(57)【要約】【課題】  例えばレジストを感光させることなく、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンの方向を測定することのできる方向測定装置。【解決手段】  Ｌ／Ｓパターン（１２Ａ〜１２Ｄ）の方向を測定する方向測定装置は、Ｌ／Ｓパターンに光を照射する照射系（１〜３）と、Ｌ／Ｓパターンで反射された０次回折光を検出する検出系（４，５）と、Ｌ／Ｓパターンの方向に対してＬ／Ｓパターンへの光の入射方向を相対的に変化させる方向変更機構（１４，１５）と、Ｌ／Ｓパターンの方向と入射方向との相対的な変化に応じて検出系で検出される０次回折光の光強度の変化に基づいて、Ｌ／Ｓパターンの方向を測定する測定系（６）とを備えている。【選択図】  図１
2009002720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定する方向測定装置において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに光を照射するための照射系と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンで反射された０次回折光を検出するための検出系と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向に対して前記ライン・アンド・スペース・パターンへの光の入射方向を相対的に変化させるための方向変更機構と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向と前記入射方向との相対的な変化に応じて前記検出系で検出される０次回折光の光強度の変化に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定するための測定系とを備えていることを特徴とする方向測定装置。
【請求項２】
前記光は、直線偏光状態の光であることを特徴とする請求項１に記載の方向測定装置。
【請求項３】
前記検出系は、前記ライン・アンド・スペース・パターンへの入射光の偏光方向と直交する偏光方向を有する０次回折光を検出することを特徴とする請求項２に記載の方向測定装置。
【請求項４】
前記方向変更機構は、前記ライン・アンド・スペース・パターンの形成面に垂直な所定の軸線廻りに、前記ライン・アンド・スペース・パターンを回転させるための回転機構を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方向測定装置。
【請求項５】
ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定する方向測定方法において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに光を照射する照射工程と、
前記照射工程を経て前記ライン・アンド・スペース・パターンで反射された０次回折光を検出する検出工程と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向に対して前記ライン・アンド・スペース・パターンへの光の入射方向を相対的に変化させつつ前記照射工程および前記検出工程を行うことにより、前記検出工程で検出された０次回折光の光強度の変化に基づいて前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定する測定工程とを含むことを特徴とする方向測定方法。
【請求項６】
前記光は、直線偏光状態の光であることを特徴とする請求項５に記載の方向測定方法。
【請求項７】
前記検出工程では、前記ライン・アンド・スペース・パターンへの入射光の偏光方向と直交する偏光方向を有する０次回折光を検出することを特徴とする請求項６に記載の方向測定方法。
【請求項８】
前記測定工程では、前記ライン・アンド・スペース・パターンの形成面に垂直な所定の軸線廻りに、前記ライン・アンド・スペース・パターンを回転させつつ前記照射工程および前記検出工程を行うことを特徴とする請求項５乃至７のいずれか１項に記載の方向測定方法。
【請求項９】
前記測定工程では、前記検出工程で検出された０次回折光の光強度が最小値または最大値になるときの前記ライン・アンド・スペース・パターンの回転情報に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定することを特徴とする請求項８に記載の方向測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンの方向測定装置および方法に関し、特に物体の表面に形成されたライン・アンド・スペース・パターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」とも表記する）の方向を測定する装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｌ／Ｓパターンに単波長の光を照射して、Ｌ／Ｓパターンで反射された高次の回折光（±１次回折光、±２次回折光など）を検出し、検出した回折光の光強度に基づいてＬ／Ｓパターンのピッチを測定する技術が知られている。ただし、この従来技術による手法では、Ｌ／Ｓパターンの方向、すなわちＬ／Ｓパターンのピッチ方向または長さ方向を測定することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
例えば光リソグラフィーの技術分野において、レジストを感光させることなく、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンの方向を測定することが要望されている。
【０００４】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、例えばレジストを感光させることなく、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンの方向を測定することのできる方向測定装置および方法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】
【０００５】
前記課題を解決するために、本発明の第１形態では、ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定する方向測定装置において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに光を照射するための照射系と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンで反射された０次回折光を検出するための検出系と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向に対して前記ライン・アンド・スペース・パターンへの光の入射方向を相対的に変化させるための方向変更機構と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向と前記入射方向との相対的な変化に応じて前記検出系で検出される０次回折光の光強度の変化に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定するための測定系とを備えていることを特徴とする方向測定装置を提供する。
【０００６】
本発明の第２形態では、ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定する方向測定方法において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに光を照射する照射工程と、
前記照射工程を経て前記ライン・アンド・スペース・パターンで反射された０次回折光を検出する検出工程と、
前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向に対して前記ライン・アンド・スペース・パターンへの光の入射方向を相対的に変化させつつ前記照射工程および前記検出工程を行うことにより、前記検出工程で検出された０次回折光の光強度の変化に基づいて前記ライン・アンド・スペース・パターンの方向を測定する測定工程とを含むことを特徴とする方向測定方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、Ｌ／Ｓパターンで反射された０次回折光を検出するので、照射光として比較的長い波長の光を用いることができる。その結果、比較的簡素な構成にしたがってＬ／Ｓパターンの方向を測定することができるとともに、例えばレジストに形成されたＬ／Ｓパターンの方向を測定する際にレジストを感光させる危険性がない。換言すれば、本発明の方向測定装置および方法では、例えばレジストを感光させることなく、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンの方向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】
【０００８】
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる方向測定装置の構成を概略的に示す図である。図２は、本実施形態にかかる方向測定装置の測定対象である一群のＬ／Ｓパターンを概略的に示す図である。図３は、図２のＬ／Ｓパターンのピッチ方向に沿った断面図である。
【０００９】
図２および図３を参照すると、物体１１の表面には、互いに方向の異なる４つのＬ／Ｓパターン１２Ａ, １２Ｂ, １２Ｃおよび１２ＤがＸＹ平面に沿って形成されている。各Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄは、図２中において斜線部で示す凸部（以下、「ライン部」という）１２ａ（この参照符号１２ａは図２では不図示）と、図２中において空白部で示す凹部（以下、「スペース部」という）１２ｂ（この参照符号１２ｂは図２では不図示）とにより構成されている。ライン部１２ａおよびスペース部１２ｂはともに、所定方向に沿って直線的に且つ帯状に延びている。
【００１０】
具体的に、図２に示す基準状態（後述の基準角度位置に対応）では、第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａのライン部およびスペース部はともに、＋Ｘ方向および＋Ｙ方向と４５度をなす方向に沿って帯状に延びている。第２Ｌ／Ｓパターン１２Ｂのライン部およびスペース部はともに、Ｘ方向に沿って帯状に延びている。第３Ｌ／Ｓパターン１２Ｃのライン部およびスペース部はともに、Ｙ方向に沿って帯状に延びている。第４Ｌ／Ｓパターン１２Ｄのライン部およびスペース部はともに、＋Ｘ方向とα度をなし且つ＋Ｙ方向と（９０−α）度をなす方向に沿って帯状に延びている。以下、説明を単純化するために、０＜α＜４５とする。
【００１１】
換言すれば、第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａの長さ方向は＋Ｘ方向および＋Ｙ方向と４５度をなす方向であり、第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａのピッチ方向は＋Ｘ方向および−Ｙ方向と４５度をなす方向である。以下、説明を簡単にするために、Ｌ／Ｓパターンの長さ方向を、単に「Ｌ／Ｓパターンの方向」という。したがって、図２に示す基準状態において、第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａの方向は＋Ｘ方向および＋Ｙ方向と４５度をなす方向であり、第２Ｌ／Ｓパターン１２Ｂの方向はＸ方向であり、第３Ｌ／Ｓパターン１２Ｃの方向はＹ方向であり、第４Ｌ／Ｓパターン１２Ｄの方向は＋Ｘ方向とα度をなし且つ＋Ｙ方向と（９０−α）度をなす方向である。
【００１２】
図１を参照すると、本実施形態の方向測定装置は、例えば水銀ランプ１のような光源を備えている。水銀ランプ１からの光は、図示を省略した楕円反射鏡、コリメータレンズなどの光学系を介して、波長選択フィルター２に入射する。波長選択フィルター２は、例えばｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の光を選択的に透過させる特性を有する。なお、波長選択フィルター２として、例えばｈ線（λ＝４０５ｎｍ）の光を選択的に透過させる特性を有する波長選択フィルターや、例えばｇ線（λ＝４３６ｎｍ）の光を選択的に透過させる特性を有する波長選択フィルターなどを用いることもできる。
【００１３】
波長選択フィルター２を介して選択された特定の波長を有する光は、偏光子３に入射する。偏光子３は、例えば図１の紙面に垂直な偏光方向を有する光を選択的に通過させる特性を有する。偏光子３を経た直線偏光の光は、物体１１のＸＹ平面に沿った表面に形成されたＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄに斜め入射する。ここで、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄに入射する光の波長は、比較的長い波長に設定されている。
【００１４】
このように、光源１、波長選択フィルター２および偏光子３は、直線偏光状態の光をＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄに照射するための照射系を構成している。照射系（１〜３）からの光照射を受けて、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄで反射した０次回折光は、クロスニコルの条件を作り出す検光子（偏光子）４に入射する。検光子４は、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの入射光の偏光方向と直交する偏光方向（本実施形態では図１の紙面と平行な方向）を有する光を選択的に通過させる特性を有する。
【００１５】
検光子４を経た所定の直線偏光状態の０次回折光は、たとえばＣＣＤのような光検出器（受光素子）５に達する。光検出器５では、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄからの０次回折光の光強度をそれぞれ検出する。光検出器５の出力は、信号処理部としての測定系６に供給される。こうして、検光子４および光検出器５は、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄで反射された０次回折光のうち、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの入射光の偏光方向と直交する偏光方向を有する０次回折光を検出するための検出系を構成している。
【００１６】
Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄが形成された物体１１は、ＸＹ平面に沿った載置面を有するステージ１４により保持されている。ステージ１４は、制御部１５からの指令にしたがって、図示を省略した駆動部の作用により、物体１１のＸＹ平面に沿った表面に垂直な軸線ＲＡ廻りに回転するように構成されている。すなわち、ステージ１４および制御部１５は、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの形成面に垂直な所定の軸線ＲＡ廻りに物体１１を回転させるための回転機構を構成している。
【００１７】
物体１１の回転角度位置に関する情報、すなわち図２に示す基準状態に対応する基準角度位置からのＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの軸線ＲＡ廻りの回転量（角度）に関する情報は、制御部１５から測定系６へ供給される。測定系６では、後述するように、軸線ＲＡ廻りの物体１１の回転に応じて、すなわちＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向とＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの光の入射方向との相対的な変化に応じて、検出系（４，５）で検出される０次回折光の光強度の変化に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向を測定する。
【００１８】
なお、検出系（４，５）において、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの入射光の偏光方向と直交する偏光方向を有する０次回折光（偏光回転成分）のみを検出するのは、ノイズ成分を取り除くためである。実際には、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの入射光の偏光方向と同じ偏光方向（振動面）を有する光が光検出器５へ入射することを完全に妨げることはできないが、検光子４の許容製造誤差（公差）に起因して入射する光は許容される。
【００１９】
図２に示す基準状態に着目すると、第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａ（ひいては物体１１の表面）への光の入射方向が、パターン面（ＸＹ平面）において第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａの方向と４５度をなしている。この場合、検出系（４，５）で検出される第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａからの偏光回転成分の強度は最大値になる。これに対し、光の入射方向が第２Ｌ／Ｓパターン１２Ｂの方向となす角度は０度であり、光の入射方向が第３Ｌ／Ｓパターン１２Ｃの方向となす角度は９０度である。この場合、検出系（４，５）で検出される第２Ｌ／Ｓパターン１２Ｂおよび第３Ｌ／Ｓパターン１２Ｃからの偏光回転成分の強度は０（最小値）になる。
【００２０】
一方、光の入射方向が第４Ｌ／Ｓパターン１２Ｄの方向となす角度はα度であり、検出系（４，５）で検出される第４Ｌ／Ｓパターン１２Ｄからの偏光回転成分の強度はαの値に依存して最小値である０と最大値との間の値になる。このように、光の入射方向とＬ／Ｓパターンの方向とがなす角度に依存して、検出系（４，５）で検出される偏光回転成分の強度が変化する。換言すると、光の入射方向とＬ／Ｓパターンの方向とがなす角度の変化に応じて検出系（４，５）で検出される偏光回転成分の強度の変化に基づいて、Ｌ／Ｓパターンの方向が求められる。
【００２１】
以下、図２に示す基準角度位置から、ステージ１４（ひいては物体１１）を軸線ＲＡ廻りに＋９０度回転させる（図２の紙面において反時計廻りに９０度回転させる）場合について考える。本実施形態における作用効果の説明の理解を容易にするために、図２の基準角度位置から物体を軸線ＲＡ廻りに＋４５度回転させた状態を図４に示す。第１Ｌ／Ｓパターン１２Ａでは、ステージ１４の回転角度が０度のとき、光の入射方向がパターンの方向となす角度は４５度であるから、検出される偏光回転成分の強度は最大である。ステージ１４の回転角度が４５度に達すると、光の入射方向がパターンの方向となす角度が９０度になるため、検出される偏光回転成分の強度は０（最小）になる。ステージ１４の回転角度が９０度に達すると、光の入射方向がパターンの方向となす角度が４５度になるため、検出される偏光回転成分の強度は再び最大値になる。
【００２２】
第２Ｌ／Ｓパターン１２Ｂおよび第３Ｌ／Ｓパターン１２Ｃでは、ステージ１４の回転角度が０度のとき、光の入射方向がパターンの方向となす角度はそれぞれ０度および９０度であるから、検出される偏光回転成分の強度は０（最小）である。ステージ１４の回転角度が４５度に達すると、光の入射方向がパターンの方向となす角度が４５度になるため、検出される偏光回転成分の強度は最大になる。ステージ１４の回転角度が９０度に達すると、光の入射方向がパターンの方向となす角度がそれぞれ９０度および０度になるため、検出される偏光回転成分の強度は再び最小値の０になる。
【００２３】
第４Ｌ／Ｓパターン１２Ｄでは、ステージ１４の回転角度が０度のとき、光の入射方向がパターンの方向となす角度はα（０＜α＜４５）度であるから、検出される偏光回転成分の強度は角度αに依存する所定の値である。ステージ１４の回転角度が（４５−α）度に達すると、光の入射方向がパターンの方向となす角度が４５度になるため、検出される偏光回転成分の強度は最大になる。ステージ１４の回転角度が（９０−α）度に達すると、光の入射方向がパターンの方向となす角度が９０度になるため、検出される偏光回転成分の強度は０（最小）になる。さらに、ステージ１４の回転角度が９０度に達すると、光の入射方向がパターンのピッチ方向となす角度がα度になるため、検出される偏光回転成分の強度は再び角度αに依存する上記所定の値になる。
【００２４】
このように、本実施形態の方向測定装置では、制御部１５からの指令にしたがってステージ１４（ひいては物体１１）を例えば９０度の角度範囲に亘って軸線ＲＡ廻りに回転させつつ、検出系（４，５）により各Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄからの０次回折光（偏光回転成分）の光強度を検出する。物体１１の回転角度位置に関する情報、すなわち図２に示す基準状態に対応する基準角度位置からのＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの軸線ＲＡ廻りの回転量（角度）に関する情報は、制御部１５から測定系６へ供給される。
【００２５】
また、軸線ＲＡ廻りの物体１１の回転に応じて、すなわちＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向とＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの光の入射方向との相対的な変化に応じて、検出系（４，５）で検出される０次回折光の光強度の変化に関する情報は、検出系（４，５）から測定系６へ供給される。測定系６では、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向と光の入射方向との相対的な変化に応じて検出系（４，５）で検出される０次回折光の光強度の変化に基づいて、例えば検出される０次回折光（偏光回転成分）の強度が最小値（極小値）または最大値（極大値）になるときの回転角度位置情報に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向を測定する。
【００２６】
以上のように、本実施形態の方向測定装置では、Ｌ／Ｓパターンで反射された０次回折光を検出するので、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの照射光として比較的長い波長の光を用いている。その結果、比較的簡素な構成にしたがってＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向を測定することができるとともに、例えばレジストに形成されたＬ／Ｓパターンの方向を測定する際にレジストを感光させる危険性がない。換言すれば、本実施形態の方向測定装置では、例えばレジストを感光させることなく、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンの方向を測定することができる。
【００２７】
なお、上述の実施形態では、光源として水銀ランプ１を備えた構成を例示している。しかしながら、これに限定されることなく、比較的長い波長の光を供給する他の適当な光源を用いることができる。なお、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄに照射する光の波長を、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄから０次回折光の反射光しか生じない波長に設定することもできる。これは、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄから０次回折光とともに高次回折光が発生すると、この高次回折光がノイズ成分となって、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向に依存する所要の特性を０次回折光の強度に見出することができなくなる可能性があるからである。これに対し、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの照射光の波長を、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄから０次回折光の反射光しか生じない波長に設定すれば、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄからの０次回折光の強度が最大になり、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向の測定精度も向上する。
【００２８】
また、上述の実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向に対してＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄへの光の入射方向を相対的に変化させるための方向変更機構として、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの形成面に垂直な所定の軸線ＲＡ廻りに物体１１を回転させるための回転機構（１４，１５）を用いている。しかしながら、これに限定されることなく、例えば物体１１を静止させた状態で光源１から光検出器５までを軸線ＲＡ廻りに一体的に回転させる構成も可能であり、方向変更機構の具体的な構成については様々な形態が考えられる。
【００２９】
また、上述の実施形態では、ステージ１４を９０度の角度範囲に亘って軸線ＲＡ廻りに回転させつつ検出系（４，５）によりＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄからの偏光回転成分の光強度を検出する構成にしたがって作用効果を説明している。しかしながら、検出系（４，５）により検出される偏光回転成分の光強度の最大値近傍の変化および最小値近傍の変化に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向を高精度に測定するには、ステージ１４を例えば９０度以上の角度範囲（例えば１８０度や３６０度の角度範囲）に亘って回転させつつ偏光回転成分の光強度を検出することが好ましい。
【００３０】
また、上述の実施形態では、偏光子３が照射系に設けられ、検光子４が検出系に設けられている。しかしながら、これに限定されることなく、偏光子３または検光子４、あるいは偏光子３と検光子４との両方の設置を省略することもできる。検出系で検出する０次回折光のノイズ成分が小さい場合、偏光子３や検光子４を省略した構成でもＬ／Ｓパターン１２Ａ〜１２Ｄの方向を高精度に測定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態にかかる方向測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】本実施形態にかかる方向測定装置の測定対象である一群のＬ／Ｓパターンを概略的に示す図である。
【図３】図２のＬ／Ｓパターンのピッチ方向に沿った断面図である。
【図４】図２に対応する図であって、図２の基準角度位置から物体を軸線ＲＡ廻りに＋４５度回転させた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  光源
２  波長選択フィルター
３  偏光子
４  検光子
５  光検出器
６  測定系
１１  物体
１２Ａ〜１２Ｄ  Ｌ／Ｓパターン
１４  ステージ
１５  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009002720.tif 000005
【図４】
2009002720.tif 000006