CN102203589B - 评估装置及评估方法 - Google Patents

Abstract

评估装置(1)使测光件(42)旋转成测光件(42)的透射轴的方位相对偏光件(32)的透射轴成为90度±3度的倾斜角度，以各条件由摄影机(44)拍摄晶圆(10)的正反射像，影像处理部(50)，是根据通过摄影机(44)拍摄的两片晶圆(10)的影像，评估反复图案的形状以检测剂量不良及聚焦不良。

Description

评估装置及评估方法

技术领域

本发明是关于评估形成于半导体晶圆或液晶基板等的表面的图案的评估装置及评估方法。

背景技术

作为判断形成于半导体晶圆表面的图案的优劣的方法，已有提出通过扫描型电子显微镜(SEM)的观察测量截面形状的各种方法。SEM对截面形状的测量，是将照射于被检测基板上的图案的电子束扫描于图案的截面方向，并检测、分析来自图案的反射电子或二次电子，以求出所扫描部分的截面形状的方法。在图案上的数点进行上述操作，判断图案整体的形状的优劣。

又，自图案的截面形状亦可判断已形成图案的曝光程序或刻蚀的程序是否有不良情形或是否选择了适当的程序条件。例如关于曝光程序，预先求出曝光条件与图案的截面形状的相关关系，从所检查的图案的截面形状判断可否修正曝光装置的曝光条件，当须修正时即根据前述相关关系求出适当的曝光条件。又，关于刻蚀的程序，是预先求出气体种类、气体压力、压速电压等的条件与图案的截面形状的相关关系，进行相同的条件设定。

如上所述的SEM的测量方法，由于对图案上照射电子束进行扫描的作业须进行数次，因此需花费庞大的时间求出图案形状。又，由于观察倍率高，因此难以求出晶圆上所有的图案形状，仅采样数点来判断晶圆整体的优劣。其结果，会漏掉被采样的图案以外的部分的缺陷。又，光阻图案中，若照射电子束即会因加速电压使电子束被光阻吸收、累积，产生图案的耗损。视情形亦有产生放电而使图案毁坏，而在其后的步骤产生不良状况的情事，因此亦须一边改变各种加速电压或观察倍率一边求出最佳观察条件。因此，需花费更多时间进行测量。

SEM对截面形状的测量中，因上述的漏看而产生无法充分掌握曝光装置或刻蚀液的不良情形的问题。又，由于测量需要庞大的时间，因此亦产生无法将透过测量解果取得的曝光装置或刻蚀液的不良情形迅速地反应于所述的装置的问题。进而，曝光装置的不良解析，亦无法在真实图案判别剂量不良(曝光量不良)与聚焦不良。SEM测量中，虽能求出线的宽度(CD值)，但由于不能进行截面形状的测量，因此是分割晶圆来进行测量。

为解决上述问题，提出了一种不论是光阻图案、刻蚀后的图案，均能在短时间判别被检测基板上的图案形状的优劣的表面检查装置及表面检查方法(参照例如专利文献1)。此表面检查装置，是对光阻图案(形成于被检测基板，具有周期性)的反复方向将直线偏光的振动方向设定成倾斜来照明，为了从来自被检测基板的正反射光中抽出具有与所照明直线偏光的振动面垂直的振动面的偏光成分而使用检像形成手段来拍摄，而能在短时间处理被检测基板的图案形状的优劣。

[专利文献1]日本特开2006-135211号公报。

发明内容

然而，上述任一方法，均无法判别剂量不良与聚焦不良，而无法特定出图案异常的原因。

本发明是有鉴于上述问题而完成者，其目的在于提供能特定出反复图案的异常原因的评估装置及评估方法。

为达成此种目的，本发明的评估装置，其具备：照明部，对具有既定反复图案的基板表面照射直线偏光；测光件，从来自被照射该直线偏光的该反复图案的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分；摄影部，拍摄基于该测光件所抽出的该偏光成分的该基板的正反射像；设定部，设定该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的多个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的角度条件；以及评估部，根据以该摄影部拍摄的该正反射像的影像，评估该反复图案的状态；该摄影部，分别拍摄在通过该设定部设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的多个角度条件下所取得的该正反射像；该评估部，根据以该摄影部拍摄的多个该正反射像的影像评估该反复图案的状态。

此外，上述评估装置中，该设定部，最好是将该直线偏光在与行进方向成垂直的面内的振动方向与该正反射光在与行进方向成垂直的面内的该偏光成分的振动方向所构成的角度，设定成90度±既定角度的两个角度条件。

又，上述评估装置中，该设定部，亦可将该基板表面中该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向所构成的角度，设定成彼此差异90度的两个角度条件。

又，上述评估装置较佳为，该反复图案是使用曝光装置而形成；该摄影部，分别拍摄在以该设定部设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的两个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的两个角度条件下所取得的该正反射像；该评估部，根据以该摄影部拍摄的两个该正反射像的影像的信号强度的差分，检测因该曝光装置的曝光量变化所引起的该反复图案的状态变化，并根据该两个该正反射像的影像的信号强度的平均，检测该曝光装置的聚焦变化所引起的该反复图案的状态变化。

又，上述评估装置较佳为，在该反复图案为正常时，该照明部以该反复图案在多个该正反射像的影像的亮度均为相同的方式照射该直线偏光。

又，本发明的评估方法，是对具有既定反复图案的基板表面照射直线偏光，且从来自被照射该直线偏光的该反复图案的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分，并拍摄基于该抽出的该偏光成分的该基板的正反射像以评估该反复图案的状态，其具有：第1步骤，设定该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的角度条件；第2步骤，在该第1步骤中设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的多个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的多个角度条件下，对该基板表面照射该直线偏光；第3步骤，在该多个角度条件下，从来自被照射该直线偏光的该反复图案的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分；第4步骤，在该多个角度条件下，拍摄基于在该第3步骤中抽出的该偏光成分的该基板的正反射像；以及第5步骤，在该多个角度条件下，根据在该第4步骤中分别拍摄的多个该正反射像的影像，评估该反复图案的状态。

此外，上述评估方法中，该第1步骤较佳为，将该直线偏光在与行进方向成垂直的面内的振动方向与该正反射光在与行进方向成垂直的面内的该偏光成分的振动方向所构成的角度，设定成90度±既定角度的两个角度条件。

又，上述评估方法中，该第1步骤中，亦可将该基板表面中该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向所构成的角度，设定成彼此差异90度的两个角度条件。

上述评估方法中较佳为，该反复图案是使用曝光装置而形成；该第2步骤中，在该第1步骤中设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的两个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的两个角度条件下，对该基板表面照射该直线偏光；该第3步骤中，在该两个角度条件下，从来自被照射该直线偏光的该反复图案的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分；该第4步骤中，在该两个角度条件下，拍摄基于在该第3步骤中抽出的该偏光成分的该基板的正反射像；以及该第5步骤中，根据在该第4步骤中分别拍摄的两个该正反射像的影像的信号强度的差分，检测因该曝光装置的曝光量变化所引起的该反复图案的状态变化，并根据该两个该正反射像的影像的信号强度的平均，检测该曝光装置的聚焦变化所引起的该反复图案的状态变化。

上述评估方法中，该第2步骤，最好是在该反复图案为正常时，以该反复图案在多个该正反射像的影像的亮度均为相同的方式照射该直线偏光。

根据本发明，能推定反复图案的异常的原因。

附图说明

图1是显示评估装置整体构成的图。

图2是显示半导体晶圆表面的外观图。

图3是说明反复图案的凹凸构造的立体图。

图4是说明直线偏光的入射面与反复图案的反复方向的倾斜状态的图。

图5是说明直线偏光的振动面与反复图案的反复方向的倾斜状态的图。

图6是显示制法作成方法的流程图。

图7是显示图案的评估方法的流程图。

图8(a)是显示剂量亮度变化与线宽变化的关系的图表，(b)是显示剂量亮度变化与曝光能量变化的关系的图表。

图9(a)及(b)是显示从条件区分晶圆的各照射区域反射的椭圆偏光的偏光状态的图，(c)是显示直线偏光的偏光状态的图。

图10是显示差分影像的各照射区域的平均亮度与剂量变化的关系的图。

图11是显示平均影像的各照射区域的平均亮度与剂量变化的关系的图。

图12是显示线宽变化与剂量变化的关系的图表。

图13是显示LER与聚焦变化的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照图式说明本发明的较佳实施形态。本实施形态的评估装置1，如图1所示具备：支撑半导体晶圆10(以下称为晶圆10)的载台20、对准系统25、照明系统30、受光系统40。又，评估装置1，具备：进行以受光系统40拍摄的影像的影像处理的影像处理部50、以及显示以受光系统40拍摄的影像或影像处理部50的影像处理结果的监视器55。晶圆10在通过曝光装置对最上层的光阻膜进行曝光、显影后，通过未图示的搬送系统，从未图示的晶圆匣或显影装置搬运，而吸附保持于载台20。

于晶圆10表面，如图2所示在XY方向排列有多个晶片区域11，于各晶片区域中形成有既定的反复图案12。反复图案12如图3所示，沿其短边方向(X方向)以一定间距P排列有多个线部2A的光阻图案(例如，配线图案)。相邻的线部2A彼此间是空间部2B。此外，将线部2A的排列方向(X方向)称为「反复图案12的反复方向」。

此处，将反复图案12的线部2A的线宽DA的设计值设为间距P的1/2。当依照设计值形成反复图案12时，线部2A的线宽DA与空间部2B的线宽DB相等，线部2A与空间部2B的体积比大致为1∶1。对此，形成反复图案12时的曝光剂量自适当值偏离时，虽然间距P不变，但线部2A的线宽DA与设计值会不同，且空间部2B的线宽DB亦会不同，线部2A与空间部2B的体积比自大致1∶1偏离。

本实施形态的评估装置1，是利用如上述的反复图案12的线部2A与空间部2B的体积比的变化(形状的变化)，进行反复图案12的形状评估。为使说明简单，将理想的体积比(设计值)设为1∶1。体积比的变化，是因自曝光剂量的适当值偏离而出现在晶圆10的各照射区域。此外，体积比亦可称为截面形状的面积比。

又，本实施形态中，将反复图案12的间距P设为与对反复图案12的照明光(后述)的波长相较为充分小。例如，当将H线(波长λ＝405nm)的照明光使用于半间距70nm的图案时，间距在照明光的波长的1/2以下而不会产生绕射光。如此，不会自反复图案12产生绕射光，而无法通过绕射光进行反复图案12的形状评估。

评估装置1的载台20，是以上面支撑晶圆10，并通过例如真空吸附予以固定保持。进而，载台20可以上面中心的法线A1为中心轴进行旋转。通过此旋转机构，能使晶圆10中反复图案12的反复方向(图2及图3的X方向)在晶圆10的表面内旋转。此外，载台20的上面为水平面，而能将晶圆10恒保持成水平状态。

对准系统25，在载台20旋转时照明晶圆10的外缘部，检测设于外缘部的外形基准(例如缺口)在旋转方向的位置，并在既定位置使载台20停止。其结果，能使晶圆10的反复图案12的反复方向(图2及图3的X方向)相对后述照明光的入射面A2(参照图4)设定成倾斜45度的角度。此外，角度不限于45度，亦可设定成22.5度或67.5度等任意角度方向。

照明系统30，具有光源31、偏光件32、照明透镜32而构成的偏心光学系统，通过直线偏光L1(第1直线偏光)照明载台20上的晶圆10的反复图案12。此直线偏光L1对反复图案12的照明光。直线偏光L1照射于晶圆10的表面整体。

直线偏光L1的行进方向(到达晶圆10表面上任意点的直线偏光L1的主光线方向)通过载台20的中心，相对于载台20的法线A1倾斜既定角度θ。此外，包含直线偏光L1的行进方向在内的与载台20的法线A1平行的平面是直线偏光L1的入射面。图4的入射面A2是晶圆10的中心的入射面。

又，本实施形态中，直线偏光L1为p偏光。直线偏光L1的振动面通过偏光件32的透射轴来规定。

此外，照明系统30的光源31廉价的放电光源或LED。偏光件32配置于光源31的射出端附近，其透射轴设定于既定的方位，根据透射轴使来自光源31的光成为直线偏光L1。照明透镜33与光源31的射出端大致一致，后侧焦点配置成与晶圆10的表面大致一致，将来自偏光件32的光导至晶圆10表面。亦即，照明系统30是相对晶圆10侧为倾斜的光学系统。

上述照明系统30中，来自光源31的光，透过偏光件32及照明透镜33而成为p偏光的直线偏光L1，射入晶圆10的表面整体。在晶圆10各点的直线偏光L1的入射角度由于为平行光束而彼此相同，相当于光轴与法线A1所构成的角度θ。

本实施形态中，由于射入晶圆10的直线偏光L1为p偏光，因此如图4所示，反复图案12的反复方向(X方向)设定为相对于直线偏光L1的射入面A2(于晶圆10表面的直线偏光L1的行进方向)成45度的角度时，于晶圆10表面的直线偏光L1的振动面方向(图5的V方向)与反复图案12的反复方向(X方向)所成的角度亦设定为45度。

换言之，直线偏光L1，是于晶圆10表面的直线偏光L1的振动面方向(图5的V方向)相对于反复图案12的反复方向(X方向)倾斜45度的状态下，以斜向横切过反复图案12的方式射入反复图案12。

此种直线偏光L1与反复图案12的角度状态于晶圆10表面整体为均一。此外，将图5的振动面方向(V方向)与反复方向(X方向)所成的角度设定为45度是为了使反复图案12的偏光状态的变化为最大。

接着，当使用上述直线偏光L1照明反复图案12时，自反复图案12于正反射方向产生椭圆偏光L2。此时，椭圆偏光L2的行进方向与正反射方向一致。正反射方向是指包含于直线偏光L1的射入面A2内，且相对载台20的法线A1于与入射方向相反侧倾斜角度θ(与直线偏光L1的入射角度θ相等的角度)的方向。此外，如上所述，反复图案12之间距P与照明波长相较为充分短，因此不会自反复图案12产生绕射光。

又，受光系统40如图1所示，具有受光透镜41、测光件42、旋转驱动装置43、摄影机44，配设成其光轴通过载台20的中心且相对载台20的法线A1倾斜角度θ。受光透镜41是将椭圆偏光L2聚光于摄影机44的摄影面。

测光件42，构成为能使用旋转驱动装置43而以受光系统40的光轴为中心旋转透射轴的方位(偏光方向)，测光件42的透射轴的方位，设定为相对上述偏光件32的透射轴以90度前后的倾斜角度倾斜。亦即，可有意地破坏正交尼可尔的状态。又，当椭圆偏光L2透射过测光件42时，来自晶圆10表面的正反射光即椭圆偏光L2中相对直线偏光L1的振动方向为大致直角的偏光成分即第2直线偏光L3聚光于摄影机44的摄影面。其结果，于摄影机44的摄影面形成第2直线偏光L3的晶圆10的正反射像。

摄影机44具有未图示CCD摄影元件的CCD摄影机，对形成于摄影面的晶圆10的正反射像进行光电转换而将影像信号输出至影像处理部50。晶圆10的正反射像的明暗大致与直线偏光L3的光强度成正比，因应反复图案12的形状而变化。晶圆10的正反射像为最明亮的情形是反复图案12为理想形状的情形。此外，晶圆10的正反射像的明暗是依各照射区域显现。

影像处理部50，根据自摄影机44输入的晶圆10的影像信号，将晶圆10(正反射像)的影像转换成既定位元(例如8位元)的数字影像。又，影像处理部50对晶圆10的影像进行既定的影像处理，并评估反复图案12的形状。接着，以监视器55输出显示影像处理部50对反复图案12的评估结果及此时的晶圆10的影像。

参照图6及图7所示的流程图说明使用本实施形态的评估装置1的反复图案12的评估方法。首先，在进行反复图案12的评估前，实施制法作成作业(参照图6)。其原因在于，须于反复图案12的评估中决定用以实施最佳评估的条件。因此，首先预先以依各照射区域区分(使的变化)的条件使曝光机的聚焦量(自适当聚焦状态起的聚焦位置的偏移量)及剂量(曝光量)曝光，并将所显影的晶圆搬送至载台20(步骤S101)。

上述的条件区分晶圆(未图示)，是以将存在作为基准的最佳聚焦量及剂量的最佳照射区域(良品照射区域)的方式作成。此时，不限于条件区分晶圆，亦可存在有因不作为而产生的缺陷的晶圆。在条件区分晶圆的搬送后，进行对准使反复图案的反复方向相对照明方向(晶圆10表面的直线偏光L1的行进方向)倾斜45度。此外，对准的角度不限于45度，亦可是67.5度或22.5度。

如前所述，测光件42构成为可使用旋转驱动装置43旋转透射轴的方位(偏光方向)，在进行条件区分晶圆(未图示)的搬送及对准后，使测光件42旋转以使测光件42的透射轴的方位相对偏光件32的透射轴成为90度+3度(93度)的倾斜角度(步骤S102)。此时，直线偏光L1在与行进方向成垂直的面内的振动方向与第2直线偏光L3在与行进方向成垂直的面内的振动方向所构成的角度设定为90度+3度(93度)。

其次，对条件区分晶圆(未图示)表面照射直线偏光L1，透过测光件42并以摄影机44检测且拍摄在条件区分晶圆表面反射的正反射光(椭圆偏光L2)(步骤S103)。此时，来自光源31的光透过偏光件32及照明透镜33成为直线偏光L1，照射于条件区分晶圆。接着，在条件区分晶圆的表面反射的正反射光(椭圆偏光L2)通过受光透镜41而聚光，以测光件42抽出第2直线偏光L3而成像于摄影机44的摄影面上，摄影机44对因形成于摄影面上的第2直线偏光L3而产生的条件区分晶圆的正反射像进行光电转换并生成影像信号，将影像信号输出至影像处理部50。

第2直线偏光L3的条件区分晶圆的影像信号输入至影像处理部50后，储存于影像处理部50的内部存储器(未图示)(步骤S104)。

其次，使测光件42旋转以使测光件42的透射轴方位相对偏光件32的透射轴成为90度±3度的倾斜角度，并以各条件判定是否已拍摄条件区分晶圆的正反射像(步骤S105)。当判定为No时，进至步骤S106，使测光件42旋转以使测光件42的透射轴方位相对偏光件32的透射轴成为90度-3度(87度)的倾斜角度后，反复步骤S103的摄影及步骤S104的影像储存，返回至步骤S105。此时，直线偏光L1在与行进方向成垂直的面内的振动方向与第2直线偏光L3在与行进方向成垂直的面内的振动方向所构成的角度设定为90度-3度(87度)。

又，此时，所拍摄的基准照射区域(最佳良品照射区域)部的亮度不论测光件42的状态均须设为一定。因此，在测光件42的设定结束后，以初始值的照明强度拍摄晶圆并送至影像处理部50，在影像处理部50中，以例如256阶度求出基准照射区域(最佳良品照射区域)部的亮度。基准照射区域(最佳良品照射区域)部的亮度只要是120阶度(256阶度中的)，即将其照明强度储存为测光件42的状态的照明强度。又，当所取得的影像中的基准照射区域(最佳良品照射区域)部的亮度非为120阶度时，即以未图示的ND滤光器等调整照明强度以求出基准照射区域(最佳良品照射区域)部的亮度成为120阶度的条件，将所取得的照明强度条件与测光件42的状态赋予关联关系后予以储存。如上述，自所摄影的影像计算基准照射区域(最佳良品照射区域)位置的亮度，并将每次照明光量调整成一定的亮度。藉此，基准照射区域是以同一亮度值储存有测光件42的透射轴方位不同的两张影像。

另一方面，当步骤S105的判定为Yes时，即进至步骤S107，并回收条件区分晶圆(未图示)。此外，测光件42的旋转角度范围，虽然设成较大则在不良照射区域的亮度变化量亦较大，但由于干扰成分(偏光变化量以外)亦会变大，因此最好是±3度～±5度的范围。

回收条件区分晶圆后，影像处理部50从内部存储器读出在前步骤摄影而取得的两张影像(步骤S108)，并通过影像处理求出基于所读出两张影像的信号强度的差分及平均的影像(以下称为差分影像及平均影像)(步骤S109)。为了求出差分影像，以像素单位求出两张影像的信号强度的差分，将以影像单位求出的差分值作为信号强度生成差分影像。为了求出平均影像，是以像素单位求出两张影像的信号强度的平均，将以影像单位求出的平均值作为信号强度生成平均影像。

求出差分影像及平均影像后，自所求出的差分影像，依使剂量(曝光量)变化的各照射区域算出亮度(信号强度)的平均值(亦即，两张影像的信号强度(亮度)的差分的平均值)，并求出用以求取因剂量变化产生的线部2A的宽度的变化(以下称为线宽变化)的系数K(步骤S110)。此处，因剂量变化所引起的剂量亮度变化，与两张影像的信号强度(亮度)的差分同等，当将测光件42的旋转角度范围设为±α时，能表示为如下的(1)式或(2)式。

剂量亮度变化＝(+α的影像的亮度)-(-α的影像的亮度)…(1)

剂量亮度变化＝(-α的影像的亮度)-(+α的影像的亮度)…(2)

又，于线宽变化与剂量亮度变化之间有如次式(3)的相关。

线宽变化＝K×剂量亮度变化…(3)

因此，通过SEM(扫描型电子显微镜)的测量或散射测量法的测量，预先依使剂量变化的各照射区域测量线宽(线部2A的宽度)，而能从信号强度(亮度)的差分(剂量亮度变化)与线宽的测量值求出系数K。接着，在评估反复图案12时，只要将所求出的系数K用于(3)式，即能从信号强度(亮度)的差分(剂量亮度变化)求出因剂量(曝光量)的变化所引起的线宽变化(亦即，反复图案12的形状变化)。此外，剂量亮度变化与线宽变化的关系示于图8(a)。

又，亦可使用(4)式所示的剂量(曝光能量)与亮度变化(剂量亮度变化)之间的相关。

曝光能量＝K×剂量亮度变化…(4)

此时，可通过自曝光装置(未图示)的设定预先求出各照射区域的剂量(曝光能量)，而从信号强度(亮度)的差分(剂量亮度变化)与曝光能量求出系数K。接着，在评估反复图案12时，只要将所求出的系数K用于(4)式，即能从信号强度(亮度)的差分(剂量亮度变化)检测出剂量(曝光量)的变化(亦即，反复图案12的形状变化)。此外，剂量亮度变化与曝光能量的关系示于图8(b)。

其次，从所求出的平均影像，依使聚焦变化的各照射区域算出亮度(信号强度)的平均值(亦即，两张影像的信号强度(亮度)的平均的平均值)，求出用以求取聚焦变化量的系数g，结束制法作成作业(步骤S111)。此处，因焦点的偏移所引起的亮度变化(聚焦亮度变化)，可表示为如次(5)式所示。

聚焦亮度变化＝{(+α的影像的亮度)+(-α的影像的亮度)}/2-f(线宽变化)…(5)

此外，f是与线宽变化对应的亮度变化的函数。又，当设与聚焦变化量对应的聚焦亮度变化的函数为g时，聚焦变化量与聚焦亮度变化之间有如次(6)式的关系。

聚焦变化量＝g^-1(聚焦亮度变化)…(6)

因此，可通过从(未图示)的设定预先求出各照射区域的聚焦变化量(聚焦偏置值)，而从平均影像的信号强度(亮度)求出函数f及函数g。接着，只要在评估反复图案12时将所求出的函数f用于(5)式，将所求出的函数g用于(6)式，即可从平均影像的信号强度(亮度)检测出聚焦的变化(亦即反复图案12的形状变化)。

此处，说明能判别剂量不良与聚焦不良并检测出的理由。图9显示从条件区分晶圆的各照射区域反射的椭圆偏光L2的偏光状态的图，图9(a)的各照射区域有意地使曝光量(剂量)过度或不足者，图9(a)的中央附近为适当曝光量，图9(a)的左侧越往左方则曝光量越不足的照射区域，图9(a)的右侧越往右方则曝光量越过剩的照射区域的偏光状态。当通过图9(c)所示的直线偏光L1照明具有构造性复折射的图案时，反射光则成为具有一般倾斜的椭圆偏光L2。从此图9(a)可知，当使曝光量变化时，椭圆偏光L2的宽窄程度即变化，且椭圆的长轴的角度与长度亦变化。图9(b)的各照射区域有意地使聚焦变化者，图9(b)的中央附近为正常的聚焦，图9(b)的左侧越往左方则聚焦越减少的照射区域，图9(b)的右侧越往右方则聚焦越增加的照射区域的偏光状态。从此图9(b)可知，当使聚焦变化时，椭圆偏光L2的宽窄程度虽变化，但椭圆的长轴的角度与长度几乎不变化。

因此，如前所述，使测光件42旋转以使测光件42的透射轴的方位相对偏光件32的透射轴成为90度±3度的倾斜角度，并比较以各条件拍摄的两张晶圆影像后，可知即使有聚焦不良两张影像(照射区域)的亮度亦不会变化或变化非常少，而当有剂量不良时两张影像(照射区域)的亮度则会变化。此外，可知即使使测光件42旋转以使测光件42的透射轴的方位相对偏光件32的透射轴成为90度±3度以外的倾斜角度(例如±1度或±2度)，如图10及图11所示，即使有聚焦不良两张影像(照射区域)的亮度亦不会变化或变化非常少，而当有剂量不良时两张影像(照射区域)的亮度则会变化。

又，即使无剂量不良或聚焦不良的良品照射区域，由于如图9所示椭圆偏光L2的长轴为倾斜，因此即使使测光件42旋转以使测光件42的透射轴的方位相对偏光件32的透射轴成为90度±3度的倾斜角度，并比较以各条件拍摄的两张晶圆影像后，亦容易被认为在各良品照射区域的亮度会变化。然而，本实施形态中，由于因应测光件42的状态将照明光量调整成在良品照射区域(前述基准照射区域)时为一定亮度，因此在良品照射区域中两个影像的亮度为相同。

如上所述地作成制法(决定系数K或函数f及函数g)后，即进行形成于晶圆10表面的反复图案12的评估(参照图7)。为了进行反复图案12的评估，首先将作为评估对象的晶圆10往载台20搬送(步骤S201)。在晶圆10的搬送后，进行对准使反复图案12的反复方向相对照明方向(晶圆10表面的直线偏光L1的行进方向)倾斜45度。此外，再作成制法时，将对准的角度设为67.5度或22.5度的情形下，是配合其角度。

在进行晶圆10的搬送及对准后，使测光件42旋转以使测光件42的透射轴的方位相对偏光件32的透射轴成为90度+3度(93度)的倾斜角度(步骤S202)。此时，直线偏光L1在与行进方向成垂直的面内的振动方向与第2直线偏光L3在与行进方向成垂直的面内的振动方向所构成的角度设定为90度+3度(93度)。

其次，当为良品照射区域(前述基准照射区域)时因应测光件42的状态将照明光量调整成成为一定亮度，并对晶圆10表面照射直线偏光L1，透过测光件42并以摄影机44检测且拍摄在晶圆10表面反射的正反射光(椭圆偏光L2)(步骤S203)。此时，来自光源31的光透过偏光件32及照明透镜33成为直线偏光L1，照射于晶圆10的表面。接着，在晶圆10的表面反射的正反射光(椭圆偏光L2)通过受光透镜41而聚光，以测光件42抽出第2直线偏光L3而成像于摄影机44的摄影面上，摄影机44对因形成于摄影面上的第2直线偏光L3而产生的晶圆10的正反射像进行光电转换并生成影像信号，将影像信号输出至影像处理部50。

第2直线偏光L3的晶圆10的影像信号输入至影像处理部50后，储存于影像处理部50的内部存储器(未图示)(步骤S204)。

其次，使测光件42旋转以使测光件42的透射轴方位相对偏光件32的透射轴成为90度±3度的倾斜角度，并以各条件判定是否已拍摄晶圆10的正反射像(步骤S205)。当判定为No时，进至步骤S206，使测光件42旋转以使测光件42的透射轴方位相对偏光件32的透射轴成为90度-3度(87度)的倾斜角度后，反复步骤S203的摄影及步骤S204的影像储存，返回至步骤S205。此时，直线偏光L1在与行进方向成垂直的面内的振动方向与第2直线偏光L3在与行进方向成垂直的面内的振动方向所构成的角度设定为90度-3度(87度)。

又，此时，如前所述，将每次照明光量调整成良品照射区域的亮度成为一定的亮度。藉此，基准照射区域是以同一亮度值储存有测光件42的透射轴方位不同的两张影像。

另一方面，当步骤S205的判定为Yes时，即进至步骤S207，并回收晶圆10。回收晶圆10后，影像处理部50从内部存储器读出在前步骤摄影而取得的两张影像(步骤S208)，并通过影像处理求出基于所读出两张影像的信号强度的差分及平均的影像(亦即差分影像及平均影像)(步骤S209)。差分影像及平均影像，与制法作成时所说明的情形同样地求出。

求出差分影像及平均影像后，自所求出的差分影像，依各照射区域算出亮度(信号强度)的平均值(亦即，两张影像的信号强度(亮度)的差分的平均值)，并从所算出的平均值，使用前述(3)式或(4)，依各照射区域求出因剂量(曝光量)的变化所引起的自线宽变化或剂量的适当值变化的变化量(亦即反复图案12的形状变化)(步骤S210)。如上述求得的线宽变化或剂量的变化，与两张晶圆10的影像或差分影像一起显示于监视器55，当线宽变化或剂量的变化超过既定的临限值时，即报知剂量不良的情事。

其次，从所求出的平均影像，依各照射区域算出亮度(信号强度)的平均值(亦即，两张影像的信号强度(亮度)的平均的平均值)，并从所算出的平均值，使用前述(5)式及(6)式，依各照射区域求出自聚焦适当值变化的变化量或后述LER(亦即反复图案12的形状变化)，如此即结束反复图案12的评估(步骤S211)。如上述求得的聚焦的变化，与平均影像一起显示于监视器55，当聚焦变化超过既定的临限值时，即报知聚焦不良的情事。

此处，图12显示表示自两张影像的信号强度的差分使用(3)式求出的线宽变化、与通过SEM(扫描型显微镜)测量的线宽变化的相关的资料一例。从此图12可知，关于相对剂量变化的线宽变化，可在本实施形态的算出值与SEM的测量值之间取得高相关。又，图13显示表示自两张影像的信号强度的平均利用(6)式等求出的LER(Line Edge Roughness，线边缘的粗糙程度)线宽变化、与通过SEM测量的LER的相关的资料一例。从此图13可知，关于相对聚焦变化的LER的变化，可在本实施形态的算出值与SEM的测量值之间取得高相关。此处的LER表示形成于图案的壁面的凹凸的大小之值。

如上述，根据本实施形态的评估装置1及方法，根据改变直线偏光L1的振动方向与第2直线偏光L3的振动方向之间的角度条件而拍摄的两张晶圆10的影像评估反复图案12的形状，藉此能判别剂量不良与聚焦不良并加以检测出，而能推定(特定)反复图案12的异常的原因。又，亦可使用不产生绕射光的例如H线(波长λ＝405nm)的光，将半间距40nm左右或30nm左右的图案的异常区分为剂量不良与聚焦不良并加以检测出。

此时，通过将直线偏光L1在与行进方向成垂直的面内的振动方向与第2直线偏光L3在与行进方向成垂直的面内的振动方向所构成的角度设定为90度±3度，即能以高感度评估反复图案12的状态(形状)。此外，不从正交尼可尔偏移的角度不限于3度，亦能根据图案设定成例如±4度或±5度。

又此时，可根据两张晶圆10的影像的信号强度(亮度)的差分，检测出因曝光装置的剂量(曝光量)的变化所引起的反复图案12的形状变化(线宽变化或剂量变化)，并根据两张晶圆10的影像的信号强度(亮度)的平均，检测出因曝光装置的聚焦偏移所引起的反复图案12的形状变化(LER或或聚焦变化)，解此可确实地判别剂量不良与聚焦不良并加以检测出。此外，在求出聚焦的变化量时，亦可考量剂量的影响。

又，通过以反复图案12为正常(良品照射区域)时两张晶圆10的影像中反复图案12的亮度为相同的方式照射直线偏光L1，由于正常的反复图案12(良品照射区域)的亮度为一定，因此能防止反复图案12的异常(剂量不良与聚焦不良)的错误检测。

此外，上述实施形态中，虽将直线偏光L1在与行进方向成垂直的面内的振动方向与第2直线偏光L3在与行进方向成垂直的面内的振动方向所构成的角度设定为90度±3度，但并不限定于此。例如，亦可不使测光件42旋转而使载台20旋转，以将晶圆10表面的直线偏光L1的振动方向与反复图案12的反复方向所构成的角度设定彼此差异90度(例如，在本实施形态的情形，是设定为40度与135度)，并以各条件取得两张晶圆10的影像。如此，当使反复图案12(晶圆10)相对直线偏光L1旋转90度时，由于图10及图11所示的图表(平均亮度)的位置关系会上下交换，因此通过与上述实施形态的方式同样地求出差分影像及平均影像并评估反复图案12，即能得到与上述情形相同的效果。此外，此时，偏光件32及测光件42最好是正交尼可尔状态(测光件42的透射轴的方位是相对偏光件32的透射轴倾斜90度的状态)。

又，上述实施形态中，虽说明了晶圆10使用正型光阻的情形，但并不限于此，即使使用负型光阻，虽其倾向会相反，但亦可同样地适用。又，亦可于照明系统与受光系统的至少一者使用离轴椭圆镜(参照例如日本特开2006-135211号公报的椭圆镜)。又，上述实施形态中，虽根据平均影像求出聚焦的变化(反复图案12的形状变化)，但并不限于此，由于此平均影像与正交尼可尔状态下的晶圆10的影像同等，因此亦可从正交尼可尔状态下的晶圆10的影像求出聚焦的变化(反复图案12的形状变化)

又，上述实施形态中，测光件42虽是构成为可使用旋转驱动装置43以受光系统40的光轴为中心旋转透射轴的方位，但并不限于此，亦可于受光透镜41与测光件42之间配置1/2λ板，并使1/2λ板的迟相轴的方位以受光系统40的光轴为中心旋转。

又，上述实施形态中，虽是评估形成于晶圆10表面的反复图案12，但并不限于此，亦可评估例如形成于玻璃基板上的图案。

符号说明：

1评估装置

2A  线部

2B  空间部

10晶圆(基板)

11晶片区域

12反复图案

20载台

25对准系统

30照明系统(照明部)

31光源

32偏光件

33照明透镜

40受光系统

41受光透镜

42测光件

43旋转驱动装置(设定部)

44摄影机(摄影部)

50影像处理部(评估部)

55监视器

A1    法线

A2    入射面

L1    第1直线偏光

L2    椭圆偏光

L3    第2直线偏光(偏光成分)

Claims (10)

1.一种评估装置，其具备：

照明部，对具有使用曝光装置而形成的既定反复图案的基板表面照射直线偏光；

测光件，从被照射该直线偏光的该反复图案反射的椭圆偏光的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分；

摄影部，拍摄基于该测光件所抽出的该偏光成分的该基板的正反射像；

设定部，设定该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的角度条件；以及

评估部，根据以该摄影部拍摄的该正反射像的影像，评估该曝光装置的曝光量和聚焦；

该摄影部，分别拍摄在通过该设定部设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的多个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的多个角度条件下所取得的该正反射像；

该评估部，从以该摄影部拍摄的多个该正反射像的影像求出基于该正反射光的椭圆偏光的长轴的倾斜的信号强度，根据该信号强度判别该反复图案的形成所曝光的该曝光装置的曝光量和聚焦、或判别因该曝光装置的曝光量所引起的该反复图案的形状与该曝光装置的聚焦所引起的该反复图案的形状来进行评估。

2.如权利要求1所述的评估装置，其中，该设定部将该直线偏光在与行进方向成垂直的面内的振动方向与该正反射光在与行进方向成垂直的面内的该偏光成分的振动方向所构成的角度，设定成90度±既定角度的两个角度条件。

3.如权利要求1所述的评估装置，其中，该设定部将该基板表面中该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向所构成的角度，设定成第1角度及与该基板表面中该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向所构成的角度的该第1角度成差异90度的第2角度的两个角度条件。

4.如权利要求1所述的评估装置，其中，该摄影部，分别拍摄在通过该设定部设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的两个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间两个角度条件下所取得的该正反射像；

该评估部，根据以该摄影部拍摄得到的两个该正反射像的影像的信号强度的差分，检测因该曝光装置的曝光量的适当值的变化量或该曝光量所引起的该反复图案的形状，并根据该两个该正反射像的影像的信号强度的平均，检测因该曝光装置的聚焦的适当值变化量或该聚焦所引起的该反复图案的形状。

5.如权利要求1所述的评估装置，其中，在该反复图案为正常时，该照明部是以该反复图案在多个该正反射像的影像的亮度均为相同的方式照射该直线偏光。

6.一种评估方法，对具有使用曝光装置而形成的既定反复图案的基板表面照射直线偏光，且从被照射该直线偏光的该反复图案反射的椭圆偏光的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分，并拍摄基于该抽出的该偏光成分的该基板的正反射像以评估该曝光装置的曝光量和聚焦，其具有：

第1步骤，设定该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的角度条件；

第2步骤，在该第1步骤中设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的多个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的多个角度条件下，对该基板表面照射该直线偏光；

第3步骤，在该多个角度条件下，从来自被照射该直线偏光的该反复图案的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分；

第4步骤，在该多个角度条件下，拍摄基于在该第3步骤中抽出的该偏光成分的该基板的正反射像；以及

第5步骤，在该多个角度条件下，从在该第4步骤中分别拍摄的多个该正反射像的影像求出基于该正反射光的椭圆偏光的长轴的倾斜的信号强度，根据该信号强度判别该反复图案的形成所曝光的该曝光装置的曝光量和聚焦、或判别因该曝光装置的曝光量所引起的该反复图案的形状与该曝光装置的聚焦所引起的该反复图案的形状来进行评估。

7.如权利要求6所述的评估方法，其中，该第1步骤中，是将该直线偏光在与行进方向成垂直的面内的振动方向与该正反射光在与行进方向成垂直的面内的该偏光成分的振动方向所构成的角度，设定成90度±既定角度的两个角度条件。

8.如权利要求6所述的评估方法，其中，该第1步骤中，是将该基板表面中该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向所构成的角度，设定成第1角度及与该基板表面中该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向所构成的角度的该第1角度成差异90度的第2角度的两个角度条件。

9.如权利要求6所述的评估方法，其中，该第2步骤中，在该第1步骤中设定的该直线偏光的振动方向与该偏光成分的振动方向之间的两个角度条件、或该直线偏光的振动方向与该反复图案的反复方向之间的两个角度条件下，对该基板表面照射该直线偏光；

该第3步骤中，在该两个角度条件下，从来自被照射该直线偏光的该反复图案的正反射光中抽出振动方向与该直线偏光不同的偏光成分；

该第4步骤中，在该两个角度条件下，拍摄基于在该第3步骤中抽出的该偏光成分的该基板的正反射像；以及

该第5步骤中，根据在该第4步骤中分别拍摄的两个该正反射像的影像的信号强度的差分，检测因该曝光装置的曝光量的适当值的变化量或该曝光量所引起的该反复图案的形状，并根据该两个该正反射像的影像的信号强度的平均，检测因该曝光装置的聚焦的适当值的变化量或该聚焦所引起的该反复图案的形状。

10.如权利要求6所述的评估方法，其中，该第2步骤中，在该反复图案为正常时，以该反复图案在多个该正反射像的影像的亮度均为相同的方式照射该直线偏光。

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