検査装置、検査方法、検査装置用プログラムおよび露光システム
【課題】パターン形状の測定精度を向上させた検査装置を提供する。
【解決手段】下地層の上に所定のパターンを有するウェハ５のパターンを検査する検査装置であって、対物レンズ７の瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する撮像素子１８と、パターンの形状変化に対しては強度情報の変化が異なり、下地層の変化に対しては強度情報の変化が同程度である、瞳面もしくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域の位置情報をそれぞれ記憶する記憶部と、撮像素子１８で検出される、第１領域の強度情報と、第２領域の強度情報との差異に基づいてパターンの形状を求める演算処理部２０とを備えている。
【解決手段】下地層の上に所定のパターンを有するウェハ５のパターンを検査する検査装置であって、対物レンズ７の瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する撮像素子１８と、パターンの形状変化に対しては強度情報の変化が異なり、下地層の変化に対しては強度情報の変化が同程度である、瞳面もしくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域の位置情報をそれぞれ記憶する記憶部と、撮像素子１８で検出される、第１領域の強度情報と、第２領域の強度情報との差異に基づいてパターンの形状を求める演算処理部２０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程においてウェハの繰り返しパターンにおける線幅の変動を検出可能な検査装置、検査方法、および検査装置用プログラムに関し、さらには、このような検査装置を備えた露光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置は、処理の高速化や低消費電力化、記憶容量増加を図るために、パターンが微細化する傾向にある。また同時に、半導体装置の製造工程で発生する欠陥の検出性能や、線幅(以下、ＣＤ（クリティカル・ディメンジョンの略）とも称する)の管理要求も厳しくなってきている。露光工程で発生したウェハの欠陥やＣＤ値変動が許容値を超えるものであった場合、該当するウェハまたはロットをリワーク工程に回し、且つ、問題の発生箇所を修正することで、良品の半導体ウェハを生産できるようにする。
【０００３】
ＣＤ値管理には、ＣＤ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）が広く使われ、ＣＤ値を定量的に計測し出力することができる。しかし、ＣＤ−ＳＥＭは、ウェハに電子線を照射するため、電子線によりフォトレジストが縮小化（シュリンク）する等のダメージを受ける。測定精度を上げようと電子線の加速電圧を上げるほど、そのダメージを大きくなる。また、計測時間は１視野あたり数秒を要するため、１ロット内で数枚の抜き取り測定となる。しかも、抜き取ったウェハの全面ではなく、抜き取った各ウェハの数ショット分について、露光ショット内の数点を計測しているにすぎない。
【０００４】
また、欠陥検査装置として、半導体ウェハに照明光を照射してウェハ上の繰り返しパターンからの回折光を受光する装置がある。この装置では、ウェハに照明光を照射してウェハ上の繰り返しパターンからの回折光を受光し、欠陥からの回折光はＣＤ値が異なるため回折光量が変化することを利用して、欠陥検出を行う。マクロ検査装置と呼ばれるこのような欠陥検査装置は、ウェハ全面一括撮像による高いスループットを有するので、生産ラインで大いに活躍している。ただし、繰り返しパターンからの回折光は、繰り返し周期が小さくなるほど回折角が大きくなるので、照明波長や光学系配置等といった装置構成上の制限を受け、１４０ｎｍ程度の繰り返しピッチより小さい繰り返しパターンからの回折光を受光するのは事実上不可能である。
【０００５】
そのため、新たな手法として、繰り返しパターンの構造性複屈折効果を利用した欠陥検査装置が実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。これらのマクロ検査装置では、装置の性質上、微小領域の高分解の検査やＣＤ値変動量の定量的出力には限界がある。そこで、繰り返しパターンの構造性複屈折効果を利用してＣＤ値を定量的に測定可能な検査装置の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４３１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、繰り返しパターンの構造性複屈折効果による偏光状態変化を抽出してパターンの線幅を測定する場合、線幅以外の状態変化（例えば、下地（層）の膜厚変化や、下地のパターンの線幅変化）が線幅の測定結果に影響し、線幅の測定誤差の一因になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、パターン形状の測定精度を向上させた検査装置、検査方法、検査装置用プログラムおよび露光システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的達成のため、本発明に係る検査装置は、下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置であって、前記パターンに対する瞳面を形成する対物レンズと、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出部と、前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域の位置情報をそれぞれ記憶する記憶部と、前記検出部で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算部とを備えている。
【００１０】
なお、上述の検査装置において、予め形状変化が既知な複数のパターンから前記検出部によって検出される強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出部をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
また、上述の検査装置において、前記演算部は、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることが好ましい。
【００１２】
また、上述の検査装置において、前記演算部が求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることが好ましい。
【００１３】
また、上述の検査装置において、前記演算部で求められた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査部を備えていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る検査方法は、下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査方法であって、前記パターンに対する瞳面を形成する瞳面形成工程と、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出工程と、前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定工程と、前記検出工程で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算工程とを有している。
【００１５】
なお、上述の検査方法では、予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出工程をさらに有することが好ましい。
【００１６】
また、上述の検査方法では、前記演算工程において、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることが好ましい。
【００１７】
また、上述の検査方法では、前記演算工程で求める前記パターンの形状は、前記パター
ンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることが好ましい。
【００１８】
また、上述の検査方法では、前記演算工程で求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査工程を有することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る検査装置用プログラムは、下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置の作動を制御するプログラムであって、対物レンズの瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出ステップと、前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定ステップと、前記検出ステップで検出される、前記第１領域の前記強度情報と、前記第２領域の前記強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算ステップとを有している。
【００２０】
なお、上述の検査装置用プログラムでは、予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出ステップをさらに有することが好ましい。
【００２１】
また、上述の検査装置用プログラムでは、前記演算ステップにおいて、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることが好ましい。
【００２２】
また、上述の検査装置用プログラムでは、前記演算ステップで求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることが好ましい。
【００２３】
また、上述の検査装置用プログラムでは、前記演算ステップで求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査ステップを有することが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る露光システムは、基板の表面に所定のパターンを露光する露光装置と、前記露光装置により露光されて表面に前記パターンが形成された基板の検査を行う検査装置とを備え、前記検査装置は、本発明に係る検査装置であって、前記演算部で求められた前記パターンの形状の情報を前記露光装置へ出力し、前記露光装置は、前記検査装置から入力された前記パターンの形状の情報に応じて、前記露光装置の設定を補正するようになっている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、パターン形状の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】検査装置の概略構成図である。
【図２】撮像素子で検出した瞳の画像を示す図である。
【図３】瞳の画像を領域分割した状態を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）ともに繰り返しパターンの方向と入射光の偏光方向との関係を示す平面図である。
【図５】（ａ）は瞳像における線幅相関特定位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は検量線の一例を示すグラフであり、（ｃ）は乖離誤差のウェハマップである。
【図６】（ａ）は瞳像における第１の瞳内位置および第２の瞳内位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は瞳内位置における線幅変化に対する階調変化量を示した３次元散布図であり、（ｃ）は瞳内位置における下地の膜厚変化に対する階調変化量を示した３次元散布図である。
【図７】（ａ）は線幅に対する第１の瞳内位置での階調値を示すグラフであり、（ｂ）は線幅に対する第２の瞳内位置での階調値を示すグラフであり、（ｃ）は線幅と（２）式による換算値との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は瞳像における第３の瞳内位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は線幅に対する第３の瞳内位置での階調値のグラフであり、（ｃ）は線幅と（３）式による換算値との関係を示すである。
【図９】３つの瞳内位置および（３）式の係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図１０】検査方法を示すフローチャートである。
【図１１】露光システムの概要構成図である。
【図１２】露光装置の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の検査装置を図１に示しており、この検査装置１は、ステージ６と、対物レンズ７と、プリズム８と、照明光学系１０と、検出光学系１５と、演算処理部２０とを主体に構成される。半導体ウェハ５（以下適宜、単にウェハ５と称する）は、露光装置（図示せず）によるフォトレジストへの露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態でステージ６に載置される。
【００２８】
ステージ６は、真空吸着等によりステージ６上に載置されたウェハ５を確実に保持する。また、ステージ６は、ウェハ５の表面に沿ってＸＹ方向に移動可能に構成されるとともに、Ｚ軸を中心軸として回転可能に構成されている。なお、図１の紙面と垂直な方向をＸ軸とし、図１における左右方向をＹ軸とし、図１における上下方向をＺ軸とする。また、ＸＹ平面内でＺ軸を中心とした回転角を方位角と称する。
【００２９】
照明光学系１０は、図１の右側から左側へ向けて配置順に、光源１１と、集光レンズ１２と、波長選択フィルター１３と、第１の偏光フィルター１４とを有して構成される。光源１１には、ハロゲンランプや青色励起型ＬＥＤ等の波長帯域に広い光源（白色光源）が用いられる。また、ハロゲンランプや青色励起型ＬＥＤからの光は広い波長域にわたっているため、波長選択フィルター１３は、例えば、青色、緑色、赤色を透過させるようなフィルターであってもよい。したがって、波長選択フィルター１３は、透過波長帯域の異なる複数のフィルターとして、光路中に挿脱することで選択的に波長や波長帯域を変更可能な構成とすることが好ましい。
【００３０】
なお、光源１１には、水銀ランプが用いられてもよい。水銀ランプは、複数の波長（以下、λと略す場合がある）の光、例えば、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｊ線（λ＝３１３ｎｍ）、さらにはλ＝２５０ｎｍ付近の光などを発生させる。これら複数の波長の光のうち、特定の波長の光のみを選択するために、波長選択フィルター１３を用いることが好ましい。
【００３１】
光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および波長選択フィルター１３を透過したのち、第１の偏光フィルター１４を透過する。第１の偏光フィルター１４は、透過光がＸ方向に偏光するように、すなわち、第１の偏光フィルター１４を透過して得られる直線偏光の偏光方向ＰがＸ方向となるよう配置する。
【００３２】
第１の偏光フィルター１４を透過した光は、プリズム８で下方へ反射して、ウェハ５の方向へ向かう平行な入射光Ｉとなり、対物レンズ７を通してウェハ５に照射される。ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７を通して平行な反射光Ｊとなり、プリズム８を透過して検出光学系１５に達する。検出光学系１５は、図１の下側から上側へ向けて配置順に、第２の偏光フィルター１６と、リレーレンズ１７と、２次元ＣＣＤ等の撮像素子１８とを有して構成される。プリズム８を透過した反射光は、第２の偏光フィルター１６を透過し、リレーレンズ１７によって光路延長・拡大（ないし縮小）された後、撮像素子１８に入射する。撮像素子１８に入射した反射光は撮像素子１８により電気信号に光電変換され、反射光の検出信号が演算処理部２０に出力される。
【００３３】
第２の偏光フィルター１６は、透過光がＹ方向に偏光するように、すなわち、第２の偏光フィルター１６を透過して得られる直線偏光の偏光方向ＱがＹ方向となるよう配置する。このように入射側と受光側で偏光方向が直交している状態は、クロスニコルと呼ばれ、対物レンズ７およびプリズム８を透過した反射光Ｊのうち、入射光Ｉ（直線偏光）の偏光方向と垂直な偏光成分を撮像素子１８（検出光学系１５）で検出することになる。なお、入射側の第１の偏光フィルター１４をポラライザと称し、受光側の第２の偏光フィルター１６をアナライザと称することもある。
【００３４】
撮像素子１８は、対物レンズ７の瞳面（不図示）と共役な位置に設けられる。なお、撮像素子１８としてカラーＣＣＤを用いることが好ましく、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの出力を使うことにより、波長選択フィルター１３を不要とすることも可能である。なお、撮像素子１８は画素単位若しくは複数の画素を１つの領域とした領域単位で、入射する光の強度情報つまり入射する光の強度に応じた信号を出力する。また、第１の偏光フィルター１４と第２の偏光フィルター１６はクロスニコルの状態に配置されているため、撮像素子１８の画素単位若しくは複数の画素を１つの領域とした領域単位で、入射する光の強度は、偏光状態の変化に応じた信号といえる。
【００３５】
また、入射光Ｉと反射光Ｊは同一光軸上であるが、入射光Ｉのうちの一部の入射光束Ｉ１に着目すれば、入射角Ｋでウェハ５に入射し、反射光束Ｊ１として撮像素子１８に達する。換言すれば、撮像素子１８上の位置１９は、入射光束Ｉ１による反射光情報だけを受光していることになる。
【００３６】
なお、検出光学系１５に達した光の一部は、ハーフプリズム（図示せず）等を介して、ウェハ５の実像を撮像するための不図示の撮像装置に導かれる。撮像装置に撮像されたウェハ５の画像（実像）を画像表示装置（図示せず）に表示することで、オペレータがウェハ５の表面を拡大観察することが可能であり、ウェハ５のアライメント等を行うために用いられる。
【００３７】
前述したように、繰り返しパターンの構造性複屈折効果による偏光状態変化を抽出してパターンの線幅を測定する場合、線幅以外の状態変化（例えば、下地（層）の膜厚変化や、下地のパターンの線幅変化）が線幅の測定結果に影響し、線幅の測定誤差、すなわち、算出した線幅値とＣＤ−ＳＥＭ等で実測した線幅値との間の乖離誤差の一因になるという問題がある。
【００３８】
本実施形態では、このような乖離誤差を小さくするために、偏光状態変化を抽出する瞳内位置を複数設定し、設定した複数の瞳内位置における偏光の情報から正確に線幅値を求める方法、および、複数の瞳内位置を決定する方法を提供する。さらに、瞳内位置の組み合わせの数は膨大であるため、本実施形態では、最適な瞳内位置の組み合わせを迅速に決定する方法を提供する。
【００３９】
まず図２に、撮像素子１８で受光した瞳の画像（瞳像３０）を瞳座標系（Ｐｘ，Ｐｙ）で示した。瞳座標系（Ｐｘ，Ｐｙ）のＰｘとは、ｘ方向に光を透過する偏光子（ポラライザ）に対応した方向であり、Ｐｙとは、ｙ方向を透過する検光子（アナライザ）に対応した方向で、Ｐｘとは直交する。なお、座標軸Ｐｘと座標軸Ｐｙとの交点Ｏが光軸である。
【００４０】
本実施形態では、撮像素子１８から出力された画素毎の信号は、所定の画素単位でまとめられて処理する。その様子を図３に示す。例えば、瞳像３０をＭ列×Ｎ行（Ｍ，Ｎは自然数）に分割したとき、分割した一つの区画領域３１内に含まれる画素の信号を合算したものを、その区画領域３１での受光光量とする。なお、瞳像３０は円形であることから、区画領域３１の形状が正方形となるように列数Ｍおよび行数Ｎが決定される。このようにして、瞳画像から任意の区画領域３１を選択することが可能である。なお、１つの画素を１つの区画領域としても構わない。また、光源１１として白色光源を使用し、撮像素子１８としてカラーＣＣＤを使用した場合、波長ＲＧＢ（Red，Green，Blue）を選択的に抽出することが可能である。
【００４１】
瞳内には、Ｐｙ＝Ｐｘと、Ｐｙ＝−Ｐｘという２つの（区画領域３１の集合体に対する）対角線があるが、線幅変化に最も感じる区画領域３１は、これら２つのうちのいずれかの対角線上（もしくはこの近傍）に存在する。すなわち、線幅変化に最も敏感な区画領域３１の瞳内位置は、入射光Ｉの偏光方向がＸ方向（座標軸Ｐｘの方向）であるため、入射光Ｉの照射方向が当該入射光Ｉの偏光方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置となる。ここで、パターンに対する入射角、入射面の方位角、および入射面に対する偏光角度は、光軸Ｏに対して対称であり、このことは光学的に自明である。さらに、入射偏光特性が各対角線（Ｐｙ＝ＰｘおよびＰｙ＝−Ｐｘ）に対して対称であることも明らかである。したがって、すべての特性は、光軸Ｏと対角線に対する対称性を考えればよい。
【００４２】
なお、Ｐｙ＝ＰｘかＰｙ＝−Ｐｘのいずれの対角線かは、入射光Ｉの偏光方向とパターンの繰り返し方向との関係によって決まる。図４（ａ）に示すように、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターン（ラインパターン）５ａの繰り返し方向が入射光Ｉの偏光方向に対して（図４の反時計回りに）−４５度傾いている場合、Ｐｙ＝−Ｐｘで示される対角線上に、繰り返しパターン５ａの線幅変化に最も感じる区画領域３１が存在することが計算上明らかにされている。一方、図４（ｂ）に示すように、繰り返しパターン５ａの繰り返し方向が入射光Ｉの偏光方向に対して（図４の反時計回りに）＋４５度傾いている場合、Ｐｙ＝Ｐｘで示される対角線上に、繰り返しパターン５ａの線幅変化に最も感じる区画領域３１が存在することが計算上明らかにされている。ただし、瞳座標の原点Ｏに近づくと、線幅変化以外の状態変化の影響を受けることがわかっており、線幅感度は低下すると言える。
【００４３】
検量線（瞳面内階調値から線幅値に換算する換算式）の作成にあたっては、異なる線幅のパターンが形成された線幅基準ウェハ（ショット毎に露光量を変えるなどしてウェハ面内に異なる線幅のパターンを形成し、ＣＤ−ＳＥＭ等の測定機であらかじめ線幅値を測定したウェハ）を使用する。線幅基準ウェハの線幅は、ＣＤ−ＳＥＭ等により予め測定しておく。なお、ＣＤ−ＳＥＭは、１点の測定点の視野が狭いため、本実施形態の検査装置１の広い視野に相当する領域の中で複数の測定点について測定し、その平均値を求めておくことが好ましい。このようにして、ＣＤ−ＳＥＭにより測定した線幅値と、本実施形態の検査装置１の任意の瞳内位置での階調値との相関を、多数の異なる線幅のパターンに対して得ることができる。
【００４４】
図５（ｂ）は、前述の線幅基準ウェハ（図示せず）を用いて、図５（ａ）に示す（Ｐｙ＝−Ｐｘとなる）対角線上の繰り返しパターン５ａの線幅変化に最も感じる区画領域３１
（以下、このような区画領域３１の瞳内位置を線幅相関特定位置４１と称する場合がある）の受光信号から作成した検量線を示すグラフである。なお、線幅基準ウェハにおいて異なる線幅のパターンから光を受光できるように、線幅基準ウェハを保持するステージ６を移動させ、各線幅のパターンに関する瞳像３０をそれぞれ撮像素子１８で受光（検出）する。図５（ｂ）に示すグラフでは、このようにして受光した複数の瞳像３０のうち、線幅相関特定位置４１での受光信号Ｓ（信号強度として階調値を使用）を横軸とし、線幅基準ウェハ上の同じ場所をＣＤ−ＳＥＭで測定したときの線幅ＣＤを縦軸として表わしている。検量線は、ｋ１，ｋ２を係数とすると、次の（１）式で表わすことができ、この（１）式を用いて、線幅相関特定位置４１での受光信号Ｓから線幅ＣＤを換算することができる。
【００４５】
ＣＤ＝（ｋ１×Ｓ）＋ｋ２ …（１）
【００４６】
検量線を図５（ｂ）では１次式としたが、構造性複屈折によるクロスニコル透過光量は、線幅変化に対して必ずしも線形に（１次式で）階調変化するとは限らない。特に、線幅変化の範囲が広い場合は直線からずれるので、その場合は、２次式等の多次式で換算することが好ましい。
【００４７】
図５（ｂ）では、検量線（図中の直線）から実際の測定値がばらついている。このばらつきは、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差（検量線により換算した線幅値からＣＤ−ＳＥＭで測定した線幅値を引いたもの）となっている。この乖離誤差をウェハマップ(ウェハ座標系（ｘ、ｙ）)で表わしたのが図５（ｃ）である。図５（ｃ）から、乖離誤差が同心円状に分布している様子がわかる。これは、線幅以外のウェハの表面状態がウェハ面内で同心円状に変化しているなかで、その変化の影響度合いが、ＣＤ−ＳＥＭと本実施形態の検査装置１で異なるからである。
【００４８】
ＣＤ−ＳＥＭは、電子線を照射走査してパターンエッジから生じる２次電子を収集し、２次電子の強弱信号から所定の閾値のところを抽出してパターンの線幅としている。２次電子収集部の配置や、閾値の設定を最適化して、パターンの断面幅と相関のよい条件に設定しているものの、パターンの微妙な形状変化の影響を受ける。なお、基本的に電子線は、パターンの下層にまで達しないとされている。一方、本実施形態のように偏光状態変化量をパターンの線幅に置き換える方法の場合、構造性複屈折による偏光の位相変化は、パターンの線幅だけではなく、パターンの形状や高さ等の影響を受けるし、可視光はパターンの下層まで達する場合がある。また、偏光の位相変化や下層の影響は波長によっても異なるし、さらに、入射角、入射面とパターンとの方位角、偏光方向によっても異なる。
【００４９】
このように、本実施形態はＣＤ−ＳＥＭとは異なる検出原理に基づく方式であるので、線幅以外の状態の影響を受けることはやむを得ない。しかし、ＣＤ−ＳＥＭで半導体製造のプロセス管理をしてきた半導体製造ラインでは、ＣＤ−ＳＥＭ管理に合わせた線幅計測性能が求められるので、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を小さくする必要がある。そこで、本実施形態では、既述した、入射角、入射面とパターンとの方位角、偏光方向、波長等の、パターンの線幅と線幅以外の影響を受ける条件を適切に組み合わせることによって、線幅の測定精度を向上させる。
【００５０】
図６（ａ）に、線幅変化に感度のある第１の区画領域および第２の区画領域の瞳内位置（以下、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２と称する）を示す。図６（ｂ）は、瞳内位置における線幅変化に対する階調変化量を示した３次元散布図であり、水平方向の座標軸Ｘ，Ｙがそれぞれ瞳像３０の座標軸Ｐｘ，Ｐｙに対応し、縦軸が線幅変化に対する階調変化量を示している。また、図６（ｃ）は、瞳内位置における下地の膜厚変化に対する階調変化量を示した３次元散布図であり、水平方向の座標軸Ｘ，Ｙがそれぞれ瞳像３
０の座標軸Ｐｘ，Ｐｙに対応し、縦軸が下地の膜厚変化に対する階調変化量を示している。図６（ｂ）および図６（ｃ）の縦軸は、０に近いほど感度が低く、＋方向または−方向に０から離れるほど感度が高いと言える。このように図６（ｂ）を見ると、第１の瞳内位置５１と第２の瞳内位置５２では線幅変化に対する感度（階調変化の仕方）が違うことが分かる。また同様に、図６（ｃ）を見ると、第１の瞳内位置５１と第２の瞳内位置５２では下地の膜厚変化に対する感度（階調変化の仕方）がほぼ同じであることが分かる。
【００５１】
このような２つの瞳内位置５１，５２を使うことにより、繰り返しパターン５ａの下地の影響を補正（キャンセル）して、線幅情報のみを抽出することが可能となる。また、このような組合せは、下地の影響が近いという条件から瞳内位置が近いと言える。
【００５２】
瞳内位置での階調値から線幅を換算する様子を図７（ａ）〜（ｃ）に示す。図７（ａ）は線幅に対する第１の瞳内位置５１での階調値を示すグラフであり、図７（ｂ）は線幅に対する第２の瞳内位置５２での階調値を示すグラフである。どちらの場合も下地の影響を受けて、線幅との相関は低い。ところが、第１の瞳内位置５１での階調値と第２の瞳内位置５２での階調値にそれぞれ係数を掛けて足し合わせることにより、下地の影響を低減させ、線幅との相関を高めることができる。例えば、第１の瞳内位置５１での階調値（受光信号量）をＳ１とし、第２の瞳内位置５２での階調値（受光信号量）をＳ２とし、係数をａ，ｂとしたとき、線幅ＣＤの換算式として次の（２）式を得ることができる。
【００５３】
ＣＤ＝（Ｓ１×ａ）＋（Ｓ２×ｂ） …（２）
【００５４】
図７（ｃ）は実際の線幅と換算値との関係を示しており、横軸がＣＤ−ＳＥＭで測定した実際の線幅（単位：ｎｍ）であり、縦軸が（２）式から得られる換算値（乖離誤差）である。図７（ｃ）より、下地の影響が低減し、線幅変化に対して感度が出ていることが分かる。
【００５５】
しかしながら、（２）式を用いても、線幅との乖離誤差が残っている。そこで、さらなる補正について、図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図８（ａ）の瞳像３０では、図６（ａ）の瞳像３０に対し、新たに補正に使用する第３の区画領域の瞳内位置（以下、第３の瞳内位置５３と称する）が追加で示されている。第３の瞳内位置５３は、階調値に係数をかけて（２）式の換算値に足し合わせることで線幅との乖離誤差が小さくなるような瞳内位置である。例えば、第３の瞳内位置５３での階調値（受光信号量）をＳ３とし、係数をｃ，ｄとしたとき、線幅ＣＤの換算式として次の（３）式を得ることができる。
【００５６】
ＣＤ＝（Ｓ１×ａ）＋（Ｓ２×ｂ）＋（Ｓ３×ｃ）＋ｄ …（３）
【００５７】
図８（ｂ）は線幅に対する第３の瞳内位置５３での階調値を示すグラフである。また、図８（ｃ）は実際の線幅と換算値との関係を示しており、横軸がＣＤ−ＳＥＭで測定した実際の線幅（単位：ｎｍ）であり、縦軸が（３）式から得られる換算値である。図８（ｃ）より、（２）式と比較して（３）式の方が乖離誤差は小さく、線幅との相関も高いことが分かる。
【００５８】
次に、第１の瞳内位置５１、第２の瞳内位置５２、および第３の瞳内位置５３を選ぶ方法および、各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求める方法について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、各瞳内位置および係数の算出には線幅基準ウェハを使用し、照明光として白色光を用いるものとする。まず、カラーＣＣＤ（撮像素子１８）で検出した瞳像３０で用いる色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色成分）および瞳内位置の組合せを初期化する（ステップＳ１０１）。３つの瞳内位置を選ぶための計算は、瞳
像３０の上端から順番に行う。そのため、初期設定として、第１の瞳内位置５１、第２の瞳内位置５２、および第３の瞳内位置５３の候補を、瞳像３０の座標軸Ｐｙにおける最外周の区画領域３１の瞳内位置に設定する。但し、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２の候補については、同色の瞳内位置に設定する。
【００５９】
初期化を行うと、線幅の異なるパターンの瞳像３０を用いて、実際の線幅との乖離が最小となる（３）式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求める（ステップＳ１０２）。このとき、各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、最小二乗法を使うことで算出することができる。なお、前述の説明では、補正の原理について分かりやすいように、（２）式と（３）式の２つのステップに分けて説明を行ったが、最終的に（３）式で計算した線幅換算値と実際の線幅との乖離が最小になれば良いので、全ての係数ａ，ｂ，ｃ，ｄについて１つのステップで一緒に計算すれば良い。
【００６０】
各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求めると、全ての瞳内位置および色の組合せについて計算が終了したか否か判定する（ステップＳ１０３）。全ての組合せについて計算が終了していない場合（判定がＮＯの場合）、ステップＳ１０４へ進み、まだ計算をしていない瞳内位置および色の組合せに変更した後、ステップＳ１０２に戻って計算を繰り返す。但し、ステップＳ１０４で瞳内位置および色の組合せを変える際、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２の候補については、同色で、かつ、互いに近くの瞳内位置（具体的には、瞳直径の１／５程度内）に設定する。また、第３の瞳内位置５３の候補については、瞳像３０に区画設定された全ての区画領域３１のうちいずれかの瞳内位置に設定する。
【００６１】
一方、ステップＳ１０３で、全ての組合せについて計算が終了したと判断した場合（判定がＹＥＳの場合）、それまで計算した瞳内位置および色の組合せの中で、実際の線幅との乖離誤差が一番小さい条件（すなわち、３つの瞳内位置、各瞳内位置の色、および各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を線幅換算の条件として決定する。これにより、線幅変化に対する感度に差があり、下地の影響度合いが近い２つの瞳内位置を含めた３つの瞳内位置と、（３）式のパラメータがそれぞれ決定し、（３）式により乖離誤差の小さい線幅換算を行うことができる。
【００６２】
ここで、本実施形態による検査方法の一例について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下に述べる各ステップ（工程）では、検査装置１の不図示の記憶装置に記憶（インストール）された所定のコンピュータプログラムを実行することで、演算処理部２０等の作動が制御されるようになっている。まず、演算処理部２０の設定算出部（不図示）は、上述の方法により、瞳像３０で用いる３つの瞳内位置とその色、および各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ求め、線幅換算の条件を設定する（ステップＳ２０１）。なお、求めた３つの瞳内位置とその色、および各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄに関するデータは、演算処理部２０の内部メモリ（不図示）に記憶される。
【００６３】
次に、検査を行うウェハ５をステージ６に載置した後、照明光学系１０を用いて検査対象となるウェハ５の表面に直線偏光を照射する（ステップＳ２０２）。このとき、図１に示すように、光源１１から放出された光（例えば、白色光）は、集光レンズ１２、波長選択フィルター１３、および第１の偏光フィルター１４を透過したのち、プリズム８で下方へ反射して平行な入射光Ｉ（直線偏光）となり、対物レンズ７を通してウェハ５に照射される。
【００６４】
ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７で受光される（ステップＳ２０３）。このとき、ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７を通して平行な反射光Ｊとなり、プリズム８、第２の偏光フィルター１６、およびリレーレンズ１７を透過して、撮像素子１８に入射する。そこで、対物レンズ７の瞳面（不図示）と共役な位置に設けられた撮像素子１８を用
いて、入射光Ｉ（直線偏光）の偏光方向と垂直な偏光成分を検出する（ステップＳ２０４）。このとき、撮像素子１８に入射した反射光は撮像素子１８により電気信号に光電変換され、第２の偏光フィルター１６を透過した反射光の検出信号（受光信号）が演算処理部２０に出力される。
【００６５】
そして、演算処理部２０は、撮像素子１８から入力された検出信号（受光信号）に基づいて、繰り返しパターン５ａの線幅を求める（ステップＳ２０５）。このとき、演算処理部２０の線幅演算部（不図示）は、ステップＳ２０１で求めた（３）式を用いて、撮像素子１８により検出された瞳像３０における（ステップＳ２０１で求めた色成分での）第１の瞳内位置５１、第２の瞳内位置５２、および第３の瞳内位置５３での階調値Ｓ１〜Ｓ３から、検査対象となるウェハ５の繰り返しパターン５ａの線幅を求める。なお、求めた線幅が所定の閾値から外れた場合、例えば、演算処理部２０の検査部（不図示）がドーズ量異常と判定してその旨を画像表示装置（不図示）等に表示させることができる。
【００６６】
以上のようにして、本実施形態によれば、瞳像３０における第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２での階調値Ｓ１，Ｓ２に基づいて、繰り返しパターン５ａの線幅を求めるため、繰り返しパターン５ａの下地の影響を補正（キャンセル）して、線幅情報のみを抽出することで、下地の影響を低減させることができ、線幅（パターン形状）の測定精度を向上させることが可能になる。
【００６７】
なお、ＣＤ−ＳＥＭは、ウェハ５に電子線を照射するため、電子線によりフォトレジストの縮小化（シュリンク）等のダメージを受ける。測定精度を上げようと電子線の加速電圧を上げるほど、そのダメージは大きくなる。本実施形態では、電子線を用いず、可視光を使っているので、ウェハ５へのダメージは全くない。
【００６８】
また、瞳像３０において、同色で、かつ、互いに近くの瞳内位置の中から、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２をそれぞれ求めるため、下地の膜厚変化による影響（瞳像３０での光の変化の仕方）が互いに同程度の瞳内位置の組合せに限定することで、候補となる瞳内位置の組合せの数を低減させることができ、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２を迅速に求めることができる。なお、下地の膜厚変化による影響は、ウェハ５に対する光の入射角（すなわち瞳内位置）および波長、すなわちウェハ５で反射する光の光路長の違いによる干渉条件で決まるため、互いに近くの瞳内位置で、かつ、同じ色（波長）の光である場合、下地の膜厚変化による影響が同程度になる。
【００６９】
また、瞳像３０における第３の瞳内位置５３での階調値Ｓ３を利用して、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２での階調値Ｓ１，Ｓ２から求まる線幅換算値を補正して繰り返しパターン５ａの線幅を求めるため、線幅（パターン形状）の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００７０】
また、瞳像３０に区画設定された全ての瞳内位置の中から、補正に適した第３の瞳内位置５３を選択的に求めるため、補正に最適な第３の瞳内位置５３を確実に求めることができ、線幅（パターン形状）の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００７１】
なお、上述の実施形態において、各瞳内位置を決定する際、線幅基準ウェハだけではなく、量産ウェハを含めるようにしてもよい。このようにすれば、下地の状態変化のバリエーションが増えるので、下地の影響を補正する精度を向上させることができ、線幅（パターン形状）の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００７２】
また、上述の実施形態において、各瞳内位置を決定する際、線幅基準ウェハを用いているが、これに限られるものではなく、シミュレーションを行って、各瞳内位置を決定する
ようにしてもよい。
【００７３】
また、上述の実施形態において、瞳像３０において、同色で、かつ、互いに近くの瞳内位置の中から、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２をそれぞれ求めているが、これに限られるものではなく、略同色の近似した色同士の組合せであってもよい。
【００７４】
また、上述の実施形態において、各瞳内位置を決定する際、照明光として白色光を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、波長選択フィルター１３を用いて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した波長を有する照明光を切り替えて照射し、それぞれの色に対応した瞳像を検出するようにしてもよい。
【００７５】
また、上述の実施形態において、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターン５ａの線幅を測定しているが、これに限られるものではなく、例えば、繰り返しパターン５ａのサイドウォールアングル等、繰り返しパターン５ａの延伸方向から見た断面形状のプロファイルを測定する場合においても、本実施形態を適用可能である。
【００７６】
また、上述の実施形態において、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターン５ａの線幅を測定しているが、これに限られるものではなく、例えば、液晶ガラス基板に対する測定を行う場合においても、本実施形態を適用可能である。
【００７７】
また、上述の実施形態において、演算処理部２０で求めた線幅換算値のデータを、演算処理部２０から露光装置１０１に出力して、露光装置１０１の設定にフィードバックすることができる。そこで、前述の検査装置１を備えた露光システムについて、図１１および図１２を参照しながら説明する。この露光システム１００は、レジストが塗布されたウェハ５の表面に所定のマスクパターン（繰り返しパターン）を投影露光する露光装置１０１と、露光装置１０１による露光工程および現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面に繰り返しパターン５ａが形成されたウェハ５の検査を行う検査装置１とを備えて構成される。
【００７８】
露光装置１０１は、図１１に示すように、照明系１１０と、レチクルステージ１２０と、投影ユニット１３０と、局所液浸装置１４０と、ステージ装置１５０と、主制御装置２００（図１２を参照）とを備えて構成される。なお、以下においては、図１１に示した矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向として説明する。
【００７９】
照明系１１０は、詳細な図示を省略するが、光源と、オプティカルインテグレータ等を備えた照度均一化光学系と、レチクルブラインド等を備えた照明光学系とを有し、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光（露光光）により略均一な照度で照明するように構成されている。照明光としては、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
【００８０】
レチクルステージ１２０上には、所定のパターン（例えば、ラインパターン）がそのパターン面（図１１における下面）に形成されたレチクル（フォトマスク）Ｒが、例えば真空吸着により固定保持されている。レチクルステージ１２０は、例えばリニアモータ等を備えるレチクルステージ駆動装置１２１（図１２を参照）によってＸＹ平面内で移動可能であるとともに、走査方向（ここではＹ軸方向とする）に所定の走査速度で移動可能に構成されている。
【００８１】
レチクルステージ１２０のＸＹ平面内の位置情報（Ｚ軸回りの回転方向の回転情報を含む）は、レチクルステージ１２０に設けられたＹ軸に直交する反射面を有する第１反射鏡１２３およびＸ軸に直交する反射面を有する第２反射鏡（図示せず）を介して、レチクル
干渉計１２５によって検出される。レチクル干渉計１２５により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてレチクルステージ駆動装置１２１を介してレチクルステージ１２０の位置（および移動速度）を制御する。
【００８２】
投影ユニット１３０は、レチクルステージ１２０の下方に配置され、鏡筒１３１と、鏡筒１３１内に保持された投影光学系１３５とを有して構成される。投影光学系１３５は、照明光の光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）を有し、両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍または１／８倍など）を有するように構成されている。このため、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハ５上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハ５を保持するステージ装置１５０との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハ５を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ５上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターン（マスクパターン）が転写される。
【００８３】
露光装置１０１には、液浸方式の露光を行うために局所液浸装置１４０が設けられている。局所液浸装置１４０は、図１１および図１２に示すように、液体供給装置１４１と、液体回収装置１４２と、液体供給管１４３Ａと、液体回収管１４３Ｂと、ノズルユニット１４５とを有して構成される。ノズルユニット１４５は、投影光学系１３５を構成する最も像面側（ウェハ側）の光学素子、ここでは先端レンズ１３６を保持する鏡筒１３１の下端部周囲を取り囲むように、投影ユニット１３０を保持する不図示のフレーム部材（露光装置１０１を構成するフレーム部材）に支持されている。また、ノズルユニット１４５は、図１１に示すように、その下端面が先端レンズ１３６の下端面と略同一面になるように設定されている。
【００８４】
液体供給装置１４１は、詳細な図示を省略するが、液体を貯蔵するタンクと、加圧ポンプと、温度制御装置と、液体の流量を制御するためのバルブとを有して構成され、液体供給管１４３Ａを介してノズルユニット１４５に接続されている。液体回収装置１４２は、詳細な図示を省略するが、回収した液体を貯蔵するタンクと、吸引ポンプと、液体の流量を制御するためのバルブとを有して構成され、液体回収管１４３Ｂを介してノズルユニット１４５に接続されている。
【００８５】
主制御装置２００は、図１２に示すように、液体供給装置１４１の作動を制御して液体供給管１４３Ａを介して先端レンズ１３６とウェハ５との間に液体（例えば、純水）を供給するとともに、液体回収装置１４２の作動を制御して液体回収管１４３Ｂを介して先端レンズ１３６とウェハ５との間から液体を回収する。このとき、主制御装置２００は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置１４１および液体回収装置１４２の作動を制御する。したがって、先端レンズ１３６とウェハ５との間には、一定量の液体が常に入れ替わって保持され、これにより液浸領域（液浸空間）が形成される。このように、露光装置１０１では、照明光を、液浸領域を形成する液体を介してウェハ５に照射することによって、ウェハ５に対する露光が行われる。
【００８６】
ステージ装置１５０は、投影ユニット１３０の下方に配置されたウェハステージ１５１と、ウェハステージ１５１を駆動するステージ駆動装置１５５（図１２を参照）とを有して構成される。ウェハステージ１５１は、不図示のエアスライダにより数μｍ程度のクリ
アランスを有してベース部材１０５の上方に浮上支持され、ウェハステージ１５１の上面においてウェハ５を真空吸着によって保持するように構成されている。そして、ウェハステージ１５１は、ステージ駆動装置１５５を構成するモータにより、ベース部材１０５の上面に沿ってＸＹ平面内で移動可能になっている。
【００８７】
ウェハステージ１５１のＸＹ平面内の位置情報はエンコーダ装置１５６（図１２を参照）によって検出される。エンコーダ装置１５６により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてステージ駆動装置１５５を介してウェハステージ１５１の位置（および移動速度）を制御する。
【００８８】
以上のように構成される露光装置１０１において、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、ウェハステージ１５１上に支持されて投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハ５上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハ５を支持するウェハステージ１５１との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハ５を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ５上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。
【００８９】
このようにして露光装置１０１による露光工程が実施されると、現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、前述の実施形態に係る検査装置１により、表面に繰り返しパターン５ａが形成されたウェハ５の表面検査を行う。またこのとき、検査装置１の演算処理部２０は、前述のようにして、繰り返しパターン５ａの線幅を求め、接続ケーブル（図示せず）等を介して、求めた線幅のデータを露光装置１０１に出力する。そして、露光装置１０１の主制御装置２００に設けられた補正処理部２１０は、検査装置１から入力された求めた線幅のデータに基づいて、露光装置１０１の各種設定パラメータを補正する。
【００９０】
これにより、本実施形態の露光システム１００によれば、前述の実施形態に係る検査装置１から入力された線幅のデータに応じて、露光装置１０１の設定を補正するため、より精度の高い線幅のデータに基づいた補正が可能となり、露光装置１０１の設定をより適切に行うことができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 検査装置
５ ウェハ（基板） ７ 対物レンズ
１８ 撮像素子（検出部） ２０ 演算処理部
３０ 瞳像
５１ 第１の瞳内位置（第１領域） ５２ 第２の瞳内位置（第２領域）
５３ 第３の瞳内位置（第３領域）
１００ 露光システム １０１ 露光装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造工程においてウェハの繰り返しパターンにおける線幅の変動を検出可能な検査装置、検査方法、および検査装置用プログラムに関し、さらには、このような検査装置を備えた露光システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体装置は、処理の高速化や低消費電力化、記憶容量増加を図るために、パターンが微細化する傾向にある。また同時に、半導体装置の製造工程で発生する欠陥の検出性能や、線幅(以下、ＣＤ（クリティカル・ディメンジョンの略）とも称する)の管理要求も厳しくなってきている。露光工程で発生したウェハの欠陥やＣＤ値変動が許容値を超えるものであった場合、該当するウェハまたはロットをリワーク工程に回し、且つ、問題の発生箇所を修正することで、良品の半導体ウェハを生産できるようにする。
【０００３】
ＣＤ値管理には、ＣＤ−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）が広く使われ、ＣＤ値を定量的に計測し出力することができる。しかし、ＣＤ−ＳＥＭは、ウェハに電子線を照射するため、電子線によりフォトレジストが縮小化（シュリンク）する等のダメージを受ける。測定精度を上げようと電子線の加速電圧を上げるほど、そのダメージを大きくなる。また、計測時間は１視野あたり数秒を要するため、１ロット内で数枚の抜き取り測定となる。しかも、抜き取ったウェハの全面ではなく、抜き取った各ウェハの数ショット分について、露光ショット内の数点を計測しているにすぎない。
【０００４】
また、欠陥検査装置として、半導体ウェハに照明光を照射してウェハ上の繰り返しパターンからの回折光を受光する装置がある。この装置では、ウェハに照明光を照射してウェハ上の繰り返しパターンからの回折光を受光し、欠陥からの回折光はＣＤ値が異なるため回折光量が変化することを利用して、欠陥検出を行う。マクロ検査装置と呼ばれるこのような欠陥検査装置は、ウェハ全面一括撮像による高いスループットを有するので、生産ラインで大いに活躍している。ただし、繰り返しパターンからの回折光は、繰り返し周期が小さくなるほど回折角が大きくなるので、照明波長や光学系配置等といった装置構成上の制限を受け、１４０ｎｍ程度の繰り返しピッチより小さい繰り返しパターンからの回折光を受光するのは事実上不可能である。
【０００５】
そのため、新たな手法として、繰り返しパターンの構造性複屈折効果を利用した欠陥検査装置が実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。これらのマクロ検査装置では、装置の性質上、微小領域の高分解の検査やＣＤ値変動量の定量的出力には限界がある。そこで、繰り返しパターンの構造性複屈折効果を利用してＣＤ値を定量的に測定可能な検査装置の開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３４３１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、繰り返しパターンの構造性複屈折効果による偏光状態変化を抽出してパターンの線幅を測定する場合、線幅以外の状態変化（例えば、下地（層）の膜厚変化や、下地のパターンの線幅変化）が線幅の測定結果に影響し、線幅の測定誤差の一因になるという問題がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、パターン形状の測定精度を向上させた検査装置、検査方法、検査装置用プログラムおよび露光システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的達成のため、本発明に係る検査装置は、下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置であって、前記パターンに対する瞳面を形成する対物レンズと、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出部と、前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域の位置情報をそれぞれ記憶する記憶部と、前記検出部で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算部とを備えている。
【００１０】
なお、上述の検査装置において、予め形状変化が既知な複数のパターンから前記検出部によって検出される強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出部をさらに備えることが好ましい。
【００１１】
また、上述の検査装置において、前記演算部は、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることが好ましい。
【００１２】
また、上述の検査装置において、前記演算部が求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることが好ましい。
【００１３】
また、上述の検査装置において、前記演算部で求められた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査部を備えていることが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る検査方法は、下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査方法であって、前記パターンに対する瞳面を形成する瞳面形成工程と、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出工程と、前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定工程と、前記検出工程で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算工程とを有している。
【００１５】
なお、上述の検査方法では、予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出工程をさらに有することが好ましい。
【００１６】
また、上述の検査方法では、前記演算工程において、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることが好ましい。
【００１７】
また、上述の検査方法では、前記演算工程で求める前記パターンの形状は、前記パター
ンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることが好ましい。
【００１８】
また、上述の検査方法では、前記演算工程で求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査工程を有することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る検査装置用プログラムは、下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置の作動を制御するプログラムであって、対物レンズの瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出ステップと、前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定ステップと、前記検出ステップで検出される、前記第１領域の前記強度情報と、前記第２領域の前記強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算ステップとを有している。
【００２０】
なお、上述の検査装置用プログラムでは、予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出ステップをさらに有することが好ましい。
【００２１】
また、上述の検査装置用プログラムでは、前記演算ステップにおいて、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることが好ましい。
【００２２】
また、上述の検査装置用プログラムでは、前記演算ステップで求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることが好ましい。
【００２３】
また、上述の検査装置用プログラムでは、前記演算ステップで求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査ステップを有することが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係る露光システムは、基板の表面に所定のパターンを露光する露光装置と、前記露光装置により露光されて表面に前記パターンが形成された基板の検査を行う検査装置とを備え、前記検査装置は、本発明に係る検査装置であって、前記演算部で求められた前記パターンの形状の情報を前記露光装置へ出力し、前記露光装置は、前記検査装置から入力された前記パターンの形状の情報に応じて、前記露光装置の設定を補正するようになっている。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、パターン形状の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】検査装置の概略構成図である。
【図２】撮像素子で検出した瞳の画像を示す図である。
【図３】瞳の画像を領域分割した状態を示す図である。
【図４】（ａ）（ｂ）ともに繰り返しパターンの方向と入射光の偏光方向との関係を示す平面図である。
【図５】（ａ）は瞳像における線幅相関特定位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は検量線の一例を示すグラフであり、（ｃ）は乖離誤差のウェハマップである。
【図６】（ａ）は瞳像における第１の瞳内位置および第２の瞳内位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は瞳内位置における線幅変化に対する階調変化量を示した３次元散布図であり、（ｃ）は瞳内位置における下地の膜厚変化に対する階調変化量を示した３次元散布図である。
【図７】（ａ）は線幅に対する第１の瞳内位置での階調値を示すグラフであり、（ｂ）は線幅に対する第２の瞳内位置での階調値を示すグラフであり、（ｃ）は線幅と（２）式による換算値との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は瞳像における第３の瞳内位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は線幅に対する第３の瞳内位置での階調値のグラフであり、（ｃ）は線幅と（３）式による換算値との関係を示すである。
【図９】３つの瞳内位置および（３）式の係数を求める方法を示すフローチャートである。
【図１０】検査方法を示すフローチャートである。
【図１１】露光システムの概要構成図である。
【図１２】露光装置の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の検査装置を図１に示しており、この検査装置１は、ステージ６と、対物レンズ７と、プリズム８と、照明光学系１０と、検出光学系１５と、演算処理部２０とを主体に構成される。半導体ウェハ５（以下適宜、単にウェハ５と称する）は、露光装置（図示せず）によるフォトレジストへの露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態でステージ６に載置される。
【００２８】
ステージ６は、真空吸着等によりステージ６上に載置されたウェハ５を確実に保持する。また、ステージ６は、ウェハ５の表面に沿ってＸＹ方向に移動可能に構成されるとともに、Ｚ軸を中心軸として回転可能に構成されている。なお、図１の紙面と垂直な方向をＸ軸とし、図１における左右方向をＹ軸とし、図１における上下方向をＺ軸とする。また、ＸＹ平面内でＺ軸を中心とした回転角を方位角と称する。
【００２９】
照明光学系１０は、図１の右側から左側へ向けて配置順に、光源１１と、集光レンズ１２と、波長選択フィルター１３と、第１の偏光フィルター１４とを有して構成される。光源１１には、ハロゲンランプや青色励起型ＬＥＤ等の波長帯域に広い光源（白色光源）が用いられる。また、ハロゲンランプや青色励起型ＬＥＤからの光は広い波長域にわたっているため、波長選択フィルター１３は、例えば、青色、緑色、赤色を透過させるようなフィルターであってもよい。したがって、波長選択フィルター１３は、透過波長帯域の異なる複数のフィルターとして、光路中に挿脱することで選択的に波長や波長帯域を変更可能な構成とすることが好ましい。
【００３０】
なお、光源１１には、水銀ランプが用いられてもよい。水銀ランプは、複数の波長（以下、λと略す場合がある）の光、例えば、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｊ線（λ＝３１３ｎｍ）、さらにはλ＝２５０ｎｍ付近の光などを発生させる。これら複数の波長の光のうち、特定の波長の光のみを選択するために、波長選択フィルター１３を用いることが好ましい。
【００３１】
光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および波長選択フィルター１３を透過したのち、第１の偏光フィルター１４を透過する。第１の偏光フィルター１４は、透過光がＸ方向に偏光するように、すなわち、第１の偏光フィルター１４を透過して得られる直線偏光の偏光方向ＰがＸ方向となるよう配置する。
【００３２】
第１の偏光フィルター１４を透過した光は、プリズム８で下方へ反射して、ウェハ５の方向へ向かう平行な入射光Ｉとなり、対物レンズ７を通してウェハ５に照射される。ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７を通して平行な反射光Ｊとなり、プリズム８を透過して検出光学系１５に達する。検出光学系１５は、図１の下側から上側へ向けて配置順に、第２の偏光フィルター１６と、リレーレンズ１７と、２次元ＣＣＤ等の撮像素子１８とを有して構成される。プリズム８を透過した反射光は、第２の偏光フィルター１６を透過し、リレーレンズ１７によって光路延長・拡大（ないし縮小）された後、撮像素子１８に入射する。撮像素子１８に入射した反射光は撮像素子１８により電気信号に光電変換され、反射光の検出信号が演算処理部２０に出力される。
【００３３】
第２の偏光フィルター１６は、透過光がＹ方向に偏光するように、すなわち、第２の偏光フィルター１６を透過して得られる直線偏光の偏光方向ＱがＹ方向となるよう配置する。このように入射側と受光側で偏光方向が直交している状態は、クロスニコルと呼ばれ、対物レンズ７およびプリズム８を透過した反射光Ｊのうち、入射光Ｉ（直線偏光）の偏光方向と垂直な偏光成分を撮像素子１８（検出光学系１５）で検出することになる。なお、入射側の第１の偏光フィルター１４をポラライザと称し、受光側の第２の偏光フィルター１６をアナライザと称することもある。
【００３４】
撮像素子１８は、対物レンズ７の瞳面（不図示）と共役な位置に設けられる。なお、撮像素子１８としてカラーＣＣＤを用いることが好ましく、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの出力を使うことにより、波長選択フィルター１３を不要とすることも可能である。なお、撮像素子１８は画素単位若しくは複数の画素を１つの領域とした領域単位で、入射する光の強度情報つまり入射する光の強度に応じた信号を出力する。また、第１の偏光フィルター１４と第２の偏光フィルター１６はクロスニコルの状態に配置されているため、撮像素子１８の画素単位若しくは複数の画素を１つの領域とした領域単位で、入射する光の強度は、偏光状態の変化に応じた信号といえる。
【００３５】
また、入射光Ｉと反射光Ｊは同一光軸上であるが、入射光Ｉのうちの一部の入射光束Ｉ１に着目すれば、入射角Ｋでウェハ５に入射し、反射光束Ｊ１として撮像素子１８に達する。換言すれば、撮像素子１８上の位置１９は、入射光束Ｉ１による反射光情報だけを受光していることになる。
【００３６】
なお、検出光学系１５に達した光の一部は、ハーフプリズム（図示せず）等を介して、ウェハ５の実像を撮像するための不図示の撮像装置に導かれる。撮像装置に撮像されたウェハ５の画像（実像）を画像表示装置（図示せず）に表示することで、オペレータがウェハ５の表面を拡大観察することが可能であり、ウェハ５のアライメント等を行うために用いられる。
【００３７】
前述したように、繰り返しパターンの構造性複屈折効果による偏光状態変化を抽出してパターンの線幅を測定する場合、線幅以外の状態変化（例えば、下地（層）の膜厚変化や、下地のパターンの線幅変化）が線幅の測定結果に影響し、線幅の測定誤差、すなわち、算出した線幅値とＣＤ−ＳＥＭ等で実測した線幅値との間の乖離誤差の一因になるという問題がある。
【００３８】
本実施形態では、このような乖離誤差を小さくするために、偏光状態変化を抽出する瞳内位置を複数設定し、設定した複数の瞳内位置における偏光の情報から正確に線幅値を求める方法、および、複数の瞳内位置を決定する方法を提供する。さらに、瞳内位置の組み合わせの数は膨大であるため、本実施形態では、最適な瞳内位置の組み合わせを迅速に決定する方法を提供する。
【００３９】
まず図２に、撮像素子１８で受光した瞳の画像（瞳像３０）を瞳座標系（Ｐｘ，Ｐｙ）で示した。瞳座標系（Ｐｘ，Ｐｙ）のＰｘとは、ｘ方向に光を透過する偏光子（ポラライザ）に対応した方向であり、Ｐｙとは、ｙ方向を透過する検光子（アナライザ）に対応した方向で、Ｐｘとは直交する。なお、座標軸Ｐｘと座標軸Ｐｙとの交点Ｏが光軸である。
【００４０】
本実施形態では、撮像素子１８から出力された画素毎の信号は、所定の画素単位でまとめられて処理する。その様子を図３に示す。例えば、瞳像３０をＭ列×Ｎ行（Ｍ，Ｎは自然数）に分割したとき、分割した一つの区画領域３１内に含まれる画素の信号を合算したものを、その区画領域３１での受光光量とする。なお、瞳像３０は円形であることから、区画領域３１の形状が正方形となるように列数Ｍおよび行数Ｎが決定される。このようにして、瞳画像から任意の区画領域３１を選択することが可能である。なお、１つの画素を１つの区画領域としても構わない。また、光源１１として白色光源を使用し、撮像素子１８としてカラーＣＣＤを使用した場合、波長ＲＧＢ（Red，Green，Blue）を選択的に抽出することが可能である。
【００４１】
瞳内には、Ｐｙ＝Ｐｘと、Ｐｙ＝−Ｐｘという２つの（区画領域３１の集合体に対する）対角線があるが、線幅変化に最も感じる区画領域３１は、これら２つのうちのいずれかの対角線上（もしくはこの近傍）に存在する。すなわち、線幅変化に最も敏感な区画領域３１の瞳内位置は、入射光Ｉの偏光方向がＸ方向（座標軸Ｐｘの方向）であるため、入射光Ｉの照射方向が当該入射光Ｉの偏光方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置となる。ここで、パターンに対する入射角、入射面の方位角、および入射面に対する偏光角度は、光軸Ｏに対して対称であり、このことは光学的に自明である。さらに、入射偏光特性が各対角線（Ｐｙ＝ＰｘおよびＰｙ＝−Ｐｘ）に対して対称であることも明らかである。したがって、すべての特性は、光軸Ｏと対角線に対する対称性を考えればよい。
【００４２】
なお、Ｐｙ＝ＰｘかＰｙ＝−Ｐｘのいずれの対角線かは、入射光Ｉの偏光方向とパターンの繰り返し方向との関係によって決まる。図４（ａ）に示すように、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターン（ラインパターン）５ａの繰り返し方向が入射光Ｉの偏光方向に対して（図４の反時計回りに）−４５度傾いている場合、Ｐｙ＝−Ｐｘで示される対角線上に、繰り返しパターン５ａの線幅変化に最も感じる区画領域３１が存在することが計算上明らかにされている。一方、図４（ｂ）に示すように、繰り返しパターン５ａの繰り返し方向が入射光Ｉの偏光方向に対して（図４の反時計回りに）＋４５度傾いている場合、Ｐｙ＝Ｐｘで示される対角線上に、繰り返しパターン５ａの線幅変化に最も感じる区画領域３１が存在することが計算上明らかにされている。ただし、瞳座標の原点Ｏに近づくと、線幅変化以外の状態変化の影響を受けることがわかっており、線幅感度は低下すると言える。
【００４３】
検量線（瞳面内階調値から線幅値に換算する換算式）の作成にあたっては、異なる線幅のパターンが形成された線幅基準ウェハ（ショット毎に露光量を変えるなどしてウェハ面内に異なる線幅のパターンを形成し、ＣＤ−ＳＥＭ等の測定機であらかじめ線幅値を測定したウェハ）を使用する。線幅基準ウェハの線幅は、ＣＤ−ＳＥＭ等により予め測定しておく。なお、ＣＤ−ＳＥＭは、１点の測定点の視野が狭いため、本実施形態の検査装置１の広い視野に相当する領域の中で複数の測定点について測定し、その平均値を求めておくことが好ましい。このようにして、ＣＤ−ＳＥＭにより測定した線幅値と、本実施形態の検査装置１の任意の瞳内位置での階調値との相関を、多数の異なる線幅のパターンに対して得ることができる。
【００４４】
図５（ｂ）は、前述の線幅基準ウェハ（図示せず）を用いて、図５（ａ）に示す（Ｐｙ＝−Ｐｘとなる）対角線上の繰り返しパターン５ａの線幅変化に最も感じる区画領域３１
（以下、このような区画領域３１の瞳内位置を線幅相関特定位置４１と称する場合がある）の受光信号から作成した検量線を示すグラフである。なお、線幅基準ウェハにおいて異なる線幅のパターンから光を受光できるように、線幅基準ウェハを保持するステージ６を移動させ、各線幅のパターンに関する瞳像３０をそれぞれ撮像素子１８で受光（検出）する。図５（ｂ）に示すグラフでは、このようにして受光した複数の瞳像３０のうち、線幅相関特定位置４１での受光信号Ｓ（信号強度として階調値を使用）を横軸とし、線幅基準ウェハ上の同じ場所をＣＤ−ＳＥＭで測定したときの線幅ＣＤを縦軸として表わしている。検量線は、ｋ１，ｋ２を係数とすると、次の（１）式で表わすことができ、この（１）式を用いて、線幅相関特定位置４１での受光信号Ｓから線幅ＣＤを換算することができる。
【００４５】
ＣＤ＝（ｋ１×Ｓ）＋ｋ２ …（１）
【００４６】
検量線を図５（ｂ）では１次式としたが、構造性複屈折によるクロスニコル透過光量は、線幅変化に対して必ずしも線形に（１次式で）階調変化するとは限らない。特に、線幅変化の範囲が広い場合は直線からずれるので、その場合は、２次式等の多次式で換算することが好ましい。
【００４７】
図５（ｂ）では、検量線（図中の直線）から実際の測定値がばらついている。このばらつきは、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差（検量線により換算した線幅値からＣＤ−ＳＥＭで測定した線幅値を引いたもの）となっている。この乖離誤差をウェハマップ(ウェハ座標系（ｘ、ｙ）)で表わしたのが図５（ｃ）である。図５（ｃ）から、乖離誤差が同心円状に分布している様子がわかる。これは、線幅以外のウェハの表面状態がウェハ面内で同心円状に変化しているなかで、その変化の影響度合いが、ＣＤ−ＳＥＭと本実施形態の検査装置１で異なるからである。
【００４８】
ＣＤ−ＳＥＭは、電子線を照射走査してパターンエッジから生じる２次電子を収集し、２次電子の強弱信号から所定の閾値のところを抽出してパターンの線幅としている。２次電子収集部の配置や、閾値の設定を最適化して、パターンの断面幅と相関のよい条件に設定しているものの、パターンの微妙な形状変化の影響を受ける。なお、基本的に電子線は、パターンの下層にまで達しないとされている。一方、本実施形態のように偏光状態変化量をパターンの線幅に置き換える方法の場合、構造性複屈折による偏光の位相変化は、パターンの線幅だけではなく、パターンの形状や高さ等の影響を受けるし、可視光はパターンの下層まで達する場合がある。また、偏光の位相変化や下層の影響は波長によっても異なるし、さらに、入射角、入射面とパターンとの方位角、偏光方向によっても異なる。
【００４９】
このように、本実施形態はＣＤ−ＳＥＭとは異なる検出原理に基づく方式であるので、線幅以外の状態の影響を受けることはやむを得ない。しかし、ＣＤ−ＳＥＭで半導体製造のプロセス管理をしてきた半導体製造ラインでは、ＣＤ−ＳＥＭ管理に合わせた線幅計測性能が求められるので、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を小さくする必要がある。そこで、本実施形態では、既述した、入射角、入射面とパターンとの方位角、偏光方向、波長等の、パターンの線幅と線幅以外の影響を受ける条件を適切に組み合わせることによって、線幅の測定精度を向上させる。
【００５０】
図６（ａ）に、線幅変化に感度のある第１の区画領域および第２の区画領域の瞳内位置（以下、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２と称する）を示す。図６（ｂ）は、瞳内位置における線幅変化に対する階調変化量を示した３次元散布図であり、水平方向の座標軸Ｘ，Ｙがそれぞれ瞳像３０の座標軸Ｐｘ，Ｐｙに対応し、縦軸が線幅変化に対する階調変化量を示している。また、図６（ｃ）は、瞳内位置における下地の膜厚変化に対する階調変化量を示した３次元散布図であり、水平方向の座標軸Ｘ，Ｙがそれぞれ瞳像３
０の座標軸Ｐｘ，Ｐｙに対応し、縦軸が下地の膜厚変化に対する階調変化量を示している。図６（ｂ）および図６（ｃ）の縦軸は、０に近いほど感度が低く、＋方向または−方向に０から離れるほど感度が高いと言える。このように図６（ｂ）を見ると、第１の瞳内位置５１と第２の瞳内位置５２では線幅変化に対する感度（階調変化の仕方）が違うことが分かる。また同様に、図６（ｃ）を見ると、第１の瞳内位置５１と第２の瞳内位置５２では下地の膜厚変化に対する感度（階調変化の仕方）がほぼ同じであることが分かる。
【００５１】
このような２つの瞳内位置５１，５２を使うことにより、繰り返しパターン５ａの下地の影響を補正（キャンセル）して、線幅情報のみを抽出することが可能となる。また、このような組合せは、下地の影響が近いという条件から瞳内位置が近いと言える。
【００５２】
瞳内位置での階調値から線幅を換算する様子を図７（ａ）〜（ｃ）に示す。図７（ａ）は線幅に対する第１の瞳内位置５１での階調値を示すグラフであり、図７（ｂ）は線幅に対する第２の瞳内位置５２での階調値を示すグラフである。どちらの場合も下地の影響を受けて、線幅との相関は低い。ところが、第１の瞳内位置５１での階調値と第２の瞳内位置５２での階調値にそれぞれ係数を掛けて足し合わせることにより、下地の影響を低減させ、線幅との相関を高めることができる。例えば、第１の瞳内位置５１での階調値（受光信号量）をＳ１とし、第２の瞳内位置５２での階調値（受光信号量）をＳ２とし、係数をａ，ｂとしたとき、線幅ＣＤの換算式として次の（２）式を得ることができる。
【００５３】
ＣＤ＝（Ｓ１×ａ）＋（Ｓ２×ｂ） …（２）
【００５４】
図７（ｃ）は実際の線幅と換算値との関係を示しており、横軸がＣＤ−ＳＥＭで測定した実際の線幅（単位：ｎｍ）であり、縦軸が（２）式から得られる換算値（乖離誤差）である。図７（ｃ）より、下地の影響が低減し、線幅変化に対して感度が出ていることが分かる。
【００５５】
しかしながら、（２）式を用いても、線幅との乖離誤差が残っている。そこで、さらなる補正について、図８（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図８（ａ）の瞳像３０では、図６（ａ）の瞳像３０に対し、新たに補正に使用する第３の区画領域の瞳内位置（以下、第３の瞳内位置５３と称する）が追加で示されている。第３の瞳内位置５３は、階調値に係数をかけて（２）式の換算値に足し合わせることで線幅との乖離誤差が小さくなるような瞳内位置である。例えば、第３の瞳内位置５３での階調値（受光信号量）をＳ３とし、係数をｃ，ｄとしたとき、線幅ＣＤの換算式として次の（３）式を得ることができる。
【００５６】
ＣＤ＝（Ｓ１×ａ）＋（Ｓ２×ｂ）＋（Ｓ３×ｃ）＋ｄ …（３）
【００５７】
図８（ｂ）は線幅に対する第３の瞳内位置５３での階調値を示すグラフである。また、図８（ｃ）は実際の線幅と換算値との関係を示しており、横軸がＣＤ−ＳＥＭで測定した実際の線幅（単位：ｎｍ）であり、縦軸が（３）式から得られる換算値である。図８（ｃ）より、（２）式と比較して（３）式の方が乖離誤差は小さく、線幅との相関も高いことが分かる。
【００５８】
次に、第１の瞳内位置５１、第２の瞳内位置５２、および第３の瞳内位置５３を選ぶ方法および、各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求める方法について、図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、各瞳内位置および係数の算出には線幅基準ウェハを使用し、照明光として白色光を用いるものとする。まず、カラーＣＣＤ（撮像素子１８）で検出した瞳像３０で用いる色（例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色成分）および瞳内位置の組合せを初期化する（ステップＳ１０１）。３つの瞳内位置を選ぶための計算は、瞳
像３０の上端から順番に行う。そのため、初期設定として、第１の瞳内位置５１、第２の瞳内位置５２、および第３の瞳内位置５３の候補を、瞳像３０の座標軸Ｐｙにおける最外周の区画領域３１の瞳内位置に設定する。但し、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２の候補については、同色の瞳内位置に設定する。
【００５９】
初期化を行うと、線幅の異なるパターンの瞳像３０を用いて、実際の線幅との乖離が最小となる（３）式の係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求める（ステップＳ１０２）。このとき、各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄは、最小二乗法を使うことで算出することができる。なお、前述の説明では、補正の原理について分かりやすいように、（２）式と（３）式の２つのステップに分けて説明を行ったが、最終的に（３）式で計算した線幅換算値と実際の線幅との乖離が最小になれば良いので、全ての係数ａ，ｂ，ｃ，ｄについて１つのステップで一緒に計算すれば良い。
【００６０】
各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄを求めると、全ての瞳内位置および色の組合せについて計算が終了したか否か判定する（ステップＳ１０３）。全ての組合せについて計算が終了していない場合（判定がＮＯの場合）、ステップＳ１０４へ進み、まだ計算をしていない瞳内位置および色の組合せに変更した後、ステップＳ１０２に戻って計算を繰り返す。但し、ステップＳ１０４で瞳内位置および色の組合せを変える際、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２の候補については、同色で、かつ、互いに近くの瞳内位置（具体的には、瞳直径の１／５程度内）に設定する。また、第３の瞳内位置５３の候補については、瞳像３０に区画設定された全ての区画領域３１のうちいずれかの瞳内位置に設定する。
【００６１】
一方、ステップＳ１０３で、全ての組合せについて計算が終了したと判断した場合（判定がＹＥＳの場合）、それまで計算した瞳内位置および色の組合せの中で、実際の線幅との乖離誤差が一番小さい条件（すなわち、３つの瞳内位置、各瞳内位置の色、および各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄ）を線幅換算の条件として決定する。これにより、線幅変化に対する感度に差があり、下地の影響度合いが近い２つの瞳内位置を含めた３つの瞳内位置と、（３）式のパラメータがそれぞれ決定し、（３）式により乖離誤差の小さい線幅換算を行うことができる。
【００６２】
ここで、本実施形態による検査方法の一例について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、以下に述べる各ステップ（工程）では、検査装置１の不図示の記憶装置に記憶（インストール）された所定のコンピュータプログラムを実行することで、演算処理部２０等の作動が制御されるようになっている。まず、演算処理部２０の設定算出部（不図示）は、上述の方法により、瞳像３０で用いる３つの瞳内位置とその色、および各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄをそれぞれ求め、線幅換算の条件を設定する（ステップＳ２０１）。なお、求めた３つの瞳内位置とその色、および各係数ａ，ｂ，ｃ，ｄに関するデータは、演算処理部２０の内部メモリ（不図示）に記憶される。
【００６３】
次に、検査を行うウェハ５をステージ６に載置した後、照明光学系１０を用いて検査対象となるウェハ５の表面に直線偏光を照射する（ステップＳ２０２）。このとき、図１に示すように、光源１１から放出された光（例えば、白色光）は、集光レンズ１２、波長選択フィルター１３、および第１の偏光フィルター１４を透過したのち、プリズム８で下方へ反射して平行な入射光Ｉ（直線偏光）となり、対物レンズ７を通してウェハ５に照射される。
【００６４】
ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７で受光される（ステップＳ２０３）。このとき、ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７を通して平行な反射光Ｊとなり、プリズム８、第２の偏光フィルター１６、およびリレーレンズ１７を透過して、撮像素子１８に入射する。そこで、対物レンズ７の瞳面（不図示）と共役な位置に設けられた撮像素子１８を用
いて、入射光Ｉ（直線偏光）の偏光方向と垂直な偏光成分を検出する（ステップＳ２０４）。このとき、撮像素子１８に入射した反射光は撮像素子１８により電気信号に光電変換され、第２の偏光フィルター１６を透過した反射光の検出信号（受光信号）が演算処理部２０に出力される。
【００６５】
そして、演算処理部２０は、撮像素子１８から入力された検出信号（受光信号）に基づいて、繰り返しパターン５ａの線幅を求める（ステップＳ２０５）。このとき、演算処理部２０の線幅演算部（不図示）は、ステップＳ２０１で求めた（３）式を用いて、撮像素子１８により検出された瞳像３０における（ステップＳ２０１で求めた色成分での）第１の瞳内位置５１、第２の瞳内位置５２、および第３の瞳内位置５３での階調値Ｓ１〜Ｓ３から、検査対象となるウェハ５の繰り返しパターン５ａの線幅を求める。なお、求めた線幅が所定の閾値から外れた場合、例えば、演算処理部２０の検査部（不図示）がドーズ量異常と判定してその旨を画像表示装置（不図示）等に表示させることができる。
【００６６】
以上のようにして、本実施形態によれば、瞳像３０における第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２での階調値Ｓ１，Ｓ２に基づいて、繰り返しパターン５ａの線幅を求めるため、繰り返しパターン５ａの下地の影響を補正（キャンセル）して、線幅情報のみを抽出することで、下地の影響を低減させることができ、線幅（パターン形状）の測定精度を向上させることが可能になる。
【００６７】
なお、ＣＤ−ＳＥＭは、ウェハ５に電子線を照射するため、電子線によりフォトレジストの縮小化（シュリンク）等のダメージを受ける。測定精度を上げようと電子線の加速電圧を上げるほど、そのダメージは大きくなる。本実施形態では、電子線を用いず、可視光を使っているので、ウェハ５へのダメージは全くない。
【００６８】
また、瞳像３０において、同色で、かつ、互いに近くの瞳内位置の中から、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２をそれぞれ求めるため、下地の膜厚変化による影響（瞳像３０での光の変化の仕方）が互いに同程度の瞳内位置の組合せに限定することで、候補となる瞳内位置の組合せの数を低減させることができ、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２を迅速に求めることができる。なお、下地の膜厚変化による影響は、ウェハ５に対する光の入射角（すなわち瞳内位置）および波長、すなわちウェハ５で反射する光の光路長の違いによる干渉条件で決まるため、互いに近くの瞳内位置で、かつ、同じ色（波長）の光である場合、下地の膜厚変化による影響が同程度になる。
【００６９】
また、瞳像３０における第３の瞳内位置５３での階調値Ｓ３を利用して、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２での階調値Ｓ１，Ｓ２から求まる線幅換算値を補正して繰り返しパターン５ａの線幅を求めるため、線幅（パターン形状）の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００７０】
また、瞳像３０に区画設定された全ての瞳内位置の中から、補正に適した第３の瞳内位置５３を選択的に求めるため、補正に最適な第３の瞳内位置５３を確実に求めることができ、線幅（パターン形状）の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００７１】
なお、上述の実施形態において、各瞳内位置を決定する際、線幅基準ウェハだけではなく、量産ウェハを含めるようにしてもよい。このようにすれば、下地の状態変化のバリエーションが増えるので、下地の影響を補正する精度を向上させることができ、線幅（パターン形状）の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００７２】
また、上述の実施形態において、各瞳内位置を決定する際、線幅基準ウェハを用いているが、これに限られるものではなく、シミュレーションを行って、各瞳内位置を決定する
ようにしてもよい。
【００７３】
また、上述の実施形態において、瞳像３０において、同色で、かつ、互いに近くの瞳内位置の中から、第１の瞳内位置５１および第２の瞳内位置５２をそれぞれ求めているが、これに限られるものではなく、略同色の近似した色同士の組合せであってもよい。
【００７４】
また、上述の実施形態において、各瞳内位置を決定する際、照明光として白色光を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、波長選択フィルター１３を用いて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した波長を有する照明光を切り替えて照射し、それぞれの色に対応した瞳像を検出するようにしてもよい。
【００７５】
また、上述の実施形態において、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターン５ａの線幅を測定しているが、これに限られるものではなく、例えば、繰り返しパターン５ａのサイドウォールアングル等、繰り返しパターン５ａの延伸方向から見た断面形状のプロファイルを測定する場合においても、本実施形態を適用可能である。
【００７６】
また、上述の実施形態において、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターン５ａの線幅を測定しているが、これに限られるものではなく、例えば、液晶ガラス基板に対する測定を行う場合においても、本実施形態を適用可能である。
【００７７】
また、上述の実施形態において、演算処理部２０で求めた線幅換算値のデータを、演算処理部２０から露光装置１０１に出力して、露光装置１０１の設定にフィードバックすることができる。そこで、前述の検査装置１を備えた露光システムについて、図１１および図１２を参照しながら説明する。この露光システム１００は、レジストが塗布されたウェハ５の表面に所定のマスクパターン（繰り返しパターン）を投影露光する露光装置１０１と、露光装置１０１による露光工程および現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面に繰り返しパターン５ａが形成されたウェハ５の検査を行う検査装置１とを備えて構成される。
【００７８】
露光装置１０１は、図１１に示すように、照明系１１０と、レチクルステージ１２０と、投影ユニット１３０と、局所液浸装置１４０と、ステージ装置１５０と、主制御装置２００（図１２を参照）とを備えて構成される。なお、以下においては、図１１に示した矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向として説明する。
【００７９】
照明系１１０は、詳細な図示を省略するが、光源と、オプティカルインテグレータ等を備えた照度均一化光学系と、レチクルブラインド等を備えた照明光学系とを有し、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光（露光光）により略均一な照度で照明するように構成されている。照明光としては、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
【００８０】
レチクルステージ１２０上には、所定のパターン（例えば、ラインパターン）がそのパターン面（図１１における下面）に形成されたレチクル（フォトマスク）Ｒが、例えば真空吸着により固定保持されている。レチクルステージ１２０は、例えばリニアモータ等を備えるレチクルステージ駆動装置１２１（図１２を参照）によってＸＹ平面内で移動可能であるとともに、走査方向（ここではＹ軸方向とする）に所定の走査速度で移動可能に構成されている。
【００８１】
レチクルステージ１２０のＸＹ平面内の位置情報（Ｚ軸回りの回転方向の回転情報を含む）は、レチクルステージ１２０に設けられたＹ軸に直交する反射面を有する第１反射鏡１２３およびＸ軸に直交する反射面を有する第２反射鏡（図示せず）を介して、レチクル
干渉計１２５によって検出される。レチクル干渉計１２５により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてレチクルステージ駆動装置１２１を介してレチクルステージ１２０の位置（および移動速度）を制御する。
【００８２】
投影ユニット１３０は、レチクルステージ１２０の下方に配置され、鏡筒１３１と、鏡筒１３１内に保持された投影光学系１３５とを有して構成される。投影光学系１３５は、照明光の光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）を有し、両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍または１／８倍など）を有するように構成されている。このため、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハ５上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハ５を保持するステージ装置１５０との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハ５を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ５上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターン（マスクパターン）が転写される。
【００８３】
露光装置１０１には、液浸方式の露光を行うために局所液浸装置１４０が設けられている。局所液浸装置１４０は、図１１および図１２に示すように、液体供給装置１４１と、液体回収装置１４２と、液体供給管１４３Ａと、液体回収管１４３Ｂと、ノズルユニット１４５とを有して構成される。ノズルユニット１４５は、投影光学系１３５を構成する最も像面側（ウェハ側）の光学素子、ここでは先端レンズ１３６を保持する鏡筒１３１の下端部周囲を取り囲むように、投影ユニット１３０を保持する不図示のフレーム部材（露光装置１０１を構成するフレーム部材）に支持されている。また、ノズルユニット１４５は、図１１に示すように、その下端面が先端レンズ１３６の下端面と略同一面になるように設定されている。
【００８４】
液体供給装置１４１は、詳細な図示を省略するが、液体を貯蔵するタンクと、加圧ポンプと、温度制御装置と、液体の流量を制御するためのバルブとを有して構成され、液体供給管１４３Ａを介してノズルユニット１４５に接続されている。液体回収装置１４２は、詳細な図示を省略するが、回収した液体を貯蔵するタンクと、吸引ポンプと、液体の流量を制御するためのバルブとを有して構成され、液体回収管１４３Ｂを介してノズルユニット１４５に接続されている。
【００８５】
主制御装置２００は、図１２に示すように、液体供給装置１４１の作動を制御して液体供給管１４３Ａを介して先端レンズ１３６とウェハ５との間に液体（例えば、純水）を供給するとともに、液体回収装置１４２の作動を制御して液体回収管１４３Ｂを介して先端レンズ１３６とウェハ５との間から液体を回収する。このとき、主制御装置２００は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置１４１および液体回収装置１４２の作動を制御する。したがって、先端レンズ１３６とウェハ５との間には、一定量の液体が常に入れ替わって保持され、これにより液浸領域（液浸空間）が形成される。このように、露光装置１０１では、照明光を、液浸領域を形成する液体を介してウェハ５に照射することによって、ウェハ５に対する露光が行われる。
【００８６】
ステージ装置１５０は、投影ユニット１３０の下方に配置されたウェハステージ１５１と、ウェハステージ１５１を駆動するステージ駆動装置１５５（図１２を参照）とを有して構成される。ウェハステージ１５１は、不図示のエアスライダにより数μｍ程度のクリ
アランスを有してベース部材１０５の上方に浮上支持され、ウェハステージ１５１の上面においてウェハ５を真空吸着によって保持するように構成されている。そして、ウェハステージ１５１は、ステージ駆動装置１５５を構成するモータにより、ベース部材１０５の上面に沿ってＸＹ平面内で移動可能になっている。
【００８７】
ウェハステージ１５１のＸＹ平面内の位置情報はエンコーダ装置１５６（図１２を参照）によって検出される。エンコーダ装置１５６により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてステージ駆動装置１５５を介してウェハステージ１５１の位置（および移動速度）を制御する。
【００８８】
以上のように構成される露光装置１０１において、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、ウェハステージ１５１上に支持されて投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハ５上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハ５を支持するウェハステージ１５１との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハ５を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ５上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。
【００８９】
このようにして露光装置１０１による露光工程が実施されると、現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、前述の実施形態に係る検査装置１により、表面に繰り返しパターン５ａが形成されたウェハ５の表面検査を行う。またこのとき、検査装置１の演算処理部２０は、前述のようにして、繰り返しパターン５ａの線幅を求め、接続ケーブル（図示せず）等を介して、求めた線幅のデータを露光装置１０１に出力する。そして、露光装置１０１の主制御装置２００に設けられた補正処理部２１０は、検査装置１から入力された求めた線幅のデータに基づいて、露光装置１０１の各種設定パラメータを補正する。
【００９０】
これにより、本実施形態の露光システム１００によれば、前述の実施形態に係る検査装置１から入力された線幅のデータに応じて、露光装置１０１の設定を補正するため、より精度の高い線幅のデータに基づいた補正が可能となり、露光装置１０１の設定をより適切に行うことができる。
【符号の説明】
【００９１】
１ 検査装置
５ ウェハ（基板） ７ 対物レンズ
１８ 撮像素子（検出部） ２０ 演算処理部
３０ 瞳像
５１ 第１の瞳内位置（第１領域） ５２ 第２の瞳内位置（第２領域）
５３ 第３の瞳内位置（第３領域）
１００ 露光システム １０１ 露光装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置であって、
前記パターンに対する瞳面を形成する対物レンズと、
前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出部と、
前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域の位置情報をそれぞれ記憶する記憶部と、
前記検出部で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算部とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
予め形状変化が既知な複数のパターンから前記検出部によって検出される強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記演算部が求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記演算部で求められた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査部を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項６】
下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査方法であって、
前記パターンに対する瞳面を形成する瞳面形成工程と、
前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出工程と、
前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定工程と、
前記検出工程で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算工程とを有することを特徴とする検査方法。
【請求項７】
予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の検査方法。
【請求項８】
前記演算工程において、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることを特徴とする請求項６または７に記載の検査方法。
【請求項９】
前記演算工程で求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の検査方法。
【請求項１０】
前記演算工程で求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査工程を有することを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の検査方法。
【請求項１１】
下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置の作動を制御するプログラムであって、
対物レンズの瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出ステップと、
前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定ステップと、
前記検出ステップで検出される、前記第１領域の前記強度情報と、前記第２領域の前記強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算ステップとを有することを特徴とする検査装置用プログラム。
【請求項１２】
予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出ステップをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１３】
前記演算ステップにおいて、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることを特徴とする請求項１１または１２に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１４】
前記演算ステップで求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１５】
前記演算ステップで求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査ステップを有することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１６】
基板の表面に所定のパターンを露光する露光装置と、前記露光装置により露光されて表面に前記パターンが形成された基板の検査を行う検査装置とを備え、
前記検査装置は、請求項１から５のいずれか一項に記載の検査装置であって、前記演算部で求められた前記パターンの形状の情報を前記露光装置へ出力し、
前記露光装置は、前記検査装置から入力された前記パターンの形状の情報に応じて、前記露光装置の設定を補正することを特徴とする露光システム。
【請求項１】
下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置であって、
前記パターンに対する瞳面を形成する対物レンズと、
前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出部と、
前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域の位置情報をそれぞれ記憶する記憶部と、
前記検出部で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算部とを備えることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
予め形状変化が既知な複数のパターンから前記検出部によって検出される強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記演算部は、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記演算部が求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記演算部で求められた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査部を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。
【請求項６】
下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査方法であって、
前記パターンに対する瞳面を形成する瞳面形成工程と、
前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出工程と、
前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定工程と、
前記検出工程で検出される、前記第１領域の強度情報と、前記第２領域の強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算工程とを有することを特徴とする検査方法。
【請求項７】
予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出工程をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の検査方法。
【請求項８】
前記演算工程において、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることを特徴とする請求項６または７に記載の検査方法。
【請求項９】
前記演算工程で求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の検査方法。
【請求項１０】
前記演算工程で求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査工程を有することを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の検査方法。
【請求項１１】
下地層の上に所定のパターンを有する基板の前記パターンを検査する検査装置の作動を制御するプログラムであって、
対物レンズの瞳面もしくは該瞳面と共役な面における領域毎の光の強度情報を検出する検出ステップと、
前記パターンの形状変化に対しては前記強度情報の変化が異なり、前記下地層の変化に対しては前記強度情報の変化が同程度である、前記瞳面若しくは該瞳面と共役な面内の第１領域と第２領域をそれぞれ設定する設定ステップと、
前記検出ステップで検出される、前記第１領域の前記強度情報と、前記第２領域の前記強度情報との差異に基づいて前記パターンの形状を求める演算ステップとを有することを特徴とする検査装置用プログラム。
【請求項１２】
予め形状変化が既知な複数のパターンの前記領域毎の光の強度情報に基づいて、前記第１領域と前記第２領域の位置情報を算出する算出ステップをさらに有することを特徴とする請求項１１に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１３】
前記演算ステップにおいて、前記瞳面もしくは該瞳面と共役な面における前記第１領域および前記第２領域とは異なる第３領域での強度情報を利用して、前記第１領域および前記第２領域での前記強度情報から求まる前記形状を補正して前記パターンの形状を求めることを特徴とする請求項１１または１２に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１４】
前記演算ステップで求める前記パターンの形状は、前記パターンの線幅、もしくは、前記パターンの延伸方向から見た断面形状であることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１５】
前記演算ステップで求めた前記パターンの形状に基づいて、前記パターンにおける異常の有無を検査する検査ステップを有することを特徴とする請求項１１から１４のいずれか一項に記載の検査装置用プログラム。
【請求項１６】
基板の表面に所定のパターンを露光する露光装置と、前記露光装置により露光されて表面に前記パターンが形成された基板の検査を行う検査装置とを備え、
前記検査装置は、請求項１から５のいずれか一項に記載の検査装置であって、前記演算部で求められた前記パターンの形状の情報を前記露光装置へ出力し、
前記露光装置は、前記検査装置から入力された前記パターンの形状の情報に応じて、前記露光装置の設定を補正することを特徴とする露光システム。
【図１】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１０３０５２（Ｐ２０１２−１０３０５２Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５０１２７（Ｐ２０１０−２５０１２７）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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