(57)【要約】【課題】ウェハ上のパターンのラフネスを測定するのに適した新たなラフネス評価方法を提供する。【解決手段】ウェハ上に形成されるラインのラフネスを評価するラフネス評価方法であって、スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、ラインの直線方向にスキャンしながらウェハ上の異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定する測定工程（ステップ１，２）と、測定工程におけるスペクトラムの変動に基づいて、ラインのラフネスを評価する解析工程（ステップ３）と、を備える。ラインの直線方向にラフネスが少ないと、スペクトラムの変動も少ない。その一方、ラインの直線方向に大きなラフネスがあると、スペクトラムが変動する。スペクトラムの変動を抽出することで、ラフネスを特定することができる。【選択図】図７
2008171911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されるラインのラフネスを評価するラフネス評価方法であって、
スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上の異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定する測定工程と、
前記測定工程における測定値の変動に基づいて、ラインのラフネスを評価する解析工程と、
を備えるラフネス評価方法。
【請求項２】
前記測定工程においては、
ラインの直線方向にスキャンしながら基板から反射する光の状態を測定することを特徴とする請求項１に記載のラフネス評価方法。
【請求項３】
前記測定工程においては、
エリプソメトリ(Ellipsometry)法を用いて、基板上に偏光した光を照射し、反射する光の偏光状態を測定するか、
又は、反射率測定法を用いて、基板上に光を照射し、基板上に照射される光と反射する光の強度の比（反射率）を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載のラフネス評価方法。
【請求項４】
前記ラフネス評価方法はさらに、
あらかじめ、スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、リファレンスサンプル上の異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定するサンプル測定工程を備え、
前記解析工程においては、前記測定工程における測定値の変動と、前記サンプル測定工程における前記リファレンスサンプルの測定値の変動とを比較し、これらの測定値の変動の差分に基づく指標を算出し、
該指標が一定値以上のときにラフネスが存在すると評価することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のラフネス評価方法。
【請求項５】
前記ラインは、リソグラフィにおけるレジストによって形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のラフネス評価方法。
【請求項６】
前記ラフネスは、前記ラインの壁面に出来た凹凸の大きさを表す値であるラインエッジラフネス(ＬＥＲ：Line Edge Roughness）であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のラフネス評価方法。
【請求項７】
前記ラインは複数のラインが所定の間隔で形成されているラインアンドスペースであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のラフネス評価方法。
【請求項８】
基板上にレジスト膜を塗布し、マスクを通して露光して現像するレジストパターン形成工程と、
基板上のレジスト膜で覆われていない部分をエッチングにより除去するエッチング工程と、
前記レジストパターン形成工程後のレジストのラフネス、又は前記エッチング工程後の回路パターンのラフネスを評価するラフネス評価工程と、
前記ラフネス評価工程におけるラフネスの評価に基づいて、前記レジストパターン形成工程又は前記エッチング工程の処理条件を変化させる処理条件変化工程と、
を備えるリソグラフィ方法において、
前記ラフネス評価工程は、
スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上の異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定する測定工程と、
前記測定工程における測定値の変動に基づいて、ラインのラフネスを評価する解析工程と、
を有することを特徴とするリソグラフィ方法。
【請求項９】
基板上に形成されるラインのラフネスを評価するラフネス評価システムであって、
スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上に光を照射し、反射する光の状態を測定する光学装置と、
基板を平面内のＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方向に移動させる移動装置と、
前記光学装置が基板上の異なる複数の位置を測定できるように、前記移動装置を制御する制御装置と、
基板上の複数の位置における測定値の変動に基づいてラフネスを評価する解析装置と、
を備えるラフネス評価システム。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記光学装置がラインの直線方向にスキャンしながら基板から反射する光の状態を測定できるように、前記移動装置を制御することを特徴とする請求項９に記載のラフネス評価システム。
【請求項１１】
前記光学装置は、エリプソメータ(Ellipsometer)又は反射分光計であることを特徴とする請求項９又１０に記載のラフネス評価システム。
【請求項１２】
基板上にレジスト膜を塗布し、マスクを通して露光して現像するレジストパターン形成システムと、
基板上のレジスト膜で覆われていない部分をエッチングにより除去するエッチングシステムと、
基板上のレジストのラフネス、又は基板上の回路パターンのラフネスを評価するラフネス評価システムと、を備え、
前記ラフネス評価システムによるラフネスの評価に基づいて、前記レジストパターン形成装置又は前記エッチング装置の処理条件を変化させるリソグラフィシステムにおいて、
前記ラフネス評価システムは、
スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上に光を照射し、反射する光の状態を測定する光学装置と、
基板を平面内のＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方向に移動させる移動装置と、
前記光学装置が基板上の異なる複数の位置を測定できるように、前記移動装置を制御する制御装置と、
基板上の複数の位置における測定値の変動に基づいてラフネスを評価する解析装置と、
を有することを特徴とするリソグラフィシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上に形成されるラインのラフネスを評価するラフネス評価方法及びシステムに関し、特にリソグラフィにおけるレジストのラフネスを評価するリソグラフィ方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造のためのリソグラフィにおいては、光の定在波などの影響によりウェハ上のパターン、特に複数のラインが所定の間隔で形成されているラインアンドスペースのパターンにおいてラインエッジラフネス(以下ＬＥＲ：Line Edge Roughnessという）及びラインパターン幅ラフネス(以下ＬＷＲ：Line Width Roughnessという)が発生する。ＬＥＲは、図１３のウェハの断面図に示されるように、ラインＬの壁面Ｌａに出来た凹凸の大きさを表す値である。ＬＷＲは、図１４のウェハの平面図に示されるように、ラインＬの幅方向の両端に出来た凹凸の大きさを表す値である。
【０００３】
ラフネスの発生原因の一つに光の定在波の影響がある。露光するときにマスクを通った光や、レジストに射出された光が屈折したり、反射したりして、光が干渉する。干渉する光が互いに強めあったり、弱めあったりすると、レジストのラインに波状の光の模様が発生する。３２ｎｍ技術世代、４５ｎｍ技術世代などのナノエレクトロニクス用トランジスタの世界に入り込むと、ラインの幅寸法が４０ｎｍや６０ｎｍになって露光波長よりもはるかに小さくなる。ナノエレクトロニクス用トランジスタでは、光の定在波の影響を受けたラフネスが発生し易い。
【０００４】
ＬＥＲ及びＬＷＲは、リソグラフィにおいて制御すべき重要な項目である。なぜならば、上記のラインアンドスペースの大きさがゲート長の大きさに比例するため、ＬＥＲ及びＬＷＲはすなわちゲートパターンの寸法のばらつきを示している。ゲートパターンの寸法がばらつくと、トランジスタの性能に影響を及ぼすからである。例えば４５ｎｍ技術世代ではラフネスを３ｎｍ以下程度に抑える必要があるところ、実際には３ｎｍ〜６ｎｍのラフネスが発生することがある。それゆえ、ＬＥＲ及びＬＷＲを測定し、その結果をリソグラフィにフィードバックしたり、フィードフォワードする必要がある。ラフネスはレジストパターンのみならず、エッチング処理後の回路パターンにも発生する。
【０００５】
現在、ＬＥＲ及びＬＷＲの測定には、走査電子顕微鏡観察(ＳＥＭ:Scanning Electron Microscopy)を利用している。ＳＥＭは、電子ビームを基板に照射し、返ってくる二次電子で画像を形成する。ＳＥＭには、ウェハの上からみたパターンの画像（図１４参照）を表示するＣＤ(Critical Dimension)−ＳＥＭと、パターンの断面画像（図１３参照）を表示する断面ＳＥＭとがある。ＬＷＲの測定にはＣＤ−ＳＥＭが利用され、ＬＥＲの測定には断面ＳＥＭが利用される。ＬＥＲ及びＬＷＲの測定にＳＥＭを用いると、画像解析により定量的にラフネスを評価することができる。
【０００６】
ウェハ上のパターンの形状を計測する他の技術として、スキャトロメトリ(Scatterometry)法がある（例えば特許文献１参照）。スキャトロメトリ法は、エリプソメータ又は反射分光計を用いて、ウェハに光を照射し、反射する光の偏光状態を測定したり、ウェハの反射率を測定したりする技術である。パターンの形状によって、各波長域での偏光状態や反射率が変化する。シミュレーション結果のライブラリを使用することによって、測定した各波長域での偏光状態や反射率からパターンの形状を特定することができる。
【特許文献１】特開２００５−３３１８７号公報（段落［００６７］〜［００８０］参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＳＥＭでは一度の測定エリアが数ミクロン角程度の小さい範囲でしかないので、測定に時間がかかる。しかも、電子ビームを照射するので、ウェハにダメージが残ってしまう。よって、実デバイスの測定には適さない。
【０００８】
さらに、断面ＳＥＭを使用してＬＥＲを測定するためには、測定前にウェハを切断する必要がある。切断されたウェハはチップにできないので、その分歩留まりが悪くなる。ＬＥＲ及びＬＷＲは互いに関係はあるが、発生する要因は異なると想定される。たとえＬＷＲを測定できたとしても、ＬＷＲからＬＥＲを予想することは困難である。
【０００９】
ＳＥＭを利用したラフネスの測定方法には上述の問題がある。発明者は、ラフネスの測定にスキャトロメトリの技術が利用できないかと考えた。しかし、現状のスキャトロメトリ法ではパターン形状を測定することはできても、パターンのラフネスを測定することはできない。なぜならば、パターン形状の測定はウェハ上の所定の位置で一度しか行われないし、パターン形状に比べてラフネスがそれほど大きいものではないから、得られたスペクトラムにばらつきがあったとしても、ラフネスに起因するものか、パターン形状に起因するものかを切り分けることができないからである。
【００１０】
そこで本発明は、ウェハ上のパターンのラフネスを測定するのに適した新たなラフネス評価方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の第一の観点に係るラフネス評価方法は、スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上の異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定する測定工程と、前記測定工程における測定値の変動に基づいて、ラインのラフネスを評価する解析工程と、を備える。
【００１２】
前記測定工程においては、ラインの直線方向にスキャンしながら基板から反射する光の状態を測定してもよい。
【００１３】
前記測定工程においては、エリプソメトリ(Ellipsometry)法を用いて、基板上に偏光した光を照射し、反射する光の偏光状態を測定するか、又は、反射率測定法を用いて、基板上に光を照射し、基板上に照射される光と反射する光の強度の比（反射率）を測定してもよい。
【００１４】
前記ラフネス評価方法はさらに、あらかじめ、スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、リファレンスサンプル上の異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定するサンプル測定工程を備え、前記解析工程においては、前記測定工程における測定値の変動と、前記サンプル測定工程における前記リファレンスサンプルの測定値の変動とを比較し、これらの測定値の変動の差分に基づく指標を算出し、該指標が一定値以上のときにラフネスが存在すると評価してもよい。
【００１５】
前記ラインは、リソグラフィ工程におけるレジストによって形成されてもよい。
【００１６】
前記ラフネスは、ラインエッジラフネス(ＬＥＲ：Line Edge Roughness）であってもよい。
【００１７】
前記ラインは複数のラインが所定の間隔で形成されているラインアンドスペースであってもよい。
【００１８】
上記課題を解決するために、本発明の第二の観点に係るリソグラフィ方法は、基板上にレジスト膜を塗布し、マスクを通して露光して現像するレジストパターン形成工程と、基板上のレジスト膜で覆われていない部分をエッチングにより除去するエッチング工程と、前記レジストパターン形成工程後のレジストのラフネス、又は前記エッチング工程後の回路パターンのラフネスを評価するラフネス評価工程と、前記ラフネス評価工程におけるラフネスの評価に基づいて、前記レジストパターン形成工程又は前記エッチング工程の処理条件を変化させる処理条件変化工程と、を備え、前記ラフネス評価工程は、スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上の異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定する測定工程と、前記測定工程における測定値の変動に基づいて、ラインのラフネスを評価する解析工程と、を有することを特徴とする。
【００１９】
上記課題を解決するために、本発明の第三の観点に係るラフネス評価システムは、スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上に光を照射し、反射する光の状態を測定する光学装置と、基板を平面内のＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方向に移動させる移動装置と、前記光学装置が基板上の異なる複数の位置を測定できるように、前記移動装置を制御する制御装置と、基板上の複数の位置における測定値の変動に基づいてラフネスを評価する解析装置と、を備える。
【００２０】
前記制御装置は、前記光学装置がラインの直線方向にスキャンしながら基板から反射する光の状態を測定できるように、前記移動装置を制御してもよい。
【００２１】
前記光学装置は、エリプソメータ又は反射分光計であってもよい。
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の第四の観点に係る発明は、基板上にレジスト膜を塗布し、マスクを通して露光して現像するレジストパターン形成システムと、基板上のレジスト膜で覆われていない部分をエッチングにより除去するエッチングシステムと、基板上のレジストのラフネス、又は基板上の回路パターンのラフネスを評価するラフネス評価システムと、を備え、前記ラフネス評価システムによるラフネスの評価に基づいて、前記レジストパターン形成装置又は前記エッチング装置の処理条件を変化させるリソグラフィシステムにおいて、前記ラフネス評価システムは、スキャトロメトリ(Scatterometry)法を用いて、基板上に光を照射し、反射する光の状態を測定する光学装置と、基板を平面内のＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方向に移動させる移動装置と、前記光学装置が基板上の異なる複数の位置を測定できるように、前記移動装置を制御する制御装置と、基板上の複数の位置における測定値の変動に基づいてラフネスを評価する解析装置と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、スキャトロメトリ(Scatterometry)法によって、基板上の異なる複数の位置を測定する。ラインの直線方向にラフネスが少ないと、測定値の変動も少ない。その一方、ラインの直線方向に大きなラフネスがあると、測定値が変動する。測定値の変動を抽出することで、ラフネスを特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係るラフネス評価システム及びリソグラフィシステムを説明する。
【００２５】
図１は、リソグラフィシステムの構成図を示す。リソグラフィシステム１は、レジストパターン形成システム２と、エッチングシステム３と、ラフネス評価システム４と、から構成される。
【００２６】
レジストパターン形成システム２は、酸化装置と、レジスト塗布装置と、露光装置と、現像装置とから構成される。そして、基板であるウェハ上にレジスト膜を塗布し、マスクを通して露光して現像する。エッチングシステム３は、減圧処理装置と、液処理装置から構成され、ウェハ上のレジスト膜で覆われていない部分をエッチングにより除去する。ラフネス評価システム４は、スキャトロメトリ法を用いて、ウェハ上のレジストのラフネス、又はウェハ上の回路パターンのラフネスを評価する。
【００２７】
図２に示されるフローチャート、及び図３に示される各工程におけるウェハＷの断面図を参照して、リソグラフィシステムの処理動作について、ウェハＷ上に複数のラインアンドスペースを形成する場合を例に説明する。
【００２８】
まずウェハＷは、レジストパターン形成システム２の酸化装置に搬送される。酸化装置は、酸化処理を施してウェハＷの表面領域にＳｉＯ２層５を形成する。続いて、表面領域にＳｉＯ２層５が形成されたウェハＷは、レジスト塗布装置に搬送される。レジスト塗布装置は、ＳｉＯ２層５の上にレジストを塗布する。続いてレジストが塗布されたウェハＷは、露光装置に搬送される。露光装置は、ウェハＷ表面に塗布されたレジスト層６に露光処理を施す。続いて、露光処理が施されたウェハＷは、現像装置に搬送される。現像装置は、ウェハＷの表面に塗布されたレジスト層６に現像処理を施して、図３（ａ）に示されるラインアンドスペース形成用のレジストパターンを形成する（ステップ１）。その後、表面にレジストパターンが形成されたウェハＷは、現像装置から搬出され、ラフネス評価システム４に搬入される。
【００２９】
ラフネス評価システム４は、スキャトロメトリ法を用いて、ウェハＷ上のレジストのラフネスを評価する（ステップ２）。ラフネス評価システム４の構成及び処理動作については後述する。ラフネス評価システム４において、ラフネスが存在すると評価したときには、評価結果をレジストパターン形成工程（ステップ１）にフィードバックしたり、エッチング工程（ステップ３）にフィードフォワードし、レジストパターン形成工程及びエッチング工程の処理条件を変化させる。
【００３０】
ラフネスが発生する原因としては、露光したときのレジスト表面の反射とか、マスクのトポグラフィ(Topography)の影響とかが挙げられている。レジストパターン形成工程の処理条件を変更して、例えばハードマスクを使用したり、ラフネスが起き難いマスクを光学シミュレーションにより逆算してつくり直せば、ラフネスを減らすことができる。
【００３１】
またラフネスが存在する場合、エッチング工程においても、たとえばエッチングガスの流量、ガス種、チャンバ内の圧力などの処理条件を変化させてもよい。
【００３２】
ラフネスが評価されたウェハＷは、エッチングシステム３に搬入される。エッチングシステム３の減圧処理装置は、プラズマガスを用いて、レジストパターンをマスクとしてウェハＷの表面を選択的にエッチングする。ウェハＷのＳｉＯ２層５には、図３（ｂ）に示されるラインアンドスペース７が形成される。レジスト層６及びラインアンドスペース７の表面には、ポリマ８が付着する。エッチング処理が終了したウェハＷは、液処理装置に搬送される。液処理装置は、ポリマ除去液及びレジスト層除去液をウェハＷの表面に万遍なく広げ、図３（ｃ）に示されるように、ウェハＷ表面のポリマ８及びレジスト層６を除去する（ステップ３）。
【００３３】
図４は、ラフネス評価システム４の構成図を示す。ラフネス評価システム４は、光学装置１１と、ウェハＷを水平面内のＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方向に移動させる移動装置であるステージ１２と、ステージ１２を制御する制御装置１３と、光学装置１１の測定値の変動に基づいてラフネスを評価する解析装置１４と、から構成される。
【００３４】
光学装置１１は、光源１５と、回転偏光子１６と、焦点合わせ楕円ミラー１７と、集光ミラー１８と、検光子１９と、受光器２０と、分光計２１と、を備える。そして、エリプソメトリ(Ellipsometry)法を用いて、ウェハＷ上に偏光した光を照射し、反射する光の偏光状態を測定する。
【００３５】
キセノンランプ、ハロゲンランプなどの光源１５は所定の波長域の光を放出する。回転偏光子１６は光源１５から放出される光を直線偏光に変換し、変換した直線偏光を回転させる。直線偏光は焦点合わせ楕円ミラー１７に反射されて、ウェハＷに照射される。ウェハＷに照射される光のスポット径は、たとえば数十μｍ〜１００μｍ角である。スポットのエリアに五十本以上のラインがあるのが望ましい。パターンの広範囲を測定すれば、ラフネスの測定精度を上げることができる。
【００３６】
ウェハＷに反射された楕円偏光は、集光ミラー１８に反射された後、検光子１９に到る。検光子１９は、集光ミラー１８に反射された楕円偏光のうち、所定の偏光角度の偏光成分のみを通過させる。受光器２０は、例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)カメラなどから構成され、検光子１９を通過した偏光を受光し、受光した偏光を電気信号に変換し、変換した電気信号を分光計２１に供給する。分光計２１は、多くの異なる周波数の波からなる電気信号を受信して、各々の周波数成分を検出し、スペクトラムを表示する。分光計２１はスペクトラムデータを解析装置１４に供給する。
【００３７】
ステージ１２は、ウェハＷが載せられるテーブルと、テーブルを水平面内でＸ方向及びＹ方向の少なくとも一方に移動させる移動機構と、から構成される。
【００３８】
制御装置１３は、光学装置１１が基板上の複数の位置の光の状態を測定できるように、テーブルの移動を制御する。具体的には、図５に示されるように、光学装置１１がラインＬの直線方向にスキャンしながらウェハＷから反射する光の偏光状態を測定できるように、テーブルをラインＬの直線方向（ラインＬの長手方向）に移動させる。テーブルをラインＬの直線方向に移動させるのは、パターンの形状に差がない位置をスポット的に複数回測定するためである。パターンの形状に差がないところがラインＬの直線方向以外にあるのであれば、テーブルをＸ方向及びＹ方向の任意の方向に移動させ、パターンの形状に差がないところをスポット的に測定してもよい。
【００３９】
数ｎｍのラフネスを測定することから、ステージ１２にも精度が要求される。テーブルをラインＬの直線方向にナノのレベルで高精度に移動させることは困難であるから、光の偏光状態を測定した位置をパターン認識し、パターン認識した画像と同じ画像になるまでウェハＷの位置を補正してもよい。
【００４０】
図６は、光学装置の他の例である反射分光計を示す。この反射分光計は、反射率測定法を用いて、ウェハＷ上に照射される光と反射する光の強度の比（反射率）を測定する。発光器２８は、ウェハＷに照射する白色光を水平方向に放出する。反射鏡２２は、発光器２８から地面に対して水平に放出された白色光を反射し、反射した白色光を垂直下方向にあるウェハＷに照射する。レンズ２３は、反射鏡２２から入射される白色光をテーブル２４に載せられたウェハＷの表面に集中する。受光器２５は、ウェハＷからの反射光を受光し、受光した反射光を電気信号に変換し、変換した電気信号を分光計２６に渡す。分光計２６は、多くの異なる周波数の波からなる電気信号を受信して、各々の周波数成分を検出し、スペクトラムを表示する。分光計２６はスペクトラムデータを解析装置２７に供給する。
【００４１】
なお、エリプソメータや反射分光計の波長域や光源に制限を設ける必要はない。スペクトラムが得られるものであれば、エリプソメータや反射分光計に限られることはなく、類似の干渉計を用いることもできる。
【００４２】
図７は、ラフネス評価システムの動作のフローチャートを示す。まず制御装置１３は、光学装置１１がラインの直線方向にスキャンできるようにステージ１２を制御する（ステップ１）。次に光学装置１１は、スキャトロメトリ法を用いて、ウェハＷ上の複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定する（ステップ２）。解析装置１４は、測定値であるスペクトラムデータの変動に基づいて、ラインのラフネスを評価する（ステップ３）。
【００４３】
このラフネス評価方法においては、あらかじめ、スキャトロメトリ法を用いて、リファレンスサンプルの異なる複数の位置に光を照射し、反射する光の状態を測定しておく。そして、リファレンスサンプルのスペクトラムの変動（基準ノイズ）を抽出する。測定サンプルのスペクトラムの変動（ノイズ）とリファレンスサンプルのスペクトラムの変動（基準ノイズ）との差分に基づく指標を算出し、指標が一定値以上ときに、ラフネスが存在すると評価する。
【００４４】
ここで、スペクトラムの変動は、例えば以下の算出方法により算出される。まず、複数回測定した各波長域の反射率の平均値を算出する。次に、反射率の平均値から各波長域の反射率のばらつきを算出（｜各波長域の反射率−各波長域の反射率の平均値｜）する。ばらつきの二乗和を求めると、各波長域のスペクトラムの変動が算出される。具体例は実施例を参照。
【００４５】
図８は、リファレンスサンプルから基準ノイズを抽出する方法の概念図を示す。まず、リファレンスサンプルとして、ラフネスの少ない理想的なウェハＷを用意する。必ずしも評価対象のウェハＷと同じパターンのウェハＷでなくてもよいが、大きく透過率や屈折率の異ならないウェハＷが望ましい。理想的なウェハＷの替わりに、例えばパターン無しのレジスト膜ウェハを用いてもよい。そして、リファレンスサンプルをラインの直線方向にスキャンし、スペクトラムの変動を記録していく。これにより、リファレンスサンプルの基準ノイズが抽出される。パターン無しのレジスト膜ウェハを測定すると、光学装置自体の基準ノイズが抽出される。
【００４６】
測定サンプルについてもラインの直線方向にスキャンし、同様にスペクトラムの変動を記録していく。測定サンプルのラインに変則的な凹凸が発生しているとき、言い換えればＬＥＲ及びＬＷＲが発生しているとき、スペクトラムのノイズが大きくなる。測定サンプルのスペクトラムのノイズとリファレンスサンプルのスペクトラムの基準ノイズとの差分（すなわち、測定サンプルのスペクトラムのノイズ−リファレンスサンプルのスペクトラムの基準ノイズ）に基づく指標を算出し、指標が一定値以上のときにラフネスが存在すると評価する。また、測定サンプルのスペクトラムのノイズが装置自身のスペクトラムのノイズを超えている分、（すなわち、測定サンプルのスペクトラムのノイズ−装置自身のスペクトラムのノイズ）を、ＬＥＲ及びＬＷＲの指標として記録してもよい。ノイズデータを蓄積していけば、ラインにどのようなばらつきが発生しているかを確認できるようになる。
【００４７】
ラフネスの少ないラインであれば、ラインの直線方向でスペクトラムのノイズが少ない。その一方、ラインの直線方向にＬＥＲ又はＬＷＲが存在している場合、ラインの直線方向でスペクトラムのノイズが大きくなる。よって、測定サンプルのスペクトラムのノイズと、リファレンスサンプルのスペクトラムのノイズとの差分が大きくなる。スキャトロメトリ技術などで、すでにエリプソメータや反射分光計はライン形状に対する十分な感度を持っていることが確認されている。スキャトロメトリ技術を用いてラインの直線方向のスペクトラムのノイズを測定することで、ラフネスを評価することができる。
【００４８】
なお、このラフネス評価方法においては、パターンの形状を計測するためのスキャトロメトリ技術と違い、直接スペクトラムのノイズをラフネス成分として検出するため、面倒なプロファイルのモデル設定やライブラリの作成は不要である。
【００４９】
スキャトロメトリ法を用いての測定は以下の効果を奏する。ウェハＷにダメージを与えたり、デバイスを切断したりすることなくラインのラフネスを測定することができるので、実デバイスの測定に使用することができる。また、ＳＥＭを用いた以前の測定では、小さい範囲（〜数μｍ）程度しか測定できなかったのに対して、比較的高範囲（〜１００μｍ）をスキャンして測定できるので、測定時間を大幅に短縮できる。
【００５０】
また、現状のＣＤ−ＳＥＭは真空引きのための大型装置が必要になり、スタンドアローン以外には使用できない。エリプソメータや反射分光計は、情報に基づいたプロセス制御を行うためにコンピュータ統合製造(CIM;computer integrated manufacturing)及びデータ管理システムに接続できる。よって、オフラインからインラインへの移行も可能になる。
【００５１】
本発明は上記の実施の形態に限られず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形、応用が可能である。
【００５２】
上記の実施形態においては、レジストパターンのラインのラフネスを測定したが、エッチング後のウェハＷの回路パターンのラフネスを測定してもよい。レジストパターンが回路パターンに転写されるので、レジストパターンのラインにラフネスが発生すると、エッチング後にも回路パターンのラインにもラフネスが発生する。
【００５３】
また、上記の実施形態においては、ラインアンドスペースが形成されたレジストのラフネスを測定した。本発明はこれに限定されず、コンタクトホールやＳＴＩ(Shallow Trench Isolation)を備えるウェハＷやゲートエッチされたウェハＷのラインのラフネスを測定してもよい。
【００５４】
さらに、上記の実施形態においては、測定サンプルのスペクトラムのノイズとリファレンスサンプルのスペクトラムのノイズとの差分を算出しているが、差分を算出することなく、測定サンプルのスペクトラムのノイズをＬＥＲ及びＬＷＲの指標として用いてもよい。そして、測定サンプルのスペクトラムのノイズが所定値以上のときにラフネスが存在すると評価してもよい。
【００５５】
さらに、上記の実施形態においては、基板としてのウェハＷ上のラインのラフネスを測定したが、ウェハＷ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）、フォトマスク用のマスクレチクルなどの基板のラフネスを測定してもよい。
【実施例】
【００５６】
まず、計測器である反射分光計のノイズを抽出した。ウェハ上の同じ場所を３０回、搬送込みで、各波長に対するスペクトラムのノイズを測定した。サンプルにはレジストによるラインアンドスペース形成後のウェハを用いた。図９は、波長と反射率との関係を示す。波長ごとに反射率の平均値を算出し、反射率の平均値と測定した反射率の差を算出し、差の二乗平均をノイズデータとして算出した。図１０は、波長とノイズデータ（差の二乗平均）との関係を示す。
【００５７】
次に、ラインのラフネス（ＬＥＲ，ＬＷＲ）の小さいレジストによるラインアンドスペースが形成されたサンプルを理想的なラインが形成されるリファレンスサンプルとして、(1)ラフネス小１（基準値）を用意し、測定サンプルとして、(2)ラフネス小２、(3)ラフネス大１、(4)ラフネス大２を用意した。そして、(1)〜(4)のサンプルの波長ごとの反射率を測定し、ノイズを算出した。サンプルのスペクトラムのノイズの算出方法は、計測器のスペクトラムのノイズの算出方法と同じである。
(1)ラフネス小１（基準値）：理想的なラインを測定したときの各波長に対する反射率のスペクトラムのノイズ
(2)ラフネス小２：同じく理想的なラインに近いラスネスが小さい場所を測定したときの各波長に対する反射率のスペクトルのノイズ
(3)ラフネス大１：ラフネスが大きいラインを測定したときの各波長に対する反射率のスペクトラムのノイズ
(4)ラフネス大２：同じくラフネスが大きいラインを測定したときの各波長に対する反射率のスペクトラムのノイズ
(5)計測器のノイズ：計測器が同じ場所を３０回測定したときの各波長に対する反射率のスペクトラムのノイズ
【００５８】
そして、(1)のノイズを基準ノイズとして各(2)〜(4)のノイズとの差分の絶対値を波長ごとに算出した。図１１は、その計算結果（(2)のノイズ−(1)の基準ノイズ、(3)のノイズ−(1)の基準ノイズ、(4)のノイズ−(1)の基準ノイズ、(5)の計測器のノイズを示す。図１１は、各波長に対するラフネスの度合いを表す。この図１１からわかるように、ラフネスが小さいものとラフネスが大きいものでは明らかに差異がでる。また、その差異に対する計測器のノイズの大きさは十分に小さいこともわかる。つまり、ラフネス小とラフネス大は十分な感度で切り分けが行える。
【００５９】
図１２は、上記のスペクトラムのノイズの平方和の比較結果を示す。ラフネス小とラフネス大の間に所定の閾値を設定することでラフネスの評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態のリソグラフィシステムの構成図
【図２】上記実施形態のリソグラフィシステムの処理動作のフローチャート
【図３】上記実施形態のリソグラフィシステムの処理動作の各工程におけるウェハの構造を示す断面図
【図４】本発明の一実施形態のラフネス評価システムの構成図
【図５】ライン及びラインに照射される光のスポットの拡大斜視図
【図６】上記実施形態のラフネス評価システムの光学装置の他の例（反射分光計）を示す構成図
【図７】本発明の一実施形態のラフネス評価システムの処理動作のフローチャート
【図８】リファレンスサンプルから基準ノイズを抽出する方法の概念図
【図９】波長とノイズデータとの関係を示すグラフ
【図１０】波長とノイズデータの差の二乗平均との関係を示すグラフ
【図１１】(1)の基準ノイズと各(2)〜(4)のノイズとの差分の絶対値を波長ごとに算出したグラフ
【図１２】スペクトラムのノイズの平方和の比較結果を示すグラフ
【図１３】ＬＥＲを示す写真
【図１４】ＬＷＲを示す写真
【符号の説明】
【００６１】
１…リソグラフィシステム
２…レジストパターン形成システム
３…エッチングシステム
４…ラフネス評価システム
５…ＳｉＯ２層
６…レジスト層
７…ラインアンドスペース
８…ポリマ
１１…光学装置
１２…ステージ
１３…制御装置
１４…解析装置
１５…光源
１６…回転偏光子
１７…楕円ミラー
１８…集光ミラー
１９…検光子
２０…受光器
２１…分光計
２２…反射鏡
２３…レンズ
２４…テーブル
２５…受光器
２６…分光計
２７…解析装置
２８…発光器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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