(57)【要約】      （修正有）【課題】被測定物上に形成されたナノメートルサイズの周期構造を有するパターンの寸法を測定することが可能なパターン測定方法及び装置を提供する。【解決手段】パターン測定方法は、周期構造を有するパターンＰが形成された被測定物Ｗの測定を行うパターン測定方法であって、レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂから、互いに波長が異なる少なくとも２つのレーザー光を被測定物に照射するステップと、光検出素子を用いて、被測定物からの回折光を検出するステップと、回折光の検出された位置に基づいて、回折光の出射角を算出するステップと、レーザー光の波長並びに回折光の次数及び出射角に基づいて、パターンの間隔を算出するステップとを含む。【選択図】図１
2020173140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期構造を有するパターンが形成された被測定物の測定を行うパターン測定方法であって、
レーザー光源から、互いに波長が異なる少なくとも２つのレーザー光を前記被測定物に照射する照射ステップと、
光検出素子を用いて、前記被測定物からの回折光を検出する検出ステップと、
前記回折光の検出された位置に基づいて、前記回折光の出射角を算出する第１の算出ステップと、
前記レーザー光の波長並びに前記回折光の次数及び出射角に基づいて、前記パターンの間隔を算出する第２の算出ステップと、
を含むパターン測定方法。
【請求項２】
前記被測定物に対する前記レーザー光の照射位置及び照射方向を変更して、前記照射ステップ、前記検出ステップ、前記第１の算出ステップ及び前記第２の算出ステップを繰り返し、前記パターンの３次元的な形状又は寸法の測定を行う、請求項１記載のパターン測定方法。
【請求項３】
前記パターンの間隔の目標値に基づいて、測定に使用する前記レーザー光の波長及び前記回折光の次数のうちの少なくとも一方を決定するステップをさらに備える請求項１又は２記載のパターン測定方法。
【請求項４】
前記パターンの間隔の目標値が小さいほど、測定に使用する前記レーザー光の波長の光源波長差を小さくするか、又は前記回折光の次数を小さくする、請求項３記載のパターン測定方法。
【請求項５】
周期構造を有するパターンが形成された被測定物の測定を行うパターン測定装置であって、
互いに波長が異なる少なくとも２つのレーザー光を前記被測定物に照射するレーザー光源と、
前記被測定物からの回折光を検出する光検出素子と、
前記回折光の検出された位置に基づいて、前記回折光の出射角を算出し、前記レーザー光の波長並びに前記回折光の次数及び出射角に基づいて、前記パターンの間隔を算出する算出部と、
を備えるパターン測定装置。
【請求項６】
前記被測定物に対する前記レーザー光の照射位置及び照射方向を変更する制御部をさらに備え、
前記算出部は、前記照射位置及び照射方向が変更されるごとに、前記パターンの間隔を算出し、前記パターンの３次元的な形状又は寸法の測定を行う、請求項５記載のパターン測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパターン測定方法及び装置に係り、特に、被測定物上に形成された周期構造を有するパターンの寸法を測定するためのパターン測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造では、半導体ウェーハ上にナノスケールの回路パターンを形成するためのリソグラフィ技術の開発が進められている。半導体製造プロセスにおけるリソグラフィ工程では、ナノスケールの回路パターンの限界寸法（ＣＤ：Critical Dimension）の測定が行われる。そして、限界寸法の測定結果に基づいて、半導体製造プロセスの露光条件等にフィードバックが行われる。このような限界寸法の測定では、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−２０７５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、限界寸法の測定結果を半導体製造プロセスにフィードバックするためには、in-situの測定（いわゆるその場測定）を行うことが望ましい。しかしながら、ＳＥＭ及びＡＦＭを用いた測定では、測定対象の回路パターンの走査及び信号処理に時間がかかるため、in-situの測定を行うことは困難であった。
【０００５】
ＳＥＭ及びＡＦＭを用いる方法以外の限界寸法の測定方法としては、光波散乱計測（Scatterometory）がある（例えば、特許文献１）。光波散乱計測は、光を用いて非破壊かつ非接触で限界寸法の測定を行う方法である。光波散乱計測によれば、測定速度の向上により、略リアルタイムの測定が可能となっている。
【０００６】
特許文献１には、当時使用されていた回折格子標的よりも小さい、５マイクロメートル×５マイクロメートルの平面寸法を有する回折格子標的に対する光波散乱計測を可能にする計測システムが開示されている。しかしながら、従来の光波散乱計測では、ナノメートルサイズの周期構造を有する回路パターンの測定を行うことはできなかった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、被測定物上に形成されたナノメートルサイズの周期構造を有するパターンの寸法を測定することが可能なパターン測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係るパターン測定方法は、周期構造を有するパターンが形成された被測定物の測定を行うパターン測定方法であって、レーザー光源から、互いに波長が異なる少なくとも２つのレーザー光を被測定物に照射する照射ステップと、光検出素子を用いて、被測定物からの回折光を検出する検出ステップと、回折光の検出された位置に基づいて、回折光の出射角を算出する第１の算出ステップと、レーザー光の波長並びに回折光の次数及び出射角に基づいて、パターンの間隔を算出する第２の算出ステップとを含む。
【０００９】
本発明の第２の態様に係るパターン測定方法は、第１の態様において、被測定物に対するレーザー光の照射位置及び照射方向を変更して、照射ステップ、検出ステップ、第１の算出ステップ及び第２の算出ステップを繰り返し、パターンの３次元的な形状又は寸法の測定を行う。
【００１０】
本発明の第３の態様に係るパターン測定方法は、第１又は第２の態様において、パターンの間隔の目標値に基づいて、測定に使用するレーザー光の波長及び回折光の次数のうちの少なくとも一方を決定するステップをさらに備える。
【００１１】
本発明の第４の態様に係るパターン測定方法は、第３の態様において、パターンの間隔の目標値が小さいほど、測定に使用するレーザー光の波長の光源波長差を小さくするか、又は回折光の次数を小さくする。
【００１２】
本発明の第５の態様に係るパターン測定装置は、周期構造を有するパターンが形成された被測定物の測定を行うパターン測定装置であって、互いに波長が異なる少なくとも２つのレーザー光を被測定物に照射するレーザー光源と、被測定物からの回折光を検出する光検出素子と、回折光の検出された位置に基づいて、回折光の出射角を算出し、レーザー光の波長並びに回折光の次数及び出射角に基づいて、パターンの間隔を算出する算出部とを備える。
【００１３】
本発明の第６の態様に係るパターン測定装置は、第５の態様において、被測定物に対するレーザー光の照射位置及び照射方向を変更する制御部をさらに備え、算出部は、照射位置及び照射方向が変更されるごとに、パターンの間隔を算出し、パターンの３次元的な形状又は寸法の測定を行う。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、波長が異なる少なくとも２つのレーザー光を用いて測定を行うことにより、被測定物上に形成されたナノメートルサイズの周期構造を有するパターンの寸法を測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るパターン測定装置を示すブロック図である。
【図２】図２は、１次回折光における光源波長差と出射角との関係を示すグラフである。
【図３】図３は、１次回折光におけるパターン間隔と出射角との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、２次回折光におけるパターン間隔と出射角との関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係るパターン測定方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面に従って本発明に係るパターン測定方法及び装置の実施の形態について説明する。
【００１７】
［パターン測定装置］
まず、パターン測定装置の構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るパターン測定装置を示すブロック図である。
【００１８】
本実施形態に係るパターン測定装置１０は、ナノメートルサイズ（ナノメートルオーダ）の周期構造を有するパターンＰが形成された被測定物Ｗに光を照射して、パターンＰのパターン間隔ｄ（ｎｍ）の測定を行う装置である。以下の説明では、パターンＰの長さ方向をＸ軸、パターンＰがパターン間隔ｄで配置される方向をＹ軸とし、被測定物Ｗが載置されるステージ２８の法線ＮＬに沿う方向をＺ軸とする３次元直交座標系を用いて説明する。
【００１９】
なお、本実施形態では、被測定物Ｗを半導体ウェーハとして、半導体ウェーハ上にパターン間隔ｄで形成された回路パターン（配線パターン）Ｐの限界寸法の測定を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されない。本発明は、回路パターン以外の周期構造を有するパターン（例えば、凹凸、溝、格子）の寸法測定に適用することが可能である。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係るパターン測定装置１０は、光源装置１２、ファイバーカプラ１４、光ファイバーコネクター１６、コリメータ２０、偏光子２２、検光子２４、光検出器２６及び制御処理装置５０を含んでいる。
【００２１】
光源装置１２は、２つのレーザー光源１２Ａ及び１２Ｂを含んでいる。レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂは、互いに波長が異なる単一波長レーザー光（例えば、連続発振レーザー光又はパルスレーザー光）を出力可能な単一波長レーザー光源である。レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂとしては、例えば、半導体レーザー等を用いることができる。レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂから出力された第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢは、光ファイバー１８を介して被測定物Ｗに向けて伝播される。
【００２２】
ファイバーカプラ１４は、レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂから出力された第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢを、所定の割合で分波又は合波するための光デバイスである。ファイバーカプラ１４は、例えば、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）等により、レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂから出力された第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢを合波する。
【００２３】
光ファイバーコネクター１６は、光ファイバー１８同士を接続する光デバイスである。ファイバーカプラ１４により合波された第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢは、光ファイバーコネクター１６を経てコリメータ２０に出射される。
【００２４】
コリメータ２０は、光ファイバー１８から出射される発散光を平行光に変換するか、又は被測定物Ｗの表面に形成されたパターンＰに集光させるための光学系（レンズ等）を含んでいる。以下、コリメータ２０を介してパターンＰに照射されるレーザー光を計測光ＬＣという。
【００２５】
偏光子２２は、コリメータ２０を介して照射される計測光ＬＣの直線偏光方向を所定の方向にそろえるための光デバイスである。偏光子２２としては、例えば、偏光板、偏光プリズム等を用いることができる。
【００２６】
検光子２４は、光の偏光の程度や偏光の向きを調べるための光デバイスである。検光子２４としては、例えば、偏光板、偏光プリズム等を用いることができる。
【００２７】
本実施形態に係るパターン測定装置１０は、偏光子２２及び検光子２４を回転させて偏光状態を変更することにより、複数の偏光状態を使用して光波散乱計測を行うことが可能となっている。なお、偏光子２２及び検光子２４は、例えば、作業者が手動で回転操作可能としてもよいし、制御処理装置５０を介してアクチュエータを制御することにより回転操作可能としてもよい。
【００２８】
光検出器２６は、被測定物Ｗに計測光ＬＣが照射されたときに、被測定物Ｗによって反射及び回折された第１及び第２の回折光（散乱光）ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）を検出するための光デバイスであり、例えば、分光器と、光検出素子とを含んでいる。この光検出器２６により、各波長（λｉＡ及びλｉＢ）に対応する第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）を取り出し、第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の照射位置を検出する。これにより、第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の次数（ｍ）が決定される。ここで、ｍは、第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の次数である（ｍ＝±１，±２，・・・）。
【００２９】
分光器は、被測定物Ｗによって反射及び回折された回折光を波長ごとの第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）に弁別するための光デバイスである。
【００３０】
光検出素子は、分光器によって波長ごとに弁別された第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）を検出する光デバイスである。光検出素子は、第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の２次元の照射位置を検出可能なものであることが望ましい。２次元の照射位置を検出可能な光検出素子としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）センサー等を挙げることができる。
【００３１】
なお、分光器に代えて、第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の波長（λｉＡ及びλｉＢ）の光をそれぞれ透過させるバンドパスフィルタを切り替えて使用することにより、第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の照射位置を検出することも可能である。
【００３２】
制御処理装置５０は、第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の光検出素子における照射位置の情報から、パターンＰの形状及びパターン間隔ｄを演算する装置である。制御処理装置５０は、例えば、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の汎用のコンピュータによって実現可能である。図１に示すように、制御処理装置５０は、制御部５２、記憶部５４及び入出力部５６を含んでいる。
【００３３】
制御部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んでおり、入出力部５６を介して作業者から操作入力を受け付けて、制御処理装置５０の各部を制御する。制御部５２は、後述のパターン間隔ｄの算出を含む各種の演算を行う算出部として機能する。
【００３４】
制御部５２は、パターン測定装置１０の各部の制御を行うようにしてもよい。例えば、制御部５２は、パターン測定装置１０の光源装置１２における第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢの出力タイミング、波長、強度等の制御を行うようにしてもよい。また、制御部５２は、コリメータ２０及び光検出器２６とステージ２８との相対位置の制御、並びに偏光子２２及び検光子２４の姿勢及び回転角度等の制御を行うようにしてもよい。
【００３５】
記憶部５４は、測定結果等のデータを保存するためのストレージデバイスである。記憶部５４としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等を用いることができる。
【００３６】
入出力部５６は、作業者の操作入力を受け付けるための操作部材（例えば、キーボード、ポインティングデバイス等）と、パターンＰの形状及びパターン間隔ｄの演算の結果等を表示するための表示部（例えば、液晶ディスプレイ等）とを含んでいる。
【００３７】
［パターン寸法の算出］
次に、本実施形態に係るパターン寸法の算出の手順について説明する。本実施形態では、波長が異なる第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢをパターンＰに照射し、パターンＰからの第１及び第２の回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）に基づいて、パターンＰのパターン間隔ｄを算出する。
【００３８】
被測定物Ｗ上のパターンＰが等間隔で配置された（反射型）回折格子と仮定すると、パターンＰに照射される照射光の波長λｉと、照射光の入射角θｉ及び回折光の出射角θｒとの関係は、下記の式（１）により表される。
【００３９】
ｍλｉ＝ｄ（sinθｉ＋sinθｒ）  …（１）
ここで、ｍは、回折光の次数（ｍ＝±１，±２，・・・）である。なお、回折光の出射角θｒは、法線ＮＬに対して入射側に散乱される場合に正の値、反対側に散乱される場合に負の値をとるものとする（図１参照）。
【００４０】
本実施形態では、波長λｉＡ及びλｉＢの第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢが合波されて、計測光ＬＣとして同一の入射角でパターンＰに照射される。この計測光ＬＣの入射角θｉとし、波長λｉＡ及びλｉＢの回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の出射角をそれぞれθｒＡ及びθｒＢとすると、以下の式（２）及び式（３）が成り立つ。
【００４１】
ｍλｉＡ＝ｄ（sinθｉ＋sinθｒＡ）  …（２）
ｍλｉＢ＝ｄ（sinθｉ＋sinθｒＢ）  …（３）
式（２）及び式（３）から式（４）が得られる。
【００４２】
ｄ＝ｍ（λｉＡ−λｉＢ）／（sinθｒＡ−sinθｒＢ）  …（４）
つまり、ｍ次光の出射角度θｒＡ及びθｒＢと２つのレーザー光源１２Ａ及び１２Ｂの光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）から、ナノメートルサイズのパターン間隔dを求めることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態では、ステージ２８をＸ及びＹ軸方向に移動させたり、又はＺ軸周りに回転させて、被測定物Ｗ上のパターンＰに対する計測光ＬＣの照射位置及び照射方向を順次変更して、パターン間隔ｄの算出を繰り返す。これにより、被測定物Ｗ上のパターンＰの３次元的な形状又は寸法の測定を行うことが可能になる。なお、計測光ＬＣの照射位置及び照射方向の変更は、コリメータ２０等の照明光学系を移動させることにより行ってもよいし、照明光学系とステージ２８の両方を移動させることにより行ってもよい。また、照明光学系の移動に応じて光検出器２６の位置を変更するようにしてもよい。
【００４４】
なお、本実施形態では、波長ごとに２つのレーザー光源１２Ａ及び１２Ｂを設けたが、本発明はこれに限定されない。波長可変レーザー光源（例えば、波長掃引レーザー光源、変調型レーザー光源等）を１つ設けてもよい。波長可変レーザー光源を用いる場合には、ファイバーカプラ１４を設けなくてもよい。また、波長可変レーザー光源を用いて、レーザー光の波長を変えて順次測定を行う場合には、分光器を省略してもよい。
【００４５】
また、２以上の単一波長レーザー光源を設けて、被測定物Ｗのパターン間隔ｄの設計値（目標値）等に応じて選択して使用するようにしてもよい。また、被測定物Ｗに照射する波長は２つに限定されず、２つ以上の波長のレーザー光を照射して、複数の波長の組み合わせについて、式（４）を用いてパターン間隔ｄを複数算出し、複数のパターン間隔ｄを比較したり、平均値をとることにより、パターン間隔ｄを算出するようにしてもよい。
【００４６】
次に、光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）と測定可能なパターン間隔ｄとの関係について説明する。図２は、１次回折光における光源波長差と出射角との関係を示すグラフである。
【００４７】
図２において、データＤ１〜Ｄ４は、それぞれパターン間隔ｄが５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ及び５０ｎｍのパターンＰに対して、第２のレーザー光ＬＢの波長λｉＢを変化させた場合のパターン間隔ｄと第２の回折光ＬＢ（１）の出射角θｒＢとの関係を示している。
【００４８】
図２における測定条件は、計測光ＬＣの入射角θｉ＝４５°、第１のレーザー光ＬＡの波長λｉＡ＝６００ｎｍ、回折光の次数ｍ＝１であり、第１の回折光ＬＡ（１）の出射角θｒＡはθｒＡ＝６０°とする。
【００４９】
図２に示すように、第２のレーザー光ＬＢの波長λｉＢをλｉＢ＝５８０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の範囲で変化させた場合、パターン間隔ｄごとに、第２の回折光ＬＢ（１）の出射角θｒＢの変化量が異なり、パターン間隔ｄが５ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ及び５０ｎｍの場合のデータＤ１〜Ｄ４が分離する。
【００５０】
したがって、本実施形態によれば、パターン間隔ｄに応じて第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢの光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）を選択することにより、ナノメートルサイズのパターンＰを測定することが可能になる。
【００５１】
図３及び図４は、それぞれ１次回折光及び２次回折光におけるパターン間隔と出射角との関係を示すグラフである。
【００５２】
図３のデータＤ１０〜Ｄ１２は、それぞれ第２のレーザー光ＬＢの波長λｉＢが６１０ｎｍ、６０５ｎｍ及び６０２ｎｍの場合のパターン間隔ｄと１次回折光の出射角の正弦（sinθｒＡ−sinθｒＢ）との関係を示している。図４のデータＤ２０〜Ｄ２２は、それぞれ第２のレーザー光ＬＢの波長λｉＢが６１０ｎｍ、６０５ｎｍ及び６０２ｎｍの場合のパターン間隔ｄと２次回折光の出射角の正弦（sinθｒＡ−sinθｒＢ）との関係を示している。
【００５３】
図３及び図４における測定条件は、計測光ＬＣの入射角θｉ＝４５°、第１のレーザー光ＬＡの波長λｉＡ＝６００ｎｍであり、第１の回折光ＬＡ（ｍ）（ｍ＝１，２）の出射角θｒＡはθｒＡ＝６０°とする。
【００５４】
図３及び図４によれば、光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）の絶対値が小さいほど、測定可能なパターン間隔ｄが小さくなることがわかる。また、回折光の次数ｍが小さいほど、測定可能なパターン間隔ｄが小さくなることがわかる。
【００５５】
さらに、図３及び図４によれば、光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）の絶対値が小さいほど、パターン間隔ｄが大きい側において、ｄに対する（sinθｒＡ−sinθｒＢ）の変化の割合（傾き）の絶対値が小さくなっていることがわかる。また、回折光の次数ｍが小さいほど、パターン間隔ｄが大きい側において、ｄに対する（sinθｒＡ−sinθｒＢ）の変化の割合の絶対値が小さくなっていることがわかる。このため、パターン間隔ｄが大きい場合に、光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）の絶対値を大きくするか、回折光の次数ｍを上げることが好ましい。
【００５６】
したがって、被測定物Ｗのパターン間隔ｄが小さいほど、光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）の絶対値を小さくする、及び／又は測定に用いる回折光の次数ｍを下げて測定を行う（パターン間隔ｄが大きいほど、光源波長差（λｉＡ−λｉＢ）の絶対値を大きくする、及び／又は測定に用いる回折光の次数ｍを上げて測定を行う）ことにより、パターン間隔ｄの測定を高精度で行うことが可能になる。
【００５７】
［パターン測定方法］
次に、パターン測定方法における処理の流れについて説明する。図５は、本発明の一実施形態に係るパターン測定方法を示すフローチャートである。
【００５８】
まず、測定に使用する波長λｉＡ及びλｉＢ並びに回折光の次数ｍを決定する（ステップＳ１０）。ここで、波長λｉＡ及びλｉＢ並びに回折光の次数ｍは、パターン間隔ｄの設計値（目標値）等に応じて制御部５２が決定するようにしてもよい。また、レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂからそれぞれ出力可能なレーザー光ＬＡ及びＬＢの波長λｉＡ及びλｉＢが２つのみで固定の場合には、回折光の次数ｍのみを決定するようにしてもよい。また、測定に使用する回折光の次数ｍについても、例えば、ｍ＝１に固定するようにしてもよい。
【００５９】
次に、レーザー光源１２Ａ及び１２Ｂから波長λｉＡ及びλｉＢの第１及び第２のレーザー光ＬＡ及びＬＢを出力して、コリメータ２０を介して被測定物Ｗの表面に形成されたパターンＰに計測光ＬＣを照射し（ステップＳ１２：照射ステップ）、光検出器２６によりｍ次回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）を検出する（ステップＳ１４：検出ステップ）。
【００６０】
次に、制御部５２は、光検出器２６における検出位置と計測光ＬＣの照射位置（ｍ次回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の出射位置）の位置関係に基づいて、ｍ次回折光ＬＡ（ｍ）及びＬＢ（ｍ）の出射角θｒＡ及びθｒＢを算出する（ステップＳ１６：第１の算出ステップ）。そして、制御部５２は、波長λｉＡ及びλｉＢ、次数ｍ並びに出射角θｒＡ及びθｒＢの値を式（４）に代入して、パターン間隔ｄを算出する（ステップＳ１８：第２の算出ステップ）。
【００６１】
次に、制御部５２は、被測定物Ｗのパターン間隔ｄの算出結果を記憶部５４に保存する（ステップＳ２０）。この算出結果は、入出力部５６の表示部に表示させるようにしてもよい。この算出結果は、例えば、半導体製造プロセスのリソグラフィの露光条件等へのフィードバックに使用することが可能である。
【００６２】
本実施形態によれば、複数の波長のレーザー光ＬＡ及びＬＢを用いることにより、ナノメートルサイズの周期構造を有するパターンＰの寸法を測定することが可能になる。さらに、本実施形態では、被測定物Ｗ上のパターンＰに対する計測光ＬＣの照射位置及び照射方向を順次変更して、照射位置及び照射方向ごとにステップＳ１２からＳ１８を繰り返し、パターン間隔ｄの算出を行う。これにより、被測定物Ｗ上のパターンＰの３次元的な形状又は寸法の測定を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…パターン測定装置、１２…光源装置、１２Ａ、１２Ｂ…レーザー光源、１４…ファイバーカプラ、１６…光ファイバーコネクター、１８…光ファイバー、２０…コリメータ、２２…偏光子、２４…検光子、２６…光検出器、２８…ステージ、５０…制御処理装置、５２…制御部、５４…記憶部、５６…入出力部
【図１】
2020173140.tif 000003
【図２】
2020173140.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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