JP2022115711A - 測定方法および測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平滑面に起因する散乱光を測定する測定方法において、ＳＮ比を従来よりも高めること。【解決手段】測定方法（Ｍ１０）は、軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性に応じて前記入射角を決定する入射角決定工程（Ｓ１３）を含んでいることを特徴とする。決定された入射角で入射光を平滑面に対して照射し、平滑面にて散乱された散乱光の強度を測定する。【選択図】図３

Description

本発明は、軟Ｘ線または極端紫外線を用いて、平滑面に起因する散乱光を測定する測定方法および測定装置に関する。

近年、極端紫外線を用いたリソグラフィーが実用化されるなど、半導体製造工程における微細化が進んでいる。これに伴い、半導体製造工程に含まれる異物の検査工程または有機構造物（例えばレジスト）の３次元形状測定工程においても、より小さなサイズ（例えば２０ｎｍ以下）の異物または有機構造物を検出したり測定したりすることが求められている。

光散乱計測技術は、平滑面上に存在する異物または有機構造物に起因する反射光および／または散乱光を解析することにより、異物または有機構造物を検出したり計測したりする技術である。光散乱計測技術は、上述した半導体製造工程に含まれる異物の検査工程または有機構造物（例えばレジスト）の３次元形状測定工程において利用されている。

光散乱計測技術においては、異物または有機構造物を高感度に計測するために、さまざまな因子に起因する異なる光散乱をそれぞれの因子で切り分ける。さまざまな因子としては、光源の波長や、光強度や、異物または有機構造物のサイズ、形状、および向きや、異物または有機構造物の計測波長における複素屈折率や、平滑面を構成する基板の種類などが挙げられる。なお、異物および有機構造物の複素屈折率は、基板の複素屈折率と異なる。そのため、異物および有機構造物は、基板の主面である平滑面において屈折率分布を発生させる。本明細書では、異物および有機構造物のように一様ではない屈折率分布を発生させる部材を「光散乱体」と称する。

Pierce, Daniel T., and Wo E. Spicer. "Electronic structure of amorphous Si from photoemission and optical studies." Physical Review B, 5.8 (1972): 3017. Freychet, Guillaume, et al. "Reconstructing the three-dimensional latent image of extreme ultraviolet resists with resonant soft x-ray scattering." Journal of Micro/Nanolithography, MEMS, and MOEMS, 18.2 (2019): 024003. Nagata, Yutaka, et al. "At wavelength coherent scatterometry microscope using high-order harmonics for EUV mask inspection." International Journal of Extreme Manufacturing 1.3 (2019): 032001.

ところで、紫外線領域および可視光領域と、軟Ｘ線領域および極端紫外線領域とでは、光散乱体および基板の複素屈折率が大きく異なる。基板の素材として代表的な珪素（Ｓｉ）を例にすると、紫外線領域および可視光領域では複素屈折率の実部が３以上となる（非特許文献１参照）。一方、軟Ｘ線領域および極端紫外線領域では複素屈折率の実部が真空と同じ１に近い値を取り、しかも、波長によって大きく変化する。複素屈折率の実部が１に近く、虚部が０に近い場合、反射率が減少する。そのため、非特許文献２に記載の技術では、基板の法線と入射光とのなす角である入射角を７０°以上にすることによって、基板及び光散乱体からの反射を高めている。なお、非特許文献２においては、入射角の代わりに基板と入射光とのなす角度を用いているので、この角度が２０°以下と記載されている。

あるいは、非特許文献３に記載の技術では、計測の効率を上げる光学素子を配置しやすいように基板の法線と入射光とのなす角として小さい角度（例えば６°）を採用している。

しかしながら、非特許文献２，３のいずれの技術を採用した場合においても、平滑面からの反射光の強度Ｉ_ＢＧに対する、光散乱体からの散乱光の強度Ｉ_Ｓの比（Ｉ_Ｓ／Ｉ_ＢＧ）は、例えば図１８の比較例に示すように低いと言わざるを得なかった。以下において、比Ｉ_Ｓ／Ｉ_ＢＧのことをＳＮ比とも称する。

本発明は、上述した課題に鑑みなされたものであり、その目的は、平滑面に起因する散乱光を測定する測定方法および測定装置において、ＳＮ比を従来よりも高めることである。

上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る測定方法は、軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性に応じて前記入射角を決定する入射角決定工程と、前記入射角決定工程により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定工程と、を含む。

上記の構成によれば、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性に応じて前記入射角を決定する。したがって、測定工程において用いる平滑面に光散乱体が含まれている場合に、本測定方法は、ＳＮ比を従来よりも高めることができる。

また、本発明の第２の態様に係る測定方法においては、上述した第１の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記入射角決定工程は、前記入射角依存性において、光散乱体を含まない前記平滑面により散乱された前記散乱光の強度が極小となる入射角、または、当該極小となる入射角の近傍の入射角を前記入射光の前記入射角とする、構成が採用されている。

上記の構成によれば、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性を用いて、前記散乱光の強度が極小となる入射角、または、当該極小となる入射角の近傍の入射角を前記入射光の前記入射角とする。したがって、本測定方法は、ＳＮ比を従来よりも確実に高めることができる。

また、本発明の第３の態様に係る測定方法においては、上述した第１の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記入射角決定工程は、光散乱体を含まない前記平滑面により散乱された前記散乱光の強度に対する、光散乱体を含む平滑面により散乱された散乱光の強度の比の入射角依存性に応じて前記入射光の前記入射角を決定する、構成が採用されている。

上記の構成によれば、光散乱体を含まない前記平滑面により散乱された前記散乱光の強度だけでなく、光散乱体を含む平滑面により散乱された散乱光の強度も考慮して前記入射角を決定する。したがって、本測定方法は、ＳＮ比を従来よりも高めることができる。

また、本発明の第４の態様に係る測定方法においては、上述した第４の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記入射角決定工程は、前記比の入射角依存性において、前記比が極大となる入射角、または、当該極大となる入射角の近傍の入射角を前記入射光の前記入射角とする、構成が採用されている。

上記の構成によれば、前記比の入射角依存性を用いて、前記比が極大となる入射角、または、当該極大となる入射角の近傍の入射角を前記入射光の前記入射角とする。したがって、本測定方法は、ＳＮ比を従来よりも確実に高めることができる。

また、本発明の第５の態様に係る測定方法においては、上述した第３の態様または第４の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記光散乱体は、有機物を含む、構成が採用されている。

また、本発明の第６の態様に係る測定方法においては、上述した第５の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記光散乱体における炭素の元素存在比は、１％以上である、ことが好ましい。

このように、光散乱体を構成する材料の一例としては、有機物を含む材料が挙げられる。また、光散乱体における炭素の元素存在比は、１％以上であることが好ましい。

上記の課題を解決するために、本発明の第７の態様に係る測定方法は、軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、平滑面の散乱におけるブリュースター角、または、当該ブリュースター角の近傍の角度を前記入射光の入射角として決定する入射角決定工程と、前記入射角決定工程により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定工程と、を含む。

ブリュースター角とは、ｐ偏光またはＴＭ波の反射率が０となる入射角のことである。上記の構成によれば、平滑面の散乱におけるブリュースター角、または、当該ブリュースター角の近傍の角度を前記入射光の入射角とする。したがって、本測定方法は、ＳＮ比を従来よりも高めることができる。

高感度に、試料を計測する技術であって、入射光として可視光又は紫外線を用いる技術としては、ブリュースター顕微鏡が知られている。このブリュースター顕微鏡は、上述のように入射角としてブリュースター角を採用した場合に正反射の反射率がゼロになること、すなわち、ＳＮ比が高くなることを利用している。このブリュースター顕微鏡は、半導体製造工程での薄膜の評価に使われている（国際公開第２００７／００４７０８号参照）。一方、半導体の高感度微粒子計測で、広く使われているのは、垂直入射による手法である（特表２０１３－５０４０６３号公報参照）。１０ｎｍサイズの微粒子計測において、これらの方法では、レーザー光の特性を利用した高度な処理を信号に施した場合でも、得られるＳＮ比は、１程度であった。また、単純な反射計測では、図１８を参照して後述するように、せいぜい１０^－４程度のＳＮ比しかない。本願の発明者らは、計測に重要なポイントが、集光のしやすさか、信号強度か、ＳＮ比なのか、によって、最適な計測手法が異なることを見出した。実際、入射光として極短紫外線又は軟Ｘ線を用いる技術では、入射角としてブリュースター角ではなく０°を採用し、そのうえで、正反射された反射光をゾーンプレートで集光したり（非特許文献２）、反射強度が上がるように浅い入射角を採用したりしている（非特許文献３）。

本願の発明者らは、試行錯誤の末、入射光の波長として２６６ｎｍを採用している従来型の微粒子計測装置を用いて２０ｎｍ以下のサイズの微粒子を計測する場合に、バックグラウンドからの反射が、大きな障害となることに気づいた。このバックグラウンドからの大きな反射は、基板の表面の凹凸及び／又は基板の内部の一様でない屈折率分布により散乱した光に起因していると、本願の発明者らは推測している。入射光の波長を短くすることで、原理的には分解能が向上するため、微粒子の計測に有利なようにみえる。しかし、孤立した微粒子の検出において重要なのは、分解能ではなく計測感度である。計測感度は、粒子自身の散乱強度やバックグラウンドの散乱強度に依存する。

本願の発明者らは、バックグラウンドからの反射をノイズとして扱い、微粒子からの反射を信号として扱った場合のＳＮ比を指標として、これを改善できれば、高感度な計測に結びつくと考えた。新規開発のＳＮ比評価手法で検討した結果、材料の条件に合わせて、入射光の波長を適切に設定することで、ブリュースター角におけるバックグラウンドの反射が特に小さくなり、微粒子を感度良く計測できることを、本願の発明者らは見出した。この効果は軟Ｘ線及び極端紫外線の領域において顕著であった。

また、本発明の第８の態様に係る測定方法においては、上述した第１の態様～第７の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記平滑面は、半導体基板の主面である、構成が採用されている。

また、本発明の第９の態様に係る測定方法においては、上述した第８の態様に係る測定方法の構成に加えて、半導体基板は、珪素により構成されている、構成が採用されている。

このように、平滑面の一例としては、半導体基板の主面が挙げられる。また、半導体基板を構成する材料としては、珪素が挙げられる。

また、本発明の第１０の態様に係る測定方法においては、上述した第９の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記入射角は、４５°±５°の範囲に含まれている、構成が採用されている。

このように、半導体基板が珪素により構成されている場合、入射角を４５°±５°の範囲内で定めることによって、ＳＮ比を従来よりも確実に高めることができる。

また、本発明の第１１の態様に係る測定方法においては、上述した第１の態様～第１０の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記入射光は、ＴＭ波である、構成が採用されている。

上記の構成によれば、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度を確実に抑制することができるので、ＳＮ比を従来よりも更に確実に高めることができる。

また、本発明の第１２の態様に係る測定方法においては、上述した第１の態様～第１１の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記入射光の波長は、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲に含まれている、構成が採用されている。

光散乱体による散乱強度は、入射光の波長が光散乱体のサイズと同程度である場合に最も高くなり、入射光の波長が光散乱体のサイズの２倍よりも長い場合に顕著に低下する。上記の構成によれば、短径が１０ｎｍ程度である光散乱体を検出するために、本測定方法を好適に用いることができる。

また、本発明の第１３の態様に係る測定方法においては、上述した第１の態様～第１２の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記測定工程は、前記入射角決定工程により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度の回折散乱角度依存性を測定し、１又は複数のパラメータにより規定される所定の構造をモデルとして用いて前記回折散乱角度依存性をシミュレーションするシミュレーション工程と、前記回折散乱角度依存性の測定結果を、前記回折散乱角度依存性のシミュレーション結果を用いて近似することによって前記所定の構造の前記１又は複数のパラメータを推測する推測工程と、を更に含んでいる、構成が採用されている。

パターニングされたフォトレジストのように、光散乱体の構造をあらかじめ想定できる場合に、本測定方法を用いて光散乱体の構造を容易に推測することができる。

また、本発明の第１４の態様に係る測定方法においては、上述した第１の態様～第１２の態様に係る測定方法の構成に加えて、前記測定工程は、前記平滑面により散乱された散乱光の強度分布であって、前記平滑面上の光散乱体像に対応する散乱光の強度分布を測定する、構成が採用されている。

上記の構成によれば、前記平滑面の像に対応する散乱光の強度分布を測定することができる。したがって、本測定方法は、平滑面の像を用いて光散乱体の有無、および、平滑面上の光散乱体のサイズ及び形状を判定することができる。

上記の課題を解決するために、本発明の第１５の態様に係る測定装置は、軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性に応じて前記入射角を決定する入射角決定部と、前記入射角決定工程により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定部と、を備えている。

上記の課題を解決するために、本発明の第１６の態様に係る測定装置は、軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、平滑面の散乱におけるブリュースター角、または、当該ブリュースター角の近傍の角度を前記入射光の入射角として決定する入射角決定部と、前記入射角決定部により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定部と、を備えている。

本発明の第１５の態様および第１６の態様に係る測定装置の各々は、それぞれ、本発明の第１の態様および第７の態様に係る測定方法と同様の効果を奏する。

なお、本発明の各態様に係る測定装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを前記測定装置が備える各部（ソフトウェア要素）として動作させることにより前記測定装置をコンピュータにて実現させる測定装置の測定プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。

本発明の一態様によれば、平滑面に起因する散乱光を測定する測定方法および測定装置において、ＳＮ比を従来よりも高めることができる。

本発明の一実施形態に係る測定装置に含まれる光学系のうち前段部分の模式図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る測定方法を実施する測定装置に含まれる光学系のうち後段部分の模式図である。（ｂ）は、（ａ）に示した後段部分において基板の主面からの散乱光を結像する構成の模式図である。 本発明の一実施形態に係る測定方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る測定装置が備えている制御部のブロック図である。 図３に示した測定方法において入射角依存性を生成するために実施するシミュレーションのモデルを示す模式図である。 図５に示したモデルにおいて、光散乱体により散乱される範囲を示す模式図である。 図５に示したモデルにおいて、入射光が集光される集光領域を示す模式図である。 珪素により構成された基板の主面であって、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性と、珪素により構成された基板の主面であって、ポリスチレンにより構成された光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性とを示すグラフである。なお、入射光の波長は、１０ｎｍである。 図８に示した、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度に対する光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の比の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光の波長は、１０ｎｍである。 珪素により構成された基板の主面であって、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性と、珪素により構成された基板の主面であって、金により構成された光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性とを示すグラフである。なお、入射光の波長は、１０ｎｍである。 図１０に示した、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度に対する光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の比の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光の波長は、１０ｎｍである。 珪素により構成された基板の主面であって、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度の波長依存性と、珪素により構成された基板の主面であって、ポリスチレンにより構成された光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の波長依存性とを示すグラフである。なお、入射光の入射角度は、４５°である。 図１２に示した、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度に対する光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の比の波長依存性を示すグラフである。 珪素により構成された基板の主面であって、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度の波長依存性と、珪素により構成された基板の主面であって、金により構成された光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の波長依存性とを示すグラフである。なお、入射光の入射角度は、４５°である。 珪素により構成された基板の主面であって、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度の波長依存性と、珪素により構成された基板の主面であって、金により構成された光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の波長依存性とを示すグラフである。 珪素により構成された基板の主面であって、光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光の波長は、２６６ｎｍである。 珪素により構成された基板の主面であって光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光の波長は、２６６ｎｍである。 光散乱体を含まない主面により散乱された散乱光の強度に対する光散乱体を含む主面により散乱された散乱光の強度の比の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光の波長は、２６６ｎｍである。 図３に示した測定方法の一変形例のフローチャートである。 図４に示した制御部の一変形例のブロック図である。 図１９に示した測定方法を実施する測定装置に含まれる光学系の後段部分において、基板の主面からの散乱光の散乱パターンを取得する構成の模式図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１９に示したシミュレーション工程において用いるモデルの斜視図および側面図である。 λ＝１０ｎｍである場合に、図１９に示した測定工程において測定した散乱光の強度の回折散乱角度依存性と、図２０に示したシミュレーション工程においてシミュレーションした散乱光の強度の回折散乱角度依存性とを示すグラフである。 λ＝１２ｎｍである場合に、図１９に示した測定工程において測定した散乱光の強度の回折散乱角度依存性を示すグラフである。

本発明の一実施形態に係る測定方法Ｍ１０および測定装置について、図１～図４を参照して説明する。図１は、本実施形態の測定装置に含まれる光学系のうち前段部分の模式図である。図２の（ａ）は、本実施形態の測定装置に含まれる光学系のうち後段部分の模式図である。図２の（ｂ）は、図４の（ａ）に示した後段部分において、主面１１１からの散乱光Ｌ_ｄを結像する構成の模式図である。図３は、測定方法Ｍ１０のフローチャートである。図４は、本実施形態の測定装置が備えている制御部１０のブロック図である。

測定方法Ｍ１０は、例えば、極端紫外線を用いたリソグラフィーなどを用いる半導体製造工程に含まれる検査工程であって、半導体製の基板の主面（平滑面の一例）に付着している異物の有無を調べる検査工程に好適に利用可能である。測定方法Ｍ１０によれば、非特許文献２，３に記載された従来の技術と比較してＳＮ比を高めることができるので、より小さなサイズ（例えば２０ｎｍ以下）の異物を検出することができる。なお、異物は、平滑面上において、一様ではない屈折率分布を発生させる光散乱体の一例である。

〔測定装置〕
測定方法Ｍ１０の説明に先立って、本実施形態の測定装置の構成を簡単に説明する。本測定装置は、測定方法Ｍ１０を好適に実施することができる。

測定方法Ｍ１０においては、後述するように、軟Ｘ線または極端紫外線を入射光Ｌ_ｉとして用いる。ここで、軟Ｘ線は、波長λが０．１ｎｍ以上１０ｎｍ未満である電磁波を指し、極端紫外線は、波長λが１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である電磁波を指す。したがって、本発明の一態様においては、入射光Ｌ_ｉとして、波長λが０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である電磁波を用いることができる。

なお、入射光Ｌ_ｉの好ましい波長は、測定しようとする光散乱体あるいは測定する光散乱体のサイズに依存して変化する。例えば、光散乱体のサイズが１０ｎｍ程度である場合、入射光Ｌ_ｉの波長λは、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、入射光Ｌ_ｉの波長λとして１０ｎｍを採用する。

また、本実施形態では、入射光Ｌ_ｉとして直線偏光の１つであるＴＭ波を用いている。ただし、入射光Ｌ_ｉは、ＴＭ波を含んでいればよく、例えば、無偏光の光であってもよい。

図１に示す様に、本測定装置の前段部分は、光源ＬＳと、２つのミラーＭ１，Ｍ２と、ピンホールＰＨとにより構成されている。光源ＬＳは、λ＝１０ｎｍである入射光Ｌ_ｉを生成する光源である。光源ＬＳは、あらかじめ定められた波長λ（本実施形態では１０ｎｍ）を有する入射光Ｌ_ｉを生成可能な光源であればよく、その態様は、限定されない。光源ＬＳの例としては、放射光施設のビームライン、および、極端紫外線リソグラフィーの露光器において用いられる極端紫外線光源が挙げられる。

放射光施設のビームラインにおいては、８ｎｍ≦λ≦２０ｎｍにおいて波長λを適宜選択することができ、且つ、選択した波長λでの波長幅の狭い入射光Ｌ_ｉを利用可能である。このようなビームラインの例としては、加速器研究機構のフォトンファクトリーにあるビームラインのＢＬ－１１Ｄが挙げられる。このビームラインには、入射光を集光する反射ミラー（すなわち、ミラーＭ１，Ｍ２）も備わっている。したがって、このビームラインが生成した入射光Ｌ_ｉを後述するチャンバＣＨに対して導入することにより、本測定装置を構築することができる。

ミラーＭ１，Ｍ２は、光源ＬＳから出射された入射光Ｌ_ｉを集光する。ミラーＭ１，Ｍ２としては、例えば、楕円ミラーを用いることができる。なお、ミラーＭ１，Ｍ２は、後述するチャンバＣＨの内部における所定の位置において入射光Ｌ_ｉが集光するように構成されている。

ピンホールＰＨは、放射光源由来の迷光をカットし、入射光Ｌ_ｉのビーム品質を一定の範囲内に納めるために設けられている。ピンホールＰＨに設けられた開口部の直径は、例えば、１ｍｍである。ただし、この開口部の直径は、適宜定めることができる。

図１に示した構成を用いて、ほぼコリメート化された入射光Ｌ_ｉが生成される。以下においては、コリメート化された入射光Ｌ_ｉのことを単に入射光Ｌ_ｉと称する。入射光Ｌ_ｉは、図２の（ａ）に示すように、散乱光測定用のチャンバＣＨに導入される。なお、図２の（ａ）においては、入射光Ｌ_ｉの進行方向をｚ軸正方向と定め、鉛直下方向をｙ軸正方向と定め、ｙ軸正方向及びｚ軸正方向とともに右手系の直交座標系を構成するようにｘ軸正方向を定めている。

図２の（ａ）に示すように、本測定装置の後段部分には、真空用のチャンバＣＨと、ＣＣＤカメラＣとが設けられている。

真空用のチャンバＣＨは、ＩＣＦ規格（本実施形態ではＩＣＦ７０）に準拠した６方管を採用している。チャンバＣＨの内部は、真空ポンプ（図２の（ａ）には不図示）により排気されており、１×１０^－３Ｐａ以下の真空度に保たれている。

６方管の各管が接合されている接合部分の内部には試料台が設けられている。その試料台には、図２の（ｂ）に示す基板１１が載置されている。ここで、試料台は、ｙ軸方向と平行な軸を回転軸として、その軸回りに回転できるように構成されている。したがって、試料台を回転させることによって、基板１１は、主面１１１の法線の向きをｚｘ平面内において調整することができる。なお、主面１１１は、基板１１の一方の主面であり、平滑面の一例である。また、本実施形態において、基板１１は、半導体の一例である珪素（Ｓｉ）により構成されている。すなわち、基板１１は、半導体基板の一例である。ただし、基板１１を構成する半導体は、珪素に限定されず、炭化珪素（ＳｉＣ）であってもよいし、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）であってもよい。また、基板１１を構成する材料は、半導体に限定されず、誘電体（絶縁体）であってもよいし、導体であってもよい。

接合部分の上部には、試料台に結合された３つのマイクロメータｘ_ＲＳ，ｙ_ＲＳ，ｚ_ＲＳが設けられている。基板１１の位置は、これらのマイクロメータｘ_ＲＳ，ｙ_ＲＳ，ｚ_ＲＳを用いて、ｘ，ｙ，ｚの各軸方向に沿って調整することができる。なお、本実施形態において、マイクロメータｘ_ＲＳ，ｙ_ＲＳは、それぞれ、基板１１の位置をｘ，ｙの各軸方向に沿って５０ｍｍ移動させることができる。したがって、本測定装置は、主面１１１を５０ｍｍ×５０ｍｍの範囲内において走査することができる。また、光散乱体１２からの散乱光の強度を高めるためには、入射光Ｌｉを主面１１１の直前において集光することが重要である。本測定装置は、主面１１１をｚ軸方向に沿って適宜移動させることができるので、光散乱体１２からの散乱光の強度を高めることができる。

また、接合部分の内部であって、基板１１とＣＣＤカメラＣとの間に対応する位置には、図２の（ｂ）に示すゾーンプレートＺＰが設けられている。ゾーンプレートＺＰは、基板１１の主面１１１により反射および散乱された散乱光Ｌ_ｄを集光することによって、主面１１１における像をＣＣＤカメラＣの受光面に結像する。なお、接合部分の下部には、ゾーンプレートＺＰのマウントに結合された２つのマイクロメータｘ_ＺＰ，ｙ_ＺＰが設けられている。ゾーンプレートＺＰの位置は、マイクロメータｘ_ＺＰ，ｙ_ＺＰ用いて、ｘ，ｙの各軸方向に沿って調整することができる。本実施形態において、ゾーンプレートＺＰの外径は、１００μｍであり、主面１１１とゾーンプレートＺＰとの距離は、１１．６ｍｍである。ただし、ゾーンプレートＺＰの外形および主面１１１とゾーンプレートＺＰとの距離は、これに限定されず適宜設定することができる。

なお、本実施形態においては、主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄを、ゾーンプレートＺＰを用いて集光することによって主面１１１における像を得ている。ただし、主面１１１における像を得る方法は、これに限定されない。ゾーンプレートＺＰを用いる代わりに、散乱光Ｌ_ｄの散乱パターンを、コンピュータを用いてフーリエ変換することによっても主面１１１における像を得ることができる。

主面１１１には、図２の（ｂ）に示すように、異物である光散乱体１２が付着している場合がある。本測定装置においては、主面１１１における像を取得することができる。したがって、その像に光散乱体１２の像が含まれているか否かを判定することによって、主面１１１に光散乱体１２が付着しているか否かを判定することができる。本実施形態においては、入射光Ｌ_ｉの波長λとして１０ｎｍを採用しているので、光散乱体１２のサイズが１０ｎｍ程度である場合にも、主面１１１に光散乱体１２が付着しているか否かを容易に判定することができる。

光散乱体１２を構成する材料は、限定されないが、有機物を含んでいることが好ましい。また、光散乱体１２を構成する材料が有機物を含んでいる場合、その材料における炭素の元素存在比は、１％以上であることが好ましい。

なお、主面１１１における像に光散乱体１２の像が含まれているか否かを判定するには、主面１１１からの反射光の強度Ｉ_ＢＧに対する、光散乱体１２からの散乱光の強度Ｉ_Ｓの比（Ｉ_Ｓ／Ｉ_ＢＧ）であるＳＮ比を高めることが求められる。本発明の一態様においては、後述するように、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度の入射角依存性に応じて、入射光Ｌ_ｉの主面１１１に対する入射角θ_ｉを決定する。したがって、ＳＮ比を従来よりも高めることができる。なお、入射角θ_ｉの決定の仕方については、計測方法の項において後述する。

また、本測定装置においては、主面１１１のｘｙ平面内における位置を、ｘ，ｙの各軸方向に沿って５０ｍｍずつ移動させることができる。したがって、入射光Ｌ_ｉの集光点に対する主面１１１の相対位置を移動させることによって、換言すれば、主面１１１において入射光Ｌ_ｉを走査することによって、主面１１１の広範囲に亘って光散乱体１２が付着しているか否かを検査することができる。

また、上述したように、本測定装置においては、ＳＮ比を従来よりも高めることができる。したがって、主面１１１における像に光散乱体１２の像が含まれているか否かをすばやく判定することができるので、１枚の基板１１を検査するのに要する検査時間を短縮することができる。

また、本実施形態では、ゾーンプレートＺＰを用いて主面１１１における像を取得する態様について説明した。ただし、変形例の項において後述するように、本発明の一態様は、散乱光Ｌ_ｄの散乱パターンを取得したうえで、その散乱パターンを回析することによって、光散乱体の構造を推測することもできる。

〔測定方法〕
図３に示すように、測定方法Ｍ１０は、第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１と、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２と、入射角決定工程Ｓ１３と、測定工程Ｓ１４と、を含んでいる。

＜第１の入射角依存性取得工程＞
第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１は、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性を取得する工程である。本実施形態において、強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性は、シミュレーションにより得られたものである。ただし、強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性は、実際の測定により得られたものであってもよい。また、本実施形態において、強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性は、あらかじめシミュレーションを実施されており、シミュレーション結果としてコンピュータの記憶媒体に格納されている。ただし、強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性は、測定方法Ｍ１０を実施する度にシミュレーションまたは測定を実施することにより生成されてもよい。

＜第２の入射角依存性取得工程＞
第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２は、光散乱体１２を含む主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_Ｓの入射角依存性を取得する工程である。本実施形態において、強度Ｉ_Ｓの入射角依存性は、シミュレーションにより得られたものである。ただし、強度Ｉ_Ｓの入射角依存性は、実際の測定により得られたものであってもよい。また、本実施形態において、強度Ｉ_Ｓの入射角依存性は、あらかじめシミュレーションを実施されており、シミュレーション結果としてコンピュータの記憶媒体に格納されている。ただし、強度Ｉ_Ｓの入射角依存性は、測定方法Ｍ１０を実施する度にシミュレーションまたは測定を実施することにより生成されてもよい。

＜入射角決定工程＞
入射角決定工程Ｓ１３は、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比（Ｉ_Ｓ／Ｉ_ＢＧ）の入射角依存性に応じて入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉを決定する工程である。より詳しくは、入射角決定工程Ｓ１３は、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比が極大となる入射角を入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉとする。ただし、入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉとしては、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比が極大となる入射角の代わりに、当該極大となる入射角の近傍の入射角を用いることもできる。強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比が極大となる入射角の近傍は、基板１１を構成する材料により適宜さだめることができる。たとえば、基板１１を構成する材料が珪素である場合、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比が極大となる入射角の近傍は、前記極大となる入射角に対して±５°以内の範囲である。

図９および図１１を参照して後述するように、基板１１を構成する材料が珪素である場合、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比は、４５°において極大となる。したがって、本実施形態では、入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉとして４５°を採用する。ただし、入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉは、４０°以上５０°以下の範囲内において適宜さだめることができる。

（入射角決定工程の変形例）
本発明の一態様において、入射角決定工程Ｓ１３は、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比の入射角依存性の代わりに、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性に応じて入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉを決定するように構成されていてもよい。より詳しくは、入射角決定工程Ｓ１３は、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性が極小となる入射角を入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉとするように構成されていてもよい。

また、入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉとしては、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性が極小となる入射角の代わりに、当該極小となる入射角の近傍の入射角を用いることもできる。当該極小となる入射角の近傍の範囲は、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比が極大となる入射角の近傍の範囲と同様である。

また、本発明の別の一態様において、入射角決定工程Ｓ１３は、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比、および、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性を用いずに、主面１１１の散乱におけるブリュースター角を入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉとするように構成されていてもよい。また、入射角決定工程Ｓ１３は、当該ブリュースター角の近傍の角度を入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉとするように構成されていてもよい。当該ブリュースター角の近傍の角度の範囲は、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比が極大となる入射角の近傍の範囲と同様である。

＜測定工程＞
測定工程Ｓ１４は、入射角決定工程Ｓ１３により決定された入射角θ_ｉで入射光Ｌ_ｉを主面１１１に対して照射し、主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度を測定する工程である。

なお、半導体製造工程に含まれる検査工程において基板１１を検査する場合、その主面１１１に異物である光散乱体１２が付着しているか否かを検査することになる。図９を参照して後述するが、主面１１１に異物が含まれていない場合、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比は、小さい（図９および図１１においては約１）のに対して、主面１１１に異物が含まれている場合、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比は、大きい（図９においては約１０^２であり図１１においては約８×１０^２）。したがって、測定工程Ｓ１４を実施することにより、その主面１１１に異物である光散乱体１２が付着しているか否かを判定することができる。

なお、散乱光Ｌ_ｄの強度は、図２の（ｂ）に示すようにゾーンプレートＺＰを用いて、散乱光Ｌ_ｄの出射角θ_ｄがθ_ｄ＝θ_ｉとなる位置にＣＣＤカメラＣを固定した状態で測定してもよいし、θ_ｄ＝θ_ｉを基準として、｜θ_ｄ－θ_ｉ｜が所定の角度範囲（例えば、５°以内や１０°以内など）に収まる範囲内においてＣＣＤカメラＣを順番に移動させながら測定してもよい。ＣＣＤカメラＣを順番に移動させながら散乱光Ｌ_ｄの強度を測定する場合、その範囲内における散乱光Ｌ_ｄの角度分布を測定することができる。この構成によれば、θ_ｄ＝θ_ｉとなる位置にＣＣＤカメラＣを固定した状態で測定する場合と比較して、ＳＮ比を更に高めることができる。本実施形態においては、ＣＣＤカメラＣを順番に移動させながら散乱光Ｌ_ｄの強度を測定する構成を採用している。また、散乱光Ｌ_ｄの強度は、図２１に示すように、ゾーンプレートＺＰを光軸から外して、散乱光Ｌ_ｄの強度分布である散乱パターンとして測定してもよい。ゾーンプレートＺＰを入れた場合に比べて、ＳＮ比は落ちるが、光学系が簡便になり、散乱光角度分布の解釈が容易になる。

〔コンピュータによる実施〕
測定方法Ｍ１０に含まれる第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２、入射角決定工程Ｓ１３、および、測定工程Ｓ１４の各工程は、本実施形態の測定装置が備えているコンピュータ（図１および図２には不図示）を用いて実施することが好ましい。

この場合、コンピュータの制御部は、図４に示すように、第１の入射角依存性取得部Ｃ１１、第２の入射角依存性取得部Ｃ１２、入射角決定部Ｃ１３、および、測定部Ｃ１４を備えている。第１の入射角依存性取得部Ｃ１１、第２の入射角依存性取得部Ｃ１２、入射角決定部Ｃ１３、および、測定部Ｃ１４の各々は、それぞれ、第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２、入射角決定工程Ｓ１３、および、測定工程Ｓ１４を実施する。したがって、ここでは、これらの各部の機能については、説明を省略する。

このように、本測定装置の制御部１０に含まれる各部は、ソフトウェアによって実現してもよい。この場合、本測定装置は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば１つ以上のプロセッサを備えていると共に、上記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、上記コンピュータにおいて、上記プロセッサが上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。上記プロセッサとしては、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いることができる。上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムを展開するＲＡＭ（Random Access Memory）などをさらに備えていてもよい。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体（通信ネットワークや放送波等）を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。

〔第１の実施例〕
＜散乱光のシミュレーション＞
上述した測定方法Ｍ１０においては、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性、および、光散乱体１２を含む主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_Ｓの入射角依存性を、シミュレーションを実施することにより生成している。以下では、強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性、および、強度Ｉ_Ｓの入射角依存性を生成するシミュレーションについて、図５～図１８を参照して説明する。

図５は、強度Ｉ_Ｓの入射角依存性を生成するために実施するシミュレーションのモデルを示す模式図である。図６は、図５に示したモデルにおいて、光散乱体１２により散乱される範囲を示す模式図である。図７は、図５に示したモデルにおいて、入射光Ｌ_ｉが集光される集光領域を示す模式図である。図８は、珪素により構成された基板１１の主面１１１であって、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性と、ポリスチレン（ＰＳ）により構成された光散乱体１２を含む主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_Ｓの入射角依存性とを示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの波長は、１０ｎｍである。図９は、図８に示した、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの波長は、１０ｎｍである。図１０は、強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性と、金により構成された光散乱体１２を含む主面１１１により散乱された散乱光の強度Ｉ_Ｓの入射角依存性とを示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの波長は、１０ｎｍである。図１１は、図１０に示した、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの波長は、１０ｎｍである。図１２は、強度Ｉ_ＢＧの波長依存性と、ポリスチレンにより構成された光散乱体１２を含む主面１１１により散乱された散乱光の強度Ｉ_Ｓの波長依存性とを示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの入射角度は、４５°である。図１３は、図１２に示した、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比の波長依存性を示すグラフである。図１４は、強度Ｉ_ＢＧの波長依存性と、金により構成された光散乱体１２を含む主面１１１により散乱された散乱光の強度Ｉ_Ｓの波長依存性とを示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの入射角度は、４５°である。図１５は、図１４に示した、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比の波長依存性を示すグラフである。

図１６は、強度Ｉ_ＢＧの入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの波長は、２６６ｎｍである。図１７は、強度Ｉ_Ｓの入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光Ｌ_ｉの波長は、２６６ｎｍである。図１８は、強度Ｉ_ＢＧに対する強度Ｉ_Ｓの比の入射角依存性を示すグラフである。なお、入射光の波長は、２６６ｎｍである。

上述した図５～図１８のうち、図５～図１５は、本発明の範疇に含まれている実施例である。一方、図１６～図１８は、本発明の範疇に含まれていない比較例である。これは、入射光Ｌ_ｉの波長が２６６ｎｍであるためである。

光の散乱における角度分布計算プログラムは、厳密結合波解析用のものが市販されている。市販されている角度分布計算プログラムの例としては、サイバネットシステム社のDiffractMOD（登録商標）が挙げられる。このような角度分布計算プログラムを実行するコンピュータとしては、汎用のコンピュータを使うことができる。

本実施例においては、厳密結合波解析を用いて散乱光の角度分布をシミュレーションした。なお、本実施例では、図５～図７に示すように、散乱光の角度分布を２次元平面内において計算した。

珪素により構成された基板１１の主面１１１は、平滑面である。したがって、主面１１１に対して入射角θ_ｉで入射した入射光Ｌ_ｉは、主面１１１において反射され散乱光Ｌ_ｄに変換される。正反射の場合、出射角θ_ｄは、θ_ｄ＝θ_ｉとなる。主面１１１における反射においては、入射光Ｌ_ｉのほとんどが正反射する。そこで、測定方法Ｍ１０においては、この正反射により生じる散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_ＢＧをバックグラウンド起因のノイズとみなす。

光散乱体１２の反射は、全体の反射（主面１１１および光散乱体１２の反射）からバックグラウンドの反射（主面１１１の反射）を除いたものであると仮定できる。測定方法Ｍ１０においては、この光散乱体１２の散乱光Ｌ_ｄの強度Ｉ_Ｓを信号とみなす。ＳＮ比は、ノイズである強度Ｉ_ＢＧに対する信号である強度Ｉ_Ｓの比として見積もることができる。

図５が計算のモデルである。基板１１の主面１１１上に円形の微粒子である光散乱体１２がある。表１に、λ＝１０ｎｍである場合の計算のパラメータが示されている。

図６に示すように、入射光Ｌ_ｉが光散乱体１２により反射散乱される範囲は、ｘである。また、主面１１１による反射は、範囲ｘ以外の領域と考えることができる。入射光Ｌ_ｉが集光される領域は、集光径Λが３１λの時、図７にようになり、光散乱体１２による反射散乱領域を除けば、主面１１１による反射領域が確定する。光散乱体１２の材質をポリエチレンまたは金としたときの計算結果（シミュレーション結果）を図８～図１１に示す。

図８及び図１０を参照すれば、珪素製の基板１１の主面１１１による反射強度は、入射角θ_ｉが４５°である場合に、入射光Ｌ_ｉがＴＭ波およびＴＥ波のいずれであっても極小値を取ることが分かった。また、ＴＭ波およびＴＥ波の各々の反射強度を比較した場合、ＴＭ波の反射強度の方がＴＥ波の反射強度よりも１００倍以上小さいことが分かった。

図９及び図１１を参照すれば、入射光Ｌ_ｉの波長が１０ｎｍであり、かつ、ＴＭ波である直線偏光である場合、ポリエチレン製および金製の光散乱体１２のいずれにおいても、ＳＮ比は、ＴＥ波である入射光Ｌ_ｉを用いる場合に比べて１００倍以上向上することが分かった。

次に、波長λが１ｎｍ以上２０ｎｍ以下である軟Ｘ線領域において、反射強度およびＳＮ比の波長依存性を計算した。その結果を図１２～図１５に示す。図１２～図１５を参照すれば、λ＝１０ｎｍの場合に比べ、１２ｎｍ≦λ≦１９ｎｍの範囲においてＳＮ比が向上することがわかった。また、１３ｎｍ≦λ≦１４ｎｍの範囲では、ＴＭ波を選択することにより、λ＝１０ｎｍの場合に比べて、１０^４倍近いＳＮ比向上が期待できることが分かった。このように主面１１１の正反射光をバックグラウンドと仮定すると、波長λおよび入射角θ_ｉを最適化することにより、大幅なＳＮ比向上が見込めることが分かった。

次に、入射光Ｌ_ｉの波長λが２６６ｎｍである場合について計算した。表１に、λ＝２６６ｎｍである場合の計算のパラメータが示されている。

計算結果は、図１６～１８に示す。ＳＮ比は、ＴＭ波およびＴＥ波のいずれの偏光を選んだ場合においても、光散乱体１２が金製である場合に、最大で１０^－４程度であり、光散乱体１２がポリスチレン製である場合に、最大で１０^－５程度であった。

λ＝１０ｎｍである場合（図９および図１１参照）では、ＳＮ比は、少なくとも１０^－１であり、４５度では、１０^２を上回っていた。このことから、波長λを２６６ｎｍから１０ｎｍにすることより、集光径Λが波長λに比例すると仮定すれば、少なくとも１０^３倍のＳＮ比向上が期待できる。また、集光径Λが波長によらず同じであると仮定した場合でも、４０倍弱のＳＮ比向上が期待できることが分かる。また、入射角θ_ｉを４５°に設定すれば、さらに、１０^３倍のSN比向上が期待できる。

〔補足事項〕
本願の発明者らは、従来の光学的微粒子評価装置において、サイズが１０ｎｍレベルである微粒子（光散乱体）が検出できない理由が、ＳＮ比の悪さにあることを見出した。そこで、本願の発明者らは、ＳＮ比をよくする方法を、平滑な主面１１１上の光散乱体１２について検討した。

まず、本願の発明者らは、ＳＮ比を予測する手法を新たに考案した。
また、本願の発明者らは、入射光Ｌ_ｉの波長λを極端紫外線および軟Ｘ線領域に拡大した。そのうえで、考案したＳＮ比を予測する手法を用いて、最もＳＮ比が大きくなる条件（入射光Ｌ_ｉの波長λおよび入射角θ_ｉ）を探した。

さらに、その結果、基板１１が珪素製であり、かつ、λ＝１０ｎｍである場合、主面１１１の法線に対して入射角θ_ｉを４５°にすることで、主面１１１からの反射が極小となることが分かった。この効果は、二つの直交する直線偏光であるＴＭ波およびＴＥ波のうちＴＥ波のみで見られた。この反射率最小となる角度は、ブリュースター角として知られている。このようにして、本願の発明者らのシミュレーションで初めて、極端紫外線または軟Ｘ線領域を使えば、紫外線（たとえば、λ＝２６６ｎｍ）を上回るＳＮ比が得られることを示した。また、場合に、波長λおよび入射角θ_ｉの選択が有効であることを示した。本願の発明者らは、この知見に基づいて、θ_ｉ＝４５°で実験を行い、振幅の大きな散乱パターンが得た（第１の実施例参照）。

以上の結果から、入射角θ_ｉとしては、ＳＮ比が極大となる入射角を選択することが好ましい。なお、入射角θ_ｉとしては、ＳＮ比が極大となる入射角の代わりに、当該入射角の近傍の入射角を選択してもよい。また、入射角θ_ｉとしては、光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光の強度が極小となる入射角、または、当該極小となる入射角の近傍の入射角を選択してもよい。

なお、基板１１が珪素製であり、かつ、λ＝１０ｎｍである場合、ＳＮ比が極大となる入射角の近傍の入射角とは、ＳＮ比が極大となる入射角に対して±５°以内の範囲を指す。すなわち、４５°においてＳＮ比が極大となる場合、入射角決定工程Ｓ１３は、４０°≦θ_ｉ≦５０°の範囲内において入射角θ_ｉを決定することができる。光散乱体１２を含まない主面１１１により散乱された散乱光の強度が極小となる入射角の近傍の入射角についても同様である。

この入射角θ_ｉの算出に必要な反射強度角度分布の計算手法の一例として、厳密結合波解析が挙げられる。厳密結合波解析は、偏光および回折を考慮して計算することができるベクトル場理論の数値計算方法の一種である。厳密結合波解析の特徴としては、散乱体の内部構造を容易に考慮できる点と、散乱光角度分布が一定となる十分に遠方での解を直接計算できる点とが挙げられる。

厳密結合波解析は、原理的には対象が周期構造に限られているが、工夫することにより、孤立構造への適用が可能である。厳密結合波解析の適用方法の詳細は、Hoshino Tetsuya, Toyohiko Yatagai, and Masahide Itoh. "Precise and rapid distance measurements by scatterometry." Optics Express 20.4 (2012): 3954-3966と、Hoshino Tetsuya, et al. "Cross-sectional particle measurement in the resonance domain on the substrate through scatterometry." Optics Express 25.21 (2017): 26329-26348と、特許第６１８３８２６号公報と、これら文献の引用文献に記載がある。主面１１１上の孤立した光散乱体１２の散乱光の強度分布の反射光角度分布を計算することで、ＳＮ比を見積もることができる。ここで、主面１１１からの散乱強度は、主面１１１による正反射の角度の光の強度であるとして計算することができる。また、集光径Λは開口数による回折限界の式から、波長λに比例すると考え、３１波長であると仮定した。主面１１１からの反射は、３１λから、光散乱体１２によって遮蔽された長さを光軸に垂直な面に投影した長さ（図６に示した範囲ｘ）を除いた反射と考えることができる。珪素は半導体用基板材料として、純度が高く、主面１１１の凹凸高さが平均３ｎｍ以下まで平滑にできる。したがって、珪素は、基板１１を構成する好ましい材料の一例である。主面１１１の凹凸は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて評価することができる。

入射光Ｌ_ｉの波長は、屈折率の実部が小さく、そのことにより、珪素製の主面１１１による反射を低減できる８ｎｍ以上２０ｎｍ以下が好ましく、１２ｎｍ以上１９ｎｍ以下であることがより好ましく、１３ｎｍ以上１４ｎｍ以下であることが更に好ましい。

基板１１が珪素製である場合、入射角θ_ｉは、４５°±５°の範囲内に含まれることが好ましく、４５°±２°の範囲内に含まれることがより好ましい。

波長λを１３ｎｍ以上１４ｎｍ以下の範囲内において選択し、入射角θ_ｉを４５°±２°の範囲内において選択することによって、集光径が紫外線（たとえば２６６ｎｍ）と同じであると仮定した場合であっても、ＳＮ比を２桁以上改善することができる。

また、測定方法Ｍ１０及び制御部１０は、光散乱体１２が有機物を含む場合に好適であり、光散乱体１２における炭素の元素存在比が１％以上である場合により好適である。光散乱体１２が有機物を含む場合には、極端紫外線または軟Ｘ線の代わりに電子線または硬X線を用いて散乱光を測定することにより、光散乱体１２が破壊される可能性が高くなる（Marchesini, S., et al. "Coherent X-ray diffractive imaging: applications and limitations." Optics Express 11.19 (2003): 2344-2353参照）。

また、測定方法Ｍ１０および制御部１０においては、入射光Ｌ_ｉがＴＭ波であることが好ましい。ＴＭ波は、その偏光面が主面１１１に垂直な面内に存在する直線偏光である。なお、ＴＭ波と別の直線偏光として、ＴＥ波が挙げられる。ＴＥ波は、その偏光面がＴＭ波の偏光面に直交する直線偏光である。入射光Ｌ_ｉとしてＴＭ波を採用することによって、主面１１１からの反射率を確実に下げることができ、結果的にＳＮ比を低減できる。ＴＭ波のＴＥ波に対する比率は、１．５以上が望ましく、より好ましくは３以上である。

測定方法Ｍ１０および制御部１０は、他の光学的計測手法と比較して、主面１１１上の短径が２０ｎｍ以下の孤立した光散乱体１２を計測する用途に好適である。短径が１０ｎｍ以下の孤立した光散乱体１２においては、バックグラウンドからの散乱（すなわち主面１１１からの産卵）が大きくなることから、より好適である。

また、本実施形態の測定装置は、波長分布が２ｎｍ以下の半値全幅を持つ入射光Ｌ_ｉを生成する光源、を入射光Ｌ_ｉの減衰を抑える真空光学系、入射光Ｌ_ｉの集光手段、光散乱体１２と光散乱体を載せる基板１１、光散乱体１２と入射光Ｌ_ｉの集光点の相対位置を１０μｍ以下の精度で５０ｍｍ角以上の範囲を走査する走査手段、光散乱体１２の載った基板１１の主面１１１に対する入射光Ｌ_ｉの入射角θ_ｉを４０°以上９０°未満にできる基板の取り付け治具、散乱光Ｌ_ｄが中を通過できる筐体、光散乱体１２と散乱光Ｌ_ｄの集光素子（たとえばゾーンプレートＺＰ）との相対位置を１０μｍ以下の精度で制御する手段、および、光散乱体１２の散乱光Ｌ_ｄを少なくとも中心角度±０．０５°の範囲で計測可能な集光素子（たとえばゾーンプレートＺＰ）、高感度な受光素子（たとえば、ＣＣＤカメラやＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）や、光電子増倍管など）を有する。受光素子は、高感度なものが、微粒子を検出する際に広い面積を観測するのに必要な高速計測には適している。また、角度分解能が計測した角度範囲の１４分の１以下である受光素子のほうが、散乱光角度分布を計測し、形状を評価する目的には好ましい。

入射光Ｌ_ｉの波長分布を小さくすることで、散乱強度角度分布（散乱パターン）のピークをシャープにし、ＳＮ比を上げることができる。また、集光素子による結像も容易になる。光散乱体１２と集光点との位置を精度良く制御することで、実験の再現性を上げることができる。散乱光Ｌ_ｄの集光の範囲を広くとることで、検出の感度を上げることができる。計測の角度分解能を上げることで、光散乱体１２の構造を推測する場合における精度を上げることができる（Hoshino Tetsuya, et al. "High accuracy cross-sectional shape analysis by coherent soft x-ray diffraction." Applied Optics 59.28 (2020): 8661-8667参照）。

〔測定方法および測定装置の変形例〕
図３に示した測定方法Ｍ１０および図４に示した制御部１０の各々の一変形例である測定方法Ｍ２０および制御部２０について、図１９～図２３を参照して説明する。図１９は、測定方法Ｍ２０のフローチャートである。図２０は、制御部２０のブロック図である。図２１は、図１９に示した測定工程Ｓ２４および図２０に示した測定部Ｃ２４において用いる散乱パターンを取得する構成の模式図である。図２２の（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、図１９に示したシミュレーション工程Ｓ２５および図２０に示したシミュレーション部Ｃ２５において用いるモデルの斜視図および側面図である。図２３は、入射光Ｌ_ｉの波長λが１０ｎｍである場合に、測定工程Ｓ２４および測定部Ｃ２４において測定した散乱光の強度の回折散乱角度依存性と、シミュレーション工程Ｓ２５およびシミュレーション部Ｃ２５においてシミュレーションした散乱光の強度の回折散乱角度依存性とを示すグラフである。図２４は、入射光Ｌ_ｉの波長λが１２ｎｍである場合に、測定工程Ｓ２４および測定部Ｃ２４において測定した散乱光の強度の回折散乱角度依存性を示すグラフである。

＜測定方法＞
図１９に示すように、測定方法Ｍ２０は、第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１と、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２と、入射角決定工程Ｓ１３と、測定工程Ｓ２４と、シミュレーション工程Ｓ２５と、推測工程Ｓ２６と、を含んでいる。

測定方法Ｍ２０の第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２、および、入射角決定工程Ｓ１３の各々は、それぞれ、測定方法Ｍ１０の第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２、および、入射角決定工程Ｓ１３と同じ工程である。したがって、本変形例では、これらの工程の説明を省略する。

＜測定工程＞
測定工程Ｓ２４は、入射角決定工程Ｓ１３により決定された入射角θ_ｉで入射光Ｌ_ｉを主面１１１に対して照射し、主面１１１により散乱された散乱光Ｌ_ｄの強度の回折散乱角度依存性を測定する工程である。散乱光Ｌ_ｄの強度の回折散乱角度依存性は、散乱光Ｌ_ｄの散乱パターンとも呼ばれる。

なお、散乱光Ｌ_ｄの散乱パターンは、図２１に示すように、ＣＣＤカメラＣを用いて測定することができる。なお、本変形例においては、光散乱体１２ａとして、ストライプ状のフォトレジストを用いる（図２２参照）。光散乱体１２ａにおいて、ストライプ状に延伸されている方向（長辺に沿った方向）に直交する方向（短辺に沿った方向）の長さを幅ｗとし、主面１１１からの高さ（厚み）を高さｈとする（図２２の（ａ）参照）。また、入射光Ｌ_ｉの主面１１１に対する入射角をθ_ｉとし、散乱光Ｌ_ｄの主面１１１に対する出射角をθ_ｄとする（図２２の（ｂ）参照）。

＜シミュレーション工程＞
シミュレーション工程Ｓ２５は、１又は複数のパラメータにより規定される所定の構造をモデルとして用いて散乱光Ｌ_ｄの回折散乱角度依存性（すなわち散乱パターン）をシミュレーションする工程である。本変形例においては、光散乱体１２ａの幅ｗおよび高さｈをパラメータとする図２２の構造をモデルとして用いて散乱パターンをシミュレーションする。なお、シミュレーション工程Ｓ２５において用いる所定の構造は、図２２に示す構造に限定されず、適宜定めることができる。したがって、当該構造を規定する１又は複数のパラメータも、幅ｗおよび高さｈに限定されず、適宜定めることができる。

＜推測工程＞
推測工程Ｓ２６は、測定工程Ｓ２４により測定された散乱パターンを、シミュレーション工程Ｓ２５により得られた散乱パターンのシミュレーション結果を用いて近似することによって、モデルにおける１又は複数のパラメータ（本変形例においては、幅ｗおよび高さｈ）を推測する工程である。

＜測定方法の組み合わせ＞
測定方法Ｍ１０では、その測定工程Ｓ１４において、図２の（ｂ）に示した構成を用いて、主面１１１により散乱された散乱光の強度分布を測定し、主面１１１の像を取得する。その結果、主面１１１の像を用いて光散乱体１２の有無、および、主面１１１における光散乱体１２の位置を判定することができる。測定方法Ｍ１０は、測定方法Ｍ２０と比較して、高速に実施することができる。したがって、主面１１１を広範囲に走査し、主面１１１に光散乱体１２が含まれているか否か、および、主面１１１に光散乱体１２が含まれている場合、その位置を特定する場合に好適に利用できる。

一方、測定方法Ｍ２０では、その測定工程Ｓ２４において、図２１に示した構成を用いて、主面１１１により散乱された散乱光の散乱パターンを取得する。そのうえで、推測工程Ｓ２６において、散乱パターンの測定結果を散乱パターンのシミュレーション結果を用いて近似することによって、所定の構造を推測することができる。したがって、測定方法Ｍ２０は、光散乱体１２の位置が特定されている場合（例えば、測定方法Ｍ１０を実施することにより光散乱体１２の位置が特定されている場合）において、光散乱体１２の構造を推測するために好適に利用できる。

本発明の一態様においては、このように、測定方法Ｍ１０と測定方法Ｍ２０とを組み合わせて用いることができる。当然のことながら、本発明の一態様においては、制御部１０と制御部２０とを組み合わせて用いることができる。

＜コンピュータによる実施＞
測定方法Ｍ１０の場合と同様に、測定方法Ｍ２０に含まれる第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２、入射角決定工程Ｓ１３、測定工程Ｓ２４、シミュレーション工程Ｓ２５、および、推測工程Ｓ２６の各工程は、本実施形態の測定装置が備えているコンピュータを用いて実施することが好ましい。

この場合、コンピュータの制御部は、図２０に示すように、第１の入射角依存性取得部Ｃ１１、第２の入射角依存性取得部Ｃ１２、入射角決定部Ｃ１３、測定部Ｃ２４、シミュレーション部Ｃ２５、および、推測部Ｃ２６を備えている。第１の入射角依存性取得部Ｃ１１、第２の入射角依存性取得部Ｃ１２、入射角決定部Ｃ１３、測定部Ｃ２４、シミュレーション部Ｃ２５、および、推測部Ｃ２６の各々は、それぞれ、第１の入射角依存性取得工程Ｓ１１、第２の入射角依存性取得工程Ｓ１２、入射角決定工程Ｓ１３、測定工程Ｓ２４、シミュレーション工程Ｓ２５、および、推測工程Ｓ２６を実施する。したがって、ここでは、これらの各部の機能については、説明を省略する。

このように、制御部２０に含まれる各部は、ソフトウェアによって実現してもよい。この点については、制御部１０と同様なので、本変形例では、記載を省略する。

〔第２の実施例〕
ストライプ状である光散乱体１２ａが珪素製の基板１１の主面１１１上に設けられた試料を、フォトレジストを用いて作製した。なお、フォトレジストとしては、ＺＥＰ５２０Ａ（日本ゼオン株式会社製）を用い、フォトレジストのパターニングには、電子線フォトリソグラフィーを用いた。

具体的には、２ｃｍ角のシリコンウエハにフォトレジストをスピンコートし、１８０℃において３分間プリベークした。ＥＬＳ－Ｆ１３０ＡＮ（エリオニクス製）を用いて、光散乱体１２ａのパターンを電子線描画した。現像をＺＥＤ－Ｎ５０（日本ゼオン株式会社製）で９０秒間、リンスをＺＭＤ－Ｂで１０秒間行い、エアブローして試料とした。

作製した光散乱体１２ａの形状は、あらかじめ、原子間力顕微鏡を用いて評価した。ストライプ状の光散乱体１２ａは、２０μｍ間隔で周期的に並んでいる。ただし、この間隔は、入射光Ｌ_ｉの波長λ（１０ｎｍまたは１２ｎｍ）に比べて十分大きい。そのため、本変形例において用いた光散乱体１２ａは、光学的に独立した光散乱体として扱うことができる（Hoshino Tetsuya, Toyohiko Yatagai, and Masahide Itoh. "Precise and rapid distance measurements by scatterometry." Optics Express, 20.4 (2012): 3954-3966.参照）。

入射光Ｌ_ｉについては、上述したように放射光を用い、回折格子を用いて波長選択をした。入射光側の上流域での真空度が下がらないように工夫している。試料直前までの入射光の光学系詳細は、Hoshino Tetsuya, et al. "High accuracy cross-sectional shape analysis by coherent soft x-ray diffraction." Applied Optics 59.28 (2020): 8661-8667、および、その引用文献に記載がある。

幅ｗおよび高さｈをパラメータとして、散乱パターンのピークや谷の角度を基準に計算結果と実験結果とを比較し、その誤差が最小になるようにフィッティングを行うことで、光散乱体１２ａのサイズおよび断面形状を見積もることができる（上述した"High accuracy cross-sectional shape analysis by coherent soft x-ray diffraction."参照）。

波長λがλ＝１０ｎｍである場合、および、λ＝１２ｎｍである場合の散乱パターンの実験結果を、それぞれ、図２３および図２４に示した。主面１１１とＣＣＤカメラＣとの距離は、１９８ｍｍである。ＣＣＤカメラＣの画素は、５１２列×５１２行である。また、１画素のサイズは、２４μｍである。また、本変形例においては、入射角θ_ｉとして、θ_ｉ＝４５°を採用した。

図２３に付した矢印は、パラメータである幅ｗおよび高さｈを推測する基準として使う角度に付してある。計算と実験を比較すると、実験のほうが、散乱パターンにおけるサイドピークの変動が小さくなっている。これは、バックグラウンドの影響（主面１１１からの反射）によるものと考えられる。主面１１１の反射の影響がない格子の柱の透過計測では、実験と計算のサイドピークの変動量にそれほど大きな違いがないことが分かっている（Hoshino Tetsuya, et al. "Cross-sectional particle measurement in the resonance domain on the substrate through scatterometry." Optics Express 25.21 (2017): 26329-26348参照）。λ＝１０ｎｍである場合とλ＝１２ｎｍである場合との結果を比較すると、１２nmの方が散乱強度の変動が明瞭となっている。バックグラウンドのノイズがあると、散乱光角度分布の干渉による周期的変調成分の割合が減少し、変動が浅くなる。したがって、λ＝１０ｎｍ，１２ｎｍの２つの場合と比較した場合、λ＝１２ｎｍの方が、主面１１１由来のバックグラウンドの影響をより小さくできることが分かった。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

Ｍ１０，Ｍ２０ 測定方法
Ｓ１１ 第１の入射角依存性取得工程
Ｓ１２ 第２の入射角依存性取得工程
Ｓ１３ 入射角決定工程
Ｓ１４，２４ 測定工程
Ｓ２５ シミュレーション工程
Ｓ２６ 推測工程
１０，２０ 制御部
Ｃ１１ 第１の入射角依存性取得部
Ｃ１２ 第２の入射角依存性取得部
Ｃ１３ 入射角決定部
Ｃ１４，２４ 測定部
Ｃ２５ シミュレーション部
Ｃ２６ 推測部

Claims (17)

1. 軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性に応じて入射角を決定する入射角決定工程と、
   前記入射角決定工程により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定工程と、を含む、
   ことを特徴とする測定方法。
2. 前記入射角決定工程は、前記入射角依存性において、光散乱体を含まない前記平滑面により散乱された前記散乱光の強度が極小となる入射角、または、当該極小となる入射角の近傍の入射角を前記入射光の前記入射角とする、
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
3. 前記入射角決定工程は、光散乱体を含まない前記平滑面により散乱された前記散乱光の強度に対する、光散乱体を含む平滑面により散乱された散乱光の強度の比の入射角依存性に応じて前記入射光の前記入射角を決定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定方法。
4. 前記入射角決定工程は、前記比の入射角依存性において、前記比が極大となる入射角、または、当該極大となる入射角の近傍の入射角を前記入射光の前記入射角とする、
   ことを特徴とする請求項３に記載の測定方法。
5. 前記光散乱体は、有機物を含む、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の測定方法。
6. 前記光散乱体における炭素の元素存在比は、１％以上である、
   ことを特徴とする請求項５に記載の測定方法。
7. 軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、平滑面の散乱におけるブリュースター角、または、当該ブリュースター角の近傍の角度を前記入射光の入射角として決定する入射角決定工程と、
   前記入射角決定工程により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定工程と、を含む、
   ことを特徴とする測定方法。
8. 前記平滑面は、半導体基板の主面である、
   ことを特徴とする請求項１～７の何れか１項に記載の測定方法。
9. 半導体基板は、珪素により構成されている、
   ことを特徴とする請求項８に記載の測定方法。
10. 前記入射角は、４５°±５°の範囲に含まれている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の測定方法。
11. 前記入射光は、ＴＭ波である、
    ことを特徴とする請求項１～１０の何れか１項に記載の測定方法。
12. 前記入射光の波長は、８ｎｍ以上２０ｎｍ以下の範囲に含まれている、
    ことを特徴とする請求項１～１１の何れか１項に記載の測定方法。
13. 前記測定工程は、前記入射角決定工程により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度の回折散乱角度依存性を測定し、
    １又は複数のパラメータにより規定される所定の構造をモデルとして用いて前記回折散乱角度依存性をシミュレーションするシミュレーション工程と、
    前記回折散乱角度依存性の測定結果を、前記回折散乱角度依存性のシミュレーション結果を用いて近似することによって前記所定の構造の前記１又は複数のパラメータを推測する推測工程と、を更に含んでいる、
    ことを特徴とする請求項１～１２の何れか１項に記載の測定方法。
14. 前記測定工程は、前記平滑面により散乱された散乱光の強度分布であって、前記平滑面の像に対応する散乱光の強度分布を測定する、
    ことを特徴とする請求項１～１２の何れか１項に記載の測定方法。
15. 軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、光散乱体を含まない平滑面により散乱された散乱光の強度の入射角依存性に応じて入射角を決定する入射角決定部と、
    前記入射角決定部により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定部と、を備えている、
    ことを特徴とする測定装置。
16. 軟Ｘ線または極端紫外線を入射光として、平滑面の散乱におけるブリュースター角、または、当該ブリュースター角の近傍の角度を前記入射光の入射角として決定する入射角決定部と、
    前記入射角決定部により決定された入射角で前記入射光を平滑面に対して照射し、当該平滑面により散乱された散乱光の強度を測定する測定部と、を備えている
    ことを特徴とする測定装置。
17. 請求項１５または１６に記載の測定装置としてコンピュータを機能させるための測定プログラムであって、前記入射角決定部および前記測定部としてコンピュータを機能させるための測定プログラム。

Images