(57)【要約】【課題】  ０次回折光を使用してＬ／Ｓパターンのピッチを測定する方法を提供する。【解決手段】  物体の表面に、入射直線偏光を、入射直線偏光の振動方向がＬ／Ｓパターンの長さ方向と一致せず、かつ垂直にならないように入射し、入射直線偏光と物体の表面の法線とのなす角をαとするとき、表面によって反射された反射光のうち、入射直線偏光と振動方向が直角な反射直線偏光のみを検出し、検出された光のうち０次回折光の強度を特定する工程を、入射直線偏光の入射角α又は波長λを変えながら行い、検出された０次回折光の強度が急変してピーク値をとるときの、入射直線偏光の入射角α又は波長λに基づいて、特定の式によりＬ／Ｓパターンのピッチを測定する。【選択図】  図１
2007093394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の表面に形成されたＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンのＬ／Ｓのピッチを測定する方法であって、前記物体の表面に、入射直線偏光を、前記入射直線偏光の振動方向が前記Ｌ／Ｓパターンの長さ方向と一致せず、かつ垂直にならないように照射し、前記直線入射偏光と前記物体の表面の法線とのなす角をαとするとき、前記表面によって反射された反射光のうち、前記入射直線偏光と振動方向が直角な反射直線偏光のみを検出し、検出された光のうち０次回折光の強度を特定する工程を、前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λを変えながら行い、前記検出された０次回折光の強度が急変してピーク値をとるときの、前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λに基づいて、以下の式により、Ｌ／Ｓパターンのピッチを測定する方法。ただし、θは、前記入射直線偏光の進行方向ベクトルを前記物体の表面に投影したものと、Ｌ／Ｓパターンの長さ方向のなす角、ａはsinαである。
【数１】
2007093394.tif 000008
【請求項２】
物体の表面に形成されたＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンのＬ／Ｓのピッチを測定する方法であって、前記物体の表面に、入射直線偏光を、前記入射直線偏光の振動方向が前記Ｌ／Ｓパターンの長さ方向と一致せず、かつ、垂直にならないように照射し、前記直線入射偏光と前記物体の表面の法線とのなす角をαとするとき、前記表面によって反射された反射光のうち、前記入射直線偏光と振動方向が直角な反射直線偏光のみを検出し、検出された光のうち０次回折光の強度を特定する工程を、前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λを変えながら行うと共に、反射直線偏光に含まれていた最高次の回折光より高い次数の回折光が発生し始める点を検出し、この点における前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λに基づいて、以下の式により、Ｌ／Ｓパターンのピッチを測定する方法。ただし、θは、前記入射直線偏光の進行方向ベクトルを前記物体表面に投影したものと、Ｌ／Ｓパターンの長さ方向のなす角、ａはsinαである。
【数２】
2007093394.tif 000009
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｌ／Ｓパターンのピッチを測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路においては、配線パターンのように、一方向に長い平行なパターンが一定ピッチで配列された構造が存在する。このように、一方向に長く平行なラインとスペース（凹部と凸部）が一定間隔で配列され、ピッチの測定上は長さが無限大と見なせるパターンを、本明細書及び特許請求の範囲ではＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンと称する。Ｌ／Ｓパターンは、回折格子においても使用されている。
【０００３】
このような回折格子のピッチや、半導体製造プロセス中におけるレジストパターンのＬ／Ｓパターンのピッチを測定する方法として、回折光を用いることが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような回折光を用いた測定においては、一般に高次の回折光が測定に用いられている。しかしながら、高次の回折光を測定に使用する場合、Ｌ／Ｓパターンのピッチが短くなればなるほど、ブラッグの条件を満足させるために、短波長の光を使用する必要がある。短波長の光を用いる装置は高価となるばかりでなく、レジストのＬ／Ｓパターンを測定する場合、短波長の光であるとレジストを感光させてしまうという問題点がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、０次回折光を使用してＬ／Ｓパターンのピッチを測定する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を達成するための第１の手段は、物体の表面に形成されたＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンのＬ／Ｓのピッチを測定する方法であって、前記物体の表面に、入射直線偏光を、前記入射直線偏光の振動方向が前記Ｌ／Ｓパターンの長さ方向と一致せず、かつ垂直にならないように照射し、前記直線入射偏光と前記物体の表面の法線とのなす角をαとするとき、前記表面によって反射された反射光のうち、前記入射直線偏光と振動方向が直角な反射直線偏光のみを検出し、検出された光のうち０次回折光の強度を特定する工程を、前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λを変えながら行い、前記検出された０次回折光の強度が急変してピーク値をとるときの、前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λに基づいて、以下の式により、Ｌ／Ｓパターンのピッチを測定する方法。ただし、θは、前記入射直線偏光の進行方向ベクトルを前記物体の表面に投影したものと、Ｌ／Ｓパターンの長さ方向のなす角、ａはsinαである。
【０００７】
【数１】
2007093394.tif 000003
【０００８】
前記課題を解決するための第２の手段は、物体の表面に形成されたＬ／Ｓ（ライン・アンド・スペース）パターンのＬ／Ｓのピッチを測定する方法であって、前記物体の表面に、入射直線偏光を、前記入射直線偏光の振動方向が前記Ｌ／Ｓパターンの長さ方向と一致せず、かつ、垂直にならないように照射し、前記直線入射偏光と前記物体の表面の法線とのなす角をαとするとき、前記表面によって反射された反射光のうち、前記入射直線偏光と振動方向が直角な反射直線偏光のみを検出し、検出された光のうち０次回折光の強度を特定する工程を、前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λを変えながら行うと共に、反射直線偏光に含まれていた最高次の回折光より高い次数の回折光が発生し始める点を検出し、この点における前記入射直線偏光の前記入射角α又は波長λに基づいて、以下の式により、Ｌ／Ｓパターンのピッチを測定する方法。ただし、θは、前記入射直線偏光の進行方向ベクトルを前記物体表面に投影したものと、Ｌ／Ｓパターンの長さ方向のなす角、ａはsinαである。
【０００９】
【数２】
2007093394.tif 000004
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、０次回折光を用いてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１（ａ）に示すように、直線上の凸部１と凹部２が一定ピッチＰで配列されたＬ／ＳパターンのピッチＰを測定する。なお、本明細書においては、これらの凸部１、凹部２の長手方向をＬ／Ｓパターンの長さ方向（又は単に長さ方向）、図１（ａ）の平面でそれと直角な方向をＬ／Ｓパターンのピッチ方向（又は単にピッチ方向）ということがある。
【００１２】
図１（ａ）に示すように、Ｌ／Ｓパターンの長さ方向と平行でもなく、Ｌ／Ｓパターンのピッチ方向と平行でもない方向から、直線偏光を測定面に斜め入射させる。但し、直線偏光の進行方向は、図１（ａ）に示されたものに限定されない。その際、直線偏光の偏向方向は、長さ方向及びピッチ方向のいずれとも異なる方向としておく。図１（ｂ）は、ピッチ方向に平行な平面で、測定面の法線を含む平面で切断した断面図であり、この断面において、入射光である直線偏光は入射角αで入射している。なお、入射角αは、測定面の法線と入射光とのなす角として定義されるので、図１（ｂ）に示されたものに限られない。
【００１３】
この直線偏光の反射光を、正反射位置で受け、検光子を用いてクロスニコルスの条件を作り出し、入射する直線偏光と直角な直線偏光を有する光のみを検出する。これは、ノイズ成分を取り除くためである。なお、「のみ」といっても、完全に入射する直線偏光と同じ振動面を有する光の入射が妨げられるわけではなく、誤差として入ってくるものは許容される。このことは、本明細書及び特許請求の範囲において同じである。そして、検出した光から、０次回折光のみを取り出してその強さを観察する。
【００１４】
このことを、前述の入射角α、又は入射直線偏光の波長λの、少なくとも一方を変えながら行う。すると、特定の入射角αと波長λの組み合わせのとき、０次回折光が急激に大きくなり、鋭いピークを形成する。種々の実験の結果、発明者らは、このピークは、受光される光に含まれるうち最高の次数のものをｍ次回折光とするとき、（ｍ＋１）次回折光が発生し始める条件の場合と一致することを突き止めた。
【００１５】
一方、新しい次数の回折光が発生し始めるための条件は、Ｘ線回折で周知となっているエバルト球を使用した解析により求めることができる。この関係を図２を使用して説明する。図２は、エバルト球の中心を通る断面を示しており、エバルト円と称することにする。このエバルト円は正規化されており半径は１である（エバルト球の半径は１／λとされるので、波長λ＝１の場合に対応している）。
入射光である直線偏光は測定面の法線に対して入射角αで入射しているものとする。なお、入射角αは、Ｌ／Ｓパターンのピッチの方向と何ら関係ない。又、図１（ａ）に示す平面図において、入射光の方向と、Ｌ／Ｓパターンの長さ方向のなす角をθとする。
【００１６】
この場合、図２において、エバルト円において、中心Ｏから、長さａ＝sinαの線分を引き、その先端部をＰとする。そして、線分ＯＰに直角な方向とθをなす角度に直線を引き、そのエバルト円との交点をＡ、Ｂとする。Ｏから線分ＡＢに下ろした垂線の足をＱとするとき、∠ＰＯＱ＝θであるから、
ＰＱ＝ａsinθ  …(3)
ＯＱ＝ａcosθ  …(4)
である。
従って、
【００１７】
【数３】
2007093394.tif 000005
【００１８】
となる。
これらより、
【００１９】
【数４】
2007093394.tif 000006
【００２０】
ここで、ＰＡにあたる量が、１次回折光が発生し始める条件を決め、ＰＢにあたる距離が（この距離はエバルト円の半径より短いのでＰからみてＡ側にも、もう１点とれることになるので）２次回折光が発生し始める条件を決定する。
【００２１】
すなわち、Ｌ／ＳパターンのピッチはＰは、仕様波長をλとして
【００２２】
【数５】
2007093394.tif 000007
【００２３】
で求まる。
【００２４】
α＝１５°、θ＝４５°とすると、ｌ１＝0.8、ｌ２＝1.1661であるから、
Ｌ／ＳパターンのピッチＰは、
Ｐ＝λ／0.8  …(10)
又は、Ｐ＝λ／1.1661  …(11)
として求まる。
【００２５】
実際に、以上に述べたようにα＝１５°、θ＝４５°として波長λを変化させときの、０次回折光の強度は、248nmでピーク値を示した。（10）式、（11）式より、ピッチを計算すると、それぞれ310nm、212.7nmとなる。実際のピッチは、310nmであったので、実験値とよく一致している。なお、測定値として２つの値が得られるが、あらかじめピッチの寸法は大まかに分かっているので、それに近い方を採用することで問題はない。なお、線幅は、ピッチの半分として求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態の例を説明するための図である。
【図２】エバルト球を使用して、Ｌ／Ｓのピッチを求める方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…凸部、２…凹部
【図１】
2007093394.tif 000010
【図２】
2007093394.tif 000011