KR20240059563A - Phase difference measuring apparatus and phase difference measuring method - Google Patents
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Abstract
[과제] 상이한 굴절률 영역을 투과하는 광의 위상 시프트량을 높은 정밀도로 측정한다.
[해결 수단] 위상차 측정 장치(1)는 조사부(10)와 슬릿 마스크(23)와 센서(25)와 연산 처리부(50)를 구비한다. 조사부(10)는 측정 대상물(8)에 광을 조사한다. 슬릿 마스크(23)는, 제1 슬릿(23a), 제1 슬릿(23a)과 제1 간격으로 이웃하는 제2 슬릿(23b), 및, 제2 슬릿(23b)과 제2 간격으로 이웃하는 제3 슬릿(23c)을 갖는다. 센서(25)는, 슬릿 마스크(23)를 통과한 광의 간섭에 의한 간섭 패턴을 검출한다. 연산 처리부(50)는, 제1 슬릿(23a)과 제3 슬릿(23c)의 제3 간격 또는 제1 간격에 대응한 제1 주파수 성분의 제1 위상, 및, 제2 간격에 대응한 제2 주파수 성분의 제2 위상을, 간섭 패턴에 의거하여 구하고, 제1 위상 및 제2 위상에 의거하여 위상 시프트량을 구한다.[Task] Measure the phase shift amount of light passing through different refractive index regions with high precision.
[Solution] The phase difference measuring device 1 includes an irradiation unit 10, a slit mask 23, a sensor 25, and an arithmetic processing unit 50. The irradiation unit 10 irradiates light to the measurement object 8. The slit mask 23 includes a first slit 23a, a second slit 23b adjacent to the first slit 23a at a first interval, and a second slit 23b adjacent to the second slit 23b at a second interval. It has 3 slits 23c. The sensor 25 detects an interference pattern caused by interference of light that has passed through the slit mask 23. The arithmetic processing unit 50 provides a first phase of the first frequency component corresponding to the third interval or the first interval between the first slit 23a and the third slit 23c, and a second phase corresponding to the second interval. The second phase of the frequency component is determined based on the interference pattern, and the phase shift amount is determined based on the first phase and the second phase.
Description
본 개시는, 위상차 측정 장치 및 위상차 측정 방법에 관한 것이다.This disclosure relates to a phase difference measurement device and a phase difference measurement method.
근년에는, 반도체 기판 또는 표시 디스플레이용의 기판 등의 기판에 대해서 높은 해상도로 패턴을 전사하기 위해서, 위상 시프트 마스크가 이용되고 있다. 이 위상 시프트 마스크에는, 반파장만큼 광의 위상을 늦추는 위상 시프트막이 형성되어 있다.In recent years, phase shift masks have been used to transfer patterns with high resolution to substrates such as semiconductor substrates or display substrates. A phase shift film that delays the phase of light by half a wavelength is formed on this phase shift mask.
이 위상 시프트막에 의한 위상의 지연을 측정하는 측정 장치로서 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2가 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 기재된 측정 장치는, 위상 시프트 마스크(특허 문헌 1에서는 위상차 마스크)에 광을 조사하는 조사부, 한 쌍의 슬릿을 갖는 슬릿 마스크, 및, 한 쌍의 슬릿을 통과한 광에 의한 간섭 무늬를 검출하는 검출부를 구비하고 있다.
이 측정 장치에 있어서, 위상 시프트막을 투과하는 제1 광은 한쪽의 슬릿을 통과하며, 위상 시프트막과 이웃하는 위치에서 위상 시프트 마스크를 투과하는 제2 광은 다른 쪽의 슬릿을 통과한다. 한 쌍의 슬릿을 통과한 제1 광 및 제2 광은 회절하여 서로 간섭하며, 그 간섭에 의해서 발생하는 간섭 무늬가 검출부에 의해서 검출된다.In this measuring device, the first light passing through the phase shift film passes through one slit, and the second light passing through the phase shift mask at a position adjacent to the phase shift film passes through the other slit. The first light and the second light that pass through a pair of slits diffract and interfere with each other, and an interference pattern generated by the interference is detected by the detection unit.
이 간섭 무늬의 위치는 제1 광과 제2 광의 위상 시프트량(즉 위상 시프트막에 의한 위상의 지연)에 의존하므로, 측정 장치는 이 간섭 무늬의 위치에 의거하여 위상 시프트량을 산출하고 있다.Since the position of this interference fringe depends on the amount of phase shift between the first light and the second light (that is, the phase delay caused by the phase shift film), the measuring device calculates the amount of phase shift based on the position of this interference fringe.
위상 시프트 마스크의 전면(全面)을 측정하는 경우를 고려한다. 예를 들면 광학계(조사부, 슬릿 마스크 및 검출부의 한 세트)를 위상 시프트 마스크에 대해서 이동시킴으로써, 광학계가 위상 시프트 마스크의 전면을 주사하여 각 측정 위치에서 측정을 행할 수 있다.Consider the case of measuring the entire surface of a phase shift mask. For example, by moving the optical system (a set of irradiation section, slit mask, and detection section) relative to the phase shift mask, the optical system can scan the entire surface of the phase shift mask and perform measurements at each measurement position.
그러나, 광학계의 이동에 수반하는 관성력이 당해 광학계에 작용하므로, 각 측정 위치에 있어서, 광학계의 광축에 어긋남(광축의 기욺, 또는, 광축의 위치 어긋남)이 발생할 수 있다. 간섭 무늬의 위치는 이러한 광축의 어긋남량에도 의존하므로, 간섭 무늬의 위치에 의거하여 높은 정밀도로 위상 시프트량을 산출하는 것은 어렵다. 바꾸어 말하면, 이 간섭 무늬의 위치는 높은 정밀도에서는 위상 시프트량을 반영하고 있지 않다.However, since the inertial force accompanying the movement of the optical system acts on the optical system, deviation from the optical axis of the optical system (inclination of the optical axis or positional deviation of the optical axis) may occur at each measurement position. Since the position of the interference fringe also depends on the amount of deviation of the optical axis, it is difficult to calculate the amount of phase shift with high precision based on the position of the interference fringe. In other words, the position of this interference fringe does not reflect the amount of phase shift with high precision.
그래서, 본 개시는, 상이한 굴절률 영역을 투과하는 광의 위상 시프트량을 높은 정밀도로 측정하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present disclosure aims to provide a technique for measuring the phase shift amount of light passing through different refractive index regions with high precision.
제1 양태는, 제1 굴절률 영역 및 제2 굴절률 영역을 갖는 측정 대상물의 상기 제1 굴절률 영역을 투과한 광과, 상기 제2 굴절률 영역을 투과한 광 사이의 위상차인 위상 시프트량을 측정하는 위상차 측정 장치로서, 상기 측정 대상물에 광을 조사하는 조사부와, 제1 슬릿, 상기 제1 슬릿과 제1 간격으로 이웃하는 제2 슬릿, 및, 상기 제2 슬릿과 제2 간격으로 이웃하는 제3 슬릿을 갖는 슬릿 마스크와, 상기 제1 슬릿이, 상기 제1 굴절률 영역을 투과하는 광의 경로 상에 위치하며, 상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿이, 각각 상기 제2 굴절률 영역을 투과하는 광의 경로 상에 위치한 상태에서, 상기 제1 슬릿으로부터 상기 제3 슬릿을 각각 통과한 광의 간섭에 의한 간섭 패턴을 검출하는 센서와, 상기 간섭 패턴 중의, 상기 제1 슬릿과 상기 제3 슬릿의 제3 간격 또는 상기 제1 간격에 대응한 제1 주파수 성분의 제1 위상, 및, 상기 제2 간격에 대응한 제2 주파수 성분의 제2 위상을, 상기 간섭 패턴에 의거하여 구하고, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상에 의거하여 상기 위상 시프트량을 구하는 연산 처리부를 구비한다.The first aspect is a phase difference for measuring the amount of phase shift, which is the phase difference between light transmitted through the first refractive index region of a measurement object having a first refractive index region and a second refractive index region, and light transmitted through the second refractive index region. A measuring device, comprising: an irradiator that irradiates light to the object to be measured; a first slit; a second slit adjacent to the first slit at a first interval; and a third slit adjacent to the second slit at a second interval. A slit mask having a slit mask, wherein the first slit is located on a path of light passing through the first refractive index region, and the second slit and the third slit are located on a path of light passing through the second refractive index region, respectively. a sensor that detects an interference pattern caused by interference of light passing from the first slit to the third slit, respectively, in the interference pattern, and a third interval between the first slit and the third slit, or The first phase of the first frequency component corresponding to the first interval and the second phase of the second frequency component corresponding to the second interval are obtained based on the interference pattern, and the first phase and the second and an arithmetic processing unit that calculates the phase shift amount based on the phase.
제2 양태는, 제1 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 제1 슬릿과 상기 제2 슬릿의 상기 제1 간격은, 상기 제2 슬릿과 상기 제3 슬릿의 상기 제2 간격보다 넓다.A second aspect is the phase difference measuring device according to the first aspect, wherein the first gap between the first slit and the second slit is wider than the second gap between the second slit and the third slit.
제3 양태는, 제1 양태 또는 제2 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 제1 굴절률 영역의 투과율은 상기 제2 굴절률 영역의 투과율보다 낮고, 상기 제1 슬릿의 폭은, 상기 제2 슬릿의 폭보다 넓고, 상기 제2 슬릿의 폭은, 상기 제3 슬릿의 폭보다 넓다.A third aspect is the phase difference measuring device according to the first aspect or the second aspect, wherein the transmittance of the first refractive index region is lower than the transmittance of the second refractive index region, and the width of the first slit is that of the second slit. wider than the width, and the width of the second slit is wider than the width of the third slit.
제4 양태는, 제3 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 제1 간격에 대응한 상기 제1 주파수 성분의 상기 제1 위상을 구한다.A fourth aspect is the phase difference measuring device according to the third aspect, wherein the calculation processing unit determines the first phase of the first frequency component corresponding to the first interval.
제5 양태는, 제1 양태 내지 제4 양태 중 어느 하나의 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 조사부는, 복수의 피크 파장을 갖는 광을 조사하고, 상기 연산 처리부는, 상기 간섭 패턴에 의거하여 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 피크 파장마다 구하고, 당해 피크 파장마다, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상에 의거하여 상기 위상 시프트량을 구한다.A fifth aspect is a phase difference measurement device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the irradiation unit irradiates light having a plurality of peak wavelengths, and the calculation processing unit radiates light having a plurality of peak wavelengths, and the calculation processing unit determines the phase difference based on the interference pattern. The first phase and the second phase are determined for each peak wavelength, and the phase shift amount is determined for each peak wavelength based on the first phase and the second phase.
제6 양태는, 제1 양태 내지 제5 양태 중 어느 하나의 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 조사부, 상기 슬릿 마스크 및 상기 센서를 이동시키는 이동 기구를 더 구비하고, 상기 이동 기구는, 상기 조사부, 상기 슬릿 마스크 및 상기 센서의 한 세트를, 기준 위치 및 측정 위치 각각에 이동시키고, 상기 측정 위치는, 상기 제1 굴절률 영역을 투과하는 광이 상기 제1 슬릿을 통과하고, 상기 제2 굴절률 영역을 투과하는 광이 상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿을 각각 통과하는 위치이고, 상기 기준 위치는, 상기 제2 굴절률 영역을 투과하는 광이 상기 제1 슬릿으로부터 상기 제3 슬릿을 각각 통과하는 위치이며, 상기 센서는, 상기 기준 위치에 있어서 상기 제1 슬릿으로부터 상기 제3 슬릿을 통과한 광의 간섭에 의한 간섭 패턴인 기준 간섭 패턴을 검출하고, 상기 연산 처리부는, 상기 기준 간섭 패턴 중의 상기 제1 주파수 성분의 제1 기준 위상, 및, 상기 기준 간섭 패턴 중의 상기 제2 주파수 성분의 제2 기준 위상을, 상기 기준 간섭 패턴에 의거하여 구하고, 상기 제1 위상, 상기 제1 기준 위상, 상기 제2 위상 및 상기 제2 기준 위상에 의거하여, 상기 위상 시프트량을 구한다.A sixth aspect is a phase difference measuring device according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a moving mechanism that moves the irradiation unit, the slit mask, and the sensor, and the moving mechanism includes the irradiation unit. , moving a set of the slit mask and the sensor to each of a reference position and a measurement position, wherein the measurement position is such that light passing through the first refractive index region passes through the first slit, and the second refractive index region is a position where light passing through passes through the second slit and the third slit, respectively, and the reference position is a position where light passing through the second refractive index region passes from the first slit to the third slit, respectively. The sensor detects a reference interference pattern that is an interference pattern caused by interference of light passing through the third slit from the first slit at the reference position, and the calculation processing unit detects the first of the reference interference patterns. The first reference phase of the frequency component and the second reference phase of the second frequency component in the reference interference pattern are obtained based on the reference interference pattern, and the first phase, the first reference phase, and the second reference phase are determined based on the reference interference pattern. Based on the phase and the second reference phase, the phase shift amount is obtained.
제7 양태는, 제6 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 제1 굴절률 영역의 투과율은 상기 제2 굴절률 영역의 투과율보다 낮고, 상기 연산 처리부는, 상기 기준 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여 기준 진폭 스펙트럼 및 기준 위상 스펙트럼을 구하고, 상기 기준 진폭 스펙트럼에 의거하여, 상기 제1 주파수 성분의 제1 주파수 및 상기 제2 주파수 성분의 제2 주파수를 구하며, 상기 기준 진폭 스펙트럼에 의거하여 구해진 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수와, 상기 기준 위상 스펙트럼에 의거하여, 상기 제1 기준 위상 및 상기 제2 기준 위상을 구하고, 상기 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여 위상 스펙트럼을 구하고, 상기 기준 진폭 스펙트럼에 의거하여 구해진 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수와, 상기 위상 스펙트럼에 의거하여, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 구한다.A seventh aspect is the phase difference measuring device according to the sixth aspect, wherein the transmittance of the first refractive index region is lower than the transmittance of the second refractive index region, and the calculation processing unit performs Fourier transform on the reference interference pattern to obtain a reference amplitude. Obtain a spectrum and a reference phase spectrum, obtain a first frequency of the first frequency component and a second frequency of the second frequency component based on the reference amplitude spectrum, and obtain the first frequency obtained based on the reference amplitude spectrum. And based on the second frequency and the reference phase spectrum, the first reference phase and the second reference phase are obtained, Fourier transform is performed on the interference pattern to obtain a phase spectrum, and based on the reference amplitude spectrum, Based on the obtained first and second frequencies and the phase spectrum, the first phase and the second phase are determined.
제8 양태는, 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 하나의 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여 상기 제1 주파수 성분의 상기 제1 위상 및 상기 제2 주파수 성분의 상기 제2 위상을 구한다.An eighth aspect is a phase difference measurement device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the calculation processing unit performs Fourier transform on the interference pattern to determine the first phase of the first frequency component and the The second phase of the second frequency component is obtained.
제9 양태는, 제1 양태 내지 제6 양태 중 어느 하나의 양태에 따른 위상차 측정 장치로서, 상기 연산 처리부는, 상기 제1 간격에 대응한 주파수 성분의 위상 변수, 상기 제2 주파수 성분의 위상 변수 및 상기 제3 간격에 대응한 주파수 성분의 위상 변수를 소정의 함수에 대입하여 산출 간섭 패턴을 산출하고, 상기 간섭 패턴과 상기 산출 간섭 패턴의 유사도를 산출하는 처리를, 상기 위상 변수를 변경하면서 행하고, 상기 간섭 패턴과 유사한 상기 산출 간섭 패턴의 산출에 이용된 상기 위상 변수에 의거하여 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 구한다.A ninth aspect is a phase difference measurement device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the calculation processing unit includes a phase variable of the frequency component corresponding to the first interval, and a phase variable of the second frequency component. and calculating a calculated interference pattern by substituting the phase variable of the frequency component corresponding to the third interval into a predetermined function, and calculating a degree of similarity between the interference pattern and the calculated interference pattern, while changing the phase variable. , the first phase and the second phase are obtained based on the phase variable used to calculate the calculated interference pattern similar to the interference pattern.
제10 양태는, 제1 굴절률 영역 및 제2 굴절률 영역을 갖는 측정 대상물의 상기 제1 굴절률 영역을 투과한 광과, 상기 제2 굴절률 영역을 투과한 광 사이의 위상차인 위상 시프트량을 측정하는 위상차 측정 방법으로서, 상기 측정 대상물에 광을 조사하는 공정과, 상기 제1 굴절률 영역 및 제1 슬릿을 통과한 광과, 상기 제2 굴절률 영역, 및, 상기 제1 슬릿과 제1 간격으로 이웃하는 제2 슬릿을 통과한 광과, 상기 제2 굴절률 영역, 및, 상기 제2 슬릿과 제2 간격으로 이웃하는 제3 슬릿을 통과한 광의 간섭에 의한 간섭 패턴을 검출하는 공정과, 상기 간섭 패턴 중의, 상기 제3 슬릿과 상기 제1 슬릿의 제3 간격 또는 상기 제1 간격에 대응한 제1 주파수 성분의 제1 위상, 및, 상기 제2 간격에 대응한 제2 주파수 성분의 제2 위상을, 상기 간섭 패턴에 의거하여 구하는 공정과, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상에 의거하여 상기 위상 시프트량을 구하는 공정을 구비한다.The tenth aspect is a phase difference for measuring a phase shift amount, which is the phase difference between light passing through the first refractive index region of a measurement object having a first refractive index region and a second refractive index region, and light passing through the second refractive index region. A measuring method comprising: a step of irradiating light to the measurement object, light passing through the first refractive index area and a first slit, the second refractive index area, and a second refractive index area adjacent to the first slit at a first interval. 2. A process of detecting an interference pattern caused by interference between light passing through a slit, the second refractive index region, and a third slit adjacent to the second slit at a second interval, among the interference patterns, A third interval between the third slit and the first slit or a first phase of a first frequency component corresponding to the first interval, and a second phase of a second frequency component corresponding to the second interval, It includes a step of determining the phase shift amount based on the interference pattern, and a step of determining the phase shift amount based on the first phase and the second phase.
제1 양태 및 제10 양태에 의하면, 제1 위상은 위상 시프트량 및 광축의 어긋남에 의존하고, 제2 위상은 위상 시프트량에 거의 의존하지 않고, 광축의 어긋남에 의존한다. 연산 처리부는 제1 위상 및 제2 위상에 의거하여 위상 시프트량을 구하므로, 광축의 어긋남의 영향을 억제하여, 보다 높은 정밀도로 위상 시프트량을 구할 수 있다.According to the first and tenth aspects, the first phase depends on the amount of phase shift and the misalignment of the optical axis, and the second phase has little dependence on the amount of phase shift and depends on the misalignment of the optical axis. Since the calculation processing unit determines the phase shift amount based on the first phase and the second phase, the influence of optical axis deviation can be suppressed and the phase shift amount can be obtained with higher precision.
제2 양태에 의하면, 제1 슬릿과 제2 슬릿의 제1 간격이 넓으므로, 제1 슬릿을 제1 굴절률 영역 내에 위치시키기 쉽다. 또, 제2 슬릿과 제3 슬릿 사이의 제2 간격이 좁기 때문에, 제2 슬릿 및 제3 슬릿을 제2 굴절률 영역 내에 위치시키기 쉽다.According to the second aspect, the first gap between the first slit and the second slit is wide, so it is easy to position the first slit within the first refractive index region. Additionally, because the second gap between the second slit and the third slit is narrow, it is easy to position the second slit and the third slit within the second refractive index region.
제3 양태에 의하면, 제1 굴절률 영역의 투과율이 제2 굴절률 영역의 투과율보다 낮으므로, 제1 굴절률 영역을 투과한 광의 광량은 제2 굴절률 영역을 투과한 광의 광량보다 저하한다. 한편, 제1 슬릿의 폭이 제2 슬릿의 폭보다 넓으므로, 제1 슬릿을 통과하는 광(이하, 제1 광이라고 부른다)의 광량과 제2 슬릿을 통과하는 광(이하, 제2 광이라고 부른다)의 광량의 차를 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 제1 광 및 제2 광의 간섭에 기인한 제1 주파수 성분의 진폭을 크게 할 수 있다. 따라서, 연산 처리부는 간섭 패턴으로부터 제1 주파수 성분을 특정하기 쉽다.According to the third aspect, since the transmittance of the first refractive index region is lower than the transmittance of the second refractive index region, the amount of light transmitted through the first refractive index region is lower than the amount of light transmitted through the second refractive index region. On the other hand, since the width of the first slit is wider than the width of the second slit, the amount of light passing through the first slit (hereinafter referred to as first light) and the light passing through the second slit (hereinafter referred to as second light) It is possible to reduce the difference in light intensity. For this reason, the amplitude of the first frequency component resulting from interference between the first light and the second light can be increased. Therefore, it is easy for the calculation processing unit to specify the first frequency component from the interference pattern.
또, 제3 슬릿의 폭이 제2 슬릿보다 좁기 때문에, 간섭 패턴의 포락선의 형상을 보다 평탄하게 할 수 있다. 이에 의해, 간섭 패턴에 있어서의 강도의 피크 수(즉, 무늬의 수)를 많게 할 수 있다. 따라서, 연산 처리부는 간섭 패턴으로부터 제1 주파수 성분 및 제2 주파수 성분을 특정하기 쉽다.Additionally, since the width of the third slit is narrower than that of the second slit, the shape of the envelope of the interference pattern can be made flatter. As a result, the number of intensity peaks (i.e., the number of fringes) in the interference pattern can be increased. Therefore, the calculation processing unit is easy to specify the first frequency component and the second frequency component from the interference pattern.
제4 양태에 의하면, 제1 주파수 성분은, 제3 슬릿보다 폭이 넓은 제1 슬릿 및 제2 슬릿을 각각 통과한 제1 광 및 제2 광의 간섭에 의해서 생기므로, 연산 처리부는 간섭 패턴으로부터 제1 주파수 성분을 특정하기 쉽다.According to the fourth aspect, since the first frequency component is generated by interference of the first light and the second light that passed through the first slit and the second slit, respectively, which are wider than the third slit, the arithmetic processing unit generates the first frequency component from the interference pattern. 1 It is easy to specify frequency components.
제5 양태에 의하면, 한 번의 간섭 패턴의 검출로 각 피크 파장의 위상 시프트량을 구할 수 있다.According to the fifth aspect, the phase shift amount of each peak wavelength can be obtained by detecting the interference pattern once.
제6 양태에 의하면, 광축의 어긋남 및 광학 특성의 경로 간의 상이함의 영향을 억제하여, 더 높은 정밀도로 위상 시프트량을 구할 수 있다.According to the sixth aspect, the influence of misalignment of the optical axis and differences between paths in optical characteristics can be suppressed, and the phase shift amount can be obtained with higher precision.
제7 양태에 의하면, 측정 위치에 있어서는, 제1 광은, 투과율이 낮은 제1 굴절률 영역을 투과하므로, 간섭 패턴에 있어서의 강도의 피크값은 비교적 낮다. 한편, 기준 위치에 있어서는, 제1 광은 투과율이 높은 제2 굴절률 영역을 투과하므로, 기준 간섭 패턴에 있어서의 강도의 피크값은 비교적 높다. 이 때문에, 기준 간섭 패턴에 있어서의 노이즈의 영향은 상대적으로 작다. 연산 처리부는, 노이즈의 영향이 작은 기준 간섭 패턴에 의거하여 구해진 기준 위상 스펙트럼을 이용하여, 제1 주파수 및 제2 주파수를 구하고 있으므로, 보다 높은 정밀도로 제1 주파수 및 제2 주파수를 구할 수 있다.According to the seventh aspect, at the measurement position, the first light transmits through the first refractive index region with low transmittance, so the peak value of the intensity in the interference pattern is relatively low. Meanwhile, at the reference position, the first light transmits through the second refractive index region with high transmittance, so the peak value of the intensity in the reference interference pattern is relatively high. For this reason, the influence of noise on the reference interference pattern is relatively small. Since the calculation processing unit determines the first frequency and the second frequency using a reference phase spectrum obtained based on a reference interference pattern with a small effect of noise, the first frequency and the second frequency can be obtained with higher precision.
제8 양태에 의하면, 높은 정밀도로 제1 위상 및 제2 위상을 구할 수 있다.According to the eighth aspect, the first phase and the second phase can be obtained with high precision.
제9 양태에 의하면, 간섭 패턴으로부터 제1 위상 및 제2 위상을 구할 수 있다.According to the ninth aspect, the first phase and the second phase can be obtained from the interference pattern.
도 1은, 위상차 측정 장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 슬릿 마스크의 구성의 일례를 나타낸 평면도이다.
도 3은, 위상차 측정 장치의 동작의 제1 예를 나타낸 플로 차트이다.
도 4는, 센서에 의해서 검출된 간섭 패턴의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는, 간섭 패턴의 진폭 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은, 제1 실시 형태에 따른 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법의 일례를 나타낸 플로 차트이다.
도 7은, 위상 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 8은, 제1 실시 형태에 따른 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법의 다른 일례를 나타낸 플로 차트이다.
도 9는, 진폭 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 10은, 위상차 측정 장치의 동작의 제2 예를 나타낸 플로 차트이다.
도 11은, 광학계가 기준 위치에 위치했을 때의 위상차 측정 장치의 구성의 일례를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 12는, 기준 위상의 산출 방법의 일례를 나타낸 플로 차트이다.
도 13은, 기준 위상 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 14는, 제2 실시 형태에 따른 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법의 일례를 나타낸 플로 차트이다.1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a phase difference measurement device.
Figure 2 is a plan view showing an example of the configuration of a slit mask.
Fig. 3 is a flow chart showing a first example of the operation of the phase difference measurement device.
Figure 4 is a diagram schematically showing an example of an interference pattern detected by a sensor.
Figure 5 is a diagram schematically showing an example of the amplitude spectrum of an interference pattern.
FIG. 6 is a flow chart showing an example of a method for calculating the first phase and the second phase according to the first embodiment.
Figure 7 is a graph schematically showing an example of a phase spectrum.
Fig. 8 is a flow chart showing another example of the method for calculating the first phase and the second phase according to the first embodiment.
Figure 9 is a graph schematically showing an example of an amplitude spectrum.
Fig. 10 is a flow chart showing a second example of the operation of the phase difference measuring device.
FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the configuration of a phase difference measuring device when the optical system is located at the reference position.
Fig. 12 is a flow chart showing an example of a method for calculating the reference phase.
Figure 13 is a graph schematically showing an example of a reference phase spectrum.
Fig. 14 is a flow chart showing an example of a method for calculating the first phase and the second phase according to the second embodiment.
이하, 도면을 참조하면서 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한 도면에 있어서는, 이해 용이를 목적으로, 필요에 따라서 각 부의 치수나 수를 과장 또는 간략화하여 그리고 있다. 또 동일한 구성 및 기능을 갖는 부분에 대해서는 같은 부호가 부여되어 있으며, 하기 설명에서는 중복 설명이 생략된다. 또 도면에 있어서는, 각 구성의 위치 관계를 나타내기 위해, XYZ 직교좌표가 적절히 나타내어져 있다. 예를 들면, Z축은 연직 방향을 따라서 배치되어 있고, X축 및 Y축은 수평 방향을 따라서 배치되어 있다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. Additionally, in the drawings, for ease of understanding, the dimensions and numbers of each part are exaggerated or simplified as necessary. In addition, parts having the same structure and function are given the same symbols, and duplicate descriptions are omitted in the following description. Additionally, in the drawings, XYZ orthogonal coordinates are appropriately indicated to indicate the positional relationship of each component. For example, the Z-axis is arranged along the vertical direction, and the X-axis and Y-axis are arranged along the horizontal direction.
또, 이하에 나타나는 설명에서는, 동일한 구성 요소에는 같은 부호를 붙여 도시하며, 그들의 명칭과 기능에 대해서도 동일한 것으로 한다. 따라서, 그들에 대한 상세한 설명을, 중복을 피하기 위해서 생략하는 경우가 있다.In addition, in the description shown below, the same components are denoted by the same symbols, and their names and functions are also assumed to be the same. Therefore, detailed descriptions of them may be omitted to avoid duplication.
또, 이하에 기재되는 설명에 있어서, 「제1」 또는 「제2」 등의 서수가 이용되는 경우가 있어도, 이들 용어는, 실시 형태의 내용을 이해하는 것을 용이하게 하기 위해서 편의상 이용되는 것이며, 이들 서수에 의해서 발생할 수 있는 순서에 한정되는 것은 아니다.In addition, in the description described below, although ordinal numbers such as “first” or “second” may be used, these terms are used for convenience in order to facilitate understanding of the content of the embodiment, There is no limitation to the order that can occur by these ordinal numbers.
상대적 또는 절대적인 위치 관계를 나타내는 표현(예를 들면 「일방향으로」, 「일방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」, 「동축」 등)이 이용되는 경우, 그 표현은, 특별히 언급하지 않는 한, 그 위치 관계를 엄밀하게 나타낼 뿐만 아니라, 공차 혹은 같은 정도의 기능을 얻을 수 있는 범위에서 상대적으로 각도 또는 거리에 관해서 변위된 상태도 나타내는 것으로 한다. 동일한 상태인 것을 나타내는 표현(예를 들면 「동일」, 「동일한」, 「균질」 등)이 이용되는 경우, 그 표현은, 특별히 언급하지 않는 한, 정량적으로 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차 혹은 같은 정도의 기능을 얻을 수 있는 차가 존재하는 상태도 나타내는 것으로 한다. 형상을 나타내는 표현(예를 들면, 「사각 형상」 또는 「원통 형상」 등)이 이용되는 경우, 그 표현은, 특별히 언급하지 않는 한, 기하학적으로 엄밀하게 그 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 같은 정도의 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 예를 들면 요철이나 면취 등을 갖는 형상도 나타내는 것으로 한다. 하나의 구성 요소를 「갖추다」, 「지니다」, 「구비하다」, 「포함하다」 또는 「갖는다」라고 하는 표현이 이용되는 경우, 그 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적 표현은 아니다. 「A, B 및 C 중 적어도 어느 하나」라는 표현이 이용되는 경우, 그 표현은, A만, B만, C만, A, B 및 C 중 임의의 2개, 그리고, A, B 및 C 모두를 포함한다.When expressions expressing relative or absolute positional relationships (e.g., “in one direction,” “along one direction,” “parallel,” “orthogonal,” “center,” “concentric,” “coaxial,” etc.) are used, the Unless otherwise specified, the expression not only strictly represents the positional relationship, but also represents a relatively displaced state in terms of angle or distance within a range that can achieve tolerance or the same level of function. When expressions that indicate the same state (e.g., “same,” “identical,” “homogeneous,” etc.) are used, the expression not only indicates the strictly identical state quantitatively, but also contains tolerances, unless otherwise specified. Alternatively, it may also indicate a state in which a car exists that can achieve the same level of functionality. When an expression representing a shape (for example, “square shape” or “cylindrical shape”) is used, the expression not only strictly represents the shape geometrically, but also has the same degree of effect, unless otherwise specified. To the extent that can be obtained, shapes having, for example, irregularities or chamfers, etc. are also shown. When expressions such as “have,” “have,” “have,” “include,” or “have” are used to describe one component, the expression is not an exclusive expression that excludes the presence of other components. . When the expression “at least one of A, B, and C” is used, the expression means only A, only B, only C, any two of A, B, and C, and all of A, B, and C. Includes.
<제1 실시 형태><First embodiment>
도 1은, 위상차 측정 장치(1)의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 위상차 측정 장치(1)는, 측정 대상물(8)을 투과한 광의 위상차를 측정하는 장치이다. 이 측정 대상물(8)은, 굴절률이 서로 상이한 제1 굴절률 영역(8A) 및 제2 굴절률 영역(8B)을 가지고 있다. 위상차 측정 장치(1)는, 제1 굴절률 영역(8A)을 투과한 광과 제2 굴절률 영역(8B)을 투과한 광의 위상차를 측정한다. 이하에서는, 제1 굴절률 영역(8A) 및 제2 굴절률 영역(8B)을 각각 간단히 영역(8A) 및 영역(8B)이라고 부른다.FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the phase
<측정 대상물><Measurement object>
우선, 측정 대상물(8)의 일례에 대해서 상술한다. 측정 대상물(8)은 예를 들면 위상 시프트 마스크(80)이다. 위상 시프트 마스크(80)는 포토마스크의 일종이며, 도시 생략된 노광 장치에 이용된다. 당해 노광 장치는 위상 시프트 마스크(80)를 이용하여 소정의 기판(도시 생략)에 대해서 노광 처리를 행함으로써, 당해 소정의 기판에 패턴을 전사할 수 있다. 소정의 기판은, 예를 들면, 반도체 기판 또는 플랫 패널 디스플레이용의 기판 등의 각종 기판이다.First, an example of the
위상 시프트 마스크(80)는 판 형상의 형상을 가지고 있으며, 평면에서 볼 때(즉 두께 방향을 따라서 볼 때), 서로 굴절률이 상이한 영역(8A) 및 영역(8B)을 가지고 있다. 예를 들면 위상 시프트 마스크(80)는 기재(81)와 위상 시프트막(82)과 차폐막(83)을 포함하고 있다. 기재(81)는 노광용의 광(예를 들면 i선 등의 자외선)에 대한 투광성을 가지고 있으며, 예를 들면 석영 유리 등에 의해서 형성된다. 기재(81)는 판 형상의 형상을 가지고 있으며, 평면에서 볼 때, 예를 들면 직사각형 형상의 형상을 갖는다. 위상 시프트 마스크(80)의 한 변의 길이는 예를 들면 수 m 정도로 설정된다. 보다 구체적인 일례로서, 위상 시프트 마스크(80)의 종횡의 변의 길이는, 각각 1.8m 정도 및 2.0m 정도이고, 위상 시프트 마스크(80)의 두께는 21mm 정도이다.The
위상 시프트막(82)은 기재(81)의 일 주면의 위에 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 위상 시프트막(82)은 노광용의 광에 대한 투광성을 가지고 있지만, 그 투과율은 기재(81)의 투과율보다 낮다. 위상 시프트막(82)의 투과율은 예를 들면 수 %(보다 구체적으로는, 5%~10%) 정도이다. 위상 시프트막(82)은 예를 들면 탄탈럼 옥사이드 등에 의해서 형성된다.The
차폐막(83)은, 예를 들면, 위상 시프트막(82)의 위에 소정의 패턴으로 형성되어 있다. 이 차폐막(83)은 평면에서 볼 때 위상 시프트막(82)의 윤곽보다 내측의 영역에 형성되어 있다. 차폐막(83)은 노광용의 광에 대한 차광성을 가지고 있으며, 예를 들면 크롬 또는 산화 크롬 등에 의해서 형성된다.The shielding
이러한 위상 시프트 마스크(80)에 있어서, 기재(81) 중 위상 시프트막(82)에 의해 덮이지 않은 영역이 영역(8B)에 상당하고, 위상 시프트막(82) 중 차폐막(83)에 의해 덮이지 않은 영역이 영역(8A)에 상당한다. 위상 시프트막(82)의 투과율은 기재(81)의 투과율보다 낮으므로, 영역(8A)의 투과율은 영역(8B)의 투과율보다 낮다. 또, 위상 시프트막(82)은, 영역(8A)을 투과한 광의 위상을, 영역(8B)을 투과한 광의 위상에 대해서 약 180도만큼 시프트시킨다. 즉, 이상적으로는, 영역(8A)을 투과한 광과 영역(8B)을 투과한 광의 위상차가 180도가 된다. 이하에서는, 그 위상차를 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ라고도 부른다.In this
이 위상 시프트 마스크(80)가 노광 장치에 탑재되고, 노광 장치로 노광이 행해지면, 노광 대상이 되는 소정의 기판 상에서는, 영역(8A)을 투과한 광과 영역(8B)을 투과한 광이 그 경계부에서 간섭하고, 그 결과적으로 영역(8B)의 투영상의 콘트라스트를 높게 할 수 있다. 따라서, 노광 장치는 이 위상 시프트 마스크(80)를 이용함으로써, 이 위상 시프트 마스크(80)를 이용하지 않는 경우에 비해, 보다 높은 해상도로 패턴을 소정의 기판에 전사할 수 있다.When this
이 위상 시프트 마스크(80)에 있어서, 영역(8A)에 있어서의 위상 시프트막(82)의 두께는 전사 능력으로 직결된다. 예를 들면 영역(8A)에 있어서의 위상 시프트막(82)의 두께가 설계값에서 어긋나는 경우에는, 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ가 180도에서 어긋난다. 이에 의해, 간섭의 효과가 줄어들어, 해상도가 저하하고, 또한, 전사된 기판 상의 패턴의 해상이 불안정하게 되어, 최종적으로는, 제조의 수율이 저하하거나, 제품의 품질이 손상되는 등, 많은 지장을 일으켜 버린다. 그래서, 위상 시프트 마스크(80)의 양부를 판정하기 위해, 이 위상 시프트 마스크(80)에 형성된 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ를 측정하여, 마스크 제조 프로세스를 바르게 관리하는 것이 바람직하다.In this
<위상차 측정 장치><Phase difference measurement device>
<개요><Overview>
위상차 측정 장치(1)는 상술한 위상 시프트량 θ를 측정하는 장치이다. 바꾸어 말하면, 위상차 측정 장치(1)는, 영역(8A)을 투과함으로써 발생하는 광의 위상 지연을 측정하는 장치이다. 측정 대상이 포토마스크(예를 들면 위상 시프트 마스크(80))인 경우, 위상차 측정 장치(1)는 포토마스크 검사 장치라고도 불릴 수 있다.The phase
위상차 측정 장치(1)는 유지부(90)를 포함하고 있다. 측정 대상이 되는 위상 시프트 마스크(80)는 이 유지부(90)에 의해서 유지된다. 또한, 도 1의 예에서는, 서로 직교하는 X축, Y축 및 Z축을 갖는 XYZ 좌표가 부기되어 있다. Z축 방향은 예를 들면 연직 방향으로 설정되어 있다. 유지부(90)는, 위상 시프트 마스크(80)의 두께 방향이 Z축 방향을 따르는 자세로 위상 시프트 마스크(80)를 유지한다.The phase
위상차 측정 장치(1)는 조사부(10)와 검출부(20)와 이동 기구(40)와 제어부(50)를 포함하고 있다. 이하에서는, 우선 이들의 개요에 대해서 기술한다.The phase
조사부(10)는 광을 Z축 방향을 따라서 조사하여, 위상 시프트 마스크(80)의 일부로 입사시킨다. 위상 시프트 마스크(80)의 당해 일부에는, 영역(8A)의 일부 및 영역(8B)의 일부 양쪽 모두가 포함되어 있다. 이 조사부(10)는 제어부(50)에 의해서 제어된다.The
검출부(20)는, 후에 상술하는 바와 같이, 위상 시프트 마스크(80)의 당해 일부를 투과한 광을 서로 간섭시켜 간섭 패턴을 발생시킨다. 검출부(20)는 이 간섭 패턴을 검출하고, 그 검출 결과를 나타내는 전기 신호를 제어부(50)로 출력한다.As will be described in detail later, the
제어부(50)는, 후에 상술하는 바와 같이, 검출부(20)에 의해서 검출된 간섭 패턴에 의거하여, 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ를 산출한다. 제어부(50)는 위상 시프트량 θ가 소정의 범위 내인지 아닌지를 판단하며, 긍정적인 판단이 이루어졌을 때에, 위상 시프트 마스크(80)의 당해 일부는 적절히 제작되어 있다고 판단해도 된다. 한편, 제어부(50)는 위상 시프트량 θ가 소정의 범위 내에는 없다고 판단했을 때에, 위상 시프트 마스크(80)는 불량품이라고 판단해도 된다.As will be described in detail later, the
이동 기구(40)는 조사부(10) 및 검출부(20)를 XY 평면에 있어서 이동시킨다. 이동 기구(40)는 예를 들면 구동원으로서의 모터를 포함하고 있어도 되며, 예를 들면, X축 방향에 대한 볼 나사 기구와, Y축 방향에 대한 볼 나사 기구 등을 가지고 있다. 이 이동 기구(40)는 제어부(50)에 의해서 제어된다.The moving
이동 기구(40)가 조사부(10) 및 검출부(20)를 이동시킴으로써, 위상 시프트 마스크(80)의 전면을 주사할 수 있다. 구체적으로는, 이동 기구(40)는 제어부(50)의 제어 하에 있어서, 조사부(10) 및 검출부(20)의 Z축 방향에 있어서의 늘어섬(상대 위치)을 유지한 상태에서, 이들을 각 측정 위치에서 정지시킨다. 이에 의해, 위상차 측정 장치(1)는 위상 시프트 마스크(80) 내의 복수의 개소에 대해서 측정을 행할 수 있다.By the moving
이에 의하면, 위상 시프트 마스크(80)의 면적이 커도, 위상 시프트 마스크(80)를 전면적으로 주사하여 측정을 행할 수 있다.According to this, even if the area of the
이하, 각 구성에 대해서 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, each configuration will be described in more detail.
<조사부><Investigation Department>
조사부(10)는 위상 시프트 마스크(80)의 일부에 광을 조사한다. 도 1의 예에서는, 조사부(10)는 위상 시프트 마스크(80)와 Z축 방향에 있어서 간격을 두고 대향하고 있으며, 광원(11)과 집광 렌즈(12)와 릴레이 렌즈(14)와 핀홀판(15)과 콘덴서 렌즈(16)를 포함하고 있다.The
광원(11)은 광을 조사한다. 광원(11)은 예를 들면 자외선 조사기이다. 광원(11)은, 복수의 피크 파장을 갖는 광을 조사해도 된다. 복수의 피크 파장으로서는, 예를 들면, i선의 피크 파장(365nm), h선의 피크 파장(405nm) 및 g선의 피크 파장(436nm)을 적용할 수 있다. 이 자외선 조사기로서는 예를 들면 수은 램프를 적용할 수 있다. 이 광원(11)은 제어부(50)에 의해서 제어된다.The
집광 렌즈(12), 릴레이 렌즈(14), 핀홀판(15) 및 콘덴서 렌즈(16)는 Z축 방향을 따라서 늘어서 있으며, 광원(11)과 위상 시프트 마스크(80) 사이에 있어서, 이 순서대로 배치되어 있다.The
집광 렌즈(12)는 볼록 렌즈이며, 그 초점이 광원(11)에 위치하도록 배치되어 있다. 광원(11)으로부터 조사된 광은 집광 렌즈(12)에 의해서, XY 평면에 있어서 위상이 맞춰진 평행광이 되며, 이 평행광은 릴레이 렌즈(14)에 입사한다.The converging
릴레이 렌즈(14)는 볼록 렌즈이며, 입사한 평행광을 핀홀판(15)의 핀홀(151)에 집광시킨다. 핀홀(151)은 핀홀판(15)을 그 두께 방향으로 관통하고 있다. 핀홀판(15)은 핀홀(151)이 릴레이 렌즈(14)의 초점이 되는 위치에 배치되어 있다. 핀홀(151)을 통과한 광은, 실질적으로 점광원으로부터 조사된 광이 되어, 콘덴서 렌즈(16)에 입사한다. 콘덴서 렌즈(16)는 볼록 렌즈이며, 그 초점이 핀홀(151)이 되는 위치에 배치된다. 콘덴서 렌즈(16)는 입사한 광을 평행광으로 변환한다. 조사부(10)는 이 광을 Z축 방향을 따라서 위상 시프트 마스크(80)의 일부에 조사한다.The
<검출부><Detection section>
검출부(20)는 위상 시프트 마스크(80)에 대해서 조사부(10)와는 반대 측에 배치되어 있으며, 위상 시프트 마스크(80)와 Z축 방향에 있어서 간격을 두고 대향하고 있다. 즉, 위상 시프트 마스크(80)는 조사부(10)와 검출부(20)의 사이에서 유지부(90)에 의해서 유지된다. 도 1의 예에서는, 검출부(20)는 대물 렌즈(21)와 결상 렌즈(22)와 슬릿 마스크(23)와 푸리에 변환 렌즈(24)와 센서(25)를 포함하고 있다. 대물 렌즈(21), 결상 렌즈(22), 슬릿 마스크(23), 푸리에 변환 렌즈(24) 및 센서(25)는 위상 시프트 마스크(80)로부터 Z축 방향을 따라서 멀어짐에 따라, 이 순서대로 배치되어 있다.The
대물 렌즈(21) 및 결상 렌즈(22)는 예를 들면 볼록 렌즈이다. 위상 시프트 마스크(80)의 당해 일부를 투과한 광은 대물 렌즈(21) 및 결상 렌즈(22)를 통해 확대되어, 슬릿 마스크(23)에 입사한다.The
도 2는, 슬릿 마스크(23)의 구성의 일례를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 2에서는, 슬릿 마스크(23)에 대한 위상 시프트막(82)의 광학적인 위치 관계를 나타내기 위해, 가상적으로 이점쇄선으로 위상 시프트막(82)의 상도 나타나 있다.FIG. 2 is a plan view showing an example of the configuration of the
슬릿 마스크(23)는 제1 슬릿(23a)과 제2 슬릿(23b)과 제3 슬릿(23c)을 가지고 있다. 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c) 각각은, 평면에서 볼 때 제1 방향(여기서는 Y축 방향)으로 연장되는 장척 형상의 형상(예를 들면 장방형)을 가지고 있다. 즉, 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)은 서로 평행이다. 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)의 길이 방향의 길이는 서로 동일해도 된다. 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)은, 제1 방향에 직교하는 제2 방향(여기서는 X축 방향)에 있어서 서로 이웃하여 배치되어 있다. 제2 슬릿(23b)은 제1 슬릿(23a)과 제3 슬릿(23c) 사이에 위치하고 있다. 이하에서는, 제2 방향을 배열 방향이라고도 부른다.The
도 1의 예에서는, 슬릿 마스크(23)는 기재(231)와 차폐막(232)을 포함하고 있다. 기재(231)는 차폐막(232)을 지지하기 위한 기판이며, 판 형상의 형상을 가진 투광성 기판이다. 기재(231)는 투과율이 높은 재료(예를 들면 석영)에 의해서 형성된다. 기재(231)는 그 두께 방향이 Z축 방향을 따르는 자세로 배치되어 있다. 기재(231)는 예를 들면 평면에서 볼 때 직사각형 형상의 형상을 갖고, 그 한 변은 예를 들면 수십 mm 정도(예를 들면 20mm 정도)로 설정된다. 기재(231)의 한쪽의 주면에는, 차폐막(232)이 형성되어 있다. 차폐막(232)은 광을 차폐하는 재료에 의해서 형성되며, 예를 들면 크롬에 의해서 형성된다. 차폐막(232)에는, 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)이 형성되어 있다.In the example of FIG. 1, the
도 2에 나타나는 바와 같이, 제1 슬릿(23a)과 제2 슬릿(23b)의 제1 간격 d1은 제2 슬릿(23b)과 제3 슬릿(23c)의 제2 간격 d2와 상이하다. 즉, 제2 슬릿(23b)은 배열 방향에 있어서 제1 간격 d1로 제1 슬릿(23a)과 이웃해 있고, 제3 슬릿(23c)은 배열 방향에 있어서, 제1 간격 d1과는 상이한 제2 간격 d2으로 제2 슬릿(23b)과 이웃해 있다. 여기서는, 제1 간격 d1은, 배열 방향에 있어서의 제1 슬릿(23a)의 중심 위치와 제2 슬릿(23b)의 중심 위치의 간격이며, 제2 간격 d2는, 배열 방향에 있어서의 제2 슬릿(23b)의 중심 위치와 제3 슬릿(23c)의 중심 위치의 간격이다.As shown in FIG. 2, the first gap d1 between the
도 1을 참조하면, 결상 렌즈(22)로부터의 광은 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 통과한다. 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 각각 통과한 광은 서로 간섭한다. 이하에서는, 제1 슬릿(23a)을 통과하는 광을 광 La라고도 부르고, 제2 슬릿(23b)을 통과하는 광을 광 Lb라고도 부르며, 제3 슬릿(23c)을 통과하는 광을 광 Lc라고도 부른다.Referring to FIG. 1, light from the
푸리에 변환 렌즈(24)는 예를 들면 볼록 렌즈이다. 푸리에 변환 렌즈(24)의 초점 거리는 예를 들면 수백 mm 정도(예를 들면 200mm)로 설정될 수 있다. 슬릿 마스크(23)로부터의 광은 푸리에 변환 렌즈(24)로 굴절되어, 센서(25)의 수광면에 입사한다. 이 때문에, 센서(25)의 수광면에는, 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 각각 통과한 광 La, 광 Lb 및 광 Lc에 의한 간섭 패턴이 형성된다.The
센서(25)는, 수광면에 입사한 광의 강도를 수광 소자(화소)마다 검출함으로써, 간섭 패턴을 나타내는 화상을 생성한다. 센서(25)는 예를 들면 CCD 센서 혹은 CMOS 센서이다. 센서(25)는, 검출 결과를 나타내는 전기 신호(즉, 간섭 패턴을 나타내는 화상)를 제어부(50)로 출력한다.The
<제어부><Control section>
제어부(50)는 위상차 측정 장치(1)를 전체적으로 통괄할 수 있다. 예를 들면 제어부(50)는 상술한 바와 같이, 조사부(10)에 의한 광의 조사, 이동 기구(40)에 의한 이동을 제어한다. 또, 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴에 의거하여, 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ를 산출하는 연산 처리부로서도 기능한다. 위상 시프트량 θ의 산출 방법에 대해서는 후에 상술한다.The
제어부(50)는 전자 회로 기기이며, 예를 들면 데이터 처리 장치 및 기억부를 가지고 있어도 된다. 데이터 처리 장치는 예를 들면 CPU(Central Processor Unit) 등의 연산 처리 장치여도 된다. 기억부는 비일시적인 기억부(예를 들면 ROM(Read Only Memory) 또는 하드 디스크) 및 일시적인 기억부(예를 들면 RAM(Random Access Memory))를 가지고 있어도 된다. 비일시적인 기억부에는, 예를 들면 제어부(50)가 실행하는 처리를 규정하는 프로그램이 기억되어 있어도 된다. 처리 장치가 이 프로그램을 실행함으로써, 제어부(50)가, 프로그램에 규정된 처리를 실행할 수 있다. 물론, 제어부(50)가 실행하는 처리의 일부 또는 전부가 전용의 하드웨어 회로에 의해서 실행되어도 된다.The
<측정 시의 동작><Operation during measurement>
도 3은, 위상차 측정 장치(1)의 동작의 제1 예를 나타내는 플로 차트이다. 우선 단계 S1에서, 제어부(50)는 값 k를 초기값(=1)으로 설정한다. 이 값 k는 복수의 측정 위치 P[k]의 번호를 나타낸다.FIG. 3 is a flow chart showing a first example of the operation of the phase
다음으로 단계 S2에서, 제어부(50)는 이동 기구(40)를 제어하여, 조사부(10) 및 검출부(20)의 한 세트를 측정 위치 P[k]로 이동시킨다. 이 측정 위치 P[k]는, 도 1을 참조하면, 조사부(10)로부터의 광이 위상 시프트 마스크(80)의 영역(8A)의 일부 및 영역(8B)의 일부 양쪽 모두를 투과하는 위치이며, 보다 구체적으로는, 측정 위치 P[k]는, 광 La가 영역(8A)(즉 위상 시프트막(82)) 및 제1 슬릿(23a)을 통과하고, 광 Lb가 영역(8B)(즉 위상 시프트막(82)이 형성되어 있지 않은 영역) 및 제2 슬릿(23b)을 통과하고, 광 Lc가 영역(8B) 및 제3 슬릿(23c)을 통과하는 위치이다. 바꾸어 말하면, 측정 위치 P[k]에 있어서, 제1 슬릿(23a)은 영역(8A)을 투과하는 광의 경로 상에 위치하고, 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)은 영역(8B)을 투과하는 광의 경로 상에 각각 위치한다.Next, in step S2, the
다음으로 단계 S3에서, 제어부(50)는 조사부(10)로 하여금 광을 조사시킨다. 조사부(10)로부터의 광은 위상 시프트 마스크(80)의 일부를 투과하면서, 슬릿 마스크(23)의 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 통과한다. 슬릿 마스크(23)를 통과한 광 La, 광 Lb 및 광 Lc는 서로 간섭하며, 센서(25)의 수광면에 있어서 간섭 패턴을 형성한다.Next, in step S3, the
그리고, 단계 S4에서, 센서(25)는 수광면의 간섭 패턴을 검출하고, 그 검출 결과를 나타내는 전기 신호(예를 들면 화상)를 제어부(50)로 출력한다.Then, in step S4, the
도 4는, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4에서는, 가로축은 X축의 위치를 나타내고 있고, 세로축은 광의 강도를 나타내고 있다. 도 4에 나타나는 바와 같이, 간섭 패턴에는 복수의 주파수 성분이 포함된다. 도 5는, 간섭 패턴의 진폭 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 5에 나타나는 바와 같이, 간섭 패턴은, 적어도, 다음에 설명하는 주파수 성분 F1, 주파수 성분 F2 및 주파수 성분 F3을 포함한다. 주파수 성분 F1은, 광 La와 광 Lb의 간섭에 의해서 발생하는 성분이며, 주파수 성분 F2는, 광 Lb와 광 Lc의 간섭에 의해서 발생하는 성분이며, 주파수 성분 F3은, 광 Lc와 광 La의 간섭에 의해서 발생하는 성분이다.FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of an interference pattern detected by the
주파수 성분 F1은 광 La와 광 Lb의 간섭에 의해서 발생하므로, 주파수 성분 F1의 주파수 f1은, 제1 슬릿(23a)과 제2 슬릿(23b)의 제1 간격 d1에 의존한다. 구체적으로는, 주파수 f1은 제1 간격 d1이 넓을수록 높아진다.Since the frequency component F1 is generated by interference between light La and light Lb, the frequency f1 of the frequency component F1 depends on the first gap d1 between the
광 La와 광 Lb의 간섭에 의해서 발생하는 주파수 성분 F1의 위상 φ1은, 간섭 패턴에 있어서의 주파수 성분 F1의 X축 상의 위치에 상당한다. 이 위상 φ1은, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 La와 광 Lb의 위상차(즉, 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ)에 의존한다.The phase ϕ1 of the frequency component F1 generated by the interference of light La and light Lb corresponds to the position of the frequency component F1 on the X-axis in the interference pattern. This phase ϕ1 depends on the phase difference between the light La and the light Lb in the slit mask 23 (that is, the phase shift amount θ due to the
위상 φ1은, 실제로는, 위상 시프트량 θ뿐만 아니라, 광축의 어긋남에도 의존한다. 여기서 말하는 광축의 어긋남이란, 예를 들면, 검출부(20)에 속하는 각종 광학 소자(예를 들면 대물 렌즈(21) 등)의 광축의 어긋남을 말한다. 이 광축의 어긋남량은, 이동 기구(40)에 의한 이동에 의해서 변동될 수 있으므로, 복수의 측정 위치 P[k]에 있어서의 광축의 어긋남량은 서로 상이할 수 있다.Phase ϕ1 actually depends not only on the phase shift amount θ but also on the misalignment of the optical axis. The optical axis deviation referred to here refers to, for example, the optical axis deviation of various optical elements (for example, the
주파수 성분 F2는 광 Lb와 광 Lc의 간섭에 의해서 발생하므로, 주파수 성분 F2의 주파수 f2는, 제2 슬릿(23b)과 제3 슬릿(23c)의 제2 간격 d2에 의존한다. 제2 간격 d2가 제1 간격 d1보다 좁은 경우, 주파수 f2는 주파수 f1보다 낮다.Since the frequency component F2 is generated by interference between the light Lb and the light Lc, the frequency f2 of the frequency component F2 depends on the second gap d2 between the
광 Lb와 광 Lc의 간섭에 의해서 발생하는 주파수 성분 F2의 위상 φ2는, 간섭 패턴에 있어서의 주파수 성분 F2의 X축 상의 위치에 상당한다. 이 위상 φ2는, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lb와 광 Lc의 위상차에 의존한다. 광 Lb 및 광 Lc는 모두 영역(8B)을 투과하므로, 이 위상차는 실질적으로 제로이다. 또, 실제로는, 위상 φ2는 광축의 어긋남에도 의존한다.The phase ϕ2 of the frequency component F2 generated by the interference of light Lb and light Lc corresponds to the position of the frequency component F2 on the X-axis in the interference pattern. This phase phi2 depends on the phase difference between the light Lb and the light Lc in the
주파수 성분 F3은 광 Lc와 광 La의 간섭에 의해서 발생하므로, 주파수 성분 F3의 주파수 f3은, 제3 슬릿(23c)과 제1 슬릿(23a)의 제3 간격 d3(=d1+d2)에 의존한다. 제3 간격 d3은 제1 간격 d1보다 넓기 때문에, 주파수 f3은 주파수 f1보다 높다.Since the frequency component F3 is generated by interference between light Lc and light La, the frequency f3 of the frequency component F3 depends on the third gap d3 (=d1+d2) between the
광 Lc와 광 La의 간섭에 의해서 발생하는 주파수 성분 F3의 위상 φ3은, 간섭 패턴에 있어서의 주파수 성분 F3의 X축 상의 위치에 상당한다. 이 위상 φ3은, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lc와 광 La의 위상차(즉, 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ)에 의존한다. 실제로는, 위상 φ3은 광축의 어긋남에도 의존한다.The phase ϕ3 of the frequency component F3 generated by interference between light Lc and light La corresponds to the position of the frequency component F3 on the X-axis in the interference pattern. This phase ϕ3 depends on the phase difference between the light Lc and the light La in the slit mask 23 (that is, the phase shift amount θ due to the
광축의 어긋남의 영향은 광 La로부터 광 Lc에 공통적으로 발생한다고 생각된다. 이 때문에, 동일한 측정 위치 P[k]에 있어서의 광축의 어긋남에 기인하는 양은, 위상 φ1, 위상 φ2 및 위상 φ3 모두에 공통이다. 따라서, 위상 φ1로부터 위상 φ2를 감산한 값, 및, 위상 φ3으로부터 위상 φ2를 감산한 값은, 광축의 어긋남에 기인하는 양을 거의 포함하지 않고, 위상 시프트량 θ에 의존한 값이 된다. 반대로 말하면, 제어부(50)는, 위상 φ1 및 위상 φ2, 혹은, 위상 φ2 및 위상 φ3을 얻을 수 있으면, 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 구할 수 있다.It is believed that the influence of optical axis deviation commonly occurs from light La to light Lc. For this reason, the amount resulting from the deviation of the optical axis at the same measurement position P[k] is common to all of
거기서, 단계 S5에서, 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 측정된 간섭 패턴에 의거하여, 제1 위상(위상 φ1 혹은 위상 φ3) 및 제2 위상(위상 φ2)을 구한다. 여기에서는 일례로서, 제어부(50)는 위상 φ1 및 위상 φ2를 구한다.There, in step S5, the
도 6은, 제1 실시 형태에 따른 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 즉, 도 6의 플로 차트는, 도 3의 단계 S5의 구체적인 동작의 일례를 나타내고 있다. 도 6의 예에서는, 단계 S51에서, 제어부(50)는 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여 위상 스펙트럼을 구한다. 도 7은, 위상 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 7의 가로축은 주파수를 나타내고 있으며, 세로축은 위상을 나타내고 있다. 또한, 도 7은, 조사부(10)에 의해서 조사된 광에 복수의 피크 파장이 포함되었을 경우의 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 이 때문에, 도 7의 예에서는, 주파수 f1i, 주파수 f1h, 주파수 f1g, 주파수 f2i, 주파수 f2h, 주파수 f2g, 위상 φ1i, 위상 φ1h, 위상 φ1g, 위상 φ2i, 위상 φ2h 및 위상 φ2g가 나타내어져 있다. 이하에서는, 간단하게 하기 위해서, 우선 광이 단일의 피크 파장을 갖는 경우에 대해서 기술하고, 광이 복수의 피크 파장을 갖는 경우에 대해서는, 그 후에 기술한다. 여기서는 일례로서, 단일의 피크 파장에 대응하는 주파수 f1, 주파수 f2, 위상 φ1 및 위상 φ2는 각각 주파수 f1i, 주파수 f2i, 위상 φ1i 및 위상 φ2i이다. 또한, 위상차 측정 장치(1)는, 단일의 피크 파장을 포함하는 소정의 파장 범위를 투과시키는 광 필터(예를 들면 밴드 패스 필터)를 가지고 있어도 된다. 그 광 필터는 예를 들면 집광 렌즈(12)와 릴레이 렌즈(14) 사이에 설치된다. 그 광 필터를 투과한 광은, 실질적으로 단파장의 광이 된다.Fig. 6 is a flow chart showing an example of a method for calculating the first phase and the second phase according to the first embodiment. That is, the flow chart in FIG. 6 shows an example of the specific operation of step S5 in FIG. 3. In the example of FIG. 6, in step S51, the
그런데, 주파수 성분 F1의 주파수 f1은, 제1 슬릿(23a)과 제2 슬릿(23b)의 제1 간격 d1뿐만 아니라, 광의 파장 λ 및 푸리에 변환 렌즈(24)의 초점 거리 fd에도 의존한다. 주파수 성분 F2의 주파수 f2도 마찬가지이다. 구체적으로는, 주파수 f1 및 주파수 f2는 이하의 식으로 나타내어진다.However, the frequency f1 of the frequency component F1 depends not only on the first distance d1 between the
f1=d1/(λ·fd)f1=d1/(λ·fd)
f2=d2/(λ·fd) … (1)f2=d2/(λ·fd)... (One)
제1 간격 d1, 제2 간격 d2, 파장 λ 및 초점 거리 fd는 설계상 이미 알고 있으므로, 주파수 f1 및 주파수 f2는 사전에 산출해 둘 수 있다. 주파수 f1 및 주파수 f2의 값은 예를 들면 제어부(50)의 불휘발성의 기억부(예를 들면 플래시 메모리 또는 하드 디스크 등)에 사전에 기억되어 있어도 된다.Since the first spacing d1, the second spacing d2, the wavelength λ, and the focal length fd are already known in design, the frequencies f1 and f2 can be calculated in advance. The values of frequency f1 and frequency f2 may be stored in advance in, for example, a nonvolatile storage unit (e.g., flash memory or hard disk, etc.) of the
다음으로 단계 S52에서, 제어부(50)는, 위상 스펙트럼에 의거하여, 주파수 성분 F1의 위상 φ1 및 주파수 성분 F2의 위상 φ2를 구한다. 구체적으로는, 제어부(50)는, 그 기억부로부터 읽어낸 주파수 f1과, 단계 S51에서 구한 위상 스펙트럼에 의거하여 위상 φ1을 구하고, 당해 기억부로부터 읽어낸 주파수 f2와, 단계 S51에서 구한 위상 스펙트럼에 의거하여, 위상 φ2를 구한다. 즉, 제어부(50)는, 위상 스펙트럼에 있어서, 주파수가 주파수 f1이 될 때의 위상을 위상 φ1로서 특정하고, 주파수가 주파수 f2가 될 때의 위상을 위상 φ2로서 특정한다.Next, in step S52, the
다음으로 단계 S6에서, 제어부(50)는 위상 φ1 및 위상 φ2에 의거하여 위상 시프트량 θ를 구한다. 구체적으로는, 제어부(50)는 위상 φ1로부터 위상 φ2를 감산하여 위상 시프트량 θ(=φ1-φ2)를 산출한다. 상술한 바와 같이, 위상 φ1은, 위상 시프트량 θ과, 광축의 어긋남에 따른 양을 포함하며, 위상 φ2는, 위상 시프트량 θ를 포함하지 않고, 광축의 어긋남에 따른 양을 포함하므로, 위상 φ1로부터 위상 φ2를 감산한 값에서는, 광축의 어긋남에 따른 양은 대부분 캔슬된다.Next, in step S6, the
다음으로 단계 S7에서, 제어부(50)는 값 k가 소정값 kref보다 큰지 여부를 판단한다. 즉, 제어부(50)는 모든 측정 위치 P[k]에서의 측정이 종료되었는지 아닌지를 판단한다. 부정적인 판단이 이루어지면, 단계 S8에서, 제어부(50)는 값 k에 1을 가산하고, 단계 S2 내지 단계 S7을 다시 실행한다. 단계 S7에 있어서 긍정적인 판단이 이루어지면, 제어부(50)는 처리를 종료한다.Next, in step S7, the
이상과 같이, 위상차 측정 장치(1)에 있어서는, 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 각각 통과한 광 La, 광 Lb 및 광 Lc에 의해서 형성된 간섭 패턴이 검출된다(단계 S4). 이 때문에, 검출된 간섭 패턴에는, 광 La와 광 Lb의 간섭에 기인한 주파수 성분 F1, 광 Lb와 광 Lc의 간섭에 기인한 주파수 성분 F2, 및, 광 Lc와 광 La의 간섭에 기인한 주파수 성분 F3이 포함된다. 광 La는 영역(8A)을 투과하고, 광 Lb 및 광 Lc는 영역(8B)을 투과하므로, 주파수 성분 F1의 위상 φ1은 영역(8A)에 의한 위상 시프트량 θ에 의존하고, 주파수 성분 F2의 위상 φ2는 위상 시프트량 θ에는 거의 의존하지 않는다. 또, 위상 φ1 및 위상 φ2는, 광축의 어긋남에 기인한 양을 포함한다.As described above, in the phase
제어부(50)는, 하나의 측정 위치 P[k]에서 검출된 간섭 패턴에 의거하여, 예를 들면 위상 φ1 및 위상 φ2를 구한다(단계 S5). 이 때문에, 위상 φ1 및 위상 φ2에는, 그 하나의 측정 위치 P[k]에서의 광축의 어긋남에 기인한 양이 공통적으로 포함된다. 그리고, 제어부(50)는 위상 φ1로부터 위상 φ2를 감산하여 위상 시프트량 θ를 산출하므로, 위상 φ1에 포함되는 광축의 어긋남에 기인한 양을 보다 정확하게 위상 φ2로 감산할 수 있다. 이 때문에, 위상 φ1로부터 위상 φ2를 감산한 값에는, 광축의 어긋남에 기인한 양이 거의 포함되지 않는다. 즉, 제어부(50)는, 광축의 어긋남의 영향을 억제하여, 보다 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 산출할 수 있다.The
또, 상술한 예에서는, 제어부(50)는 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여, 주파수 성분 F1 및 주파수 성분 F2를 구하고 있다(단계 S51). 이 때문에, 제어부(50)는 높은 정밀도로 주파수 성분 F1 및 주파수 성분 F2를 구할 수 있으며, 위상 φ1 및 위상 φ2를 보다 높은 정밀도로 구할 수 있다. 그 결과, 제어부(50)는 보다 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 산출할 수 있다.Additionally, in the above-described example, the
<주파수 성분의 주파수의 특정><Specification of the frequency of the frequency component>
상술한 예에서는, 주파수 f1 및 주파수 f2는 사전에 산출되어 기억부에 기억되어 있다. 그러나, 제1 간격 d1, 제2 간격 d2, 파장 λ 및 초점 거리 fd는 제조 편차에 의해서 변동될 수 있고, 또, 경시 열화 또는 열변형 등의 제(諸)요인에 의해서도 변동될 수 있다. 이 때문에, 사전에 산출한 주파수 f1 및 주파수 f2의 값은 실제의 값에서 어긋날 가능성이 있다.In the above example, the frequencies f1 and f2 are calculated in advance and stored in the storage unit. However, the first spacing d1, the second spacing d2, the wavelength λ, and the focal length fd may vary due to manufacturing variations, and may also vary due to factors such as deterioration over time or thermal deformation. For this reason, the values of the frequency f1 and frequency f2 calculated in advance may deviate from the actual values.
그래서, 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴에 의거하여, 주파수 f1 및 주파수 f2를 구해도 된다.Therefore, the
도 8은, 제1 실시 형태에 따른 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법의 다른 일례를 나타내는 플로 차트이다. 즉, 도 8의 플로 차트는, 도 3의 단계 S5의 구체적인 동작의 다른 일례를 나타내고 있다. 우선, 제어부(50)는 단계 S51을 실행한다. 보다 구체적으로는, 제어부(50)는 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여, 진폭 스펙트럼 및 위상 스펙트럼을 구한다. 도 9는, 진폭 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 도 9의 가로축은 주파수를 나타내고, 세로축은 진폭을 나타내고 있다. 또한, 도 9의 예에서는, 주파수 f1i, 주파수 f1h, 주파수 f1g, 주파수 f2i, 주파수 f2h 및 주파수 f2g가 나타내어져 있는데, 도 7과 동일하게, 이들에 대해서는 후에 기술한다.Fig. 8 is a flow chart showing another example of the method for calculating the first phase and the second phase according to the first embodiment. That is, the flow chart in FIG. 8 shows another example of the specific operation of step S5 in FIG. 3. First, the
다음으로 단계 S53에서, 제어부(50)는 진폭 스펙트럼에 의거하여 주파수 f1 및 주파수 f2를 특정한다. 예를 들면, 제어부(50)는, 주파수 f1에 대응한 소정의 주파수 범위 R1 내의 진폭의 피크값을 특정하고, 진폭이 그 피크값이 될 때의 주파수를 주파수 f1로서 특정한다. 주파수 범위 R1은, 예를 들면, 주파수 f1의 설계값을 중심으로 한 범위이며, 주파수 f1이 취할 수 있는 범위로 설정될 수 있다. 마찬가지로, 제어부(50)는, 주파수 f2에 대응한 소정의 주파수 범위 R2 내의 진폭의 피크값을 특정하고, 진폭이 그 피크값이 될 때의 주파수를 주파수 f2로서 특정한다. 주파수 범위 R2는, 예를 들면, 주파수 f2의 설계값을 중심으로 한 범위이며, 주파수 f2가 취할 수 있는 범위로 설정된다. 또한, 주파수 범위 R1 및 주파수 범위 R2는 서로 중복되지 않도록 설정된다.Next, in step S53, the
다음으로, 제어부(50)는 단계 S52를 실행한다. 단, 제어부(50)는, 단계 S53에 있어서 특정한 주파수 f1 및 주파수 f2와, 단계 S51에 있어서 구한 위상 스펙트럼에 의거하여, 위상 φ1 및 위상 φ2를 구한다.Next, the
이상과 같이, 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴에 의거하여 주파수 f1 및 주파수 f2를 구한다. 이 때문에, 제어부(50)는 보다 높은 정밀도로 주파수 f1 및 주파수 f2를 구할 수 있다. 제어부(50)는, 이 주파수 f1 및 주파수 f2를 이용하여 위상 φ1 및 위상 φ2를 특정하므로, 더 높은 정밀도로 위상 φ1 및 위상 φ2를 구할 수 있다. 따라서, 제어부(50)는 더 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 구할 수 있다.As described above, the
<슬릿의 간격><Spacing of slits>
다음에, 제1 슬릿(23a)과 제2 슬릿(23b)의 제1 간격 d1, 및, 제2 슬릿(23b)과 제3 슬릿(23c)의 제2 간격 d2에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 제1 간격 d1 및 제2 간격 d2는 각각 주파수 f1 및 주파수 f2를 규정한다. 구체적으로는, 주파수 f1은 제1 간격 d1에 비례하며, 주파수 f2는 제2 간격 d2에 비례한다(식 (1)도 참조).Next, the first gap d1 between the
그리고, 도 9의 진폭 스펙트럼으로부터 이해할 수 있듯이, 주파수 f1과 주파수 f2의 차가 클수록, 주파수 f1 및 주파수 f2에 각각 대응하는 진폭의 피크값이 서로 떨어진다. 이 때문에, 제어부(50)는 진폭 스펙트럼으로부터 양 피크값을 특정하기 쉽다. 바꾸어 말하면, 제어부(50)는 주파수 f1 및 주파수 f2를 특정하기 쉽다. 그 때문에, 제1 간격 d1과 제2 간격 d2의 차는, 진폭 스펙트럼에 있어서 양 피크값을 특정할 수 있는 정도의 값으로 설정된다. 예를 들면, 제1 간격 d1 및 제2 간격 d2 중의 작은 쪽의 간격은, 큰 쪽의 간격의 7할 이하여도 된다. 구체적인 일례로서, 제1 간격 d1은 예를 들면 1mm 정도이고, 제2 간격 d2는 예를 들면 0.5mm 정도이다.And, as can be understood from the amplitude spectrum in FIG. 9, as the difference between the frequencies f1 and f2 increases, the peak values of the amplitudes corresponding to the frequencies f1 and f2 respectively fall apart from each other. For this reason, it is easy for the
<슬릿의 간격의 대소><Slit spacing size>
다음에, 제1 간격 d1과 제2 간격 d2의 대소 관계의 일례에 대해서 설명한다. 도 2의 예에서는, 제1 간격 d1은 제2 간격 d2보다 넓게 설정되어 있다.Next, an example of the magnitude relationship between the first interval d1 and the second interval d2 will be described. In the example of FIG. 2, the first spacing d1 is set to be wider than the second spacing d2.
그런데, 도 1에 나타나는 바와 같이, 영역(8A)을 투과한 광이 제1 슬릿(23a)을 통과하고, 영역(8B)을 투과한 광이 각각 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 통과한다. 이 때문에, 도 2에 나타나는 바와 같이, 슬릿 마스크(23) 상에 있어서, 제1 슬릿(23a)은 영역(8A)(의 상) 내에 위치하고, 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)은 영역(8B)(의 상) 내에 위치한다. 바꾸어 말하면, 슬릿 마스크(23) 상에 있어서, 영역(8B)(의 상)의 한쪽의 끝(82a)은 제1 슬릿(23a)과 제2 슬릿(23b) 사이에 위치할 필요가 있고, 다른 쪽의 끝(82b)은, 제3 슬릿(23c)에 대해서 제2 슬릿(23b)과는 반대 측에 위치할 필요가 있다.However, as shown in FIG. 1, the light passing through the
도 2의 예에서는, 제1 간격 d1이 제2 간격 d2보다 넓으므로, 제1 간격 d1이 제2 간격 d2보다 좁은 경우에 비해, 영역(8B)의 상의 끝(82a)을 제1 슬릿(23a)과 제2 슬릿(23b) 사이에 위치시키기 쉽다. 또한, 제2 간격 d2가 제1 간격 d1보다 좁으므로, 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 영역(8B)의 상 내에 위치시키기 쉽다. 즉, 각 측정 위치 P[k]에 요구되는 조사부(10) 및 검출부(20)의 위치 정밀도를 완화할 수 있다.In the example of FIG. 2, since the first gap d1 is wider than the second gap d2, compared to the case where the first gap d1 is narrower than the second gap d2, the upper end 82a of the
또, 보다 영역(8B)의 폭이 좁은 위상 시프트 마스크(80)가 측정 대상이어도, 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 영역(8B)의 상 내에 위치시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 위상차 측정 장치(1)가 위상 시프트량 θ를 측정 가능한 위상 시프트 마스크(80)의 패턴 간격(영역(8B)의 폭)의 하한치를 보다 작게 할 수 있다.Moreover, even if the
<슬릿의 폭><Width of slit>
다음에, 제1 슬릿(23a)의 폭 wa, 제2 슬릿(23b)의 폭 wb 및 제3 슬릿(23c)의 폭 wc의 대소 관계의 일례에 대해서 설명한다. 폭 wa는, 배열 방향(여기서는 X축 방향)에 있어서의 제1 슬릿(23a)의 폭이고, 폭 wb는, 배열 방향에 있어서의 제2 슬릿(23b)의 폭이며, 폭 wc는, 배열 방향에 있어서의 제3 슬릿(23c)의 폭이다. 도 2의 예에서는, 폭 wa는 폭 wb보다 넓다. 광 La는, 투과율이 낮은 위상 시프트막(82)(즉 영역(8A))을 투과하므로, 그 광량은 작아진다. 그 때문에, 만약 폭 wa와 폭 wb가 같은 정도이면, 광 La와 광 Lb의 간섭에 기인하는 주파수 성분 F1의 진폭이 작아진다. 도 2의 예에서는, 폭 wa는 폭 wb보다 넓으므로, 제1 슬릿(23a)을 통과하는 광 La의 광량의 저하를 억제할 수 있어, 주파수 성분 F1의 진폭을 크게 할 수 있다. 따라서, 제어부(50)는 간섭 패턴으로부터 주파수 성분 F1을 특정하기 쉬워, 보다 높은 정밀도로 위상 φ1을 구할 수 있다.Next, an example of the size relationship between the width wa of the
또, 도 2의 예에서는, 제2 슬릿(23b)의 폭 wb는 제3 슬릿(23c)의 폭 wc보다 넓다. 이 때문에, 제2 슬릿(23b)을 통과하는 광 Lb의 광량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 광 La와 광 Lb의 간섭에 의한 강도의 각 피크값을 증가시킬 수 있다. 이에 의하면, 제1 주파수 성분에 대한 노이즈의 영향을 저감할 수 있어, 제어부(50)는 더 높은 정밀도로 위상 φ1을 특정할 수 있다.Moreover, in the example of FIG. 2, the width wb of the
그런데, 폭 wa, 폭 wb 및 폭 wc는, 간섭 패턴의 포락선 E1(도 4 참조)의 형상에도 영향을 끼친다. 구체적으로는, 폭 wa, 폭 wb 및 폭 wc가 넓어질수록, 포락선 E1이 보다 가파른 볼록한 형상을 갖는다. 도 4의 예에서는, 포락선 E1보다 가파른 포락선 E11도 모식적으로 나타나 있다. 포락선 E1이 가팔라질수록, 그 포락선 E1보다 하측에 있어서 간섭 패턴에 있어서의 강도의 각 피크값이 작아진다. 이 때문에, 각 주파수 성분의 진폭이 작아져, 간섭 패턴으로부터의 주파수 성분의 특정 정밀도가 저하할 수 있다. 포락선 E1이 가팔라질수록, 간섭 패턴에 있어서의 강도의 피크의 수(즉, 간섭 패턴의 무늬의 수)가 적게 되는 것도 이해할 수 있다. 이 경우, 푸리에 변환의 대상이 되는 간섭 패턴의 실질적인 X축 방향의 범위가 좁아진다. 이에 의해서, 주파수 성분의 특정 정밀도가 저하한다.However, the width wa, wb, and wc also affect the shape of the envelope E1 (see FIG. 4) of the interference pattern. Specifically, as the width wa, wb, and wc become wider, the envelope E1 has a steeper convex shape. In the example of Fig. 4, envelope E11, which is steeper than envelope E1, is also schematically shown. As the envelope E1 becomes steeper, each peak value of intensity in the interference pattern below the envelope E1 becomes smaller. For this reason, the amplitude of each frequency component may become small, and the specific accuracy of the frequency component from the interference pattern may decrease. It is also understandable that as the envelope E1 becomes steeper, the number of peaks of intensity in the interference pattern (i.e., the number of fringes in the interference pattern) decreases. In this case, the actual range in the X-axis direction of the interference pattern that is the subject of Fourier transform is narrowed. As a result, the specific accuracy of the frequency component decreases.
이에 비해서, 도 2의 예에서는, 제3 슬릿(23c)의 폭 wc는 제2 슬릿(23b)의 폭 wb보다 좁게 설정되어 있다. 이 때문에, 포락선 E1의 형상을 보다 완만한 볼록한 형상으로 할 수 있다. 따라서, 포락선 E1보다 하측에 있어서의 각 강도의 피크값을 크게 할 수 있어, 간섭 패턴의 실질적인 X축 방향의 범위도 넓힐 수 있다. 따라서, 제어부(50)는 더 높은 정밀도로 간섭 패턴으로부터 각 주파수 성분을 특정할 수 있다. 더 나아가서는, 제어부(50)는 더 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 구할 수 있다.In contrast, in the example of FIG. 2, the width wc of the
<복수의 피크 파장><Multiple peak wavelengths>
다음에, 조사부(10)에 의해서 조사되는 광이 복수의 피크 파장을 갖는 경우에 대해서 설명한다. 예를 들면, 그 광은, 제1 피크 파장 λi와 제2 피크 파장 λh와 제3 피크 파장 λg를 갖는다. 제1 피크 파장 λi는 예를 들면 i선의 파장이며, 제2 피크 파장 λh는 예를 들면 h선의 파장이고, 제3 피크 파장 λg는 예를 들면 g선의 파장이다. 이하에서는, 각 피크 파장을 갖는 광의 부호의 말미에, 피크 파장의 부호의 말미를 부기한다. 예를 들면, 광 La 중 제 1 피크 파장 λi를 갖는 광을 광 Lai라고 부르고, 광 Lb 중 제 1 피크 파장 λi를 갖는 광을 광 Lbi라고 부르고, 광 Lc 중 제 1 피크 파장 λi를 갖는 광을 광 Lci라고 부른다.Next, a case where the light irradiated by the
조사부(10)에 의해서 조사된 광이 복수의 피크 파장을 갖는 경우, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴에는, 피크 파장마다의 간섭에 의한 주파수 성분이 포함된다. 예를 들면 도 7 및 도 9에 나타나는 바와 같이, 간섭 패턴에는 복수의 주파수 성분이 포함된다.When the light irradiated by the
주파수 성분 F1i는, 제1 피크 파장 λi를 갖는 광 Lai 및 광 Lbi의 간섭에 의해서 발생하는 성분이다. 이 때문에, 주파수 성분 F1i의 주파수 f1i는, 제1 간격 d1, 제1 피크 파장 λi 및 초점 거리 fd에 의해서 정해진다(식 (1)도 참조). 주파수 성분 F1i의 위상 φ1i는, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lai와 광 Lbi의 위상차(즉, 제1 피크 파장 λi의 광에 대한 영역(8A)의 위상 시프트량 θ)에 의존한다. 실제로는, 위상 φ1i는 광축의 어긋남에도 의존한다. 이하에서는, 제1 피크 파장 λi를 갖는 광에 대한 위상 시프트량 θ를 위상 시프트량 θi라고도 부른다.The frequency component F1i is a component generated by interference of light Lai and light Lbi having the first peak wavelength λi. For this reason, the frequency f1i of the frequency component F1i is determined by the first interval d1, the first peak wavelength λi, and the focal length fd (see also equation (1)). The phase ϕ1i of the frequency component F1i depends on the phase difference between the light Lai and the light Lbi in the slit mask 23 (that is, the phase shift amount θ of the
주파수 성분 F2i는, 제1 피크 파장 λi를 갖는 광 Lbi 및 광 Lci의 간섭에 의해서 발생하는 성분이다. 이 때문에, 주파수 성분 F2i의 주파수 f2i는, 제2 간격 d2, 제1 피크 파장 λi 및 초점 거리 fd에 의해서 정해진다. 주파수 성분 F2i의 위상 φ2i는, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lbi와 광 Lci의 위상차에 의존한다. 그 위상차는 실질적으로 제로이다. 실제로는, 위상 φ2i는 광축의 어긋남에 의존한다.The frequency component F2i is a component generated by interference of light Lbi and light Lci having the first peak wavelength λi. For this reason, the frequency f2i of the frequency component F2i is determined by the second interval d2, the first peak wavelength λi, and the focal length fd. The phase ϕ2i of the frequency component F2i depends on the phase difference between the light Lbi and the light Lci in the
이 때문에, 위상 φ1i와 위상 φ2i를 구할 수 있다면, 위상 φ1i 및 위상 φ2i에 의거하여 위상 시프트량 θi를 높은 정밀도로 구할 수 있다.For this reason, if the phase ϕ1i and the phase ϕ2i can be obtained, the phase shift amount θi can be obtained with high accuracy based on the phase ϕ1i and the phase ϕ2i.
주파수 성분 F1h는, 제2 피크 파장 λh를 갖는 광 Lah 및 광 Lbh의 간섭에 의해서 발생하는 성분이다. 이 때문에, 주파수 성분 F1h의 주파수 f1h는, 제1 간격 d1, 제2 피크 파장 λh 및 초점 거리 fd에 의해서 정해진다. 주파수 성분 F1h의 위상 φ1h는, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lah와 광 Lbh의 위상차(즉, 제2 피크 파장 λh의 광에 대한 영역(8A)의 위상 시프트량 θ)에 의존한다. 실제로는, 위상 φ1h는 광축의 어긋남에도 의존한다. 이하에서는, 제2 피크 파장 λh를 갖는 광에 대한 위상 시프트량 θ를 위상 시프트량 θh라고 부른다.The frequency component F1h is a component generated by interference of light Lah and light Lbh having the second peak wavelength λh. For this reason, the frequency f1h of the frequency component F1h is determined by the first interval d1, the second peak wavelength λh, and the focal length fd. The phase ϕ1h of the frequency component F1h depends on the phase difference between the light Lah and the light Lbh in the slit mask 23 (that is, the phase shift amount θ of the
주파수 성분 F2h는, 제2 피크 파장 λh를 갖는 광 Lbh 및 광 Lch의 간섭에 의해서 발생하는 성분이다. 이 때문에, 주파수 성분 F2h의 주파수 f2h는, 제2 간격 d2, 제2 피크 파장 λh 및 초점 거리 fd에 의해서 정해진다. 주파수 성분 F2h의 위상 φ2h는, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lbh와 광 Lch의 위상차에 의존한다. 그 위상차는 실질적으로 제로이다. 또, 실제로는, 위상 φ2h는 광축의 어긋남에 의존한다.The frequency component F2h is a component generated by interference of light Lbh and light Lch having the second peak wavelength λh. For this reason, the frequency f2h of the frequency component F2h is determined by the second interval d2, the second peak wavelength λh, and the focal length fd. The phase phi2h of the frequency component F2h depends on the phase difference between the light Lbh and the light Lch in the
위상 φ1h는 위상 시프트량 θh 및 광축의 어긋남에 의존하며, 위상 φ2h는 위상 시프트량 θh에는 의존하지 않고, 광축의 어긋남에 의존한다. 이 때문에, 위상 φ1h 및 위상 φ2h를 구할 수 있다면, 위상 φ1h 및 위상 φ2h에 의거하여, 높은 정밀도로 위상 시프트량 θh를 구할 수 있다.The phase ϕ1h depends on the phase shift amount θh and the optical axis misalignment, and the phase ϕ2h does not depend on the phase shift amount θh but depends on the optical axis misalignment. For this reason, if the phase ϕ1h and the phase ϕ2h can be obtained, the phase shift amount θh can be obtained with high accuracy based on the phase ϕ1h and the phase ϕ2h.
주파수 성분 F1g는, 제3 피크 파장 λg를 갖는 광 Lag 및 광 Lbg의 간섭에 의해서 발생하는 성분이다. 이 때문에, 주파수 성분 F1g의 주파수 f1g는, 제1 간격 d1, 제3 피크 파장 λg 및 초점 거리 fd에 의해서 정해진다. 주파수 성분 F1g의 위상 φ1g는, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lag와 광 Lbg의 위상차(즉, 제3 피크 파장 λg에 대한 영역(8A)의 위상 시프트량 θ)에 의존한다. 실제로는, 위상 φ1g는 광축의 어긋남에도 의존한다. 또한, 이하에서는, 제3 피크 파장 λg를 갖는 광에 대한 위상 시프트량 θ를 위상 시프트량 θg라고 부른다.The frequency component F1g is a component generated by interference between light Lag and light Lbg having the third peak wavelength λg. For this reason, the frequency f1g of the frequency component F1g is determined by the first interval d1, the third peak wavelength λg, and the focal length fd. The phase ϕ1g of the frequency component F1g depends on the phase difference between the light Lag and the light Lbg in the slit mask 23 (that is, the phase shift amount θ of the
주파수 성분 F2g는, 광 Lbg 및 광 Lcg의 간섭에 의해서 발생하는 성분이다. 이 때문에, 주파수 성분 F2g의 주파수 f2g는, 제2 간격 d2, 제3 피크 파장 λg 및 초점 거리 fd에 의해서 정해진다. 주파수 성분 F2g의 위상 φ2g는, 슬릿 마스크(23)에 있어서의 광 Lbg와 광 Lcg의 위상차에 의존한다. 그 위상차는 실질적으로 제로이다. 실제로는, 위상 φ2g는 광축의 어긋남에 의존한다.The frequency component F2g is a component generated by interference between light Lbg and light Lcg. For this reason, the frequency f2g of the frequency component F2g is determined by the second interval d2, the third peak wavelength λg, and the focal length fd. The phase ϕ2g of the frequency component F2g depends on the phase difference between the light Lbg and the light Lcg in the
위상 φ1g는 위상 시프트량 θg 및 광축의 어긋남에 의존하고, 위상 φ2g는 위상 시프트량 θg에는 의존하지 않고, 광축의 어긋남에 의존한다. 이 때문에, 위상 φ1g 및 위상 φ2g를 구할 수 있다면, 위상 φ1g 및 위상 φ2g에 의거하여, 높은 정밀도로 위상 시프트량 θg를 구할 수 있다.The phase ϕ1g depends on the phase shift amount θg and the misalignment of the optical axis, and the phase ϕ2g does not depend on the phase shift amount θg but depends on the misalignment of the optical axis. For this reason, if the phase ϕ1g and the phase ϕ2g can be obtained, the phase shift amount θg can be obtained with high accuracy based on the phase ϕ1g and the phase ϕ2g.
또한 실제로는, 광 Lc와 광 La의 간섭에 의해서 발생하는 주파수 성분 F3도, 상술한 주파수 성분 F1 및 주파수 성분 F2와 마찬가지로, 피크 파장마다 간섭 패턴에 포함된다. 여기서는, 간단하게 하기 위해서, 주파수 성분 F3에 대해서는 설명을 생략한다.Additionally, in reality, the frequency component F3 generated by the interference between light Lc and light La is also included in the interference pattern for each peak wavelength, similar to the frequency components F1 and F2 described above. Here, for simplicity, description of the frequency component F3 is omitted.
제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴에 의거하여, 위상 φ1i, 위상 φ1h, 위상 φ1g, 위상 φ2i, 위상 φ2h 및 위상 φ2g를 구하고, 이들에 의거하여 위상 시프트량 θi, 위상 시프트량 θh 및 위상 시프트량 θg를 구해도 된다.The
위상 산출의 구체적인 일례는 도 6 또는 도 8에 나타내는 바와 같다. 단, 단계 S52에서, 제어부(50)는 주파수 f1i, 주파수 f1h, 주파수 f1g, 주파수 f2i, 주파수 f2h 및 주파수 f2g 그리고 위상 스펙트럼에 의거하여, 위상 φ1i, 위상 φ1h, 위상 φ1g, 위상 φ2i, 위상 φ2h 및 위상 φ2g를 구한다. 이 특정 방법은, 주파수 f1 및 위상 스펙트럼에 의거하는 위상 φ1의 특정 방법 및 주파수 f2 및 위상 스펙트럼에 의거하는 위상 φ2의 특정 방법과 동일하다.A specific example of phase calculation is as shown in FIG. 6 or FIG. 8. However, in step S52, the
그리고, 단계 S6에서, 제어부(50)는 위상 φ1i 및 위상 φ2i에 의거하여 위상 시프트량 θi를 산출하고, 위상 φ1h 및 위상 φ2h에 의거하여 위상 시프트량 θh를 산출하며, 위상 φ1g 및 위상 φ2g에 의거하여 위상 시프트량 θg를 산출한다. 이 산출 방법은, 위상 φ1 및 위상 φ2에 의거하는 위상 시프트량 θ(=φ1-φ2)의 산출 방법과 동일하다.Then, in step S6, the
이상과 같이, 조사부(10)는 복수의 피크 파장을 포함하는 광을 위상 시프트 마스크(80)에 조사하고, 센서(25)는, 위상 시프트 마스크(80)로부터 슬릿 마스크(23)를 통과한 광 La, 광 Lb 및 광 Lc에 의해서 형성된 간섭 패턴을 검출한다. 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴에 의거하여, 피크 파장마다, 제1 간격 d1에 대응한 제1 주파수 성분의 제1 위상(즉, 위상 φ1i, 위상 φ1h 및 위상 φ1g)을 구하며, 또, 피크 파장마다, 제2 간격 d2에 대응한 제2 주파수 성분의 제2 위상(즉, 위상 φ2i, 위상 φ2h 및 위상 φ2g)을 구한다. 그리고, 제어부(50)는, 피크 파장마다, 제1 위상 및 제2 위상에 의거하여 위상 시프트량 θ(즉, 위상 시프트량 θi, 위상 시프트량 θh 및 위상 시프트량 θg)를 구한다.As described above, the
비교를 위해서, 피크 파장마다의 광을 순차적으로 위상 시프트 마스크(80)에 조사하는 경우에 대해서 설명한다. 조사부(10)는 광의 파장을 변경하여 광을 출력할 수 있다. 예를 들면, 조사부(10)는, 제1 피크 파장 λi를 갖는 단파장의 광을 조사한다. 이 때, 센서(25)는, 제1 피크 파장 λi에 대응한 간섭 패턴을 검출한다. 다음에 조사부(10)는, 제2 피크 파장 λh를 갖는 단파장의 광을 조사한다. 이 때, 센서(25)는, 제2 피크 파장 λh에 대응한 간섭 패턴을 검출한다. 마지막으로 조사부(10)는, 제3 피크 파장 λg를 갖는 단파장의 광을 조사한다. 이 때, 센서(25)는, 제3 피크 파장 λg에 대응한 간섭 패턴을 검출한다. 그리고, 제어부(50)가, 각 피크 파장에 대응한 간섭 패턴에 의거하여, 각 피크 파장에 대한 위상 시프트량 θ를 구한다. 이 경우에는, 조사부(10)가 상이한 타이밍에 광을 조사하고, 센서(25)가 그때마다, 간섭 패턴을 검출할 필요가 있다. 이 때문에, 복수의 피크 파장에 각각 대응한 복수의 위상 시프트량 θ를 산출하는 데에 필요한 시간이 길어진다. 또, 제어부(50)는, 복수의 피크 파장에 대응한 복수의 간섭 패턴에 대해서, 각각 푸리에 변환 등의 처리를 행할 필요가 있으며, 제어부(50)의 처리 부하도 무거워진다.For comparison, a case where light for each peak wavelength is sequentially irradiated to the
이에 비해서, 상술한 예에서는, 조사부(10)는 복수의 피크 파장을 포함하는 광을 위상 시프트 마스크(80)에 조사하고, 센서(25)는 그 간섭 패턴을 1도만큼 검출하면 된다. 따라서, 위상차 측정 장치(1)는 복수의 피크 파장에 대응한 복수의 위상 시프트량을 단시간에 구할 수 있다. 또, 제어부(50)의 처리 부하를 가볍게 할 수도 있다.In contrast, in the above-described example, the
<광학계의 광학 특성><Optical characteristics of optical systems>
상술한 예에서는, 광 La, 광 Lb 및 광 Lc가 각각 통과하는 복수의 경로에 있어서의 광학 특성의 상이함에 대해서는 고려하지 않았다. 그러나, 실제로는 각 경로에 있어서의 광학 특성은 서로 상이한 경우가 있다. 예를 들면 대물 렌즈(21) 및 결상 렌즈(22)에는 수차가 있어, 그 광학 특성은 각 경로에 따라서 약간 상이할 수 있다. 이 경우, 예를 들면 위상 시프트 마스크(80)에 입사할 때의 광 La, 광 Lb 및 광 Lc의 상태(예를 들면 위상)는 서로 상이할 수 있다.In the above-described example, the differences in optical characteristics of the plurality of paths through which light La, light Lb, and light Lc respectively pass are not considered. However, in reality, the optical characteristics of each path may be different from each other. For example, the
상술한 광축의 어긋남은 각 경로에 대해서 공통으로 작용하므로, 광 La, 광 Lb 및 광 Lc에 대해서 공통으로 작용하지만, 이 광학 특성은 각 경로에 있어서 상이할 수 있으므로, 이 광학 특성의 상이함은 광 La, 광 Lb 및 광 Lc에 대해서 개별적으로 작용한다.Since the above-mentioned optical axis deviation acts commonly for each path, it acts commonly for light La, light Lb, and light Lc. However, since this optical characteristic may be different for each path, the difference in this optical characteristic is It acts separately on light La, light Lb, and light Lc.
따라서, 예를 들면 위상 φ1로부터 위상 φ2를 감산한 값은, 위상 시프트량 θ뿐만 아니라, 광학 특성의 경로 간의 상이함에도 의존한다. 즉, 위상 시프트량 θ의 산출 정밀도에는, 여전히 개선의 여지가 있다. 여기에서는, 광 La, 광 Lb 및 광 Lc의 각 경로에 있어서의 광학 특성의 상이함에 기인한 위상 시프트량 θ의 산출 정밀도의 저하를 억제하는 것을 기도한다. 또한, 이하에서는 간단하게 하기 위해서, 조사부(10)가 단일의 피크 파장을 갖는 광을 위상 시프트 마스크(80)에 조사하는 양태를 설명한다.Therefore, for example, the value obtained by subtracting phase phi2 from phase phi1 depends not only on the phase shift amount θ but also on differences between paths in optical characteristics. In other words, there is still room for improvement in the calculation accuracy of the phase shift amount θ. Here, an attempt is made to suppress a decrease in the calculation accuracy of the phase shift amount θ due to differences in optical characteristics in the respective paths of light La, light Lb, and light Lc. In addition, for the sake of simplicity, hereinafter, a mode in which the
도 10은, 위상차 측정 장치(1)의 동작의 제2 예를 나타내는 플로 차트이다. 여기서는, 제1 위상으로서 위상 φ1을 적용한 양태에 대해서 설명한다. 우선 단계 S11에서, 제어부(50)는 이동 기구(40)를 제어하여, 광학계(조사부(10) 및 검출부(20)의 한 세트)를 기준 위치 P[0]로 이동시킨다. 도 11은, 광학계가 기준 위치 P[0]에 위치했을 때의 위상차 측정 장치(1)의 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다. 이 기준 위치 P[0]는, 조사부(10)로부터의 광이 위상 시프트 마스크(80)의 영역(8B)만을 통과하는 위치이며, 보다 구체적으로는, 영역(8B)을 투과한 광이 각각 제1 슬릿(23a), 제2 슬릿(23b) 및 제3 슬릿(23c)을 통과하는 위치이다.FIG. 10 is a flow chart showing a second example of the operation of the phase
다음으로 단계 S12에서, 제어부(50)는 조사부(10)에 광을 조사시킨다. 이 광의 조사에 의해서, 광 La, 광 Lb 및 광 Lc가 센서(25)의 수광면에 있어서 간섭 패턴을 형성한다. 그리고, 단계 S13에서, 센서(25)는 간섭 패턴(이하, 기준 간섭 패턴이라고 부른다)을 검출하고, 그 검출 결과를 나타내는 전기 신호(예를 들면 화상)를 제어부(50)로 출력한다.Next, in step S12, the
다음으로 단계 S14에서, 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 기준 간섭 패턴에 의거하여, 주파수 성분 F1의 기준 위상 φ10(제1 기준 위상에 상당) 및 주파수 성분 F2의 기준 위상 φ20(제2 기준 위상에 상당)을 구한다.Next, in step S14, the
도 12는, 기준 위상의 산출 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 도 12의 예에서는, 단계 S141에서, 제어부(50)는 기준 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여, 진폭 스펙트럼(이하, 기준 진폭 스펙트럼이라고 부른다) 및 위상 스펙트럼(이하, 기준 위상 스펙트럼이라고 부른다)을 구한다.Fig. 12 is a flow chart showing an example of a method for calculating the reference phase. In the example of Fig. 12, in step S141, the
다음으로 단계 S142에서, 제어부(50)는 기준 진폭 스펙트럼에 의거하여 주파수 f1 및 주파수 f2를 구한다. 주파수 f1 및 주파수 f2의 특정 방법은, 도 9의 단계 S53과 동일하다. 구체적으로는, 제어부(50)는, 기준 진폭 스펙트럼으로부터 주파수 범위 R1 내에 있어서 진폭의 피크값을 특정하고, 진폭이 그 피크값이 될 때의 주파수를 주파수 f1로서 특정한다. 마찬가지로, 제어부(50)는, 기준 진폭 스펙트럼으로부터 주파수 범위 R2 내에 있어서 진폭의 피크값을 특정하고, 진폭이 그 피크값이 될 때의 주파수를 주파수 f2로서 특정한다.Next, in step S142, the
다음으로 단계 S143에서, 제어부(50)는 주파수 f1, 주파수 f2 및 기준 위상 스펙트럼에 의거하여 기준 위상 φ10 및 기준 위상 φ20을 구한다. 도 13은, 기준 위상 스펙트럼의 일례를 개략적으로 나타내는 그래프이다. 제어부(50)는, 주파수가 단계 S142에서 특정한 주파수 f1이 될 때의 위상을 기준 위상 φ10으로서 특정하고, 주파수가 단계 S142에서 특정한 주파수 f2가 될 때의 위상을 기준 위상 φ20으로서 특정한다. 요컨대, 기준 위상 φ10 및 기준 위상 φ20의 특정 방법은, 도 8의 단계 S52와 동일하다.Next, in step S143, the
다음으로 단계 S15에서, 제어부(50)는, 단계 S1과 동일하게, 값 k를 초기값으로 설정한다. 다음에 단계 S16에서, 이동 기구(40)는, 단계 S2와 동일하게, 조사부(10) 및 검출부(20)의 한 세트를 측정 위치 P[k]로 이동시킨다. 다음에 단계 S17에서, 센서(25)는, 단계 S4와 동일하게, 광 La, 광 Lb 및 광 Lc에 의한 간섭 패턴을 검출한다.Next, in step S15, the
다음으로 단계 S18에서, 제어부(50)는, 단계 S17에 있어서 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴에 의거하여, 위상 φ1 및 위상 φ2를 구한다. 위상 φ1 및 위상 φ2의 산출 방법은, 도 6과 동일하다. 단, 여기서는, 제어부(50)는, 단계 S142에 있어서 구한 주파수 f1 및 주파수 f2의 값을 이용하여, 위상 φ1 및 위상 φ2를 구해도 된다. 즉, 측정 위치 P[0]에 있어서 검출된 기준 간섭 패턴에 의거하여 구해진 주파수 f1 및 주파수 f2의 값을, 각 측정 위치 P[k]에 있어서 검출된 간섭 패턴에도 적용한다.Next, in step S18, the
이것은, 다음에 설명하는 바와 같이, 기준 간섭 패턴을 이용한 쪽이 주파수 f1 및 주파수 f2의 특정 정밀도가 높기 때문이다. 즉, 측정 위치 P[k]에서는, 광 La는 투과율이 낮은 영역(8A)을 투과하는 데에 반해, 측정 위치 P[0]에서는, 광 La는 투과율이 높은 영역(8B)을 투과한다. 이 때문에, 기준 간섭 패턴에 있어서의 강도의 피크는 간섭 패턴에 비해 커진다. 따라서, 노이즈의 영향은 기준 간섭 패턴에 있어서 작아, 제어부(50)는 기준 간섭 패턴으로부터 보다 높은 정밀도로 주파수 f1 및 주파수 f2를 특정할 수 있다.This is because, as will be explained next, the specific accuracy of the frequencies f1 and f2 is higher when a reference interference pattern is used. That is, at the measurement position P[k], light La transmits through the
거기서, 제어부(50)는, 기준 간섭 패턴에 의거하여 구해진 주파수 f1 및 주파수 f2와, 간섭 패턴의 위상 스펙트럼에 의거하여, 위상 φ1 및 위상 φ2를 구한다. 이 때문에, 제어부(50)는 위상 φ1 및 위상 φ2를 보다 높은 정밀도로 구할 수 있다.There, the
다음으로 단계 S19에서, 단계 S17에 있어서 구해진 위상 φ1 및 위상 φ2와, 단계 S14에 있어서 구해진 기준 위상 φ10 및 기준 위상 φ20에 의거하여, 측정 위치 P[k]에 있어서의 위상 시프트량 θ를 구한다. 구체적으로는, 제어부(50)는 이하의 식으로 위상 시프트량 θ를 산출한다.Next, in step S19, the phase shift amount θ at the measurement position P[k] is determined based on the phases ϕ1 and phase ϕ2 determined in step S17 and the reference phase ϕ10 and reference phase ϕ20 determined in step S14. Specifically, the
θ=(φ1-φ10)-(φ2-φ20) … (2)θ=(ϕ1-ϕ10)-(ϕ2-ϕ20)... (2)
위상 φ1은, 위상 시프트량 θ, 측정 위치 P[k]에 있어서의 광축의 어긋남에 따른 양(이하, 측정 어긋남량이라고 부른다), 및, 광학 특성의 광 La와 광 Lb의 경로 간의 상이함에 따른 양(이하, 제1 경로차라고 부른다)을 포함한다. 기준 위상 φ10은, 측정 위치 P[0]의 광축의 어긋남에 따른 양(이하, 기준 어긋남량) 및 제1 경로차가 포함된다. 이 때문에, 값 (φ1-φ10)은 (위상 시프트량 θ+측정 어긋남량-기준 어긋남량)으로 나타내어지며, 제1 경로차가 대부분 캔슬된다.The phase ϕ1 is determined by the phase shift amount θ, the amount due to the deviation of the optical axis at the measurement position P[k] (hereinafter referred to as the measurement deviation amount), and the difference between the paths of light La and light Lb in optical characteristics. It includes a quantity (hereinafter referred to as the first path car). The reference phase ϕ10 includes the amount corresponding to the deviation of the optical axis of the measurement position P[0] (hereinafter referred to as the reference deviation amount) and the first path difference. For this reason, the value (ϕ1-ϕ10) is expressed as (phase shift amount θ + measured deviation amount - reference deviation amount), and most of the first path difference is canceled.
한편, 위상 φ2는 측정 어긋남량 및 광학 특성의 광 Lb와 광 Lc의 경로 간의 상이함에 따른 양(이하, 제2 경로차)이 포함된다. 기준 위상 φ20은 기준 어긋남량 및 제2 경로차가 포함된다. 이 때문에, 값 (φ2-φ20)은 (측정 어긋남량-기준 어긋남량)으로 나타내어지며, 제2 경로차가 대부분 캔슬된다.On the other hand, the phase phi2 includes the amount of measurement deviation and the difference in optical characteristics between the paths of the light Lb and the light Lc (hereinafter referred to as the second path difference). The reference phase ϕ20 includes the reference deviation amount and the second path difference. For this reason, the value (ϕ2-ϕ20) is expressed as (measurement deviation amount - reference deviation amount), and most of the second path difference is canceled.
식 (2)의 우변의 값에서는, 측정 어긋남량 및 기준 어긋남량도 대부분 캔슬되므로, 결과적으로 식 (2)의 우변은 측정 어긋남량, 기준 어긋남량, 제1 경로차 및 제2 경로차를 포함하지 않고, 위상 시프트량 θ를 포함한다. 따라서, 제어부(50)는 더 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 구할 수 있다.In the value of the right-hand side of equation (2), most of the measurement deviation amount and reference deviation amount are also canceled, and as a result, the right-hand side of equation (2) includes the measurement deviation amount, reference deviation amount, first path difference, and second path difference. Instead, it includes the phase shift amount θ. Accordingly, the
다음으로 단계 S20에서, 제어부(50)는 값 k가 소정값 kref보다 큰지 여부를 판단한다. 단계 S20에 있어서 부정적인 판단이 이루어졌을 때에, 단계 S21에서, 제어부(50)는 값 k에 1을 가산한다. 다음에, 제어부(50)는 단계 S16 내지 단계 S20을 다시 실행한다. 단계 S20에 있어서 긍정적인 판단이 이루어졌을 때에는, 제어부(50)는 동작을 종료한다.Next, in step S20, the
이상과 같이, 제어부(50)는 간섭 패턴 및 기준 간섭 패턴에 의거하여 위상 시프트량 θ를 산출한다. 구체적으로는, 제어부(50)는 기준 간섭 패턴으로부터 기준 위상 φ10 및 기준 위상 φ20을 구하고, 간섭 패턴으로부터 위상 φ1 및 위상 φ2를 구하며, 위상 φ1, 기준 위상 φ10, 위상 φ2 및 기준 위상 φ20에 의거하여 위상 시프트량 θ를 구한다. 구체적으로는, 제어부(50)는, 위상 φ1로부터 기준 위상 φ10을 감산한 값과, 위상 φ2로부터 기준 위상 φ20을 감산한 값의 차를 위상 시프트량 θ로서 구한다. 이에 의해, 제어부(50)는, 광축의 어긋남의 영향 및 광학계의 각 경로에 있어서의 광학 특성의 상이함의 영향 양쪽 모두를 억제하여, 더 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 구할 수 있다.As described above, the
또한, 위상차 측정 장치(1)에 대해서 복수 장의 위상 시프트 마스크(80)가 순차적으로 반입되는 경우, 도 10의 동작에 의하면, 기준 간섭 패턴의 검출은 그 위상 시프트 마스크(80)마다 행해진다. 그런데, 이 검출은 위상 시프트 마스크(80) 1장마다 행해질 필요는 없다. 기준 간섭 패턴의 검출은 한 번만 행해지고, 검출된 기준 간섭 패턴이 복수 장의 위상 시프트 마스크(80)에 대해서 공통으로 이용되어도 된다. 또, N장의 위상 시프트 마스크(80)마다, 기준 간섭 패턴을 검출하고, 이들을 갱신해도 된다.In addition, when a plurality of phase shift masks 80 are sequentially loaded into the phase
또한 상술한 예에서는, 위상 φ1 및 위상 φ2에 의거하여 위상 시프트량 θ를 산출하고 있지만, 위상 φ2 및 위상 φ3에 의거하여 위상 시프트량 θ를 산출해도 된다. 이 경우에는, 제어부(50)는, 기준 간섭 패턴에 의거하여 주파수 성분 F2의 기준 위상 φ20(제2 기준 위상에 상당) 및 주파수 성분 F3의 기준 위상 φ30(제1 기준 위상에 상당)을 구한다. 그리고, 제어부(50)는, 위상 φ3, 기준 위상 φ30, 위상 φ2 및 기준 위상 φ20에 의거하여 위상 시프트량 θ{=φ3-φ30-(φ2-φ20)}를 구한다.In addition, in the above-mentioned example, the phase shift amount θ is calculated based on
또, 주파수 f1의 값 및 주파수 f2의 값은 사전에 산출 가능하므로, 미리 산출한 주파수 f1의 값 및 주파수 f2의 값을 이용해도 된다.Additionally, since the value of the frequency f1 and the value of the frequency f2 can be calculated in advance, the previously calculated value of the frequency f1 and the value of the frequency f2 may be used.
조사부(10)가 조사하는 광이 복수의 피크 파장을 갖는 경우에는, 위상차 측정 장치(1)는 피크 파장마다, 제1 위상, 제2 위상, 제1 기준 위상 및 제2 기준 위상을 구한다. 도 13의 예에서는, 제1 피크 파장 λi에 대응한 기준 위상 φ10i 및 기준 위상 φ20i, 제2 피크 파장 λh에 대응한 기준 위상 φ10h 및 기준 위상 φ20h, 및, 제3 피크 파장 λg에 대응한 기준 위상 φ10g 및 기준 위상 φ20g도 나타나 있다. 그리고, 제어부(50)는, 피크 파장마다, 제1 위상, 제1 기준 위상, 제2 위상 및 제2 기준 위상에 의거하여 위상 시프트량 θ를 구한다. 예를 들면, 제어부(50)는, 제1 피크 파장 λi에 대해서, 위상 φ1i, 기준 위상 φ10i, 위상 φ2i 및 기준 위상 φ20i에 의거하여 위상 시프트량 θi{=φ1i-φ10i-(φ2i-φ20i)}를 구한다. 이에 의하면, 위상차 측정 장치(1)는, 피크 파장마다, 더 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 구할 수 있다.When the light irradiated by the
<제2 실시 형태><Second Embodiment>
제1 실시 형태에서는, 제어부(50)는 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여, 제1 위상(예를 들면 위상 φ1) 및 제2 위상(즉 위상 φ2)을 구했다. 그러나, 제어부(50)는 반드시 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행할 필요는 없다. 제2 실시 형태에서는, 제1 위상 및 제2 위상을 구하는 다른 알고리즘에 대해서 설명한다.In the first embodiment, the
제2 실시 형태에 따른 위상차 측정 장치(1)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하다. 제2 실시 형태에 따른 위상차 측정 장치(1)의 동작은, 단계 S5의 구체적인 일례를 제외하고, 도 3과 동일하다. 즉, 제어부(50)에 의한 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법이 제1 실시 형태와 상이하다. 이하에서는, 우선, 제2 실시 형태에 따른 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법의 발상을 설명한다.The configuration of the phase
센서(25)의 수광면에 형성되는 간섭 패턴은 소정의 함수로 나타내어질 수 있다. 소정의 함수로서는, 간이하게는, 이하의 식으로 나타내어질 수 있다.The interference pattern formed on the light-receiving surface of the
여기서, I(x)는, 센서(25)의 수광면에 형성되는 간섭 패턴을 나타낸다. x는, X축 방향의 위치를 나타내고 있다. 식 (3)의 제1 항은, 광 La와 광 Lb의 간섭에 의해서 발생하는 간섭 패턴을 나타내는 항이며, 식 (3)의 제2 항은, 광 Lb와 광 Lc의 간섭에 의해서 발생하는 간섭 패턴을 나타내는 항이고, 식 (3)의 제3 항은, 광 Lc와 광 La의 간섭에 의해서 발생하는 간섭 패턴을 나타내는 항이다. 또한, 여기서는 간단하게 하기 위해서, 조사부(10)가 조사하는 광은 단일의 피크 파장을 갖는 것으로 한다.Here, I(x) represents an interference pattern formed on the light-receiving surface of the
α1, α2 및 α3은, 각각 제1 항 내지 제3 항의 가중 계수를 나타내고 있다. 가중 계수 α1은 광 La 및 광 Lb의 광량을 반영한 값이며, 가중 계수 α2는 광 Lb 및 광 Lc의 광량을 반영한 값이며, 가중 계수 α3은 광 Lc 및 광 La의 광량을 반영한 값이다. 바꾸어 말하면, 가중 계수 α1은 폭 wa 및 폭 wb를 반영한 값이며, 가중 계수 α2는 폭 wb 및 폭 wc를 반영한 값이고, 가중 계수 α3은 폭 wc 및 폭 wa를 반영한 값이다. 폭 wa, 폭 wb 및 폭 wc는 이미 알고 있으므로, 가중 계수 α1, 가중 계수 α2 및 가중 계수 α3은 미리 설정될 수 있다.α1, α2, and α3 represent the weighting coefficients of
여기서는, 조사부(10)가 조사하는 광은 단일의 피크 파장(파장 λ)을 가지고 있다. 파장 λ은 이미 알고 있는 것이다. 푸리에 변환 렌즈(24)의 초점 거리 fd도 이미 알고 있는 것이다. 제1 간격 d1, 제2 간격 d2 및 제3 간격 d3도 이미 알고 있는 것이다.Here, the light emitted by the
또, w1은, 제1 슬릿(23a)의 폭 wa 및 제2 슬릿(23b)의 폭 wb를 반영한 값이며, 폭 wa와 폭 wb 사이의 값(예를 들면 폭 wa와 폭 wb의 평균값)이다. w2는, 제2 슬릿(23b)의 폭 wb 및 제3 슬릿(23c)의 폭 wc를 반영한 값이며, 폭 wb와 폭 wc 사이의 값(예를 들면 폭 wb와 폭 wc의 평균값)이다. w3은, 제3 슬릿(23c)의 폭 wc 및 제1 슬릿(23a)의 폭 wa를 반영한 값이며, 폭 wc와 폭 wa 사이의 값(예를 들면 폭 wc와 폭 wa의 평균값)이다.In addition, w1 is a value reflecting the width wa of the
식 (3)에 있어서, 위상 φ1, 위상 φ2 및 위상 φ3을 변수로 한다. 이하에서는, 변수로서의 위상 φ1, 위상 φ2 및 위상 φ3을 각각 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3이라고 부른다. 또, 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3 그리고 식 (3)에 의거하여 산출되는 간섭 패턴 I(x)를, 산출 간섭 패턴 Ic(x)라고 부른다.In equation (3), phase ϕ1, phase ϕ2, and phase ϕ3 are taken as variables. Hereinafter, phase ϕ1, phase ϕ2, and phase ϕ3 as variables are called phase variable ϕc1, phase variable ϕc2, and phase variable ϕc3, respectively. Additionally, the interference pattern I(x) calculated based on the phase variable ϕc1, phase variable ϕc2, phase variable ϕc3, and equation (3) is called the calculated interference pattern Ic(x).
센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴 I(x)와, 산출 간섭 패턴 Ic(x)가 일치하고 있으면, 그 산출 간섭 패턴 Ic(x)에 이용된 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3의 값은, 각각, 위상 φ1, 위상 φ2 및 위상 φ3과 일치하고 있다고 생각할 수 있다.If the interference pattern I(x) detected by the
그래서, 제어부(50)는, 이하에 상술하는 바와 같이, 간섭 패턴 I(x)에 유사한 산출 간섭 패턴 Ic(x)를 특정하고, 그 산출 간섭 패턴 Ic(x)의 산출에 이용된 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을, 각각 위상 φ1, 위상 φ2 및 위상 φ3으로서 특정한다. 그리고, 제어부(50)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로, 위상 φ1로부터 위상 φ2를 감산하여 위상 시프트량 θ를 산출한다(단계 S6). 혹은, 제어부(50)는 위상 φ3으로부터 위상 φ2를 감산하여 위상 시프트량 θ를 구해도 된다(단계 S6).Therefore, as described in detail below, the
도 14는, 제2 실시 형태에 따른 제1 위상 및 제2 위상의 산출 방법의 일례를 나타내는 플로 차트이다. 즉, 도 14의 플로 차트는, 도 3의 단계 S5의 구체적인 동작의 일례를 나타내고 있다. 단계 S501에서, 제어부(50)는 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 설정한다. 예를 들면 우선, 제어부(50)는 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 각각의 초기값으로 설정한다. 위상 변수 φc1의 초기값은, 예를 들면, 위상 변수 φc1에 대한 제1 소정 범위의 최소값이다. 제1 소정 범위는, 위상 시프트막(82)의 두께의 편차, 광축의 어긋남량의 편차, 광학 특성의 경로 간의 차의 편차를 고려한 범위이며, 위상 φ1을 취할 수 있는 값의 범위이다. 제1 소정 범위는 미리 설정되며, 예를 들면 기억부에 기억되는, 위상 변수 φc2의 초기값은, 예를 들면, 위상 φ2가 취할 수 있는 제2 소정 범위의 최소값이다. 제2 소정 범위는 미리 설정되며, 예를 들면 기억부에 기억된다. 위상 변수 φc3의 초기값은, 예를 들면, 위상 φ3가 취할 수 있는 제3 소정 범위의 최소값이다. 제3 소정 범위는 미리 설정되며, 예를 들면 기억부에 기억된다.Fig. 14 is a flow chart showing an example of a method for calculating the first phase and the second phase according to the second embodiment. That is, the flow chart in FIG. 14 shows an example of the specific operation of step S5 in FIG. 3. In step S501, the
다음으로 단계 S502에서, 제어부(50)는, 단계 S501에 있어서 설정한 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 식 (3)에 대입하여, 산출 간섭 패턴 Ic(x)를 산출한다.Next, in step S502, the
다음에 단계 S503에서, 제어부(50)는, 단계 S4에 있어서 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴 I(x)와, 단계 S502에 있어서 산출된 산출 간섭 패턴 Ic(x)의 유사도를 산출한다. 유사도는 특별히 제한되지 않기는 하지만, 예를 들면, 각 위치 x에 있어서의 강도의 차의 제곱합, 각 위치x에 있어서의 강도의 차분의 절대값의 합(Sum of Absolute Difference), 또는, 간섭 패턴 I(x)와 산출 간섭 패턴 Ic(x)의 상관 함수여도 된다. 유사도가 높을수록, 산출 간섭 패턴 Ic(x)는 간섭 패턴 I(x)에 유사한 것을 나타낸다.Next, in step S503, the
다음으로 단계 S504에서, 제어부(50)는, 모든 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3의 조합에 대해서, 유사도를 산출했는지의 여부를 판정한다.Next, in step S504, the
아직 모든 유사도를 산출하지 않았으면, 제어부(50)는, 다시 단계 S501을 실행한다. 단계 S501에서, 제어부(50)는, 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3 중의 하나의 값을, 대응하는 소정 범위 내에 있어서 변경한다. 예를 들면, 제어부(50)는 그 하나에 대해서 소정값을 가산한다.If all similarities have not yet been calculated, the
다음에 제어부(50)는 단계 S502 및 단계 S503을 실행한다. 제어부(50)가 단계 S501 내지 단계 S503을 반복 실행함으로써, 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3의 모든 조합에 대해서, 유사도를 산출할 수 있다.Next, the
모든 조합에서 유사도를 산출했을 때에는, 단계 S505에서, 제어부(50)는 유사도에 의거하여 제1 위상 및 제2 위상을 특정한다. 여기서는, 제1 위상으로서 위상 φ1을 적용한다. 제2 위상은 위상 φ2이다. 예를 들면, 제어부(50)는, 복수의 유사도의 중 가장 높은 유사도를 특정하고, 가장 높은 유사도의 산출에 이용된 위상 변수 φc1 및 위상 변수 φc2를 각각 위상 φ1 및 위상 φ2로서 특정한다. 즉, 간섭 패턴 I(x)에 가장 유사한 산출 간섭 패턴 Ic(x)의 산출에 이용된 위상 변수 φc1 및 위상 변수 φc2는 실제의 위상 φ1 및 위상 φ2와 동등한 값이라고 생각되므로, 제어부(50)는 이 위상 변수 φc1 및 위상 변수 φc2를 각각 위상 φ1 및 위상 φ2로 특정한다.When the degree of similarity has been calculated for all combinations, in step S505, the
그리고, 제어부(50)는, 제1 실시 형태와 동일하게, 제1 위상 및 제2 위상에 의거하여 위상 시프트량 θ를 구한다(단계 S6).Then, similarly to the first embodiment, the
또한, 제어부(50)는, 가장 높은 유사도의 산출에 이용된 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 각각 위상 φ2 및 위상 φ3으로서 특정하고, 위상 φ2 및 위상 φ3에 의거하여 위상 시프트량 θ를 구해도 된다.Additionally, the
이상과 같이, 제2 실시 형태에서는, 제어부(50)는, 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 소정의 함수에 대입하여 산출 간섭 패턴 Ic(x)를 산출하여, 간섭 패턴 I(x)와 산출 간섭 패턴 Ic(x)의 유사도를 산출하는 처리(단계 S502 및 단계 S503)를, 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 변경하면서 반복하여 행한다. 그리고, 제어부(50)는, 간섭 패턴 I(x)와 유사한 산출 간섭 패턴 Ic(x)의 산출에 이용된 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3에 의거하여, 제1 위상(즉, 위상 φ1 또는 위상 φ3) 및 제2 위상(즉, 위상 φ2)을 구한다. 이 때문에, 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 간섭 패턴 I(x)에 의거하여, 위상 φ1 및 위상 φ2, 혹은 위상 φ2 및 위상 φ3을 특정할 수 있다.As described above, in the second embodiment, the
또, 제2 실시 형태에 있어서도, 제어부(50)는 제1 위상 및 제2 위상에 의거하여 위상 시프트량 θ를 구하므로, 제1 실시 형태와 동일하게, 보다 높은 정밀도로 위상 시프트량 θ를 구할 수 있다. 또, 제어부(50)는, 한 번에 검출된 간섭 패턴 I(x)에 의거하여 제1 위상 및 제2 위상을 구하고 있으므로, 제1 실시 형태와 동일하게, 단시간에 위상 시프트량 θ를 구할 수 있으며 또, 제어부(50)의 처리 부하를 가볍게 할 수 있다.Also, in the second embodiment, the
또, 제어부(50)는, 제1 실시 형태의 도 10의 동작과 동일하게, 제1 위상, 제2 위상, 제1 기준 위상 및 제2 기준 위상에 의거하여, 위상 시프트량 θ를 구해도 된다. 이 경우의 제1 기준 위상 및 제2 기준 위상의 산출 방법(단계 S14)의 구체적인 일례로서, 도 14의 플로 차트를 적용할 수 있다. 즉, 제어부(50)는, 위상 변수 φc1, 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 변경하면서, 식 (3)에 의거하여 산출 간섭 패턴 Ic(x)를 산출한다. 그리고, 제어부(50)는, 센서(25)에 의해서 검출된 기준 간섭 패턴과, 산출 간섭 패턴 Ic(x)의 유사도를 구하고, 그 유사도에 의거하여 위상 변수 φc1 및 위상 변수 φc2를 각각 기준 위상 φ10 및 기준 위상 φ20으로서 특정한다. 혹은, 제어부(50)는 그 유사도에 의거하여 위상 변수 φc2 및 위상 변수 φc3을 각각 기준 위상 φ20 및 기준 위상 φ30으로서 특정한다.In addition, the
이상과 같이, 위상차 측정 장치(1) 및 위상차 측정 방법은 상세하게 설명되었는데, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서 예시이며, 이 개시가 그에 한정되는 것은 아니다. 또, 상술한 각종 변형예는, 서로 모순되지 않는 한 조합하여 적용 가능하다. 그리고, 예시되어 있지 않은 다수의 변형예가, 이 개시된 범위에서 벗어나지 않고 상정될 수 있는 것이라고 해석된다.As described above, the phase
1: 위상차 측정 장치
8: 측정 대상물
8A: 제1 굴절률 영역
8B: 제2 굴절률 영역
10: 조사부
23: 슬릿 마스크
23a: 제1 슬릿(슬릿)
23b: 제2 슬릿(슬릿)
23c: 제3 슬릿(슬릿)
25: 센서
40: 이동 기구
50: 연산 처리부(제어부)
d1: 제1 간격
d2: 제2 간격
d3: 제3 간격
F1, F1i, F1h, F1g, F3: 제1 주파수 성분(주파수 성분)
F2, F2i, F2h, F2g: 제2 주파수 성분(주파수 성분)
P[0]: 기준 위치
P[k]: 측정 위치
φ1, φ1i, φ1h, φ1g, φ3: 제1 위상(위상)
φ2, φ2i, φ2h, φ2g: 제2 위상(위상)
φ10, φ10i, φ10h, φ10g, φ30: 제1 기준 위상(기준 위상)
φ20, φ20i, φ20h, φ20g: 제2 기준 위상(기준 위상)
θ1, θ1i, θ1h, θ1g: 위상 시프트량1: Phase difference measurement device
8: Measurement object
8A: first refractive index region
8B: second refractive index region
10: Investigation Department
23: Slit mask
23a: first slit (slit)
23b: second slit (slit)
23c: third slit (slit)
25: sensor
40: moving mechanism
50: Operation processing unit (control unit)
d1: first interval
d2: second interval
d3: third interval
F1, F1i, F1h, F1g, F3: first frequency component (frequency component)
F2, F2i, F2h, F2g: second frequency component (frequency component)
P[0]: Reference position
P[k]: Measurement position
ϕ1, ϕ1i, ϕ1h, ϕ1g, ϕ3: first phase (phase)
ϕ2, ϕ2i, ϕ2h, ϕ2g: 2nd phase (phase)
ϕ10, ϕ10i, ϕ10h, ϕ10g, ϕ30: first reference phase (reference phase)
ϕ20, ϕ20i, ϕ20h, ϕ20g: 2nd reference phase (reference phase)
θ1, θ1i, θ1h, θ1g: Phase shift amount
Claims (10)
상기 측정 대상물에 광을 조사하는 조사부와,
제1 슬릿, 상기 제1 슬릿과 제1 간격으로 이웃하는 제2 슬릿, 및, 상기 제2 슬릿과 제2 간격으로 이웃하는 제3 슬릿을 갖는 슬릿 마스크와,
상기 제1 슬릿이, 상기 제1 굴절률 영역을 투과하는 광의 경로 상에 위치하며, 상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿이, 각각 상기 제2 굴절률 영역을 투과하는 광의 경로 상에 위치한 상태에서, 상기 제1 슬릿으로부터 상기 제3 슬릿을 각각 통과한 광의 간섭에 의한 간섭 패턴을 검출하는 센서와,
상기 간섭 패턴 중의, 상기 제1 슬릿과 상기 제3 슬릿의 제3 간격 또는 상기 제1 간격에 대응한 제1 주파수 성분의 제1 위상, 및, 상기 제2 간격에 대응한 제2 주파수 성분의 제2 위상을, 상기 간섭 패턴에 의거하여 구하고, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상에 의거하여 상기 위상 시프트량을 구하는 연산 처리부
를 구비하는, 위상차 측정 장치.A phase difference measuring device for measuring a phase shift amount, which is the phase difference between light transmitted through the first refractive index region of a measurement object having a first refractive index region and a second refractive index region, and light transmitted through the second refractive index region,
an irradiation unit that irradiates light to the measurement object,
a slit mask having a first slit, a second slit adjacent to the first slit at a first distance, and a third slit adjacent to the second slit at a second distance;
In a state where the first slit is located on a path of light passing through the first refractive index region, and the second slit and the third slit are respectively located on a path of light passing through the second refractive index region, A sensor that detects an interference pattern caused by interference of light passing from the first slit to the third slit, respectively;
In the interference pattern, a third interval between the first slit and the third slit or a first phase of a first frequency component corresponding to the first interval, and a second phase of a second frequency component corresponding to the second interval An arithmetic processing unit that determines two phases based on the interference pattern and determines the phase shift amount based on the first phase and the second phase.
A phase difference measuring device comprising:
상기 제1 슬릿과 상기 제2 슬릿의 상기 제1 간격은, 상기 제2 슬릿과 상기 제3 슬릿의 상기 제2 간격보다 넓은, 위상차 측정 장치.In claim 1,
The first gap between the first slit and the second slit is wider than the second gap between the second slit and the third slit.
상기 제1 굴절률 영역의 투과율은 상기 제2 굴절률 영역의 투과율보다 낮고,
상기 제1 슬릿의 폭은, 상기 제2 슬릿의 폭보다 넓고,
상기 제2 슬릿의 폭은, 상기 제3 슬릿의 폭보다 넓은, 위상차 측정 장치.In claim 1 or claim 2,
The transmittance of the first refractive index region is lower than the transmittance of the second refractive index region,
The width of the first slit is wider than the width of the second slit,
A phase difference measuring device wherein the width of the second slit is wider than the width of the third slit.
상기 연산 처리부는, 상기 제1 간격에 대응한 상기 제1 주파수 성분의 상기 제1 위상을 구하는, 위상차 측정 장치.In claim 3,
The phase difference measuring device wherein the calculation processing unit determines the first phase of the first frequency component corresponding to the first interval.
상기 조사부는, 복수의 피크 파장을 갖는 광을 조사하고,
상기 연산 처리부는, 상기 간섭 패턴에 의거하여 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 피크 파장마다 구하고, 당해 피크 파장마다, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상에 의거하여 상기 위상 시프트량을 구하는, 위상차 측정 장치.In claim 1 or claim 2,
The irradiation unit irradiates light having a plurality of peak wavelengths,
The calculation processing unit determines the first phase and the second phase for each peak wavelength based on the interference pattern, and determines the phase shift amount based on the first phase and the second phase for each peak wavelength. Phase contrast measurement device.
상기 조사부, 상기 슬릿 마스크 및 상기 센서를 이동시키는 이동 기구를 더 구비하고,
상기 이동 기구는, 상기 조사부, 상기 슬릿 마스크 및 상기 센서의 한 세트를, 기준 위치 및 측정 위치 각각에 이동시키고,
상기 측정 위치는, 상기 제1 굴절률 영역을 투과하는 광이 상기 제1 슬릿을 통과하고, 상기 제2 굴절률 영역을 투과하는 광이 상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿을 각각 통과하는 위치이고,
상기 기준 위치는, 상기 제2 굴절률 영역을 투과하는 광이 상기 제1 슬릿으로부터 상기 제3 슬릿을 각각 통과하는 위치이며,
상기 센서는, 상기 기준 위치에 있어서 상기 제1 슬릿으로부터 상기 제3 슬릿을 통과한 광의 간섭에 의한 간섭 패턴인 기준 간섭 패턴을 검출하고,
상기 연산 처리부는,
상기 기준 간섭 패턴 중의 상기 제1 주파수 성분의 제1 기준 위상, 및, 상기 기준 간섭 패턴 중의 상기 제2 주파수 성분의 제2 기준 위상을, 상기 기준 간섭 패턴에 의거하여 구하고,
상기 제1 위상, 상기 제1 기준 위상, 상기 제2 위상 및 상기 제2 기준 위상에 의거하여, 상기 위상 시프트량을 구하는, 위상차 측정 장치.In claim 1 or claim 2,
further comprising a moving mechanism that moves the irradiation unit, the slit mask, and the sensor,
The moving mechanism moves a set of the irradiation unit, the slit mask, and the sensor to each of a reference position and a measurement position,
The measuring position is a position where light passing through the first refractive index region passes through the first slit, and light passing through the second refractive index region passes through the second slit and the third slit, respectively,
The reference position is a position where light passing through the second refractive index region passes from the first slit to the third slit, respectively,
The sensor detects a reference interference pattern, which is an interference pattern caused by interference of light passing from the first slit to the third slit, at the reference position,
The operation processing unit,
Obtaining a first reference phase of the first frequency component in the reference interference pattern and a second reference phase of the second frequency component in the reference interference pattern based on the reference interference pattern,
A phase difference measuring device that determines the phase shift amount based on the first phase, the first reference phase, the second phase, and the second reference phase.
상기 제1 굴절률 영역의 투과율은 상기 제2 굴절률 영역의 투과율보다 낮고,
상기 연산 처리부는,
상기 기준 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여 기준 진폭 스펙트럼 및 기준 위상 스펙트럼을 구하고,
상기 기준 진폭 스펙트럼에 의거하여, 상기 제1 주파수 성분의 제1 주파수 및 상기 제2 주파수 성분의 제2 주파수를 구하며,
상기 기준 진폭 스펙트럼에 의거하여 구해진 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수와, 상기 기준 위상 스펙트럼에 의거하여, 상기 제1 기준 위상 및 상기 제2 기준 위상을 구하고,
상기 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여 위상 스펙트럼을 구하고,
상기 기준 진폭 스펙트럼에 의거하여 구해진 상기 제1 주파수 및 상기 제2 주파수와, 상기 위상 스펙트럼에 의거하여, 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 구하는, 위상차 측정 장치.In claim 6,
The transmittance of the first refractive index region is lower than the transmittance of the second refractive index region,
The operation processing unit,
Perform Fourier transform on the reference interference pattern to obtain a reference amplitude spectrum and a reference phase spectrum,
Based on the reference amplitude spectrum, the first frequency of the first frequency component and the second frequency of the second frequency component are obtained,
Obtaining the first reference phase and the second reference phase based on the first frequency and the second frequency obtained based on the reference amplitude spectrum and the reference phase spectrum,
Performing Fourier transform on the interference pattern to obtain a phase spectrum,
A phase difference measuring device, wherein the first frequency and the second frequency are determined based on the reference amplitude spectrum, and the first phase and the second phase are determined based on the phase spectrum.
상기 연산 처리부는,
상기 간섭 패턴에 대해서 푸리에 변환을 행하여 상기 제1 주파수 성분의 상기 제1 위상 및 상기 제2 주파수 성분의 상기 제2 위상을 구하는, 위상차 측정 장치.In claim 1 or claim 2,
The operation processing unit,
A phase difference measurement device that performs Fourier transform on the interference pattern to obtain the first phase of the first frequency component and the second phase of the second frequency component.
상기 연산 처리부는,
상기 제1 간격에 대응한 주파수 성분의 위상 변수, 상기 제2 주파수 성분의 위상 변수 및 상기 제3 간격에 대응한 주파수 성분의 위상 변수를 소정의 함수에 대입하여 산출 간섭 패턴을 산출하고, 상기 간섭 패턴과 상기 산출 간섭 패턴의 유사도를 산출하는 처리를, 상기 위상 변수를 변경하면서 행하고,
상기 간섭 패턴과 유사한 상기 산출 간섭 패턴의 산출에 이용된 상기 위상 변수에 의거하여 상기 제1 위상 및 상기 제2 위상을 구하는, 위상차 측정 장치.In claim 1 or claim 2,
The calculation processing unit,
Substituting the phase variable of the frequency component corresponding to the first interval, the phase variable of the second frequency component, and the phase variable of the frequency component corresponding to the third interval into a predetermined function to calculate a calculated interference pattern, and calculating the interference pattern. Processing for calculating the similarity between a pattern and the calculated interference pattern is performed while changing the phase variable,
A phase difference measurement device that determines the first phase and the second phase based on the phase variable used to calculate the calculated interference pattern similar to the interference pattern.
상기 측정 대상물에 광을 조사하는 공정과,
상기 제1 굴절률 영역 및 제1 슬릿을 통과한 광과, 상기 제2 굴절률 영역, 및, 상기 제1 슬릿과 제1 간격으로 이웃하는 제2 슬릿을 통과한 광과, 상기 제2 굴절률 영역, 및, 상기 제2 슬릿과 제2 간격으로 이웃하는 제3 슬릿을 통과한 광의 간섭에 의한 간섭 패턴을 검출하는 공정과,
상기 간섭 패턴 중의, 상기 제3 슬릿과 상기 제1 슬릿의 제3 간격 또는 상기 제1 간격에 대응한 제1 주파수 성분의 제1 위상, 및, 상기 제2 간격에 대응한 제2 주파수 성분의 제2 위상을, 상기 간섭 패턴에 의거하여 구하는 공정과,
상기 제1 위상 및 상기 제2 위상에 의거하여 상기 위상 시프트량을 구하는 공정
을 구비하는, 위상차 측정 방법.A phase difference measurement method for measuring a phase shift amount, which is the phase difference between light transmitted through the first refractive index region of a measurement object having a first refractive index region and a second refractive index region, and light transmitted through the second refractive index region,
A process of irradiating light to the measurement object,
Light passing through the first refractive index area and the first slit, the second refractive index area, and light passing through the second slit adjacent to the first slit at a first distance, the second refractive index area, and , a process of detecting an interference pattern caused by interference of light passing through a third slit adjacent to the second slit at a second distance;
In the interference pattern, a third interval between the third slit and the first slit or a first phase of a first frequency component corresponding to the first interval, and a second phase of a second frequency component corresponding to the second interval 2. A process of determining phase based on the interference pattern;
Step of calculating the phase shift amount based on the first phase and the second phase
A phase difference measurement method comprising:
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