KR100852076B1 - 홈 패턴의 깊이의 측정 방법 및 측정 장치 - Google Patents

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신지 야마구치
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다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤
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Abstract

트렌치(trench) 형상 측정 장치(1)에서는, 소정의 홈 방향으로 뻗어 있는 홈 패턴이 측정 영역(93)에 형성된 기판(9)이 유지부(21)로 유지된다. 기판(9)의 측정 영역(93)에는 광 조사부(3)에 의해 조명광이 조사되어 측정 영역(93)으로부터의 조명광의 반사광이 분광기(5)의 회절 격자(52)에서 분광됨으로써, 측정 분광 반사율이 취득된다. 이때, 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 회절 격자(52)의 격자 방향으로 대응하는 기판(9)상의 방향이 홈 방향과 45도를 이루는 상태로, 회절 격자(52)가 배치되어 있기 때문에, 홈 패턴의 영향에 의해 기판(9)으로부터의 반사광의 진동 방향이 한정되는 경우에도, 반사광의 편광의 영향을 받는 일 없이 측정 영역(93)의 분광 반사율을 정확하게 구할 수 있고, 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구할 수 있다.

Description

홈 패턴의 깊이의 측정 방법 및 측정 장치{MEASURING METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING DEPTH OF TRENCH PATTERN}
본 발명은, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이를 측정하는 기술에 관한 것이다.
종래부터, 기판상에 형성된 홈(트랜치(trench)라고도 한다)의 패턴(예를 들면, 한 방향으로 뻗어 있는 복수의 홈의 집합)의 깊이를 분광 간섭법으로 비파괴로 측정하는 방법이 제안되어 있고, 예를 들면 일본 특허공개 평6-65963호 공보에서는, 홈을 갖는 기판에 광을 조사하면서 기판으로부터의 반사광을 분광하여 분광 스펙트럼을 취득하여, 기판의 최상면과 홈의 저면과의 사이의 광로차에 기인하는 분광 스펙트럼 중의 피크 주기를 최대 엔트로피 법을 이용하여 특정함으로써, 홈 깊이를 측정하는 방법이 개시되어 있다. 또, 일본 특허 제3740079호 공보에서는, 기판상의 막의 에칭에 의해 형성된 에칭 홈의 깊이를 측정할 때, 우선, 기판상의 원래 두께 막에 대하여 얻어지는 스펙트럼과 그 원래의 두께보다 얇은 막이 기판상에 형성되어 있다고 가정했을 경우의 스펙트럼의 이론치가 취득된다. 이 얇은 막은, 에칭 홈의 저면에 대응하고 있고(즉, 원의 두께의 막의 막 두께와 얇은 막의 막 두께와의 차가 홈의 깊이 된다.), 원래 두께 막의 스펙트럼과 얇은 막의 스펙트럼을 설계상의 에칭 홈의 면적비에 따른 혼합비로 혼합함으로써, 복수의 깊이의 에칭 홈에 각각 대응하는 복수의 혼합 스펙트럼이 취득된다. 그리고, 기판으로부터 얻어지는 실제의 스펙트럼을 복수의 혼합 스펙트럼과 비교함으로써, 에칭 홈의 깊이가 구해진다.
그런데, 분광 반사율을 취득할 때, 회절 격자를 갖는 분광기가 잘 사용되지만, 회절 격자에서는, 광의 입사 강도와 반사 강도와의 비인 회절 효율이, 해당 광의 파장에 따라서는 p편광광과 s편광광으로 크게 달라지는 것으로 알려져 있다. 한편, 기판상에 형성된 홈 패턴의 깊이의 측정에서는, 각종 조건에 따라 홈 패턴의 영향에 의해 기판으로부터의 반사광의 진동 방향이 한정된다(즉, 기판으로부터의 반사광이 편광광이 된다). 따라서, 회절 격자에 입사하는 반사광의 진동 방향에 따라서는, 기판으로부터의 반사광에 근거하여 분광 반사율(spectral reflectance)을 정확하게 구하지 못하고, 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구하지 못하는 경우가 있다.
또, 단층막이나 다층막을 갖는 기판의 홈 패턴의 깊이를 측정할 때, 기판의 반사광으로부터 취득되는 측정 분광 반사율과 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율을 비교할 경우에는, 측정 분광 반사율은 막의 영향을 받고 있기 때문에, 이론 분광 반사율에 대하여도 막의 영향이 고려될 필요가 있다. 그렇지만, 기판상의 막이 지극히 얇은(예를 들면, 막 두께 10 나노미터) 경우에, 해당 막의 막 두께도 파라미터로 하는 이론 분광 반사율과 측정 분광 반사율을 비교하여 막의 막 두께 및 홈 패턴의 깊이를 구하려고 해도, 이들의 파라미터의 값을 정도 좋게 결정할 수 없는 일이 있다. 기판상에 다층막이 형성되어 있는 경우도 마찬가지이다.
[발명의 요약]
본 발명은, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이의 측정 방법으로 향해지고 있어, 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 홈 패턴의 깊이의 측정 방법은, a) 소정의 방향으로 뻗어 있는 홈 패턴이 측정 영역에 형성된 기판으로 조명광을 조사하는 공정과, b) 기판으로부터의 조명광의 반사광이 인도되는 회절 격자가, 회절 격자의 격자 방향으로 대응하는 기판상의 방향과 소정의 방향과의 이루는 각이 40도 이상 50도 이하가 되는 상태로 배치되어 있어, 회절 격자에서 반사광을 수광하여 분광하는 공정과, c) 상기 b)공정에 의해 분광된 광을 검출기로 수광하여 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 공정과, d) 적어도 홈 패턴의 깊이 및 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과 측정 분광 반사율을 비교함으로써, 파라미터의 값을 결정하는 공정을 구비한다. 본 발명에 의하면, 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구할 수 있다.
본 발명 1의 바람직한 형태로서는, a)공정에 있어서, 조명광이 개구수 0.05 이상 0.1 이하의 대물 렌즈를 통하여 기판으로 인도함으로써, 조명광의 홈 패턴의 저면으로의 조사를 확실히 행할 수 있다. 더욱 바람직하기로는, d)공정에 있어서, 파라미터에 기판의 표면에 있어서의 최상면의 면적율이 포함되어, 홈 패턴의 저면 에서의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소(複素) 진폭 반사 계수에 저면의 면적율을 곱한 것과 최상면에서의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사폭 계수에게 최상면의 면적율을 곱한 것과의 합을 측정 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 이론 분광 반사율이 구해진다. 이에 의해, 홈 패턴의 측면에서의 반사광의 영향을 무시하고, 홈 패턴의 깊이 및 저면의 면적율 및 최상면의 면적율을 용이하게 취득할 수 있다.
또한, 다른 바람직한 홈 패턴의 깊이의 측정 방법은, a) 소정의 방향으로 뻗어 있는 홈 패턴이 측정 영역에 형성된 기판에 조명광을 조사하는 공정과, b) 기판에서의 조명광의 반사광을 편광 해소 소자를 통하여 회절 격자에서 수광하여 분광하는 공정과, c) 상기 b)공정에 의해 분광된 광을 검출기로 수광하여 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 공정과, d) 적어도 홈 패턴의 깊이 및 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과 측정 분광 반사율을 비교함으로써, 파라미터의 값을 결정하는 공정을 구비한다. 이에 의해, 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구할 수 있다.
또한, 다른 바람직한 홈 패턴의 깊이의 측정 방법은, a) 홈 패턴이 형성된 측정 영역 및 홈 패턴이 존재하지 않는 보조 영역에서 적어도 하나의 막이 형성된 기판의 보조 영역에 조명광을 조사하는 공정과, b) 보조 영역에서의 조명광의 반사광에 근거하여 보조 영역의 분광 반사율을 취득함으로써, 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께를 구하는 공정과, c) 측정 영역에 조명광을 조사하는 공정과, d) 측정 영역에서의 조명광의 반사광에 근거하여 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 공정과, c) 상기 b)공정에서 취득된 막 두께를 이용하면서, 적어도 홈 패턴의 깊이 및 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과 측정 분광 반사율을 비교함으로써, 파라미터의 값을 결정하는 공정을 구비한다. 적어도 하나의 막을 갖는 기판에 있어서, 홈 패턴이 존재하지 않는 영역에서 막 두께를 구함으로써, 홈 패턴의 깊이를 보다 정도 좋게 구할 수 있다.
본 발명은, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이의 측정 장치에도 행할 수 있다.
상술의 목적 및 다른 목적, 특징, 형태 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여
아래와 같이 행하는 본 발명의 상세한 설명에 의해 밝혀진다.
[바람직한 실시 형태의 설명]
도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 트렌치(trench) 형상 측정 장치(1)의 구성을 나타낸 도면이다. 트렌치 형상 측정 장치(1)는, 반도체 기판(9)상에 형성된 홈 패턴(즉, 트렌치 패턴)의 깊이 등의 홈 패턴의 형상에 관한 정보를 취득하기 위한 것이다. 실제로는, 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 홈 패턴의 형상에 관한 정보를 취득하기 위하여, 기판(9)에 형성되는 막의 막 두께도 측정된다. 또, 본 실시 형태에서는, 기판(9)의 홈 패턴은, 한 방향으로 성장하는 복수의 홈의 집합(즉, 회절 격자 형상의 패턴)으로 된다.
트렌치 형상 측정 장치(1)는, 홈 패턴이 형성된 원판상의 기판(9)을 유지하는 유지부(21), 유지부(21)를 상하 방향으로 향하는 축을 중심으로 회동하는 회동 기구(22), 회동 기구(22)를 통하여 유지부(21)를 수평 방향인 X방향 및 Y방향으로 이동하는 유지부 이동 기구(23), 조명광을 출사하는 광조사부(3), 광조사부(3)로부터의 조명광을 기판(9)으로 인도하는 것과 동시에 기판(9)으로부터의 반사광이 입사하는 광학계(4), 광학계(4)에 의해 인도하는 반사광을 수광하여 분광하는 분광기(5), 분광기(5)에 의해 분광된 광을 수광하여 분광 반사율을 취득하는 검출기(6) 및 각종 연산을 행하는 연산부(71)를 가짐과 동시에 트렌치 형상 측정 장치(1)의 전체 제어를 담당하는 제어부(7)를 구비한다. 유지부 이동 기구(23)는, 도시 생략의 X방향 이동 기구 및 Y방향 이동 기구를 구비하여 각 이동 기구에는 모터, 볼 나사 및 가이드 레일의 조합이 설치된다.
광조사부(3)는, 전원(31)에 접속된 광원(32)을 갖고, 광원(32)으로부터 조명광(백색광)이 출사된다. 광원(32)으로부터의 조명광은 광학계(4)의 렌즈(41, 42)를 통하여 반투명경(43)으로 인도되어 기판(9)측으로 반사된 조명광은 대물렌즈(44)를 통하여 기판(9)상에 조사된다. 이때, 대물렌즈(44)의 개구수(NA)는 0.05 이상 0.1 이하로 되어 있고, 기판(9)에 대하여 거의 수직, 또한 평행광에 가까운 상태로 조명광이 조사된다.
기판(9)으로부터의 조명광의 반사광은 대물렌즈(44)에 의해 받아들여져, 반투명경(43) 및 렌즈(45)를 통하여 분광기(5)로 입사된다. 분광기(5)는, 핀홀(511)을 갖는 개구판(51)을 구비하여 핀홀(511)을 통과한 반사광은 한 방향으로 뻗어 있는 다수의 홈(도 1중에서는 평행 사선을 부여해 홈의 영역을 나타내고 있고, 이하, 홈이 뻗어 있는 방향을 「격자 방향」이라고 한다. 또한, 도 1에서는 회절 격 자(52)의 홈의 개수를 실제 것보다 상당히 적게 그리고 있다)이 표면에 형성된 회절 격자(52)로 조사된다. 이때, 만일, 기판(9)의 주면상에서 Y방향으로 진동 방향을 갖는 직선 편광광을 기판(9)의 위치로부터 출사했을 경우에, 해당 직선 편광광은 그 진동방향이 회절 격자(52)의 격자 방향에 대하여 평행 또는 수직이 되도록 회절 격자(52)로 입사한다. 바꾸어 말하면, 회절 격자(52)의 격자 방향으로 대응하는 기판(9)상의 방향이, Y방향으로 평행 또는 수직이 되도록, 회절 격자(52)가 배치되어 있다. 회절 격자(52)에서는, 핀홀(511)을 통과한 반사광이 수광되어 분광되고, 분광된 광은, 검출기(6)의 수광면상에 있어 파장마다 다른 위치로 인도된다. 또한, 도 1에서는, 분광기(5)내의 상세한 구성요소의 도시를 생략한다.
검출기(6)의 수광면에는 복수의 수광 소자를 일렬로 나열되어 있고, 소정의 파장대(이하,「측정 파장대」라고 한다)에 포함되는 각 파장의 광이 대응하는 수광 소자에서 수광되어 그 광의 강도가 취득된다. 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 유지부(21)에 미러를 얹어놓고 조명광을 조사하여, 해당 미러로부터의 반사광이 분광기(5)를 통하여 검출기(6)의 각 수광 소자로 조사될 때의 광의 강도가 미리 취득되고, 각 수광 소자에서 기판(9)으로부터 취득되는 광의 강도와 미러를 이용해 취득되는 광의 강도와의 비가 (상대)반사율로서 취득된다. 이에 의해, 측정 파장대에 포함되는 복수의 파장에 각각 대응하는 복수의 반사율의 집합이 분광 반사율로서 취득된다. 이하의 설명에서는, 검출기(6)에서 취득되는 분광 반사율을 측정 분광 반사율이라고 한다. 또한, 기판(9)으로부터 취득되는 광의 강도와 미러를 이용해 취득되는 광의 강도와의 비를 구하는 연산은, 검출기(6)의 외부에서 실현되어도 좋 다.
다음으로, 트렌치 형상 측정 장치(1)가 홈 패턴의 형상의 측정을 행하는 동작의 흐름에 대해, 도 2를 참조하면서 설명한다. 홈 패턴 형상의 측정을 할 때는, 우선, 외부의 반송 장치에 의해 트렌치 형상 측정 장치(1)내로 측정 대상의 기판(9)이 반송되어 유지부(21)상에 얹어놓고 유지된다(스텝 S10). 이때, 기판(9)상의 소정의 측정 영역(93)내에서는, 홈 패턴이 기판(9)에 형성된 기준 부위(즉, 기판(9)의 방향을 정하는 부위이며, 예를 들면, 노치나 오리엔테이션·플랫 등 )에 대하여 미리 정해진 방향으로 뻗어지도록 형성되어 있고, 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 유지부(21)에 설치되는 위치 결정 핀을 기준 부위에 접촉시키는 것으로 기판(9)이 소정의 방향으로 향하도록 하여 유지된다. 이에 의해, 유지부(21)상의 기판(9)의 측정 영역(93)내의 홈 패턴의 방향이 Y방향에 대하여 45도±5도(40도~50도)의 범위 내의 어떤 각도, 바람직하기로는 45도만 기울어진 상태로 되어 있다. 환언하면, 회절 격자(52)의 격자 방향으로 대응하는 기판(9)상의 방향과 홈 패턴이 성장할 방향과의 이루는 각이 40도 이상 50도 이하, 바람직하기로는 45도가 되는 상태로 되어 있다. 이하의 설명에서는, 홈 패턴이 성장하는 방향을 홈 방향이라고도 한다.
계속하여, 홈 패턴의 형상에 관한 정보(홈 패턴의 깊이 등을 포함한 정보이며, 이하, 「홈 패턴 정보」라고 한다.)의 취득 전에 기판(9)상에 형성된 막의 막 두께를 보조적으로 측정하는 처리(이하, 「보조막 두께 측정」이라고 한다)를 할지 안할지가 확인된다(스텝 S11). 보조막 두께 측정의 요부는 기판(9)의 막구조에 따 라 결정되어, 예를 들면, 기판(9)상에 지극히 얇은 단층막이나, 다층막이 형성되어 있을 경우에는, 홈 패턴 정보의 측정 정도를 향상하기 위하여, 보조막 두께의 측정을 한다. 여기에서는, 기판(9)상에 지극히 얇은 단층막이 형성되어 있어 보조막 두께 측정을 하는 것으로 한다(스텝 S12).
도 3은, 보조막 두께 측정의 처리의 흐름을 나타낸 도면이다. 또, 도 4는, 홈 방향으로 수직인 기판(9)의 단면을 나타낸 도면이다. 또한, 도 4에서는, 기판(9)의 단면의 평행 사선의 도시를 생략하고 있다(후술의 도 5에 있어서 동일함).
도 4에 나타낸 바와 같이, 기판(9)의 표면에는 산화 실리콘(SiO2)의 얇은 막 (91)(예를 들면, 막 두께 10나노미터의 막이며, 도 4에서는 막(91)을 실제보다 두껍게 도시되어 있다. 후술의 도 5에 있어서도 동일함) 이 형성되어 있고, 홈 방향에 수직 방향으로 일정한 피치 P1에서 나열된 복수의 홈(92)은 막(91) 및 실리콘(Si)에 형성되는 기판(9)의 본체(90)가 에칭되는 것으로 형성된다. 실제로는, 기판(9)의 주면상에는, 홈 패턴이 형성되어 측정의 대상이 되는 측정 영역(93)외에, 홈 패턴이 존재하지 않는 영역(이른바, 베타 영역이며, 홈 패턴 형상의 측정을 보조하기 위한 정보가 취득되는 영역이기 때문에, 이하, 「보조 영역」이라고 한다)(94)이 형성되어 있고, 보조막 두께 측정에서는, 유지부 이동 기구(23)에 의해 기판(9)상의 조명광의 조사 위치에 보조 영역(94)이 배치된 후, 광조사부(3)으로부터 조명광이 출사되어 보조 영역(94)으로 조사된다(스텝 S121). 보조 영역(94)으로부터의 반사광은 광학계(4)에 의해 분광기(5)로 인도되어 분광되어(스텝 S122), 검 출기(6)에서 수광되어 보조 영역(94)의 측정 분광 반사율이 취득된다(스텝 S123).
한편, 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 보조막 두께 측정에서 이용되는 이론 분광 반사율이 미리 구해지도록 준비되어 있다. 여기에서, 보조막 두께 측정에 있어서의 이론 분광 반사율에 대해 설명한다. 이론 분광 반사율을 구할 때에는, 우선, 막 (91)이 있는 막 두께 d라고 가정하고, 막(91)의 굴절률을 N, 막(91)으로의 광(조명광)의 입사각을 θ, 광의 파장을 λ, 공기(99)와 막(91)과의 계면에 있어서의 진폭 반사 계수를 rO1, 막(91)과 기판(9)의 본체(90)와의 계면에 있어서의 진폭 반사 계수를 r12로서 식(1)에 각 값을 대입함으로써, 해당 파장λ의 광에 대한 반사율 R이 구해진다. 또한, 본 실시 형태에서는, 막(91)으로의 광의 입사각θ을 0도로 하고 있다(후술의 식(3) 및 식(4)에 있어서 동일함). 또, 식(1) 중의 첨자가 없는 r은 복소 진폭 반사 계수를 나타내며, β는 위상 막 두께를 나타낸다(β에 대하여 후술의 식(3) 및 식(4)에 있어서 동일함).
Figure 112007057907571-pat00001
실제로는, 측정 파장대에 포함되는 복수의 파장의 각각에 대해 반사율 R이 구해지며 복수의 파장에 있어서의 복수의 반사율 R의 집합이 이론 분광 반사율로서 취득된다. 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 막(91)의 상정되는 막 두께를 변경하면서 상기 연산이 반복되는 것으로, 복수의 막 두께에 대한 복수의 이론 분광 반사 율이 취득된다.
스텝 S123에서 취득된 보조 영역(94)의 측정 분광 반사율은 복수의 이론 분광 반사율로 비교되어 이러한 이론 분광 반사율로부터 측정 분광 반사율에 근사하는 것이 특정되어 막(91)의 막 두께가 구해진다(스텝 S124). 구체적으로는, 어떤 파장에 대해 이론 분광 반사율이 가리키는 반사율을 Rc, 측정 분광 반사율이 가리키는 반사율을 Rm으로서 유사도 Err이 식(2)에 의해 구해진다. 또한, 식(2)에 대해 mean (A)는, 측정 파장대에 포함되는 복수의 파장에 대하여 얻어지는 복수의 A의 평균치를 나타낸다.
Figure 112007057907571-pat00002
트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 유사도 Err이 최소로 되는 이론 분광 반사율이 특정되어 해당 이론 분광 반사율에 있어서의 막 두께가, 기판(9)의 보조 영역(94)에 있어서의 막(91)의 막 두께로 되어 있다. 또한, 유사도 Err이 소정치 이하가 될 경우 등 , 필요에 따라 Gauss·뉴턴법이나 렌벤버그-마큐트(Levenberg-Marquardt)법 등의 비선형 최적화 방법이 이용되어 유사도 Err을 수렴시키면서 유사도 Err이 소정치보다 커지는 이론 분광 반사율이 취득되어 막(91)의 막 두께가 구해져도 좋다.
이상과 같이 하여, 기판(9)의 막(91)의 막 두께가 구해지면, 홈 패턴 정보를 취득할 때의 이론 분광 반사율(보조막 두께 측정에 있어서의 이론 분광 반사율과는 다르다)의 연산에 있어서의 파라미터의 설정(이른바, 측정 레시피의 생성)이 행해 진다(도 2 : 스텝 S13). 구체적으로는, 홈 패턴의 깊이(즉, 홈(92)의 깊이), 측정 영역(93)에 있어서의 복수의 홈(92)의 저면(921)의 집합의 면적율, 및, 복수의 최상면(즉, 보조 영역(94)의 표면과 같은 높이의 면)(931)의 집합의 면적율의 각각이 파라미터가 되어, 각 파라미터의 초기치 및 복수의 변동치(즉, 초기치와의 차이)가 연산부(71)에 설정되는 것과 동시에, 스텝 S12에서 구해진 막(91)의 막 두께도 설정된다. 또한, 각 파라미터에 대하여 복수의 값을 설정함으로써, 후술의 유사도의 산출에 대해 유사도가 국소해(局所解)로 빠지는 것이 억제된다. 이하, 복수의 저면(921)의 집합의 면적율 및 복수의 최상면(931)의 집합의 면적율을, 각각, 단순히 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율이라고 한다.
계속해서, 홈 패턴 정보의 취득시에 있어서의 이론 분광 반사율이 구해진다(스텝 S14). 구체적으로는, 막(91)이 있는 막 두께 d, 막(91)의 굴절률을 N, 막(91)으로의 광(조명광)의 입사각을 θ, 광의 파장을 λ, 공기(99)와 막(91)과의 계면에 있어서의 진폭 반사 계수를 rO1, 막(91)과 기판(9)의 본체(90)와의 계면에 있어서의 진폭 반사 계수를 r12로서 식(3)에 각 값을 대입함으로써, 해당 파장λ의 광에 대한 최상면(931)의 복소 진폭 반사 계수 r1이 구해진다.
Figure 112007057907571-pat00003
또, 저면(921)에 관해서, 도 5중에서 평행 사선을 부여해 나타낸 홈(92)이, 홈(92)의 깊이의 초기치와 동일한 막 두께 t의 공기의 막(99a)이라고 생각해서, 막(99a)의 굴절률을 N, 막(99a)으로의 광(조명광)의 입사각을 θ, 광의 파장을 λ, 공기(99)로 막(99a)과의 계면에 있어서의 진폭 반사 계수를 r1, 막(99a)와 기판(9)의 본체(90)와의 계면에 있어서의 진폭 반사 계수를 r12로 하여 식(4)에 각 값을 대입함으로써, 해당 파장 λ의 광에 대한 저면(921)의 복소 진폭 반사 계수 r11가 구해진다. 실제로는, 식(4) 중의 굴절률 N는 1, 공기(99)와 막(99a)과의 계면에 있어서의 진폭 반사 계수 r01는 O이 된다.
Figure 112007057907571-pat00004
여기서, 도 6중에 평행 사선을 부여해 각각 가리키는 영역 V1, V2에서의 광은, 부호(81, 82)를 각각 첨부 화살표에서 추상적으로 나타내도록, 광로차가 생기고 간섭한다. 따라서, 영역 V1, V2 전체에 있어서의 있는 파장의 광에 대한 복소 진폭 반사 계수 rv는, 영역 V1, V2의 면적율을 각각 Av1, Av2로 하고, 영역 V1, V2에 있어서의 해당 파장의 광에 대한 복소 진폭 반사 계수를 각각 rv1, rv2로 해서 식(5)
에 의해 구해진다.
Figure 112007057907571-pat00005
실제로는, 도 4중의 우측의 측정 영역(93)에서는, 최상면(931) 및 저면(921) 에 더하여, 홈(92)의 경사한 측면(922)도 존재하기 때문에, 기판(9)에 수직인 방향에서 측면(922)을 보았을 경우에 있어서의 측면(922)의 영역을 측면 영역으로서 측정 영역(93)에 있어서의 최상면(931)의 면적율 및 홈(92)의 저면(921)의 면적율 및 측면 영역의 면적율(정확히는, 측정 영역(93)에 있어서의 복수의 최상면(931)의 집합의 면적율, 및, 복수의 홈(92)의 저면(921)의 집합의 면적율, 및, 복수의 홈(92)의 측면 영역의 집합의 면적율)을 각각 AⅠ, AⅡ, AⅢ (다만, 이들의 면적율의 합은 1이 된다.)로 하고, 어느 파장의 광에 대한 최상면(931)의 복소 진폭 반사 계수, 및, 홈(92)의 저면(921)의 복소 진폭 반사 계수, 및, 측면 영역의 복소 진폭 반사 계수를 각각 rⅠ, rⅡ, rⅢ로 하면, 측정 영역(93)에 있어서의 해당 파장의 광에 대한 복소 진폭 반사 계수 rsample 은, 식( 6 )에 나타낸다.
Figure 112007057907571-pat00006
본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 개구수가 작은 대물렌즈(44)를 통하여 조명광이 기판(9)에 조사되어 기판(9)에서의 반사광도 대물렌즈(44)를 통하여 광학계(4)내로 받아들여지기 때문에 측면(922)에서 반사한 광은 무시할 수 있고(즉, 해당 광은 광학계(4)내에는 거의 받아들여지지 않는다), 측면 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수 rⅢ을 O으로 할 수 있다. 따라서, 식(6) 중의 최상면(931)의 면적율 AⅠ 및 저면(921)의 면적율 AII에 초기값을 대입하여, 식(3) 및 식(4)에서 구해지는 파장λ의 광에 대한 최상면(931)의 복소 진폭 반사 계수 rⅠ 및 저면(921) 의 복소 진폭 반사 계수 rⅡ도 식(6) 중에 대입함으로써, 파라미터인 홈(92)의 깊이, 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율의 각각 초기치로 했을 경우의 해당 파장 λ의 광에 대한 측정 영역(93)의 복소 진폭 반사 계수 rsample이 구해진다. 그리고, 식(7)에 나타낸 바와 같이, 복소 진폭 반사 계수 rsample의 절대치의 제곱 값을 구함으로써, 각 파라미터를 초기치로 했을 경우의 해당 파장 λ의 광에 대한 측정 영역(93)의 반사율 Rsample이 구해진다.
Figure 112007057907571-pat00007
실제로는, 측정 파장대에 포함되는 복수의 파장의 각각 대해 반사율 Rsample이 구해지며 복수의 파장에 있어서의 복수의 반사율 Rsample의 집합이, 각 파라미터를 초기치로 했을 경우의 이론 분광 반사율로서 취득된다. 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 각 파라미터의 값을, 초기치, 및, 초기치로부터 변동치만 떨어진 값(이하, 「설정치」라고 총칭한다)에 순차 변경하면서 상기 연산이 반복해짐으로써, 홈(92)의 깊이, 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율에 있어서의 설정치의 모든 조합이 각각 대응하는 복수의 이론 분광 반사율이 취득된다.
복수의 이론 분광 반사율이 취득되면, 유지부 이동 기구(23)에 의해 기판(9)상의 조명광의 조사 위치가 측정 영역(93)내에 배치된 후, 광조사부(3)에서 조명광이 출사되어 기판(9)상의 측정 영역(93)에 조사된다(스텝 S15). 이때, 기술한 바와 같이, 개구수가 작은 대물렌즈(44)를 통하여 조명광이 기판(9)으로 인도함으로써, 조명광의 홈 패턴의 저면(921)으로의 조사를 확실히 행할 수 있다. 또, 기판(9)의 측정 영역(93)에서의 반사광은, 대물렌즈(44)를 통하여 광학계(4)내로에 받아들여지기 때문에, 홈(92)의 측면(922)에서 반사된 광이나, 홈 패턴에 있어서의 1차 이상의 회절광은 광학계(4)내로는 받아들여지지 않고, 저면(921)에서의 정반사광(0차광)만이 광학계(4)로 입사한다. 그리고, 반사광은 광학계(4)에 의해 분광기(5)로 인도되어 회절 격자(52)에서 분광 되어(스텝 S16), 분광된 광이 검출기(6)에서 수광되어 측정 영역(93)의 측정 분광 반사율이 취득된다 (스텝 S17).
계속해서, 측정 분광 반사율과 스텝 S14에서 구해진 복수의 이론 분광 반사율과의 각각 사이의 유사도 Err이, 상기의 식(2)를 이용하여 구할 수 있다. 그리고, 유사도 Err이 최소가 되는 이론 분광 반사율이 특정되어 해당 이론 분광 반사율에 있어서의 파라미터의 값이 기판(9)의 측정 영역(93)에 있어서의 홈(92)의 깊이, 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율로서 취득된다(스텝 S18). 이와 같이, 측정 영역(93)의 측정 분광 반사율과 이론 분광 반사율이 비교되는 것으로 복수의 파라미터의 값이 결정되고, 홈 패턴 정보가 취득된다. 또한, 유사도 Err이 소정치 이하가 되는 경우 등 , 필요에 따라서 Gauss·뉴턴법이나 레이벤바그·마카트법 등의 비선형 최적화 방법이 이용되어 유사도 Err를 수렴시키면서 유사도 Err이 소정치보다 커지는 이론 분광 반사율이 취득되어 측정 영역(93)에 있어서의 홈(92)의 깊이, 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율을 구해도 좋다.
계속 하여, 연산부(71)에서는, 홈 패턴의 형상에 관한 다른 정보도 취득된다(스텝 S19). 예를 들면, 값 1로부터 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적 율을 뺀 값이, 측면 영역의 면적율로서 구해지며 이미 알려져 있는 피치 P1을 이용해 홈 방향에 수직 방향의 하나의 측면(922)의 폭(도 4중에서 부호 W1를 부여해 가리키는 폭)을 취득하고, 홈 방향으로 수직인 기판(9)의 단면상에 있어서의 측면(922)의 경사각(도 4중에서 부호 W1을 부여해 가리키는 각도)이 구해진다. 또, 피치 P1를 이용해 홈 방향으로 수직 방향에 관한 하나의 최상면(931)의 폭(도 4중에서 부호 W2를 부여해 가리키는 폭이며, 선폭이라고 파악됨)이나, 하나의 저면(921)의 폭(도 4중에서 부호 W3를 부여해 가리키는 폭)을 취득할 수도 있어 측정 영역(93)의 면적이 기존인 경우에는, 저면(921), 최상면(931) 및 측면 영역의 각각 총면적도 구할 수 있다.
또, 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 기판(9)상의 막(91)이 비교적으로 두꺼운 경우 등에, 보조막 두께 측정을 행하지 않고, 홈 패턴 정보를 취득하는 것도 가능하다(스텝 S11). 이 경우, 홈 패턴의 깊이, 홈(92)의 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율에 더하고, 막(91)의 막 두께도 파라미터로 여겨져 각 파라미터의 설정치가 연산부(71)로 설정된다(스텝 S13). 이어서, 홈(92)의 깊이, 저면(921)의 면적율, 최상면(931)의 면적율 및 막(91)의 막 두께에 있어서의 설정치의 모든 조합에 각각 대응하는 복수의 이론 분광 반사율이 연산에 의해 취득된다(스텝 S14). 그리고, 광조사부(3)에 의해 측정 영역(93)에 조명광을 조사하여, 측정 영역(93)으로부터의 조명광의 반사광에 근거해 측정 영역(93)의 측정 분광 반사율이 취득되어(스텝 S15~S17), 측정 분광 반사율과 복수의 이론 분광 반사율을 비교함으로써 각 파라미터의 값이 결정된다. 이에 의해, 기판(9)상의 홈(92)의 깊이, 저면(921)의 면적율, 최상면(931)의 면적율 및 막(91)의 막 두께가 취득된다(스텝 S18). 또, 필요에 따라, 홈 패턴의 형상에 관한 다른 정보도 취득된다(스텝 S19).
그런데, 분광기의 회절 격자에서는, 광의 입사 강도와 반사 강도와의 비인 회절 효율이, 해당 광의 파장에 따라서는 격자 방향으로 평행한 진동 방향의 편광광과 격자 방향으로 수직한 진동 방향의 편광광으로 크게 다르다. 또, 홈 패턴의 형상 측정에서는 홈 패턴의 영향에 의해 기판으로부터의 반사광의 진동 방향이 한정되어 버린다(예를 들면, 기판(9)으로부터의 반사광이 기판(9)상의 홈 방향으로 평행한 방향으로 진동하는 직선 편광광이나 해당 방향을 대략 따라 진동하는 타원 편광광을 많이 포함한다). 이 경우에, 회절 격자로 입사하는 반사광의 진동면과 격자 방향과의 이루는 각과 해당 진동면과 격자 방향으로 수직 방향과의 이루는 각과의 사이에 큰 차이가 있으면, 기판으로부터의 반사광의 스펙트럼을 정확하게 취득하지 못하고(즉, 기판의 정확한 분광 반사율을 취득하지 못하고), 홈 패턴 깊이를 정도 좋게 구할 수 없다.
이것에 대해, 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 기판(9)으로부터의 조명광의 반사광이 인도되는 회절 격자(52)가, 회절 격자(52)의 격자 방향으로 대응하는 기판(9)상의 방향과 홈 방향과의 이루는 각이 40도 이상 50도 이하(바람직하기는 45도)가 되는 상태로 배치되어 있기 때문에, 기판(9)상의 홈 패턴에 의한 반사광의 편광의 영향을 받는 일 없이 기판의 분광 반사율을 정확하게 구할 수 있으며, 비파괴 방식에서 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구할 수 있다.
트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 대물렌즈(44)의 개구수가 0.05 이상 0.1 이하로 되어 있음으로, 기판(9)상에 형성되는 홈 패턴의 어스펙트비(단면 형상의 종횡비)가 큰 경우에도, 조명광의 홈 패턴의 저면(921)으로의 조사, 및, 저면(921)으로부터의 반사광의 회절 격자(52)에 있어서의 수광을 확실하게 행할 수 있다. 또, 홈 패턴 정보를 취득할 때, 측정 파장대에 포함되는 각 파장에 대하여, 저면(921)으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 저면(921)의 면적율을 곱한 것과 최상면(931)으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 최상면(931)의 면적율을 곱한 것과의 합을, 측정 영역(93)에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 홈 패턴의 측면(922)으로부터의 반사광의 영향을 무시하면서 이론 분광 반사율이 적절하게 구할 수 있다. 이에 의해, 홈 패턴의 깊이 및 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율을 용이하게 또한 정도 좋게 구할 수 있다.
또, 보조막 두께 측정에 대하여, 조명광을 보조 영역(94)에 조사하여 검출기(6)에서 보조 영역(94)의 분광 반사율을 취득함으로써, 기판(9)상의 막(91)의 막 두께를 구한 후에, 보조막 두께 측정에서 얻어진 막 두께를 이용하여 홈 패턴 정보의 취득시의 이론 분광 반사율이 구해진다. 이와 같이, 막(91)을 갖는 기판(9)에 대하여, 홈 패턴이 존재하지 않는 영역에서 막 두께를 구함으로써, 홈 패턴의 깊이를 보다 정도 좋게 구하는 것이 실현된다. 또한, 보조막 두께 측정을 하지 않는 경우에도, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 있어서의 이론 분광 반사율의 연산의 파라미터에 막(91)의 막 두께를 포함함으로써, 기판(9)에 형성된 막(91)을 고려하면서 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구할 수 있다.
트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 복수의 막이 형성되고 있는(즉, 다층막의) 기판(9)상의 홈 패턴의 형상의 측정이 실행되어도 좋고, 예를 들면, 보조막 두께 측정을 행할 경우에는(스텝 S11), 기판(9)상의 보조 영역(94)에 조명광을 조사하여 검출기(6)에서 반사광에 근거하여 보조 영역(94)의 분광 반사율을 취득함으로써, 복수의 막의 일부(예를 들면, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 홈 패턴의 깊이와 함께 파라미터에 포함했을 경우, 막 두께를 정도 좋게 구하기가 곤란한 측정 감도가 낮은 막)의 막 두께가 구할 수 있다(스텝 S12). 이어서, 홈 패턴의 깊이, 측정 영역(93)에 있어서의 홈(92)의 저면(921)의 면적율, 및, 최상면(931)의 면적율에 더하여, 다른 막의 막 두께도 파라미터에 포함할 수 있어 각 파라미터의 설정치가 연산부(71)로 설정된다(스텝 S13). 그리고, 보조막 두께 측정에서 취득된 일부의 막의 막 두께를 이용하면서, 홈(92)의 깊이, 저면(921)의 면적율, 최상면(931)의 면적율 및 다른 막의 막 두께에 있어서의 설정치의 모든 조합에 각각 대응하는 복수의 이론 분광 반사율이 연산에 의해 구해지며(스텝 S14), 측정 영역(93)에 조명광을 조사하여 취득되는 측정 분광 반사율로 비교됨으로써 각 파라미터의 값이 결정된다(스텝 S15~S18). 이와 같이, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 있어서의 연산의 파라미터에, 보조막 두께 측정에서 측정되는 일부의 막 이외의 막의 막 두께가 포함됨으로, 보조막 두께 측정에서 구하지 못했던 막의 막 두께도 정도 좋게 구할 수 있다.
또, 보조막 두께 측정에서는, 복수의 막의 모든 막 두께가 구해져도 된다. 또한, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 있어서의 연산의 파라미터에 보조막 두께 측정 에서 측정된 막의 막 두께도 포함되어도 되고, 이 경우, 보조막 두께 측정에서 얻어진 측정치를 초기치로 하는 것이 바람직하다.
이상과 같이, 트렌치 형상 측정 장치(1)에서는, 기판(9)의 측정 영역(93) 및 홈 패턴이 존재하지 않는 보조 영역(94)에 적어도 하나의 막이 형성될 경우에, 보조막 두께 측정에 대하여, 조명광을 보조 영역(94)에 조사하여, 반사광에 근거해 보조 영역(94)의 분광 반사율을 취득함으로써, 해당 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께를 구하고, 이어서, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 해당 막 두께를 이용하여 이론 분광 반사율을 구함으로써, 적어도 하나의 막을 갖는 기판(9)에 있어서, 홈 패턴의 깊이를 보다 정도 좋게 구할 수 있는 것이 가능하게 된다.
또, 복수의 막이 형성되어 있는 기판(9)상의 홈 패턴의 형상 측정을 행할 때에, 기판(9)상의 막 구조에 따라서는, 보조막 두께 측정을 행하지 않고, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 있어서의 연산의 파라미터에, 복수의 막의 각각의 막 두께가 포함되어도 된다. 즉, 기판(9)의 측정 영역(93)에 적어도 하나의 막이 형성되어 있는 경우에, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 있어서의 연산의 파라미터에, 해당 적어도 하나의 막의 막 두께가 포함됨으로써, 기판(9)에 형성된 막을 고려하면서 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구하는 것이 실현된다.
도 7은, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 트렌치 형상 측정 장치(1a)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 7의 트렌치 형상 측정 장치(1a)는, 도 1의 트렌치 형상 측정 장치(1)와 비교해서, 반투명경(43)과 렌즈(45)와의 사이에, 입사하는 광에 포함되는 편광광을 비평광광으로 하는 편광 해소 소자(46)가 설치되는 점에서만 상위 하다. 다른 구성은, 도 1과 동일하며 같은 부호를 부여하고 있다.
도 7의 트렌치 형상 측정 장치(1a)에 의한 홈 패턴의 형상의 측정 동작에서는, 유지부(21)상에 기판(9)을 유지할 때(도 2: 스텝 S10), 기판(9)의 방향은 조정되지 않고, 이후의 처리는, 도 1의 트렌치 형상 측정 장치(1)와 동일하게 행해진다. 트렌치 형상 측정 장치(1a)에서는, 기판(9)으로 회절 격자(52)와의 사이의 광로상에 편광 해소 소자(46)가 배치됨으로써, 편광 해소 소자(46)를 이용하여 홈 패턴에 의한 반사광의 편광의 영향을 해소할 수 있으며, 분광 반사율을 정확하게 취득해 홈 패턴의 깊이를 정도 좋게 구하는 것이 가능하게 된다. 또한, 편광 해소 소자(46)는 기판(9)으로 회절 격자(52)와의 사이의 광로상에 배치되는 것이라면, 어느 위치에 설치되어도 좋다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 다양한 변형이 가능하다.
상기 제1의 실시 형태에서는, 기판(9)을 유지부(21)에 유지할 때에 기판(9)의 방향이 회절 격자(52)에 대하여 조정되지만, 예를 들면, 분광기(5) 및 검출기(6)를 일체로서 회절 격자(52)의 중심선을 중심으로 회동하는 기구를 마련하여 측정 분광 반사율을 취득할 때에, 회절 격자(52)의 격자 방향으로 대응하는 기판(9)상의 방향과 홈 방향과의 이루는 각이 40도 이상 50도 이하 (바람직하기는 45도)가 되도록, 분광기(5) 및 검출기(6)가 회동되어도 좋다.
도 7의 트렌치 형상 측정 장치(1a)에서는, 기판(9)으로부터의 조명광의 반사광이 편광 해소 소자(46)를 통하여 회절 격자(52)로 인도됨으로써, 홈 패턴에 의한 반사광의 편광의 영향을 용이하게 제거하는 것이 실현되지만, 도 1의 트렌치 형상 측정 장치(1)에 있어서, 기판(9)과 회절 격자(52)와의 사이의 광로상에 편광 해소 소자가 추가되어 반사광의 편광의 영향이 보다 확실하게 제거되어도 된다.
상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 홈 패턴 정보를 취득할 때에 있어서의 연산의 파라미터에 홈 패턴의 깊이, 저면(921)의 면적율 및 최상면(931)의 면적율이 반드시 포함되지만, 홈(92)의 측면(922)이 기판(9)에 수직한 경우 등, 측면 영역의 면적을 0으로 파악될 경우에는, 홈 패턴의 깊이 및 저면(921)의 면적율(1로부터 최상면(931)의 면적율을 줄인 것도 좋다)만이 파라미터가 되어도 좋다. 즉, 적어도 홈 패턴의 깊이 및 홈 패턴의 저면(921)의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 이론 분광 반사율이 구해진다.
트렌치 형상 측정 장치(1, 1a)에서는, 유지부 이동 기구(23)가 조사 위치 변경부로서 기판(9)을 이동함으로써, 광조사부(3)에서의 조명광의 기판(9)상에 있어서의 조사 위치가 변경되지만, 조사 위치 변경부는, 광조사부(3), 광학계(4), 분광기(5) 및 검출기(6)를 기판(9)에 대하여 이동하는 기구에 의해 실현되어도 좋다.
도 2에 나타낸 동작의 흐름은, 가능한 범위내에서 적당히 변경되어도 좋고, 예를 들면, 측정 분광 반사율이 취득된 후, 이론 분광 반사율이 구해져도 좋다.
트렌치 형상 측정 장치(1, 1a)에 있어서의 반사광의 편광의 영향을 제거하는 방법은, - 의 방향으로 뻗어 있는 복수의 홈(라인 앤드 스페이스상의 홈)이 형성된 기판(9) 이외에, 하나의 홈만이 형성된 기판이나, 서로 직교하는 2개의 방향으로 뻗어 있는 복수의 홈이 형성된 기판, 혹은, - 의 방향으로 나열된 복수의 홀의 집 합이 실질적으로 하나의 홈으로서 파악되는 기판 등, 기판으로부터의 반사광에 홈 패턴에 의한 편광의 영향이 생기는 경우에 이용된다. 즉, 실질적으로 소정의 방향으로 뻗어 있는 홈 패턴이 측정 영역에 형성된 기판이 대상으로 된다.
또, 보조막 두께 측정을 실시하여 홈 패턴 정보를 정도 좋게 취득하는 방법은, 여러가지 형상의 홈 패턴을 갖는 기판에 대하여 적용되는 것이 가능하다. 이 경우에, 회절 격자(52) 이외의 광학 소자를 이용하여 반사광을 분광하여 측정 분광 반사율이 취득되어도 괜찮다.
트렌치 형상 측정 장치(1, 1a)에 있어서의 측정 대상의 기판은, 반도체 기판 이외에, 프린트 배선 기판이나 유리 기판 등이어도 좋다.
본 발명을 상세하게 묘사하여 설명했지만, 이미 기술한 설명은 예시적이며 한정적인 것이 아니다. 따라서, 본 발명의 범위를 일탈하지 않은 한, 다수의 변형이나 형태가 가능한 것이 이해된다.
도 1은, 제1의 실시 형태에 관한 트렌치 형상 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다
도 2는, 홈 패턴의 형상의 측정을 행하다 동작의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 3은, 보조막 두께 측정의 처리의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 4는, 홈 방향으로 수직인 기판의 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는, 저면의 복소 진폭 반사 계수를 구하는 처리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 영역 전체에 있어서의 복소 진폭 반사 계수를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 제2의 실시형태에 관한 트렌치 형상 측정 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

Claims (32)

  1. a) 소정의 방향으로 뻗어 있는 홈 패턴이 측정 영역에 형성된 기판에 조명광을 조사하는 공정과,
    b) 상기 기판으로부터의 상기 조명광의 반사광이 인도되는 회절 격자가, 상기 회절 격자의 격자 방향에 대응하는 상기 기판상의 방향과 상기 소정의 방향이 이루는 각이 40도 이상 50도 이하가 되는 상태로 배치되어 있어 상기 회절 격자로 상기 반사광을 수광하여 분광하는 공정과,
    c) 상기 b)공정에 의해 분광된 광을 검출기로 수광하여 상기 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 공정과,
    d) 적어도 상기 홈 패턴의 깊이 및 상기 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과, 상기 측정 분광 반사율을 비교함으로써, 상기 파라미터의 값을 결정하는 공정을 구비하는, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 a)공정에 있어서, 상기 조명광이 개구수 0.05 이상 0.1 이하의 대물
    렌즈를 통하여 상기 기판으로 인도되는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 기판의 표면에 있어서의 최상면의 면적율이 포함되고,
    상기 홈 패턴의 상기 저면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 저면의 면적율을 곱한 것과, 상기 최상면에서의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 최상면의 면적율을 곱한 것과의 합을 상기 측정 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 측정 영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 적어도 하나의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    e) 상기 기판의 상기 측정 영역 및 상기 홈 패턴이 존재하지 않는 보조 영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고, 상기 a)공정 전에, 조명광을 상기 보조 영역에 조사하여 상기 검출기로 상기 보조 영역의 분광 반사율을 취득함으로써, 상기 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께를 구하는 공정을 더 구비하고,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 e)공정에서 취득된 상기 막 두께를 이용하여 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 e)공정에 있어서, 상기 적어도 하나의 막 일부의 막 두께가 구해지며,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 일부 이외의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  7. a) 소정의 방향으로 뻗어 있는 홈 패턴이 측정 영역에 형성된 기판에 조명광을 조사하는 공정과,
    b) 상기 기판으로부터의 상기 조명광의 반사광을 편광 해소 소자를 통하여 회절 격자로 수광하여 분광하는 공정과,
    c) 상기 b)공정에 의해 분광된 광을 검출기로 수광하여 상기 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 공정과,
    d) 적어도 상기 홈 패턴의 깊이 및 상기 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과, 상기 측정 분광 반사율을 비교함으로써, 상기 파라미터의 값을 결정하는 공정을 구비하는, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 a) 공정에 있어서, 상기 조명광이 개구수 0.05 이상 0.1 이하의 대물렌즈를 통하여 상기 기판으로 인도되는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 기판의 표면에 있어서의 최상면의 면적율이 포함되고,
    상기 홈 패턴의 상기 저면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 저면의 면적율을 곱한 것과, 상기 최상면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 최상면의 면적율을 곱한 것과의 합을 상기 측정 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  10. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 측정 영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 적어도 하나의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  11. 청구항 7 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    e) 상기 기판의 상기 측정영역 및 상기 홈 패턴이 존재하지 않는 보조영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고, 상기 a) 공정 전에, 조명광을 상기 보조 영역에 조사하여 상기 검출기로 상기 보조 영역의 분광 반사율을 취득함으로써, 상기 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께를 구하는 공정을 더 구비하고,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 e)공정에서 취득된 상기 막 두께를 이용하여 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 e)공정에 있어서, 상기 적어도 하나의 막의 일부의 막 두께가 구해지며,
    상기 d)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 일부 이외의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  13. a) 홈 패턴이 형성된 측정 영역 및 상기 홈 패턴이 존재하지 않는 보조 영역에 적어도 하나의 막이 형성된 기판의 상기 보조 영역에 조명광을 조사하는 공정과,
    b) 상기 보조 영역으로부터의 상기 조명광의 반사광에 근거하여 상기 보조 영역의 분광 반사율을 취득함으로써, 상기 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께를 구하는 공정과,
    c) 상기 측정 영역에 조명광을 조사하는 공정과,
    d) 상기 측정 영역으로부터의 상기 조명광의 반사광에 근거하여 상기 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 공정과,
    e) 상기 b)공정에서 취득된 상기 막 두께를 이용하면서, 적어도 상기 홈 패턴의 깊이 및 상기 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해 지는 이론 분광 반사율과 상기 측정분광 반사율을 비교함으로써, 상기 파라미터의 값을 결정하는 공정을 구비하는, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 c)공정에 있어서, 상기 조명광이 개구수 0.05 이상 0.1 이하의 대물 랜즈를 통하여 상기 기판으로 인도되는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 e)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 기판의 표면에 있어서의 최상면의 면적율이 포함되고,
    상기 홈 패턴의 상기 저면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 저면의 면적율을 곱한 것과 상기 최상면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 최상면의 면적율을 곱한 것과의 합을 상기 측정 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 방법.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 b)공정에 있어서, 상기 적어도 하나의 막의 일부의 막 두께가 구해지며,
    상기 e)공정에 있어서, 상기 파라미터에 상기 일부 이외의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이의 측정 방법.
  17. 소정의 방향으로 성장하는 홈 패턴이 측정 영역에 형성된 기판을 유지하는 유지부와,
    상기 기판에 조명광을 조사하는 광 조사부와,
    상기 기판으로부터의 상기 조명광의 반사광을 소정 위치로 인도하는 광학계와,
    상기 소정 위치에 배치되는 회절 격자를 갖고, 상기 회절 격자의 격자 방향으로 대응하는 상기 기판상의 방향과 상기 소정의 방향과 이루는 각이 40도 이상 50도 이하가 되는 상태가 되어, 상기 회절 격자로 상기 반사광을 수광하여 분광하는 분광기와,
    상기 분광기에 의해 분광된 광을 수광하여 상기 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 검출기와,
    적어도 상기 홈 패턴의 깊이 및 상기 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과, 상기 측정 분광 반사율을 비교하는 것으로써, 상기 파라미터의 값을 결정하는 연산부를 구비하는, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 광학계가 개구수 0.05 이상 0.1 이하의 대물 랜즈를 구비하는, 홈 패턴 의 깊이 측정장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 파라미터에 상기 기판의 표면에 있어서의 최상면의 면적율이 포함되고,
    상기 홈 패턴의 상기 저면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 저면의 면적율을 곱한 것과, 상기 최상면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 최상면의 면적율을 곱한 것과의 합을 상기 측정 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  20. 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 측정 영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고,
    상기 파라미터에 상기 적어도 하나의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  21. 청구항 17 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 측정 영역 및 상기 홈 패턴이 존재하지 않는 보조 영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정하기 전에, 조명광을 상기 보조 영역으로 조사하여 상기 검출기로 상기 보조 영역의 분광 반사율을 취득함으로써, 상 기 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께가 구해지며,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정할 때에, 취득된 상기 막 두께를 이용하여 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정하기 전에, 상기 적어도 하나의 막의 일부의 막 두께가 구해지며,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정할 때, 상기 파라미터에 상기 일부 이외의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  23. 소정의 방향으로 뻗어 있는 홈 패턴이 측정 영역에 형성된 기판을 유지하는 유지부와,
    상기 기판에 조명광을 조사하는 광 조사부와,
    상기 기판으로부터의 상기 조명광의 반사광을 회절 격자로 수광하여 분광하는 분광기와,
    상기 기판과 상기 회절 격자와의 사이의 광로상에 배치되는 편광 해소 소자와,
    상기 분광기에 의해 분광된 광을 수광하여 상기 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하는 검출기와,
    적어도 상기 홈 패턴의 깊이 및 상기 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과, 상기 측정 분광 반사율을 비교함으로써, 상기 파라미터의 값을 결정하는 연산부를 구비하는, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 조명광이 개구수 0.05 이상 0.1 이하의 대물 렌즈를 통하여 상기 기판으로 인도되는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 파라미터에 상기 기판의 표면에 있어서의 최상면의 면적율이 포함되고,
    상기 홈 패턴의 상기 저면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 저면의 면적율을 곱한 것과, 상기 최상면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 최상면의 면적율을 곱한 것과의 합을 상기 측정 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 상기 이론 분광 반사율을 구할 수 있는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  26. 청구항 23 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 측정 영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고,
    상기 파라미터에 상기 적어도 하나의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  27. 청구항 23 내지 청구항 25 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 측정 영역 및 상기 홈 패턴이 존재하지 않는 보조 영역에 적어도 하나의 막이 형성되어 있고,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정하기 전에, 조명광을 상기 보조 영역으로 조사하여 상기 검출기로 상기 보조 영역의 분광 반사율을 취득함으로써, 상기 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께가 구해지며,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정할 때, 취득된 상기 막 두께를 이용하여 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  28. 청구항 27에 있어서,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정하기 전에, 상기 적어도 하나의 막의 일부의 막 두께가 구해지며,
    상기 연산부가 상기 파라미터의 값을 결정할 때, 상기 파라미터에 상기 일부 이외의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  29. 홈 패턴이 형성된 측정 영역 및 상기 홈 패턴이 존재하지 않는 보조 영역에 적어도 하나의 막이 형성된 기판을 유지하는 유지부와,
    상기 기판에 조명광을 조사하는 광 조사부와,
    상기 기판으로부터의 상기 조명광의 반사광을 수광하여 분광하는 분광기와,
    상기 분광기에 의해 분광된 광을 수광하여 분광 반사율을 취득하는 검출기와,
    상기 광 조사부로부터의 상기 조명광의 상기 기판상에 있어서의 조사 위치를 변경하는 조사 위치 변경부와,
    상기 보조 영역에 조명광을 조사하여 상기 검출기로 상기 보조 영역으로부터의 상기 조명광의 반사광에 근거하여 상기 보조 영역의 분광 반사율을 취득함으로써, 상기 적어도 하나의 막의 일부 또는 모든 막 두께를 구한 후, 상기 측정 영역에 조명광을 조사하여 상기 검출기로 상기 측정 영역으로부터의 상기 조명광의 반사광에 근거하여 상기 측정 영역의 측정 분광 반사율을 취득하여, 상기 막 두께를 이용하면서, 적어도 상기 홈 패턴의 깊이 및 상기 홈 패턴의 저면의 면적율을 파라미터로 하는 연산에 의해 구해지는 이론 분광 반사율과 상기 측정 분광 반사율을 비교함으로써, 상기 파라미터의 값을 결정하는 제어부를 구비하는, 기판에 형성된 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 조명광이 개구수 0.05 이상 0.1 이하의 대물 렌즈를 통하여 상기 기판으로 인도되는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 파라미터에 상기 기판의 표면에 있어서의 최상면의 면적율이 포함되고,
    상기 홈 패턴의 상기 저면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 저면의 면적율을 곱한 것과 상기 최상면으로부터의 광에 근거하여 이론적으로 구해지는 복소 진폭 반사 계수에 상기 최상면의 면적율을 곱한 것과의 합을 상기 측정 영역에 있어서의 복소 진폭 반사 계수로 함으로써, 상기 이론 분광 반사율이 구해지는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
  32. 청구항 29 내지 청구항 31 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어부가 상기 파라미터의 값을 결정하기 전에, 상기 적어도 하나의 막의 일부의 막 두께가 구해지며,
    상기 제어부가 상기 파라미터의 값을 결정할 때에, 상기 파라미터에 상기 일부 이외의 막의 막 두께가 포함되는, 홈 패턴의 깊이 측정 장치.
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