JPH11183138A - パターンの寸法測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パターンの寸法測定方法および装置におい
て、ビーム形状を変えずにアライメントがずれたときで
もパターンの所定位置とビームの中心とを正確に一致さ
せてスキャンを行うこと。 【解決手段】 ビームＢの走査が完了するたびに次の走
査を開始する点を走査方向と直交する方向にシフトさせ
ることでパターンＰを異なる位置で走査することによ
り、走査方向およびその直交方向におけるパターン信号
が二次元的分布として検出される。そして、これらの複
数回の走査により検出された複数のパターン信号の信号
強度から所定の信号強度の走査位置を算出して、該走査
位置に対応するパターン信号に基づきパターンＰの幅Ｗ
または位置Ｃを測定するので、アライメントのずれ等が
生じてもビーム形状を変える必要が無いとともに、パタ
ーン信号の信号強度が小さくても正確に寸法測定が可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスク、レチクル
等の基板表面に形成されたパターンの幅等の寸法や位置
をビームで走査して測定する寸法測定方法および装置に
関し、特にサブミクロンレベルの微細なパターンに対す
る測定に好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用のマスク・レチクル・ウェ
ハ等の試料面上に形成された微細パターンの線幅や座標
（位置）を測定する場合に、従来、レーザ光を光学系を
通して試料面上に集光したビームを投射し、被測定パタ
ーンの前後でビームまたは試料を載置したステージを互
いに相対的に移動させることにより、ビームと被測定パ
ターンとを相対的にスキャン（走査）し、その時に発生
する散乱光または正反射光を使用してパターンのエッジ
位置を検出することにより、パターン線幅や座標を測定
する方法が用いられてきた。

【０００３】この種の測定手段として、例えば、特公昭
５６−２５９６４号公報には、パターンの線縁部でレー
ザ光が回折（散乱）された光を検出して、高精度な線幅
測定を行う技術が提案されている。これらの技術では、
例えば、図６に示すような被測定パターンＰ₀の線幅Ｗ₀
等を測定する場合には、試料面上に投射させたビームＢ
を被測定パターンＰ₀の前後で移動させて相対的にスキ
ャンさせる。

【０００４】近年の集積回路パターンの測定において
は、図７に示すようなコンタクトホールパターンＰの幅
Ｗや中心座標Ｃを測定する重要性が増している。また、
近年の高集積化に伴ってこのコンタクトホールパターン
Ｐの幅Ｗも１μｍ以下の寸法に微細化されている。例え
ば、図７に示すように、試料面上にＨｅ−Ｎｅレーザビ
ームＢを形成した場合、そのスポット径Ｄは、光学的な
分解能から最小でも約０．８μｍである。一方、コンタ
クトホールパターンＰの幅Ｗも１μｍ以下の寸法に微細
化されているため、ビームＢのスポット径Ｄとパターン
Ｐの大きさはほぼ同等か、場合によってはパターンＰの
方が小さくなっていることから、寸法測定において以下
のような問題が生じている。

【０００５】試料面上のパターン測定を行う場合、例え
ば、試料を載置したＸＹステージを移動させ被測定パタ
ーンをビームの位置に移動させて測定を行う。この試料
面上のパターンについては、予め代表的な複数のパター
ンを使用して画像処理等を使用したアライメント方法に
より、Ｘ，Ｙ，θ方向についてアライメントが行われ
る。

【０００６】このとき、図７に示すような微細なコンタ
クトホールパターンＰを測定しようとすると、ビームＢ
とパターンＰとの位置関係を高精度に合わせる必要があ
るため、非常に高精度なアライメントが必要となる。仮
に、非常に高精度なアライメントを行ったとしても、ア
ライメントに使用したパターンと測定されるコンタクト
ホールパターンＰとの位置関係が設計値に対してずれて
いると、図８に示すように、ビームＢとパターンＰとの
位置関係は相対的にずれてしまうことになる。

【０００７】一方、ビームＢの光強度分布は、図９に示
すように、ガウシアン分布となっており、ビームＢの中
央から周辺にかけて光強度が小さくなっている。図８に
示すような位置関係がずれた状態でスキャン（矢印方向
が走査方向）を行った場合、エッジ検出にはビームＢの
周辺の光強度の弱い部分が使用されることになってしま
う。このとき、散乱光信号や正反射光信号の強度も小さ
くなってしまう。信号強度はゲインコントロールにより
一定の強度の電気信号として処理することは可能である
が、検出される元の信号自体が小さくなった場合には、
当然ＳＮ比が悪化し、測定精度も悪化することとなる。

【０００８】また、ビームＢの周辺部分を使用して測定
を行った場合には、中央部分を使用して測定した場合に
対して信号波形自体も変化し、パターンＰの幅Ｗおよび
座標値も変化してしまう。なお、ビームをさらに小径に
集光することにより、パターンの寸法測定精度に対する
光強度分布の依存性を小さくすることができるが、ビー
ムの集光限界は、その波長と光学系によって制限されて
しまい、特にビームの波長より小径にすることはできな
いという絶対的な限界がある。

【０００９】従来は、これらの問題を解決するために、
ビームの形状を変えてパターンの寸法を測定する手段も
用いられていた。具体的には、上記の例ではビームの形
状が丸であるのに対して楕円にして測定を行う方法であ
る。すなわち、レーザ光の送光系において、図１０に示
すように、回折スリットＳＬを設置し、該回折スリット
ＳＬにより光束を絞った方向について回折により分解能
を低下させ、ビームを広げることにより、結果として回
折スリットＳＬの向きとは直交した楕円ビームＯＶを試
料面上に投射するものである。

【００１０】例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（λ＝６３３ｎ
ｍ）を使用した場合には、楕円ビームＯＶの幅は、約
０．８μｍとなり、長さは、例えば３μｍや５μｍ等に
回折スリットＳＬの幅により自由に設定可能である。こ
のように、楕円ビームＯＶを使用することにより、図１
１に示すように、楕円ビームＯＶの長さをパターンＰよ
りも大きくすることで、楕円ビームＯＶとパターンＰと
の位置関係が多少ずれていてもスキャン時に必ずパター
ンＰの全域が楕円ビームＯＶ内を通過するようにしてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の寸法測定手段には、以下のような課題が残されてい
る。すなわち、楕円ビームＯＶは、回折スリットＳＬを
通過させたレーザ光の一部であるため、丸形状（スポッ
ト状）のビームＢに比べてビーム自体の光量が低下して
しまう問題がある。また、パターン測定時には、楕円ビ
ームＯＶの一部のみがパターンＰに投射されて測定に寄
与するため、得られる散乱光や正反射光の信号強度は、
さらに低下してしまう。すなわち、これら要因によって
信号のＳＮ比が大幅に低下して、測定精度が悪化すると
いう問題が生じていた。なお、楕円ビームＯＶを用いて
もその光強度分布がガウシアン分布であることには変わ
りないので、スキャン位置とパターンＰとの相対ずれの
影響は低減されるものの、楕円ビームＯＶの端部周辺が
パターンＰに投射されてしまう場合には根本的に光強度
分布による問題を解決できる訳ではない。また、波長レ
ベルまで集光したビームを波長レベルの寸法である微細
パターンに投射する場合には、ビームの一部が反射せず
に微細パターンを通り抜けてしまう現象が生じる。この
ため、このような微細パターンを測定する際には、さら
に反射効率が減少してしまうという不都合が生じてい
た。

【００１２】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、ビーム形状を変えずにアライメントがずれたとき
でもパターンの所定位置における幅や位置を正確に測定
することができる寸法測定方法および装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項
１記載のパターンの寸法測定方法では、パターンが形成
された試料面上にスポット状のビームを照射し、前記ビ
ームを前記パターンに対して相対的に走査し、該走査で
生じた前記パターンからの散乱光と反射光との少なくと
も一方のパターン信号を検出し、前記パターン信号から
走査方向におけるパターンの幅または位置を測定する寸
法測定方法において、前記走査が完了するたびに次の走
査を開始する点を前記走査方向と直交する方向にシフト
させることで前記パターンを異なる位置で走査し、これ
らの複数回の走査により検出された複数のパターン信号
の信号強度から所定の信号強度の走査位置を算出し、該
走査位置に対応するパターン信号に基づき前記パターン
の幅または位置を測定する技術が採用される。

【００１４】このパターンの寸法測定方法では、アライ
メントを行った後、走査が完了するたびに次の走査を開
始する点を走査方向と直交する方向にシフトさせパター
ンを異なる位置で走査することにより、走査方向および
その直交方向におけるパターン信号が二次元的分布とし
て検出される。そして、これらの複数回の走査により検
出された複数のパターン信号の信号強度から所定の信号
強度の走査位置を算出して、該走査位置に対応するパタ
ーン信号に基づきパターンの幅または位置を測定するの
で、アライメントのずれ等が生じてもビーム形状を変え
る必要が無いとともに、パターン信号の信号強度が小さ
くても正確に寸法測定が可能となる。例えば、矩形状コ
ンタクトホールパターン等の微細パターンの中心位置や
その位置における幅を測定する場合、パターンの中心位
置に対応する所定の信号強度、すなわちパターン信号の
分布に基づいて算出された最大信号強度となる位置が、
その微細パターンの前記直交方向の中心位置となるとと
もに走査すべき所定位置となる。したがって、この最大
信号強度となる走査位置に対応したパターン信号に基づ
きパターンの幅または位置を測定する。

【００１５】請求項２記載のパターンの寸法測定方法で
は、前記ビームは、コヒーレント光でスポット状に集光
し前記ビームの波長レベルの微細パターンが形成された
前記試料面上に照射される技術が採用される。

【００１６】このパターンの寸法測定方法では、特に、
ビームの波長レベルの微細パターンを測定対象として、
コヒーレント光のビームをスポット状に集光するととも
に、前記微細パターンに走査位置を複数回シフトさせて
照射するので、アライメントのずれやビームの透過によ
って、一度の走査では位置精度が低く十分な強度のパタ
ーン信号が得難い微細なパターンであっても、容易に所
定の信号強度の走査位置が求められる。

【００１７】請求項３記載のパターンの寸法測定方法で
は、前記シフトの移動量が、前記ビームのスポット径よ
りも小さい距離である技術が採用される。

【００１８】このパターンの寸法測定方法では、シフト
の移動量をビームのスポット径よりも小さい距離とする
ので、走査方向に直交する方向において各走査位置の間
に空白部分、すなわちビームの当たらない領域がなくな
る。すなわち、前記空白部分がなくなるような細かなピ
ッチで走査することにより、より正確な寸法測定が可能
となる。

【００１９】請求項４記載のパターンの寸法測定方法で
は、前記シフトの移動方向は、前記複数のパターン信号
の信号強度により制御される技術が採用される。

【００２０】このパターンの寸法測定方法では、シフト
の移動方向が複数のパターン信号の信号強度により制御
されるので、例えば、得られたパターン信号の信号強度
から所定の信号強度となる位置を概算してシフトの移動
方向を決定すれば、シフトの移動方向を一定方向に設定
した場合に比べて、所定の信号強度に対応する走査位置
が的確に求められる。なお、シフトの移動量について
も、複数のパターン信号の信号強度により制御を行うこ
とにより、走査回数を低減することができ、所定の信号
強度となる走査位置がより的確かつ迅速に求められる。

【００２１】請求項５記載のパターンの寸法測定方法で
は、前記走査位置を算出した後に、該走査位置での前記
ビームの走査を行い、該検出位置でのパターン信号を検
出し、前記パターンの幅または位置を測定する技術が採
用される。

【００２２】また、請求項６記載のパターンの寸法測定
装置では、図１２に示すように、パターンが形成された
試料面上にスポット状のビームを照射する照射手段と、
前記ビームを前記パターンに対して相対的に走査する走
査手段と、前記走査で生じた前記パターンからの散乱光
と反射光との少なくとも一方のパターン信号を検出する
検出手段と、前記パターン信号から走査方向におけるパ
ターンの幅または位置を検出する寸法検出部とを有する
寸法測定装置において、前記走査手段による走査が完了
するたびに次の走査を開始する点を前記走査方向と直交
する方向にシフトさせる走査制御部と、これらの複数回
の走査により前記検出手段で検出された複数のパターン
信号の信号強度を用いて所定の信号強度の走査位置を算
出する走査位置算出手段と、を有し、前記走査手段で、
前記走査位置で前記ビームの走査し、前記寸法検出部
で、前記パターン信号から走査方向におけるパターンの
幅または位置を検出する技術が採用される。

【００２３】これらのパターンの寸法測定方法および装
置では、走査位置を算出した後に、該走査位置でビーム
の走査を行い、該走査位置でのパターン信号を検出し、
パターンの幅または位置を測定することにより、最終的
に、パターンの所定位置とビームの中心とを正確に一致
させて走査することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る寸法測定方法
および装置の一実施形態を図１から図５を参照しながら
説明する。この図にあって、符号１はＸＹステージ、２
は試料テーブル、３は試料、４は光学系、５はＨｅ−Ｎ
ｅレーザ光源、６はビームエキスパンダ、７は折り曲げ
ミラー、８は対物レンズを示している。

【００２５】本実施形態の寸法測定装置は、図２に示す
ように、ＸＹ方向に移動可能なＸＹステージ（走査手
段）１（Ｘステージ１ａとＹステージを組み合わせたも
の）上の試料テーブル２上に載置されたマスク・レチク
ル・ウェハ等の試料３上に形成された微細パターンＰの
線幅や座標を測定するものである。ＸＹステージ１の位
置は、高精度な座標測定を行う場合には、通常、レーザ
干渉計Ｋにより読み取りが行われる。なお、座標測定が
不要で線幅等の微細な寸法のみを測定する場合には、リ
ニアエンコーダ等のレーザ干渉計よりは分解能の低い検
出手段により読み取りを行ってもよい。

【００２６】試料３の上方には、パターンＰのエッジを
検出するための光学系（照射手段）４が配置されてい
る。この光学系４は、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光源５より出射
されたレーザ光（コヒーレント光）Ｌをビームエキスパ
ンダ６により拡大し、この光を折り曲げミラー７により
下方に反射させた後、対物レンズ８を通して集光し、試
料３のパターン面上にビームＢを投射するように設定さ
れている。なお、測定対象であるパターンＰは、レーザ
光Ｌ（ビームＢ）の波長レベルの寸法であり、波長のオ
ーダーと同様のサブミクロンレベルに設定されている。

【００２７】パターンＰの幅Ｗ等を測定する場合、例え
ば、Ｘ方向における幅Ｗを測定するには、図１の（ａ）
（ｂ）に示すように、Ｘステージ（走査手段）１ａをパ
ターンＰの前後で移動させて、試料面上に投射させたビ
ームＢを相対的にスキャンさせる。上記のようにビーム
Ｂのスキャンを行った場合に、パターンＰのパターン信
号を検出する手段として、２つの方法がある。

【００２８】一つは、エッジからの散乱光（回折光）を
検出する手段で、図２に示すように、対物レンズ８の周
囲に配置された少なくとも一対の散乱光用ディテクタ
（検出手段）９、９で散乱光を検出するものである。も
う一つの検出手段は、ビームＢの正反射光を検出する方
法である。この検出手段では、図２に示すように、試料
３の表面から反射する正反射光をハーフミラー１０によ
り分岐させ、集光レンズ１１を通して集光し、正反射光
用ディテクタ（検出手段）１２で検出するものである。

【００２９】前記散乱光用ディテクタ９、９および前記
正反射光用ディテクタ１２は、制御部（走査位置算出手
段、寸法検出部）１３と電気的に接続され、該制御部１
３は、レーザ干渉計ＫおよびＸＹステージ１にも電気的
に接続されている。すなわち、制御部１３は、ＸＹステ
ージ１を制御するとともに、散乱光用ディテクタ９、９
および正反射光用ディテクタ１２からのパターン信号と
レーザ干渉計Ｋからの位置信号とに基づいてパターンＰ
の幅Ｗや中心位置Ｃを演算して求めるものである。

【００３０】次に、本実施形態における微細パターンの
寸法測定方法について説明する。

【００３１】〔複数走査工程〕微細パターンとしてコン
タクトホールパターンＰを測定する場合、図１の（ａ）
に示すように、アライメント誤差、パターン位置誤差等
に起因してビームＢの位置がパターンＰの中心に対して
ずれていたとする。この状態でスキャン（矢印方向が走
査方向）を行うと前述の通り、散乱光または正反射光の
信号のＳＮ比が悪化して測定精度が低下するとともに、
信号波形がパターンＰの中心位置Ｃをスキャンする場合
に対して変化するために測定される幅Ｗや座標値も変化
してしまう。

【００３２】このため、本実施形態では、図１の（ｂ）
に示すように、制御部１３（図１参照）によって制御さ
れたＸＹステージ１（図２参照）の移動により、最初に
パターンＰが位置決めされた位置１０１ｈを基準とし
て、スキャン方向（矢印方向が走査方向）とは直交する
方向にスキャン位置（走査位置）をシフトさせて複数回
スキャンを行う。つまり、例えば、位置１０１ａ，１０
１ｂ，１０１ｃ〜１０１ｏと一定方向に等間隔でスキャ
ンを行う。すなわち、制御部１３およびＸＹステージ１
は、走査が完了するたびに次の走査を開始する点を走査
方向と直交する方向にシフトさせる走査制御部として機
能する。

【００３３】このときのシフトの移動量Ｍは、ビームＢ
のスポット径Ｄよりも小さい距離に設定される。スキャ
ン位置は、ＸＹステージ読み取り用のレーザ干渉計Ｋや
リニアエンコーダ等の位置測定手段により検出される。

【００３４】〔走査位置演算工程〕このとき、それぞれ
のスキャンに対して散乱光または正反射光の信号のピー
クの光強度を見ると、図３に示すような関係となる。つ
まり、ビームＢが、パターンＰの中心位置Ｃを通過する
スキャン位置１０１ｋで光強度が最大となる。このよう
にして、スキャン位置がパターンＰの中心位置Ｃを通過
する位置（所定の信号強度の走査位置）を見つけること
ができる。なお、これらのパターン信号の演算処理は、
制御部１３によって行われる。

【００３５】なお、本実施形態では、たまたま実際の再
スキャン位置とパターンＰの中心位置Ｃとが一致してい
るが、勿論、これが一致しない場合にも、得られた光強
度とスキャン位置との関係から補間により、最適なスキ
ャン位置を決定することもできる。すなわち、得られた
光強度の信号に基づいて、最小自乗法等を用いて再スキ
ャン位置を算出することができる。

【００３６】〔再走査工程〕このようにして得られた最
適なスキャン位置（所定の信号強度の走査位置）にパタ
ーンＰを移動させ、最終的な測定を行う。このとき、前
述した散乱光による検出手段によれば、検出された散乱
光の信号強度は、散乱光用ディテクタ９、９において、
それぞれ図４の（ａ）（ｂ）に示すような波形で得られ
る。

【００３７】すなわち、両散乱光用ディテクタ９、９
（図２参照）の信号強度を加算することで、図４の
（ｃ）に示すような信号が得られる。したがって、制御
部１３によって、この信号の２つのピーク位置を検出
し、その時のレーザ干渉計Ｋの値を読み取ることによ
り、走査方向における幅Ｗを求めることができる。ま
た、パターンＰの座標値は、検出された２つのエッジの
中心座標として求めることができる。

【００３８】一方、正反射光による検出手段によれば、
例えば、パターンＰがガラス面上に形成されたクロムパ
ターンである場合、ガラスの反射率に対してクロムの反
射率が高いため、正反射光用ディテクタ１２（図２参
照）によって図５に示すような信号が得られる。すなわ
ち、制御部１３（図２参照）によって、この信号の傾斜
部分を処理することにより２つのエッジ位置が決定し、
その時のレーザ干渉計Ｋの値を読み取ることにより、走
査方向における幅Ｗを求めることができる。

【００３９】なお、上記２つの検出手段のうち少なくと
も一方を用いて寸法測定を行えばよいが、両方を用いる
ことにより、より高精度な測定が可能である。

【００４０】この寸法測定方法では、アライメントを行
った後、走査が完了するたびに次の走査を開始する点を
走査方向と直交する方向にシフトさせることでパターン
Ｐを異なる位置で走査することにより、走査方向および
その直交方向におけるパターン信号が二次元的分布とし
て検出される。そして、これらの複数回の走査により検
出された複数のパターン信号の信号強度から最大信号強
度（所定の信号強度）となる走査位置を算出し、該走査
位置に対応するパターン信号に基づきパターンＰの幅Ｗ
または中心位置Ｃを測定するので、アライメントのずれ
等によってパターン信号の信号強度が小さくても正確に
寸法測定が可能となる。

【００４１】特に、ビームＢの波長レベルである微細な
パターンＰに、コヒーレント光のビームＢをスポット状
に集光するとともに走査位置を複数回シフトさせて照射
するので、アライメントのずれやビームＢの透過によっ
て、一度の走査では位置精度が低く十分な強度のパター
ン信号が得難い微細なコンタクトホールパターンＰであ
っても、容易に最大信号強度となる走査位置を求めるこ
とができ、正確な寸法測定が可能となる。

【００４２】また、シフトの移動量ＭをビームＢのスポ
ット径Ｄよりも小さい距離とするので、走査方向に直交
する方向において各走査位置の間にビームＢの当たらな
い領域がなくなることから、より正確な寸法測定が可能
となる。さらに、算出した走査位置でビームＢの走査を
行い、該走査位置でのパターン信号を検出し、パターン
Ｐの幅Ｗまたは中心位置Ｃを測定するので、最終的に、
パターンＰの中心位置ＣとビームＢの中心とを正確に一
致させて走査することができる。

【００４３】したがって、一回の走査では、アライメン
トのずれ等によってパターン信号の信号強度が小さくて
も、あらためてビームＢの中心によってパターンＰの中
心位置Ｃを走査することにより、回折スリット等によっ
てビーム形状を変形させる必要もなく、スポット状のビ
ームによる適正な信号強度で正確に寸法測定が行われ
る。

【００４４】なお、本発明は、次のような実施形態をも
含むものである。 （１）上記実施形態では、ビームＢを固定し、ＸＹステ
ージ１を移動させてパターンＰに対して相対的にビーム
Ｂをスキャンする方法を示したが、パターンの位置でＸ
Ｙステージを停止させ、ビーム側を可動ミラー等により
スキャンさせる方法を用いても構わない。この場合に
は、ビームの移動量を検出するため、可動ミラー等の移
動量をレーザ干渉計等で読み取ることになる。

【００４５】（２）ビームの光源としてＨｅ−Ｎｅレー
ザ光源を使用したが、他の光源、例えば水銀ランプ等を
使用しても良い。 （３）複数のパターン信号の信号強度から所定の信号強
度の走査位置を算出し、この走査位置で再び走査を行っ
てパターンの線幅および位置を測定したが、再走査を行
わずに、所定の信号強度の走査位置に対応するパターン
信号を、検出された複数のパターン信号の信号強度から
算出して、パターンの幅または位置を求めても構わな
い。

【００４６】（４）上記実施形態では、ビームの走査位
置を一定領域で一定方向にかつ等間隔にシフトさせた
が、シフトの移動方向および間隔については適宜変更し
ても構わない。例えば、比較的大きくシフトさせた２回
の走査を行い、次にパターン信号の信号強度の強い方
（所定の信号強度に近い方）に向けて前回より小さくシ
フトさせて走査を行うとともに、このときのパターン信
号をフィードバックすることにより、次のシフトの移動
方向および間隔を算出する方法でもよい。

【００４７】すなわち、シフトの移動方向および間隔
を、複数のパターン信号の信号強度により制御すること
により、シフトの移動方向および間隔を一定に設定した
場合に比べて、所定の信号強度となる走査位置が迅速か
つ的確に求められる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。 （１）請求項１記載の寸法測定方法によれば、走査が完
了するたびに次の走査を開始する点を走査方向と直交す
る方向にシフトさせることでパターンを異なる位置で走
査し、これらの複数回の走査により検出された複数のパ
ターン信号の信号強度から所定の信号強度の走査位置を
算出して、該走査位置に対応するパターン信号に基づき
パターンの幅または位置を測定するので、アライメント
に誤差が生じた場合や高精度なアライメントを行わない
場合でも、ビーム形状を変えずにパターンの所定位置に
おける幅や位置を正確に測定することができる。

【００４９】（２）請求項２記載の寸法測定方法によれ
ば、特に、ビームの波長レベルの微細パターンを測定対
象として、コヒーレント光のビームをスポット状に集光
するとともに、前記微細パターンに走査位置を複数回シ
フトさせて照射するので、アライメントのずれやビーム
の透過によって、一度の走査では位置精度が低く十分な
強度のパターン信号が得難い微細なパターンであって
も、容易に所定の信号強度の走査位置が求められる。し
たがって、試料上のパターン位置が設計値に対して大き
な誤差を持っている場合にも、コンタクトホール等の微
細なパターンについて高精度測定が可能となり、かつ安
定した測定値を得ることができる。また、測定のための
パターンのアライメントにおいて、高精度なアライメン
トを行わなくてもコンタクトホール等の微細なパターン
について高精度測定が可能となり、かつ安定した測定値
を得ることができる。

【００５０】（３）請求項３記載の寸法測定方法によれ
ば、シフトの移動量をビームのスポット径よりも小さい
距離とするので、走査方向に直交する方向において各走
査位置の間にビームの当たらない領域がなくなることか
ら、より正確な寸法測定が可能となる。

【００５１】（４）請求項４記載の寸法測定方法によれ
ば、シフトの移動方向が複数のパターン信号の信号強度
により制御されるので、シフトの移動方向を一定方向に
設定した場合に比べて、所定の信号強度となる走査位置
を迅速かつ的確に求めることができる。したがって、走
査回数を低減することができるとともに、スループット
を向上させることができる。

【００５２】（５）請求項５記載の寸法測定方法および
請求項６記載の寸法測定装置によれば、走査位置を算出
した後に、該走査位置でビームの走査を行い、該走査位
置でのパターン信号を検出し、パターンの幅または位置
を測定することにより、最終的に、パターンの所定位置
とビームの中心とを正確に一致させて高精度な測定を行
うことができる。すなわち、最も高いパターン信号の信
号強度が得られる状態で走査することができ、さらに正
確な寸法測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の一実
施形態におけるビームとパターンとの位置関係および走
査手順を示す説明図である。

【図２】 本発明に係るパターンの寸法測定装置の一実
施形態を示す概略配置図である。

【図３】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の一実
施形態におけるビームのスキャン位置と信号強度との関
係を示すグラフ図である。

【図４】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の一実
施形態における散乱光検出信号を示す説明図である。

【図５】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の一実
施形態における正反射光検出信号を示す説明図である。

【図６】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の従来
例におけるビームとパターンとの位置関係を示す説明図
である。

【図７】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の従来
例におけるビームとコンタクトホールパターンとの位置
関係を示す説明図である。

【図８】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の従来
例におけるビームとコンタクトホールパターンとの位置
関係が相対的にずれている場合を示す説明図である。

【図９】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の従来
例におけるビームの光強度分布を示す説明図である。

【図１０】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の従
来例における回折スリットと楕円ビームとの関係を示す
説明図である。

【図１１】 本発明に係るパターンの寸法測定方法の従
来例における楕円ビームとパターンとの位置関係を示す
説明図である。

【図１２】 本発明に係るパターンの寸法測定装置にお
ける構成を概略的に示すブロック図である。

【符号の説明】

１ ＸＹステージ（走査手段） ３ 試料 ４ 光学系（照射手段） ９ 散乱光用ディテクタ（検出手段） １２ 正反射光用ディテクタ（検出手段） １３ 制御部（走査位置算出手段、寸法検出部） Ｂ ビーム Ｃ パターンの中心位置 Ｄ ビームのスポット径 Ｌ レーザ光（コヒーレント光） Ｍ シフトの移動量 Ｐ コンタクトホールパターン Ｗ パターンの幅

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パターンが形成された試料面上にスポッ
   ト状のビームを照射し、前記ビームを前記パターンに対
   して相対的に走査し、該走査で生じた前記パターンから
   の散乱光と反射光との少なくとも一方のパターン信号を
   検出し、前記パターン信号から走査方向におけるパター
   ンの幅または位置を測定する寸法測定方法において、 前記走査が完了するたびに次の走査を開始する点を前記
   走査方向と直交する方向にシフトさせることで前記パタ
   ーンを異なる位置で走査し、 これらの複数回の走査により検出された複数のパターン
   信号の信号強度から所定の信号強度の走査位置を算出
   し、 該走査位置に対応するパターン信号に基づき前記パター
   ンの幅または位置を測定することを特徴とする寸法測定
   方法。
2. 【請求項２】 前記ビームは、コヒーレント光でスポッ
   ト状に集光し前記ビームの波長レベルの微細パターンが
   形成された前記試料面上に照射されることを特徴とする
   請求項１記載の寸法測定方法。
3. 【請求項３】 前記シフトの移動量は、前記ビームのス
   ポット径よりも小さい距離であることを特徴とする請求
   項１又は２記載の寸法測定方法。
4. 【請求項４】 前記シフトの移動方向は、前記複数のパ
   ターン信号の信号強度により制御されることを特徴とす
   る請求項１、２又は３記載の寸法測定方法。
5. 【請求項５】 前記走査位置を算出した後に、該走査位
   置での前記ビームの走査を行い、該検出位置でのパター
   ン信号を検出し、前記パターンの幅または位置を測定す
   ることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の寸法
   測定方法。
6. 【請求項６】 パターンが形成された試料面上にスポッ
   ト状のビームを照射する照射手段と、前記ビームを前記
   パターンに対して相対的に走査する走査手段と、前記走
   査で生じた前記パターンからの散乱光と反射光との少な
   くとも一方のパターン信号を検出する検出手段と、前記
   パターン信号から走査方向におけるパターンの幅または
   位置を検出する寸法検出部とを有する寸法測定装置にお
   いて、 前記走査手段による走査が完了するたびに次の走査を開
   始する点を前記走査方向と直交する方向にシフトさせる
   走査制御部と、 これらの複数回の走査により前記検出手段で検出された
   複数のパターン信号の信号強度を用いて所定の信号強度
   の走査位置を算出する走査位置算出手段と、を有し、 前記走査手段で、前記走査位置で前記ビームの走査し、
   前記寸法検出部で、前記パターン信号から走査方向にお
   けるパターンの幅または位置を検出することを特徴とす
   る寸法測定装置。