本发明涉及一种测定相移掩模的相移量的相移量测定装置，尤其是涉及一种构造简单且温度稳定性优异的相移量测定装置。
背景技术：
现有的相移量测定装置在透明基板上形成移相器层的前后，使用马赫曾德耳干涉仪测定其透明基板的同一部位的透射光的相位差，在透明基板上形成移相器层的期间，在载置透明基板的干涉仪的样品台上替代载置虚拟透明基板，检测出透射其间的虚拟透明基板的光的相位变动，在测定透射透明基板上形成了移相器层之后的透明基板的光的相位时，通过干涉仪的一个光路的光路长度修正单元进行光路长度修正来抵消其相位变动量(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11－327119号公报
发明所要解决的问题
但是，在这种现有的相移量测定装置中，马赫曾德耳干涉仪将光路分离成两个，同时再次合成两条光路，构造复杂，因此，合并两条光路长度的调整作业困难，且因为分离的两条光路的光路长度长，所以存在缺乏温度稳定性的问题。
另外，通过包含掩模本体的厚度的所述两条光路的光路差也会产生干涉，因此，在每次更换掩模时，需要以不会产生由掩模本体的厚度的偏差引起的干涉的方式调节两条光路的光路长度。因此，考虑到量产品的掩模的厚度的偏差时并不实用。
技术实现要素：
因此，本发明应对这样的问题点，其目的在于，提供一种构造简单且温度稳定性优异的相移量测定装置。
用于解决问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种相移量测定装置，测定相移掩模的相移量，其中，在从光源至拍摄双重干涉图像的摄像装置的单一光路上，具备：衍射光栅，其衍射直线偏振光而生成多个衍射光；双楔棱镜，其生成所述相移掩模的图案的横向偏移双重图像，并且，使通过了所述相移掩模的图案部及移相器部的所述衍射光干涉；移动单元，其使所述双楔棱镜沿所述双重图像的生成方向滑动移动。
发明效果
根据本发明，与在分离成两个的光路上分别配置双楔棱镜的现有的构造不同，能够通过仅在单一光路上可移动地配置一个双楔棱镜的简单的构造实现共享干涉。因此，能够降低装置的制造成本。另外，干涉的两个光线的光路差因为在双楔棱镜内被确定，所以非常小。因此，温度稳定性优异，能够以高的精度测定相移量。进而，能够同时进行相移量的测定和移相器层的透射率的测定。
附图说明
图1是表示本发明的相移量测定装置的一实施方式的主视图。
图2是表示被测定用的相移掩模的说明图，(a)是俯视图，(b)是(a)的a－a线剖面向视图。
图3是表示衍射光栅的设计的说明图。
图4是表示干涉图像的亮度变化的曲线图。
图5是说明本发明的相移量测定装置进行的相移量的测定的说明图，(a)表示仅相移量的测定例，(b)表示相移量和透射率的测定例。
图6是说明代替衍射光栅使用的针孔板的俯视图。
符号说明
1…光源
2…摄像装置
4…第一λ/4板
6…带通滤波器
7…衍射光栅
11…nomarski棱镜(双楔棱镜)
12…第二λ/4板
15…样品掩模(相移掩模)
21…移动单元
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的实施方式进行详细说明。图1是表示本发明的相移量测定装置的一个实施方式的主视图。该相移量测定装置用于测定相移掩模的相移量，在从光源1至拍摄双重干涉图像的二维摄像装置2的单一光路上，从上游侧依次具备偏振片3、第一λ/4板4、聚光透镜5、带通滤波器6、衍射光栅7、照明透镜8、样品台9、物镜10、nomarski棱镜11、第二λ/4板12、检偏器13、成像透镜14。
上述偏振片3从光源1放射的随机光中取出直线偏振光，例如是取出与透射轴相同方向的偏振波的偏振板。或者，也可以是偏振分束器。其中，在这里对使用偏振板的情况进行说明。
在上述偏振片3的光行进方向下游配置有第一λ/4板4。该第一λ/4板4是用于对入射光的偏振面施加λ/4的相位差而将直线偏振光变成圆偏振光的状态的部件，是为了去除被测定用的相移掩模(下称“样品掩模”)15的透明基板的双折射而设置。此外，该第一λ/4板4及后叙的第二λ/4板12不是必要的构成元件，也可以没有。
在上述第一λ/4板4的光行进方向下游配置有聚光透镜5。该聚光透镜5是使从光源1放射的光源光成为平行光的透镜，使前焦点与将光源光向前方反射的图示省略的椭圆反射镜的第二焦点位置相一致地设置。
在上述聚光透镜5的光行进方向下游配置有带通滤波器6。该带通滤波器6选择性地透射特定波长的光，例如，可以是选择性地透射g线(436nm)、h线(405nm)及i线(365nm)的混合光的部件，也可以是仅透射从g线、h线及i线中选择的一种光线的部件，还可以是设置为可以切换透射上述各光线的滤波器的部件。
在上述带通滤波器6的光行进方向下游配置有衍射光栅7。该衍射光栅7衍射入射光并将其分离成多阶衍射光而射出，例如，具有将平行的多个狭缝等间隔地排列的构造。
在上述衍射光栅7的光行进方向下游配置有照明透镜8。该照明透镜8将从衍射光栅7射出的多阶衍射光聚光并对样品掩模15进行照射，使前焦点与光轴上的上述衍射光栅7的位置相一致地设置。
在上述照明透镜8的光行进方向下游设有样品台9。该样品台9如图2所示，在被覆于石英等透明基板16上的移相器层17上保持形成有例如矩形状的图案部18和移相器部19的样品掩模15的周缘部，在中央部形成开口部20使光能够从图1中的下方向上方通过。而且，保持于样品台9的样品掩模15的掩模表面(形成有移相器层17的面)与上述照明透镜8的后焦点一致。由此，射出上述衍射光栅7的多阶衍射光在样品掩模15的表面进行干涉。
该情况下，如果将用衍射光栅7进行了分离的光线的样品掩模15表面上的错位量(干涉条纹的间距)设为s1，将加强的衍射角设为θ，将照明透镜8的焦点距离设为f，将照明光的波长设为λ，将衍射光栅7的狭缝间距设为p时，则根据图3，错位量s1表示为
s1＝f×sinθ(1)。
此外，错位量s1通常按照样品掩模15的图案的排列间距来确定，但在图案的排列不恒定时，例如，只要确定为平均的值即可，是设计师设定的所期望的值。
另外，根据衍射光栅的方程式，衍射光栅7的狭缝间距p表示为
p×sinθ＝λ(2)。
因此，根据上述式(1)、(2)，衍射光栅7的狭缝间距p用
p＝f×λ/s1(3)表示。
在此，例如，当错位量s1＝2μm、f＝50mm、λ＝365nm时，根据式(3)，狭缝间距p为p＝9.125mm。另外，当错位量s1＝2μm、f＝50mm、λ＝436nm时，根据式(3)，狭缝间距p为p＝10.9mm。这样，即使将衍射光栅7的狭缝间距p以10mm左右的较粗的间距形成，也能够在样品掩模15的表面以约2μm间距产生对比度高的干涉条纹。
在上述样品台9的光行进方向下游，与样品掩模15对置地配置有物镜10。该物镜10将透射了样品掩模15的光线聚光于瞳位置，与后叙的成像透镜14协作，将样品掩模15的图案图像在摄像装置2的摄像面放大进行成像。
在上述物镜10的光行进方向下游配置有nomarski棱镜11。该nomarski棱镜11生成样品掩模15的图案的横向偏移双重图像，并且，使透射了样品掩模15的图案部18及移相器部19的衍射光(圆偏振光)干涉，是将两个具有双折射性的结晶通过错开结晶轴而贴合的双楔棱镜，使棱镜的焦点位置与物镜10的瞳位置一致地设置。
详细而言，nomarski棱镜11是将透射了样品掩模15的图案部18的圆偏振光和透射了移相器部19的圆偏振光集中的棱镜。该情况下，在透射了图案部18的圆偏振光和透射了移相器部19的圆偏振光之间，根据移相器部19的移相器层17的厚度或折射率的小大而产生相位差。因此，被集中的偏振光产生具有基于上述相位差的明暗对比度的干涉图像。
该情况下，nomarski棱镜11可以以遍及光射出端面的整个面形成均匀的干涉图像的方式相对于光轴向横向偏移双重图像的生成方向倾斜地配置。此外，通过nomarski棱镜11生成的双重图像的横向偏移量(错位量s2)根据基于nomarski棱镜11的两个偏振光的分离角和物镜的焦点距离求得。因此，nomarski棱镜11以上述分离角成为可获得期望的错位量s2的角度的方式制作。
更详细而言，nomarski棱镜11例如通过具备马达和滚珠丝杠而构成的移动单元21，在双重图像的生成方向上与nomarski棱镜11的光入射端面或光射出端面平行地可移动。因此，当通过移动单元21使nomarski棱镜11如上述移动时，nomarski棱镜11内的光路长度发生变化，在光射出端面上出现的干涉图像中产生正弦波状的相位调制。该情况下，相位调制量可以根据移动的nomarski棱镜11的位置信息求出。或者，如果使nomarski棱镜11以一定速度进行移动，则能够根据其移动时间求出。另外，相位调制的亮度值能够根据与在摄像装置2中成像的干涉图像对应的像素的亮度信息求出。
在上述nomarski棱镜11的光行进方向下游设有第二λ/4板12。该第二λ/4板12用于使圆偏振光恢复成直线偏振光，具有与第一λ/4板4相同的功能。
在上述第二λ/4板12的光行进方向下游设有检偏器13。该检偏器13用于取出特定的偏振波的直线偏振光，是偏振板或偏振分束器。其中，在此对使用偏振板的情况进行说明。该情况下，偏振板以透射轴与偏振片3的偏振板的透射轴正交的方式配置。由此，透射检偏器13的偏振板的直线偏振光的振动方向与透射偏振片3的直线偏振光的振动方向正交。
在上述检偏器13的光行进方向下游设有成像透镜14。该成像透镜14与物镜10协作而将样品掩模15的图案图像在摄像装置2的摄像面上放大成像，是聚光镜。该情况下，样品掩模15的图案图像在图像光透射nomarski棱镜11时，被分离成两个而横向位移，因此，在摄像装置2的摄像面上成像的图案图像成为横向位移的双重图像。此外，用于测量的光线为g线、h线或i线等紫外光，因此，摄像装置2使用紫外线照相机。
接着，对如上构成的相移量测定装置的动作进行说明。
在此，例如，作为样品掩模15，对使用在被覆于图2所示的石英等透明基板16上的半透明膜等移相器层17上形成有矩形状的图案部18和其外侧的移相器部19的相移掩模的情况进行说明。
从光源1放射的随机光的紫外线入射到偏振片3。然后，从偏振片3取出向特定方向振动的偏振波的直线偏振光。该直线偏振光通过下游的第一λ/4板4变为圆偏振光。
上述圆偏振光通过更下游的聚光透镜5形成平行光之后，通过带通滤波器6选择的波长的光线入射到衍射光栅7。
入射到衍射光栅7的圆偏振光通过多个狭缝分离成多阶衍射光并射出衍射光栅7后，通过照明透镜8聚光而从背面对样品掩模15进行照明。然后，上述多阶衍射光(圆偏振光)在样品掩模15的表面(形成移相器层17的面)进行干涉。该干涉光的一部分透射样品掩模15的图案部18，其他干涉光透射移相器部19。干涉条纹的间距(错位量s1)能够如图3所说明那样利用衍射光栅7的狭缝间距p、照明透镜8的焦点距离f、照明光的光线的波长λ及使用上述式(3)算出。
透射样品掩模15的图案部18及移相器部19的多阶衍射光分别聚光于物镜10的瞳位置之后，再次进行分散并入射于nomarski棱镜11。nomarski棱镜11具有将具有相互正交的振动面的两个偏振光集中成一个偏振光的作用。因此，分散并入射到nomarski棱镜11的各两个多阶衍射光(透射图案部18及移相器部19的多阶衍射光)分别通过nomarski棱镜11再次集中成一个偏振光(圆偏振光)并从nomarski棱镜11射出。这样，由于透射图案部18及移相器部19的多阶衍射光通过nomarski棱镜11集中成一个偏振光，从而在nomarski棱镜11的光射出端面产生多条干涉条纹。
通过nomarski棱镜11集中的多个多阶衍射光的圆偏振光通过第二λ/4板12还原成直线偏振光之后，入射到检偏器13。检偏器13以透射轴相对于偏振片3的透射轴正交的方式配置。因此，上述直线偏振光中，在与检偏器13的透射轴同一方向振动的偏振波的直线偏振光透射检偏器13，通过后端的成像透镜14，聚光在摄像装置2的摄像面上。
由此，在摄像装置2的摄像面上，在样品掩模15的图案像通过nomarski棱镜11的作用分离成横向位移的(例如，向图2中的x方向位移)两个图像(干涉图像)的状态下放大成像。另外，在各图像内，两个图像的相位差作为亮度变化出现。
在此，当驱动移动单元21而使nomarski棱镜11在双重图像的生成方向上滑动移动，使双重图像的干涉图像产生相位调制时，在两个干涉图像中出现图4所示的亮度变化。在同图中，l0表示相当于透明基板的位置的亮度变化，l1表示两个干涉图像的其中一个干涉图像位置的亮度变化，l2表示两个干涉图像的另一个干涉图像位置的亮度变化，分别通过振幅中点的值标准化表示。另外，在同图中，φ1表示亮度变化l1的相位，φ2表示亮度变化l2的相位。因此，样品掩模15的相移量δ能够通过计算两个干涉图像的相位差(φ2－φ1)，运算δ＝(φ2－φ1)/2而求出。该运算能够在摄像装置2内或另行设置的信号处理装置进行。此外，在图4中，各亮度变化的曲线图的振幅与透射率成比例。
以下，对样品掩模15的相移量的测定及移相器层17的透射率的测定方法进行详细说明。
例如，在透过错位量s2为w的nomarski棱镜11观察具有宽度w的矩形状的图案部18的样品掩模15时，在摄像装置2中，如图5(a)所示，通过nomarski棱镜11的作用，作为横向位移的双重图像出现。该情况下，同图中实线表示的图案图像22a的干涉图像与图4中的表示亮度变化l2的干涉图像对应，虚线所示的图案图像22b的干涉图像与表示亮度变化l1的干涉图像对应。因此，当使nomarski棱镜11在双重图像的生成方向移动的同时，取得与摄像装置2的各干涉图像对应的位置的像素的亮度信息时，可获得图4中的亮度变化l1、l2的正弦波形。
因此，样品掩模15的相移量δ能够通过计算亮度变化l1、l2的正弦波形的峰值间的相位差(φ2－φ1)，运算δ＝(φ2－φ1)/2而求出。该情况下，无法获得相当于图4所示的透明基板的位置的亮度变化l0。因此，无法测定移相器层17相对于透明基板的透射率。
若需测定样品掩模15的相移量及移相器层17的透射率双方时，则作为nomarski棱镜11，可以使用以错位量s2相对于图案部18的宽度w成为s2＜w(例如，s2＝w/2)方式制作的棱镜。当透过这样的nomarski棱镜11观察样品掩模15时，在摄像装置2中出现图5(b)所示的例如横向偏移量为w/2的双重图像。该情况下，图5(b)中的实线所示的图案图像22a的左半部分的干涉图像与图4中的表示亮度变化l2的干涉图像对应，图5(b)中实线所示的图案图像22a的右半部分的干涉图像(或虚线所示的图案图像22b的左半部分的干涉图像)与图4中的表示亮度变化l0的干涉图像对应，图5(b)中虚线所示的图案图像22b的右半部分的干涉图像与图4中的表示亮度变化l1的干涉图像对应。因此，当使nomarski棱镜11在双重图像的生成方向移动的同时取得与摄像装置2的各干涉图像对应的位置的像素的亮度信息时，可获得图4中的亮度变化l0、l1、l2的正弦波形。
因此，样品掩模15的相移量δ能够通过计算亮度变化l1、l2的正弦波形的峰值之间的相位差(φ2－φ1)，运算δ＝(φ2－φ1)/2而求出。另外，如上所述，由于各亮度变化的振幅与透射率成比例，因此通过比较各亮度变化的振幅，能够求出例如相对于透明基板的透射率的移相器层17的透射率。例如，当将亮度变化l0的振幅设为a0，将亮度变化l1、l2的振幅设为a1时，则相对透射率t能够通过计算t＝a1/a0求出。
此外，在上述实施方式中，对测定样品掩模15的图2中的x方向的相移量的情况进行了说明，但本发明不限定于此。例如，为了可以进行图2中的x、y两个方向的相移量的测定，可以具备使衍射光栅7和nomarski棱镜11一体地绕光轴旋转90度的旋转单元。或者，也可以将nomarski棱镜11分别配置在以光轴为中心错开了90度的位置，并且，使衍射光栅7旋转90度。或者，也可以使用图6所示的矩阵状地具备多个针孔23的针孔板24代替衍射光栅7。进一步，在上述实施方式中，也可以将样品台9构成为可旋转90度。