JPH11327123A - エアリアル像測定ツ―ルを用いた位相測定 - Google Patents

エアリアル像測定ツ―ルを用いた位相測定

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JPH11327123A
JPH11327123A JP11098293A JP9829399A JPH11327123A JP H11327123 A JPH11327123 A JP H11327123A JP 11098293 A JP11098293 A JP 11098293A JP 9829399 A JP9829399 A JP 9829399A JP H11327123 A JPH11327123 A JP H11327123A
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electromagnetic radiation
phase shift
pair
slit
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Michael S Hibbs
マイケル・ストレート・ヒッブス
Pon Son
ソン・ポン
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International Business Machines Corp
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    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
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    • G—PHYSICS
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    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
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    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J2009/0203—Phased array of beams
    • G—PHYSICS
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    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
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    • G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
    • G01J2009/0234—Measurement of the fringe pattern

Abstract

(57)【要約】 【課題】 位相シフト・マスクの２つの領域間の位相シ
フトを測定する方法を提供すること。 【解決手段】 各スリットが実質的に同じ位相シフト特
性を有する第１のスリット対と、各スリットが異なる位
相シフト特性を有する第２のスリット対とを備えたワー
クピースを提供する。電磁放射線をワークピース上の第
１のスリット対と第２のスリット対を通過する方向に定
める。第１のスリット対と第２のスリット対によって引
き起こされる干渉パターン間の相対シフトを測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超大規模集積（Ｖ
ＬＳＩ）回路デバイスの製造に使用される位相シフト・
マスクに関する。詳細には、本発明は、位相シフト・マ
スクの様々な部分の位相シフトの測定用の装置及び方法
を対象とする。
【０００２】
【従来の技術】超大規模集積回路デバイスは通常、シリ
コン・ウェハなどの基板上に、例えば減圧化学的気相付
着、スパッタ操作などの一連の材料添加、例えばウェッ
ト・エッチング、反応性イオン・エッチングなどの材料
除去、例えば酸化、イオン打込み等の材料改変により製
造される。通常、これらの物理的及び化学的操作は基板
全体と相互作用する。例えば、酸浴に基板を入れた場
合、基板の全表面がエッチングによって除去されること
になる。非常に小さな電気的にアクティブなデバイスを
基板上に構築するには、これらの操作の影響を、小さく
輪郭のはっきりした領域に限定しなければならない。
【０００３】ＶＬＳＩ製造の状況におけるリソグラフィ
は、一連の加工ステップ中の特定の操作によって、基板
材料が改変される小さい領域を画定する、ときには「フ
ォトレジスト」または「レジスト」とも呼ばれる感光性
高分子中に開口をパターン形成する工程を含む。ＶＬＳ
Ｉチップの製造は通常、フォトレジストのパターニン
グ、続いてエッチング、イオン打込み、付着、または他
の操作、そして最後に露光されたフォトレジストを除去
して、それによりこの連続プロセスの次の繰り返しのた
めに新しいフォトレジストを塗布する場所を空けること
を繰り返すものである。
【０００４】通常、基本的なリソグラフィ・システム
は、通常は不可視光の光源、基板に転写されるパターン
を備えたステンシルまたはフォトマスク、レンズの集合
体、および基板上に存在するパターンを、マスクまたは
ステンシル上のパターンと位置合わせする手段を備えて
いる。位置合わせは、１つまたは複数の位置合わせステ
ップで実現し、位置合わせ装置で行うことができる。通
常、チップは５０〜１００個のチップを含むウェハ上で
加工する。ウェハは、ステップ式に１度に１〜４個のチ
ップをパターン形成することができる。したがって、こ
のようなリソグラフィ装置は一般に「ステッパ」と呼ば
れている。
【０００５】リソグラフィ・ステッパなどの光学的投影
システムの解像度は、波長、システムで使用される投影
光学系の開口数、そして組み合わされたリソグラフィ・
システムが実際に理論上の解像度限界をどの程度利用で
きるかに関係する定数によって限定される。光学的リソ
グラフィにおける最高の解像度は、現時点では波長２４
８ｎｍで動作する深紫外（ＤＵＶ）ステッパによって達
成されている。波長３５６ｎｍの中紫外（ＭＵＶ）ステ
ッパも広く用いられている。
【０００６】従来のフォトマスクは通常、石英板上のク
ロム・パターンからなり、マスクからクロムが除去され
た部分を光が通過できるようになっている。特定の波長
の光が、マスクを通してフォトレジストで被覆された基
板上に投影され、フォトレジストを露光すると、マスク
からクロムが除去された部分で光がマスクを通過できる
ようになる。適当な波長の光でレジストを露光すると、
レジスト高分子の分子構造に変化が起こり、それによっ
て、現像剤を使用して露光領域内のレジストを溶解除去
できるようになる。今述べたように反応するレジストは
「ポジ型」レジストとして知られている。一方、ネガ型
レジスト・システムは露光されなかった領域のみか現像
剤によって除去することができる。
【０００７】フォトマスクは、照射されると、クロムま
たは他の材料で覆われていない領域でオンになり、クロ
ムまたは他の材料で覆われている領域でオフになること
のできる、非常に小さな個々の光源の配列と考えること
ができる。これらの個々の光源によって照射された光を
記述する電界ベクトルの振幅が、マスクの横断面を横切
ってマッピングされる場合、ステップ関数は、マスクの
各点の点灯または消灯という２つの可能な状態を反映し
てプロットされることになる。
【０００８】従来のフォトマスクは一般に像振幅がバイ
ナリな性格であるために「クロム・オン・グラス」（Ｃ
ＯＧ）バイナリ・マスクと呼ばれている。バイナリ・マ
スクの完全に正方形のステップ関数は実際には厳密なマ
スク平面の理論レベルでのみ存在する。基板平面などマ
スクから少しでも離れていると、回折によって像は有限
の像の傾斜を示す。小さな寸法のとき、すなわち、印画
される像のサイズおよび間隔が波長や開口数の逆数に比
べて小さいとき、隣接する像の電界ベクトルが相互作用
して強め合うように加算される。
【０００９】従って、回折のみが非常に小さな像を扱う
際に考慮すべき現象ではなく、干渉もまた考慮しなけれ
ばならない。回折及び干渉現象の結果として、フィーチ
ャ間の光の強度曲線は完全な暗色にはならず、隣接する
フィーチャの相互作用によって生み出される無視できな
い量の光の強度を示す。
【００１０】露光システムの解像度は、投影像のコント
ラスト、すなわち、隣接する明フィーチャと暗フィーチ
ャの間の強度差によって制限される。名目上暗い領域に
おける光強度が増大すると、最終的に、隣接したフィー
チャは分離した像ではなく１つに合体した構造として印
刷される。
【００１１】リソグラフィにおいて、小さな像を複製す
る際の品質は、利用可能なプロセス寛容度、すなわち、
依然として正しい像サイズの形成をもたらす許容される
ドーズ量、および焦点変化に大きく依存している。位相
シフト・マスク（ＰＳＭ）リソグラフィは、マスクに第
３のパラメータを導入することによってリソグラフィ・
プロセスの許容度を改善する。第３のパラメータは、光
源から発せられた光に関連する電界ベクトルである。
【００１２】電界ベクトルは、ベクトルによって定義さ
れるどんな量とも同様に、大きさと方向を有する。従っ
て、電界振幅をオン及びオフするのに加えて、電界ベク
トルは位相約０°または約１８０°でオンになることが
できる。この位相の変化は、位相シフト・マスクにおい
ては光線がマスク材料中を通過する距離を変化させるこ
とによって達成できる。エッチングなどで適当な深さに
マスクを凹ませることにより、マスク中央部を通過する
光とマスクの薄い部分を通過する光の位相を約１８０°
ずらすことができる。代替方法として、透過性の薄膜な
どの材料を、マスクの表面に貼付して、同じ通過距離の
差を実現することができる。
【００１３】１８０°の位相差は、マスクの隣接する部
分を通過する光の電界ベクトルは、実質的に同じ大きさ
であるが、実質的に反対の方向でなければならないとい
う意味である。結果として、隣接する領域を通過する光
線間の相互作用は実質的に完全に打ち消されることにな
る。位相シフト・マスクに関するより詳細は、マーク・
Ｄ．レヴィンソン（Mark D. Levinson）の論文「Phase-
shifting Mask Strategies:Isolated Dark Lines」, Mic
rolithography World, pp. 6-12, 1992年，３月／４月
に示されており、その内容全体を参照により本明細書に
組み込む。
【００１４】以上の考察から理解できるように、位相シ
フト・マスクによって引き起こされるシフトの性格を検
証することが重要である。すなわち、位相シフトの大き
さと方向を測定することが重要である。現在、位相角は
専用の干渉計を用いて測定できる。図１には位相シフト
・マスク上の位相角を測定するのに使用できる装置の一
例を示す。
【００１５】図１に示すような装置の使用は、例えば、
Ａ．Ｐ．ゴーシュ（Ghosh）とＤ．Ｂ．ダヴ（Dove）の
論文「Direct Phase Measurements in Phase Shift Mas
ks」, SPIE, vol.1673, Integrated Circuit Metrolog
y, Inspection and Process Control VI (1992)；デレ
ク・Ｂ．ダヴ（Derek B. Dove）、チェウ・Ｃ．チェウ
（Trieu C. Chieu）、アマル・Ｐ．ゴーシュ（Amal P.
Ghosh）の論文「Interferometer for Phase Measuremen
ts in Phase Shift Masks」, SPIE, vol.1809, 12th An
nual BACUS Symposium (1992)；ラッセル・Ａ．バッド
（Russel A. Budd）、ジョン・ステープルズ（John Sta
ples）、デレク・ダヴ（Derek Dove）の論文「A New To
ol for Phase Shift Mask Evaluation, the Stepper Eq
uivalent Aerial Image Measurement System-AIMSTM」,
SPIE, vol.2087, Photomask Technology and Manageme
nt (1993)；ヒロシ・フジタ（Hiroshi Fujita）他の論
文「Accurate Phase Measurement in Phase-Shift Mask
s with a Differential Heterodyne Interferometer」,
Proceedings of the 1994 IEEE Instrumentation andM
easurement Technology Conference, Part 2, IMTC, '9
4 May 10-12, Hamamatsu, pp.683-688；Ｆ．Ｃ．チャン
（Chang）他の論文「Measurement of Phase-Shift Mask
s」, SPIE, vol.1926, pp.464-471, 1993年；リチャー
ド・Ａ．ファーガソン（Richard A. Ferguson）他の論
文「Impact of Attenuated Mask Topography on Lithog
raphic Performance」, SPIE, vol.2197, pp.130-139,
1994年；Ｒ．Ａ．バッド（Budd）他の論文「A New Mask
Evaluation Tool, the Microlithography Simulation
Microscope Aerial Image Measurement System」, SPI
E,vol.2197, pp.530-540, 1994年；リチャード・Ａ．フ
ァーガソン他の論文「Application of an Aerial Image
Measurement System to Mask Fabrication and Analys
is」, SPIE, vol.2087, Photomask Technology and Man
agement (1993), pp.131-144；Ｒ．マルティーノ（Mart
ino）他の論文「Application of the AerialImage Meas
urement System (AIMSTM) to the Analysis of Binary
Mask Imaging and Resolution Enhancement Technique
s」, SPIE, vol.2197, pp.573-584, 1994年；Ｄ．Ｂ．
ダヴとＡ．ゴーシュの論文「Repair System for Phase
Shift Masks」, IBM Technical Disclosure Bulletin,
vol.36, No.05, pp.279-280, 1993年５月に記載されて
おり、以上の全ての論文の開示全体を参照により本明細
書に組み込む。
【００１６】通常実際の位相シフトの測定は、マスク上
に作り出された物理的構造が、位相シフトをフォトレジ
スト上に投影されることを希望する実際の像に対応させ
るようにするために必要である。このような検証はま
た、適当な露光がフォトレジストに加えられるようにす
るために必要である。加えて、現在、位相シフト・マス
クは、通常フォトレジスト上に投影される像を上述の変
数から計算できるようにするコンピュータ・プログラム
によって開発される。実際に製作されたマスクは、認識
できずモデル化するのが難しい小さな誤差を含むことが
ある。これが実際の位相シフトを測定する装置と方法を
開発すべき理由である。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的および利
点は、位相シフト・マスクの位相シフト領域で生じた位
相シフトを直接測定する方法および装置を提供すること
である。
【００１８】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の諸態様
は、位相シフト・マスクの２つの領域間の位相シフトを
測定する方法を提供する。この方法は、第１のスリット
対を備えるワークピースを提供することを含む。第１の
スリット対の各スリットは実質的に同じ位相シフト特性
を有する。ワークピースはまた、第２のスリット対を備
える。第２のスリット対の各スリットは異なる位相シフ
ト特性を有する。電磁放射線が、ワークピース上の第１
のスリット対および第２のスリット対を通過するように
導かれる。第１のスリット対と第２のスリット対によっ
て引き起こされた干渉パターン間の相対シフトを測定し
て、第２のスリット対の２つのスリット間の位相シフト
を求める。
【００１９】本発明の諸態様はまた、第１の透過領域
と、第１の透過領域とは異なる位相シフト特性を有する
第２の透過領域とを備えるワークピースを提供すること
を含む、位相シフト・マスクの２つの領域間の位相シフ
トを測定する方法を提供する。実質的に同じ位相シフト
特性を有するスリット対を有する第１のアパーチャが設
けられる。スリットの一方を通過する電磁放射線が第１
の透過領域を通過し、他方のスリットを通過する電磁放
射線が第２の透過流域を通過するように、電磁放射線
が、アパーチャ内のスリットを通過し、次いでワークピ
ースを通過するように導かれる。スリット対とワークピ
ースを通過する電磁放射線によって引き起こされる干渉
パターン間の相対シフトが測定される。
【００２０】追加の態様によれば、本発明は位相シフト
・マスクの２つの領域間の位相シフトを測定する装置を
提供する。この装置は、第１のスリット対を備えるワー
クピースを備える。第１のスリット対の各スリットは実
質的に同じ位相シフト特性を有する。このワークピース
はまた、第２のスリット対を備える。第２のスリット対
の各スリットは異なる位相シフト特性を有する。ワーク
ピース上の第１のスリット対と第２のスリット対を通過
するように導かれた電磁放射線の発生源が設けられる。
この装置はまた、第１のスリット対と第２のスリット対
によって引き起こされる干渉パターン間の相対シフトを
測定する手段を備える。
【００２１】本発明の他の諸態様は、位相シフト・マス
クの２つの領域間の位相シフトを測定する装置を提供す
る。この装置は、第１の透過領域と、第１の透過領域と
は異なる位相シフト特性を有する第２の透過領域とを備
えるワークピースを備える。第１のアパーチャは、実質
的に同じ位相シフト特性を有するスリット対を備える。
この装置はまた、スリットの一方を通過する電磁放射線
が第１の透過領域を通過し、他方のスリットを通過する
電磁放射線が第２の透過領域を通過するように、アパー
チャ内のスリットを通過し、次いでワークピースを通過
するように導かれた電磁放射線発生源を備える。この装
置はまた、スリット対とワークピースを通過する電磁放
射線によって引き起こされる干渉パターンを測定する手
段を備える。
【００２２】
【発明の実施の形態】上述のように、本発明は、位相シ
フト・マスク内の様々な領域の位相測定を行う方法およ
び装置を提供する。図１に、位相シフト・マスク内で位
相測定を行うための既知のシステムの実施形態を示す。
この装置は、干渉計を使用して位相シフト特性を測定す
る。
【００２３】図１に示した装置は、レーザ１を含んでい
る。レーザはビーム３を発生する。ビーム３は、ビーム
・スプリッタ５に向かう。ビーム・スプリッタ５によっ
て生じるビームの一方７は、位相変調器９に向かう。ビ
ーム・スプリッタ５によって生じる他方のビーム１１
は、ミラー１３に向かう。ビーム・スプリッタ５によっ
て生じる２つのビーム７と１１は、位相シフト・マスク
１５を通過する。一方のビーム７は、マスク１５の位相
シフトされた領域１７を通過し、他方のビーム１１は、
マスク１５の位相シフトされていない領域１９を通過す
る。次いで、ビーム１１は、ミラー１３から反射しビー
ム・スプリッタ２１を通過する。ビーム１７はマスク１
５を通過して、ビーム・スプリッタ２１に達する。全て
のビームは、ビーム・スプリッタを通過した後、最後に
再結合して１つのビーム２３となり、検出器２５に入射
する。図１に示した装置では、位相変調器９をビーム７
と相互作用するよう制御するために、電子機器とコンピ
ュータ２６が使用される。電子機器とコンピュータ２６
はまた、検出器２５に衝突するビーム２３を分析する。
図１に示した装置は、検出された干渉信号を使用して位
相シフトの測定を行う。
【００２４】図２に、位相シフト・マスクの位相測定を
直接行うための本発明による装置の基礎となる既知の装
置を示す。本発明の装置は、位相シフト特性が直接測定
できるようにこの装置を下記のように変更したものであ
る。本発明の方法はこの変更した装置を使用する。
【００２５】図２に示した装置は、電磁放射線発生源２
８を含む。電磁放射線発生源の一例は水銀ランプであ
る。電磁放射線発生源２８は電磁放射線２９を発生す
る。放射線発生源の他の例は高圧アーク・ランプであ
る。放射線はレンズ３１を通過する。
【００２６】フィルタ３３はレンズ３１の下流側に位置
する。フィルタは、分析中の位相シフト・マスクを用い
てフォトレジストを露光する際に使用される波長を除き
すべての波長を遮断する。図２に示した装置で使用され
るフィルタの例は狭帯域２色性フィルタである。フィル
タ・システムは、フィルタが放射線源からフィルタ寿命
を短くする恐れのある熱ショックを受けるのを回避する
ように設計することが好ましい。
【００２７】フィルタを通過した後、放射線はもう１つ
のレンズ３５を通過し、それによってビームはアパーチ
ャ３７に向かって収束する。アパーチャの断面図を図３
に示す。
【００２８】図２に示した装置の開口数は、ステッパの
解像度特性が再現できるように、ステッパ・レンズの結
像側でのステッパの開口数の倍になるように設定するこ
とが好ましい。
【００２９】このフィルタにより、照射光のコヒーレン
スに関係する第２のパラメータの調整が可能になる。照
射光のコヒーレンスは、通常ピューピル・フィリング
（pupil-filling）因子すなわちシグマ値によって記述
される。アパーチャ３７のサイズを変化させて、ピュー
ピル・フィリング因子シグマを、特定のステッパのそれ
と実質上対応するように設定することができる。
【００３０】装置内の照射光はまた、アパーチャ３７全
体で均一な照射が得られるように変更することもでき
る。この変更は、レンズ３１または３５あるいはその両
方によって行うことができる。照射光は、システムを通
じて、通常１秒未満のカメラ露光を確保するのに充分な
光が依然として可能なように変更することが好ましい。
【００３１】アパーチャ３７の下流側に、装置を透過し
た放射線の波長に感応するカメラ上に像を結ばせるため
にレンズを導入することができる。倍率は、様々であ
る。一例によると、レンズはマスクとに比べて像を約２
００倍よりも大きく拡大する。
【００３２】次いで放射線は、傾斜した表面３９で反射
してフィールド・アパーチャ４１を通過することができ
る。図４に、このような装置に含めることができるフィ
ールド・アパーチャの断面の一例を示す。エアリアル像
測定システムでは、このフィールド・アパーチャの機能
は、単にシステムの視野を制限するものである。フィー
ルド・アパーチャ４１は、集光レンズ４３によってマス
ク上に結像する。次いで放射線は、マスク４５を通過す
る前に集光レンズ４３を通過することができる。マスク
を通過した後、放射線は対物レンズ４７に達する。次に
放射線はアパーチャ４９を通過する。アパーチャ４９
は、マスクと共に使用する露光システムで使用されてい
るアパーチャと同様とすることができる。
【００３３】対物レンズ４７はＮＡアパーチャを通過し
てＣＣＤカメラの設置してある像平面にマスクを結像さ
せる。ピューピル・イメージ・レンズ５０は通常、エア
リアル像測定プロセスで直接は使用されず、ＮＡアパー
チャ４９を位置合せするのに使用する。ただし、位置合
せ手順の際、レンズ５０を光路に挿入することができ
る。一方、エアリアル像測定の際、レンズ５０を光路か
ら外すこともできる。本明細書に述べるように、レンズ
５０は直接位相測定の際に使用することができる。
【００３４】次いで、放射線は、カメラなどの検出器に
よって結像される。カメラを使用する場合、カメラはＣ
ＣＤカメラが好ましい。加えて、カメラは、放射線を検
出し、マスクによる放射線の改変の分析を可能にするの
に充分であることが好ましい。
【００３５】本発明による装置を製造するために図２に
示す装置を変更することができる。図５に、位相シフト
・マスク上の位相角を直接測定するための本発明による
装置の一実施形態を示す。図を見ると分かるように、図
６に示す実施形態におけるシグマ・アパーチャ５３は、
図２に示す従来の技術の装置の円形断面とは違って、長
方形の断面を有する。ただし、アパーチャがこのような
断面である必要はない。
【００３６】シグマ・アパーチャ５３は通常、参照用ス
リット対５７および測定用スリット対６３に垂直な方向
に沿って小さなサイズを有する。この配置の目的は、干
渉信号を強めるために高いコヒーレンス照射を提供する
ことである。他の方向に沿って、シグマ・アパーチャ５
３は、照射出力を充分に集めるためにより大きなサイズ
を有することができる。図７に、図５に示す装置に含め
ることのできるフィールド・アパーチャの実施形態の断
面図を示す。
【００３７】図５に示す本発明の装置と図２に示す従来
の技術の装置との間の追加の相違点は、カメラによって
像を結ぶ前に放射線が通過するマスクに２つの異なるス
リット対を含めることができることである。図８に、図
５に示す装置に含まれるマスクの断面図を示す。図５に
示す実施形態では、マスクは参照用スリット対を含む。
参照対の各スリットは実質的に同じ位相特性を有する。
図５に示す実施形態では、参照用スリット対のどちらの
スリットも透明で位相シフトはない。
【００３８】図５に示すマスクおよび実施形態はまた、
測定用スリット対も含んでいる。測定用スリット対の各
スリットは、異なる位相シフト特性を有する。図５に示
す実施形態では、測定対の一方のスリットは透明で、位
相シフト特性を有しない。測定対の他方のスリットは位
相シフトを有する。測定対の位相シフト・スリットは、
評価されるマスクに応じて変わる可能性がある。加え
て、マスクをエッチングして作り出すか、それともマス
ク上に材料を付着することによって作り出すかなど、位
相シフトを作り出す方法も変わる可能性がある。
【００３９】参照用スリット対の各スリットと測定用ス
リット対の１つのスリットがそれぞれ透明であるにもか
かわらず、これらの３つのスリットは測定用のスリット
対のもう一方のスリットとは異なる同じ位相シフト特性
を有することができる。
【００４０】通常、参照用スリット対５７と測定用スリ
ット対６３を分離する距離は、一方のスリット対がフィ
ールド・アパーチャの像の内側にあるとき、他方のスリ
ット対が像の外側にくるのに充分なものである。通常、
スリットのこの分離によってＣＣＤカメラ上に充分な数
のフリンジを形成することができる。通常、スリットの
幅は、参照用スリット対または測定用スリット対におい
て、２つのスリットを分離する距離のせいぜい５分の１
未満である。
【００４１】図５に示す本発明の実施形態と図２に示す
従来の技術の装置の実施形態の間の追加の相違点は、本
発明が図５に示すようにピューピル・イメージ・レンズ
６９を含めることができることである。ピューピル・イ
メージ・レンズ６９は、ＣＣＤカメラにＮＡアパーチャ
の平面の像を結ぶ。対物レンズは、スリット対によって
生じたヤングの干渉縞をＮＡアパーチャ平面上に投影す
る。その結果、ピューピル・イメージ・レンズはこれら
の干渉縞をＣＣＤカメラ上に投影することになる。
【００４２】ピューピル・イメージ・レンズを通過した
後、次いで放射線パターンはカメラ７１によって結像す
る。本発明の装置に含まれるカメラは、図２に示す従来
の技術の装置について前述したものと同じ特性を有する
ことができる。
【００４３】放射線発生源によって発生した放射線は、
マスク５５内の測定用スリット対６３に含まれるスリッ
ト６７内のもののような位相シフト領域を含むマスクで
使用される放射線と実質的に同じであることが好まし
い。図５に示す装置を通過する放射線は通常、図９及び
図１０に示すような像を生じる。これらの像は参照用ス
リット対と測定用スリット対を放射線が通過することに
よって生じる。
【００４４】図９（ａ），（ｂ）は、参照用スリット対
５７などの同じ位相シフト特性を有するスリット対を放
射線が通過することによって生じる干渉パターンと、測
定用スリット対６３など異なる位相シフト特性を有する
スリットを放射線が通過することによって生じる干渉パ
ターンを示す。図９（ａ），（ｂ）に示す像の同じ領域
間の距離を測定して、参照用スリット対の２つのスリッ
トの相対的位相角を求める。
【００４５】２つの隣接するフリンジ間の距離は、図９
（ａ），（ｂ）のどちらにおいても、通常３６０°位相
に対応している。従って、測定用スリット対と参照用ス
リット対の間の相対的フリンジ・シフトを測定すること
によって、測定用スリット対の２つのスリット間の位相
差を求めることができる。位相角は、相対的フリンジ・
シフトに正比例する。実際の実施では、フリンジ・シフ
トは自己相関を含む様々なデジタル信号処理技術を用い
て算出することができる。
【００４６】図１０に本発明による装置の他の実施形態
を示す。図１０を見ると分かるように、図５に示した装
置と図１０に示した装置の違いは、図１０に示した実施
形態のフィールド・アパーチャ７７が２つのスリットを
含むことである。２つのスリット７９と８１は集光レン
ズによってマスク上に結像する。これらのスリットの目
的は、前述のスリット対５７および６３に置き換わるこ
とである。スリット７９および８１を含む実施形態で
は、マスクは位相測定を容易にするために遷移エッジの
みを必要とする。フィールド・アパーチャ上のスリット
の分離により、ＣＣＤカメラ上に充分な数のフリンジを
形成できることが好ましい。図１２に、図１０に示した
フィールド・アパーチャの実施形態の断面図を示す。
【００４７】図１０に示した本発明の実施形態と図５に
示した実施形態の間のもう一つの相違点は、図１０に示
した実施形態におけるマスク８３が位相特性の異なる２
つの領域を含むことである。図１３に、図１０に示した
マスクの実施形態の断面図を示す。図１０および図１３
に示した実施形態では、マスク８３は位相シフト特性の
異なる２つの領域を含む。図１３に示したマスクは、透
明領域８５と位相シフトした領域８７を有する。透明領
域は位相シフト特性を有しないので、マスクは、透明領
域と位相シフトした領域を有することが好ましい。他の
実施形態によると、マスク８３は単に、両方が位相シフ
トしており、それぞれ異なる位相シフト特性を有する、
２つの領域を有することができる。
【００４８】図１０を見ると分かるように、図５に示し
た実施形態のマスク内の２つの異なるスリット対によっ
て実現される位相シフトは、フィールド・アパーチャ内
の２つのスリットと、図１０に示した実施形態の位相シ
フト特性の異なる２つの領域とによって実現される。図
５に示した実施形態の場合と同様に、図１０に示した実
施形態は、フィールド・アパーチャの２つのスリット
と、マスク内の異なる位相シフト特性を有する２つの領
域とを通過する放射線によって２つの像を生成する。こ
の場合も、図１４（ａ），（ｂ）に示す像の干渉パター
ンの差を測定することによって位相シフトを求めること
ができる。
【００４９】本発明の利点の一つは、位相を測定するた
めに、既存のツール、すなわちエアリアル像測定システ
ムを使用することである。ただし、本発明の装置を製造
するために、このツールは変更される。加えて、本発明
の利点は、ピューピル・イメージ・レンズを周波数で平
面結像に利用することである。さらに、本発明は、シグ
マ・アパーチャ平面上のスリット・アパーチャを利用す
る。さらに、本発明は、マスク上の測定用スリットと参
照スリット、フィールド・アパーチャ内の２重スリッ
ト、および位相角情報を抽出するためのアルゴリズムを
利用する。
【００５０】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。
【００５１】（１）位相シフト・マスクの２つの領域間
の位相シフトを測定する方法であって、それぞれ実質的
に同じ位相シフト特性を有する第１のスリット対と、そ
れぞれ異なる位相シフト特性を有する第２のスリット対
とを備えるワークピースを提供するステップと、電磁放
射線を、前記ワークピース上の前記第１のスリット対と
前記第２のスリット対を通過するように導くステップ
と、前記第１のスリット対と前記第２のスリット対によ
って引き起こされる干渉パターン間の相対シフトを測定
するステップとを含む方法。 （２）前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置
する、少なくとも１つのアパーチャを提供するステップ
と、前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置す
る、少なくとも１つのレンズを提供するステップとをさ
らに含む、上記（１）に記載の方法。 （３）前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前記方法が
さらに、前記ワークピースを通過した後、前記ＣＣＤカ
メラ上で結像する前に、前記電磁放射線が通過するピュ
ーピル・イメージ・レンズ（pupil image lens）を提供
するステップを含む、上記（１）に記載の方法。 （４）位相シフト・マスクの２つの領域間の位相シフト
を測定する方法であって、第１の透過領域と、前記第１
の透過領域と異なる位相シフト特性を有する第２の透過
領域とを備えるワークピースを提供するステップと、実
質的に同じ位相シフト特性を有するスリット対を備える
第１のアパーチャを提供するステップと、前記スリット
の一方を通過する電磁放射線が前記第１の透過領域を通
過し、前記スリットの他方を通過する電磁放射線が前記
第２の透過領域を通過するように、電磁放射線が前記ア
パーチャ内の前記スリットを通過し、次いで前記ワーク
ピースを通過するように導くステップと、前記スリット
対と前記ワークピースを通過した電磁放射線によって引
き起こされる干渉パターン間の相対シフトを測定するス
テップとを含む方法。 （５）前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置
する、少なくとも１つの追加アパーチャを提供するステ
ップと、前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位
置する、少なくとも１つのレンズを提供するステップと
をさらに含む、上記（４）に記載の方法。 （６）前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前記方法が
さらに、前記ワークピースを通過した後、前記ＣＣＤカ
メラ上で結像する前に、前記電磁放射線が通過するピュ
ーピル・イメージ・レンズを提供するステップを含む、
上記（４）に記載の方法。 （７）位相シフト・マスクの２つの領域間の位相シフト
を測定する装置であって、それぞれ実質的に同じ位相シ
フト特性を有する第１のスリット対と、それぞれ異なる
位相シフト特性を有する第２のスリット対とを備えるワ
ークピースと、前記ワークピース上の前記第１のスリッ
ト対と前記第２のスリット対を通過するように導くこと
のできる電磁放射線発生源と、前記第１のスリット対と
前記第２のスリット対によって引き起こされる干渉パタ
ーン間の相対シフトを測定する手段とを備える装置。 （８）前記電磁放射線の発生源が可視光源である、上記
（７）に記載の装置。 （９）前記電磁放射線の発生源が水銀ランプである、上
記（７）に記載の装置。 （１０）さらに、約２４８ｎｍと約３６５ｎｍの波長を
有する電磁放射線を通過させるフィルタを有する、上記
（７）に記載の装置。 （１１）さらに、前記電磁放射線発生源と前記測定手段
の間に位置する少なくとも１つのアパーチャと、前記電
磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置する少なくと
も１つのレンズとを備える、上記（７）に記載の装置。 （１２）前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前記装置
がさらに、前記電磁放射線がワークピースを通過した
後、ＣＣＤカメラ上で結像する前に通過するピューピル
・イメージ・レンズを有する、上記（７）に記載の装
置。 （１３）位相シフト・マスクの２つの領域間の位相シフ
トを測定する装置であって、第１の透過領域と、前記第
１の透過領域と異なる位相シフト特性を有する第２の透
過領域とを備えるワークピースと、実質的に同じ位相シ
フト特性を有するスリットの対を備える第１のアパーチ
ャと、前記スリットの１つを通過する電磁放射線が前記
第１の透過領域を通過し、他の前記スリットを通過する
電磁放射線が前記第２の透過領域を通過するように、電
磁放射線発生源が前記アパーチャ内の前記スリットを通
過し、次いで前記ワークピースを通過するように導く電
磁放射線発生源と、前記ワークピースと前記スリット対
を通過した電磁放射線によって引き起こされる干渉パタ
ーン間の相対シフトを測定する手段とを備える装置。 （１４）前記電磁放射線の発生源が可視光源である、上
記（１３）に記載の装置。 （１５）前記電磁放射線の発生源が水銀ランプである、
上記（１３）に記載の装置。 （１６）さらに、約２４８ｎｍと約３６５ｎｍの波長を
有する電磁放射線を通過させるフィルタを有する、上記
（１３）に記載の装置。 （１７）さらに、前記電磁放射線発生源と前記測定手段
の間に位置する少なくとも１つの追加のアパーチャと、
前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置する少
なくとも１つのレンズとを備える、上記（１３）に記載
の装置。 （１８）前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前記装置
がさらに、前記電磁放射線がワークピースを通過した
後、ＣＣＤカメラ上に結像する前に通過するピューピル
・イメージ・レンズを備える、上記（１３）に記載の装
置。
【図面の簡単な説明】
【図１】位相シフト・マスク内で位相測定を行うための
既知の装置の概略図である。
【図２】位相シフト・マスク内でエアリアル像測定を行
うための既知のツールの概略図である。
【図３】図２に示した装置に含まれるシグマ・アパーチ
ャの平面図である。
【図４】図２に示した装置に含まれるフィールド・アパ
ーチャの平面図である。
【図５】位相シフト・マスクの位相測定を行うための本
発明による装置の一実施形態の概略図である。
【図６】図５に示す装置に含まれるシグマ・アパーチャ
の平面図である。
【図７】図５に示す装置に含めることができるフィール
ド・アパーチャの平面図である。
【図８】図５に示す装置の実施形態に含めることのでき
るマスクの平面図である。
【図９】図５に示す装置を放射線が通過する結果として
図５に示す装置の実施形態のカメラで結像される像の図
である。
【図１０】位相シフト・マスク内で位相の測定を行うた
めの本発明による装置の他の実施形態を示す図である。
【図１１】図１０に示す装置に含まれるシグマ・アパー
チャの平面図である。
【図１２】図１０に示す装置に含めることのできるフィ
ールド・アパーチャの平面図である。
【図１３】図１０に示す装置の実施形態に含めることの
できるマスクの平面図である。
【図１４】図１０に示す装置を放射線が通過する結果と
して図１０に示す装置の実施形態のカメラで結像される
像の図である。
【符号の説明】
５３ シグマ・アパーチャ ５５ マスク ５７ 参照用スリット対 ６３ 測定用スリット対 ６７ スリット ６９ ピューピル・イメージ・レンズ ７１ カメラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ソン・ポン アメリカ合衆国05403 バーモント州サウ ス・バーリントン ホワイトフェース・ス トリート ４

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】位相シフト・マスクの２つの領域間の位相
    シフトを測定する方法であって、 それぞれ実質的に同じ位相シフト特性を有する第１のス
    リット対と、それぞれ異なる位相シフト特性を有する第
    ２のスリット対とを備えるワークピースを提供するステ
    ップと、 電磁放射線を、前記ワークピース上の前記第１のスリッ
    ト対と前記第２のスリット対を通過するように導くステ
    ップと、 前記第１のスリット対と前記第２のスリット対によって
    引き起こされる干渉パターン間の相対シフトを測定する
    ステップとを含む方法。
  2. 【請求項２】前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間
    に位置する、少なくとも１つのアパーチャを提供するス
    テップと、 前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置する、
    少なくとも１つのレンズを提供するステップとをさらに
    含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前記
    方法がさらに、前記ワークピースを通過した後、前記Ｃ
    ＣＤカメラ上で結像する前に、前記電磁放射線が通過す
    るピューピル・イメージ・レンズ（pupil image lens）
    を提供するステップを含む、請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】位相シフト・マスクの２つの領域間の位相
    シフトを測定する方法であって、 第１の透過領域と、前記第１の透過領域と異なる位相シ
    フト特性を有する第２の透過領域とを備えるワークピー
    スを提供するステップと、 実質的に同じ位相シフト特性を有するスリット対を備え
    る第１のアパーチャを提供するステップと、 前記スリットの一方を通過する電磁放射線が前記第１の
    透過領域を通過し、前記スリットの他方を通過する電磁
    放射線が前記第２の透過領域を通過するように、電磁放
    射線が前記アパーチャ内の前記スリットを通過し、次い
    で前記ワークピースを通過するように導くステップと、 前記スリット対と前記ワークピースを通過した電磁放射
    線によって引き起こされる干渉パターン間の相対シフト
    を測定するステップとを含む方法。
  5. 【請求項５】前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間
    に位置する、少なくとも１つの追加アパーチャを提供す
    るステップと、 前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置する、
    少なくとも１つのレンズを提供するステップとをさらに
    含む、請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前記
    方法がさらに、前記ワークピースを通過した後、前記Ｃ
    ＣＤカメラ上で結像する前に、前記電磁放射線が通過す
    るピューピル・イメージ・レンズを提供するステップを
    含む、請求項４に記載の方法。
  7. 【請求項７】位相シフト・マスクの２つの領域間の位相
    シフトを測定する装置であって、 それぞれ実質的に同じ位相シフト特性を有する第１のス
    リット対と、それぞれ異なる位相シフト特性を有する第
    ２のスリット対とを備えるワークピースと、 前記ワークピース上の前記第１のスリット対と前記第２
    のスリット対を通過するように導くことのできる電磁放
    射線発生源と、 前記第１のスリット対と前記第２のスリット対によって
    引き起こされる干渉パターン間の相対シフトを測定する
    手段とを備える装置。
  8. 【請求項８】前記電磁放射線の発生源が可視光源であ
    る、請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記電磁放射線の発生源が水銀ランプであ
    る、請求項７に記載の装置。
  10. 【請求項１０】さらに、約２４８ｎｍと約３６５ｎｍの
    波長を有する電磁放射線を通過させるフィルタを有す
    る、請求項７に記載の装置。
  11. 【請求項１１】さらに、 前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置する少
    なくとも１つのアパーチャと、 前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置する少
    なくとも１つのレンズとを備える、請求項７に記載の装
    置。
  12. 【請求項１２】前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前
    記装置がさらに、前記電磁放射線がワークピースを通過
    した後、ＣＣＤカメラ上で結像する前に通過するピュー
    ピル・イメージ・レンズを有する、請求項７に記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】位相シフト・マスクの２つの領域間の位
    相シフトを測定する装置であって、 第１の透過領域と、前記第１の透過領域と異なる位相シ
    フト特性を有する第２の透過領域とを備えるワークピー
    スと、 実質的に同じ位相シフト特性を有するスリットの対を備
    える第１のアパーチャと、 前記スリットの１つを通過する電磁放射線が前記第１の
    透過領域を通過し、他の前記スリットを通過する電磁放
    射線が前記第２の透過領域を通過するように、電磁放射
    線発生源が前記アパーチャ内の前記スリットを通過し、
    次いで前記ワークピースを通過するように導く電磁放射
    線発生源と、 前記ワークピースと前記スリット対を通過した電磁放射
    線によって引き起こされる干渉パターン間の相対シフト
    を測定する手段とを備える装置。
  14. 【請求項１４】前記電磁放射線の発生源が可視光源であ
    る、請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】前記電磁放射線の発生源が水銀ランプで
    ある、請求項１３に記載の装置。
  16. 【請求項１６】さらに、約２４８ｎｍと約３６５ｎｍの
    波長を有する電磁放射線を通過させるフィルタを有す
    る、請求項１３に記載の装置。
  17. 【請求項１７】さらに、前記電磁放射線発生源と前記測
    定手段の間に位置する少なくとも１つの追加のアパーチ
    ャと、 前記電磁放射線発生源と前記測定手段の間に位置する少
    なくとも１つのレンズとを備える、請求項１３に記載の
    装置。
  18. 【請求項１８】前記測定手段がＣＣＤカメラであり、前
    記装置がさらに、前記電磁放射線がワークピースを通過
    した後、ＣＣＤカメラ上に結像する前に通過するピュー
    ピル・イメージ・レンズを備える、請求項１３に記載の
    装置。
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