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技術 評価装置

出願人 株式会社ニコン
発明者 工藤祐司深澤和彦
出願日 2008年10月15日 (12年1ヶ月経過) 出願番号 2008-266823
公開日 2010年4月30日 (10年6ヶ月経過) 公開番号 2010-096596
状態 拒絶査定
技術分野 光学的手段による材料の調査の特殊な応用
主要キーワード 長軸角度 振幅項 角度状態 雑誌類 位相変調法 微細周期 フーリエ級数展開 部分像
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

繰り返しパターンの異常の原因を特定することが可能な評価装置を提供する。

解決手段

評価装置1が、所定の繰り返しパターンを有するウェハ10の表面に直線偏光L1を照射する照明系30と、直線偏光L1が照射された繰り返しパターンからの正反射光である楕円偏光L2の偏光状態を検出する受光系40と、受光系40により検出された楕円偏光L2の偏光状態に基づいて、繰り返しパターンの形状を評価する画像処理部50とを備えて構成される。

概要

背景

半導体装置の製造工程において、微細繰り返しパターンが形成された基板の表面を検査する装置として、例えば、パターンが有する構造性複屈折による偏光状態の変化であるクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいてパターンの異常を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この方法によれば、パターンが照明波長に対して回折光が発生しないような微細周期のパターンであっても、正反射光(0次回折光)の偏光状態変化を捕らえることによりパターンの異常を検出できるため、検査に使用する光を短波長化することなくパターンの異常を検出することが可能となる。
特開2006−135211号公報

概要

繰り返しパターンの異常の原因を特定することが可能な評価装置を提供する。評価装置1が、所定の繰り返しパターンを有するウェハ10の表面に直線偏光L1を照射する照明系30と、直線偏光L1が照射された繰り返しパターンからの正反射光である楕円偏光L2の偏光状態を検出する受光系40と、受光系40により検出された楕円偏光L2の偏光状態に基づいて、繰り返しパターンの形状を評価する画像処理部50とを備えて構成される。

目的

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、繰り返しパターンの異常の原因を特定することが可能な評価装置を提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光照射する照明部と、前記偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光偏光状態を検出する偏光状態検出部と、前記偏光状態検出部により検出された前記偏光状態に基づいて、前記繰り返しパターンの形状を評価する評価部とを備えて構成されることを特徴とする評価装置

請求項2

前記照明部は、直線偏光を前記基板の表面に照射することを特徴とする請求項1に記載の評価装置。

請求項3

前記繰り返しパターンは、露光装置を用いて形成され、前記正反射光の偏光状態は、楕円偏光であり、前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記露光装置における露光量の適正値からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差フォーカスの適正位置からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差とを判別して検出することを特徴とする請求項1または2に記載の評価装置。

請求項4

前記繰り返しパターンは、ラインアンドスペースパターンであり、前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記パターンラインスペース体積比欠陥ラインエッジラフネスの欠陥とを判別して検出することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の評価装置。

請求項5

前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された波長板および偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転移相子法により前記偏光状態を検出することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の評価装置。

請求項6

前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転検光子法により前記偏光状態を検出することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の評価装置。

請求項7

前記照明部は位相変調素子を含み、前記偏光状態検出部は、位相変調法により前記偏光状態を検出することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の評価装置。

技術分野

0001

本発明は、半導体ウェハ液晶基板等の表面に形成されたパターンを評価する評価装置に関する。

背景技術

0002

半導体装置の製造工程において、微細繰り返しパターンが形成された基板の表面を検査する装置として、例えば、パターンが有する構造性複屈折による偏光状態の変化であるクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいてパターンの異常を検出する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。この方法によれば、パターンが照明波長に対して回折光が発生しないような微細周期のパターンであっても、正反射光(0次回折光)の偏光状態変化を捕らえることによりパターンの異常を検出できるため、検査に使用する光を短波長化することなくパターンの異常を検出することが可能となる。
特開2006−135211号公報

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、クロスニコル系からの漏れ光量の大きさを比較してパターンの異常を検出するため、異常の原因を特定することができなかった。

0004

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、繰り返しパターンの異常の原因を特定することが可能な評価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

0005

このような目的達成のため、本発明に係る評価装置は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光照射する照明部と、前記偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光の偏光状態を検出する偏光状態検出部と、前記偏光状態検出部により検出された前記偏光状態に基づいて、前記繰り返しパターンの形状を評価する評価部とを備えて構成される。

0006

なお、上述の発明において、前記照明部は、直線偏光を前記基板の表面に照射することが好ましい。

0007

また、上述の発明において、前記繰り返しパターンは、露光装置を用いて形成され、前記正反射光の偏光状態は、楕円偏光であり、前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記露光装置における露光量の適正値からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差フォーカスの適正位置からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差とを判別して検出することが好ましい。

0008

また、上述の発明において、前記繰り返しパターンは、ラインアンドスペースパターンであり、前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記パターンのラインスペース体積比欠陥ラインエッジラフネスの欠陥とを判別して検出することが好ましい。

0009

また、上述の発明において、前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された波長板および偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転移相子法により前記偏光状態を検出することが好ましい。

0010

また、上述の発明において、前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転検光子法により前記偏光状態を検出するようにしてもよい。

0011

また、上述の発明において、前記照明部は位相変調素子を含み、前記偏光状態検出部は、位相変調法により前記偏光状態を検出するようにしてもよい。

発明の効果

0012

本発明によれば、繰り返しパターンの異常の原因を特定することができる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の評価装置1は、図1に示すように、半導体ウェハ10(以下、ウェハ10と称する)を支持するステージ20と、アライメント系25と、照明系30と、受光系40とを備えて構成されている。また、評価装置1は、受光系40で撮像された画像の画像処理を行う画像処理部50と、受光系40で撮像された画像や画像処理部50による画像処理結果を表示するモニタ55とを備えている。ウェハ10は、最上層レジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ20に吸着保持される。

0014

ウェハ10の表面には、図2に示すように、複数のチップ領域11(ショット)がXY方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン12が形成されている。繰り返しパターン12は、図3に示すように、複数のライン部2Aがその短手方向(X方向)に沿って一定のピッチPで配列されたレジストパターン(例えば、ラインアンドスペースパターンである配線パターン)である。隣り合うライン部2A同士の間は、スペース部2Bである。なお、ライン部2Aの配列方向(X方向)を「繰り返しパターン12の繰り返し方向」と称する。このような構造を持つパターンは、X方向とY方向とで屈折率が異なり、いわゆる構造性複屈折を有する。本実施形態では、この構造性複屈折を積極的に利用してパターンの形状を特定し、ひいては露光量不良とフォーカス不良の判別を可能にする。

0015

ここで、繰り返しパターン12におけるライン部2Aの線幅DAの設計値をピッチPの1/2とする。設計値の通りに繰り返しパターン12が形成された場合、ライン部2Aの線幅DAとスペース部2Bの線幅DBは等しくなり、ライン部2Aとスペース部2Bとの体積比は略1:1になる。これに対して、繰り返しパターン12を形成する際の露光ドーズ量が適正値から外れると、ピッチPは変わらないが、ライン部2Aの線幅DAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部2Bの線幅DBとも異なってしまい、ライン部2Aとスペース部2Bとの体積比が略1:1から外れ、パターンの構造性複屈折の量が変化する。また、フォーカスが適正値から外れた場合、図6に示す繰り返しパターン12′のように、ライン部の平均的な線幅は変わらずにラインエッジの形状が崩れ、いわゆるラインエッジラフネス(Line Edge Roughness:以下、LERと称する)が大きく発生する場合がある。この場合にもパターンの構造性複屈折の量が変化する。なお、図6は実際よりも誇張して描いている。また、LERとは、パターンの壁面に出来た凹凸の大きさを表す値である。

0016

本実施形態の評価装置1は、上記のような繰り返しパターン12におけるライン部2Aとスペース部2Bとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン12の形状評価欠陥検出)を行うものである。説明を簡単にするため、理想的な体積比(設計値)を1:1とする。体積比の変化は、露光ドーズ量の適正状態からの外れに起因し、ウェハ10のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比言い換えることもできる。

0017

また、本実施形態においては、繰り返しパターン12に対する照明光(後述)の波長と比較して繰り返しパターン12のピッチPが十分小さいものとする。このため、繰り返しパターン12から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン12の形状評価を回折光により行うことはできない。

0018

評価装置1のステージ20は、ウェハ10を上面で支持して、例えば真空吸着により固定保持する。さらに、ステージ20は、上面の中心における法線A1を中心軸として回転可能である。この回転機構によって、ウェハ10における繰り返しパターン12の繰り返し方向(図2および図3におけるX方向)を、ウェハ10の表面内で回転させることができる。なお、ステージ20は、上面が水平面であり、ウェハ10を常に水平な状態に保つことができる。

0019

アライメント系25は、ステージ20が回転しているときに、ウェハ10の外縁部を照明し、外縁部に設けられた外形基準(例えばノッチ)の回転方向の位置を検出し、所定位置でステージ20を停止させる。その結果、ウェハ10における繰り返しパターン12の繰り返し方向(図2および図3におけるX方向)を、後述の照明光の入射面A2(図4を参照)に対して、45度の角度に傾けて設定することができる。なお、角度は45度に限らず、22.5度や67.5度など任意角度方向に設定可能である。

0020

照明系30は、光源31と、偏光子32と、照明レンズ33とを有して構成された偏心光学系であり、ステージ20上のウェハ10の繰り返しパターン12を直線偏光L1(第1の直線偏光)により照明する。この直線偏光L1が、繰り返しパターン12に対する照明光である。直線偏光L1は、ウェハ10の表面全体に照射される。

0021

直線偏光L1の進行方向(ウェハ10表面上の任意の点に到達する直線偏光L1の主光線の方向)は、ステージ20の中心を通り、ステージ20の法線A1に対して所定の角度θだけ傾けられている。ちなみに、直線偏光L1の進行方向を含み、ステージ20の法線A1に平行な平面が、直線偏光L1の入射面である。図4の入射面A2は、ウェハ10の中心における入射面である。

0022

また、本実施形態では、直線偏光L1がp偏光である。直線偏光L1の振動面(方向)は、偏光子32の透過軸により規定される。

0023

なお、照明系30の光源31は、安価な放電光源又はLEDである。偏光子32は、光源31の射出端近傍に配置され、その透過軸が所定の方位に設定され、透過軸に応じて光源31からの光を直線偏光L1にする。照明レンズ33は、光源31の射出端と略一致し、後側焦点がウェハ10の表面と略一致するように配置され、偏光子32からの光をウェハ10の表面に導く。すなわち照明系30は、ウェハ10側に対してテレセントリックな光学系である。

0024

上記の照明系30において、光源31からの光は、偏光子32および照明レンズ33を介しp偏光の直線偏光L1となって、ウェハ10の表面全体に入射する。ウェハ10の各点における直線偏光L1の入射角度は、平行光束のため互いに同じであり、光軸と法線A1とのなす角度θに相当する。

0025

本実施形態では、ウェハ10に入射する直線偏光L1がp偏光であるため、図4に示すように、繰り返しパターン12の繰り返し方向(X方向)が直線偏光L1の入射面A2(ウェハ10の表面における直線偏光L1の進行方向)に対して45度の角度に設定された場合、ウェハ10の表面における直線偏光L1の振動面の方向(図5におけるV方向)と繰り返しパターン12の繰り返し方向(X方向)とのなす角度も、45度に設定される。

0026

言い換えると、直線偏光L1は、ウェハ10の表面における直線偏光L1の振動面の方向(図5におけるV方向)が繰り返しパターン12の繰り返し方向(X方向)に対して45度傾いた状態で、繰り返しパターン12を斜めに横切るようにして繰り返しパターン12に入射する。

0027

このような直線偏光L1と繰り返しパターン12との角度状態は、ウェハ10の表面全体において均一である。なお、図5の振動面の方向(V方向)と繰り返し方向(X方向)とのなす角度を45度に設定するのは、繰り返しパターン12による偏光状態の変化を最大とするためである。

0028

そして、上記の直線偏光L1を用いて繰り返しパターン12を照明すると、繰り返しパターン12の構造性複屈折とXY方向の光の振動に対する反射率差の影響により、正反射光として楕円偏光L2が発生する。なお、直線偏光や円偏光は楕円偏光の特別な場合であり、本実施形態において楕円偏光と表現するときは、直線偏光や円偏光も含むことを明記しておく。このとき、パターンに何らかの欠陥があると、欠陥が無いときと比べて、楕円偏光の状態(例えば、ストークスパラメーターで表した場合、S0,S1,S2,S3)が変化する。本実施形態では、この偏光状態の違いによりパターンの欠陥を検出するとともに、欠陥の原因を特定する。

0029

さて、受光系40は、図1に示すように、受光レンズ41と、移相子42と、検光子43と、2次元撮像カメラ44とを有し、回転移相子法により楕円偏光L2の状態を測定する。また、受光系40は、その光軸が、ステージ20の中心を通り、かつ、ステージ20の法線A1に対して角度θだけ傾くように配設される。受光レンズ41は、楕円偏光L2を2次元撮像カメラ44の撮像面に集光する。

0030

移相子42は、1/4波長板であり、不図示の回転駆動装置を用いて受光系40の光軸を中心に回転可能に構成される。なお、回転移相子法では、移相子が1/4波長からずれていてもその値が既知であれば計算により補正可能である。

0031

2次元撮像カメラ44は、不図示のCCD撮像素子を有するCCDカメラであり、撮像面に形成されたウェハ10の正反射像光電変換して、画像信号を画像処理部50に出力する。また、2次元撮像カメラ44には、不図示のレンズが内蔵されており、受光レンズ41と協働して、ウェハ10の全体像または部分像(正反射像)を撮像できるようになっている。またこのとき、移相子42を回転させながら複数の画像を撮像していくと、移相子42の回転とともにウェハ10の像の明るさが変化するようになっている。

0032

ここで、回転移相子法による偏光状態の測定原理について説明する。図7(a)は回転移相子法の測定原理を模式的に示したものである。図7(a)に示すように、偏光子32と検光子43を固定した状態で、検光子43の前に配置された移相子42を回転すると、検出器(2次元撮像カメラ44)からの信号強度が変化し、その波形から楕円偏光の形状を特定することができる。回転移相子法によるストークスパラメーターの測定についてはさまざまな書籍雑誌類紹介されており、例えば、鶴田匡夫著「応用光学II-培風」の233ページに「回転λ/4板による方法」として紹介されている。具体的には、移相子42の回転による信号強度の波形をフーリエ級数展開すると、ストークスパラメーターにおけるS0はバイアス成分とcos4θ成分に、S1はcos4θ成分に、S2はsin4θ成分に、S3はsin2θ成分に対応していることになり、これらのフーリエ級数からストークスパラメーターを求めることが可能である。

0033

本実施形態においては、撮像カメラ44が2次元であるため、ウェハ10の表面全体または一部について一括して偏光状態の測定が可能である。図7(b)には、回転移相子法により得られた信号の波形が描かれているが、これは2次元撮像カメラ44のある1画素からの信号をプロットしたものである。実際には、カメラ画素数分の波形データを一度に取得可能である。

0034

画像処理部50は、2次元撮像カメラ44から入力されたウェハ10の画像信号に基づいて、ウェハ10(正反射像)の画像を所定のビット(例えば8ビット)のデジタル画像に変換する。また、画像処理部50は、所定の信号処理を行って楕円偏光L2の形状を求め、繰り返しパターン12の形状を評価する。そして、画像処理部50による繰り返しパターン12の評価結果および、そのときのウェハ10の画像がモニタ55で出力表示される。

0035

以上のように構成される評価装置1において、繰り返しパターン12の評価を行うには、まず、評価対象となるウェハ10をステージ20へ搬送する。ウェハ10の搬送後、繰り返しパターン12の繰り返し方向が照明方向(ウェハ10の表面における直線偏光L1の進行方向)に対して45度だけ傾くようにアライメントを行う。なお、アライメントの角度は45度に限らず、67.5度あるいは22.5度であってもよい。

0036

ウェハ10の搬送およびアライメントを行った後、ウェハ10の表面に直線偏光L1を照射し、ウェハ10の表面で反射した正反射光(楕円偏光L2)を移相子42および検光子43を介して2次元撮像カメラ44で検出し撮像する。このとき、光源31からの光が偏光子32および照明レンズ33を介し直線偏光L1となって、ウェハ10の表面に照射される。そして、ウェハ10の表面で反射した正反射光(楕円偏光L2)が受光レンズ41により集光され、移相子42および検光子43で第2の直線偏光L3が抽出されて2次元撮像カメラ44の撮像面上に結像され、2次元撮像カメラ44は、撮像面上に形成された第2の直線偏光L3によるウェハ10の正反射像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部50に出力する。またこのとき、移相子42を回転させながら2次元撮像カメラ44がウェハ10の正反射像を複数撮像する。

0037

第2の直線偏光L3によるウェハ10の画像信号が画像処理部50に入力されると、画像処理部50は、2次元撮像カメラ44の画素単位で、回転移相子法により楕円偏光L2のストークスパラメーターを求める。ストークスパラメーターを求めると、ショット毎にストークスパラメーターの平均値を算出し、算出した平均値から、ドーズ量(露光量)の適正値からの変化量をショット毎に求める。また、算出したストークスパラメーターの平均値から、ショット毎に、フォーカスの適正値からの変化量をドーズ量の変化量と分離して求める。このようにして求めたドーズ量またはフォーカスの変化量は、ウェハ10の画像とともにモニタ55に表示され、ドーズ量またはフォーカスの変化量が所定の閾値を超えた場合には、ドーズ不良またはフォーカス不良としてその旨が報知される。このとき、画像処理部50は、例えば、ドーズ量の変化量およびフォーカスの変化量とストークスパラメーター(すなわち、楕円偏光の形状)との相関を予め求めておいたデータテーブルと比較することにより、ドーズ量の変化量とフォーカスの変化量とを判別して求める。

0038

ここで、本実施形態に係る評価装置1を実際に作成して偏光状態を測定した実際の例を図8に示す。図8(a)および(b)には、図2のように複数の露光ショットが並んだウェハ(条件振りウェハ)に対して、意図的に露光量の過不足を与えたショットとフォーカスのずれを与えたショットを露光し、そのショットからの反射光の偏光状態を実測した結果を示す。この楕円偏光L2の図は、S0=1となるように光量を規格化していないストークスパラメーターにより描いているため、各ショットからの反射率を反映して楕円の大きさも変化している。

0039

この図を利用して、ドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出できる理由について説明する。図8(a)の各ショットは露光量(ドーズ量)に意図的に過不足を持たせたもので、図8(a)の中央付近が適正露光量であり、図8(a)の左側は左方へ行くほど露光量が不足したショット、図8(a)の右側は右方へ行くほど露光量が過剰なショットの偏光状態である。図8(c)に示すような直線偏光L1によって構造性複屈折を有するパターンを照明すると、反射光は一般に傾きをもった楕円偏光L2となる。この図8(a)から、露光量を変化させると、楕円の太り具合が変化する(S3に相当)とともに、楕円の長軸の角度と大きさ(長さ)が変化している(大きさはS0、長軸角度は横を0度としてψ=tan-1(S2/S1)/2で算出される)ことがわかる。図8(b)の各ショットはフォーカスを意図的に変化させたもので、図8(b)の中央付近が正常のフォーカスであり、図8(b)の左側は左方へ行くほどフォーカスがマイナスとなるショット、図8(b)の右側は右方へ行くほどフォーカスがプラスとなるショットの偏光状態である。この図8(b)から、フォーカスを変化させると、楕円の太り具合は変化している(S3に相当)が、楕円の長軸の角度と大きさ(長さ)はほとんど変化していない(大きさはS0、長軸角度は横を0度としてψ=tan-1(S2/S1)/2で算出される)ことがわかる。

0040

これらの事実から、この実験に用いたパターンの場合、楕円の大きさや長軸の傾きがあまり変化せず、楕円の太り具合が変化しているものはフォーカス不良であり、楕円の長軸角度や大きさが変化しているものはドーズ不良(露光量不良)であることがわかる。このようにして、本実施形態によれば、ドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出することができ、繰り返しパターン12の異常の原因を特定することが可能になる。

0041

このとき、照明光として直線偏光L1を用いることにより、簡便な構成で構造性複屈折を利用した繰り返しパターン12の評価を行うことができる。

0042

また、回転移相子法により偏光状態を検出することで、楕円偏光L2の楕円形状から精度よく、ドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出することが可能になる。

0043

また、本実施形態において、照明光(直線偏光L1)の波長を選択可能とすることで、楕円偏光L2の変化が大きい波長を選択することにより、高感度な測定をすることができる。

0044

なお、上述の実施形態において、ドーズ量(露光量)の変化量とフォーカスの変化量とを判別して求めているが、これに限られるものではない。例えば、ドーズ量の変化に起因する繰り返しパターン12の線幅変化と、フォーカスの変化に起因するLERの増加とを判別して検出するようにしてもよい。なお、評価の対象となるパターンによっては、ドーズ不良とフォーカス不良の楕円偏光L2の変化の仕方は本実施形態と異なる場合があるかもしれないが、前述のように、ドーズ不良による繰り返しパターン12の形状変化は主にライン部2Aとスペース部2Bの比が変化する現象であるのに対し、フォーカス不良による繰り返しパターン12の形状変化はLERの変化であり、楕円偏光L2の変化の仕方が異なることは間違いないため、判定のアルゴリズムが違ってくるだけで、パターンの形状を評価するのに有効である。

0045

また、本実施形態において、偏光状態を表す指標として、ストークスパラメーターを用いているが、これに限られるものではない。偏光状態を表す指標として、例えば、偏光状態を楕円で表したときの長軸方位角および楕円率角、もしくは、長軸方位角および楕円率を用いて表す方法や、偏光状態をジョーンズベクトルで表したときの複素振幅振幅項位相項を用いて表す方法、偏光状態をジョーンズベクトルで表したときの複素振幅の実数項と虚数項を用いて表す方法等がある。これらは表現形式こそ違っていても結局は楕円偏光の楕円の形状と回転の向きを表すものである。したがって、本実施形態においてストークスパラメーターを求めているが、他の表現形式を用いた測定であっても、楕円の形状と回転の向きを表せるものであれば構わない。

0046

また、上述の実施形態において、回転移相子法により偏光状態を検出しているが、これに限られるものではなく、例えば、回転検光子法や位相変調法など、さまざまな方法が知られており、偏光状態を測定できる方法であれば何でも構わない。

0047

回転検光子法により偏光状態を検出するには、例えば図9に示すように、受光系140が、受光レンズ41と、検光子143と、回転駆動装置144と、撮像カメラ44とを有して構成される。すなわち、上述の移相子42に代えて、検光子143が回転駆動装置144を用いて受光系140の光軸を中心に透過軸の方位(偏光方向)を回転可能に構成され、検光子143を回転させながら、2次元撮像カメラ44が撮像面上に形成された第2の直線偏光L3によるウェハ10の正反射像を複数撮像する。そして、2次元撮像カメラ44で得られた信号強度をフーリエ変換してストークスパラメーターを求めることが可能である。ただし、この方法では、右回り偏光左回り偏光とを区別することはできい。すなわち、S3の符号を特定できない。

0048

位相変調法により偏光状態を検出するには、例えば図10に示すように、照明系230が、レーザー光源231と、偏光子232と、位相変調素子である光弾性変調器233とを有して構成され、受光系240が、検光子241と、光検出器242とを有して構成される。すなわち、レーザー光源231から発せられたレーザー光は、偏光子232および光弾性変調器233と透過して偏光となってウェハ10の表面に照射され、ウェハ10の表面で反射した正反射光は、検光子241を透過して光検出器242により検出される。ここで、光弾性変調器233は、光弾性変調器233を透過する光の位相差を連続的に変化させるものであり、偏光子232を透過して得られる(直線)偏光を、直線偏光、楕円偏光、もしくは円偏光のいずれに変化させることができるようになっている。そして、ステージ20によりウェハ10を回転させつつ、光弾性変調器233により偏光の位相差を変化させながら、光検出器242による光の検出を行うことにより、光検出器242で得られた信号強度から、構造性複屈折により得られる光の偏光状態を求めることが可能である。

0049

また、本実施形態において、照明光をp偏光としているが、これに限られるものではなく、例えば、s偏光や、楕円偏光、円偏光など、パターンの繰り返し方向に垂直あるいは水平な直線偏光を除けば、いかなる偏光状態でもよい。

0050

また、上述の実施形態において、ウェハ10の表面に形成された繰り返しパターン12を評価しているが、これに限られるものではなく、例えば、ガラス基板上に形成されたパターンを評価することも可能である。

図面の簡単な説明

0051

評価装置の全体構成を示す図である。
半導体ウェハの表面の外観図である。
繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。
直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
ラインエッジラフネスを示す模式図である。
(a)は回転移相子法の測定原理を模式的に示した図であり、(b)は回転移相子法により得られた信号の波形を示す図である。
(a)および(b)は条件振りウェハの各ショットから反射された楕円偏光の偏光状態を示す図であり、(c)は直線偏光の偏光状態を示す図である。
評価装置の第1の変形例を示す図である。
評価装置の第2の変形例を示す図である。

符号の説明

0052

1評価装置
10ウェハ(基板) 12繰り返しパターン
30照明系(照明部)
40受光系(偏光状態検出部) 42移相子(波長板)
43検光子(偏光板) 44 2次元撮像カメラ(検出器)
50画像処理部(評価部)
140 受光系(変形例) 143 検光子(偏光板)
230 照明系(変形例) 233光弾性変調器(位相変調素子)
L1 第1の直線偏光L2楕円偏光
L3 第2の直線偏光

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