パターンのピッチ測定装置及び方法並びに表面検査装置及び方法
【課題】 比較的長い波長の光を用いてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することのできるピッチ測定装置。
【解決手段】 Ｌ／Ｓパターン（１２）のピッチを測定するピッチ測定装置は、パターンに少なくとも２つの波長の光を切り換えて照射する照射系（１〜３）と、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、検出系で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいてパターンのピッチを測定する測定系（６）とを備えている。
【解決手段】 Ｌ／Ｓパターン（１２）のピッチを測定するピッチ測定装置は、パターンに少なくとも２つの波長の光を切り換えて照射する照射系（１〜３）と、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、検出系で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいてパターンのピッチを測定する測定系（６）とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンのピッチ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）のピッチを測定する装置および方法、並びに物体の表面を検査する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のピッチ測定装置では、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している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術では、上述のように、Ｌ／Ｓパターンで反射される高次回折光を検出する構成を採用している。したがって、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。一般に、短波長の光を用いる装置は、高価になり易い。
【０００４】
また、例えばレジストに形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを測定する場合、短波長の光がレジストを感光させてしまうこともある。さらに、レジスト面内においてＬ／Ｓパターンがうねり（ラフネス）を有する場合、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響により検出される回折反射光の強度が低下し、ひいてはピッチの測定精度が低下するか、あるいはピッチの測定自体が不可能になってしまう。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、比較的長い波長の光を用いてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することのできるピッチ測定装置および方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターンのピッチを高精度に測定することのできるピッチ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】
【０００７】
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・パターンのピッチを測定するピッチ測定装置において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて前記ライン・アンド・スペース・パターンに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、
前記検出系で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ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ピッチ測定装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２形態では、ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定するピッチ測定方法において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて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、
前記検出工程で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定する測定工程とを含むことを特徴とするピッチ測定方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
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、ブラッグの条件を満足させるために短波長の光を用いる従来技術に比して、簡素な構成にしたがう安価な装置を実現することができる。また、本発明では、Ｌ／Ｓパターンへの照射光として比較的長い波長の光を用いているので、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを測定する際にレジストを感光させる危険性がない。
【００１０】
さらに、本発明では、Ｌ／Ｓパターンへの照射光の波長を少なくとも２つの波長の間で切り換え、第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターンのピッチを測定している。その結果、実施形態において詳述するように、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターンのピッチを高精度に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】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかるピッチ測定装置の構成を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態にかかるピッチ測定装置の測定対象であるＬ／Ｓパターンの構成を概略的に示す図であって、（ａ）は上面図を、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａの方向すなわちピッチ方向に沿った断面図をそれぞれ示している。なお、図２では、説明を容易にするために、測定対象であるＬ／Ｓパターンのうち、矩形状の領域部分だけを示している。
【００１２】
図２を参照すると、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１２は、図２（ａ）中において斜線部で示す凸部（以下、「ライン部」という）１２ａと、図２（ａ）中において空白部で示す凹部（以下、「スペース部」という）１２ｂ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、＋Ｘ方向および＋Ｙ方向と４５度をなす方向に沿って直線的に且つ帯状に延びている。
【００１３】
換言すれば、Ｌ／Ｓパターン１２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、Ｌ／Ｓパターン１２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。また、図２（ｂ）に示すように、ライン部１２ａの幅寸法Ｗａとスペース部１２ｂの幅寸法Ｗｂとは互いに等しい。したがって、ライン部１２ａのピッチ方向の長さである幅寸法Ｗａおよびスペース部１２ｂのピッチ方向の長さである幅寸法ＷｂをＷで表記すれば、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは２Ｗである。
【００１４】
図１を参照すると、第１実施形態のピッチ測定装置は、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。
【００１５】
波長選択フィルター２は、光路に対して挿脱自在であり、異なる特性を有する他の波長選択フィルター２ａ，２ｂと交換可能に構成されている。具体的には、波長選択フィルター２ａは例えばｈ線（λ＝４０５ｎｍ）の光を選択的に透過させる特性を有し、波長選択フィルター２ｂは例えば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２，２ａまたは２ｂを介して選択された波長を有する光は、偏光子３に入射する。
【００１６】
また、水銀ランプ１は、例えば波長λが２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源１ａと切り換え可能に構成されている。光源としてＫｒＦエキシマレーザ光源１ａを用いる場合、ＫｒＦエキシマレーザ光源１ａからの光は、図示を省略したビームエキスパンダーなどの光学系を介して、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１２に斜め入射する。
【００１７】
ここで、Ｌ／Ｓパターン１２に入射する光の波長（本実施形態ではλ＝２４８，３６５，４０５，４３６ｎｍ）は、比較的長い波長に設定されている。また、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向（本実施形態ではＸ方向）は、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に設定されている。
【００１８】
さらに、Ｌ／Ｓパターン１２に入射する光の偏光方向（本実施形態では図１の紙面に垂直なＹ方向）も、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に設定されている。このように、光源１（１ａ）、波長選択フィルター２（２ａ，２ｂ）、および偏光子３は、直線偏光状態の光を、波長を４つの波長の間で切り換えて、Ｌ／Ｓパターン１２に照射するための照射系を構成している。
【００１９】
照射系（１〜３）からの光照射を受けて、Ｌ／Ｓパターン１２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１２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。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、入射した０次回折光の光強度を検出する。
【００２０】
こうして、検光子４および光検出器５は、Ｌ／Ｓパターン１２で反射された０次回折光のうち、Ｌ／Ｓパターン１２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。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。測定系６では、後述するように、検出系（４，５）で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを算出（測定）する。
【００２１】
なお、検出系（４，５）において、Ｌ／Ｓパターン１２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１２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。
【００２２】
本実施形態のピッチ測定装置では、Ｌ／Ｓパターン１２に照射する光の波長を、４つの波長λ＝２４８ｎｍとλ＝３６５ｎｍとλ＝４０５ｎｍとλ＝４３６ｎｍとの間で切り換えて、各波長についてＬ／Ｓパターン１２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）の光強度を検出する。このとき、例えば２４８ｎｍの波長を基準波長とすると、基準波長（第１の波長）について検出される偏光回転成分の光強度と、他の波長（第２の波長）について検出される偏光回転成分の光強度との強度比は、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰに依存して変化する。
【００２３】
本実施形態では、基準波長について検出される光強度と各波長について検出される光強度との強度比と、Ｌ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を示すテーブルが、測定系６に設けられている。この種のテーブルは、例えば理想状態に近い露光条件でレジストに高精度に形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを、本実施形態の装置を用いて実際に測定することにより予め得られる。あるいは、基準波長について検出される光強度と各波長について検出される光強度との強度比と、Ｌ／Ｓパターンのピッチとの関係を、光学シミュレーションにより予め求めることもできる。
【００２４】
次に、図６に示すフローチャートを参照して、第１実施形態に係るピッチ測定装置によって測定対象であるＬ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定する方法を説明する。まず、Ｌ／Ｓパターン１２に、少なくとも２つの波長の光を切り換えて照射する（照射工程Ｓ１０１）。具体的には、例えば波長選択フィルター２を波長選択フィルター２ａ又は波長選択フィルター２ｂと交換することにより、Ｌ／Ｓパターン１２にｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の光とｈ線（λ＝４０５ｎｍ）の光又はｇ線（λ＝４３６ｎｍ）の光とを切り換えて照射する。あるいは、例えば光源である水銀ランプ１をＫｒＦエキシマレーザ光源１ａと切り換えることにより、Ｌ／Ｓパターン１２にｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の光と波長λが２４８ｎｍの光とを切り換えて照射する。
【００２５】
波長選択フィルター２，２ａ又は２ｂによって波長が選択された光、あるいははビームエキスパンダーなどの光学系を介したＫｒＦエキシマレーザ光源１ａからの光を、偏光子３に入射させる。Ｌ／Ｓパターン１２を照射する光は、偏光子３を通過することによって、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。
【００２６】
このように照射系（１〜３）を介することによって得られる直線偏光状態の光を、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に沿ってＬ／Ｓパターン１２に照射する。
【００２７】
次に、照射工程Ｓ１０１を経てＬ／Ｓパターン１２で反射され、検出子４を通過した０次回折光を光検出器５において検出する（検出工程Ｓ１０２）。検出工程Ｓ１０２では、検光子４を介することで、Ｌ／Ｓパターン１２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。
【００２８】
続いて、検出工程Ｓ１０２において第１の波長（例えば、波長λ＝２４８ｎｍ）として検出された０次回折光の光強度と第２の波長（例えば、波長λ＝３６５ｎｍ）として検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、測定系６でＬ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定する（測定工程Ｓ１０３）。測定系６には、光検出器５の出力が供給される。
【００２９】
ここで、測定工程Ｓ１０３においてＬ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定する方法を説明する。まず、基準波長として例えば第１の波長を設定する。測定系６内には、基準波長について検出される光強度と他の各波長について検出される光強度との強度比とＬ／ＳパターンのピッチＰとの対応関係を示すテーブルを設けておく。そして、当該テーブルに基づき、強度比と第２の波長値とから、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを求める。
【００３０】
以下の表１に強度比とＬ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を表すテーブルの例を示す。このとき、基準波長（第１の波長）として、波長λ＝２４８ｎｍの光を用いる。表１のテーブルは、理想状態に近い露光条件でレジストに高精度に形成されたＬ／Ｓパターン（サンプルパターン）のピッチＰsを、第１実施形態の装置を用いて実際に測定することにより得られる。
【００３１】
表１
Ｐｓ＝９０ｎｍ Ｐｓ＝１１０ｎｍ
第２の波長λ＝３６５ｎｍ ０．５８ ０．６２
第２の波長λ＝４０５ｎｍ ０．３１ ０．３４
第２の波長λ＝４３６ｎｍ ０．２１ ０．２２
【００３２】
表１のテーブルは、サンプルパターンの異なるピッチＰs（Ｐs＝９０ｎｍ、Ｐs＝１１０ｎｍ）に対して第２の波長λごとに得られた強度比を表す。表１に表されたテーブルによれば、例えばＬ／Ｓパターン１２に波長λ＝３６５ｎｍの光を第２の波長として照射した場合に得られた強度比が０．５８であった場合には、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは９０ｎｍである、と測定される。あるいは、例えばＬ／Ｓパターン１２に波長λ＝３６５ｎｍの光を第２の波長として照射した場合に得られた強度比が０．６２であった場合には、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは１１０ｎｍである、と測定される。あるいは、例えばＬ／Ｓパターン１２に波長λ＝４３６ｎｍの第２の波長として照射した場合に得られた強度比が０．２１であった場合には、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは９０ｎｍである、と測定される。
【００３３】
ここで、図７に、異なるピッチを有するサンプルパターンについて、第２の波長として照射した光の波長と、第１の波長についての強度と第２の波長についての強度との強度比との関係を表すグラフを示す。図７において、縦軸は、基準波長であるλ＝２４８ｎｍの波長について検出された偏光回転成分の光強度を１に規格化したときの光強度を示している。横軸は、サンプルパターンであるＬ／Ｓパターンに照射された光の波長（ｎｍ）を示している。また、グラフＧ１はピッチが９０ｎｍのサンプルパターンの場合を、グラフＧ２はピッチが１１０ｎｍのサンプルパターンの場合をそれぞれ示している。
【００３４】
以下、具体的な数値例にしたがって、第１実施形態の作用効果について検証する。図３は、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのうねり（ラフネス）を模式的に示す図である。図３に示すように、レジスト面内においてＬ／Ｓパターン１２がラフネスを有する場合、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネスは、例えば線幅がＷａのライン部１２ａのラフネス振幅Ａｍとラフネス周期Ｐｒとによりモデル化して特徴付けられる。
【００３５】
第１数値例では、ライン部１２ａの線幅Ｗａが５５ｎｍでピッチＰが１１０ｎｍのＬ／Ｓパターン１２について、ラフネス周期Ｐｒが１１０ｎｍで、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍ，２．５ｎｍ，５ｎｍ，７．５ｎｍ，１０ｎｍの場合に、検出系（４，５）で各波長について検出される偏光回転成分の光強度をシミュレーションにより求めた。図４は、第１数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【００３６】
図４において、縦軸は、基準波長であるλ＝２４８ｎｍの波長について検出された偏光回転成分の光強度を１に規格化したときの光強度を示している。横軸は、Ｌ／Ｓパターン１２に照射される光の波長（ｎｍ）を示している。また、ａ１はラフネス振幅Ａｍが０ｎｍの場合を、ａ２はラフネス振幅Ａｍが２．５ｎｍの場合を、ａ３はラフネス振幅Ａｍが５ｎｍの場合を、ａ４はラフネス振幅Ａｍが７．５ｎｍの場合を、ａ５はラフネス振幅Ａｍが１０ｎｍの場合をそれぞれ示している。
【００３７】
なお、図４では、本実施形態の作用効果の理解を容易にするために、各波長について検出された偏光回転成分の光強度を小点で示し、各小点の間を直線で結んでいる。図４の表記は、第２数値例にかかる図５においても同様である。図４を参照すると、第１数値例では、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍから１０ｎｍの間で変化しても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比がほとんど変動していないことがわかる。すなわち、第１数値例では、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比とに基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネス振幅の影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰが測定される。
【００３８】
第２数値例では、ライン部１２ａの線幅Ｗａが５５ｎｍでピッチＰが１１０ｎｍのＬ／Ｓパターン１２について、ラフネス周期Ｐｒが２２０ｎｍ（第１数値例の２倍の周期）で、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍ，２．５ｎｍ，５ｎｍ，７．５ｎｍ，１０ｎｍの場合に、検出系（４，５）で各波長について検出される偏光回転成分の光強度をシミュレーションにより求めた。図５は、第２数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【００３９】
図５を参照すると、第２数値例においても、第１数値例と同様に、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍから１０ｎｍの間で変化しても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比がほとんど変動していないことがわかる。なお、第１数値例の場合とは異なり、基準波長について検出された光強度と３６５ｎｍの波長について検出された光強度との強度比がわずかに変動しているが、その変動の幅は強度比（≒０．６）に比して非常に小さいものである。こうして、第２数値例においても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比とに基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネス振幅の影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰが測定される。
【００４０】
図５では、図面の明瞭化のために、ラフネス振幅Ａｍが２．５ｎｍの場合の強度比および７．５ｎｍの場合の強度比の表示を省略しているが、これらの強度比はラフネス振幅Ａｍが０ｎｍの場合の強度比と１０ｎｍの場合の強度比との間にあることを確認している。また、図４と図５とを比較すると、ラフネス周期Ｐｒが１１０ｎｍと２２０ｎｍとの間で変化しても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比がほとんど変動していないことがわかる。こうして、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネス振幅およびラフネス周期の影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰが測定されることがわかる。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、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１２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、本実施形態では、ブラッグの条件を満足させるために短波長の光を用いる従来技術に比して、簡素な構成にしたがう安価な装置を実現することができる。また、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への照射光として比較的長い波長の光を用いているので、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを測定する際にレジストを感光させる危険性がない。
【００４２】
さらに、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への照射光の波長を４つの波長の間で切り換え、λ＝２４８ｎｍの基準波長（第１の波長）について検出された０次回折光の光強度と、λ＝３６５，４０５ｎｍ，４３６ｎｍの各波長（第２の波長）について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定している。その結果、上述したように、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを高精度に測定することができる。
【００４３】
なお、上述の実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への照射光の波長を４つの波長の間で切り換えている。しかしながら、これに限定されることなく、Ｌ／Ｓパターンへの照射光の波長を少なくとも２つの波長の間で切り換えることにより、第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比を少なくとも１つ得ることができ、ひいてはこの少なくとも１つの強度比に基づいてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することが可能になる。
【００４４】
また、上述の実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２に照射する光の波長を、４つの波長λ＝２４８ｎｍとλ＝３６５ｎｍとλ＝４０５ｎｍとλ＝４３６ｎｍとの間で切り換えている。しかしながら、これに限定されることなく、比較的長い波長から適宜選択された少なくとも２つの波長の間で、Ｌ／Ｓパターンへの照射光の波長を切り換えることができる。
【００４５】
なお、Ｌ／Ｓパターン１２に照射する光の波長を、Ｌ／Ｓパターン１２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１２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１２のピッチＰ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１２への照射光の波長を、Ｌ／Ｓパターン１２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１２からの０次回折光の強度が最大になり、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰの測定精度も向上する。
【００４６】
また、上述の実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向が、パターン面（ＸＹ平面）においてＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と４５度をなす方向に設定されている。しかしながら、これに限定されることなく、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向がＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する所定の方向に設定することも可能である。これは、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向とＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向または長さ方向とが一致すると、検出系（４，５）により検出されるＬ／Ｓパターン１２からの偏光回転成分の強度が０になるからである。これに対し、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向をＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と４５度をなす方向に設定すれば、Ｌ／Ｓパターン１２からの偏光回転成分の強度が最大になり、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰの測定精度も向上する。
【００４７】
また、上述の実施形態では、ライン部１２ａの幅寸法Ｗａとスペース部１２ｂの幅寸法Ｗｂとが互いに等しいＬ／Ｓパターン１２を測定対象としているが、これに限定されることなく、ライン部の幅寸法とスペース部の幅寸法とが互いに異なるＬ／Ｓパターンを測定対象とすることもできる。
【００４８】
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１２のピッチＰを高精度に測定することが可能である。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る表面測定装置及びそれを用いた表面検査方法について説明する。先ず、表面検査装置の構成を説明する。
【００５０】
図８に示すように、表面検査装置１０には、被検ウェハ２０を支持するステージＳＴ、アライメント系ＡＬ、照明系１３、受光系１４、制御演算装置１５、画像表示装置１６、入力器１７などが備えられる。
【００５１】
被検ウェハ２０は、その最上層が露光及び現像済みのレジスト膜となった半導体ウェハであり、表面にＬ／Ｓパターン１２が形成されている。被検ウェハ２０は、不図示のウェハカセットまたは現像装置から不図示の搬送系により運ばれ、ステージＳＴ上に固定保持される。その被検ウェハ２０は、ステージＳＴにより、上面中心における法線１Ａを回転軸として回転可能である。その回転中の被検ウェハ２０の回転位置は、その外縁に設けられたノッチやオリフラ等の形状からアライメント系ＡＬによって検出される。このアライメント系ＡＬとステージＳＴとにより、被検ウェハ２０の回転位置は、表面検査に適した位置に設定される。
【００５２】
照明系１３には、光源３１と、波長選択部３２と、ライトガイドファイバ３３と、偏光フィルター３４と、凹面反射鏡３５とを順に配置した偏心光学系である。光源３１は、水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電光源であり、波長選択部３２は、その光源３１からライトガイドファイバ３３へと向かう光の波長を切り替える機構である。
【００５３】
波長選択部３２には、光源３１からの光を平行光束に変換するコリメータレンズ２５と、その平行光束に対し透過波長域の異なる複数の波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択的に挿入するターレット１２ｂと、ターレット１２ｂを通過した平行光束をライトガイドファイバ３３の入射端へ集光する集光レンズ２６と、ターレット１２ｂを回転させるモータ２３ｃとを備える。そのモータ２３ｃが駆動されると、ライトガイドファイバ３３の入射端へ入射する光の波長が切り替わる。なお、光源３１の輝線スペクトルと波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の透過波長域については、後述する。
【００５４】
ライトガイドファイバ３３の入射端へ入射した光は、そのライトガイドファイバ３３の内部を伝播し、その射出端から射出する。その光は、射出端の近傍に配置された偏光フィルター３４によって直線偏光に変換された後、凹面反射鏡３５を介して被検ウェハ２０の略全面を斜め方向から照明する。この凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１は、ステージＳＴの中心を通り、ステージＳＴの法線１Ａに対して所定の角度θだけ傾いている。
【００５５】
この凹面反射鏡３５は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、その前側焦点がライトガイドファイバ３３の射出端と略一致し、その後側焦点が被検ウェハ２０の表面と略一致する。この凹面反射鏡３５により、被検ウェハ２０の全面は、テレセントリックな直線偏光Ｌ１で照明される。被検ウェハ２０上の各点へ向かう各直線偏光Ｌ１の主光線（進行方向）は、凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１に対し略平行である。上述した偏光フィルター３４の透過軸の方位は、これらの直線偏光Ｌ１の偏光方向が被検ウェハ２０の表面に対しｐ偏光となるように予め設定されている。
【００５６】
このように、照明系１３は、波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択的に挿入することで、少なくとも２つの波長の光を切り換えてＬ／Ｓパターン１２に照射するための照射系として機能する。ここで、Ｌ／Ｓパターン１２に切り換えて照射される２つの波長を第１の波長（基準波長）及び第２の波長と呼ぶ。
【００５７】
受光系１４は、凹面反射鏡３６と、偏光フィルター３８と、結像レンズ３７と、撮像素子３９とを順に配置した偏心光学系である。凹面反射鏡３６は、照明系１３の凹面反射鏡３５と同様の反射鏡であり、その入射光軸Ｏ２は、法線１Ａ及び凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１と同一平面上にあり、かつ、入射光軸Ｏ２が法線１Ａと成す角度は、射出光軸Ｏ１が法線１Ａと成す角度と同じくθである。したがって、被検ウェハ２０からの正反射光（０次回折光）Ｌ２は、凹面反射鏡３６の入射光軸Ｏ２に沿って進行する。凹面反射鏡３６は、その正反射光Ｌ２を反射して偏光フィルター３８の方に導き、結像レンズ３７と協働して撮像素子３９の撮像面上に被検ウェハ２０の反射像を形成する。
【００５８】
ここで、偏光フィルター３８の透過軸の方位は、照明系１３内の偏光フィルター３４の透過軸に対して直交するように設定されている（クロスニコル(直交ニコル)の状態）。したがって、偏光フィルター３８を通過した直線偏光Ｌ４は、正反射光Ｌ２のうち、直線偏光Ｌ１の偏光方位と直交する偏光成分に相当する。この直線偏光Ｌ４の強度が、上述した反射像の強度を決定する。
【００５９】
この反射像は、撮像素子３９によって撮像される。撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、その反射像を光電変換して電気信号を生成し、その電気信号を回路や計算機等からなる制御演算装置１５へと送出する。
【００６０】
このように、受光系１４は、被検ウェハ２０に形成されたＬ／Ｓパターン１２で反射された正反射光（０次回折光）を検出するための検出系として機能する。
【００６１】
制御演算装置１５は、その電気信号に基づき被検ウェハ２０の反射画像を認識すると、その反射画像上の各領域の輝度に基づき、被検ウェハ２０上のパターンの欠陥の程度をショット領域毎に判断する。具体的には、制御演算装置１５は、撮像素子３９で第１の波長（基準波長）について検出された正反射光（０次回折光）の光強度と第２の波長について検出された正反射光（０次回折光）の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチを測定する測定系として機能する。
【００６２】
制御演算装置１５には、第１の波長（基準波長）について検出される正反射光（０次回折光）の光強度と各波長について検出される正反射光（０次回折光）の光強度との強度比と、Ｌ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を示すテーブルが設けられている。制御演算装置１５は、このテーブルに基づき、光強度の強度比と第２の波長値とから、被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチを求める。
【００６３】
制御演算装置１５は、こうして得られた被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチと、制御演算装置１５に予め設定された目標値とを比較し、その比較結果に基づき被検ウェハ２０が良品であるか否かの良否判定を行う良否判定系としても機能する。制御演算装置１５での良否判定は、具体的には、例えば測定されたピッチと目標値との差（差の絶対値）が予め設定された閾値より大きい場合に被検ウェハ２０を不良であると判断して行う。
【００６４】
また、制御演算装置１５は、このような演算機能の他、表面検査装置１０の各部を制御する制御機能も有している。
【００６５】
次に、図９に示すフローチャートを参照して、第２実施形態に係る表面検査装置１０によってＬ／Ｓパターンが形成された被検ウェハ２０の表面を検査する方法を説明する。まず、Ｌ／Ｓパターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて照射する（照射工程Ｓ２０１）。具体的には、例えばターレット１２ｂを回転させて、集光レンズ２６を介してライトガイドファイバ３３へ入射する平行光速が通過する波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択することにより２つの波長の光を切り換えて照射する。波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択することによって波長が選択された光を、集光レンズ２６を介してライトガイドファイバ３３へ入射させる。ライトガイドファイバ３３から射出した光を、偏光フィルター３４に入射させる。偏光フィルター３４を通過した光は直線偏光に変換される。偏光フィルター３４を通過した光を、凹面反射鏡３５で反射させて被検ウェハの略全面を照射するようにステージＳＴの法線に対して斜めに入射させる（照射工程Ｓ２０１）。
【００６６】
被検ウェハ２０で反射された正反射光（０次回折光）を、凹面反射鏡３６で反射させて偏光フィルター３８に入射させる。偏光フィルター３８を通過した光を、結像レンズ３７に入射させる。結像レンズ３７を通過した光は撮像素子３９の撮像面上に被検ウェハ２０の反射像を形成する。これにより、被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンからの０次回折光が撮像素子３９において検出される（検出工程Ｓ２０２）。
【００６７】
続いて、検出工程Ｓ２０２において第１の波長として検出された０次回折光の光強度と第２の波長として検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、制御演算装置１５において被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチを測定する（測定工程Ｓ２０３）。制御演算装置１５には、撮像素子３９において反射像から光電変換して生成された電気信号が撮像素子３９から供給される。
【００６８】
制御演算装置１５には、基準波長である第１の波長について検出される光強度と他の各波長について検出される光強度との強度比とＬ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を示すテーブルを設けておく。そして、当該テーブルに基づき、強度比と第２の波長値とから、被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチを求める。
【００６９】
次に、測定工程Ｓ２０３で測定された被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチと予め設定された目標値とを比較し、その結果に基づいて被検ウェハ２０が良品であるか否かの良否判定を行う（良否判定工程Ｓ２０４）。良否判定工程では、例えば測定されたピッチと目標値との差（差の絶対値）が閾値より大きい場合に被検ウェハ２０は不良であると判断され、閾値以下だった場合に被検ウェハ２０は良品であると判断される。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、Ｌ／Ｓパターンへの入射光は、直線偏光状態の光でなくてもよい。また、検出される０次回折光は、Ｌ／Ｓ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していなくてもよい。また、Ｌ／Ｓパターンへの入射光は、Ｌ／Ｓパターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に沿っていなくてもよい。また、Ｌ／Ｓパターンへの入射光は、Ｌ／Ｓパターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に偏光方向を有する光でなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、比較的長い波長の光を用いてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することのできるピッチ測定装置および方法に利用できる。
【００７２】
また、本発明は、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターンのピッチを高精度に測定することのできるピッチ測定装置および方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるピッチ測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施形態にかかるピッチ測定装置の測定対象であるＬ／Ｓパターンの構成を概略的に示す図であって、（ａ）は上面図を、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａの方向すなわちピッチ方向に沿った断面図をそれぞれ示している。
【図３】レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのうねり（ラフネス）を模式的に示す図である。
【図４】第１数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【図５】第２数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るピッチ測定装置によってＬ／Ｓパターンのピッチを測定する方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】異なるピッチを有するサンプルパターンについて、第２の波長と、光強度の強度比との関係を表すグラフである。
【図８】第２実施形態の表面検査装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図９】第２実施形態に係る表面検査装置によって被検査ウェハの良否を判定する方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１，１ａ 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
１２ Ｌ／Ｓパターン
１２ａ ライン部
１２ｂ スペース部
１０ 表面検査装置
ＳＴ ステージ
ＡＬ アライメント系
１３ 照明系
１４ 受光系
１５ 制御演算装置
２０ 被検ウェハ
３１ 光源
Ｆ１〜Ｆ６ 波長選択フィルター
３３ ライトガイドファイバ
３４，３８ 偏光フィルター
３５，３６ 凹面反射鏡
３７ 結像レンズ
３９ 撮像素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パターンのピッチ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）のピッチを測定する装置および方法、並びに物体の表面を検査する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のピッチ測定装置では、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している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術では、上述のように、Ｌ／Ｓパターンで反射される高次回折光を検出する構成を採用している。したがって、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。一般に、短波長の光を用いる装置は、高価になり易い。
【０００４】
また、例えばレジストに形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを測定する場合、短波長の光がレジストを感光させてしまうこともある。さらに、レジスト面内においてＬ／Ｓパターンがうねり（ラフネス）を有する場合、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響により検出される回折反射光の強度が低下し、ひいてはピッチの測定精度が低下するか、あるいはピッチの測定自体が不可能になってしまう。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、比較的長い波長の光を用いてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することのできるピッチ測定装置および方法を提供することを目的とする。
【０００６】
また、本発明は、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターンのピッチを高精度に測定することのできるピッチ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】
【０００７】
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・パターンのピッチを測定するピッチ測定装置において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて前記ライン・アンド・スペース・パターンに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、
前記検出系で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ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ピッチ測定装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２形態では、ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定するピッチ測定方法において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて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、
前記検出工程で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定する測定工程とを含むことを特徴とするピッチ測定方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
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、ブラッグの条件を満足させるために短波長の光を用いる従来技術に比して、簡素な構成にしたがう安価な装置を実現することができる。また、本発明では、Ｌ／Ｓパターンへの照射光として比較的長い波長の光を用いているので、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを測定する際にレジストを感光させる危険性がない。
【００１０】
さらに、本発明では、Ｌ／Ｓパターンへの照射光の波長を少なくとも２つの波長の間で切り換え、第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターンのピッチを測定している。その結果、実施形態において詳述するように、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターンのピッチを高精度に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】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかるピッチ測定装置の構成を概略的に示す図である。図２は、第１実施形態にかかるピッチ測定装置の測定対象であるＬ／Ｓパターンの構成を概略的に示す図であって、（ａ）は上面図を、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａの方向すなわちピッチ方向に沿った断面図をそれぞれ示している。なお、図２では、説明を容易にするために、測定対象であるＬ／Ｓパターンのうち、矩形状の領域部分だけを示している。
【００１２】
図２を参照すると、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１２は、図２（ａ）中において斜線部で示す凸部（以下、「ライン部」という）１２ａと、図２（ａ）中において空白部で示す凹部（以下、「スペース部」という）１２ｂ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、＋Ｘ方向および＋Ｙ方向と４５度をなす方向に沿って直線的に且つ帯状に延びている。
【００１３】
換言すれば、Ｌ／Ｓパターン１２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、Ｌ／Ｓパターン１２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。また、図２（ｂ）に示すように、ライン部１２ａの幅寸法Ｗａとスペース部１２ｂの幅寸法Ｗｂとは互いに等しい。したがって、ライン部１２ａのピッチ方向の長さである幅寸法Ｗａおよびスペース部１２ｂのピッチ方向の長さである幅寸法ＷｂをＷで表記すれば、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは２Ｗである。
【００１４】
図１を参照すると、第１実施形態のピッチ測定装置は、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。
【００１５】
波長選択フィルター２は、光路に対して挿脱自在であり、異なる特性を有する他の波長選択フィルター２ａ，２ｂと交換可能に構成されている。具体的には、波長選択フィルター２ａは例えばｈ線（λ＝４０５ｎｍ）の光を選択的に透過させる特性を有し、波長選択フィルター２ｂは例えば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２，２ａまたは２ｂを介して選択された波長を有する光は、偏光子３に入射する。
【００１６】
また、水銀ランプ１は、例えば波長λが２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ光源１ａと切り換え可能に構成されている。光源としてＫｒＦエキシマレーザ光源１ａを用いる場合、ＫｒＦエキシマレーザ光源１ａからの光は、図示を省略したビームエキスパンダーなどの光学系を介して、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１２に斜め入射する。
【００１７】
ここで、Ｌ／Ｓパターン１２に入射する光の波長（本実施形態ではλ＝２４８，３６５，４０５，４３６ｎｍ）は、比較的長い波長に設定されている。また、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向（本実施形態ではＸ方向）は、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に設定されている。
【００１８】
さらに、Ｌ／Ｓパターン１２に入射する光の偏光方向（本実施形態では図１の紙面に垂直なＹ方向）も、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に設定されている。このように、光源１（１ａ）、波長選択フィルター２（２ａ，２ｂ）、および偏光子３は、直線偏光状態の光を、波長を４つの波長の間で切り換えて、Ｌ／Ｓパターン１２に照射するための照射系を構成している。
【００１９】
照射系（１〜３）からの光照射を受けて、Ｌ／Ｓパターン１２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１２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。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、入射した０次回折光の光強度を検出する。
【００２０】
こうして、検光子４および光検出器５は、Ｌ／Ｓパターン１２で反射された０次回折光のうち、Ｌ／Ｓパターン１２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。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。測定系６では、後述するように、検出系（４，５）で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを算出（測定）する。
【００２１】
なお、検出系（４，５）において、Ｌ／Ｓパターン１２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１２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。
【００２２】
本実施形態のピッチ測定装置では、Ｌ／Ｓパターン１２に照射する光の波長を、４つの波長λ＝２４８ｎｍとλ＝３６５ｎｍとλ＝４０５ｎｍとλ＝４３６ｎｍとの間で切り換えて、各波長についてＬ／Ｓパターン１２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）の光強度を検出する。このとき、例えば２４８ｎｍの波長を基準波長とすると、基準波長（第１の波長）について検出される偏光回転成分の光強度と、他の波長（第２の波長）について検出される偏光回転成分の光強度との強度比は、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰに依存して変化する。
【００２３】
本実施形態では、基準波長について検出される光強度と各波長について検出される光強度との強度比と、Ｌ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を示すテーブルが、測定系６に設けられている。この種のテーブルは、例えば理想状態に近い露光条件でレジストに高精度に形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを、本実施形態の装置を用いて実際に測定することにより予め得られる。あるいは、基準波長について検出される光強度と各波長について検出される光強度との強度比と、Ｌ／Ｓパターンのピッチとの関係を、光学シミュレーションにより予め求めることもできる。
【００２４】
次に、図６に示すフローチャートを参照して、第１実施形態に係るピッチ測定装置によって測定対象であるＬ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定する方法を説明する。まず、Ｌ／Ｓパターン１２に、少なくとも２つの波長の光を切り換えて照射する（照射工程Ｓ１０１）。具体的には、例えば波長選択フィルター２を波長選択フィルター２ａ又は波長選択フィルター２ｂと交換することにより、Ｌ／Ｓパターン１２にｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の光とｈ線（λ＝４０５ｎｍ）の光又はｇ線（λ＝４３６ｎｍ）の光とを切り換えて照射する。あるいは、例えば光源である水銀ランプ１をＫｒＦエキシマレーザ光源１ａと切り換えることにより、Ｌ／Ｓパターン１２にｉ線（λ＝３６５ｎｍ）の光と波長λが２４８ｎｍの光とを切り換えて照射する。
【００２５】
波長選択フィルター２，２ａ又は２ｂによって波長が選択された光、あるいははビームエキスパンダーなどの光学系を介したＫｒＦエキシマレーザ光源１ａからの光を、偏光子３に入射させる。Ｌ／Ｓパターン１２を照射する光は、偏光子３を通過することによって、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に偏光方向を有する直線偏光状態になる。
【００２６】
このように照射系（１〜３）を介することによって得られる直線偏光状態の光を、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に沿ってＬ／Ｓパターン１２に照射する。
【００２７】
次に、照射工程Ｓ１０１を経てＬ／Ｓパターン１２で反射され、検出子４を通過した０次回折光を光検出器５において検出する（検出工程Ｓ１０２）。検出工程Ｓ１０２では、検光子４を介することで、Ｌ／Ｓパターン１２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。
【００２８】
続いて、検出工程Ｓ１０２において第１の波長（例えば、波長λ＝２４８ｎｍ）として検出された０次回折光の光強度と第２の波長（例えば、波長λ＝３６５ｎｍ）として検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、測定系６でＬ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定する（測定工程Ｓ１０３）。測定系６には、光検出器５の出力が供給される。
【００２９】
ここで、測定工程Ｓ１０３においてＬ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定する方法を説明する。まず、基準波長として例えば第１の波長を設定する。測定系６内には、基準波長について検出される光強度と他の各波長について検出される光強度との強度比とＬ／ＳパターンのピッチＰとの対応関係を示すテーブルを設けておく。そして、当該テーブルに基づき、強度比と第２の波長値とから、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを求める。
【００３０】
以下の表１に強度比とＬ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を表すテーブルの例を示す。このとき、基準波長（第１の波長）として、波長λ＝２４８ｎｍの光を用いる。表１のテーブルは、理想状態に近い露光条件でレジストに高精度に形成されたＬ／Ｓパターン（サンプルパターン）のピッチＰsを、第１実施形態の装置を用いて実際に測定することにより得られる。
【００３１】
表１
Ｐｓ＝９０ｎｍ Ｐｓ＝１１０ｎｍ
第２の波長λ＝３６５ｎｍ ０．５８ ０．６２
第２の波長λ＝４０５ｎｍ ０．３１ ０．３４
第２の波長λ＝４３６ｎｍ ０．２１ ０．２２
【００３２】
表１のテーブルは、サンプルパターンの異なるピッチＰs（Ｐs＝９０ｎｍ、Ｐs＝１１０ｎｍ）に対して第２の波長λごとに得られた強度比を表す。表１に表されたテーブルによれば、例えばＬ／Ｓパターン１２に波長λ＝３６５ｎｍの光を第２の波長として照射した場合に得られた強度比が０．５８であった場合には、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは９０ｎｍである、と測定される。あるいは、例えばＬ／Ｓパターン１２に波長λ＝３６５ｎｍの光を第２の波長として照射した場合に得られた強度比が０．６２であった場合には、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは１１０ｎｍである、と測定される。あるいは、例えばＬ／Ｓパターン１２に波長λ＝４３６ｎｍの第２の波長として照射した場合に得られた強度比が０．２１であった場合には、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰは９０ｎｍである、と測定される。
【００３３】
ここで、図７に、異なるピッチを有するサンプルパターンについて、第２の波長として照射した光の波長と、第１の波長についての強度と第２の波長についての強度との強度比との関係を表すグラフを示す。図７において、縦軸は、基準波長であるλ＝２４８ｎｍの波長について検出された偏光回転成分の光強度を１に規格化したときの光強度を示している。横軸は、サンプルパターンであるＬ／Ｓパターンに照射された光の波長（ｎｍ）を示している。また、グラフＧ１はピッチが９０ｎｍのサンプルパターンの場合を、グラフＧ２はピッチが１１０ｎｍのサンプルパターンの場合をそれぞれ示している。
【００３４】
以下、具体的な数値例にしたがって、第１実施形態の作用効果について検証する。図３は、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのうねり（ラフネス）を模式的に示す図である。図３に示すように、レジスト面内においてＬ／Ｓパターン１２がラフネスを有する場合、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネスは、例えば線幅がＷａのライン部１２ａのラフネス振幅Ａｍとラフネス周期Ｐｒとによりモデル化して特徴付けられる。
【００３５】
第１数値例では、ライン部１２ａの線幅Ｗａが５５ｎｍでピッチＰが１１０ｎｍのＬ／Ｓパターン１２について、ラフネス周期Ｐｒが１１０ｎｍで、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍ，２．５ｎｍ，５ｎｍ，７．５ｎｍ，１０ｎｍの場合に、検出系（４，５）で各波長について検出される偏光回転成分の光強度をシミュレーションにより求めた。図４は、第１数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【００３６】
図４において、縦軸は、基準波長であるλ＝２４８ｎｍの波長について検出された偏光回転成分の光強度を１に規格化したときの光強度を示している。横軸は、Ｌ／Ｓパターン１２に照射される光の波長（ｎｍ）を示している。また、ａ１はラフネス振幅Ａｍが０ｎｍの場合を、ａ２はラフネス振幅Ａｍが２．５ｎｍの場合を、ａ３はラフネス振幅Ａｍが５ｎｍの場合を、ａ４はラフネス振幅Ａｍが７．５ｎｍの場合を、ａ５はラフネス振幅Ａｍが１０ｎｍの場合をそれぞれ示している。
【００３７】
なお、図４では、本実施形態の作用効果の理解を容易にするために、各波長について検出された偏光回転成分の光強度を小点で示し、各小点の間を直線で結んでいる。図４の表記は、第２数値例にかかる図５においても同様である。図４を参照すると、第１数値例では、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍから１０ｎｍの間で変化しても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比がほとんど変動していないことがわかる。すなわち、第１数値例では、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比とに基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネス振幅の影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰが測定される。
【００３８】
第２数値例では、ライン部１２ａの線幅Ｗａが５５ｎｍでピッチＰが１１０ｎｍのＬ／Ｓパターン１２について、ラフネス周期Ｐｒが２２０ｎｍ（第１数値例の２倍の周期）で、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍ，２．５ｎｍ，５ｎｍ，７．５ｎｍ，１０ｎｍの場合に、検出系（４，５）で各波長について検出される偏光回転成分の光強度をシミュレーションにより求めた。図５は、第２数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【００３９】
図５を参照すると、第２数値例においても、第１数値例と同様に、ラフネス振幅Ａｍが０ｎｍから１０ｎｍの間で変化しても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比がほとんど変動していないことがわかる。なお、第１数値例の場合とは異なり、基準波長について検出された光強度と３６５ｎｍの波長について検出された光強度との強度比がわずかに変動しているが、その変動の幅は強度比（≒０．６）に比して非常に小さいものである。こうして、第２数値例においても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比とに基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネス振幅の影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰが測定される。
【００４０】
図５では、図面の明瞭化のために、ラフネス振幅Ａｍが２．５ｎｍの場合の強度比および７．５ｎｍの場合の強度比の表示を省略しているが、これらの強度比はラフネス振幅Ａｍが０ｎｍの場合の強度比と１０ｎｍの場合の強度比との間にあることを確認している。また、図４と図５とを比較すると、ラフネス周期Ｐｒが１１０ｎｍと２２０ｎｍとの間で変化しても、基準波長について検出された光強度と各波長について検出された光強度との強度比がほとんど変動していないことがわかる。こうして、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネス振幅およびラフネス周期の影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰが測定されることがわかる。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、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１２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、本実施形態では、ブラッグの条件を満足させるために短波長の光を用いる従来技術に比して、簡素な構成にしたがう安価な装置を実現することができる。また、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への照射光として比較的長い波長の光を用いているので、レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのピッチを測定する際にレジストを感光させる危険性がない。
【００４２】
さらに、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への照射光の波長を４つの波長の間で切り換え、λ＝２４８ｎｍの基準波長（第１の波長）について検出された０次回折光の光強度と、λ＝３６５，４０５ｎｍ，４３６ｎｍの各波長（第２の波長）について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを測定している。その結果、上述したように、本実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２のラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰを高精度に測定することができる。
【００４３】
なお、上述の実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への照射光の波長を４つの波長の間で切り換えている。しかしながら、これに限定されることなく、Ｌ／Ｓパターンへの照射光の波長を少なくとも２つの波長の間で切り換えることにより、第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比を少なくとも１つ得ることができ、ひいてはこの少なくとも１つの強度比に基づいてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することが可能になる。
【００４４】
また、上述の実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２に照射する光の波長を、４つの波長λ＝２４８ｎｍとλ＝３６５ｎｍとλ＝４０５ｎｍとλ＝４３６ｎｍとの間で切り換えている。しかしながら、これに限定されることなく、比較的長い波長から適宜選択された少なくとも２つの波長の間で、Ｌ／Ｓパターンへの照射光の波長を切り換えることができる。
【００４５】
なお、Ｌ／Ｓパターン１２に照射する光の波長を、Ｌ／Ｓパターン１２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１２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１２のピッチＰ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１２への照射光の波長を、Ｌ／Ｓパターン１２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１２からの０次回折光の強度が最大になり、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰの測定精度も向上する。
【００４６】
また、上述の実施形態では、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向が、パターン面（ＸＹ平面）においてＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と４５度をなす方向に設定されている。しかしながら、これに限定されることなく、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向がＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と交差する所定の方向に設定することも可能である。これは、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向とＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向または長さ方向とが一致すると、検出系（４，５）により検出されるＬ／Ｓパターン１２からの偏光回転成分の強度が０になるからである。これに対し、Ｌ／Ｓパターン１２への光の入射方向をＬ／Ｓパターン１２のピッチ方向および長さ方向の双方と４５度をなす方向に設定すれば、Ｌ／Ｓパターン１２からの偏光回転成分の強度が最大になり、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチＰの測定精度も向上する。
【００４７】
また、上述の実施形態では、ライン部１２ａの幅寸法Ｗａとスペース部１２ｂの幅寸法Ｗｂとが互いに等しいＬ／Ｓパターン１２を測定対象としているが、これに限定されることなく、ライン部の幅寸法とスペース部の幅寸法とが互いに異なるＬ／Ｓパターンを測定対象とすることもできる。
【００４８】
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１２のピッチＰを高精度に測定することが可能である。
【００４９】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る表面測定装置及びそれを用いた表面検査方法について説明する。先ず、表面検査装置の構成を説明する。
【００５０】
図８に示すように、表面検査装置１０には、被検ウェハ２０を支持するステージＳＴ、アライメント系ＡＬ、照明系１３、受光系１４、制御演算装置１５、画像表示装置１６、入力器１７などが備えられる。
【００５１】
被検ウェハ２０は、その最上層が露光及び現像済みのレジスト膜となった半導体ウェハであり、表面にＬ／Ｓパターン１２が形成されている。被検ウェハ２０は、不図示のウェハカセットまたは現像装置から不図示の搬送系により運ばれ、ステージＳＴ上に固定保持される。その被検ウェハ２０は、ステージＳＴにより、上面中心における法線１Ａを回転軸として回転可能である。その回転中の被検ウェハ２０の回転位置は、その外縁に設けられたノッチやオリフラ等の形状からアライメント系ＡＬによって検出される。このアライメント系ＡＬとステージＳＴとにより、被検ウェハ２０の回転位置は、表面検査に適した位置に設定される。
【００５２】
照明系１３には、光源３１と、波長選択部３２と、ライトガイドファイバ３３と、偏光フィルター３４と、凹面反射鏡３５とを順に配置した偏心光学系である。光源３１は、水銀ランプやメタルハライドランプなどの放電光源であり、波長選択部３２は、その光源３１からライトガイドファイバ３３へと向かう光の波長を切り替える機構である。
【００５３】
波長選択部３２には、光源３１からの光を平行光束に変換するコリメータレンズ２５と、その平行光束に対し透過波長域の異なる複数の波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択的に挿入するターレット１２ｂと、ターレット１２ｂを通過した平行光束をライトガイドファイバ３３の入射端へ集光する集光レンズ２６と、ターレット１２ｂを回転させるモータ２３ｃとを備える。そのモータ２３ｃが駆動されると、ライトガイドファイバ３３の入射端へ入射する光の波長が切り替わる。なお、光源３１の輝線スペクトルと波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の透過波長域については、後述する。
【００５４】
ライトガイドファイバ３３の入射端へ入射した光は、そのライトガイドファイバ３３の内部を伝播し、その射出端から射出する。その光は、射出端の近傍に配置された偏光フィルター３４によって直線偏光に変換された後、凹面反射鏡３５を介して被検ウェハ２０の略全面を斜め方向から照明する。この凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１は、ステージＳＴの中心を通り、ステージＳＴの法線１Ａに対して所定の角度θだけ傾いている。
【００５５】
この凹面反射鏡３５は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、その前側焦点がライトガイドファイバ３３の射出端と略一致し、その後側焦点が被検ウェハ２０の表面と略一致する。この凹面反射鏡３５により、被検ウェハ２０の全面は、テレセントリックな直線偏光Ｌ１で照明される。被検ウェハ２０上の各点へ向かう各直線偏光Ｌ１の主光線（進行方向）は、凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１に対し略平行である。上述した偏光フィルター３４の透過軸の方位は、これらの直線偏光Ｌ１の偏光方向が被検ウェハ２０の表面に対しｐ偏光となるように予め設定されている。
【００５６】
このように、照明系１３は、波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択的に挿入することで、少なくとも２つの波長の光を切り換えてＬ／Ｓパターン１２に照射するための照射系として機能する。ここで、Ｌ／Ｓパターン１２に切り換えて照射される２つの波長を第１の波長（基準波長）及び第２の波長と呼ぶ。
【００５７】
受光系１４は、凹面反射鏡３６と、偏光フィルター３８と、結像レンズ３７と、撮像素子３９とを順に配置した偏心光学系である。凹面反射鏡３６は、照明系１３の凹面反射鏡３５と同様の反射鏡であり、その入射光軸Ｏ２は、法線１Ａ及び凹面反射鏡３５の射出光軸Ｏ１と同一平面上にあり、かつ、入射光軸Ｏ２が法線１Ａと成す角度は、射出光軸Ｏ１が法線１Ａと成す角度と同じくθである。したがって、被検ウェハ２０からの正反射光（０次回折光）Ｌ２は、凹面反射鏡３６の入射光軸Ｏ２に沿って進行する。凹面反射鏡３６は、その正反射光Ｌ２を反射して偏光フィルター３８の方に導き、結像レンズ３７と協働して撮像素子３９の撮像面上に被検ウェハ２０の反射像を形成する。
【００５８】
ここで、偏光フィルター３８の透過軸の方位は、照明系１３内の偏光フィルター３４の透過軸に対して直交するように設定されている（クロスニコル(直交ニコル)の状態）。したがって、偏光フィルター３８を通過した直線偏光Ｌ４は、正反射光Ｌ２のうち、直線偏光Ｌ１の偏光方位と直交する偏光成分に相当する。この直線偏光Ｌ４の強度が、上述した反射像の強度を決定する。
【００５９】
この反射像は、撮像素子３９によって撮像される。撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、その反射像を光電変換して電気信号を生成し、その電気信号を回路や計算機等からなる制御演算装置１５へと送出する。
【００６０】
このように、受光系１４は、被検ウェハ２０に形成されたＬ／Ｓパターン１２で反射された正反射光（０次回折光）を検出するための検出系として機能する。
【００６１】
制御演算装置１５は、その電気信号に基づき被検ウェハ２０の反射画像を認識すると、その反射画像上の各領域の輝度に基づき、被検ウェハ２０上のパターンの欠陥の程度をショット領域毎に判断する。具体的には、制御演算装置１５は、撮像素子３９で第１の波長（基準波長）について検出された正反射光（０次回折光）の光強度と第２の波長について検出された正反射光（０次回折光）の光強度との強度比に基づいて、Ｌ／Ｓパターン１２のピッチを測定する測定系として機能する。
【００６２】
制御演算装置１５には、第１の波長（基準波長）について検出される正反射光（０次回折光）の光強度と各波長について検出される正反射光（０次回折光）の光強度との強度比と、Ｌ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を示すテーブルが設けられている。制御演算装置１５は、このテーブルに基づき、光強度の強度比と第２の波長値とから、被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチを求める。
【００６３】
制御演算装置１５は、こうして得られた被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチと、制御演算装置１５に予め設定された目標値とを比較し、その比較結果に基づき被検ウェハ２０が良品であるか否かの良否判定を行う良否判定系としても機能する。制御演算装置１５での良否判定は、具体的には、例えば測定されたピッチと目標値との差（差の絶対値）が予め設定された閾値より大きい場合に被検ウェハ２０を不良であると判断して行う。
【００６４】
また、制御演算装置１５は、このような演算機能の他、表面検査装置１０の各部を制御する制御機能も有している。
【００６５】
次に、図９に示すフローチャートを参照して、第２実施形態に係る表面検査装置１０によってＬ／Ｓパターンが形成された被検ウェハ２０の表面を検査する方法を説明する。まず、Ｌ／Ｓパターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて照射する（照射工程Ｓ２０１）。具体的には、例えばターレット１２ｂを回転させて、集光レンズ２６を介してライトガイドファイバ３３へ入射する平行光速が通過する波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択することにより２つの波長の光を切り換えて照射する。波長選択フィルターＦ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５，Ｆ６を選択することによって波長が選択された光を、集光レンズ２６を介してライトガイドファイバ３３へ入射させる。ライトガイドファイバ３３から射出した光を、偏光フィルター３４に入射させる。偏光フィルター３４を通過した光は直線偏光に変換される。偏光フィルター３４を通過した光を、凹面反射鏡３５で反射させて被検ウェハの略全面を照射するようにステージＳＴの法線に対して斜めに入射させる（照射工程Ｓ２０１）。
【００６６】
被検ウェハ２０で反射された正反射光（０次回折光）を、凹面反射鏡３６で反射させて偏光フィルター３８に入射させる。偏光フィルター３８を通過した光を、結像レンズ３７に入射させる。結像レンズ３７を通過した光は撮像素子３９の撮像面上に被検ウェハ２０の反射像を形成する。これにより、被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンからの０次回折光が撮像素子３９において検出される（検出工程Ｓ２０２）。
【００６７】
続いて、検出工程Ｓ２０２において第１の波長として検出された０次回折光の光強度と第２の波長として検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、制御演算装置１５において被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチを測定する（測定工程Ｓ２０３）。制御演算装置１５には、撮像素子３９において反射像から光電変換して生成された電気信号が撮像素子３９から供給される。
【００６８】
制御演算装置１５には、基準波長である第１の波長について検出される光強度と他の各波長について検出される光強度との強度比とＬ／Ｓパターンのピッチとの対応関係を示すテーブルを設けておく。そして、当該テーブルに基づき、強度比と第２の波長値とから、被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチを求める。
【００６９】
次に、測定工程Ｓ２０３で測定された被検ウェハ２０のＬ／Ｓパターンのピッチと予め設定された目標値とを比較し、その結果に基づいて被検ウェハ２０が良品であるか否かの良否判定を行う（良否判定工程Ｓ２０４）。良否判定工程では、例えば測定されたピッチと目標値との差（差の絶対値）が閾値より大きい場合に被検ウェハ２０は不良であると判断され、閾値以下だった場合に被検ウェハ２０は良品であると判断される。
【００７０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしもこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、Ｌ／Ｓパターンへの入射光は、直線偏光状態の光でなくてもよい。また、検出される０次回折光は、Ｌ／Ｓ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していなくてもよい。また、Ｌ／Ｓパターンへの入射光は、Ｌ／Ｓパターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に沿っていなくてもよい。また、Ｌ／Ｓパターンへの入射光は、Ｌ／Ｓパターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に偏光方向を有する光でなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、比較的長い波長の光を用いてＬ／Ｓパターンのピッチを測定することのできるピッチ測定装置および方法に利用できる。
【００７２】
また、本発明は、Ｌ／Ｓパターンのラフネスの影響を実質的に受けることなく、Ｌ／Ｓパターンのピッチを高精度に測定することのできるピッチ測定装置および方法に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるピッチ測定装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】第１実施形態にかかるピッチ測定装置の測定対象であるＬ／Ｓパターンの構成を概略的に示す図であって、（ａ）は上面図を、（ｂ）は（ａ）の線Ａ−Ａの方向すなわちピッチ方向に沿った断面図をそれぞれ示している。
【図３】レジストに形成されたＬ／Ｓパターンのうねり（ラフネス）を模式的に示す図である。
【図４】第１数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【図５】第２数値例において、ラフネス振幅の異なるＬ／Ｓパターンについて、各波長の光に対して検出された偏光回転成分の光強度を示す図である。
【図６】第１実施形態に係るピッチ測定装置によってＬ／Ｓパターンのピッチを測定する方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】異なるピッチを有するサンプルパターンについて、第２の波長と、光強度の強度比との関係を表すグラフである。
【図８】第２実施形態の表面検査装置の全体構成を概略的に示す図である。
【図９】第２実施形態に係る表面検査装置によって被検査ウェハの良否を判定する方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１，１ａ 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
１２ Ｌ／Ｓパターン
１２ａ ライン部
１２ｂ スペース部
１０ 表面検査装置
ＳＴ ステージ
ＡＬ アライメント系
１３ 照明系
１４ 受光系
１５ 制御演算装置
２０ 被検ウェハ
３１ 光源
Ｆ１〜Ｆ６ 波長選択フィルター
３３ ライトガイドファイバ
３４，３８ 偏光フィルター
３５，３６ 凹面反射鏡
３７ 結像レンズ
３９ 撮像素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定するピッチ測定装置において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて前記ライン・アンド・スペース・パターンに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、
前記検出系で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ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ピッチ測定装置。
【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に記載のピッチ測定装置。
【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に記載のピッチ測定装置。
【請求項４】
前記ライン・アンド・スペース・パターンへの光の入射方向は、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピッチ測定装置。
【請求項５】
前記ライン・アンド・スペース・パターンに入射する光の偏光方向は、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のピッチ測定装置。
【請求項６】
ライン・アンド・スペース・パターンが形成された被検基板の表面を検査する装置であって、
請求項１〜５の何れか一項記載のピッチ測定装置と、
前記ピッチ測定装置で測定された前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチと予め設定された目標値との比較結果に基づいて前記被検基板が良品であるか否かの良否判定を行う良否判定系と、を備える表面検査装置。
【請求項７】
ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定するピッチ測定方法において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて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、
前記検出工程で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定する測定工程とを含むことを特徴とするピッチ測定方法。
【請求項８】
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７に記載のピッチ測定方法。
【請求項９】
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８に記載のピッチ測定方法。
【請求項１０】
前記照射工程では、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に沿って前記ライン・アンド・スペース・パターンに光を照射することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のピッチ測定方法。
【請求項１１】
前記照射工程では、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に偏光方向を有する光を前記ライン・アンド・スペース・パターンに照射することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のピッチ測定方法。
【請求項１２】
ライン・アンド・スペース・パターンが形成された被検基板の表面を検査する方法であって、
請求項６〜１１の何れか一項記載のピッチ測定方法で測定された前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチと予め設定された目標値との比較結果に基づいて前記被検基板が良品であるか否かの良否判定を行う良否判定工程を備える表面検査方法。
【請求項１】
ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定するピッチ測定装置において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて前記ライン・アンド・スペース・パターンに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、
前記検出系で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ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ピッチ測定装置。
【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に記載のピッチ測定装置。
【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に記載のピッチ測定装置。
【請求項４】
前記ライン・アンド・スペース・パターンへの光の入射方向は、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のピッチ測定装置。
【請求項５】
前記ライン・アンド・スペース・パターンに入射する光の偏光方向は、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のピッチ測定装置。
【請求項６】
ライン・アンド・スペース・パターンが形成された被検基板の表面を検査する装置であって、
請求項１〜５の何れか一項記載のピッチ測定装置と、
前記ピッチ測定装置で測定された前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチと予め設定された目標値との比較結果に基づいて前記被検基板が良品であるか否かの良否判定を行う良否判定系と、を備える表面検査装置。
【請求項７】
ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定するピッチ測定方法において、
前記ライン・アンド・スペース・パターンに、少なくとも２つの波長の光を切り換えて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、
前記検出工程で第１の波長について検出された０次回折光の光強度と第２の波長について検出された０次回折光の光強度との強度比に基づいて、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチを測定する測定工程とを含むことを特徴とするピッチ測定方法。
【請求項８】
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７に記載のピッチ測定方法。
【請求項９】
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８に記載のピッチ測定方法。
【請求項１０】
前記照射工程では、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に沿って前記ライン・アンド・スペース・パターンに光を照射することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載のピッチ測定方法。
【請求項１１】
前記照射工程では、前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチ方向および長さ方向の双方と交差する方向に偏光方向を有する光を前記ライン・アンド・スペース・パターンに照射することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載のピッチ測定方法。
【請求項１２】
ライン・アンド・スペース・パターンが形成された被検基板の表面を検査する方法であって、
請求項６〜１１の何れか一項記載のピッチ測定方法で測定された前記ライン・アンド・スペース・パターンのピッチと予め設定された目標値との比較結果に基づいて前記被検基板が良品であるか否かの良否判定を行う良否判定工程を備える表面検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２５２９３（Ｐ２００９−２５２９３Ａ）
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５６２２３（Ｐ２００８−１５６２２３）
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月５日（２００９．２．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月１６日（２００８．６．１６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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