JPH07280657A - 位相差測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ハーフトーンフォトマスクの位相領域の位相
差量測定も適切に行える測定装置を提供する。 【構成】 偏光面をコントロールユニット１４で自在に
回転できる偏光子１３を通過した光束ａが、結晶素子と
コンデンサレンズで２光束に分離され、透明部とハーフ
トーン部９を有するフォトマスク８に照射される。偏光
子の回転で光束ｂ，ｃの強度も相対的に可変でき、例え
ば透明部とハーフトーン部の透過率比に合わせて偏光子
を回転して異なる光強度を持つ光束とすると、フォトマ
スク通過後の２光束の光強度が同程度となり、対物レン
ズと結晶素子で再結合された光束が充分なコントラスト
を得ることができる。干渉像を観察し位相差量を検出す
る場合、干渉強度のコントラスト低下、一方の光の強度
に干渉縞が埋もれる等が避けられ、ハーフトーンマスク
が測定対象でも位相差量を簡便に測定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相差測定装置に関
し、例えば半導体製造のリソグラフィ工程において使用
される被投影原版として利用されるフォトマスクの検査
に用いることができる位相差測定装置、特に、パターン
中位相領域をもつようなフォトマスクの位相差量を測定
する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の高集積化に伴い、その半導
体自身を製作する技術も微細化が望まれている。縮小露
光法が開発されて以来、その半導体の微細加工に関する
研究が進み、近年では変形照明法、位相シフト法といっ
た像の解像を高める方法が、提案されている。

【０００３】ここで、位相シフト法では、フォトマスク
上で位相差を与える位相膜が付加されているが、現在、
この種の方法として、パターン上に位相膜を付加するレ
ベンソン型によるものと、パターン自体に位相差と濃度
を持たせるハーフトーン型によるものとが、同等の効果
を得るものとして提案されている。いずれの場合にも、
フォトマスクの検査ではパターンはもちろん位相膜の位
相差量を測定する必要があるところ、いまだ充分な測定
技術の手法は確立していない。

【０００４】位相差測定の提案されている方法として、
マッハツェンダ型干渉法、マイケルソン型干渉法、分光
による膜厚測定法、ヘテロダイン法、ノマルスキ法など
を挙げることができる。

【０００５】マッハツェンダ型干渉法、マイケルソン型
干渉法によるものでは、ビームスプリッタで分割された
２光束の参照光路、被検光路にそれぞれフォトマスク、
位相膜のあるフォトマスクを挿入し、位相膜の有無によ
り生成した干渉縞を解析するものである。また、膜厚測
定によるものは分光器、エリプソメータなどにより膜厚
を測定し位相差を推定するものである。干渉法と同様
に、ヘテロダイン法も位相膜によって生じる干渉縞を解
析できる。

【０００６】ノマルスキ法によるものは、例えば特開平
４−１５１６６２号公報（文献１）に開示される。これ
は、顕微鏡で用いられるノマルスキ観察法を利用したも
のである。このものにおいては、光源より得られる露光
と同一の波長で直線偏光の光束を複屈折プリズムとコン
デンサレンズを用いて偏光成分の異なる横ずれした２光
束に分離し、フォトマスク上に照射する。そして、フォ
トマスクとパターンを結像する対物レンズ系とを通過し
た２光束は、これを複屈折プリズムによって再結合する
ようにし、この光路中に挿入される２光束の位相差調整
手段によってパターン像の位相膜に対応する部分の干渉
強度を測定するものである。このときフォトマスク上で
分離される横ずれ量は、フォトマスクの透明部と位相膜
部の近傍の位置差と対応する。この干渉強度によりかか
る位相差を測定できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
装置でハーフトーンフォトマスクの測定をしようとする
場合、パターンの構成の具合によってその領域の濃度が
異なり、干渉させる参照光、被検光の強度に極端な差異
を生じる。この場合、得られる干渉強度のコントラスト
の低下が著しく、程度によっては、一方の光の強度に干
渉縞が埋もれてしまい、干渉強度の観察ができないとい
った問題が生じ、この面での対応性は充分ではない。

【０００８】その他マッハツェンダ法、マイケルソン法
では、干渉計の構成上、機械的な振動に弱く、また、適
切な測定を行う上で、参照光路、被検光路で位相膜以外
ではフォトマスク、対物が同一の透過波面を持たせる必
要があるといった問題や、測定の際には干渉計の２光束
の光路差を波長レベルで制御できなければならないとい
った問題等がある。また、ヘテロダイン法でも、これら
の問題と同様に、装置を構成する光学素子等の調整が困
難であるという問題があり、必ずしも簡便に測定が行え
るとはいえないものである。更に、膜厚測定による方法
では、膜厚から位相差量を推定しているため測定誤差の
範囲が大きくなってしまう。

【０００９】ノマルスキ型の干渉計として前掲文献１に
見られるものがあり、これはレベンソン型のフォトマス
クには簡便に適用できるものの、ハーフトーンでは共通
光軸の２光束干渉計であるため、上述のように参照光、
被検光の光の強度に差異を生じるため測定ができず、や
はりパターンを濃度によって構成するハーフトーンフォ
トマスクの場合は対応性に欠ける等の問題がある。

【００１０】本発明は、上述のような点に鑑みてなされ
たもので、測定対象がハーフトーンフォトマスクのよう
な被投影原版であっても、その位相領域の位相差量測定
に有利に使用し得て、そのようなハーフトーンフォトマ
スクにおける位相差量も適切、簡便に測定できる位相差
測定装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の位相差測定装置
は、透明領域と、濃度差により各々透過率を持ちかつ透
過光に位相差が付加される位相領域とを有するパターン
が配置され、透過照明によって投影される被投影原版の
前記位相差を測定することが可能な装置であって、前記
透過照明と同一波長の光を供給する光源手段と、該光源
手段からの光を直線偏光に変換し、かつその直線偏光面
を任意に回転できる偏光回転手段と、前記直線偏光を異
なる偏光方向の２光束に分離する複屈折の分離手段と、
前記２光束を前記被投影原版に照射するコンデンサレン
ズ系と、前記２光束による前記被投影原版パターンの像
を結像させる対物レンズ系と、該対物レンズ系を通過し
た前記２光束を再結合させる複屈折の結合手段と、前記
２光束の位相差を変化させる位相差調整手段と、前記２
光束による干渉像の所定の直線偏光成分を選択的に検出
する検出手段とを備えることを特徴とするものである。

【００１２】また、上記において、観察像を時間積分す
る手段を備えることを特徴とする位相差測定装置であ
る。また、被投影原版の前記透明領域部と濃度を有する
前記位相領域部の透過率比を検出する手段と、該検出信
号によって前記偏光回転手段を制御する手段と、観察像
を電気信号の出力に変換する受光手段と、該電気信号を
利用した画像処理手段とを備えることを特徴とする位相
差測定装置である。

【００１３】また、２光束の分離とその被投影原版への
照射について、前記透明領域と濃度を持つ前記位相領域
との前記被投影原版上での近傍どうしの距離差と同一程
度となるよう、もしくは、距離差に対し少なくとも所定
の間隔で両者を跨がるよう、前記分離手段の分離角と前
記コンデンサレンズ系の焦点距離が定められていること
を特徴とする位相差測定装置である。

【００１４】

【作用】本発明においては、請求項記載のその光源手
段、偏光回転手段、分離手段、コンデンサレンズ系、対
物レンズ系、結合手段、位相差調整手段、及び検出手段
のそれぞれを有して、被投影原版の位相領域の位相差量
測定を行うところ、かかる位相差量測定において、その
偏光回転手段が、光源手段からの光を直線偏光に変換し
かつ該直線偏光面を任意に回転できる偏光回転手段であ
って、これを備えているため、測定対象がハーフトーン
フォトマスクのような被投影原版であっても、分離手段
とコンデンサレンズ系とにより分離される２光束とし
て、その偏光回転手段を用いてその透明領域と位相領域
の濃度差に応じて異なる光強度をもつ光束にすることが
でき、これによって被投影原版を通過した２光束に、同
一の強度をもたせ、かつ両者には位相領域による位相差
が生じさせることができる。

【００１５】よって、かかる被投影原版通過後の２光束
をもって、干渉像の観測による位相差量の測定に際し、
その対物レンズ系と結合手段により再結合される光束は
十分なコントラストを得ることができ、得られる干渉強
度のコントラストが低下し、干渉縞が埋もれて干渉強度
の観察ができないといったことも回避し得、２つ光の強
度に差異を生じるため測定ができないなどの制約も容易
に解消し得て、対応性の向上を図れ、ハーフトーンフォ
トマスクの位相領域の位相差量測定にも利用可能で、そ
の位相差量を適切にして簡便に測定することができる。

【００１６】また、分離手段とコンデンサレンズ系によ
る２光束の被投影原版への照射に当たっては、被投影原
版の透明領域部と濃度を有する位相領域部の透過率比に
合わせた異なる光強度をもつ光束とするようにしてその
照射を行うと、より適切なものとなり、同様にして、被
投影原版を通過した２光束が同程度になり、対物レンズ
系と結合手段により再結合された光束が十分なコントラ
ストを得ることができる。この場合も、対物レンズ系に
よる結像面に干渉像を生成し、観察像では２光束の位相
差で位相領域のコントラストに明暗の変化を生じるた
め、２光束の位相差を調整して被投影原版上の所望の位
相差を検出することができる。

【００１７】また、好ましくは、被投影原版上で形成さ
れる２光束の分離量は、パターンの透明領域部と近傍の
濃度と位相差をもつ位相領域部の距離と同一程度で、観
測面で十分干渉像の明暗の変化を読み取れる量であれば
よい。

【００１８】また、観察像の時間積分は、被投影原版の
濃度と位相差をもつ位相領域部の濃度が高く、観測面で
透過光を十分に検出できないような場合に効果的であ
り、観測面で干渉像を時間積分すれば所望の明暗を得る
ことができる。また、その他干渉像のコントラストが十
分でないときでも例えばＣＣＤ素子に代表されるような
光電変換器によって干渉像を取り込み画像処理すれば容
易に明暗を検出でき位相差量を測定できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は、本発明の一実施例の構成を示す。本実施例
によるものは、フォトマスク、特にパターン中位相領域
をもつようなフォトマスクの位相差量を測定するのに好
適な装置であって、パターンを濃度によって構成するハ
ーフトーンフォトマスク（以下、ハーフトーンマスクと
もいう）の位相領域の位相差量測定に実施した例であ
る。

【００２０】本実施例において、図示の測定対象のフォ
トマスク８としては、パターン自体に位相差と濃度をも
たせるハーフトーン型のものである。即ち、透明領域
と、濃度差により各々透過率を持ちかつ透過光に位相差
が付加される位相領域とを有するパターンが配され、半
導体製造のリソグラフィ工程において被投影原版として
利用されて透過照明によって投影されるハーフトーンマ
スクを、測定対象として使用する。

【００２１】実施例装置は、光源１１、干渉フィルタ１
２、及び偏光面の回転を可変にコントロールできる偏光
子１３を備える。更に、装置は、これらの要素のほか、
結晶素子１５、コンデンサレンズ１６、対物レンズ２
０、結晶素子２１、補償板２２、検光子２３、及び光電
変換器２４のそれぞれを、図示の如くにこの順で整列、
配置して備えるとともに、偏光子１３の偏光面の回転の
用にも供するコントロールユニット１４を備え、上記の
フォトマスク８の一枚を上記コンデンサレンズ１６と対
物レンズ２０との間にセットして使用する。

【００２２】実施例装置では、共通光路による干渉計の
構成とするが、従って測定にあたりフォトマスクを二枚
使用し光路内に挿入する必要もないが、本装置において
そのセットされる一枚のフォトマスク８は、具体的に
は、ハーフトーン部９を有する。フォトマスク８の透明
部は被投影原版の透明領域を構成し、また、ハーフトー
ン部９によって、濃度を有する前記位相領域が形成され
る（図２参照）。

【００２３】装置の光源１１及び干渉フィルタ１２は、
上記のようなハーフトーン型のフォトマスクが、リソグ
ラフィ工程において使用される被投影原版として利用さ
れる場合においてその投影に用いる透過照明と同一波長
の光を供給する光源手段を構成する。このような光源手
段からの光を直線偏光に変換しかつ該直線偏光面を任意
に回転できる偏光回転手段は、本例では、前記偏光子１
３を含んで構成される。

【００２４】偏光子１３の回転については、フォトマス
ク８上の透明部８１（図２）とハーフトーン部９の濃度
差に応じて行う構成とすることができる。好ましくは、
適用する被投影原版（ハーフトーンフォトマスク）の前
記透明領域（８１）と濃度を有する前記位相領域部
（９）の透過率比を検出し、該検出信号によって偏光回
転手段を制御する手段を有してこれを行うことができ
る。

【００２５】偏光子１３の回転は、下記のような点から
これを行う。即ち、偏光子１３とフォトマスク８間に位
置する結晶素子１５並びにコンデンサレンズ１６は、直
線偏光を異なる偏光方向の２光束に分離する複屈折の分
離手段（好ましくは、例えば複屈折性のプリズム）、及
び該２光束をフォトマスク８（被投影原版）に照射する
コンデンサレンズ系を構成するが、そのように偏光子１
３を通過して得られることとなる光束ａを光束ｂ，ｃの
２光束に分離し、斯く分離後のその一方をフォトマスク
８の透明部８１部分へ、また他方をハーフトーン部９部
分へ照射せしめる場合において、その濃度の差（透過率
の相違）によらずに、それぞれの光束が現に該当部分を
透過して後述の対物レンズ系以降での再結合、観察像の
形成に供されるときは、当該透過後の２光束の光強度に
関しそれらが同じ程度のものとなるよう、それぞれの部
分に照射されることとなるそれらフォトマスク透過前に
おける２光束ｂ，ｃにつき、フォトマスク８の透明部８
１とハーフトーン部９の濃度差に応じて互いに異なる光
強度のものとして当該対応透明部８１とハーフトーン部
９とに照射させることができるようにする。

【００２６】ここに、光源１１及び干渉フィルタ１２か
らの光を偏光子１３を透過させる際、偏光面を自在に回
転できると、それに伴い、光束ａを異なる偏光方向の２
光束に分離して得られることとなる光束ｂ，ｃの強度も
相対的に可変可能である（偏光可変手段）。

【００２７】それゆえ、偏光子１３を回転してフォトマ
スク透過前光束ｂ，ｃを互いに光強度の異なる光束とし
て生成させるようになす。好ましくは、透明部分と濃度
差のある部分の透過率比に合わせた異なる光強度をもつ
光束にすると、より良い。

【００２８】この場合、透過率比入力装置１７をこの用
途に好適に用いることができる。これを有する構成の場
合、該装置１７を介してその比をコントロールユニット
１４に入力し偏光子１３を回転する。

【００２９】もっとも、これは、本発明に従う位相差測
定装置では、必ずしも必須の要素ではなく、本発明に従
う他の手法、方法でも、実質的に同様のことは実現可能
であり、その手段に関する他の好ましい例は、後記で更
に述べられる。

【００３０】また、上記の如くに光束ａを２光束に分離
する場合、フォトマスク８上で形成される２光束の分離
量（２光束間の間隔）は、好ましくは、パターンの透明
部と近傍の濃度と位相差を持つハーフトーン部の距離と
同一程度であり、観測面で十分干渉像の明暗の変化を読
み取れる量であればよい。

【００３１】２光束に分離する分離手段での分離角の値
とその２光束を被投射原版へ照射するコンデンサレンズ
系の焦点距離の値に応じて、その２光束の分離量を設定
でき、それらの値が、透明部と濃度を持つ位相領域との
適用被投影原版（ハーフトーンマスク）上での近傍どう
しの距離差と同一となるように、それぞれその有する分
離角、焦点距離について、適用する使用結晶素子１５、
使用コンデンサレンズ１６を選定して用いるのは、好ま
しい態様である。

【００３２】好ましくはまた、その場合において、分離
手段の分離角とコンデンサレンズ系の焦点距離が、透明
部と濃度を持つ位相領域との適用被投影原版上での近傍
どうしの距離差に対し少なくとも所定の間隔で両者を跨
がるように定められているとよい。どの程度の分離量が
適切かについての数値例は、後述する。

【００３３】上記のようにしてフォトマスク８を通過後
に得られる２光束ｂ，ｃは、同程度の光強度のもので、
かつ両者にはハーフトーン部９による位相差を生じさせ
られたものとなっており、図１図示の如くこれが対物レ
ンズ２０以降の系へ与えられる構成となっている。

【００３４】対物レンズ２０、結晶素子２１、補償板２
２、及び検光子２３は、それぞれ、かかる２光束による
被投影原版パターンの像を結像させる対物レンズ系、該
対物レンズ系を通過した２光束を再結合させる複屈折の
結合手段（好ましくは、例えば複屈折性のプリズム）、
２光束の位相差を変化させる位相差調整手段、及び２光
束による干渉像の所定の直線偏光成分を選択的に検出す
る検出手段を構成する。これら要素の機能については、
基本的には、前掲文献１に記載のものと同様であってよ
く、それは、本明細書に取り入れられて参照される。

【００３５】観察像を電気信号の出力に変換する受光手
段としての光電変換器２４は、例えばＣＣＤ素子を用い
る。受光面に結像が行われるこの光電変換器２４（受光
素子）は、対物レンズ２０の像面位置に配置され、コン
トロールユニット１４と接続される。コントロールユニ
ット１４は、測定対象のフォトマスク８（被投影原版）
の位相差を測定するとき作業者（検査者）の観察するモ
ニター装置を含んで構成できる。

【００３６】補償板２２による位相差の調整は、コント
ロールユニット１４によって行われるが、本実施例で
は、コントロールユニット１４は、かかる機能のほか、
既に述べた偏光子１３に対するその回転をも行うものと
して設けてある。

【００３７】また、好ましくは、干渉像のコントラスト
が十分でない場合において光電変換器２４によって干渉
像を取り込み画像処理をする機能をコントロールユニッ
ト１４に含めて構成することができ、この場合は、光電
変換器２４で光電変換して得られる電気信号を利用した
画像処理手段をも備えた装置となる。コントロールユニ
ット１４により行う画像処理には、他の好適例では、適
用フォトマスク８のハーフトーン部９部分の濃度が高く
て十分な光強度が得られない場合の対応として効果的な
時間積分、即ち、観察像を時間積分する処理を付加する
ことができる。

【００３８】以下、図２をも参照して、更に具体的に説
明する。図１において、ハーフトーンマスクであるフォ
トマスク８がセットされた状態で、光源１１を作動させ
ると、光源１１より射出された光束はフォトマスク８の
露光波長と同一の波長を透過する干渉フィルタ１２、偏
光面をコントロールユニット１４によって自在に回転で
きる偏光子１３を通過し、結晶素子１５に至る。結晶素
子１５は、複屈折性を持つ例えばノマルスキプリズム、
ウォラストンプリズムなどの結晶素子である。

【００３９】このとき、光束ａは偏光子１３を通過する
際に該偏光子１３によって光軸に垂直な面内で回転し、
しかして結晶素子１５で当該光束ａは偏光方向の異なっ
た２つの光束ｂ，ｃに分割され、コンデンサレンズ１６
を通過してフォトマスク８に照射されることとなる。

【００４０】ここに、その２光束の分離量はコンデンサ
レンズ１６の入射瞳の位置と結晶素子１５のくさび角に
よって与えられるが、図２に示されるようにフォトマス
ク８上のハーフトーン部９と透明部８１に少なくとも跨
がるようになされており、観測面上でそのコントラスト
の変化を観測できればよい。近年の光リソグラフィでは
０．２〜０．３μｍの設計ルールが一般的であり、露光
時の投影倍率も約１／５であるから、少なくとも分離量
Ａは１μｍ程度であれば、ハーフトーン部９と透明部８
１とからなるパターンが細かいものから粗いものまで十
分所望の明暗の変化を観測することができる。もちろ
ん、分離量の設定は、ハーフトーン部９と透明部８１と
の距離差と同一程度となるように為してもよいことはい
うまでもない。この距離差は、さまざまであることか
ら、分離量も同一程度の幅があり、1.0 μm 〜3.0 μm
であればよい。

【００４１】分離量Ａは、使用する結晶素子１５（複屈
折性プリズム）のくさび角とコンデンサレンズ１６の焦
点距離とで所定の間隔に設定できることについては、既
に述べた通りである。こうして所定の間隔（例えば、１
μｍ程度の分離量Ａ）をもって偏光方向の異なる２光束
ｂ，ｃに分離されることとなるが、偏光子１３を回転さ
せることによって光束ｂ，ｃの強度も相対的に可変する
ことができる。

【００４２】そこで、本実施例の手法にあって、フォト
マスク８上のハーフトーン部９と透明部８１の透過率比
α：βを検出するかもしくは予めαとβを測定しておい
てその比をコントロールユニット１４に入力し、偏光子
１３を回転して光束ｂ，ｃの光強度がβ：αの比で生成
されてフォトマスク７に照射されるようにする。上述よ
り、ハーフトーンマスクの測定をする場合であっても、
フォトマスク８のハーフトーン部９と透明部８とに光束
ｂ，ｃが通過後光束ｂ，ｃの光強度は、同等となる。

【００４３】このようにして、本実施例では、透過比率
入力装置１７を通しコントロールユニット１４で回転で
きる偏向子１３（偏光回転手段）で与えられる直線偏光
面を有した光束ａが、複屈折プリズムからなる結晶素子
１５とコンデンサレンズ１６を通過後フォトマスク８に
照射される場合、フォトマスク８上に配置された透明領
域（透明部８１）と近傍のハーフトーン領域（ハーフト
ーン部９）との間隔と同一程度の間隔を持つ２光束ｂ，
ｃに分離され、このとき分離された２光束ｂ，ｃは、上
記構成の偏光回転手段で与えられた偏光面によって相対
的に光の強度が変化し、適用測定対象のフォトマスク８
上の透明部８１とハーフトーン部９の濃度差に応じてこ
の偏光回転手段が設定され、強度の異なる２光束の一方
が透明部８１、もう一方がハーフトーン部９を通過する
ことになる。従って、フォトマスク８通過後の２光束に
は、同一の強度を持たせ、かつ両者にはハーフトーン部
９による位相差が生じさせることができる。そして、フ
ォトマスク８を通過した２光束の光強度が同程度であれ
ば、干渉させる場合の２つの光の強度の差異に起因し干
渉強度のコントラスト低下で一方の光の強度に干渉縞が
埋もれてしまうといったことも避けつつ、干渉像の観測
による位相差量の検出に当たって、対物レンズ２０と結
晶素子２１で再結合される光束が十分なコントラストを
得た状態のものとして、それを行うことができるように
もなる。

【００４４】ここでまた、透過比率入力に基づき上記偏
向子１３の回転を行うのに代えて、次の手法でもよい。
即ち、そのとき偏光子１３の回転は、光電変換器２４で
観測しながら回転させ、観測面上でハーフトーン部９と
透明部８１とが同等の明るさを持つようにしても、上述
と同様な作用になることはいうまでもない。本発明は、
このような方法で実現することもできる。

【００４５】なお、その場合、作業者のモニターによる
視認で行ってもよいし、画像処理により該当する領域の
明るさ情報の比較結果に基づく制御をもって偏光子１３
の回転制御を実行させてもよい。後者の場合は、かかる
操作も自動化できる。

【００４６】さて、同一の強度をもち、かつハーフトー
ン部９による位相差を生じているフォトマスク通過後の
２光束は、本例では、以降の系で対物レンズ２０と複屈
折プリズムからなる結晶素子２１により再結合され、対
物レンズ系による結像面に干渉像を生成する。よって観
察像では２光束の位相差にしたがってハーフトーン部９
のコントラストに明暗の変化を生じるため、２光束の位
相差を調整してフォトマスク上の所望の位相差を検出す
ることができるようになる。この場合において、再結合
された２光束は互いに直交する偏光成分をもつため補償
板２２を用いて位相差を調整し検光子２３を通して干渉
させ、干渉像の明暗を検出することはいうまでもない。

【００４７】具体的には、次のようになる。フォトマス
ク８通過後の光束は、対物レンズ２０を経て、前記分離
手段の結晶素子１５と同様のノマルスキプリズム、ウォ
ラストンプリズムなどの複屈折性の結晶素子２１で再結
合する。ここに、対物レンズ２０と結晶素子２１によっ
て得られる２光束の結合に際しては、前記コンデンサレ
ンズ１６と結晶素子１５によって分離されるＡと同一と
なる関係で設定される。

【００４８】かくして、再結合された光束ｄは、異なる
偏光方向の２光束ｂ，ｃに位相差を与える補償板２２と
光束ｂ，ｃの偏光方向に対して偏光方向が４５°の角度
をなす検光子２３を通過し、対物レンズ２０の像面に配
置された光電変換器２４の受光面に結像する。ここで、
ハーフトーン部９と透過部８によって光束ｂ，ｃに位相
差を生じているので検光子２３で同一平面内の振動方向
をもつ成分を検出すると、受光面上では光束ｂ，ｃの位
相差に応じた干渉像を得ることができる。

【００４９】以上のように、本実施例においては、透明
部分と濃度差のある部分を有するフォトマスクなどの位
相差量測定において、コンデンサレンズ１６と複屈折性
のプリズム（１５）を用いて分離された異なる偏光成分
をもつ２光束を、偏光可変手段を用い透明部分と濃度差
のある部分の透過率比に合わせた異なる光強度を持つ光
束にすることができ、これによってフォトマスクを通過
した２光束の光強度が同程度になり、対物レンズ２０と
複屈折性プリズム（２１）で再結合された光束が十分な
コントラストを得ることができる。従って、ハーフトー
ンマスクを測定する場合、パターンの構成の具合いかん
にによっては、その領域の濃度が異なり干渉させる光の
強度に極端な差異を生じる結果、得られる干渉強度のコ
ントラストが低下し、干渉縞が埋もれて干渉強度の観察
ができないといったことも回避できる。ハーフトーンで
あっても、２つ光の強度に差異を生じるため測定ができ
ないなどの制約も、これを容易に解消し得て、対応性の
向上を図れ、パターンを濃度によって構成するハーフト
ーンフォトマスクの位相領域の位相差量測定にも利用可
能で、ハーフトーンマスクにおける位相差量を適切にし
て簡便に測定できる装置を実現することができる。

【００５０】次に、本発明の他の実施例（第２実施例）
を説明する。本実施例に従うものでは、前記実施例（第
１実施例）において、観察像を時間積分する手段を具備
させる。

【００５１】このようにするのは、次のような点に着目
したものである。図１，２によるものは前記した通りの
作用効果を奏し、従来のものによったとした場合のもの
に比し、測定対象のフォトマスクがハーフトーンマスク
でも位相差量の適切な測定が可能となるものであること
は既に述べたところであるが、ハーフトーン部の濃度が
高い場合、観測面で透過光を十分に検出できないといっ
た場合も考えられる。しかし、このとき観測面で干渉像
を時間積分すれば所望の明暗を得ることができることか
ら、この着想を具体化したものであり、本実施例はその
ような場合に有利で、更に装置の対応性を高められるも
のである。

【００５２】図３に示すものは、前記図１，２による構
成のものにかかる時間積分手段を設けた場合の一例で、
コントロールユニット１４が時間積分部１４ａを含み、
時間積分の画像処理を行うものとなっている。なお、他
の構成部分については、基本的に前記実施例と同様構成
のものであり、同様の要素には同一の符号を付してあ
る。

【００５３】以下、要部につき説明すると、測定対象の
フォトマスク８においてハーフトーン部９の濃度が高く
検出に十分な光強度が得られない場合、直接像の観測の
みでは十分なコントラストを得にくいものとなる。そこ
で、本例では、光電変換器（受光素子）２４で検出され
る干渉像をコントロールユニット１４によって時間積分
する構成を採用することとしてあり、このようにコント
ロールユニット１４によって時間積分すると、直接像で
は検出できない微弱光でも観測することができる。

【００５４】即ち、本実施例によっても、ハーフトーン
マスクであるそのフォトマスク８の位相差量測定におい
て、コンデンサレンズ１６と複屈折性プリズム１５を用
いて分離される異なる偏光成分をもつ２光束ｂ，ｃを、
透明部分と濃度差のある部分の透過率比に合わせた異な
る光強度を持つ光束にすることによって、フォトマスク
８を通過した２光束の光強度が同程度になり、対物レン
ズ２０と複屈折性プリズム２１で再結合された光束につ
き、基本的に必要なコントラストを得さしめることを可
能とするのは前記実施例と同様であるのに加え、その再
結合された光束が微弱な場合でも、時間積分を行うこと
によって、同程度の光強度の光束を重ね合わせた干渉像
をコントラスト良く観察することができるようになるの
である。本発明は、このようにして実施してもよい。

【００５５】上記ではコントロールユニット１４によっ
て画像処理をすることにより、時間積分をするようにし
たものを述べたが、時間積分は、この種の方法を用いな
くとも、受光面上で時間積分を行うこと、例えば、光電
変換器２４を時間蓄積型のものにし、長時間受光するこ
と、もしくは、光電変換器２４を用いなくとも銀塩フィ
ルムなどの感光部材を光電変換器２４の受光面に配置し
長時間露光することでも可能である。よって、かかる手
法でも、上記の場合と同様、ハーフトーン部９の濃度が
高く検出に十分な光強度が得られない場合でも干渉する
２光束ｂ，ｃの強度が同程度なので時間積分することに
より、光束ｂ，ｃの位相差に応じた干渉像を得ることが
できる。時間積分は、これらのいずれによるもの（画像
処理で行う（電気的な処理を施す）手法、受光面上で行
う長時間露光（電気的、もしくは化学的なものを含む）
による手法）でもよい。

【００５６】また、図のように光電変換器（受光素子）
２４を用いてコントラストが十分に観測されない場合で
もコントロールユニット１４を用いて干渉像のコントラ
ストを復元できることはいうまでもない。

【００５７】また、ここでも、上述した作用効果に加え
て、共通光路による干渉計の構成をしているため光学系
の収差、機械的振動や温度変化などの外乱に対して強い
といった効果も生まれる点は、この第２実施例に従うも
のの場合も、第１実施例と同様である。

【００５８】なお、本発明は、以上の実施例に限定され
るものではない。例えば、既述のように、パターンを濃
度によって構成するハーフトーンフォトマスクの位相領
域の位相差量測定にも利用可能な装置であるが、これに
限定されるものではない。また、装置の具体的な構成
は、図示構成のものに限られない。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、透明領域部と濃度差の
ある位相領域部を有するフォトマスクなどの被投影原版
の位相差量測定において、分離し被投影原版へ照射され
る異なる偏光方向の２光束を、その透明領域と位相領域
の濃度差に応じて異なる光強度をもつ光束にすることに
よって、被投影原版を通過した２光束の光強度が同程度
となり、かつ両者には位相領域による位相差が生じさせ
ることができ、干渉像の観測による位相差量の測定に際
し、対物レンズ系と結合手段により再結合される光束は
十分なコントラストを得ることができる。従って、干渉
強度のコントラスト低下で干渉縞が埋もれ干渉強度の観
察ができないといったことも回避でき、２つ光の強度に
差異を生じるため測定ができないなどの制約も容易に解
消し得て、対応性を高めることができ、ハーフトーンフ
ォトマスクの位相領域の位相差量測定にも利用可能で、
その位相差量を適切にして簡便に測定することができ
る。また、分離手段とコンデンサレンズ系による２光束
の被投影原版への照射に当たっては、被投影原版の透明
領域部と濃度を有する位相領域部の透過率比に合わせた
異なる光強度をもつ光束とするようにしてその照射を行
うと、より適切なものとなり、同様にして、上記を実現
することができる。また、再結合された光束が微弱な場
合でも、時間積分などの画像処理を行うことによって、
同程度の光強度の光束を重ね合わせた干渉像をコントラ
ストよく観察することができる。また、共通光路による
干渉計の構成は、上記に加え、光学系の収差、機械的振
動や温度変化などの外乱に対して強いといった効果も得
られる位相差測定装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す図である。

【図２】同例での説明に供する図である。

【図３】本発明の他の実施例の構成を示す図である。

【符号の説明】

８ フォトマスク ９ ハーフトーン部 １１ 光源 １２ 干渉フィルタ １３ 偏光子 １４ コントロールユニット １４ａ 時間積分部 １５ 結晶素子 １６ コンデンサレンズ １７ 透過率比入力装置 ２０ 対物レンズ ２１ 結晶素子 ２２ 補償板 ２３ 検光子 ２４ 光電変換器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明領域と、濃度差により各々透過率を
   持ちかつ透過光に位相差が付加される位相領域とを有す
   るパターンが配置され、透過照明によって投影される被
   投影原版の前記位相差を測定することが可能な装置であ
   って、 前記透過照明と同一波長の光を供給する光源手段と、 該光源手段からの光を直線偏光に変換し、かつその直線
   偏光面を任意に回転できる偏光回転手段と、 前記直線偏光を異なる偏光方向の２光束に分離する複屈
   折の分離手段と、 前記２光束を前記被投影原版に照射するコンデンサレン
   ズ系と、 前記２光束による前記被投影原版パターンの像を結像さ
   せる対物レンズ系と、 該対物レンズ系を通過した前記２光束を再結合させる複
   屈折の結合手段と、 前記２光束の位相差を変化させる位相差調整手段と、 前記２光束による干渉像の所定の直線偏光成分を選択的
   に検出する検出手段とを備えることを特徴とする位相差
   測定装置。
2. 【請求項２】 観察像を時間積分する手段を備えること
   を特徴とする請求項１記載の位相差測定装置。
3. 【請求項３】 前記被投影原版の前記透明領域部と濃度
   を有する前記位相領域部の透過率比を検出する手段と、 該検出信号によって前記偏光回転手段を制御する手段
   と、 観察像を電気信号の出力に変換する受光手段と、 該電気信号を利用した画像処理手段とを備えることを特
   徴とする請求項１記載の位相差測定装置。
4. 【請求項４】 前記の２光束の分離とその被投影原版へ
   の照射について、前記透明領域と濃度を持つ前記位相領
   域との前記被投影原版上での近傍どうしの距離差と同一
   程度となるよう、前記分離手段の分離角と前記コンデン
   サレンズ系の焦点距離が定められていることを特徴とす
   る請求項１記載の位相差測定装置。
5. 【請求項５】 前記の２光束の分離とその被投影原版へ
   の照射について、前記透明領域と濃度を持つ前記位相領
   域との前記被投影原版上での近傍どうしの距離差に対し
   少なくとも所定の間隔で両者を跨がるよう、前記分離手
   段の分離角と前記コンデンサレンズ系の焦点距離が定め
   られていることを特徴とする請求項１記載の位相差測定
   装置。