JPH09237812A - 加工寸法測定方法、半導体装置の製造方法および品質管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エリプソメトリを使い、ウェハ上に形成され
たパターンの横方向への寸法を、非接触かつ非破壊に、
しかも高速に求める加工物寸法測定工程を含み、求めら
れた寸法にもとづいて半導体装置の製造プロセスを制御
する。 【解決手段】 ウェハ上に形成された、寸法が確認され
ている較正パターンについて、偏光状態パラメータを求
めてデータベースを作成し、測定試料の偏光パラメータ
にもとづいてデータベースを検索し、寸法を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に半導体装置
の製造に関し、特に加工物寸法測定工程を含む半導体装
置の製造方法、およびかかる加工物寸法測定工程を含む
半導体装置の品質管理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造ラインでは、ウェハ上
に形成された加工物、例えばゲートパターンの寸法を、
非接触かつ非破壊で高速に測定することが要求される。
また、このような、測定結果を製造ラインに迅速にフィ
ードバックして、製造パラメータを調整することが望ま
しい。特に、ゲート長寸法は、半導体装置のしきい値特
性に影響するため、その精密な制御が要求されている。

【０００３】従来は、ゲートパターン等の構造物を形成
されたウェハを、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で一つ一つ
走査し、その寸法を測定していた。 また、ゲートパタ
ーンを形成されたウェハ上にブリッジ回路を同時に形成
し、かかるブリッジ回路に電流を流すことによりゲート
パターンの寸法を測定する方法も行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＳＥＭを使う
方法では、製造ラインを流れるウェハを一つ一つＳＥＭ
の真空室に搬送する必要があるため、全数検査を行うこ
とは不可能で、また抜取り検査を行った場合にも、半導
体装置の製造スループットが低下してしまう問題が避け
られない。また、最近の高集積化半導体装置のように、
ゲート長等の加工寸法が０．１μｍ程度になると、ＳＥ
Ｍの電子ビーム径の影響により、１０ｎｍ程度の測定誤
差が生じてしまい、測定結果の精度および再現性の点で
問題を生じる。

【０００５】一方、抵抗測定法では、ＳＥＭを使った場
合に生じる測定結果の精度および再現性の問題は解消す
るものの、ウェハ製造工程を最後まで流さないと結果が
得られないため、その場ですぐに製造工程をフィードバ
ック制御することができない問題点が生じる。

【０００６】一方、従来より、エリプソメトリの技術
が、半導体装置の製造工程において、半導体膜や絶縁膜
の膜厚測定に使われている。例えば、エッチング工程に
おいて、ラインアンドスペースパターンを形成する際の
エッチング制御にもエリプソメトリは使われている（Bl
ayo, N., et al., "Ultraviolet-visible ellipsometry
for process control during the etching of submicro
meter features," J. Opt. Soc. Am. A, vol.12, no.3,
1995, pp.591-599) 。

【０００７】図２２（Ａ），（Ｂ）は従来のエリプソメ
トリで使われるエリプソメータの構成を示す。このう
ち、図２２（Ａ）に示すものは、回転消光型と称するタ
イプの装置、また図２２（Ｂ）に示すものは、消光型と
称するタイプの装置である。図２２（Ａ）を参照する
に、光源１から出射した光は偏光子２により、所定の偏
光面を有する直線偏光に変換され、測定したい膜が形成
されている試料３に入射する。試料３で反射した光は、
一般に偏光状態が、図２３に示すように偏光面の回転角
φと楕円偏平率ａ_min ／ａ_max ＝ｔａｎψで特徴づけら
れる楕円偏光に変化し、回転検光子４を通過した後、検
出器５で検出される。この装置では、偏光状態は、回転
検光子４を回転させながら検出器５により入射光の強度
を測定することにより求められる。また、この構成の装
置においては、回転検光子４と試料３との間に１／４波
長板４ａを挿入することもある。

【０００８】図２２（Ｂ）の装置では、回転検光子４と
試料３との間に回転１／４波長板４ｂが挿入され、試料
３で反射した楕円偏光をいったん直線偏光に変換する。
この状態で回転検光子４を回転させ、検出器５に到達す
る光が消光する消光角を求める。

【０００９】先にも説明したように、これらのエリプソ
メータは、半導体装置の製造工程において、膜厚の測定
に広範囲に使われているが、試料３上に形成された構造
物を通過した光ビームの偏光状態は、かかる構造物の横
方向への寸法の情報を含んでいると考えられる。しか
し、従来、エリプソメータにより、試料３上に形成され
たラインアンドスペースパターン等の加工物の、横方向
への寸法を測定する思想は提案されていなかった。

【００１０】そこで、本発明は、上記の課題を解決し
た、新規で有用な加工物寸法の測定方法およびかかる加
工物寸法の測定方法を使った半導体装置の製造方法を提
供することを概括的目的とす。本発明のより具体的な目
的は、エリプソメトリの技術を使い、基板ウェハ上に形
成された構造物の寸法を、高い精度で、迅速に、しかも
非破壊で測定する加工物寸法の測定方法、およびかかる
加工物寸法の測定方法を使った半導体装置の製造方法を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、請求項１に記載したように、平坦な表面を有する基
板上に形成された構造物の寸法を測定する工程を含む半
導体装置の製造方法において、前記構造物に、前記基板
表面に対して所定の角度で、偏光した入射光ビームを入
射させる照明工程と；前記入射光ビームが入射した前記
構造物から出射する出射光ビームの偏光状態を測定する
測定工程と；前記構造物の、前記基板表面に平行な方向
への寸法を、前記偏光状態から求める評価工程とを含
み；前記求められた寸法に基づいて、半導体装置の製造
パラメータを調整することを特徴とする半導体装置の製
造方法により、または請求項２に記載したように、前記
評価工程は、前記求められた偏光状態に基づき、偏光状
態と構造物の寸法との間の関係を、様々な構造物の寸法
について含むデータベースを参照することにより実行さ
れることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造
方法により、または請求項３に記載したように、前記偏
光状態は、前記構造物を通過した後における出射光ビー
ムの偏光面の回転と、偏平率により表現され、前記測定
工程は、エリプソメータにより実行されることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置の製造方法により、また
は請求項４に記載したように、前記照明工程は、前記偏
光した入射光ビームの入射角を変化させながら実行さ
れ、前記評価工程は、得られた偏光状態と、前記入射角
の組み合わせにより、さらに前記構造物を画成する側壁
面が、前記基板平面に対してなす角度を推定する工程を
含むことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造
方法により、または請求項５に記載したように、前記測
定工程は、前記出射光ビームとして、前記入射光ビーム
の反射光を使うことを特徴とする請求項１記載の半導体
装置の製造方法により、または請求項６に記載したよう
に、前記照明工程は、前記測定工程は、前記出射光ビー
ムとして、前記構造物から回折される前記入射光ビーム
の回折光を使って実行されることを特徴とする請求項１
記載の半導体装置の製造方法により、または請求項７に
記載したように、前記測定工程は、前記出射光ビームと
して、前記構造物で散乱される前記入射光ビームの散乱
光を使って実行されることを特徴とする請求項１記載の
半導体装置の製造方法により、または請求項８に記載し
たように、前記評価工程は、前記構造物の膜厚を測定す
る工程と、前記測定された膜厚に対応するデータベース
を選択する工程と、前記選択されたデータベースを使
い、前記偏光状態より前記構造物の幅または断面形状を
求める工程を含むことを特徴とする請求項２記載の半導
体装置の製造方法により、または請求項９に記載したよ
うに、前記照明工程は、前記入射光ビームを断続する工
程を含み、前記測定工程は、前記断続する入射光ビーム
に対応して形成される断続する出射光ビームの偏光状態
を、照射状態および遮断状態について測定することを特
徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法により、
または請求項１０に記載したように、平坦な表面を有す
る基板上に形成された構造物の寸法を測定する加工物寸
法測定方法において、前記構造物に、前記基板表面に対
して所定の角度で、偏光した入射光ビームを入射させる
照明工程と；前記入射光ビームが入射した前記構造物か
ら出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定工程
と；前記構造物の、前記基板表面に平行な方向への寸法
を、前記偏光状態から求める評価工程とを含むことを特
徴とする測定方法により、または請求項１１に記載した
ように、前記評価工程は、前記求められた偏光状態に基
づき、偏光状態と構造物の寸法との間の関係を、様々な
構造物の寸法について含むデータベースを参照すること
により実行されることを特徴とする請求項１０記載の測
定方法により、または請求項１２に記載したように、前
記偏光状態は、前記構造物を通過した後における出射光
ビームの偏光面の回転と、偏平率により表現され、前記
測定工程は、エリプソメータにより実行されることを特
徴とする請求項１０記載の測定方法により、または請求
項１３に記載したように、前記照明工程は、前記偏光し
た入射光ビームの入射角を変化させながら実行され、前
記評価工程は、得られた偏光状態と、前記入射角の組み
合わせにより、さらに前記構造物を画成する側壁面が、
前記基板平面に対してなす角度を推定する工程を含むこ
とを特徴とする請求項１０の測定方法により、または請
求項１４に記載したように、前記測定工程は、前記出射
光ビームとして、前記入射光ビームの反射光を使うこと
を特徴とする請求項１０記載の測定方法により、または
請求項１５に記載したように、前記測定工程は、前記出
射光ビームとして、前記構造物から回折される前記入射
光ビームの回折光を使って実行されることを特徴とする
請求項１０記載の測定方法により、または請求項１６に
記載したように、前記測定工程は、前記出射光ビームと
して、前記構造物で散乱される前記入射光ビームの散乱
光を使って実行されることを特徴とする請求項１０記載
の測定方法により、または請求項１７に記載したよう
に、前記評価工程は、前記構造物の膜厚を測定する工程
と、前記測定された膜厚に対応するデータベースを選択
する工程と、前記選択されたデータベースを使い、前記
偏光状態より前記構造物の幅またはラインアンドスペー
スパターンの断面形状を求める工程を含むことを特徴と
する請求項１１記載の測定方法により、または請求項１
８に記載したように、前記照明工程は、前記入射光ビー
ムを断続する工程を含み、前記測定工程は、前記断続す
る入射光ビームに対応して形成される断続する出射光ビ
ームの偏光状態を、照射状態および遮断状態について測
定することを特徴とする請求項１０記載の測定方法によ
り、または請求項１９に記載したように、平坦な表面を
有する基板上に形成された構造物を含む半導体装置の品
質管理方法において、前記構造物に、前記基板表面に対
して所定の角度で、偏光した入射光ビームを入射させる
照明工程と；前記入射光ビームが入射した前記構造物か
ら出射する出射光ビームの偏光状態を測定する測定工程
と；前記構造物の、前記基板表面に平行な方向への寸法
を、前記偏光状態から求める評価工程とを含むことを特
徴とする品質管理方法により解決する。

【００１２】図１は、本発明の原理を説明する。図１を
参照するに、本発明では、エリプソメトリを使い、基板
１０上に形成されたパターン１１に入射した光ビームの
偏光状態を検出することにより、パターン１１の横方向
への幅Ｗを求める。

【００１３】入射光ビームはパターン１１に入射角θで
入射し、互いに直交する振動電界成分Ｅ_p とＥ_s が、偏
光角φの直線偏光を形成する。かかる入射光ビームは、
パターン１１の一の側から他の側に通過するが、その際
各振動成分で基板１０との境界あるいは空気との境界に
おける屈折率と反射率が異なることと、パターン内部を
通過する際に生じる位相おくれのために、パターン通過
後の振動成分Ｅ_p ’，Ｅ_s ’は楕円偏光を形成する。

【００１４】図２は、図１の一部を拡大して詳細に示
す。図２を参照するに、パターン１１はパターン要素１
１ａ，１１ｂよりなり、パターン要素１１ａには直線偏
光状態の入射光ビームを構成する光線ａ〜ｃが入射し、
屈折・反射された後楕円偏光となって出射する。

【００１５】例えば、図２のパターンに、斜めから４５
°の単色直線偏光ビームを角度Θで入射させると、ｓ偏
光成分とｐ偏光成分の、表面および下地との境界での反
射率の違い、およびパターン中を通過する際に生じる位
相差のために、反射光は楕円偏光となる。このような場
合、基板屈折率、パターン屈折率、パターン形状および
入射角で決まる複素反射係数比Ｒ_p ／Ｒ_s を、エリプソ
メータにより求めることができるが、複素反射係数比Ｒ
_p ／Ｒ_s と、エリプソメータで得られるΨとΔの関係
は、次式により与えられる。

【００１６】

【数１】

【００１７】ただし、パラメータΨは図２３に説明した
ように、ｔａｎΨ＝ρ_p ／ρ_s で与えられ、またパラメ
ータΔは位相差を表し、エリプソメトリにより測定され
る量である。また、パラメータΨおよびΔは、先に説明
した偏光角φおよび楕円の偏平率と対応関係により結ば
れている。さらに、式（１）において、総和Σはパター
ン１１を通過する全ての光線についてなされる。

【００１８】換言すると、基板１０の屈折率（誘電率）
とパターン１１の屈折率（誘電率）とが規定され、入射
光ビームの入射角が規定されている場合、エリプソメト
リにより成分Ｅ_p ’，Ｅ_s ’よりなる出射光ビームの楕
円偏光状態を求めることにより、パラメータΨ，Δが求
められる。

【００１９】図２よりわかるように、出射光ビームはパ
ターン１１を通過する際に、各パターン要素１１ａ，１
１ｂの寸法、特に横方向の寸法Ｗに関する情報を、位相
の変化として取り込んでおり、従って、出射光ビームの
偏光状態から求められたΨ，Δを基に、前記寸法Ｗを推
定することが可能である。本発明の一実施例では、あら
かじめ、例えばＳＥＭ等により形状・寸法を把握した種
々のパターンについて、パラメータΨ，Δをデータベー
スとして求めておき、実際に得られたパラメータΨ，Δ
をデータベース中のΨ，Δと比較することにより、パタ
ーンの寸法Ｗが求められる。

【００２０】以下、本発明の好ましい実施例について、
図面を参照しながら説明する。

【００２１】

【発明の実施の形態】

［第１実施例］図３は、本発明の第１実施例による、エ
リプソメトリを使った基板上に形成されたパターンの寸
法測定装置の構成を示す。

【００２２】図３を参照するに、パターンを形成された
基板２２がステージ２１上に設置され、Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ２３からの、波長が６３２８Åの光ビームにより照射
される。すなわち、レーザ２３の出力光は、１／４波長
板２４で位相を調整され、さらに偏光子２５で所定の偏
光角、例えば４５°の偏光角を有する直線偏光に変換さ
れ、ステージ２１上の基板２２に、所定の入射角、例え
ば７０°の入射角で照射される。あるいは、レーザ２３
の出力光を、先に偏光子２５に通し、その後で１／４波
長板２４で位相を調整してもよい。また、典型的な場
合、光ビームは、前記パターン上において５０〜１５０
μｍのビーム径を有する。

【００２３】基板２２上のパターンを通過し、さらに反
射された光ビームは、楕円偏光状態を有し、回転検光子
２６で直線偏光に変換された後、フォトセル２７に入射
し、検出される。その際、フォトセルによる入射光の検
出は、回転検光子２６を回転させながら実行される。

【００２４】フォトセル２７は、検出した入射光の強度
に対応した出力信号を形成し、これを増幅器２８および
Ａ／Ｄ変換器２９を介して、デジタル信号の形で処理装
置３０に送る。処理装置３０は、供給されるデジタル信
号から、フォトセル２７に入射する光ビームの偏光状態
を求め、これから前記パラメータΨ，Δを出力する。

【００２５】図４（Ａ），（Ｂ）は、基板２２上に形成
されたレジストパターン２２ａの例を示す、それぞれ斜
視図および断面図である。これらのパターンとしては、
基板上の適当なパターンを使ってもよいが、測定に適し
たパターンがない場合には、測定用のラインアンドスペ
ースパターンを、スクライブライン上等、基板上の適当
な箇所に形成すればよい。

【００２６】図４（Ａ），（Ｂ）を参照するに、基板２
２はＳｉ基板２２₁ 上に１５３ｎｍの厚さに堆積したポ
リシリコン膜２２₂ よりなり、レジストパターン２２ａ
はポリシリコン膜２２₂ 上に形成される。レジストパタ
ーン２２ａとしては、例えば東洋ソーダ社製の電子ビー
ム露光用ＣＭＳレジスト（商品名）を使うことができ
る。

【００２７】レジストパターン２２ａは複数のパターン
要素２２ｂが平行に所定のパターンピッチ、例えば０．
３μｍのピッチで繰り返されるラインアンドスペースパ
ターンであり、基板２２上の例えば１ｍｍ×１ｍｍの範
囲に形成されている。また、各パターン要素２２ｂは厚
さが１５０ｎｍのレジスト層のパターニングにより、１
５０ｎｍの高さに形成されている。このようなレジスト
パターンでは、パターンピッチは正確に決定されていて
も、個々のパターン要素２２ｂの幅は所定値に対して変
化することがあり、これが基板２２上に形成されるライ
ンアンドスペースパターンの幅を狂わせる原因となる。
例えば、かかるラインアンドスペースパターンが、ＭＯ
Ｓトランジスタのゲート電極を構成する場合、かかる狂
いは、形成されるトランジスタのしきい値電圧の変化に
結びつく。

【００２８】図５は、このようなラインアンドスペース
パターンに対して図３の装置を適用した場合に得られる
Ψ，Δの関係を、様々なパターン幅Ｗについて実験的に
求めた結果を示す。ただし、実験では、基板は図４
（Ａ），（Ｂ）に示した基板２２を使い、パターン要素
２２ｂの幅Ｗを、１００ｎｍから１９０ｎｍまで変化さ
せてΨ，Δを求めた。その際、幅Ｗの値は、ＳＥＭによ
る観察により確認した値を使っている。Ψ，Δの値は、
各パターン幅Ｗについて５回測定をおこなった。

【００２９】図５よりわかるように、一つの（Ψ，Δ）
の組み合わせに対して一つの幅Ｗが対応し、従って与え
られた基板についてΨ，Δを測定し、図５の関係と照合
することにより、基板上に形成されたラインアンドスペ
ースパターンの幅Ｗが求められる。図５の関係は、図３
の処理装置３０において、データベースに格納され、処
理装置３０は、このような照合をデータベースに対して
行い、幅Ｗの値を求める。

【００３０】図６は、図３の装置の平面図を示す図６を
参照するに、ステージ２１上には基板２２を構成するウ
ェハのオリエンテーションフラット２２Ａと衝合する位
置決め部材２１Ａが形成され、さらに基板２２の側面に
衝合する位置決めピン２１Ｂが形成される。その際、前
記基板２２上にはラインアンドスペースパターン２２ａ
が、基板２２が位置決め部材２１Ａおよび２１Ｂに衝合
した状態で光源２３からの光ビームの光路に直交するよ
うに形成される。ラインアンドスペースパターン２２ａ
をこのような方位に形成することにより、前記光ビーム
は、その位相中に前記ラインアンドスペースパターン２
２ａの情報を効率的に取り込む。換言すると、図３のエ
リプソメータは、基板２２をステージ２１上に図６に示
した方位に設置することにより、ラインアンドスペース
パターン２２ａの幅Ｗに対する感度が最大になる。

【００３１】また、ウェハの方位合わせは、例えばウェ
ハ上に切り込みを形成しかかる切り込みと位置決めピン
を係合させるようにしてもよい。さらに、ウェハの方位
合わせを、ＬＥＤを使った方位検出機構を使って行って
もよい。また、図６の構成において、ウェハ２２は、パ
ターン２２ａを構成するパターン要素が光ビームの光路
に直交するように配置されたが、これを、各パターン要
素が、図６の平面図で光ビームの光路に平行に延在する
ように配置してもよい。この場合には、パターン２２ａ
の下地の情報が求められる。 ［第２実施例］図７は、本発明の第２実施例を示す。た
だし、図７中、先に説明した部分には同一の参照符号を
付し、説明を省略する。

【００３２】図７を参照するに、本実施例ではパターン
要素２２ｂが基板２２上に比較的疎に形成されているた
め、光源２３から出射した光ビームの実質的な部分が基
板２２自体の情報、例えば厚さの情報を拾ってしまう。
その結果、得られたΨ，Δから求められるパターン幅Ｗ
が、実際のものに対してずれてしまう可能性がある。

【００３３】本実施例では、Ｈｅ−Ｎｅレーザよりなる
光源２３から出射する光ビームがコヒーレント光である
ことを利用し、基板２２上に所定のピッチで形成された
ラインアンドスペースパターン２２ａでブラッグ回折さ
れた高次の回折光をも使って、パターン幅Ｗを求める。
この場合には、個々の回折光の回折位置にフォトセルを
設け、その偏光状態からΨ，Δを求める。さらに、先の
実施例と同様に、個々の回折光に対して形成されたデー
タベースを参照して、パターン幅Ｗを求める。さらに、
個々の回折光から得られたＷの値を平均あるいは加重平
均することにより、パターン幅Ｗの最確値を求める。

【００３４】図８は、図７に示す構成を使い、Ｓｉ基板
上に厚さ１５０ｎｍで形成した５μｍピッチのレジスト
ラインアンドスペースパターンについて得られた偏光状
態パラメータΨ，Δの値を、偏光状態の検出に反射光を
使った場合と１次回折光を使った場合について示す。た
だし、図７において、入射光の入射角は７７°に設定し
てあり、その結果、反射光は７７°の反射角の方向に生
じる。これに対し、１次回折光は、図８の例では、５８
°の回折角の方向に生じる。

【００３５】図８よりわかるように、Ｓｉ基板上のライ
ンアンドスペースパターンの幅Ｗを１１０〜２１０ｎｍ
の範囲で変化させることにより、前記パラメータΨ，Δ
の値が変化するが、反射光ではΨの値が５〜１０°、Δ
の値が３０〜６０°の範囲で変化するのに対し、１次回
折光ではΨの値が６０°〜８５°、Δの値が−１００〜
−１１０°の範囲で変化するのがわかる。図８よりわか
るように、１次回折光を使った場合、位相差Δの変化は
小さく、幅Ｗは大体Ψの値に対応する。 ［第３実施例］図９は、図３の加工物寸法測定装置を組
み込んだ本発明の第３実施例による半導体装置の製造ラ
インを概略的に示す。

【００３６】図９を参照するに、半導体装置の製造ライ
ンは、露光工程およびエッチング工程を含むウェハプロ
セス１０１、およびウェハプロセス１０１を制御するプ
ロセス制御部１０２を含み、さらに、ウェハプロセス１
０１で処理されるウェハを検査するエリプソメトリ部１
０３が設けられる。エリプソメトリ部１０３は図３に示
した構成のエリプソメータを含み、ウェハプロセス１０
１中において処理されるウェハを偏光光ビームで照射
し、得られた反射光ビームの偏光状態からパラメータ
Ψ，Δの実測値を求める。

【００３７】エリプソメトリ部１０３で求められた反射
光ビームの実測パラメータΨ，Δは前記プロセス制御部
１０２に供給され、プロセス制御部１０２は、これを初
期条件設定部１０４から供給されるパラメータΨ，Δの
プリセット値と比較し、その結果に基づいて、ウェハプ
ロセス１０１において露光ドーズや露光時間等の露光条
件、あるいはＲＦパワー等のエッチング条件等を変化さ
せる。

【００３８】初期条件設定部１０４は、ウェハプロセス
１０１で形成されるラインアンドスペースパターンの膜
厚やパターン幅等の形状パラメータ、あるいはかかるラ
インアンドスペースパターンの下に形成される層の膜厚
等のデータを供給され、かかる形状パラメータにもとづ
いて、図５に示したようなΔとΨの関係を保持したデー
タベース１０４ａを参照し、所期のΔとΨの値を算出す
る。先にも説明したように、プロセス制御部１０２は、
かかる初期条件設定部１０４から供給されるパラメータ
Δ，Ψの組み合わせを、エリプソメータ１０３で得られ
るパラメータΔ，Ψの組み合わせと比較して、その差が
最小になるように、ウェハプロセス１０１を制御する。

【００３９】また、図９の装置において、パターン寸法
がＳＥＭ等で確認されたウェハをエリプソメトリ部１０
３で検査することにより、データベース１０４ａを構成
するパラメータΔ，Ψの組が求められる。図９の装置で
は、また理論計算ユニット１０４ｂにより、与えられた
初期パラメータから、所期のΔ，Ψの理論値を計算し、
これを前記初期条件設定部１０４を介してプロセス制御
部に供給するようにしてもよい。

【００４０】かかる理論値の計算は、おおよそ次のよう
に行われる。屈折率ｎ₃ を有する基板上に周期的に形成
された、屈折率がｎ₂ のラインアンドスペースパターン
を含む試料に、屈折率がｎ₁ の環境中において入射角Θ
₁ で光ビームを入射させると、光ビームは、図１０に示
すように、試料内でスネルの法則に従って屈折および反
射を繰り返し、入射角Θ₁ と同じ角度で試料から出射す
る。そこで、試料の１周期分について、入射光をｍ本の
入射光線Ｉ₍₁₎ ，Ｉ_{(2 )} ，．．．Ｉ_(m) に分解し、各々
の入射光線の光路を、スネルの法則に従って求める。そ
の際、入射光線を、ｐ偏光成分とｓ偏光成分に分解し、
各々の成分について反射および屈折に伴う減衰の効果を
求める。より具体的には、入射光線が反射する場合、入
射光線のｐ偏光成分およびｓ偏光成分の強度Ｉ₀ に、反
射の度にそれぞれフレネルの振幅反射率ｒ_p およびｒ_s
を乗じ、反射に伴う光振幅の減衰を求める。また、入射
光線が屈折する場合には、入射光線のｐ偏光成分および
ｓ偏光成分の強度Ｉ₀ に、屈折の度にそれぞれフレネル
の振幅屈折率ｔ_p ，ｔ_s を乗じ、屈折に伴う光振幅の減
衰を求める。さらに、光ビームが不透明な媒質を通過す
る場合には、振幅透過率ｔ_k を乗じることにより、減衰
の効果を求めることができる。これに、さらに光路長に
伴う位相遅れδを加え、それぞれの偏光成分の最終的な
強度Ｉ_p （ｎ）’とＩ_s （ｎ）’が求められる。ただ
し、振幅反射率ｒ_p ，ｒ_s ，振幅屈折率ｔ_p ，ｔ_s ，振
幅透過率ｔ_k および位相遅れ項δは、 ｒ_p ＝ｔａｎ（Θ₁ −Θ₂ ）／ｔａｎ（Θ₁ ＋Θ₂ ） ｒ_s ＝−ｓｉｎ（Θ₁ −Θ₂ ）／ｓｉｎ（Θ₁ ＋Θ₂ ） ｔ_p ＝２ｓｉｎΘ₂ ｃｏｓΘ₁ ／ｓｉｎ（Θ₁ ＋Θ₂ ）
ｃｏｓ（Θ₁ −Θ₂ ） ｔ_s ＝２ｓｉｎΘ₂ ｃｏｓΘ₁ ／ｓｉｎ（Θ₁ ＋Θ₂ ） ｔ_k ＝ｅｘｐ（−２πｋｄ／λ） δ＝ｅｘｐ（−ｉ２πｎｄ／λ） で与えられる。ただし、λは入射光ビームの波長、ｄは
試料中の光路長を表す。

【００４１】例えば、図１１の例では、強度Ｉ₀ の入射
光線（１）〜（３）は、ラインアンドスペースパターン
で反射および屈折の後、次式で表される偏光成分Ｉ
_p （１）’〜Ｉ_p （３）’，Ｉ_s （１）’〜Ｉ
_s （３）’を有する出射光として出射する。 Ｉ_p （１）’＝ｔ_p1ｔ_p2ｒ_p3ｔ_p4ｔ_p5 × ｅｘｐ（−２πｋ₂ ｄ₁ ／λ） ｅｘｐ（−ｉ２πｎ₂ ｄ₁ ／λ）・Ｉ₀ Ｉ_s （１）’＝ｔ_s1ｔ_s2ｒ_s3ｔ_s4ｔ_s5 × ｅｘｐ（−２πｋ₂ ｄ₁ ／λ） ｅｘｐ（−ｉ２πｎ₂ ｄ₁ ／λ）・Ｉ₀ Ｉ_p （２）’＝ｔ_p1ｒ_p2ｔ_p3 × ｅｘｐ（−２πｋ₂ ｄ₂ ／λ） ｅｘｐ（−ｉ２πｎ₂ ｄ₂ ／λ）・Ｉ₀ Ｉ_s （２）’＝ｔ_s1ｒ_rs2 ｔ_s3 × ｅｘｐ（−２πｋ₂ ｄ₂ ／λ） ｅｘｐ（−ｉ２πｎ₂ ｄ₂ ／λ）・Ｉ₀ Ｉ_p （３）’＝ｒ_p1・Ｉ_o Ｉ_s （３）’＝ｒ_s1・Ｉ_o ただし、ｎ₂ ，ｋ₂ は、それぞれラインアンドパターン
中における屈折率および吸収係数を表し、またｄ_1,ｄ₂
は光線（１），（２）の、ラインアンドスペース中にお
ける光路長をそれぞれあらわす。また、添字１〜５は、
それそれの光線の反射点、屈折点の、入射側から数えた
順番を示す。図１１を参照。

【００４２】このように、各光線の強度Ｉ（１）’〜Ｉ
（ｎ）’が求められると、複素反射係数比（ρ＝Ｒ_p ／
Ｒｓ）は、 ρ＝Ｒ_p ／Ｒ_s ＝ΣＩ_p （ｎ）’／ΣＩ_s （ｎ）’＝ｔ
ａｎΨｅｘｐ（ｉΔ） で与えられ、これからパラメータΨ，Δが、 Ψ＝ｔａｎ^{- 1} （｜ρ｜） Δ＝ａｒｇ（ρ） で求められる。

【００４３】図９の構成において、計算ユニット１０４
ｂは、上記の計算を行い、求められたパラメータΨ，Δ
を初期条件設定ユニット１０４を介してプロセス制御ユ
ニットに供給する。図１２は、前記計算ユニット１０４
ｂが実行する動作の概略を示すフローチャートである。

【００４４】図１２を参照するに、まずステップ１にお
いて、パターンの膜厚、屈折率、吸収率、下地の膜厚、
屈折率、吸収率、さらにパターンピッチ等の構造条件が
入力され、さらにステップ２において入射光ビームが、
スネルの法則に従う個々の光線に分解され、さらに光線
路が個々の光線（ｉ＝１〜ｎ）について求められる。さ
らに、ステップ３において、個々の光線ｉについて、偏
光成分ｐおよびｓの強度Ｉｐ（ｉ）’，Ｉｓ（ｉ）’が
求められる。

【００４５】次に、ステップ４において、前記偏光成分
ｐおよびｓの積分強度ΣＩｐ（ｎ）’，ΣＩｓ（ｎ）’
が求められ、求められた積分強度より、ステップ５にお
いて複素反射係数比ρが求められる。さらに、ステップ
６において、前記複素反射係数比ρより、パラメータ
Ψ，Δが求められ、ステップ７においてデータベースを
参照することにより、パターンの幅Ｗが求められる。

【００４６】図１３は、図４（Ａ），（Ｂ）の実施例で
示したレジストパターン２２ａをマスクに、下地のポリ
シリコン層２２₂ をＲＩＥ法によりエッチングし、さら
にレジストパターン２２ａを除去した状態における、図
３の測定装置により求められたパラメータΨとΔの関係
を示す。ただし、この場合、入射角は５５°に設定し、
ポリシリコン層２２₂ の下地層２２₁ は、Ｓｉではなく
ＳｉＯ₂ としている。このような関係をデータベース１
０４ａに蓄積することにより、様々なパターンについ
て、パターン幅を求めることが可能になる。

【００４７】さらに、図１４は、図４（Ａ），（Ｂ）の
実施例において、マスクパターンのピッチが１５０ｎｍ
の場合に、図３の測定装置を使い、エッチング時間を変
えながらパラメータΨ，Δの変化をモニタした例であ
る。ただし、図示した例は、エッチングの終点に対して
さらに１０％および３０％の過剰エッチングを行った場
合に相当する。また、偏光状態は、レジストパターン２
２ａを除去した状態で測定している。一般に、３０％の
過剰エッチングを行うと、およそ２０ｎｍのサイドエッ
チングが生じることがＳＥＭの観察から知られている
が、図１４に示した結果は、本発明による加工物寸法測
定方法が、この程度のサイドエッチングを検出できるこ
とを示している。換言すると、本発明による、エリプソ
メトリを使った加工物寸法測定方法は、１０ｎｍ以下の
精度で加工寸法のずれを検出できることを示している。 ［第４実施例］図１５は、本発明の第４実施例の原理を
示す。

【００４８】図１５を参照するに、本実施例では、入射
光ビームの反射光あるいは回折光のかわりに、入射光ビ
ームが基板２２上のパターン２２ｂにより散乱されるこ
とにより生じる散乱光の偏光状態を求めることにより前
記パラメータΨ，Δを求める。

【００４９】図１６は、図１５に示す散乱光の測定を実
行するための構成を示す。ただし、図１６中、先に説明
した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
図１６の測定装置では、光源２３から出射したコヒーレ
ント光が、１／４λ位相差板２３および偏光子２５を通
過した後、ビームチョッパ２５Ａを介してパターン２２
ａを形成されたウェハ２２上に入射する。ビームチョッ
パ２５ａはその一部にカットを形成された回転ディスク
よりなり、光源２３からウェハ２２に入射するコヒーレ
ント光をオンオフ制御する。

【００５０】さらに、図１６の構成では、ウェハ２２上
のパターン２２ａが形成する反射光あるいは回折光を避
けて、レンズ３１およびこれに協働するビームスプリッ
タ３２が形成され、前記ビームスプリッタ３２は、前記
パターン２２ａから生じ、レンズ３１により集束された
散乱光を、ｐ成分およびｓ成分に分解してそれぞれ検出
器２７Ａおよび２７Ｂに供給する。その際、前記検出器
２７Ａおよび２７Ｂには、前記ビームチョッパ２５Ａか
ら回転制御信号が、同期信号ＳＹＮＣとして供給され、
検出器２７Ａおよび２７Ｂは、それぞれ前記同期信号Ｓ
ＹＮＣの１周期に対応して前記散乱光の強度Ｉｐ，Ｉｓ
を測定する。かかる構成によれば、ウェハ２２上へ光ビ
ームが照射されている状態における散乱光の強度を、光
ビームが遮断されている状態の散乱光の強度と比較する
ことにより、微弱な散乱光の強度Ｉｐ，Ｉｓを、精度よ
く測定することができる。

【００５１】このようにして得られた散乱光の強度Ｉ
ｐ，Ｉｓは、処理装置３０において処理され、強度Ｉ
ｐ，Ｉｓに対して割算Ｉｐ／Ｉｓを実行することにより
反射係数比ｔａｎΨが求められ、この値から前記偏光パ
ラメータΨが求められる。図１７は、図１６の散乱光を
使った構成における反射係数比ｔａｎΨとパターン幅Ｗ
の関係を示す。ただし、図１７の例では、厚さ１００ｎ
ｍのＳｉＯ₂ 膜上に厚さが１８０ｎｍのポリシリコンラ
インアンドスペースパターンを、３００ｎｍのピッチで
形成した基板を使い、個々のパターン幅Ｗを１２０〜１
８０ｎｍの範囲で変化させている。また測定は、図１６
の装置において、偏光角が４５°の直線偏光を入射光と
して使った。

【００５２】図１７よりわかるように、散乱光を使うこ
とにより、反射係数比ｔａｎΨのパターン幅依存性が観
測される。すなわち、反射係数比ｔａｎΨを散乱光から
求めることにより、ラインアンドスペースパターンのパ
ターン幅Ｗを求めることが可能になる。 ［第５実施例］ところで、図３，図７，図９あるいは図
１５の装置において、光源２３から出射される光ビーム
の入射角は７０°に限定されるものではなく、他の角度
を使うこともできる。また、入射角を様々に変化させて
Δ，Ψを測定し、これをもとに、Ψ，Δの他に入射角を
パラメータとして含むデータベースを参照することによ
り、パターンの幅のみならず、パターン側壁の、基板表
面に対する傾き角をも求めることが可能である。

【００５３】図１８は、厚さが１０２ｎｍのＳｉＯ₂ 膜
上にポリシリコン膜を１８２ｎｍの厚さに形成し、さら
にその上に厚さが１５０ｎｍのレジストラインアンドス
ペースパターンを５００ｎｍピッチで形成したウェハに
ついて、反射光より求められた偏光パラメータΨ，Δの
関係を示す。

【００５４】図１８を参照するに、レジストパターンを
形成したままの、ポリシリコン膜をエッチングする前の
状態では、パターン幅Ｗの各値（Ｗ＝１７５ｎｍ，Ｗ＝
１５０ｎｍ，Ｗ＝１２５ｎｍ）について、パラメータ
Ψ，Δが、図１８中、左上のカーブに示すように得られ
る。このうち、Ｗの値に対応する各点において、白丸、
白三角および白四角で示す三点の実験を行っているが、
各点において、得られたデータの収束性は非常に良好で
ある。ただし、上記のデータでは、入射光ビームの入射
角を７０°にして求めている。

【００５５】次に、前記ポリシリコン膜を、前記レジス
トラインアンドスペースパターンをマスクとしてエッチ
ングし、得られた構造について求められた偏光パラメー
タΨ，Δを、黒丸，黒三角および黒四角で示す。ただ
し、黒三角は、図１９Ａの断面ＳＥＭ写真に示すよう
に、オーバーエッチング量を０％とした場合を、黒四角
は図１９Ｂの断面ＳＥＭ写真に示すように、オーバーエ
ッチング量を３０％とした場合を、さらに黒丸は、図１
９Ｃの断面ＳＥＭ写真に示すように、オーバーエッチン
グ量を８０％とした場合を示す。

【００５６】図１８よりわかるように、オーバーエッチ
ング量を０％とした場合のカーブとオーバーエッチング
量を３０％とした場合のカーブ、さらにオーバーエッチ
ング量を８０％とした場合のカーブとは、パターン幅Ｗ
が１７５ｎｍの場合に部分的に重なる他は、互いに異な
っており、これは、偏光パラメータΨ，Δの組み合わせ
から、図１９（Ａ）〜（Ｃ）に示すポリシリコンパター
ンの断面形状の違いを検出することができることを示し
ている。すなわち、パターン幅Ｗおよび膜厚あるいは屈
折率等の構造パラメータがあらかじめ何らかの方法で知
られている場合、エリプソメトリにより得られる偏光パ
ラメータΨ，Δの組み合わせから、パターンの断面形状
を推定することが可能になる。 ［実施例６］図２０は、ＳｉＯ₂ 膜上に形成された同じ
ラインアンドスペースパターンにおいて、ポリシリコン
膜の膜厚を変化させた場合の偏光パラメータΨ，Δの関
係を示す。ただし、図２０中、黒丸で示したカーブは、
厚さが１００ｎｍのＳｉＯ₂膜上に厚さが１７８ｎｍの
ポリシリコンラインアンドスペースパターンを形成した
場合を、また白丸で示したカーブは、ポリシリコンライ
ンアンドスペースパターンの厚さを１６３ｎｍとした場
合のものである。いずれの場合においても、ラインアン
ドスペースパターンのピッチは３００ｎｍ、またパター
ン幅Ｗは１１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲で変化させてい
る。

【００５７】図２０よりわかるように、パラメータΨ，
Δにより規定されるカーブは、ポリシリコンパターンの
厚さが１７８ｎｍの場合と１６３ｎｍの場合とでは異な
っており、このため、始めにパターンの厚さを測定する
ことにより、特定のカーブを選択し、選択されたカーブ
についてΨ，Δを求めることが可能になる。

【００５８】図２１は、このような、膜厚測定工程を含
む、本発明の第６実施例による、パターン寸法測定方法
のフローチャートを示す。図２１を参照するに、まずス
テップ１１において、ラインアンドスペースパターンの
膜厚が測定され、次にステップ１２において前記測定さ
れた膜厚に対応するカーブないし特性曲線が選択され
る。さらに、ステップ１３においてエリプソメトリーに
よる測定が行われ、得られたパラメータΨおよびΔ、さ
らに前記選択された特性曲線を使って、パターン幅Ｗあ
るいはその断面形状が求められる。

【００５９】さらに、本発明は上記の実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨内において様々な変形・
変更が可能である。

【００６０】

【発明の効果】請求項１，１０，１９記載の本発明の特
徴によれば、半導体装置の製造工程において、ウェハ上
に形成されたパターンの寸法を、非接触かつ非破壊で高
速に測定することが可能になり、さらに測定結果を製造
プロセスにフィードバックすることが可能になる。

【００６１】請求項２，１１記載の本発明の特徴によれ
ば、求められた楕円偏光パラメータをもとに、実験に基
づいて構築されたデータベースを参照することにより、
複雑な理論計算をすることなく、容易にパターン寸法を
求めることが可能になる。請求項３，１２記載の本発明
の特徴によれば、エリプソメータを使うことにより、偏
光状態を簡単に求めることができる。

【００６２】請求項４，１３記載の本発明の特徴によれ
ば、さらに入射光ビームの入射角を変化させて測定を行
うことにより、パターン寸法のみならず、パターン側壁
が基板表面に対してなす角度をも求めることが可能であ
る。請求項５，１４記載の本発明の特徴によれば、前記
構造物から反射される強力な反射光を使うことにより、
反射光ビームの偏光状態を安定して、再現性良く求める
ことが可能である。

【００６３】請求項６，１５記載の本発明の特徴によれ
ば、前記構造物から回折される回折光を使うことによ
り、比較的粗なパターンであっても、測定結果に対する
下地層の影響を最小化することが可能になる。請求項
７，１６記載の本発明の特徴によれば、前記構造物から
散乱される散乱光を使うことにより、比較的粗なパター
ンであっても、測定結果に対する下地層の影響を最小化
することが可能になる。

【００６４】請求項８，１７記載の本発明の特徴によれ
ば、構造物の幅あるいは断面形状を、非破壊、非接触に
より求めることが可能になる。請求項９および１８記載
の本発明の特徴によれば、入射光ビームを断続し、照射
状態と遮断状態の各々について偏光状態を測定すること
により、散乱光のような弱い出射光を使う場合にも、高
精度な測定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明する図である。

【図２】図１の要部を拡大して示す図である。

【図３】本発明の第１実施例による構成を示す図であ
る。

【図４】図３の装置が適用されるラインアンドスペース
パターンを示す図である。

【図５】図３の装置で使われるデータベースの例を説明
する図である。

【図６】図３の装置におけるウェハの位置決めを説明す
る図である。

【図７】本発明の第２実施例を示す図である。

【図８】図７の構成において、反射光および１次回折光
を使った例を示す図である。

【図９】図３の装置を半導体装置の製造プロセスの制御
に適用した本発明の第３実施例を示す図である。

【図１０】図９の装置において、パラメータΨ，Δを計
算で求める際の原理を示す図（その一）である。

【図１１】図９の装置において、パラメータΨ，Δを計
算で求める際の原理を示す図（その二）である。

【図１２】図９の装置における処理を示すフローチャー
トである。

【図１３】図３の装置において、エッチングにより形成
されたラインアンドスペースパターンに本発明を適用し
た場合における、パターン幅をパラメータΨ，Δの関係
を示す図である。

【図１４】図３の装置において、エッチングの進行に伴
うパラメータΨ，Δの関係を示す図である。

【図１５】本発明の第４実施例を説明する図である。

【図１６】図１５の装置の具体的な構成を示す図であ
る。

【図１７】図１６の装置により得られる特性曲線の例を
示す図である。

【図１８】本発明の第５実施例による、パターンの断面
形状によるΔ−Ψ関係の変化を説明する図である。

【図１９】（Ａ）〜（Ｃ）は、図１８に対応した、様々
なパターン断面形状を示す図である。

【図２０】本発明の第６実施例による、パターンの膜厚
によるΔ−Ψ関係の変化を説明する図である。

【図２１】本発明の第６実施例による、パターン測定工
程を示すフローチャートである。

【図２２】従来のエリプソメータの構成を示す図であ
る。

【図２３】エリプソメトリで測定される楕円偏光を示す
図である。

【符号の説明】

１，２３ 光源 ２，２５ 偏光子 ３ 試料 ４ 回転検光子 ４ａ，２４ １／４波長板 ４ｂ 回転１／４波長板 ５，２７，２７Ａ，２７Ｂ 検出器 １０，２２ 基板 １１ パターン １１ａ，１１ｂ パターン要素 ２１ ステージ ２１Ａ 位置決め構造 ２１Ｂ 位置決めピン ２２ａ パターン ２２ｂ パターン要素 ２２Ａ オリエンテーションフラット ２５Ａ ビームチョッパ ２６ 回転検光子 ２８ 増幅器 ２９ Ａ／Ｄ変換器 ３０ 処理装置 ３１ レンズ ３２ ビームスプリッタ １０１ ウェハプロセス部 １０２ プロセス制御部 １０３ エリプソメトリ部 １０４ 初期条件設定部 １０４ａ データベース １０４ｂ 理論計算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｂ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平坦な表面を有する基板上に形成された
   構造物の寸法を測定する工程を含む半導体装置の製造方
   法において、 前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で、偏
   光した入射光ビームを入射させる照明工程と；前記入射
   光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビー
   ムの偏光状態を測定する測定工程と；前記構造物の、前
   記基板表面に平行な方向への寸法を、前記偏光状態から
   求める評価工程とを含み；前記求められた寸法に基づい
   て、半導体装置の製造パラメータを調整することを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記評価工程は、前記求められた偏光状
   態に基づき、偏光状態と構造物の寸法との間の関係を、
   様々な構造物の寸法について含むデータベースを参照す
   ることにより実行されることを特徴とする請求項１記載
   の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記偏光状態は、前記構造物を通過した
   後における出射光ビームの偏光面の回転と、偏平率によ
   り表現され、前記測定工程は、エリプソメータにより実
   行されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
   製造方法。
4. 【請求項４】 前記照明工程は、前記偏光した入射光ビ
   ームの入射角を変化させながら実行され、前記評価工程
   は、得られた偏光状態と、前記入射角の組み合わせによ
   り、さらに前記構造物を画成する側壁面が、前記基板平
   面に対してなす角度を推定する工程を含むことを特徴と
   する請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記測定工程は、前記出射光ビームとし
   て、前記入射光ビームの反射光を使うことを特徴とする
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記測定工程は、前記出射光ビームとし
   て、前記構造物から回折される前記入射光ビームの回折
   光を使って実行されることを特徴とする請求項１記載の
   半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記測定工程は、前記出射光ビームとし
   て、前記構造物で散乱される前記入射光ビームの散乱光
   を使って実行されることを特徴とする請求項１記載の半
   導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記評価工程は、前記構造物の膜厚を測
   定する工程と、前記測定された膜厚に対応するデータベ
   ースを選択する工程と、前記選択されたデータベースを
   使い、前記偏光状態より前記構造物の幅または断面形状
   を求める工程を含むことを特徴とする請求項２記載の半
   導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記照明工程は、前記入射光ビームを断
   続する工程を含み、前記測定工程は、前記断続する入射
   光ビームに対応して形成される断続する出射光ビームの
   偏光状態を、照射状態および遮断状態について測定する
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方
   法。
10. 【請求項１０】 平坦な表面を有する基板上に形成され
    た構造物の寸法を測定する加工物寸法測定方法におい
    て、 前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で、偏
    光した入射光ビームを入射させる照明工程と；前記入射
    光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビー
    ムの偏光状態を測定する測定工程と；前記構造物の、前
    記基板表面に平行な方向への寸法を、前記偏光状態から
    求める評価工程とを含むことを特徴とする測定方法。
11. 【請求項１１】 前記評価工程は、前記求められた偏光
    状態に基づき、偏光状態と構造物の寸法との間の関係
    を、様々な構造物の寸法について含むデータベースを参
    照することにより実行されることを特徴とする請求項１
    ０記載の測定方法。
12. 【請求項１２】 前記偏光状態は、前記構造物を通過し
    た後における出射光ビームの偏光面の回転と、偏平率に
    より表現され、前記測定工程は、エリプソメータにより
    実行されることを特徴とする請求項１０記載の測定方
    法。
13. 【請求項１３】 前記照明工程は、前記偏光した入射光
    ビームの入射角を変化させながら実行され、前記評価工
    程は、得られた偏光状態と、前記入射角の組み合わせに
    より、さらに前記構造物を画成する側壁面が、前記基板
    平面に対してなす角度を推定する工程を含むことを特徴
    とする請求項１０の測定方法。
14. 【請求項１４】 前記測定工程は、前記出射光ビームと
    して、前記入射光ビームの反射光を使うことを特徴とす
    る請求項１０記載の測定方法。
15. 【請求項１５】 前記測定工程は、前記出射光ビームと
    して、前記構造物から回折される前記入射光ビームの回
    折光を使って実行されることを特徴とする請求項１０記
    載の測定方法。
16. 【請求項１６】 前記測定工程は、前記出射光ビームと
    して、前記構造物で散乱される前記入射光ビームの散乱
    光を使って実行されることを特徴とする請求項１０記載
    の測定方法。
17. 【請求項１７】 前記評価工程は、前記構造物の膜厚を
    測定する工程と、前記測定された膜厚に対応するデータ
    ベースを選択する工程と、前記選択されたデータベース
    を使い、前記偏光状態より前記構造物の幅またはライン
    アンドスペースパターンの断面形状を求める工程を含む
    ことを特徴とする請求項１０記載の測定方法。
18. 【請求項１８】 前記照明工程は、前記入射光ビームを
    断続する工程を含み、前記測定工程は、前記断続する入
    射光ビームに対応して形成される断続する出射光ビーム
    の偏光状態を、照射状態および遮断状態について測定す
    ることを特徴とする請求項１０記載の測定方法。
19. 【請求項１９】 平坦な表面を有する基板上に形成され
    た構造物を含む半導体装置の品質管理方法において、 前記構造物に、前記基板表面に対して所定の角度で、偏
    光した入射光ビームを入射させる照明工程と；前記入射
    光ビームが入射した前記構造物から出射する出射光ビー
    ムの偏光状態を測定する測定工程と；前記構造物の、前
    記基板表面に平行な方向への寸法を、前記偏光状態から
    求める評価工程とを含むことを特徴とする品質管理方
    法。