200937008 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於檢查半導體晶圓或液晶基板等表面之表 面檢查裝置及方法。 【先前技術】 在半導體電路元件或液晶顯示元件之製程中，會進行 半導體晶圓或液晶基板（之後總稱為「基板」）表面所形成之 反覆圖案（配線等線與間隔的圖案）之異常檢查。自動化之顯 示檢查裝置，係將基板裝載於可傾斜之載台上，對基板表 面照射檢查用之照明光（非偏光），並根據從基板上之反覆圖 案產生的繞射光（例如1次繞射光）擷取基板影像，再根據此 影像之明暗差（對比）特定出反覆圖案的異常部位（參照例如 專利文獻1)。再者，上述表面檢查裝置，能藉由傾斜調整 載台進行基板上之反覆間距不同之反覆圖案的異常檢查。 作為檢查形成於基板表面之反覆圖案的技術，有使用 上述繞射光之檢查（之後，將此種檢查稱為繞射檢查），或利 用正反射光之檢查（之後，將此種檢査稱為正反射檢查）或利 用圖案之構造性複折射而產生之偏光狀態之變化的檢查（之 後，將此種檢查稱為PER檢查）等。藉由此等檢查狀方法， 能面速且高精度檢測出因曝光裝置之離焦或劑量偏移之線 寬不良'光阻塗布不良等。 此外，正反射檢查對膜厚之變化敏感，且對光阻塗布 不良或劑量偏移之檢測感度高’然而此係藉由薄膜之干涉 200937008 使亮度變化而達成。此變化在未形成圖案 ^低汉馮止即使產 失離焦或劑量偏移’亦能自薄膜干涉之影響取得亮产 繞射檢查中’相較於離焦及劑量偏移’在未形成圖又案：部 位繞射光之亮度為最低（零）’在形成圖案時即可得到亮产， 然而繞射光之亮度相較於離焦及劑量偏移，並不會產^線 性變化。又，PER檢查中，在焦點之最佳位置亮度成為最 大，對圖案變形亮度即降低。又，關於劑量方面，圖案之 邊緣部分為銳角時亮度即提高，與焦點之情形同樣地對 圖案變形亮度即降低。 [專利文獻1]曰本特開平第10一 232122號公報 【發明内容】 然而，上述正反射檢查、繞射檢查、以及pER檢查中， 雖能檢測出基板上之某些異常，但無法特定出異常之原因。 本發明係有鑒於此種問題而構成，其目的在於提供能 特定出異常原因之表面檢查裝置及方法。 為達成此種目的，本發明之表面檢查裝置，其特徵在 於’具備：檢查光照明部，將檢測光照射於具有既定反覆 圖案之被檢測基板表面；繞射光檢測部，檢測來自該檢查 光所照射之該被檢測基板表面之繞射光；偏光照明部，將 第1直線偏光照射於該被檢測基板表面；偏光轉換部，將 來自該第1直線偏光所照射之該被檢測基板表面之反射 光，轉換成振動方向與該第1直線偏光不同之第2直線偏 光；偏光檢測部，檢測該第2直線偏光；以及檢查部，根 5 200937008 據以該繞射光檢測部檢測出之該繞射光'以及以該偏光檢 測邻檢測出之該第2直線偏光’檢查該反覆圖案中有無異 常；該檢查部，係根據各該異常原因預先求出之該異常原 因之大小與該繞射光亮度的關聯、以及該異常原因之大小 與該第2直線偏光亮度的關聯，特^出該異常之原因。 此外’上述表面檢查裝置中，該反覆圖案最好係使用 曝光裝置形成；且具備：資料庫冑，係分別求出該曝光裝 置之焦點偏移量與該繞射光亮度的關聯、該焦點偏移量與 該第2直線偏光亮度的關聯，以及該曝光裝置之劑量偏差 量與該繞射光亮度的關聯、該劑量偏差量與該帛2直線偏 光亮度的關聯，以作成資料庫；該檢查部，藉由將以該繞 射光檢測部檢測出之該繞射光亮度與該資料庫上之該繞射 光亮度對照’且將以該偏光檢測部檢測出之該帛2直線偏 光亮度與該資料庫上之該第2直線偏光亮度對照，以求出 該焦點偏移量或該劑量偏差量。 又，上述表面檢查裝置中，最好係具備將裝置條件設 定成會產生該繞射光之條件設定部；該異常原因之大小與 =繞射光亮度的關聯，係根據能藉由該條件設定部變更設 疋而取传之複數個該裝置條件，就各該繞射光求出。 又，本發明之表面檢查方法，其特徵在於，具備：第j 步驟，將檢測光照射於具有既定反覆圖案之被檢測基板表 面；第2步驟，檢測來自該檢查光所照射之該被檢測基板 表面之繞射光，第3步驟’將第1直線偏光照射於該被檢 測基板表面1 4步驟’將來自該第i直線偏光所照射之 200937008 該被檢測基板表面之反射光，轉換成振動方向與該第丨直 線偏光不同之第2直線偏光；第5步驟，檢測該第2直線 偏光；以及第6步驟，根據以該第2步驟檢測出之該繞射 光、以及以該第5步驟檢測出之該第2直線偏光，檢查該 反覆圖案中有無異常；該第6步驟中’根據各該異常原因 預先求出之該異常原因之大小與該繞射光亮度的關聯、以 及該異常原因之大小與該第2直線偏光亮度的關聯，特定 出該異常之原因。 此外’上述表面檢查方法中，該反覆圖案最好係使用 曝光裝置形成；且具有：前步驟，係分別求出該曝光裝置 之焦點偏移量與該繞射光亮度的關聯、該焦點偏移量與該 第2直線偏光亮度的關聯’以及該曝光裝置之劑量偏差量 與該繞射光亮度的關聯、該劑量偏差量與該第2直線偏光 亮度的關聯，以作成資料庫；該第6步驟中，藉由將以該 第2步驟檢測出之該繞射光亮度與該資料庫上之該繞射光 亮度對照，且將以該第5步驟檢測出之該第2直線偏光亮 度與該資料庫上之該第2直線偏光亮度對照，以求出該焦 點偏移量或該劑量偏差量。 又’上述表面檢查方法中，最好係具有將裝置條件設 定成會產生該繞射光之次步驟；該異常原因之大小與該繞 射光亮度的關聯，係根據能藉由該次步驟變更設定而取得 之複數個該裝置條件，就各該繞射光求出。 根據本發明，能特定出異常之原因。 7 200937008 【實施方式】
以下，參照圖式說明本發明之較佳實施形態。圖i表 示本實施形態之表面檢查裝置之-例，以此裝置檢查被檢 測基板之半導體晶圓10的表面缺陷（異常）。此表面檢查裝 置1 ’具備載置並保持晶HI 1G之保持具5，將未圖示之搬 送裝置搬送來之晶圓Η)載置於保持具5上，且以真空吸附 來固定保持。保持具5’係以通過以此方式固定保持之晶圓 1〇之令心（保持具5之中心）且與晶® 表面垂直之轴AX 為旋轉轴，將晶圓10保持為能旋轉（在晶圓1〇表面内之旋 轉）。又，保持具5能以通過晶圓1G表面之軸為中心使晶圓 1〇傾斜（傾斜動作）’能調整檢查用照明光（後述之檢查光或 直線偏光）之射入角。 表面檢查裝Ϊ 1’ it-步具備將檢查用照明光作為平行 光照射於固定保持於保持具5之晶圓10表面的照明光學系 統20、將來自晶圓10接受檢查用照明光照射時之反射光或 繞射光等聚光的聚光光學系統3〇、及接受以聚光光學系統 30聚光之光來檢測晶圓1〇表面之像的CCD攝影機。照 明光學系統20係以具有金屬鹵素燈或水銀燈等光源2卜使 具有特疋波長之光選擇性地透射之波長選擇部22、導引透 射過波長選擇部22之光的光纖23、以使光纖23射出之照 明光反射之照明側凹面鏡2 5為主體來構成。 又，來自光源21之光係透射波長選擇部22，而具有特 疋波長之照明光係從光纖2 3往照明側凹面鏡2 5射出，由 於光纖23之射出部配置於照明側凹面鏡25之焦點位置， 200937008 因此從光纖23往照明側凹面鏡25射出之照明光，係藉由 照明側凹面鏡25成為平行光束並照射於保持在保持具$之 晶圓10表面。此外，照明光對晶圓1〇之射入角與射出角 之關係，能以使保持具5傾斜（傾斜動作）來使晶圓ι〇之載 置角度變化，藉此來調整。 又，於光纖23與照明側凹面鏡25間，設置能插拔於 光路上之照明側偏光過濾器24,如圖1所示，在將照明侧 偏光過濾器24自光路上拔除之狀態下進行繞射檢查，如圖 ® 2所示，在將照明側偏光過濾器24插入至光路上之狀態下 進行PER檢查（關於照明侧偏光過濾器24之詳細，留待後 述）。 來自晶圓10表面之射出光（反射光或繞射光）以聚光光 學系統3 0聚光。聚光光學系統3 0係以與保持具5對向配 設之受光側凹面鏡31為主體來構成，受光側凹面鏡31所 聚光之射出光（反射光或繞射光）係經由CCD攝影機40之攝 ❹ 影透鏡41到達攝影元件42上，使晶圓1〇之像成像。其結 果’晶圓10表面之像形成於CCD攝影機40之攝影元件42 上。 又’於受光側凹面鏡31與CCD攝影機40間，設置能 插拔於光路上之受光側偏光過濾器32，如圖1所示，在將 受光側偏光過濾器32自光路上拔除之狀態下進行繞射檢 查’如圖2所示，將受光侧偏光過濾器32插入至光路上之 狀態下進行PER檢查（關於受光側偏光過濾器32之詳細， 留待後述）。 9 200937008 :CD攝影機4〇係將形成於攝影元件42上之晶圓ι〇表 面之像進行来雷 轉換而產生影像訊號，並將影像訊號輸出 =像處理檢查部45。於影像處理檢查部45，電氣連接有 ;:庫。Ρ 46與影像顯示震置47。影像處理檢杳 根據自CCD攝影棬4n於x 蝌彩機40輸入之晶圓1〇之影像訊號，將晶圓 〇之影像轉換成既定位元（例如8位元）之數位影像。於資 料庫部46預先儲存有良品晶圓（照射區域）之影像資料或產 生離焦或劑#偏移時之晶圓（照射區域）之影像資料，影像處 檢一部45，產生晶圓10之影像（數位影像）後將晶圓10 之H象資料與資料庫部46之影像資料進行比較，以檢查晶 圓1〇表面有無異常（缺陷等）。接著，以影像顯示裝置47輸 出顯不影像處理檢查部45之檢查結果及此時之晶圓ι〇的 影像。 然而，於晶圓10表面，如圖3所示，於χγ方向排列 複數個晶片區g u，並於各晶片區域中形成有既定反覆圖 案12反覆圖案12,如圖4所示，係沿其短邊方向（χ方向） 以疋間距P排列複數個線部2A之光阻圖案（例如，配線 圖案）。相鄰之線部2A彼此間係空間部2B。此外，將線部 2A之排列方向（X方向）稱為「反覆圖案12之反覆方向」。 又，將反覆圖案12之線部2A之線寬da的設計值設為間距 P 之 1/2 。 以下，參照圖10及圖11所示之流程圖說明使用本實 施形態之表面檢查裝置1之表面檢查方法。此外，預先在 晶圓10之表面檢查之前，使曝光裝置之焦點量與劑量變化 200937008 而作成形成有反覆圖案的晶圓。此時，係就各曝光照射區 域使焦點量與劑量成矩陣狀地變化進行曝光顯影。以下將 此種晶圓稱為FEM晶圓。 最初說明製程作成步驟，如圖10所示，首先將FEM晶 圓搬送至晶圓5上（步驟s 101)，並實施對準（步驟81〇2)。 在進行對準後，拍攝在FEM晶圓產生之繞射光之影像 (步驟S103)。拍攝繞射光之影像時，係使保持具5旋轉成 晶圓表面上之照明方向與反覆圖案2之反覆方向一致，且 ® 將圖案之間距設為P，將照射於晶圓表面之檢查光的波長設 為λ，將檢查光之射入角設為0i，將n次繞射光之射出角 設為0r時’以滿足次（丨）式之方式進行設定。
Px{siii(0 r)-sin(0 〇} = ±ηχλ …⑴ 亦即，將射入角0 i及射出角0 r(亦即，保持具5之傾 斜角）設定成會產生與反覆圖案2之間距p對應之n次繞射 光。如此，可在產生繞射光之傾斜角使照明光量最佳化， ❹並拍攝繞射光之影像。此外，此時係以最佳焦點且最佳劑 量之照射區域為基準照射區域，將照明光量設定成所拍攝 之影像亮度成為最佳亮度。又’此時係確認在其他傾斜角 是否亦不產生繞射光，當有產生繞射光之其他條件時即進 行相同設定。再者，一邊使照明波長又變化一邊同樣地求 出產生繞射光的條件，並進行攝影。 、此外’為了拍攝繞射光之影像，首先係在將照明側偏 光過濾胃24 &受光側偏光過濾器32 &光路上拔去的狀態 (參照圖1)下’對FEM晶圓（1〇)表面照射檢查光並以c⑶ 11 200937008 攝影機40檢測從FEM晶圓（1〇)表面射出之繞射光（例如^ 次繞射光）。此時，來自光源21之光係透射過波長選擇部 22而從光纖23往照明側凹面鏡25射出，藉由照明側凹面 鏡25成為平行光束照射於保持具5所保持的FEM晶圓g 〇) 表面。接著，從FEM晶圓（1〇)表面射出之繞射光藉由受光 側凹面鏡31被聚集並成像於CCD攝影機4〇之攝影元件42 上，CCD攝影機40係對形成在攝影元件42上之FEM晶圓 (10)之繞射像進行光電轉換而生成影像訊號，並將影像訊號 輸出至影像處理檢查部45。 Θ 當如上述以複數個繞射條件拍攝繞射光之影像時，影 像處理檢查部45，係針對以複數個繞射條件拍攝之影像， 分別將所拍攝之影像以照射區域單位擷取出來，並求出在 各照射區域之平均亮度、標準偏差等（步驟Si 〇4)。接著， 從以複數個繞射條件拍攝之影像中，根據與焦點量變化對 應之亮度變化及與劑量變化對應之亮度變化，選擇出亮度 變化為最大之影像亦即繞射條件（不過，係去除從基底膜厚 之狀態判斷為不均的繞射條件）。此處，將在FEM晶圓產生 〇 之繞射光之影像一例顯示於圖12。從圖12可知，在FEM 晶圓10f就各照射區域檢測出之平均亮度，會隨焦點量及劑 量之變化而變化。此外’圖12中央之粗框係基準照射區域， 就各照射區域檢測出之平均亮度的大小係以斜線之濃淡來 表示。 此外，當有反覆圖案12之反覆方向與其他不同的部分 時，係盡可能地改變方向並同樣地進行拍攝，自加入上述 12 200937008 條件之所有影像選擇亮度變化為最大的影像。χ，繞射光 亦可係0次之繞射光（亦即正反射光）。 當選擇亮度變化為最大之繞射條件後，影像處理檢查 部45即以此時之繞射條件（傾斜角或照明波長；I等）作為製 法登錄於資料庫部46，㈣該繞射條件中相對於焦點量及 劑量之各照射區域的平均亮度（及標準偏差等）登錄於資料 庫部46(步驟S105) » 其人拍攝PER檢查之FEM晶圓之影像（步驟s I%)。 然而，如上述，將反覆圖案12之線部2A之線寬^的 設計值設為間距？之1/2。反覆圖案12如設計值形成時， 線部2A之線寬Da與空間部2B之線寬Db相等，線部μ Ο ❹ 與空間部2B之體積tb大致& 1:卜對此，形成反覆_ 12時之曝光焦點自適當值偏離時，雖然間距p不變，但線 部2A之線寬da與料值會不同，^間部2B之線寬^ 亦會不同’線部2A與空間部23之體積比自大致1:1偏離。 PER檢查，係利用如上述之反覆圖案12之線部2八與 空間部2B之體積比的變化，進行反覆圖案12之異常檢查 此外，為使說明簡單，將理想之體積比（設計值）設為ι:】 體積比之變化’係、因曝光焦點自適當值偏離而出現在晶圓 1〇之各照射區域。此外，體積比亦可稱為截面形狀之面積 比0 在PER檢查中，照明側偏光過濾器24及受光侧偏光過 濾器32插入至光路上（參照圖2)，關於此種pER檢查之原 理，以後，與奸PER檢查時之裝置的構成一起依序說明 13 200937008 如上述’保持具5係以轴ΑΧ為旋轉軸並將晶圓1 〇保 持成可旋轉，能使晶圓1〇之反覆圖案12之反覆方向（圖3 及圖4之X方向）在晶圓1〇之表面内旋轉。進行pER檢查 時，保持具5將晶圓1 〇保持為水平狀態且在既定旋轉位置 停止，將晶圓10之反覆圖案12之反覆方向保持為相對於 後述之照明光的射入面（照明光之行進方向）成45度傾斜。 照明側偏光過濾器24係配設於光纖23與照明側凹面 鏡25之間，且其透射軸設定於既定方位，根據透射轴將來 自光源21之光轉換成直線偏光。此時，由於光纖23之射 ❻ 出部配置於照明側凹面鏡25之焦點位置，因此照明側凹面 鏡25係使透射過照明側偏光過濾器24之光成為平行光 束，照明被檢測基板之晶圓丨〇。如此，自光纖23射出之光 透過照明側偏光過遽器24及照明側凹面鏡25成為第1直 線偏光Ll(參照圖6(a))，照射於晶圓1〇之表面整體。 第1直線偏光L1之行進方向（到達晶圓1〇表面上任意 點之直線偏光L1的主光線方向）係與來自光纖23之光轴〇1 大致平行。光轴0 1係相對於通過保持具5之中心的法線（軸 〇 AX)傾斜既定角度。 又’第1直線偏光L 1係以p偏光射入晶圓〗〇。亦即， 如圖6(a)所示，含有直線偏光£1之行進方向與電氣向量之 振動方向的平面（直線偏光L1之振動面）包含於直線偏光^ 之射入面A2 β。直線偏a L1之振動面係以照明側偏光過 遽器24之透射軸來限制。此外，於晶圓1()各點之直線偏 光L1的射入角由於為平行光因此彼此相同且相當於光轴 14 200937008 〇 1與法線（軸Ax)所成之角度。 又’由於射入晶圓10之直線偏光L1為p偏光，因此 如圖5所示’反覆圖案12之反覆方向（X方向）設定為相對 於直線偏光L1之射入面A2(於晶圓10表面之直線偏光L1 的行進方向）成45度之角度時，於晶圓1〇表面之直線偏光 L1之振動面方向與反覆圖案12之反覆方向（χ方向）所成之 角度亦設定為45度。 換言之’第1直線偏光L1，係於晶圓10表面之直線偏 衫光L1之振動面方向（圖7之v方向）相對於反覆圖案I〗之 反覆方向（X方向）傾斜45度的狀態下，以斜向橫切過反覆 圖案12的方式射入反覆圖案12。 此種第1直線偏光L1與反覆圖案12之角度狀態係於 晶圓10表面整體為均一。此外’即使將45度稱為135度、 225度、315度中任一個，第！直線偏光]^與反覆圖案12 之角度狀態亦相同。又，將圖7之振動面方向（v方向）與反 覆方向（X方向）所成之角度設定為45度係為了使反覆圖案 12之異常檢查的感度為最高。 接著’當使用第1直線偏光L1照明反覆圖案12時， 自反覆圖案12於正反射方向產生橢圓偏光L2(參照圖 6(b))。此時，橢圓偏光L2之行進方向與正反射方向一致。 正反射方向係指包含於直線偏光L1之射入面A2内，且傾 斜與直線偏光L1之射入角相等角度的方向。 此處，簡單說明第i直線偏光1^因在反覆圖案12之 反射而橢圓化，而自反覆圖案12產生橢圓偏光！^的理由。 15 200937008 第1直線偏光L1射入反覆圖案12時，振動面方向（圖7之 V方向）分成圖8所示之2個偏光成分VX，VY。其中—個偏 光成分Vx係與反覆方向（X方向）平行之成分。另一個偏光 成分VY係與反覆方向（X方向）垂直之成分。此外，2個偏 光成分VX，VY分別獨立接受不同振幅變化與相位變化。振 幅變化與相位變化不同係因反覆圖案12之異向性而複數反 射率（亦即複數個振幅反射率）不同，稱為構造性複折射 (form birefringence^其結果，2個偏光成分Vx Vy之反射 光係振幅與相位相互不同，該等之合成之反射光成為橢圓 〇 偏光L2(參照圖6(b))。此處，為了使構造性複折射產生， 需使所照射之光之波長較圖案長很多，又，由於所照射之 光之波長較圖案長時即難以觀察繞射光，因此進行per檢 查時所使用之光係與進行繞射檢查時所使用之光不同而使 用較長波長的光。 又’因反覆圖案12之異向性而橢圓化的程度，可視為 在圖6(b)所示之橢圓偏光L2中與在圖6(a)所示之直線偏光 L1之振動面垂直之偏光成分l3(參照圖6(c)) ^此外，該偏 〇 光成分L3之大小係取決於反覆圖案12之材質及形狀、和 圖7之振動面方向（V方向）與反覆方向（X方向）所成之角 度。因此，V方向與X方向所成角度保持為一定值（在本實 施形態為45度）時，即使反覆圖案12之材質為一定，若反 覆圖案12之形狀產生變化，橢圓化的程度（偏光成分[3之 大小）也會變化。 說明反覆圖案12之形狀與偏光成分[3之大小的關 16 200937008 係。如圖4所示，反覆圖案12具有沿X方向將線部2A與 二間部2B交互排列之凹凸形狀，若以適當之曝光焦點依設 5十值形成時’線部2A之線寬DA與空間部2B之線寬Db相 等’且線部2A與空間部2B之體積比成為大致丨：1。此種 理想形狀之情形’偏光成分L3之大小為最大。對此曝光 焦點自適當值偏離時，線部2A與空間部2B之體積比自大 致1 . 1偏離。此時’偏光成分L3之大小與理想情形相比 係較小。若將偏光成分L3之大小變化予以圖示，係如圖9 ® 所示。圖9之橫軸係線部2A之線寬DA。 如此’使用第1直線偏光L1’在圖7之振動面方向（V 方向）相對於反覆圖案12之反覆方向（X方向）傾斜45度的 狀態下照明反覆圖案12時，於正反射方向反射所產生之橢 圓偏光L2 ’其橢圓化程度（圖6(c)之偏光成分L3的大小）對 應反覆圖案12之形狀（線部2A與空間部2B之體積比）。橢 圓偏光L2之行進方向係包含於直線偏光L1之射入面A2 内’與直線偏光L1之行進方向相對於通過保持具5之中心 的法線（軸AX)對稱地傾斜。 此外，聚光光學系統30之光轴0 2係設定為相對於通 過保持具5之中心的法線（轴AX)傾斜成正反射方向。是以， 來自反覆圖案12之反射光之橢圓偏光L2沿該光轴02前 進。 受光側偏光過濾器32係配設於聚光光學系統30之受 光側凹面鏡31與CCD攝影機40間，使來自晶圓1〇表面之 正反射光透射過並轉換成第2直線偏光L4(參照圖6(c))。 17 200937008 受光側偏光過濾器32之透射軸的方位，係設定為相對上述 照明側偏光過渡器3 2之透射轴成垂直。亦即，與第2直線 偏光L4之行進方向垂直之面内之第2直線偏光]14的振動 方向設定為’垂直於與第1直線偏光L1之行進方向垂直之 面内之第1直線偏光L1的振動方向。 是以，橢圓偏光L2透射過受光側偏光過濾器32後， 僅相當於橢圓偏光L2之於圖6(c)之偏光成分L3的直線偏 光L4被抽出，並導引至CCD攝影機4〇β其結果，於ccd 攝影機40之攝影元件42上，分別形成第2直線偏光L4之 ❹ 晶圓10的反射像。此外，晶圓10之反射像的明暗係與直 線偏光L4之光強度大致成正比’並依反覆圖案12之形狀 而變化。又，晶圓10之反射像為最明亮之理由在於，反覆 圖案12為理想形狀之故。 為了拍攝PER檢查之FEM晶圓之影像，首先係在將照 明侧偏光過濾器24及受光側偏光過濾器32插入光路上的 狀態（參照圖2)下，對FEM晶圓（1〇)表面照射第1直線偏光 L1 ’並透過受光側偏光過濾器32以cCd攝影機4〇檢測在 ❹ FEM晶圓（1〇)表面反射之正反射光（橢圓偏光L2)。此時，
來自光源21之光係透射過波長選擇部22而從光纖23射 出，藉由照明側偏光過濾器24轉換成第1直線偏光L卜且 藉由照明側凹面鏡25成為平行光束照射於保持具5所保持 的FEM晶圓（1〇)表面。接著，在FEM晶圓（1〇)表面反射之 正反射光（橢圓偏光L2)藉由受光側凹面鏡3 1被聚集並在受 光側偏光過濾器32轉換成第2直線偏光L4後成像於CCD 18 200937008 攝影機40之攝影元件42上’ CCD攝影機40係對形成在攝 影元件42上之第2直線偏光L4之FEM晶圓（1〇)之反射像 進行光電轉換而生成影像訊號，並將影像訊號輪出至影像 處理檢查部45。 此外，在拍攝PER檢查之FEM晶圓之影像時，係使保 持具5旋轉成晶圓表面上之照明方向（直線偏光L1之振動面 方向）與反覆圖案12之反覆方向所成之角度成為45度，且 使保持具5傾斜成直線偏光L1之射入角與橢圓偏光L2之 〇 射出角相等（於正反射方向）。接著，藉由波長選擇部22使 照明波長變化之複數個PER條件進行拍攝。又，此時，係 以最佳焦點且最佳劑量之照射區域為基準照射區域，將照 明光量設定成所拍攝之影像亮度成為最佳亮度。此外，亦 可不改變照明光量，但改變CCD攝影機4〇之曝光時間來設 定。 ❹ 當如上述以複數個PER條件進行拍攝時，影像處理檢 查部45 ’係針對以複數個服條件㈣之影像，分別將所 拍攝之影像以照射區域單位擷取出來，並求出在各照射區 域之平均亮度、標準偏差等(步驟瞻)。接著，從以複數 個PER條件拍攝之影像中，根據與焦點量變化對應之亮度 變化及與劑量變化對應之亮度變&，選擇出亮度變化為最 I像亦即PER條件（不過，係去除從基底膜厚之狀態判 :不均的PER條件)。此處，將pER檢查之丽晶圓之 ::-例顯示於圖13。從圖13可知，在職晶圓1〇中就 ί區域檢測出之平均亮度’會隨焦點量及劑量之變化 19 200937008 而變化。此外，圖13中央之粗框係基準照射區域，就各照 射區域檢測出之平均亮度的A小係以斜線之漢淡來表示。 此外，關於晶圓表面上之照明方向（直線偏光L1之振動 面方向）與反覆圖案12之反覆方向所成之角度為45度以 外’係67.5度或22.5度、進而135度、"2 5度或157 5 度時亦同樣地拍攝影像，並與45度之情形配合而選擇亮度 變化為最大之影像（亦即PER條件）。 當選擇亮度變化為最大之PER條件後，影像處理檢查
4 45即以此時之PER條件（照明波長或傾斜角等）作為製法 登錄於資料庫部46,且將該pER條件中相對於焦點量及劑 量之各照射區域的平均亮度(及標準偏差等)登錄於資料庫 部46(步驟S108)。 雖如上述進行製法作成步驟，但相對焦點量及劑量4 變化之各照射區域的平均亮度，於繞射檢查及PER檢查名 各存在兩種類’分別求出繞射檢查中之焦點及劑量之璧 化量與平均亮度之關聯、以及酿檢查中之焦點及劑量之
變化量與平均亮度之關聯，並以資料庫部判作成此等之養 料庫。例如圖14所示， 藉由使用FEM晶圓l〇f，在繞射相 -中’求出最佳焦點且最佳劑量之基準照射區域時的平— 又〇進而，將焦點相對最佳焦點之偏移量（變化量）設為 土al, 土a2，±a3，將劑量相斜备杜 1 阳重相對最佳劑量之偏差量變化 士bl， ±b2， ±b3 時，你 m η _ 4 ^ _ 從圖12所示之亮度分布求出上述各 形下之平均亮度cl〜cU ^ 點且最佳#1量之A準檢査中，求出最佳焦 土準…'射區域時的平均亮度d0,進而，從 20 200937008 圖13所示之亮度分布求出焦點之偏移量為±al，土a2，士心、 劑量之偏差量為±1)1，±b2，±b3時之平均亮度dl〜d5〇此 外，為使說明容易化，在圖12〜圖14中雖以較粗精度顯示 各照射區域之亮度分布，但實際上為更多樣化之亮度分布。 圖15,係顯示焦點之偏移量為一定之情況下、繞射檢 查及PER檢查之焦點偏移量與以最佳焦點照射區域為基準 之照射區域平均降低亮度之關聯一例。從圖15可知，即使 僅使用繞射檢查或僅使用PER檢查之關聯，雖能從平均亮 © 度預測一定程度之焦點之偏移4,然而如® 15之圓圈所 示，有即使照射區域平均降低亮度相同但偏移之極性不同 的情形，僅以PER檢查（或繞射檢查）並無法得知偏移之極 性，而無法特定出包含極性在内之焦點的偏移量。 相對於此，根據本實施形態之表面檢查裝置〗，由於係 組合繞射檢查中焦點及劑量之偏差量（變化量）與平均亮度 之關聯、以及PER檢查中焦點及劑量之偏差量（變化量）與 平均亮度之關聯來特定出焦點及劑量之偏差4，因此能分 别以良好精度特定出包含極性在内之焦點及劑量的偏差 量且藉此，由於能較快特定出曝光時之不良處，因此能 在紐時間内調整曝光裝置等，而能期待可改善晶圓之良 率進而期待產能之提升。再者，藉由掌握焦點及劑量之 偏差量，而能管理曝光裝置之狀態或塗布器之狀態。 如上述，在作成在作成製法之後，根據所作成之製法 進行檢查步驟。此檢查步驟中，如圖n所示，首先將被檢 測基板之晶圓1〇搬送至保持具5上（步驟s2〇i)，並實施對 21 200937008 準（步驟S202)。 - 在進行對準後，以先前步驟S105所登錄之製法（繞射條 件）拍攝晶圓10之影像（步驟S203h此時，係在將照明側偏 光過濾器24及受光側偏光過濾器32從光路上拔去的狀態 (參’、’、圖1)下，使來自光源2丨之光透射過波長選擇部Μ從 光纖23往照明側凹面鏡25射出，#由照明側凹面鏡25成 為平行光束照射於保持具5所保持的晶圓1〇表面。接著， 從晶圓ίο表面射出之繞射光藉由受光側凹面鏡31被聚集 並成像於CCD攝影機40之攝影元件42上，CCD攝影機4〇 ❹ 係對形成在攝影元件42上之晶圓1〇之繞射像進行光電轉 換而生成影像訊號，並將影像訊號輸出至影像處理檢查部 45。 其次，以先前步驟S108所登錄之製法（Per條件）拍攝 a曰圓1 〇之影像（步驟S204)。此時，係在將照明侧偏光過濾 器24及受光侧偏光過濾器32插入光路上的狀態（參照圖2) 下使來自光源21之光透射過波長選擇部22而從光纖23 射出，藉由照明側偏光過濾器24轉換成第i直線偏光li， 〇 且藉由照明側凹面鏡25成為平行光束照射於保持具5所保 持的晶圓10表面。接著，在晶圓10表面反射之正反射光（橢 圓偏光L2)藉由受光侧凹面鏡31被聚集並在受光側偏光過 慮器32轉換成第2直線偏光L4後成像於CCD攝影機40 之攝影元件42上，CCD攝影機40係對形成在攝影元件42 上之第2直線偏光L4之晶圓10之反射像進行光電轉換而 生成影像訊號，並將影像訊號輸出至影像處理檢查部45。 22 200937008 其次，影像處理檢查部45，#飪 係針對在步驟S203及S204 所拍攝之影像，將所拍攝 务像以照射區域單位擷取出 來’並求出在各照射區域 # 个巧冗度、標準偏差等（步驟 S205)。藉此，求出繞射檢查 分，、、、射&域之平均亮度及PER 檢查中各照射區域之平均亮产。
接著’就各照射區域，將繞射檢查中之平均亮度與（已 登錄於資料庫部46之）資料庫上之（繞射檢查★之）平均亮度 對照，且將職檢查中之平均亮度與資料庫上之（PER檢查 中之）平均亮度對照，藉此求出焦點之偏移量或劑量之偏差 量，檢查反覆圖案12有無異常。例如圖14所示之情形下， 繞射檢查中之平均亮度為仏且PER檢查中之平均亮度為^ 時，焦點之偏移量為a2 ’劑量之偏差量b3。此外，除了平 均亮度以外，亦可對照標準偏差等。藉此，由於能與資料 庫上之亮度資料作對照，因此能以短時間進行檢查。 此外，上述實施形態中，當僅以繞射檢查中之平均亮 度與PER檢查中之平均亮度無法完全判別焦點之偏移量或 劑量之偏差量時，亦可將登錄於資料庫部46之（亦即進行繞 射檢查之）繞射條件數目增加複數個。例如圖14所示之情 形，亦可將焦點之偏移量為土al，±a2，±a3、劑量之偏差量 為土bl，±b2，±b3時之平均亮度，分別依據複數個繞射條件 (除了 cO〜cl 1之條件以外之其他條件）予以登錄。如此由 於在資料庫上供對照之平均亮度的條件數目增加，因此能 以更良好之精度特定出焦點及劑量之偏差量。另一方面， 亦可將登錄於資料庫部46之（亦即進行PER檢查之）繞射條 23 200937008 ' 件數目增加複數個’如此能得到與增加繞射條件之情形相 同的效果。 又，於上述實施形態，雖以直線偏光11為1)偏光之例 進行說明，但並不限定於此。例如，亦可不使用p偏光而 使用S偏光。S偏光係指振動面垂直於射入面之直線偏光。 因此，如圖5所示，於晶圓10之反覆圖案12之反覆方向（χ 方向）’設定為對s偏光之直線偏光L1之射入面A2成45 度角度時，於晶圓10表面之s偏光之振動面方向與反覆圖 案12之反覆方向（X方向）所成之角度亦設定為45度。此 ❹ 外’P偏光有助於求取反覆圖案12之線部2A之邊緣形狀的 異常資訊。又’s偏光有效率地掌握晶圓10表面之異常資 訊，有助於使SN比提昇。 進一步，不限定於p偏光或s偏光，亦可為振動面對射 入面具有任意傾斜度之直線偏光。此時，較佳為：將反覆 圖案12之反覆方向（X方向）設定為相對於直線偏光[I之射 入面成45度以外的角度，並將於晶圓表面之直線偏光 L1之振動面方向與反覆圖案12之反覆方向（χ方向）所成之 ❹ 角度設定為45度。 又’在上述實施形態’雖利用來自光源21之照明光與 照明側偏光過濾器24製作出直線偏光L1，但並不限定於 此’若以雷射作為光源使用’則不需要照明側偏光過濾器 24。又，亦可替代CCD攝影機4〇，而使用CM〇S等之放大 型固態攝影元件。 又’上述實施形態中’針對CCD攝影機40所拍攝之影 24 200937008 像雖就各照射區域求出平均亮度但此在如記憶體電路般 各照射區域中存在均一之反覆圖案時較為有效，當例如邏 輯電路等，有在各照射區域不存在反覆圖案之區域時，亦 可將各照射區域之存在圖案的區域部分地擷取出來並求出 平均亮度。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之表面檢查裝置的整體構成圖。 ® 圖2係顯示於表面檢查裝置之光路上插入了偏光過據 器之狀態的圖。 圖3係半導體晶圓表面之外觀圖。 圖4係用以說明反覆圖案之凹凸構造的立體圖。 圖5係用以說明直線偏光之射入面與反覆圖案之反覆 方向之傾斜狀態的圖。 圖6係用以說明直線偏光與橢圓偏光之振動方向的圖。 圖7係用以說明直線偏光之振動面與反覆圖案之反覆 ® 方向之傾斜狀態的圖。 圖8係用以說明直線偏光之振動面方向分成與反覆方 向平行之偏光成分及與反覆方向垂直之偏光成分的狀態的 圖。 圖9係用以說明偏光成分之大小與反覆圖案之線部之 線寬之關係的圖。 圖10係顯示本發明之表面檢查方法的第1流程圖。 圖11係顯示本發明之表面檢查方法的第2流程圖。 25 200937008 圖12係顯示繞射檢查之FEM晶圓之影像的示意圖。 圖1 3係顯示PER檢查之FEM晶圓之影像的示意圖。 圖14係顯示相對焦點及劑量之偏差量之平均亮度的示 意圖。 圖1 5係顯示繞射檢查及PER檢查之焦點偏移量與平均 亮度之關聯例的圖表。 【主要元件符號說明】 1 表面檢查裝置 10 晶圓（被檢測基板） 12 反覆圖案 20 照明光學系統（各照明部） 3〇 聚光光學系統 32 受光側偏光過濾器（偏光抽出部） 40 C C D攝影機（各檢測部） 45 影像處理檢查部（檢查部及條件設定部） 46 資料庫部 L1直線偏光（第1直線偏光） L2 橢圓偏光 L3 偏光成分 L4直線偏光（第2直線偏光）