(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりも微細なサイズのモニタパターンを用いて位相シフトマスクの位相シフト量及び透過率を１回の測定工程により測定できる位相シフト量測定装置及び測定方法を提供する。【解決手段】シアリング干渉計６を用いてモニタパターンの位相シフト量及び透過率を同時に測定する。モニタパターンを通過した光と非パターンエリアを通過した光との干渉光の位相差から位相シフト量を求める。また、モニタパターンを通過した光と非パターンエリアを通過した光との干渉光の振幅及び非パターンエリアを通過した光同士の干渉光の振幅を用いてモニタパターンの透過率を求める。【選択図】図１
2015108702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフトマスクに形成されている位相シフターの位相シフト量及び透過率を測定する位相シフト量測定装置であって、
位相シフトマスクに形成されたモニタパターン及びその周辺のエリアに向けて照明ビームを投射する光源装置と、
位相シフトマスクから出射した光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズにより集光された光から、互いに横ずらしされた第１及び第２のシアリングビームを形成する手段、これら第１及び第２のシアリングビームについて１周期分の位相変調を行う手段、及び、位相変調された第１及び第２のシアリングビームを合成して干渉ビームを形成する手段を有するシアリング干渉計と、
前記シアリング干渉装置から出射した干渉ビーム受光し、前記第１のシアリングビームのモニタパターンを通過した光と第２のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第１の干渉光の輝度、前記第２のシアリングビームのモニタパターンを通過した光と第１のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第２の干渉光の輝度、及び、前記第１のシアリングビームの周辺エリアを通過した光と第２のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第３の干渉光の輝度を検出する光検出手段と、
前記光検出手段からの出力信号を受け取り、位相シフターの透過率及び位相シフト量を算出する信号処理装置とを有し、
前記信号処理装置は、前記第１の干渉光と第２の干渉光との位相差から位相シフターの位相シフト量を求め、前記第１の干渉光の振幅と第３の干渉光の振幅から位相シフターの透過率を求めることを特徴とする位相シフト量測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の位相シフト量測定装置において、前記モニタパターンは、位相シフト膜中に細長いストライプ状の光透過部として形成され又は光透過部中に細長いストライプ状の位相シフト膜により形成され、
前記シアリング干渉計のシアリング量は、前記光検出手段上において、前記第１のシアリングビームにより形成されるモニタパターンの画像と第２のシアリングビームにより形成されるモニタパターンの画像とが重なり合わないように設定されていることを特徴とする位相シフト量測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の位相シフト量測定装置において、前記信号処理装置は、前記1周期分の位相変調による第１及び第３の干渉光の位相変調量に対する輝度の変化から第１及び第３の干渉光の振幅を求めることを特徴とする位相シフト量測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の位相シフト量測定装置において、前記光検出手段は２次元撮像装置により構成され、
前記信号処理装置は、第１〜第３の干渉光をそれぞれ受光する第１〜第３の画素エリアからそれぞれ出力される輝度信号からモニタパターンの透過率及び位相シフト量を算出することを特徴とする位相シフト量測定装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の位相シフト量測定装置において、前記光検出手段は、前記第１〜第３の干渉光をそれぞれ受光する第１〜第３の光検出器により構成され、
前記信号処理装置は、前記第１〜第３の光検出器からそれぞれ出力される輝度信号からモニタパターンの透過率及び位相シフト量を算出することを特徴とする位相シフト量測定装置。
【請求項６】
シアリング干渉計を用いて位相シフトマスクに形成されている位相シフターの位相シフト量及び透過率を測定する測定方法であって、
位相シフトマスクに形成されているモニタパターンとその周辺のエリアに向けて照明ビームを投射する工程と、
シアリング干渉計のシアリング量を、モニタパターンの２つの画像同士が重なり合わないように設定する工程と、
位相シフトマスクから出射した透過光から、横ずらしされた２本の透過ビームを形成し、これら２本の透過ビームについて1周期分の位相変調を行う工程と、
モニタパターンの第１の画像と周辺エリアの画像との干渉画像を形成する第１の干渉光の輝度、モニタパターンの第２の画像と周辺エリアの画像との干渉画像を形成する第２の干渉光の輝度、及び、周辺エリア同士の干渉画像を形成する第３の干渉光の輝度を検出する工程と、
前記第１〜第３の干渉光について、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取得する工程と、
前記第１及び第２の干渉光の位相変調データから位相シフターの位相シフト量を算出し、前記第１の干渉光の位相変調データと第３の干渉光の位相変調データから位相シフターの透過率を算出する工程とを含むことを特徴とする測定方法。
【請求項７】
請求項６に記載の測定方法において、前記第１〜第３の干渉光は２次元撮像装置により受光され、さらに、前記２次元撮像装置の第１〜第３の干渉光を受光する画素エリアを特定する工程を含み、
前記特定された３つの画素エリアからの出力信号を用いて位相シフターの位相シフト量及び透過率が同時に測定されることを特徴とする測定方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の測定方法において、前記照明ビームは、波長が193ｎｍのコヒーレントな波長光又は部分的にコヒーレントな波長光により構成されることを特徴とする測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相シフトマスクの位相シフト量及び透過率を測定する測定装置及び測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
LSIの微細化に対応したフォトマスクとして、ハーフトーン型位相シフトマスクやレベンソン型位相シフトマスクが実用化されている。位相シフトマスクは、マスクパターンの互いに隣接するパターン素子を透過する光に対してπ又はその奇数倍の位相差を与える位相シフターが形成され、例えばハーフトーン型の位相シフトマスクにおいては、モリブデン−シリコン膜により形成される遮光パターンが位相シフターとして作用し、遮光パターンを透過した光と隣接する開口部を透過した光との間にπ又はその奇数倍の位相差が導入されている。位相シフトマスクにおいては、位相シフターの位相シフト量が設計値からずれるにしたがって露光されたパターンの解像度が低下し、フォトマスクの品質が低下してしまう。このため、フォトマスクの製造工程において、位相シフターの位相シフト量は品質を確保するための重要なパラメータであり、位相シフト量測定装置を用いて位相シフターの位相シフト量が測定されている。
【０００３】
従来、位相シフト量測定装置として、２光束干渉法を利用した測定装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この従来の位相シフト量測定装置では、検査すべき位相シフトマスクのコーナー部に四角形の位相シフターのモニタパターンが形成され、光源装置から出射したコヒーレントな光ビームをモニタパターンに向けて投射している。モニタパターンから出射した透過ビームはマッファツェンダ干渉計に入射し、所定のシアリング量だけ横ずらしされた２本の横ずらしビームに変換される。２本の横ずらしビームにより、モニタパターンの画像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たモニタパターンの画像と開口部の画像とが重畳した２つの干渉画像と、その両側にそれぞれ形成された開口部の画像同士が重畳した２つの干渉画像とが形成されている。２本の横ずらしビームにより形成される干渉画像はCCDカメラで撮像され、モニタパターンを透過した光束と開口部を透過した光束とが重畳した２つの干渉画像から発生する干渉光の位相差に基づいて位相シフト量が算出されている。
【０００４】
位相シフトマスクにおいては、位相シフターの位相シフト量と共に位相シフターの透過率も重要な物理量である。すなわち、位相シフターは遮光パターンとして機能し、ウエハへの露光時における解像度及びドーズ量を規定する作用を果たす。従って、位相シフターの透過率が予め定めた範囲から外れた場合、露光工程における解像度やドーズ量が閾値範囲から外れてしまい、位相シフトマスクの品質が低下する不具合が発生する。そのため、従来の位相シフト量測定装置では、位相シフターの位相シフト量と共に遮光膜の透過率も測定されている。
【０００５】
従来の位相シフト量測定装置では、開口部の画像同士が重畳した干渉画像を形成する干渉縞の振幅を測定すると共に位相シフターの画像同士が重畳したエリアの干渉光の振幅を測定し、これら２つの振幅の比率から透過率が求められている（特許文献１参照）。
【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】
【０００６】
従来の位相シフト量測定装置では、位相シフターの位相シフト量及び透過率を測定するため、位相シフターの画像同士が重畳した干渉画像、位相シフターの画像と開口部の画像が重畳した２つの干渉画像、及び開口部の画像同士が重畳した干渉画像の３種類の干渉画像を形成する必要がある。これら３種類の干渉画像を形成するためには、比較的サイズの大きなモニタパターンが必要となり、LSIの微細化を目的とする市場のニーズに反する不具合が生じてしまう。
【０００７】
さらに、従来の位相シフト量測定装置では、位相シフターの透過率を測定するために用いられる干渉画像と位相シフト量の測定に用いられる干渉画像とが相違するため、ステージを移動して２回の測定する必要があり、測定のスループットが低下する欠点があった。
【０００８】
本発明の目的は、微細化されたモニタパターンを用いて位相シフターの位相シフト量及び透過率を１回の測定工程により測定できる位相シフト量測定装置及び測定方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による位相シフト量測定装置は、位相シフトマスクに形成されている位相シフターの位相シフト量及び透過率を測定する位相シフト量測定装置であって、
位相シフトマスクに形成されたモニタパターン及びその周辺のエリアに向けて照明ビームを投射する光源装置と、
位相シフトマスクから出射した光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズにより集光された光から、互いに横ずらしされた第１及び第２のシアリングビームを形成する手段、これら第１及び第２のシアリングビームについて１周期分の位相変調を行う手段、及び、位相変調された第１及び第２のシアリングビームを合成して干渉ビームを形成する手段を有するシアリング干渉計と、
前記シアリング干渉装置から出射した干渉ビーム受光し、前記第１のシアリングビームのモニタパターンを通過した光と第２のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第１の干渉光の輝度、前記第２のシアリングビームのモニタパターンを通過した光と第１のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第２の干渉光の輝度、及び、前記第１のシアリングビームの周辺エリアを通過した光と第２のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第３の干渉光の輝度を検出する光検出手段と、
前記光検出手段からの出力信号を受け取り、位相シフターの透過率及び位相シフト量を算出する信号処理装置とを有し、
前記信号処理装置は、前記第１の干渉光と第２の干渉光との位相差から位相シフターの位相シフト量を求め、前記第１の干渉光の振幅と第３の干渉光の振幅から位相シフターの透過率を求めることを特徴とする。
【００１０】
本発明者が２光束干渉法と位相シフト法を利用した位相シフト量測定装置について種々の解析を行った結果、共通の干渉画像を用いて位相シフト量測定と透過率測定と並行して行うことができることが判明した。すなわち、従来の位相シフト量測定装置では、位相シフターの画像同士の干渉画像と開口部の画像同士の干渉画像を用いて透過率測定が行われ、位相シフターの画像と開口部の画像との干渉縞信号波形を用いて位相シフト量測定が行われていた。このため、透過率測定と位相シフト量測定において別々の干渉画像が用いられるため、モニタパターンのサイズが大きくなるばかりでなく、ステージ移動を行って２つの箇所の測定を行う必要があった。これに対して、本発明では、モニタパターンの画像と周辺エリアの画像との干渉画像及び周辺エリア同士の画像の干渉画像を用いて透過率測定が行われるので、共通の干渉画像を用いて透過率測定及び位相シフト量測定を並行して行うことが可能である。
【００１１】
本発明による測定方法は、シアリング干渉計を用いて位相シフトマスクに形成されている位相シフターの位相シフト量及び透過率を測定する測定方法であって、
位相シフトマスクに形成されているモニタパターンとその周辺のエリアに向けて照明ビームを投射する工程と、
シアリング干渉計のシアリング量を、モニタパターンの２つの画像同士が重なり合わないように設定する工程と、
位相シフトマスクから出射した透過光から、横ずらしされた２本の透過ビームを形成し、これら２本の透過ビームについて1周期分の位相変調を行う工程と、
モニタパターンの第１の画像と周辺エリアの画像との干渉画像を形成する第１の干渉光の輝度、モニタパターンの第２の画像と周辺エリアの画像との干渉画像を形成する第２の干渉光の輝度、及び、周辺エリア同士の干渉画像を形成する第３の干渉光の輝度を検出する工程と、
前記第１〜第３の干渉光について、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取得する工程と、
前記第１及び第２の干渉光の位相変調データから位相シフターの位相シフト量を算出し、前記第１の干渉光の位相変調データと第３の干渉光の位相変調データから位相シフターの透過率を算出する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、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測定することが可能になる。さらに、モニタパターンの画像同士が重畳した干渉画像が不要になるので、ストライプ状のモニタパターンを用いることができ、この結果モニタパターンのサイズを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による位相シフト量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】第１及び第２の干渉画像の波面の状態を示す図である。
【図５】位相変調量と輝度変化との関係を示す位相変調データの一例を示すグラフである。
【図６】フリンジスキャンによる第１〜第３の干渉画像の輝度変化を示す図である。
【図７】本発明による測定方法のアルゴリズムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は本発明による位相シフトマスクの物理量を測定する測定装置の一例を示す図である。本発明では、位相シフトマスクの製造時にマスクパターンと共に位相シフターのモニタパターンが形成され、位相シフターのモニタパターンの位相シフト量及び透過率を測定する。照明光源１からコヒーレントな照明ビーム又は部分的にコヒーレントな照明ビームを発生する。照明光源１として、露光装置において実際に使用される露光光の波長と同一の波長光を放出する光源を用い、例えば露光装置においてArFレーザが用いられる場合、重水素ランプから発生する光をプリズムにより分光した193．4nmの波長光を照明光として用いる。尚、照明光源として、ArFレーザを用いることもでき、又は２４８ｎｍのビームを放射するKrFレーザを用いることもできる。尚、照明ビームは、集光レンズ２を介して集光され、ＸＹステージ上に配置した位相シフトマスク３のモニタパターンに向けて投射される。測定対象となる位相シフトマスクとして、石英ガラス上にハーフトーン膜の遮光パターンが形成されたハーフトーン型位相シフトマスク、トライトーン型の位相シフトマスク等の各種の位相シフトマスクを用いることができる。
【００１５】
位相シフトマスク３のモニタパターンから出射した光は対物レンズ４及びリレーレンズ５を経てシアリング干渉計（２光束干渉計）６に入射する。このシアリング干渉計は、マスクパターンの横ずらし画像を形成し、形成された２つの横ずらし画像を合成し、合成された横ずらし干渉画像を出力すると共にフリンジスキャンを行う機能を有する。シアリング干渉計として、マッハ・ツェンダ干渉光学系や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、本例では、マッハ・ツェンダ干渉計を用いる。
【００１６】
マッハ・ツェンダ干渉計６に入射した画像光は、ハーフミラー７により分割され、第１及び第２のシアリングビームが形成される。第１のシアリングビームは、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のシアリングビームと第２のシアリング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のシアリングビームを所定量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のシアリングビームは、全反射ミラー９を経てハーフミラー１０に入射する。第２のシアリングビームは、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のシアリングビームに対して１周期分の位相変調量を与える。すなわち、第２のダブルウエッジプリズム１２は、位相変調手段として機能する。
【００１７】
所定のシアリング量だけ横ずらしされた第１及び第２のシアリングビームはハーフミラー１０により合成されて干渉ビームを形成する。この干渉ビームは、結像レンズ１４を介して2次元撮像装置１５上に結像される。2次元撮像装置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画像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モニタパターンの位相シフト量及び透過率が算出される。
【００１８】
図２はモニタパターンの一例を示す図である。本例では、石英基板３ａ上に遮光膜及び位相シフターとして機能するMoSi膜のハーフトーン膜が形成された位相シフトマスクを例にして説明する。図２（Ａ）は石英基板３ａ上にハーフトーン膜３ｂが形成され、ハーフトーン膜中にストライプ状の光透過部（開口部）３ｃが形成され、光透過部３ｃをモニタパターンとする（「ポジタイプ」。図２（Ｂ）は、石英基板３ａ上に光透過部（開口部）３ｄが形成され、光透過部３ｄ中にストライプ状のハーフトーン膜３ｅが形成され、ハーフトーン膜３ｅをモニタパターンとする（「ネガタイプ」）。図２（Ａ）に示す例では、モニタパターンである光透過部３ｃを透過する光とその周辺エリアであるハーフトーン膜（位相シフター）３ｂを透過する光との間の位相差である位相シフト量を測定する。また、図２（Ｂ）に示す例では、モニタパターンであるハーフトーン膜（位相シフター）３ｅを通過する光とその周辺エリアである光透過部３ｄを通過する光との間の位相差である位相シフト量を測定する。本例では、図２（Ａ）に示すモニタパターンを用いる位相シフト量測定及び透過率測定について説明する。
【００１９】
本発明では、シアリング干渉計において、モニタパターンの画像同士が互いに重畳しない干渉画像を形成するため、モニタパターン３ｃ及び３ｅは、細長いストライプ状に形成する。モニタパターンの横方向の寸法は例えば１μｍに設定し、縦方向の長さは１０μｍに設定する。このように、細長いストライプ状のモニタパターンを用いることにより、モニタパターンの寸法が一層小さくすることができる。
【００２０】
図３は撮像装置１５上に結像される横ずらし干渉画像を模式的に示す線図であり、図３（Ａ）は第１及び第２のシアリングビームによりそれぞれ形成される画像を示し、図３（Ｂ）は合成された横ずらし干渉画像を示す。符号２０は第１のシアリングビームにより形成される第１の横ずらし画像を示し、符号２１は第２のシアリングビームにより形成される第２の横ずらし画像を示す。第１の横ずらし画像２０はモニタパターンの画像２０ａとその周辺エリアの画像２０ｂを含み、第２の横ずらし画像２1はモニタパターンの画像２1ａと周辺エリアの画像２1ｂを含む。本発明では、シアリング干渉計のダブルウエッジプリズムのシアリング量を例えば１０μｍに設定し、モニタパターンの画像同士が互いに重なり合わないようにする。
【００２１】
図３（Ｂ）に示すように、撮像装置上に形成される干渉画像は、第１のシアリングビームのモニタパターンの画像を形成する光と第２のシアリングビームの周辺エリアの画像を形成する光との干渉により形成される第１の干渉画像２２ａと、第１のシアリングビームの周辺エリアの画像を形成する光と第２のシアリングビームのモニタパターンの画像を形成する光との干渉により形成される第２の干渉画像２２ｂと、第１のシアリングビームの周辺エリアを通過した光と第２のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉により形成される第３の干渉画像２２ｃ、すなわち光透過部を通過した光同士の干渉画像とを含む。
【００２２】
図３（Ｃ）は、２次元撮像装置の３つの測定画素エリアを示す。第１の画素エリア２３ａは第１の干渉画像２２ａの輝度を検出し、第２の画素エリア２３ｂは第２の干渉画像２２ｂの輝度を検出し、第３の画素エリア２３ｃは第３の干渉画像２２ｃの輝度を検出する。操作者は、モニタ上に表示される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。
【００２３】
図４は、シアリング干渉計により形成される第１及び第２の干渉画像の波面の関係を模式的に示す図である。図４において、φ０ は第１のシアリングビームと第２のシアリングビームの光路長差により規定される位相差を示し、φ１は第１の干渉画像２２ａにおける位相差を示し、φ２は第２の干渉画像における位相差を示し、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。２つの横ずらし画像の波面の関係より、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
モニタパターンの位相シフト量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１及び第２の干渉画像の位相差φ１ 及びφ２ からモニタパターンの位相シフト量が求まる。
【００２４】
図５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及び第２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１周期分だけ移動させ、一方の光路を伝搬するシアリングビームに２πの位相差を導入する。この際、第１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２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、位相シフトマスク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。
【００２５】
次に、位相シフターの透過率測定について説明する。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（光透過部：開口部）の画像同士の干渉画像の輝度をＩ1とし、モニタパターンの画像と周辺エリア（ハーフトーン膜領域）の画像との干渉画像の輝度をＩ2とし、周辺エリアの画像同士の干渉画像の輝度をＩ3とする。また、モニタパターンを通過した光の輝度をＡＱＺとし、周辺エリアを通過した光の輝度をＡＴＨ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＋ＡＨＴ２＋２√ＡＱＺ×√ＡＨＴ×ｃｏｓφ
Ｉ3＝ＡＨＴ２＋ＡＨＴ２＋２√ＡＨＴ×√ＡＨＴ×ｃｏｓφ
【００２６】
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×√ＡＨＴ
Amp3＝２√ＡＨＴ×√ＡＨＴ
【００２７】
ここで、石英ガラス領域(開口部)の透過率を基準とする位相シフターの相対透過率Ｔは、以下の式で規定される。
Ｔ＝Amp3／Amp1
＝ＡＨＴ／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＝ＡＨＴ／ＡＱＺ
＝（√ＡＨＴ／√ＡＱＺ）２
＝（Amp3／Amp2）２ 
上式が示すように、石英ガラスの透過率を基準する位相シフターの相対透過率は、モニタパターンの画像と周辺エリアの画像との干渉画像の輝度の振幅と、周辺エリアの画像同士の干渉画像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位相シフター(ハーフトーン膜：遮光膜）の透過率は、図３に示す干渉画像を１周期だけ変調して第１又は第２の干渉画像の振幅と第３の干渉画像の振幅を求め、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６は、１周期分だけ位相変調した場合の第１及び第３の干渉画像の輝度変化すなわち干渉縞波形を示す。１周期分の位相変調を行うことにより、第１及び第２の干渉画像の干渉縞波形が求められると共に、ハーフトーン膜同士の干渉画像の干渉縞波形も求められる。従って、信号処理装置において、振幅Amp3について振幅Amp3で除算し、さらに除算値を２乗することにより、ハーフトーン膜（位相シフター）の透過率が求められる。このように、本発明によれば、１回の測定操作を行うだけで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ことが可能になる。
【００３０】
図７は本発明による測定方法のアルゴリズムを示す図である。ステップ１において、位相シフトマスクを保持するステージを移動させ、モニタパターンを２次元撮像装置の視野中心に位置決めする。続いて、ステップ２において、フォーカス調整を行う。
【００３１】
ステップ３において、モニタ上に形成されたモニタパターンの像を見ながら、第１〜第３の干渉画像が形成される画素エリアを特定し、測定エリアを決定する。
【００３２】
ステップ４において、フリンジスキャンを行い、１周期分の位相変調を行う。そして、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し、メモリに記憶する。
【００３３】
ステップ５において、位相変調データを用いてモニタパターンの位相シフト量及び透過率を算出する。この場合、例えば第１及び第２の干渉画像のピーク値間の変調量から位相シフト量を求めることができる。また、透過率については、第１の干渉画像の波形のピーク間の輝度値から振幅を求めると共に第３の干渉画像のピーク間の輝度値から振幅を求める。そして、２つの振幅値を除算し、除算値を２乗することにより透過率が求められる。
【００３４】
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、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個のホトマルを用い、各ホトマルにより第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。
さらに、上述した実施例では、シアリング干渉計としてマッファツェンダ干渉計を用いたが、ノマルスキープリズムやウォルストンプリズムを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  光源
２  集光レンズ
３  位相シフトマスク
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
【図１】
2015108702.tif 000003
【図２】
2015108702.tif 000004
【図３】
2015108702.tif 000005
【図４】
2015108702.tif 000006
【図５】
2015108702.tif 000007
【図６】
2015108702.tif 000008
【図７】
2015108702.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成26年9月3日(2014.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
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する工程と、
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ことを特徴とする測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の測定方法において、前記モニタパターンとして、ハーフトーン膜に形成された細長いストライプ状の光透過部により構成されたモニタパターン、又は光透過部に形成された細長いストライプ状のハーフトーン膜により構成されたモニタパターンが用いられることを特徴とする測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の測定方法において、前記シアリング干渉計として、第１及び第２のダブルウエッジを有するマッファツェンダ干渉計を用い、第１のダブルウエッジを調整することにより、互いに重なり合わない第１及び第２の干渉画像を撮像装置上に形成し、前記第２のダブルウエッジを連続的に制御することにより第１〜第３の干渉画像について１周期にわたる位相変調が行われることを特徴とする測定方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の検査装置において、前記撮像装置として２次元撮像装置が用いられ、前記第１〜第３の干渉画像をそれぞれ撮像する画素エリアから出力される出力信号を用いて位相変調データを形成することを特徴とする測定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
参考として記載する本発明による位相シフト量測定装置は、位相シフトマスクに形成されている位相シフターの位相シフト量及び透過率を測定する位相シフト量測定装置であって、
位相シフトマスクに形成されたモニタパターン及びその周辺のエリアに向けて照明ビームを投射する光源装置と、
位相シフトマスクから出射した光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズにより集光された光から、互いに横ずらしされた第１及び第２のシアリングビームを形成する手段、これら第１及び第２のシアリングビームについて１周期分の位相変調を行う手段、及び、位相変調された第１及び第２のシアリングビームを合成して干渉ビームを形成する手段を有するシアリング干渉計と、
前記シアリング干渉装置から出射した干渉ビーム受光し、前記第１のシアリングビームのモニタパターンを通過した光と第２のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第１の干渉光の輝度、前記第２のシアリングビームのモニタパターンを通過した光と第１のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第２の干渉光の輝度、及び、前記第１のシアリングビームの周辺エリアを通過した光と第２のシアリングビームの周辺エリアを通過した光との干渉光である第３の干渉光の輝度を検出する光検出手段と、
前記光検出手段からの出力信号を受け取り、位相シフターの透過率及び位相シフト量を算出する信号処理装置とを有し、
前記信号処理装置は、前記第１の干渉光と第２の干渉光との位相差から位相シフターの位相シフト量を求め、前記第１の干渉光の振幅と第３の干渉光の振幅から位相シフターの透過率を求めることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明による測定方法は、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であって、
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する工程と、
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ことを特徴とする。