JP2009031212A

JP2009031212A - 表面検査装置および表面検査方法

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Publication number: JP2009031212A
Application number: JP2007197731A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Endo; 一正遠藤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2009-02-12

Abstract

【課題】基板上の線幅が５０nmL/S以下の場合にも検出感度が低下しない基板表面検査装置を提供する。
【解決手段】装置は、基板を直線偏光光により照明する照明手段と、前記照明手段と前記基板の位置関係を調整する調整手段と、前記基板からの偏光光の経路に、退避可能に取り付けられた位相子（１３３）と、前記直線偏光の振動面に対して、透過軸を所定の角度とすることができる検光子（１３５）と、を備える。装置は、前記基板の画像を形成する画像形成手段（１３９）と、前記画像の所定のパラメータを求め、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度と関連付けて記憶手段（１５１１）に記憶する画像処理手段（１５１）と、検出感度が最大となる、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度における前記所定のパラメータを用いて、欠陥判定を行う欠陥判定手段と、をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上のパターン形状を検査する基板表面検査装置および基板表面検査方法に関する。

基板上に形成された周期性を有するレジストパターンの形状を、該レジストパターンの画像を処理することによって検査する基板表面検査装置および基板表面検査方法が開発されている（たとえば、特許文献１）。特許文献１の検査方法によれば、レジストパターンの繰り返し方向に対して直線偏光の振動方向を斜めに設定して照明し、基板からの正反射光のうち、該直線偏光の振動面に垂直な振動面を有する偏光成分を抽出して画像を形成し、該画像を処理することによってレジストパターンの形状を検査する。

特開２００６−１３５２１１号公報

しかし、上記の検査方法において、基板上の線幅が５０nmL/S（ラインおよびスペースの幅が５０ｎｍ）以下になると、基板からの正反射光のうち、照明する直線偏光の振動面に垂直な振動面を有する偏光成分が減衰するため、パターン形状変化に対する検出感度が低下する問題があった。

したがって、基板上の線幅が５０nmL/S以下の場合にも検出感度が低下しない基板表面検査装置および基板表面検査方法に対するニーズがある。

本発明による基板表面検査装置は、被検基板に形成された周期性を有するレジストパターンを直線偏光光により照明する照明手段と、前記直線偏光の振動面と前記レジストパターンの繰り返し方向とが所定の角度となるよう前記照明手段と前記被検基板の位置関係を調整する調整手段と、を備える。本発明による基板表面検査装置は、使用または不使用を選択することができるように、前記被検基板からの偏光光の経路に、前記経路から退避可能に取り付けられた位相子と、前記直線偏光の振動面に対して、透過軸を所定の角度とすることができるように取り付けられた検光子と、をさらに備える。本発明による基板表面検査装置は、前記検光子を透過した光によって、前記被検基板の画像を形成する画像形成手段と、前記画像を処理して、前記画像の所定のパラメータを求め、前記所定のパラメータを、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度と関連付けて記憶手段に記憶する画像処理手段をさらに備える。本発明による基板表面検査装置は、前記レジストパターンの形状変化に対する前記所定のパラメータの変化が最大となる、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度における前記所定のパラメータを用いて、前記レジストパターンが正常な場合における前記所定のパラメータとの比較により、前記レジストパターンの欠陥判定を行う欠陥判定手段をさらに備える。

本発明による基板表面検査方法は、基板表面検査装置を使用して、基板表面の検査を行う。基板表面検査装置は、被検基板に形成された周期性を有するレジストパターンを直線偏光光により照明する照明手段と、前記直線偏光の振動面と前記レジストパターンの繰り返し方向とが所定の角度となるよう前記照明手段と前記被検基板の位置関係を調整する調整手段と、を備える。基板表面検査装置は、使用または不使用を選択することができるように、前記被検基板からの偏光光の経路に、前記経路から退避可能に取り付けられた位相子と、前記直線偏光の振動面に対して、透過軸を所定の角度とすることができるように取り付けられた検光子と、をさらに備える。基板表面検査方法は、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度を設定し、前記検光子を透過した光によって、前記被検基板の画像を形成し、前記画像を処理して、前記画像の所定のパラメータを求め、前記所定のパラメータを、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度と関連付けて記憶し、該記憶された、前記レジストパターンの形状の変化に対する前記所定のパラメータの変化が最大となるように、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度を定め、その状態において取得した前記所定のパラメータを用いて、前記レジストパターンが正常な場合における前記所定のパラメータとの比較により前記レジストパターンの欠陥判定を行う。

本発明によれば、基板表面検査装置の、基板検査の感度がもっとも高くなるように、位相子の使用または不使用および検光子の角度を設定し、その状態において基板表面の検査を行うことができる。

本発明によれば、基板表面検査装置の、基板検査の感度がもっとも高くなるように、位相子の使用または不使用および検光子の角度を設定することにより、基板上の線幅が５０nmL/S以下の場合にも検出感度が低下しない基板表面検査装置および基板表面検査方法が得られる。

図１は、一実施形態による、基板表面検査装置の構成を示す図である。基板表面検査装置は、被検基板である半導体ウェハ２００を保持するステージ１２３と、アライメント装置１２５と、照明系と、受光系と、画像処理装置１５１と、モニタ１５３と、を備える。

ステージ１２３は、表面にレジストパターンが形成された被検基板（半導体ウェハ）２００を載せて、たとえば真空吸着により固定保持する。ステージ１２３は、回転機構によって中心軸の周りに回転可能に構成されている。

アライメント装置１２５は、ステージ１２３が回転しているときに、半導体ウェハ２００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１２３を停止させる。

照明系は、光源１１１と、波長選択フィルタ１１３と、ライトガイドファイバ１１５と、偏光板１１７と、凹面反射鏡１１９とを備える。光源１１１は、メタルハライドランプや水銀ランプなどの放電光源である。波長選択フィルタ１１３は、光源１１１からの光のうち所定波長の輝線スペクトルを選択的に透過する。ライトガイドファイバ１１５は、波長選択フィルタ１１３からの光を伝送する。偏光板１１７は、ライトガイドファイバ１１５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、透過軸に応じてライトガイドファイバ１１５からの光を直線偏光にする。すなわち、偏光板１１７は、偏光子として機能する。凹面反射鏡１１９は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、前側焦点がライトガイドファイバ１１５の射出端と略一致し、後側焦点が半導体ウェハ２００の表面と略一致するように配置され、偏光板１１７からの光を半導体ウェハ２００の表面に導く。照明系は、半導体ウェハ２００側に対してテレセントリックな光学系である。

図１に示すように、直線偏光Ｌ１の進行方向（半導体ウェハ２００の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、凹面反射鏡１１９の光軸にほぼ平行である。凹面反射鏡１１９の光軸は、ステージ１２３の中心を通り、ステージ１２３の法線１Ａに対して所定の角度θだけ傾斜している。半導体ウェハ２００上の各点における直線偏光Ｌ１の入射角度は、互いに同じであり、凹面反射鏡１１９の光軸と法線１Ａとの成す角度θに相当する。

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の振動面は、凹面反射鏡１１９の前段に配置された偏光板１１７の透過軸により規定される。

受光系は、凹面反射鏡１３１と、１／４波長板１３３と、偏光板１３５と、結像レンズ１３７と、撮像装置１３９と、を備える。１／４波長板１３３は、位相子として機能する。１／４波長板１３３は、使用または不使用を選択することができるように、光の経路上の位置と光の経路から退避した位置とのいずれにも設定することができるように構成されている。１／４波長板１３３の位置を検出する、図示しない位相子位置検出器を備えてもよい。位相子位置検出器は、接触式の検出器であってもよい。偏光板１３５は、検光子として機能する。偏光板１３５は、光の経路上において、偏光子として機能する偏光板１１７によって定められた直線偏光の方向に対して、透過軸を回転させることができるように構成されている。偏光板１３５の回転位置を検出する、図示しない検光子回転位置検出器を備えてもよい。検光子回転位置検出器は、ロータリエンコーダなどであってもよい。撮像装置１３９は、撮像素子の２次元アレイからなるものであってもよい。撮像装置１３９は、基板２００の表面の、直線偏光の反射光による画像を形成する。

画像処理装置１５１は、後で説明するように、撮像装置１３９の形成した画像を処理する。画像処理装置１５１は、撮像装置１３９の形成した画像および画像処理の結果を記憶するメモリ１５１１を備える。画像処理装置１５１は、位相子位置検出器および検光子回転位置検出器からの情報に基づき、位相子位置および検光子回転位置を、画像処理の結果とともにメモリ１５１１に記憶してもよい。モニタ１５３は、撮像装置１３９の形成した画像または画像処理の結果を表示する。

図２は、半導体ウェハ２００の構成を示す図である。半導体ウェハ２００の表面には、複数のチップ領域２１０がＸＹ方向に配列され、各チップ領域２１０の中に繰り返しパターン２２０が形成されている。

図３は、チップ領域２１０の繰り返しパターン２２０の構成を示す図である。繰り返しパターン２２０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（たとえば、配線パターン）である。隣接するライン部２Ａは、スペース部２Ｂで隔てられる。ライン部２Ａの配列方向(Ｘ方向)を「繰り返しパターン２２０の繰り返し方向」という。

ここで、繰り返しパターン２２０のライン部２Ａの線幅Ｄ_A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２２０が形成された場合、ライン部２Ａの線幅Ｄ_Aとスペース部２Ｂの線幅Ｄ_Ｂは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は１対１になる。これに対して、露光装置によって、レジスト上に繰り返しパターン２２０の画像を投影する際の露光フォーカス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Ｄ_Aが設計値とは異なる値となり、スペース部２Ｂの線幅Ｄ_Ｂの値も異なる値となる。この結果、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が１対１から外れる。

一実施形態の基板表面検査装置は、上記のような繰り返しパターン２２０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２２０の検査を行うものである。説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１対１とする。体積比の変化は、露光装置の露光フォーカスの適正値からの外れに起因し、半導体ウェハ２００のチップ領域２１０ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。

また、本実施形態では、半導体ウェハ２００に対する照明光Ｌ１の波長と比較して繰り返しパターン２２０のピッチＰが十分小さいとする。このため、繰り返しパターン２２０から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン２２０の検査を回折光により行うことはできない。

図４は、ウェハと照明光の直線偏光の入射面（３Ａ）との位置関係を示す図である。

図５は、直線偏光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）と、チップ領域２１０の繰り返しパターン２２０の繰り返し方向（Ｘ方向）との関係を説明する図である。

半導体ウェハ２００に入射する直線偏光Ｌ１がｐ偏光である。したがって、図４に示すとおり、半導体ウェハ２００の繰り返しパターン２２０の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)に対して４５度の角度に設定された場合、図５に示すとおり、半導体ウェハ２００の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図５のＶ方向）と、繰り返しパターン２２０の繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度も、４５度に設定される。

換言すると、直線偏光Ｌ１は、半導体ウェハ２００の表面における振動面の方向（図５のＶ方向）が繰り返しパターン２２０の繰り返し方向(Ｘ方向)に対して４５度に傾いた状態で、繰り返しパターン２２０を斜めに横切るような状態で、繰り返しパターン２２０に入射する。

このような直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン２２０との角度状態は、半導体ウェハ２００の表面全体において均一である。なお、４５度を１３５度、２２５度、３１５度の何れかとしても、直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン２２０とのなす角度は、実質的には同じである。また、図５の振動面の方向(Ｖ方向)と繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン２２０の検査の感度を最も高くするためである。
上記の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン２２０を照明すると、繰り返しパターン２２０から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)内に含まれ、ステージ１２３の法線１Ａに対して角度θ（直線偏光Ｌ１の入射角度θに等しい角度）だけ傾いた方向である。なお、上述のとおり、繰り返しパターン２２０のピッチＰが照明波長と比較して十分小さいため、繰り返しパターン２２から回折光が発生することはない。

図６は、基板表面検査装置の偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の関係を示す図である。

上述したように、一実施形態による基板表面検査装置は、半導体ウェハ２００を載せたステージ１２３を回転させ、アライメント装置１２５によって回転角度を定めることにより、偏光子として機能する偏光板１１７の透過軸に対する、チップ領域２１０の繰り返しパターン２２０の方向を定めることができるように構成されている。また、位相子として機能する１／４波長板１３３は、使用または不使用を選択することができるように、光の経路上の位置と光の経路から退避した位置とのいずれにも設定することができるように構成されている。また、検光子として機能する偏光板１３５は、光の経路上において、偏光子として機能する偏光板１１７によって定められた直線偏光の方向に対して、透過軸を回転させることができるように構成されている。

図６において、繰り返しパターン２２０を照明する直線偏光の振動方向がＸ軸方向となるように偏光子（偏光板１１７）の透過軸をＸ軸方向に設定する（図６（ａ））。繰り返しパターン２２０の方向は、Ｘ軸およびＹ軸に対して45度となる。図６に関する以下の説明において、偏光子の設定は変わらない。

受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸をＹ軸方向に設定した場合に（図６（ｂ））、繰り返しパターン２２０からの反射光が検光子を透過する光量をＩｙとする。

受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸をＸ軸方向に設定した場合に（図６（ｃ））、繰り返しパターン２２０からの反射光が検光子を透過する光量をＩｘとする。

受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸を、Ｘ軸に対して反時計回りに45度に設定した場合に（図６（ｄ））、繰り返しパターン２２０からの反射光が検光子を透過する光量をＩ４５とする。

受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸を、Ｘ軸に対して時計回りに45度に設定した場合に（図６（ｅ））、繰り返しパターン２２０からの反射光が検光子を透過する光量をＩ−４５とする。

受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸を、Ｘ軸に対して反時計回りに45度に設定し（図６（ｄ））、検光子の光源側に、進相軸の方位をＸ軸方向に設定した位相子（１／４波長板）を配置した場合に、繰り返しパターン２２０からの反射光が検光子を透過する光量をＩＱ４５とする。この場合に、検光子を透過した光は円偏光となる。

受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸を、Ｘ軸に対して時計回りに45度に設定した場合に（図６（ｅ））、検光子の光源側に、進相軸の方位をＸ軸方向に設定した位相子（１／４波長板）を配置した場合に、繰り返しパターン２２０からの反射光が検光子を透過する光量をＩＱ−４５とする。この場合に、検光子を透過した光は円偏光となる。

図７は、一実施形態による基板表面検査装置を使用して、基板表面の検査を行う検査方法を示す図である。

図７のステップＳ７０１０において、基板表面検査装置において、位相子の使用または不使用および検光子の角度を設定する。具体的には、たとえば、図６を使用して説明した設定の内のいずれかの設定を選択する。

図７のステップＳ７０２０において、撮像装置１３９は、検光子を透過した光によって被検基板（半導体ウェハ）２００の画像を形成する。

図７のステップＳ７０３０において、画像処理装置１５１は、撮像装置１３９から被検基板（半導体ウェハ）２００の画像を取得し、画像の所定のパラメータを求める。画像の所定のパラメータは、チップ領域２１０の光量の平均値であってもよい。チップ領域２１０の繰り返しパターン２２０におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化によって、上記画像におけるチップ領域２１０の光量の平均値は変化する。したがって、上記画像におけるチップ領域２１０の光量の平均値の変化によって、チップ領域２１０の繰り返しパターン２２０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検出し、基板表面の検査を行うことができる。あるいは、画像の所定のパラメータは、チップ領域２１０の光量の平均値をさらに基板２００全体について平均したものであってもよい。

図７のステップＳ７０４０において、画像処理装置１５１は、ステップＳ７０３０において求めた画像のパラメータを、設定された、位相子の使用または不使用および検光子の角度と関連付けてメモリ１５１１に記憶する。位相子の使用または不使用および検光子の角度は、位相子位置検出器および検光子回転位置検出器から取得してもよい。

図８は、一実施形態による基板表面検査装置を使用して、基板表面の検査を行う検査方法を示す図である。

図８のステップＳ８０１０において、基板表面検査装置のステージ１２３に被検基板（半導体ウェハ）２００を配置する。

図８のステップＳ８０２０において、基板表面検査装置は、検光子を透過した、被検基板２００からの反射光によって、被検基板２００の画像の所定のパラメータを求める。図８のステップＳ８０２０は、詳細には、図７のステップＳ７０１０乃至ステップＳ７０４０による。

図８のステップＳ８０３０において、位相子および検光子の状態を変化させるかどうか判断する。位相子および検光子の状態を変化させる場合には、ステップＳ８０２０に進む。位相子および検光子の状態を変化させない場合には、ステップＳ８０４０に進む。

図８のステップＳ８０４０において、レジストパターンの形状の異なる基板を設定するかどうか判断する。レジストパターンの形状の異なる基板を設定する場合には、ステップＳ８０１０に進む。レジストパターンの形状の異なる基板を設定しない場合には、ステップＳ８０５０に進む。レジストパターンの形状については、後で説明する。

図８のステップＳ８０５０において、レジストパターンの形状の変化に対する、画像の所定のパラメータの変化を確認する。レジストパターンの形状の変化に対して、画像の所定のパラメータの変化が大きなことは、検査の感度が高いことに相当する。

ここで、レジストパターンの形状について説明する。

図９は、断面が矩形であるレジストパターンの、パターンの繰り返し方向の断面図を示す図である。シリコン（Ｓｉ）基板２３５上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層２３３が形成され、その上にレジスト２３１Ａが形成される。レジストパターンの断面形状は、理想的な矩形である。図９において、
レジスト幅Ｌ１＝４５ｎｍ
スペース幅Ｌ２＝４５ｎｍ
レジスト厚さｈ１＝１１０ｎｍ
ＳｉＯ_２層の厚さｈ２＝１００ｎｍ
である。

図１０は、断面が台形であるレジストパターンの、パターンの繰り返し方向の断面図を示す図である。シリコン（Ｓｉ）基板２３５上に二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層２３３が形成され、その上にレジスト２３１Ｂが形成される。レジストパターンの断面形状は、理想的な矩形ではなく、台形である。図１０において、
レジスト幅Ｌ１＝４５ｎｍ
スペース幅Ｌ２＝４５ｎｍ
レジスト厚さｈ１＝１１０ｎｍ
ＳｉＯ_２層の厚さｈ２＝１００ｎｍ
である。

台形形状のパラメータとして以下のパラメータを定める。

（ｔ１＋ｔ２）／Ｌ１
ここで、ｔ１およびｔ２は、それぞれ、台形の左右の斜辺の、パターンの繰り返し方向の幅である。上記パラメータは、理想的な矩形であれば０％となり、三角形であれば１００％となる。上記パラメータの数値を台形指数と呼称する。

図１１乃至図１４は、位相子および検光子を種々の状態に設定した場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。反射光量の変化率は、台形指数が所定の値の反射光量と台形指数が０％の場合の反射光量（以下、基準反射光量と呼称する）との差の、基準反射光量に対する比率である。図１１乃至図１４に示したデータは、ＦＤＴＤによるシミュレーション解析によって求めたものである。レジストパターンの形状は、図９および図１０に関して説明したとおりである。反射光量の変化率に付した記号は、図６に関して説明したとおりである。図１１乃至図１４において、台形指数の変化に対する反射光量の変化率が大きなほど、基板表面検査装置の検査の感度は高くなる。

図１１は、照射する光の波長が、λ＝５４６ｎｍであり、かつ、検光子が理想的なものであり、完全偏光が行われる場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。反射光量（画像パラメータ）の変化率、すなわち感度が最も大きいのは、Ｉｙで示す、受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸をＹ軸方向に設定した場合である。

図１２は、照射する光の波長が、λ＝５４６ｎｍであり、かつ、検光子の消光比が１００対１である場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。反射光量（画像パラメータ）の変化率、すなわち感度が最も大きいのは、ＩＱ４５で示す、受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸を、Ｘ軸に対して反時計回りに45度に設定し、検光子の光源側に、進相軸の方位をＸ軸方向に設定した位相子（１／４波長板）を配置した場合である。Ｉｙで示す、受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸をＹ軸方向に設定した場合の感度は、完全偏光の検光子から消光比が１００対１の検光子に代わることにより大幅に低下する。

図１３は、照射する光の波長が、λ＝３１３ｎｍであり、かつ、検光子が理想的なものであり、完全偏光が行われる場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。反射光量（画像パラメータ）の変化率、すなわち感度が最も大きいのは、ＩＱ４５で示す、受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸を、Ｘ軸に対して反時計回りに４５度に設定し、検光子の光源側に、進相軸の方位をＸ軸方向に設定した位相子（１／４波長板）を配置した場合である。

図１４は、照射する光の波長が、λ＝３１３ｎｍであり、かつ、検光子の消光比が１００対１である場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。反射光量（画像パラメータ）の変化率、すなわち感度が最も大きいのは、ＩＱ４５で示す、受光側の検光子（偏光板１３５）の透過軸を、Ｘ軸に対して反時計回りに４５度に設定し、検光子の光源側に、進相軸の方位をＸ軸方向に設定した位相子（１／４波長板）を配置した場合である。この設定の場合に、図１３に示した、検光子が理想的なものであり、完全偏光が行われる場合と比較して、基板表面検査装置の検査の感度は低下しない。

たとえば、ワイヤーグリット型偏光素子やフォトニック結晶型偏光素子は、４００ｎｍ以下の波長に対して、十分な透過率と１００対１以上の消光比が得られる。したがって、これらの偏光素子を検光子として使用することができる。

上述のように、基板表面検査装置の、基板検査の感度は、照射する光の波長および検光子の消光比によって変化する。また、レジストパターンの厚さや、下地の構造によっても変化する。特に、基板上の線幅が５０nmL/S（ラインおよびスペースの幅が５０ｎｍ）以下になると、基板からの正反射光のうち、照明する直線偏光の振動面に垂直な振動面を有する偏光成分が減衰するため、パターン形状変化に対する検出感度が低下する。したがって、図７および図８に示した方法によって、基板表面検査装置の、基板検査の感度がもっとも高くなるように、位相子の使用または不使用および検光子の角度を設定する。

一実施形態による基板表面検査装置は、位相子の位置を検出する位相子位置検出器および検光子の回転位置を検出する回転位置検出器をさらに備える。

したがって、位相子の位置検光子の回転位置を確実に把握することができる。

一実施形態による基板表面検査装置において、検光子は、ワイヤーグリッド型偏光子またはフォトニック結晶型偏光子である。

これらの偏光子は、４００ｎｍ以下の波長に対して、十分な透過率と１００対１以上の消光比が得られる。

一実施形態による基板表面検査装置において、位相子は、１／４波長板である。

本実施形態によれば、１／４波長板により、偏光状態を簡単に変化させることができる。

一実施形態による基板表面検査方法は、位相子の使用または不使用および検光子の透過軸の所定の角度と関連付けて記憶された、被検基板のレジストパターンの形状の変化に対する所定のパラメータの変化が最大となるように、位相子の使用または不使用および検光子の透過軸の所定の角度を定める。

本実施形態によれば、被検基板のレジストパターンの形状の変化に対する所定のパラメータの変化が最大となるように、位相子の使用または不使用および検光子の透過軸の所定の角度を定めることにより、確実に検査感度の高い基板表面検査方法が得られる。

一実施形態による基板表面検査方法において、所定のパラメータが、被検基板の検査対象領域の反射光量の平均値である。

本実施形態によれば、被検基板の検査対象領域の反射光量の平均値によって、基板表面の状態を簡単に把握することができる。

一実施形態による、基板表面検査装置の構成を示す図である。半導体ウェハの構成を示す図である。チップ領域の繰り返しパターンの構成を示す図である。ウェハと照明光の直線偏光の入射面との位置関係を示す図である。直線偏光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）と、チップ領域の繰り返しパターン２２０の繰り返し方向（Ｘ方向）との関係を説明する図である。基板表面検査装置の偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の関係を示す図である。基板表面検査装置の偏光子の透過軸に対する検光子の透過軸の関係を示す図である。一実施形態による基板表面検査装置を使用して、基板表面の検査を行う検査方法を示す図である。断面が矩形であるレジストパターンの、パターンの繰り返し方向の断面図を示す図である。断面が台形であるレジストパターンの、パターンの繰り返し方向の断面図を示す図である。照射する光の波長が、λ＝５４６ｎｍであり、かつ、検光子が理想的なものであり、完全偏光が行われる場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。照射する光の波長が、λ＝５４６ｎｍであり、かつ、検光子の消光比が１００対１である場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。照射する光の波長が、λ＝３１３ｎｍであり、かつ、検光子が理想的なものであり、完全偏光が行われる場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。照射する光の波長が、λ＝３１３ｎｍであり、かつ、検光子の消光比が１００対１である場合に、台形指数に対する、反射光量（画像パラメータ）の変化率を示す図である。

符号の説明

１１１…光源、１１７…偏光子（偏光板）、１３３…位相子（１／４波長板）、１３５…検光子（偏光板）、１３９…撮像装置、１５１…画像処理装置

Claims

被検基板に形成された周期性を有するレジストパターンを直線偏光光により照明する照明手段と、
前記直線偏光の振動面と前記レジストパターンの繰り返し方向とが所定の角度となるよう前記照明手段と前記被検基板の位置関係を調整する調整手段と、
使用または不使用を選択することができるように、前記被検基板からの偏光光の経路に、前記経路から退避可能に取り付けられた位相子と、
前記直線偏光の振動面に対して、透過軸を所定の角度とすることができるように取り付けられた検光子と、
前記検光子を透過した光によって、前記被検基板の画像を形成する画像形成手段と、
前記画像を処理して、前記画像の所定のパラメータを求め、前記所定のパラメータを、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度と関連付けて記憶手段に記憶する画像処理手段と、
前記レジストパターンの形状変化に対する前記所定のパラメータの変化が最大となる、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度における前記所定のパラメータを用いて、前記レジストパターンが正常な場合における前記所定のパラメータとの比較により、前記レジストパターンの欠陥判定を行う欠陥判定手段と、を備える基板表面検査装置。
前記位相子の位置を検出する位相子位置検出器および前記検光子の回転位置を検出する回転位置検出器をさらに備える請求項１に記載の基板表面検査装置。
前記検光子は、ワイヤーグリッド型偏光子またはフォトニック結晶型偏光子である請求項１または２に記載の基板表面検査装置。
前記位相子は、１／４波長板である請求項１から3のいずれか１項に記載の基板表面検査装置。
被検基板に形成された周期性を有するレジストパターンを直線偏光光により照明する照明手段と、
前記直線偏光の振動面と前記レジストパターンの繰り返し方向とが所定の角度となるよう前記照明手段と前記被検基板の位置関係を調整する調整手段と、
使用または不使用を選択することができるように、前記被検基板からの偏光光の経路に、前記経路から退避可能に取り付けられた位相子と、
前記直線偏光の振動面に対して、透過軸を所定の角度とすることができるように取り付けられた検光子と、を備えた基板表面検査装置を使用して、基板表面の検査を行う基板表面検査方法であって、
前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度を設定し、
前記検光子を透過した光によって、前記被検基板の画像を形成し、
前記画像を処理して、前記画像の所定のパラメータを求め、
前記所定のパラメータを、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度と関連付けて記憶し、
該記憶された、前記レジストパターンの形状の変化に対する前記所定のパラメータの変化が最大となるように、前記位相子の使用または不使用および前記検光子の前記透過軸の前記所定の角度を定め、その状態において取得した前記所定のパラメータを用いて、前記レジストパターンが正常な場合における前記所定のパラメータとの比較により前記レジストパターンの欠陥判定を行う、基板表面検査方法。
前記所定のパラメータが、前記被検基板の検査対象領域の反射光量の平均値である請求項５に記載の検査方法。