KR20180103850A - 위상 쉬프트량 측정 장치 - Google Patents

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KR20180103850A
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마코토 요네자와
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브이 테크놀로지 씨오. 엘티디
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Abstract

본 발명은 위상 쉬프트 마스크(15)의 위상 쉬프트량을 측정하는 장치로서, 광원(1)에서 2중 간섭상을 촬영하는 촬상 장치(2)에 이르는 단일 광로 상에, 직선 편광을 회절하여 복수의 회절 광을 생성하는 회절격자(7)와, 위상 쉬프트 마스크(15)의 패턴의 옆으로 어긋난 2중상을 생성하는 동시에, 위상 쉬프트 마스크(15)의 패턴부(18) 및 위상 쉬프트부(19)를 통과한 회절 광을 간섭시키는 노말스키 프리즘(11)과, 노말스키 프리즘(11)을 2중상의 생성 방향으로 슬라이드 이동시키는 이동 수단(21)을 구비한 것이다.

Description

위상 쉬프트량 측정 장치
본 발명은 위상 쉬프트 마스크의 위상 쉬프트량을 측정하는 위상 쉬프트량 측정 장치에 관한 것으로, 특히 구조가 간단하고 또한 온도 안정성이 우수한 위상 쉬프트량 측정 장치에 관한 것이다.
종래의 위상 쉬프트량 측정 장치는 투명 기판 위에 위상 쉬프트 층을 형성하는 전후에, 그 투명 기판의 동일 개소의 투과광의 위상 차를 마하젠더 간섭계를 사용하여 측정하는 것으로, 투명 기판에 위상 쉬프트 층을 형성하는 사이에, 투명 기판을 장착하는 간섭계의 샘플 스테이지 위에 더미 투명 기판을 대신하여 장착하고, 그 사이에 더미 투명 기판을 투과하는 광의 위상 변동을 검출하여, 투명 기판에 위상 쉬프트 층을 형성한 후의 투명 기판을 투과하는 광의 위상을 측정할 때에, 그 위상 변동분을 간섭계의 일방의 광로의 광로 길이 보정 수단에 의하여 광로 길이 보정을 실시하여 상쇄하는 것이었다 (예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1: 일본공개특허공보 특개평11－327119호
그러나, 이러한 종래의 위상 쉬프트량 측정 장치에 있어서, 마하젠더 간섭계는 광로를 두 개로 분리하는 동시에, 그것을 다시 합성하는 것으로, 구조가 복잡하기 때문에 두 개의 광로 길이를 합하는 조정 작업이 어렵고, 또한 분리된 두 개의 광로의 광로 길이가 길기 때문에 온도 안정성이 부족하다는 문제가 있었다.
또한, 마스크 본체의 두께를 포함한 상기 두 개의 광로의 광로 차에 의해서도 간섭이 생기기 때문에, 마스크를 교환할 때마다, 마스크 본체의 두께의 편차에 기인한 간섭이 생기지 않도록 두 개의 광로의 광로 길이를 조정할 필요가 있다. 따라서, 양산품인 마스크의 두께의 편차를 고려하면 실용적이지 않았다.
이에, 본 발명은 이러한 문제점에 대처하여, 구조가 간단하고 또한 온도 안정성이 우수한 위상 쉬프트량 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 위상 쉬프트량 측정 장치는 위상 쉬프트 마스크의 위상 쉬프트량을 측정하는 장치로서, 광원으로부터 2중 간섭상을 촬영하는 촬상 장치에 이르는 단일 광로 상에, 직선 편광을 회절하여 복수의 회절 광을 생성하는 회절격자와, 상기 위상 쉬프트 마스크의 패턴이 옆으로 어긋난 2중상을 생성하는 동시에, 상기 위상 쉬프트 마스크의 패턴부 및 위상 쉬프트부를 통과한 상기 회절 광을 간섭시키는 더블 웨지 프리즘과, 상기 더블 웨지 프리즘을 상기 2중상의 생성 방향으로 슬라이드 이동시키는 이동 수단을 구비한 것이다.
본 발명에 따르면, 두 개로 분리한 광로 상에 각각 더블 웨지 프리즘을 배치하는 종래의 구조와 달리, 단일 광로 상에 하나의 더블 웨지 프리즘을 이동 가능하게 배치하기만 하는 간단한 구조로 쉐어링 간섭을 실현할 수 있다. 따라서, 장치의 제조 비용을 줄일 수 있다. 또한, 간섭하는 두 개의 광선의 광로 차는 더블 웨지 프리즘 내에서 정해지므로 매우 작다. 따라서, 온도 안정성이 우수하고 위상 쉬프트량을 높은 정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 위상 쉬프트량의 측정과 위상 쉬프트 층의 투과율의 측정을 동시에 실시할 수 있다.
[도 1] 본 발명에 따른 위상 쉬프트량 측정 장치의 하나의 실시 형태를 나타내는 정면도이다.
[도 2] 피측정용 위상 쉬프트 마스크를 도시하는 설명도이며, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 A－A선 단면 화살표 방향에서 본 도면이다.
[도 3] 회절격자의 설계에 대하여 나타내는 설명도이다.
[도 4] 간섭 화상의 휘도 변화를 나타내는 그래프이다.
[도 5] 본 발명에 따른 위상 쉬프트량 측정 장치에 의한 위상 쉬프트량의 측정에 대하여 설명하는 설명도이며, (a)는 위상 쉬프트량만 측정한 예를 나타내고, (b)는 위상 쉬프트량과 투과율의 측정 예를 나타낸다.
[도 6] 회절격자 대신에 사용하는 핀홀 판을 설명하는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 위상 쉬프트량 측정 장치의 하나의 실시 형태를 나타내는 정면도이다. 이 위상 쉬프트량 측정 장치는 위상 쉬프트 마스크의 위상 쉬프트량을 측정하기 위한 것으로, 광원(1)에서 2중 간섭상을 촬영하는 이차원 촬상 장치(2)에 이르는 단일의 광로 상에, 상류측으로부터 편광자(3)와, 제1의 λ/4판(4)과, 콘덴서 렌즈(5)와, 밴드 패스 필터(6)와, 회절격자(7)와, 조명 렌즈(8)와, 샘플 스테이지(9)와, 대물 렌즈(10)와, 노말스키 프리즘(11)과, 제2의 λ/4판(12)과, 검광자(13)와, 결상 렌즈(14)를 이 순서로 구비하여 구성되어 있다.
상기 편광자(3)는 광원(1)으로부터 방사되는 랜덤 광으로부터 직선 편광을 취출하는 것으로, 예를 들면, 투과 축과 동일 방향의 편파를 취출하는 편광 판이다. 또는, 편광 빔 스플리터여도 좋다. 또한, 여기에서는 편광판을 사용하였을 경우에 대하여 설명한다.
상기 편광자(3)의 광 진행 방향 하류에는 제1 λ/4판(4)이 배치되어 있다. 이 제1 λ/4판(4)은 입사광의 편광면에 λ/4의 위상차를 부여하여 직선 편광을 원 편광 상태로 바꾸기 위한 것으로, 피측정용 위상 쉬프트 마스크 (이하 「샘플 마스크」라고 한다)(15)의 투명 기판의 복굴절을 없애기 위하여 설치되어 있다. 또한, 이 제1 λ/4판(4) 및 후술하는 제2 λ/4판(12)은 필수의 구성요소가 아니며, 없어도 좋다.
상기 제1 λ/4판(4)의 광진행 방향 하류에는 콘덴서 렌즈(5)가 배치되어 있다. 이 콘덴서 렌즈(5)는 광원(1)으로부터 방사하는 광원 광을 평행 광으로 하는 것으로, 광원 광을 전방으로 반사하는 도시를 생략한 타원 반사경의 제2 초점 위치에 전(前) 초점을 합치시켜서 설치되어 있다.
상기 콘덴서 렌즈(5)의 광 진행 방향 하류에는, 밴드 패스 필터(6)가 배치되어 있다. 이 밴드 패스 필터(6)는 특정 파장의 광을 선택적으로 투과하는 것으로, 예를 들면, g선 (436 nm), h선 (405 nm) 및 i선 (365 nm)의 혼합 광을 선택적으로 투과하는 것이어도 좋고, g선, h선 및 i선 중에서 선택된 하나의 광선만을 투과하는 것이어도 좋으며, 상기 각 광선을 투과하는 필터를 교체 가능하게 설치한 것이어도 좋다.
상기 밴드 패스 필터(6)의 광 진행 방향 하류에는 회절격자(7)가 배치되어 있다. 이 회절격자(7)는 입사 광을 회절하여 다수차 회절광으로 분리하여 사출하는 것으로, 예를 들면 평행한 복수의 슬릿을 등간격으로 배열한 구조를 가지고 있다.
상기 회절격자(7)의 광진행 방향 하류에는 조명 렌즈(8)가 배치되어 있다. 이 조명 렌즈(8)는 회절격자(7)로부터 사출하는 다수차 회절광을 모아서 샘플 마스크(15)에 조사하는 것으로, 전 초점을 광축 상의 상기 회절격자(7)의 위치에 합치시켜서 설치되어 있다.
상기 조명 렌즈(8)의 광 진행 방향 하류에는 샘플 스테이지(9)가 설치되어 있다. 이 샘플 스테이지(9)는 도 2에 도시하는 바와 같은 석영 등의 투명 기판(16) 위에 피착된 위상 쉬프트층(17)에, 예를 들면 직사각형의 패턴부(18)와 위상 쉬프트부(19)를 형성한 샘플 마스크(15)의 주연부를 가진 것으로, 중앙부에 개구부(20)를 형성하여, 광이 도 1에서 아래쪽으로부터 위쪽을 향하여 통과할 수 있게 되어 있다. 또한, 샘플 스테이지(9)에 유지된 샘플 마스크(15)의 마스크 표면 (위상 쉬프트층(17)을 형성한 면)이 상기 조명 렌즈(8)의 후(後) 초점에 합치하도록 되어 있다. 이로써, 상기 회절격자(7)를 사출한 다수차 회절광이 샘플 마스크(15)의 표면에서 간섭하게 된다.
이 경우, 회절격자(7)에서 분리된 광선의 샘플 마스크(15) 표면에 있어서의 시어량(shear amount) (간섭 무늬의 피치)을 S1, 서로 강하게 하는 회절각을 θ, 조명 렌즈(8)의 초점거리를 f, 조명 광의 파장을 λ, 회절격자(7)의 슬릿 피치를 P로 하면, 시어량 S1은 도 3에 의하여
S1=f×sinθ (1)
로 나타내진다. 또한, 시어량 S1은 일반적으로 샘플 마스크(15)의 패턴의 배열 피치에 맞추어 결정되지만, 패턴의 배열이 일정하지 않을 때에는, 예를 들면 평균적인 값으로 결정하면 되며, 설계자가 설정하는 소망하는 값이다.
또한, 회절격자(7)의 슬릿 피치 P는 회절격자의 방정식에 의하여
P×sinθ= λ (2)
로 나타낸다.
따라서, 회절격자(7)의 슬릿 피치 P는, 상기 식 (1), (2)로부터
P=f× λ/S1 (3)
로 나타내진다.
여기서, 예를 들면, 시어량 S1=2㎛, f=50 mm, λ=365 nm로 하면, 슬릿 피치 P는 식 (3)에 의하여 P=9.125 mm가 된다. 또한, 시어량 S1=2㎛, f=50 mm, λ=436 nm로 하면, 슬릿 피치 P는 식 (3)에 의하여 P=10.9 mm가 된다. 이와 같이, 회절격자(7)의 슬릿 피치 P를 10 mm 정도로 비교적 거친 피치로 형성하더라도, 샘플 마스크(15)의 표면에 약 2㎛ 피치로 콘트라스트가 높은 간섭 무늬가 생기게 할 수 있다.
상기 샘플 스테이지(9)의 광 진행 방향 하류에는, 샘플 마스크(15)를 마주보면서 대물 렌즈(10)가 배치되어 있다. 이 대물 렌즈(10)는 샘플 마스크(15)를 투과한 광선을 퓨필 위치에 집광하는 것으로, 후술하는 결상 렌즈(14)와 협동하여 샘플 마스크(15)의 패턴 상의 배치를 촬상 장치(2)의 촬상면에 확대하여 결상하게 되어 있다.
상기 대물 렌즈(10)의 광 진행 방향 하류에는, 노말스키 프리즘(11)이 배치되어 있다. 이 노말스키 프리즘(11)은 샘플 마스크(15)의 패턴의 옆으로 어긋난 2중상을 생성하는 동시에, 샘플 마스크(15)의 패턴부(18) 및 위상 쉬프트부(19)를 투과한 회절 광 (원 편광)을 간섭시키는 것으로, 복굴절성이 있는 결정을 두 개, 결정 축을 어긋나게 하여 붙인 더블 웨지 프리즘으로, 프리즘의 초점 위치를 대물 렌즈(10)의 퓨필 위치에 합치시켜서 설치되어 있다.
상세하게는, 노말스키 프리즘(11)은 샘플 마스크(15)의 패턴부(18)를 투과한 원 편광과, 위상 쉬프트부 (19)를 투과한 원 편광을 통합하는 것이다. 이 경우, 패턴부(18)을 투과한 원 편광과, 위상 쉬프트부(19)를 투과한 원 편광의 사이에는, 위상 쉬프트부(19)의 위상 쉬프트층(17)의 두께나 굴절율의 크기에 따라서 위상 차가 생긴다. 따라서, 통합된 편광은 상기 위상차에 기초한 명암의 콘트라스트를 가진 간섭상을 생기게 한다.
이 경우, 노말스키 프리즘(11)은 광사출 단면의 전면에 걸쳐서 균일한 간섭상이 형성되도록, 광축에 대하여 옆으로 어긋난 2중상의 생성 방향으로 기울여 배치하는 것이 좋다. 또한, 노말스키 프리즘(11)에 의하여 생성되는 2중상의 옆으로 어긋난 양 (시어량 S2)은 노말스키 프리즘(11)에 의한 두 개의 편광의 분리각과 대물렌즈의 초점거리에 기초하여 구하여지는 것이다. 따라서, 노말스키 프리즘(11)은 상기 분리각이 소망하는 시어량 S2을 얻을 수 있는 각도가 되도록 제작된다.
더 상세하게는, 노말스키 프리즘(11)은, 예를 들면 모터와 볼 나사를 구비하여 구성된 이동 수단(21)에 의하여, 2중상의 생성 방향으로, 노말스키 프리즘(11)의 광입사 단면 또는 광사출 단면에 평행하게 이동 가능하게 되어 있다. 따라서, 이동 수단(21)에 의하여 노말스키 프리즘(11)을 상기와 같이 이동시키면, 노말스키 프리즘(11) 내의 광로 길이가 변화하여, 광사출 단면에 나타나는 간섭상에 정현파 형태의 위상변조가 생긴다. 이 경우, 위상변조량은 이동되는 노말스키 프리즘(11)의 위치 정보로부터 구할 수 있다. 또는, 노말스키 프리즘(11)을 일정 속도로 이동시키면, 그 이동 시간으로부터 구할 수 있다. 또한, 위상변조의 휘도값은 촬상 장치(2)에 결상되는 간섭상에 대응한 화소의 휘도 정보에 의하여 구할 수 있다.
상기 노말스키 프리즘(11)의 광 진행 방향 하류에는, 제2 λ/4판(12)이 설치되어 있다. 이 제2 λ/4판(12)은 원 편광을 직선 편광으로 되돌리기 위한 것으로, 제1 λ/4판(4)과 동일한 기능을 가진 것이다.
상기 제2 λ/4판(12)의 광 진행 방향 하류에는 검광자(13)가 설치되어 있다. 이 검광자(13)는 특정 편파의 직선 편광을 취출하기 위한 것으로, 편광판 또는 편광 빔 스플리터이다. 여기에서는, 편광판을 사용한 경우에 대하여 설명한다. 이 경우, 편광판은 투과 축이 편광자(3)의 편광판의 투과 축과 직교하도록 배치된다. 이에 의하여, 검광자(13)의 편광판을 투과하는 직선 편광은 진동 방향이 편광자(3)을 투과하는 직선 편광의 진동 방향과 직교하는 것이다.
상기 검광자(13)의 광 진행 방향 하류에는 결상 렌즈(14)가 설치되어 있다. 이 결상 렌즈(14)는 대물 렌즈(10)와 협동하여 샘플 마스크(15)의 패턴 상을 촬상 장치(2)의 촬상면 상에 확대하여 결상하는 것으로, 집광 렌즈이다. 이 경우, 샘플 마스크(15)의 패턴 상은 상의 광이 노말스키 프리즘(11)을 투과할 때에, 두 개로 분리되어 옆으로 어긋나기 때문에, 촬상 장치(2)의 촬상면 상에 결상되는 패턴 상은 옆으로 어긋난 2중상이 된다. 또한, 계측에 사용하는 광선이 g선, h선 또는 i선 등의 자외광이기 때문에, 촬상 장치(2)에는 자외선 카메라가 사용된다.
다음으로, 이와 같이 구성된 위상 쉬프트량 측정 장치의 동작에 대하여 설명한다.
여기에서는, 예를 들면, 샘플 마스크(15)로서 도 2에 도시하는 석영 등의 투명 기판(16) 위에 피착된 반투명막 등의 위상 쉬프트층(17)에 직사각형의 패턴부(18)와 그 외측의 위상 쉬프트부(19)를 형성한 위상 쉬프트 마스크를 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
광원(1)으로부터 방사되는 랜덤 광의 자외선은 편광자(3)에 입사한다. 또한, 편광자(3)로부터 특정 방향으로 진동하는 편파의 직선 편광이 취출된다. 이 직선 편광은 하류의 제1의 λ/4판(4)에 의하여 원 편광이 된다.
상기 원 편광은 더 하류의 콘덴서 렌즈(5)에 의하여 평행 광으로 된 후, 밴드 패스 필터(6)에 의하여 선택된 파장의 광선이 회절격자(7)에 입사한다.
회절격자(7)에 입사한 원 편광은 복수의 슬릿에 의하여 다수차 회절광으로 분리되어 회절격자(7)를 사출한 후, 조명 렌즈(8)에 의해 모아져서 샘플 마스크(15)를 이면으로부터 조명한다. 또한, 상기 다수차 회절광 (원편광)은 샘플 마스크(15)의 표면 (위상 쉬프트층(17)을 형성한 면)에서 간섭한다. 이 간섭광의 일부는 샘플 마스크(15)의 패턴부(18)을 투과하고, 다른 간섭광은 위상 쉬프트부(19)를 투과한다. 간섭 무늬의 피치 (시어량 S1)는, 도 3을 사용하여 설명한 바와 같이, 회절격자(7)의 슬릿 피치 P, 조명 렌즈(8)의 초점거리 f, 조명 광의 광선의 파장 λ 및 상기 식 (3)을 이용하여 산출할 수 있다.
샘플 마스크(15)의 패턴부(18) 및 위상 쉬프트부(19)를 투과한 다수차 회절광은 각각 대물 렌즈(10)의 퓨필 위치에 집광한 후, 다시 분산하여 노말스키 프리즘(11)에 입사한다. 노말스키 프리즘(11)은 서로 직교하는 진동면을 가진 두 개의 편광을 하나의 편광으로 통합하는 작용을 한다. 따라서, 분산하여 노말스키 프리즘(11)에 입사한 각 두 개의 다수차 회절광 (패턴부(18) 및 위상 쉬프트부(19)를 투과한 다수차 회절광)은 각각 노말스키 프리즘(11)에 의하여 다시 하나의 편광 (원 편광)으로 통합되어 노말스키 프리즘(11)을 사출한다. 이와 같이, 패턴부(18) 및 위상 쉬프트부(19)를 투과한 다수차 회절광이 노말스키 프리즘(11)에 의하여 하나의 편광으로 통합됨으로써, 노말스키 프리즘(11)의 광사출 단면에는 복수의 간섭 무늬가 생기게 된다.
노말스키 프리즘(11)으로 통합된 복수의 다수차 회절광의 원 편광은 제2의 λ/4판(12)에 의하여 직선 편광으로 되돌아 온 후, 검광자(13)에 입사한다. 검광자(13)는 투과 축이 편광자(3)의 투과 축에 대하여 직교하도록 배치된 것이다. 따라서, 상기 직선 편광 중, 검광자(13)의 투과 축과 동일 방향으로 진동하는 편파의 직선 편광이 검광자(13)를 투과하고, 후단의 결상 렌즈(14)에 의하여 촬상 장치(2)의 촬상면 위에 집광된다.
이에 의하여, 촬상 장치(2)의 촬상 면에는, 샘플 마스크(15)의 패턴상의 배치가 노말스키 프리즘(11)의 작용에 의하여 옆으로 어긋난 (예를 들면, 도 2에 있어서 X 방향으로 어긋난) 두 개의 화상 (간섭 화상)으로 분리된 상태에서 확대 결상 된다. 또한, 각 화상 내에는 두 개의 화상의 위상 차가 휘도 변화가 되어 나타난다.
여기서, 이동 수단(21)을 구동하여 노말스키 프리즘(11)을 2중상의 생성 방향으로 슬라이드 이동시켜 2중상의 간섭 상에 위상 변조를 일으키면, 두 개의 간섭 화상에는, 도 4에 도시하는 휘도 변화가 나타난다. 도 4에 있어서, L0는 투명 기판에 상당하는 위치에 있어서의 휘도 변화를 나타내고, L1은 두 개의 간섭 화상의 어느 한쪽의 간섭 화상 위치에 있어서의 휘도 변화를 나타내며, L2는 두 개의 간섭 화상 다른 한쪽의 간섭 화상 위치에 있어서의 휘도 변화를 나타내는데, 각각 진폭의 중점의 값에 의하여 규격화하여 나타낸 것이다. 또한, 도 4에 있어서, φ1은 휘도 변화 L1의 위상을 나타내고, φ2는 휘도 변화 L2의 위상을 나타낸다. 따라서, 샘플 마스크(15)의 위상 쉬프트량 δ은, 두 간섭 화상의 위상차 (φ2－φ1)를 계산함으로써, δ= (φ2－φ1)/2를 연산하여 구할 수 있다. 이 연산은 촬상 장치(2) 내에 또는 별도로 설치한 신호 처리 장치로 연산할 수 있다. 또한, 도 4에 있어서, 각 휘도 변화의 그래프의 진폭은 투과율에 비례한다.
이하, 샘플 마스크(15)의 위상 쉬프트량의 측정 및 위상 쉬프트층(17)의 투과율의 측정 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
예를 들면, 폭이 W인 직사각형의 패턴부(18)를 가진 샘플 마스크(15)를 시어량 S2이 W인 노말스키 프리즘(11)을 통하여 관찰하면, 촬상 장치(2)에는, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 노말스키 프리즘(11)의 작용에 의하여, 옆으로 어긋난 2중상으로서 나타난다. 이 경우, 동 도에 실선으로 나타내는 패턴 화상 (22A)의 간섭 화상은, 도 4에 있어서의 휘도 변화 L2를 나타내는 간섭 화상에 대응하고, 파선으로 나타내는 패턴 화상(22B)의 간섭 화상은 휘도 변화 L1를 나타내는 간섭 화상에 대응한다. 따라서, 노말스키 프리즘(11)을 2중 화상의 생성 방향으로 이동하면서, 촬상 장치(2)의 각 간섭 화상에 대응한 위치의 화소의 휘도 정보를 취득하면, 도 4에 있어서의 휘도 변화 L1, L2의 사인파형을 얻을 수 있다.
따라서, 샘플 마스크(15)의 위상 쉬프트량δ은 휘도 변화 L1, L2의 사인파 형의 피크간의 위상 차 (φ2－φ1)를 계산함으로써, δ= (φ2－φ1)/2를 연산하여 구할 수 있다. 이 경우에는, 도 4에 나타내는 투명 기판에 상당하는 위치에 있어서의 휘도 변화(L0)는 얻을 수 없다. 따라서, 위상 쉬프트층(17)의 투명 기판에 대한 투과율은 측정할 수 없다.
샘플 마스크(15)의 위상 쉬프트량 및 위상 쉬프트층(17)의 투과율을 모두 측정하려면, 노말스키 프리즘(11)으로서 시어량 S2이 패턴부(18)의 폭(W)에 대하여 S2＜W (예를 들면, S2=W/2)가 되도록 제작한 것을 사용하면 된다. 이러한 노말스키 프리즘(11)을 통하여 샘플 마스크(15)를 관찰하면, 촬상 장치(2)에는, 도 5(b)에 나타내는, 예를 들면 옆으로 어긋난 양이 W/2인 2중 화상이 나타난다. 이 경우, 도 5(b)에 실선으로 나타내는 패턴 화상(22A)의 왼쪽 반의 간섭 화상은 도 4에 있어서의 휘도 변화 L2를 나타내는 간섭 화상에 대응하고, 도 5(b)에 실선으로 나타내는 패턴 화상(22A)의 오른쪽 반의 간섭 화상 (또는 파선으로 나타내는 패턴 화상(22B)의 왼쪽 반의 간섭 화상)은 도 4에 있어서의 휘도 변화 L0를 나타내는 간섭 화상에 대응하며, 도 5(b)에 파선으로 나타내는 상대 투과율 화상(22B)의 오른쪽 반의 간섭 화상은 도 4에 있어서의 휘도 변화 L1를 나타내는 간섭 화상에 대응한다. 이 때, 노말스키 프리즘(11)을 2중 화상의 생성 방향으로 이동하면서, 촬상 장치(2)의 각 간섭 화상에 대응한 위치의 화소의 휘도 정보를 취득하면, 도 4에 있어서의 휘도 변화(L0, L1, L2)의 사인파형을 얻을 수 있다.
따라서, 샘플 마스크(15)의 위상 쉬프트량δ은 휘도 변화 L1, L2의 사인파 형의 피크간의 위상차 (φ2－φ1)를 계산함으로써, δ= (φ2－φ1)/2를 연산하여 구할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 각 휘도 변화의 진폭이 투과율에 비례하기 때문에, 각 휘도 변화의 진폭을 비교함으로써, 예를 들면 투명 기판의 투과율에 대한 위상 쉬프트층(17)의 투과율을 구할 수 있다. 예를 들면, 휘도 변화 L0의 진폭을 A0, 휘도 변화 L1, L2의 진폭을 A1으로 하면, 상대 투과율 T는 T=A1/A0를 계산함으로써 구할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 샘플 마스크(15)의 도 2에 있어서의 X 방향의 위상 쉬프트량을 측정하는 경우에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 2에 있어서의 X, Y의 양방향의 위상 쉬프트량의 측정을 가능하게 하려면, 회절격자(7)와 노말스키 프리즘(11)을 일체로 광축 둘레로 90도 회전시키는 회전 수단을 갖추면 좋다. 또는, 노말스키 프리즘(11)을 광축을 중심으로 90도 어긋난 위치에 각각 배치하는 동시에, 회절격자(7)을 90도 회전시켜도 좋다. 또는, 회절격자(7) 대신에, 도 6에 도시하는 복수의 핀홀(23)을 매트릭스 형태로 구비한 핀홀 판(24)를 사용하여도 좋다. 또한, 상기 실시 형태에 있어서, 샘플 스테이지(9)를 90도 회전 가능하게 구성하여도 좋다.
1 광원
2 촬상 장치
4 제1 λ/4판
6 밴드 패스 필터
7 회절격자
11 노말스키 프리즘 (더블 웨지 프리즘)
12 제2 λ/4판
15 샘플 마스크 (위상 쉬프트 마스크)
21 이동 수단

Claims (5)

  1. 위상 쉬프트 마스크의 위상 쉬프트량을 측정하는 장치로서,
    광원으로부터 2중 간섭상을 촬영하는 촬상 장치에 이르는 단일 광로 상에, 상류측으로부터 직선 편광을 회절하여 복수의 회절 광을 생성하는 회절격자와,
    상기 위상 쉬프트 마스크의 패턴의 옆으로 어긋난 2중상을 생성하는 동시에, 상기 위상 쉬프트 마스크의 패턴부 및 위상 쉬프트부를 통과한 상기 회절 광을 간섭시키는 더블 웨지 프리즘과,
    상기 더블 웨지 프리즘을 상기 2중상의 생성 방향으로 슬라이드 이동시키는 이동 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트량 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회절격자의 광 진행 방향 상류측 및 상기 더블 웨지 프리즘의 광 진행 방향 하류측에 각각 λ/4판을 배치한 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트량 측정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회절격자의 광 진행 방향 상류측에 g선, h선 및 i선 중에, 적어도 어느 하나의 광선을 투과시키는 밴드 패스 필터를 배치한 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트량 측정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 회절격자와 상기 더블 웨지 프리즘을 일체로 광축 둘레로 회전시키는 회전 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트량 측정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 더블 웨지 프리즘은 노말스키 프리즘인 것을 특징으로 하는 위상 쉬프트량 측정 장치.
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