TWI580947B - Substrate surface inspection apparatus, substrate surface inspection method, exposure method, and manufacturing method of semiconductor element - Google Patents

Substrate surface inspection apparatus, substrate surface inspection method, exposure method, and manufacturing method of semiconductor element Download PDF

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TWI580947B
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Description

基板表面檢查裝置、基板表面檢查方法、曝光方法、以及半導體元件之製造方法
本發明係關於一種檢查裝置及檢查方法，用以檢查藉由曝光而形成有既定圖案之基板的表面，亦關於一種曝光方法，用以將既定圖案曝光在基板之表面、以及藉由該曝光方法所製作之半導體元件之製造方法。
步進掃描(step‧and‧scan)方式之曝光裝置，係一邊透過光罩及投影透鏡照射狹縫狀之光，一邊使保持有標線片(亦即，形成有圖案之光罩基板)之載台與保持有晶圓(亦即，欲形成半導體圖案之晶圓)之載台相對移動，以進行1個照射區域分掃描，藉此對半導體晶圓進行1個照射區域分(既定範圍)之曝光。以此方式，由於以狹縫(光)之長邊與標線片載台之相對掃描距離決定曝光照射區域(exposure shot)之大小，因此可將曝光照射區域予以擴大。曝光照射區域亦稱為曝光場(exposure field)。
此種曝光裝置中，聚焦(在晶圓面上之圖案的對焦狀態)之管理係非常地重要。因此，會監測曝光裝置之在晶圓面上之聚焦的狀態(此處，聚焦管理並不限於管理離焦(defocus)所造成之不良，而亦管理在照射區域內或晶圓整面聚焦狀態之變動、及劑量(曝光量)狀態之變動)。在曝光裝置之聚焦狀態的測量，主要而言係有測量曝光照射區域內之聚焦狀態的分布者、以及測量晶圓整面之聚焦狀態的分布者。以下，將前者稱為像面或像面測量，而將後者稱為聚焦監測或聚焦監測測量。聚焦狀態係指以數值來表示曝光時之焦點為從最佳聚焦或聚焦之基準狀態偏離多少。欲測量曝光裝置之聚焦狀態，例如已知有一種方法，其係使用專用之光罩基板對測試圖案進行曝光並顯影，再從所獲得之測試圖案的位置偏移而測量出聚焦偏置(focus offset)量。
然而，在以此種方法測量曝光裝置之聚焦狀態的情況下，除了提出測量所需之參數條件的作業耗時以外，由於測量基本上係1點1點之測量，因此會在測量上耗費大量之時間。又，在圖案之種類或曝光裝置之照明條件有其限制，僅能以與實際元件不同之圖案來測量聚焦狀態。
又，此種曝光裝置中，為了對準投影透鏡之焦點(使其對焦)，係對應晶圓載台之高度來調整光罩基板之高度。然而，在因投影透鏡等導致(圖案之)像面傾斜的情況下，僅以光罩基板之高度的一維調整係無法對準焦點。因此，此種曝光裝置，係在進行對晶圓之曝光前，進行最佳之聚焦條件的測量。欲求出最佳之聚焦條件，例如已知有一種方法，其係一邊使焦點依較1狹縫還小之區域分別改變，一邊對測試用之圖案進行曝光並顯影，再根據所獲得之圖案的正反射像來求出成為最佳聚焦的條件(例如，參照專利文獻1)。此時，利用顯微鏡及攝影元件放大觀察圖案之正反射像，將光阻圖案(線)與間距之對比為極大之條件判定為成為最佳聚焦的條件。
然而，在以此種方法求出最佳之聚焦條件的情況下，係容易受到因曝光能量之變化所造成之光阻之膜厚變化(光阻膜變薄)、或因過大之離焦而造成圖案消失等的影響，而有無法滿足要求精度的情形。又，由於使聚焦依較1照射區域還小之區域分別改變以進行曝光，因此含有照射區域內之像面測量時的控制誤差，而成為使精度降低之主要原因。又，因標線片載台或晶圓載台進行掃描時之誤差，亦有形成在晶圓上之光阻的半導體圖案像會相對地傾斜的情形而無法應付。
專利文獻1：美國專利申請公開第2008/0207499號說明書
如上述般，正謀求用以以高精度且短時間測量曝光時之曝光狀態(聚焦狀態/劑量狀態)的方法。
本發明係有鑑於此種問題而構成，以提供一種能以高精度且短時間測量曝光時之曝光狀態的裝置及方法為目的。
為了達成此種目的，本發明之檢查裝置，具備：照明部，將照明光照射於具有反覆既定範圍之曝光所製作之複數個圖案之基板之該圖案；檢測部，一次檢測來自該照明光照射之該基板之該既定範圍之該圖案之光；以及運算部，係根據以該檢測部檢測出之檢測結果，求出該圖案曝光時之曝光狀態。
此外，上述之檢查裝置中，較佳為：該運算部對該圖案曝光時之對焦狀態與曝光量之至少一方進行運算以作為該曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：進一步具備控制該照明部與該檢測部之控制部；在對該對焦狀態與該曝光量之一方進行運算以作為該曝光狀態時，該控制部以不易受到另一方之影響之方式控制該照明部與該檢測部之至少一方。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該檢測部檢測來自該圖案之繞射光。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該檢測部檢測4次以上之次數之繞射光。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該檢測部檢測來自該圖案之反射光之中既定之偏光成分。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：進一步具備儲存以複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果之記憶部、及可進行通訊之輸入部；該運算部係根據該儲存之檢測結果，求出該圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該記憶部可儲存複數種不同之曝光狀態、及以該曝光狀態進行曝光之圖案之檢測結果；該運算部係根據該儲存之檢測結果與檢查對象之圖案之檢測結果，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該記憶部可儲存表示該複數種不同之曝光狀態與以該曝光狀態進行曝光之圖案之檢測結果之關係之曝光狀態曲線；該運算部係根據該曝光狀態曲線之反曲點，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該記憶部可儲存表示該複數種不同之曝光狀態與以該曝光狀態進行曝光之圖案之檢測結果之關係之曝光狀態曲線；該運算部係藉由檢查對象之圖案之檢測結果與該曝光狀態曲線之擬合，求出該檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該檢測部複數次檢測來自該圖案之光，該運算部係根據將該複數次檢測結果予以累算之累算訊號，求出該曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：進一步具備變更該基板與該檢測部之相對位置、及該基板與該照明部之相對位置之至少一方之變更部；該運算部係根據該相對位置變更前後之檢測結果，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該運算部係根據複數個該相對位置之檢測結果之平均，求出該曝光狀態。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：該照明部以大致平行之光束一次照明該基板之形成有圖案之面整面；該檢測部一次檢測來自位於該整面之圖案之光。
又，上述之檢查裝置中，較佳為：進一步具備可將該運算部求出之曝光狀態反饋輸出至已進行該曝光之曝光裝置之輸出部。
又，本發明之檢查方法，將照明光照射於具有反覆既定範圍之曝光所製作之複數個圖案之基板之該圖案；一次檢測來自該照明光照射之該基板之該既定範圍之該圖案之光；根據該檢測出之檢測結果，求出該圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：求出該圖案曝光時之對焦狀態與曝光狀態之至少一方以作為該曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：在求出該對焦狀態與該曝光狀態之至少一方時，以不易受到另一方之影響之方式控制該照射與該檢測之至少一方。
又，上述之檢查方法中，較佳為：檢測來自該圖案之繞射光。
又，上述之檢查方法中，較佳為：檢測來自該圖案之光之既定偏光成分。
又，上述之檢查方法中，較佳為：根據以複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果，求出該圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：根據以複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果與該圖案曝光時之曝光狀態之關係，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：使用曝光狀態曲線作為以該複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果與該圖案曝光時之曝光狀態之關係，並根據該曝光狀態曲線之反曲點，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：使用曝光狀態曲線作為以該複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果與該圖案曝光時之曝光狀態之關係，並根據檢查對象之圖案之檢測結果與該曝光狀態曲線之擬合，求出該檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：複數次檢測來自該圖案之光，將該複數次之檢測結果予以累算，以求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：變更該照明光之照射狀態、及來自該圖案之光之檢測狀態之至少一方，並根據在該變更前後檢測出之檢測結果，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：根據在該變更前後檢測出之檢測結果之平均，求出該曝光狀態。
又，上述之檢查方法中，較佳為：一次照明形成有該圖案之面整面，並一次檢測來自位於該整面之該圖案之光。
又，上述之檢查方法中，較佳為：求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態，作為可反饋至已使該圖案曝光之曝光裝置之資訊。
又，本發明之曝光方法，係根據藉由本發明之檢查方法所得之該可反饋之資訊來決定曝光條件。
又，本發明之半導體元件之製造方法，係藉由本發明之曝光方法所製作。
根據本發明，即能以高精度且短時間測量曝光時的曝光狀態。
以下，參照圖式針對本發明之較佳實施形態加以說明。將第1實施形態之表面檢查裝置表示於圖1，藉由此裝置來檢查半導體基板即半導體晶圓10(以下，稱為晶圓10)的表面。第1實施形態之表面檢查裝置1，如圖1所示，係具備支承大致圓盤形之晶圓10的載台5，藉由未圖示之搬送裝置搬送來之晶圓10係載置於載台5之上，並且藉由真空吸附固定保持。載台5係以晶圓10之旋轉對稱軸(載台5之中心軸)為旋轉軸，將晶圓10支承成可旋轉(在晶圓10之表面內的旋轉)。又，載台5係能以通過晶圓10之表面的軸為中心，使晶圓10傾斜(傾斜移動)，而可調整照明光之入射角。
表面檢查裝置1，係進一步具備：照明系統20、受光系統30、攝影裝置35、影像處理部40、檢查部60、控制部80、以及記憶部85而構成，其中該照明系統20係將照明光以平行光照射於支承在載台5之晶圓10的表面，該受光系統30係將來自受到照明光照射時之晶圓10的反射光或繞射光等予以聚光，該攝影裝置35則係接受藉由受光系統30聚光之光以檢測出晶圓10之表面的像。此外，控制部80係具備有與記憶部85進行記憶資訊之收授(通訊)的通訊埠82。照明系統20係具有射出照明光之照明單元21、以及使從照明單元21射出之照明光朝向晶圓10之表面反射的照明側凹面鏡25而構成。照明單元21係具有金屬鹵素燈或水銀燈等之光源部22、根據控制部80之指令從來自光源部22之光中取出具有既定波長之光以調節強度的調光部23、以及將來自調光部23之光作為照明光導引至照明側凹面鏡25的導光光纖24而構成。
接著，來自光源部22之光係通過調光部23(具備具有透射波長不同之複數個帶通濾波器的旋轉板與中性密度濾波器(neutral density filter)，根據控制部80之指令控制照明光之波長與強度)，具有既定波長(例如，248nm之波長)之既定強度的照明光，即從導光光纖24往照明側凹面鏡25射出，從導光光纖24往照明側凹面鏡25射出之照明光，由於導光光纖24之射出部係配置在照明側凹面鏡25之焦點面，因此藉由照明側凹面鏡25便成為平行光束，而照射於保持在載台5之晶圓10的表面。此外，照明光對晶圓10之入射角與出射角的關係，係根據控制部80之指令藉由使載台5傾斜(傾斜移動)，以使晶圓10之載置角度改變而可調整。
又，在導光光纖24與照明側凹面鏡25之間，係設有照明側偏光濾波器26，該照明側偏光濾波器26可根據控制部80之指令藉由未圖示之照明側偏光濾波器驅動部往光路上插拔，如圖1所示，以從光路上拔去照明側偏光濾波器26之狀態，進行利用繞射光之檢查(以下，為了方便而稱為繞射檢查)，如圖2所示，以將照明側偏光濾波器26插入至光路上之狀態，進行利用偏光(因結構性複折射所產生之偏光狀態的變化)之檢查(以下，為了方便而稱為PER檢查)(針對照明側偏光濾波器26之詳細將於後述)。此外，亦能以使照明光成為s偏光的方式，將照明側偏光濾波器26配置在光路上，以進行繞射檢查。在使用s偏光之繞射檢查中，係不易受到基底層之影響而可檢測出最上層之狀態。
來自晶圓10之表面的射出光(繞射光或反射光)，係藉由受光系統30聚光。受光系統30係以與載台5相對向配置之受光側凹面鏡31為主體所構成，藉由受光側凹面鏡31聚光之射出光(繞射光或反射光)，係到達攝影裝置35之攝影面上，而形成晶圓10之像。
又，在受光側凹面鏡31與攝影裝置35之間，係設有受光側偏光濾波器32，該受光側偏光濾波器32可根據控制部80之指令藉由未圖示之受光側偏光濾波器驅動部往光路上插拔，如圖1所示，以從光路上拔去受光側偏光濾波器32之狀態進行繞射檢查，如圖2所示，以將受光側偏光濾波器32插入至光路上之狀態進行PER檢查(針對受光側偏光濾波器32之詳細將於後述)。
攝影裝置35係對形成在攝影面上之晶圓10之表面的像進行光電轉換，以生成影像訊號並將影像訊號輸出至影像處理部40。依控制部80之指令影像處理部40，係根據從攝影裝置35所輸入之晶圓10的影像訊號，生成晶圓10之數位影像。在影像處理部40之內部記憶體(未圖示)，係預先儲存有良品晶圓之影像資料，影像處理部40係於生成晶圓10之影像(數位影像)後，即在檢查部60比較晶圓10之影像資料與良品晶圓之影像資料，以檢查在晶圓10之表面有無缺陷(異常)。接著，以未圖示之影像顯示裝置輸出顯示影像處理部40及檢查部60之檢查結果及該時之晶圓10的影像。又，影像處理部40係可利用晶圓之影像來判定曝光時之聚焦狀態(例如，藉由曝光裝置100進行投影曝光之圖案之像面的傾斜、或曝光裝置100之聚焦的變動狀態)、或劑量狀態(例如，藉由曝光裝置100進行投影曝光之圖案之在照射區域內或照射區域間之曝光量的變動狀態)(詳細將於後述)。
然而，晶圓10係藉由曝光裝置100對最上層之光阻膜投影曝光既定圖案，藉由顯影裝置(未圖示)進行顯影後，藉由未圖示之搬送裝置，從未圖示之晶圓匣或顯影裝置搬送至載台5上。此外，此時晶圓10係以晶圓10之圖案或者外緣部(凹槽或定向平面等)為基準，以進行對準後之狀態搬送至載台5上。此外，在晶圓10之表面，如圖3所示，複數個晶片區域11係排列於縱橫(於圖3中之XY方向)，在各晶片區域11之中，作為半導體圖案係形成有線圖案(line pattern)或孔圖案(hole pattern)等之反覆圖案12。在曝光之1個照射區域大多包含複數個晶片區域，圖3中為了易於瞭解1個晶片係設為1個照射區域。又，雖省略詳細之圖示，不過曝光裝置100係前述步進掃描方式之曝光裝置，且構成為透過纜線等與本實施形態之表面檢查裝置1的訊號輸出部90電氣連接，而可根據來自表面檢查裝置1之資料(訊號)，進行曝光控制之調整。
欲使用以上方式構成之表面檢查裝置1，進行晶圓10表面之繞射檢查(以下，說明檢測聚焦狀態之步驟，針對檢測劑量狀態之步驟則於後述)，控制部80係透過通訊埠82讀取儲存在記憶部85之工作程序資訊(檢查條件或步驟等)，進行以下之處理。首先，如圖1所示般從光路上拔去照明側偏光濾波器26及受光側偏光濾波器32，藉由未圖示之搬送裝置將晶圓10搬送至載台5上。此外，在搬送之途中已藉由未圖示之對準機構取得形成在晶圓10表面之圖案的位置資訊，而可將晶圓10以既定方向載置在載台5上之既定位置。
其次，以晶圓10表面上之照明方向與圖案之反覆方向為一致(在線圖案的情況下，對線正交)的方式使載台5旋轉，並且在以圖案之間距為P，以照射於晶圓10表面之照明光的波長為λ，以照明光之入射角為θ1，以n次繞射光之射出角為θ2時，根據海更士原理(Huygen’s principle)，以滿足以下(1)式之方式進行設定(使載台5傾斜)。
P=n×λ/{sin(θ1)-sin(θ2)}　…(1)
其次，將照明光照射於晶圓10之表面。以此種條件將照明光照射於晶圓10之表面時，來自照明單元21中之光源部22的光係通過調光部23，具有既定波長(例如，248nm之波長)之既定強度的照明光即從導光光纖24往照明側凹面鏡25射出，在照明側凹面鏡25反射之照明光則成為平行光束，而照射於晶圓10之表面。在晶圓10之表面繞射之繞射光，係藉由受光側凹面鏡31聚光，並到達攝影裝置35之攝影面上，而形成晶圓10之像(繞射像)。
接著，攝影裝置35係對形成在攝影面上之晶圓10之表面的像進行光電轉換，以生成影像訊號並將影像訊號輸出至影像處理部40。影像處理部40係根據從攝影裝置35所輸入之晶圓10的影像訊號，生成晶圓10之數位影像。又，影像處理部40係於生成晶圓10之影像(數位影像)後，即比較晶圓10之影像資料與良品晶圓之影像資料，以檢查在晶圓10之表面有無缺陷(異常)。接著，以未圖示之影像顯示裝置輸出顯示影像處理部40之檢查結果及該時之晶圓10的影像。
又，影像處理部40係可利用以使曝光裝置100之聚焦偏置量依照射區域分別改變之條件進行曝光並顯影之晶圓的影像，求出繞射光之聚焦曲線(表示聚焦偏置量與繞射光強度之關係的曲線)。若利用此聚焦曲線，依1個照射區域內之微小區域分別求出繞射光之訊號強度成為極大(最大)的聚焦偏置量時，即可求出藉由曝光裝置100進行投影曝光之圖案的像面(曝光照射區域內之聚焦狀態的分布)。此處，訊號強度係指對應以攝影裝置35之攝影元件所檢測出之光之強度的訊號強度，係取決於照明光強度、圖案之繞射效率、及攝影裝置之感度等。本實施形態中，由於訊號強度係以影像亮度觀測，因此此2種說法實質上係指相同者。此外，本案之發明人發現在繞射光的情況下，若將線寬與線距之佔空比(duty ratio)設為相對於線寬為1而線距為10以上時，訊號強度成為極大之聚焦偏置量即為最佳聚焦(best focus)。例如4次函數雖具有最大3個極值(向上或向下之尖峰)，不過極大係指此等之中，聚焦之測量範圍(最佳聚焦附近)內的極大點。
接著，針對求出藉由曝光裝置100進行投影曝光之圖案之像面之傾斜的方法，一邊參照圖6所示之流程圖一邊加以說明。首先，製作使曝光裝置100之聚焦偏置量依照射區域分別改變而形成反覆圖案的晶圓(步驟S101)。此時，依曝光照射區域分別使聚焦偏置量改變，設定複數個相同聚焦偏置量之照射區域，並將其等分散配置。以下，將此種晶圓稱為條件區分晶圓10a(參照圖7及圖8)。
此處，將相同聚焦偏置量之照射區域予以散亂地配置，係為了抵消例如在晶圓之中央側與外周側之間所產生之光阻條件的不同、或掃描曝光時之所謂左右差等的影響而進行。此外，形成在晶圓上之光阻膜(光阻)大多係以旋轉塗佈而塗佈形成，有光阻原液會隨著旋轉擴展導致溶劑成分揮發使黏度上升造成膜變厚的趨勢，而在晶圓之中央側與外周側之間產生光阻條件的不同。又，所謂左右差，例如在以掃描方向為X方向的情況下，係指標線片一邊移動至X+方向(晶圓係移動至X-方向)一邊進行曝光時、與標線片一邊移動至X-方向(晶圓係移動至X+方向)一邊進行曝光時的差。
本實施形態之條件區分晶圓10a，如圖7所示，係將聚焦偏置量以每25nm區分成-175nm～+200nm的16個等級。此外，在圖7之各照射區域係已以編號(1～16)表示每25nm區分之聚焦偏置量的等級，在等級相同而掃描方向為反方向的情況下係賦予「’」。例如，以編號12表示之聚焦偏置量的照射區域，係以將以相同聚焦偏置量進行之曝光，在標線片移動X+方向/中央側1個照射區域‧在標線片移動X+方向/外周側1個照射區域‧在標線片移動X-方向/中央側1個照射區域‧在標線片移動X-方向/外周側1個照射區域的方式設定有4個部位。又，例如以編號15表示之聚焦偏置量的照射區域，係以將相同聚焦偏置量進行之曝光，以條件區分晶圓10a之中心為對稱軸，在標線片移動X+方向/外周側2個照射區域‧在標線片移動X-方向/外周側2個照射區域的方式設定有4個部位。本實施形態中，以此方式以將聚焦偏置量區分16個等級，以各聚焦偏置量4個照射區域之合計64個照射區域，將其等散亂地配置在而製作了條件區分晶圓10a。
此外，亦可製作複數片條件區分晶圓，以求出聚焦曲線。此時，各條件區分晶圓之依聚焦偏置量的照射區域配置，較佳為設定成抵消聚焦偏置以外之條件所造成的影響。
製作條件區分晶圓10a後，與繞射檢查之情形同樣地，將條件區分晶圓10a搬送至載台5上(步驟S102)。其次，與繞射檢查之情形同樣地，將照明光照射於條件區分晶圓10a之表面，攝影裝置35即對條件區分晶圓10a之繞射像進行光電轉換，以生成影像訊號並將影像訊號輸出至影像處理部40(步驟S103)。此時，針對條件區分晶圓10a，利用曝光後之圖案的間距資訊或繞射條件搜尋來求出繞射條件，以可獲得繞射光之方式進行與繞射檢查之情形同樣的設定。繞射條件搜尋係指在正反射以外之角度範圍使載台5之傾斜角度階段性地改變，以在其各傾斜角度取得影像，來求出影像變亮，亦即可獲得繞射光之傾斜角度的功能。此外，條件區分晶圓10a之方位角(曝光後之圖案對照明光之照明方向的姿勢)，係配置成使曝光後之圖案的反覆方向(在線寬與線距之圖案的情況係與線正交的方向)與照明方向一致。
其次，影像處理部40係根據從攝影裝置35所輸入之條件區分晶圓10a的影像訊號，生成條件區分晶圓10a之數位影像，依聚焦偏置量相同之照射區域分別以像素單位(各自之照射區域所對應之部分的像素彼此)，進行訊號強度(亮度)的平均化(步驟S104)。此外，針對在繞射檢查判斷為缺陷的部分，係從前述平均化之對象剔除。其次，影像處理部40係針對藉由平均化所獲得(聚焦偏置量彼此互異)之所有照射區域，分別求出如圖8所示般在設定於照射區域內之複數個設定區域(以小長方形圍成之區域)A之訊號強度的平均值(以下，為了方便而稱為平均亮度)(步驟S105)。在至此為止之處理，即可依設於曝光照射區域內之複數個設定區域A，分別獲得對以每25nm將聚焦偏置量區分成-175nm～+200nm之16個等級時之其各平均亮度。
影像處理部40係依求出平均亮度後之各設定區域A，分別求出表示聚焦偏置與平均亮度之關係的圖形，亦即聚焦曲線(步驟S106)。此外，將聚焦曲線之一例表示於圖9及圖13～圖14。其次，影像處理部40係依設定區域A分別求出以函數來近似聚焦曲線的近似曲線(步驟S107)。此外，於近似曲線之函數，較佳為使用4次函數(4次式)。又，將在此處所求出之聚焦曲線稱為基準聚焦曲線。又，4次函數係表示成以下之(2)式。
y=ax4+bx3+cx2+dx+e　…(2)
此處，x係聚焦偏置，y係訊號強度(平均亮度)，a、b、c、d、e則為係數。藉由使用最小平方法等求出用以近似聚焦曲線之最佳係數a、b、c、d、e，即可獲得(2)式之近似函數。
其次，影像處理部40係依各設定區域，分別在聚焦曲線之近似曲線求出平均亮度成為極大之聚焦偏置量(步驟S108)。以此方式，如圖10所示，即可求出照射區域內繞射光之平均亮度成為極大之聚焦偏置量的分布，依曝光照射區域內之設定區域分別計算其等之值與曝光時之聚焦偏置設定值的差，其即成為像面之測量值(步驟S109)。
接著，根據像面之測量值，分別(近似地)求出藉由曝光裝置100進行曝光之狹縫(光)在長邊方向之聚焦的傾斜(亦即，像面之傾斜量)、以及曝光裝置100之標線片載台(未圖示)與晶圓載台在掃描方向之聚焦的傾斜。此外，如上述般可測量像面，雖係基於繞射光之強度成為極大之聚焦偏置量為最佳聚焦的假設，不過依圖案之不同而在繞射光之強度成為極大之聚焦偏置量與最佳聚焦之間，有時會有差。然而，即使在該情況下，由於照射區域內之圖案已各自近似，因此其偏置量與最佳聚焦之差係一定，由於像面之傾斜係測量值之各設定區域之值的相對性傾斜，因此可從以上述般求出之像面的測量值來求出像面的傾斜。以此方式所求出之像面的測量結果，例如係在轉換成像面彎曲率或最大最小值‧對角方向之傾斜等曝光裝置100可接受的參數之後，從影像處理部40透過訊號輸出部(未圖示)輸出至曝光裝置100，以反映於曝光裝置100之曝光。此外，本實施形態中之像面的傾斜，係曝光裝置100中之投影透鏡所產生之投影像的像面傾斜、與標線片載台及晶圓載台之行進誤差所造成之對晶圓上之光阻層的綜合性像面傾斜。
以此方式，根據本實施形態，由於影像處理部40係根據藉由曝光裝置100進行曝光之條件區分晶圓10a的影像，判定藉由曝光裝置100進行投影曝光之圖案之像面的傾斜(亦即，形成在晶圓10之反覆圖案12內之對焦透鏡的趨勢)，因此不僅可根據測量專用之圖案，亦可根據以實際之曝光所使用之圖案及照明條件進行曝光並顯影之晶圓的影像來進行測量。此時，本實施形態中，係可一邊使曝光裝置100之聚焦偏置量依照射區域分別改變，一邊對曝光後之圖案各自在條件區分晶圓10a之表面一次進行攝影。因此，攝影在短時間即完成，而且由於在依照射區域內之各設定區域A分別求出繞射光之極大亮度(強度)時，依條件區分晶圓10a上之聚焦偏置量不同的照射區域分別求出各設定區域A的平均亮度，因此可將光阻膜等之膜厚變動所造成之影響平均化而予以降低。以此方式，由於可根據以實際之曝光所使用之圖案進行曝光之照射區域的影像來進行測量，再者可將因光阻膜等之膜厚變動所造成之影響平均化而予以降低，因此能以高精度測量曝光裝置100之相對光學像面。
此外，以上之說明中，條件區分晶圓10a雖具有複數個聚焦偏置量相同之照射區域並將該等散亂地配置，不過即使使用一般使用在曝光裝置之調整的所謂FEM晶圓(Focus Exposure Matrix晶圓：聚焦曝光矩陣晶圓)，亦可進行像面之測量。FEM晶圓係指將聚焦與劑量(曝光能量)區分成矩陣狀予以曝光並顯影的晶圓，一般係以相同聚焦偏置量而且相同劑量之照射區域僅有一個。因此，由於無法藉由平均化將光阻膜厚變動等所造成之影響予以平均化，因此測量精度雖稍差，不過若使用劑量一定且聚焦偏置量不同之照射區域，則可求出聚焦曲線而可進行像面之測量(又，若使用聚焦量一定且劑量不同之照射區域，則如後述般可測量劑量變動)。
又，若設置成對從晶圓之表面所產生之繞射光的像進行攝影，由於不易受到因光阻膜等之膜厚變動所造成的影響，因此能以更高精度測量曝光裝置100之相對光學像面。
此時，藉由依成為對象之各種圖案分別選擇最佳之繞射條件，即可進行高精度之測量。尤其，對微小量之聚焦變化感度較高而可獲得高分析能力。
又，關於曝光裝置之曝光條件，關於因照射區域內之照明系統不均勻、透鏡模糊等所造成之不均勻性，亦可藉由選擇適切之繞射條件，進行影響較少之像面測量。此外，習知技術中，照射區域內之照明系統不均勻等所造成之對比不均勻性，亦為使精度降低之原因。
又，根據成為對象之圖案選擇複數個繞射條件，即可將在各繞射條件求出之曝光裝置100之相對像面(像面之傾斜)加以平均化，藉此即可獲得進一步之精度提升。此時，例如若以照射區域內之中心位置為基準且以成為相同聚焦偏置量的方式，使在各繞射條件求出之像面分別偏置時，即能以高精度加以平均化。此外，此時較佳為設置成選擇次數較高之繞射條件或波長。又，對存在複數個圖案間距之條件，若取得不同之間距條件所形成之影像加以解析，並使用聚焦曲線之彎曲較陡峭之條件，則精度會穩定且變佳。此外，在進行平均化時，亦可剔除異常值。
又，在選擇繞射條件時，不拘劑量且藉由選擇最佳聚焦位置幾乎不變之繞射條件，即使在照射區域內有劑量(能量)不均勻性，亦可謀求對像面測量無影響之精度。如習知技術般，在較1個照射區域還小之區域內，改變聚焦偏置進行曝光並測量時，由於會測量不同照射區域內之能量分布，因此以往會產生誤差。此外，為了不拘劑量選擇最佳聚焦位置幾乎不變之繞射條件，例如只要使用前述FEM晶圓並依不同劑量分別求出聚焦曲線再加以比較，以選擇不會因劑量而造成最佳聚焦位置改變的條件即可。
再者，影像處理部40係可利用使曝光裝置100之聚焦偏置量依晶圓分別改變以進行曝光並顯影之複數個晶圓的影像，求出曝光裝置100之聚焦對晶圓10之表面整體的變動狀態，亦即進行聚焦監測測量。接著，針對求出曝光裝置100之聚焦之變動狀態的方法，一邊參照圖17所示之流程圖一邊加以說明。首先，如圖11(a)所示，取得使曝光裝置100之聚焦偏置量依晶圓分別改變以進行曝光並顯影之複數個晶圓(此處，例如聚焦偏置量為-100nm,-50nm,0nm,+50nm,+100nm之5個晶圓15a～15e)的影像(步驟S201)。此時，晶圓之照明及攝影等係以與繞射檢查之情形同樣的方式進行。此處，為了方便，係將聚焦偏置量不同之5個晶圓15a～15e稱為測量用晶圓15a～15e。
其次，從所取得之晶圓的影像，依使曝光裝置100之聚焦偏置量改變的測量用晶圓15a～15e，以像素單位(或者以少數像素形成之設定區域的平均值，以下相同)，分別求出針對晶圓內之所有照射區域的訊號強度(步驟S202)。不論是像素單位、或者是以少數像素形成之設定區域，為了方便皆稱為設定區域A，並將其訊號強度(或者平均值)稱為平均亮度。像面之測量中，雖對曝光照射區域設定有複數個設定區域A，不過聚焦監測測量中，係對晶圓表面整體設定有複數(多數)個設定區域A，依各設定區域分別求出平均值。其次，如圖11(b)所示，依照射區域之設定區域A分別求出在(聚焦偏置量彼此互異之)各晶圓中同位置之設定區域A的平均亮度、以及表示與此對應之聚焦偏置量之關係的圖形，亦即聚焦曲線(為了與以條件區分晶圓所求出之構成基準的聚焦曲線作區別，此後適當稱為取樣聚焦曲線)(步驟S203)。此外，在欲近似取樣聚焦曲線時，較佳為亦使用4次函數作為近似曲線(步驟S204)。
其次，影像處理部40係依各設定區域，分別求出在聚焦曲線之近似曲線平均亮度成為極大之聚焦偏置量(步驟S205)。以此方式，如圖12所示，即可求出晶圓內繞射光之平均亮度成為極大之聚焦偏置量(圖12中係已將聚焦偏置量轉換成亮度)的分布，依晶圓內之設定區域分別計算該等之值與曝光時之聚焦設定值的差(步驟S206)，即可獲得晶圓整面之聚焦狀態的分布，亦即聚焦監測的測量值。此外，為了方便將至此為止所說明之像面測量的方法及聚焦監測測量的方法，亦即從聚焦曲線之近似曲線成為極大之聚焦偏置量求出之方法稱為尖峰(peak)法。
以此方式，由於可求出在晶圓面上之聚焦偏置量之偏移量的分布，因此可求出曝光裝置100之聚焦對晶圓10之表面整體的變動狀態(例如，參照圖12)。本實施形態中，由於係一次取得晶圓整面之影像，因此能以非常短之時間測量晶圓整面之聚焦狀態。此外，圖12之例中，雖以明暗來表示曝光裝置100之聚焦的變動狀態，不過若設置成使用假色(pesudocolor)顯示，則藉由改變顏色同時即可表示聚焦偏移之大小及正負。此外，將在影像處理部40所求出之曝光裝置100之聚焦對晶圓10之表面的變動狀態(聚焦偏置量)，從影像處理部40透過訊號輸出部(未圖示)輸出至曝光裝置100，即可反饋至曝光裝置100之設定。
以此方式，根據本實施形態，由於可根據以實際之曝光所使用之圖案進行曝光之晶圓的影像來判定曝光裝置100之聚焦的變動狀態，且可使用實際之元件所使用之圖案而非專用之圖案，而且曝光裝置100之照明條件亦不會受限，因此能以高精度測量曝光裝置100之聚焦狀態。當然，在曝光裝置之調整用等亦可使用專用之圖案。
又，若設置成對從晶圓之表面所產生之繞射光的像進行攝影，則由於不易受到因光阻膜等之膜厚變動所造成的影響，因此能以更高精度測量曝光裝置100之聚焦的狀態。尤其，照明光之波長最好係248nm或313nm(j線)等之深紫外區的波長。
又，若設置成使用複數個繞射條件，求出曝光裝置100之聚焦的狀態，則例如可藉由針對各繞射條件加以平均化，即可期待進一步之精度提升。又，依成為對象之各種圖案分別選擇最佳之繞射條件，即可進行感度較高且高精度之測量。此外，在進行平均化時亦可剔除異常值。
又，在求出對聚焦偏置量之繞射亮度變化(亦即，聚焦曲線)時，若以稍微超過或者低於最佳劑量之劑量(曝光量)進行曝光，則可提升測量感度。尤其，過劑量側係更為有效。在因曝光裝置之定期檢查等而需更高精度之測量的情況下，亦可以此種方法進行。
此外，上述實施形態中，為了引起繞射，圖案之反覆間隔必需為照明波長之1/2以上。因此，在使用波長為248nm之光作為照明光的情況下，在反覆間隔為124nm以下之反覆圖案便不會產生繞射光。然而，即使在該情況下，只要在照射區域內之各位置有具有較124nm更長之反覆間隔的圖案(例如保護圖案等)，由於在該處會產生繞射光，因此便可進行測定。此外，由於對圖案進行曝光時之照明條件係配合微細之圖案，因此前述反覆間隔較長之圖案係較微細之圖案更易於因對焦偏移(散焦)而導致形狀崩潰，亦即對聚焦偏移變得敏感，而有測量精度提高的情形。
又，上述實施形態中，由於對屬反覆圖案之圖案的間距使用高次之繞射光係較使用1次繞射光，一般而言繞射效率對圖案之變化的變動較大，因此對聚焦之變化的感度即提升，而能以更高精度測量曝光時之聚焦狀態(前述對焦偏移之趨勢或曝光裝置100之聚焦的變動狀態)。根據本案之發明人之實驗，以4次以上之繞射光即可獲得效果，以10次繞射光或120次繞射光有時可亦獲得高精度。
在圖案之反覆間距較短而無法產生繞射光的情況下，有時亦可藉由來自圖案區塊，亦即圖案之塊之反覆的繞射光進行檢查。例如，如圖15所示，由複數個孔13構成之圖案區塊14排列成縱橫之半導體元件DV(例如，記憶體元件等)之情形。本案之發明人發現若以從以10μm之反覆間距排列之圖案區塊14獲得100次繞射光的方式設定繞射條件，則在圖案區塊14對以0.14μm之反覆間距排列之直徑60nm之孔13的形狀變化(亦即，孔圖案之變化)，該100次繞射光係具有較高之感度。以此方式，藉由以從相對反覆間隔較長之圖案獲得高次之繞射光的方式設定繞射條件，即可檢測出不易產生繞射光之微細圖案(亦即，相對反覆間隔較短之圖案)之散焦所造成的圖案變化，而能以更高精度測量曝光時之聚焦狀態。
此外，為了獲得高次之繞射光，較佳為使用波長較短之紫外光作為照明光。尤其，照明光之波長最好是248nm或313nm(j線)等之深紫外區的波長。根據前述(1)式，在反覆圖案之間距相同的情況下，藉由縮短照明光之波長，即可獲得高次之繞射光。又，在晶圓之反覆圖案有基底層的情況下，或有基底膜之膜厚不均的情況下，若使用短波長(例如，248nm或313nm等)之照明光，即可設置成不易受基底之影響。
又，在使用高次之繞射光的情況下，較佳為藉由攝影裝置35對晶圓之像(繞射像)進行複數次(例如10次)攝影，並將其各影像訊號輸出至影像處理部40，藉由影像處理部40根據將來自攝影裝置35之複數個影像訊號加以累算後的累算訊號，以進行晶圓之數位影像的生成、或曝光時之聚焦狀態的判定等。由於高次之繞射光反射率較低，因此藉由進行影像訊號之累算，可增加訊號量以提升SN比，而能以更高精度測量曝光時之聚焦狀態。
又，亦可針對攝影裝置35之攝影元件，預先測定暗電流，以在進行影像訊號之累算時，剔除因暗電流所產生之訊號。藉此，可使SN比更為提升。例如，以攝影次數為N，以N次分之影像訊號的累算值為S，以暗電流之訊號值為A時，剔除因暗電流所產生之訊號後之影像訊號的累算值Sa，則能以Sa=S-{A×(N-1)}表示。
再者，為了增加訊號量以使SN比提升，亦可延長攝影裝置35之攝影時間(曝光時間)。又，為了減少攝影元件之隨機雜訊，亦可將攝影裝置35之攝影元件加以冷卻。
又，上述實施形態中，亦可藉由攝影裝置35，除了對藉由載台6位於既定旋轉位置(第1旋轉位置)之晶圓的像(繞射像)以外，亦對位於從該旋轉位置使其旋轉180度後之旋轉位置(第2旋轉位置)之晶圓的像(繞射像)進行攝影，藉由影像處理部40從攝影裝置35修正旋轉分，將各別輸出之在各旋轉位置的影像訊號予以平均化，以進行晶圓之數位影像的生成、或曝光時之聚焦狀態的判定等。以此方式，由於可降低因圖案形狀之非對稱性所造成的測量誤差、或因對晶圓之照明之不均勻性所造成的測量誤差，因此能以更高精度測量曝光時之聚焦狀態。
又，上述實施形態中，亦可藉由攝影裝置35對晶圓之像(繞射像)進行複數次(例如10次)攝影，藉由影像處理部40將從攝影裝置35各別輸出之在各次數之影像訊號予以平均化，以進行晶圓之數位影像的生成、或曝光時之聚焦狀態的判定等。以此方式，由於攝影元件之隨機雜訊係較1次之攝影減少至1/√10左右，因此能以更高精度測量曝光時之聚焦狀態。
又，上述實施形態中，雖根據條件區分晶圓10a之影像來測量曝光裝置100之像面，不過並非限制於此，亦可利用使曝光裝置100之聚焦偏置量依晶圓分別改變(在同一晶圓係以同一條件)以進行曝光並顯影之複數個晶圓的影像，來測量曝光裝置100之像面。以此方式，由於可降低每次改變照射區域位置時所產生之動態控制誤差(晶圓載台之行進誤差或調平誤差、標線片載台之行進誤差或調平誤差、以及標線片載台與晶圓載台之同步誤差等)，因此可進行更高精度之測量。
又，上述實施形態中，曝光裝置100雖為步進掃描方式之曝光裝置，不過不進行曝光裝置100之載台掃描或標線片掃描，而在進行步進重複(step‧and‧repeat)曝光時，同樣之測量亦為有效之手段。
又，上述實施形態中，求出聚焦曲線之近似曲線(4次式)時，在聚焦曲線之端部附近若存在曲線呈不連續或不規則之變化的點，則會成為造成近似曲線之誤差的原因。因此，較佳為在以最小平方法計算近似曲線之參數時，對測定值賦予權重，例如增加聚焦曲線中訊號強度較大之點的權重，而縮小訊號強度較小之點的權重，藉此降低聚焦曲線之端部附近之不連續點或不規則點的影響。
又，上述實施形態中，較佳為選擇以下繞射條件，亦即在所選擇之照明波長，照明角度與受光角度為對形成有圖案之光阻膜的反射率成為極大或極小附近。若曝光量(劑量)產生變化，則圖案之線寬亦產生變化，導致形成有該圖案之光阻膜的實質膜厚產生變化。因此，利用反射光之干涉條件(反射率)係對應光阻膜厚周期性地變化，選擇對光阻膜之反射率成為極大或極小附近的繞射條件(照明角度與受光角度)，藉此由於反射率對膜厚變化(線寬變化)的變動會變小，因此可降低因曝光量之變化所造成的影響。
又，上述實施形態中，雖利用在晶圓之表面所產生的繞射光，以求出曝光裝置100之像面或聚焦狀態，不過並非限制於此，亦可利用在晶圓之表面所產生之正反射光或偏光的狀態變化，以求出曝光裝置100之像面或聚焦狀態。
接著，針對藉由表面檢查裝置1進行晶圓10之表面之PER檢查的情形加以說明。此外，反覆圖案12，如圖4所示，係設置成複數個線寬部2A為沿著其短邊方向(X方向)以一定間距P排列的光阻圖案(線圖案)。又，相鄰之線寬部2A彼此之間係線距部2B。又，將線寬部2A之排列方向(X方向)稱為「反覆圖案12之反覆方向」。
此處，以反覆圖案12中線寬部2A之線寬DA的設計值為間距P之1/2。在按照設計值形成有反覆圖案12的情況下，線寬部2A之線寬DA與線距部2B之線寬DB係相等，線寬部2A與線距部2B之體積比係大致1：1。相對於此，若形成反覆圖案12時之曝光聚焦偏離適切值，則間距P雖不變，不過線寬部2A之線寬DA會與設計值不同，而且與線距部2B之線寬DB亦不同，線寬部2A與線距部2B之體積比則從大致1：1偏離。
PER檢查係利用上述之反覆圖案12中線寬部2A與線距部2B之體積比的變化，進行反覆圖案12之異常檢查。此外，為了簡化說明，將理想之體積比(設計值)設為1：1。體積比之變化，係因曝光聚焦偏離適切值所造成，依晶圓10之照射區域分別顯現。此外，亦可將體積比改說成剖面形狀之面積比。
PER檢查中，如圖2所示，係在光路上插入照明側偏光濾波器26及受光側偏光濾波器32。又，進行PER檢查時，載台5係使晶圓10傾斜至能以受光系統30接受來自照明光所照射之晶圓10之正反射光的傾斜角度，並且在既定旋轉位置停止，以將晶圓10中之反覆圖案12的反覆方向，如圖5所示，對晶圓10之表面之照明光(直線偏光L)的振動方向，保持成45度傾斜。其係為了將反覆圖案12之檢查的訊號強度提升到最大之故。又，若設置成22.5度或67.5度則檢查之感度會變高。此外，角度並不限於這些，而可設定成任意角度方向。
照明側偏光濾波器26係配置在導光光纖24與照明側凹面鏡25之間，而且其透射軸係設定於既定方位(方向)，對應透射軸從來自照明單元21之光取出(透射)偏光成分(直線偏光)。此時，由於導光光纖24之射出部係配置於照明側凹面鏡25之焦點位置，因此照明側凹面鏡25係將透射照明側偏光濾波器26之光形成為平行光束，以照明半導體基板即晶圓10。以此方式，從導光光纖24射出之光，係透過照明側偏光濾波器26及照明側凹面鏡25，而成為p偏光之直線偏光L(參照圖5)，以照明光照射於晶圓10之表面整體。
此時，由於直線偏光L之行進方向(到達晶圓10表面上之任意點之直線偏光L之主光線的方向)係大致平行於光軸，因此晶圓10之各點中直線偏光L的入射角度由於係平行光束因此彼此相同。又，由於入射至晶圓10之直線偏光L係p偏光，因此如圖5所示，在反覆圖案12之反覆方向係對直線偏光L之入射面(晶圓10之表面中直線偏光L之行進方向)設定成45度之角度的情況下，晶圓10之表面中直線偏光L之振動方向與反覆圖案12之重複方向所構成的角度亦設定成45度。換言之，直線偏光L係以晶圓10之表面中直線偏光L的振動方向對反覆圖案12之反覆方向傾斜45度的狀態，以斜向橫越反覆圖案12之方式射入於反覆圖案12。
在晶圓10之表面反射的正反射光，雖藉由受光系統30之受光側凹面鏡31聚光，而到達攝影裝置35之攝影面上，不過此時因在反覆圖案12之結構性複折射導致直線偏光L之偏光狀態產生變化(橢圓偏光化)。受光側偏光濾波器32係配置在受光側凹面鏡31與攝影裝置35之間，受光側偏光濾波器32之透射軸的方位，係設定成對上述照明側偏光濾波器26之透射軸正交(正交偏光鏡(crossed Nicol)之狀態)。因此，可藉由受光側偏光濾波器32，取出來自晶圓10(反覆圖案12)之正反射光中振動方向與直線偏光L呈大致直角的偏光成分(例如，s偏光之成分)，並導引至攝影裝置35。其結果，在攝影裝置35之攝影面，即形成來自晶圓10之正反射光中對直線偏光L振動方向呈大致直角之偏光成分所產生之晶圓10的反射像。此外，在橢圓偏光之短軸方向與直線偏光L並未正交的情況下，藉由使受光側偏光濾波器32之透射軸與橢圓偏光之短軸方向一致，感度即提升。
欲藉由表面檢查裝置1進行晶圓10表面之PER檢查，首先，如圖2所示，將照明側偏光濾波器26及受光側偏光濾波器32插入至光路上，藉由未圖示之搬送裝置將晶圓10搬送至載台5上。此外，在搬送之途中已藉由未圖示之對準機構取得形成在晶圓10表面之圖案的位置資訊，而可將晶圓10以既定方向載置在載台5上之既定位置。又，此時，載台5係使晶圓10傾斜至能以受光系統30接受來自照明光所照射之晶圓10之正反射光的傾斜角度，並且在既定旋轉位置停止，以將晶圓10中之反覆圖案12的反覆方向，對晶圓10之表面之照明光(直線偏光L)的振動方向，保持成45度傾斜。
其次，將照明光照射於晶圓10之表面。在以此種條件將照明光照射於晶圓10之表面時，從照明單元21之導光光纖24所射出之光，係透過照明側偏光濾波器26及照明側凹面鏡25，而成為p偏光之直線偏光L，以照明光照射在晶圓10之表面整體。在晶圓10之表面反射的正反射光，係藉由受光側凹面鏡31聚光，到達攝影裝置35之攝影面上，而形成晶圓10之像(反射像)。
此時，藉由在反覆圖案12之結構性複折射導致直線偏光L之偏光狀態產生變化，受光側偏光濾波器32即可取出來自晶圓10(反覆圖案12)之正反射光中振動方向與直線偏光L呈大致直角的偏光成分(亦即，直線偏光L之偏光狀態的變化)，並導引至攝影裝置35。其結果，在攝影裝置35之攝影面，即形成來自晶圓10之正反射光中振動方向與直線偏光L呈大致直角之偏光成分所產生之晶圓10的反射像。
接著，攝影裝置35係對形成在攝影面上之晶圓10之表面的像(反射像)進行光電轉換，以生成影像訊號並將影像訊號輸出至影像處理部40。影像處理部40係根據從攝影裝置35所輸入之晶圓10的影像訊號，生成晶圓10之數位影像。又，影像處理部40係在生成晶圓10之影像(數位影像)後，即比較晶圓10之影像資料與良品晶圓之影像資料，以檢查在晶圓10之表面有無缺陷(異常)。此外，由於一般認為良品晶圓亦即以最佳聚焦‧最佳劑量之狀態進行曝光並顯影之晶圓之反射影像的訊號強度(亮度值)，會顯示最高之訊號強度(亮度值)，因此例如與良品晶圓比較之訊號強度變化(亮度變化)若大於預定之閾值(容許值)則判定為「異常」，若小於閾值則判斷為「正常」。接著，以未圖示之影像顯示裝置輸出顯示影像處理部40之檢查結果及該時之晶圓10的影像。
然而，影像處理部40係利用以使曝光裝置100之聚焦偏置量依照射區域分別改變之條件進行曝光並顯影之晶圓的影像，即可求出曝光裝置100之偏光的聚焦曲線。若利用此聚焦曲線，求出所檢測出之偏光之訊號強度(前述平均亮度)成為極大的聚焦偏置量時，與繞射光之情形同樣地，即可求出藉由曝光裝置100進行投影曝光之圖案之像面的傾斜。具體而言，在圖6所示之流程圖的步驟S103，只要將直線偏光L作為照明光照射於條件區分晶圓10a之表面，並使攝影裝置35對條件區分晶圓10a之反射像進行光電轉換，以生成影像訊號並將影像訊號輸出至影像處理部40即可。此外，在偏光的情況下，由於一般認為訊號強度成為極大之聚焦偏置量即為最佳聚焦，因此可容易地得知成為最佳聚焦之聚焦偏置量。
再者，影像處理部40若與PER檢查之情形同樣地進行晶圓之照明及攝影等，利用使曝光裝置100之聚焦偏置量依晶圓分別改變以進行曝光並顯影之複數個晶圓的影像，求出偏光之平均亮度(照明條件係一定)的聚焦曲線，藉此即可進行曝光裝置100對晶圓10之表面的聚焦狀態，亦即聚焦監測測量。
此外，受光側偏光濾波器32之透射軸的方位，亦可對上述照明側偏光濾波器26之透射軸微幅偏離正交狀態，以與照明光即偏光之結構性複折射所造成之旋轉一致。
又，上述實施形態中，雖藉由尖峰法進行聚焦監測測量，不過亦能以別的方法進行聚焦監測測量。依圖案之不同，有時聚焦曲線之極大值附近係呈平坦之形狀。例如，亦有如圖16所示之聚焦曲線CV1,CV2之形狀的情形。此時，由於難以以高精度決定訊號強度成為極大之聚焦偏置量，因此以第1實施形態之尖峰法，結果而言測量精度會降低。
因此，說明在此種情況下有效的方法，以作為本案之第2實施形態。第2實施形態中，由於裝置構成或晶圓之曝光方法等基本上係與第1實施形態之情形相同，因此針對第2實施形態之表面檢查裝置係省略詳細之說明。第2實施形態與第1實施形態之不同，係聚焦狀態之測定方法相對於在第1實施形態中為尖峰法，在第2實施形態中則藉由為了方便而稱為擬合(fitting)法之方法。
首先，一邊參照圖18所示之流程圖，一邊說明擬合法之像面測量的步驟。圖18之步驟S301～S305係與圖6之步驟S101～S105相同之處理。相同處理之部分的說明雖省略，不過在截至步驟S305為止，對區分有聚焦偏置之各照射區域，係依設定在照射區域內之複數個設定區域分別求出平均亮度。其次，進一步對區分有聚焦偏置之各照射區域，將照射區域內之所有設定區域的平均值(平均亮度)加以平均，以求出照射區域平均值(步驟S306)。其次，求出表示該照射區域平均值與聚焦偏置之關係的聚焦曲線(為了與其他聚焦曲線作區別，此後將稱為照射區域聚焦曲線)，再以例如4次函數之近似曲線來近似所求出之照射區域聚焦曲線(步驟S307)。此外，照射區域聚焦曲線係從1片條件區分晶圓僅可獲得1個。
其次，依照射區域內之設定區域，分別將在步驟S305所求出之對各聚焦偏置的平均值(平均亮度)與在步驟S307所求出之照射區域聚焦曲線予以擬合，以求出最為一致之照射區域聚焦曲線的(圖形上的)位置(步驟S308)。此處所稱之擬合(fitting)係在例如圖20所示之圖形，一邊使以實線表示之照射區域聚焦曲線的近似曲線於左右，亦即使聚焦偏置以例如每1nm平行地移動，一邊求出與以菱形之標記表示之平均亮度的一致度，以求出最為一致之位置的動作，從原照射區域聚焦曲線起之移動量(亦即，聚焦偏置之差)則成為該設定區域之(表示聚焦狀態)測量值。此外，作為一致度，可求出平均亮度與在和該平均亮度相同之聚焦偏置之近似曲線之值之差的平方和、再求出該平方和成為最小的位置，亦可求出相關係數再求出相關係數成為最大的位置。
尖峰法中，雖依設定區域分別求出聚焦曲線，再從其極大值之聚焦偏置求出聚焦狀態，不過擬合法中係求出各設定區域之平均亮度對作為基準之一個照射區域聚焦曲線之位置的差，以求得聚焦狀態。接著，藉由求出照射區域內之(依設定區域之)聚焦狀態的分布(步驟S309)，即可進行擬合法之像面測量。
接著，一邊參照圖19所示之流程圖，一邊說明擬合法之聚焦監測測量的步驟。擬合法之聚焦監測測量中，係使用與在像面測量所使用者同樣地製作的1片條件區分晶圓、以及以既定之2種聚焦偏置量(例如，-100nm與-50nm)分別曝光並顯影之2片晶圓(以下，為了方便而稱為測量用晶圓)的共3片晶圓。
首先，取得1片條件區分晶圓與2片測量用晶圓的影像(步驟S401)。其次，從條件區分晶圓之影像，以與像面測量之情形同樣的方法，依設定在曝光照射區域內之複數個設定區域，分別求出(與在第1實施形態所述之情形同樣的)基準聚焦曲線，再以例如4次函數之近似曲線來近似所求出之基準聚焦曲線(步驟S402)。其次，依設定在測量用晶圓之晶圓面內的複數個設定區域，分別求出平均亮度，以進行與基準聚焦曲線之近似曲線的擬合(步驟S403)，並輸出其結果(步驟S404)。圖21係說明某一個設定區域中之擬合之例。圖21中，以圖形之實線表示之曲線係基準聚焦曲線之近似曲線，菱形之標記則為測量用晶圓之平均亮度。若將近似曲線偏移至圖形之左右方向以求出與平均亮度最為一致之位置，則成為以虛線表示之曲線，其左右方向之移動量，亦即聚焦偏置之差係成為表示此設定區域之聚焦狀態的測量值。
聚焦監測測量之擬合中，具體而言，只要一邊依設定區域分別使近似曲線以例如聚焦偏置量(於左右)每1nm逐次偏移，一邊求出測量用晶圓之訊號強度(平均亮度)與近似曲線之差，再計算測量用晶圓之片數分其差分的平方和，以求出該平方和成為最小的位置即可。又，亦可一邊使近似曲線偏移一邊計算相關係數，以求出相關係數成為最大的位置。
較佳為求出基準聚焦曲線時之照射內的設定區域、以及在測量用晶圓設於晶圓內之設定區域，係預先設置成照射區域內之配置為相同之位置關係，在上述擬合時使用測量用晶圓之設定區域與照射區域內之位置關係為依相同設定區域各自的基準聚焦曲線。又，並不限於基準聚焦曲線，亦可使用在像面測量所求出之照射區域聚焦曲線。相對於若使用依設定區域各自之基準聚焦曲線，則係測量除了照射區域之像面之變動成分以外之晶圓整面的聚焦狀態，而若使用照射區域聚焦曲線則係測量包含像面之變動成分之晶圓整面的聚焦狀態。亦即，可根據用途來區分使用。
以此方式，即能以1片條件區分晶圓與2片測量用晶圓來進行聚焦監測測量。擬合法中，即使聚焦曲線之極大值附近平坦，由於係以曲線整體擬合，因此可進行高精度之測量。又，亦有測量所需之晶圓片數較少即可進行測量的優點。
上述實施形態中，測量用晶圓之片數雖設為2片，不過並非限制於此，只要是2片以上則任何片數皆可。測量用晶圓之片數愈多，則愈可進行穩定之測量。此外，測量用晶圓之片數若為1片，如圖22所示，則在擬合時一致之位置會有2個部位，因此無法進行測量。
在條件區分晶圓與測量用晶圓之間，有時會因光阻膜厚或劑量之微妙差異而造成影像之亮度微幅地產生變動。在該情況下，對近似曲線之訊號強度乘上增益(gain)，以使亮度一致來進行擬合，藉此即可獲得更高精度之結果。
增益(gain)之值亦可為從晶圓之影像求出之固定值。又，亦可一邊改變增益一邊進行擬合，以同時獲得近似曲線與平均亮度之乖離為最小之增益、以及近似曲線之左右方向的移動量(亦即，聚焦偏置之差)(例如，參照圖16)。
又，上述第2實施形態中，亦與第1實施形態之情形同樣地，不僅是繞射光，亦可進行使用偏光狀態之變化的測量，影像之累算或平均化、高次繞射光或短波長之利用等，應用在第1實施形態所說明之精度提升的手段亦為有效。
又，上述第1實施形態與第2實施形態中，雖求出曝光時之聚焦狀態，不過並非限制於此，亦可求出曝光時之劑量狀態。接著，針對本案之第3實施形態加以說明。第3實施形態中，係以繞射檢查之方法求出劑量(曝光量)之變動。此外，劑量(dose)係指形成圖案時之能量量。又，第3實施形態中，由於裝置構成或晶圓之曝光方法等基本上係與第1實施形態之情形相同，因此針對第3實施形態之表面檢查裝置係省略詳細之說明。
針對求出曝光裝置100之劑量之變動狀態的方法，一邊參照圖23所示之流程圖一邊加以說明。首先，製作使曝光裝置100之劑量改變而形成反覆圖案的晶圓(步驟S501)。此時，依曝光照射區域分別使劑量散亂地改變以進行曝光並顯影。以下，將此種晶圓稱為劑量條件區分晶圓。此處，將劑量設置成散亂係為了抵消在晶圓之中央側與外周側之間所產生之光阻條件的差異、或掃描曝光時之左右差等的影響而進行。
本實施形態之劑量條件區分晶圓，係將劑量以每1.5mJ區分成8個等級(10.0mJ、11.5mJ、13.0mJ、14.5mJ、16.0mJ、17.5mJ、19.0mJ、20.5mJ)。此外，圖案曝光所需之曝光量係依圖案而不同為5mJ～40MJ左右，在製作條件區分晶圓時之擇幅，最好設置成0.5mJ～2.0mJ。
此外，亦可製作複數片條件區分晶圓，以求出劑量曲線。此時，各條件區分晶圓之依各劑量的照射區域配置，較佳為設定成抵消因劑量以外之條件所造成的影響。
製作劑量條件區分晶圓後，與繞射檢查之情形同樣地，將劑量條件區分晶圓搬送至載台5上(步驟S502)。其次，與繞射檢查之情形同樣地，將照明光照射於劑量條件區分晶圓之表面，攝影裝置35係對劑量條件區分晶圓之繞射像進行光電轉換，以生成影像訊號並將影像訊號輸出至影像處理部40(步驟S503)。此時，針對劑量條件區分晶圓，利用曝光後之圖案的間距資訊或繞射條件搜尋來求出繞射條件，以可獲得繞射光之方式進行與繞射檢查之情形同樣的設定。繞射條件搜尋係指在正反射以外之角度範圍使載台5之傾斜角度階段性地改變，以在其各傾斜角度取得影像，來求出影像變亮亦即可獲得繞射光之傾斜角度的功能。此外，劑量條件區分晶圓之方位角(曝光後圖案對照明光之照明方向的姿勢)，係配置成使曝光後之圖案的反覆方向(在線寬與線距之圖案的情況係與線正交的方向)與照明方向一致。
其次，影像處理部40係根據從攝影裝置35所輸入之劑量條件區分晶圓的影像訊號，生成劑量條件區分晶圓之數位影像，依劑量相同之照射區域分別以像素單位(各自之照射區域所對應之部分的像素彼此)，進行訊號強度(亮度)的平均化(步驟S504)。此外，針對在繞射檢查判斷為缺陷的部分，係從前述平均化之對象剔除。其次，影像處理部40係針對藉由平均化所獲得(劑量彼此互異)之所有照射區域，分別求出在求出聚焦曲線時如圖8所示之在設定於照射區域內之複數個設定區域(以小長方形圍成之區域)A之訊號強度的平均值(以下，為了方便而稱為平均亮度)。此外，由於劑量條件區分晶圓係使曝光裝置100之劑量依照射區域分別改變，因此可從照射區域之位置求出劑量，在以不同劑量進行曝光之各照射區域內之相同位置的設定區域中，平均亮度係對應劑量而變化。
接著，影像處理部40係依求出平均亮度之設定區域，分別求出表示在(劑量彼此互異之)各照射區域中同位置之設定區域的平均亮度與對應此之劑量之關係的圖形，亦即劑量曲線(步驟S505)。此外，將劑量曲線之一例表示於圖24。
其次，影像處理部40係依設定區域分別求出以函數來近似劑量曲線的近似曲線(步驟S506)。此外，在近似曲線之函數，較佳為使用4次函數(4次式)。又，將在此處所求出之劑量曲線稱為基準劑量曲線。又，針對4次函數，由於與聚焦曲線相同，因此省略其說明。
其次，影像處理部40係求出在劑量曲線之近似曲線成為對應設計值之亮度的劑量(步驟S507)。此時，依設定區域分別求出成為對應設計值之亮度的劑量(步驟S508)。以此方式，即可求出照射區域內之劑量的分布。此外，對應劑量曲線之近似曲線中之設計值的亮度(訊號強度)，係預先使用線寬與設計值一致之圖案來求出。
接著，在照射區域內，根據繞射光之亮度成為對應設計值之亮度之劑量的分布，求出藉由曝光裝置100進行投影曝光之圖案之像面中劑量的變動狀態。以此方式求出之在像面之劑量的變動狀態，例如係在轉換成與曝光裝置100一致之參數，從影像處理部40透過訊號輸出部90，輸出至曝光裝置100，或調整光學系統以反映於曝光裝置100之曝光。
以此方式，由於攝影取得使曝光裝置100之劑量改變而形成有反覆圖案之晶圓的影像，因此根據以實際之曝光所使用之圖案進行曝光之晶圓的影像，即能以短時間且高精度測量曝光裝置100之劑量的變動狀態。
又，若設置成對從晶圓之表面所產生之繞射光的像進行攝影，則由於不易受到因光阻膜等之膜厚變動所造成的影響，因此能以高精度測量曝光裝置100之劑量的變動狀態。尤其，照明光之波長最好係248nm或313nm(j線)等之深紫外區的波長。又，若設置成使用複數個繞射條件，求出之曝光裝置100之劑量的變動狀態，則例如可藉由針對各繞射條件加以平均化，即可期待進一步之精度提升。又，藉由依成為對象之各種圖案分別選擇最佳之繞射條件，即可進行感度較高且高精度之測量。
此外，影像處理部40係利用使曝光裝置100之劑量依晶圓分別改變以進行曝光並顯影之複數個晶圓的影像，即可求出曝光裝置100之劑量對晶圓10之表面整體的變動狀態。接著，針對求出曝光裝置100之劑量對晶圓10之表面之變動狀態的方法，一邊參照圖25所示之流程圖一邊加以說明。首先，取得使曝光裝置100之劑量依晶圓分別改變以進行曝光並顯影之複數個晶圓(劑量係10.0mJ、11.5mJ、13.0mJ、14.5mJ、16.0mJ、17.5mJ、19.0mJ、20.5mJ之8個晶圓)的影像(步驟S601)。此時，晶圓之照明及攝影等係以與繞射檢查之情形同樣(可從以最佳劑量與最佳聚焦條件進行曝光‧顯影之圖案獲得既定訊號強度的條件)的方式進行。此處，係將劑量不同之複數個晶圓稱為測量用晶圓。
其次，從所取得之晶圓的影像，依使曝光裝置100之劑量改變的測量用晶圓，以1個照射區域之像素單位(或者以少數像素形成之微小區域，以下相同)，分別求出針對晶圓內之所有照射區域的平均亮度(步驟S602)。其次，依測量用晶圓分別生成將亮度值取代成平均亮度的照射區域(步驟S603)，依所生成之照射區域的設定區域，分別求出在(劑量彼此互異之)各照射區域中同位置之設定區域的平均亮度(訊號強度)、以及表示與對應此之劑量之關係的圖形，亦即劑量曲線(為了與以條件區分晶圓所求出之作為基準的劑量曲線作區別，此後將適當稱為取樣劑量曲線)(步驟S604)。此外，雖依設定區域分別求出以函數來近似取樣劑量曲線之近似曲線，不過在近似曲線之函數，較佳為使用4次函數(4次式)。此時，由於使曝光裝置100之劑量偏置量依測量用晶圓分別改變，因此可從對應所生成之平均亮度之照射區域之測量用晶圓的種類求出劑量，在照射區域內之同位置的設定區域，平均亮度係對應劑量而變化。
其次，利用所求出之取樣劑量曲線，針對所有照射區域之設定區域，分別求出對應各設定區域之取樣劑量曲線之劑量的偏移量(步驟S605)。具體而言，首先以使儲存在未圖示之記憶體之各設定區域之取樣劑量曲線、以及所對應之設定區域之基準劑量曲線的相關成為最佳的方式進行擬合(所謂圖案匹配(pattern matching))。此時，往劑量之增減方向的移動量即為該設定區域之劑量的偏移量。
以此方式，由於可求出在晶圓面上之劑量之偏移量的分布，因此可求出曝光裝置100之劑量對晶圓10之表面整體的變動狀態。
此外，本實施形態中，雖已說明藉由與繞射檢查同樣之方法來求出劑量變動的技術，不過亦可藉由與偏光檢查(PER檢查)同樣之方法來求出劑量變動。
又，上述實施形態中，雖以使用4次式作為劑量曲線之近似曲線之式為較佳，不過依圖形形狀而不同，亦可選擇進行直線近似。
又，上述實施形態中，在求出曝光裝置100之劑量對晶圓10之表面整體的變動狀態時，在因聚焦之變動導致訊號強度對劑量變化之感度容易產生變化的情況下，亦可預先依不同之聚焦偏置量分別求出基準劑量曲線，再對應聚焦之變動狀態選擇基準劑量曲線使用。
以此方式，根據各實施形態，即能以短時間且高精度測量曝光時之聚焦狀態或劑量狀態。又，藉由將所測量之聚焦狀態或劑量狀態反饋至曝光裝置100，即可在晶圓整面將曝光‧顯影後之圖案的線寬設置成與設計值一致。
又，上述實施形態中，作為曝光狀態雖已針對對焦狀態(聚焦狀態)與曝光量(劑量狀態)加以說明，不過並非限制於此，亦可應用於掃描曝光時之標線片載台或晶圓載台之掃描速度。又，曝光狀態係廣泛包含圖案之狀態，顯影後之蝕刻狀態亦包含於曝光狀態。
又，由於藉由本發明曝光裝置即可維持高性能，因此即使是線寬非常細之圖案亦可大幅降低缺陷(不良)的發生率。因此，根據使用應用了本發明之曝光裝置的曝光系統，即可製造無缺陷之高性能半導體元件。
例如，如圖26所示，在具有進行曝光裝置100之曝光條件之設定(依圖案分別進行之設定或反饋設定)之設定步驟S701、以及根據所設定之曝光條件曝光裝置100進行曝光之曝光步驟S702的曝光方法中，若設置成在設定步驟S701中，根據從表面檢查裝置1之訊號輸出部90輸出至曝光裝置100之資訊(前述各種參數)來決定曝光條件，則由於曝光裝置100可維持高性能，因此即使是線寬非常細之圖案亦可大幅降低缺陷(不良)的發生率。
又，如圖27所示，半導體元件(未圖示)係經由以下步驟所製造，亦即進行元件之功能‧性能設計的設計步驟(步驟S801)、製作根據該設計步驟之標線片的標線片製作步驟(步驟S802)、從矽材料製作晶圓的晶圓製作步驟(步驟S803)、藉由曝光等將標線片之圖案轉印於晶圓(包含曝光步驟、顯影步驟等)的微影步驟(步驟S804)、進行元件之組裝(包含切割步驟、接合步驟、及封裝步驟等)的組裝步驟(步驟S805)、以及進行元件之檢查的檢查步驟(步驟S806)等。在此種半導體元件製造方法之微影步驟中，藉由使用前述曝光方法進行圖案之曝光，由於即使是線寬非常細之圖案亦可大幅降低缺陷(不良)的發生率，因此可製造無缺陷之高性能半導體元件。
又，根據本發明，可製得一種表面檢查裝置，其特徵在於，係構成為具備：載台，係支承藉由曝光裝置投影曝光既定光罩圖案而於表面形成有根據光罩圖案之半導體圖案的半導體基板；照明部，係將照明光照射於支承在載台之該半導體基板的表面；檢測部，係檢測出來自照射有照明光之半導體基板之表面的光；以及運算部，係根據檢測部所檢測出之來自該半導體基板之表面之光的資訊，求出所形成之圖案內之對焦偏移的趨勢。又，該運算部係使曝光裝置之聚焦條件依照射區域分別改變，並根據來自該投影曝光後之半導體基板之表面之光的資訊，即可求出該對焦偏移的趨勢。又，運算部係依設定在照射區域內之複數個設定區域分別求出在該設定區域之亮度成為最大之照射區域的聚焦條件，根據依設定區域分別求出之亮度成為最大的聚焦條件，即可求出對焦偏移之趨勢。又，亦可進一步具備訊號輸出部，以將藉由運算部所求出之對焦之偏移的趨勢轉換成可輸入至曝光裝置的訊號並予以輸出。又，照明部係能以大致平行之光束一次照明半導體基板之形成有該圖案之面的整面；檢測部則可一次檢測出來自整面之光。又，照明部係將照明光照射於半導體基板之表面，以在半導體基板之半導體圖案產生繞射光；檢測部係可檢測出照射照明光而在半導體基板之半導體圖案所產生之繞射光。又，使繞射光產生之繞射條件改變，照明部係將照明光照射於半導體基板之表面，並且檢測部係檢測出對應繞射條件之繞射光，運算部即可根據以複數個繞射條件所檢測出之繞射光的資訊，求出對焦偏移之趨勢。又，照明部係將大致直線偏光作為照明光照射於半導體基板之表面；檢測部係可檢測出照射偏光之半導體基板之半導體圖案中因結構性複折射所產生之偏光的變化。
又，可製得一種檢查裝置，其特徵在於，係構成為具備：載台，係支承藉由曝光裝置進行曝光而於表面形成有半導體圖案的半導體基板；照明部，係將照明光照射於支承在載台之半導體基板的表面；檢測部，係檢測出來自照射有照明光之半導體基板之表面的光；以及運算部，係根據檢測部所檢測出之來自半導體基板之表面之光的資訊，求出曝光裝置之聚焦對半導體基板之表面的變動狀態。又，亦可進一步具備記憶部，以儲存曝光裝置之聚焦的變動狀態與來自半導體基板之表面之光的關係；運算部係可根據儲存於記憶部之資訊與來自檢查對象即半導體基板之表面的光，求出曝光裝置之聚焦的變動狀態。又，照明部係將照明光照射於半導體基板之表面，以在半導體基板之半導體圖案產生繞射光；檢測部係可檢測出照射照明光而在半導體基板之半導體圖案所產生之繞射光。又，照明部係將大致直線偏光作為照明光照射於半導體基板之表面；檢測部係可檢測出照射偏光之半導體基板之半導體圖案中因結構性複折射所產生之偏光的變化。又，照明部係將照明光照射於半導體基板之表面，以在半導體基板之半導體圖案產生繞射光，並且檢測部係檢測出射照明光而在半導體基板之半導體圖案所產生之繞射光；照明部係將大致直線偏光作為照明光照射於半導體基板之表面，並且檢測部係可檢測出照射偏光之半導體基板之半導體圖案中因結構性複折射所產生之偏光的變化；運算部即可根據檢測部分別檢測出之該繞射光的資訊及偏光的變化資訊，求出曝光裝置之聚焦的變動狀態。
1．．．表面檢查裝置
5．．．載台(變更部)
10．．．晶圓(10a條件區分晶圓)
15a～15e．．．測量用晶圓
20．．．照明系統(照明部)
30．．．受光系統
35．．．攝影裝置(檢測部)
40．．．影像處理部(運算部)
60．．．檢查部
80．．．控制部
82．．．通訊埠(輸入部)
85．．．記憶部
90．．．訊號輸出部
100．．．曝光裝置
圖1係表示表面檢查裝置的整體構成。
圖2係表示在表面檢查裝置之光路上插入有偏光濾波器的狀態。
圖3係半導體晶圓之表面的外觀圖。
圖4係說明反覆圖案之凹凸構造的立體圖。
圖5係說明直線偏光之入射面與反覆圖案之反覆方向的傾斜狀態。
圖6係表示求出曝光裝置之像面之傾斜之方法的流程圖。
圖7係表示在條件區分晶圓所設定之聚焦偏置量的表。
圖8係表示條件區分晶圓之一例。
圖9係表示聚焦曲線之一例。
圖10係表示照射區域內之聚焦偏置量的分布。
圖11係以(a)～(b)之順序表示求出曝光時之聚焦狀態的步驟。
圖12係表示晶圓整面中之聚焦偏置量之偏移的分布。
圖13係表示聚焦曲線之一例。
圖14係表示聚焦曲線之一例。
圖15係由複數個孔構成之圖案區塊的示意圖。
圖16係表示一邊改變增益一邊進行擬合之例。
圖17係表示求出曝光裝置之聚焦之變動狀態之方法的流程圖。
圖18係表示藉由擬合求出像面之傾斜之方法的流程圖。
圖19係表示藉由擬合求出聚焦之變動狀態之方法的流程圖。
圖20係表示擬合之一例。
圖21係表示擬合之一例。
圖22係表示晶圓之片數為1片時之擬合之例。
圖23係表示求出曝光裝置之劑量之變動狀態之方法的流程圖。
圖24係表示劑量曲線之一例。
圖25係表示求出劑量對晶圓表面整體之變動狀態之方法的流程圖。
圖26係表示曝光方法的流程圖。
圖27係表示半導體元件製造方法的流程圖。
1‧‧‧表面檢查裝置
5‧‧‧載台(變更部)
10‧‧‧晶圓
20‧‧‧照明系統(照明部)
21‧‧‧照明單元
22‧‧‧光源部
23‧‧‧調光部
24‧‧‧導光光纖
25‧‧‧照明側凹面鏡
26‧‧‧照明側偏光濾波器
30‧‧‧受光系統
31‧‧‧受光側凹面鏡
32‧‧‧受光側偏光濾波器
35‧‧‧攝影裝置(檢測部)
40‧‧‧影像處理部(運算部)
60‧‧‧檢查部
80‧‧‧控制部
82‧‧‧通訊埠(輸入部)
85‧‧‧記憶部
90‧‧‧訊號輸出部
100‧‧‧曝光裝置

Claims (31)

  1. 一種基板表面檢查裝置，具備：照明部，將照明光照射於具有反覆既定範圍之曝光所製作之複數個圖案之基板之該圖案；檢測部，一次檢測來自該照明光照射之該基板之該既定範圍之該圖案之光；以及運算部，係根據形成圖案時之聚焦量或劑量與來自該圖案之光之檢測結果之第1相關關係、與形成判定對象之圖案時之聚焦量或劑量與來自該判定對象之圖案之光之檢測結果之第2相關關係，判定判定對象之圖案曝光時之聚焦量或劑量。
  2. 如申請專利範圍第1項之基板表面檢查裝置，其中，該運算部對該圖案曝光時之對焦狀態與曝光量之至少一方進行運算以作為該曝光狀態。
  3. 如申請專利範圍第2項之基板表面檢查裝置，其具有控制該照明部與該檢測部之控制部及儲存以複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果之記憶部；該控制部，係根據該儲存之檢測結果，將照明部之照明條件及檢測部之檢測條件之至少一者控制成該檢測部對該對焦狀態之變化之檢測結果之變化小於該檢測部對該曝光量之偏置量之檢測結果之變化、或該檢測部對該曝光量之偏置量之檢測結果之變化小於該檢測部對該對焦狀態之變化之檢測結果之變化。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之基板表面檢 查裝置，其中，該檢測部檢測來自該圖案之繞射光。
  5. 如申請專利範圍第4項之基板表面檢查裝置，其中，該檢測部檢測4次以上之次數之繞射光。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之基板表面檢查裝置，其中，該檢測部檢測來自該圖案之反射光之中既定之偏光成分。
  7. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之基板表面檢查裝置，其進一步具備儲存以複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果之記憶部、及可進行通訊之輸入部；該運算部係根據該儲存之檢測結果，求出該圖案曝光時之曝光狀態。
  8. 如申請專利範圍第7項之基板表面檢查裝置，其中，該記憶部可儲存複數種不同之曝光狀態、及以該曝光狀態進行曝光之圖案之檢測結果；該運算部係根據該儲存之檢測結果與檢查對象之圖案之檢測結果，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  9. 如申請專利範圍第8項之基板表面檢查裝置，其中，該記憶部可儲存表示該複數種不同之曝光狀態與以該曝光狀態進行曝光之圖案之檢測結果之關係之曝光狀態曲線；該運算部係根據該曝光狀態曲線之尖峰，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  10. 如申請專利範圍第8項之基板表面檢查裝置，其中，該記憶部可儲存表示該複數種不同之曝光狀態與以該 曝光狀態進行曝光之圖案之檢測結果之關係之曝光狀態曲線；該運算部係藉由檢查對象之圖案之檢測結果與該曝光狀態曲線之擬合，求出該檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之基板表面檢查裝置，其中，該檢測部複數次檢測來自該圖案之光，該運算部係根據將該複數次檢測結果予以累算之累算訊號，求出該曝光狀態。
  12. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之基板表面檢查裝置，其進一步具備變更該基板與該檢測部之相對位置、及該基板與該照明部之相對位置之至少一方之變更部；該運算部係根據該相對位置變更前後之檢測結果，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  13. 如申請專利範圍第12項之基板表面檢查裝置，其中，該運算部係根據複數個該相對位置之檢測結果之平均，求出該曝光狀態。
  14. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之基板表面檢查裝置，其中，該照明部以大致平行之光束一次照明該基板之形成有圖案之面整面；該檢測部一次檢測來自位於該整面之圖案之光。
  15. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之基板表面檢查裝置，其進一步具備可將該運算部求出之曝光狀態反饋輸出至已進行該曝光之曝光裝置之輸出部。
  16. 一種基板表面檢查方法，將照明光照射於具有反覆既定範圍之曝光所製作之複數個圖案之基板之該圖案；一次檢測來自該照明光照射之該基板之該既定範圍之該圖案之光；根據形成圖案時之聚焦量或劑量與來自該圖案之光之檢測結果之第1相關關係、與形成判定對象之圖案時之聚焦量或劑量與來自該判定對象之圖案之光之檢測結果之第2相關關係，判定判定對象之圖案曝光時之聚焦量或劑量。
  17. 如申請專利範圍第16項之基板表面檢查方法，其中，求出該圖案曝光時之對焦狀態與曝光狀態之至少一方以作為該曝光狀態。
  18. 如申請專利範圍第17項之基板表面檢查方法，其中，該控制部，係根據儲存以複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果之記憶部所儲存之檢測結果，將照射及檢測之至少一者控制成對該對焦狀態之變化之檢測結果之變化小於對該曝光狀態之偏置量之檢測結果之變化、或對該曝光狀態之偏置量之檢測結果之變化小於對該對焦狀態之變化之檢測結果之變化。
  19. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，檢測來自該圖案之繞射光。
  20. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，檢測來自該圖案之光之既定偏光成分。
  21. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，根據以複數種不同曝光狀態進行曝光 之複數個圖案之檢測結果，求出該圖案曝光時之曝光狀態。
  22. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，根據以複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果與該圖案曝光時之曝光狀態之關係，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  23. 如申請專利範圍第22項之基板表面檢查方法，其中，使用曝光狀態曲線作為以該複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果與該圖案曝光時之曝光狀態之關係，並根據該曝光狀態曲線之尖峰，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  24. 如申請專利範圍第22項之基板表面檢查方法，其中，使用曝光狀態曲線作為以該複數種不同曝光狀態進行曝光之複數個圖案之檢測結果與該圖案曝光時之曝光狀態之關係，並根據檢查對象之圖案之檢測結果與該曝光狀態曲線之擬合，求出該檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  25. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，複數次檢測來自該圖案之光，將該複數次之檢測結果予以累算，以求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  26. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，變更該照明光之照射狀態、及來自該圖案之光之檢測狀態之至少一方，並根據在該變更前後檢測出之檢測結果，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態。
  27. 如申請專利範圍第26項之基板表面檢查方法，其 中，根據在該變更前後檢測出之檢測結果之平均，求出該曝光狀態。
  28. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，一次照明形成有該圖案之面整面，並一次檢測來自位於該整面之該圖案之光。
  29. 如申請專利範圍第16至18項中任一項之基板表面檢查方法，其中，求出檢查對象之圖案曝光時之曝光狀態，作為可反鎖至已使該圖案曝光之曝光裝置之資訊。
  30. 一種曝光方法，係根據藉由申請專利範圍第29項之基板表面檢查方法所得之該可反饋之資訊來決定曝光條件。
  31. 一種半導體元件之製造方法，係藉由申請專利範圍第30項之曝光方法所製作。
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