JPH11211422A - 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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- JPH11211422A JPH11211422A JP10030601A JP3060198A JPH11211422A JP H11211422 A JPH11211422 A JP H11211422A JP 10030601 A JP10030601 A JP 10030601A JP 3060198 A JP3060198 A JP 3060198A JP H11211422 A JPH11211422 A JP H11211422A
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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
の光量を測定することによって、パターンＳでの偏光光
Ｕ1の反射率Ｒを測定し、反射率Ｒに基づいて、線幅ｅ
を測定する。
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
の光量を測定することによって、パターンＳでの偏光光
Ｕ1の反射率Ｒを測定し、反射率Ｒに基づいて、線幅ｅ
を測定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、反射率を測定する
ことにより、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測定する線幅測定装置及び方法
に関するものである。
ことにより、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光量を測定することによっ
て、前記パターンでの前記偏光光の反射率を測定し、該
反射率に基づいて、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光量を測定すること
によって、較正用パターンでの前記偏光光の反射率を測
定し、該反射率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光量を測定することによって、測
定用パターンでの前記偏光光の反射率を測定し、該反射
率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光量を測定することによっ
て、前記パターンでの前記偏光光の反射率を測定し、該
反射率に基づいて、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光量を測定すること
によって、較正用パターンでの前記偏光光の反射率を測
定し、該反射率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光量を測定することによって、測
定用パターンでの前記偏光光の反射率を測定し、該反射
率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 Hagg
ans et al.: J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-2225,19
93）。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 MacPhedr
an et al.: Oct Acta,vol.26,No.3,289-312,1982; C W
Haggans et al.:J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-222
5,1993）。
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 Hagg
ans et al.: J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-2225,19
93）。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 MacPhedr
an et al.: Oct Acta,vol.26,No.3,289-312,1982; C W
Haggans et al.:J Opt Soc Am,vol.10,No.10,2217-222
5,1993）。
【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
屈折率曲線（等価屈折率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
ティー比がｅ／ｄ＝０のときには、両屈折率Ｎo、Ｎeは
第１媒質の屈折率ｎcに一致し、デューティー比ｅ／ｄ
が増すに従って両屈折率Ｎo、Ｎeとも増加し、デューテ
ィー比がｅ／ｄ＝１に達すると、両屈折率Ｎo、Ｎeは第
２媒質の屈折率ｎeに一致する。波長λが回折格子周期
ｄに較べて充分大きいときには、両屈折率Ｎo、Ｎe共ほ
ぼ直線的に増加する関数となるが、波長λが格子周期ｄ
と同等の大きさのときには、関数は膨らみをもった形と
なり、波長依存性が強く現れる。等価屈折率曲線のこの
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。
屈折率曲線（等価屈折率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
ティー比がｅ／ｄ＝０のときには、両屈折率Ｎo、Ｎeは
第１媒質の屈折率ｎcに一致し、デューティー比ｅ／ｄ
が増すに従って両屈折率Ｎo、Ｎeとも増加し、デューテ
ィー比がｅ／ｄ＝１に達すると、両屈折率Ｎo、Ｎeは第
２媒質の屈折率ｎeに一致する。波長λが回折格子周期
ｄに較べて充分大きいときには、両屈折率Ｎo、Ｎe共ほ
ぼ直線的に増加する関数となるが、波長λが格子周期ｄ
と同等の大きさのときには、関数は膨らみをもった形と
なり、波長依存性が強く現れる。等価屈折率曲線のこの
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。他方、実測されるｓ偏光とｐ偏光の反射率
Ｒs、Ｒpは、（５）式で表される。
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。他方、実測されるｓ偏光とｐ偏光の反射率
Ｒs、Ｒpは、（５）式で表される。
【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が変化し、実測される
反射率Ｒs、Ｒpが変化することとなる。すなわち、反射
率Ｒs、Ｒpは、反射係数ｒs、ｒPと、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。そして反射率Ｒs、Ｒpが変化すると、ラ
インアンドスペースパターンＳからの反射光の光量が変
化する。したがって入射光と反射光の光量比から、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が変化し、実測される
反射率Ｒs、Ｒpが変化することとなる。すなわち、反射
率Ｒs、Ｒpは、反射係数ｒs、ｒPと、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。そして反射率Ｒs、Ｒpが変化すると、ラ
インアンドスペースパターンＳからの反射光の光量が変
化する。したがって入射光と反射光の光量比から、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、第２ビームスプリッタＢ2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、したがって第２ビーム
スプリッタＢ2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、第１ビームスプ
リッタＢ1に入射し、第１ビームスプリッタＢ1で反射し
た光は、入射光検出器Ｄ1に入射している。他方、第１
ビームスプリッタＢ1を透過した光は、光軸周りに回転
可能に配置された偏光子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。パターンＳからの反
射光は、反射光検出器Ｄ2に入射している。入射光検出
器Ｄ1の出力Ｉ1と反射光検出器Ｄ2の出力Ｉ2は、処理装
置Ｔに入力されており、処理装置Ｔは反射光検出器Ｄ2
の出力Ｉ2を入射光検出器Ｄ1の出力Ｉ1で規格化するこ
とにより、パターンＳの反射率Ｒを計算する。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。
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、第２ビームスプリッタＢ2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、したがって第２ビーム
スプリッタＢ2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、第１ビームスプ
リッタＢ1に入射し、第１ビームスプリッタＢ1で反射し
た光は、入射光検出器Ｄ1に入射している。他方、第１
ビームスプリッタＢ1を透過した光は、光軸周りに回転
可能に配置された偏光子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。パターンＳからの反
射光は、反射光検出器Ｄ2に入射している。入射光検出
器Ｄ1の出力Ｉ1と反射光検出器Ｄ2の出力Ｉ2は、処理装
置Ｔに入力されており、処理装置Ｔは反射光検出器Ｄ2
の出力Ｉ2を入射光検出器Ｄ1の出力Ｉ1で規格化するこ
とにより、パターンＳの反射率Ｒを計算する。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。
【００１６】図６に、さまざまなデューティー比ｅ／ｄ
に対して、反射率Ｒs（＝｜ｒs｜2）、Ｒp（＝｜ｒ
p｜2）を計算した結果を示す。図６（ａ）は、波長が、 λs＝３．１ｄ のｓ偏光を入射したものであり、また、図６（ｂ）は、
波長が、 λp＝２．０５ｄ のｐ偏光を入射したものである。その他の計算条件は、 ｈ＝ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。これらの波長λs、λpは、第２媒質のデュ
ーティー比ｅ／ｄが５０％のときに、反射率Ｒの変化が
直線的となる波長、すなわち、ｄ2Ｒ／ｄ（ｅ／ｄ）2＝
０となる波長である。
に対して、反射率Ｒs（＝｜ｒs｜2）、Ｒp（＝｜ｒ
p｜2）を計算した結果を示す。図６（ａ）は、波長が、 λs＝３．１ｄ のｓ偏光を入射したものであり、また、図６（ｂ）は、
波長が、 λp＝２．０５ｄ のｐ偏光を入射したものである。その他の計算条件は、 ｈ＝ｄ、θ1＝０° ｎ1＝ｎc＝１．０、ｎe＝ｎ3＝１．５ としている。これらの波長λs、λpは、第２媒質のデュ
ーティー比ｅ／ｄが５０％のときに、反射率Ｒの変化が
直線的となる波長、すなわち、ｄ2Ｒ／ｄ（ｅ／ｄ）2＝
０となる波長である。
【００１７】線幅測定おいては、まず最初に図６に示す
ような反射率Ｒs、Ｒp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、既に線幅の分かっているサンプルを用い
て、図４又は図５に示す反射率測定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に示す反射率測定装置を用い
て、パターンＳの反射率Ｒs、Ｒpを測定し、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。
ような反射率Ｒs、Ｒp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、既に線幅の分かっているサンプルを用い
て、図４又は図５に示す反射率測定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に示す反射率測定装置を用い
て、パターンＳの反射率Ｒs、Ｒpを測定し、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。
【００１８】なお、図６より明らかなように、デューテ
ィー比ｅ／ｄを知るためには、ｓ偏光の反射率Ｒsとｐ
偏光の反射率Ｒpとの双方が必要という訳ではない。し
たがって両反射率Ｒs、Ｒp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、いずれか一方
の反射率Ｒだけからデューティー比ｅ／ｄを求めること
もできる。それ故、偏光子は必ずしも回転自在に配置す
る必要はない。更に、パターンＳに入射する光は、サン
プルを用いて検量線を作成するときの較正工程と、線幅
を測定しようとするパターンＳの反射率Ｒを測定する測
定工程とで、同一の偏光となっていれば良い。すなわち
入射光は、必ずしもｓ偏光やｐ偏光である必要はなく、
直線偏光である必要もなく、較正工程と測定工程とで同
じ偏光であれば良い。
ィー比ｅ／ｄを知るためには、ｓ偏光の反射率Ｒsとｐ
偏光の反射率Ｒpとの双方が必要という訳ではない。し
たがって両反射率Ｒs、Ｒp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、いずれか一方
の反射率Ｒだけからデューティー比ｅ／ｄを求めること
もできる。それ故、偏光子は必ずしも回転自在に配置す
る必要はない。更に、パターンＳに入射する光は、サン
プルを用いて検量線を作成するときの較正工程と、線幅
を測定しようとするパターンＳの反射率Ｒを測定する測
定工程とで、同一の偏光となっていれば良い。すなわち
入射光は、必ずしもｓ偏光やｐ偏光である必要はなく、
直線偏光である必要もなく、較正工程と測定工程とで同
じ偏光であれば良い。
【００１９】次に第２実施例について説明する。この実
施例では、偏光子Ｐは光軸周りに回転自在に配置されて
おり、偏光子を回転してｓ偏光をパターンＳに入射して
ｓ偏光の反射率Ｒsを測定し、次いで、偏光子を回転し
てｐ偏光をパターンＳに入射してｐ偏光の反射率Ｒpを
測定する。処理装置Ｔは、ｓ偏光を入射したときの反射
光検出器Ｄ2の出力Ｉ2sを入射光検出器Ｄ1の出力Ｉ1sで
規格化してｓ偏光の反射率Ｒsを計算し、次いで、同様
にしてｐ偏光を入射したときのｐ偏光の反射率Ｒpを計
算し、最後に両者の比Ｒp／Ｒs（＝｜ｒp｜2／｜ｒ
s｜2）を計算する。図７に、さまざまなデューティー比
ｅ／ｄに対して、反射率比Ｒp／Ｒsを計算した結果を示
す。同図の結果は、波長が、 λ＝１．８２ｄ の光を、ｓ偏光とｐ偏光とに切り替えて入射したもので
ある。その他の計算条件は、第１実施例のときと同じで
ある。この波長λは、第２媒質のデューティー比ｅ／ｄ
が５０％のときに、反射率比Ｒp／Ｒsの変化が直線的と
なる波長、すなわち、 ｄ2（Ｒp／Ｒs）／ｄ（ｅ／ｄ）2＝０ となる波長である。実際の線幅測定においては、先ず較
正用パターンを用いて反射率比Ｒp／Ｒsとデューティー
比ｅ／ｄの間の検量線を作成する。次いで測定しようと
するパターンの反射率比Ｒp／Ｒsを測定し、予め作成さ
れた検量線を参照することにより、デューティー比ｅ／
ｄが求められる。
施例では、偏光子Ｐは光軸周りに回転自在に配置されて
おり、偏光子を回転してｓ偏光をパターンＳに入射して
ｓ偏光の反射率Ｒsを測定し、次いで、偏光子を回転し
てｐ偏光をパターンＳに入射してｐ偏光の反射率Ｒpを
測定する。処理装置Ｔは、ｓ偏光を入射したときの反射
光検出器Ｄ2の出力Ｉ2sを入射光検出器Ｄ1の出力Ｉ1sで
規格化してｓ偏光の反射率Ｒsを計算し、次いで、同様
にしてｐ偏光を入射したときのｐ偏光の反射率Ｒpを計
算し、最後に両者の比Ｒp／Ｒs（＝｜ｒp｜2／｜ｒ
s｜2）を計算する。図７に、さまざまなデューティー比
ｅ／ｄに対して、反射率比Ｒp／Ｒsを計算した結果を示
す。同図の結果は、波長が、 λ＝１．８２ｄ の光を、ｓ偏光とｐ偏光とに切り替えて入射したもので
ある。その他の計算条件は、第１実施例のときと同じで
ある。この波長λは、第２媒質のデューティー比ｅ／ｄ
が５０％のときに、反射率比Ｒp／Ｒsの変化が直線的と
なる波長、すなわち、 ｄ2（Ｒp／Ｒs）／ｄ（ｅ／ｄ）2＝０ となる波長である。実際の線幅測定においては、先ず較
正用パターンを用いて反射率比Ｒp／Ｒsとデューティー
比ｅ／ｄの間の検量線を作成する。次いで測定しようと
するパターンの反射率比Ｒp／Ｒsを測定し、予め作成さ
れた検量線を参照することにより、デューティー比ｅ／
ｄが求められる。
【００２０】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。
【００２１】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、
周期性構造体の反射率を測定することにより、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、
周期性構造体の反射率を測定することにより、線幅測定
が可能となることが分かる。
【００２２】
【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】ラインアンドスペースパターンの（ａ）ｓ偏光
の反射率と、（ｂ）ｐ偏光の反射率のデューティー比に
対する依存性を示す図
の反射率と、（ｂ）ｐ偏光の反射率のデューティー比に
対する依存性を示す図
【図７】ラインアンドスペースパターンのｓ偏光とｐ偏
光との反射率比のデューティー比に対する依存性を示す
図
光との反射率比のデューティー比に対する依存性を示す
図
Ｋ…光源 Ｐ…偏光子 Ｂ1、Ｂ2…ビームスプリッター Ｓ…ラインアンドス
ペースパターン Ｕ1…入射光 Ｕ2…反射光 Ｄ1…入射光検出器 Ｄ2…反射光検出器 Ｔ…処理装置 Ｈ…線直交平面
ペースパターン Ｕ1…入射光 Ｕ2…反射光 Ｄ1…入射光検出器 Ｄ2…反射光検出器 Ｔ…処理装置 Ｈ…線直交平面
Claims (5)
- 【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
射光の光量を測定することによって、前記パターンでの
前記偏光光の反射率を測定し、 該反射率に基づいて、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】電気ベクトルの振動方向が前記線直交平面
と平行なｐ偏光の反射率と、前記線直交平面と直交する
ｓ偏光の反射率とのいずれか若しくは双方に基づいて、
又は前記ｐ偏光の反射率とｓ偏光の反射率との比に基づ
いて、前記線幅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】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
ンからの反射光の光量を測定することによって、較正用
パターンでの前記偏光光の反射率を測定し、該反射率と
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
ンからの反射光の光量を測定することによって、測定用
パターンでの前記偏光光の反射率を測定し、該反射率と
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 |
|---|---|---|---|
| JP10030601A JPH11211422A (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 |
|---|---|---|---|
| JP10030601A JPH11211422A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 線幅測定装置及び方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11211422A true JPH11211422A (ja) | 1999-08-06 |
Family
ID=12308398
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10030601A Pending JPH11211422A (ja) | 1998-01-27 | 1998-01-27 | 線幅測定装置及び方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11211422A (ja) |
Cited By (9)
| 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 |
| US6949462B1 (en) | 2002-04-04 | 2005-09-27 | Nanometrics Incorporated | Measuring an alignment target with multiple polarization states |
| US6982793B1 (en) | 2002-04-04 | 2006-01-03 | Nanometrics Incorporated | Method and apparatus for using an alignment target with designed in offset |
| US6992764B1 (en) | 2002-09-30 | 2006-01-31 | Nanometrics Incorporated | Measuring an alignment target with a single polarization state |
| US7061615B1 (en) | 2001-09-20 | 2006-06-13 | Nanometrics Incorporated | Spectroscopically measured overlay target |
| US7115858B1 (en) | 2000-09-25 | 2006-10-03 | Nanometrics Incorporated | Apparatus and method for the measurement of diffracting structures |
| US7123414B2 (en) | 2003-06-17 | 2006-10-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing library |
| JP2015500508A (ja) * | 2011-12-05 | 2015-01-05 | エルジー・ケム・リミテッド | 偏光分離素子 |
-
1998
- 1998-01-27 JP JP10030601A patent/JPH11211422A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7372565B1 (en) | 2000-09-25 | 2008-05-13 | Nanometrics Incorporated | Spectrometer measurement of diffracting structures |
| US7115858B1 (en) | 2000-09-25 | 2006-10-03 | Nanometrics Incorporated | Apparatus and method for the measurement of diffracting structures |
| US6898537B1 (en) | 2001-04-27 | 2005-05-24 | Nanometrics Incorporated | Measurement of diffracting structures using one-half of the non-zero diffracted orders |
| US6713753B1 (en) | 2001-07-03 | 2004-03-30 | Nanometrics Incorporated | Combination of normal and oblique incidence polarimetry for the characterization of gratings |
| US7061615B1 (en) | 2001-09-20 | 2006-06-13 | Nanometrics Incorporated | Spectroscopically measured overlay target |
| US6982793B1 (en) | 2002-04-04 | 2006-01-03 | Nanometrics Incorporated | Method and apparatus for using an alignment target with designed in offset |
| US7230705B1 (en) | 2002-04-04 | 2007-06-12 | Nanometrics Incorporated | Alignment target with designed in offset |
| US7236244B1 (en) | 2002-04-04 | 2007-06-26 | Nanometrics Incorporated | Alignment target to be measured with multiple polarization states |
| US6949462B1 (en) | 2002-04-04 | 2005-09-27 | Nanometrics Incorporated | Measuring an alignment target with multiple polarization states |
| US6992764B1 (en) | 2002-09-30 | 2006-01-31 | Nanometrics Incorporated | Measuring an alignment target with a single polarization state |
| US7123414B2 (en) | 2003-06-17 | 2006-10-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for producing library |
| JP2015500508A (ja) * | 2011-12-05 | 2015-01-05 | エルジー・ケム・リミテッド | 偏光分離素子 |
| US9541693B2 (en) | 2011-12-05 | 2017-01-10 | Lg Chem, Ltd. | Polarized light splitting element |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040622 |