TWI499772B - Evaluation device and evaluation method - Google Patents

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TWI499772B
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Description

評估裝置及評估方法
本發明係關於評估形成於半導體晶圓或液晶基板等之表面之圖案之評估裝置及評估方法。
作為判斷形成於半導體晶圓表面之圖案之優劣的方法，已有提出藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)之觀察測量截面形狀之各種方法。SEM對截面形狀之測量，係將照射於被檢測基板上之圖案之電子束掃描於圖案之截面方向，並檢測、分析來自圖案之反射電子或二次電子，以求出所掃描部分之截面形狀的方法。在圖案上之數點進行上述操作，判斷圖案整體之形狀之優劣。
又，自圖案之截面形狀亦可判斷已形成圖案之曝光程序或蝕刻之程序是否有不良情形或是否選擇了適當之程序條件。例如關於曝光程序，預先求出曝光條件與圖案之截面形狀之相關關係，從所檢查之圖案之截面形狀判斷可否修正曝光裝置之曝光條件，當須修正時即根據前述相關關係求出適當之曝光條件。又，關於蝕刻之程序，係預先求出氣體種類、氣體壓力、壓速電壓等之條件與圖案之截面形狀的相關關係，進行相同之條件設定。
如上所述之SEM之測量方法，由於對圖案上照射電子束進行掃描之作業須進行數次，因此需花費龐大之時間求出圖案形狀。又，由於觀察倍率高，因此難以求出晶圓上所有之圖案形狀，僅採樣數點來判斷晶圓整體之優劣。其結果，會漏掉被採樣之圖案以外之部分的缺陷。又，光阻圖案中，若照射電子束即會因加速電壓使電子束被光阻吸收、累積，產生圖案之耗損。視情形亦有產生放電而使圖案毀壞，而在其後之步驟產生不良狀況之情事，因此亦須一邊改變各種加速電壓或觀察倍率一邊求出最佳觀察條件。因此，需花費更多時間進行測量。
SEM對截面形狀之測量中，因上述之漏看而產生無法充分掌握曝光裝置或蝕刻液之不良情形的問題。又，由於測量需要龐大之時間，因此亦產生無法將透過測量解果取得之曝光裝置或蝕刻液之不良情形迅速地反應於該等之裝置的問題。進而，曝光裝置之不良解析，亦無法在真實圖案判別劑量不良(曝光量不良)與聚焦不良。SEM測量中，雖能求出線之寬度(CD值)，但由於不能進行截面形狀之測量，因此係分割晶圓來進行測量。
為解決上述問題，係提出了一種不論是光阻圖案、蝕刻後之圖案，均能在短時間判別被檢測基板上之圖案形狀之優劣的表面檢查裝置及表面檢查方法(參照例如專利文獻1)。此表面檢查裝置，係對光阻圖案(形成於被檢測基板，具有週期性)之反覆方向將直線偏光之振動方向設定成傾斜來照明，為了從來自被檢測基板之正反射光中抽出具有與所照明直線偏光之振動面垂直之振動面的偏光成分而使用檢像形成手段來拍攝，而能在短時間處理被檢測基板之圖案形狀的優劣。
[專利文獻1]日本特開2006-135211號公報
然而，上述任一方法，均無法判別劑量不良與聚焦不良，而無法特定出圖案異常之原因。
本發明係有鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供能特定出反覆圖案之異常原因之評估裝置及評估方法。
為達成此種目的，本發明之評估裝置，其具備：照明部，係對具有既定反覆圖案之基板表面照射直線偏光；測光件，從來自被照射該直線偏光之該反覆圖案之正反射光中抽出振動方向與該直線偏光不同之偏光成分；攝影部，係拍攝基於該測光件所抽出之該偏光成分之該基板的正反射像；設定部，係設定該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之角度條件；以及評估部，係根據以該攝影部拍攝之該正反射像之影像，評估該反覆圖案之狀態；該攝影部，係分別拍攝在藉由該設定部設定之該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之複數個角度條件下所取得之該正反射像；該評估部，係根據以該攝影部拍攝之複數個該正反射像之影像評估該反覆圖案之狀態。
此外，上述評估裝置中，該設定部，最好係將該直線偏光在與行進方向成垂直之面內之振動方向與該正反射光在與行進方向成垂直之面內之該偏光成分之振動方向所構成的角度，設定成90度±既定角度之兩個角度條件。
又，上述評估裝置中，該設定部，亦可將該基板表面中該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向所構成之角度，設定成彼此差異90度之兩個角度條件。
又，上述評估裝置較佳為，該反覆圖案係使用曝光裝置而形成；該攝影部，係分別拍攝在以該設定部設定之該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之兩個角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之兩個角度條件下所取得的該正反射像；該評估部，係根據以該攝影部拍攝之兩個該正反射像之影像之訊號強度之差分，檢測因該曝光裝置之曝光量變化所引起之該反覆圖案之狀態變化，並根據該兩個該正反射像之影像之訊號強度之平均，檢測該曝光裝置之聚焦變化所引起之該反覆圖案之狀態變化。
又，上述評估裝置較佳為，在該反覆圖案為正常時，該照明部係以該反覆圖案在複數個該正反射像之影像之亮度均為相同之方式照射該直線偏光。
又，本發明之評估方法，係對具有既定反覆圖案之基板表面照射直線偏光，且從來自被照射該直線偏光之該反覆圖案之正反射光中抽出振動方向與該直線偏光不同之偏光成分，並拍攝基於該抽出之該偏光成分之該基板之正反射像以評估該反覆圖案之狀態，其具有：第1步驟，係設定該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之角度條件；第2步驟，係在該第1步驟中設定之該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之複數個角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之複數個角度條件下，對該基板表面照射該直線偏光；第3步驟，在該複數個角度條件下，從來自被照射該直線偏光之該反覆圖案之正反射光中抽出振動方向與該直線偏光不同之偏光成分；第4步驟，在該複數個角度條件下，拍攝基於在該第3步驟中抽出之該偏光成分之該基板之正反射像；以及第5步驟，在該複數個角度條件下，根據在該第4步驟中分別拍攝之複數個該正反射像之影像，評估該反覆圖案之狀態。
此外，上述評估方法中，該第1步驟較佳為，係將該直線偏光在與行進方向成垂直之面內之振動方向與該正反射光在與行進方向成垂直之面內之該偏光成分之振動方向所構成的角度，設定成90度±既定角度之兩個角度條件。
又，上述評估方法中，該第1步驟中，亦可係將該基板表面中該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向所構成之角度，設定成彼此差異90度之兩個角度條件。
上述評估方法中較佳為，該反覆圖案係使用曝光裝置而形成；該第2步驟中，係在該第1步驟中設定之該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之兩個角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之兩個角度條件下，對該基板表面照射該直線偏光；該第3步驟中，係在該兩個角度條件下，從來自被照射該直線偏光之該反覆圖案之正反射光中抽出振動方向與該直線偏光不同之偏光成分；該第4步驟中，係在該兩個角度條件下，拍攝基於在該第3步驟中抽出之該偏光成分之該基板之正反射像；以及該第5步驟中，根據在該第4步驟中分別拍攝之兩個該正反射像之影像之訊號強度之差分，檢測因該曝光裝置之曝光量變化所引起之該反覆圖案之狀態變化，並根據該兩個該正反射像之影像之訊號強度之平均，檢測該曝光裝置之聚焦變化所引起之該反覆圖案之狀態變化。
上述評估方法中，該第2步驟，最好係在該反覆圖案為正常時，以該反覆圖案在複數個該正反射像之影像之亮度均為相同之方式照射該直線偏光。
根據本發明，能推定反覆圖案之異常之原因。
以下，參照圖式說明本發明之較佳實施形態。本實施形態之評估裝置1，如圖1所示具備：支撐半導體晶圓10(以下稱為晶圓10)之載台20、對準系統25、照明系統30、受光系統40。又，評估裝置1，具備：進行以受光系統40拍攝之影像之影像處理之影像處理部50、以及顯示以受光系統40拍攝之影像或影像處理部50之影像處理結果之監視器55。晶圓10在藉由曝光裝置對最上層之光阻膜進行曝光、顯影後，藉由未圖示之搬送系統，從未圖示之晶圓匣或顯影裝置搬運，而吸附保持於載台20。
於晶圓10表面，如圖2所示在XY方向排列有複數個晶片區域11，於各晶片區域中形成有既定之反覆圖案12。反覆圖案12如圖3所示，係沿其短邊方向(X方向)以一定間距P排列有複數個線部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」。
此處，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。當依照設計值形成反覆圖案12時，線部2A之線寬DA 與空間部2B之線寬DB 係相等，線部2A與空間部2B之體積比大致為1：1。對此，形成反覆圖案12時之曝光劑量自適當值偏離時，雖然間距P不變，但線部2A之線寬DA 與設計值會不同，且空間部2B之線寬DB 亦會不同，線部2A與空間部2B之體積比自大致1：1偏離。
本實施形態之評估裝置1，係利用如上述之反覆圖案12之線部2A與空間部2B之體積比的變化(形狀之變化)，進行反覆圖案12之形狀評估。為使說明簡單，將理想之體積比(設計值)設為1：1。體積比之變化，係因自曝光劑量之適當值偏離而出現在晶圓10之各照射區域。此外，體積比亦可稱為截面形狀之面積比。
又，本實施形態中，係將反覆圖案12之間距P設為與對反覆圖案12之照明光(後述)之波長相較為充分小。例如，當將H線(波長λ=405nm)之照明光使用於半間距70nm之圖案時，間距係在照明光之波長之1/2以下而不會產生 繞射光。如此，不會自反覆圖案12產生繞射光，而無法藉由繞射光進行反覆圖案12之形狀評估。
評估裝置1之載台20，係以上面支撐晶圓10，並藉由例如真空吸附予以固定保持。進而，載台20可以上面中心之法線A1為中心軸進行旋轉。藉由此旋轉機構，能使晶圓10中反覆圖案12之反覆方向(圖2及圖3之X方向)在晶圓10之表面內旋轉。此外，載台20之上面為水平面，而能將晶圓10恆保持成水平狀態。
對準系統25，在載台20旋轉時係照明晶圓10之外緣部，檢測設於外緣部之外形基準(例如缺口)在旋轉方向之位置，並在既定位置使載台20停止。其結果，能使晶圓10之反覆圖案12之反覆方向(圖2及圖3之X方向)相對後述照明光之入射面A2(參照圖4)設定成傾斜45度之角度。此外，角度不限於45度，亦可設定成22.5度或67.5度等任意角度方向。
照明系統30，係具有光源31、偏光件32、照明透鏡33而構成之偏心光學系統，藉由直線偏光L1(第1直線偏光)照明載台20上之晶圓10之反覆圖案12。此直線偏光L1係對反覆圖案12之照明光。直線偏光L1照射於晶圓10之表面整體。
直線偏光L1之行進方向(到達晶圓10表面上任意點之直線偏光L1的主光線方向)係通過載台20之中心，相對於載台20之法線A1傾斜既定角度θ。此外，包含直線偏光L1之行進方向在內之與載台20之法線A1平行的平面係直線偏光L1之入射面。圖4之入射面A2係晶圓10之中心之入射面。
又，本實施形態中，直線偏光L1為p偏光。直線偏光L1之振動面係藉由偏光件32之透射軸來規定。
此外，照明系統30之光源31係廉價之放電光源或LED。偏光件32配置於光源31之射出端附近，其透射軸設定於既定之方位，根據透射軸使來自光源31之光成為直線偏光L1。照明透鏡33與光源31之射出端大致一致，後側焦點配置成與晶圓10之表面大致一致，將來自偏光件32之光導至晶圓10表面。亦即，照明系統30係相對晶圓10側為傾斜的光學系統。
上述照明系統30中，來自光源31之光，透過偏光件32及照明透鏡33而成為p偏光之直線偏光L1，射入晶圓10之表面整體。在晶圓10各點之直線偏光L1之入射角度由於為平行光束而彼此相同，相當於光軸與法線A1所構成之角度θ。
本實施形態中，由於射入晶圓10之直線偏光L1為p偏光，因此如圖4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10表面之直線偏光L1之振動面方向(圖5之V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。
換言之，直線偏光L1，係於晶圓10表面之直線偏光L1之振動面方向(圖5之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，以斜向橫切過反覆圖案12的方式射入反覆圖案12。
此種直線偏光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，將圖5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之偏光狀態之變化為最大。
接著，當使用上述直線偏光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。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內，且相對載台20之法線A1於與入射方向相反側傾斜角度θ(與直線偏光L1之入射角度θ相等之角度)的方向。此外，如上所述，反覆圖案12之間距P與照明波長相較為充分短，因此不會自反覆圖案12產生繞射光。
又，受光系統40如圖1所示，具有受光透鏡41、測光件42、旋轉驅動裝置43、攝影機44，配設成其光軸通過載台20之中心且相對載台20之法線A1傾斜角度θ。受光透鏡41係將橢圓偏光L2聚光於攝影機44之攝影面。
測光件42，係構成為能使用旋轉驅動裝置43而以受光系統40之光軸為中心旋轉透射軸之方位(偏光方向)，測光件42之透射軸之方位，設定為相對上述偏光件32之透射軸以90度前後之傾斜角度傾斜。亦即，可有意地破壞正交尼可爾之狀態。又，當橢圓偏光L2透射過測光件42時，來自晶圓10表面之正反射光即橢圓偏光L2中相對直線偏光L1之振動方向為大致直角之偏光成分即第2直線偏光L3聚光於攝影機44之攝影面。其結果，於攝影機44之攝影面形成第2直線偏光L3之晶圓10之正反射像。
攝影機44係具有未圖示CCD攝影元件之CCD攝影機，係對形成於攝影面之晶圓10之正反射像進行光電轉換而將影像訊號輸出至影像處理部50。晶圓10之正反射像之明暗係大致與直線偏光L3之光強度成正比，因應反覆圖案12之形狀而變化。晶圓10之正反射像為最明亮之情形係反覆圖案12為理想形狀之情形。此外，晶圓10之正反射像之明暗係依各照射區域顯現。
影像處理部50，係根據自攝影機44輸入之晶圓10之影像訊號，將晶圓10(正反射像)之影像轉換成既定位元(例如8位元)之數位影像。又，影像處理部50係對晶圓10之影像進行既定之影像處理，並評估反覆圖案12之形狀。接著，以監視器55輸出顯示影像處理部50對反覆圖案12之評估結果及此時之晶圓10之影像。
參照圖6及圖7所示之流程圖說明使用本實施形態之評估裝置1之反覆圖案12之評估方法。首先，在進行反覆圖案12之評估前，實施製法作成作業(參照圖6)。其原因在於，須於反覆圖案12之評估中決定用以實施最佳評估之條件。因此，首先預先以依各照射區域區分(使之變化)之條件使曝光機之聚焦量(自適當聚焦狀態起之聚焦位置之偏移量)及劑量(曝光量)曝光，並將所顯影之晶圓搬送至載台20(步驟S101)。
上述之條件區分晶圓(未圖示)，係以將存在作為基準之最佳聚焦量及劑量之最佳照射區域(良品照射區域)之方式作成。此時，不限於條件區分晶圓，亦可係存在有因不作為而產生之缺陷的晶圓。在條件區分晶圓之搬送後，係進行對準使反覆圖案之反覆方向相對照明方向(晶圓10表面之直線偏光L1之行進方向)傾斜45度。此外，對準之角度不限於45度，亦可係67.5度或22.5度。
如前所述，測光件42構成為可使用旋轉驅動裝置43旋轉透射軸之方位(偏光方向)，在進行條件區分晶圓(未圖示)之搬送及對準後，係使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸之方位相對偏光件32之透射軸成為90度+3度(93度)之傾斜角度(步驟S102)。此時，直線偏光L1在與行進方向成垂直之面內之振動方向與第2直線偏光L3在與行進方向成垂直之面內之振動方向所構成之角度設定為90度+3度(93度)。
其次，對條件區分晶圓(未圖示)表面照射直線偏光L1，透過測光件42並以攝影機44檢測且拍攝在條件區分晶圓表面反射之正反射光(橢圓偏光L2)(步驟S103)。此時，來自光源31之光透過偏光件32及照明透鏡33成為直線偏光L1，照射於條件區分晶圓。接著，在條件區分晶圓之表面反射之正反射光(橢圓偏光L2)藉由受光透鏡41而聚光，以測光件42抽出第2直線偏光L3而成像於攝影機44之攝影面上，攝影機44係對因形成於攝影面上之第2直線偏光L3而產生之條件區分晶圓之正反射像進行光電轉換並生成影像訊號，將影像訊號輸出至影像處理部50。
第2直線偏光L3之條件區分晶圓之影像訊號輸入至影像處理部50後，儲存於影像處理部50之內部記憶體(未圖示)(步驟S104)。
其次，使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸方位相對偏光件32之透射軸成為90度±3度之傾斜角度，並以各條件判定是否已拍攝條件區分晶圓之正反射像(步驟S105)。當判定為No時，係進至步驟S106，使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸方位相對偏光件32之透射軸成為90度-3度(87度)之傾斜角度後，反覆步驟S103之攝影及步驟S104之影像儲存，返回至步驟S105。此時，直線偏光L1在與行進方向成垂直之面內之振動方向與第2直線偏光L3在與行進方向成垂直之面內之振動方向所構成之角度設定為90度-3度(87度)。
又，此時，所拍攝之基準照射區域(最佳良品照射區域)部之亮度不論測光件42之狀態均須設為一定。因此，在測光件42之設定結束後，以初始值之照明強度拍攝晶圓並送至影像處理部50，在影像處理部50中，以例如256階度求出基準照射區域(最佳良品照射區域)部之亮度。基準照射區域(最佳良品照射區域)部之亮度只要係120階度(256階度中之)，即將其照明強度儲存為測光件42之狀態之照明強度。又，當所取得之影像中之基準照射區域(最佳良品照射區域)部之亮度非為120階度時，即以未圖示之ND濾光器等調整照明強度以求出基準照射區域(最佳良品照射區域)部之亮度成為120階度之條件，將所取得之照明強度條件與測光件42之狀態賦予關聯關係後予以儲存。如上述，自所攝影之影像計算基準照射區域(最佳良品照射區域)位置之亮度，並將每次照明光量調整成一定之亮度。藉此，基準照射區域係以同一亮度值儲存有測光件42之透射軸方位不同之兩張影像。
另一方面，當步驟S105之判定為Yes時，即進至步驟S107，並回收條件區分晶圓(未圖示)。此外，測光件42之旋轉角度範圍，雖然設成較大則在不良照射區域之亮度變化量亦較大，但由於干擾成分(偏光變化量以外)亦會變大，因此最好係±3度～±5度之範圍。
回收條件區分晶圓後，影像處理部50係從內部記憶體讀出在前步驟攝影而取得之兩張影像(步驟S108)，並藉由影像處理求出基於所讀出兩張影像之訊號強度之差分及平均之影像(以下稱為差分影像及平均影像)(步驟S109)。為了求出差分影像，係以像素單位求出兩張影像之訊號強度之差分，將以影像單位求出之差分值作為訊號強度生成差分影像。為了求出平均影像，係以像素單位求出兩張影像之訊號強度之平均，將以影像單位求出之平均值作為訊號強度生成平均影像。
求出差分影像及平均影像後，係自所求出之差分影像，依使劑量(曝光量)變化之各照射區域算出亮度(訊號強度)之平均值(亦即，兩張影像之訊號強度(亮度)之差分之平均值)，並求出用以求取因劑量變化產生之線部2A之寬度之變化(以下稱為線寬變化)之係數K(步驟S110)。此處，因劑量變化所引起之劑量亮度變化，係與兩張影像之訊號強度(亮度)之差分同等，當將測光件42之旋轉角度範圍設為±α時，係能表示為如下之(1)式或(2)式。
劑量亮度變化=(+α之影像之亮度)-(-α之影像之亮度)…(1)
劑量亮度變化=(-α之影像之亮度)-(+α之影像之亮度)…(2)
又，於線寬變化與劑量亮度變化之間有如次式(3)之相關。
線寬變化=K×劑量亮度變化…(3)
因此，藉由SEM(掃描型電子顯微鏡)之測量或散射測量法之測量，預先依使劑量變化之各照射區域測量線寬(線部2A之寬度)，而能從訊號強度(亮度)之差分(劑量亮度變化)與線寬之測量值求出係數K。接著，在評估反覆圖案12時，只要將所求出之係數K用於(3)式，即能從訊號強度(亮度)之差分(劑量亮度變化)求出因劑量(曝光量)之變化所引起之線寬變化(亦即，反覆圖案12之形狀變化)。此外，劑量亮度變化與線寬變化之關係示於圖8(a)。
又，亦可使用(4)式所示之劑量(曝光能量)與亮度變化(劑量亮度變化)之間之相關。
曝光能量=K×劑量亮度變化…(4)
此時，可藉由自曝光裝置(未圖示)之設定預先求出各照射區域之劑量(曝光能量)，而從訊號強度(亮度)之差分(劑量亮度變化)與曝光能量求出係數K。接著，在評估反覆圖案12時，只要將所求出之係數K用於(4)式，即能從訊號強度(亮度)之差分(劑量亮度變化)檢測出劑量(曝光量)之變化(亦即，反覆圖案12之形狀變化)。此外，劑量亮度變化與曝光能量之關係示於圖8(b)。
其次，從所求出之平均影像，依使聚焦變化之各照射區域算出亮度(訊號強度)之平均值(亦即，兩張影像之訊號強度(亮度)之平均之平均值)，求出用以求取聚焦變化量之係數g，結束製法作成作業(步驟S111)。此處，因焦點之偏移所引起之亮度變化(聚焦亮度變化)，可表示為如次(5)式所示。
聚焦亮度變化={(+α之影像之亮度)+(-α之影像之亮度)}/2-f(線寬變化)…(5)
此外，f係「與線寬變化對應之亮度變化」之函數。又，當設「與聚焦變化量對應之聚焦亮度變化」之函數為g時，聚焦變化量與聚焦亮度變化之間有如次(6)式之關係。
聚焦變化量=g-1 (聚焦亮度變化)…(6)
因此，可藉由從(未圖示)之設定預先求出各照射區域之聚焦變化量(聚焦偏置值)，而從平均影像之訊號強度(亮度)求出函數f及函數g。接著，只要在評估反覆圖案12時將所求出之函數f用於(5)式，將所求出之函數g用於(6)式，即可從平均影像之訊號強度(亮度)檢測出聚焦之變化(亦即反覆圖案12之形狀變化)。
此處，說明能判別劑量不良與聚焦不良並檢測出之理由。圖9係顯示從條件區分晶圓之各照射區域反射之橢圓偏光L2之偏光狀態的圖，圖9(a)之各照射區域係有意地使曝光量(劑量)過度或不足者，圖9(a)之中央附近為適當曝光量，圖9(a)之左側係越往左方則曝光量越不足之照射區域，圖9(a)之右側係越往右方則曝光量越過剩之照射區域的偏光狀態。當藉由圖9(c)所示之直線偏光L1照明具有構造性複折射之圖案時，反射光則成為具有一般傾斜之橢圓偏光L2。從此圖9(a)可知，當使曝光量變化時，橢圓偏光L2之寬窄程度即變化，且橢圓之長軸之角度與長度亦變化。圖9(b)之各照射區域係有意地使聚焦變化者，圖9(b)之中央附近為正常之聚焦，圖9(b)之左側係越往左方則聚焦越減少之照射區域，圖9(b)之右側係越往右方則聚焦越增加之照射區域的偏光狀態。從此圖9(b)可知，當使聚焦變化時，橢圓偏光L2之寬窄程度雖變化，但橢圓之長軸之角度與長度幾乎不變化。
因此，如前所述，使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸之方位相對偏光件32之透射軸成為90度±3度之傾斜角度，並比較以各條件拍攝之兩張晶圓影像後，可知即使有聚焦不良兩張影像(照射區域)之亮度亦不會變化或變化非常少，而當有劑量不良時兩張影像(照射區域)之亮度則會變化。此外，可知即使使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸之方位相對偏光件32之透射軸成為90度±3度以外之傾斜角度(例如±1度或±2度)，如圖10及圖11所示，即使有聚焦不良兩張影像(照射區域)之亮度亦不會變化或變化非常少，而當有劑量不良時兩張影像(照射區域)之亮度則會變化。
又，即使係無劑量不良或聚焦不良之良品照射區域，由於係如圖9所示橢圓偏光L2之長軸為傾斜，因此即使使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸之方位相對偏光件32之透射軸成為90度±3度之傾斜角度，並比較以各條件拍攝之兩張晶圓影像後，亦容易被認為在各良品照射區域之亮度會變化。然而，本實施形態中，由於係因應測光件42之狀態將照明光量調整成在良品照射區域(前述基準照射區域)時為一定亮度，因此在良品照射區域中兩個影像之亮度為相同。
如上所述地作成製法(決定係數K或函數f及函數g)後，即進行形成於晶圓10表面之反覆圖案12之評估(參照圖7)。為了進行反覆圖案12之評估，首先係將作為評估對象之晶圓10往載台20搬送(步驟S201)。在晶圓10之搬送後，係進行對準使反覆圖案12之反覆方向相對照明方向(晶圓10表面之直線偏光L1之行進方向)傾斜45度。此外，再作成製法時，將對準之角度設為67.5度或22.5度之情形下，係配合其角度。
在進行晶圓10之搬送及對準後，係使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸之方位相對偏光件32之透射軸成為90度+3度(93度)之傾斜角度(步驟S202)。此時，直線偏光L1在與行進方向成垂直之面內之振動方向與第2直線偏光L3在與行進方向成垂直之面內之振動方向所構成之角度設定為90度+3度(93度)。
其次，當為良品照射區域(前述基準照射區域)時係因應測光件42之狀態將照明光量調整成成為一定亮度，並對晶圓10表面照射直線偏光L1，透過測光件42並以攝影機44檢測且拍攝在晶圓10表面反射之正反射光(橢圓偏光L2)(步驟S203)。此時，來自光源31之光透過偏光件32及照明透鏡33成為直線偏光L1，照射於晶圓10之表面。接著，在晶圓10之表面反射之正反射光(橢圓偏光L2)藉由受光透鏡41而聚光，以測光件42抽出第2直線偏光L3而成像於攝影機44之攝影面上，攝影機44係對因形成於攝影面上之第2直線偏光L3而產生之晶圓10之正反射像進行光電轉換並生成影像訊號，將影像訊號輸出至影像處理部50。
第2直線偏光L3之晶圓10之影像訊號輸入至影像處理部50後，係儲存於影像處理部50之內部記憶體(未圖示)(步驟S204)。
其次，使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸方位相對偏光件32之透射軸成為90度±3度之傾斜角度，並以各條件判定是否已拍攝晶圓10之正反射像(步驟S205)。當判定為No時，係進至步驟S206，使測光件42旋轉以使測光件42之透射軸方位相對偏光件32之透射軸成為90度-3度(87度)之傾斜角度後，反覆步驟S203之攝影及步驟S204之影像儲存，返回至步驟S205。此時，直線偏光L1在與行進方向成垂直之面內之振動方向與第2直線偏光L3在與行進方向成垂直之面內之振動方向所構成之角度設定為90度-3度(87度)。
又，此時，如前所述，將每次照明光量調整成良品照射區域之亮度成為一定之亮度。藉此，基準照射區域係以同一亮度值儲存有測光件42之透射軸方位不同之兩張影像。
另一方面，當步驟S205之判定為Yes時，即進至步驟S207，並回收晶圓10。回收晶圓10後，影像處理部50係從內部記憶體讀出在前步驟攝影而取得之兩張影像(步驟S208)，並藉由影像處理求出基於所讀出兩張影像之訊號強度之差分及平均之影像(亦即差分影像及平均影像)(步驟S209)。差分影像及平均影像，係與製法作成時所說明之情形同樣地求出。
求出差分影像及平均影像後，係自所求出之差分影像，依各照射區域算出亮度(訊號強度)之平均值(亦即，兩張影像之訊號強度(亮度)之差分之平均值)，並從所算出之平均值，使用前述(3)式或(4)，依各照射區域求出因劑量(曝光量)之變化所引起之自線寬變化或劑量之適當值變化之變化量(亦即反覆圖案12之形狀變化)(步驟S210)。如上述求得之線寬變化或劑量之變化，係與兩張晶圓10之影像或差分影像一起顯示於監視器55，當線寬變化或劑量之變化超過既定之臨限值時，即報知劑量不良之情事。
其次，從所求出之平均影像，依各照射區域算出亮度(訊號強度)之平均值(亦即，兩張影像之訊號強度(亮度)之平均之平均值)，並從所算出之平均值，使用前述(5)式及(6)式，依各照射區域求出自聚焦適當值變化之變化量或後述LER(亦即反覆圖案12之形狀變化)，如此即結束反覆圖案12之評估(步驟S211)。如上述求得之聚焦之變化，係與平均影像一起顯示於監視器55，當聚焦變化超過既定之臨限值時，即報知聚焦不良之情事。
此處，圖12係顯示表示自兩張影像之訊號強度之差分使用(3)式求出之線寬變化、與藉由SEM(掃描型顯微鏡)測量之線寬變化之相關的資料一例。從此圖12可知，關於相對劑量變化之線寬變化，可在本實施形態之算出值與SEM之測量值之間取得高相關。又，圖13係顯示表示自兩張影像之訊號強度之平均利用(6)式等求出之LER(Line Edge Roughness,線邊緣之粗糙程度)線寬變化、與藉由SEM測量之LER之相關的資料一例。從此圖13可知，關於相對聚焦變化之LER之變化，可在本實施形態之算出值與SEM之測量值之間取得高相關。此處之LER係表示形成於圖案之壁面之凹凸之大小之值。
如上述，根據本實施形態之評估裝置1及方法，係根據改變直線偏光L1之振動方向與第2直線偏光L3之振動方向之間之角度條件而拍攝之兩張晶圓10之影像評估反覆圖案12之形狀，藉此能判別劑量不良與聚焦不良並加以檢測出，而能推定(特定)反覆圖案12之異常之原因。又，亦可使用不產生繞射光之例如H線(波長λ=405nm)之光，將半間距40nm左右或30nm左右之圖案之異常區分為劑量不良與聚焦不良並加以檢測出。
此時，藉由將直線偏光L1在與行進方向成垂直之面內之振動方向與第2直線偏光L3在與行進方向成垂直之面內之振動方向所構成之角度設定為90度±3度，即能以高感度評估反覆圖案12之狀態(形狀)。此外，不從正交尼可爾偏移之角度不限於3度，亦能根據圖案設定成例如±4度或±5度。
又此時，可根據兩張晶圓10之影像之訊號強度(亮度)之差分，檢測出因曝光裝置之劑量(曝光量)之變化所引起之反覆圖案12之形狀變化(線寬變化或劑量變化)，並根據兩張晶圓10之影像之訊號強度(亮度)之平均，檢測出因曝光裝置之聚焦偏移所引起之反覆圖案12之形狀變化(LER或或聚焦變化)，解此可確實地判別劑量不良與聚焦不良並加以檢測出。此外，在求出聚焦之變化量時，亦可考量劑量之影響。
又，藉由以反覆圖案12為正常(良品照射區域)時兩張晶圓10之影像中反覆圖案12之亮度為相同之方式照射直線偏光L1，由於正常之反覆圖案12(良品照射區域)之亮度為一定，因此能防止反覆圖案12之異常(劑量不良與聚焦不良)之錯誤檢測。
此外，上述實施形態中，雖將直線偏光L1在與行進方向成垂直之面內之振動方向與第2直線偏光L3在與行進方向成垂直之面內之振動方向所構成之角度設定為90度±3度，但並不限定於此。例如，亦可不使測光件42旋轉而使載台20旋轉，以將晶圓10表面之直線偏光L1之振動方向與反覆圖案12之反覆方向所構成之角度設定彼此差異90度(例如，在本實施形態之情形，係設定為40度與135度)，並以各條件取得兩張晶圓10之影像。如此，當使反覆圖案12(晶圓10)相對直線偏光L1旋轉90度時，由於圖10及圖11所示之圖表(平均亮度)之位置關係會上下交換，因此藉由與上述實施形態之方式同樣地求出差分影像及平均影像並評估反覆圖案12，即能得到與上述情形相同之效果。此外，此時，偏光件32及測光件42最好係正交尼可爾狀態(測光件42之透射軸之方位係相對偏光件32之透射軸傾斜90度之狀態)。
又，上述實施形態中，雖說明了晶圓10係使用正型光阻之情形，但並不限於此，即使係使用負型光阻，雖其傾向會相反，但亦可同樣地適用。又，亦可於照明系統與受光系統之至少一者使用離軸橢圓鏡(參照例如日本特開2006-135211號公報之橢圓鏡)。又，上述實施形態中，雖根據平均影像求出聚焦之變化(反覆圖案12之形狀變化)，但並不限於此，由於此平均影像與正交尼可爾狀態下之晶圓10之影像同等，因此亦可從正交尼可爾狀態下之晶圓10之影像求出聚焦之變化(反覆圖案12之形狀變化)
又，上述實施形態中，測光件42雖係構成為可使用旋轉驅動裝置43以受光系統40之光軸為中心旋轉透射軸之方位，但並不限於此，亦可於受光透鏡41與測光件42之間配置1/2λ板，並使1/2λ板之遲相軸之方位以受光系統40之光軸為中心旋轉。
又，上述實施形態中，雖係評估形成於晶圓10表面之反覆圖案12，但並不限於此，亦可評估例如形成於玻璃基板上之圖案。
1．．．評估裝置
2A．．．線部
2B．．．空間部
10．．．晶圓(基板)
11．．．晶片區域
12．．．反覆圖案
20．．．載台
25．．．對準系統
30．．．照明系統(照明部)
31．．．光源
32．．．偏光件
33．．．照明透鏡
40．．．受光系統
41．．．受光透鏡
42．．．測光件
43．．．旋轉驅動裝置(設定部)
44．．．攝影機(攝影部)
50．．．影像處理部(評估部)
55．．．監視器
A1．．．法線
A2．．．入射面
L1．．．第1直線偏光
L2．．．橢圓偏光
L3．．．第2直線偏光(偏光成分)
圖1係顯示評估裝置整體構成的圖。
圖2係顯示半導體晶圓表面之外觀圖。
圖3係說明反覆圖案之凹凸構造之立體圖。
圖4係說明直線偏光之入射面與反覆圖案之反覆方向之傾斜狀態的圖。
圖5係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6係顯示製法作成方法之流程圖。
圖7係顯示圖案之評估方法之流程圖。
圖8(a)係顯示劑量亮度變化與線寬變化之關係的圖表，(b)係顯示劑量亮度變化與曝光能量變化之關係的圖表。
圖9(a)及(b)係顯示從條件區分晶圓之各照射區域反射之橢圓偏光之偏光狀態的圖，(c)係顯示直線偏光之偏光狀態的圖。
圖10係顯示差分影像之各照射區域之平均亮度與劑量變化之關係的圖。
圖11係顯示平均影像之各照射區域之平均亮度與劑量變化之關係的圖。
圖12係顯示線寬變化與劑量變化之關係的圖表。
圖13係顯示LER與聚焦變化之關係的圖表。
1．．．評估裝置
10．．．晶圓(基板)
20．．．載台
25．．．對準系統
30．．．照明系統(照明部)
31．．．光源
32．．．偏光件
33．．．照明透鏡
40．．．受光系統
41．．．受光透鏡
42．．．測光件
43．．．旋轉驅動裝置(設定部)
44．．．攝影機(攝影部)
50．．．影像處理部(評估部)
55．．．監視器
A1．．．法線
L1．．．第1直線偏光
L2．．．橢圓偏光

Claims (12)

  1. 一種評估裝置，其具備：照明部，係對具有經曝光裝置之曝光而形成之既定反覆圖案之基板表面照射偏光；測光件，抽出來自被照射該偏光之該基板表面之反射光中之既定振動方向之偏光成分；攝影部，係拍攝基於該測光件所抽出之該偏光成分之該基板的像；以及評估部，係根據以該攝影部拍攝之基於相異偏光成分之複數個該基板之影像，判別並評估曝光裝置之曝光量與聚焦。
  2. 如申請專利範圍第1項之評估裝置，其中，該偏光係直線偏光；具備設定部，係設定該直線偏光之振動方向與以該測光件抽出之偏光成分之振動方向之間之角度條件；該攝影部，係拍攝在藉由該設定部設定之該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之複數個角度條件下之複數個該基板之像；該評估部，係根據以該攝影部拍攝之複數個該基板之影像判別並評估已曝光該反覆圖案之曝光裝置之曝光量與聚焦。
  3. 如申請專利範圍第1項之評估裝置，其中，該偏光係直線偏光；具備設定部，係設定該直線偏光之振動方向與該反覆 圖案之反覆方向之間之角度條件；該攝影部，係拍攝在藉由該設定部設定之該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之複數個角度條件下之複數個該基板之像；該評估部，係根據以該攝影部拍攝之複數個該基板之影像判別並評估已曝光該反覆圖案之曝光裝置之曝光量與聚焦。
  4. 如申請專利範圍第2項之評估裝置，其中，該設定部，係將該直線偏光在與行進方向成垂直之面內之振動方向與來自該基板表面之反射光在與行進方向成垂直之面內之該偏光成分之振動方向所構成的角度，設定成90度±既定角度之兩個角度條件。
  5. 如申請專利範圍第3項之評估裝置，其中，該設定部，係將該基板表面中該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向所構成之角度，設定成第1角度及與該第1角度差異90度之第2角度之兩個角度條件。
  6. 如申請專利範圍第4或5項之評估裝置，其中，該攝影部，係分別拍攝在藉由該設定部設定之該兩個角度條件下所取得的基於相異偏光成分之該基板之像；該評估部，係根據以該攝影部拍攝之兩個該基板之影像之訊號強度之差分，檢測該曝光裝置之曝光量，並根據以該攝影部拍攝之兩個該基板之影像之訊號強度之平均，檢測該曝光裝置之聚焦。
  7. 一種評估裝置，其具備： 照明部，係對具有經曝光裝置之曝光而形成之既定反覆圖案之基板表面照射偏光；測光件，抽出來自被照射該偏光之該基板表面之反射光中之既定振動方向之偏光成分；攝影部，係拍攝基於該測光件所抽出之該偏光成分之該基板的像；以及評估部，係根據以該攝影部拍攝之基於相異偏光成分之複數個該基板之影像，判別並評估曝光裝置之曝光量所引起之該反覆圖案之形狀與曝光裝置之聚焦所引起之該反覆圖案之形狀。
  8. 如申請專利範圍第7項之評估裝置，其中，該偏光係直線偏光；具備設定部，係設定該直線偏光之振動方向與以該測光件抽出之偏光成分之振動方向之間之角度條件；該攝影部，係拍攝在藉由該設定部設定之該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之複數個角度條件下之複數個該基板之像；該評估部，係根據以該攝影部拍攝之複數個該基板之影像判別並評估曝光裝置之曝光量所引起之該反覆圖案之形狀與曝光裝置之聚焦所引起之該反覆圖案之形狀。
  9. 如申請專利範圍第7項之評估裝置，其中，該偏光係直線偏光；具備設定部，係設定該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之角度條件； 該攝影部，係拍攝在藉由該設定部設定之該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之複數個角度條件下之複數個該基板之像；該評估部，係根據以該攝影部拍攝之複數個該基板之影像判別並評估曝光裝置之曝光量所引起之該反覆圖案之形狀與曝光裝置之聚焦所引起之該反覆圖案之形狀。
  10. 如申請專利範圍第8項之評估裝置，其中，該設定部，係將該直線偏光在與行進方向成垂直之面內之振動方向與來自該基板表面之反射光在與行進方向成垂直之面內之該偏光成分之振動方向所構成的角度，設定成90度±既定角度之兩個角度條件。
  11. 如申請專利範圍第9項之評估裝置，其中，該設定部，係將該基板表面中直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向所構成之角度，設定成第1角度及與該第1角度差異90度之第2角度之兩個角度條件。
  12. 一種評估方法，係對具有使用曝光裝置而形成之既定反覆圖案之基板表面照射直線偏光，且從來自被照射該直線偏光之該反覆圖案之反射光中抽出振動方向與該直線偏光不同之偏光成分，並拍攝基於該抽出之該偏光成分之該基板之像以評估曝光裝置之曝光量與聚焦，其具有：第1步驟，係設定該直線偏光之振動方向與該偏光成分之振動方向之間之角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之角度條件；第2步驟，係在該第1步驟中設定之該直線偏光之振 動方向與該偏光成分之振動方向之間之複數個角度條件、或該直線偏光之振動方向與該反覆圖案之反覆方向之間之複數個角度條件下，對該基板表面照射該直線偏光；第3步驟，在該複數個角度條件下，從來自被照射該直線偏光之該反覆圖案之反射光中抽出振動方向與該直線偏光不同之偏光成分；第4步驟，在該複數個角度條件下，拍攝基於在該第3步驟中抽出之該偏光成分之該基板之像；以及第5步驟，在該複數個角度條件下，根據在該第4步驟中分別拍攝之複數個該基板之影像，判別並評估曝光裝置之曝光量與聚焦、或判別並評估曝光裝置之曝光量所引起之該反覆圖案之形狀與曝光裝置之聚焦所引起之該反覆圖案之形狀。
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