專利名稱：溝槽圖案的深度的測定方法和測定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測定形成在基板上的溝槽圖案的深度的技術(shù)。
技術(shù)背景以往，提出過用分光干涉法非破壞性地測定形成在基板上的溝(溝槽) 的圖案(例如沿一個方向延伸的多條溝槽的集合)的深度的方法的技術(shù)方案，例如，在JP特公平6-65963號公報中公開如下的方法把光照射在有溝槽的 基板上，并把來自基板的反射光分光后取得分光光譜；用最大平均信息量法 確定由基板的最上面與溝槽的底面之間的光程差引起的分光光譜中的峰值 的周期，由此來測出溝槽深度。在日本專利第3740079號公報中，在測定通 過蝕刻基板上的膜而形成的刻蝕槽的深度時，首先取得對基板上的原始厚度 的膜所得到的光譜和假定在基板上形成有比該原始厚度薄的膜的情況下的 光譜的理論值。該薄的膜對應(yīng)于刻蝕槽的底面(即，原始厚度的膜與薄的膜 的厚度之差為溝槽的深度)，通過將原始厚度的膜的光譜與薄的膜的光譜依 據(jù)相應(yīng)于設(shè)計的刻蝕槽的面積比的混合比混合起來，而獲得分別對應(yīng)于多種 深度的刻蝕槽的多種混合光譜。然后把從基板得到的實際的光譜與多種混合 光譜相比較來求出刻蝕槽的深度?？墒牵谌〉梅止夥瓷渎蕰r經(jīng)常使用具有衍射光柵的分光器，但是，眾 所周知，在衍射光柵中，對于p偏振光和s偏振光來說，光入射強度與反射 強度之比即衍射效率會因光的波長不同而有很大差異。另一方面，在測定形 成在基板上的溝槽圖案的深度時，根據(jù)各種條件的不同，溝槽圖案的影響會 限定來自基板的反射光的振動方向(即，來自基板的反射光成為偏振光)。 因此，按入射到衍射光柵的反射光的振動方向就不能根據(jù)來自基板的反射光 正確地求得分光反射率(spectral reflectance)，有時不能高精度地求得溝槽 圖案的深度。在測定具有單層膜或多層膜的基板的溝槽圖案的深度時，在比較從基板 的反射光取得的測定分光反射率與通過運算求得的理論分光反射率的情況 下，由于測定分光反射率受膜的影響，所以在理論分光反射率中也必須考慮膜的影響。但是，在基板上的膜極薄(例如膜厚為10nm)的情況下，即使 想要比較把該膜的膜厚也作為參數(shù)的理論分光反射率與測定分光反射率來 求得膜的膜厚和溝槽圖案的深度，也無法高精度地決定這些參數(shù)的值。同樣， 多層膜形成在基板上的情況下也是如此。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種形成在基板上的溝槽圖案的深度的測定方 法及裝置，以能夠高精度地求得溝槽圖案的深度。本發(fā)明的溝槽圖案的深度的測定方法包括如下步驟a步驟對在測定 區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽圖案的基板照射照明光；b步驟把對來 自所述基板的所述照明光的反射光進(jìn)行引導(dǎo)的衍射光柵，以與所述衍射光柵 的光柵方向?qū)?yīng)的所述基板上的方向和所述給定方向所成的角度為40度以 上50度以下的狀態(tài)進(jìn)行配置，所述衍射光柵接受所述反射光并將其分光；C 歩驟檢測器接受由所述b步驟分光后的光并取得所述測定區(qū)域的測定分光 反射率；d歩驟將至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面 積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分光反射率與所述測定分光反射率進(jìn) 行比較，由此確定所述參數(shù)的值。按照本發(fā)明，能夠高精度地求得溝槽圖案 的深度。按照本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式，在a步驟中，照明光經(jīng)由數(shù)值孔徑為 0.05以上O.l以下的物鏡被導(dǎo)向基板，從而能夠確實地進(jìn)行照明光向溝槽圖 案的底面的照射。優(yōu)選在d步驟中，參數(shù)中包含基板的表面上的最上面的面 積率，并且把根據(jù)來自溝槽圖案的底面的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系 數(shù)(複素振幅反射係數(shù))乘以底面的面積率而得的數(shù)值、與根據(jù)來自最上面 的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)乘以最上面的面積率而得的數(shù)值之 和作為測定區(qū)域上的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)，由此求出理論分光反射率。這樣， 就能夠忽略來自溝槽圖案的側(cè)面的反射光的影響，可以容易地取得溝槽圖案 的深度以及底面的面積率和最上面的面積率。其他優(yōu)選的溝槽圖案的深度的測定方法包括如下步驟a步驟對在測 定區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽圖案的基板照射照明光；b步驟使來 自所述基板的所述照明光的反射光通過去偏振元件后，由衍射光柵接受并將 其分光；C步驟檢測器接受由所述b步驟中分光后的光并取得所述測定區(qū) 域的測定分光反射率；d步驟對至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖 案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分光反射率、與所述測定 分光反射率進(jìn)行比較，由此確定所述參數(shù)的值。這樣，能夠高精度地求得溝 槽圖案的深度。另外的其他優(yōu)選的溝槽圖案的深度的測定方法包括如下步驟a步驟對在形成有溝槽圖案的測定區(qū)域和不存在所述溝槽圖案的輔助區(qū)域形成有至少一層膜的基板的所述輔助區(qū)域照射照明光；b步驟根據(jù)來自所述輔助 區(qū)域的所述照明光的反射光取得所述輔助區(qū)域的分光反射率，由此來求出所 述至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；c步驟對所述測定區(qū)域照射照 明光；d步驟根據(jù)來自所述測定區(qū)域的所述照明光的反射光取得所述測定 區(qū)域的測定分光反射率；e步驟利用在所述b步驟中取得的所述膜厚，對 至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行 運算所求得的理論分光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行比較，由此確定 所述參數(shù)的值。在具有至少一層膜的基板上，在不存在溝槽圖案的區(qū)域內(nèi)求 得膜厚，就能夠高精度地求出溝槽圖案的深度。本發(fā)明還提供在基板上形成的溝槽圖案的深度的測定裝置。 艮口， 一種溝槽圖案的深度的測定裝置，該溝槽圖案形成在基板上，其特 征在于，包括保持部，其對在測定區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽圖案 的基板進(jìn)行保持；光照射部，其對所述基板照射照明光；光學(xué)系統(tǒng)，其將來 自所述基板的所述照明光的反射光導(dǎo)向給定位置；分光器，其具有配置在所 述給定位置的衍射光柵，并處于使與所述衍射光柵的光柵方向?qū)?yīng)的所述基 板上的方向和所述給定方向的夾角成為40度以上50度以下的狀態(tài)，且由所 述衍射光柵接受所述反射光并將其分光；檢測器，其接受由所述分光器分光 后的光并取得所述測定區(qū)域的測定分光反射率；運算部，其對至少把所述溝 槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的 理論分光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行比較，由此確定所述參數(shù)的值。 此外，本發(fā)明的溝槽圖案的深度的測定裝置，該溝槽圖案形成在基板上， 其特征在于，包括保持部，其對在測定區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽
圖案的基板進(jìn)行保持；光照射部，其對所述基板照射照明光；分光器，其用 衍射光柵接受來自所述基板的所述照明光的反射光并將其分光；去偏振元 件，其配置在所述基板與所述衍射光柵之間的光路上；檢測器，其接受由所 述分光器分光后的光并取得所述測定區(qū)域的測定分光反射率；運算部，其對 至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行 運算所求得的理論分光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行比較，由此確定 所述參數(shù)的值。此外，本發(fā)明的溝槽圖案的深度的測定裝置，該溝槽圖案形成在基板上， 其特征在于，包括保持部，其對在形成有溝槽圖案的測定區(qū)域和不存在所 述溝槽圖案的輔助區(qū)域形成有至少一層膜的基板進(jìn)行保持；光照射部，其對 所述基板照射照明光；分光器，其接受來自所述基板的所述照明光的反射光 并將其分光；檢測器，其接受由所述分光器分光后的光并取得分光反射率； 照射位置變更部，其變更來自所述光照射部的所述照明光在所述基板上的照 射位置；控制部，其通過對所述輔助區(qū)域照射照明光并由所述檢測器根據(jù)來 自所述輔助區(qū)域的所述照明光的反射光而取得所述輔助區(qū)域的分光反射率， 由此求出所述至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；然后對所述測定區(qū)域 照射照明光并由所述檢測器根據(jù)來自所述測定區(qū)域的所述照明光的反射光 取得所述測定區(qū)域的測定分光反射率，再利用所述膜厚，對至少把所述溝槽 圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理 論分光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行比較，由此確定所述參數(shù)的值。


圖1是有關(guān)第一實施方式的溝槽形狀測定裝置的構(gòu)成圖。圖2是進(jìn)行溝槽圖案的形狀的測定的動作流程圖。圖3是輔助膜厚測定的處理的流程圖。圖4是垂直于溝槽方向的基板的剖面圖。圖5是用于說明求得底面的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)的處理的圖。圖6是用于說明整個區(qū)域上的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)的圖。圖7是有關(guān)第二實施方式的溝槽形狀測定裝置的構(gòu)成圖。
具體實施方式
以下參照附圖進(jìn)行的本發(fā)明的詳細(xì)說明將使上述的目的和其他目的、特 征、狀態(tài)和優(yōu)點更加明確。圖1是有關(guān)第一實施方式的溝槽形狀測定裝置1的構(gòu)成圖。溝槽形狀測定裝置1是用來取得有關(guān)形成在半導(dǎo)體的基板9上的溝槽圖案的深度等的溝 槽圖案的形狀的信息的裝置。實際上，為了取得有關(guān)溝槽圖案的形狀的信息， 溝槽形狀測定裝置1還測定形成在基板9上的膜的膜厚。在本實施方式中， 基板9的溝槽圖案為沿一個方向延伸的多條溝槽的集合(即衍射光柵形狀的 圖案)。溝槽形狀測定裝置1具備保持形成了溝槽圖案的圓板狀的基板9的保 持部21、使保持部21以朝上下方向的軸為中心轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22、經(jīng)轉(zhuǎn)動 機(jī)構(gòu)22使保持部21沿水平方向即X方向和Y方向移動的保持部移動機(jī)構(gòu) 23、射出照明光的光照射部3、把來自光照射部3的照明光導(dǎo)向基板9同時 射入來自基板9的反射光的光學(xué)系統(tǒng)4、接受由光學(xué)系統(tǒng)4導(dǎo)入的反射光并 將其分光的分光器5、接受被分光器5分光后的光并取得分光反射率的檢測 器6以及具有進(jìn)行各種運算的運算部71同時承擔(dān)溝槽形狀測定裝置1的整 體控制的控制部7。保持部移動機(jī)構(gòu)23具備省略了圖示的X方向移動機(jī)構(gòu) 和Y方向移動機(jī)構(gòu)，各移動機(jī)構(gòu)中設(shè)置有馬達(dá)、滾珠絲杠與導(dǎo)軌的組合。光照射部3具有連接在電源31上的光源32，從光源32射出照明光(白 光)。來自光源32的照明光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)4的透鏡41、 42被導(dǎo)向半透半反鏡 43，朝基板9側(cè)反射的照明光經(jīng)物鏡44被照射在基板9上。這時，物鏡44 的數(shù)值孔徑(NA)被取為0.05以上0.1以下，照明光在大體垂直于基板9 且接近于平行光的狀態(tài)下，對基板9照射。來自基板9的照明光的反射光被物鏡44射入，經(jīng)半透半反鏡43和透鏡 45射入分光器5。分光器5具備帶有針孔511的開口板51，通過針孔511的 反射光被照射到表面上形成了沿一個方向延伸的多條溝槽的衍射光柵52上 (圖1中標(biāo)有平行斜線來表示溝槽的區(qū)域，以下把溝槽延伸的方向叫做"光 柵方向"。圖1中描繪的衍射光柵52的溝槽條數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于實際數(shù)量)。此 時，假定從基板9的位置射出了在基板9的主面上在Y方向有振動方向的直 線偏振光的情況下，該直線偏振光的振動方向平行或垂直于衍射光柵52的
光柵方向射入衍射光柵52。換言之，以使與衍射光柵52的光柵方向?qū)?yīng)的 基板9上的方向平行或垂直于Y方向的方式來配置衍射光柵52。衍射光柵 52接受通過了針孔5U的反射光并將其分光，分光后的光被導(dǎo)向檢測器6的 受光面上的根據(jù)波長而不同的位置。圖1中省略了分光器5內(nèi)的詳細(xì)的構(gòu)成 要素的圖示。在檢測器6的受光面上，多個受光元件排為一列，包含在給定波長帶(以 下稱為"測定波長帶")內(nèi)的各波長的光由對應(yīng)的受光元件接受，從而取得 該光的強度。在溝槽形狀測定裝置1中，預(yù)先將反射鏡放置在保持部21上 并照射照明光，取得來自該反射鏡的反射光經(jīng)由分光器5被照射到檢測器6 的各受光元件上時的光強度。將各受光元件獲得的來自基板9的光的強度與 用反射鏡取得的光的強度之比，作為(相對)反射率。這樣，作為分光反射 率取得分別對應(yīng)于包含在測定波長帶中的多種波長的多個反射率的集合。在 下面的說明中，把檢測器6所取得的分光反射率叫做測定分光反射率。另外， 也可以在檢測器6的外部實現(xiàn)求取從基板9取得的光的強度與用反射鏡取得 的光的強度之比的運算。然后參照圖2來說明溝槽形狀測定裝置1進(jìn)行溝槽圖案的形狀測定的動 作的流程。在進(jìn)行溝槽圖案形狀的測定時，首先用外部的傳送裝置把作為測 定對象的基板9運送到溝槽形狀測定裝置1內(nèi)，并放置保持在保持部21上 (步驟SIO)。此時，在基板9上的給定的測定區(qū)域93內(nèi)，溝槽圖案相對于 形成在基板9上的基準(zhǔn)部位(即，決定基板9的方向的部位，例如槽口或定 向平面等)沿預(yù)定的方向延伸。在溝槽形狀測定裝置l中，使設(shè)置在保持部 21上的定位銷抵接在基準(zhǔn)部位上，由此把基板9保持得朝向給定的方向。這 樣，使保持部21上的基板9的測定區(qū)域93內(nèi)的溝槽圖案的方向成為處于相 對Y方向45度±5度(40度 50度)范圍內(nèi)的任意角度，優(yōu)選僅傾斜45 度的狀態(tài)。換言之，對應(yīng)于衍射光柵52的光柵方向的基板9上的方向與溝 槽圖案的延伸方向所成的夾角為40度以上50度以下，優(yōu)選為45度。在以 下的說明中，也把溝槽圖案延伸的方向叫做溝槽方向。接下來，確認(rèn)取得有關(guān)溝槽圖案的形狀的信息(包含溝槽圖案的深度等 信息，以下稱為"溝槽圖案信息")之前是否進(jìn)行輔助測定形成在基板9上 的膜的膜厚的處理(以下稱為"輔助膜厚測定")(步驟Sll)。是否進(jìn)行
輔助膜厚測定要根據(jù)基板9的膜結(jié)構(gòu)來決定，例如，在基板9上形成有極薄 的單層膜或多層膜的情況下，為了提高溝槽圖案信息的測定精度，就要進(jìn)行 輔助膜厚測定。在此，在基板9上形成有極薄的單層膜，進(jìn)行輔助膜厚測定 (步驟S12)。圖3表示的是輔助膜厚測定的處理流程，圖4是垂直于溝槽方向的基板 9的剖視圖。圖4中省略了基板9的剖面的平行斜線的圖示(后述的圖5也 相同)。如圖4所示，在基板9的表面上形成有成分為二氧化硅(Si02)的薄的 膜91 (例如膜厚為10nm的膜，圖4中把膜91圖示得比實際的厚，后述的 圖5中也相同)，通過蝕刻膜91以及由硅(Si)形成的基板9的主體90來 形成按一定的節(jié)距P1在垂直于溝槽方向的方向上排列的多條溝槽92。實際 上，在基板9的主面上除了形成溝槽圖案并成為測定對象的測定區(qū)域93之 外，還形成有不存在溝槽圖案的區(qū)域94 (是所謂的0區(qū)域，因為是取得用來 輔助溝槽圖案形狀的測定的信息的區(qū)域，所以以下叫做"輔助區(qū)域")，在 輔助膜厚測定中，保持部移動機(jī)構(gòu)23把輔助區(qū)域94配置在基板9上的照明 光的照射位置上之后，從光照射部3射出照明光，照射到輔助區(qū)域94上(步 驟S121)。來自輔助區(qū)域94的反射光通過光學(xué)系統(tǒng)4被導(dǎo)入分光器5，并 被分光(步驟S122)，由檢測器6接受被分光的光，并取得輔助區(qū)域94的 測定分光反射率(步驟S123)。另一方面，在溝槽形狀測定裝置1中預(yù)先求出輔助膜厚測定中所使用的 理論分光反射率，做好準(zhǔn)備。這里，對輔助膜厚測定中的理論分光反射率予 以描述。在求取理論分光反射率時，首先假定膜91的膜厚為d，膜91的折 射率為N，向膜91入射的光(照明光)的入射角為e ，光的波長為入，空 氣99與膜91的界面上的振幅反射系數(shù)為rQ1，膜91與基板9的主體90的界 面上的振幅反射系數(shù)為r12;把各值代入式(1)，來求得對該波長入的光的 反射率R。在本實施方式中，設(shè)向膜91入射的光的入射角e為o度(在后述 的式(3)和式(4)中也都一樣)。式(1)中的無下標(biāo)的r表示復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)，(3表示相位膜厚(對于p而言，后述的式(3)和式(4)中也都一 樣)。<formula>formula see original document page 16</formula>
其中 <formula>formula see original document page 16</formula>實際上，對包含在測定波長帶中的多種波長分別求出反射率R，從而取 得多種波長中的多個反射率R的集合作為理論分光反射率。在溝槽形狀測定 裝置1中，通過變更膜91的假定膜厚反復(fù)進(jìn)行上述的運算，由此來取得對 多種膜厚的多個理論分光反射率。把在步驟S123取得的輔助區(qū)域94的測定分光反射率與多個理論分光反 射率進(jìn)行比較，從這些理論分光反射率確定出近似于測定分光反射率的分光 反射率，來求得膜91的膜厚(步驟S124)。具體地說，在某個波長下，設(shè) 表示理論分光反射率的反射率為Rc，表示測定分光反射率的反射率為Rm， 用式(2)求得類似度Err。在式(2)中，mean(A)表示對包含在測定波長帶 中的多種波長得到的多個A的平均值。Err = mean( (Rc—Rm) 2)...... (2)用溝槽形狀測定裝置1確定出類似度Err為最小的理論分光反射率，把 該理論分光反射率下的膜厚作為基板9的輔助區(qū)域94中的膜91的膜厚。在 類似度Err為給定值以下等情況，也可以根據(jù)需要采用高斯 牛頓法或 Levenberg—Marquardt ( ^<乂/《一夕' 7 —力一 卜)法等非線性優(yōu)化方 法，收斂類似度Err而取得類似度Err大于給定值的理論分光反射率，再求 出膜91的膜厚。如果像以上那樣來求得基板9的膜91的膜厚之后，進(jìn)行取得溝槽圖案 信息時的理論分光反射率(不同于輔助膜厚測定中的理論分光反射率)的運 算中的參數(shù)的設(shè)定(所謂的測定方法的生成)(圖2:步驟S13)。具體地 說，把溝槽圖案的深度(即溝槽92的深度)、測定區(qū)域93中的多條溝槽92 的底面921的集合的面積率、和多個最上面931 (即與輔助區(qū)域94的表面同 高度的面)的集合的面積率作為參數(shù)，把各參數(shù)的初始值和多個變動值(即 與初始值的差)設(shè)定在運算部71中，同時也設(shè)定在步驟S12求得的膜91的 膜厚。給各參數(shù)設(shè)定多個值，由此來抑制在后述的類似度的計算中類似度陷 于局部解的情況。以下，把多個底面921的集合的面積率和多個最上面931 的集合的面積率分別簡稱為底面921的面積率和最上面931的面積率。 然后，求得取得溝槽圖案信息時的理論分光反射率(步驟S14)。具體 地說，設(shè)膜91的膜厚的設(shè)定值為d，膜91的折射率為N，向膜91入射的光 (照明光)的入射角為e，光的波長為X，空氣99與膜91的界面上的振幅 反射系數(shù)為rQ1，膜91與基板9的主體90的界面上的振幅反射系數(shù)為r12; 把各值代入式(3)，求出對該波長X的光的最上面931的復(fù)數(shù)振幅反射系 數(shù)n。二 r01+r12exp(-z") ......(3)其中 p-27idNcose/人關(guān)于底面921，像圖5中標(biāo)有平行斜線所表示的那樣，理解為溝槽92就 是與溝槽92的深度的初始值等厚度的膜厚t的空氣的膜99a,設(shè)膜99a的折 射率為N，向膜99a入射的光(照明光)的入射角為e，光的波長為人，空氣 99與膜99a的界面上的振幅反射系數(shù)為rQ1，膜99a與基板9的主體90的界 面上的振幅反射系數(shù)為r12;把各值代入式(4)，求得對該波長X的光的底 面921的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)rn。實際上，設(shè)式(4)中的折射率N為1，空 氣99與膜99a的界面上的振幅反射系數(shù)為r()1為0。r = r01+r12exp(-/2々) ......(〃 l + r。^exp(-/2/ ) 、 J其中 p=2 rtNcose/X這里，來自圖6中標(biāo)有平行斜線分別表示的區(qū)域VI、 V2的光，如 附圖標(biāo)記81、 82所示的箭頭表示的那樣，會產(chǎn)生光程差而發(fā)生干涉。因 此，區(qū)域VI、 V2整體中的對某波長的光的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)為rv，在 設(shè)區(qū)域V1、 V2的面積率分別為AV1、 AV2，對區(qū)域V1、 V2中的該波長 的光的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)分別為rw、 rv2的情況下，用式(5)求出。rv=rvl X Avl + rv2 X Av2 ...... (5)實際上，在圖4中右側(cè)的測定區(qū)域93中，除了最上面931和底面921 之夕卜，還存在溝槽92的傾斜的側(cè)面922，所以把從垂直于基板9的方向看側(cè) 面922情況下的側(cè)面922的區(qū)域作為側(cè)面區(qū)域，設(shè)測定區(qū)域93中的最上面
931的面積率、溝槽92的底面921的面積率、和側(cè)面區(qū)域的面積率(準(zhǔn)確地 說，是測定區(qū)域93中的多個最上面931的集合的面積率、以及多條溝槽92 的底面921的集合的面積率和多條溝槽92的側(cè)面區(qū)域的集合的面積率)分 別為A,、 An和Am (其中，這些面積率之和為l)，設(shè)對某波長的光的最上 面931的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)、溝槽92的底面921的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)和側(cè) 面區(qū)域的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)分別為r!、 n和加，在式(6)表示測定區(qū)域93 中的對該波長的光的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)rsample。rs—e=ri XAi +ruXAn+rinXAm ...... (6)在本實施方式中，如后所述，照明光經(jīng)由數(shù)值孔徑小的物鏡44被照射 到基板9上，來自基板9的反射光也經(jīng)由物鏡44射入到光學(xué)系統(tǒng)4內(nèi)，所 以，可以忽略在側(cè)面922反射的光(即該光幾乎不射入到光學(xué)系統(tǒng)4內(nèi))， 可以使側(cè)面區(qū)域的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)rm為O。因此，把初始值代入式(6)中 的最上面931的面積率Az和底面921的面積率An;把用式(3)和式(4) 求得的對于波長^的光的最上面931的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)n和底面921的復(fù) 數(shù)振幅反射系數(shù)rn也代入式(6)中，由此求出把溝槽92的深度、底面921 的面積率和最上面931的面積率等參數(shù)設(shè)為初始值的情況下，對該波長人的 光的測定區(qū)域93的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)rs^p,e。然后，如式(7)所示，求出復(fù) 數(shù)振幅反射系數(shù)rsample的絕對值的平方值，由此求出各參數(shù)為初始值的情況 下的對該波長人的光的測定區(qū)域93的反射率Rsample。Rsample—|fsamplel ( 7 )實際上，對包含在測定波長帶中的多種波長，分別求出反射率Rsample，取得多個波長中的多個反射率Rsan^的集合作為使各參數(shù)為初始值的情況下 的理論分光反射率。用溝槽形狀測定裝置1把各參數(shù)值順序變更為初始值和 從初始值偏離變動值的值(以下統(tǒng)稱"設(shè)定值")，來反復(fù)進(jìn)行上述的運算，由此來取得分別對應(yīng)于溝槽92的深度、底面921的面積率和最上面931的 面積率中的設(shè)定值的全部的組合的多個理論分光反射率。取得多個理論分光反射率時，保持部移動機(jī)構(gòu)23把基板9上的照明光 的照射位置配置在測定區(qū)域93內(nèi)之后，從光照射部3射出照明光，照射基 板9上的測定區(qū)域93 (步驟S15)。此時，如已經(jīng)描述的那樣，經(jīng)由數(shù)值孔 徑小的物鏡44把照明光引向基板9，從而能夠確實地向溝槽圖案的底面921 照射照明光。來自基板9的測定區(qū)域93的反射光經(jīng)由物鏡44射入到光學(xué)系 統(tǒng)4內(nèi)，從而在溝槽92的側(cè)面922反射的光、或在溝槽圖案上發(fā)生了一次 以上反射的衍射光不射入到光學(xué)系統(tǒng)4內(nèi)，僅有來自底面921的正反射光(O 次光)入射到光學(xué)系統(tǒng)4內(nèi)。反射光被光學(xué)系統(tǒng)4導(dǎo)向分光器5，被衍射光 柵52分光(步驟S16)，檢測器6接受分光后的光，取得測定區(qū)域93的測 定分光反射率(步驟S17)。接下來，用上述的式(2)求出測定分光反射率與步驟S14求得的多個 理論分光反射率的各個分光反射率之間的類似度Err。確定出類似度Err為最 小的理論分光反射率，取得該理論分光反射率下的參數(shù)值作為基板9的測定 區(qū)域93中的溝槽92的深度、底面921的面積率和最上面931的面積率(步 驟S18)。這樣，通過比較測定區(qū)域93的測定分光反射率和理論分光反射率 來決定多個參數(shù)的值，而取得溝槽圖案信息。在類似度Err為給定值以下的 情況下等等，也可以根據(jù)需要采用高斯*牛頓法或萊賓巴格*馬卡特 ^y^-,7-力-卜)法等非線性優(yōu)化方法收斂類似度Err而取得類似度Err 大于給定值的理論分光反射率，從而求出測定區(qū)域93中的溝槽92的深度、 底面921的面積率和最上面931的面積率。接下來，還用運算部71取得有關(guān)溝槽圖案的形狀的其他信息(步驟 S19)，例如，把值1減去底面921的面積率和最上面931的面積率所得到 的值作為側(cè)面區(qū)域的面積率，用已知的節(jié)距P1取得垂直于溝槽方向的一個 側(cè)面922的寬度(圖4中標(biāo)以符號W1所示的寬度)，求出垂直于溝槽方向 的基板9的剖面上的側(cè)面922的傾斜角(圖4中標(biāo)以符號Y表示的角度)。 也可以用節(jié)距Pl取得有關(guān)垂直于溝槽方向的一個最上面931的寬度(圖4 中標(biāo)以符號W2所示的寬度，理解為線寬)或一個底面921的寬度(圖4中 標(biāo)以符號W3所示的寬度)，在已知測定區(qū)域93的面積的情況下，也可以 求出底面921、最上面931和側(cè)面區(qū)域各自的總面積。在基板9上的膜91比較厚的情況下等，在溝槽形狀測定裝置1中不進(jìn) 行輔助膜厚測定，也可以取得溝槽圖案信息(步驟Sll)。這種情況下，除 溝槽圖案的深度、溝槽92的底面921的面積率和最上面931的面積率之外， 還把膜91的膜厚設(shè)為參數(shù)，把各參數(shù)的設(shè)定值設(shè)定在運算部71中(步驟 S13)。接下來，通過運算取得分別對應(yīng)于溝槽92的深度、底面921的面積 率、最上面931的面積率和膜91的膜厚中的設(shè)定值的全部的組合的多個理 論分光反射率(步驟S14)。然后，光照射部3對測定區(qū)域93照射照明光， 根據(jù)來自測定區(qū)域93的照明光的反射光取得測定區(qū)域93的測定分光反射率 (步驟S15 步驟S17);通過比較測定分光反射率和多個理論分光反射率 來決定各參數(shù)的值。從而取得基板9上的溝槽92的深度、底面921的面積 率、最上面931的面積率和膜91的膜厚(步驟S18)。必要的話，也可以取 得有關(guān)溝槽圖案的形狀的其他信息(步驟S19)?？墒?，在分光器的衍射光柵中，對于平行于光柵方向的振動方向的偏振光 與垂直于光柵方向的振動方向的偏振光來說，光的入射強度與反射強度之比即 衍射效率會因相應(yīng)光的波長而有很大差異。溝槽圖案的形狀的測定中，會因溝 槽圖案的影響而限定來自基板的反射光的振動方向(例如，來自基板9的反射 光大多包含平行于基板9上的溝槽方向的方向振動的直線偏振光和大體沿該方 向振動的橢圓偏振光)。這種情況下，如果入射到衍射光柵的反射光的振動面 與光柵方向的夾角、和該振動面與垂直于光柵方向的方向的夾角之間存在(很 大的)差，就不能正確地取得來自基板的反射光的光譜(即，不能取得基板的 正確的分光反射率)，也就不能高精度地求得溝槽圖案的深度。相對于此，在溝槽形狀測定裝置l中，由于引導(dǎo)來自基板9的照明光的 反射光的衍射光柵52以對應(yīng)于衍射光柵52的光柵方向的基板9上的方向與 溝槽方向的夾角為40度以上50以下(優(yōu)選45度)的狀態(tài)配置，所以不會 受基板9上的溝槽圖案造成的反射光的偏振光的影響，而能夠正確地求出基 板的分光反射率，能夠以非破壞的方式高精度地求得溝槽圖案的深度。在溝槽形狀測定裝置1中，由于物鏡44的數(shù)值孔徑為0.05以上0.1以 下，所以即使形成在基板9上的溝槽圖案的長寬比(剖面形狀的縱橫比)很 大，也可以確實地進(jìn)行照明光向溝槽圖案的底面921的照射和來自底面921 的反射光的衍射光柵52的受光。在取得溝槽圖案信息時，在包含于測定波 長帶內(nèi)的各波長下，把根據(jù)來自底面921的光理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系 數(shù)乘以底面921的面積率、與根據(jù)來自最上面931的光理論上求得的復(fù)數(shù)振 幅反射系數(shù)乘以最上面931的面積率之和作為測定區(qū)域93中的復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)，由此能夠忽略來自溝槽圖案的側(cè)面922的反射光的影響，而恰當(dāng)?shù)?求出理論分光反射率。這樣，就可以容易且高精度地求得溝槽圖案的深度以
及底面921的面積率和最上面931的面積率。在輔助膜厚測定中，對輔助區(qū)域94照射照明光，并由檢測器6獲得輔助區(qū) 域94的分光反射率，由此來求出基板9上的膜91的膜厚；然后，利用輔助膜厚測定中得到的膜厚求出取得溝槽圖案信息時的理論分光反射率。這樣，在具 有膜91的基板9上不存在溝槽圖案的區(qū)域內(nèi)求得膜厚，由此能夠更高精度地求 得溝槽圖案的深度。另外，即便在不進(jìn)行輔助膜厚測定的情況下，由于取得溝 槽圖案信息時的理論分光反射率的運算的參數(shù)中包含膜91的膜厚，所以可以考 慮形成在基板9上的膜91而高精度地求出溝槽圖案的深度。在溝槽形狀測定裝置l中，也可以對形成有多個膜的(即多層膜的)基 板9上的溝槽圖案的形狀進(jìn)行測定，例如，在進(jìn)行輔助膜厚測定的情況下(步 驟Sll)，對基板9上的輔助區(qū)域94照射照明光，檢測器6根據(jù)反射光取得 輔助區(qū)域94的分光反射率，由此來求出多層膜的一部分膜(例如，取得溝 槽圖案信息時與溝槽圖案的深度一起包含在參數(shù)內(nèi)的情況下，很難高精度地 求出膜厚的測定靈敏度低的膜)的膜厚(步驟S12)。接下來，除溝槽圖案 的深度、測定區(qū)域93的溝槽92的底面921的面積率和最上面931的面積率 之外，其他膜的膜厚也包含在參數(shù)中，并把各參數(shù)的設(shè)定值設(shè)定在運算部71 中(步驟S13)。然后，利用在輔助膜厚測定時所取得的一部分膜的膜厚， 通過運算求出分別對應(yīng)于溝槽92的深度、底面921的面積率、最上面931 的面積率和其他膜的膜厚中的設(shè)定值的全部的組合的多個理論分光反射率 (步驟S14);然后，與對測定區(qū)域93照射照明光取得的測定分光反射率相 比較，來決定各參數(shù)的值(步驟S15 步驟S18)。這樣，由于把輔助膜厚 測定時所測定的一部分膜以外的膜厚包含在取得溝槽圖案信息時的運算的 參數(shù)內(nèi)，所以也能夠高精度地求出在輔助膜厚測定時未求得的膜的膜厚。在輔助膜厚測定時也可以求出多層膜的全部膜的膜厚，另外，也可以把 輔助膜厚測定時所測定的膜的膜厚包含在取得溝槽圖案信息時的運算的參 數(shù)內(nèi)，這種情況下，最好把輔助膜厚測定時所得到的測定值作為初始值。像上述那樣，在溝槽形狀測定裝置l中，把至少一層膜形成在基板9的 測定區(qū)域93和不存在溝槽圖案的輔助區(qū)域94內(nèi)的情況下，在輔助膜厚測定 中，把照明光照射到輔助區(qū)域94上，根據(jù)反射光取得輔助區(qū)域94的分光反 射率，由此來求出這至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚，接著，在取得
溝槽圖案信息時利用該膜厚求出理論分光反射率，由此就能夠在具有至少一層膜的基板9上更高精度地求出溝槽圖案的深度。在測定形成有多層膜的基板9上的溝槽圖案的形狀時，也可以不進(jìn)行輔 助膜厚測定，而根據(jù)基板9上的膜結(jié)構(gòu)把多層膜的各層膜的膜厚包含在取得 溝槽圖案信息時的運算的參數(shù)內(nèi)。即，在基板9的測定區(qū)域93上形成有至 少一層膜的情況下，把這至少一層膜的膜厚包含在取得溝槽圖案信息時的運 算的參數(shù)內(nèi)，由此就能夠在考慮形成在基板9上的膜的同時高精度地求出溝 槽圖案的深度。圖7是有關(guān)本發(fā)明的第二實施方式的溝槽形狀測定裝置la的構(gòu)成圖。 圖7的溝槽形狀測定裝置la與圖1的溝槽形狀測定裝置1相比較，其不同 點僅僅在于在半透半反鏡43和透鏡45之間設(shè)置有去偏振元件46，該去偏振 元件46將包含在所入射的光當(dāng)中的偏振光變?yōu)榉瞧窆?。其他的?gòu)成都與 圖1 一樣，并標(biāo)注同樣的符號。在圖7的溝槽形狀測定裝置la進(jìn)行的溝槽圖案的形狀的測定動作中， 把基板9保持在保持部21上時(圖2:步驟SIO)，不調(diào)整基板9的朝向， 與圖1的溝槽形狀測定裝置1同樣地進(jìn)行以后的處理。在溝槽形狀測定裝置 la中，把去偏振元件46配置在基板9與衍射光柵52之間的光路上，由此就 能夠用去偏振元件46消除溝槽圖案引起的反射光的偏振光影響，從而能夠 正確地取得分光反射率，高精度地求出溝槽圖案的深度?？梢园讶テ裨?46設(shè)置在任何位置，只要是配置在基板9與衍射光柵52之間的光路上就行。以上說明了本發(fā)明的實施方式，但是本發(fā)明并不局限于上述的實施方 式，可以有各種各樣的變形。在上述的第一實施方式中，把基板9保持在保持部21上時，調(diào)整基板9 相對于衍射光柵52的朝向，但是也可以把分光器5和檢測器6做成一體， 設(shè)置一個以衍射光柵52的中心線為中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動的機(jī)構(gòu)，在取得測定分光 反射率時，轉(zhuǎn)動分光器5和檢測器6，使對應(yīng)于衍射光柵52的光柵方向的基 板9上的方向與溝槽方向的夾角為40度以上50度以下(優(yōu)選45度)。在圖7的溝槽形狀測定裝置la中，來自基板9的照明光的反射光經(jīng)由 去偏振元件46被導(dǎo)引至衍射光柵52，由此能夠容易地去除溝槽圖案引起的 反射光的偏振光的影響，但是，在圖1的溝槽形狀測定裝置1中，在基板9
與衍射光柵52之間的光路上追加去偏振元件，也可以確實地去除反射光的 偏振光的影響。在上述的第一和第二實施方式中，在取得溝槽圖案信息時的運算的參數(shù) 中必須包含溝槽圖案的深度、底面921的面積率和最上面931的面積率，但 是在溝槽92的側(cè)面922垂直于基板9的情況下等，側(cè)面區(qū)域的面積被認(rèn)為 是0的情況下，也可以僅僅把溝槽圖案的深度和底面921的面積率(也可以 是1減去最上面931的面積率所得到的差)作為參數(shù)。即，通過把至少溝槽 圖案的深度和溝槽圖案的底面921的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算來求出理論分 光反射率。在溝槽形狀測定裝置1、 la中，保持部移動機(jī)構(gòu)23作為照射位置變更 部來移動基板9，由此來變更來自光照射部3的照明光在基板9上的照射位 置，但是也可以用相對于基板9移動光照射部3、光學(xué)系統(tǒng)4、分光器5和 檢測器6的機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)照射位置變更部。可以在可能的范圍內(nèi)變更圖2所示的動作流程，例如，也可以在取得測 定分光反射率之后，求出理論分光反射率。去除溝槽形狀測定裝置1、 la中的反射光的偏振光影響的方法被用于來 自基板的反射光中產(chǎn)生由溝槽圖案引起的偏振光影響的情況，所述基板除形 成了沿一個方向延伸的多條溝槽(條與空隙相間的溝槽)的基板9之外，還 可以是僅僅形成了一條溝槽的基板或形成了相互垂直的兩個方向延伸的多 條溝槽的基板、或者是在一個方向上排列的多個孔的集合而實質(zhì)上被認(rèn)為是 一條溝槽的基板等等。也就是說，實質(zhì)上是把在測定區(qū)域上形成了沿給定方 向延伸的溝槽圖案的基板作為對象。進(jìn)行輔助膜厚測定來高精度地取得溝槽圖案信息的方法可以適用于具 有各種形狀的溝槽圖案的基板。這種情況下，也可以用衍射光柵52以外的 光學(xué)元件將反射光分光來取得測定分光反射率。溝槽形狀測定裝置1、 la中的成為測定對象的基板也可以是半導(dǎo)體基板 以外的印刷布線基板或玻璃基板等。以上詳細(xì)描述并說明了本發(fā)明，但是已經(jīng)描述的說明僅是示例并不限定 本發(fā)明，因此，應(yīng)理解為在不脫離本發(fā)明的范圍的限度內(nèi)可以有多種變形或 形態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽圖案的深度的測定方法，該溝槽圖案形成在基板上，其特征在于，包括如下步驟a步驟對在測定區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽圖案的基板照射照明光；b步驟把對來自所述基板的所述照明光的反射光進(jìn)行引導(dǎo)的衍射光柵，以與所述衍射光柵的光柵方向?qū)?yīng)的所述基板上的方向和所述給定方向所成的角度為40度以上50度以下的狀態(tài)進(jìn)行配置，所述衍射光柵接受所述反射光并將其分光；c步驟檢測器接受由所述b步驟分光后的光并取得所述測定區(qū)域的測定分光反射率；d步驟將至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分光反射率與所述測定分光反射率進(jìn)行比較，由此確定所述參數(shù)的值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在 所述a步驟中，所述照明光經(jīng)由數(shù)值孔徑為0.05以上O.l以下的物鏡被導(dǎo)向 所述基板。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在 所述d步驟中，在所述參數(shù)中包含所述基板的表面上的最上面的面積率；把根據(jù)來自所述溝槽圖案的所述底面的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)乘以所述底面的面積率而得的數(shù)值、與根據(jù)來自所述最上面的光而理 論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)乘以所述最上面的面積率而得的數(shù)值之和，作 為所述測定區(qū)域上的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)，由此求出所述理論分光反射率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在所述基板的所述測定區(qū)域內(nèi)形成至少一層膜；在所述d步驟中，所述參數(shù)中包含所述至少一層膜的膜厚。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其 特征在于，還具備e步驟，在該e步驟中，在所述基板的所述測定區(qū)域和不 存在所述溝槽圖案的輔助區(qū)域內(nèi)形成至少一層膜，在所述a步驟之前，對所 述輔助區(qū)域照射照明光并由所述檢測器取得所述輔助區(qū)域的分光反射率，由 此求出所述至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；在所述d步驟中，利用 所述e步驟取得的所述膜厚求出所述理論分光反射率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在 所述e步驟中，求出所述至少一層膜的一部分膜的膜厚；在所述d步驟中， 所述參數(shù)中包含所述一部分膜以外的膜的膜厚。
7. —種溝槽圖案的深度的測定方法，該溝槽圖案形成在基板上，其特征 在于，包括如下步驟a步驟對在測定區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽圖案的基板照射照 明光；b步驟使來自所述基板的所述照明光的反射光通過去偏振元件后，由 衍射光柵接受并將其分光；c步驟檢測器接受由所述b步驟中分光后的光并取得所述測定區(qū)域的 測定分光反射率；d步驟:對至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行比 較，由此確定所述參數(shù)的值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在 所述a步驟中，所述照明光經(jīng)由數(shù)值孔徑為0.05以上0.1以下的物鏡被導(dǎo)向 所述基板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在 所述d步驟中，所述參數(shù)中包含所述基板的表面上的最上面的面積率；把根據(jù)來自所述溝槽圖案的所述底面的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)乘以所述底面的面積率而得的數(shù)值、與根據(jù)來自所述最上面的光而理 論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)乘以所述最上面的面積率而得的數(shù)值之和，作 為所述測定區(qū)域上的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)，由此求出所述理論分光反射率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在所述基板的所述測定區(qū)域內(nèi)形成至少一層膜；在所述d步驟中，所述參數(shù)中包含所述至少一層膜的膜厚。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定方法， 其特征在于，還具備e步驟，在該e步驟中，在所述基板的所述測定區(qū)域和 不存在所述溝槽圖案的輔助區(qū)域內(nèi)形成至少一層膜，在所述a步驟之前，對 所述輔助區(qū)域照射照明光并由所述檢測器取得所述輔助區(qū)域的分光反射率， 由此求出所述至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；在所述d步驟中，利用在所述e步驟中取得的所述膜厚求出所述理論分光反射率。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于， 在所述e步驟中，求出所述至少一層膜的一部分膜的膜厚；在所述d步驟中， 所述參數(shù)中包含所述一部分膜以外的膜的膜厚。
13. —種溝槽圖案的深度的測定方法，該溝槽圖案形成在基板上，其特 征在于，包括如下步驟a步驟對在形成有溝槽圖案的測定區(qū)域和不存在所述溝槽圖案的輔助 區(qū)域形成有至少一層膜的基板的所述輔助區(qū)域照射照明光；b步驟根據(jù)來自所述輔助區(qū)域的所述照明光的反射光取得所述輔助區(qū) 域的分光反射率，由此來求出所述至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；c步驟對所述測定區(qū)域照射照明光；d步驟根據(jù)來自所述測定區(qū)域的所述照明光的反射光取得所述測定區(qū)域的測定分光反射率；e步驟利用在所述b步驟中取得的所述膜厚，對至少把所述溝槽圖案 的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分 光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行比較，由此確定所述參數(shù)的值。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于， 在所述c步驟中，所述照明光經(jīng)由數(shù)值孔徑為0.05以上O.l以下的物鏡被導(dǎo) 向所述基板。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于， 在所述e步驟中，所述參數(shù)中包含所述基板的表面上的最上面的面積率；把根據(jù)來自所述溝槽圖案的所述底面的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)乘以所述底面的面積率而得的數(shù)值、與根據(jù)來自所述最上面的光而理 論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)乘以所述最上面的面積率而得的數(shù)值之和，作 為所述測定區(qū)域的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)，由此求出所述理論分光反射率。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定方法，其特征在于，在所述b步驟中，求出所述至少一層膜的一部分膜的膜厚；在 所述e步驟中，所述參數(shù)中包含所述一部分膜以外的膜的膜厚。
17. —種溝槽圖案的深度的測定裝置，該溝槽圖案形成在基板上，其特 征在于，包括保持部，其對在測定區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽圖案的基板進(jìn)行 保持；光照射部，其對所述基板照射照明光；光學(xué)系統(tǒng)，其將來自所述基板的所述照明光的反射光導(dǎo)向給定位置； 分光器，其具有配置在所述給定位置的衍射光柵，并處于使與所述衍射 光柵的光柵方向?qū)?yīng)的所述基板上的方向和所述給定方向的夾角成為40度 以上50度以下的狀態(tài)，且由所述衍射光柵接受所述反射光并將其分光；檢測器，其接受由所述分光器分光后的光并取得所述測定區(qū)域的測定分 光反射率；運算部，其對至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積 率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行 比較，由此確定所述參數(shù)的值。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 所述光學(xué)系統(tǒng)具備數(shù)值孔徑為0.05以上0.1以下的物鏡。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 所述參數(shù)中包含所述基板的表面上的最上面的面積率；把根據(jù)來自所述溝槽圖案的所述底面的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)乘以所述底面的面積率而得的數(shù)值、與根據(jù)來自所述最上面的光而理 論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)乘以所述最上面的面積率而得的數(shù)值之和，作 為所述測定區(qū)域的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)，由此求出所述理論分光反射率。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定裝置， 其特征在于，在所述基板的所述測定區(qū)域形成至少一層膜；所述參數(shù)中包含 所述至少一層膜的膜厚。
21. 根據(jù)權(quán)利要求17至19中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定裝置， 其特征在于，在所述基板的所述測定區(qū)域和不存在所述溝槽圖案的輔助區(qū)域 內(nèi)形成至少一層膜；在所述運算部確定所述參數(shù)的值之前，對所述輔助區(qū)域照射照明光并由所述檢測器取得所述輔助區(qū)域的分光反射率，由此求出所述至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；在所述運算部確定所述參數(shù)的值 時，利用所取得的所述膜厚求出所述理論分光反射率。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 在所述運算部確定所述參數(shù)的值之前，求出所述至少一層膜的一部分膜的膜 厚；在所述運算部確定所述參數(shù)的值時，所述參數(shù)內(nèi)包含所述一部分膜以外 的膜的膜厚。
23. —種溝槽圖案的深度的測定裝置，該溝槽圖案形成在基板上，其特 征在于，包括保持部，其對在測定區(qū)域形成有沿給定方向延伸的溝槽圖案的基板進(jìn)行 保持；光照射部，其對所述基板照射照明光；分光器，其用衍射光柵接受來自所述基板的所述照明光的反射光并將其 分光；去偏振元件，其配置在所述基板與所述衍射光柵之間的光路上； 檢測器，其接受由所述分光器分光后的光并取得所述測定區(qū)域的測定分 光反射率；運算部，其對至少把所述溝槽圖案的深度和所述溝槽圖案的底面的面積 率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行 比較，由此確定所述參數(shù)的值。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 所述照明光經(jīng)由數(shù)值孔徑為0.05以上O.l以下的物鏡被導(dǎo)向所述基板。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 所述參數(shù)中包含所述基板的表面上的最上面的面積率；把根據(jù)來自所述溝槽圖案的所述底面的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)乘以所述底面的面積率而得的數(shù)值、與根據(jù)來自所述最上面的光而理 論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)乘以所述最上面的面積率而得的數(shù)值之和，作 為所述測定區(qū)域的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)，由此求出所述理論分光反射率。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定裝置， 其特征在于，在所述基板的所述測定區(qū)域形成至少一層膜；所述參數(shù)中包含 所述至少一層膜的膜厚。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23至25中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定裝置， 其特征在于，在所述基板的所述測定區(qū)域和不存在所述溝槽圖案的輔助區(qū)域 形成至少一層膜；在所述運算部確定所述參數(shù)的值之前，對所述輔助區(qū)域照 射照明光并由所述檢測器取得所述輔助區(qū)域的分光反射率，由此求出所述至 少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；在所述運算部確定所述參數(shù)的值時， 利用所取得的所述膜厚求出所述理論分光反射率。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 在所述運算部確定所述參數(shù)的值之前，求出所述至少一層膜的一部分膜的膜 厚；在所述運算部確定所述參數(shù)的值時，所述參數(shù)內(nèi)包含所述一部分膜以外 的膜的膜厚。
29. —種溝槽圖案的深度的測定裝置，該溝槽圖案形成在基板上，其特 征在于，包括-保持部，其對在形成有溝槽圖案的測定區(qū)域和不存在所述溝槽圖案的輔 助區(qū)域形成有至少一層膜的基板進(jìn)行保持； 光照射部，其對所述基板照射照明光；分光器，其接受來自所述基板的所述照明光的反射光并將其分光； 檢測器，其接受由所述分光器分光后的光并取得分光反射率； 照射位置變更部，其變更來自所述光照射部的所述照明光在所述基板上 的照射位置；控制部，其通過對所述輔助區(qū)域照射照明光并由所述檢測器根據(jù)來自所 述輔助區(qū)域的所述照明光的反射光而取得所述輔助區(qū)域的分光反射率，由此 求出所述至少一層膜的一部分膜或全部膜的膜厚；然后對所述測定區(qū)域照射 照明光并由所述檢測器根據(jù)來自所述測定區(qū)域的所述照明光的反射光取得 所述測定區(qū)域的測定分光反射率，再利用所述膜厚，對至少把所述溝槽圖案 的深度和所述溝槽圖案的底面的面積率作為參數(shù)進(jìn)行運算所求得的理論分 光反射率、與所述測定分光反射率進(jìn)行比較，由此確定所述參數(shù)的值。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 所述照明光經(jīng)由數(shù)值孔徑為0.05以上O.l以下的物鏡被導(dǎo)向所述基板。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30記載的溝槽圖案的深度的測定裝置，其特征在于， 所述參數(shù)中包含所述基板的表面上的最上面的面積率；把根據(jù)來自所述溝槽圖案的所述底面的光而理論上求得的復(fù)數(shù)振幅反 射系數(shù)乘以所述底面的面積率而得的數(shù)值、與根據(jù)來自所述最上面的光而理 論上求得的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)乘以所述最上面的面積率而得的數(shù)值之和，作 為所述測定區(qū)域的復(fù)數(shù)振幅反射系數(shù)，由此來求出所述理論分光反射率。
32.根據(jù)權(quán)利要求29至31中任一項記載的溝槽圖案的深度的測定裝置， 其特征在于，在所述控制部確定所述參數(shù)的值之前，求出所述至少一層膜的 一部分膜的膜厚；在所述控制部確定所述參數(shù)的值時，所述參數(shù)中包含所述 一部分膜以外的膜的膜厚。
全文摘要
一種溝槽圖案的深度的測定方法和測定裝置，把在測定區(qū)域(93)形成有沿給定溝槽方向延伸的溝槽圖案的基板(9)保持在保持部(21)上；光照明部(3)對基板(9)的測定區(qū)域(93)照射照明光，分光器(5)的衍射光柵(52)把來自測定區(qū)域(93)的照明光的反射光分光，從而取得測定分光反射率。此時在溝槽形狀測定裝置(1)中，以使對應(yīng)于衍射光柵(52)的光柵方向的基板(9)上的方向與溝槽方向45度的狀態(tài)來配置衍射光柵(52)，所以即使在因溝槽圖案的影響而限定了來自基板(9)的反射光的振動方向的情況下，也不會受反射光的偏振光的影響而能正確地求得測定區(qū)域(93)的分光反射率，并能高精度地求出溝槽圖案的深度。
文檔編號G01B11/22GK101131318SQ20071014099
公開日2008年2月27日 申請日期2007年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者堀江正浩, 山口真二 申請人:大日本網(wǎng)目版制造株式會社