JPH10132655A

JPH10132655A - 光パターンの測定方法及び測定装置

Info

Publication number: JPH10132655A
Application number: JP8292847A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Hisa; 義浩久
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1996-11-05
Publication date: 1998-05-22
Anticipated expiration: 2016-11-05
Also published as: JP3497959B2

Abstract

(57)【要約】【課題】短波長の光の干渉によるパターンをシミュレ
ーションやフォトレジスト焼き付けによらず、実時間で
精度よく測定する。【解決手段】表面側にＰＮ接合を形成する半導体層１
２に、測定対象である光２０を照射するとともに、該半
導体層１２の表面に電子ビーム２２を走査しながら照射
し、このとき半導体層１２の表面から放出される２次電
子２１を光電子倍増管１５により検出し、半導体層１２
の光照射部と光非照射部とで異なる２次電子の放出量に
基づいて、光パターンを２次電子の放出パターンとして
計測する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光パターンの測定
方法及び測定装置に関し、特に光の照射パターンを電子
線を用いて測定する方法、及び表面近傍にＰＮ接合面を
有する半導体層に、測定対象である光を照射するととも
に、該半導体層の表面に電子線を照射して、該光の照射
パターンを測定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トランジスタや集積回路等の半導体素子
の製造において、集積度を高めるためには、半導体素子
上の回路のパターンサイズを小さくする必要がある。回
路パターンの形成に当たっては、光の干渉を用いること
で、光の波長程度または波長以下のパターンサイズを得
ることが行われるが、この光について現状では、ｉ線
（波長３６５ｎｍ）が用いられる。

【０００３】近年及び今後の傾向については、さらに半
導体素子の集積度を上げることが要望される。このた
め、パターンサイズが照射する光の波長に依存すること
から、より波長の短い光を用いてパターンサイズの小さ
い回路を形成する方向で研究開発が行われている。

【０００４】ＵＶ域の光を用い、かつ光の干渉を利用す
る露光方法では、その結像面では所望の光のパターンが
得られるが、このパターンは、光の波長より小さなた
め、実時間（リアルタイム）で測定することはできな
い。従って、光学技術を用いたシミュレーションで光パ
ターンを予想したり、フォトレジストに光パターンを焼
き付けることにより、光のパターンの形状を予想するこ
とが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
光学的シミュレーションでは、露光装置の照射光の形状
を変えたり、パターン形成のために用いるフォトマスク
上に種々の位相シフト部を設けたり、さらに、投影レン
ズの特性を変えたりするので、これらがシミュレーショ
ンの変動要因となって、結像面の光のパターンを確実に
シミュレーションすることが困難である。

【０００６】また、フォトレジストにその光のパターン
を焼き付ける方法においても、フォトレジスト自体の焼
き付け及び現像の特性を確実に知ることは不可能なた
め、実際の光パターン形状の予想値に誤差を生じてしま
う。

【０００７】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
のであり、光の照射パターンを実時間で迅速かつ確実に
測定できる光パターンの測定方法及び測定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る光パターンの測定方法は、光の照射
パターンを電子線を用いて測定する方法であって、測定
対象である光を、表面近傍にＰＮ接合面を形成した半導
体層に照射するとともに、該半導体層の表面に電子線を
走査しながら照射し、この状態で半導体層表面から放出
される２次電子を検出し、該半導体層表面の光照射部か
ら放出される２次電子の検出量と、その光非照射部から
放出される２次電子の検出量との差に基づいて、該光照
射部からの２次電子の放出パターンを上記測定対象であ
る光の照射パターンとして測定するものである。

【０００９】また、請求項２に係る光パターンの測定方
法は、請求項１に記載の測定方法において、上記半導体
層は、その表面部分がｎ領域及びｐ領域の一方からな
り、その表面部分以外のバルク部がｎ領域及びｐ領域の
他方からなり、該半導体層の表面部分を構成するｎ領域
あるいはｐ領域は、複数の小領域に分割されているもの
である。

【００１０】また、請求項３に係る光パターンの測定方
法は、請求項２に記載の測定方法において、上記半導体
層は、転写技術を用いて半導体層表面上にエッチングマ
スクを形成する処理、及び該エッチングマスクを用いて
半導体層表面を選択的にエッチングする処理により、そ
の表面部分を複数の小領域に分割したものである。

【００１１】また、請求項４に係る光パターンの測定方
法は、請求項２に記載の測定方法において、上記半導体
層は、所定の導電型を有する半導体層の表面上に半導体
物質を堆積して、その表面に同一導電型の複数の粒状突
起を形成する処理、及び該粒状突起の表面部分の導電型
を反転させる処理により、その表面部分を複数の小領域
に分割したものである。

【００１２】また、請求項５に係る光パターンの測定装
置は、表面近傍にＰＮ接合面を有する半導体層に、測定
対象である光を照射するとともに、該半導体層の表面に
電子線を照射して、該光の照射パターンを測定する装置
であって、該半導体層の表面に、電子線を走査しながら
照射する電子線照射手段と、上記電子線の照射により半
導体層表面から放出される２次電子を検出する２次電子
検出手段と、該半導体層表面の光照射部から放出された
２次電子の検出量と、その光非照射部から放出された２
次電子の検出量との差に基づいて該２次電子の放出パタ
ーンを解析し、上記測定対象である光の照射パターンを
２次電子像として得るパターン解析手段とを備えたもの
である。

【００１３】また、請求項６に係る光パターンの測定装
置は、請求項５に記載の光パターンの測定装置におい
て、上記電子線照射手段は、電子線を上記半導体層の表
面と垂直な方向に出射し、該出射された電子線を上記半
導体層に照射するものである。

【００１４】また、請求項７に係る光パターンの測定装
置は、請求項５に記載の光パターンの測定装置におい
て、上記電子線照射手段は、電子線を上記半導体層の表
面と平行な方向に出射し、該出射された電子線を上記半
導体層に照射するものである。

【００１５】また、請求項８に係る光パターンの測定装
置は、請求項５ないし７のいずれかに記載の光パターン
の測定装置において、上記半導体層として、透明板の一
方の面上に形成した、表面近傍にＰＮ接合面を有する半
導体層を用い、上記測定対象である光を、該透明板の他
方の面上から半導体層に照射するよう構成したものであ
る。

【００１６】また、請求項９に係る光パターンの測定装
置は、請求項５ないし７のいずれかに記載の光パターン
の測定装置において、上記測定対象である光を、上記半
導体層の電子線が照射される表面上に照射するよう構成
したものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、本発明の実施の形態１による光
パターンの測定方法を説明するための図である。図１
(a) は、測定対象である光の、ＰＮ接合を形成した半導
体層への照射の状態を示す図である。図において、１
は、光の照射パターンの測定に用いる、表面近傍にＰＮ
接合面を有する半導体層であり、その表面部がｐ領域２
から、その表面部以外のバルク部がｎ領域３から構成さ
れている。

【００１８】図１(b) は、上記半導体層１の光非照射領
域におけるエネルギーバンド構造を示す図、図１(c)
は、上記半導体層１の光照射領域におけるエネルギーバ
ンド構造を示す図である。

【００１９】次に光パターンの測定方法について説明す
る。図１(a) に示すように、ＰＮ接合を形成した半導体
層１に、光パターンを有する光を照射すると、半導体の
禁制帯幅より大きいエネルギーを持つ光子は、半導体内
で電子−正孔対を生成する。このときＰＮ接合の空乏層
内で生成した電子−正孔対はＰＮ接合の電位によりドリ
フトし、順方向電流を発生させる。これによりＰＮ接合
に電位差が生じる。

【００２０】すなわち、図１(b) に示すように、光非照
射部では、ｐ領域とｎ領域との間でフェルミ準位の差
（ＥFn−ＥFp）は生じていないが、図１(c) に示すよう
に、光照射部では、ｐ領域とｎ領域との間でフェルミ準
位の差（ＥFn−ＥFp）が生じており、このため、光照射
部のｐ領域は、他の部分に比べてＶF （＝ＥFn−ＥFp）
（Ｖ）だけ電位が異なっている。このように光パターン
が照射され、その照射された部分が部分的に電位の異な
ることとなった半導体層に対して、電子ビームを走査す
ると、光照射部と光非照射部とでは、異なる量の２次電
子が放出されることとなる。このため、電子ビームの走
査により半導体層の表面から放出される２次電子を検出
し、その放出パターンを解析することにより、照射した
光のパターンを２次電子パターンとしてとらえることが
できる。

【００２１】本測定方法の有効性を検証するために、光
照射により発生する電位差を見積もってみると、光の照
射により単位時間（ｓｅｃ）に発生する、単位面積（ｃ
ｍ²）内でのキャリア数は、

【００２２】

【数１】

【００２３】一方、半導体層をＳｉで形成した場合、単
位体積（ｃｍ^-3）換算の空乏層内で再結合するキャリア
数は、

【００２４】

【数２】

【００２５】となる。電極を設けないＰＮ接合において
は、光照射により発生するキャリア数と空乏層内で再結
合するキャリア数とがほぼ等しくなるはずであり、

【００２６】

【数３】

【００２７】が成り立つ。〔１〕，〔２〕，〔３〕式よ
り、ＰＮ接合に係るバイアスＶF は、

【００２８】

【数４】

【００２９】となる。例えば、光照射により空乏層内で
発生するキャリア数を全照射光量の１割、すなわち量子
効率η＝０．１とし、照射光パワーＩ＝０．５（ｗ／ｃ
ｍ²），光の波長λ＝０．３６４（μｍ），ライフタイ
ムτ＝５×１０¹¹（ｓｅｃ），ｎ側多数キャリア濃度Ｎ
＝１×１０¹⁸（ｃｍ^-3），ｐ側多数キャリア濃度Ｐ＝１
×１０¹⁸（ｃｍ^-3），真性キャリア濃度ｎ_i１．４５×
１０¹⁰，空乏層幅Ｗｐ＝０．００００１（ｃｍ）とする
と、ＶF は０．６３（Ｖ）となり、電子ビームを照射し
たときに放出される２次電子量の変化を十分認識できる
値である。

【００３０】このように、本発明の実施の形態１による
光パターンの測定方法では、ＰＮ接合を形成した半導体
層１に、測定対象である光を照射し、さらに半導体層１
上で電子ビームの走査を行い、光照射部及び光非照射部
からの２次電子の放出量に基づいて、光照射部からの２
次電子の放出パターンを上記照射した光パターンとして
とらえるので、従来のようにシミュレーションやフォト
レジストへの焼き付けという手法によらず、測定対象で
ある光の照射パターンを、光の照射状態で、つまり実時
間（リアルタイム）で測定することができる。

【００３１】なお、本実施の形態１では、半導体層のバ
ルク部をｎ型、その表面部をｐ型にしているが、バルク
部をｐ型、その表面部をｎ型としていてもよい。この点
は以下の実施の形態でも同様である。

【００３２】実施の形態２．次に、実施の形態２による
光パターンの測定方法を説明する。まず、本実施の形態
２の説明に当たって、実施の形態１による測定方法にお
ける分解能について考察する。図２は、実施の形態１に
よる測定方法の画像分解能を説明するための斜視図であ
り、上記半導体層のｐ領域（表面部）を示している。図
において、２は図１(a) の半導体層１のｐ領域である。

【００３３】実施の形態１の画像分解能について考える
と、まず２次電子を放出させるのに用いる電子ビームの
ビーム径としては、数ｎｍφ程度が容易に得られる。こ
のビーム径は十分に小さなものであるので、照射光パタ
ーンの形状識別能力は、半導体層の表面部であるｐ領域
２での電位分布の状態に依存する。

【００３４】まずバルク側のｎ領域については、全領域
が同電位であるとする。照射光が当たっている部分のｐ
領域と、バルク部（ｎ領域）との間には、実施の形態１
で説明した、〔４〕式に示す電位差ＶF が発生してい
る。さらに、光照射部のｐ領域では、光電変換した分の
正孔（多数キャリア）が光非照射部に比べて多くなって
いる。この余剰分の多数キャリアは、周辺部に拡散して
いき、これによって電位の傾きが生ずる。なお、光照射
部から十分遠く離れた部分はＧＮＤ電位になっている。

【００３５】図２に示すように、厚みｄのｐ領域２の半
径ａの部分に光が照射され、半径ａの円上の位置では、
上記ＧＮＤ電位である半径∞の位置の部分よりも、０．
５（Ｖ）電位が高くなっているとする。また簡単に電位
を見積もるために、電流は横方向にのみ広がると仮定す
ると、この場合の電界Ｅは、〔５〕式に示すように、

【００３６】

【数５】

【００３７】となる。これより半径ｒの点について電位
Ｖｒは、下記の〔６〕式より〔７〕式で示すようにな
る。

【００３８】

【数６】

【００３９】

【数７】

【００４０】この〔７〕式より、半径ｂの等電位面の電
位Ｖｂを求めると、下記の〔８〕式で示すように、

【００４１】

【数８】

【００４２】となる。上記ｐ領域２における半径ａの円
上部分の電位Ｖａを０．５（Ｖ）、半径ａを０．０００
０５（ｃｍ）とし、ｂを０．０００１（ｃｍ）とする
と、半径ｂの円上部分の電位Ｖｂは０．４６（Ｖ）とな
り、Ｖａに対し８％電位が低下する。従って、光パター
ンの測定では、この電位差に起因する２次電子の放出量
の差を検知すればよい。

【００４３】但し、外来ノイズの影響等の影響で、半径
ｂの円上部分での電位が、半径ａの円上部分の電位Ｖａ
に対して、例えば１／１０まで小さくならないと、２次
電子の放出量を明確な違いとして検出できない場合、こ
の場合の半径ｂは０．３７（ｃｍ）と非常に大きいもの
となってしまう。

【００４４】そこで、本実施の形態２では、このような
点に対する対策として、半導体層を、その表面部（ｐ領
域）をできるだけ細かく分割した構造としている。

【００４５】図３は本実施の形態２による測定方法に用
いる、ＰＮ接合を形成した半導体層の構造を示す斜視図
である。図において、１ａはＰＮ接合を形成した半導体
層であり、その表面部を構成するｐ領域２が複数の小領
域２ａに分割されている。なお、３はｎ領域からなるバ
ルク部である。

【００４６】このような構成の半導体層１ａでは、光が
照射される半導体層表面のｐ領域が小領域２ａに分割さ
れているため、光電変換された正孔の拡散は個々の小領
域２ａ内に止まることとなる。このため、光照射部に対
して上記小領域が十分小さいものである場合、分解能は
小領域の大きさに依存することとなり、ｐ領域を小さく
分割すればするほど分解能が向上する。この結果、光照
射部と光非照射部との境界、つまり光照射部のエッジの
輪郭が明確になる。

【００４７】次に、本実施の形態２で用いる半導体層の
製造方法について説明する。まず、ｎ基板の表面をイオ
ン注入等でＰ型に反転させて、ｐ領域からなる表面部を
形成する。次にＥＢ直描法等を用いて、上記小領域に対
応したパターンを有するレジスト膜を形成し、これをマ
スクとして上記表面部２をエッチングして、この表面部
２を多数の小領域２ａに分割する。これにより、図３に
示す構造の半導体層の構造が容易に得られる。なお、Ｅ
Ｂ直描を用いた場合は、一辺が０．０５μｍの正方形形
状の小領域２ａを得ることができる。

【００４８】このように、本発明の実施の形態２では、
測定対象である光を照射する、ＰＮ接合を有する半導体
層を、その表面のｐ領域を多数の小領域２ａに分割した
構造としたので、上記実施の形態１における光の照射パ
ターンを実時間で測定できるという効果に加えて、光の
照射パターンの分解能を高めることができる効果があ
る。

【００４９】実施の形態３．図４は本発明の実施の形態
３による光パターンの測定方法を説明するための図であ
り、この方法で用いる半導体層の構造及び製造方法を示
している。実施の形態２では、ＰＮ接合を有する半導体
層として、その表面のｐ領域を、ＥＢ直描等の転写技術
を用いた処理により多数の小領域に分割したものを用い
ているが、この場合、上記小領域の大きさは、一辺が
０．０５μｍ程度の正方形形状となっており、上記転写
技術によってはさらにｐ領域を小さく分割するのは困難
である。

【００５０】そこで、本実施の形態３では、ＰＮ接合を
有する半導体層として、その表面部を、転写技術によら
ず、実施の形態２のものよりもさらに小さな小領域に分
割したものを用いている。

【００５１】以下、このような半導体層の形成方法につ
いて説明する。図４(a) に示すように、例えばＰ−Ｓｉ
基板に数十ｎｍ程度の非常に薄いＳｉの蒸着を行うと、
蒸着条件によって、図４(b) に示すようなＳｉからなる
島状突起部５が形成される。この島状突起部５をＰの気
相拡散等でＰ型にし、次に弱い注入エネルギーでＢをイ
オン注入すると、図４(c) に示すように、島状突起部５
の表面部分の導電型がｎ型に反転し、その表面に反転領
域６が形成される。

【００５２】この方法によって得られる小領域の大きさ
は直径１０ｎｍφ程度までと、実施の形態２による転写
技術を用いるものに比べて非常に小さくできる。従っ
て、本実施の形態３による半導体層を用いた、光パター
ンの測定方法では、実施の形態２による場合と比較し
て、さらに画像分解能を向上することが可能となる。

【００５３】このように、本発明の実施の形態３では、
ＰＮ接合を形成した半導体層として、蒸着法等の半導体
物質の堆積により、半導体層の表面に島状突起部を形成
し、それぞれの島状突起部の上部にＰＮ接合を形成した
ので、数十ｎｍ程度の分割されたＰＮ接合を得ることが
でき、画像分解能を更に向上することができる。

【００５４】なお、本実施の形態３では、半導体にＳｉ
を用いて説明しているが他の材料を用いても良い。特
に、禁制帯幅の大きい半導体を用いるほど光照射による
ＶF は大きくなるため、２次電子の放出量の差が大きく
なり、精度の高い画像パターンが得られる。この点は他
の実施の形態においても同様である。

【００５５】また、本実施の形態３では、蒸着法によっ
て島状突起部を形成したが、上記島状突起部の形成方法
は、スパッタ法、気相成長法等の、粒子状の半導体物質
を基板表面に付着させるものであればよく、これらの場
合も上記実施の形態と同様の表面構造を有する半導体層
を得ることが可能である。いずれもの半導体物質の付着
量が多い場合には、基板上に半導体物質からなる膜が形
成されるが、付着量が適当であれば、付着物が膜を形成
する以前の粒子状の付着状態を実現することができる。

【００５６】実施の形態４．図５は、本発明の実施の形
態４による光パターンの測定装置を示す図である。図に
おいて、１１は透明なガラス板であり、片面に半導体層
１２を有するものであって、該ガラス板１１の、半導体
層１２と反対側の面から測定対象である光２０を入射さ
れる。１３は電子銃であって、電子ビーム２２を半導体
層１２の表面に向けてこれと垂直な方向に発射するもの
である。１４は偏向レンズであって、上記電子銃１３か
ら発射された電子ビーム２２を上記半導体層１２の光照
射面及び光非照射面を走査するように偏向するものであ
る。１５は光電子増倍管であり、電子ビーム２２の走査
によって、半導体層１２から放出された２次電子２１を
検出するものである。１６はパターン解析手段であっ
て、放出された２次電子２１の検出量に基づいて、２次
電子の放出パターンの解析を行って、光の照射パターン
を得るものである。

【００５７】本実施の形態４による測定装置では、図５
に示すように、透明のガラス板１１の片面に、半導体層
として、実施の形態３で説明した、図４(c) に示す表面
構造を有するＳｉの薄膜１２を形成しておく。また光が
ＰＮ接合部まで十分到達できるように、Ｓｉ薄膜の厚み
は１μｍ程度としておく。ガラス板１１のＳｉ薄膜１２
側は、真空状態にしておく。

【００５８】本実施の形態４による測定装置における、
光パターン測定の際の動作は以下の通りである。ガラス
板１１に対して、Ｓｉ薄膜１２の形成されていない側か
ら光束２０をあてる。電子銃１３より発生させた電子ビ
ーム２２を偏向レンズ１４によって光束のあたっている
Ｓｉ薄膜１２上に走査して、２次電子２１を生じさせ
る。出てきた２次電子２１を光電子増倍管１５で受け、
検出した２次電子のパターンをパターン解析手段１６で
解析することで、２次電子パターンとして光パターンの
測定がなされる。

【００５９】本実施の形態４による測定装置では、表面
が十分小さな小領域に分割された半導体層１２を用いる
ので、分解能は電子ビームのスポットサイズに依存する
こととなり、２ｎｍφ程度が容易に得られる。又、測定
については１フレームの画像が１秒以内に得られ、迅速
な測定が可能である。

【００６０】この光パターンの測定装置では、片面に半
導体層１２を有する透明板１１に、半導体層１２と反対
の面から測定対象である光を照射するとともに、電子銃
１３から発射した電子ビーム２２を偏向レンズ１４によ
り半導体層１２の表面に走査させる。このとき半導体層
の表面から放出した２次電子２１を光電子増倍管１５に
よって検出し、その検出出力をパターン解析手段１６で
解析する。この解析により、上記照射した光パターンを
２次電子像としてとらえる。

【００６１】この実施の形態４では、図５に示すよう
に、光束２０の光束軸に対してほぼ平行に電子ビーム２
２を半導体層表面に当てているため、装置の厚みＳが厚
くなるものの、電子ビームを精度良く走査でき、光の照
射パターンを２次電子像として高精度で測定できる。

【００６２】実施の形態５．図６は、本発明の実施の形
態５による光パターンの測定装置を示す図である。図中
の符号は実施の形態４と同じであり、説明を省略する。
本実施の形態５による測定装置では、図６に示すよう
に、電子銃（図示せず）からは電子ビーム２２が半導体
層１２と平行な方向に発射されるようになっている点が
上記実施の形態４と異なる。

【００６３】この測定装置では、電子ビーム２２が半導
体層１２と平行な方向に発射され、これが偏光レンズ１
４により偏向されて、半導体層１２の表面には、斜め横
方向から電子ビームが当てられることとなる。測定に際
しての動作はこの点を除いて実施の形態４と同様であ
り、光パターンを２次電子パターンとして測定すること
ができる。

【００６４】つまり、本発明の実施の形態５による光パ
ターンの測定装置では、半導体層１２と平行な方向に発
射された電子ビーム２２を、偏向レンズ１４によって偏
向させ、半導体層１２の表面を走査させることにより、
光パターンを２次電子像として測定するので、装置の薄
型化を図ることができ、既存のウェハステッパ等の装置
に対する組み込みが容易となる。ただし、電子ビームを
大きく偏向させるため、電子ビームの走査制御性が実施
の形態４より若干難しくなる。

【００６５】また、上述した実施の形態４及び５では、
ガラス板１１の片面に半導体層１２を形成し、測定対象
の光２０を、表面側にＰＮ接合を有する半導体層の裏面
側から当てるようにしているので、半導体層を、その表
面側のＰＮ接合に十分光が届くよう、半導体層を薄くす
る必要がある。

【００６６】実施の形態６．図７は、本発明の実施の形
態６による光パターンの測定装置を示す図である。図中
の符号は実施の形態４と同じであり、説明を省略する。
本実施の形態６による測定装置では、図７に示すよう
に、真空にした装置内部に、ＰＮ接合を有する半導体層
１２を配置し、該半導体層１２の表面には、装置側壁の
一部に設けたガラス板１１を介して、測定対象である光
を半導体層１２に照射するようにしている。なお、本装
置では、ガラス板１１による測定対象である光束の散乱
を十分考慮して設計する必要がある。また、半導体層１
２の表面に電子ビームを照射するための構成、つまり電
子銃や偏向レンズ１４は、実施の形態５のものと同様で
ある。

【００６７】このような構成の実施の形態６では、測定
対象である光を、半導体層１２の電子ビームによる走査
が行われる表面部に照射するようにしているので、実施
の形態４及び５の装置で用いる半導体層よりも厚い半導
体層を用いることで、放出される２次電子量を増加させ
ることができ、光パターンの測定感度をより向上させる
ことができる。

【００６８】なお、実施の形態４、５、及び６では、半
導体層として、実施の形態３で説明した、小領域に分割
された表面構造を有するものを用いることとしたが、実
施の形態１で示した、その表面部を分割していない半導
体層を用いること、又は実施の形態２で示した半導体層
を用いることも可能である。

【００６９】

【発明の効果】この発明（請求項１）に係る光パターン
の測定方法によれば、ＰＮ接合を形成した半導体層に、
測定対象である光を照射するとともに、該半導体層の表
面に電子線を走査しながら照射し、このとき半導体層か
ら放出される２次電子を検出し、光照射部と光非照射部
とからの２次電子の発生状態の差に基づいて、照射した
光の光パターンを２次電子像として測定するので、微細
な光パターンを迅速かつ高精度に測定することが可能と
なる。

【００７０】この発明（請求項２）によれば、請求項１
記載の光パターンの測定方法において、上記半導体層と
して、その表面部を多数の小領域に分割されたものを用
いるようにしたので、光パターンの分解能を向上するこ
とができ、これにより微細な光パターンの高精度な測定
が可能となる。

【００７１】この発明（請求項３）によれば、請求項２
記載の光パターンの測定方法において、上記半導体層と
して、転写技術を用いて半導体層表面上にエッチングマ
スクを形成する処理、及び該エッチングマスクを用いて
半導体層表面を選択的にエッチングする処理により、そ
の表面部分を複数の小領域に分割したものを用いるの
で、分解能を高めるための半導体層の作製に通常の半導
体プロセスを用いることができる。

【００７２】この発明（請求項４）によれば、請求項２
記載の光パターンの測定方法において、上記半導体層と
して、所定の導電型を有する半導体層の表面上に半導体
物質を堆積して、その表面に同一導電型の複数の粒状突
起を形成する処理、及び該粒状突起の表面部分の導電型
を反転させる処理により、その表面部分を複数の小領域
に分割したものを用いるので、表面領域をより小さな小
領域に分割することができ、光パターンの分解能をさら
に向上することが可能となる。

【００７３】この発明（請求項５）に係る光パターンの
測定装置によれば、ＰＮ接合を有する半導体層の表面
に、電子線を走査しながら照射する電子線照射手段と、
上記電子線の照射により半導体層表面から放出される２
次電子を検出する２次電子検出手段と、該半導体層表面
の光照射部から放出された２次電子の検出量と、その光
非照射部から放出された２次電子の検出量との差に基づ
いて該２次電子の放出パターンを解析し、上記測定対象
である光の照射パターンを２次電子像として得るパター
ン解析手段とを備えたので、微細な光パターンの高精度
な測定を実時間で行うことができる。

【００７４】この発明（請求項６）によれば、請求項５
記載の光パターンの測定装置において、請求項５に記載
の測定装置において、上記電子線照射手段を、電子線を
上記半導体層の表面と垂直な方向に出射し、該出射され
た電子線を上記半導体層に照射する構成としたので、上
記の微細な光パターンの迅速かつ高精度な測定におい
て、電子線走査の制御を容易に行うことが可能である。

【００７５】この発明（請求項７）によれば、請求項５
記載の光パターンの測定装置において、上記電子線照射
手段を、電子線を上記半導体層の表面と平行な方向に出
射し、該出射された電子線を上記半導体層に照射する構
成としたので、装置の薄型化を図ることができ、既存の
装置等への組み込みが容易となる。

【００７６】この発明（請求項８）によれば、請求項５
ないし７のいずれかに記載の測定装置において、上記半
導体層として、透明板の一方の面上に形成した、表面近
傍にＰＮ接合面を有する半導体層を用い、上記測定対象
である光を、該透明板の他方の面上から半導体層に照射
するよう構成したので、透明板による光散乱の影響を少
なくすることが可能となる。

【００７７】この発明（請求項９）によれば、請求項５
ないし７のいずれかに記載の測定装置において、上記測
定対象である光を、上記半導体層の電子線が照射される
表面上に照射するよう構成したので、半導体層を厚くす
ることができ、２次電子の放出量の増加により、微細な
光パターンの迅速な測定を、より高精度に行うことが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による光パターンの測
定方法を説明するための図である。

【図２】上記実施の形態１の画像分解能を説明するた
めの斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態２による光パターンの測
定方法に用いる半導体層の構造を示す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態３による光パターンの測
定方法に用いる半導体層の構造及びその製造方法を示す
断面図である。

【図５】本発明の実施の形態４による光パターンの測
定装置を説明するための図であり、該装置の構造を示し
ている。

【図６】本発明の実施の形態５による光パターンの測
定装置を説明するための図であり、該装置の構造を示し
ている。

【図７】本発明の実施の形態６による光パターンの測
定装置を説明するための図であり、該装置の構造を示し
ている。

【符号の説明】

１，１ａ，１２ＰＮ接合を形成する半導体層、２半
導体層のｐ領域、２ａ小領域、３半導体層のｎ領
域、１１ガラス板、１３電子銃、１４偏向レン
ズ、１５光電子増倍管、２０測定対象の光の光束、
２１２次電子、２２走査用の電子ビーム。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光の照射パターンを電子線を用いて測定
する方法であって、測定対象である光を、表面近傍にＰＮ接合面を形成した
半導体層に照射するとともに、該半導体層の表面に電子
線を走査しながら照射し、この状態で半導体層表面から放出される２次電子を検出
し、該半導体層表面の光照射部から放出される２次電子の検
出量と、その光非照射部から放出される２次電子の検出
量との差に基づいて、該光照射部からの２次電子の放出
パターンを上記測定対象である光の照射パターンとして
測定することを特徴とする光パターンの測定方法。
【請求項２】請求項１に記載の光パターンの測定方法
において、上記半導体層は、その表面部分がｎ領域及びｐ領域の一
方からなり、その表面部分以外のバルク部がｎ領域及び
ｐ領域の他方からなり、該半導体層の表面部分を構成するｎ領域あるいはｐ領域
は、複数の小領域に分割されていることを特徴とする光
パターンの測定方法。
【請求項３】請求項２に記載の光パターンの測定方法
において、上記半導体層は、転写技術を用いて半導体層表面上にエッチングマスクを
形成する処理、及び該エッチングマスクを用いて半導体
層表面を選択的にエッチングする処理により、その表面
部分を複数の小領域に分割したものであることを特徴と
する光パターンの測定方法。
【請求項４】請求項２に記載の光パターンの測定方法
において、上記半導体層は、所定の導電型を有する半導体層の表面上に半導体物質を
堆積して、その表面に同一導電型の複数の粒状突起を形
成する処理、及び該粒状突起の表面部分の導電型を反転
させる処理により、その表面部分を複数の小領域に分割
したものであることを特徴とする光パターンの測定方
法。
【請求項５】表面近傍にＰＮ接合面を有する半導体層
に、測定対象である光を照射するとともに、該半導体層
の表面に電子線を照射して、該光の照射パターンを測定
する装置であって、該半導体層の表面に、電子線を走査しながら照射する電
子線照射手段と、上記電子線の照射により半導体層表面から放出される２
次電子を検出する２次電子検出手段と、該半導体層表面の光照射部から放出された２次電子の検
出量と、その光非照射部から放出された２次電子の検出
量との差に基づいて該２次電子の放出パターンを解析
し、上記測定対象である光の照射パターンを２次電子像
として得るパターン解析手段とを備えたことを特徴とす
る光パターンの測定装置。
【請求項６】請求項５に記載の光パターンの測定装置
において、上記電子線照射手段は、電子線を上記半導体層の表面と
垂直な方向に出射し、該出射された電子線を上記半導体
層に照射するものであることを特徴とする光パターンの
測定装置。
【請求項７】請求項５に記載の光パターンの測定装置
において、上記電子線照射手段は、電子線を上記半導体層の表面と
平行な方向に出射し、該出射された電子線を上記半導体
層に照射するものであることを特徴とする光パターンの
測定装置。
【請求項８】請求項５ないし７のいずれかに記載の光
パターンの測定装置において、上記半導体層として、透明板の一方の面上に形成した、
表面近傍にＰＮ接合面を有する半導体層を用い、上記測定対象である光を、該透明板の他方の面上から半
導体層に照射するよう構成したことを特徴とする光パタ
ーンの測定装置。
【請求項９】請求項５ないし７のいずれかに記載の光
パターンの測定装置において、上記測定対象である光を、上記半導体層の電子線が照射
される表面上に照射するよう構成したことを特徴とする
光パターンの測定装置。