(57)【要約】【課題】光学系ないし光学装置の焦点制御を一層正確に行うことができるフォーカス制御方法を提供する。【解決手段】本発明では、焦点制御用の基準パターン（５）を用いて、システム全体の基準系を設定する。試料を検査し又は試料の物理量を測定する光学装置の焦点及びオートフォーカス機構の焦点を基準系に整合させる。そして、オートフォーカス機構の変位対象物を試料表面（４）に設定し、試料表面の基準点からの変位量を測定し、変位した点をオートフォーカス機構の制御の動作点として光学装置の対物レンズ（６）の焦点を制御する。基準系を設定する際、基準パターンについてベッケ効果を利用して合焦判定を行う。【選択図】  図１
2008152065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を光学的に検査し又は試料の物理量を光学的に測定する光学装置の焦点状態を制御するフォーカス制御方法であって、
前記光学装置は、試料を支持するステージと、試料に向けて照明光を投射する光源と、試料から出射した光を受光する対物レンズと、試料像を撮像する撮像装置とを有し、
焦点制御用の基準パターンを前記光学装置により撮像し、前記撮像装置から出力される画像情報を用いて前記対物レンズを基準パターンに対して合焦させる工程と、
検査中又は測定中に対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス機構の変位対象を前記基準パターンに設定し、オートフォーカス機構の制御の基準点を基準パターンに設定する工程と、
オートフォーカス機構の変位対象を、検査又は測定すべき試料表面に設定し、オートフォーカス機構により前記基準点から試料表面までの変位量を求める工程とを有し、
オートフォーカス機構は、基準点から前記変位量だけ変位した点を制御の動作点として対物レンズを制御することを特徴とするフォーカス制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のフォーカス制御方法において、前記光学装置の撮像装置は、2次元アレイ状に配列した複数の受光素子を有する2次元撮像装置により構成され、前記フォーカス制御用の基準パターンの画像を2次元撮像装置により撮像することを特徴とするフォーカス制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載のフォーカス制御方法において、前記焦点制御用の基準パターンは、透明基板に形成した複数の溝又は凹部を有し、前記光学装置の撮像装置は、基準パターンの画像を撮像し、得られた画像の所定のライン方向に配列された受光素子の輝度分布に基づいて、又は得られた画像の形態に基づいて対物レンズを基準パターンに対して合焦させることを特徴とするフォーカス制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載のフォーカス制御方法において、前記撮像装置により撮像された基準パターンの画像からベッケ線が消滅したか否かもって合焦判定することを特徴とするフォーカス制御方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のフォーカス制御方法において、前記焦点制御用の基準パターンは、試料を支持するステージに装着され、又は試料表面に直接形成されていることを特徴とするフォーカス制御方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載のフォーカス制御方法において、前記試料を位相シフトマスクとし、前記光学装置の対物レンズと撮像装置との間にシャリング干渉計が配置され、前記撮像装置は、試料の横ずらし干渉画像を撮像し、当該光学装置は、横ずらし干渉画像に基づいて位相シフトマスクの位相シフト量を測定することを特徴とするフォーカス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフォーカス制御方法、特にフォトマスクや位相シフトマスク等の物理量を光学的に測定し又は光学的に検査する光学装置のフォーカスを制御するフォーカス制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶デバイスの製造工程においては、フォトマスクに形成されたマスクパターンが露光装置により半導体ウェハ上に転写され、現像工程及びエッチング工程等の種々の工程を経て各種デバイスが製造されている。LSIの微細化に伴い、露光工程で用いられるフォトマスクのパターン幅も微細化しており、微細化に対応したフォトマスクとして位相シフトマスクが用いられている。この位相シフトマスクは、隣接するパターン素子を通過する光にπ又はその奇数倍の位相差が形成されるように設計されており、設計値からずれにしたがって解像度が低下してしまう。このため、位相シフトマスクの品質を確保するため、位相シフト量測定装置を用いて位相シフトマスクの位相シフト量が測定されている。
【０００３】
ハーフトーン型の位相シフトマスクの位相シフト量を測定する装置として、二光束干渉計を用いた位相シフト量測定装置が既知である。この測定装置では、位相シフタを透過した光とハーフトーン膜が形成されていない部位を透過した光とを干渉させ、干渉光を光検出器により受光し、光検出器からの出力信号に基づいて位相シフト量が測定されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３２７１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャリング干渉計を用いて位相シフト量を測定する装置は、位相シフタの位相シフト量を正確に測定することができる。一方、LSIの微細化に伴い、位相量測定用ハーフトーン膜に形成される開口の径も微細化しており、ハーフトーン膜には1．0μｍ程度の開口部が形成されている。このような微細な開口部が形成された位相シフトマスクの位相シフト量を光学的に測定する場合、回折現象が強く影響し、測定装置のフォーカス状態が正規の合焦位置から僅かに変位するだけで、測定される位相シフト量が大幅に変動する不都合が生じてしまう。本発明者が、種々の径の開口部が形成された位相シフトマスクについて、光学系のフォーカス変位量と測定された位相シフト量との関係を実測したところ、開口部の径が3μｍ以下になると、光学系のフォーカスが僅かに変位するだけで測定される位相シフト量が大幅に変化することが判明した。
【０００６】
一方、現在実用化されている位相シフト量測定装置においては、シャリング干渉計のフォーカス調整は、オペレータがモニタ上に表示されるパターン画像を見ながら手動で行われている。このため、対物レンズの実際のフォーカス位置が真のフォーカス位置から変位することもあり、測定される位相シフト量が真の位相シフト量からずれて測定される不具合が生じている。このような不具合は、位相シフトマスクの位相シフト量を測定する場合だけでなく、半導体ウェハや各種フォトマスクの欠陥検査や物理量測定を光学的に行う場合にも同様に生じるものである。
【０００７】
本発明の目的は、光学系ないし光学装置の焦点制御を一層正確に行うことができるフォーカス制御方法を提供するとこにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によるフォーカス制御方法は、試料を光学的に検査し又は試料の物理量を光学的に測定する光学装置の焦点状態を制御するフォーカス制御方法であって、
前記光学装置は、試料を支持するステージと、試料に向けて照明光を投射する光源と、試料から出射した光を受光する対物レンズと、試料像を撮像する撮像装置とを有し、
焦点制御用の基準パターンを前記光学装置により撮像し、前記撮像装置から出力される画像情報を用いて前記対物レンズを基準パターンに対して合焦させる工程と、
検査中又は測定中に対物レンズの光軸方向の位置を制御するオートフォーカス機構の変位対象を前記基準パターンに設定し、オートフォーカス機構の制御の基準点を基準パターンに設定する工程と、
オートフォーカス機構の変位対象を、検査又は測定すべき試料表面に設定し、試料表面の前記基準点からの変位量を求める工程とを有し、
オートフォーカス機構は、基準点から前記変位量だけ変位した点を制御の動作点として対物レンズを制御することを特徴とする。
【０００９】
位相シフトマスクの位相シフト量を測定する位相シフト量測定装置において、位相シフト量を高精度に測定するには、高精度な焦点制御を必要とする。そこで、本発明では、ベッケ効果を利用して焦点制御の基準設定を行う。すなわち、屈折率分布を有する試料の画像を撮像する場合、撮像装置の焦点が試料表面から変位すると、屈折率が変化する部分に明暗のベッケ線が発生し、撮像装置の焦点が試料表面上に合焦するとベッケ線が消滅する。このベッケ効果を利用することにより、撮像装置の焦点制御の基準点を高精度に設定することができる。そこで、本発明では、ベッケ効果が判別される焦点制御用の基準パターンを用いてシステム全体のフォーカス制御の絶対的な基準系を設定し、当該絶対的な基準系に対して光学装置の焦点及びオートフォーカス機構の制御目標点を整合させる。そして、オートフォーカス機構の変位対象物を試料に設定し、検査中又は測定中にオートフォーカス機構から出力される焦点制御信号により光学装置の対物レンズを駆動制御する。このように構成することにより、試料を検査し又は測定する光学装置の焦点制御の基準とオートフォーカス機構の焦点制御の基準とが同一条件に設定されるので、試料の検査中又は測定中に、光学装置の対物レンズが絶対的な基準系により設定された動作点に常時駆動制御されることになる。
【００１０】
本発明によるフォーカス制御方法の好適実施例は、焦点制御用の基準パターンが、透明基板に形成した複数の溝又は凹部を有し、前記光学装置の撮像装置は、基準パターンの画像を撮像し、得られた画像の所定のライン方向に配列された受光素子の輝度分布に基づいて、又は得られた画像の形態に基づいて対物レンズを基準パターンに対して合焦させることを特徴とする。焦点制御用の基準パターンは、試料を支持するステージに装着することができ、或いは試料がフォトマスクのように透明基板を有する試料の場合、試料表面にエッチングにより直接形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、システム全体の焦点制御の基準を規定する絶対的な基準を設定し、試料を検査し又は測定する光学装置の焦点及びオートフォーカス機構の焦点を設定された絶対的な基準に整合させているので、試料の検査中又は測定中に光学装置の焦点を試料に対して高精度に合焦させることが可能である。特に、ベッケ効果を利用してシステム全体の焦点の基準を設定しているので、一層高精度にフォーカス制御が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本例では、位相シフトマスクの位相シフト量を測定する装置のフォーカス制御について説明する。図１は本発明によるフォーカス制御方法が実施される位相シフト量測定装置の一例を示す線図である。照明光源１から放出された照明光は、集光レンズ２を介してＸＹステージ３上に配置した位相シフトマスク４に向けて投射する。照明光源１として、露光装置において実際に使用される投影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。  ＸＹステージ３には、フォーカス制御用の基準パターン５を装着し、当該基準パターンをフォーカス制御の基準位置として設定する。
【００１３】
位相シフトマスク４から出射した光は対物レンズ６により受光され、リレーレンズ７を経てシャリング干渉計８に入射する。対物レンズ６はその光軸方向に変位可能に装着され、サーボモータ９により光軸方向に変位する。
【００１４】
シャリング干渉計８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。シャ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ャ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。マッハ・ツェンダ干渉計８に入射した画像光は、ハーフミラー１０により分割され、一方の画像光は、第１のダブルウエッジプリズム１１及び全反射ミラー１２を経てハーフミラー１３に入射する。他方の画像光は、全反射ミラー１４及び第２のダブルウエッジプリズム１５を経てハーフミラー１３に入射する。第１のダブルウエッジプリズム１１と第２のダブルウエッジ１５を適切に設定して所定のシャリング量を与えて２つ横ずらし画像を形成する。第２のダブルウエッジプリズム１５の一方のウエッジプリズム１５ａはリニァモータ１６に連結され、光軸と直交する方向に移動して通過する画像光に対して１周期分の位相変調を与える。
【００１５】
所定のシャリング量だけ横ずらしされた２つの画像光はハーフミラー１３により合成され、リレーレンズ１７、及び中央部に開口を有する全反射ミラー１８を経て結像レンズ１９に入射する。合成された横ずらし干渉画像は結像レンズ１９により2次元撮像装置２０上に結像される。2次元撮像装置２０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２１を経て信号処理回路２２に供給される。
【００１６】
本例では、全反射ミラー１８で反射した画像光を別の結像レンズ２３を介して2次元ＣＣＤ２４上に結像し、位相シフトマスク４の検査部位を観察することができる。尚、中央に開口を有する全反射ミラー１８は、本発明に必須の構成要素ではなく、必要に応じて配置する。
【００１７】
図２は検査対象とする位相シフトマスクのマスクパターンの一例を示すものであり、本例ではハーフトーン型の位相シフトマスクの位相シフト量を測定する。図２Ａは平面図、図２ＢはＩ−Ｉ線断面図である。ハーフトーン型の位相シフトマスク４は石英基板４ａを有し、その上に位相シフタを構成するハーフトーン膜４ｂが形成され、ハーフトーン膜４ｂの一部に矩形の開口部４ｃが形成されている。本明細書では、ハーフトーン膜が形成されている部位を位相シフタ部とし、ハーフトーン膜が形成されず石英基板が露出している部位（例えば、開口部４ｃ）を非位相シフト部とし、位相シフタ部を透過する光と非位相シフト部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。尚、図２Ｃ及びＤに示すように、ハーフトーン膜が形成されていない広い非位相シフト部の中に位相シフタ部が形成されているマスクパターンについても、同様に測定される。
尚、図２に示すマスクパターンは、説明の便宜を図るために用いたものであり、種々の形態の実マスクの位相シフト量を測定することが可能である。
【００１８】
説明を明瞭にするため、本例では、図２Ａ及びＢに示すマスクパターンを例にして位相シフト量の測定方法について説明する。図３は2次元撮像装置１７上に結像される開口部４ｃの２つの横ずらし干渉画像を模式的に示す線図である。シャリング干渉計のダブルウエッジプリズム１１の設定角度調整によりシャリング量を適切に設定して、マスクパターンである開口部４ｃの２つの横ずらし画像が互いに重なり合わないようにする。ここで、図面上の左側に形成される開口部の画像を４Lとし、右側に形成される開口部の画像を４Rとする。
【００１９】
図４は、シャリング干渉計により形成される開口部４ｃの２つの横ずらし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 は干渉している２つの波面の位相差を示し、φＬは横ずらし画像４Lの位相差を示し、φＲは横ずらし画像４Rの位相差を示し、φは求める位相シフタ（ハーフトーン膜）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、位相量φ，φＲ ，φＬ 及びφ０との間に以下の式が成立する。
φ０  ＝φＬ  ＋φ
φＲ  ＝φ０  ＋φ
位相シフタの位相シフト量φは以下の式により与えられる。
φ＝（φＲ  − φＬ  ）／２
従って、横ずらし干渉画像中に含まれるマスクパターン（開口部４ｃ）の２つの横ずらし画像の位相量φＬ 及びφＲ から位相シフタの位相シフト量が求まる。
【００２０】
次に、信号処理回路２２における処理手順について説明する。
［ステップ１］
検査すべき位相シフトマスクをＸＹステージ上に配置し、位相シフト量の測定に適したマスクパターンを選定する。次に、選定されたマスクパターンの横ずらし干渉画像を撮像し、モニタ上に表示する。この際、ＸＹステージを調整し、マスクパターンの２つの横ずらし画像がモニタの中央に位置することが好ましい。
【００２１】
［ステップ２］
オペレータは、モニタ上に表示されるマスクパターンの横ずらし画像について、測定エリアとなる画素領域を規定する。測定エリアを規定するに際し、図３の破線で示すように、横ずらしパターン画像よりも一回り大きな領域を規定ことが好ましい。この際、２つの横ずらしパターン画像４R,４Lについて測定領域を規定する。測定エアリの画素（受光素子）として、例えば２０×２０の画素領域とする。
【００２２】
［ステップ３］
第２のダブルウエッジプリズムの一方のウエッジプリズムを１周期分移動させて位相変調を行う。得られた位相変調データは、２つの横ずらし画像４L及び４Ｒについて各画素毎に第１の位相変調データP１（ｉ，ｊ）としてメモリに記憶する。同時に、振幅データも算出し、第１の振幅データＩ1（ｉ，ｊ）としてメモリに記憶する。尚、得られた第１の位相変調データP１（ｉ，ｊ）を図５において実線で示す。
【００２３】
［ステップ４］
次に、ＸＹステージを移動して、画面上の比較的広い領域がハーフトーン膜だけなる均一パターンの部位又はハーフトーン膜が形成されていな均一パターンの部位を選定し、ウエッジを１周期分移動させて第２の位相変調データを各画素毎に取得してメモリに記憶すると共に第２の振幅データも算出する。尚、ＸＹステージを移動しなくても均一パターンの部位が得られる場合、当該領域を構成する画素を測定エリアとして規定する。得られた第２の位相変調データをＰ2（ｉ，ｊ）とし、算出した振幅値をＩ2（ｉ，ｊ）とする。第２の位相変調データを図５において破線で示す。
【００２４】
［ステップ５］
次に、以下に示す式に基づき、マスクパターンの位相量Ｐ（ｉ，ｊ）及び振幅値Ｉ（ｉ，ｊ）を各画素（受光素子）毎に求める。
Ｐ（ｉ，ｊ）＝Ｐ1（ｉ，ｊ）−Ｐ2（ｉ，ｊ）
Ｉ（ｉ，ｊ）＝Ｉ1（ｉ，ｊ）−Ｉ2（ｉ，ｊ）
【００２５】
［ステップ６］
次に、２つの横ずらしパターン画像について、各画素毎に求めた位相量Ｐ（ｉ，ｊ）及び振幅値Ｉ（ｉ，ｊ）について、特異的な値の画素(受光素子)のデータを測定対象から除外する。すなわち、パターンエッジ部等からの回折光や多重反射光等が入射した場合、当該画素の位相量又は振幅値が周囲の画素の値から大幅に変化する。よって、位相量又は振幅値のいずれか又は両方が周囲画素の値から大幅に変化した画素を測定対象から除外する。
特異的な値の画素を除外する方法として、種々の方法が用いられ、例えば測定領域の中心の画素（受光素子）の値を基準にして所定の閾値を超える受光素子の位相量を除外し、残りの受光素子の位相量の平均値を求め位相量する。或いは、微分処理を行って、微分値を閾値と比較し、微分値が所定の閾値内の位相量の平均値求めることもできる。また、振幅値について同様な処理を行って特異的な振幅値の受光素子の位相量を除外し、残りの受光素子の位相量の平均を求めることもできる。このようにして得られた２つのパターン画像の位相量をＰＲ及びＰＬとして出力する。
【００２６】
［ステップ７］
最後に、位相シフトマスクの位相シフト量Ｐを以下の式に基づいて算出し、終了する。
Ｐ＝（ＰＲ −ＰＬ ）／２
【００２７】
次に、フォーカス制御について説明する。初めに、オートフォーカス機構について説明する。図１を参照するに、オートフォーカス機構は、測定ビームを発生する光源３０を有する。光源３０は、例えばレーザ光源とすることができる。レーザ光源から発生した測定ビームは、全反射ミラー３１で反射し、対物レンズ６を経て変位対象物である位相シフトマスク４に入射する。測定ビームは、位相シフトマスク４の表面で反射し、第２の全反射ミラー３２で反射し、ポジショナ３３を経て、２つの受光素子３４ａ及び３４ｂを有する２分割フォトダイオード３４に入射する。２分割フォトダイオード３４からの出力信号は、信号処理装置２２に供給され、信号処理装置２２において対物レンズを駆動制御するためのフォーカス制御信号が作成される。尚、フォーカス制御信号を作成する手法として、例えばフォーカルト法やナイフエッジ法等の種々の手法が既知であり、他の種々のフォーカス制御手段を用いることも可能である。２分割フォトダイオードの代りに、複数の受光素子がライン状に配列されたリニァイメージセンサを用い、受光素子から出力される信号を用いて焦点誤差信号を形成することも可能である。
【００２８】
図１において、変位対象物である位相シフトマスク４の表面が対物レンズの光軸方向に沿って変位すると、位相シフトマスクからの反射光は図面上の上下方向に変位する。この変位に伴い、２分割フォトダイオード３４の受光素子３４ａ及び３４ｂに入射する反射ビームの光量が変化する。この２つの光量値が信号処理装置２２において検出され、対象物の反射率に影響を受けないよう正規化され、対物レンズ６の焦点状態を制御するフォーカス制御信号が作成される。作成されたフォーカス制御信号は駆動回路３５に供給され、モータ９を駆動し、検査中又は測定中に対物レンズ６が変位対象物に対して常時合焦するようにフォーカス制御がおこなわれる。
【００２９】
次に、測定ないし検査開始時のフォーカス制御について説明する。フォーカス制御に先立って、ＸＹステージ３を移動させて焦点制御用の基準パターン５を対物レンズ６の視野内に位置させ、基準パターン５の背面側から照明光を投射し、当該位相シフト量測定装置により基準パターンの画像を撮像する。
【００３０】
図６は、基準パターンの一例を示す図であり、図６Ａは斜視図及び図６Ｂは断面図である。焦点制御用の基準パターンは、透明基板４０の一方の表面にエッチング処理により形成された３本の溝４０ａ〜４０ｃを有する。これらの溝は、その幅は１〜２μｍ程度の幅とし、エッチング深さは、溝部を透過する光と非溝部を透過する光との間に３０〜１８０°程度の位相差が形成される深さに設定する。例えば、測定光（光源１から発生する照明光）の波長が１９３ｎｍ場合、約４０〜２００ｎｍの深さに設定する。
【００３１】
図７は、対物レンズ６の焦点状態と撮像装置２０により撮像された基準パターンの画像のＸ方向の輝度分布を示す。図７Ａは、撮像装置の焦点が位相シフトマスクの上方に合焦している状態を示し、図７Ｂは撮像装置の焦点が位相シフトマスクの表面上に合焦した状態を示し、図７Ｃは位相シフトマスクの表面よりも下方に合焦した状態を示す。図７の下側のグラフは、撮像装置により撮像された画像のＸ方向の輝度分布を示す。撮像装置の焦点が位相シフトマスクの表面から上方又は下方に変位すると、基準パターンの屈折率分布に応じて明暗の縞であるベッケ線が撮像される。撮像された画像のＸ方向には大きな輝度分布が検出される。一方、撮像装置の焦点が基準パターンの表面上に合焦すると、ベッケ効果により明暗の縞模様は消滅し、ほぼフラットな輝度分布が検出される。従って、光軸方向のある基準位置から対物レンズ６を微小距離づつ（例えば、数１０ｎｍ程度の距離）上方又は下方へ変位させ、撮像される基準パターンの画像の輝度分布を検出し、輝度分布がほぼフラットとなった位置が対物レンズの合焦位置として検出される。ベッケ効果を利用することにより、数１０ｎｍ程度の高分解能で撮像装置の焦点を位相シフトマスクの表面上に合焦させることが可能である。
【００３２】
対物レンズを基準パターンに合焦させた後、オートフォーカス機構の光源３０から測定ビームを放射し、対物レンズを介して基準パターン上に入射させる。基準パターンからの反射光を２分割フォトダイオードにより受光し、オートフォーカス機構の基準点、すなわち２つの受光素子３４ａ及び３４ｂに入射する光量が互いに等しくなるようにポジテョナ３３を調整する。この状態において、対物レンズが基準パターンに対して合焦すると共にオートフォーカス機構の動作の基準点が基準パターンに設定される。
【００３３】
次に、ＸＹステージ３を移動させて位相シフトマスクの測定すべき部位を対物レンズの視野内に位置させる。この際、位相シフトマスクの表面は基準パターンに対して光軸方向に変位しているため、オートフォーカス機構の２分割フォトダイオード３３から変位出力が信号処理装置に出力され、信号処理装置は、設定された基準点からの変位量に対応したフォーカス制御信号を作成して駆動回路３５に供給し、モータ９を駆動させて対物レンズを位相シフトマスクの表面に対して合焦させる。このように設定することにより、対物レンズ６は、絶対的な基準となる基準パターンを基準として駆動制御され、試料の検査中及び試料の測定中に光学装置の焦点は常時試料表面に合焦する。
【００３４】
オートフォーカス機構の制御の動作点の設定は、測定すべきフォトマスクを交換する際、或いは最後に設定した後長時間経過した場合に行う。このようにフォーカス設定することにより、短期間及び長期間中の検査や測定中に撮像装置の焦点はフォーカス制御の絶対的な基準に対して常時制御され、フォトマスク等のパターンが微細化しても、正確な検査や測定を行うことが可能になる。
【００３５】
図８は基準パターンの変形例を示す図であり、図８Ａは斜視図及び図８Ｂは平面図である。基準パターンは、透明基板５０を有し、透明基板５０上にクロム層から成る３本の遮光パターン５１ａ〜５１ｃが形成されている。３本の遮光パターンにより規定される４つの領域５２〜５５は、それぞれ２つに分割され、エッチングにより形成した凹部５２ａ〜５５ａを交互に形成する。これら凹部の深さは、凹部５２ａ〜５５ａを透過する光と非凹部とを透過する光に対して９０°程度の位相差が形成される深さとする。例えば、測定光の波長が１９３ｎｍの場合、凹部の深さであるエッチング量は９０〜１００ｎｍ程度とする。
【００３６】
図９は、図８に示す基準パターンを光学装置の撮像装置により撮像した撮影画像である。図９Ａ〜Ｃは、撮像装置の焦点が前ピン状態（焦点が基準パターンの表面よりも撮影装置側に位置する）、合焦した状態、後ピン状態（焦点が基準パターンの表面よりも後側に位置する）の基準パターンの撮影画像をそれぞれ示す。撮像装置の焦点すなわち対物レンズの焦点が基準パターン上に合焦すると、直線状のクロムの遮光パターンが撮像され、前ピン状態及び後ピン状態においては、遮光パターンがエッチング部と非エッチング部との境界で変位する。従って、撮像装置により撮像された基準パターンの撮影画像の形態に基づいて撮像装置の焦点を合焦させることができる。  
【００３７】
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、焦点制御用の基準パターンを試料を支持するステージに設けたが、フォトマスク等の透明基板上にエッチング処理により直接形成することも可能である。
さらに、オートフォーカス機構とし種々の形態のものを利用することが可能であり、例えば上述した実施例では、測定ビームを対物レンズを介して試料に入射させたが、測定ビームを直接試料面に入射させ、試料表面からの反射光を光検出器により直接受光する構成とすることも可能である。
【００３８】
上述した実施例では、位相シフトマスクの位相シフト量を測定する装置を例にして説明したが、フォトマスクや液晶フォトマスク、半導体ウェハ等の物理量を光学的測定し又は光学的検査する装置の焦点制御にも適用することが可能である。
さらに、上述した実施例では、物理量として位相シフト量を測定する例をもって説明したが、上述した位相シフト量測定装置を用いてフォトマスクに形成されている遮光パターンの透過率を測定することも可能である。また、位相シフト量や透過率だけでなく、試料の他の物理量を光学的に測定する測定装置にも本発明によるフォーカス制御方法を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明によるフォーカス制御方法が実施される位相シフト量測定装置の一例を示す線図である。
【図２】位相シフトマスクのマスクパターンの一例を示す線図である。
【図３】２つの横ずらしパターン画像を示す線図である。
【図４】パターン画像の波面の関係を示す線図である。
【図５】位相変調データの一例を示す線図である。
【図６】焦点制御用の基準パターンを示す図である。
【図７】光学装置の焦点状態と撮像画像の輝度分布との関係を示す図である。
【図８】焦点制御用の基準パターンの変形例を示す図である。
【図９】図８に示す基準パターンを光学装置の撮像装置により撮像した撮影画像である。
【符号の説明】
【００４０】
１  照明光源
２  集光レンズ
３  ＸＹステージ
４  位相シフトマスク
５  基準パターン
６  対物レンズ
７，１７  リレーレンズ
８  シャリング干渉計
９  サーボモータ
１０，１３  ハーフミラー
１１，１５  ダブルウエッジプリズム
１２，１４  全反射ミラー
１６  モータ
１８  全反射ミラー
１９  結像レンズ
２０  2次元撮像装置
２１  増幅器
２２  信号処理装置
３０    光源
３１，３２  全反射ミラー
３３  ポジショナ  
３４  ２分割フォトダイオード
【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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