JPH11211421A - 線幅測定装置及び方法 - Google Patents
線幅測定装置及び方法Info
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- JPH11211421A JPH11211421A JP10030600A JP3060098A JPH11211421A JP H11211421 A JPH11211421 A JP H11211421A JP 10030600 A JP10030600 A JP 10030600A JP 3060098 A JP3060098 A JP 3060098A JP H11211421 A JPH11211421 A JP H11211421A
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- pattern
- analyzer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】周期構造を持つ微細なラインアンドスペースパ
ターンの線幅を容易に測定することができる線幅測定装
置及び方法を提供する。 【解決手段】一定の方向Ｌに一定のピッチｄにて複数本
の線を配置したラインアンドスペースパターンＳの各々
の線の線幅ｅを測定する線幅測定装置において、パター
ンＳに偏光光Ｕ1を入射し、パターンＳからの反射光Ｕ2
の偏光状態を測定することによって、パターンＳで反射
する際に生じる偏光光Ｕ1の偏光状態の変化量を測定
し、偏光状態の変化量に基づいて、線幅ｅを測定するこ
とを特徴とする。
ターンの線幅を容易に測定することができる線幅測定装
置及び方法を提供する。 【解決手段】一定の方向Ｌに一定のピッチｄにて複数本
の線を配置したラインアンドスペースパターンＳの各々
の線の線幅ｅを測定する線幅測定装置において、パター
ンＳに偏光光Ｕ1を入射し、パターンＳからの反射光Ｕ2
の偏光状態を測定することによって、パターンＳで反射
する際に生じる偏光光Ｕ1の偏光状態の変化量を測定
し、偏光状態の変化量に基づいて、線幅ｅを測定するこ
とを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置な
どで焼き付けられる周期構造をもつレジスト像の線幅
や、レジスト像をマスクにしてエッチング法にて基板上
に形成される周期構造をもつエッチング像の線幅を、偏
光解析法により測定する線幅測定装置及び方法に関する
ものである。
どで焼き付けられる周期構造をもつレジスト像の線幅
や、レジスト像をマスクにしてエッチング法にて基板上
に形成される周期構造をもつエッチング像の線幅を、偏
光解析法により測定する線幅測定装置及び方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造プロセスにおいては、種々の
露光条件やエッチング条件で作成された膨大な数のサン
プルについて、レジスト像やエッチング像の線幅を計測
することにより、最適な露光条件やエッチング条件を定
めている。線幅を測定する手法としては、従来より、顕
微鏡画像を処理してレジスト像やエッチング像の線幅を
計測する方法や、レジスト像やエッチング像のエッジか
らの散乱光を利用して線幅を計測する方法などが用いら
れてきた。しかるに近年、光源の短波長化と光学系のＮ
Ａ（開口数）の増大に伴い、シリコンウエハ上に形成さ
れる微細パターンの線幅は年を追うごとに微細化してき
ている。この結果、線幅が０．２５μｍを切る最先端の
プロセス技術では、顕微鏡画像を処理して線幅を計測す
る方法や、エッジからの散乱光を利用して線幅を計測す
る方法では、最早用をなさなくなって来ている。そこで
電子顕微鏡を用いてレジスト像やエッチング像を観察し
て、その線幅を測定する手法が用いられつつある。
露光条件やエッチング条件で作成された膨大な数のサン
プルについて、レジスト像やエッチング像の線幅を計測
することにより、最適な露光条件やエッチング条件を定
めている。線幅を測定する手法としては、従来より、顕
微鏡画像を処理してレジスト像やエッチング像の線幅を
計測する方法や、レジスト像やエッチング像のエッジか
らの散乱光を利用して線幅を計測する方法などが用いら
れてきた。しかるに近年、光源の短波長化と光学系のＮ
Ａ（開口数）の増大に伴い、シリコンウエハ上に形成さ
れる微細パターンの線幅は年を追うごとに微細化してき
ている。この結果、線幅が０．２５μｍを切る最先端の
プロセス技術では、顕微鏡画像を処理して線幅を計測す
る方法や、エッジからの散乱光を利用して線幅を計測す
る方法では、最早用をなさなくなって来ている。そこで
電子顕微鏡を用いてレジスト像やエッチング像を観察し
て、その線幅を測定する手法が用いられつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子顕
微鏡による観察、測定では、試料を適当な大きさに切断
しなければならないこと、真空容器内に試料を装填しな
ければならないこと、などにより、時間と手間を要する
作業となっている。したがって試料の切断などを行うこ
となく非破壊で、且つ試料を真空容器などに装填するこ
となくそのままの状態で線幅を測定することができる手
法が確立されれば、フォトリソグラフィーやエッチング
などのための最適条件の決定に要する時間と手間が、大
幅に短縮されることになる。そこで本発明は、周期構造
を持つ微細なラインアンドスペースパターンの線幅を容
易に測定することができる線幅測定装置及び方法を提供
することを課題とする。
微鏡による観察、測定では、試料を適当な大きさに切断
しなければならないこと、真空容器内に試料を装填しな
ければならないこと、などにより、時間と手間を要する
作業となっている。したがって試料の切断などを行うこ
となく非破壊で、且つ試料を真空容器などに装填するこ
となくそのままの状態で線幅を測定することができる手
法が確立されれば、フォトリソグラフィーやエッチング
などのための最適条件の決定に要する時間と手間が、大
幅に短縮されることになる。そこで本発明は、周期構造
を持つ微細なラインアンドスペースパターンの線幅を容
易に測定することができる線幅測定装置及び方法を提供
することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、一定の方向
に一定のピッチにて複数本の線を配置したラインアンド
スペースパターンの前記各々の線の線幅を測定する線幅
測定装置において、前記パターンに偏光光を入射し、前
記パターンからの反射光の偏光状態を測定することによ
って、前記パターンで反射する際に生じる前記偏光光の
偏光状態の変化量を測定し、該偏光状態の変化量に基づ
いて、前記線幅を測定することを特徴とする線幅測定装
置である。本発明はまた、一定の方向に一定のピッチに
て複数本の線を配置したラインアンドスペースパターン
の前記各々の線の線幅を測定する線幅測定方法におい
て、前記パターンとして線幅の既知な較正用パターンを
用意し、該較正用パターンに偏光光を入射し、較正用パ
ターンからの反射光の偏光状態を測定することによっ
て、較正用パターンで反射する際に生じる前記偏光光の
偏光状態の変化量を測定し、該偏光状態の変化量と前記
線幅との関係を求める較正工程と、前記パターンとして
線幅の未知な測定用パターンを用意し、該測定用パター
ンに偏光光を入射し、測定用パターンからの反射光の偏
光状態を測定することによって、測定用パターンで反射
する際に生じる前記偏光光の偏光状態の変化量を測定
し、該偏光状態の変化量と前記関係とによって、前記未
知の線幅を求める測定工程と、を有することを特徴とす
る線幅測定方法である。
するためになされたものであり、すなわち、一定の方向
に一定のピッチにて複数本の線を配置したラインアンド
スペースパターンの前記各々の線の線幅を測定する線幅
測定装置において、前記パターンに偏光光を入射し、前
記パターンからの反射光の偏光状態を測定することによ
って、前記パターンで反射する際に生じる前記偏光光の
偏光状態の変化量を測定し、該偏光状態の変化量に基づ
いて、前記線幅を測定することを特徴とする線幅測定装
置である。本発明はまた、一定の方向に一定のピッチに
て複数本の線を配置したラインアンドスペースパターン
の前記各々の線の線幅を測定する線幅測定方法におい
て、前記パターンとして線幅の既知な較正用パターンを
用意し、該較正用パターンに偏光光を入射し、較正用パ
ターンからの反射光の偏光状態を測定することによっ
て、較正用パターンで反射する際に生じる前記偏光光の
偏光状態の変化量を測定し、該偏光状態の変化量と前記
線幅との関係を求める較正工程と、前記パターンとして
線幅の未知な測定用パターンを用意し、該測定用パター
ンに偏光光を入射し、測定用パターンからの反射光の偏
光状態を測定することによって、測定用パターンで反射
する際に生じる前記偏光光の偏光状態の変化量を測定
し、該偏光状態の変化量と前記関係とによって、前記未
知の線幅を求める測定工程と、を有することを特徴とす
る線幅測定方法である。
【０００５】以下に本発明の原理について説明する。ラ
インアンドスペースパターンＳ、すなわち周期性構造体
の断面図を図１に示す。同図において、 Ｕ1：パターンＳへの入射光 Ｕ2：パターンＳからの反射光 θ1：入射光の入射角 ｎ1：入射光側の媒質の屈折率 ｎc：パターンＳを構成する第１媒質Ｃの屈折率 ｎe：パターンＳを構成する第２媒質Ｅの屈折率 ｎ3：パターンＳの基板を構成する媒質の屈折率 ｄ：パターンＳの周期（ｄ≡ｃ＋ｅ） ｃ：第１媒質Ｃの幅 ｅ：第２媒質Ｅの幅 ｈ：第１媒質Ｃと第２媒質Ｅの高さ である。第１媒質Ｃと第２媒質Ｅは、例えば第１媒質が
レジストであり、第２媒質がレジストに形成された潜像
であっても良いし、また、第１媒質が空間、すなわち入
射光側の媒質と同じ媒質であり、第２媒質がレジストで
あっても良い。
インアンドスペースパターンＳ、すなわち周期性構造体
の断面図を図１に示す。同図において、 Ｕ1：パターンＳへの入射光 Ｕ2：パターンＳからの反射光 θ1：入射光の入射角 ｎ1：入射光側の媒質の屈折率 ｎc：パターンＳを構成する第１媒質Ｃの屈折率 ｎe：パターンＳを構成する第２媒質Ｅの屈折率 ｎ3：パターンＳの基板を構成する媒質の屈折率 ｄ：パターンＳの周期（ｄ≡ｃ＋ｅ） ｃ：第１媒質Ｃの幅 ｅ：第２媒質Ｅの幅 ｈ：第１媒質Ｃと第２媒質Ｅの高さ である。第１媒質Ｃと第２媒質Ｅは、例えば第１媒質が
レジストであり、第２媒質がレジストに形成された潜像
であっても良いし、また、第１媒質が空間、すなわち入
射光側の媒質と同じ媒質であり、第２媒質がレジストで
あっても良い。
【０００６】ここで入射光は、第１媒質又は第２媒質の
長手方向と直交する線直交平面（すなわち、回折光子の
格子面の法線と格子ベクトルＬとで作られる平面）Ｈに
対して平行に入射するものとする。図１では、線直交平
面Ｈは紙面と一致している。また、電場ベクトルが線直
交平面Ｈと垂直な偏光をｓ偏光と呼び、電場ベクトルが
線直交平面Ｈと平行な偏光をｐ偏光と呼ぶ。
長手方向と直交する線直交平面（すなわち、回折光子の
格子面の法線と格子ベクトルＬとで作られる平面）Ｈに
対して平行に入射するものとする。図１では、線直交平
面Ｈは紙面と一致している。また、電場ベクトルが線直
交平面Ｈと垂直な偏光をｓ偏光と呼び、電場ベクトルが
線直交平面Ｈと平行な偏光をｐ偏光と呼ぶ。
【０００７】図１に示すような屈折率の異なる２つ物質
Ｃ，Ｅが交互に並んだ周期性構造体は、複屈折性を有す
ることが古くから知られており、「構造性複屈折（form
birefringence）」と呼ばれている。特に格子周期ｄが
波長λに較べて格段に短い周期性構造体では、ｓ偏光、
ｐ偏光に対する等価屈折率Ｎo、Ｎeは各々次のように表
されることが知られている（M Born and E Wolf: Princ
iples of Optics,Pergamon Press,1959,702-705）。
Ｃ，Ｅが交互に並んだ周期性構造体は、複屈折性を有す
ることが古くから知られており、「構造性複屈折（form
birefringence）」と呼ばれている。特に格子周期ｄが
波長λに較べて格段に短い周期性構造体では、ｓ偏光、
ｐ偏光に対する等価屈折率Ｎo、Ｎeは各々次のように表
されることが知られている（M Born and E Wolf: Princ
iples of Optics,Pergamon Press,1959,702-705）。
【０００８】上記（１ａ）式と（１ｂ）式との比較より
明らかなように、２つの媒質の屈折率ｎc、ｎeのいかん
に拘わらず常に（Ｎe）2＜（Ｎo）2が成立するので、こ
の構造性複屈折体は負の一軸性光学結晶と等価になる。
構成物質によって違いはあるが、上記近似式が成立する
ためには、格子周期に対する光の波長の比λ／ｄが、 λ／ｄ＞４０ である必要があると言われている（C W Haggans et a
l.: J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-2225,1993）。波
長λに較べて格子周期ｄが充分に短いとは言えない周期
性構造体においても複屈折の現象は見られるが、最近ま
で定量的な解析は行なわれていなかった。しかるに最
近、波長に較べて格子周期が充分に短いとは言えない周
期性構造体における等価屈折率Ｎo、Ｎeを求める簡便な
方法（ＥＭＴ法）が確立された（R C MacPhedran et a
l.: Oct Acta,vol.26,No.3,289-312,1982; C W Haggans
et al.:J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-2225,199
3）。
明らかなように、２つの媒質の屈折率ｎc、ｎeのいかん
に拘わらず常に（Ｎe）2＜（Ｎo）2が成立するので、こ
の構造性複屈折体は負の一軸性光学結晶と等価になる。
構成物質によって違いはあるが、上記近似式が成立する
ためには、格子周期に対する光の波長の比λ／ｄが、 λ／ｄ＞４０ である必要があると言われている（C W Haggans et a
l.: J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-2225,1993）。波
長λに較べて格子周期ｄが充分に短いとは言えない周期
性構造体においても複屈折の現象は見られるが、最近ま
で定量的な解析は行なわれていなかった。しかるに最
近、波長に較べて格子周期が充分に短いとは言えない周
期性構造体における等価屈折率Ｎo、Ｎeを求める簡便な
方法（ＥＭＴ法）が確立された（R C MacPhedran et a
l.: Oct Acta,vol.26,No.3,289-312,1982; C W Haggans
et al.:J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-2225,199
3）。
【０００９】このＥＭＴ法によれば、ｓ偏光、ｐ偏光に
対する等価屈折率Ｎo、Ｎeは次式で与えられる。 但し、α0＝ｋ0ｓｉｎθ1 ｋ0＝２π／λ λ：入射側媒質中の光の波長 μs：ｓ偏光に対する格子内固有モードを決定する固有
値方程式の最大根 μP：ｐ偏光に対する格子内固有モードを決定する固有
値方程式の最大根 である。ｄ→０の極限において（２ａ）、（２ｂ）式は
（１ａ）、（１ｂ）式に一致することは当然であるが、
回折格子を構成する材料が誘電体である場合に限って言
えば、（２ａ）、（２ｂ）式は、格子周期ｄが波長λと
同程度までのかなり広い範囲でよい近似法であることが
分かっている。
対する等価屈折率Ｎo、Ｎeは次式で与えられる。 但し、α0＝ｋ0ｓｉｎθ1 ｋ0＝２π／λ λ：入射側媒質中の光の波長 μs：ｓ偏光に対する格子内固有モードを決定する固有
値方程式の最大根 μP：ｐ偏光に対する格子内固有モードを決定する固有
値方程式の最大根 である。ｄ→０の極限において（２ａ）、（２ｂ）式は
（１ａ）、（１ｂ）式に一致することは当然であるが、
回折格子を構成する材料が誘電体である場合に限って言
えば、（２ａ）、（２ｂ）式は、格子周期ｄが波長λと
同程度までのかなり広い範囲でよい近似法であることが
分かっている。
【００１０】図２に、ＥＭＴ法に基づいて計算した等価
屈折率差曲線（等価屈折率差Ｎo−Ｎeと、第２媒質Ｅの
デューティー比ｅ／ｄとの関係を表した曲線）を、種々
の波長λに対して計算した結果を示す。計算に用いた回
折格子の屈折率は、 ｎc＝１．０、ｎe＝１．５、θ1＝０° としている。図から明らかなように、第２媒質のデュー
ティー比ｅ／ｄが小さいときには、屈折率差Ｎo−Ｎeは
極くわずかであるが、デューティー比ｅ／ｄが増すに従
って屈折率差Ｎo−Ｎeは増加する。そしてλ＞３ｄ程度
の場合には、ｅ／ｄ＝０．５〜０．６で極大に達する。
その後デューティー比ｅ／ｄが増すに従って屈折率差Ｎ
o−Ｎeは減少を始め、第２媒質が格子全体を覆い尽くす
ようになると屈折率差は再び０に近づく。図ではλ＞５
ｄの場合については図示していないが、λ＞５ｄのとき
には、λ＝５ｄの場合と殆ど同じであり、すなわちλ＝
５ｄ程度で飽和する。逆に波長λが短くなると、等価屈
折率差Ｎo−Ｎeが最大になる位置が図中左側（第２媒質
のデューティー比ｅ／ｄが少ない側）に移動し、且つわ
ずかではあるが屈折率差Ｎo−Ｎeが大きくなっていく。
等価屈折率差曲線のこのような波長依存性を利用するこ
とにより、第２媒質のデューティー比ｅ／ｄを精度良く
知ることができる。そして一般に格子の周期ｄは既知で
あるから、こうして線幅ｅを精度良く測定できることと
なる。
屈折率差曲線（等価屈折率差Ｎo−Ｎeと、第２媒質Ｅの
デューティー比ｅ／ｄとの関係を表した曲線）を、種々
の波長λに対して計算した結果を示す。計算に用いた回
折格子の屈折率は、 ｎc＝１．０、ｎe＝１．５、θ1＝０° としている。図から明らかなように、第２媒質のデュー
ティー比ｅ／ｄが小さいときには、屈折率差Ｎo−Ｎeは
極くわずかであるが、デューティー比ｅ／ｄが増すに従
って屈折率差Ｎo−Ｎeは増加する。そしてλ＞３ｄ程度
の場合には、ｅ／ｄ＝０．５〜０．６で極大に達する。
その後デューティー比ｅ／ｄが増すに従って屈折率差Ｎ
o−Ｎeは減少を始め、第２媒質が格子全体を覆い尽くす
ようになると屈折率差は再び０に近づく。図ではλ＞５
ｄの場合については図示していないが、λ＞５ｄのとき
には、λ＝５ｄの場合と殆ど同じであり、すなわちλ＝
５ｄ程度で飽和する。逆に波長λが短くなると、等価屈
折率差Ｎo−Ｎeが最大になる位置が図中左側（第２媒質
のデューティー比ｅ／ｄが少ない側）に移動し、且つわ
ずかではあるが屈折率差Ｎo−Ｎeが大きくなっていく。
等価屈折率差曲線のこのような波長依存性を利用するこ
とにより、第２媒質のデューティー比ｅ／ｄを精度良く
知ることができる。そして一般に格子の周期ｄは既知で
あるから、こうして線幅ｅを精度良く測定できることと
なる。
【００１１】さて、被測定物となるラインアンドスペー
スパターンＳは、ｓ偏光に対する等価屈折率がＮoであ
り、ｐ偏光に対する等価屈折率がＮeである一軸性光学
結晶と等価である。したがって反射係数ｒs、ｒPは、ｓ
偏光の場合には屈折率がＮoである薄膜の反射係数と同
じになり、ｐ偏光の場合には屈折率がＮeである薄膜の
反射係数と同じになる。図３に、薄膜の反射係数を求め
るための諸量の定義を示す。同図に示すように、 ｎ2：薄膜の屈折率 θ2：薄膜内を通過する光線の角度 θ3：薄膜から射出する光線の角度 とする。その他のｎ1、ｎ3、θ1、ｈの意味は、図１の
ときと同じである。
スパターンＳは、ｓ偏光に対する等価屈折率がＮoであ
り、ｐ偏光に対する等価屈折率がＮeである一軸性光学
結晶と等価である。したがって反射係数ｒs、ｒPは、ｓ
偏光の場合には屈折率がＮoである薄膜の反射係数と同
じになり、ｐ偏光の場合には屈折率がＮeである薄膜の
反射係数と同じになる。図３に、薄膜の反射係数を求め
るための諸量の定義を示す。同図に示すように、 ｎ2：薄膜の屈折率 θ2：薄膜内を通過する光線の角度 θ3：薄膜から射出する光線の角度 とする。その他のｎ1、ｎ3、θ1、ｈの意味は、図１の
ときと同じである。
【００１２】以上のように定義すると、ｓ偏光の場合に
は、図３における薄膜の屈折率ｎ2を等価屈折率Ｎoに等
しいと置いて、反射係数ｒsは次のように表される（M B
ornand E Wolf: Principles of Optics,Pergamon Pres
s,1959,60-65）。 但し、 である。
は、図３における薄膜の屈折率ｎ2を等価屈折率Ｎoに等
しいと置いて、反射係数ｒsは次のように表される（M B
ornand E Wolf: Principles of Optics,Pergamon Pres
s,1959,60-65）。 但し、 である。
【００１３】ｐ偏光の場合には、図３における薄膜の屈
折率ｎ2を等価屈折率Ｎeに等しいと置いて、反射係数ｒ
Pは次のように表される。 但し、 である。
折率ｎ2を等価屈折率Ｎeに等しいと置いて、反射係数ｒ
Pは次のように表される。 但し、 である。
【００１４】以上のように、ラインアンドスペースパタ
ーンＳの第２媒質Ｅのデューティー比ｅ／ｄが変化する
と、パターンＳの等価屈折率Ｎo、Ｎeが変化し、この結
果パターンＳの反射係数ｒs、ｒPが変化することとな
る。すなわち、反射係数ｒs、ｒPは、等価屈折率Ｎo、
Ｎeを通じて線幅のデューティー比ｅ／ｄの影響を受け
ることとなる。そして反射係数ｒs、ｒPが変化すると、
ラインアンドスペースパターンＳでの反射に際して付与
される偏光状態の変化量が変化する。したがって入射光
と反射光の偏光状態を知ることにより、パターンＳで反
射する際に生じる偏光光の偏光状態の変化量を知ること
ができ、この変化量から、デューティー比ｅ／ｄを知る
ことができる。
ーンＳの第２媒質Ｅのデューティー比ｅ／ｄが変化する
と、パターンＳの等価屈折率Ｎo、Ｎeが変化し、この結
果パターンＳの反射係数ｒs、ｒPが変化することとな
る。すなわち、反射係数ｒs、ｒPは、等価屈折率Ｎo、
Ｎeを通じて線幅のデューティー比ｅ／ｄの影響を受け
ることとなる。そして反射係数ｒs、ｒPが変化すると、
ラインアンドスペースパターンＳでの反射に際して付与
される偏光状態の変化量が変化する。したがって入射光
と反射光の偏光状態を知ることにより、パターンＳで反
射する際に生じる偏光光の偏光状態の変化量を知ること
ができ、この変化量から、デューティー比ｅ／ｄを知る
ことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
図４と図５は本発明による線幅測定装置の第１実施例を
示す。図４に示す態様では、入射光Ｕ1の入射角θ1をθ
1＝０としており、したがって入射光Ｕ1と反射光Ｕ2と
を分離するために、ビームスプリッタＢを用いている。
これに対して図５に示す態様では、入射光Ｕ1の入射角
θ1をθ1≠０としており、したがってビームスプリッタ
Ｂが用いられていない。その他の内容は両態様で同じで
ある。光源Ｋからの光は、偏光子Ｐを透過してラインア
ンドスペースパターンＳに入射している。光源Ｋとして
は、パターンＳのピッチｄと同程度、又はピッチｄより
も若干長い波長λを発するものを用いており、したがっ
てこのパターンＳは、０次以外の回折光が発生しない
「０次回折格子」となっている。また、パターンＳに入
射する光束の方向は、パターンＳの各線と直交する線直
交平面Ｈ（紙面と平行な平面）と平行な方向となってい
る。また、偏光子Ｐの透過軸Ｐｘの方位は、図６（ａ）
に示すように、線直交平面Ｈに対して４５°の方向に設
定されており、したがってパターンＳへの入射光Ｕ
1は、図６（ｂ）に示すように、ｓ成分とｐ成分の複素
振幅の等しい直線偏光となっている。以降、ｓ−ｐ平面
内での角度は、ｓ方向を基準とすることとする。
図４と図５は本発明による線幅測定装置の第１実施例を
示す。図４に示す態様では、入射光Ｕ1の入射角θ1をθ
1＝０としており、したがって入射光Ｕ1と反射光Ｕ2と
を分離するために、ビームスプリッタＢを用いている。
これに対して図５に示す態様では、入射光Ｕ1の入射角
θ1をθ1≠０としており、したがってビームスプリッタ
Ｂが用いられていない。その他の内容は両態様で同じで
ある。光源Ｋからの光は、偏光子Ｐを透過してラインア
ンドスペースパターンＳに入射している。光源Ｋとして
は、パターンＳのピッチｄと同程度、又はピッチｄより
も若干長い波長λを発するものを用いており、したがっ
てこのパターンＳは、０次以外の回折光が発生しない
「０次回折格子」となっている。また、パターンＳに入
射する光束の方向は、パターンＳの各線と直交する線直
交平面Ｈ（紙面と平行な平面）と平行な方向となってい
る。また、偏光子Ｐの透過軸Ｐｘの方位は、図６（ａ）
に示すように、線直交平面Ｈに対して４５°の方向に設
定されており、したがってパターンＳへの入射光Ｕ
1は、図６（ｂ）に示すように、ｓ成分とｐ成分の複素
振幅の等しい直線偏光となっている。以降、ｓ−ｐ平面
内での角度は、ｓ方向を基準とすることとする。
【００１６】ラインアンドスペースパターンＳからの反
射光Ｕ2は、光軸周りに回転自在に配置された１／４波
長板Ｑと、同じく光軸周りに回転自在に配置された検光
子Ａとをその順に透過した後に、光検出器Ｄに入射して
いる。パターンＳより反射された０次回折光は、図６
（ｃ）に示すように、一般的には楕円偏光となるが、そ
の主軸方位Ψと楕円率ｔａｎχは、次のようにして求め
られる。すなわち、１／４波長板Ｑと検光子Ａとを回転
させながら光検出器Ｄの出力を測定し、光検出器Ｄの出
力が０となる消光状態を実現し、このときの１／４波長
板の中性軸Ｑｘの回転角Ψと検光子の透過軸Ａｘの回転
角Ψ＋χ±π／２より、反射光の主軸方位Ψと楕円率ｔ
ａｎχが求められる。この反射光の主軸方位Ψと楕円率
ｔａｎχは、パターンＳの第２媒質Ｅのデューティー比
ｅ／ｄに応じて変化するから、反射光の主軸方位と楕円
率を求めることによって、第２媒質のデューティー比ｅ
／ｄが計算されることとなる。以下、定量化のために、
偏光状態をジョーンズベクトルを用いて表現することと
する。
射光Ｕ2は、光軸周りに回転自在に配置された１／４波
長板Ｑと、同じく光軸周りに回転自在に配置された検光
子Ａとをその順に透過した後に、光検出器Ｄに入射して
いる。パターンＳより反射された０次回折光は、図６
（ｃ）に示すように、一般的には楕円偏光となるが、そ
の主軸方位Ψと楕円率ｔａｎχは、次のようにして求め
られる。すなわち、１／４波長板Ｑと検光子Ａとを回転
させながら光検出器Ｄの出力を測定し、光検出器Ｄの出
力が０となる消光状態を実現し、このときの１／４波長
板の中性軸Ｑｘの回転角Ψと検光子の透過軸Ａｘの回転
角Ψ＋χ±π／２より、反射光の主軸方位Ψと楕円率ｔ
ａｎχが求められる。この反射光の主軸方位Ψと楕円率
ｔａｎχは、パターンＳの第２媒質Ｅのデューティー比
ｅ／ｄに応じて変化するから、反射光の主軸方位と楕円
率を求めることによって、第２媒質のデューティー比ｅ
／ｄが計算されることとなる。以下、定量化のために、
偏光状態をジョーンズベクトルを用いて表現することと
する。
【００１７】ラインアンドスペースパターンＳに入射す
る入射光Ｕ1は、電場ベクトルが線直交平面Ｈに対して
４５°傾いた直線偏光であるが、これは、ジョーンズベ
クトルを用いて式（５）のように表される。 また、パターンＳの偏光特性は、ジョーンズ行列を用い
て式（６）のように表される。 但し、ｒs：ｓ偏光に対するラインアンドスペースパタ
ーンＳの反射係数 ｒP：ｐ偏光に対するラインアンドスペースパターンＳ
の反射係数 である。
る入射光Ｕ1は、電場ベクトルが線直交平面Ｈに対して
４５°傾いた直線偏光であるが、これは、ジョーンズベ
クトルを用いて式（５）のように表される。 また、パターンＳの偏光特性は、ジョーンズ行列を用い
て式（６）のように表される。 但し、ｒs：ｓ偏光に対するラインアンドスペースパタ
ーンＳの反射係数 ｒP：ｐ偏光に対するラインアンドスペースパターンＳ
の反射係数 である。
【００１８】（５）、（６）式より、ラインアンドスペ
ースパターンＳから反射された光の偏光状態Ｕ2は式
（７）のようになる。 但し、δs：基準状態に対するｓ偏光の位相 δp：基準状態に対するｐ偏光の位相 である。
ースパターンＳから反射された光の偏光状態Ｕ2は式
（７）のようになる。 但し、δs：基準状態に対するｓ偏光の位相 δp：基準状態に対するｐ偏光の位相 である。
【００１９】この反射光の偏光状態は、図６（ｃ）に示
すように、一般には楕円偏光であり、その主軸の方位Ψ
と、楕円の長軸と短軸の比ｔａｎχは、各々次式より求
められる（M Born and E Wolf: Principles of Optics,
Pergamon Press,1959,24-27）。 但し、 である。
すように、一般には楕円偏光であり、その主軸の方位Ψ
と、楕円の長軸と短軸の比ｔａｎχは、各々次式より求
められる（M Born and E Wolf: Principles of Optics,
Pergamon Press,1959,24-27）。 但し、 である。
【００２０】この楕円の主軸方向ΨにＸ軸を一致させた
Ｘ−Ｙ座標系で偏光状態を表すこととすれば、反射光の
偏光状態Ｕ2は（８）式のように表される。 但し、 である。
Ｘ−Ｙ座標系で偏光状態を表すこととすれば、反射光の
偏光状態Ｕ2は（８）式のように表される。 但し、 である。
【００２１】他方、図６（ｄ）に示すように、進相軸Ｑ
ｘをＸ軸（すなわち主軸方位Ψ）に合わせた１／４波長
板Ｑのジョーンズ行列は、Ｘ−Ｙ座標系で（９）式のよ
うに表される。 したがって図６（ｅ）に示すように、１／４波長板Ｑを
通過後の光Ｕ3の偏光状態は、（８）、（９）式を用い
て（１０）式のように表される。
ｘをＸ軸（すなわち主軸方位Ψ）に合わせた１／４波長
板Ｑのジョーンズ行列は、Ｘ−Ｙ座標系で（９）式のよ
うに表される。 したがって図６（ｅ）に示すように、１／４波長板Ｑを
通過後の光Ｕ3の偏光状態は、（８）、（９）式を用い
て（１０）式のように表される。
【００２２】これはＸ−Ｙ座標系において、χ＝ｔａｎ
-1（ｂ／ａ）方向に振動する直線偏光であることを意味
している。したがって図６（ｆ）に示すように、検光子
Ａの透過軸Ａｘの方位をΨ＋χ±π／２に設定すれば、
検光子Ａを通過する光量は０となり、消光状態が実現で
きる。消光状態を実現するために回転すべき１／４波長
板Ｑと検光子Ａの回転角より、それぞれ楕円偏光の主軸
の方位Ψと楕円率ｔａｎχとを知ることができ、すなわ
ち反射光の偏光状態Ｕ2を知ることができる。他方、入
射光の偏光状態Ｕ1は既知であるから、両偏光状態Ｕ1，
Ｕ2から、ラインアンドスペースパターンＳの偏光特性
を知ることができ、すなわちパターンＳの反射係数
ｒs、ｒPを知ることができ、この結果、パターンＳの第
２媒質のデューティー比ｅ／ｄが求められることとな
る。
-1（ｂ／ａ）方向に振動する直線偏光であることを意味
している。したがって図６（ｆ）に示すように、検光子
Ａの透過軸Ａｘの方位をΨ＋χ±π／２に設定すれば、
検光子Ａを通過する光量は０となり、消光状態が実現で
きる。消光状態を実現するために回転すべき１／４波長
板Ｑと検光子Ａの回転角より、それぞれ楕円偏光の主軸
の方位Ψと楕円率ｔａｎχとを知ることができ、すなわ
ち反射光の偏光状態Ｕ2を知ることができる。他方、入
射光の偏光状態Ｕ1は既知であるから、両偏光状態Ｕ1，
Ｕ2から、ラインアンドスペースパターンＳの偏光特性
を知ることができ、すなわちパターンＳの反射係数
ｒs、ｒPを知ることができ、この結果、パターンＳの第
２媒質のデューティー比ｅ／ｄが求められることとな
る。
【００２３】図７に、さまざまなデューティー比ｅ／ｄ
に対して、Ψとχを計算した結果を示す。計算条件は、 λ＝２ｄ、ｈ＝０．１ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。曲線の右端の白丸がｅ／ｄ＝２％に対応
し、左端の白丸がｅ／ｄ＝９８％に対応し、連続する白
丸は２％キザミとなっている。
に対して、Ψとχを計算した結果を示す。計算条件は、 λ＝２ｄ、ｈ＝０．１ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。曲線の右端の白丸がｅ／ｄ＝２％に対応
し、左端の白丸がｅ／ｄ＝９８％に対応し、連続する白
丸は２％キザミとなっている。
【００２４】線幅測定おいては、まず最初に図７に示す
ようなΨとχとデューティー比ｅ／ｄとの間の関係を表
す検量線を作成する。回折格子の断面形状が単純な場合
には、ここで述べたＥＭＴ法を用いて検量線を作成する
ことができる。しかし、より複雑な断面形状をもつ場合
には、既に線幅の分かっっているサンプルを用いて、図
４又は図５に示す偏光解析装置で実験的に検量線を作成
してもよい。しかる後に、線幅が未知のサンプルに対し
て図４又は図５に示す偏光解析装置を用いて、消光状態
における１／４波長板の中性軸（進相軸又は遅相軸）の
回転角Ψと、検光子の透過軸の回転角Ψ＋χ±π／２を
測定する。最後に、線幅が未知のサンプルに対する測定
値Ψ、χより、既に作成した検量線を用いてデューティ
ー比ｅ／ｄを求める。一般に格子のピッチｄは既知であ
るから、こうして線幅ｅを求めることができる。なお、
検量線は数値の形で保管してもよいし、数式の形で保管
してもよい。
ようなΨとχとデューティー比ｅ／ｄとの間の関係を表
す検量線を作成する。回折格子の断面形状が単純な場合
には、ここで述べたＥＭＴ法を用いて検量線を作成する
ことができる。しかし、より複雑な断面形状をもつ場合
には、既に線幅の分かっっているサンプルを用いて、図
４又は図５に示す偏光解析装置で実験的に検量線を作成
してもよい。しかる後に、線幅が未知のサンプルに対し
て図４又は図５に示す偏光解析装置を用いて、消光状態
における１／４波長板の中性軸（進相軸又は遅相軸）の
回転角Ψと、検光子の透過軸の回転角Ψ＋χ±π／２を
測定する。最後に、線幅が未知のサンプルに対する測定
値Ψ、χより、既に作成した検量線を用いてデューティ
ー比ｅ／ｄを求める。一般に格子のピッチｄは既知であ
るから、こうして線幅ｅを求めることができる。なお、
検量線は数値の形で保管してもよいし、数式の形で保管
してもよい。
【００２５】図７より明らかなように、Ψとχは、デュ
ーティー比ｅ／ｄを知るためにはリダンダントとなって
いる。したがってΨとχとの両方を知れば、デューティ
ー比ｅ／ｄの測定精度は当然に上昇するものの、Ψとχ
のどちらか一方だけからデューティー比ｅ／ｄを求める
こともできる。図８に、１／４波長板Ｑの回転角Ψから
デューティー比ｅ／ｄを求めるための検量線を示す。計
算条件は、図７の場合と同じである。なお、Ψとｅ／ｄ
との関係をプロットした図８の検量線では、同一のΨに
対して２つのｅ／ｄが存在する場合があり、したがって
検量線の極大値、又は極小値付近でｅ／ｄの精度が低下
する。これに対してχとｅ／ｄとの関係をプロットした
検量線を用いれば、図７より明らかなように、同一のχ
に対して２つのｅ／ｄが存在することはなくなる。なお
明らかに、検量線の勾配が最も急な場所に、想定される
ｅ／ｄの値が来るような検量線を用いることが好まし
い。
ーティー比ｅ／ｄを知るためにはリダンダントとなって
いる。したがってΨとχとの両方を知れば、デューティ
ー比ｅ／ｄの測定精度は当然に上昇するものの、Ψとχ
のどちらか一方だけからデューティー比ｅ／ｄを求める
こともできる。図８に、１／４波長板Ｑの回転角Ψから
デューティー比ｅ／ｄを求めるための検量線を示す。計
算条件は、図７の場合と同じである。なお、Ψとｅ／ｄ
との関係をプロットした図８の検量線では、同一のΨに
対して２つのｅ／ｄが存在する場合があり、したがって
検量線の極大値、又は極小値付近でｅ／ｄの精度が低下
する。これに対してχとｅ／ｄとの関係をプロットした
検量線を用いれば、図７より明らかなように、同一のχ
に対して２つのｅ／ｄが存在することはなくなる。なお
明らかに、検量線の勾配が最も急な場所に、想定される
ｅ／ｄの値が来るような検量線を用いることが好まし
い。
【００２６】また、Ψとχは、デューティー比ｅ／ｄを
知るためにはリダンダントであるから、例えば検量線と
して、Ψ＋χ、すなわち、検光子の透過軸と直交する方
向（消光軸）の方位と、デューティー比ｅ／ｄとの関係
を表したものを用いることもできる。図９に、Ψ＋χか
らデューティー比ｅ／ｄを求めるための検量線を示す。
計算条件は、 λ＝４ｄ、ｈ＝０．１ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。図８又は図９に示す検量線を用いる場合
も、線幅が既知のサンプルを用いて検量線を作成し、そ
の検量線を用いて測定しようとするラインアンドスペー
スパターンの線幅を測定することが好ましい。
知るためにはリダンダントであるから、例えば検量線と
して、Ψ＋χ、すなわち、検光子の透過軸と直交する方
向（消光軸）の方位と、デューティー比ｅ／ｄとの関係
を表したものを用いることもできる。図９に、Ψ＋χか
らデューティー比ｅ／ｄを求めるための検量線を示す。
計算条件は、 λ＝４ｄ、ｈ＝０．１ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。図８又は図９に示す検量線を用いる場合
も、線幅が既知のサンプルを用いて検量線を作成し、そ
の検量線を用いて測定しようとするラインアンドスペー
スパターンの線幅を測定することが好ましい。
【００２７】次に第２実施例について説明する。楕円偏
光の偏光状態は、（楕円偏光の回転方向を除いて）２つ
のパラメータΨ，χで決定される。上記第１実施例で
は、１／４波長板Ｑと検光子Ａとを共に光軸周りに回転
自在に配置して消光状態を実現することにより、上記２
つのパラメータΨ，χを双方とも求め得る構成とした。
しかし既述のごとく、デューティー比ｅ／ｄを知るため
には、２つのパラメータΨ，χを共に知る必要はなく、
楕円偏光の偏光状態を決定する何らか１つのパラメータ
さえ分かれば良い。そこでこの第２実施例では、１／４
波長板Ｑを適切な角度（一般的にはデューティー比がｅ
／ｄ＝０．５で消光状態が達成される角度）に固定し、
検光子Ａのみが回転する構成としている。すなわち１／
４波長板Ｑが固定されている点を除いて、図４又は図５
と同じであるから、この第２実施例の図示は省略する。
そして検光子Ａを回転させ、透過光量（すなわち検出器
Ｄの出力）が最大（あるいは最小）となる検光子Ａの回
転角度より、デューティー比ｅ／ｄを求める。図１０に
は、さまざまなｅ／ｄに対して、透過光量が最大となる
検光子の回転角Θを計算した結果を示す。計算条件は、 λ＝２ｄ（図１０（ａ））、λ＝３ｄ（図１０（ｂ）） ｈ＝０．１ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。
光の偏光状態は、（楕円偏光の回転方向を除いて）２つ
のパラメータΨ，χで決定される。上記第１実施例で
は、１／４波長板Ｑと検光子Ａとを共に光軸周りに回転
自在に配置して消光状態を実現することにより、上記２
つのパラメータΨ，χを双方とも求め得る構成とした。
しかし既述のごとく、デューティー比ｅ／ｄを知るため
には、２つのパラメータΨ，χを共に知る必要はなく、
楕円偏光の偏光状態を決定する何らか１つのパラメータ
さえ分かれば良い。そこでこの第２実施例では、１／４
波長板Ｑを適切な角度（一般的にはデューティー比がｅ
／ｄ＝０．５で消光状態が達成される角度）に固定し、
検光子Ａのみが回転する構成としている。すなわち１／
４波長板Ｑが固定されている点を除いて、図４又は図５
と同じであるから、この第２実施例の図示は省略する。
そして検光子Ａを回転させ、透過光量（すなわち検出器
Ｄの出力）が最大（あるいは最小）となる検光子Ａの回
転角度より、デューティー比ｅ／ｄを求める。図１０に
は、さまざまなｅ／ｄに対して、透過光量が最大となる
検光子の回転角Θを計算した結果を示す。計算条件は、 λ＝２ｄ（図１０（ａ））、λ＝３ｄ（図１０（ｂ）） ｈ＝０．１ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。
【００２８】次に第３実施例について説明する。この第
３実施例では、検光子Ａを適切な角度（一般的にはデュ
ーティー比がｅ／ｄ＝０．５で消光状態が達成される角
度）に固定し、１／４波長板Ｑのみが回転する構成とし
ている。すなわち検光子Ａが固定されている点を除い
て、図４又は図５と同じであるから、この第３実施例の
図示は省略する。そして１／４波長板Ｑを回転させ、透
過光量（すなわち検出器Ｄの出力）が最大（あるいは最
小）となる１／４波長板Ｑの回転角度より、デューティ
ー比ｅ／ｄを求める。なお、別の実施例として、１／４
波長板Ｑと検光子Ａとを一体として回転する構成として
も良い。
３実施例では、検光子Ａを適切な角度（一般的にはデュ
ーティー比がｅ／ｄ＝０．５で消光状態が達成される角
度）に固定し、１／４波長板Ｑのみが回転する構成とし
ている。すなわち検光子Ａが固定されている点を除い
て、図４又は図５と同じであるから、この第３実施例の
図示は省略する。そして１／４波長板Ｑを回転させ、透
過光量（すなわち検出器Ｄの出力）が最大（あるいは最
小）となる１／４波長板Ｑの回転角度より、デューティ
ー比ｅ／ｄを求める。なお、別の実施例として、１／４
波長板Ｑと検光子Ａとを一体として回転する構成として
も良い。
【００２９】次に第４実施例について説明する。既述の
ように、デューティー比ｅ／ｄを知るためには、楕円偏
光の偏光状態を決定する何らか１つのパラメータさえ分
かれば良い。したがってラインアンドスペースパターン
Ｓより反射された光Ｕ2が直線偏光に近い場合には、１
／４波長板Ｗを省略することができ、光軸周りに回転可
能な検光子Ａのみを設ける構成とすることができる。そ
して検光子Ａを回転させ、透過光量が最大（あるいは最
小）となる検光子の回転角度より、デューティー比ｅ／
ｄを求める。なお、図１０の（ａ）と（ｂ）に見られる
ように、図７〜図１０に示す全ての検量線は波長依存性
をもっている。精度よく線幅を測定するためには、デュ
ーティー比ｅ／ｄの変化に対して、検量線が適切な大き
さで変化する波長を選択することが肝要である。
ように、デューティー比ｅ／ｄを知るためには、楕円偏
光の偏光状態を決定する何らか１つのパラメータさえ分
かれば良い。したがってラインアンドスペースパターン
Ｓより反射された光Ｕ2が直線偏光に近い場合には、１
／４波長板Ｗを省略することができ、光軸周りに回転可
能な検光子Ａのみを設ける構成とすることができる。そ
して検光子Ａを回転させ、透過光量が最大（あるいは最
小）となる検光子の回転角度より、デューティー比ｅ／
ｄを求める。なお、図１０の（ａ）と（ｂ）に見られる
ように、図７〜図１０に示す全ての検量線は波長依存性
をもっている。精度よく線幅を測定するためには、デュ
ーティー比ｅ／ｄの変化に対して、検量線が適切な大き
さで変化する波長を選択することが肝要である。
【００３０】以上の各実施例においては、偏光子Ｐの透
過軸Ｐｘの方位は、図６（ａ）に示すように、線直交平
面Ｈに対して４５°の方向に設定されており、したがっ
てラインアンドスペースパターンＳへの入射光Ｕ1は、
図６（ｂ）に示すように、ｓ成分とｐ成分の複素振幅の
等しい直線偏光となっていた。しかしパターンＳの反射
係数ｒs、ｒPを知るためには、入射光の偏光状態Ｕ1と
反射光の偏光状態Ｕ2が分かりさえすれば良い。したが
って偏光子Ｐの透過軸Ｐｘの線直交平面Ｈに対する角度
は、必ずしも４５°である必要はない。更に、入射光は
必ずしも直線偏光である必要もないから、必ずしも偏光
子Ｐを配置する必要もない。
過軸Ｐｘの方位は、図６（ａ）に示すように、線直交平
面Ｈに対して４５°の方向に設定されており、したがっ
てラインアンドスペースパターンＳへの入射光Ｕ1は、
図６（ｂ）に示すように、ｓ成分とｐ成分の複素振幅の
等しい直線偏光となっていた。しかしパターンＳの反射
係数ｒs、ｒPを知るためには、入射光の偏光状態Ｕ1と
反射光の偏光状態Ｕ2が分かりさえすれば良い。したが
って偏光子Ｐの透過軸Ｐｘの線直交平面Ｈに対する角度
は、必ずしも４５°である必要はない。更に、入射光は
必ずしも直線偏光である必要もないから、必ずしも偏光
子Ｐを配置する必要もない。
【００３１】また、上記各実施例においては、入射光Ｕ
1の偏光状態を一定として、反射光の偏光状態を測定し
ていた。しかしながら入射光の偏光状態Ｕ1を可変とす
ることもできる。すなわち図１１は第５実施例を示し、
光源Ｋからの光束を偏光子Ｐと１／４波長板Ｑとを介し
てラインアンドスペースパターンＳに入射し、パターン
Ｓからの反射光を検光子Ａを介して光検出器Ｄに入射さ
せている。そして偏光子Ｐと１／４波長板Ｑとはそれぞ
れ光軸周りに回転可能に配置し、検出器Ｄにおいて消光
状態が実現される状態の偏光子Ｐと１／４波長板Ｑの回
転角度を測定する。この構成によっても、パターンＳで
の反射に際して付与される偏光状態の変化量を測定する
ことができる。
1の偏光状態を一定として、反射光の偏光状態を測定し
ていた。しかしながら入射光の偏光状態Ｕ1を可変とす
ることもできる。すなわち図１１は第５実施例を示し、
光源Ｋからの光束を偏光子Ｐと１／４波長板Ｑとを介し
てラインアンドスペースパターンＳに入射し、パターン
Ｓからの反射光を検光子Ａを介して光検出器Ｄに入射さ
せている。そして偏光子Ｐと１／４波長板Ｑとはそれぞ
れ光軸周りに回転可能に配置し、検出器Ｄにおいて消光
状態が実現される状態の偏光子Ｐと１／４波長板Ｑの回
転角度を測定する。この構成によっても、パターンＳで
の反射に際して付与される偏光状態の変化量を測定する
ことができる。
【００３２】また、パターンＳでの反射に際して付与さ
れる偏光状態の変化量のうち、何らか１つのパラメータ
さえ分かれば良いのであるから、偏光子Ｐを固定して１
／４波長板Ｑのみを回転自在とし、あるいはその逆に、
偏光子Ｐのみを回転自在として１／４波長板Ｑを固定す
ることもできる。また、偏光子Ｐと１／４波長板Ｑを一
体として回転自在とすることもできるし、１／４波長板
Ｑを削除して偏光子Ｐを回転自在とすることもできる。
れる偏光状態の変化量のうち、何らか１つのパラメータ
さえ分かれば良いのであるから、偏光子Ｐを固定して１
／４波長板Ｑのみを回転自在とし、あるいはその逆に、
偏光子Ｐのみを回転自在として１／４波長板Ｑを固定す
ることもできる。また、偏光子Ｐと１／４波長板Ｑを一
体として回転自在とすることもできるし、１／４波長板
Ｑを削除して偏光子Ｐを回転自在とすることもできる。
【００３３】これまでの計算例においては、回折格子は
誘電体から出来ていると仮定してきたが、半導体集積回
路においては、誘電体に限らず金属を含めた各種の薄膜
が使われている。これらの薄膜からなる周期性構造体に
おいても、ｓ偏光に対する固有値方程式とｐ偏光に対す
る固有値方程式は元来異なるものであるから、各々の固
有値方程式から得られる最大根（この最大根によって等
価屈折率が決定される）は異なるのが一般的である。こ
れより、薄膜材料の如何に拘わらず周期性構造体には常
に複屈折性が存在し、その等価屈折率は線幅依存性を持
つこととなる。
誘電体から出来ていると仮定してきたが、半導体集積回
路においては、誘電体に限らず金属を含めた各種の薄膜
が使われている。これらの薄膜からなる周期性構造体に
おいても、ｓ偏光に対する固有値方程式とｐ偏光に対す
る固有値方程式は元来異なるものであるから、各々の固
有値方程式から得られる最大根（この最大根によって等
価屈折率が決定される）は異なるのが一般的である。こ
れより、薄膜材料の如何に拘わらず周期性構造体には常
に複屈折性が存在し、その等価屈折率は線幅依存性を持
つこととなる。
【００３４】更に、これまでの計算例においては、図１
に示すような矩形の断面形状をもつ回折格子を仮定して
きた。しかしながら、半導体リソグラフィー技術を用い
て作成される周期性構造体では、このような矩形の断面
形状をもつことは稀である。このような状況下では、等
価屈折率は（２ａ）、（２ｂ）式のような単純な形では
表現できない。このような場合であっても、構造に周期
性がある場合には必ず構造性複屈折が存在し、その等価
屈折率は線幅依存性を持つこととなる。これらの議論よ
り、周期性構造体の材料、断面形状の如何に拘わらず、
ここで述べた偏光解析法を適用することにより、線幅測
定が可能となることが分かる。
に示すような矩形の断面形状をもつ回折格子を仮定して
きた。しかしながら、半導体リソグラフィー技術を用い
て作成される周期性構造体では、このような矩形の断面
形状をもつことは稀である。このような状況下では、等
価屈折率は（２ａ）、（２ｂ）式のような単純な形では
表現できない。このような場合であっても、構造に周期
性がある場合には必ず構造性複屈折が存在し、その等価
屈折率は線幅依存性を持つこととなる。これらの議論よ
り、周期性構造体の材料、断面形状の如何に拘わらず、
ここで述べた偏光解析法を適用することにより、線幅測
定が可能となることが分かる。
【００３５】
【発明の効果】以上のように本発明による線幅測定装置
及び方法によれば、測定の前準備として、各種測定量と
線幅を関係づける検量線を作成する作業が必要となる
が、一旦検量線が出来てしまえば、実際の測定は試料を
破壊することなく、しかも大気中で出来るので、手間の
掛かっている線幅測定の時間が大幅に短縮されることと
なる。
及び方法によれば、測定の前準備として、各種測定量と
線幅を関係づける検量線を作成する作業が必要となる
が、一旦検量線が出来てしまえば、実際の測定は試料を
破壊することなく、しかも大気中で出来るので、手間の
掛かっている線幅測定の時間が大幅に短縮されることと
なる。
【図１】ラインアンドスペースパターンを示す縦断面図
【図２】等価屈折率差のデューティー比と波長に対する
依存性を示す説明図
依存性を示す説明図
【図３】ラインアンドスペースパターンと等価な薄膜を
示す断面図
示す断面図
【図４】第１実施例による線幅測定装置を示す構成図
【図５】第１実施例の別の態様を示す構成図
【図６】図４及び図５中、ａ−ａ線〜ｆ−ｆ線矢視図
【図７】ラインアンドスペースパターンからの反射光の
偏光特性のデューティー比に対する依存性を示す図
偏光特性のデューティー比に対する依存性を示す図
【図８】消光状態における検光子の消光軸の方位のデュ
ーティー比に対する依存性を示す図
ーティー比に対する依存性を示す図
【図９】消光状態における１／４波長板の進相軸の方位
のデューティー比に対する依存性を示す図
のデューティー比に対する依存性を示す図
【図１０】透過光量が最大となる状態における検光子の
透過軸の方位のデューティー比に対する依存性を示す図
透過軸の方位のデューティー比に対する依存性を示す図
【図１１】第５実施例による線幅測定装置を示す構成図
Ｋ…光源 Ｐ…偏光子 Ｐｘ…透過軸 Ｂ…ビームスプリッ
ター Ｕ1…入射光 Ｓ…ラインアンドス
ペースパターン Ｕ2…反射光 Ｑ…１／４波長板 Ｑｘ…進相軸 Ａ…検光子 Ａｘ…透過軸 Ｄ…光検出器 Ｈ…線直交平面
ター Ｕ1…入射光 Ｓ…ラインアンドス
ペースパターン Ｕ2…反射光 Ｑ…１／４波長板 Ｑｘ…進相軸 Ａ…検光子 Ａｘ…透過軸 Ｄ…光検出器 Ｈ…線直交平面
Claims (10)
- 【請求項１】一定の方向に一定のピッチにて複数本の線
を配置したラインアンドスペースパターンの前記各々の
線の線幅を測定する線幅測定装置において、 前記パターンに偏光光を入射し、前記パターンからの反
射光の偏光状態を測定することによって、前記パターン
で反射する際に生じる前記偏光光の偏光状態の変化量を
測定し、 該偏光状態の変化量に基づいて、前記線幅を測定するこ
とを特徴とする線幅測定装置。 - 【請求項２】前記パターンに入射する入射光は、前記各
々の線と直交する線直交平面に対して、平行に入射する
ことを特徴とする請求項１記載の線幅測定装置。 - 【請求項３】前記入射光の光路に偏光子を配置して、前
記パターンに直線偏光を入射することを特徴とする請求
項２記載の線幅測定装置。 - 【請求項４】前記反射光の光路に、光軸周りに回転可能
な１／４波長板と、光軸周りに回転可能な検光子とをそ
の順に配置し、 前記検光子を透過する光束の消光状態における前記１／
４波長板の中性軸の方位、若しくは前記検光子の透過軸
の方位、又はその双方に基づいて、前記偏光状態の変化
量を測定することを特徴とする請求項３記載の線幅測定
装置。 - 【請求項５】前記反射光の光路に、光軸周りに回転不能
な１／４波長板と、光軸周りに回転可能な検光子とをそ
の順に配置し、 前記検光子を透過する光束の光量が最大又は最小となる
状態における前記検光子の透過軸の方位に基づいて、前
記偏光状態の変化量を測定することを特徴とする請求項
３記載の線幅測定装置。 - 【請求項６】前記反射光の光路に、光軸周りに回転可能
な１／４波長板と、光軸周りに回転不能な検光子とをそ
の順に配置し、 前記検光子を透過する光束の光量が最大又は最小となる
状態における前記１／４波長板の中性軸の方位に基づい
て、前記偏光状態の変化量を測定することを特徴とする
請求項３記載の線幅測定装置。 - 【請求項７】前記反射光の光路に、光軸周りに回転不能
な検光子を配置したことを特徴とする請求項２記載の線
幅測定装置。 - 【請求項８】前記入射光の光路に、偏光子と１／４波長
板とをその順に配置し、該偏光子と１／４波長板とのう
ちの少なくともいずれか一方を光軸周りに回転可能に配
置し、 前記検光子を透過する光量が最大又は最小となる状態に
おける前記回転自在に配置した部材の透過軸又は中性軸
の方位に基づいて、前記偏光状態の変化量を測定するこ
とを特徴とする請求項７記載の線幅測定装置。 - 【請求項９】前記入射光の光路に偏光子を配置し、反射
光の光路に検光子を配置し、 前記偏光子と検光子のうちの一方を光軸周りに回転不能
に配置し、他方を光軸周りに回転可能に配置し、 前記検光子を透過する光束の光量が最大又は最小となる
状態における前記回転可能に配置した部材の透過軸の方
位に基づいて、前記偏光状態の変化量を測定することを
特徴とする請求項３記載の線幅測定装置。 - 【請求項１０】一定の方向に一定のピッチにて複数本の
線を配置したラインアンドスペースパターンの前記各々
の線の線幅を測定する線幅測定方法において、 前記パターンとして線幅の既知な較正用パターンを用意
し、該較正用パターンに偏光光を入射し、較正用パター
ンからの反射光の偏光状態を測定することによって、較
正用パターンで反射する際に生じる前記偏光光の偏光状
態の変化量を測定し、該偏光状態の変化量と前記線幅と
の関係を求める較正工程と、 前記パターンとして線幅の未知な測定用パターンを用意
し、該測定用パターンに偏光光を入射し、測定用パター
ンからの反射光の偏光状態を測定することによって、測
定用パターンで反射する際に生じる前記偏光光の偏光状
態の変化量を測定し、該偏光状態の変化量と前記関係と
によって、前記未知の線幅を求める測定工程と、 を有することを特徴とする線幅測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10030600A JPH11211421A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 線幅測定装置及び方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10030600A JPH11211421A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 線幅測定装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211421A true JPH11211421A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=12308368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10030600A Pending JPH11211421A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 線幅測定装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211421A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6713753B1 (en) | 2001-07-03 | 2004-03-30 | Nanometrics Incorporated | Combination of normal and oblique incidence polarimetry for the characterization of gratings |
| US6898537B1 (en) | 2001-04-27 | 2005-05-24 | Nanometrics Incorporated | Measurement of diffracting structures using one-half of the non-zero diffracted orders |
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| US7580134B2 (en) | 2004-03-31 | 2009-08-25 | Nec Electronics Corporation | Method of measuring micro-structure, micro-structure measurement apparatus, and micro-structure analytical system |
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-
1998
- 1998-01-27 JP JP10030600A patent/JPH11211421A/ja active Pending
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