渉縞を検出することができる。画像センサ３２は例えばＣＣＤセンサである。画像センサ３２は検出結果（例えば画像）を制御部５０へと出力する。
【００６２】
制御部５０は電子回路機器であって、例えばデータ処理装置および記憶媒体を有していてもよい。データ処理装置は例えばＣＰＵ(Central Processor Unit)などの演算処理装置であってもよい。記憶部は非一時的な記憶媒体（例えばＲＯＭ(Read Only Memory)またはハードディスク）および一時的な記憶媒体（例えばＲＡＭ(Random Access Memory)）を有していてもよい。非一時的な記憶媒体には、例えば制御部５０が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。処理装置がこのプログラムを実行することにより、制御部５０が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部５０が実行する処理の一部または全部がハードウェアによって実行されてもよい。
【００６３】
制御部５０は移動機構４０を制御する。また制御部５０は、検出部３０によって検出された第１干渉縞および第２干渉縞の位置に基づいて、位相差を反映したパラメータ（後述）であって光軸のズレには依存しにくいパラメータを求める。これにより、制御部５０は当該パラメータに基づいて高い精度で位相差を算出することができる。以下に、具体例を詳述する。
【００６４】
＜測定時の動作＞
図３は、位相差測定装置１の動作の一例を示すフローチャートである。まずステップＳ１にて、制御部５０は値ｋを初期値（＝１）に設定する。この値ｋは複数の測定位置Ｐ［ｋ］の番号を示す。
【００６５】
次にステップＳ２にて、制御部５０は移動機構４０を制御して、照射部１０、干渉縞発生部２０および検出部３０を測定位置Ｐ［ｋ］へ移動させる。この測定位置Ｐ［ｋ］は、図１を参照して、照射部１０からの光が位相シフトマスク８０の領域８ａの一部および領域８ｂの一部の両方を透過する位置であり、より具体的には、領域８ａ（つまり位相シフト膜８２）を透過した光Ｌ１がスリット２３ａを通過し、領域８ｂ（つまり位相シフト膜８２が形成されていない領域）を透過した光Ｌ２〜Ｌ４がそれぞれスリット２３ｂ〜２３ｄを通過する位置である。言い換えれば、測定位置Ｐ［ｋ］において、スリット２３ａは領域８ａを透過する光Ｌ１の経路上に配置され、スリット２３ｂ〜２３ｄは領域８ｂを透過する光Ｌ２〜Ｌ４の経路上にそれぞれ配置される。
【００６６】
次にステップＳ３にて、制御部５０は照射部１０に光を照射させる。これにより、照射部１０からの光が位相シフトマスク８０の一部を透過しつつ、スリットマスク２３のスリット２３ａ〜２３ｄを通過することで、第１干渉縞および第２干渉縞が画像センサ３２の受光面において結像する。ステップＳ４にて、画像センサ３２は検出結果（例えば画像）を制御部５０へ出力する。
【００６７】
さて、第１干渉縞は、位相シフト膜８２（領域８ａ）およびスリット２３ａを通過した光Ｌ１と、位相シフト膜８２以外の領域８ｂおよびスリット２３ｂを通過した光Ｌ２の干渉によって生じる干渉縞である。よって、この第１干渉縞の明暗の位置は位相シフト膜８２を透過した光Ｌ１と、位相シフト膜８２以外の領域８ｂを透過した光Ｌ２との間の位相差に依存する。また第１干渉縞の明暗の位置は光学系の光軸のズレ量にも依存する。
【００６８】
一方で、第２干渉縞は、領域８ｂおよびスリット２３ｃを通過した光Ｌ３と、領域８ｂおよびスリット２３ｄを通過した光Ｌ４との干渉によって生じる干渉縞である。光Ｌ３，Ｌ４の位相差はその測定位置Ｐ［ｋ］によらず、理想的には零である。よって第２干渉縞の明暗の位置は光Ｌ３，Ｌ４の位相差には依存せず、光学系の光軸のズレ量に依存する。
【００６９】
図４および図５は、干渉縞の一例を模式的に示している。図４の例では、光Ｌ１，Ｌ２の干渉による第１干渉縞ＩＦ１と、光Ｌ３，Ｌ４の干渉による第２干渉縞ＩＦ２とが示されている。図４の例では、干渉縞の明線を長尺状の矩形で模式的に示している。図４の例では、干渉縞は奇数個の明線を有しており、その中央に位置する明線が０次の明線に相当する。なお図４の例では、各光学系の光軸が一致した状態における光Ｌ３，Ｌ４の干渉による干渉縞ＩＦ０を二点鎖線で示している。この干渉縞ＩＦ０は検出部３０によって検出された干渉縞ではなく、各光学系の光軸が一致した理想的な干渉縞である。図５は、干渉縞ＩＦ０〜ＩＦ２における光の強度の一例を概略的に示している。図５の例示では、干渉縞ＩＦ０〜ＩＦ２における光の強度が重ねて示されている。
【００７０】
図１の例では、分離素子６０は、スリット２３ｃ，２３ｄを通過した光Ｌ３，Ｌ４の進行方向を、Ｚ軸方向からＸ軸方向の一方側に傾斜した方向に曲げている。よって、図１の例では、光Ｌ１，Ｌ２は画像センサ３２の受光面において、光Ｌ３，Ｌ４とはＸ軸方向に離れた位置で結像している。よって、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２は画像センサ３２の受光面においてＸ軸方向において離れた位置に結像する。
【００７１】
しかしながら、図４の例では、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の明暗の位置関係を見やすくするために、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２をＹ軸方向に離れた位置に示している。もちろん、実際に、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２を画像センサ３２の受光面においてＹ軸方向に離れた位置で結像させてもよい。つまり、分離素子６０は光Ｌ３，Ｌ４の進行方向を、Ｚ軸方向からＹ軸方向の一方側に傾斜した方向に曲げてもよい。
【００７２】
さて、干渉縞ＩＦ０の明線の位置と、対応する第１干渉縞ＩＦ１の明線の位置との間の変位量ｘ１には、主として光Ｌ１，Ｌ２の間の位相差に起因した変位量ｘ０と、光軸のズレ量に起因した変位量ｘ２とが含まれている。つまり、変位量ｘ１は変位量ｘ０と変位量ｘ２との和である。なお対応する明線の位置とは、同じ次数の明線の位置であって、例えば０次の明線の位置である。よって変位量ｘ１は、干渉縞ＩＦ０の所定次数（例えば０次）の明線の位置に対する第１干渉縞ＩＦ１の所定次数の明線の位置の変位量である、とも説明できる。他の変位量についても同様である。あるいは、干渉縞ＩＦ０のある明線に対応する第１干渉縞ＩＦ１の明線とは、第１干渉縞の明線のうち干渉縞ＩＦ０の当該明線と隣り合う明線である、とも説明できる。
【００７３】
一方で干渉縞ＩＦ０の明線の位置と、対応する干渉縞ＩＦ２の明線の位置との間の変位量は光軸のズレに起因した変位量ｘ２と一致する。なぜなら、領域８ｂを通過する光Ｌ３，Ｌ４にはほとんど位相差がなく、しかも第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２は共通の光学系で検出されるので、その光軸のズレが第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２に対して共通に作用するからである。つまり、光軸のズレに起因する変位量が第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２において同じ量で観測されるからである。
【００７４】
そこで、ステップＳ５にて、制御部５０は第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の互いに対応する明線の位置に基づいて光Ｌ１，Ｌ２の位相差を算出する。具体的には、制御部５０は検出部３０からの画像の各画素値（光の強度に相当）に基づいて、干渉縞ＩＦ１，ＩＦ２の明線の位置を特定し、この第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の所定次数（例えば０次）の明線の位置の間の変位量ｘ０を求める。この変位量ｘ０は変位量ｘ１とは違って光軸のズレ量にほとんど依存しないので、高い精度で光Ｌ１，Ｌ２の位相差を反映する。そして制御部５０はこの変位量ｘ０に基づいて位相差を算出する。変位量ｘ０と位相差との関係は予め設定されており、例えば所定の関係式、シミュレーションまたは実験によって決定されてもよい。あるいは、例えば特許文献１と同様にして、制御部５０は第１干渉縞ＩＦ１の明線の間のピッチΔｘおよび変位量ｘ０をそれぞれ分母および分子とした商（ｘ０／Δｘ）に基づいて位相差を算出してもよい。
【００７５】
次にステップＳ６にて、制御部５０は値ｋが所定値ｋｒｅｆよりも大きいか否かを判断する。つまり、制御部５０は全ての測定位置Ｐ［ｋ］での測定が終了したか否かを判断する。否定的な判断がなされれば、ステップＳ７にて、制御部５０は値ｋに１を加算し、ステップＳ２〜Ｓ６を再び実行する。ステップＳ７において肯定的な判断がなされれば、制御部５０は処理を終了する。
【００７６】
以上のように、制御部５０は、光Ｌ１，Ｌ２の位相差および光軸のズレ量に依存した第１干渉縞ＩＦ１の明線の位置と、光Ｌ１，Ｌ２の位相差には依存せず、光軸のズレ量に依存した第２干渉縞ＩＦ２の明線の位置とに基づいて、光Ｌ１，Ｌ２の位相差を算出する。具体的には制御部５０は、光軸のズレ量にはほとんど依存せずに光Ｌ１，Ｌ２の位相差に依存した変位量ｘ０を求め、この変位量ｘ０に基づいて位相差を算出する。したがって、より高い精度で光Ｌ１，Ｌ２の位相差を算出することができる。
【００７７】
＜光学系の光学特性＞
上述の例では、光Ｌ１〜Ｌ４が通過する各経路における光学特性の相違については考慮しなかった。しかしながら、実際には各経路における光学特性は互いに相違する場合がある。例えば対物レンズ２１および結像レンズ２２には収差があり、その光学特性は各経路によってわずかに相違し得る。この場合、例えば位相シフトマスク８０に入射する際の光Ｌ１〜Ｌ４の状態（例えば位相）は互いに相違し得る。
【００７８】
上述した光軸のズレは各経路について共通に作用するので、光Ｌ１〜Ｌ４に対して共通に作用するものの、この光学特性は各経路において相違し得るので、この光学特性の相違は光Ｌ１〜Ｌ４に対して個別に作用する。よって、光学特性の相違は第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２に共通して作用するものではなく、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２に対して個別に作用する。つまり、光学特性の相違に起因する変位量は第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２において異なる値で観測される。
【００７９】
よって、変位量ｘ１から変位量ｘ２を減算した変位量ｘ０は、光Ｌ１，Ｌ２の位相差に起因する変位量のみならず、光学特性の相違に起因した変位量にも依存する。つまり、位相差の算出精度には、なお改善の余地がある。ここでは、光Ｌ１〜Ｌ４の各経路における光学特性の相違に起因した位相差の算出精度の低下を抑制することを企図する。
【００８０】
図６は、位相差測定装置１の動作の一例を示すフローチャートである。まずステップＳ１１にて、制御部５０は移動機構４０を制御して、光学系（照射部１０、干渉縞発生部２０および検出部３０の一組）を基準位置Ｐ［０］へと移動させる。図７は、光学系が基準位置Ｐ［０］に位置したときの位相差測定装置１の構成の一例を概略的に示す図である。この基準位置Ｐ［０］は、照射部１０からの光が位相シフトマスク８０の領域８ｂを通過する位置であり、より具体的には、領域８ｂを透過した光Ｌ１〜Ｌ４がそれぞれスリット２３ａ〜２３ｄを通過する位置である。
【００８１】
次にステップＳ１２にて、制御部５０は照射部１０に光を照射させる。この光の照射によって、一対のスリット２３ａ，２３ｂを通過した光Ｌ１，Ｌ２の干渉による干渉縞（以下、第１基準干渉縞ＩＦ１０と呼ぶ）と、一対のスリット２３ｃ，２３ｄを通過した光Ｌ３，Ｌ４の干渉による干渉縞（以下、第２基準干渉縞ＩＦ２０と呼ぶ）とが、画像センサ３２の受光面において結像する。ステップＳ１３にて、画像センサ３２は第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０を検出し、その検出結果（例えば画像）を制御部５０へ出力する。制御部５０は第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０の明線の位置を制御部５０の記憶装置に記憶する。
【００８２】
次に制御部５０はステップＳ１４〜Ｓ１６を実行する。ステップＳ１４〜Ｓ１６はそれぞれステップＳ１，Ｓ２，Ｓ４と同様である。
【００８３】
次にステップＳ１７にて、制御部５０は、ステップＳ１６において検出された第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の位置と、ステップＳ１３において検出された第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０の位置とに基づいて、測定位置Ｐ［ｋ］における光Ｌ１，Ｌ２の位相差を算出する。以下、具体的に説明する。
【００８４】
図８および図９は、第１干渉縞ＩＦ１、第２干渉縞ＩＦ２、第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０の一例を模式的に示す図である。図９では、第１干渉縞ＩＦ１、第２干渉縞ＩＦ２、第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０における光の強度の一例が示されている。第１干渉縞ＩＦ１および第１基準干渉縞ＩＦ１０は、それぞれ、測定位置Ｐ［ｋ］および基準位置Ｐ［０］における光Ｌ１，Ｌ２の干渉による干渉縞である。よって、光Ｌ１，Ｌ２を通過する経路の光学特性は第１干渉縞ＩＦ１および第１基準干渉縞ＩＦ１０に対して共通に作用する。したがって、第１干渉縞ＩＦ１の明線の位置と、対応する第１基準干渉縞ＩＦ１０の明線の位置との間の変位量ｘ１０において、当該経路の光学特性の影響が打ち消される。つまり、変位量ｘ１０は当該経路の光学特性（例えば収差）にほとんど依存しない。
【００８５】
これに対して、一対のスリット２３ａ，２３ｂにそれぞれ入射する光Ｌ１，Ｌ２の位相差は基準位置Ｐ［０］（図７）においてほぼ零であるのに対して、測定位置Ｐ［ｋ］（図１）においては位相シフト膜８２による位相遅れに応じた値をとる。また光学系の光軸の状態は基準位置Ｐ［０］および測定位置Ｐ［ｋ］において相違する。よって、変位量ｘ１０は測定位置Ｐ［ｋ］における光Ｌ１，Ｌ２の位相差と、光学系の光軸のズレ量とに依存する。
【００８６】
第２干渉縞ＩＦ２および第２基準干渉縞ＩＦ２０は、それぞれ、測定位置Ｐ［ｋ］および基準位置Ｐ［０］における光Ｌ３，Ｌ４の干渉による干渉縞である。よって、光Ｌ３，Ｌ４の経路の光学特性は第２干渉縞ＩＦ２および第２基準干渉縞ＩＦ２０に対して共通に作用する。したがって、第２干渉縞ＩＦ２の明線の位置と、対応する第２基準干渉縞ＩＦ２０の明線の位置との間の変位量ｘ２０において、当該経路の光学特性の影響が打ち消される。つまり、変位量ｘ２０は当該経路の光学特性（例えば収差）にはほとんど依存しない。
【００８７】
またスリット２３ｃ，２３ｄにそれぞれ入射する光Ｌ３，Ｌ４の位相差は基準位置Ｐ［０］および測定位置Ｐ［ｋ］において互いにほぼ等しい。よって、変位量ｘ２０は光Ｌ３，Ｌ４の位相差にはほとんど依存せず、光学系の光軸のズレ量に依存する。
【００８８】
第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０は基準位置Ｐ［０］において共通の光学系で検出され、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２は測定位置Ｐ［ｋ］において共通の光学系で検出されるので、基準位置Ｐ［０］に対する測定位置Ｐ［ｋ］における光軸のズレ量は第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２において同じ変位量として観測される。つまり、変位量ｘ１０は、光Ｌ１，Ｌ２の位相差に依存する変位量ｘ０と、光軸のズレ量に依存する変位量ｘ２０との和となる。よって、変位量ｘ１０から変位量ｘ２０を減算した変位量ｘ０はより高い精度で光Ｌ１，Ｌ２の位相差を反映する。
【００８９】
そこで、まず制御部５０は、ステップＳ１６にて検出した第１干渉縞ＩＦ１と、ステップＳ１３にて検出した第１基準干渉縞ＩＦ１０との、互いに対応する明線の位置の変位量ｘ１０を求め、同様に、ステップＳ１６にて検出した第２干渉縞ＩＦ２と、ステップＳ１３にて検出した第２基準干渉縞ＩＦ２０との、互いに対応する明線の位置の変位量ｘ２０を求める。次に、制御部５０は変位量ｘ１０から変位量ｘ２０を減算して変位量ｘ０を求め、この変位量ｘ０に基づいて上述のように光Ｌ１，Ｌ２の位相差を求める。例えば制御部５０は第１干渉縞ＩＦ１のピッチΔｘおよび変位量ｘ０をそれぞれ分母および分子とした商に基づいて、位相差を求めてもよい。
【００９０】
次にステップＳ１８にて、制御部５０は値ｋが所定値ｋｒｅｆよりも大きいか否かを判断する。ステップＳ１８において否定的な判断がなされたときに、ステップＳ１９にて、制御部５０は値ｋに１を加算する。次に、制御部５０はステップＳ１５〜Ｓ１８を再び実行する。ステップＳ１８において肯定的な判断がなされたときには、制御部５０は動作を終了する。
【００９１】
以上のように、制御部５０は、第１干渉縞ＩＦ１と第１基準干渉縞ＩＦ１０との互いに対応する明線の間の変位量ｘ１０、および、第２干渉縞ＩＦ２と第２基準干渉縞ＩＦ２０の互いに対応する明線の間の変位量ｘ２０に基づいて位相差を算出する。具体的には、制御部５０は変位量ｘ１０から変位量ｘ２０を減算した変位量ｘ０に基づいて位相差を算出する。変位量ｘ１０，ｘ２０においては、光学系の各経路における光学特性の相違の影響が打ち消されているので、変位量ｘ０は当該光学特性の相違にほとんど依存せず、より高い精度で光Ｌ１，Ｌ２の位相差を反映する。よって、より高い精度で位相差を算出することができる。
【００９２】
なお、位相差測定装置１に対して複数枚の位相シフトマスク８０が順次に搬入される場合、図６の動作によれば、第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０の検出（ステップＳ１１〜Ｓ１３）はその位相シフトマスク８０ごとに行われる。しかるに、この検出は位相シフトマスク８０の１枚ごとに行われる必要はない。第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０の検出は一度だけ行われ、検出された第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０が複数枚の位相シフトマスク８０に対して共通して用いられてもよい。また、Ｎ枚の位相シフトマスク８０ごとに、第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０を検出して、これらを更新してもよい。
【００９３】
＜スリットマスク＞
＜スリット２３ａ，２３ｂの幅＞
位相シフトマスク８０において、位相シフト膜８２の透過率は基材８１の透過率に比べて小さい。例えば基材８１の透過率に対する位相シフト膜８２の透過率の比は、例えば数％程度である。よって、領域８ａを透過する光Ｌ１の量は領域８ｂを透過する光Ｌ２よりも小さくなる。したがって、スリット２３ａに入射する光Ｌ１の量はスリット２３ｂに入射する光Ｌ２の量よりも小さくなる。そして、この光Ｌ１，Ｌ２の光量差が大きいほど、光Ｌ１，Ｌ２の干渉により生じる第１干渉縞ＩＦ１のコントラストは悪くなる。
【００９４】
そこで、第１干渉縞ＩＦ１のコントラストを向上すべく、スリット２３ａのサイズを決定することを企図する。図２の例においては、スリット２３ａ，２３ｂの長さ（長手方向に沿う長さ）は互いに同程度であり、スリット２３ａの幅はスリット２３ｄの幅（短手方向に沿う幅）よりも広い。これによれば、スリット２３ａ，２３ｂを通過した光Ｌ１，Ｌ２の光量差もより小さくすることができる。したがって、スリット２３ａ，２３ｂを通過した光Ｌ１，Ｌ２の干渉による第１干渉縞ＩＦ１のコントラストを向上できる。
【００９５】
＜スリット２３ａ〜２３ｄの長さ＞
上述のように、位相シフト膜８２の透過率は基材８１の透過率に比べて小さいので、領域８ｂを通過する光Ｌ２〜Ｌ４の量は領域８ａを通過する光Ｌ１の量よりも小さい。よって、光Ｌ３，Ｌ４による第２干渉縞ＩＦ２における光の量（例えば総量）は、光Ｌ１，Ｌ２による第１干渉縞ＩＦ１における光の量（例えば総量）よりも大きい。第１干渉縞ＩＦ１と第２干渉縞ＩＦ２の光量差が大きい場合には、画像センサ３２として測定レンジの広いセンサを採用する必要がある。このようなセンサは高価である。
【００９６】
そこで、第１干渉縞ＩＦ１と第２干渉縞ＩＦ２との光量差を低減すべく、スリット２３ａ〜２３ｄのサイズを決定することを企図する。図２の例では、スリット２３ｃ，２３ｄの長さは互いに同程度であり、スリット２３ａ，２３ｂの長さはスリット２３ｃ，２３ｄの各々の長さよりも長い。これによれば、スリット２３ｃ，２３ｄを通過する光Ｌ３，Ｌ４の量を低減することができるので、第１干渉縞ＩＦ１と第２干渉縞ＩＦ２との間の光量差を低減することができる。これにより、画像センサ３２として、より測定レンジの狭いセンサを採用することができる。よって、画像センサ３２のコストを低減できる。
【００９７】
＜スリット２３ａ，２３ｂのピッチとスリット２３ｃ，２３ｄのピッチ＞
図１０は、スリットマスク２３の構成の一例を示す平面図である。図１０の例では、スリット２３ｃ，２３ｄのピッチｄ２はスリット２３ａ，２３ｂのピッチｄ１よりも狭い。干渉縞の明暗のピッチはスリットのピッチに反比例するので、第２干渉縞ＩＦ２の明暗のピッチは第１干渉縞の明暗のピッチよりも長くなる。しかしながら、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の０次の明線の位置はスリットのピッチに依存しない。したがって、制御部５０は上述のように、第１干渉縞ＩＦ１と第２干渉縞ＩＦ２の０次の明線の間の変位量ｘ０に基づいて位相差を算出することにより、高い精度で位相差を算出することができる。
【００９８】
しかも、スリット２３ｃ，２３ｄのピッチｄ２をスリット２３ａ，２３ｂのピッチｄ１よりも狭くしているので、その逆に比べて、Ｘ軸方向において隣り合う位相シフト膜８２の隙間ｐ１をより狭くすることができる。言い換えれば、隙間ｐ１（つまり領域８ｂのＸ軸方向の幅）がより狭い位相シフトマスク８０に対しても、本位相差測定装置１を用いることができる。つまり、位相差測定装置１はより精細な位相シフトマスク８０も測定することができる。
【００９９】
＜スリット２３ａ，２３ｂのペアとスリット２３ｃ，２３ｄのペアの位置関係＞
図２の例では、スリット２３ａ〜２３ｄはＸ軸方向において並んで配置されている。しかるに、必ずしもこれに限らない。例えば一対のスリット２３ａ，２３ｂはＹ軸方向に沿って見て一対のスリット２３ｃ，２３ｄと重ならないように配置されていてもよい。言い換えれば、一対のスリット２３ｃ，２３ｄをＹ軸方向において一対のスリット２３ａ，２３ｂとずれた位置に配置されてもよい。図１１は、スリットマスク２３の構成の一例を示す平面図である。
【０１００】
図１１の例では、一対のスリット２３ａ，２３ｂはＸ軸方向において隣り合っており、一対のスリット２３ｃ，２３ｄもＸ軸方向において隣り合っている。またスリット２３ｂ，２３ｃにおいてＹ軸方向において隣り合って配置されている。
【０１０１】
これによれば、スリット２３ｂ，２３ｃがＸ軸方向において隣り合わず、Ｙ軸方向において隣り合っている。よって、位相差測定装置１は、Ｘ軸方向において隣り合う位相シフト膜８２の隙間ｐ１がより狭い位相シフトマスク８０に対しても適用することができる。つまり、位相差測定装置１はより精細な位相シフトマスク８０も測定することができる。
【０１０２】
＜アルゴリズムによる干渉縞の分離＞
上述の例では、分離素子６０は第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２を互いに分離した位置で画像センサ３２に結像させている。しかるに、分離素子６０は必ずしも必要ではない。図１２は、位相差測定装置１Ａの概念的な構成の一例を示す図である。位相差測定装置１Ａは分離素子６０の有無という点で位相差測定装置１と相違する。この位相差測定装置１Ａにおいては分離素子６０が設けられていない。よって、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２は同じ位置で画像センサ３２に結像する。
【０１０３】
よって画像センサ３２が撮像する画像には、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２が同一領域に混在する。制御部５０は画像センサ３２からの画像に基づいて、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の明線の位置を特定してもよい。例えば、スリット２３ａ，２３ｂを通過した光Ｌ１，Ｌ２の量はスリット２３ｃ，２３ｄを通過した光Ｌ３，Ｌ４の量と相違するので、第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の互いに対応する次数の明線の強度は相違する。第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の明線のどちらの強度が大きいかは、スリットマスク２３の形状に依存し、予め決まっている。なお通常、一つの干渉縞において、次数が大きくなるほど明線の強度は低下する。言い換えれば、一つの干渉縞において、０次の明線の強度は他の次数の明線の強度よりも高い。
【０１０４】
例えば制御部５０は画像における画素値（つまり光の強度）の各ピーク値が第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の明線のどちらを示すのかを、当該ピーク値に基づいて判断する。例えば第２干渉縞ＩＦ２の明線の強度が第１干渉縞ＩＦ１の明線の強度よりも高い場合には、制御部５０は、画像センサ３２からの画像において最も強度が高い位置を、第２干渉縞ＩＦ２の０次の明線の位置と判断してもよい。また第２干渉縞ＩＦ２の明線の間のピッチはスリット２３ｃ，２３ｄの間のピッチ、光の波長およびフーリエ変換レンズ３１の焦点距離によって予め決まっている。よって、干渉縞ＩＦ２の０次の明線の位置が決まれば、他の次数の明線の位置が推測できる。例えば制御部５０は、予め決められたピッチを０次の明線の位置に加算した位置を１次の明線の位置として推定する。制御部５０は、１次の明線の位置と推測された位置の近傍で強度がピーク値をとる位置をその１次の明線の位置と特定する。制御部５０は他の次数の明線の位置も同様にして特定することができる。
【０１０５】
第１干渉縞ＩＦ１の０次の明線は、第２干渉縞ＩＦ２の０次の明線と１次（または−１次）の明線との間に位置する。そこで、制御部５０は、特定した第２干渉縞ＩＦ２の０次の明線と１次（または−１次）の明線との間で強度がピーク値をとる位置を、第１干渉縞ＩＦ１の０次の明線の位置として特定する。第１干渉縞ＩＦ１の明線の間のピッチも予め決まっているので、制御部５０は第１干渉縞ＩＦ１のｍ次の明線の位置を、第２干渉縞ＩＦ２と同様に特定することができる。
【０１０６】
以上のように、制御部５０は第１干渉縞ＩＦ１の明線と第２干渉縞ＩＦ２の明線の位置を特定することができる。制御部５０は第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の互いに対応する明線の変位量ｘ０を求める。これにより、高い精度で位相差を反映する変位量ｘ０を得ることができる。
【０１０７】
また制御部５０は光学系を基準位置Ｐ［０］に移動させ、上記と同様にして第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０の明線の位置を特定してもよい。そして、制御部５０は光学系を測定位置Ｐ［ｋ］へ移動させ、上記と同様にして第１干渉縞ＩＦ１および第２干渉縞ＩＦ２の明線の位置を特定する。制御部５０は第１干渉縞ＩＦ１、第２干渉縞ＩＦ２、第１基準干渉縞ＩＦ１０および第２基準干渉縞ＩＦ２０に基づいて、上述のように変位量ｘ０を求める。これにより、更に高い精度で位相差を反映する変位量ｘ０を得ることができる。
【０１０８】
なお上述の例では、測定対象物８として位相シフトマスク８０を例示しているものの、必ずしもこれに限らない。要するに、位相差測定装置１は、屈折率分布を有する測定対象物８について、その異なる屈折率領域を透過した光の位相差を測定することができる。測定対象物８の他の例としては、鉱物などが例示される。
【０１０９】
以上のように、基板保持装置および基板処理装置は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において例示であって、この開示がそれに限定されるものではない。また、上述した各種変形例は、相互に矛盾しない限り組み合わせて適用可能である。そして、例示されていない多数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０１１０】
１  位相差測定装置
８  測定対象物
８ａ  第１屈折率領域
８ｂ  第２屈折率領域
１０  照射手段（照射部）
２３  スリットマスク
２３ａ  第１スリット（スリット）
２３ｂ  第２スリット（スリット）
２３ｃ  第３スリット（スリット）
２３ｄ  第４スリット（スリット）
３０  検出手段（検出部）
３１  フーリエ変換レンズ
３２  画像センサ
４０  移動機構  
５０  演算処理手段（制御部）
６０  分離素子
ＩＦ１  第１干渉縞（干渉縞）
ＩＦ２  第２干渉縞（干渉縞）
ＩＦ１０  第１基準干渉縞（基準干渉縞）
ＩＦ２０  第２基準干渉縞（基準干渉縞）
Ｐ［０］  基準位置
Ｐ［ｋ］  測定位置
【図１】
2019056631.tif 000003
【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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