JP2002506198A - 回折構造体、下地構造体、広域帯、偏光エリプソメトリ - Google Patents

回折構造体、下地構造体、広域帯、偏光エリプソメトリ

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Abstract

(57)【要約】 半導体ウェーハ上の回折構造体からの回折の前に、必要な場合は、分光反射計または分光エリプソメトリを使って構造体の下に位置する膜の膜厚と屈折率を測定する。そして厳密なモデルを使って回折構造体のエリプソメトリの署名の強度を計算する。次に、回折構造体を、偏光および広帯域放射を用いた分光散乱計を使って測定し、回折構造体の強度またはエリプソメトリの署名を測定する。そしてこの署名をデータベース内の署名と適合させ、構造体の格子型パラメータを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して散乱計に関し、特に、分光散乱計装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
超小型電子装置の内蔵が増え、その速度が上昇するにしたがって、回路の構造
は、寸法が縮小され、プロファイル・エッジの鋭さが改善されつづけている。現
時点の技術的水準の装置は、かなりの処理工程を必要とする。各処理工程におい
て、極微線幅の正確な測定やパターンウェーハ上のエッチング構造のプロファイ
ルに関する定量的説明の重要性がますます高まってきている。さらに、工程監視
やフォトリソグラフィにおける焦点露出制御のような閉ループ制御がますます必
要になってきている。
【０００３】 散乱計測法のような回折を基礎とした分析技術は、特に、非破壊的であり、適
度な正確性を有し、反復可能であり、高速であり、単純であり、重要な寸法走査
電子顕微鏡検査（ＣＤ−ＳＥＭ）に比べて安価であるため、マイクロエレクトロ
ニクス計測学に適用するのに適している。
【０００４】 散乱計測法は、構造体から散乱した光の角度分解測定であり特徴づけである。
断続的な構造体の場合、入射光は、散乱または異なる次数に回折する。入射角θ
ｉの角度に対するｍ次の回折次数の角度位置θｒは、次に示す格子式で求める。 ここで、λは、入射光の波長であり、ｄは、回折構造体の周期である。
【０００５】 構造体から回折した光のパターンは構造体自体の寸法を識別するための“指紋
”または“署名”として使用することができる。周期に加え、幅、段の高さ、線
の形状、基礎をなしている膜の層の厚み、および側壁の角度などのような、後に
構造体のパラメータと呼ぶ、さらに詳しい寸法も、分散パターンを分析すること
によって測定することができる。
【０００６】 現時点の技術的水準の装置における格子の周期は、一般的に１μｍ未満で、実
際の角度範囲において０次±１次の次数しか存在しない。回折包絡線全体を測定
する伝統的な散乱計では、正確な分析に必要とされるデータを得ることができな
い。極微周期の地形構造を特徴付けるための従来の光学技術は、２−Θ散乱測定
法と呼ばれる。
【０００７】 ２−Θ散乱計は、照射光の入射角の関数として一つの回折次数の強度を監視す
る。サンプルからの０次の強度の変化は、より高い回折次数とともに、照射され
ているサンプルの特性を判定するのに有効な情報を提供する。なぜなら、サンプ
ルの特性は、サンプルを製造する際に使用した工程によって決定し、この情報は
、工程の間接的な監視としても有効だからである。
【０００８】 ２−Θ散乱計測法では、単一の波長の干渉光線、例えば、ヘリウム−ネオンレ
ーザを、ステージ上に取り付けたサンプル上に照射する。サンプルステージまた
は照射光線のいずれかを回転させることにより、サンプルへの入射角が変化する
。入射角の関数である（０次または１次などのような）特定の回折次数の強度は
、２−Θプロットまたは分散“署名”と呼ばれ、コンピュータにダウンロードさ
れる。線幅、段の高さ、線の形状、または側壁の角度（側壁とその基礎となって
いる面との間の角度で、“壁角度”としても知られている）などのような異なる
パラメータを判別するため、回折モデルを用いている。上記概述した、異なる格
子パラメータは、パラメータ化されており、パラメータの空間は各格子形状のパ
ラメータをある一定の範囲にわたって変化させることによって求める。
【０００９】 厳密な回折モデルを使ってパラメータ空間の各格子からの理論上の解析光の指
紋を計算し、統計的予測アルゴリズムをこの理論上の較正データに合わせる。次
に、この予測アルゴリズムを使って、対象となるサンプルの構造体から測定した
２−Θプロットまたは分散“署名”に対応するパラメータを求める。
【００１０】 ２−Θ散乱計測法は、一部の環境において有効である一方、多くの欠点を有す
る。周期的な回折構造体は、光を伝達する一枚以上の膜の上に位置していること
がしばしばある。したがって、使用した回折モデルは、回折構造体の基礎となる
膜の厚みおよび光学指数をすべて明らかにしなければならない。ある方法では、
すべての層の厚みと光学指数を予め知っておかなければならない。これは、こう
した数値は、予めわかっていないことが多いため、好ましくない。特に、半導体
製造に使用する材料の膜厚と光の光学指数は、工程によって変化することが多い
。
【００１１】 上記の問題を解決するもう一つの方法は、基礎の膜材料の膜厚および光の光学
指数を含む、未知のパラメータすべてをモデルに含む方法がある。このように、
モデルの変数の数を増やすことによって、計算しなければならない署名の数が急
激に増えるので、それに関わる計算時間により、この方法は、実時間測定には適
さなくなる。
【００１２】 さらに、サンプリング光線の入射角の関数である特定の回折次数の強度は、入
射角の変化に伴って順次獲得するので、２−Θプロットまたは分散“署名”のデ
ータ獲得は遅く、検出された強度は、入射角の変化に応じて徐々に変化する装置
の振動や不規則な電子ノイズのような様々な騒音源に曝され続けることになる。
【００１３】 もう一つの方法は、米国特許第５，６０７，８００号でザイガー氏が提案して
いる。この方法では、特定のパターンの膜を測定したい場合に、まず、例えば、
第１のウェーハ上に線と空間のパターンを形成することによって、測定するパタ
ーン化された膜の特性に近い、予め決められた周知の格子特性を有する第１のパ
ターン化された配置を作る。そして、分光反射計を使ってこの第１の配置から反
射した信号の振幅を測定して署名を得る。次に、第２のウェーハ上でもう一つの
線と空間のパターンのような、測定するパターン化された膜の特性に近い周知の
格子特性を有する第２のパターン化された配置を求め、分光反射計を使って、こ
の配置から反射した信号の振幅を測定する。別のウェーハに対してもこの工程を
繰り返し、形成した署名をデータベースとしてまとめる。そして対象となるサン
プルのパターンの膜を、分光反射計を使って測定し、その署名をデータベースの
中のものと比較する。そして対象となるフィルムの署名と適合するデータベース
の中の署名を使って、対象となる膜の格子特性またはパラメータを求めるのであ
る。
【００１４】 ザイガーの方法は、対象となるパターンと類似した複数の参照パターンを複製
し、それらの参照パターンを測定してデータベースを構築し、対象となるパター
ンから測定できるようにする必要があるため、限度があり、実際的ではない。ま
た、ザイガーの方法は、膜の反射率と基板の反射率の間に対照的な差がなければ
ならない。あるいは、ザイガーの方法は、基礎となっている基板の反射率と類似
した反射率を有する材料からなる線形パターンの格子特性を測定する際には使用
することができない。
【００１５】 上記の方法のいずれも、完全に満足のいくものではない。したがって、より高
性能の改良された散乱計を提供することが望まれる。
【００１６】
【発明の要約】
本発明の一つの局面は、下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメ
ータを測定する方法であり、前記下地構造は、膜厚と光の反射率を有し、前記方
法は下地構造の反射率と膜厚を求める工程と、下地構造の前記反射率と膜厚を使
って前記回折構造体に関して一つまたはそれ以上のパラメータの参照データベー
スを構築する工程と、回折構造体に複数の波長の電磁放射線を方向付ける工程と
を含む。さらにこの方法は、前記複数の波長の前記構造体からの回折の強度また
はエリプソメトリのパラメータを検出する工程と、前記検出した強度またはエリ
プソメトリのパラメータと前記データベースとを比較して前記一つ以上のパラメ
ータを判定する工程とを含む。
【００１７】 本発明のもう一つの局面は、下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパ
ラメータを測定するための装置であり、前記下地構造は、膜厚と光の光学指数を
有し、前記下地構造は、膜厚と光学指数を有し、下地構造の光学指数と膜厚を使
って前記回折構造体に関する一つ以上のパラメータの参照データベースを構築す
るための手段と、複数の波長のエネルギーを含む電磁放射線を前記回折構造体に
方向付けるための手段とを備えている。この装置は、さらに、前記複数の波長の
前記構造体からの回折の強度またはエリプソメトリのパラメータを検出する手段
と、前記検出した強度またはエリプソメトリのパラメータを前記データベースと
比較して一つ以上のパラメータを決定する手段とを備えている。
【００１８】 本発明のもう一つの局面は、サンプルの回折構造体のパラメータを測定するた
めの散乱計であり、広帯域放射線の放射源と、広帯域放射線を偏光してその構造
をサンプリングするサンプリング光線を生成する偏光器と、一定の範囲の波長の
構造体からの回折の強度またはエリプソメトリのパラメータを検出する手段を含
む。
【００１９】 本発明のもう一つの局面は、サンプルの回折構造体のパラメータを一つ以上測
定するための方法であって、広帯域放射線を提供する工程と、広帯域放射線を偏
光してサンプリング光線を生成する工程と、サンプリング光線を構造体へ方向付
ける工程とを含む。さらにこの方法は、ある一定の範囲の波長の構造から回折さ
れたサンプリング光線の放射を検出する工程と、検出した放射線を参照と比較し
て前記一つ以上のパラメータを判定する工程とを含む。
【００２０】 本発明のもう一つの局面は、サンプルの下地構造上にある回折構造体の一つ以
上のパラメータを測定するための計器であって、広帯域放射線源と、前記放射線
を偏光してサンプリング光線をサンプルに出す偏光器と、構造から回折した放射
線を受け取って出力光線を提供する分析器とを含む。この計器は、さらに、出力
光線を検出するための分光計を備えている。
【００２１】 本発明のもう一つの局面は、サンプルの下地構造上にある回折構造体のパラメ
ータを一つ以上測定するための方法であって、下地構造上で分光計による測定を
行なってその特性を判定する工程と、下地構造の特性を使って前記回折構造体に
関する一つ以上のパラメータの参照データベースを構成する工程と、回折構造体
上で分光計による測定を行なって、強度またはエリプソメトリーのデータを求め
る工程と、前記強度またはエリプソメトリのデータを参照データベースと比較し
て前記一つ以上のパラメータを求める工程とを含む。
【００２２】 本発明のもう一つの局面は、サンプルを測定するための計器であって、膜厚デ
ータと、あるスペクトルにおけるサンプルの屈折率のデータとを測定する分光計
装置と、あるスペクトルにおける前記サンプルの回折構造体からの回折データを
測定する分光計と、膜厚データ、屈折率データ、および回折データから構造体に
関する物理的なパラメータを求めるための手段とを備えている。
【００２３】 説明を簡潔にするため、本適用方法においては、同じ構成要素に対しては同じ
番号を付してある。
【００２４】
【発明を実施するための最良の形態】
本発明は、回折構造体の下に位置する膜の膜厚と光学指数などのような特性を
測定する、または求めることによって、その後のデータベースの構築や回折構造
体の署名をデータベースに適合させるなどのタスクが非常に簡素化される。さら
に、分光エリプソメトリを使って回折構造体の下の膜の膜厚と光学指数を測定す
る場合、両機能を実行するために分光エリプソメトリと分光散乱測定法に使用で
きる計器を提供することができる。好ましい実施形態では、計器の中の分光エリ
プソメータとそれに付随する分光散乱計が共通の光学要素を共有することにより
、それを組合せた計器のコストを低減し、その操作を簡素化している。
【００２５】 まず、基礎となっている膜の膜厚と光の屈折率を測定することによって、モデ
ルやデータベースの演算や、その後の演算タスクをより簡素化するために行なう
署名の適合にそれらのパラメータを含む必要がなくなる。
【００２６】 図１Ａは、分光散乱装置の略図であり、本発明の好ましい実施形態を表してい
る。図１Ａに示すように、装置１０は、分光散乱計と分光エリプソメータと分光
反射計の特性を有利に組合せている。分光反射計または分光エリプソメータを使
って回折構造体の下に位置する下地構造の膜厚と屈折率を測定することができる
。図１Ａに示すように、半導体ウェーハは、シリコン基板１２ａと、基板上の膜
１２ｂと、膜上のフォトレジストパターンのような回折構造体１２ｃを含んでい
てもよく、膜は少なくとも部分的に光透過性であり、一定の膜厚と屈折率を有す
る（ｎとｋ、指数の真の成分と想像上の成分）。
【００２７】 回折構造体１２ｃを測定する前に、ＸＹＺステージ１４を使って、ウェーハを
水平ＸＹ方向に移動させてフォトレジストパターン１２の下の下地構造の膜厚と
屈折率を測定する。ステージ１４は、後に説明するようにウェーハ１２の高さｚ
を調整するのに使用することもできる。ステージ１４はウェーハを図１Ｂに示す
位置に移動させて放射線のサンプリング光線が膜１２ｂの、構造体１２ｃから離
れた位置を照射する。図１Ａ，１Ｂを参照すると、下地構造（１２ｂおよび１２
ａ）の膜厚と屈折率を測定する目的で、白光源２２のような広帯域放射線源が、
偏光をばらばらにして、均一な光源を生成し、ウェーハを照射する光ファイバー
ケーブル２４を介して光を供給する。光源２２は、少なくとも２３０〜８００ナ
ノメートルの範囲の波長を有する電磁放射線を供給するのが好ましい。ファイバ
ー２４から出ると、放射線は、スリットアパーチャと焦点合せレンズ（図示せず
）を含むことができる照明器を通過する。スリットアパーチャにより、放射され
る光が層１２ｂの小さい領域を結像する。照明器２６からでてくる光は、偏光器
２８によって偏光されて、層１２ｂを照射する偏光したサンプリング光線３０が
生成される。
【００２８】 層１２ｂによって反射したサンプリング光線３０から発せられた放射線は分析
器３２を通り、分光計３４を通って反射した放射線の異なるスペクトルの成分を
検出する。装置１０の、膜厚と屈折率を測定する分光エリプソメトリモードでは
、分光計３４が放射源２２のスペクトルの中の波長のような、複数の波長の反射
光を検出しているときに、偏光器２８または分析器３０が回転し（偏光器と分析
器の間の相対的回転動作を引き起こし）、回転は、当業者にとっては明らかであ
る方法によって制御される。検出された、異なる波長における反射強度は、コン
ピュータ４０に供給され、そこで層１２ｂの膜厚と、屈折率のｎとｋ値を当業者
にとって周知の方法で計算する。分光エリプソメータの説明に関しては、１９９
７年３月４日発行の米国特許第５，６０８，５２６号を参照のこと。
【００２９】 分光エリプソメトリは、膜厚と屈折率を測定するのに好まれ、回折構造体の下
に比較的厚い膜が１層または２層しかない場合には、膜厚や屈折率を測定する際
には分光反射計（スペクトロレフレクトメータ、スペクトロフォトメータとして
も知られている）が適している。この目的を達成するため、レンズ２３が光源２
２からの放射線を集束してビームスプリッタ５２に送り、そこで入射された光線
の一部を焦点合せレンズ５４に送り、そこで放射線が層１２ｂに集束される。層
１２ｂが反射した光は、レンズ５４で集束され、ビームスプリッタ５２を通って
分光反射計６０の中の分光計に送られる。測定された、異なる波長の分光成分が
検出され、それら成分を表す信号がコンピュータ４０に供給されて、例えば、１
９９４年４月１４日に提出の米国特許出願第０８／２２７，４８２号で説明して
いる方法で膜厚と屈折率を決定する。分光反射計および分光エリプソメータ以外
の分光装置を使用して層１２ｂの膜厚および屈折率を測定することも可能であり
、本発明の範囲に含まれる。このような分光装置の例として、アイボック他によ
る、１９９５年８月号から増刷されたペンウェル出版社出版のソリッド・ステー ト・テクノロジー の“非結晶および多結晶シリコン膜”、フォルーヒ他による１
９８６年１１月１５日発行のフィジカル・リビューＢの第３４巻、Ｎｏ．１０，
ページ７０１８−７０２６の“無定形半導体と無定形誘電体の光学的分散関係”
、そしてフォルーヒ他による１９８８年７月１５日発行のフィジカル・リビュー Ｂ の第３８巻、Ｎｏ．３，ページ１８６５−１８７４、および米国特許第４，９
０５，１７０号の“結晶半導体および誘電体の光学特性”などで説明しているカ
リフォルニア州、サンタクララのｎ＆ｋテクノロジー社のｎ＆ｋ分析器がある。
【００３０】 ウェーハ１２の偏光器２８と分析器３２に対する高さを調節して分光エリプソ
メトリ測定において適した焦点を得るため、または、分光反射計測定における焦
点合せレンズ５４と分光反射計６０に対する高さを調整するため、ウェーハの高
さは、測定前にステージ１４によって調整する必要がある。このため、層１２ｂ
（続きの説明では層１２ｃ）によって反射し、レンズ５４によって集められた放
射線の一部は、ビームスプリッタ６２によって焦点合せおよびパターン認識ブロ
ック６４に向けられ、反射した像をパターンと比較する。するとブロック６２は
、比較に関する情報をコンピュータ４０に送り、そこでステージ１４を制御する
。また、ステージ１４は、ウェーハ１２を垂直またはｚ方向に上下させ、ウェー
ハ１２を装置１０の光学成分に対して適切な高さに移動する。
【００３１】 回折構造体１２ｃの下の一枚以上の膜の膜厚と屈折率を測定すると、参照デー
タベースがコンピュータ４０によって構築される。回折構造体１２ｃの下の一枚
以上の膜の膜厚および屈折率がわかっている場合、または予測できる場合には、
これらの量を測定する工程は省略することができる。参照データベースを構築す
るため、回折構造体１２ｃに関する特性をパラメータ化して、パラメータデータ
ベースをその構造体の線幅、高さおよび壁の角度などの未知の格子パラメータを
ある一定の範囲で変化させることにより、形成することができる。これについて
は、図２に基づいて説明する。
【００３２】 図２は、半導体ウェーハの断面図であり、図２に示すように、シリコン基板１
２ａと、線幅がＣＤ，ピッチｐ，高さｈ，壁の角度αである回折構造体１２ｃ' を備えている。よって、パラメータ化でき、ある一定の範囲にわたって変化する
格子型パラメータは、ＣＤ，ｈ，およびαを含む。モード拡張によるモデル法（
ＭＭＭＥ）のような厳密な回折モデルを使ってパラメータ空間におけるそれぞれ
の格子から論理的な回折光指紋を計算し、部分最小自乗（ＰＬＳ）または最低平
均二乗誤差（ＭＭＳＥ）などのような統計的予測アルゴリズムをこの論理的較正
データに合わせる。ＭＭＭＥの説明に関しては、リー他によるアメリカＡの光学 社会誌 の１９９３年６月号、第１０巻、Ｎｏ．６、ページ１１８４〜１１８９に
掲載されている“金属薄膜状回折格子に対するカップル波法の収束”、リー他に
よるアメリカＡの光学社会誌の１９９３年１２月号、第１０巻、Ｎｏ．１２、ペ
ージ２５８２〜２５９１に掲載された“任意の形状、深さ、および絶対誘電率を
有する回折格子の多層モデル法”を参照のこと。
【００３３】 ＭＭＭＥを使用する代わりに、格子型パラメータを厳密なカップリング導波管
分析（“ＲＣＷＡ”）を用いてパラメータ化してもよい。この方法は、例えば、
Ｍ．モハラム他によるＪ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．の１９８１年７月号、第７１
巻、Ｎｏ．７、ページ８１１〜８１８に掲載された“平面格子回折の厳密なカッ
プル波分析”、Ｍ．モハラム他によるＪ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａの１９９５
年５月号、第１２巻、Ｎｏ．５、ページ１０７７〜１０８６に掲載された“厳密
なカップル波分析の安定した実施方法：高度な伝達マトリックス法”、Ｔ．ゲイ
ロード他によるＩＥＥＥの議事録の１９８５年５月号、第７３巻、Ｎｏ．５、ペ
ージ８９４〜９３７に掲載された“格子による光学回折の分析と適用方法”で説
明している。
【００３４】 複数の格子型パラメータが変化する場合、指紋の計算は、他のパラメータを選
択した範囲内の選択した定数値に維持しながら、一度に一つのパラメータのみを
変化させることによって行なうことができる。そして、もう一つのパラメータを
変化させるという作業を続ける。その後、予測アルゴリズムを使って、層１２ｃ
'から測定した指紋に対応するパラメータの値を決定する。
【００３５】 回折構造体１２ｃまたは１２ｃ'の下の膜の膜厚および光学指数は、分光エリ プソメトリまたは分光反射測定法による測定から、あるいは他の方法からわかっ
ているため、膜厚と屈折率がデータベース内のパラメータでなくてもよいように
、これらの値を参照データベースの構成に使用してもよい。これにより、パラメ
ータ空間内の変数の数をかなり減らすことができ、また、参照データベースのた
めに計算しなければならない署名の数をかなり減らすことができる。よって、こ
れらの変数をパラメータ空間と署名の計算に考慮しなければならない２−Θ散乱
測定法と比較すると、本発明により、ソリューションの検索を行なう場合にも使
用するデータベースは小さくてすむ。さらに、この２−Θ散乱測定法においては
、パラメータ化した変数が複数あるため、正しいソリューションを得るのが困難
となる。この発明により、データベースのサイズを小さくすることによって、ほ
とんどの場合、独自のソリューションを見つけることができる。このように、本
発明は、２−Θ散乱測定法に比較すると、演算時間を大幅に減らすことができる
。
【００３６】 層１２ｃおよび１２ｃ'からの署名を測定する工程について、図１Ａに基づい て説明する。上記の様に、ステージ１４は、サンプリング構成３０が膜１２ｂ、
の下の領域を照らし、回折構造体１２ｃのいかなる部分をも照らさないようにウ
ェーハ１２を移動させる。ここで、構造体１２ｃを測定するため、コンピュータ
４０がステージ１４にウェーハをＸＹ面の方向に沿って移動させ、サンプリング
光線３０が層１２ｃ（あるいは、図２の１２ｃ'）上に当たるようにする。光源 ２２からの広帯域放射線は、偏光器２８によって偏光された広帯域サンプリング
光線３０に偏光される。光線３０の回折が分光計３４に送られ、そこで構造体１
２ｃからの回折の、放射線源のスペクトルを横切る波長のような、異なる波長の
放射強度を実質的に同時に測定する。構造によっては、より高い回折次数強度の
測定も可能であるが、好ましい実施形態では、ゼロ次回折次数強度を測定する。
ここで説明した工程は、装置１０の散乱計測定モードである。
【００３７】 分光計３４によって検出した、異なる波長の、ゼロ次またはそれより高次の強
度は、コンピュータ４０に送られ、そこで分析され、構造体１２ｃまたは１２ｃ
'の署名の判定を行なう。前述したように、この署名は参照データベースであら かじめ計算されたものとで比較されている。構造体１２ｃまたは１２ｃ'の測定 した署名に適合する参照データベースにおけるこの署名の格子型パラメータは、
構造の格子型パラメータとなる。
【００３８】 散乱計測定モードでは、分析器３２を構造体１２ｃから分光計３４までの光学
経路から単に取り外せばよい。あるいは、偏光器２８と分析器３２をコンピュー
タ４０で制御して偏光器２８がある偏光の放射を送り、偏光器２８によって送ら
れたのものと同じ偏光の放射線を分析器が送るように方向付ける。本発明は、光
線３０の入射面が実質的に格子１２ｃと直角であるという発見に基づいたもので
あり、散乱計測定の感度は、偏光器２８がＴＥモード（Ｓ偏光化）に偏光された
サンプリング光線３０を出すように方向付けられ、分析器３２がＴＥモードで光
を出すように方向付けられていれば改善される。あるいは、ビーム３０の入射面
が格子１２ｃに実質的に平行である場合は、散乱計測定の感度は、偏光器２８が
ＴＭモード（Ｐ偏光化）に偏光されたサンプリング光線３０を出すように方向付
けられ、分析器３２がＴＭモードで光を出すように方向付けられていれば改善さ
れる。
【００３９】 異なる形状のパラメータを有する回折構造体がウェーハ１２上に複数ある場合
は、ステージ１４をコンピュータ４０で制御してサンプリング光線３０が一度に
それらの回折構造体それぞれに向けられるように、ウェーハ１２を移動する。す
ると、装置１０を散乱計測定モードで操作してその回折構造体のそれぞれから署
名を獲得する。そしてその構造体の格子型パラメータを獲得するため、各回折構
造体の署名を参照データベースの中の署名と適合させることができる。下地構造
（１２ａ、１２ｂ）の特性の測定が必要な場合は、これは、各ウェーハに対して
一度だけ行い、また、参照データベースは、そのウェーハに対して一度だけ構築
されるようにすればよいことは理解できよう。これらの作業を行なったら、ウェ
ーハ１３上の異なる回折構造体の散乱計測定を迅速に行い、各回折構造体の署名
を参照データベースに迅速に適合させることができる。上記の様に、参照データ
ベースの中の署名の数が少ないので、ウェーハ上の異なる回折構造体の格子型パ
ラメータの適合率もしくは予測速度は大幅に上がる。これにより、回折構造体の
実時間またはインライン測定が可能となる。適用方法によっては、同じ工程によ
って作られた多数の半導体ウェーハは、回折構造体の下に同じ下地構造を有して
おり、異なるウェーハのこれら下地構造は、実質的に同じ膜厚と屈折率となる。
この場合、膜厚と屈折率および参照データベースの構造を測定するための上記の
工程は、工程の許容差がわかっていれば、同じ工程によって作られたウェーハの
バッチ全体に対して一度だけ行なえばよい。これにより、測定と演算工程の速度
がさらに上がる。
【００４０】 ２−Θ散乱計と比較すると、本発明の分光散乱計は、回折と多数の波長を同時
に測定する。これは、使用者が一度に一つの入射角で回折を測定する２−Θ散乱
計とは逆である。このような特性により、測定工程がさらに高速となる。上記の
参照データベースは、参照サンプルを使用せずに構成されているのが理解できよ
う。よってユーザは、測定するものと類似した回折構造体を有する、あるいは、
データベースを構築する前に参照サンプルから測定値をとらなければならないウ
ェーハを参照する必要はない。さらに、ＭＭＭＥのような非常に基本的なモデル
を使用して正確な結果を出している。
【００４１】 分光エリプソメトリモードと散乱測定モードでは、サンプリング光線３０が傾
斜角でウェーハ１２に向かって層１２ｂおよび１２ｃに当たるのが好ましい。シ
リコンウェーハを測定するには、サンプリング光線３０は、ウェーハ１２上の層
に対して直角な状態から４０°〜８０°までの範囲の傾斜角であるのが好ましく
、６０°〜８０°までの範囲であるのがさらに好ましい。直角からの入射角で特
に好ましいのは、実質的にシリコンのブルースター角である約７６°である。有
利なことに、装置１０では、分光エリプソメータと分光散乱計は、広帯域放射源
２２、ファイバー２４、照明器２６、偏光器２８、および分光器３４など、多く
の共通の光学要素を採用している。これにより、装置１０の設計が簡素化され、
コストが下がり、操作も簡単になる。
【００４２】 分光反射測定法と分光エリプソメトリの光学構成要素に対するウェーハ１２の
高さを調整するための工程についてこれまで説明してきた。しかし、ビームスプ
リッタ５２から反射した光が１２ｃのような回折構造に向けられる場合には、光
が偏光され、ウェーハ１２の高さを調整した時にサンプリング光線３０と同じ偏
光を有するように反射されるのが好ましい。そのため、放射源２２によって供給
された放射線は、ビームスプリッタ５２に向かう前に偏光器７２を通る。偏光器
７２の光軸は、コンピュータ４０によって制御され、集束およびパターン認識ブ
ロック６４を使って構造体１２ｃから反射した放射線を検出し、ステージ１４が
コンピュータ４０によって制御されてウェーハの高さをサンプリング光線３０に
対して適切な高さとなるまで調整するときに、偏光器２８の光軸と同じ方向とな
る。偏光器７２は分光反射測定法と分光エリプソメトリモードまたは分光反射測
定法の間は、高さ調整工程に影響しない。また、放射源２２の強度のばらつきの
影響を低減するために、分光反射計６０によって検出される偏光された放射線を
使って、上記の散乱計モードにおける傾斜角に強度測定を標準化することもでき
る。
【００４３】 図３Ａは、ゼロ次の回折次数の強度を表したグラフであり、図２の構造体１２
ｃ'を測定する２−Θ散乱計における照射光線の入射角の５１個の関数を表して おり、公称線幅を２５０ナノメートルとして、５１個の関数は、２２５〜２７５
ナノメートルの線幅を１ナノメートルごとに求めたものである。図３Ａのグラフ
の計算に使用した入射角は、１°ずつの均一な増分で０〜６０°まで変化し、よ
って、１つの署名曲線に対して６１個のデータポイントがある。光線は、ＴＥ偏
光であり、波長は０．６３２８ミクロンであると仮定している。
【００４４】 図３Ｂは、ゼロ次の回折次数の強度を表したグラフであり、図２の構造体１２
ｃ'に使用した本発明による照射光線の波長の関数を表しており、公称線幅は２ ５０ナノメートルとして、５１個の関数は、２２５〜２７５ナノメートルの線幅
を１ナノメートルごとに求めたものである。これらの５１個の関数は、周知の、
あるいは測定した屈折率や膜厚情報を使用して、上記のような厳密な回折法であ
る、ＭＭＭＥモデル法で求めた。これらの曲線を使って、本発明の測定した結果
と比較し、測定した構造の線幅を予測する。ゼロ次の強度は、照射光線の波長の
関数として算出し、計算に使用する波長は、０．０１ミクロンずつの均等な増分
で０．２３から０．８５０ミクロンまで変化させているので、一つの署名曲線ご
とに６３のデータポイントがある。光線は、ＴＥ偏光であり、直角から７６°の
傾斜角で照射するものと仮定している。図３Ｃは、線幅が２５０ナノメートルの
格子に対して生成された署名と、２−Θ散乱測定法を使って他の線幅で得られた
他の署名との間の平均二乗誤差測定を線幅の関数として表したグラフである。ま
た、図３Ｃは、線幅の関数として２５０ナノメートルの線幅を有する格子に対し
て生成した署名と、他の線幅で求めた他の署名との間の平均二乗誤差測定のグラ
フであり、全スペクトルの紫外線（ＵＶ）と可視波長帯域だけでなく、スペクト
ルの全領域に本発明の好ましい実施形態を使用している。図３Ｃから明らかなよ
うに、本発明の分光散乱計は、２−Θ散乱計より感度が高い。１ナノメートルの
線幅（ＣＤ）の感度に対する平均二乗面積差を下の表１、表２に示す。
【表１】１ｎｍＣＤの感度に対するＭＳＥ比
【表２】２−Θに対するＭＳＥ比
【００４５】 また、図３Ｃから、全スペクトルの副バンドで放射を使って収集したデータの
みを署名の適合に使用すれば、感度が上がることも明らかである。このように、
分光計３４がスペクトルの全範囲の波長に対する回折を記録しても、感度は、紫
外線帯域の波長の回折のみを使って、１２ｃおよび１２ｃ'の回折構造から測定 した署名を構成すれば改善することができる。そしてこの署名を、紫外線帯域に
対して計算したデータベースの署名に適合させる。図３Ｂから、それぞれの曲線
が格子の特定の署名を特徴付ける関数であることがわかる。図３Ｃでは、紫外線
帯域の情報は、可視帯域または全帯域と比較してより感度が高く、スペクトルの
異なる部分の情報は、他の形状および寸法の格子に対してより感度がよい。この
ような違いはすべて本発明の範囲内にある。
【００４６】 本発明のもう一つの局面は、構造体１２ｃまたは１２ｃ'からのゼロ次、１次 または他の次数の回折強度を検出する代わりに、図１Ａの装置１０を使って、そ
の構造体からその次数の回折のエリプソメトリのパラメータを検出して、回折構
造体の一つ以上のパラメータを決定することもできる。すなわち、散乱計モード
の間は、コンピュータ４０は、偏光器２８と分析器３２を制御してそれらの間の
相対的回転と動作を起こし、装置１０を使ってｔａｎ（ｐｓｉ）のようなエリプ
ソメトリのパラメータを測定し、ｃｏｓ（ｄｅｌｔａ）が放射線源２２の波長の
スペクトルのような複数の波長を加える。構造体１２ｃまたは１２ｃ'の下の基 礎となっている一枚もしくはそれ以上の膜の周知の、あるいは測定した指数また
は屈折および膜厚情報を使って、図４Ａおよび４Ｂに示すように、構造体１２ｃ
または１２ｃ'のパラメータの異なる値に対応して、上記のＭＭＭＥモデル法を 使ってｔａｎ（ｐｓｉ）およびｃｏｓ（ｄｅｌｔａ）のデータベースを波長の関
数として構築することもできる。このように、図４Ａに示すように、モデルを使
って５つの異なる線幅における波長の関数としてｔａｎ（ｐｓｉ）に対する５つ
の関数を構築することができる。図４Ｂは、エリプソメトリのパラメータｃｏｓ
（ｄｅｌｔａ）に対する同様のグラフである。公称線幅は１８０ナノメートルで
ある。装置１０によって構造体１２ｃまたは１２ｃ'の二つのエリプソメトリの パラメータを測定することによって、測定した関数を図４Ａおよび４Ｂの関数と
比較して、最も適合するものを求める。エリプソメトリのパラメータを使う際の
感度を図５に示している。図５は、公称１８０ナノメートルの値に対応するエリ
プソメトリのパラメータと、残りの４つの線幅値に対応するものとの間の相関関
係を表したグラフである。上記の違い以外では、構造体１２ｃ、１２ｃ'の特性 を決定するのにエリプソメトリのパラメータを使用する本発明の局面においては
、装置１０は、上記の構造体１２ｃ、１２ｃ'の特性を決定する際の回折の強度 を測定する場合と同様に動作し、またその利点と本質的に同じ利点を共有してい
る。適用方法によっては、エリプソメトリのパラメータを測定することにより、
感度が高くなる。
【００４７】 データベースの構造に関し、異なる線幅に対応する関数を参照しながら説明し
てきたが、同様の関数を、構造体１２ｃまたは１２ｃ'の、例えば構造の高さや 壁の角度などのような他のパラメータのモデルを使って構築することもできるこ
とは理解できよう。このような、また、その他の偏光は、本発明の範囲内に含ま
れる。
【００４８】 本発明は、様々な実施形態を参照しながら説明してきたが、添付の請求の範囲
およびそれと同等のものによってのみ定義された本発明の範囲にもとることなく
、その他の変更や修正を行なうことが可能であることは理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】 分光散乱計の略図であり、本発明の好ましい実施形態を示したものである。
【図１Ｂ】 図１Ａの分光散乱計の一部の略図であり、本発明の好ましい実施形態を示した
ものである。
【図２】 本発明を説明するのに有効なベヤシリコン基板上のフォトレジストの線形パタ
ーンを含む半導体ウェーハの断面図である。
【図３Ａ】 公称線幅が２５０ナノメートルであると仮定した時に、ゼロ次回折強度を、２
−Θ散乱計における照射光線の入射角の５１個の異なる関数で表したグラフであ
り、本発明の予測結果と比較するため、線幅が２２５から２７５ナノメートルま
で、１ナノメートルごとに、５１個の関数を求めている。
【図３Ｂ】 ゼロ次回折次数の強度を、本発明による照射光線の波長の５１個の異なる関数
で表したグラフであり、本発明の予測結果と比較するため、線幅が２２５から２
７５ナノメートルまで、１ナノメートルごとに５１個の関数を求めている。
【図３Ｃ】 公称線幅の２５０ナノメートルである格子に対して生成された署名と、２−Θ
散乱計を使って他の線幅に対して獲得した他の署名との間の線幅の関数として、
また、本発明を説明するのに役立つスペクトル全範囲にわたって、また、全スペ
クトルの紫外線および可視波長帯域にわたって本発明の好ましい実施形態を使用
した際の、平均自乗誤差測定値を表したグラフである。
【図４Ａ】 エリプソメトリのパラメータｔａｎ（ｐｓｉ）の強度を、公称線幅が１８０ナ
ノメートルである場合に、本発明による照射光線の波長の５つの異なる関数で表
したグラフであり、５つの関数は、本発明の予測結果と比較するため、線幅を１
７８、１７９、１８０、１８１、１８２ナノメートルであると仮定して求めたも
のである。
【図４Ｂ】 エリプソメトリのパラメータｃｏｓ（ｄｅｌｔａ）の強度を、公称線幅が１８
０ナノメートルであると仮定した場合に本発明による照射光線の波長の５つの異
なる関数で表したグラフであり、５つの関数は、本発明の予測結果と比較するた
め、１７８、１７９、１８０、１８１、１８２ナノメートルであると仮定して求
めたものである。
【図５】 公称線幅が１８０ナノメートルである格子用の署名と他の線幅の格子用他の署
名との間のｔａｎ（ｐｓｉ）とｃｏｓ（ｄｅｌｔａ）を使った二組の相関関係の
関数のグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，Ｇ Ｈ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2F065 AA30 BB02 CC19 DD06 EE00 FF44 FF48 FF49 GG23 GG24 HH04 HH12 HH13 HH14 JJ01 JJ05 JJ08 JJ09 LL02 LL04 LL28 LL32 LL46 LL67 PP12 QQ01 QQ18 QQ41 QQ42 2G059 AA02 AA03 BB10 BB16 DD13 EE02 EE05 EE09 EE11 EE12 GG00 GG04 HH01 HH02 HH03 JJ01 JJ11 JJ12 JJ17 JJ19 JJ22 KK01 MM05 4M106 AA01 BA06 CA48 CA70 DH03 DH12 DH31 DH38 DH40 DH60 DJ02 DJ04 DJ05 DJ20

Claims (114)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメータを
    測定するための方法であって、前記下地構造は、厚みと光学指数を有し、 下地構造の光学指数と膜厚を求める工程と、 下地構造の前記光学指数と膜厚を使って前記回折構造体に関する一つ以上のパ
    ラメータの参照データベースを構築する工程と、 前記回折構造体に複数の波長の電磁放射線を方向付ける工程と、 前記放射線の、前記構造体からの前記複数の波長の回折の強度を検出する工程
    と、 前記検出した強度を前記データベースと比較して前記一つ以上のパラメータを
    求める工程とを備えた、 下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメータを測定するための方
    法。
  2. 【請求項２】 前記方向付ける工程が、前記光線を回折構造体に対して傾斜
    角をなして方向付ける工程であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記傾斜角は、構造体に対して直角な角度から約４０〜８０
    °の範囲内であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記検出する工程が、前記回折構造体からの前記光線のゼロ
    次回折を検出する工程であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記方向付ける工程が、変更した放射線を回折構造体に方向
    付ける工程であることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記検出する工程が、前記回折構造体から前記光線のゼロ次
    回折を検出する工程であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記方向付ける工程が、偏光した放射線を回折構造体に方向
    付ける工程であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記構築する工程が、複数の関数からなる参照データベース
    を構築する工程であって、前記関数のそれぞれが、前記構造体の一つ以上のパラ
    メータに対応し、前記複数の波長の強度の値を提供することを特徴とする、請求
    項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記関数のそれぞれが、前記回折構造体の推定線幅、高さ、
    または壁角度に対応することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記方向付ける工程が、偏光した放射線を回折構造体に方
    向付ける工程であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記構築する工程が、参照サンプルを使用せずにモデルに
    よって前記データベースを構築する工程であることを特徴とする、請求項１に記
    載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記複数の波長が紫外線波長を含むことを特徴とする、請
    求項１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記構築する工程が、波長のスペクトルに対し、一つ以上
    のパラメータの参照データベースを構築する工程であり、前記方向付ける工程が
    、前記スペクトルを含む波長の広帯域放射線を方向付ける工程であり、前記検出
    する工程が前記波長のスペクトルの強度データを検出する工程であることを特徴
    とする、請求項１に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記比較する工程が、スペクトルの選択した部分の波長の
    強度のデータをデータベースの一部と比較する工程であることを特徴とする、請
    求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記スペクトルが紫外線波長を含み、前記部分が紫外線の
    範囲の波長からなることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記求める工程が、下地構造の光学指数と膜厚を測定する
    工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記測定する工程が分光エリプソメータ、分光フォトメー
    タ、または、分光反射計で測定する工程であることを特徴とする、請求項１６に
    記載の方法。
  18. 【請求項１８】 少なくとも一つの下地構造上の回折構造体の一つ以上のパ
    ラメータを測定する装置であって、前記下地構造は、膜厚と光学指数を有してお
    り、 下地構造の前記光学指数と膜厚を使って前記回折構造体に関する一つ以上のパ
    ラメータの参照データベースを構築する手段と、 複数の波長の電磁放射線を前記回折構造体に方向付ける手段と、 前記構造体からの前記複数の波長の回折の強度を検出するための手段と、 前記検出した強度を前記データベースと比較して前記一つ以上のパラメータを
    求める手段とを備えた装置。
  19. 【請求項１９】 前記方向付ける手段が前記光線を回折構造体に対し傾斜角
    に方向付けることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 前記傾斜角が約４０〜８０°の範囲内であることを特徴と
    する、請求項１９に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 前記検出する手段が前記回折構造体からの前記光線のゼロ
    次回折を検出することを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記方向付ける手段が偏光した放射線を回折構造体に方向
    付けることを特徴とする、請求項１９に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 前記検出する手段が前記回折構造体からの前記光線のゼロ
    次回折を検出することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
  24. 【請求項２４】 前記方向付ける手段が偏光器を含むことを特徴とする、請
    求項２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 前記構築する手段が、複数の関数を備えた参照データベー
    スを構築し、前記関数は、前記構造体の一つ以上のパラメータに対応し、前記複
    数の波長における強度の値を提供することを特徴とする，請求項１８に記載の装
    置。
  26. 【請求項２６】 前記関数のそれぞれが、前記回折構造体の推定の線幅、高
    さ、または壁角度に対応することを特徴とする、請求項２５に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 前記方向付ける手段が、偏光した光線を回折構造体に方向
    付けることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 前記構築する手段が、参照サンプルを使用せずにモデルに
    よって前記データベースを構築することを特徴とする、請求項１８に記載の装置
    。
  29. 【請求項２９】 前記複数の波長が紫外線の波長を含むことを特徴とする、
    請求項１８に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 前記構築する手段が、波長のスペクトルに対し、一つ以上
    のパラメータの参照データベースを構築し、前記方向付ける手段が前記スペクト
    ルを含む波長の広帯域の放射線を方向付け、前記検出する手段が、前記波長のス
    ペクトルの強度データを検出することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
  31. 【請求項３１】前記比較する手段がスペクトルの選択した部分の波長の強度
    データをデータベースの一部と比較することを特徴とする、請求項３０に記載の
    装置。
  32. 【請求項３２】 前記スペクトルが紫外線波長を含み、前記部分は、紫外線
    領域の波長からなることを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 さらに、前記下地構造の光学指数と膜厚を測定するための
    手段を備えてなることを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
  34. 【請求項３４】 前記測定手段が分光エリプソメータ、分光フォトメータ、
    分光反射計を含むことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
  35. 【請求項３５】 前記測定および方向付ける手段が共通の光学要素を使用し
    ており、前記共通の要素は、広帯域放射源と、偏光器と、分光計を含むことを特
    徴とする、請求項３３に記載の装置。
  36. 【請求項３６】 前記測定および方向付ける手段が、共通の光学要素を使用
    しており、前記共通の要素は分析器も含み、前記偏光器および分光器は、強度デ
    ータが前記構造体から検出されると、実質的に同じ偏光の放射線を供給して出し
    、エリプソメータのパラメータが構造体から検出されると、偏光器と分析器の間
    で回転を起こすようにに設定されていることを特徴とする、請求項３３に記載の
    装置。
  37. 【請求項３７】 サンプルの回折構造体の一つ以上のパラメータを測定する
    ための散乱計であって、 広帯域放射線を出す放射線源と、 広帯域放射線を偏光して構造体をサンプリングするサンプリング光線を生成す
    る偏光器と、 一定の範囲の波長にわたる前記広帯域放射線の構造体からの回折の強度を検出
    するための手段とを備えた、 サンプルの回折構造体の一つ以上のパラメータを測定するための散乱計。
  38. 【請求項３８】 前記偏光器は、前記サンプリング光線を間接構造体に対し
    て傾斜角をなして方向付けることを特徴とする，請求項３７に記載の散乱計。
  39. 【請求項３９】 前記検出する手段が前記回折構造体からの前記光線のゼロ
    次回折を検出することを特徴とする、請求項３７に記載の散乱計。
  40. 【請求項４０】 さらに、回折構造体によって回折されたサンプリング光線
    の放射を分析して出力光線を生成する分析器を含み、前記検出する手段が出力光
    線を検出することを特徴とする、請求項３７に記載の散乱計。
  41. 【請求項４１】 前記偏光器と分析器は、回折の強度が前記構造体から検出
    されると、それぞれが実質的に同じ偏光の放射線を供給して出すように方向付け
    られていることを特徴とする、請求項４０に記載の散乱計。
  42. 【請求項４２】 さらに、他の回折構造体から測定した強度データを含むデ
    ータベースと、検出した強度をデータベース内のデータと比較して、回折構造体
    の一つ以上のパラメータを求める手段を備えてなることを特徴とする、請求項３
    ７に記載の散乱計。
  43. 【請求項４３】 偏光器がＴＥモードでサンプリング光線を生成することを
    特徴とする、請求項３７に記載の散乱計。
  44. 【請求項４４】 さらに、偏光した光線を提供してサンプル上の構造体の、
    偏光器および検出手段に対する高さを調整するための集束手段を備えてなること
    を特徴とする、請求項３７に記載の散乱計。
  45. 【請求項４５】 集束手段によって提供される偏光放射線がサンプリング光
    線と実質的に同じ偏光であることを特徴とする、請求項４４に記載の散乱計。
  46. 【請求項４６】 サンプルの回折構造体の一つ以上のパラメータを測定する
    ための方法であって、 広帯域放射線を出す工程と、 広帯域放射線を偏光してサンプリング光線を生成する工程と、 サンプリング光線を構造体に方向付ける工程と、 構造体からの回折した一定の範囲の波長のサンプリング光線の放射強度を検出
    する工程と、 検出した放射線を参照と比較して前記一つ以上のパラメータを求める工程とを
    含む、 サンプルの回折構造体の一つ以上のパラメータを測定するための方法。
  47. 【請求項４７】 前記サンプルは下地構造を有しており、前記回折構造体は前記サンプルの下地
    構造上に載置されており、前記方法はさらに、 下地構造の光学指数と膜厚を提供する工程と、 前記下地構造の光学指数と膜厚を使って前記回折構造体に関する一つ以上のパ
    ラメータの参照データベースを構築する工程とを含み、 前記比較する工程が、前記検出した放射線を前記データベースと比較して前記
    一つ以上のパラメータを求める工程であることを特徴とする、 請求項４６に記載の方法。
  48. 【請求項４８】 前記構築する工程が、波長のスペクトルに対し、一つ以上
    のパラメータの参照データベースを構築する工程であり、前記方向付ける工程が
    前記スペクトルを含む波長を有する放射線を方向付ける工程であり、前記検出す
    る工程が前記波長のスペクトルの複数の波長において強度データを検出すること
    を特徴とする、請求項４７に記載の方法。
  49. 【請求項４９】 前記比較する工程が、そのスペクトルの選択した部分の波
    長の強度データをデータベースの一部と比較する工程であることを特徴とする、
    請求項４８に記載の方法。
  50. 【請求項５０】 前記スペクトルが紫外線波長を含み、前記部分が紫外線領
    域内の波長からなることを特徴とする、請求項４９に記載の方法。
  51. 【請求項５１】 さらに、前記サンプリング光線を回折構造体に対して傾斜
    角をなして方向付ける工程を含むことを特徴とする、請求項４６に記載の方法。
  52. 【請求項５２】 前記検出する工程が、前記回折構造体からの前記光線のゼ
    ロ次回折を検出することを特徴とする、請求項４６に記載の方法。
  53. 【請求項５３】 前記偏光する工程が、ＴＥモードのサンプリング光線を生
    成することを特徴とする、請求項４６に記載の方法。
  54. 【請求項５４】 サンプルの下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上の
    パラメータを測定するための計器であって、 広帯域放射線源と、 前記放射線を偏光してサンプリング光線をサンプルに向けて供給する偏光器と
    、 構造体によって回折または反射されたサンプリング光線から放射線を受け取っ
    て出力光線を出すための分析器と、 複数の波長において同時に出力光線からの強度データを検出するための分光計
    とを備えた、 サンプルの下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメータを測定す
    るための計器。
  55. 【請求項５５】 さらに、サンプリング光線が下地構造に方向付けられて、
    回折構造体に方向付けられていない場合には偏光器または分光器を回転させ、サ
    ンプリング光線が回折構造体に向けられている時には、偏光器と分析器を回転さ
    せないことを特徴とする、請求項５４に記載の計器。
  56. 【請求項５６】 前記回転させる手段が、実質的に同じ偏光を有する放射線
    を偏光器に供給させ、分析器に出させることを特徴とする、請求項５５に記載の
    計器。
  57. 【請求項５７】 さらに、サンプリング光線が回折構造体のない下地構造に
    向けられた時およびサンプリング光線が回折構造体に方向付けられたときに偏光
    器または分析器を回転させための手段を備えてなることを特徴とする、請求項５
    ４に記載の計器。
  58. 【請求項５８】 さらに、偏光器に対する回折構造体の高さを調整するため
    の偏光放射線を出す集束手段と検出手段を備えたことを特徴とする、請求項５４
    に記載の計器。
  59. 【請求項５９】 集束手段によって出される偏光放射線がサンプリング光線
    と実質的に同じ偏光を有していることを特徴とする、請求項５８に記載の計器。
  60. 【請求項６０】 サンプルの下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上の
    パラメータを測定するための方法であって、 下地構造上で分光計測値を行なってその特性を判定する工程と、 前記下地構造の特性を使って前記回折構造体に関する一つ以上のパラメータの
    参照データベースを構築する工程と、 回折構造体上で散乱計測定を行なって強度データを求める工程と、 前記強度またはエリプソメトリのデータを基準データベースと比較して前記一
    つ以上のパラメータを求める工程とを備えた、 サンプルの下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメータを測定す
    るための方法。
  61. 【請求項６１】 前記下地構造の特性が光学指数と膜厚を含むことを特徴と
    する、請求項６０に記載の方法。
  62. 【請求項６２】 前記分光計測定を実行する工程が、分光エリプソメトリ測
    定法または分光反射測定法を実行する工程であることを特徴とする、請求項６１
    に記載の方法。
  63. 【請求項６３】 前記分光計測定と散乱計測定が広帯域放射線を用いて実行
    されることを特徴とする、請求項６１に記載の方法。
  64. 【請求項６４】 前記分光計測定と散乱計測定が偏光放射線を用いて実行さ
    れることを特徴とする、請求項６１に記載の方法。
  65. 【請求項６５】 前記構築する工程が、波長のスペクトルに対し、一つ以上
    のパラメータの参照データベースを構築する工程であり、前記散乱計測定は、前
    記波長のスペクトルで実行され、前記スペクトルの強度データを求めることを特
    徴とする、請求項６１に記載の方法。
  66. 【請求項６６】 前記比較する工程が、そのスペクトルの選択した部分の波
    長の強度データをデータベースの一部と比較する工程であることを特徴とする、
    請求項６５に記載の方法。
  67. 【請求項６７】 前記スペクトルは、紫外線波長を含み、前記部分は、紫外
    線領域の波長からなることを特徴とする、請求項６６に記載の方法。
  68. 【請求項６８】 サンプルを測定する計器であって、 スペクトルのサンプルの膜厚データと屈折率データを測定する分光装置と、 前記スペクトルのサンプルの回折構造体からの強度データを測定する散乱毛糸
    、 膜厚データ、屈折率データおよび強度データから構造体に関する物理的なパラ
    メータを求めるための手段とを備えた、 サンプルを測定する計器。
  69. 【請求項６９】 前記装置は、分光エリプソメータまたは分光反射計である
    ことを特徴とする、請求項６８に記載の計器。
  70. 【請求項７０】 前記散乱計が、広帯域および偏光放射線を採用しているこ
    とを特徴とする、請求項６８に記載の計器。
  71. 【請求項７１】 前記装置および前記散乱計は、一つ以上の共通光学要素を
    使用しており、前記要素は、偏光器を含むことを特徴とする、請求項６８に記載
    の計器。
  72. 【請求項７２】 前記装置および前記散乱計は、一つ以上の共通な光学要素
    を採用しており、前記要素は、広帯域放射線源を含むことを特徴とする、請求項
    ６８に記載の計器。
  73. 【請求項７３】 さらに、スペクトルのサンプルの膜厚データと屈折率デー
    タを測定する分光反射計を備えて入ることを特徴とする請求項６８に記載の計器
    。
  74. 【請求項７４】 分光反射計が装置と散乱計に対するサンプルの高さを調整
    するための偏光放射線を使用していることを特徴とする、請求項６８に記載の計
    器。
  75. 【請求項７５】 前記散乱計測定を実行する工程が、複数の波長において実
    質的に同時に測定を実施する工程であることを特徴とする、請求項６０に記載の
    方法。
  76. 【請求項７６】 前記散乱計が複数の波長で実質的に同時に強度データを測
    定することを特徴とする、請求項６８に記載の計器。
  77. 【請求項７７】 前記構築する工程が、波長のスペクトルに対し、一つ以上
    のパラメータの参照データベースを構築する工程であり、前記方向付ける工程が
    前記スペクトルを含む波長を有する放射線を方向付ける工程であり、前記検出す
    る工程が前記波長のスペクトルのエリプソメトリのデータを検出することを特徴
    とする、請求項４７に記載の方法。
  78. 【請求項７８】 前記比較する工程がそのスペクトルの選択した部分の波長
    のエリプソメトリのデータをデータベースの一部と比較する工程であることを特
    徴とする、請求項７５に記載の方法。
  79. 【請求項７９】 下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメータ
    を測定するための方法であって、前記下地構造は、厚みと光学指数を有し、 下地構造の光学指数と膜厚を求める工程と、 下地構造の前記光学指数と膜厚を使って前記回折構造体に関する一つ以上のパ
    ラメータの参照データベースを構築する工程と、 複数の波長の電磁放射線を前記回折構造体に方向付ける工程と、 前記光線の、前記構造体からの前記複数の波長における回折のエリプソメトリ
    のパラメータを検出する工程と、 前記検出したエリプソメトリのパラメータを前記データベースと比較して前記
    一つ以上のパラメータを求める工程とを含むことを特徴とする、 下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメータを測定するための方
    法。
  80. 【請求項８０】 前記方向付ける工程が前記光線を構造体に対して直角の方向から約４０〜８０
    °の範囲内の傾斜角を成して方向付けることを特徴とする、請求項７９に記載の
    方法。
  81. 【請求項８１】 前記検出する工程が前記回折構造体からの前記光線のゼロ次回折を検出するこ
    とを特徴とする、請求項７９に記載の方法。
  82. 【請求項８２】 前記構築する工程が複数の関数を含む参照データベースを
    構築することと、前記関数のそれぞれが前記構造体のパラメータに対応しており
    、前記複数の波長におけるエリプソメトリのパラメータの値を提供することを特
    徴とする、請求項７９に記載の方法。
  83. 【請求項８３】 前記関数がそれぞれ前記回折構造体の推定線幅、高さ、ま
    たは壁の角度に対応していることを特徴とする、請求項８２に記載の方法。
  84. 【請求項８４】 前記複数の波長が紫外線波長を含むことを特徴とする、請
    求項７９に記載の方法。
  85. 【請求項８５】 前記構築する工程が、波長のスペクトルに対し、一つ以上
    のパラメータの参照データベースを構築する工程であり、前記方向付ける工程が
    前記スペクトルを含む波長の広帯域放射線を方向付ける工程であり、前記検出す
    る工程が前記波長のスペクトルのエリプソメトリのパラメータを検出する工程で
    あることを特徴とする、請求項７９に記載の方法。
  86. 【請求項８６】 前記求める工程が下地構造の光学指数と膜厚を測定する工
    程を含むことを特徴とする、請求項７９に記載の方法。
  87. 【請求項８７】 前記測定する工程が分光エリプソメータ、分光フォトメー
    タまたは分光反射計によって測定することを特徴とする、請求項８６に記載の方
    法。
  88. 【請求項８８】 少なくとも一つの下地構造上の回折構造体の一つ以上のパ
    ラメータを測定するための装置であって、前記下地構造は膜厚と光学指数を有し
    、 下地構造の前記光学指数と膜厚を使って前記回折構造体に関する一つ以上のパ
    ラメータの参照データベースを構築する手段と、 複数の波長の電磁放射線を前記回折構造体に方向付ける手段と、 前記構造体から前記複数の波長の回折のエリプソメトリのパラメータを検出す
    る手段と、 前記検出したエリプソメトリのパラメータを前記データベースと比較して前記
    一つ以上のパラメータを求める手段とを備えてなることを特徴とする、 少なくとも一つの下地構造上の回折構造体の一つ以上のパラメータを測定する
    ための装置。
  89. 【請求項８９】 前記方向付けする手段が、前記光線を約４０〜８０°の範
    囲の傾斜角をなして方向付ける工程であることを特徴とする、請求項８８に記載
    の装置。
  90. 【請求項９０】 前記複数の波長が紫外線波長を含むことを特徴とする、請
    求項８８に記載の装置。
  91. 【請求項９１】 前記検出する手段が前記回折構造から前記光線のゼロ次回
    折を検出することを特徴とする、請求項８８に記載の装置。
  92. 【請求項９２】 前記構築する手段が複数の関数を備えた参照データベース
    を構築し、前記関数のそれぞれが前記構造のパラメータに対応して前記複数の波
    長におけるエリプソメトリのパラメータの値を供給することを特徴とする、請求
    項８８に記載の装置。
  93. 【請求項９３】 前記関数のそれぞれが、前記回折構造体の推定線幅、高さ
    または壁の角度に対応することを特徴とする、請求項９２に記載の装置。
  94. 【請求項９４】 前記構築する手段が、波長のスペクトルに対し、一つ以上
    のパラメータの参照データベースを構築することと、前記方向付ける手段が前記
    スペクトルを含む波長で広帯域放射線を方向付け、前記検出する手段が、前記波
    長のスペクトルのエリプソメトリのパラメータを検出することを特徴とする、請
    求項８８に記載の装置。
  95. 【請求項９５】 さらに、前記下地構造の光学指数と膜厚を測定するための
    手段を備えてなることを特徴とする、請求項８８に記載の装置。
  96. 【請求項９６】 前記測定する手段が分光エリプソメータ、分光フォトメー
    タ、または分光反射計を含んでなることを特徴とする、請求項９５に記載の装置
    。
  97. 【請求項９７】 サンプルの回折構造体の一つ以上のパラメータを測定する
    ための散乱計であって、 広帯域放射線を発する放射源と、 広帯域放射線を偏光して構造体をサンプリングするサンプリング光線を生成す
    る偏光器と、 複数の波長において実質的に同時に前記広帯域放射の構造体からの回折のエリ
    プソメトリのパラメータを検出する手段とを備えてなることを特徴とする、 サンプルの回折構造体の一つ以上のパラメータを測定するための散乱計。
  98. 【請求項９８】 前記複数の波長が紫外線波長を含むことを特徴とする、請
    求項９７に記載の散乱計。
  99. 【請求項９９】 さらに、他の回折構造体から測定したエリプソメトリのデ
    ータを含むデータベースと、検出したエリプソメトリのパラメータをデータベー
    ス内のデータと比較して回折構造体の一つ以上のパラメータを決定する工程を備
    えてなることを特徴とする、請求項９７に記載の散乱計。
  100. 【請求項１００】 さらに偏光した放射線を出し、サンプル上の構造体の、
    偏光器および検出手段に対する高さを調整する集束手段を備えてなることを特徴
    とする、請求項９７に記載の散乱計。
  101. 【請求項１０１】 集束手段によって提供された偏光放射線が実質的にサン
    プリング光線と同じ偏光を有していることを特徴とする、請求項１００に記載の
    散乱計。
  102. 【請求項１０２】 サンプルの下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上
    のパラメータを測定するための方法であって、 下地構造上の分光計測定を実行してその特性を判別する工程と、 下地構造の前記促成を使って前記回折構造体に関する一つ以上のパラメータの
    参照データベースを構築する工程と、 回折構造体上で散乱計測定を実行して複数の波長において実質的に同時にエリ
    プソメトリのデータを獲得する工程と、 前記エリプソメトリのデータを参照データベースと比較して前記一つ以上のパ
    ラメータを導き出す工程とを含む、 サンプルの下地構造上に位置する回折構造体の一つ以上のパラメータを測定す
    るための方法。
  103. 【請求項１０３】 前記下地構造の特性が光学指数と膜厚を含むことを特徴
    とする、請求項１０２に記載の方法。
  104. 【請求項１０４】 前記分光計測定を実行する工程が、分光エリプソメトリ
    または分光反射計測定を実行する肯定であることを特徴とする、請求項１０３に
    記載の方法。
  105. 【請求項１０５】 前記分光計測定と散乱計測定が広帯域放射を使って実行
    されることを特徴とする、請求項１０３に記載の方法。
  106. 【請求項１０６】 前記分光計測定と散乱計測定が偏光した放射を使って実
    行されることを特徴とする、請求項１０３に記載の方法。
  107. 【請求項１０７】 前記構築する工程が、波長のスペクトルに対し、一つ以
    上のパラメータの参照データベースを構築する工程であることと、前記散乱計測
    定は、前記波長のスペクトルで実行されて前記スペクトルのエリプソメトリーの
    データを獲得することを特徴とする、請求項１０３に記載の方法。
  108. 【請求項１０８】 サンプルを測定する計器であって、 スペクトルのサンプルの膜厚データと屈折率データを測定する分光装置と、 スペクトルの複数の波長で実質的に同時に前記サンプルの回折構造体からエリ
    プソメトリのデータを測定する散乱計と、 構造体に関する物理的パラメータを膜厚データ、屈折率データ、およびエリプ
    ソメトリのデータを導き出す手段とを備えてなる、 サンプルを測定する計器。
  109. 【請求項１０９】 前記装置は分光エリプソメータまたは分光反射計である
    ことを特徴とする、請求項１０８に記載の計器。
  110. 【請求項１１０】 前記散乱計は、広帯域および偏光放射線を用いることを
    特徴とする、請求項１０８に記載の計器。
  111. 【請求項１１１】 前記装置および前記散乱計は、一つ以上の共通光学要素
    を用いており、前記要素は偏光器を含むことを特徴とする、請求項１０８に記載
    の機器。
  112. 【請求項１１２】 前記装置および前記散乱計は、一つ以上の共通光学要素
    を採用しており、前記要素は、広帯域反射源を含むことを特徴とする、請求項１
    ０８に記載の計器。
  113. 【請求項１１３】 さらにスペクトルのサンプルの膜厚データと屈折率デー
    タを測定する分光反射計を備えてなることを特徴とする、請求項１０８に記載の
    計器。
  114. 【請求項１１４】 分光反射計が偏光放射線を用い、サンプルの装置と散乱
    計に対するサンプルの高さを調整することを特徴とする、請求項１０８に記載の
    計器。
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