JP2005249734A - 測定装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パターン密度が小さい疎パターン部分においても、光学式の測定装置を用いて測定を行う。
【解決手段】 試料基板に照射する測定光を発振する光源と、測定光が入射する光学スポットに、前記試料基板を載置するステージとを備え光学式の測定装置により、試料基板上のパターンを測定する際に、ステージを、試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも測定光の照射により干渉光を得るために必要な数のパターンが、光学スポット内に含まれる角度に調節した状態で測定を行う。
【選択図】 図１

Description

この発明は測定装置及び測定方法に関する。更に具体的には、試料基板に形成されたパターンの測定を行うための測定装置及びこれを用いた測定方法に関するものである。

近年、半導体集積回路における多様化、多機能化に伴い、試料基板に形成されるパターンも多様化し、例えば、１のウェーハ上にも、パターンの密集した密パターン部分やパターンの少ない疎パターン部分など、様々な密度でパターンが形成され、また、様々な形状のパターンが形成される場合が多い。また、半導体装置の製造工程においては、このように、多様化する各パターンを測定し、各工程の制御や条件設定にフィードバックすることが望まれている。

また、パターンの微細化に対応するため、パターン形状を光学的に検査する光学式測定装置において、測定光の波長は、短波長化されている。また、測定光の短波長化に伴う焦点深度の浅化に伴い、焦点を自動決定できるよう、試料基板に入射する測定光の入射角度の調整についての技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−９０３１１号公報

ところで、このような光学式の測定装置においては、測定光を照射して、試料基板から得られる干渉光によりパターン像を取得して、パターンの測定を行う。従って、密パターン部分のパターンの測定は、従来の光学式測定装置において行うことができる。しかし、パターンとパターンとの間が離れている疎パターン部分に測定光を照射しても、試料基板からの反射光の干渉が起こらないため、干渉光を得ることができない場合がある。この場合には、従来の光学式の測定装置では、パターンの測定を行うことが困難である。

また、特に、測定光の短波長化が進むにつれて、その測定光の光学スポットは小さくなる。従って、疎パターン部分におけるパターンの測定は、より困難となる。しかし、パターンの多様化する半導体の製造工程においては、疎パターンについても、その幅等を測定し、プロファイルを作成する必要がある。

従って、この発明は、以上のような問題を解決し、パターンが密集していない疎パターンの部分においても、正確にパターン形状を測定できるように改良した測定装置及び測定方法を提供するものである。

この発明の測定装置は、試料基板に照射する測定光を発振する光源と、
前記測定光が入射する光学スポットに、前記試料基板を載置するステージと、
を備え、
前記ステージは、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも測定光の照射により干渉光を得るために必要な数のパターンが、前記光学スポット内に含まれる角度に調節する調節手段を含むものである。

あるいはまた、この発明の測定装置は、試料基板に照射する測定光を発振する光源と、
前記測定光の入射角度を偏向する偏向器と、
前記測定光が入射する光学スポットに、前記試料基板を載置するステージと、
を備え、
前記偏向器は、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも測定光の照射により干渉光を得るために必要な数のパターンが、前記光学スポット内に含まれる角度に、前記測定光を偏向し、前記試料基板に照射するものである。

また、この発明の測定方法は、試料基板に測定光を照射して、この測定光に対して前記試料基板から得られる干渉光により、前記試料基板のパターンを測定する測定方法であって、
前記試料基板を載置するステージの角度を、前記測定光が照射される範囲である光学スポット内に、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも前記干渉光を得るために必要な数のパターンが含まれる角度に調節して行うものである。

あるいはまた、この発明の測定方法は、試料基板に測定光を照射して、この測定光に対して前記試料基板から得られる干渉光により、前記試料基板のパターンを測定する測定方法であって、
前記測定光の照射する範囲である光学スポット内に、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも前記干渉光を得るために必要な数のパターンが含まれる角度に、前記測定光の入射角度を偏向し、前記試料基板に照射するものである。

この発明においては、測定の際、測定光が照射する光学スポット内に、測定光による試料基板からの干渉光を得るのに必要な数のパターンが含まれるように、試料基板の載置角度を調節し、あるいは、試料基板に入射する測定光の照射角度を調節して、パターンの測定を行う。従って、試料基板に形成されたパターンが比較的疎な部分であっても、パターンの測定方法を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態における測定装置１００を説明するための断面模式図である。
図１に示すように、測定装置１００には、レーザ２が備えられ、レーザ２から発振した測定光を反射する位置に、半透過反射鏡４が設けられている。半透過反射鏡４を反射した測定光が入射した位置に、対物レンズ６が設けられ、対物レンズ６を透過した光が入射する位置にポーラライザ８が設けられている。また、ポーラライザ８を透過した光が照射する位置にウェーハステージ１０が設けられている。

また、測定の際、ウェーハステージ１０に載置された試料基板から反射して得られた干渉光が入射する位置に、反射鏡１２がもうけられている。また、反射光１２を反射した干渉光が入射する位置に、検出器１４が設けられている。検出器１４は、解析手段１６に接続されている。

また、ウェーハステージ１０には、ウェーハステージ１０の角度を調節する調節手段１８が接続されている。また、ウェーハステージ１０上には、測定の際には、基板２０が載置され、基板２０に形成されたパターン２２の形状を測定することができる。なお、図１においては、簡略化のため、３つのパターン２２のみが記載されている。しかし、実際には、ここで測定するパターン２２は、基板２０上に、約１０μmのピッチで形成されたラインパターンである。

また、このように構成された測定装置１００において、パターン２２の測定を行う場合について説明する。
まず、レーザ２からは、測定光として、波長約３７５〜７５０nmのレーザ光が発振される。この測定光は、半透過反射鏡４において反射する。ここで反射した測定光は、対物レンズ６において集光、結像された後、ポーラライザ６においてＴＥ波に偏光される。ここで、ＴＥ波とは、磁場が光の進行方向に対して垂直成分しか持たないものであり、ここでは、基板２０上のラインパターン２２と同一方向に偏光された光である。

ここで偏光されたＴＥ波は、ウェーハステージ１０上の基板に入射する。ここで、一度に測定光が入射する領域である光学スポット２４の大きさは、約３０μm〜５０μm程度である。調節手段１８は、予め登録された検査対象となる基板２０のパターン２２設計データから、この光学スポット２４内に、少なくとも、２０本程度のラインパターンが入るように、ステージ角度を決定して調節する。

具体的に例えば、基板２０においては、約２００μm程度の領域に、ラインパターン２２が、約１０μm程度のピッチで、２０本配置されている。ここで、光学スポット２４のサイズが５０μm程度とすると、この光学スポット２４内に、２０本のラインパターン２２を入れるためには、ウェーハステージ１０は、水平方向に対して約７０度〜８０度程度に傾ける必要がある。

このようにして、調節手段１８により、基板２０を載置したウェーハステージ１０の角度が調節されて、この傾いたままの状態で、パターン幅の測定を行う。また、ウェーハの他の箇所の測定において、パターン密度が変化した場合には、その密度に合わせて、ウェーハステージ１０の角度を適宜変更して、測定を行う。

基板２０に照射されて反射した干渉光は、反射鏡１２に入射する。反射光１２により干渉光は反射し、その干渉光の強度変化が検出器１４により取得される。

次に、同様の手順により、同じ基板２０について、ＴＭ波を用いた場合の干渉光を検出する。具体的には、レーザ２から発射し、半透過反射鏡４、対物レンズ６を透過した光を、ポーラライザにより、偏光してＴＭ波とする。このＴＭ波を、基板２０に照射して、干渉光の強度変化を検出器１４により検出する。なお、ここで、ＴＭ波は、磁場が光の進行方向に対して垂直成分しか持たないものであり、この実施の形態においては、ラインパターン２２に対して垂直方向に偏光された光である。

次に、検出器１４により検出された、ＴＥ波、ＴＭ波のそれぞれに対する干渉光の強度変化から、解析手段１６により解析が行われ、基板２０に形成されたパターン像を得ることができる。このパターン像により、基板２０上のパターン２２のプロファイルや幅のデータを得ることができる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、光学スポット２４内に、干渉光を得るため必要な数のパターンが存在するように、ウェーハステージ１０の角度を調整する。これにより、パターンの密度が小さい、疎パターンについても、正確なパターンの測定を行うことができる。

なお、この実施の形態においては、基板２０には、２００μmの領域に、１０μmのピッチでパターン２２が形成され、これを、約５０μmの光学スポット２４に入るように、ウェーハステージ１０の角度を調節する場合について説明した。しかし、この発明においては、これに限るものではなく、他のパターンを、他の大きさの光学スポット２４に入れるように調節するものであってもよい。また、ラインパターンを測定する場合、光学スポット２４内に入るラインの本数は、２０本以上であることが好ましいが、しかし、この発明はこれに限るものではなく、干渉光を得られれば、２０本以下であってもよい。

また、実施の形態においては、ウェーハステージ１０の角度を７０〜８０度程度に傾ける場合について説明した。しかし、この発明は、必ずしもこれに限るものではなく、必要な数のパターンが、光学スポット２４内に存在するような角度であればよい。しかしながら、測定装置においては、疎パターンを確実に測定するため、ウェーハステージ１０を約４５度以上、好ましくは、約６０度以上に傾けることができるものが好ましい。

また、この実施の形態においては、ウェーハステージ１０の角度を変更することにより、光学スポット２４内に含まれるパターンの数を調節する場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、光の経路内に、偏向器を設けて、基板へ入射する光の入射光を偏向するものであってもよい。これによっても、光学スポット内に存在するパターンの数を調節することができる。

また、この発明において、測定装置の構造は、この実施の形態において説明した構造に限るものではない。この発明においては、測定装置は、光学スポット内に存在するパターンの数を調節できるよう、ウェーハステージ１０を動かし、あるいは、光の入射角度を偏向できるものであれば、他の構造のものであってもよい。

なお、例えば、実施の形態において、基板２０、レーザ２、ウェーハステージ８、調節手段１８は、それぞれ、この発明における「試料基板」、「光源」、「ステージ」、「調節手段」に該当する。

この発明の実施の形態における測定装置を説明するための模式図である。

符号の説明

１００ 測定装置
２ レーザ
４ 半透過反射鏡
６ 対物レンズ
８ ポーラライザ
１０ ウェーハステージ
１２ 反射鏡
１４ 検出器
１６ 解析手段
１８ 調節手段
２０ 基板
２２ パターン
２４ 光学スポット

Claims (7)

1. 試料基板に照射する測定光を発振する光源と、
   前記測定光が入射する光学スポットに、前記試料基板を載置するステージと、
   を備え、
   前記ステージは、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも測定光の照射により干渉光を得るために必要な数のパターンが、前記光学スポット内に含まれる角度に調節する調節手段を含むことを特徴とする測定装置。
2. 前記調節手段は、前記ステージの角度を、約４５度以上に調節できることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 試料基板に照射する測定光を発振する光源と、
   前記測定光の入射角度を偏向する偏向器と、
   前記測定光が入射する光学スポットに、前記試料基板を載置するステージと、
   を備え、
   前記偏向器は、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも測定光の照射により干渉光を得るために必要な数のパターンが、前記光学スポット内に含まれる角度に、前記測定光を偏向し、前記試料基板に照射することを特徴とする測定装置。
4. 試料基板に測定光を照射して、この測定光に対して前記試料基板から得られる干渉光により、前記試料基板のパターンを測定する測定方法であって、
   前記試料基板を載置するステージの角度を、前記測定光が照射される範囲である光学スポット内に、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも前記干渉光を得るために必要な数のパターンが含まれる角度に調節して行うことを特徴とする測定方法。
5. 試料基板に測定光を照射して、この測定光に対して前記試料基板から得られる干渉光により、前記試料基板のパターンを測定する測定方法であって、
   前記測定光の照射する範囲である光学スポット内に、前記試料基板に形成された複数のパターンのうち、少なくとも前記干渉光を得るために必要な数のパターンが含まれる角度に、前記測定光の入射角度を偏向し、前記試料基板に照射することを特徴とする測定方法。
6. 前記ステージの角度を、２以上の角度に変えて、前記２以上の角度の、それぞれの角度におけるパターンの測定結果を用いてパターンの測定を行う請求項４または５に記載の測定方法。
7. 前記ステージの角度を、パターン測定中に、変化させながら行うことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の測定方法。

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