(57)【要約】【課題】周期的な凹凸形状（例えば、ライン＆スペース等）を有する構造のパターンの断面形状を、そのパターンを破壊することなくかつパターンを構成する物質の光学定数の変化に影響されることなく、高スループットかつ高精度に測定する断面形状測定に用いられるライブラリ作成方法を提供すること。【解決手段】被測定物としての周期的パターン６の断面形状と、周期的パターン６に入射する入射光４ａの入射条件（入射角度、波長）と、周期的パターン６を構成する物質Ｍ２（レジスト）の光学定数（屈折率、吸収係数）とを変化させつつ周期的パターン６からの反射光４ｂの複数の光束状態（強度、位相）を計算により求めるステップと、複数の光束状態とそれに対応する光学定数とをそれぞれ関連付けて複数のライブラリＬ１，Ｌ２，…，Ｌｋとするステップとを有することを特徴とするライブラリ作成方法。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物としての周期的パターンの断面形状と、前記周期的パターンに入射する入射光の入射条件と、前記周期的パターンを構成する物質の光学定数とを変化させつつ該周期的パターンからの反射光の光束状態を計算により複数求めるステップと、
該複数の光束状態とそれに対応する前記光学定数とをそれぞれ関連付けて複数のライブラリとするステップとを有することを特徴とするライブラリ作成方法。
【請求項２】
前記光学定数が、屈折率、吸収係数、厚さ方向寸法のうち少なくともいずれか一であることを特徴とする請求項１に記載のライブラリ作成方法。
【請求項３】
前記光束状態が、反射光の強度又は反射光の位相のうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のライブラリ作成方法。
【請求項４】
前記入射条件が、前記入射光の入射角度、前記入射光の波長、前記入射光の強度のうち少なくともいずれか一であることを特徴とする請求項１に記載のライブラリ作成方法。
【請求項５】
前記周期的パターンを構成する物質がレジストであることを特徴とする請求項１に記載のライブラリ作成方法。
【請求項６】
前記周期的パターンを構成する物質の光学定数を分光エリプソメータにより測定するステップと、実施態様１に記載のライブラリ作成方法によって作成された前記複数のライブラリの中から前記測定された光学定数に対応するライブラリを選択するステップと、前記周期的パターンに対して所定の入射条件で入射光を入射させて該周期的パターンからの反射光の光束状態を検出するステップと、前記選択されたライブラリの中から該検出された反射光の光束状態に関連付けられた断面形状を抽出するステップとを有することを特徴とする断面形状測定方法。
【請求項７】
前記複数のライブラリの中に前記測定された光学定数に対応するライブラリがない場合に、該複数のライブラリを用いて前記測定された光学定数に対応するライブラリを新たに作成することを特徴とする請求項６に記載の断面形状測定方法。
【請求項８】
被測定物としての周期的パターンの断面形状と、前記周期的パターンに入射する入射光の入射条件と、前記周期的パターンを構成する物質の光学定数とを変化させつつ該周期的パターンからの反射光の複数の光束状態を算出する計算機と、該複数の光束状態とそれに対応する前記光学定数がそれぞれ関連付けられた複数のライブラリを記憶する記憶装置と、前記周期的パターンに対して所定の入射条件で入射光を入射させる光源と、該周期的パターンからの反射光の光束状態を検出する光検出器とを有し、前記計算機が、分光エリプソメータによって測定された前記周期的パターンを構成する物質の光学定数に対応するライブラリを前記記憶装置から選択し、該選択されたライブラリの中から前記検出された反射光の光束状態に関連付けられた断面形状を抽出することを特徴とする断面形状測定装置。
【請求項９】
請求項６に記載の断面形状測定方法により前記周期的パターンの断面形状を測定し、その測定された周期的パターンの断面形状に基づいて基板のアライメントを行うことを特徴とする露光装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の露光装置によって被処理体を投影露光する工程と、前記投影露光された被処理体に所定のプロセスを行う工程とを有するデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周期的な凹凸形状を有する構造のパターンの断面形状を、光を用いて測定する断面形状測定に用いられるライブラリ作成方法に係り、より具体的には、例えばＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイス・ＣＣＤ等の撮像デバイス・液晶パネル等の表示デバイス・磁気ヘッド等の検出デバイスを感光基板としてのウエハに露光することにより製造するデバイス製造工程に用いられる、ウエハ上に形成された微細な周期的パターン（例えば、ライン＆スペースパターン等）の断面形状測定に用いられるライブラリ作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣやＬＳＩ等の半導体デバイスの高集積化がますます加速度を増しており、これに伴う半導体ウエハの微細加工技術の進展も著しい。この微細加工技術を利用した露光装置として、露光原版としてのマスク（レチクル）の表面に形成された回路パターン像を投影光学系（投影レンズ）により感光基板（ウエハ）上に形成し、感光基板をステップ＆リピート方式で露光する縮小投影露光装置（ステッパー）が種々と提案されている。
【０００３】
一般に投影光学系を有するステッパーを用いた微細な回路パターンの露光転写においては、ウエハ面への露光量やウエハのフォーカス位置（投影光学系の光軸方向の位置）等の露光条件を適切に設定することが重要である。このため、従来のステッパーにおいて量産工程に入る前の試し焼き工程（ｓｅｎｄ  ａｈｅａｄ）で１ショット毎に露光条件、すなわち露光量（シャッター開閉時間）とフォーカス位置との少なくとも一方を変えながら感光基板（ウエハ）にパターンを焼き付けた後、その感光基板（ウエハ）を現像して回路パターンの線幅を光学顕微鏡や線幅測定装置で計測することにより最適な露光条件を決定している。
【０００４】
例えば、ウエハ上のショット領域（露光領域）において、そのショット配列の横方向についてはフォーカス値を一定にして露光量（シャッター開閉時間）を一定量ずつ変化させ、ショット配列の縦方向については露光量を一定にしてフォーカス値を一定量ずつ変化させて露光する。そして現像後に形成された各ショットにおけるライン（Ｌ）＆スペース（Ｓ）のレジストパターン（ライン＆スペースパターン、以下、Ｌ＆Ｓパターンと略す。）の線幅を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で測長して検出し、これにより投影レンズの最適焦点位置と最適露光量を算出している。
【０００５】
また、ＳＥＭにより線幅を測定する方法以外の方法も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。これらに開示の方法によれば、線幅を測定する測定対象としての周期的パターンに偏光光（Ｓ偏光とＰ偏光）を入射し、周期的パターンからの反射光の状態（強度、位相）を測定し、周期的パターンで反射する際に生じる偏光光の状態（強度、位相）の変化量を検出することにより、その変化量に基づいて周期的パターンの線幅を算出している。
【０００６】
出願人らは、周期的パターンに偏光光（Ｓ偏光とＰ偏光）を入射し、その周期的パターンからの反射光の光束の状態（強度、位相）の変化に基づいてウエハ上に露光された周期的パターンの線幅を測定し、露光工程における露光装置上での最適なウエハのフォーカス位置及び最適なドーズ量（露光量）を求める方法を提案している。
【０００７】
周期的パターンに偏光光を照射し、周期的パターンから得られる反射光の状態変化（強度変化、位相変化）の実測値と計算値とを比較することにより、周期的パターンの断面形状を測定する断面形状測定器が複数の計測機器メーカ（Ａｃｃｅｎｔ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社、Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ社、Ｎｏｖａ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社、Ｔｈｅｒｍａ−Ｗａｖｅ社、Ｔｉｍｂｒｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社）から販売されている。ここで、反射光の状態変化の計算値は、想定した周期的パターンの形状、周期的パターンを構成する物質の光学定数（例えば、屈折率ｎ、吸収係数ｋ）等をパラメータとして算出する。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−２１１４２１号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１１４２２公報等
【特許文献３】
特開平９−３６０３７号公報
【特許文献４】
特開平１０−２２２０５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＳＥＭを用いた周期的パターンの線幅の観察、測定においては、対象としての試料を所定の大きさに切断しなければならず、また、真空容器内に試料を装填しなければならないので、時間と手間を要するという問題がある。また、測定する周期的パターンが化学増幅型レジストにより形成されている場合は、測定のための電子線を照射した場合にその周期的パターンに電子がチャージアップされて周期的パターンが変形してしまい、正確な線幅測定ができないという問題もある。
【００１０】
周期的パターンに偏光光を照射し、周期的パターンから得られる反射光の状態変化（強度変化、位相変化）の実測値と計算値とを比較することにより、周期的パターンの断面形状を測定する上記の断面形状測定器を用いた場合は以下のような問題が生じる。すなわち、周期的パターンを構成する物質（被測定物）の実際の光学定数が、経時変化や製造ロット間のばらつきによって、反射光の状態変化を算出する際に用いられる周期的パターンを構成する物質の演算上の光学定数と異なってしまっている場合に正確な線幅の測定ができなくなってしまう。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、周期的な凹凸形状（例えば、ライン＆スペース等）を有する構造のパターンの断面形状を、そのパターンを破壊することなくかつパターンを構成する物質の光学定数の変化に影響されることなく、高スループットかつ高精度に測定する断面形状測定に用いられるライブラリ作成方法を提供することを例示的目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の例示的目的を達成するために、本発明の一側面としてのライブラリ作成方法は、被測定物としての周期的パターンの断面形状と、周期的パターンに入射する入射光の入射条件と、周期的パターンを構成する物質の光学定数とを変化させつつ周期的パターンからの反射光の光束状態を計算により複数求めるステップと、複数の光束状態とそれに対応する光学定数とをそれぞれ関連付けて複数のライブラリとするステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
【実施の形態１】
［断面形状測定原理］
まず、周期的パターンの断面形状測定方法の原理について説明する。本発明における周期的パターンの断面形状測定方法は、一般にＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ−ｉｃ  ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｒｙ（以下、分光エリプソメトリ法という。）と呼ばれるものである。この分光エリプソメトリ法は、周期的パターンに対して位相差０、振幅比１のＰ偏光及びＳ偏光による直線偏光光を所定の入射角度θで入射させ、又は入射角度を変化させつつ入射させ、その反射光の位相差（Δ）と振幅比（Ψ）とを測定することにより断面形状を測定する方法である。その検出原理は、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ（Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅ−ｓｓ誌：Ｍ．Ｂｏｒｎ  ａｎｄ  Ｅ．Ｗｏｌｆ著）又は特開平１１−２１１４２１号公報に記載されている。
【００１５】
図１は、周期的パターンとしてのＬ＆Ｓパターンの断面を模式的に示した図である。基板１上に互いに屈折率の異なる物質Ｍ１と物質Ｍ２とが周期的に交互に並んでいる。このような周期性構造体は複屈折性を有することが知られており、その性質は構造性複屈折（ｆｏｒｍ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）と呼ばれる。
【００１６】
例えば、物質Ｍ１が空気、物質Ｍ２がレジストである場合、これら物質Ｍ１，Ｍ２によって構成される周期的パターンに対して所定波長、所定偏光状態の測定光束２を所定入射角θ１で入射させる。物質Ｍ２（レジスト）内を透過して基板１表面で反射し、再び物質Ｍ２（レジスト）を透過して出射した反射光束３ａと物質Ｍ２（レジスト）表面で直接反射した反射光束３ｂとが合波してできた反射光束３の状態を測定する。
【００１７】
一般に、照射する測定光の波長に比べて周期的パターンのピッチが充分に小さい場合は、反射光が複屈折特性を持つことが知られている。また、照射する測定光の波長に比べて周期的パターンのピッチが大きい場合は回折光が生じるが、この回折光を用いても同様の測定を行うことができる。
【００１８】
図１において、
ａ：物質Ｍ２（レジスト）の幅
ｂ：物質Ｍ１（空気）の幅
ｃ：周期的パターンのピッチ（すなわちｃ＝ａ＋ｂ）
ｎａ：物質Ｍ２の屈折率
ｎｂ：物質Ｍ１の屈折率
θ１：測定光束２の入射角
ｈ：物質Ｍ１と物質Ｍ２の高さ
ｎ１：測定光束２の入射側周囲物質の屈折率
ｎ３：基板１の屈折率
とする。図１に示す周期的パターンに波長がピッチｃ以上であるレーザ光が垂直に入射した場合に、その入射光の光束のうち電場ベクトルが格子の線（図１中紙面に垂直な方向に延びる）と直交する平面に対し垂直な偏光光からなる光束をＳ偏光といい、電場ベクトルが格子の線と直交する平面と平行な偏光光からなる光束をＰ偏光という。Ｓ偏光、Ｐ偏光に対する複屈折素子（周期的パターン）の周期構造部分でのそれぞれの屈折率Ｎｏ、Ｎｅは、それぞれ次式で与えられることが知られている。
【００１９】
Ｎｏ２＝（ｂ／ｃ）ｎｂ２＋（ａ／ｃ）ｎａ２    …（１）
Ｎｅ２＝ｎｂ２ｎａ２／｛（ｂ／ｃ）ｎａ２＋（ａ／ｃ）ｎｂ２｝  …（２）
式（１）、式（２）から明らかなように、図１に示される被測定物としての周期的パターンは、Ｓ偏光に対する屈折率がＮｏであってＰ偏光に対する屈折率がＮｅである一軸性光学結晶と等価である。したがって、Ｓ偏光の反射係数ｒｓは屈折率Ｎｏの薄膜の反射係数と略同等となり、Ｐ偏光の反射係数ｒｐは屈折率Ｎｅの薄膜の反射係数と略同等となる。反射係数ｒｓ，ｒｐについてはＰｒｉｎｃｉ−ｐｌｅ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃｓ（Ｐｅｒｇａｍｏｎ  Ｐｒｅｓｓ誌  ６ｔｈ  Ｅ−ｄｉｔｉｏｎ  Ｐ６０〜Ｐ６５：Ｍ．Ｂｏｒｎ  ａｎｄ  Ｅ．Ｗｏｌｆ著）に記載されているので、詳細な説明は割愛する。
【００２０】
式（１）、式（２）及び反射係数ｒｓ，ｒｐに関する式によれば、周期的パターンのデューティ比ｂ／ｃの変化に伴って周期的パターンの等価屈折率Ｎｏ，Ｎｅが変化し、その結果、周期的パターンの反射係数ｒｓ，ｒｐが変化する。すなわち、反射係数ｒｓ，ｒｐは、等価屈折率Ｎｏ，Ｎｅを介して周期的パターンのデューティ比ｂ／ｃの影響を受ける。そして反射係数ｒｓ，ｒｐが変化すると、周期的パターンでの反射に際して付与される各偏光の位相状態も変化する。したがって周期的パターンからの反射光の強度及び位相差を測定することにより、デューティ比ｂ／ｃを知ることができる。
【００２１】
図２に、分光エリプソメトリ法を用いた周期的パターンの断面形状測定装置の光学系の一例を示す。光源４から出た入射光４ａは、回転可能なポラライザ５を通過することにより、偏光面（Ｓ偏光、Ｐ偏光）が調整されるとともに位相が揃えられ、周期的パターン６に向けて照射される。周期的パターン６で反射された反射光４ｂは、その波長に応じて分光光学系７によって空間的に波長分離される。その分離光４ｃは、アレー状に光電検出器が配列した光検出器８により波長ごとに検出され、波長ごとのＳ偏光及びＰ偏光の強度比や位相差が検出され、それらの情報は計算機９へと送られる。計算機９では、光検出器５からの情報と後述するライブラリ情報とが比較されて周期的パターンの断面形状が算出され、その結果が被測定対象物である周期的パターン６の断面形状として出力される。
【００２２】
この図２で説明する分光エリプソメトリ法においては、入射角度を固定し、複数の波長を有する入射光（ブロードバンド光）４ａを照射して反射光４ｂの状態を検出している。しかしながら、分光エリプソメトリ法ではレジスト膜厚やレジストパターン形状が異なっても、入射光の入射条件（入射角度・入射光の波長等）によっては同じ強度比・位相差状態となってしまう場合がある。そのため、複数の入射条件（複数の入射角度による照射、又は、複数の波長の入射光での照射）における反射光の変化を検出することにより、測定精度を向上させることも行われる。
【００２３】
上記に説明した分光エリプソメトリ法を用いた断面形状測定装置は、光を用いたＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ、すなわち周期的パターンの線幅）測定装置として前述の計測機器メーカから販売されている。これらの装置によりＣＤ測定に限らず周期的パターンの高さや側壁角度（Ｓｉｄｅ  ｗａｌｌ  ａｎｇｌｅ）の測定も可能である。これらの測定値に基づいて、図３に示す手順に従って被測定物としての周期的パターンの断面形状が測定される。
【００２４】
まず測定前の準備段階として、想定される周期的パターンの断面形状を計算機９上で定義し、各断面形状からの反射光の状態をシミュレーション計算により求めてその状態値をライブラリとして保持しておく。すなわち、周期的パターン６を構成する物質Ｍ２（レジスト）の光学定数（屈折率ｎ、吸収係数ｋ、各物質の厚さｄ）に基づき（工程１）、複数の異なる入射光の入射条件（複数の入射角度、複数の波長光の照射）において（工程２）、想定される断面形状（工程３）に入射光が入射した場合に反射光から得られる情報（強度比の変化、位相差の変化）を計算により求める（工程４）。
【００２５】
異なる断面形状を各種定義してそれぞれの断面形状に対してこの一連の計算を行い（工程３）、得られた計算結果とそれに対応する断面形状とを関連付けてライブラリとして記憶装置に記憶させる。ここでライブラリとは、光学定数と互いに異なる断面形状を有する周期的パターンとに基づいて行われたシミュレーション計算によって得られた光束状態が、その光束状態に対応する周期的パターンの断面形状や光学定数に関連付けられたデータ又はデータベースのことを言う。
【００２６】
工程１において用いる周期的パターンの光学定数は、複数の入射条件のパラメータとして入射角度又は入射光波長のいずれを用いるかによって必要とされる内容が異なる。単波長を用いて入射角度を変化させ、各入射角度ごとに得られる反射光に対して測定を行う場合は、測定に用いる単波長に対する光学定数を計算機に入力する。一方、入射角度を固定して入射光の波長を変化させ、各波長ごとに得られる反射光に対して測定を行う場合は、測定に用いる各波長ごとの光学定数を計算機に入力する必要がある。
【００２７】
次に、実際の被測定物としての周期的パターン６に入射光４ａを入射し（工程５）、得られる反射光４ｂの情報（強度比の変化、位相差の変化）を光検出器８により検出する（工程６）。記憶装置に記憶されたライブラリの光束情報とこの検出値より得られた実際の反射光４ｂの情報とを比較して、ライブラリの中から実際の反射光４ｂの情報と一致する光束情報を抽出する（工程７）。計算機９上で定義された断面形状のうち、その光束情報に関連付けられた周期的パターンの断面形状を、実際の被測定物としての周期的パターン６の断面形状とする（工程８）。
【００２８】
分光エリプソメトリ法の原理、及びその原理を用いた断面形状測定方法は以上説明した通りである。しかしながら図３に示す手順による方法によれば、工程１から工程４でのライブラリ作成時における光学情報と、実際の被測定物の光学情報とが異なってしまうと断面形状測定に誤差を生じることとなる。例えば、実際の周期的パターン６を構成する物質Ｍ２（例えばレジスト）の経時変化・製造ロットの相違等に起因して、その実際の屈折率ｎとライブラリ作成時における計算上の屈折率ｎとが異なるものとなってしまった場合、正確な断面形状測定ができなくなってしまう。
【００２９】
そこで、図４及び図５に示す手順に従って断面形状測定を行う。図４は、本発明の実施の形態１に係るライブラリ作成方法を用いた周期的パターンの断面形状測定の手順を説明するフローチャートである。図５は、本発明の実施の形態１に係る方法により作成されたライブラリの構造を模式的に示す図である。この実施の形態１においては、周期的パターン（被測定物）６を構成する物質Ｍ２としてレジストを用い、そのレジストの光学定数である屈折率ｎのみが変化した場合について説明する。
【００３０】
まず、周期的パターン６の断面形状と、入射光４ａの入射条件と、レジストの光学定数とを変化させつつ反射光４ｂの光束状態を計算により求める。そして、その光束状態とそれに対応する光学定数とをそれぞれ関連付けて複数のライブラリとする。具体的には、レジストの屈折率をｎＬ１、吸収係数をｋとし、図３の工程１から工程４に示す工程と同様の手順によりライブラリＬ１を作成する。続いてレジストの屈折率をｎＬ２、吸収係数をｋとし、同様にライブラリＬ２を作成する。このようにレジストの吸収係数ｋを一定とし、屈折率をｎＬ１，ｎＬ２，…，ｎＬｋまで順次変化させて、それぞれの屈折率に対応するライブラリＬ１，Ｌ２，…，Ｌｋを作成する（図５を参照）。ここでｋは整数であり、ｋの値が大きいほど多くのライブラリを作成することとなる。レジストの屈折率の変化範囲、すなわちｋの範囲は、レジストの経時変化や製造ロット間のばらつきにより生じるレジスト屈折率の変化範囲内で設定する。
【００３１】
複数のライブラリＬ１，Ｌ２，…，Ｌｋを作成した後（工程９）、図６に示すように実際の断面形状を測定すべき被測定物としての周期的パターン６の近傍であって周期的パターン６等が形成されていない平坦部１０（図６を参照）においてレジストの屈折率ｎｒを分光エリプソメータを用いて測定する（工程１０）。光源４からの入射光（ブロードバンド光）４ａを回転調整可能なポラライザ５に通過させて周期的パターン６の近傍に設けられた平坦部１０に照射し、平坦部１０からの反射光４ｂを分光光学系７に通過させて光電検出器５で検出し、その検出結果としての反射光４ｂの光束状態により平坦部１０におけるレジストの屈折率ｎｒを測定する。
【００３２】
この屈折率の測定は、複数の入射条件のパラメータ（入射角度、入射光の波長）としていずれを用いるかによって測定すべき内容が異なる。単波長の入射光４ａを用いて入射角度を変化させ、入射角度ごとに得られる反射光４ｂを測定する場合は、測定に用いる単波長に対する屈折率を測定すればよい。一方、入射角度を固定して複数の波長を有する入射光４ａを入射し、各波長ごとの反射光４ｂを測定する場合は、各波長ごとの屈折率を測定する必要がある。
【００３３】
次に、工程９で作成した複数のライブラリの中から工程１０で測定されたレジスト屈折率ｎｒに対応するライブラリを選択する（工程１１）。すなわち測定されたレジスト屈折率ｎｒと一致する屈折率ｎＬｋに関連付けられたライブラリを、複数のライブラリの中から選択する。そして工程７、工程８と同様に、選択されたライブラリを用いて周期的パターン６の断面形状測定を行う（工程１２）。レジスト屈折率ｎｒとライブラリ作成時のレジスト屈折率ｎＬｋとの一致度の判定は、レジスト屈折率ｎＬｋの、断面形状測定誤差に対する敏感度を予め調査しておき、トレランス（一致度の許容誤差）αを設定し、ｎＬｋ±αとしてこのトレランスαを含んだ屈折率との一致を考えればよい。
【００３４】
また本実施例では、吸収係数ｋの変化は、計算結果に影響を与えない範囲内での変化であるとして吸収係数ｋ＝一定としたが、屈折率ｎ＝一定として吸収係数ｋの値を変化させてライブラリを作成してもよいし、屈折率ｎと吸収係数ｋの両方を変化させてライブラリを作成してもよい。
【００３５】
次に、図７及び図８を参照して、露光装置によるデバイスの製造方法の実施例を説明する。この露光装置は上述のライブラリ作成方法を利用した断面形状測定方法により周期的パターンの断面形状を測定する。図６は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１０１（回路設計）ではデバイスの回路設計を行う。ステップ１０２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ１０３（ウェハ製造）ではシリコンなどの材料を用いてウェハ（被処理体）を製造する。ステップ１０４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いてリソグラフィ技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ１０５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップ１０４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ１０６（検査）では、ステップ１０５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、これが出荷（ステップ１０７）される。
【００３６】
図８は、ステップ１０４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１１（酸化）ではウェハの表面を酸化させる。ステップ１１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１１４（イオン打ち込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１１５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ステップ１１６（露光）では、露光装置１によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本実施例の製造方法によれば従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。
【００３７】
【実施の形態２】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。既存の複数のライブラリの中に、被測定物である周期的パターン６近傍で測定したレジスト屈折率ｎｒに対応するレジスト屈折率ｎＬｋに関連付けられたライブラリがない場合、ｎｒ  ＝ｎＬｋとなるライブラリのデータを、既存のライブラリを用いて新たに作成する。例えば、被測定物としての周期的パターン６近傍で測定したレジストの屈折率ｎｒ、ライブラリＬ１に関連付けられた屈折率率ｎＬ１、ライブラリＬ２に関連付けられた屈折率ｎＬ２の関係が、ｎＬ１＜ｎｒ＜ｎＬ２であったとする。ライブラリーＬ１に関連付けられた光束情報とライブラリーＬ２に関連付けられた光束情報とを用い、内挿計算により、屈折率ｎＬｋ＝ｎｒに相当するライブラリを新たに作成し、このライブラリを実際の測定用として用いる。
【００３８】
この実施の形態２においては、内挿計算による新規ライブラリの作成方法について述べたが、その他の既存のライブラリを組み合わせて、外挿計算により新規ライブラリを作成してももちろんよい。また、本実施の形態１及び２においては、レジスト屈折率の経時変化、製造ロット間のばらつきにより生じる測定誤差への対応方法について述べたが、光学定数の変化はレジストに限られるものでないことはもちろんである。レジスト以外の物質（例えば、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ、酸化膜、ＢＡＲＣ等）によって周期的パターン６が構成されている場合は、その構成物質の光学定数をパラメータとして複数のライブラリを作成してもよいし、周期的パターン６が形成されている下地、すなわち基板１の光学定数（屈折率ｎ、吸収係数ｋ）を変化させて複数のライブラリを作成してももちろんよい。
【００３９】
以上、本発明の好ましい実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、周期的パターンに偏光光を照射し、そこから得られる反射光の状態（強度、位相）を入射条件（入射角、波長）の関数として測定することによって、周期的パターンの断面形状を測定する断面形状測定装置において、周期的パターンを構成する物質の屈折率の変動に応じて測定に用いるライブラリを複数作成しておき、測定に適した屈折率を用いて作成されたライブラリを選択することにより、周期的パターンを構成する物質の光学定数の変化の影響を受けない高スループットかつ高精度な測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】周期的パターンとしてのＬ＆Ｓパターンの断面を模式的に示した図である。
【図２】分光エリプソメトリ法を用いた周期的パターンの断面形状測定装置の光学系の一例を示す図である。
【図３】被測定物としての周期的パターンの断面形状を測定する従来の手順を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係るライブラリ作成方法を用いた周期的パターンの断面形状測定の手順を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１に係るライブラリ作成方法により作成されたライブラリの構造を模式的に示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るライブラリ作成方法を用いた周期的パターンの断面形状測定において、分光エリプソメータを用いてレジストの屈折率を測定する様子を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るライブラリ作成方法を用いた露光装置による露光工程を有するデバイス製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７に示すステップ１０４の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
Ｍ２：物質（レジスト）
１：基板
４：光源
４ａ：入射光
４ｂ：反射光
６：周期的パターン（被測定物）
７：分光光学系
８：光検出器
９：計算機
１０：平坦部
【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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