JP6406492B2 - Evaluation method, evaluation apparatus, and exposure system - Google Patents

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JP6406492B2 JP2014012053A JP2014012053A JP6406492B2 JP 6406492 B2 JP6406492 B2 JP 6406492B2 JP 2014012053 A JP2014012053 A JP 2014012053A JP 2014012053 A JP2014012053 A JP 2014012053A JP 6406492 B2 JP6406492 B2 JP 6406492B2
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Description

本発明は、基板に形成されたパターンの加工条件を評価する評価技術、この評価技術を用いる露光技術、及びその評価技術を用いるデバイス製造技術に関する。   The present invention relates to an evaluation technique for evaluating a processing condition of a pattern formed on a substrate, an exposure technique using the evaluation technique, and a device manufacturing technique using the evaluation technique.

デバイス(半導体デバイス等)を製造するためのリソグラフィ工程においては、コータ・デベロッパによって半導体ウェハ(以下、単にウェハと称する)等の基板に感光性樹脂(いわゆる、レジスト)が塗布され、その基板に露光装置によってマスクパターンの像が露光され、露光後の基板に対して現像、及びエッチング等が行われる。
また、最終的に製造されるデバイスの歩留まりを高めるためには、コータ・デベロッパにおける膜厚条件(塗布する膜厚の設定値等)、露光装置における露光条件、及び/又はエッチング装置におけるエッチング時間等の加工条件を高精度に所望の状態に管理する必要がある。露光装置における露光条件としては、露光量(いわゆるドーズ)及びフォーカス位置(投影光学系の像面に対する露光対象の基板のデフォーカス量)等がある。それらの加工条件を高精度に管理するためには、それらの加工条件を高精度に評価する必要がある。
In a lithography process for manufacturing a device (semiconductor device, etc.), a photosensitive resin (so-called resist) is applied to a substrate such as a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) by a coater / developer, and the substrate is exposed. The mask pattern image is exposed by the apparatus, and the exposed substrate is developed and etched.
In addition, in order to increase the yield of devices to be finally manufactured, film thickness conditions (such as a set value of the applied film thickness) in the coater / developer, exposure conditions in the exposure apparatus, and / or etching time in the etching apparatus, etc. It is necessary to manage the machining conditions in a desired state with high accuracy. Exposure conditions in the exposure apparatus include an exposure amount (so-called dose), a focus position (a defocus amount of the substrate to be exposed with respect to the image plane of the projection optical system), and the like. In order to manage these processing conditions with high accuracy, it is necessary to evaluate those processing conditions with high accuracy.

例えば露光装置の露光条件のうちのフォーカス位置の従来の評価方法として、主光線が傾斜した照明光でマスクの評価用のパターンを照明し、ステージで基板の高さを変化させながらそのパターンの像をその基板の複数のショットに順次露光し、露光後の現像によって得られたレジストパターンの横ずれ量を計測し、この計測結果から各ショットの露光時のフォーカス位置を評価する方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。   For example, as a conventional method for evaluating the focus position in the exposure conditions of an exposure apparatus, a pattern for mask evaluation is illuminated with illumination light whose chief ray is inclined, and the pattern image is changed while changing the height of the substrate on the stage. Is sequentially exposed to a plurality of shots on the substrate, the lateral shift amount of the resist pattern obtained by development after exposure is measured, and the focus position at the time of exposure of each shot is evaluated from the measurement result. (For example, refer to Patent Document 1).

米国特許出願公開第2002/0100012号明細書US Patent Application Publication No. 2002/0100012

リソグラフィ工程を経て製造されるデバイスの歩留まりをより高めるためには、露光条件等の加工条件をより高精度に評価し、この評価結果に基づいてその加工条件を補正することが望ましい。さらに、デバイスを高いスループット(生産性)で製造するためには、その加工条件の評価は効率的に行う必要がある。
本発明の態様は、このような課題に鑑みてなされたものであり、パターンが形成された基板を用いて、そのパターンを形成したときの加工条件を効率的に、かつ高精度に評価することを目的とする。
In order to further increase the yield of devices manufactured through the lithography process, it is desirable to evaluate the processing conditions such as the exposure conditions with higher accuracy and correct the processing conditions based on the evaluation result. Furthermore, in order to manufacture a device with high throughput (productivity), it is necessary to evaluate the processing conditions efficiently.
An aspect of the present invention has been made in view of such problems, and uses a substrate on which a pattern is formed to efficiently and precisely evaluate processing conditions when the pattern is formed. With the goal.

本発明の第1の態様によれば、所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価方法において、表面にその評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に偏光光を照射することと、その偏光光の照射によりその表面から射出した回折光を受光し、受光されたその回折光の偏光状態を規定する量を検出することと、検出されたその回折光のその偏光状態を規定する量に基づいて、その評価対象パターンを形成した際のその加工条件を評価することと、を含む評価方法が提供される。   According to the first aspect of the present invention, in the evaluation method for evaluating the processing conditions of the evaluation target pattern formed under the predetermined processing conditions, the surface of the evaluation target substrate on which the evaluation target pattern is formed is polarized on the surface. Irradiating light, receiving the diffracted light emitted from the surface by irradiation of the polarized light, detecting an amount defining the polarization state of the received diffracted light, and detecting the detected diffracted light There is provided an evaluation method including evaluating the processing conditions when the pattern to be evaluated is formed based on an amount defining the polarization state.

第2の態様によれば、基板の表面にパターンを形成することと、本発明の態様の評価方法を用いて、そのパターンを形成した際の加工条件を評価することと、その評価方法の評
価結果に応じてパターンを形成する際のその加工条件を補正することとを含む半導体デバイス製造方法が提供される。
第3の態様によれば、所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価装置において、表面にその評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に光を照射する照明部と、その照明部からのその光の照射によりその表面から射出した光を検出する検出部と、その検出部で検出された光の状態に基づいて、その評価対象パターンを形成した際のその加工条件を評価する評価部と、を備え、その照明部は、その表面に偏光光を照射し、その検出部は、その偏光光が照射されたその表面から射出した回折光を受光し、該回折光の偏光状態を規定する量を検出し、その評価部は、その検出部で検出されたその回折光のその偏光状態を規定する量に基づいて、その評価対象パターンを形成した際のその加工条件を評価する評価装置が提供される。
また、その第1及び第3の態様において、その表面から射出される0次光以外の回折光をそれぞれ検出してもよい。
また、その第1の態様において、その加工条件は第1加工条件及び第2加工条件を含んでもよく、その回折光の偏光状態を規定する量を検出することは、その表面に照射されるその偏光光の入射角、その偏光光の波長、及びその表面から射出したその回折光の次数の少なくとも1つの条件が互いに異なる第1評価条件と第2評価条件のもと、その回折光のその偏光状態を規定する量を検出することを含んでもよく、その評価対象パターンを形成した際のその加工条件を評価することは、その第1評価条件のもとで検出されたその回折光のその偏光状態を規定する量に基づいてその第1加工条件を評価し、その第2評価条件のもとで検出されたその回折光のその偏光状態を規定する量に基づいてその第2加工条件を評価することを含むことができる。
また、その第3の態様において、その加工条件は第1加工条件及び第2加工条件を含んでもよく、その検出部は、その表面に照射されるその偏光光の入射角、その偏光光の波長、及びその表面から射出したその回折光の次数の少なくとも1つの条件が互いに異なる第1装置条件と第2装置条件のもと、その回折光の偏光状態を規定する量を検出してもよく、その評価部は、その第1装置条件のもとでその検出部にて検出されたその回折光の偏光状態を規定する量に基づいてその第1加工条件を評価し、その第2装置条件のもとでその検出部にて検出されたその回折光の偏光状態を規定する量に基づいて前記第2加工条件を評価してもよい。
According to the second aspect, forming a pattern on the surface of the substrate, using the evaluation method of the aspect of the present invention, evaluating the processing conditions when the pattern is formed, and evaluating the evaluation method A semiconductor device manufacturing method including correcting a processing condition when forming a pattern according to a result is provided.
According to the third aspect, in the evaluation apparatus for evaluating the processing conditions of the evaluation target pattern formed under the predetermined processing conditions, the surface of the evaluation target substrate on which the evaluation target pattern is formed is irradiated with light. An illumination unit, a detection unit that detects light emitted from the surface by irradiation of the light from the illumination unit, and the evaluation target pattern when the evaluation target pattern is formed based on the state of the light detected by the detection unit An evaluation unit that evaluates the processing conditions, the illumination unit irradiates the surface with polarized light, the detection unit receives diffracted light emitted from the surface irradiated with the polarized light, The amount that defines the polarization state of the diffracted light is detected, and the evaluation unit forms the evaluation target pattern based on the amount that defines the polarization state of the diffracted light detected by the detection unit. Evaluate the processing conditions Valence device is provided.
In the first and third aspects, diffracted light other than the 0th-order light emitted from the surface may be detected.
Further, in the first aspect, the processing conditions may include a first processing condition and a second processing condition, and detecting the amount defining the polarization state of the diffracted light may be applied to the surface. The polarization of the diffracted light under the first evaluation condition and the second evaluation condition, which are different from each other in the incident angle of the polarized light, the wavelength of the polarized light, and the order of the diffracted light emitted from the surface. Detecting an amount that defines the state, and evaluating the processing condition when the pattern to be evaluated is formed is the polarization of the diffracted light detected under the first evaluation condition. The first processing condition is evaluated based on the amount that defines the state, and the second processing condition is evaluated based on the amount that defines the polarization state of the diffracted light detected under the second evaluation condition. Can include That.
Moreover, in the third aspect, the processing conditions may include a first processing condition and a second processing condition, and the detection unit includes an incident angle of the polarized light irradiated on the surface, and a wavelength of the polarized light. And an amount defining the polarization state of the diffracted light may be detected under a first device condition and a second device condition in which at least one condition of the order of the diffracted light emitted from the surface is different from each other, The evaluation unit evaluates the first processing condition based on the amount that defines the polarization state of the diffracted light detected by the detection unit under the first device condition, and the second device condition The second processing condition may be evaluated based on the amount that defines the polarization state of the diffracted light detected by the detector.

第4の態様によれば、基板の表面にパターンを形成する加工装置と、本発明の態様の評価装置と、を備え、その評価装置の評価結果に応じてその加工装置を調整する露光システムが提供される。   According to a fourth aspect, there is provided an exposure system comprising a processing apparatus for forming a pattern on the surface of a substrate and the evaluation apparatus according to the aspect of the present invention, and adjusting the processing apparatus according to an evaluation result of the evaluation apparatus. Provided.

本発明の態様によれば、評価対象パターンが形成された評価対象基板を用いて、その評価対象パターンを形成したときの加工条件を高精度に、かつ効率的に評価できる。   According to the aspect of the present invention, it is possible to evaluate the processing conditions when the evaluation target pattern is formed with high accuracy and efficiency using the evaluation target substrate on which the evaluation target pattern is formed.

(a)は第1の実施形態に係る評価装置の概略構成を示す図、(b)は第1の実施形態に係るデバイス製造システムを示す図である。(A) is a figure which shows schematic structure of the evaluation apparatus which concerns on 1st Embodiment, (b) is a figure which shows the device manufacturing system which concerns on 1st Embodiment. (a)は図1(a)中のウェハを示す平面図、(b)は図2(a)中の繰り返しパターンの一部を示す拡大図、(c)及び(d)はそれぞれ繰り返しパターン形成用の第1及び第2のマスクパターンの像を示す拡大図である。(A) is a plan view showing the wafer in FIG. 1 (a), (b) is an enlarged view showing a part of the repetitive pattern in FIG. 2 (a), and (c) and (d) are repetitive pattern formations, respectively. It is an enlarged view which shows the image of the 1st and 2nd mask pattern for use. (a)は繰り返しパターンの一部を示す拡大斜視図、(b)は入射光の偏光方向と繰り返しパターンの周期方向(繰り返し方向)との関係を示す図、(c)はホールパターンを示す拡大断面図である。(A) is an enlarged perspective view showing a part of a repetitive pattern, (b) is a view showing the relationship between the polarization direction of incident light and the periodic direction (repetitive direction) of the repetitive pattern, and (c) is an enlarged view showing a hole pattern. It is sectional drawing. (a)は露光量と偏光状態の変化との関係の一例を示す図、(b)はフォーカス位置と偏光状態の変化との関係の一例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of the relationship between exposure amount and the change of a polarization state, (b) is a figure which shows an example of the relationship between a focus position and the change of a polarization state. 装置条件(評価条件)を求める方法(条件出し)の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the method (condition extraction) which calculates | requires apparatus conditions (evaluation conditions). 露光条件の評価方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the evaluation method of exposure conditions. (a)は条件振りウェハのショット配列の一例を示す平面図、(b)は一つのショットを示す拡大図、(c)はショット中の複数の設定領域の配列の一例を示す拡大図である。(A) is a plan view showing an example of a shot arrangement of a conditioned wafer, (b) is an enlarged view showing one shot, and (c) is an enlarged view showing an example of an arrangement of a plurality of setting areas in the shot. . (a)及び(b)はそれぞれ第1の装置条件のもとでの露光量及びフォーカス位置とストークスパラメータとの関係の一例を示す図、(c)はストークスパラメータから露光量を求めるために使用される曲線の一例を示す図である。(A) and (b) are diagrams showing an example of the relationship between the exposure amount and the focus position and the Stokes parameter under the first apparatus condition, respectively, and (c) is used for obtaining the exposure amount from the Stokes parameter. It is a figure which shows an example of the curve performed. (a)及び(b)はそれぞれ第2の装置条件のもとでの露光条件及びフォーカス位置とストークスパラメータとの関係の一例を示す図、(c)はストークスパラメータからフォーカス位置を求めるために使用される曲線の一例を示す図である。(A) and (b) are diagrams showing an example of the relationship between the exposure condition and the focus position and the Stokes parameter under the second apparatus condition, respectively, and (c) is used for obtaining the focus position from the Stokes parameter. It is a figure which shows an example of the curve performed. (a)及び(b)はそれぞれ互いに異なる装置条件のもとで検出されたストークスパラメータS1を輝度に変換して表した分布を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the distribution which converted and expressed the Stokes parameter S1 detected on the mutually different apparatus conditions into a brightness | luminance. (a)及び(b)はそれぞれある装置条件のもとで検出されたストークスパラメータS2及びS3を輝度に変換して表した分布を示す図である。(A) And (b) is a figure which shows the distribution which each converted and expressed the Stokes parameters S2 and S3 detected on the basis of a certain apparatus condition. (a)は第2の実施形態におけるウェハの要部を示す拡大断面図、(b)は次工程のウェハの要部を示す拡大断面図、(c)は図12(b)の後工程のウェハを示す拡大断面図、(d)はウェハに形成されたパターンの一部を示す拡大断面図、(e)はスペーサ堆積量とストークスパラメータとの関係の一例を示す図、(f)はエッチング量とストークスパラメータとの関係の一例を示す図である。(A) is an enlarged sectional view showing the principal part of the wafer in the second embodiment, (b) is an enlarged sectional view showing the principal part of the wafer in the next process, and (c) is a subsequent process of FIG. FIG. 4D is an enlarged sectional view showing a wafer, FIG. 4D is an enlarged sectional view showing a part of a pattern formed on the wafer, FIG. 5E is a diagram showing an example of a relationship between a spacer deposition amount and a Stokes parameter, and FIG. It is a figure which shows an example of the relationship between quantity and a Stokes parameter. 半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a semiconductor device manufacturing method.

[第1の実施形態]
以下、本発明の好ましい第1の実施形態につき図1(a)〜図10(b)を参照して説明する。図1(a)は本実施形態に係る評価装置1を示し、図1(b)は本実施形態に係るデバイス製造システムDMSを示す。図1(b)において、デバイス製造システムDMSは、基板としてのウェハ(半導体ウェハ)の表面(以下、ウェハ面と称する)に薄膜を形成する薄膜形成装置(不図示)、感光性樹脂としてのレジストのウェハ面に対する塗布及び現像を行うコータ・デベロッパ200、レジストが塗布されたウェハ面に半導体デバイス等の回路パターンの像を露光する露光装置100、現像後のレジストパターンをマスクとしてウェハのエッチングを行うエッチング装置300、並びに露光及び現像後(又はさらにエッチング等の後)にウェハ面に形成されるパターンを用いて、このパターンの加工条件を評価する評価装置1を備えている。さらに、デバイス製造システムDMSは、評価装置1、露光装置100、コータ・デベロッパ200、及びエッチング装置300等の統括的な制御、工程管理、及びそれらの装置間の各種情報の仲介等を行うホストコンピュータ600、及び評価装置1〜エッチング装置300等の間でウェハを搬送する搬送系500を備えている。
[First Embodiment]
A preferred first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 (a) to 10 (b). FIG. 1A shows an evaluation apparatus 1 according to this embodiment, and FIG. 1B shows a device manufacturing system DMS according to this embodiment. In FIG. 1B, a device manufacturing system DMS includes a thin film forming apparatus (not shown) for forming a thin film on a surface (hereinafter referred to as a wafer surface) of a wafer (semiconductor wafer) as a substrate, and a resist as a photosensitive resin. A coater / developer 200 for coating and developing the wafer surface, an exposure apparatus 100 for exposing an image of a circuit pattern such as a semiconductor device on the wafer surface coated with the resist, and etching the wafer using the developed resist pattern as a mask. An etching apparatus 300 and an evaluation apparatus 1 that evaluates the processing conditions of this pattern using a pattern formed on the wafer surface after exposure and development (or after etching or the like) are provided. Further, the device manufacturing system DMS is a host computer that performs overall control of the evaluation apparatus 1, exposure apparatus 100, coater / developer 200, etching apparatus 300, etc., process management, and mediation of various information between these apparatuses. 600 and a transfer system 500 for transferring a wafer between the evaluation apparatus 1 to the etching apparatus 300 and the like.

露光装置100としては、例えば米国特許出願公開第2007/242247号明細書等に開示されている液浸型のスキャニングステッパー(走査型の投影露光装置)が使用される。評価装置1が評価可能な加工条件としては、薄膜形成装置及びコータ・デベロッパ200における膜厚条件(膜厚の設定値等)、露光装置100における後述の露光条件、並びにエッチング装置300におけるエッチング条件(エッチング時間等)等がある。   As the exposure apparatus 100, for example, an immersion scanning stepper (scanning projection exposure apparatus) disclosed in, for example, US Patent Application Publication No. 2007/242247 is used. Processing conditions that can be evaluated by the evaluation apparatus 1 include film thickness conditions (such as set values of film thickness) in the thin film forming apparatus and coater / developer 200, exposure conditions described later in the exposure apparatus 100, and etching conditions in the etching apparatus 300 ( Etching time etc.).

図1(a)において、評価装置1は、略円板形のウェハ10を支持するステージ5を備え、不図示の搬送系によって搬送されてくるウェハ10は、ステージ5の上面(載置面)に載置され、例えば真空吸着によって固定保持される。以下、傾斜していない状態のステージ5の上面に平行な面において、図1(a)の紙面に平行な方向に沿った軸をXE軸、図1(a)の紙面に垂直な方向に沿った軸をYE軸として、XE軸及びYE軸を含む面に垂直な方向に沿った軸をZE軸として説明する。ステージ5は、ステージ5の上面の中心における法線CAを回転軸とする回転角度φ1を制御する第1駆動部(不図示)と、例えばステージ5の上面の中心を通り、図1(a)の紙面に垂直な(YE軸と平行な)軸TA(チルト軸)を回転軸とする傾斜角であるチルト角φ2(ウェハ10のチルト角)を制御する第2駆動部(不図示)とを介してベース部材(不図示)に支持されている。   In FIG. 1A, the evaluation apparatus 1 includes a stage 5 that supports a substantially disk-shaped wafer 10, and the wafer 10 transferred by a transfer system (not shown) is an upper surface (mounting surface) of the stage 5. And fixed and held by, for example, vacuum suction. Hereinafter, in a plane parallel to the upper surface of the stage 5 in an untilted state, the axis along the direction parallel to the paper surface of FIG. 1A is the XE axis, and the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The axis along the direction perpendicular to the plane including the XE axis and the YE axis will be described as the ZE axis. The stage 5 passes through a first drive unit (not shown) that controls the rotation angle φ1 with the normal CA at the center of the upper surface of the stage 5 as a rotation axis, and the center of the upper surface of the stage 5, for example, and passes through the center of FIG. A second drive unit (not shown) for controlling a tilt angle φ2 (tilt angle of the wafer 10), which is an inclination angle with an axis TA (tilt axis) perpendicular to the paper surface (parallel to the YE axis) as a rotation axis. Via a base member (not shown).

評価装置1はさらに、ステージ5に支持された、表面に所定の繰り返しパターンが形成されたウェハ10の表面(ウェハ面)に照明光ILIを平行光として照射する照明系20と、照明光ILIの照射を受けてウェハ面から射出する光(回折光等)を集光する受光系30と、受光系30により集光された光を受けてウェハ面の像を撮像する撮像装置35と、撮像装置35から出力される画像信号を処理して、その像を形成する光の偏光の状態を規定する量(詳細後述)を求める画像処理部40と、そのように求められた偏光の状態を規定する量の情報を用いて上述の加工条件の評価を行う演算部50と、を備えている。撮像装置35は、ウェハ面の像を形成する結像光学系35aと、例えばCCDやCMOS等の2次元の撮像素子35bとを有し、撮像素子35bは一例としてウェハ10におけるウェハ面の全面の像を一括して撮像して画像信号を出力する。なお、撮像素子35bは、ウェハ面の全面の像を一括して撮像しなくてもよく、ウェハ面において、パターンが形成された全ての領域を含む面を一括して撮像して画像信号を出力してもよい。また、被検パターンがウェハ10におけるウェハ面の全面の一部の領域にのみ形成されている場合には、撮像素子35bはその一部の領域の像のみを撮像してもよい。   The evaluation apparatus 1 further includes an illumination system 20 that irradiates illumination light ILI as parallel light onto the surface (wafer surface) of the wafer 10 that is supported by the stage 5 and has a predetermined repetitive pattern formed on the surface, and the illumination light ILI. A light receiving system 30 that collects light (diffracted light, etc.) emitted from the wafer surface upon irradiation, an imaging device 35 that receives the light collected by the light receiving system 30 and images the wafer surface, and an imaging device An image processing unit 40 that processes the image signal output from 35 to obtain an amount (details will be described later) that defines the polarization state of the light that forms the image, and defines the polarization state thus obtained. And an arithmetic unit 50 that evaluates the above-described processing conditions using quantity information. The imaging device 35 includes an imaging optical system 35a that forms an image on the wafer surface, and a two-dimensional imaging device 35b such as a CCD or a CMOS. The imaging device 35b is, for example, the entire surface of the wafer surface of the wafer 10. The image is picked up collectively and an image signal is output. Note that the image pickup device 35b does not have to pick up an image of the entire surface of the wafer at once, and picks up an image of the surface including all the areas where the pattern is formed on the wafer surface and outputs an image signal. May be. Further, when the test pattern is formed only on a partial region of the entire wafer surface of the wafer 10, the image sensor 35b may capture only an image of the partial region.

また、ウェハ面には、図2(a)に示すように、露光装置100の露光によって、マスクのパターンを単位とする露光領域が所定の間隔で形成される。以下、この露光領域をショット11と称する。ショット11には、マスクのパターンが1つだけ露光されたものがある一方、マスクのパターンが、複数、繋ぎ合わされて露光されたものもある。また、ショット11の内で、露光工程を経て最終的に単独のデバイスとなる領域を、以下では、チップと称する。チップは、ショット11内に複数存在することもあれば、1つのショット11が1つのチップとなる場合もある。   Further, as shown in FIG. 2A, exposure regions having a mask pattern as a unit are formed at predetermined intervals on the wafer surface by exposure of the exposure apparatus 100. Hereinafter, this exposure area is referred to as a shot 11. Some shots 11 have only one mask pattern exposed, while others have a plurality of mask patterns connected and exposed. In the shot 11, an area that finally becomes a single device after the exposure process is referred to as a chip below. There may be a plurality of chips in the shot 11, or one shot 11 may become one chip.

図1(a)において、画像処理部40は、撮像装置35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のデジタル画像(画素毎の信号強度、ショット毎に平均化された信号強度、又はショットより小さい領域毎に平均化された信号強度等)の情報を生成し、この情報に基づいて得られる偏光の状態を規定する量としての後述のストークスパラメータを演算部50に出力する。なお、画像処理部40は、単にデジタル画像の情報(画素毎の信号強度分布の情報等)を演算部50に出力することもできるように構成されている。また、演算部50は、そのストークスパラメータ等の情報を処理する演算部60a,60b,60cを含む検査部60と、画像処理部40及び検査部60の動作等を制御する制御部80と、画像に関する情報等を記憶する記憶部85と、得られる加工条件の評価結果をそれぞれ図1(b)のホストコンピュータ600を介してコータ・デベロッパ200の制御部(不図示)、露光装置100の制御部(不図示)、及びエッチング装置300の制御部(不図示)に出力する信号出力部90とを備えている。なお、信号出力部90は、ホストコンピュータ600を介さず、コータ・デベロッパ200、露光装置100、及びエッチング装置300へ直接的に評価結果を出力してもよい。また、信号出力部90は、コータ・デベロッパ200、露光装置100、及びエッチング装置300の一部の装置のみに評価結果を出力可能としてもよい。なお、図1(a)には、説明の便宜上、露光装置100のみを図示している。また、画像処理部40及び演算部50を全体としてコンピュータより構成し、画像処理部40、検査部60、及び制御部80等をコンピュータのソフトウェア上の機能としてもよい。   In FIG. 1A, the image processing unit 40 is configured to generate a digital image of the wafer 10 based on the image signal of the wafer 10 input from the imaging device 35 (signal intensity for each pixel, signal intensity averaged for each shot, (Or signal intensity averaged for each region smaller than the shot), and a Stokes parameter (to be described later) as an amount defining the state of polarization obtained based on this information is output to the calculation unit 50. Note that the image processing unit 40 is configured to simply output digital image information (information on signal intensity distribution for each pixel, etc.) to the calculation unit 50. The calculation unit 50 includes an inspection unit 60 including calculation units 60a, 60b, and 60c that processes information such as Stokes parameters, a control unit 80 that controls operations of the image processing unit 40 and the inspection unit 60, and an image. A storage unit 85 for storing information and the like, and an evaluation result of processing conditions obtained by the control unit (not shown) of the coater / developer 200 and the control unit of the exposure apparatus 100 via the host computer 600 of FIG. (Not shown) and a signal output unit 90 for outputting to a control unit (not shown) of the etching apparatus 300. The signal output unit 90 may output the evaluation result directly to the coater / developer 200, the exposure apparatus 100, and the etching apparatus 300 without using the host computer 600. Further, the signal output unit 90 may be able to output the evaluation result only to a part of the coater / developer 200, the exposure apparatus 100, and the etching apparatus 300. In FIG. 1A, only the exposure apparatus 100 is shown for convenience of explanation. The image processing unit 40 and the calculation unit 50 may be configured as a whole by a computer, and the image processing unit 40, the inspection unit 60, the control unit 80, and the like may be functions on the computer software.

評価装置1において、照明系20は、照明光を射出する照明ユニット21と、照明ユニット21から射出された照明光をウェハ面に向けて平行光として反射する照明側凹面鏡25とを有する。照明ユニット21は、メタルハライドランプ又は水銀ランプ等の光源部22と、制御部80の指令により光源部22からの光のうち所定の波長(例えば、相異なる波長λ1、λ2、λ3等)の光を選択し、その強度を調節する調光部23と、調光部23で選択され強度が調節された光を所定の射出面から照明側凹面鏡25へ射出する導光ファイバ24と、導光ファイバ24の射出面から射出される照明光を直線偏光にする偏光子26(照明側偏光フィルタ)と、を有する。偏光子26は、例えば、透過軸を有する偏光板である。偏光子26は、導光ファイバ24の射出面から射出された照明光が入射する面26aの中心を通り、面26aと直交する軸を回転軸として回転可能である。すなわち、偏光子26の透過軸の方位を任意の方位に設定可能であり、偏光子26で変換する直線偏光の振動方向を任意の方向にすることができる。偏光子26の回転角(偏光子26の透過軸の方位)は、制御部80の指令に基づき、不図示の駆動部により制御される。また一例として、波長λ1は248nm、λ2は265nm、λ3は313nmである。この場合、導光ファイバ24の射出面が照明側凹面鏡25の焦点に配置されているため、照明側凹面鏡25で反射される照明光ILIは平行光束となってウェハ面に照射される。ウェハ10に対する照明光ILIの入射角θ1(この照明光の主光線とウェハ面の法線とのなす角度)は、制御部80の指令により、不図示の駆動機構を介して導光ファイバ24の射出部の位置並びに照明側凹面鏡25の位置及び角度を制御することで調整可能である。なお、本実施形態では、ウェハ面の法線は、ステージ5の法線CAに平行である。   In the evaluation apparatus 1, the illumination system 20 includes an illumination unit 21 that emits illumination light, and an illumination-side concave mirror 25 that reflects illumination light emitted from the illumination unit 21 toward the wafer surface as parallel light. The illumination unit 21 emits light having a predetermined wavelength (for example, different wavelengths λ1, λ2, λ3, etc.) out of light from the light source unit 22 according to a command from the control unit 80 and a light source unit 22 such as a metal halide lamp or a mercury lamp. A light control unit 23 for selecting and adjusting the intensity, a light guide fiber 24 for emitting light selected by the light control unit 23 and adjusted in intensity from a predetermined emission surface to the illumination side concave mirror 25, and a light guide fiber 24 And a polarizer 26 (illumination side polarization filter) that linearly polarizes the illumination light emitted from the exit surface. The polarizer 26 is, for example, a polarizing plate having a transmission axis. The polarizer 26 is rotatable about an axis that passes through the center of the surface 26 a on which illumination light emitted from the exit surface of the light guide fiber 24 is incident and is orthogonal to the surface 26 a. That is, the direction of the transmission axis of the polarizer 26 can be set to an arbitrary direction, and the vibration direction of the linearly polarized light converted by the polarizer 26 can be set to an arbitrary direction. The rotation angle of the polarizer 26 (the direction of the transmission axis of the polarizer 26) is controlled by a drive unit (not shown) based on a command from the control unit 80. As an example, the wavelength λ1 is 248 nm, λ2 is 265 nm, and λ3 is 313 nm. In this case, since the exit surface of the light guide fiber 24 is disposed at the focal point of the illumination-side concave mirror 25, the illumination light ILI reflected by the illumination-side concave mirror 25 is irradiated as a parallel light beam onto the wafer surface. The incident angle θ1 of the illumination light ILI with respect to the wafer 10 (the angle formed by the principal ray of the illumination light and the normal of the wafer surface) is determined by the command of the control unit 80 via the drive mechanism (not shown). Adjustment is possible by controlling the position of the emitting portion and the position and angle of the illumination-side concave mirror 25. In the present embodiment, the normal line of the wafer surface is parallel to the normal line CA of the stage 5.

本実施形態において照明側凹面鏡25の位置及び角度は、照明側凹面鏡25がステージ5のチルト軸TAを中心に傾動されることにより制御され、これによりウェハ10(ウェハ面)へ入射する照明光ILIの入射角θ1が調整される。本実施形態では、一例として、ウェハ面に形成されている繰り返しパターン12(図2(a)参照)から発生する所定次数m(mは0以外の正又は負の整数)の回折光ILDよりなる平行光を受光系30で受光する。   In this embodiment, the position and angle of the illumination-side concave mirror 25 are controlled by tilting the illumination-side concave mirror 25 about the tilt axis TA of the stage 5, and thereby the illumination light ILI incident on the wafer 10 (wafer surface). Is adjusted. In the present embodiment, as an example, it is composed of diffracted light ILD of a predetermined order m (m is a positive or negative integer other than 0) generated from the repeated pattern 12 (see FIG. 2A) formed on the wafer surface. The parallel light is received by the light receiving system 30.

この場合、ウェハ面における照明光ILIの入射方向(照明光ILIの入射面とウェハ面との交線の方向)が繰り返しパターン12のある周期方向(繰り返し方向)に平行であるとして、繰り返しパターン12のその周期方向の周期(ピッチ)をP1、照明光ILIの波長をλとすると、照明光ILIの入射角θ1と、次数mの回折光ILDの回折角θ2(回折光の主光線とウェハ面の法線とのなす角度)との間には次の関係がある。   In this case, it is assumed that the incident direction of the illumination light ILI on the wafer surface (the direction of the intersection line between the incident surface of the illumination light ILI and the wafer surface) is parallel to a certain periodic direction (repetition direction) of the repetition pattern 12. Where P1 is the period (pitch) in the period direction and λ is the wavelength of the illumination light ILI, the incident angle θ1 of the illumination light ILI and the diffraction angle θ2 of the diffracted light ILD of order m (the principal ray of the diffracted light and the wafer surface) (The angle formed with the normal line) has the following relationship.

sin(θ1)−sin(θ2)=m・λ/P1 …(1)
このため、入射角θ1を変化させる際には、導光ファイバ24の射出部の位置並びに照明側凹面鏡25の位置及び角度を制御するとともに、ウェハ10から射出されて受光系30に入射する回折光ILDの回折角θ2が式(1)の関係を満たすように、ステージ5のチルト角φ2が制御される。
sin (θ1) −sin (θ2) = m · λ / P1 (1)
For this reason, when changing the incident angle θ1, the position of the exit portion of the light guide fiber 24 and the position and angle of the illumination-side concave mirror 25 are controlled, and the diffracted light emitted from the wafer 10 and incident on the light receiving system 30 The tilt angle φ2 of the stage 5 is controlled so that the diffraction angle θ2 of the ILD satisfies the relationship of the expression (1).

このように偏光子26が光路上に設置されているため、後述の構造性複屈折による回折光の偏光状態の変化を利用した検査(以下、便宜的に偏光検査ともいう)が行われる。
受光系30は、ステージ5(ウェハ10)に対向して配置された受光側凹面鏡31と、受光側凹面鏡31で反射された光の光路上に配置される1/4波長板33と、1/4波長板33を通過した光の光路に配置される検光子32(受光側偏光フィルタ)とを有し、撮像装置35の結像光学系35aの前側焦点は受光側凹面鏡31の焦点に配置されている。このため、ウェハ面から射出する平行光(回折光ILD)は、受光側凹面鏡31、及び撮像装置35の結像光学系35aにより集光され、撮像素子35bの撮像面にウェハ面の像が結像される。検光子32も、例えば、偏光子26と同様に透過軸を有する偏光板である。検光子32は、受光側凹面鏡31で反射された光が入射する面32aの中心を通り、この面32aと直交する軸を回転軸として回転可能である。すなわち、検光子32の透過軸の方位を任意の方位に設定可能であり、検光子32で変換する直線偏光の振動方向を任意の方向にすることができる。検光子32の回転角(偏光板の透過軸の方位)は、制御部80の指令に基づき、不図示の駆動部により制御される。一例として、検光子32の透過軸は偏光子26の透過軸に対して直交する方向(クロスニコル)に設定することができる。また、1/4波長板33は、受光側凹面鏡31で反射された光が入射する面33aの中心を通り、この面33aと直交する軸を回転軸として回転可能である。1/4波長板33の回転角は、制御部80の指令に基づき不図示の駆動部により制御可能である。例えば、1/4波長板33を回転しながら得られるウェハ面の複数の画像を処理することにより、後述のようにウェハ10からの回折光ILDの偏光の状態を規定する量であるストークスパラメータを画素毎に求めることができる。
Since the polarizer 26 is installed on the optical path in this way, an inspection using a change in the polarization state of the diffracted light due to structural birefringence described later (hereinafter also referred to as a polarization inspection for convenience) is performed.
The light receiving system 30 includes a light receiving side concave mirror 31 disposed facing the stage 5 (wafer 10), a quarter wavelength plate 33 disposed on the optical path of light reflected by the light receiving side concave mirror 31, and 1 / And an analyzer 32 (light receiving side polarization filter) disposed in the optical path of the light that has passed through the four-wavelength plate 33, and the front focal point of the imaging optical system 35 a of the imaging device 35 is disposed at the focal point of the light receiving concave mirror 31. ing. For this reason, the parallel light (diffracted light ILD) emitted from the wafer surface is collected by the light receiving side concave mirror 31 and the imaging optical system 35a of the imaging device 35, and an image of the wafer surface is formed on the imaging surface of the imaging device 35b. Imaged. The analyzer 32 is also a polarizing plate having a transmission axis, for example, like the polarizer 26. The analyzer 32 passes through the center of the surface 32a on which the light reflected by the light-receiving side concave mirror 31 is incident, and is rotatable about an axis orthogonal to the surface 32a. That is, the direction of the transmission axis of the analyzer 32 can be set to an arbitrary direction, and the vibration direction of the linearly polarized light converted by the analyzer 32 can be set to an arbitrary direction. The rotation angle of the analyzer 32 (the direction of the transmission axis of the polarizing plate) is controlled by a drive unit (not shown) based on a command from the control unit 80. As an example, the transmission axis of the analyzer 32 can be set in a direction (crossed Nicols) orthogonal to the transmission axis of the polarizer 26. The quarter-wave plate 33 passes through the center of the surface 33a on which the light reflected by the light-receiving side concave mirror 31 is incident, and is rotatable about an axis orthogonal to the surface 33a. The rotation angle of the quarter-wave plate 33 can be controlled by a drive unit (not shown) based on a command from the control unit 80. For example, by processing a plurality of images of the wafer surface obtained by rotating the quarter-wave plate 33, a Stokes parameter that is an amount that defines the polarization state of the diffracted light ILD from the wafer 10 as described later is set. It can be obtained for each pixel.

また、ウェハ10の表面には、プロセスに応じて熱酸化装置若しくはプラズマCVD装置等で酸化膜が形成されるか、又は真空蒸着装置、スパッタリング装置若しくはCVD装置などで導電膜が形成され、この上にコータ・デベロッパ200によりレジストが塗布される。そして、露光装置100により最上層のレジストに対してマスクを介し、所定のパターンが投影露光され、コータ・デベロッパ200によるレジストの現像後、ウェハ10は評価装置1のステージ5上に搬送される。ここで、ステージ5上に搬送されたウェハ10の上面には露光装置100、及びコータ・デベロッパ200による露光・現像工程を経て繰り返しパターン12(図2(a)参照)が形成されている。   Further, an oxide film is formed on the surface of the wafer 10 by a thermal oxidation apparatus or a plasma CVD apparatus according to a process, or a conductive film is formed by a vacuum evaporation apparatus, a sputtering apparatus, a CVD apparatus, or the like. A resist is applied by the coater / developer 200. Then, a predetermined pattern is projected and exposed by the exposure apparatus 100 through a mask with respect to the uppermost resist. After the development of the resist by the coater / developer 200, the wafer 10 is transferred onto the stage 5 of the evaluation apparatus 1. Here, a repetitive pattern 12 (see FIG. 2A) is formed on the upper surface of the wafer 10 transferred onto the stage 5 through exposure and development processes by the exposure apparatus 100 and the coater / developer 200.

そして、ウェハ10は、搬送途中で不図示のアライメント機構によりウェハ10のショット内のパターン、ウェハ面のマーク(例えばサーチアライメントマーク)、又は外縁部(ノッチ、オリエンテーションフラット、又は裏面の凹凸マーク等)を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ5上に搬送される。本実施形態において、ウェハ面には、図2(a)に示すように、複数のショット11が直交する2つの方向にそれぞれ所定間隔で配列され、各ショット11中には、半導体デバイスの回路パターンの一例として、多数のホールパターンが所定の状態で配列された繰り返しパターン12が形成されている。なお、以下では、ウェハ面に平行な面において、複数のショット11の直交する2つの配列方向に沿ってX軸及びY軸を取り、X軸及びY軸を含む面に垂直な軸をZ軸として説明する。本実施形態において、ウェハ面における繰り返しパターン12の周期方向(繰り返し方向)は、X軸に平行な方向(X方向)である。   Then, the wafer 10 is transferred by a not-shown alignment mechanism in the course of conveyance, a pattern in a shot of the wafer 10, a mark on the wafer surface (for example, a search alignment mark), or an outer edge (notch, orientation flat, uneven mark on the back surface, etc.) Is transferred onto the stage 5 in a state where alignment is performed with reference to. In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, a plurality of shots 11 are arranged in two directions orthogonal to each other at predetermined intervals on the wafer surface, and a circuit pattern of a semiconductor device is included in each shot 11. As an example, a repeated pattern 12 in which a large number of hole patterns are arranged in a predetermined state is formed. In the following, on a plane parallel to the wafer surface, the X axis and the Y axis are taken along two orthogonal arrangement directions of the plurality of shots 11, and the axis perpendicular to the plane including the X axis and the Y axis is the Z axis. Will be described. In the present embodiment, the periodic direction (repeating direction) of the repeated pattern 12 on the wafer surface is a direction (X direction) parallel to the X axis.

一例として、図2(b)に拡大して示すように、繰り返しパターン12は、複数のホールパターン群12bをX方向に周期P1で配列したパターンであり、各ホールパターン群12bは、それぞれレジスト8(又は他の薄膜8aでもよい。図3(a)参照)中に形成された複数のほぼ円形の凹部よりなるホールパターン12aをY方向に周期P2で配列したものである。一例として、ホールパターン12aの直径dは20〜40nm程度であり、ホールパターン群12b内のホールパターン12aの周期P2は、直径dの2倍程度であり、複数のホールパターン群12bの周期P1は170〜300nm程度(例えば200nm程度)である。   As an example, as shown in an enlarged view in FIG. 2B, the repetitive pattern 12 is a pattern in which a plurality of hole pattern groups 12b are arranged in the X direction at a period P1, and each hole pattern group 12b includes a resist 8 (Or another thin film 8a, see FIG. 3 (a)). A hole pattern 12a formed of a plurality of substantially circular recesses formed in FIG. 3 is arranged in the Y direction at a period P2. As an example, the diameter d of the hole pattern 12a is about 20 to 40 nm, the period P2 of the hole pattern 12a in the hole pattern group 12b is about twice the diameter d, and the period P1 of the plurality of hole pattern groups 12b is It is about 170-300 nm (for example, about 200 nm).

式(1)の右辺の周期P1の代わりに一般的な周期Pxを代入すると、式(1)の左辺の値は2以下であるため、少なくとも1次回折光(m=1)が発生する条件は、次のように入射する光の波長λがその周期Pxの2倍より小さいこと(周期Pxがλ/2より大きいこと)である。
λ/Px<2 即ち、 λ<2・Px …(2)
このため、照明光ILIの波長が上述のλ1〜λ3(248〜313nm)である場合、周期P2(40〜80nm程度)のパターンからは回折光は発生しないが、周期P1(170nm程度以上)のパターンからは回折光が発生する。この結果、照明光ILIに対しては、繰り返しパターン12の複数のホールパターン群12bは、実質的にそれぞれY方向を長手方向とするラインパターンと等価であり、繰り返しパターン12は、それぞれY方向を長手方向とする線幅dの複数のラインパターンをX方向に周期P1で配列した周期的パターンとみなすこともできる。このため、繰り返しパターン12の周期方向はX方向であり、その周期はP1である。
If a general period Px is substituted instead of the period P1 on the right side of Expression (1), the value on the left side of Expression (1) is 2 or less, and therefore the condition for generating at least the first-order diffracted light (m = 1) is The wavelength λ of the incident light is smaller than twice the period Px (the period Px is larger than λ / 2) as follows.
λ / Px <2 That is, λ <2 · Px (2)
For this reason, when the wavelength of the illumination light ILI is the above-described λ1 to λ3 (248 to 313 nm), diffracted light is not generated from the pattern of the period P2 (about 40 to 80 nm), but the period P1 (about 170 nm or more). Diffracted light is generated from the pattern. As a result, for the illumination light ILI, the plurality of hole pattern groups 12b of the repetitive pattern 12 are substantially equivalent to line patterns each having the Y direction as a longitudinal direction, and the repetitive pattern 12 has a Y direction in each direction. A plurality of line patterns having a line width d in the longitudinal direction can also be regarded as a periodic pattern arranged in the X direction with a period P1. For this reason, the periodic direction of the repeating pattern 12 is the X direction, and the period is P1.

また、ウェハ10に繰り返しパターン12を形成する場合には、一例として、図2(c)に示すY方向の幅dでX方向を長手方向とする複数の明部MP2及びY方向の幅が(P2−d)でX方向を長手方向とする複数の暗部MP1をY方向に周期P2で配列した形状のパターンの像をポジ型のレジスト(誘電体)に露光する。その後、図2(d)に示すX方向の幅dでY方向を長手方向とする複数の明部MP4及びX方向の幅が(P1−d)でY方向を長手方向とする暗部MP3をX方向に周期P1で配列した形状のパターンの像をそのレジストに重ねて露光する。その二重露光後のレジストを現像することによって凹凸のレジストパターンとしての繰り返しパターン12を形成できる。また、その現像後に形成されるレジストパターンを用いてエッチングを行うことによって、そのレジストの下地(絶縁膜等の薄膜)に繰り返しパターン12と同じ形状の繰り返しパターンを形成できる。   Further, when the repeated pattern 12 is formed on the wafer 10, as an example, a plurality of bright portions MP2 having a width d in the Y direction shown in FIG. In P2-d), a positive resist (dielectric) is exposed to a pattern image having a shape in which a plurality of dark portions MP1 whose longitudinal direction is the X direction are arranged in the Y direction at a period P2. Thereafter, a plurality of bright portions MP4 having a width d in the X direction and a longitudinal direction in the Y direction shown in FIG. 2D and a dark portion MP3 having a width in the X direction (P1-d) and the longitudinal direction in the Y direction are represented by X An image of a pattern having a shape arranged in the direction at a period P1 is superimposed on the resist and exposed. By developing the resist after the double exposure, a repetitive pattern 12 can be formed as an uneven resist pattern. Further, by performing etching using a resist pattern formed after the development, a repeated pattern having the same shape as the repeated pattern 12 can be formed on the base of the resist (a thin film such as an insulating film).

なお、繰り返しパターン12は例えば金属を材質とするパターンでもよい。さらに、繰り返しパターンは、ホールパターン又は複数のホールパターン群に限られることなく、例えば、ライン・アンド・スペースパターンなどであってもよい。また、1つのショット中には、ライン・アンド・スペースパターンのみが形成されている場合、ホールパターンのみが形成されている場合、ライン・アンド・スペースパターンとホールパターンの両方のパターンが形成されている場合がある。なお、一つのショット11中には複数のチップ領域が含まれていることが多いが、図2(a)では簡単のために一つのショット中に一つのチップ領域があるものとしている。   The repeating pattern 12 may be a pattern made of metal, for example. Furthermore, the repeating pattern is not limited to a hole pattern or a plurality of hole pattern groups, and may be a line and space pattern, for example. In addition, when only the line and space pattern is formed in one shot, when only the hole pattern is formed, both the line and space pattern and the hole pattern are formed. There may be. A single shot 11 often includes a plurality of chip areas, but in FIG. 2A, it is assumed that there is one chip area in one shot for simplicity.

本実施形態では、一例として、検査部60が、後述のようにウェハ面の画像を処理して、加工条件としての露光装置100の露光条件を評価(検査)する場合について述べる。
ここで、露光条件は、ウェハ10を露光した露光装置100の露光量(露光エネルギー等のいわゆるドーズ)、フォーカス位置(露光装置における投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面の位置や、露光対象のウェハに対する投影光学系の光軸方向におけるマスクパターンの像面のデフォーカス量等)、露光波長(中心波長及び/又は半値幅)、及び液浸法で露光する場合の投影光学系とウェハとの間の液体の温度等である。一例として、上述のようにレジストに二重露光を行う場合の露光量は、例えばその2回の露光における各露光量の和である。その露光条件の評価結果は、一例としてホストコンピュータ600を介して露光装置100内の制御部(不図示)に出力され、その評価結果に応じて、露光装置100はその露光条件の補正(例えばオフセットやばらつき等の補正)を行うことができる。
In the present embodiment, as an example, a case will be described in which the inspection unit 60 processes an image on the wafer surface as described later and evaluates (inspects) the exposure conditions of the exposure apparatus 100 as processing conditions.
Here, the exposure conditions are the exposure amount of the exposure apparatus 100 that has exposed the wafer 10 (so-called dose such as exposure energy), the focus position (the position of the image plane of the mask pattern in the optical axis direction of the projection optical system in the exposure apparatus, A projection optical system for exposure by an immersion method, exposure wavelength (center wavelength and / or half-value width), exposure wavelength (center wavelength and / or full width at half maximum), and the like. Temperature of the liquid between the wafer and the like. As an example, the exposure amount when performing double exposure on the resist as described above is, for example, the sum of the exposure amounts in the two exposures. As an example, the evaluation result of the exposure condition is output to a control unit (not shown) in the exposure apparatus 100 via the host computer 600, and the exposure apparatus 100 corrects the exposure condition (for example, offset) according to the evaluation result. Correction of variations and the like).

以上のように構成される評価装置1を用いて、ウェハ面からの反射光の偏光状態の変化に基づく評価又は検査を行う方法の一例につき説明する。この場合、図2(a)のウェハ面の繰り返しパターン12は、図3(a)及び(b)に示すように、レジスト8(又は他の薄膜8a)中にそれぞれ複数の直径dのホールパターン12aを含む複数のホールパターン群12bをX方向に周期P1で配列したパターンである。   An example of a method for performing evaluation or inspection based on a change in the polarization state of reflected light from the wafer surface using the evaluation apparatus 1 configured as described above will be described. In this case, the repetitive pattern 12 on the wafer surface in FIG. 2A is a hole pattern having a plurality of diameters d in the resist 8 (or other thin film 8a), as shown in FIGS. This is a pattern in which a plurality of hole pattern groups 12b including 12a are arranged in the X direction with a period P1.

ここで、一例として、ホールパターン12aの形状がZ軸に平行な軸を中心とする直径dの円筒状であり、その直径dが設計値dsであるときの形状をホールパターン12aの理想的な形状とする。その設計値dsは、各ホールパターン群12b内の周期P2の設計値の1/2である。また、露光装置100におけるフォーカス位置又は露光量が適正値から外れると、繰り返しパターン12の周期P1,P2はほとんど変化しないが、各ホールパターン12aの形状が変化する。このため、各ホールパターン12aの形状が理想的であるときに、複数のホールパターン12aからなる繰り返しパターン12の形状が理想的であるとみなすことができる。また、各ホールパターン群12bは実質的にそれぞれY方向を長手方向とする幅dのラインパターンとみなすことができるため、理想的な形状の繰り返しパターン12は、Y方向を長手方向とするX方向の幅dで断面形状がほぼ矩形の複数のラインパターンをX方向に周期P1で配列したパターンとみなすことができる。   Here, as an example, the shape of the hole pattern 12a is a cylindrical shape with a diameter d centering on an axis parallel to the Z axis, and the shape when the diameter d is the design value ds is the ideal shape of the hole pattern 12a. Shape. The design value ds is ½ of the design value of the period P2 in each hole pattern group 12b. If the focus position or exposure amount in the exposure apparatus 100 deviates from an appropriate value, the periods P1 and P2 of the repeated pattern 12 hardly change, but the shape of each hole pattern 12a changes. For this reason, when the shape of each hole pattern 12a is ideal, it can be considered that the shape of the repeating pattern 12 which consists of several hole patterns 12a is ideal. Further, since each hole pattern group 12b can be regarded as a line pattern having a width d with the Y direction as the longitudinal direction, the repetitive pattern 12 having an ideal shape has an X direction with the Y direction as the longitudinal direction. Can be regarded as a pattern in which a plurality of line patterns having a width d and a substantially rectangular sectional shape are arranged in the X direction at a period P1.

これに対して、繰り返しパターン12を形成する際の露光装置100における露光量が適正値より多くなると、各ホールパターン12aの直径dは図3(b)に点線で示すホールパターン12Aaのように大きくなり、逆に露光量が少なくなると、各ホールパターン12aの直径dは小さくなる。このように露光量が適正値から外れると、各ホールパターン群12bと等価なラインパターンの線幅dが変化して、線幅dと周期P1との比が設計値から外れることになる。   On the other hand, when the exposure amount in the exposure apparatus 100 when forming the repeated pattern 12 is larger than an appropriate value, the diameter d of each hole pattern 12a is as large as the hole pattern 12Aa indicated by the dotted line in FIG. Conversely, when the exposure amount decreases, the diameter d of each hole pattern 12a decreases. When the exposure amount deviates from the appropriate value in this way, the line width d of the line pattern equivalent to each hole pattern group 12b changes, and the ratio between the line width d and the period P1 deviates from the design value.

また、繰り返しパターン12を形成する際の露光装置100におけるフォーカス位置が適正値から外れると、ホールパターン12aの断面形状は、図3(c)に拡大して示すホールパターン12Baのように台形状となる。これは、各ホールパターン群12bと等価なラインパターンの断面形状が理想的な形状から外れることを意味する。
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におけるホールパターン12aの形状(断面形状を含む)の変化に伴うウェハ面からの回折光の偏光状態の変化(いわゆる、ウェハ面上の繰り返しパターン12における構造性複屈折による反射光の偏光状態の変化)を利用して、露光条件の評価を行うものである。あるパターンの構造性複屈折とは、そのパターンの形状等の構造によって、複数の方向(例えば周期方向及びこれに直交する方向)における入射光に対する屈折率(見かけの屈折率)が異なることを意味する。そのパターンに例えば直線偏光した光が入射すると、そのパターンの構造性複屈折によって、そのパターンからの反射光又は回折光の偏光状態が楕円偏光や異なる方向の直線偏光になったりするため、その反射光又は回折光の偏光状態の変化から、逆にそのパターンの構造の理想的な構造からの変化、ひいてはそのパターンを形成したときの加工条件(露光条件等)の目標値に対する変化を評価することができる。なお、繰り返しパターン12のホールパターン12aの形状の変化は、ウェハ10のショット11ごとに、さらにはショット11内の複数の領域ごとに現れる。
When the focus position in the exposure apparatus 100 when forming the repeated pattern 12 deviates from an appropriate value, the cross-sectional shape of the hole pattern 12a is trapezoidal like a hole pattern 12Ba shown in an enlarged view in FIG. Become. This means that the cross-sectional shape of the line pattern equivalent to each hole pattern group 12b deviates from the ideal shape.
The evaluation apparatus 1 according to the present embodiment changes the polarization state of diffracted light from the wafer surface (so-called on the wafer surface) accompanying the change in the shape (including the cross-sectional shape) of the hole pattern 12a in the repetitive pattern 12 as described above. The exposure conditions are evaluated using the change in the polarization state of reflected light due to structural birefringence in the repetitive pattern 12. The structural birefringence of a pattern means that the refractive index (apparent refractive index) for incident light in multiple directions (for example, the periodic direction and the direction perpendicular thereto) varies depending on the structure of the pattern. To do. For example, when linearly polarized light enters the pattern, the structural birefringence of the pattern causes the reflected light or diffracted light from the pattern to be elliptically polarized or linearly polarized in a different direction. From the change in the polarization state of light or diffracted light, the change in the pattern structure from the ideal structure, and the change in the processing conditions (exposure conditions, etc.) when the pattern is formed with respect to the target value is evaluated. Can do. The change in the shape of the hole pattern 12 a of the repetitive pattern 12 appears for each shot 11 of the wafer 10 and for each of a plurality of regions in the shot 11.

本実施形態の評価装置1を用いて、ウェハ面からの回折光の偏光状態の変化から露光条件の評価を行うには、制御部80が記憶部85に記憶されたレシピ情報(装置条件又は評価条件や評価手順等)を読み込み、以下の処理を行う。本実施形態では、偏光の状態を規定する量としてウェハ面で回折される光の次式で定義されるストークス(Stokes)パラメータS0,S1,S2,S3を計測する。なお、その光の光軸に垂直な面内の互いに直交する軸をx軸及びy軸として、x方向の直線偏光成分(横偏光)の強度をIx、y方向の直線偏光成分(縦偏光)の強度をIy、x軸に対して45°傾斜した方向の直線偏光成分(45°偏光)の強度をIpx、x軸に対して135°(−45°)傾斜した方向の直線偏光成分(135°偏光)の強度をImx、右回りの円偏光成分の強度をIr、左回りの円偏光成分の強度をIlとしている。   In order to evaluate the exposure condition from the change in the polarization state of the diffracted light from the wafer surface using the evaluation apparatus 1 of the present embodiment, the control unit 80 stores recipe information (apparatus condition or evaluation) stored in the storage unit 85. Condition and evaluation procedure) and perform the following processing. In the present embodiment, Stokes parameters S0, S1, S2, and S3 defined by the following equation of light diffracted on the wafer surface are measured as quantities that define the polarization state. Note that the axes orthogonal to each other in the plane perpendicular to the optical axis of the light are the x-axis and the y-axis, and the intensity of the linearly polarized light component (transversely polarized light) in the x direction is Ix, and the linearly polarized light component (longitudinal polarized light) in the y direction. The intensity of the linearly polarized light component in the direction inclined by 45 ° with respect to the x axis (45 ° polarized light) (Ipx) and the intensity of the linearly polarized light component in the direction inclined by 135 ° (−45 °) with respect to the x axis (135 The intensity of (polarized light) is Imx, the intensity of the clockwise circularly polarized component is Ir, and the intensity of the counterclockwise circularly polarized component is Il.

S0=光束の全強度 …(3A)
S1(横偏光と縦偏光との強度差)=Ix−Iy …(3B)
S2(45°偏光と135°偏光との強度差)=Ipx−Imx …(3C)
S3(右回り及び左回りの円偏光成分の強度差)=Ir−Il …(3D)
また、ストークスパラメータS0は、他の3つのストークスパラメータS1〜S3の自乗和の平方根であり、以下ではストークスパラメータS0が1になるように規格化している。この場合、他のストークスパラメータS1〜S3の値は−1〜+1の範囲内になる。ストークスパラメータ(S1,S2,S3)は、例えば完全な135°偏光では(0,−1,0)となり、完全な右回りの円偏光では(0,0,1)となる。
S0 = total intensity of luminous flux (3A)
S1 (intensity difference between horizontally polarized light and vertically polarized light) = Ix−Iy (3B)
S2 (intensity difference between 45 ° polarized light and 135 ° polarized light) = Ipx−Imx (3C)
S3 (intensity difference between clockwise and counterclockwise circularly polarized light components) = Ir-Il (3D)
The Stokes parameter S0 is the square root of the square sum of the other three Stokes parameters S1 to S3, and is normalized so that the Stokes parameter S0 is 1 below. In this case, the values of the other Stokes parameters S1 to S3 are in the range of −1 to +1. The Stokes parameters (S1, S2, S3) are, for example, (0, -1, 0) for perfect 135 ° polarization and (0, 0, 1) for perfect clockwise circular polarization.

まず、コータ・デベロッパ200におけるレジストの塗布、露光装置100におけるレジストの露光、及びコータ・デベロッパ200におけるレジストの現像の工程を経て、検査対象の繰り返しパターン12が形成されたウェハ10が、ステージ5上の所定の位置に載置される。そして、ステージ5の回転角は、一例としてウェハ面における繰り返しパターン12の周期方向A1(ウェハ面のX方向)が、図3(b)に示すように、ウェハ面における照明光ILIの入射方向A2に平行になるように設定される。   First, the wafer 10 on which the repeated pattern 12 to be inspected is formed on the stage 5 through the steps of resist application in the coater / developer 200, resist exposure in the exposure apparatus 100, and resist development in the coater / developer 200. Is placed at a predetermined position. As an example, the rotation angle of the stage 5 is such that the periodic direction A1 (X direction of the wafer surface) of the repeating pattern 12 on the wafer surface is incident direction A2 of the illumination light ILI on the wafer surface as shown in FIG. Is set to be parallel to

また、ステージ5のチルト角φ2は、受光系30でウェハ10からのm次の回折光ILDを受光できるように、すなわち入射する照明光ILIの入射角θ1に対して受光系30で受光する光のウェハ面に対する回折角θ2が上述の式(1)で定められる角度になるように設定される。このため、回折角θ2は、受光系30による受光角でもある。
さらに、偏光子26の角度は、一例として、入射する照明光ILIのウェハ面における偏光方向A3(図3(b)参照)が繰り返しパターン12の周期方向A1に対してなす角度ψが45°になるように設定される。これは、照明光ILIの電気ベクトルのうちの周期方向A1(X方向)に振動する成分の強度と、周期方向A1に直交するY方向に振動する成分の強度とを等しくして、ウェハ面からの回折光における繰り返しパターン12の構造性複屈折による偏光状態の変化を大きくして、露光条件の変化に対する偏光状態を規定する量(ここではストークスパラメータ)の変化である検出感度を大きくするためである。ただし、周期方向A1とその偏光方向A3との角度ψを0°、30°、又は60°等とすることによってその検出感度が高くなる場合には、その角度ψを変更してもよい。なお、その角度ψはこれらに限らず、任意角度に設定可能である。例えば角度ψは22.5°又は67.5°に設定することも可能である。
The tilt angle φ2 of the stage 5 is such that the light receiving system 30 can receive the m-order diffracted light ILD from the wafer 10, that is, the light received by the light receiving system 30 with respect to the incident angle θ1 of the incident illumination light ILI. The diffraction angle θ2 with respect to the wafer surface is set so as to be an angle determined by the above-described equation (1). For this reason, the diffraction angle θ <b> 2 is also a light receiving angle by the light receiving system 30.
Further, as an example, the angle of the polarizer 26 is such that the angle ψ formed by the polarization direction A3 (see FIG. 3B) on the wafer surface of the incident illumination light ILI with respect to the periodic direction A1 of the repeated pattern 12 is 45 °. Is set to be This is because the intensity of the component oscillating in the periodic direction A1 (X direction) of the electric vector of the illumination light ILI is equal to the intensity of the component oscillating in the Y direction orthogonal to the periodic direction A1, and from the wafer surface. In order to increase the detection sensitivity, which is a change in the amount (in this case, the Stokes parameter) that defines the polarization state with respect to the change in the exposure condition, by increasing the change in the polarization state due to the structural birefringence of the repeated pattern 12 in is there. However, when the detection sensitivity is increased by setting the angle ψ between the periodic direction A1 and the polarization direction A3 to 0 °, 30 °, 60 °, or the like, the angle ψ may be changed. Note that the angle ψ is not limited to these and can be set to an arbitrary angle. For example, the angle ψ can be set to 22.5 ° or 67.5 °.

その角度ψが45°であるとき、直線偏光の照明光ILIは、電気ベクトルの振動方向(偏光方向A3)が繰り返しパターン12の周期方向A1に対して45°傾いた状態で、繰り返しパターン12を周期方向A1に横切るように入射する。ウェハ面で回折された検出対象のm次の平行光の回折光ILDは、受光系30の受光側凹面鏡31により集光されて1/4波長板33及び検光子32を介して撮像装置35の撮像面に達する。このとき、繰り返しパターン12での構造性複屈折により回折光ILDの偏光状態が入射光の直線偏光に対して例えば楕円偏光に変化する。検光子32の透過軸の方位は、一例として偏光子26の透過軸に対して直交するように(クロスニコルの状態に)設定されている。従って、検光子32により、ウェハ10(繰り返しパターン12)からの偏光状態が変化した回折光のうち、入射する照明光ILIと偏光方向が略直角な偏光成分が抽出されて、撮像装置35に導かれる。その結果、撮像装置35の撮像面には、検光子32で抽出された偏光成分によるウェハ面の像が形成される。なお、検光子32の角度をそのクロスニコルの状態から所定角度ずらしてウェハ面の像を撮像することも可能である。   When the angle ψ is 45 °, the linearly polarized illumination light ILI passes through the repetitive pattern 12 in a state where the vibration direction of the electric vector (polarization direction A3) is inclined 45 ° with respect to the periodic direction A1 of the repetitive pattern 12. Incident light traverses in the periodic direction A1. The diffracted light ILD of the m-th order parallel light to be detected diffracted on the wafer surface is collected by the light receiving side concave mirror 31 of the light receiving system 30 and passes through the quarter wavelength plate 33 and the analyzer 32 to the imaging device 35. Reach the imaging surface. At this time, the polarization state of the diffracted light ILD changes to, for example, elliptically polarized light with respect to the linearly polarized light of the incident light due to the structural birefringence in the repeated pattern 12. As an example, the orientation of the transmission axis of the analyzer 32 is set to be orthogonal to the transmission axis of the polarizer 26 (in a crossed Nicols state). Accordingly, the analyzer 32 extracts a polarization component whose polarization direction is substantially perpendicular to the incident illumination light ILI from the diffracted light whose polarization state has changed from the wafer 10 (repetitive pattern 12), and introduces it to the imaging device 35. It is burned. As a result, an image of the wafer surface is formed on the imaging surface of the imaging device 35 by the polarization component extracted by the analyzer 32. It is also possible to take an image of the wafer surface by shifting the angle of the analyzer 32 by a predetermined angle from the crossed Nicols state.

また、本実施形態では、一例として回転位相子法によりウェハ面からの反射光の偏光状態を示すストークスパラメータS0〜S3を求めるものとする。この場合、1/4波長板33の回転角θを段階的に複数の角度(例えば少なくとも4個の異なる角度)θi(i=1,2,…)に設定し、各回転角でそれぞれウェハ面の像を撮像素子35bで撮像し、得られた画像信号を画像処理部40に供給する。画像処理部40には1/4波長板33の回転角に関する情報も供給されている。このとき、ストークスパラメータS0(各画素の全強度)を1/4波長板33の回転角θに関してフーリエ変換したときの0次の係数をa0/2、sin2θの係数をb2、cos4θの係数をa4、sin4θの係数をb4とすると、ストークスパラメータS1、S2、S3はそれぞれ係数a4、b4、b2に対応していることから、画像処理部40ではストークスパラメータS0〜S3を求めることができる。   In the present embodiment, as an example, the Stokes parameters S0 to S3 indicating the polarization state of the reflected light from the wafer surface are obtained by the rotational phaser method. In this case, the rotation angle θ of the quarter-wave plate 33 is set to a plurality of angles (for example, at least four different angles) θi (i = 1, 2,...) Step by step, and the wafer surface at each rotation angle. The image is picked up by the image pickup device 35b, and the obtained image signal is supplied to the image processing unit 40. Information about the rotation angle of the quarter-wave plate 33 is also supplied to the image processing unit 40. At this time, when the Stokes parameter S0 (total intensity of each pixel) is Fourier-transformed with respect to the rotation angle θ of the quarter-wave plate 33, the 0th-order coefficient is a0 / 2, the sin2θ coefficient is b2, and the cos4θ coefficient is a4. When the coefficient of sin 4θ is b4, the Stokes parameters S1, S2, and S3 correspond to the coefficients a4, b4, and b2, respectively. Therefore, the image processing unit 40 can obtain the Stokes parameters S0 to S3.

なお、回転位相子法は、例えば文献「鶴田匡夫著:応用光学II(応用物理学選書),p.233(培風館,1990)」に「回転λ/4板による方法」として記載されている。また、ストークスパラメータの詳細な計算方法は、本出願人による特開2010−249627号公報にも記載されているため、その計算方法は省略する。
画像処理部40では、求めた撮像装置35の画素毎のストークスパラメータの情報を検査部60に出力する。検査部60はその情報を用いてウェハ10の繰り返しパターン12を形成する際に使用された露光装置100における露光条件を評価する。そのようにウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータを求めたときの、評価装置1におけるウェハ面に対する照明光ILIの入射角θ1(又は入射角θ1に応じて式(1)から求められる回折角θ2)、照明光ILIの波長λ(λ1〜λ3等)、偏光子26の回転角度(透過軸の方位)、検光子32の回転角度(透過軸の方位)、検出する回折光ILDの次数m、及びステージ5の回転角度(ウェハ10の方位)等の組み合わせを一つの装置条件と呼ぶ。装置条件は評価条件と呼ぶこともできる。そのように偏光状態の変化に基づいた評価を行う場合、その装置条件は偏光条件と呼ぶこともできる。そして、複数の装置条件が上記の記憶部85に記憶された評価装置1のレシピ情報に含まれている。
Note that the rotational phaser method is described as a “method using a rotating λ / 4 plate” in, for example, the document “Tetsuo Tsuruta: Applied Optics II (Applied Physics), p.233 (Baifukan, 1990)”. . A detailed method for calculating the Stokes parameter is also described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-249627 filed by the present applicant.
The image processing unit 40 outputs the obtained Stokes parameter information for each pixel of the imaging device 35 to the inspection unit 60. The inspection unit 60 evaluates the exposure conditions in the exposure apparatus 100 used when forming the repeated pattern 12 of the wafer 10 using the information. As described above, when the Stokes parameter for each pixel of the image on the wafer surface is obtained, the incident angle θ1 of the illumination light ILI with respect to the wafer surface in the evaluation apparatus 1 (or the diffraction angle obtained from the equation (1) according to the incident angle θ1). θ2), wavelength λ of illumination light ILI (λ1 to λ3, etc.), rotation angle of polarizer 26 (direction of transmission axis), rotation angle of analyzer 32 (direction of transmission axis), order m of diffracted light ILD to be detected , And the combination of the rotation angle of the stage 5 (orientation of the wafer 10) and the like are called one apparatus condition. The apparatus conditions can also be called evaluation conditions. When the evaluation based on the change in the polarization state is performed as described above, the apparatus condition can also be called a polarization condition. A plurality of device conditions are included in the recipe information of the evaluation device 1 stored in the storage unit 85.

本実施形態では、その複数の装置条件からウェハに形成されたパターンの露光条件を評価するのに適した装置条件を選択する。なお、装置条件としては、波長λ、入射角θ1、及び検光子32の角度の少なくとも一つを使用してもよく、評価装置1において調整され得る他の任意の条件を使用してもよい。なお、照明光ILIの波長λ、ウェハ面に対する照明光ILIの入射角θ1、及び偏光子26の回転角度(透過軸の方位)が照明条件の一例であり、ウェハ面からの回折光ILDの回折角θ2(受光系30による受光角)及び検光子32の回転角度(透過軸の方位)が検出部の検出条件の一例であり、ステージ5の回転角度(ウェハ10の方位)及びステージ5のチルト角φ2(ウェハ面のチルト角)がステージの姿勢条件の一例である。   In the present embodiment, an apparatus condition suitable for evaluating the exposure condition of the pattern formed on the wafer is selected from the plurality of apparatus conditions. As the apparatus conditions, at least one of the wavelength λ, the incident angle θ1, and the angle of the analyzer 32 may be used, or any other condition that can be adjusted in the evaluation apparatus 1 may be used. Note that the wavelength λ of the illumination light ILI, the incident angle θ1 of the illumination light ILI with respect to the wafer surface, and the rotation angle of the polarizer 26 (azimuth of the transmission axis) are examples of illumination conditions, and the rotation of the diffracted light ILD from the wafer surface. The folding angle θ2 (light receiving angle by the light receiving system 30) and the rotation angle of the analyzer 32 (the direction of the transmission axis) are examples of detection conditions of the detection unit, and the rotation angle of the stage 5 (the direction of the wafer 10) and the tilt of the stage 5 The angle φ2 (tilt angle of the wafer surface) is an example of the stage attitude condition.

以下の説明では、一例として、露光装置100の評価対象の露光条件を露光量(第1の露光条件又は第1の加工条件)及びフォーカス位置(第2の露光条件又は第2の加工条件)とする。このとき、露光量が変化すると、上述のように繰り返しパターン12のホールパターン群12bと実質的に等価なラインパターンの線幅dが変化する(断面の幅が変化する)ため、ウェハ面に直線偏光の光束が入射したときに、図4(a)に示すように、そのパターンの露光時の露光量がD1(最適値に対して低い状態)からD5(最適値、いわゆるベストドーズ量Dbe)を経てD8(最適値に対して高い状態)に変化すると、一例として、そのウェハ面からの反射光の偏光状態は楕円偏光の長軸の方向(傾き)及び楕円率の両方が変化する。また、楕円偏光の長軸の方向はストークスパラメータS2に対応し、楕円率はストークスパラメータS1及びS3に対応するため、露光量が変化すると反射光のストークスパラメータS1、S2、及びS3が変化する。   In the following description, as an example, the exposure conditions to be evaluated by the exposure apparatus 100 are the exposure amount (first exposure condition or first processing condition) and the focus position (second exposure condition or second processing condition). To do. At this time, when the exposure amount changes, the line width d of the line pattern substantially equivalent to the hole pattern group 12b of the repeated pattern 12 changes (the width of the cross section changes) as described above. When a polarized light beam is incident, as shown in FIG. 4A, the exposure amount during exposure of the pattern is from D1 (a state lower than the optimum value) to D5 (optimum value, so-called best dose amount Dbe). As an example, the polarization state of the reflected light from the wafer surface changes both the major axis direction (slope) and ellipticity of the elliptically polarized light. Further, since the major axis direction of elliptically polarized light corresponds to the Stokes parameter S2 and the ellipticity corresponds to the Stokes parameters S1 and S3, the Stokes parameters S1, S2, and S3 of the reflected light change when the exposure amount changes.

一方、フォーカス位置が変化すると、上述のようにパターンの断面形状が変化するため、ウェハ面に直線偏光の光束が入射したときに、図4(b)に示すように、そのパターンの露光時のフォーカス位置がF1(最適値に対して低い状態)からF4(最適値、いわゆるベストフォーカス位置Zbe)を経てF8(最適値に対して高い状態)に変化すると、一例として、そのウェハ面からの反射光の偏光状態は楕円偏光の長軸の方向(傾き)はほぼ同じで、ほぼ楕円率のみが変化するという傾向がある。このため、フォーカス位置が変化したときには、反射光のストークスパラメータS1及びS3が比較的大きく変化し、ストークスパラメータS2の変化率が比較的小さいという傾向がある。このように露光条件によって変化するストークスパラメータが異なることを利用して、ストークスパラメータの計測値から個別の露光条件の検査が可能となる。   On the other hand, when the focus position changes, the cross-sectional shape of the pattern changes as described above. Therefore, when a linearly polarized light beam is incident on the wafer surface, as shown in FIG. When the focus position changes from F1 (low state with respect to the optimum value) to F4 (optimum value, so-called best focus position Zbe) to F8 (high state with respect to the optimum value), as an example, reflection from the wafer surface In the polarization state of light, the major axis direction (tilt) of elliptically polarized light is substantially the same, and only the ellipticity tends to change. For this reason, when the focus position changes, the Stokes parameters S1 and S3 of the reflected light change relatively large, and the rate of change of the Stokes parameter S2 tends to be relatively small. By utilizing the fact that the Stokes parameters that change depending on the exposure conditions differ in this way, it becomes possible to inspect individual exposure conditions from the measured values of the Stokes parameters.

なお、図4(a)及び(b)は、ライン部の幅とスペース部の幅との比が1:1の実際のライン・アンド・スペースパターンからの反射光の楕円偏光の変化を表している。本実施形態の繰り返しパターン12は、ラインパターンに対応する部分は実際にはホールパターン群12bであり、そのラインパターンに対応する部分の幅dに対して、そのスペース部に対応する部分(隣接する2つのホールパターン群12bの間の領域)の幅(P1−d)は例えば数倍程度になる。しかしながら、露光条件の変化による繰り返しパターン12からの回折光の偏光状態の変化も定性的には図4(a)及び(b)のようになるものと想定している。   4 (a) and 4 (b) show changes in elliptically polarized light reflected from an actual line-and-space pattern in which the ratio of the width of the line portion to the width of the space portion is 1: 1. Yes. In the repetitive pattern 12 of this embodiment, the part corresponding to the line pattern is actually the hole pattern group 12b, and the part corresponding to the space part (adjacent to the width d of the part corresponding to the line pattern). The width (P1-d) of the region between the two hole pattern groups 12b is about several times, for example. However, it is assumed that the change in the polarization state of the diffracted light from the repetitive pattern 12 due to the change in the exposure condition is qualitatively as shown in FIGS.

また、本実施形態の繰り返しパターン12は、上述のように、露光条件の変化に応じて形状が変化するラインパターンに対応する部分の幅に対して、露光条件が変化してもほとんど形状が変化しないスペース部に対応する部分の幅が例えば数倍程度に広い。この場合、仮にウェハ面からの正反射光(0次回折光)を検出するものとすると、露光条件が変化した場合の偏光状態を規定する量の変化が少ないため、検出感度が低くなる恐れがある。これに対して、本実施形態では、ウェハ面の繰り返しパターン12からの1次以上の回折光ILDを検出しており、回折光ILDの大部分は繰り返しパターン12中のラインパターンに対応する部分(複数のホールパターン12a)からの光である。このため、露光条件が変化した場合の、複数のホールパターン12aの形状の変化に起因する回折光ILDの偏光状態を規定する量の変化(検出感度)が大きくなり、繰り返しパターン12を形成したときの露光条件を高精度に評価できる。   In addition, as described above, the repetitive pattern 12 of the present embodiment changes almost in shape even if the exposure condition changes with respect to the width of the portion corresponding to the line pattern whose shape changes according to the change of the exposure condition. For example, the width of the portion corresponding to the space portion to be not widened is several times as large. In this case, if regular reflection light (0th-order diffracted light) from the wafer surface is detected, there is a small change in the amount that defines the polarization state when the exposure conditions change, so that the detection sensitivity may be lowered. . In contrast, in the present embodiment, first-order or higher-order diffracted light ILD is detected from the repetitive pattern 12 on the wafer surface, and most of the diffracted light ILD is a portion corresponding to the line pattern in the repetitive pattern 12 ( Light from a plurality of hole patterns 12a). For this reason, when the exposure condition is changed, the change (detection sensitivity) of the amount defining the polarization state of the diffracted light ILD due to the change in the shape of the plurality of hole patterns 12a is increased, and the repeated pattern 12 is formed. The exposure conditions can be evaluated with high accuracy.

次に、本実施形態において、評価装置1を用いてウェハ面の繰り返しパターンからの光を検出して、そのパターンを形成する際に使用した露光装置100の露光条件(ここでは露光量及びフォーカス位置)を評価(検査)する方法の一例につき図6のフローチャートを参照して説明する。その評価に際して予め装置条件(評価条件)を求める必要があるため、まず、その装置条件を求める方法(以下、条件出しとも呼ぶ。)の一例につき図5のフローチャートを参照して説明する。これらの動作は制御部80によって制御される。   Next, in the present embodiment, the evaluation apparatus 1 is used to detect light from a repetitive pattern on the wafer surface, and the exposure conditions (here, exposure amount and focus position) of the exposure apparatus 100 used to form the pattern. ) Will be described with reference to the flowchart of FIG. Since it is necessary to obtain an apparatus condition (evaluation condition) in advance for the evaluation, an example of a method for obtaining the apparatus condition (hereinafter also referred to as condition determination) will be described with reference to the flowchart of FIG. These operations are controlled by the control unit 80.

まず、条件出しのために、図5のステップ102において、コータ・デベロッパ200においてレジストが塗布されたウェハ10a(図7(a)参照)を用意する。図7(a)に示すように、ウェハ10aの表面には、一例としてスクライブライン領域SLを挟んでN個(Nは例えば数10〜100程度の整数)のショット11が配列される。以下、ウェハ10aの表面のn番目のショット11をショットSAn(n=1〜N)と称する。そして、レジストを塗布したウェハ10aを図1(b)の露光装置100に搬送し、露光装置100によって、ウェハ10aの例えば走査露光時の走査方向(図7(a)においてY軸に沿った方向)に配列されたショット間では露光量が次第に変化し、走査方向に直交する非走査方向(図7(a)においてX軸に沿った方向)に配列されたショット間ではフォーカス位置が次第に変化するように、露光条件を変化させながら各ショットSAnに実際に製品となるデバイス用のマスク(不図示)のパターンを露光する。本実施形態では、図2(c)及び(d)のマスクパターンの像が二重露光される。   First, in order to determine the conditions, a wafer 10a (see FIG. 7A) coated with a resist is prepared in the coater / developer 200 in step 102 of FIG. As shown in FIG. 7A, N shots 11 (N is an integer of about several 10 to 100, for example) are arranged on the surface of the wafer 10a with the scribe line region SL as an example. Hereinafter, the nth shot 11 on the surface of the wafer 10a is referred to as a shot SAn (n = 1 to N). Then, the resist-coated wafer 10a is transported to the exposure apparatus 100 in FIG. 1B, and the exposure apparatus 100 scans the wafer 10a, for example, in the scanning direction during scanning exposure (the direction along the Y axis in FIG. 7A). The exposure amount gradually changes between shots arranged in a), and the focus position gradually changes between shots arranged in a non-scanning direction (direction along the X axis in FIG. 7A) orthogonal to the scanning direction. As described above, a pattern of a mask (not shown) for a device that is actually a product is exposed on each shot SAn while changing the exposure conditions. In the present embodiment, the mask pattern images of FIGS. 2C and 2D are double-exposed.

その後、露光済みのウェハ10aを現像することによって、各ショットSAnに異なる露光条件のもとで繰り返しパターン12が形成された1枚のウェハ(以下、条件振りウェハと称する。)10aが作成される。
以下では、フォーカス位置として、ベストフォーカス位置Zbeに対するデフォーカス量(ここではフォーカス値と称する。)を用いるものとする。フォーカス位置に関しては、一例としてフォーカス値が20nm刻みで−60nm〜0nm〜+60nmの7段階に設定される。後述の図8(b)等の横軸のフォーカス値Fの番号1〜7は、その7段階のフォーカス値(−60〜+60nm)に対応している。なお、フォーカス値を任意の刻み量かつ、任意の段階で設定することが可能であり、例えば10nmや30nm刻みで複数段階に設定することもできる。また、フォーカス値を例えば25nm刻みで−200nm〜+200nmの17段階等に設定することもできる。
Thereafter, by developing the exposed wafer 10a, one wafer (hereinafter referred to as a "conditional wafer") 10a in which the repeated pattern 12 is formed on each shot SAn under different exposure conditions is created. .
In the following, it is assumed that a defocus amount with respect to the best focus position Zbe (herein referred to as a focus value) is used as the focus position. With respect to the focus position, as an example, the focus value is set in seven steps from −60 nm to 0 nm to +60 nm in increments of 20 nm. Numbers 1 to 7 of the focus value F on the horizontal axis in FIG. 8B and the like to be described later correspond to the seven stages of focus values (−60 to +60 nm). Note that the focus value can be set in an arbitrary increment and at an arbitrary stage. For example, the focus value can be set at multiple stages in increments of 10 nm or 30 nm. Also, the focus value can be set, for example, in 17 steps from −200 nm to +200 nm in increments of 25 nm.

そして、露光量は、一例として、ベストドーズ量Dbeを中心として1.5mJ刻みで7段階(11.5mJ,13.0mJ,14.5mJ,16.0mJ,17.5mJ,19.0mJ,20.5mJ)に設定される。後述の図8(a)等の横軸の露光量Dの番号1〜7は、その7段階の露光量に対応している。なお、露光量も任意の刻み量で、かつ、任意の段階(例えば9段階等)で設定することが可能である。   As an example, the exposure amount is 7 steps (11.5 mJ, 13.0 mJ, 14.5 mJ, 16.0 mJ, 17.5 mJ, 19.0 mJ, 20. 5 mJ). Numbers 1 to 7 of the exposure amount D on the horizontal axis in FIG. 8A and the like described later correspond to the seven exposure amounts. The exposure amount can also be set at an arbitrary step amount and at an arbitrary stage (for example, 9 stages).

また、一例として良品の露光量及びフォーカス値の範囲をそれぞれ許容範囲EG1及びEG2(例えば、製造後のデバイスが動作不良を起こさない露光量及びフォーカス値の範囲)として表している。
本実施形態の条件振りウェハ10aは、露光量とフォーカス位置とをマトリックス状に振って露光し現像したいわゆるFEMウェハ(Focus Exposure Matrixウェハ)である。なお、フォーカス値の段階数と露光量の段階数の積で得られる露光条件の組み合わせの異なるショットの個数が、1枚の条件振りウェハ10aの全面のショット数よりも多い場合には、複数枚の条件振りウェハを作成してもよい。
In addition, as an example, the exposure amount and focus value ranges of non-defective products are expressed as permissible ranges EG1 and EG2 (for example, exposure amount and focus value ranges that do not cause malfunction of the device after manufacture), respectively.
The conditionally adjusted wafer 10a of the present embodiment is a so-called FEM wafer (Focus Exposure Matrix wafer) that is exposed and developed by changing the exposure amount and the focus position in a matrix. If the number of shots with different combinations of exposure conditions obtained by the product of the number of focus value stages and the number of exposure dose stages is greater than the number of shots on the entire surface of one conditioned wafer 10a, a plurality of shots It is also possible to create a conditionally adjusted wafer.

逆に、例えばショットSAnの非走査方向の配列数がフォーカス値の変化の段階数よりも大きい場合、及び/又は走査方向の配列数が露光量の変化の段階数よりも大きい場合には、フォーカス値及び露光量が同じショットを複数個形成し、フォーカス値及び露光量が同じショットに関して得られる計測値を平均化してもよい。また、例えばウェハの中心部と周辺部とのレジストの微妙な塗布むらの影響、及び走査露光時のウェハの走査方向(図7(a)の+Y方向又は−Y方向)の相違の影響等を軽減するために、フォーカス値及び露光量が異なる複数のショットをランダムに配列してもよい。   Conversely, for example, when the number of arrangements of shots SAn in the non-scanning direction is larger than the number of stages of change in focus value and / or when the number of arrangements in the scanning direction is larger than the number of stages of change in exposure amount, A plurality of shots having the same value and exposure amount may be formed, and the measurement values obtained for the shots having the same focus value and exposure amount may be averaged. In addition, for example, the influence of subtle application unevenness of the resist between the central portion and the peripheral portion of the wafer, the influence of the difference in the scanning direction of the wafer (+ Y direction or −Y direction in FIG. 7A) at the time of scanning exposure, etc. In order to reduce, a plurality of shots having different focus values and exposure amounts may be arranged at random.

次に、作成された条件振りウェハ10aを評価装置1のステージ5上に搬送する。そして、制御部80は記憶部85のレシピ情報から複数の装置条件を読み出す。複数の装置条件としては、一例として照明光ILIの波長λが上記のλ1、λ2、λ3のいずれかとなり、照明光ILIの入射角θ1が10°、15°、30°、45°、60°、85°のいずれかとなり、偏光子26の回転角(透過軸の方位)である偏光子角度又は偏光角が0°〜165°まで15°刻みでいずれかの角度に設定される条件を想定する。この場合、偏光子角度が45°であるときには、ウェハ面に入射する照明光ILIの偏光方向A3は、繰り返しパターン12の周期方向A1に対して時計回りに45°で交差する方向となる。また、以下では、一例として受光系30で受光する回折光ILDは+1次回折光(m=+1)であるとする。ただし、−1次回折光又は他の2次以上の回折光を受光してもよい。ここでは、波長λがλn(n=1〜3)、入射角θ1がαm(m=1〜6)、偏光子26の回転角がβj(j=1〜J,Jは2以上の整数)になる装置条件を条件ε(n−m−j)で表すこともできる。なお、入射角θ1をある角度に設定したときには、上述の式(1)で求められる回折角θ2の回折光ILDが受光系30で受光されるように、照明側凹面鏡25のチルト軸TAを中心とした角度及び/又はステージ5のチルト角φ2が調整される。   Next, the created conditioned wafer 10 a is transferred onto the stage 5 of the evaluation apparatus 1. Then, the control unit 80 reads out a plurality of device conditions from the recipe information in the storage unit 85. As a plurality of apparatus conditions, for example, the wavelength λ of the illumination light ILI is any one of the above λ1, λ2, and λ3, and the incident angle θ1 of the illumination light ILI is 10 °, 15 °, 30 °, 45 °, and 60 °. Assuming a condition that the polarizer angle or the polarization angle, which is the rotation angle of the polarizer 26 (the direction of the transmission axis), or the polarization angle is set to any angle in increments of 15 ° from 0 ° to 165 °. To do. In this case, when the polarizer angle is 45 °, the polarization direction A3 of the illumination light ILI incident on the wafer surface is a direction that intersects the periodic direction A1 of the repetitive pattern 12 clockwise at 45 °. Hereinafter, it is assumed that the diffracted light ILD received by the light receiving system 30 is + 1st order diffracted light (m = + 1) as an example. However, -1st order diffracted light or other 2nd order or higher order diffracted light may be received. Here, the wavelength λ is λn (n = 1 to 3), the incident angle θ1 is αm (m = 1 to 6), and the rotation angle of the polarizer 26 is βj (j = 1 to J, where J is an integer of 2 or more). Can be expressed by the condition ε (n−m−j). When the incident angle θ1 is set to a certain angle, the tilt axis TA of the illumination-side concave mirror 25 is centered so that the diffracted light ILD having the diffraction angle θ2 obtained by the above equation (1) is received by the light receiving system 30. The tilt angle φ2 of the stage 5 and / or the stage 5 is adjusted.

また、入射角θ1は、設定可能な任意の角度でよく、例えば10°〜85°のいずれかとなるように5°程度の間隔で設定してもよい。また、偏光子角度は、ウェハ面の繰り返しパターン12の周期方向A1に45°で交差する方向を基準として、この基準となる角度を中心として複数の角度に設定してもよい。
そして、評価装置1において、条件振りウェハ10aをステージ5に載置した状態で、照明光ILIの波長をλ1に設定し(ステップ104)、入射角θ1をα1に設定し(併せて、ステージ5のチルト角を設定し、受光系30の受光角を設定し)(ステップ106)、偏光子26の回転角(偏光子角度)をβ1に設定し(ステップ108)、1/4波長板33(位相板)の回転角を初期値に設定する(ステップ110)。そして、この装置条件のもとで、照明光ILIを条件振りウェハ10aの表面に照射し、条件振りウェハ10aからの回折光ILDに基づいて、撮像装置35が条件振りウェハ10aの像を撮像して画像信号を画像処理部40に出力する(ステップ112)。次に1/4波長板33を全部の角度に設定したかどうかを判定し(ステップ114)、全部の角度には設定していない場合には、1/4波長板33を例えば約1.41°(1/4波長板33の回転可能な角度範囲360°を256分割した角度)だけ回転し(ステップ116)、ステップ112に戻って条件振りウェハ10aの像を撮像する。ステップ114で1/4波長板33の角度が360°回転されるまでステップ112を繰り返すことによって、1/4波長板33の異なる回転角に対応して256枚のウェハの像が撮像される。なお、ストークスパラメータに関する未知数は4個(S0〜S3)であるため、1/4波長板33の角度を例えば4個の異なる角度に設定し、ウェハの4枚の像を撮像するのみでもよいし、撮像する像はその他の任意の枚数であってもよい。
Further, the incident angle θ1 may be an arbitrary settable angle, and may be set at an interval of about 5 ° so as to be any one of 10 ° to 85 °, for example. Also, the polarizer angle may be set to a plurality of angles with the reference angle as a center, with the direction intersecting the periodic direction A1 of the repetitive pattern 12 on the wafer surface being 45 °.
Then, in the evaluation apparatus 1, with the conditioned wafer 10a placed on the stage 5, the wavelength of the illumination light ILI is set to λ1 (step 104), and the incident angle θ1 is set to α1 (together with the stage 5). ) (Step 106), the rotation angle of the polarizer 26 (polarizer angle) is set to β1 (step 108), and the quarter-wave plate 33 ( The rotation angle of the phase plate is set to an initial value (step 110). Then, under this apparatus condition, the illumination light ILI is irradiated onto the surface of the conditioned wafer 10a, and the imaging device 35 captures an image of the conditioned wafer 10a based on the diffracted light ILD from the conditioned wafer 10a. The image signal is output to the image processing unit 40 (step 112). Next, it is determined whether or not the quarter-wave plate 33 is set to all angles (step 114). If the quarter-wave plate 33 is not set to all angles, the quarter-wave plate 33 is set to, for example, about 1.41. The angle is rotated by ° (angle obtained by dividing the rotatable angle range 360 ° of the quarter-wave plate 33 by 256) (step 116), and the process returns to step 112 to capture an image of the conditioned wafer 10a. By repeating step 112 until the angle of the quarter-wave plate 33 is rotated by 360 ° in step 114, images of 256 wafers are picked up corresponding to different rotation angles of the quarter-wave plate 33. Since there are four unknowns regarding the Stokes parameters (S0 to S3), the angle of the quarter-wave plate 33 may be set to four different angles, for example, and only four images of the wafer may be captured. Any other number of images may be captured.

その後、動作はステップ114からステップ118に移行し、画像処理部40は得られた256枚のウェハのデジタル画像から上述の回転位相子法によって、撮像素子35bの画素毎にストークスパラメータS0〜S3を求める。なお、本実施形態では、ストークスパラメータS0が1になるように規格化されているため、以下では実際に求められるストークスパラメータをS1〜S3とする。これらのストークスパラメータS1〜S3は検査部60の第1演算部60aに出力され、第1演算部60aでは一例として各ストークスパラメータのショット毎の平均値(以下、ショット平均値と称する)を求めて、装置条件ε(n−m−j)及び露光条件に対応させて第2演算部60b及び記憶部85に出力する。   Thereafter, the operation shifts from step 114 to step 118, and the image processing unit 40 sets the Stokes parameters S0 to S3 for each pixel of the image sensor 35b by the above-described rotational phaser method from the obtained digital images of 256 wafers. Ask. In the present embodiment, since the Stokes parameter S0 is standardized to be 1, the Stokes parameters that are actually obtained are S1 to S3 below. These Stokes parameters S1 to S3 are output to the first calculation unit 60a of the inspection unit 60, and the first calculation unit 60a obtains, as an example, an average value for each shot of each Stokes parameter (hereinafter referred to as a shot average value). The output is output to the second calculation unit 60b and the storage unit 85 in correspondence with the apparatus condition ε (n−m−j) and the exposure condition.

その後、偏光子26の回転角を全部の角度に設定したかどうかを判定し(ステップ120)、全部の角度に設定していない場合には、偏光子26を例えば15°回転して角度β2に設定し(ステップ122)、ステップ110に戻る。そして、回転位相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等(ステップ110〜118)を実行する。その後、偏光子26の回転角を全部の角度βj(j=1〜J)に設定した場合には、ステップ120からステップ124に移行して、照明光ILIの入射角θ1を全部の角度に設定したかどうかを判定し、全部の角度に設定していない場合には、照明系20及びステージ5を駆動して、入射角θ1をα2に設定し、回折角θ2を対応する角度に設定し(ステップ126)、ステップ108に戻る。そして、回転位相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等(ステップ108〜122)を実行する。   Thereafter, it is determined whether or not the rotation angle of the polarizer 26 is set to all angles (step 120). If not set to all angles, the polarizer 26 is rotated by, for example, 15 ° to an angle β2. Set (step 122) and return to step 110. Then, the Stokes parameter for each pixel of the image on the wafer surface, the shot average value, and the like (steps 110 to 118) are executed by the rotational phaser method. Thereafter, when the rotation angles of the polarizer 26 are set to all the angles βj (j = 1 to J), the process proceeds from step 120 to step 124, and the incident angle θ1 of the illumination light ILI is set to all the angles. If not all angles are set, the illumination system 20 and the stage 5 are driven, the incident angle θ1 is set to α2, and the diffraction angle θ2 is set to a corresponding angle ( Step 126) and return to Step 108. Then, the Stokes parameters for each pixel of the image on the wafer surface, the shot average value, and the like (steps 108 to 122) are executed by the rotational phaser method.

その後、入射角θ1を全部の角度αm(m=1〜6)に設定した場合には、ステップ124からステップ128に移行して、照明光ILIの波長λを全部の波長に設定したかどうかを判定し、全部の波長に設定していない場合には、照明ユニット21で波長λをλ2に変更し(ステップ130)、ステップ106に戻る。そして、回転位相子法でウェハ面の画像の画素毎のストークスパラメータの算出及びショット平均値の算出等(ステップ106〜126)を実行する。その後、波長λを全部の波長λn(n=1〜3)に設定した場合には、動作はステップ128からステップ132に移行する。   Thereafter, when the incident angles θ1 are set to all the angles αm (m = 1 to 6), the process proceeds from step 124 to step 128 to determine whether or not the wavelengths λ of the illumination light ILI are set to all the wavelengths. If the wavelength is not set to all wavelengths, the illumination unit 21 changes the wavelength λ to λ2 (step 130) and returns to step 106. Then, the Stokes parameters for each pixel of the image on the wafer surface, the shot average value, and the like (steps 106 to 126) are executed by the rotational phaser method. Thereafter, when the wavelengths λ are set to all the wavelengths λn (n = 1 to 3), the operation shifts from step 128 to step 132.

ステップ132において、第2演算部60bでは、上記の全部の装置条件で条件振りウェハ10aの各ショットに関して計測したストークスパラメータの情報を用いて、その全部の装置条件で計測したストークスパラメータS1〜S3に関して、露光量の変化に対する計測値の変化の割合である感度(以下、ドーズ感度とも称する)、及びフォーカス値の変化に対する計測値の変化の割合である感度(以下、フォーカス感度とも称する)を求める。   In step 132, the second arithmetic unit 60b uses the Stokes parameter information measured for each shot of the conditionally adjusted wafer 10a under the above-described all apparatus conditions, and the Stokes parameters S1 to S3 measured under all the apparatus conditions. Then, a sensitivity (hereinafter also referred to as “dose sensitivity”) that is a change rate of the measurement value with respect to a change in exposure amount, and a sensitivity (hereinafter also referred to as a focus sensitivity) that is a change rate of the measurement value with respect to a change in focus value are obtained.

そして、第2演算部60bでは、上記の全部の装置条件ε(n−m−j)の中で、ストークスパラメータS1〜S3に関して、ドーズ感度が高く、フォーカス感度がドーズ感度よりも低い条件を、第1の装置条件(又は第1の評価条件)Aとして決定する。その第1の装置条件Aは、一例として、照明光の波長がλ2、照明光のウェハ面に対する入射角θ1が60°、偏光子26の回転角(偏光子角度)が30°である。   In the second calculation unit 60b, among all the apparatus conditions ε (n−m−j), conditions regarding the Stokes parameters S1 to S3 are high in dose sensitivity and lower in focus sensitivity than the dose sensitivity. The first apparatus condition (or first evaluation condition) A is determined. As an example of the first apparatus condition A, the wavelength of the illumination light is λ2, the incident angle θ1 of the illumination light with respect to the wafer surface is 60 °, and the rotation angle (polarizer angle) of the polarizer 26 is 30 °.

この第1の装置条件Aでは、ストークスパラメータS1,S2及びS3が、条件振りウェハ10aの露光量D及びフォーカス値Fに関して、それぞれ図8(a)及び(b)に示すように変化する。図8(a)及び(b)の横軸の数値1〜7は、それぞれ露光量D及びフォーカス値Fを上述の7段階に変化させたときの各段階を表しており、第4段階が最適値である。これは、以下の図9(a)及び(b)でも同様である。また、露光量Dの良品範囲をEG1、フォーカス値Fの良品範囲をEG2で表している。   Under the first apparatus condition A, the Stokes parameters S1, S2, and S3 change as shown in FIGS. 8A and 8B with respect to the exposure amount D and the focus value F of the conditionally adjusted wafer 10a, respectively. Numerical values 1 to 7 on the horizontal axis in FIGS. 8A and 8B represent the respective stages when the exposure amount D and the focus value F are changed to the above-described seven stages, and the fourth stage is optimal. Value. The same applies to FIGS. 9A and 9B below. A non-defective range of the exposure amount D is represented by EG1, and a non-defective range of the focus value F is represented by EG2.

図8(a)及び(b)において、実線の曲線(又は折れ線。以下同様。)B11,B21、点線の曲線B12,B22、及び破線の曲線B13,B23が、それぞれ露光量D及びフォーカス値Fの変化に対するストークスパラメータS1,S2及びS3の変化を表す。図8(b)の曲線B21,B22,b23より、フォーカス値Fの変化に対するストークスパラメータS1〜S3の変化が小さいため、フォーカス値Fの変化に対するストークスパラメータS1〜S3の変化の割合(フォーカス感度)が低いことが分かる。また、図8(a)の曲線B11,B12,B13の最大値と最小値との差がそれぞれ大きいことから、ストークスパラメータS1〜S3のドーズ感度が高いことが分かる。   8A and 8B, the solid curve (or broken line; the same applies hereinafter) B11 and B21, the dotted curves B12 and B22, and the dashed curves B13 and B23 are the exposure amount D and the focus value F, respectively. Represents the change of the Stokes parameters S1, S2 and S3 with respect to the change of. Since the change in the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the change in the focus value F is smaller than the curves B21, B22, and b23 in FIG. 8B, the ratio of the change in the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the change in the focus value F (focus sensitivity). Is low. Further, since the difference between the maximum value and the minimum value of the curves B11, B12, B13 in FIG. 8A is large, it can be seen that the dose sensitivity of the Stokes parameters S1 to S3 is high.

なお、実用上は、予め第1の閾値及びこの第1の閾値より大きい第2の閾値を定めておいてもよい。このとき、フォーカス値Fの全部の範囲(ここでは7段階の全部の値)におけるストークスパラメータS1〜S3のそれぞれの最大値と最小値との差がその第1の閾値より小さくなるとともに、露光量Dの全部の範囲(ここでは7段階の全部の値)におけるストークスパラメータS1〜S3のそれぞれの最大値と最小値との差がその第2の閾値より大きくなるときに、ドーズ感度が高くフォーカス感度が低いとみなしてもよい。そして、このようにドーズ感度が高くフォーカス感度が低くなる複数の装置条件を求め、これらの複数の装置条件中から例えばストークスパラメータS1〜S3のドーズ感度の平均値が最も高くなるときの装置条件を装置条件Aとして選択してもよい。ドーズ感度の平均値とは、例えば露光量Dの全部の範囲におけるストークスパラメータS1〜S3のそれぞれの最大値と最小値との差の平均値である。   In practice, a first threshold value and a second threshold value larger than the first threshold value may be determined in advance. At this time, the difference between the maximum value and the minimum value of each of the Stokes parameters S1 to S3 in the entire range of the focus value F (here, all of the seven levels) is smaller than the first threshold value, and the exposure amount. When the difference between the maximum value and the minimum value of each of the Stokes parameters S1 to S3 in the entire range of D (all values in seven stages here) is larger than the second threshold value, the dose sensitivity is high and the focus sensitivity is high. May be considered low. Then, a plurality of device conditions are obtained in which the dose sensitivity is high and the focus sensitivity is low, and the device conditions when the average value of the dose sensitivities of the Stokes parameters S1 to S3, for example, is the highest among the plurality of device conditions. The apparatus condition A may be selected. The average value of dose sensitivity is, for example, the average value of the difference between the maximum value and the minimum value of the Stokes parameters S1 to S3 in the entire range of the exposure dose D.

さらに、第2演算部60bでは、7段階の露光量Dの値の間の任意の値におけるストークスパラメータS1,S2,S3の値を補間するために、一例として、図8(a)の3つの曲線B11,B12,B13を露光量Dに関する高次関数又は指数関数等で近似することによって、図8(c)に示すように、それぞれ露光量Dの値に対するストークスパラメータS1,S2,S3の変化を表す曲線B31,B32,B33を求める。なお、図8(c)の横軸は、ベストドーズ量Dbeを中心とする露光量Dの値を表している。一例として、曲線B32,B33は露光量Dが増加するときに単調に増加する関数であり、曲線B31は露光量Dが増加するときに単調に減少する関数である。これらの曲線B31〜B33が第1参照データとなる。第2演算部60bは、その決定された第1の装置条件A及び第1参照データを記憶部85に記憶させる。その第1参照データは、例えば曲線B31〜B33をそれぞれストークスパラメータS1〜S3の複数段階の値の範囲(例えば−1〜+1までの範囲を100等分して得られる100個の連続する範囲)に対して対応する露光量Dの値を割り当てたテーブルとして記憶してもよい。さらに、例えば曲線B31〜B33を用いて、それぞれストークスパラメータS1〜S3の値から露光量Dを計算するためのストークスパラメータS1〜S3の関数(高次関数又は指数関数等)を求め、このストークスパラメータS1〜S3の関数をその第1参照データとして記憶してもよい。このように第1参照データは様々な形式として記憶することができる。   Further, in the second arithmetic unit 60b, in order to interpolate the values of the Stokes parameters S1, S2, and S3 at arbitrary values between the seven levels of the exposure dose D, as an example, three values shown in FIG. By approximating the curves B11, B12, and B13 with a higher-order function or exponential function related to the exposure amount D, as shown in FIG. 8C, changes in the Stokes parameters S1, S2, and S3 with respect to the value of the exposure amount D, respectively. Curves B31, B32, and B33 representing are obtained. In addition, the horizontal axis of FIG.8 (c) represents the value of the exposure amount D centering on the best dose amount Dbe. As an example, the curves B32 and B33 are functions that monotonously increase when the exposure dose D increases, and the curve B31 is a function that monotonously decreases when the exposure dose D increases. These curves B31 to B33 are the first reference data. The second computing unit 60b causes the storage unit 85 to store the determined first device condition A and first reference data. The first reference data is, for example, a range of values of a plurality of stages of the Stokes parameters S1 to S3 for the curves B31 to B33 (for example, 100 continuous ranges obtained by equally dividing the range from −1 to +1). May be stored as a table to which the value of the corresponding exposure amount D is assigned. Further, for example, using the curves B31 to B33, a function (higher order function or exponential function) of the Stokes parameters S1 to S3 for calculating the exposure dose D from the values of the Stokes parameters S1 to S3 is obtained. You may memorize | store the function of S1-S3 as the 1st reference data. Thus, the first reference data can be stored in various formats.

次のステップ134において、第2演算部60bでは、上記の全部の装置条件ε(n−m−j)の中で、ストークスパラメータS1〜S3に関して、フォーカス感度が高く、ドーズ感度がフォーカス感度よりも低い条件を、第2の装置条件(又は第2の評価条件)Bとして決定する。その第2の装置条件Bは、一例として、照明光の波長がλ1、照明光のウェハ面に対する入射角θ1が45°、偏光子26の回転角(偏光子角度)が45°である。   In the next step 134, in the second calculation unit 60b, the focus sensitivity is high and the dose sensitivity is higher than the focus sensitivity with respect to the Stokes parameters S1 to S3 in all the apparatus conditions ε (nm−j). The low condition is determined as the second apparatus condition (or second evaluation condition) B. As an example of the second apparatus condition B, the wavelength of the illumination light is λ1, the incident angle θ1 of the illumination light with respect to the wafer surface is 45 °, and the rotation angle (polarizer angle) of the polarizer 26 is 45 °.

この第2の装置条件Bでは、ストークスパラメータS1,S2及びS3が、条件振りウェハ10aの露光量D及びフォーカス値Fに関して、それぞれ図9(a)及び(b)に示すように変化する。
図9(a)及び(b)において、実線の曲線C11,C21、点線の曲線C12,C22、及び破線の曲線C13,C23が、それぞれ露光量D及びフォーカス値Fの変化に対するストークスパラメータS1,S2及びS3の変化を表す。図9(a)の曲線C11,C12,C13より、露光量Dの変化に対するストークスパラメータS1〜S3の変化が小さいため、露光量Dの変化に対するストークスパラメータS1〜S3の変化の割合(ドーズ感度)が低いことが分かる。また、図9(b)の曲線C21,C22,C23の最大値と最小値との差がそれぞれ大きいことから、ストークスパラメータS1〜S3のフォーカス感度が高いことが分かる。
Under the second apparatus condition B, the Stokes parameters S1, S2, and S3 change as shown in FIGS. 9A and 9B with respect to the exposure amount D and the focus value F of the conditionally adjusted wafer 10a, respectively.
9A and 9B, solid curves C11 and C21, dotted curves C12 and C22, and dashed curves C13 and C23 are Stokes parameters S1 and S2 with respect to changes in exposure dose D and focus value F, respectively. And the change in S3. From the curves C11, C12, and C13 of FIG. 9A, since the change in the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the change in the exposure amount D is small, the ratio of the change in the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the change in the exposure amount D (dose sensitivity). Is low. Moreover, since the difference between the maximum value and the minimum value of the curves C21, C22, and C23 in FIG. 9B is large, it can be seen that the focus sensitivity of the Stokes parameters S1 to S3 is high.

なお、実用上は、上述の第1の装置条件Aの場合と同様に、予め第3の閾値及びこの第3の閾値より大きい第4の閾値を定めておき、露光量Dの全部の範囲におけるストークスパラメータS1〜S3のそれぞれの最大値と最小値との差がその第3の閾値より小さくなるとともに、フォーカス値Fの全部の範囲におけるストークスパラメータS1〜S3のそれぞれの最大値と最小値との差がその第4の閾値より大きくなるときに、フォーカス感度が高くドーズ感度が低いとみなしてもよい。そして、このようにフォーカス感度が高くドーズ感度が低くなる複数の装置条件を求め、これらの複数の装置条件中から例えばストークスパラメータS1〜S3のフォーカス感度の平均値が最も高くなるときの装置条件を装置条件Bとして選択してもよい。   In practice, as in the case of the first apparatus condition A described above, a third threshold value and a fourth threshold value that is larger than the third threshold value are determined in advance, and the exposure amount D in the entire range. The difference between the maximum value and the minimum value of the Stokes parameters S1 to S3 is smaller than the third threshold value, and the maximum value and the minimum value of the Stokes parameters S1 to S3 in the entire range of the focus value F When the difference is greater than the fourth threshold, it may be considered that the focus sensitivity is high and the dose sensitivity is low. Then, a plurality of device conditions are obtained in which the focus sensitivity is high and the dose sensitivity is low, and the device conditions when the average value of the focus sensitivity of the Stokes parameters S1 to S3 is the highest among the plurality of device conditions are determined. The apparatus condition B may be selected.

さらに、第2演算部60bでは、7段階のフォーカス値Fの間の任意の値におけるストークスパラメータS1,S2,S3の値を補間するために、一例として、図9(b)の3つの曲線C21,C22,C23をフォーカス値Fに関する高次関数又は指数関数等で近似することによって、図9(c)に示すように、それぞれフォーカス値Fに対するストークスパラメータS1,S2,S3の変化を表す曲線C31,C32,C33を求める。なお、図9(c)の横軸は、ベストフォーカス位置Fbeを中心とするフォーカス値Fを表している。一例として、曲線C31はフォーカス値Fが増加するときに山型に変化する関数であり、曲線C32はフォーカス値Fが増加するときに単調に減少する関数であり、曲線C33はフォーカス値Fが増加するときに単調に増加する関数である。これらの曲線C31〜C33が第2参照データとなる。第2演算部60bは、その決定された第2の装置条件B及び第2参照データを記憶部85に記憶させる。その第2参照データも、例えばストークスパラメータS1〜S3の複数段階の値の範囲に対して対応するフォーカス値Fを割り当てたテーブル、又はストークスパラメータS1〜S3の値からフォーカス値Fを計算するためのストークスパラメータS1〜S3の関数(高次関数又は指数関数等)として記憶してもよく、様々な形式として記憶することができる。   Furthermore, in order to interpolate the values of the Stokes parameters S1, S2, and S3 at arbitrary values between the seven stages of focus values F, the second calculation unit 60b, for example, uses three curves C21 in FIG. 9B. , C22, and C23 are approximated by a higher-order function or an exponential function related to the focus value F, etc., as shown in FIG. 9C, curves C31 representing changes in the Stokes parameters S1, S2, and S3 with respect to the focus value F, respectively. , C32, C33. In addition, the horizontal axis of FIG.9 (c) represents the focus value F centering on the best focus position Fbe. As an example, the curve C31 is a function that changes in a mountain shape when the focus value F increases, the curve C32 is a function that decreases monotonously when the focus value F increases, and the curve C33 increases the focus value F. Is a monotonically increasing function. These curves C31 to C33 are the second reference data. The second calculation unit 60b causes the storage unit 85 to store the determined second device condition B and second reference data. The second reference data is also a table for assigning the corresponding focus value F to a range of values of a plurality of stages of the Stokes parameters S1 to S3, or for calculating the focus value F from the values of the Stokes parameters S1 to S3, for example. It may be stored as a function (higher order function or exponential function) of the Stokes parameters S1 to S3, and can be stored in various forms.

ここで、実際に条件振りウェハ10aから発生する回折光のストークスパラメータを求めた結果の一例を図10(a)〜図11(b)に示す。なお、図10(a)〜図11(b)は、一例としてそれぞれ対応する装置条件のもとで、条件振りウェハ10aの複数のショット11内の複数の領域で得られるストークスパラメータS1〜S3の値を輝度に変換して表したものである。図10(a)及び(b)は、それぞれ対応する装置条件のもとで得られるストークスパラメータS1の分布を表している。条件振りウェハ10aでは、横方向でフォーカス値Fが変化し、縦方向で露光量Dが変化しているため、図10(a)の分布は、フォーカス感度が高いことを示し、図10(b)の分布はドーズ感度が高いことを示している。また、図11(a)及び(b)は、それぞれ対応する装置条件のもとで得られるストークスパラメータS2及びS3の分布を表している。図11(a)の分布は、ストークスパラメータS2のドーズ感度及びフォーカス感度がともに高いことを示し、図11(b)の分布はストークスパラメータS3のドーズ感度及びフォーカス感度が有ることを示している。   Here, an example of the result of obtaining the Stokes parameter of the diffracted light actually generated from the conditioned wafer 10a is shown in FIGS. 10 (a) to 11 (b). FIGS. 10A to 11B show, as an example, Stokes parameters S1 to S3 obtained in a plurality of regions in a plurality of shots 11 of the conditionally adjusted wafer 10a under corresponding apparatus conditions. This is a value converted into luminance. 10A and 10B show the distribution of the Stokes parameter S1 obtained under the corresponding apparatus conditions. In the conditionally adjusted wafer 10a, the focus value F changes in the horizontal direction and the exposure amount D changes in the vertical direction. Therefore, the distribution in FIG. 10A shows that the focus sensitivity is high, and FIG. ) Distribution indicates a high dose sensitivity. FIGS. 11A and 11B show the distribution of Stokes parameters S2 and S3 obtained under the corresponding apparatus conditions. The distribution in FIG. 11A indicates that the dose sensitivity and focus sensitivity of the Stokes parameter S2 are both high, and the distribution in FIG. 11B indicates that the dose sensitivity and focus sensitivity of the Stokes parameter S3 are present.

以上の動作によって、ウェハの露光条件を検査する場合に使用する装置条件を求める条件出しが終了したことになる。
次に、実際のデバイス製造工程において繰り返しパターンが形成されたウェハに対して、評価装置1によって上記の条件出しで求められた2つの装置条件を用いてウェハ面からの回折光のストークスパラメータを計測し、計測されたストークスパラメータと第1及び第2参照データとから、露光装置100の露光条件中の露光量(第1の露光条件)及びフォーカス位置(第2の露光条件)を以下のように評価する。まず、図7(a)と同じショット配列を持ち、レジストを塗布した実際の製品(デバイス)となるウェハ10を図1(a)のコータ・デベロッパ200に搬送してレジストを塗布し、そのウェハ10を露光装置100に搬送し、露光装置100によって、ウェハ10の各ショットSAn(n=1〜N)に実際の製品(デバイス)用のマスク(不図示)のパターンを露光し、露光後のウェハ10をコータ・デベロッパ200に搬送してウェハ10を現像する。この際の露光条件は、全部のショットにおいて最適値であり、露光量に関してはそのマスク(ここでは2つのマスク)に応じて定められているベストドーズ量の和であり、フォーカス位置に関してはベストフォーカス位置である。
With the above operation, the condition determination for obtaining the apparatus conditions used when the wafer exposure conditions are inspected is completed.
Next, the Stokes parameter of the diffracted light from the wafer surface is measured on the wafer on which the repeated pattern is formed in the actual device manufacturing process, using the two apparatus conditions obtained by the above-mentioned conditions by the evaluation apparatus 1. Then, from the measured Stokes parameters and the first and second reference data, the exposure amount (first exposure condition) and the focus position (second exposure condition) in the exposure conditions of the exposure apparatus 100 are as follows. evaluate. First, a wafer 10 having the same shot arrangement as that in FIG. 7A and serving as an actual product (device) coated with a resist is conveyed to the coater / developer 200 in FIG. 1A and coated with the resist. 10 is transferred to the exposure apparatus 100, and the exposure apparatus 100 exposes a mask (not shown) pattern for an actual product (device) to each shot SAn (n = 1 to N) of the wafer 10. The wafer 10 is transferred to the coater / developer 200 and the wafer 10 is developed. The exposure conditions at this time are optimum values for all shots, the exposure amount is the sum of the best dose amounts determined according to the masks (here, two masks), and the focus position is the best focus. Position.

しかしながら、実際には露光装置100における例えば走査露光時のスリット状の照明領域内の例えば非走査方向における僅かな照度むら及びステージの振動(外乱による振動を含む)等の影響によって、ウェハ10のショットSAn毎(ショットSAn毎の繰り返しパターン毎)に露光量及びフォーカス位置のばらつき等が生じることがあり、意図しない露光量の変化(ベストドーズ量からの変化)や意図しないフォーカス位置の変化(ベストフォーカス値からの変化)が起こる可能性があるため、その露光量及びフォーカス位置の評価を個別に行う。   However, in actuality, the shot of the wafer 10 is caused by the influence of slight illuminance unevenness in the slit-like illumination area, for example, in the non-scanning direction and stage vibration (including vibration due to disturbance) in the exposure apparatus 100, for example. Variations in exposure amount and focus position may occur for each SAn (each repeated pattern for each shot SAn), and unintentional changes in exposure amount (changes from the best dose amount) and unintentional changes in focus position (best focus) Therefore, the exposure amount and the focus position are individually evaluated.

そして、図6のステップ150において、レジストの塗布、露光、及び現像後のウェハ10は、不図示のアライメント機構を介して図1(a)の評価装置1のステージ5上にロードされる。そして、制御部80は記憶部85のレシピ情報から上記の条件出しで決定された第1、第2の装置条件を読み出す。そして、装置条件をまず、ストークスパラメータS1〜S3のドーズ感度が高くフォーカス感度の低い第1の装置条件Aに設定し(ステップ152)、1/4波長板33(位相板)の回転角を初期値に設定する(ステップ110A)。そして、照明光ILIをウェハ面に照射し、撮像装置35がウェハ面の回折光によって得られる画像の画像信号を画像処理部40に出力する(ステップ112A)。次に1/4波長板33を全部の角度に設定したかどうかを判定し(ステップ114A)、全部の角度には設定していない場合には1/4波長板33を例えば約1.41°(回転角度範囲360°を256分割した角度)だけ回転し(ステップ116A)、ステップ112Aに移行してウェハ10の像を撮像する。ステップ114Aで1/4波長板33の角度が360°回転されるまでステップ112Aを繰り返すことによって、1/4波長板33の異なる回転角に対応して256枚のウェハ面の像が撮像される。なお、1/4波長板33の角度を例えば4個の異なる角度に設定し、ウェハの4枚の像を撮像するのみでもよいし、その他の任意の枚数であってもよい。   In step 150 of FIG. 6, the wafer 10 after resist application, exposure, and development is loaded onto the stage 5 of the evaluation apparatus 1 of FIG. 1A through an alignment mechanism (not shown). And the control part 80 reads the 1st, 2nd apparatus conditions determined by said condition determination from the recipe information of the memory | storage part 85. FIG. First, the apparatus condition is set to the first apparatus condition A where the Stokes parameters S1 to S3 have high dose sensitivity and low focus sensitivity (step 152), and the rotation angle of the quarter-wave plate 33 (phase plate) is initially set. A value is set (step 110A). Then, the illumination light ILI is irradiated onto the wafer surface, and the imaging device 35 outputs an image signal of an image obtained by the diffracted light on the wafer surface to the image processing unit 40 (step 112A). Next, it is determined whether or not the quarter-wave plate 33 is set to all angles (step 114A). If the quarter-wave plate 33 is not set to all angles, the quarter-wave plate 33 is set to about 1.41 °, for example. It rotates by (an angle obtained by dividing the rotation angle range 360 ° by 256) (step 116A), and the process proceeds to step 112A to capture an image of the wafer 10. By repeating step 112A until the angle of the quarter-wave plate 33 is rotated by 360 ° in step 114A, images of 256 wafer surfaces corresponding to different rotation angles of the quarter-wave plate 33 are taken. . The angle of the quarter-wave plate 33 may be set to four different angles, for example, and only four images of the wafer may be taken, or any other number may be used.

その後、動作はステップ118Aに移行し、画像処理部40は得られた256枚のウェハのデジタル画像から上述の回転位相子法によって、撮像装置35の画素毎にストークスパラメータS1,S2,S3を求める。これらのストークスパラメータの値は検査部60の第1演算部60aに出力され、第1演算部60aでは一例としてストークスパラメータS1〜S3のそれぞれのショット毎の平均値(ショット平均値)を求めて第3演算部60c及び記憶部85に出力する。そして、全部の装置条件で検査したかどうかを判定し(ステップ154)、全部の検査用の装置条件に設定していない場合には、ステップ156で第2の装置条件Bに設定してからステップ110Aに移行する。そして、第2の装置条件Bでのストークスパラメータの取得が終了した後、動作はステップ158に移行する。   Thereafter, the operation proceeds to step 118A, and the image processing unit 40 obtains Stokes parameters S1, S2, and S3 for each pixel of the imaging device 35 from the obtained digital images of 256 wafers by the above-described rotational phaser method. . The values of these Stokes parameters are output to the first calculation unit 60a of the inspection unit 60, and the first calculation unit 60a obtains an average value (shot average value) for each shot of the Stokes parameters S1 to S3 as an example. 3 is output to the calculation unit 60c and the storage unit 85. Then, it is determined whether or not the inspection is performed under all the apparatus conditions (step 154). If all the apparatus conditions for inspection are not set, the second apparatus condition B is set at step 156 and then the step. Move to 110A. Then, after the acquisition of the Stokes parameters under the second apparatus condition B is completed, the operation proceeds to step 158.

そして、ステップ158において、検査部60の第3演算部60cは、第1の装置条件Aで求めたウェハ10のショット毎のストークスパラメータS1,S2,S3の値(S1a,S2a,S3aとする)を、上述の図5のステップ132で記憶した第1の参照データ(図8(c)の曲線B31〜B33)に当てはめて、当該ショットの露光量Dの値D1xを求める。一例として、図8(c)において、値S1a,S3aをそれぞれ曲線B31,B33に当てはめて露光量Dの値D1a,D3aが得られる。これに対して、値S2aに対応する部分では曲線B32の傾きが小さく、値S2aの変化(誤差)に対して対応する露光量Dの値の変化(誤差)が拡大される恐れがある。そこで、一例として、ここではストークスパラメータS2の値S2aは使用することなく、ストークスパラメータS1,S3の値から求めた露光量Dの値D1a,D3aの平均値を当該ショットの露光量Dの値D1xとする。同様に、例えばストークスパラメータS3の値が曲線B33の傾きが小さい範囲にあるときには、ストークスパラメータS3の値を使用することなく、ストークスパラメータS1,S2の値のみから露光量Dの値を求めてもよい。なお、3つのストークスパラメータS1〜S3の値をそれぞれ曲線B31〜B33に当てはめて露光量Dの3つの値を求め、これらの3つの値の平均値を露光量Dの値D1xとしてもよい。このようにしてウェハ10の全部のショットに関してストークスパラメータS1〜S3の値から露光量Dの値を求める。   In step 158, the third calculation unit 60c of the inspection unit 60 calculates the values of the Stokes parameters S1, S2, and S3 for each shot of the wafer 10 obtained under the first apparatus condition A (referred to as S1a, S2a, and S3a). Is applied to the first reference data (curves B31 to B33 in FIG. 8C) stored in step 132 of FIG. 5 described above to determine the value D1x of the exposure amount D of the shot. As an example, in FIG. 8C, values S1a and S3a are applied to curves B31 and B33, respectively, to obtain exposure dose D values D1a and D3a. On the other hand, the slope of the curve B32 is small in the portion corresponding to the value S2a, and the change (error) in the exposure amount D corresponding to the change (error) in the value S2a may be enlarged. Therefore, as an example, the value S2a of the Stokes parameter S2 is not used here, and the average value of the exposure values D1a and D3a obtained from the values of the Stokes parameters S1 and S3 is used as the exposure value D value D1x of the shot. And Similarly, for example, when the value of the Stokes parameter S3 is in a range where the slope of the curve B33 is small, the value of the exposure amount D can be obtained from only the values of the Stokes parameters S1 and S2 without using the value of the Stokes parameter S3. Good. Note that three values of the exposure amount D may be obtained by applying the values of the three Stokes parameters S1 to S3 to the curves B31 to B33, respectively, and an average value of these three values may be used as the value D1x of the exposure amount D. In this way, the value of the exposure amount D is obtained from the values of the Stokes parameters S1 to S3 for all shots of the wafer 10.

そして、第3演算部60cは、ウェハ10のショット毎の露光量Dのベストドーズ量Dbeからの差分(誤差)の分布(誤差分布)を求め、これを制御部80に出力する。この誤差分布には、各ショットの露光量Dが良品範囲EG1内か否かの情報も含まれている。制御部80は、そのショット毎の露光量Dの誤差分布を記憶部85に記憶させるとともに表示装置(不図示)に表示する。なお、第3演算部60cは、露光量Dの誤差分布を求めることなく、例えば、算出した露光量Dを制御部80に出力してもよい。また、制御部80は、露光量Dの誤差分布や露光量Dを表示装置に表示させなくてもよい。   Then, the third calculation unit 60 c calculates a distribution (error distribution) of a difference (error) from the best dose amount Dbe of the exposure amount D for each shot of the wafer 10, and outputs this to the control unit 80. This error distribution also includes information on whether or not the exposure amount D of each shot is within the non-defective range EG1. The control unit 80 stores the error distribution of the exposure amount D for each shot in the storage unit 85 and displays it on a display device (not shown). For example, the third calculation unit 60c may output the calculated exposure amount D to the control unit 80 without obtaining the error distribution of the exposure amount D. Further, the control unit 80 may not display the error distribution of the exposure dose D or the exposure dose D on the display device.

次のステップ160において、第3演算部60cは、第2の装置条件Bで求めたウェハ10のショット毎のストークスパラメータS1,S2,S3の値(S1b,S2b,S3bとする)を上述のステップ134で記憶した第2の参照データ(図9(c)の曲線C31〜C33)に当てはめて、当該ショットのフォーカス値F1xを求める。一例として、図9(c)において、値S2b,S3bをそれぞれ曲線C32,C33に当てはめてフォーカス値F2b,F3bが得られる。これに対して、曲線C31はフォーカス値Fに関して山型に変化しているため、ストークスパラメータS1の値S1bに対応して2つのフォーカス値F1b及びF4bが得られる。このとき、その2つの値F1b及びF4bのうちで、他の曲線C32,C33から求められた値F2b,F3bにより近い方の値F1bを実際のフォーカス値Fであるとして選択する。一例として、そのようにして求められた3つのフォーカス値F1b,F2b,F3bの平均値を当該ショットのフォーカス値F1xとする。このようにしてウェハ10の全部のショットに関してストークスパラメータS1〜S3の値からフォーカス値Fを求める。   In the next step 160, the third calculation unit 60c uses the values of the Stokes parameters S1, S2, and S3 (S1b, S2b, and S3b) for each shot of the wafer 10 obtained in the second apparatus condition B as described above. The focus value F1x of the shot is obtained by applying to the second reference data (curves C31 to C33 in FIG. 9C) stored in 134. As an example, in FIG. 9C, focus values F2b and F3b are obtained by applying values S2b and S3b to curves C32 and C33, respectively. On the other hand, since the curve C31 changes in a mountain shape with respect to the focus value F, two focus values F1b and F4b are obtained corresponding to the value S1b of the Stokes parameter S1. At this time, of the two values F1b and F4b, the value F1b closer to the values F2b and F3b obtained from the other curves C32 and C33 is selected as the actual focus value F. As an example, an average value of the three focus values F1b, F2b, and F3b thus determined is set as the focus value F1x of the shot. In this way, the focus value F is obtained from the values of the Stokes parameters S1 to S3 for all shots of the wafer 10.

そして、第3演算部60cは、ウェハ10のショット毎のフォーカス値Fのベストフォーカス位置Fbeからの差分(誤差)の分布(フォーカス位置の誤差分布)を求め、これを制御部80に出力する。この誤差分布には、各ショットのフォーカス位置が良品範囲EG2内か否かの情報も含まれている。制御部80は、そのショット毎のフォーカス位置の誤差分布を記憶部85に記憶させるとともに表示装置(不図示)に表示する。なお、第3演算部60cは、フォーカス位置の誤差分布を求めることなく、例えば、算出したフォーカス位置を制御部80に出力してもよい。また、制御部80は、フォーカス位置の誤差分布やフォーカス位置を表示装置に表示させなくてもよい。   Then, the third calculation unit 60 c calculates a difference (error) distribution (focus position error distribution) from the best focus position Fbe of the focus value F for each shot of the wafer 10, and outputs this to the control unit 80. This error distribution also includes information on whether or not the focus position of each shot is within the non-defective range EG2. The control unit 80 stores the error distribution of the focus position for each shot in the storage unit 85 and displays it on a display device (not shown). For example, the third calculation unit 60c may output the calculated focus position to the control unit 80 without obtaining the error distribution of the focus position. The control unit 80 may not display the focus position error distribution and the focus position on the display device.

その後、評価装置1の制御部80の制御のもとで、信号出力部90からホストコンピュータ600を介して露光装置100の制御部(不図示)に、ウェハ10のショット毎の露光量の誤差分布(露光量むら)及びフォーカス位置の誤差分布(デフォーカス量の分布)の情報が提供される(ステップ162)。これに応じて露光装置100の制御部(不図示)では、例えばその露光量むら及び/又はデフォーカス量の分布がそれぞれ所定の許容範囲を超えている場合に、露光量及び/又はフォーカス位置を補正するために、例えば走査露光時の照明領域の走査方向の幅の分布の調整、及び/又はウェハ面の高さのオフセットの調整等の補正を行う。これによって、その後の露光時に、露光量の誤差及びデフォーカス量が低減される。その後、ステップ164で露光装置100において、補正された露光条件のもとでウェハが露光される。   After that, under the control of the control unit 80 of the evaluation apparatus 1, the exposure error distribution for each shot of the wafer 10 is transferred from the signal output unit 90 to the control unit (not shown) of the exposure apparatus 100 via the host computer 600. Information on (exposure unevenness) and focus position error distribution (defocus amount distribution) is provided (step 162). In response to this, a control unit (not shown) of the exposure apparatus 100 sets the exposure amount and / or the focus position when, for example, the unevenness of the exposure amount and / or the distribution of the defocus amount exceeds a predetermined allowable range. In order to correct, for example, correction of the width distribution in the scanning direction of the illumination area at the time of scanning exposure and / or adjustment of the offset of the height of the wafer surface is performed. This reduces the exposure error and the defocus amount during the subsequent exposure. Thereafter, in step 164, the exposure apparatus 100 exposes the wafer under the corrected exposure conditions.

この実施形態によれば、実際に製品となるデバイス用のパターンが形成されたウェハ10を用いて2つの装置条件のもとでストークスパラメータを検出し、2つの装置条件毎に予め図5の条件出し工程で求めてある第1及び第2の参照データに、その検出されたストークスパラメータの値を当てはめることによって、そのパターンの形成時に使用された露光装置100の露光条件中の露光量及びフォーカス位置を求めることができる。この際に、第1の装置条件Aでは、ストークスパラメータS1〜S3のフォーカス位置に対する感度が低いため、第1の装置条件Aのもとで検出されたストークスパラメータS1〜S3の値を用いることによって、ウェハ10を露光したときのフォーカス位置が適正値に対してずれていたとしても、そのフォーカス位置に実質的に影響されることなく、露光量を高精度に求めることができる。   According to this embodiment, the Stokes parameter is detected under two apparatus conditions using the wafer 10 on which a pattern for a device that is actually a product is formed, and the conditions shown in FIG. By applying the detected Stokes parameter value to the first and second reference data obtained in the extraction step, the exposure amount and the focus position in the exposure condition of the exposure apparatus 100 used at the time of forming the pattern Can be requested. At this time, since the sensitivity to the focus position of the Stokes parameters S1 to S3 is low in the first device condition A, the values of the Stokes parameters S1 to S3 detected under the first device condition A are used. Even if the focus position when the wafer 10 is exposed deviates from an appropriate value, the exposure amount can be obtained with high accuracy without being substantially affected by the focus position.

また、第2の装置条件Bでは、ストークスパラメータS1〜S3の露光量に対する感度が低いため、第2の装置条件Bのもとで検出されたストークスパラメータS1〜S3の値を用いることによって、ウェハ10を露光したときの露光量が適正値に対してずれていたとしても、その露光量に実質的に影響されることなく、フォーカス位置を高精度に求めることができる。   Further, in the second apparatus condition B, since the sensitivity to the exposure amount of the Stokes parameters S1 to S3 is low, by using the values of the Stokes parameters S1 to S3 detected under the second apparatus condition B, the wafer is used. Even if the exposure amount at the time of exposing 10 deviates from an appropriate value, the focus position can be obtained with high accuracy without being substantially affected by the exposure amount.

言い換えれば、各装置条件において、露光量及びフォーカス位置の変化に対するストークスパラメータの変化の割合(感度)が互いに異なるとともに、その2つの装置条件間でも、露光量及びフォーカス位置の変化に対するストークスパラメータの変化の割合(感度)が互いに異なることを利用して、その露光量及びフォーカス位置を個別に高精度に評価又は検査できる。従って、この評価結果に基づいて、露光装置100における露光条件を補正することによって、その後のウェハに対する露光条件をより適正範囲に近づけることができ、デバイスを高精度に、高い歩留まりで製造できる。   In other words, the ratio (sensitivity) of the change in the Stokes parameter with respect to the change in the exposure amount and the focus position is different in each apparatus condition, and the change in the Stokes parameter with respect to the change in the exposure amount and the focus position is also between the two apparatus conditions. By utilizing the fact that the ratios (sensitivities) of each other are different from each other, the exposure amount and the focus position can be individually evaluated and inspected with high accuracy. Therefore, by correcting the exposure conditions in the exposure apparatus 100 based on this evaluation result, the exposure conditions for subsequent wafers can be brought closer to an appropriate range, and the device can be manufactured with high accuracy and high yield.

上述のように、本実施形態の評価方向及び評価装置1は、加工条件の一例としての所定の露光条件(露光量、フォーカス位置等)でウェハ10に形成されたパターンの露光条件を評価する方法及び装置である。そして、その評価方法は、評価対象パターンの一例としての繰り返しパターン12が形成された評価対象基板の一例としてのウェハ10の表面(ウェハ面)に直線偏光の照明光ILI(偏光光)を照射するステップ112Aと、照明光ILIの照射によりウェハ面から射出した回折光ILDを受光し、受光された回折光ILDのストークスパラメータS1〜S3(偏光状態を規定する量)を検出するステップ112A,118Aと、その検出されたストークスパラメータS1〜S3に基づいて、繰り返しパターン12を形成した際の露光条件を評価するステップ158,160と、を有する。   As described above, the evaluation direction and the evaluation apparatus 1 of the present embodiment evaluates the exposure conditions of the pattern formed on the wafer 10 under predetermined exposure conditions (exposure amount, focus position, etc.) as an example of processing conditions. And a device. Then, the evaluation method irradiates linearly polarized illumination light ILI (polarized light) onto the surface (wafer surface) of the wafer 10 as an example of the evaluation target substrate on which the repetitive pattern 12 as an example of the evaluation target pattern is formed. Step 112A, Steps 112A and 118A for receiving the diffracted light ILD emitted from the wafer surface by irradiation of the illumination light ILI and detecting the Stokes parameters S1 to S3 (the amount defining the polarization state) of the received diffracted light ILD; And 158 and 160 for evaluating the exposure conditions when the repeated pattern 12 is formed based on the detected Stokes parameters S1 to S3.

また、評価装置1は、繰り返しパターン12が形成されたウェハ10の表面に直線偏光の照明光ILIを照射する照明系20(照明部)と、照明光ILIの照射によりウェハ面から射出した回折光ILDを受光し、回折光ILDのストークスパラメータS1〜S3を検出する撮像装置35及び画像処理部40(検出部)と、その検出された回折光ILDのストークスパラメータS1〜S3に基づいて、繰り返しパターン12を形成した際の露光条件を評価する演算部50(評価部)と、を備えている。   The evaluation apparatus 1 also includes an illumination system 20 (illumination unit) that irradiates the surface of the wafer 10 on which the repeated pattern 12 is formed with linearly polarized illumination light ILI, and diffracted light emitted from the wafer surface by the illumination light ILI. Based on the imaging device 35 and the image processing unit 40 (detection unit) that receive the ILD and detect the Stokes parameters S1 to S3 of the diffracted light ILD, and the repetitive pattern based on the detected Stokes parameters S1 to S3 of the diffracted light ILD And an operation unit 50 (evaluation unit) that evaluates the exposure conditions when forming 12.

本実施形態によれば、所定の露光条件のもとでの露光により設けられた実際に製品となるデバイス用の繰り返しパターン12を有するウェハ10を用いてストークスパラメータS1〜S3を検出し、予め求めてある上述の第1及び第2の参照データ(図8(c)の曲線B31〜B33及び図9(c)の曲線C31〜C33)にその検出されたストークスパラメータS1〜S4の値を当てはめることによって、繰り返しパターン12を形成したときの露光装置100における露光条件を求めている。この際に、露光条件の変化に対してストークスパラメータS1〜S3の値の変化が大きい装置条件(評価条件)、すなわちストークスパラメータの感度が高い装置条件でストークスパラメータを検出することができるため、繰り返しパターン12が形成されたウェハ10を用いて、繰り返しパターン12を形成したときの露光条件を高精度に、かつ効率的に評価できる。   According to the present embodiment, the Stokes parameters S1 to S3 are detected and determined in advance using the wafer 10 having the repetitive pattern 12 for a device that is actually a product provided by exposure under predetermined exposure conditions. The detected Stokes parameters S1 to S4 are applied to the first and second reference data (curves B31 to B33 in FIG. 8C and curves C31 to C33 in FIG. 9C). Thus, the exposure conditions in the exposure apparatus 100 when the repeated pattern 12 is formed are obtained. At this time, since the Stokes parameters can be detected under the apparatus conditions (evaluation conditions) in which the change in the values of the Stokes parameters S1 to S3 is large with respect to the change in the exposure conditions, that is, the apparatus conditions in which the sensitivity of the Stokes parameters is high, it is repeated. Using the wafer 10 on which the pattern 12 is formed, the exposure conditions when the repeated pattern 12 is formed can be evaluated with high accuracy and efficiency.

また、本実施形態では、ウェハ10からの回折光ILDを検出し、回折光ILDのストークスパラメータを求めているため、繰り返しパターン12が、露光条件の変化に応じて形状が大きく変化する部分(ホールパターン群12b)のX方向(周期方向)の幅に対して、露光条件が変化してもほとんど形状が変化しない部分(複数のホールパターン群12bの間の平坦部)のX方向の幅が広いようなパターンであっても、露光条件の変化に対してストークスパラメータの変化が大きくなる。このため、繰り返しパターン12を形成したときの露光条件を高精度に評価できる。   Further, in this embodiment, since the diffracted light ILD from the wafer 10 is detected and the Stokes parameter of the diffracted light ILD is obtained, the repeated pattern 12 has a portion (hole) whose shape changes greatly according to changes in exposure conditions. The width in the X direction of the portion (flat portion between the plurality of hole pattern groups 12b) whose shape hardly changes even when the exposure condition changes is larger than the width in the X direction (periodic direction) of the pattern group 12b). Even with such a pattern, the Stokes parameter changes greatly with respect to changes in exposure conditions. For this reason, the exposure conditions when the repeated pattern 12 is formed can be evaluated with high accuracy.

また、従来の露光条件としてのフォーカス位置の評価方法のうち、レジストパターンの横ずれ量を計測する方法では、計測効率を高めにくいとともに、主光線が傾斜した照明光でマスクの評価用のパターンを照明する必要があり、実際のデバイス用のパターンを用いて露光を行う際のフォーカス位置を高精度に計測することが困難であった。これに対して、本実施形態によれば、実際のデバイス用のパターンを用いることができ、形成されたレジストパターンの形状を計測する必要がないため、実際のデバイス用のパターンを形成する工程において、露光条件を効率的に、かつ高精度に求めることができる。   Of the conventional methods for evaluating the focus position as the exposure condition, the method of measuring the lateral shift amount of the resist pattern is difficult to increase the measurement efficiency and illuminates the mask evaluation pattern with illumination light whose chief ray is inclined. Therefore, it has been difficult to accurately measure the focus position when performing exposure using an actual device pattern. On the other hand, according to the present embodiment, an actual device pattern can be used, and it is not necessary to measure the shape of the formed resist pattern. Therefore, in the process of forming the actual device pattern The exposure conditions can be obtained efficiently and with high accuracy.

また、本実施形態において、演算部50は、ウェハ10の表面に繰り返しパターン12を形成した際の露光条件を評価するための第1及び第2の装置条件(第1及び第2の評価条件)を、露光条件(例えば露光量及びフォーカ位置)の既知の組み合わせで繰り返しパターン12が形成された条件振りウェハ10aの表面からの回折光のストークスパラメータS1〜S3に基づいて求めている(ステップ104〜136)。これによって、ウェハ10の評価時には、その求められた装置条件又は評価条件を用いてストークスパラメータを求めるだけでよいため、ウェハ10の評価を効率的に行うことができる。   Further, in the present embodiment, the calculation unit 50 has first and second apparatus conditions (first and second evaluation conditions) for evaluating exposure conditions when the repeated pattern 12 is formed on the surface of the wafer 10. Is obtained based on the Stokes parameters S1 to S3 of the diffracted light from the surface of the conditionally adjusted wafer 10a on which the repetitive pattern 12 is formed with a known combination of exposure conditions (for example, exposure amount and focus position) (steps 104 to 104). 136). As a result, when the wafer 10 is evaluated, the Stokes parameters need only be obtained using the obtained apparatus conditions or evaluation conditions, so that the wafer 10 can be evaluated efficiently.

また、本実施形態において、回折光の偏光を規定する量を利用してパターンの加工条件(露光条件)を評価するため、例えば正反射光の偏光を規定する量を利用する場合よりも、回折次数などの条件を装置条件として、より多くの装置条件を選択できる。したがって、条件出しにおいて、各加工条件(露光条件)に対して感度の高い装置条件、及び参照データを求めることができ、より高精度に加工条件(露光条件)を評価することができる。   Further, in this embodiment, since the pattern processing condition (exposure condition) is evaluated using the amount that defines the polarization of the diffracted light, for example, it is diffracted more than when the amount that defines the polarization of the regular reflection light is used. More device conditions can be selected using the conditions such as the order as the device conditions. Therefore, in determining the conditions, it is possible to obtain a highly sensitive apparatus condition and reference data for each processing condition (exposure condition), and to evaluate the processing condition (exposure condition) with higher accuracy.

また、本実施形態のデバイス製造システムDMSは、露光システムを含み、この露光システムは、ウェハ10(基板)の表面にパターンを形成する加工装置としての露光装置100と、本実施形態の評価装置1と、を備え、評価装置1の評価結果に応じて露光装置100の露光条件を調整している。この露光システムによれば、実際にデバイス製造のために使用されるウェハを用いて、ウェハの表面に目標とする形状のパターンが形成されるように、効率的に、かつ高精度に露光装置100における露光条件を調整できる。   The device manufacturing system DMS of the present embodiment includes an exposure system. The exposure system includes an exposure apparatus 100 as a processing apparatus that forms a pattern on the surface of the wafer 10 (substrate), and the evaluation apparatus 1 of the present embodiment. And the exposure conditions of the exposure apparatus 100 are adjusted according to the evaluation result of the evaluation apparatus 1. According to this exposure system, the exposure apparatus 100 can be efficiently and highly accurately used so that a pattern having a target shape is formed on the surface of the wafer using a wafer that is actually used for device manufacture. The exposure conditions in can be adjusted.

なお、上記の実施形態では、以下のような変形が可能である。
まず、上記の実施形態では、第1及び第2の参照データ(図8(c)の曲線B31〜B33及び図9(c)の曲線C31〜C33)を評価装置1の演算部50で求めているが、その参照データを評価装置1とは別の演算装置としての例えばホストコンピュータ600で求めてもよい。この場合、ホストコンピュータ600からその参照データを評価装置1の演算部50の制御部80に供給し、制御部80ではその参照データを記憶部85に記憶しておく。そして、図6に示すように露光条件を求める際には、その記憶部85に記憶した参照データを使用すればよい。
In the above embodiment, the following modifications are possible.
First, in the above embodiment, the first and second reference data (curves B31 to B33 in FIG. 8C and curves C31 to C33 in FIG. 9C) are obtained by the calculation unit 50 of the evaluation device 1. However, the reference data may be obtained by, for example, the host computer 600 as an arithmetic device different from the evaluation device 1. In this case, the reference data is supplied from the host computer 600 to the control unit 80 of the calculation unit 50 of the evaluation apparatus 1, and the control unit 80 stores the reference data in the storage unit 85. Then, as shown in FIG. 6, when obtaining the exposure conditions, the reference data stored in the storage unit 85 may be used.

また、上記の実施形態では、評価対象のパターンは複数のホールパターン12aよりなるパターンであるが、評価対象のパターンは、例えば所定方向を長手方向とする複数のラインパターンをその所定方向と直交する方向に周期的に配列したライン・アンド・スペースパターンでもよい。そのラインパターンの線幅とスペース部の幅との比は任意であり、例えばほぼ1:1であってもよい。   Moreover, in said embodiment, although the pattern of evaluation object is a pattern which consists of several hole pattern 12a, the pattern of evaluation object is orthogonal to the predetermined direction, for example with the several line pattern which makes a predetermined direction a longitudinal direction. A line and space pattern periodically arranged in the direction may be used. The ratio between the line width of the line pattern and the width of the space portion is arbitrary, and may be approximately 1: 1, for example.

また、上記の実施形態では、照明光の入射角θ1(回折角θ2)は、不図示の駆動機構を介して導光ファイバ24の射出部の位置並びに照明側凹面鏡25の位置及び角度を制御すること、及び第2の駆動部を介してウェハ10のチルト角φ2を制御することで調整している。この調整方法の他に、受光系30で検出する回折光ILDの回折角θ2は、受光側凹面鏡31をチルト軸TAを中心に傾動させつつ、撮像装置35の位置及び角度を制御することによって調整してもよい。   Moreover, in said embodiment, incident angle (theta) 1 (diffraction angle (theta) 2) of illumination light controls the position of the injection | emission part of the light guide fiber 24, and the position and angle of the illumination side concave mirror 25 via a drive mechanism not shown. And adjusting the tilt angle φ2 of the wafer 10 through the second driving unit. In addition to this adjustment method, the diffraction angle θ2 of the diffracted light ILD detected by the light receiving system 30 is adjusted by controlling the position and angle of the imaging device 35 while tilting the light receiving concave mirror 31 about the tilt axis TA. May be.

また、上記の実施形態では、ストークスパラメータS1〜S3を用いて露光条件を評価している。しかしながら、ストークスパラメータS0〜S3のうちの少なくとも一つのストークスパラメータを用いて露光条件を評価してもよい。また、露光条件のうちの露光量及びフォーカス位置を評価する際に互いに異なるストークスパラメータを使用してもよい。   In the above embodiment, the exposure conditions are evaluated using the Stokes parameters S1 to S3. However, the exposure condition may be evaluated using at least one of the Stokes parameters S0 to S3. Further, different Stokes parameters may be used when evaluating the exposure amount and the focus position in the exposure conditions.

また、上記の実施形態では、露光条件のうちの露光量及びフォーカス位置の両方を評価しているが、露光量及びフォーカス位置の少なくとも一方を評価するだけでもよい。露光量のみを求める場合には、図6のステップ158において第1の装置条件Aで求めたストークスパラメータの値から露光量を求めればよい。また、フォーカス位置のみを求める場合には、図6のステップ158を実行することなく、ステップ160において、第2の装置条件Bで求めたストークスパラメータの値からフォーカス位置を求めればよい。   In the above embodiment, both the exposure amount and the focus position in the exposure conditions are evaluated. However, at least one of the exposure amount and the focus position may be evaluated. When only the exposure amount is obtained, the exposure amount may be obtained from the value of the Stokes parameter obtained under the first apparatus condition A in step 158 of FIG. When only the focus position is obtained, the focus position may be obtained from the value of the Stokes parameter obtained in the second apparatus condition B in step 160 without executing step 158 in FIG.

また、上記の実施形態では、露光条件として露光量及びフォーカス位置を評価しているが、露光条件として、露光装置100における露光光の波長、照明条件(例えばコヒーレンスファクタ(σ値)、投影光学系の開口数、又は液浸露光時の液体の温度等を評価するために上記の実施形態の評価を使用してもよい。
また、上記の実施形態では、加工条件として露光条件を評価しているが、加工条件として、露光条件とともに、又は露光条件とは別に、加工条件としてのコータ・デベロッパ200における膜厚条件を評価してもよい。その膜厚条件とは、ウェハに塗布されるレジストの膜厚の設定値及びその膜厚のばらつき等を含む。
In the above embodiment, the exposure amount and the focus position are evaluated as the exposure conditions. As the exposure conditions, the exposure light wavelength, the illumination conditions (for example, the coherence factor (σ value), and the projection optical system in the exposure apparatus 100 are evaluated. In order to evaluate the numerical aperture of the liquid or the temperature of the liquid during the immersion exposure, the evaluation of the above embodiment may be used.
In the above embodiment, the exposure condition is evaluated as the processing condition. However, the film thickness condition in the coater / developer 200 as the processing condition is evaluated together with the exposure condition or separately from the exposure condition. May be. The film thickness condition includes a set value of the film thickness of the resist applied to the wafer, variations in the film thickness, and the like.

評価装置1を用いてその膜厚条件を評価する場合には、一例として、図5の条件出しに対応する工程で、コータ・デベロッパ200によって異なる膜厚でレジストが塗布された複数枚のウェハを用意し、これらのウェハの各ショットを露光装置100で露光した後、それらのウェハを現像して繰り返しパターン12を形成する。その後、複数の装置条件のもとで、それらのウェハからの回折光のストークスパラメータを検出し、レジストの膜厚の変化に対してストークスパラメータS1〜S3のうちの少なくとも一つのストークスパラメータの値が大きくなる装置条件を求め、このストークスパラメータと膜厚との関係を示す参照データを求める。この後は、図6の評価方法に対応する工程で、その装置条件のもとで検出したストークスパラメータをその参照データに当てはめることで、繰り返しパターン12が形成されたウェハ10のレジストの膜厚の平均値及びショット毎のばらつきを求めることができる。   When evaluating the film thickness conditions using the evaluation apparatus 1, as an example, a plurality of wafers coated with resists with different film thicknesses by the coater / developer 200 in the process corresponding to the condition determination of FIG. After preparing and exposing each shot of these wafers with the exposure apparatus 100, those wafers are developed and the pattern 12 is formed repeatedly. Thereafter, the Stokes parameters of the diffracted light from the wafers are detected under a plurality of apparatus conditions, and the value of at least one Stokes parameter among the Stokes parameters S1 to S3 is detected with respect to the change in the resist film thickness. The apparatus condition to be increased is obtained, and reference data indicating the relationship between the Stokes parameter and the film thickness is obtained. Thereafter, in the process corresponding to the evaluation method of FIG. 6, the Stokes parameters detected under the apparatus conditions are applied to the reference data, so that the resist film thickness of the wafer 10 on which the repetitive pattern 12 is formed is determined. The average value and the variation for each shot can be obtained.

さらに、その異なる膜厚の複数枚のウェハをそれぞれ上述のFEMウェハとすることで、膜厚条件及び露光条件を評価することもできる。
また、露光装置で露光される基板において、レジストの下地として、酸化膜又は導電膜等が形成されている場合、レジストの現像後のエッチング等の工程によって酸化膜又は導電膜等のパターンが形成される。このパターンを高精度に形成するためには、その酸化膜又は導電膜等の膜厚条件も評価することが好ましい。この場合、その酸化膜又は導電膜等のパターンが形成されたウェハを図1(a)のステージ5に載置し、そのウェハからの回折光のストークスパラメータを求めることによって、上述のレジストの膜厚を評価した場合と同様にその酸化膜又は導電膜等の膜厚条件も評価することができる。
Furthermore, film thickness conditions and exposure conditions can also be evaluated by using a plurality of wafers having different film thicknesses as the above-described FEM wafers.
In addition, when an oxide film or a conductive film is formed as a resist base in the substrate exposed by the exposure apparatus, a pattern such as an oxide film or a conductive film is formed by a process such as etching after developing the resist. The In order to form this pattern with high accuracy, it is preferable to evaluate the film thickness conditions of the oxide film or the conductive film. In this case, the above-described resist film is obtained by placing the wafer on which the pattern of the oxide film or conductive film is formed on the stage 5 in FIG. 1A and obtaining the Stokes parameter of the diffracted light from the wafer. Similarly to the case where the thickness is evaluated, the film thickness condition of the oxide film or the conductive film can also be evaluated.

また、上記の実施形態では、2つの装置条件(評価条件)のもとでウェハの評価を行っているが、少なくとも一つの装置条件(評価条件)のもとでウェハの評価を行ってもよい。さらに、3つ以上の装置条件(評価条件)のもとでウェハの評価を行ってもよい。
また、上記の実施形態では、求められたストークスパラメータの値を参照データに当てはめて露光条件等を求めているが、図5の条件出し工程に対応する工程おいて、ある装置条件のもとで、例えばストークスパラメータS1〜S3(又はこれらのうちの2つ)から評価対象の複数の加工条件を算出するための連立方程式を求めてもよい。この場合、図6の評価工程に対応する工程では、その装置条件のもとで検出されるストークスパラメータS1〜S3等の値をその連立方程式に代入するのみで評価対象の加工条件の値を求めることができる。
In the above embodiment, the wafer is evaluated under two apparatus conditions (evaluation conditions). However, the wafer may be evaluated under at least one apparatus condition (evaluation conditions). . Further, the wafer may be evaluated under three or more apparatus conditions (evaluation conditions).
In the above embodiment, the obtained Stokes parameter value is applied to the reference data to obtain the exposure conditions and the like. However, in a process corresponding to the condition determination process in FIG. For example, simultaneous equations for calculating a plurality of machining conditions to be evaluated may be obtained from the Stokes parameters S1 to S3 (or two of them). In this case, in the process corresponding to the evaluation process of FIG. 6, the value of the machining condition to be evaluated is obtained simply by substituting the values of Stokes parameters S1 to S3 and the like detected under the apparatus conditions into the simultaneous equations. be able to.

また、上記の第1、第2の装置条件に含まれる波長λ、入射角θ1、偏光子26の回転角はあくまでも一例であり、装置条件には評価装置1で変化させることができる他の任意の条件を含めることができる。例えば、検光子32の回転角がクロスニコル状態を中心として例えば任意の角度(例えば、5°程度)の間隔で複数の角度に設定される条件、検出する回折光の次数m、及びステージ5の回転角(照明光ILIの入射方向A2に対するウェハ10の繰り返しパターン12の周期方向A1の角度(ウェハ10の方位))等を装置条件に含めることができる。   Further, the wavelength λ, the incident angle θ1, and the rotation angle of the polarizer 26 included in the first and second apparatus conditions are merely examples, and the apparatus conditions include other arbitrary values that can be changed by the evaluation apparatus 1. Conditions can be included. For example, the condition that the rotation angle of the analyzer 32 is set to a plurality of angles at intervals of, for example, an arbitrary angle (for example, about 5 °) around the crossed Nicol state, the order m of the diffracted light to be detected, and the stage 5 A rotation angle (an angle in the periodic direction A1 of the repetitive pattern 12 of the wafer 10 with respect to the incident direction A2 of the illumination light ILI (an orientation of the wafer 10)) or the like can be included in the apparatus conditions.

また、ステップ118において、条件振りウェハ10aのスクライブライン領域SL(デバイスのダイシング工程でチップ同士を切り分ける際の境界となる領域)を除いた全部のショットSAn(図7(b)参照)内に対応する画素のストークスパラメータを算出し、算出結果を平均化してショット平均値を求めてもよい。このようにショット平均値を算出するのは、露光装置100の投影光学系の収差の影響等を抑制するためである。なお、その収差の影響等をさらに抑制するために、例えば図7(b)のショットSAnの中央部の部分領域CAn内に対応する画素のストークスパラメータを平均化した値を算出してもよい。   Further, in step 118, all shots SAn (see FIG. 7B) except for the scribe line region SL of the condition-controlled wafer 10a (region that becomes a boundary when chips are separated in the device dicing process) are supported. The Stokes parameters of the pixels to be calculated may be calculated, and the calculation results may be averaged to obtain the shot average value. The reason why the shot average value is calculated in this way is to suppress the influence of the aberration of the projection optical system of the exposure apparatus 100 and the like. In order to further suppress the influence of the aberration or the like, for example, a value obtained by averaging the Stokes parameters of the corresponding pixels in the partial area CAn in the central portion of the shot SAn in FIG.

ただし、予め投影光学系の収差の影響(デジタル画像に与える誤差分布)を求めておき、デジタル画像の段階でその収差の影響を補正することも可能である。この場合には、ショット平均値の代わりに、ショットSAn内のI個(Iは例えば数10の整数)の長方形等の設定領域16(図7(c)参照)毎に平均値を算出し、例えばショットSAn内で同じ位置にある設定領域16の平均値を用いてこれ以降の処理を行うようにしてもよい。設定領域16の配列は、例えば走査方向に8行で非走査方向に6列であるが、その大きさ及び配列は任意である。   However, the influence of the aberration of the projection optical system (error distribution given to the digital image) can be obtained in advance, and the influence of the aberration can be corrected at the stage of the digital image. In this case, instead of the shot average value, the average value is calculated for each setting region 16 (see FIG. 7C) such as a rectangle of I (I is an integer of several tens) within the shot SAn. For example, the subsequent processing may be performed using the average value of the setting area 16 at the same position in the shot SAn. The arrangement of the setting areas 16 is, for example, 8 rows in the scanning direction and 6 columns in the non-scanning direction, but the size and arrangement are arbitrary.

さらに、ウェハ10の評価を行う場合にも、ウェハの全部のショット内の全部の設定領域16に関してストークスパラメータの平均値を検出し、設定領域16単位で露光条件等を評価してもよい。
また、図6のステップ162において、ウェハ10の全面の露光量の誤差分布(ドーズむら)、及びフォーカス位置の誤差分布(デフォーカス量の分布)の情報は、信号出力部90からホストコンピュータ600を介することなく直接に露光装置100の制御部(不図示)に出力されてもよい。
Further, when the wafer 10 is evaluated, the average value of the Stokes parameters may be detected for all the setting areas 16 in all shots of the wafer, and the exposure conditions and the like may be evaluated for each setting area 16.
Further, in step 162 in FIG. 6, information on the error distribution (dose unevenness) of the exposure amount on the entire surface of the wafer 10 and the error distribution (defocus amount distribution) of the focus position is obtained from the signal output unit 90 from the host computer 600. It may be output directly to a control unit (not shown) of the exposure apparatus 100 without going through.

また、上述の実施形態では、ストークスパラメータから求めた露光量D及びフォーカス位置Fから、これらの量が良品範囲か否かを評価している。これに対して、例えばある装置条件でストークスパラメータS1,S2を得て、これらの値から露光量Dを評価する場合に、ストークスパラメータS1,S2の二次元的な分布の中で、良品範囲を設定し、この二次元的な分布を露光量の良否判定のための参照データとしてもよい。この場合、パラメータS1,S2の値を(S1,S2)で表し、良品範囲を近似的に次のような中心座標が(sa,sb)で半径がsrの円の内部としてもよい。計測されるパラメータの値(S1,S2)を式(5)の左辺の演算式に代入して得られる値が式(5)を満たすときに、その計測値は露光量Dが良品範囲内にあることをしていることになる。   In the above-described embodiment, whether or not these amounts are in the non-defective range is evaluated from the exposure amount D and the focus position F obtained from the Stokes parameters. On the other hand, for example, when the Stokes parameters S1 and S2 are obtained under a certain apparatus condition and the exposure amount D is evaluated from these values, the non-defective range is determined in the two-dimensional distribution of the Stokes parameters S1 and S2. It is possible to set this two-dimensional distribution as reference data for determining the quality of the exposure amount. In this case, the values of the parameters S1 and S2 may be represented by (S1, S2), and the non-defective product range may be approximately inside a circle having the following center coordinates (sa, sb) and radius sr. When the value obtained by substituting the measured parameter values (S1, S2) into the arithmetic expression on the left side of Equation (5) satisfies Equation (5), the measured value is such that the exposure amount D is within the non-defective range. You are doing something.

(S2−sa)2+(S3−sb)2≦sr2 …(5)
同様に、フォーカス位置に関しても、ストークスパラメータS1,S2(又はS2,S3等)の二次元的な分布の中で、良品範囲等を設定してもよい。
また、上述の実施形態では、3つのストークスパラメータS1〜S3の値を参照データに当てはめて露光量及びフォーカス位置を求めている。この他に、評価装置1においてある装置条件(評価条件)のもとで得られるストークスパラメータS1,S2,S3の値の組をポアンカレ球上で表現してもよい。この場合、一例として、ポアンカレ球上のある点(例えば図5の条件出し工程に対応する工程で設定される点)からその3つのストークスパラメータS1,S2,S3の値の組で定まる点までの距離から露光量又はフォーカス位置等を求めることが可能となる。
(S2-sa) 2 + (S3-sb) 2 ≦ sr 2 (5)
Similarly, regarding the focus position, a non-defective range or the like may be set in a two-dimensional distribution of Stokes parameters S1, S2 (or S2, S3, etc.).
In the above-described embodiment, the exposure amount and the focus position are obtained by applying the values of the three Stokes parameters S1 to S3 to the reference data. In addition, a set of values of the Stokes parameters S1, S2, and S3 obtained under a certain apparatus condition (evaluation condition) in the evaluation apparatus 1 may be expressed on the Poincare sphere. In this case, as an example, from a certain point on the Poincare sphere (for example, a point set in a step corresponding to the condition setting step in FIG. 5) to a point determined by a set of values of the three Stokes parameters S1, S2, and S3. An exposure amount or a focus position can be obtained from the distance.

また、上述の実施形態では、図5における条件出しにおいて、露光装置100の露光により繰り返しパターンが形成された条件振りウェハ10aを用いて参照データ(図8(c)の曲線B31〜B33及び図9(c)の曲線C31〜C33)を求め、この参照データを使用して、図6の評価時に、条件出しで利用した露光装置100の露光条件(露光量及びフォーカス位置)を求めた。しかしながら、図6の評価時に、その参照データ(図8(c)の曲線B31〜B33及び図9(c)の曲線C31〜C33)を用いて、露光装置100とは異なる露光装置(不図示)の露光条件を求めてもよい。この場合、露光装置100とは異なる露光装置でパターンが形成されたウェハを上述の図6におけるステップ158〜160のように評価して、ステップ162のように露光装置を補正してもよい。また、露光装置100でパターンが形成されたウェハを上述の図6におけるステップ158〜160のように評価して、その評価結果からステップ162で、露光装置100とは異なる露光装置を補正してもよい。   In the above-described embodiment, the reference data (the curves B31 to B33 in FIG. 8C and the curves B31 to B33 in FIG. 8C) are used by using the conditioned wafer 10a on which the repeated pattern is formed by exposure of the exposure apparatus 100 in the condition setting in FIG. Curves C31 to C33) of (c) were obtained, and using this reference data, the exposure conditions (exposure amount and focus position) of the exposure apparatus 100 used for determining the conditions were obtained during the evaluation of FIG. However, at the time of evaluation in FIG. 6, an exposure apparatus (not shown) different from the exposure apparatus 100 using the reference data (curves B31 to B33 in FIG. 8C and curves C31 to C33 in FIG. 9C). The exposure conditions may be obtained. In this case, a wafer on which a pattern is formed by an exposure apparatus different from the exposure apparatus 100 may be evaluated as in steps 158 to 160 in FIG. 6 and the exposure apparatus may be corrected as in step 162. Further, the wafer on which the pattern is formed by the exposure apparatus 100 is evaluated as in steps 158 to 160 in FIG. 6 described above, and the exposure apparatus different from the exposure apparatus 100 is corrected in step 162 from the evaluation result. Good.

また、検査部60は、露光条件(加工条件)を求めるだけでなく、求めた露光条件の良否判定を行ってもよい。この場合、信号出力部90は、良否判定結果に基づいて露光条件が適切ではない旨の警告を露光装置100やホストコンピュータ600に提供してもよい。この良否判定は、例えば、求めた露光条件と所定の閾値とを比較することによって行ってもよい。
また、評価装置1の条件出しで求めた装置条件及び参照データの少なくとも一方を、評価装置1の他の号機で使用して、当該号機で実際のデバイス製造工程でウェハ面に形成された繰り返しパターンの加工条件を評価してもよい。なお、上述の第1の実施形態の変形例は以下の第2の実施形態にも適用できる。
Further, the inspection unit 60 may not only determine the exposure conditions (processing conditions) but also determine the quality of the determined exposure conditions. In this case, the signal output unit 90 may provide a warning to the exposure apparatus 100 or the host computer 600 that the exposure conditions are not appropriate based on the quality determination result. This pass / fail judgment may be performed, for example, by comparing the obtained exposure condition with a predetermined threshold value.
Further, at least one of the apparatus conditions and the reference data obtained by determining the conditions of the evaluation apparatus 1 is used in another machine of the evaluation apparatus 1, and the repetitive pattern formed on the wafer surface in the actual device manufacturing process with the machine. The processing conditions may be evaluated. The modification of the first embodiment described above can also be applied to the second embodiment described below.

[第2の実施形態]
第2の実施形態につき図12(a)〜(f)を参照して説明する。本実施形態においても、図1(b)のデバイス製造システムDMSを使用し、加工条件を評価するために図1(a)の評価装置1を使用する。また、本実施形態では、いわゆるスペーサ・ダブルパターニング法(又はサイドウォール・ダブルパターニング法)で微細周期の繰り返しパターンが形成されたウェハの加工条件を評価する。
[Second Embodiment]
A second embodiment will be described with reference to FIGS. Also in this embodiment, the device manufacturing system DMS in FIG. 1B is used, and the evaluation apparatus 1 in FIG. 1A is used to evaluate the processing conditions. In the present embodiment, the processing conditions of a wafer on which a repetitive pattern with a fine period is formed by a so-called spacer double patterning method (or sidewall double patterning method) are evaluated.

スペーサ・ダブルパターニング法では、まず、図12(a)に示すように、ウェハ10dの例えばハードマスク層17の表面に、コータ・デベロッパ200によるレジストの塗布、露光装置100によるパターンの露光、及び現像によって、複数のレジストパターンのライン部3Aを周期Pで配列したライン・アンド・スペースパターンよりなる繰り返しパターン13が形成される。繰り返しパターン13に照明光ILIを照射すると、正反射光ILR及び1次回折光ILDが発生する。この後、図12(b)に示すように、ライン部3Aをスリミングによって線幅が1/2のライン部3Bにし、不図示の薄膜形成装置でライン部3Bを覆うようにスペーサ層18を堆積する。その後、エッチング装置300でウェハ10dのスペーサ層18だけをエッチングした後、エッチング装置300でライン部3Bのみを除去することで、図12(c)に示すように、ハードマスク層17上に線幅がほぼP/4の複数のスペーサ部18Aを周期P/2で配列した繰り返しパターンが形成される。その後、複数のスペーサ部18Aをマスクとしてハードマスク層17をエッチングすることによって、図12(d)に示すように、線幅がほぼP/4のハードマスク部17Aを周期P/2で配列した繰り返しパターン17Bが形成される。この後、一例として、繰り返しパターン17Bをマスクとして、ウェハ10dのデバイス層10daのエッチングを行うことで、極めて微細な周期の繰り返しパターンが形成できる。さらに、上記の工程を繰り返すことによって、周期がP/4の繰り返しパターンを形成することも可能である。   In the spacer double patterning method, first, as shown in FIG. 12A, the surface of the hard mask layer 17 of the wafer 10d is coated with a resist by the coater / developer 200, the pattern is exposed by the exposure apparatus 100, and developed. Thus, a repetitive pattern 13 composed of a line-and-space pattern in which line portions 3A of a plurality of resist patterns are arranged at a period P is formed. When the illumination light ILI is irradiated on the repetitive pattern 13, regular reflection light ILR and first-order diffracted light ILD are generated. Thereafter, as shown in FIG. 12B, the line portion 3A is reduced to a line portion 3B having a line width of 1/2 by slimming, and a spacer layer 18 is deposited so as to cover the line portion 3B with a thin film forming apparatus (not shown). To do. Thereafter, only the spacer layer 18 of the wafer 10d is etched by the etching apparatus 300, and then only the line portion 3B is removed by the etching apparatus 300, whereby the line width is formed on the hard mask layer 17 as shown in FIG. A repetitive pattern is formed in which a plurality of spacer portions 18A of approximately P / 4 are arranged with a period P / 2. Thereafter, by etching the hard mask layer 17 using the plurality of spacer portions 18A as a mask, the hard mask portions 17A having a line width of approximately P / 4 are arranged with a period P / 2 as shown in FIG. A repeated pattern 17B is formed. Thereafter, as an example, by repeating the device layer 10da of the wafer 10d using the repetitive pattern 17B as a mask, a repetitive pattern with a very fine period can be formed. Furthermore, it is also possible to form a repeating pattern with a period of P / 4 by repeating the above steps.

また、評価装置1を用いてウェハ10dを照明光ILIで照明し、ウェハ10dの繰り返しパターン17Bからの回折光ILDを検出する場合、上述のように照明光ILIの波長λは繰り返しパターン17Bの周期(P/2)の2倍より小さい必要がある。ただし、繰り返しパターン17Bがより大きい周期で配列されたパターンブロックが存在する場合に、このパターンブロックからの回折光を検出することも可能である。この場合には、照明光ILIの波長λはより長くすることができる。   When the evaluation apparatus 1 is used to illuminate the wafer 10d with the illumination light ILI and detect the diffracted light ILD from the repetitive pattern 17B of the wafer 10d, the wavelength λ of the illumination light ILI is the period of the repetitive pattern 17B as described above. It is necessary to be smaller than twice (P / 2). However, when there is a pattern block in which the repeated pattern 17B is arranged with a larger period, it is possible to detect diffracted light from this pattern block. In this case, the wavelength λ of the illumination light ILI can be made longer.

さらに、本実施形態では、デバイス製造システムDMSによる繰り返しパターン17Bの加工条件として、薄膜形成装置(不図示)による図12(b)のスペーサ層18の堆積時間ts(薄膜堆積量)、及びエッチング装置300によるスペーサ層18のエッチング時間te(エッチング量)を評価するものとする。
この場合、図5の条件出し工程に対応する工程において、図12(a)〜(d)のスペーサ・ダブルパターニング・プロセスを、例えば5種類の堆積時間ts及び5種類のエッチング時間teを組み合わせた25(=5×5)回のプロセスで実行して、25枚の条件振りウェハ(不図示)の各ショットにそれぞれ繰り返しパターン17Bを形成する。なお、ベスト堆積時間(適正堆積時間)をtsbe、ベストエッチング時間(適正エッチング量)をtebeとする。
Furthermore, in the present embodiment, as processing conditions of the repetitive pattern 17B by the device manufacturing system DMS, the deposition time ts (thin film deposition amount) of the spacer layer 18 in FIG. 12B by the thin film forming apparatus (not shown), and the etching apparatus Assume that the etching time te (etching amount) of the spacer layer 18 by 300 is evaluated.
In this case, in the process corresponding to the condition setting process of FIG. 5, the spacer double patterning process of FIGS. 12A to 12D is combined with, for example, five kinds of deposition times ts and five kinds of etching times te. The process is executed by 25 (= 5 × 5) processes, and a repeated pattern 17B is formed on each shot of 25 conditioned wafers (not shown). It is assumed that the best deposition time (appropriate deposition time) is tsbe and the best etching time (appropriate etching amount) is teve.

作成された複数(ここでは25枚)の条件振りウェハは順次、図1(a)の評価装置1のステージ5上に搬送される。そして、複数の条件振りウェハのそれぞれにおいて、上記の複数の装置条件ε(n−m−j)のもとで直線偏光の照明光ILIを照射し、撮像部35及び画像処理部40が、第1の実施形態と同様に回転位相子法によって、条件振りウェハからの例えば1次の回折光ILDのストークスパラメータS1〜S3を求める。そして、演算部50において、堆積時間tsに対するストークスパラメータS1〜S3の感度が高く、エッチング時間teに対するストークスパラメータS1〜S3の感度が低い第1の装置条件Cを求める。さらに、この第1の装置条件Cのもとで求めたストークスパラメータS1〜S3と堆積時間tsとの関係を示す曲線(不図示)を補間して、図12(e)に示すように、ストークスパラメータS1,S2,S3と堆積時間tsとの関係を示す曲線D11,D12,D13(第1の参照データ)を求める。図12(e)の横軸は、ベスト堆積時間(適正堆積時間)tsbeを中心とするスペーサ層18の堆積時間tsであり、堆積時間tsの良品範囲EG3も示されている。   A plurality of (25 in this case) created conditionally adjusted wafers are sequentially transferred onto the stage 5 of the evaluation apparatus 1 in FIG. Each of the plurality of conditionally adjusted wafers is irradiated with linearly polarized illumination light ILI under the plurality of apparatus conditions ε (n−m−j), and the imaging unit 35 and the image processing unit 40 As in the first embodiment, Stokes parameters S1 to S3 of, for example, the first-order diffracted light ILD from the conditionally adjusted wafer are obtained by the rotational phaser method. Then, the calculation unit 50 obtains a first device condition C in which the sensitivity of the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the deposition time ts is high and the sensitivity of the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the etching time te is low. Furthermore, by interpolating a curve (not shown) indicating the relationship between the Stokes parameters S1 to S3 obtained under the first apparatus condition C and the deposition time ts, as shown in FIG. Curves D11, D12, D13 (first reference data) indicating the relationship between the parameters S1, S2, S3 and the deposition time ts are obtained. The horizontal axis of FIG. 12E is the deposition time ts of the spacer layer 18 centered on the best deposition time (appropriate deposition time) tsbe, and the non-defective range EG3 of the deposition time ts is also shown.

さらに、エッチング時間teに対するストークスパラメータS1〜S3の感度が高く、堆積時間tsに対するストークスパラメータS1〜S3の感度が低い第2の装置条件Dを求める。さらに、この第2の装置条件Dのもとで求めたストークスパラメータS1〜S3と堆積時間tsとの関係を示す曲線(不図示)を補間して、図12(f)に示すように、ストークスパラメータS1,S2,S3とエッチング時間teとの関係を示す曲線D21,D22,D23(第2の参照データ)を求める。図12(f)の横軸は、ベストエッチング時間(適正エッチング量)tebeを中心とするスペーサ層18のエッチング時間teであり、エッチング時間teの良品範囲EG4も示されている。   Further, a second apparatus condition D is obtained in which the sensitivity of the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the etching time te is high and the sensitivity of the Stokes parameters S1 to S3 with respect to the deposition time ts is low. Further, by interpolating a curve (not shown) indicating the relationship between the Stokes parameters S1 to S3 obtained under the second apparatus condition D and the deposition time ts, as shown in FIG. Curves D21, D22, D23 (second reference data) indicating the relationship between the parameters S1, S2, S3 and the etching time te are obtained. The horizontal axis of FIG. 12F is the etching time te of the spacer layer 18 centering on the best etching time (appropriate etching amount) teve, and the non-defective range EG4 of the etching time te is also shown.

その後、図6の評価工程に対応する工程では、実際のデバイス製造用の図12(d)の繰り返しパターン17Bが形成されたウェハ10dを評価装置1のステージ5に載置し、評価装置1の撮像部35及び画像処理部40が、回転位相子法によって第1の装置条件C及び第2の装置条件Dのもとでそれぞれウェハ10dからの1次の回折光ILDのストークスパラメータS1〜S3の値を求める。そして、演算部50において、第1の装置条件Cのもとで求めたストークスパラメータS1〜S3を図12(e)の曲線D11〜D13(第1の参照データ)に当てはめることで、対応する堆積時間ts及びこの誤差分布を求める。同様に、第2の装置条件Dのもとで求めたストークスパラメータS1〜S3を図12(f)の曲線D21〜D23(第2の参照データ)に当てはめることで、対応するエッチング時間te及びこの誤差分布を求める。   Thereafter, in a process corresponding to the evaluation process of FIG. 6, the wafer 10 d on which the repeated pattern 17 </ b> B of FIG. 12D for actual device manufacture is formed is placed on the stage 5 of the evaluation apparatus 1. The imaging unit 35 and the image processing unit 40 are configured to calculate the Stokes parameters S1 to S3 of the first-order diffracted light ILD from the wafer 10d under the first apparatus condition C and the second apparatus condition D, respectively, by the rotational phaser method. Find the value. Then, the Stokes parameters S1 to S3 obtained under the first apparatus condition C are applied to the curves D11 to D13 (first reference data) in FIG. Time ts and this error distribution are obtained. Similarly, by applying the Stokes parameters S1 to S3 obtained under the second apparatus condition D to the curves D21 to D23 (second reference data) in FIG. Find the error distribution.

さらに、制御部80の制御のもとで信号出力部90からホストコンピュータ600を介して薄膜形成装置(不図示)に、ウェハ10の全面のスペーサ層18の堆積時間tsの誤差分布(膜厚むら)の情報が提供される。これに応じてその薄膜形成装置では、例えばその堆積時間等の調整を行う。同様に、信号出力部90からホストコンピュータ600を介してエッチング装置300に、ウェハ10の全面のエッチング時間teの誤差分布(エッチングむら)の情報が提供される。これに応じてエッチング装置300では、例えばエッチング時間等の調整を行う。これによって、その後のスペーサ・ダブルパターニング・プロセスの実行時に周期P/2の繰り返しパターン17Bを高精度に製造できる。   Further, under the control of the control unit 80, an error distribution (uneven film thickness) of the deposition time ts of the spacer layer 18 on the entire surface of the wafer 10 is transmitted from the signal output unit 90 to the thin film forming apparatus (not shown) via the host computer 600. ) Information is provided. In response to this, the thin film forming apparatus adjusts, for example, the deposition time. Similarly, the error output (etching unevenness) information of the etching time te on the entire surface of the wafer 10 is provided from the signal output unit 90 to the etching apparatus 300 via the host computer 600. In response to this, the etching apparatus 300 adjusts the etching time, for example. As a result, the repeated pattern 17B having the period P / 2 can be manufactured with high accuracy during the subsequent spacer double patterning process.

また、ダブルパターニング・プロセスでの加工条件としては、エッチング量及びスペーサの堆積量の外に、例えば露光装置100における露光条件(露光量及びフォーカス位置等)及び/又はコータ・デベロッパ200における膜厚条件(レジストの膜厚の設定値等)を評価するようにしてもよい。
なお、図12(e)及び(f)の参照データもホストコンピュータ600で作成し、作成された参照データを評価装置1の記憶部85に記憶させてもよい。
Further, as processing conditions in the double patterning process, in addition to the etching amount and the spacer deposition amount, for example, exposure conditions (exposure amount, focus position, etc.) in the exposure apparatus 100 and / or film thickness conditions in the coater / developer 200. You may make it evaluate (setting value etc. of the film thickness of a resist).
Note that the reference data of FIGS. 12E and 12F may also be created by the host computer 600, and the created reference data may be stored in the storage unit 85 of the evaluation apparatus 1.

なお、上記の各実施形態では、図1(a)の評価装置1の照明系20は、ウェハ10,10dの表面の全面を直線偏光の照明光ILI(偏光光)で一括して照明し、撮像装置35(検出部)は、ウェハ10,10dの表面の全面の像を撮像する撮像素子35bを有する。このため、ウェハ10,10dの全面の各ショットに形成された繰り返しパターン12,17Bの加工条件を効率的に評価できる。   In each of the above embodiments, the illumination system 20 of the evaluation apparatus 1 in FIG. 1A collectively illuminates the entire surface of the wafers 10 and 10d with linearly polarized illumination light ILI (polarized light), The imaging device 35 (detection unit) includes an imaging element 35b that captures an image of the entire surface of the wafer 10, 10d. For this reason, the processing conditions of the repeated patterns 12 and 17B formed on each shot on the entire surface of the wafers 10 and 10d can be efficiently evaluated.

これに対して、ウェハ10(被検基板)の表面の一部を偏光光で照明する照明系と、ウェハ10の表面の一部の像を撮像する撮像素子と、ウェハ10の表面に平行なX方向及びY方向に移動可能なステージと、を備える評価装置(不図示)を使用してもよい。この変形例の評価装置では、そのステージによって、その照明系からの偏光光がウェハ10の表面の全面に順次照射されるように、ウェハ10が移動される。この変形例では、ウェハ10の表面を複数の部分に分割し、各部分に形成された繰り返しパターン12の加工条件が順次評価されることになる。この変形例の評価装置は小型にできるため、例えば露光装置100内にオン・ボディで組み込むことも可能となる。この場合には、評価装置のステージを露光装置100のウェハステージ(不図示)で兼用することも可能であるため、評価装置の構成をさらに簡素化できる。   On the other hand, an illumination system that illuminates a part of the surface of the wafer 10 (test substrate) with polarized light, an imaging device that captures an image of a part of the surface of the wafer 10, and a surface parallel to the surface of the wafer 10. An evaluation apparatus (not shown) including a stage movable in the X direction and the Y direction may be used. In the evaluation apparatus of this modification, the wafer 10 is moved by the stage so that the entire surface of the wafer 10 is sequentially irradiated with polarized light from the illumination system. In this modification, the surface of the wafer 10 is divided into a plurality of portions, and the processing conditions of the repeated pattern 12 formed in each portion are sequentially evaluated. Since the evaluation apparatus of this modification can be reduced in size, for example, it can be incorporated in the exposure apparatus 100 on-body. In this case, since the stage of the evaluation apparatus can also be used as the wafer stage (not shown) of the exposure apparatus 100, the configuration of the evaluation apparatus can be further simplified.

また、上記の各実施形態では、回転位相子法でストークスパラメータを求めているが、ストークスパラメータは回転検光子法で求めてもよい。回転検光子法では、1/4波長板33を回転する代わりに検光子32を回転しながら複数の画像を撮像し、得られた複数の画像からストークスパラメータS0〜S3が求められる。
また、上記の各実施形態では、ウェハからの光の偏光の状態を規定する量をストークスパラメータで表している。しかしながら、その偏光の状態を規定する量を、いわゆるジョーンズ標記で光学系の偏光特性を表すための2行の複素列ベクトルよりなるジョーンズベクトル(Jones Vector)で表してもよい。ジョーンズ標記は、例えば、参考文献「M.Totzeck, P.Graeupner, T.Heil, A.Goehnermeier, O.Dittmann, D.S.Kraehmer, V.Kamenov and D.G.Flagello: Proc. SPIE 5754, 23(2005)」に記載されているように、光学系の偏光特性を表すための、2行×2列の複素行列(偏光行列)よりなるジョーンズ行列(Jones Matrix)と、当該光学系によって変換される偏光状態を表すためのジョーンズベクトルとで記述される。
In each of the above embodiments, the Stokes parameter is obtained by the rotational phaser method. However, the Stokes parameter may be obtained by the rotational analyzer method. In the rotational analyzer method, instead of rotating the quarter-wave plate 33, a plurality of images are taken while rotating the analyzer 32, and Stokes parameters S0 to S3 are obtained from the obtained plurality of images.
In each of the above embodiments, the amount that defines the polarization state of light from the wafer is represented by a Stokes parameter. However, the quantity that defines the polarization state may be represented by a Jones vector (Jones Vector) composed of two rows of complex column vectors for representing the polarization characteristics of the optical system in the so-called Jones notation. The Jones notation is described, for example, in the reference `` M. Totzeck, P. Graeupner, T. Heil, A. Goehnermeier, O. Dittmann, DSKraehmer, V. Kamenov and DGFlagello: Proc. SPIE 5754, 23 (2005) ''. As shown, a Jones matrix (Jones Matrix) composed of a 2 × 2 complex matrix (polarization matrix) for representing the polarization characteristics of the optical system, and a polarization state converted by the optical system It is described by Jones vector.

また、偏光の状態を規定する条件をストークスパラメータ及びジョーンズベクトルの両方を用いて表してもよい。さらに、偏光の状態を規定する条件をいわゆるミューラ行列で表すこともできる。
また、上記の各実施形態において、露光装置100は液浸露光法を用いるスキャニングステッパーでもよく、ドライ型のスキャニングステッパー又はステッパー等でもよい。さらに、露光装置として、露光光として波長が100nm以下のEUV光(Extreme Ultraviolet Light)を使用するEUV露光装置、又は露光ビームとして電子ビームを用いる電子ビーム露光装置を使用する場合にも上述の実施形態が適用できる。
Further, a condition that defines the state of polarization may be expressed using both the Stokes parameter and the Jones vector. Furthermore, the conditions that define the state of polarization can be expressed by a so-called Mueller matrix.
In each of the above embodiments, the exposure apparatus 100 may be a scanning stepper that uses an immersion exposure method, or may be a dry scanning stepper or a stepper. Furthermore, the above-described embodiment is also used when the exposure apparatus uses an EUV exposure apparatus that uses EUV light (Extreme Ultraviolet Light) having a wavelength of 100 nm or less as exposure light, or an electron beam exposure apparatus that uses an electron beam as an exposure beam. Is applicable.

また、上記の各実施形態においては、光源部22からの光を偏光子26で直線偏光に変換した直線偏光光をウェハへ照明しているが、ウェハを照明する光は直線偏光光でなくてもよい(図1(a)参照)。例えば、ウェハを円偏光の光で照明してもよい。この場合、例えば、偏光子26に加えて1/4波長板を設けることにより、光源部22からの光を偏光子26と1/4波長板で円偏光光に変換してウェハへ照明する。また、ウェハを円偏光以外の楕円偏光で照明してもよい。光源部22からの光を直線偏光や楕円偏光(円偏光を含む楕円偏光)に変換する構成は、上記以外にも公知の構成を適用することができる。また、光源部22として、メタルハライドランプや水銀ランプ等の非偏光光を射出する光源以外にも、直線偏光光や楕円偏光光を射出する光源を利用することもできる。この場合、偏光子26を省略することができる。   In each of the above embodiments, the linearly polarized light obtained by converting the light from the light source unit 22 into linearly polarized light by the polarizer 26 is illuminated to the wafer. However, the light that illuminates the wafer is not linearly polarized light. It is also possible (see FIG. 1 (a)). For example, the wafer may be illuminated with circularly polarized light. In this case, for example, by providing a ¼ wavelength plate in addition to the polarizer 26, the light from the light source unit 22 is converted into circularly polarized light by the polarizer 26 and the ¼ wavelength plate to illuminate the wafer. Further, the wafer may be illuminated with elliptically polarized light other than circularly polarized light. A known configuration other than the above can be applied to the configuration for converting the light from the light source unit 22 into linearly polarized light or elliptically polarized light (elliptical polarized light including circularly polarized light). In addition to the light source that emits non-polarized light, such as a metal halide lamp or a mercury lamp, a light source that emits linearly polarized light or elliptically polarized light can also be used as the light source unit 22. In this case, the polarizer 26 can be omitted.

また、上記の各実施形態において、1/4波長板33は、受光系30の受光側凹面鏡31で反射された光の光路上に配置されているが、この配置に限定されない。例えば、1/4波長板33は照明系20に配置させてもよい。具体的には、照明系20において、導光ファイバ24からの光が偏光子26を通過した光の光路上に1/4波長板33を配置してもよい。この場合、1/4波長板33は、偏光子26と照明側凹面鏡25との間の光路上に配置される。   Further, in each of the above embodiments, the quarter wavelength plate 33 is disposed on the optical path of the light reflected by the light receiving side concave mirror 31 of the light receiving system 30, but is not limited to this arrangement. For example, the quarter wavelength plate 33 may be disposed in the illumination system 20. Specifically, in the illumination system 20, the quarter-wave plate 33 may be disposed on the optical path of the light from the light guide fiber 24 that has passed through the polarizer 26. In this case, the quarter wavelength plate 33 is disposed on the optical path between the polarizer 26 and the illumination-side concave mirror 25.

また、上記の各実施形態では、評価装置1はデバイス製造システムDMSの一部であるが、評価装置1は単体で例えばウェハに形成されたパターンからその加工条件を評価するために使用してもよい。
また、図13に示すように、半導体デバイス(図示せず)は、デバイスの機能・性能設計を行う設計工程(ステップ221)、この設計工程に基づいたマスク(レチクル)を製作するマスク製作工程(ステップ222)、シリコン材料等からウェハ用の基板を製造する基板製造工程(ステップ223)、デバイス製造システムDMS又はこれを用いたパターン形成方法によりウェハにパターンを形成する基板処理工程(ステップ224)、デバイスの組み立てを行うダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージ工程等を含む組立工程(ステップ225)、並びにデバイスの検査を行う検査工程(ステップ226)等を経て製造される。その基板処理工程(ステップ224)では、コータ・デベロッパ200によってウェハにレジストを塗布する工程、露光装置100によりマスクのパターンをウェハに露光する露光工程、及びコータ・デベロッパ200によってウェハを現像する現像工程を含むリソグラフィ工程、並びに評価装置1によりウェハからの光を用いて膜厚条件及び/又は露光条件等の加工条件を評価する評価工程(検査工程)が実行される。
In each of the above embodiments, the evaluation apparatus 1 is a part of the device manufacturing system DMS. However, the evaluation apparatus 1 may be used alone to evaluate the processing conditions from, for example, a pattern formed on a wafer. Good.
In addition, as shown in FIG. 13, a semiconductor device (not shown) includes a design process (step 221) for designing the function and performance of the device, and a mask manufacturing process for manufacturing a mask (reticle) based on the design process (step 221). Step 222), a substrate manufacturing process (Step 223) for manufacturing a wafer substrate from a silicon material or the like, a substrate processing process (Step 224) for forming a pattern on the wafer by the device manufacturing system DMS or a pattern forming method using the same. It is manufactured through an assembly process (step 225) including a dicing process for assembling a device, a bonding process, a packaging process, and the like, and an inspection process (step 226) for inspecting the device. In the substrate processing step (step 224), a coater / developer 200 applies a resist to the wafer, an exposure apparatus 100 exposes the mask pattern onto the wafer, and a coater / developer 200 develops the wafer. And an evaluation process (inspection process) for evaluating processing conditions such as film thickness conditions and / or exposure conditions using light from the wafer by the evaluation apparatus 1.

このようなデバイス製造方法において、前述の評価装置1を用いてその加工条件を評価し、この評価結果に基づいて例えばその加工条件を補正することによって、最終的に製造される半導体の歩留まりを向上できる。
なお、本実施形態のデバイス製造方法では、特に半導体デバイスの製造方法について説明したが、本実施形態のデバイス製造方法は、半導体材料を使用したデバイスの他、例えば液晶パネルや磁気ディスクなどの半導体材料以外の材料を使用したデバイスの製造にも適用することができる。
In such a device manufacturing method, the processing conditions are evaluated using the evaluation apparatus 1 described above, and the processing conditions are corrected based on the evaluation results, thereby improving the yield of the finally manufactured semiconductor. it can.
In the device manufacturing method of the present embodiment, the method of manufacturing a semiconductor device has been particularly described. However, the device manufacturing method of the present embodiment can be applied to a semiconductor material such as a liquid crystal panel or a magnetic disk in addition to a device using a semiconductor material. The present invention can also be applied to the manufacture of devices using other materials.

なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した検査装置や検査方法などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。   Note that the requirements of the above-described embodiments can be combined as appropriate. Some components may not be used. In addition, as long as it is permitted by law, the disclosure of all published publications and US patents related to the inspection devices and inspection methods cited in the above embodiments and modifications are incorporated herein by reference.

DMS…デバイス製造システム、1…評価装置、5…ステージ、10…ウェハ、10a…条件振りウェハ、12…繰り返しパターン、12a…ホールパターン、20…照明系、30…受光系、35…撮像部、40…画像処理部、50…演算部、60…検査部、85…記憶部、100…露光装置、200…コータ・デベロッパ   DMS ... Device manufacturing system, 1 ... Evaluation device, 5 ... Stage, 10 ... Wafer, 10a ... Conditional wafer, 12 ... Repeated pattern, 12a ... Hole pattern, 20 ... Illumination system, 30 ... Light receiving system, 35 ... Imaging unit, DESCRIPTION OF SYMBOLS 40 ... Image processing part, 50 ... Operation part, 60 ... Inspection part, 85 ... Memory | storage part, 100 ... Exposure apparatus, 200 ... Coater / developer

Claims (20)

所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価方法において、
表面に前記評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に偏光光を照射することと、
前記偏光光の照射により前記表面から射出した0次光以外の回折光を受光し、受光された前記回折光の偏光状態を規定する量を検出することと、
検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて、前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価することと、
を含む評価方法。
In the evaluation method for evaluating the processing conditions of the evaluation target pattern formed under the predetermined processing conditions,
Irradiating the surface of the evaluation target substrate on which the evaluation target pattern is formed with polarized light;
Receiving diffracted light other than zero-order light emitted from the surface by irradiation of the polarized light, and detecting an amount defining a polarization state of the received diffracted light;
Evaluating the processing conditions when the evaluation target pattern is formed based on an amount defining the polarization state of the detected diffracted light;
Evaluation method including
前記加工条件は第1加工条件及び第2加工条件を含み、
前記回折光の偏光状態を規定する量を検出することは、
前記表面に照射される前記偏光光の入射角、前記偏光光の波長、及び前記表面から射出した前記回折光の次数の少なくとも1つの条件が互いに異なる第1評価条件と第2評価条件のもと、前記回折光の前記偏光状態を規定する量を検出することを含み、
前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価することは、
前記第1評価条件のもとで検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて前記第1加工条件を評価し、前記第2評価条件のもとで検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて前記第2加工条件を評価することを含む請求項1に記載の評価方法。
The processing conditions observed including a first processing condition and the second processing condition,
Detecting an amount that defines the polarization state of the diffracted light,
Under the first evaluation condition and the second evaluation condition, at least one of the incident angle of the polarized light irradiated on the surface, the wavelength of the polarized light, and the order of the diffracted light emitted from the surface is different from each other. Detecting an amount defining the polarization state of the diffracted light,
Evaluating the processing conditions when forming the evaluation target pattern,
The first processing condition is evaluated based on an amount defining the polarization state of the diffracted light detected under the first evaluation condition, and the diffracted light detected under the second evaluation condition The evaluation method according to claim 1, further comprising: evaluating the second processing condition based on an amount that defines the polarization state .
前記表面に形成された前記評価対象パターンは、薄膜形成装置による薄膜の形成、露光装置による露光、及びエッチング装置によるエッチングを含むリソグラフィ工程を経て形成され、
前記第1加工条件及び前記第2加工条件は、前記薄膜形成装置による前記薄膜の成膜条件、前記露光装置における露光量及びフォーカス状態、並びに前記エッチング装置におけるエッチング条件のうちの2つの条件である請求項2に記載の評価方法。
The pattern to be evaluated formed on the surface is formed through a lithography process including thin film formation by a thin film forming apparatus, exposure by an exposure apparatus, and etching by an etching apparatus,
The first processing condition and the second processing condition are two conditions among a film forming condition of the thin film by the thin film forming apparatus, an exposure amount and a focus state in the exposure apparatus, and an etching condition in the etching apparatus. The evaluation method according to claim 2.
前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価することは、
既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板から射出した回折光の偏光の状態を規定する量と既知の前記加工条件との関係の情報を含む参照データと、前記評価対象基板から射出した前記回折光の前記偏光状態を規定する量とに基づいて、前記評価対象パターンの前記加工条件を評価することを含む請求項2又は3に記載の評価方法。
Evaluating the processing conditions when forming the evaluation target pattern,
Reference data including information on the relationship between the amount of polarization of the diffracted light emitted from the substrate on which the pattern is formed on the surface under the known processing conditions and the known processing conditions, and emission from the evaluation target substrate 4. The evaluation method according to claim 2, further comprising evaluating the processing condition of the pattern to be evaluated based on an amount defining the polarization state of the diffracted light.
前記参照データを記憶することを含む請求項4に記載の評価方法。   The evaluation method according to claim 4, comprising storing the reference data. 既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板を偏光光で照明して、該基板の表面から射出した回折光から検出した該回折光の偏光の状態を規定する量に基づいて前記参照データを求めることを含む請求項4又は5に記載の評価方法。   The reference is based on an amount that illuminates a substrate having a pattern formed on the surface under known processing conditions with polarized light and defines the polarization state of the diffracted light detected from the diffracted light emitted from the surface of the substrate. The evaluation method according to claim 4, further comprising obtaining data. 前記第1評価条件と前記第2評価条件はそれぞれ、前記評価対象基板の表面に前記偏光光を照射する際の照明条件及び前記表面から射出した前記回折光を受光する際の受光条件の少なくとも一方を含み、
前記第1評価条件は、前記第1加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第2加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる条件であり
前記第2評価条件は、前記第2加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第1加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる条件であり
前記第1評価条件及び前記第2評価条件を求めることをさらに含む請求項2〜6のいずれか一項に記載の評価方法。
Each of the first evaluation condition and the second evaluation condition is at least one of an illumination condition for irradiating the surface of the substrate to be evaluated with the polarized light and a light receiving condition for receiving the diffracted light emitted from the surface. only including,
The first evaluation condition is such that a change in an amount that defines the polarization state of the diffracted light with respect to a change in the first processing condition is an amount that defines a polarization state of the diffracted light with respect to a change in the second processing condition. Is a condition that is greater than the change,
The second evaluation condition is such that a change in an amount that defines the polarization state of the diffracted light with respect to a change in the second processing condition is an amount that defines a polarization state of the diffracted light with respect to a change in the first processing condition. Is a condition that is greater than the change,
The evaluation method according to claim 2, further comprising obtaining the first evaluation condition and the second evaluation condition .
前記第1評価条件と前記第2評価条件は、それぞれ
前記評価対象基板の前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と前記評価対象パターンの周期方向との第1相対角度、前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と、前記表面から射出した前記回折光のうち検出対象の偏光成分の偏光方向との第2相対角度、前記表面に照射される前記偏光光の入射角、前記偏光光の波長、及び前記表面から射出した前記回折光の次数のうち少なくとも一つの値を含む請求項7に記載の評価方法。
The first evaluation condition and the second evaluation condition are: a first relative angle between a polarization direction of the polarized light irradiated on the surface of the evaluation target substrate and a periodic direction of the evaluation target pattern, and irradiation on the surface. A second relative angle between the polarization direction of the polarized light and the polarization direction of the polarization component to be detected among the diffracted light emitted from the surface, the incident angle of the polarized light irradiated on the surface, and the polarization The evaluation method according to claim 7, comprising at least one value of a wavelength of light and an order of the diffracted light emitted from the surface.
前記回折光の前記偏光状態を規定する量は、ストークスパラメータ又はジョーンズベクトルの少なくとも一方を含む請求項1〜8のいずれか一項に記載の評価方法。   The evaluation method according to claim 1, wherein the amount defining the polarization state of the diffracted light includes at least one of a Stokes parameter or a Jones vector. 基板の表面にパターンを形成することと、
請求項1〜9のいずれか一項に記載の評価方法を用いて前記パターンを形成した際の加工条件を評価することと、
前記評価方法の評価結果に応じて前記パターンを形成する際の前記加工条件を補正することと
を含む半導体デバイス製造方法。
Forming a pattern on the surface of the substrate;
Evaluating the processing conditions when the pattern is formed using the evaluation method according to claim 1;
Correcting the processing conditions for forming the pattern according to the evaluation result of the evaluation method.
所定の加工条件で形成された評価対象パターンの加工条件を評価する評価装置において、
表面に前記評価対象パターンが形成された評価対象基板の該表面に光を照射する照明部と、
前記照明部からの前記光の照射により前記表面から射出した光を検出する検出部と、
前記検出部で検出された光の状態に基づいて、前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価する評価部と、
を備え、
前記照明部は、前記表面に偏光光を照射し、
前記検出部は、前記偏光光が照射された前記表面から射出した0次光以外の回折光を受光して、該回折光の偏光状態を規定する量を検出し、
前記評価部は、前記検出部で検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて、前記評価対象パターンを形成した際の前記加工条件を評価する評価装置。
In the evaluation apparatus for evaluating the processing conditions of the evaluation target pattern formed under the predetermined processing conditions,
An illumination unit for irradiating light on the surface of the evaluation target substrate on which the evaluation target pattern is formed;
A detection unit for detecting light emitted from the surface by irradiation of the light from the illumination unit;
Based on the state of light detected by the detection unit, an evaluation unit that evaluates the processing conditions when the evaluation target pattern is formed;
With
The illumination unit irradiates the surface with polarized light,
The detection unit receives diffracted light other than zero-order light emitted from the surface irradiated with the polarized light, and detects an amount that defines a polarization state of the diffracted light;
The evaluation unit evaluates the processing condition when the evaluation target pattern is formed based on an amount that defines the polarization state of the diffracted light detected by the detection unit.
前記加工条件は第1加工条件及び第2加工条件を含み、
前記検出部は、前記表面に照射される前記偏光光の入射角、前記偏光光の波長、及び前記表面から射出した前記回折光の次数の少なくとも1つの条件が互いに異なる第1装置条件と第2装置条件のもと、前記回折光の前記偏光状態を規定する量を検出し、
前記評価部は、前記第1装置条件のもとで前記検出部にて検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて前記第1加工条件を評価し、前記第2装置条件のもとで前記検出部にて検出された前記回折光の前記偏光状態を規定する量に基づいて前記第2加工条件を評価する請求項11に記載の評価装置。
The processing conditions observed including a first processing condition and the second processing condition,
The detection unit includes a first apparatus condition and a second condition in which at least one of an incident angle of the polarized light irradiated on the surface, a wavelength of the polarized light, and an order of the diffracted light emitted from the surface is different from each other. Under apparatus conditions, detect the amount that defines the polarization state of the diffracted light,
The evaluation unit evaluates the first processing condition based on an amount defining the polarization state of the diffracted light detected by the detection unit under the first device condition, and the second device condition The evaluation apparatus according to claim 11, wherein the second processing condition is evaluated based on an amount that defines the polarization state of the diffracted light detected by the detection unit under the condition .
前記表面に形成された前記評価対象パターンは、薄膜形成装置による薄膜の形成、露光装置による露光、及びエッチング装置によるエッチングを含むリソグラフィ工程を経て形成され、
前記第1加工条件及び前記第2加工条件は、前記薄膜形成装置による前記薄膜の成膜条件、前記露光装置における露光量及びフォーカス状態、並びに前記エッチング装置におけるエッチング条件のうちの2つの条件である請求項12に記載の評価装置。
The pattern to be evaluated formed on the surface is formed through a lithography process including thin film formation by a thin film forming apparatus, exposure by an exposure apparatus, and etching by an etching apparatus,
The first processing condition and the second processing condition are two conditions among a film forming condition of the thin film by the thin film forming apparatus, an exposure amount and a focus state in the exposure apparatus, and an etching condition in the etching apparatus. The evaluation apparatus according to claim 12.
前記評価部は、
既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板から射出した回折光の偏光の状態を規定する量と既知の前記加工条件との関係の情報を含む参照データと、前記評価対象基板から射出した前記回折光の前記偏光状態を規定する量とに基づいて、前記評価対象パターンの前記加工条件を評価する請求項12又は13に記載の評価装置。
The evaluation unit is
Reference data including information on the relationship between the amount of polarization of the diffracted light emitted from the substrate on which the pattern is formed on the surface under the known processing conditions and the known processing conditions, and emission from the evaluation target substrate The evaluation apparatus according to claim 12 or 13, wherein the processing condition of the pattern to be evaluated is evaluated based on an amount defining the polarization state of the diffracted light.
前記参照データを記憶する記憶部を備える請求項14に記載の評価装置。   The evaluation apparatus according to claim 14, further comprising a storage unit that stores the reference data. 前記評価部は、
既知の前記加工条件でパターンが表面に形成された基板を偏光光で照明して、該基板の表面から射出した回折光から検出した該回折光の偏光の状態を規定する量に基づいて前記参照データを求める請求項14又は15に記載の評価装置。
The evaluation unit is
The reference is based on an amount that illuminates a substrate having a pattern formed on the surface under known processing conditions with polarized light and defines the polarization state of the diffracted light detected from the diffracted light emitted from the surface of the substrate. The evaluation device according to claim 14 or 15, wherein data is obtained.
前記第1装置条件と前記第2装置条件はそれぞれ、前記評価対象基板の表面に前記偏光光を照射する際の照明条件及び前記表面から射出した前記回折光を受光する際の受光条件の少なくとも一方を含み、
前記評価部は、
前記第1加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第2加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる前記第1装置条件と、
前記第2加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化が、前記第1加工条件の変化に対する前記回折光の前記偏光状態を規定する量の変化より大きくなる前記第2装置条件と、を求め請求項12〜16のいずれか一項に記載の評価装置。
Each of the first device condition and the second device condition is at least one of an illumination condition for irradiating the surface of the evaluation target substrate with the polarized light and a light receiving condition for receiving the diffracted light emitted from the surface. only including,
The evaluation unit is
Change in the amount defining the polarization state of the diffracted light with respect to a change in the first processing condition is larger than the change in the amount defining the polarization state of the diffracted light with respect to a change in the second machining condition the first Equipment conditions and
Change in the amount defining the polarization state of the diffracted light with respect to a change in the second machining condition is greater than the change in the amount defining the polarization state of the diffracted light with respect to a change in the first machining condition and the second and device conditions, the evaluation device according to any one of claims 12 to 16 asking you to.
前記第1装置条件と前記第2装置条件は、それぞれ
前記照明部から前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と前記パターンの周期方向との第1相対角度、前記照明部から前記表面に照射される前記偏光光の偏光方向と、前記表面から射出した前記回折光のうち前記検出部で検出される偏光成分の偏光方向との第2相対角度、前記照明部から前記表面に照射される前記偏光光の入射角、前記照明部から照射される前記偏光光の波長、及び前記検出部で検出される前記回折光の次数のうち少なくとも一つの値を含む請求項17に記載の評価装置。
The first device condition and the second device condition are respectively a first relative angle between a polarization direction of the polarized light irradiated from the illumination unit to the surface and a periodic direction of the pattern, and from the illumination unit to the surface. A second relative angle between the polarization direction of the irradiated polarized light and the polarization direction of the polarization component detected by the detection unit of the diffracted light emitted from the surface, and the surface is irradiated from the illumination unit The evaluation apparatus according to claim 17, comprising at least one value among an incident angle of the polarized light, a wavelength of the polarized light irradiated from the illumination unit, and an order of the diffracted light detected by the detection unit.
前記回折光の前記偏光状態を規定する量は、ストークスパラメータ又はジョーンズベクトルの少なくとも一方を含む請求項11〜18のいずれか一項に記載の評価装置。   The evaluation device according to any one of claims 11 to 18, wherein the amount defining the polarization state of the diffracted light includes at least one of a Stokes parameter or a Jones vector. 基板の表面にパターンを形成する加工装置と、
請求項11〜19のいずれか一項に記載の評価装置と、を備え、
前記評価装置の評価結果に応じて前記加工装置を調整する露光システム。
A processing apparatus for forming a pattern on the surface of the substrate;
An evaluation apparatus according to any one of claims 11 to 19,
An exposure system that adjusts the processing apparatus in accordance with an evaluation result of the evaluation apparatus.
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