(57)【要約】【課題】位相シフタの位相シフト量を一層正確に測定できる位相シフト量測定装置を実現することにある。【解決手段】シャリング干渉計（６，４４）により、位相シフトマスク（３）の横ずらし干渉画像を形成し、当該干渉画像を2次元撮像装置（１７，４８）により撮像する。2次元撮像装置の各受光素子から出力される出力信号は信号処理装置（１９）に供給され、各受光素子毎に位相シフト量を算出する。受光素子の受光面積は微小であるため、回折光や多重反射光が入射することにより特異的な位相量を出力する受光素子の位相シフト量を除外し、残りの受光素子の出力信号から求めた位相シフト量に基づいて位相シフト量を決定する。【選択図】  図１
2008185582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフトマスクの位相シフタ部を通過する光と非位相シフト部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位相シフト量測定装置であって、
位相シフトマスクのマスクパターンに向けて照明光を投射する照明光源と、
マスクパターンから出射した光を受光し、マスクパターンの横ずらし干渉画像を形成するシャーリング干渉計と、
複数の受光素子を有し、前記マスクパターンの横ずらし干渉画像を撮像する２次元撮像装置と、
シャーリング干渉計により形成された横ずらし干渉画像を前記2次元撮像装置上に結像させる結像光学系と、
前記2次元撮像装置から出力される各受光素子の出力信号を受け取り、マスクパターンの位相シフト量を、2次元撮像装置の受光素子毎に算出する信号処理装置とを具え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、前記横ずらし干渉画像を１周期分にわたって位相変調する位相変調手段を有し、前記信号処理装置は、位相シフタ部を通過した光と非位相シフト部を通過した光とにより形成される横ずらし干渉画像の、互いに対応する２つのパターン干渉画像を形成する第１及び第２の測定エリァの受光素子から出力される１周期分にわたる位相変調データに基づいて２つのパターン干渉画像間の位相差を受光素子毎に求め、得られた各受光素子の位相差情報から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高速フーリェ変換手段を有し、当該高速フーリェ変換手段は、第１及び第２の測定エリァの受光素子から出力される位相変調データについて高速フーリエ変換処理を行って位相差情報を出力す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から３までのいずれか１項に記載の位相シフト量測定装置において、前記信号処理装置は、受光素子毎に求めた位相シフト量について、特異的な値の位相シフト量を除外し、残りの複数の受光素子の位相シフト量から平均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から３までのいずれか１項に記載の位相シフト量測定装置において、前記信号処理装置は、前記各受光素子の位相変調データから振幅値を算出し、特異的な振幅値を形成する受光素子の位相シフト量を除外し、残りの受光素子の位相シフト量から平均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】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の位相シフト量測定装置において、
前記シャーリング干渉計は、マッファツェンダ干渉計により構成され、当該マッファツェンダ干渉計は、位相シフトマスクから出射した透過光を受光するように配置され、位相シフトマスクからの透過光用いて横ずらし画像を形成することを特徴とする位相シフト量測定装置。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の位相シフト量測定装置において、前記照明光源は、ArFレーザにより構成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８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の位相シフト量測定装置において、前記位相シフトマスクは、ハーフトーン型位相シフトマスク又はレベンソン型の位相シフトマスクであることを特徴とする位相シフト量測定装置。
【請求項９】
位相シフトマスクの位相シフタ部を通過する光と非位相シフト部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位相シフト量測定方法であって、
位相シフトマスクに向けて照明光を投射する工程と、
位相シフトマスクのマスクパターンの横ずらし干渉画像を形成する工程と、
形成された横ずらし干渉画像を、複数の受光素子を有する2次元撮像装置により撮像する工程と、
前記横ずらし干渉画像を１周期分にわたって位相変調し、位相変調された横ずらし画像情報をメモリに記憶する工程と、
位相シフタ部を通過した光と非位相シフト部を通過した光とによる横ずらし干渉画像の、互いに対応する２つのパターン画像を形成する複数の受光素子を含む第１及び第２の測定エリァを選択する工程と、
前記２つのパターン画像の１周期分にわたる位相変調データに基づいて前記２つのパターン画像の位相差を第１及び第２の測定エリァの受光素子毎に求め、得られた各受光素子ごとに求めた位相差から位相シフト量を算出する工程とを具えることを特徴とする位相シフト量測定方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の位相シフト量測定方法において、前記位相差は、高速フーリエ変換処理により求めることを特徴とする位相シフト量測定方法。
【請求項１１】
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透過率測定装置であって、
フォトマスクのマスクパターンに向けて照明光を投射する照明光源と、
マスクパターンから出射した光を受光し、マスクパターンの横ずらし干渉画像を形成するシャーリング干渉計と、
複数の受光素子を有し、前記マスクパターンの横ずらし干渉画像を撮像する２次元撮像装置と、
シャーリング干渉計により形成された横ずらし干渉画像を前記2次元撮像装置上に結像させる結像光学系と、
前記横ずらし干渉画像を１周期分にわたって位相変調する位相変調手段と、
前記2次元撮像装置から出力される各受光素子の出力信号を受け取り、撮像された横ずらし干渉画像の遮光パターンの画像が形成されている第１の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅と、遮光パターンが形成されていない第２の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅とを算出し、第１の測定エリアと第２の測定エリアの位相変調データの振幅の比率及び各測定エリアに含まれる受光素子数の比率に基づいて遮光パターンの透過率を算出する信号処理装置とを具えることを特徴とする透過率測定装置。
【請求項１２】
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透過率測定方法において、
フォトマスクのマスクパターンの横ずらし干渉画像を形成する工程と、
横ずらし干渉画像を、複数の受光素子を有する2次元撮像装置により撮像する工程と、
前記横ずらし干渉画像を１周期分にわたって位相変調する工程と、
横ずらし干渉画像中の、遮光パターンの画像に含まれる第１の測定エリアと遮光パターンが形成されていない第２の測定エリアを規定する工程と、
第１の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅と、遮光パターンが形成されていない第２の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅とを算出する工程と、
第１の測定エリアの振幅と第２の測定エリアの振幅との比率及び各測定エリアに含まれる受光素子数の比率に基づいて遮光パターンの透過率を算出する工程とを含むことを特徴とする透過率測定方法。
【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を測定する位相シフト量測定装置に関するものである。
また、本発明は、フォトマスクの遮光パターンの透過率を測定する透過率測定装置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ように設計されており、設計値からずれるにしたがって露光したパターンの解像度が低下し、フォトマスクとして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トマスクの位相シフト量が測定されている。
【０００３】
従来の位相シフト量測定装置においては、フォトマスクの石英基板のコーナー部にテストパターンを形成し、テストパターンの位相シフト量を測定し、その測定結果に基づいて実際に使用するマスクパターン（実パターン）の位相シフト量を推定することにより行われていた。しかしながら、フォトマスクの微細化に伴い、テストパターンによる測定ではなく、実際の露光に使用されるマスクパターンの位相シフト量を測定する要望が強くなり、実パターン又はそれに近い微細パターンの位相シフト量を正確に測定できる位相シフト量測定装置の開発が要請されている。
【０００４】
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、検査すべき位相シフトマスクに向けて照明光を投射し、位相シフトマスクの開口部からの透過光と位相シフタからの透過光を二光束干渉計を用いて干渉させ、出射する干渉光をホトマルにより受光し、ホトマルからの出力信号に基づいて位相シフト量を測定する装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【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】
【０００６】
ハーフトーン型位相シフトマスク及びレベンソン型位相シフトマスクについて、実マスクの位相シフト量を測定する場合、マスクのパターンエッジ部が測光領域に近接すると、パターンエッジ部からの強い回折光が測光領域内に侵入し、ノイズ光となる不具合が生じていた。特に、従来の位相シフト量測定装置では、干渉光学系から出射する干渉光をフォトマルにより受光しているため、測定光だけでなく、光学系内の多重反射光やレンズの収差に起因する迷光もフォトマルに入射し、測定精度及び信頼性に限界があった。すなわち、フォトマルのように比較的受光面積の大きい単一の受光素子を用いて干渉光を測光する場合、パターンエッジ部等からの回折光や多重反射光等が正規の測定光と共にフォトマルに入射し、これらの光の光量が加算された光量値がフォトマルから出力される。また、これら不所望な外光の位相量及び輝度は正規の測定光の位相量等とは大幅に相違する。従って、フォトマルからの出力信号を用いて位相シフト量を測定したのでは、測定される位相シフト量に大きな誤差が発生してしまう。
【０００７】
さらに、LSIの微細化に伴い、実マスクを構成する遮光パターンの透過率を管理する要請が強く、実マスクの遮光パターンの透過率を広いダイナミックレンジで測定できる透過率測定装置の開発も強く要請されている。
【０００８】
本発明の目的は、実マスクの位相シフト量を測定する際、マスクパターンに形成されているパターンのエッジ部からの回折光等による影響を受けず、一層正確な位相シフト量を測定できる位相シフト量測定装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、実マスクの横ずらし干渉画像から遮光パターンの透過率を測定する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】
【０００９】
本発明による位相シフト量測定装置は、位相シフトマスクの位相シフタ部を通過する光と非位相シフト部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位相シフト量測定装置であって、
位相シフトマスクのマスクパターンに向けて照明光を投射する照明光源と、
マスクパターンから出射した光を受光し、マスクパターンの横ずらし干渉画像を形成するシャーリング干渉計と、
複数の受光素子を有し、前記マスクパターンの横ずらし干渉画像を撮像する２次元撮像装置と、
シャーリング干渉計により形成された横ずらし干渉画像を前記2次元撮像装置上に結像させる結像光学系と、
前記2次元撮像装置から出力される各受光素子の出力信号を受け取り、マスクパターンの位相シフト量を、2次元撮像装置の受光素子毎に算出する信号処理装置とを具えることを特徴とする。
【００１０】
本発明では、位相シフトマスクのマスクパターンの横ずらし干渉画像を2次元撮像装置により撮像する。本発明では、2次元撮像装置の各受光素子を独立した光検出器として取扱い、各受光素子からの出力信号に基づいて各受光素子毎に位相シフト量を算出する。2次元撮像装置の受光素子の光入射面の面積は、ホトマルの光入射面の面積に比べてはるかに小さいため、パターンエッジによる回折光等が一部の受光素子に入射して特異的な位相シフト量を出力しても、当該受光素子を測定対象から除外することができるので、一層正確な位相シフト量を測定することが可能になる。
【００１１】
本発明による位相シフト量測定方法は、位相シフトマスクの位相シフタ部を通過する光と非位相シフト部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位相シフト量測定方法であって、
位相シフトマスクに向けて照明光を投射する工程と、
位相シフトマスクのマスクパターンの横ずらし干渉画像を形成する工程と、
形成された横ずらし干渉画像を、複数の受光素子を有する2次元撮像装置により撮像する工程と、
前記横ずらし干渉画像を１周期分にわたって位相変調し、位相変調された横ずらし画像情報をメモリに記憶する工程と、
位相シフタ部を通過した光と非位相シフト部を通過した光とによる横ずらし干渉画像の、互いに対応する２つのパターン画像を形成する複数の受光素子を含む第１及び第２の測定エリァを選択する工程と、
前記２つのパターン画像の１周期分にわたる位相変調データに基づいて２つのパターン画像の位相差を各測定エリァの受光素子毎に求め、得られた各受光素子ごとに求めた位相差から位相シフト量を算出する工程とを具えることを特徴とする。
【００１２】
本発明による透過率測定装置は、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透過率測定装置であって、
フォトマスクのマスクパターンに向けて照明光を投射する照明光源と、
マスクパターンから出射した光を受光し、マスクパターンの横ずらし干渉画像を形成するシャリング干渉計と、
複数の受光素子を有し、前記マスクパターンの横ずらし干渉画像を撮像する２次元撮像装置と、
シャリング干渉計により形成された横ずらし干渉画像を前記2次元撮像装置上に結像させる結像光学系と、
前記横ずらし干渉画像を１周期分にわたって位相変調する位相変調手段と、
前記2次元撮像装置から出力される各受光素子の出力信号を受け取り、撮像された横ずらし干渉画像の遮光パターンの画像が形成されている第１の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅と、遮光パターンが形成されていない第２の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅とを算出し、第１の測定エリアと第２の測定エリアの位相変調データの振幅の比率及び各測定エリアに含まれる受光素子数の比率に基づいて遮光パターンの透過率を算出する信号処理装置とを具えることを特徴とする。
【００１３】
本発明による透過率測定方法は、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透過率測定方法において、
フォトマスクのマスクパターンに向けて照明光を投射して、マスクパターンの横ずらし干渉画像を形成する工程と、
横ずらし干渉画像を、複数の受光素子を有する2次元撮像装置により撮像する工程と、
前記横ずらし干渉画像を１周期分にわたって位相変調する工程と、
横ずらし干渉画像中の、遮光パターンの画像に含まれる第１の測定エリアと遮光パターンが形成されていない第２の測定エリアを規定する工程と、
第１の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅と、遮光パターンが形成されていない第２の測定エリアに含まれる受光素子の位相変調データの振幅とを算出する工程と、
算出された第１の測定エリアの振幅と第２の測定エリアの振幅との比率及び各測定エリアに含まれる受光素子数の比率に基づいて遮光パターンの透過率を算出する工程とを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明では、エッチング処理により形成された実マスクの干渉画像を2次元撮像装置により撮像しているので、実マスクの遮光パターンの透過率を測定することが可能である。また、透過率の算出に当たり、遮光パターンの画像が形成される画像領域と遮光パターンが形成されていない画像領域の含まれる受光素子数を所望の比率に設定できるので、実質的なダイナミックレンジが受光素子数だけ拡大され、ＯＤ（Optical Density）が３〜４程度の遮光パターンであっても、その透過率を正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、位相シフトマスクのマスクパターンの横ずらし干渉画像を2次元撮像装置により撮像し、受光素子毎に位相シフト量や振幅を測定しているので、特異的な測定値を測定対象から除外することができ、不所望な回折光や多重反射光による影響を受けない位相シフト量測定装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は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。照明光源１から放出された照明光を集光レンズ２を介してＸＹステージ上に配置した検査すべき位相シフトマスク３のマスクパターンに向けて投射する。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ことができる。位相シフトマスク３から出射した光は対物レンズ４及びリレーレンズ５を経てシャリング干渉計６に入射する。このシャリング干渉計は、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。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。
【００１７】
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、一方の画像光は、第１のダブルウエッジプリズム８及び全反射ミラー９を経てハーフミラー１０に入射する。他方の画像光は、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１のダブルウエッジ８と第２のダブルウエッジ１２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１２の一方のウエッジプリズム１２ａはリニァモータ１３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。
【００１８】
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１０により合成され、結像レンズ１４に入射する。合成された横ずらし干渉画像は結像レンズ１４により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、高速フーリェ変換手段を有し、高速フーリェ変換手段により２つの干渉画像の位相差を算出する。
【００１９】
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３は石英基板３ａを有し、その上に位相シフタを構成するハーフトーン膜３ｂが形成され、ハーフトーン膜３ｂの一部に矩形の開口部３ｃ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３ｃ）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Ｂ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。
【００２０】
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１５上に結像される開口部３ｃ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の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３ｃ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３Lとし、右側に形成される開口部の画像を３Rとする。
【００２１】
図４は、シャリング干渉計により形成される開口部３ｃ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光束の光路長差により規定される位相差を示し、φＬは横ずらし画像３L位置での位相差を示し、φＲは横ずらし画像３R位置での位相差を示し、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３ｃ）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。
【００２２】
図５は、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位相変調した場合の２つの干渉画像の輝度変化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画像光中に２πの位相差を導入する。この際、干渉画像３Ｒ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、干渉画像３Ｌ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３Ｒと３Ｌ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＝φＲ−φＬ）は、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。
【００２３】
次に、信号処理回路１７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。
【００２４】
［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大まかに規定する。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できる。この際、２つの横ずらし干渉パターン画像３Ｒ及び３Ｌについて第１及び第２の測定エリァを規定する。測定エアリの画素（受光素子）として、例えば５０×５０の画素領域とする。
【００２５】
［ステップ３］
第２のダブルウエッジプリズムの１つのウエッジプリズムを、その透過光の位相が１周期分変調する量に相当する量だけ移動させて干渉光の強度変調を行う。例えば、第１の測定エリァ内のピクセル（受光素子）における位相変調量（例えば、ウエッジプリズム位置）と輝度値（干渉強度）との関係は図５のようになる。従って、２つの干渉画像３Ｒと３Ｌに設定された第１及び第２の測定エリァ中に含まれる受光素子の出力信号を順次メモリに記憶し、信号処理装置１７に設けた高速フーリエ変換手段により処理すれば、ピクセル毎に相対的な位相差Ｐ＝Δφ＝φR−φL及び振幅Ｉを計算することができる。本例では、この計算を互いに対応する２つの横ずらし干渉画像３L及び３Ｒに設定した測定エリァ内のすべてのピクセル（ｉ，ｊ）に対して受光素子ごとに行い、２つの干渉画像間の位相差情報ΔP（ｉ，ｊ）＝としてメモリあるいはハードディスクに記憶する。同時に、振幅データも算出し、各受光素子毎の振幅データＩ（ｉ，ｊ）としてメモリに記憶する。
【００２６】
［ステップ４］
次に、以下に示す式に基づき、マスクパターンの位相シフト量Ｐ（ｉ，ｊ）を各画素（受光素子）毎に求める。
Ｐ（ｉ，ｊ）＝ΔＰ（ｉ，ｊ）×（１／２）
【００２７】
［ステップ５］
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シフト量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、位相シフト量（又は、位相差）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シフト量を除外し、残りの受光素子の位相シフト量の平均値を求め当該位相シフトマスクの位相シフト量とする。振幅値が所定の閾値の範囲を超える場合、当該受光素子の位相シフト量を除外する。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シフト量を除外し、残りの受光素子の位相シフト量の平均を求めることもできる。
【００２８】
次に、本発明による透過率測定について説明する。フォトマスクの微細化に伴い、実マスクの遮光パターンやハーフトーン膜の透過率を管理する必要性が高まっている。一方、通常の透過率測定装置は、ビーム径が数ｍｍの測定ビームを用いて測定するため、ブランクスの測定は可能であるが、石英基板上にエッチング形成された実マスクの遮光パターンの透過率を測定することは困難であった。さらに、クロムの遮光パターンのＯＤ（Optical Density）は３〜４程度（透過率が、０．１〜０．０１％）であるため、測定の分解能が低く、測定値が真の透過率値から乖離する不具合が生じていた。そこで、本発明では、エッチング形成された実マスクの遮光パターンの透過率を位相シフト量測定装置を用いて測定する。
【００２９】
透過率の測定に際し、図１に示す位相シフト量測定装置を透過率測定装置として用いる。位相シフト量測定装置により、エッチングにより遮光パターンの実マスクが形成されたマスクパターンを撮像する。説明の便宜を図るため、モニタ上に表示された画像を図６に示す。図６において、符号３０を遮光パターンの画像とし、それ以外は石英基板の面が露出しているものとする。遮光パターンの画像の破線で示す領域を第1の測定エリア３１とし、当該第1の測定エリア３１に含まれる受光素子の数をｎ1とする。また、遮光パターンがエッチングにより除去された領域中に第２の測定エリア３２を規定し、当該第２の測定エリアに含まれる受光素子の数をｎ2とする。第１の測定エリア及び第２の測定エリアは、オペレータがモニタ上に表示された横ずらし干渉画像を見ながら、設定するか又は画像認識アルゴリズムにより自動設定する。
【００３０】
第１の測定エリアに含まれる受光素子により遮光パターンを透過する光の光量が測定され、第２の測定エリアに含まれる受光素子により石英基板を透過する光の光量が測定される。受光素子の数について、ｎ1＞ｎ2に設定し、例えば第１の測定エリアの受光素子数ｎ1は数1000画素とし、第２の測定エリアの受光素子数ｎ2は５×５画素とする。
【００３１】
測定に際し、ウエッジプリズムを移動させて１周期分の位相変調を行い、各測定エリアの位相変調に対して光量変化を測定する。図７は、第１及び第２の測定エリアの受光素子から出力される変調データを示す。図７において、実線は第１の測定エリアの受光素子から出力される変調データを示し、破線は第２の測定エリア３２の受光素子から出力される変調データを示す。また、第１の測定エリアの受光素子から出力される変調データの振幅値をＶ１とし、第２測定エリアの受光素子から出力される変調データの振幅値をＶ２とする。振幅値Ｖ１  及びＶ２は、段落［００２１］で説明した処理と同様な処理により、高速フーリェ変換処理することにより高精度に求めることができる。
【００３２】
石英基板の透過率は予め既知であり、その透過率をＴ０とする。遮光パターンの透過率Ｔは以下の式で与えられる。
Ｔ＝Ｔ０  （Ｖ１  ／Ｖ２  ）×（ｎ2／ｎ1）
上記式から明らかなように、透過率測定のダイナミックレンジは、受光素子数の比率ｎ1／n２だけ増大している。この結果、ＯＤが３〜４（透過率0．1〜0．01）の遮光パターンの透過率も十分な分解能で測定できると共にエッチングにより形成された実マスクを構成する遮光パターンの透過率も測定可能になる。
【００３３】
図８は本発明による位相シフト量測定装置及び透過率測定装置の変形例を示す線図である。本例では、シャリング干渉光学系としてノマルスキープリズムを用いる。例えばLEDのような照明光源４０から出射した光ビームをコリメータレンズ４１により拡大平行光束に変換し、偏光ビームスプリッタ４２させる。偏光ビームスプリッタで反射した光ビームは、λ／４板４３を経てシャリング干渉光学系として作用するノマルスキープリズム４４に入射する。ノマルスキープリズムから出射した２本の光ビームは、対物レンズ４５を介して位相シフトマスク４６に入射する。位相シフトマスク４６の表面からの反射光は、対物レンズ４５により集光され、再びノマルスキープリズム４４に入射し、画像合成され横ずらし干渉画像が形成される。この横ずらし干渉画像はλ／４板４３、ビームスプリッタ４２及び結像レンズ４７を経て2次元撮像装置４８上に結像される。
【００３４】
ノマルスキープリズム４４には、モータ４９及び位置検出センサ５０が連結され、ノマルスキープリズムを光路と直交する方向に移動することにより１周期分の位相変調が与えられる。2次元撮像装置から出力される各受光素子毎の出力信号は、信号処理装置１９に供給されて、上述した信号処理が行われ、位相シフトマスクの位相シフト量や透過率が出力される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】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】遮光パターンが形成されている位相シフトマスクを示す線図である。
【図７】位相変調した際の位相変位量と透過光量との関係を示すグラフである。
【図８】本発明による位相シフト量測定装置及び透過率測定装置の変形例を示す線図である。
【符号の説明】
【００３６】
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  シャリング干渉計
７，１０  ハーフミラー
８，１２  ダブルウエッジ
９，１１  全反射ミラー
１３  リニァモータ
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】
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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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