表面検査方法および表面検査装置
【課題】繰り返しパターンの線幅の測定精度を向上させた表面検査方法を提供する。
【解決手段】所定の繰り返しパターンを有するウェハの表面に直線偏光を照射する照射ステップ（Ｓ１０２）と、直線偏光が照射されたウェハの表面からの反射光を受光する受光ステップ（Ｓ１０３）と、対物レンズの瞳面と共役な面において、反射光のうち直線偏光の偏光方向と垂直な偏光成分を検出する検出ステップ（Ｓ１０４）と、検出した偏光成分の階調値から繰り返しパターンの線幅を求める演算ステップ（Ｓ１０５）とを有し、演算ステップでは、瞳面における対角線上の瞳内位置および対角線外の瞳内位置での階調値から、繰り返しパターンの線幅を求める。
【解決手段】所定の繰り返しパターンを有するウェハの表面に直線偏光を照射する照射ステップ（Ｓ１０２）と、直線偏光が照射されたウェハの表面からの反射光を受光する受光ステップ（Ｓ１０３）と、対物レンズの瞳面と共役な面において、反射光のうち直線偏光の偏光方向と垂直な偏光成分を検出する検出ステップ（Ｓ１０４）と、検出した偏光成分の階調値から繰り返しパターンの線幅を求める演算ステップ（Ｓ１０５）とを有し、演算ステップでは、瞳面における対角線上の瞳内位置および対角線外の瞳内位置での階調値から、繰り返しパターンの線幅を求める。
【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表面検査方法および装置に関する。
【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、そのダメージも大きくなる。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、ウェハ表面における測定位置の変化や、ロットが異なるウェハ毎の状態変化）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、繰り返しパターンの線幅の測定精度を向上させた表面検査方法および装置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、本発明に係る表面検査方法は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射し、前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光光学系により受光し、前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記反射光から前記偏光状態の変化を検出し、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようになっている。
【００１０】
なお、上述の表面検査方法において、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようにしてもよい。
【００１１】
また、上述の表面検査方法において、前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置であることが好ましい。
【００１２】
また、上述の表面検査方法において、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求めることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る表面検査装置は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射する照射部と、前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光する受光光学系と、前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記受光光学系に受光された前記反射光から前記偏光状態の変化を検出する検出部と、前記検出部に検出された前記偏光状態の変化の情報から前記繰り返しパターンの線幅を求める演算部とを備え、前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようになっている。
【００１４】
なお、前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようにしてもよい。
【００１５】
また、上述の表面検査装置において、前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置であることが好ましい。
【００１６】
また、上述の表面検査装置において、前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、繰り返しパターンの線幅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】
【００１８】
【図１】表面検査方法を示すフローチャートである。
【図２】表面検査装置の概略構成図である。
【図３】撮像素子で検出した瞳の画像を示す図である。
【図４】瞳の画像を領域分割した状態を示す図である。
【図５】（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６】（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７】（ａ）は瞳像における線幅補正特定位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は線幅補正特定位置での線幅値と階調値との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は瞳像における線幅相関特定位置および線幅補正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９】線幅相関特定位置および線幅補正特定位置の決定方法を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は１つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）における乖離誤差の標準偏差を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は２つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）における乖離誤差の標準偏差を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は瞳像における線幅相関特定位置、線幅補正特定位置、および基板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る。
【図１３】（ａ）（ｂ）ともに基板相関特定位置におけるＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差と階調値との関係を示すグラフである。
【図１４】基板相関特定位置の決定方法を示すフローチャートである。
【図１５】４つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。本実施形態の表面検査装置を図２に示しており、この表面検査装置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。
【００２０】
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２の紙面と垂直な方向をＸ軸とし、図２における左右方向をＹ軸とし、図２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。
【００２１】
照明光学系１０は、図２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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２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。
【００２５】
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。なお、ポラライザとアナライザをクロスニコルに配置するのは、反射光の偏光状態の照明光の偏光状態からの変化を検出するための配置なので、反射光の偏光状態の短軸方向の成分を検出しやすいように適宜設定することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、ウェハ表面における測定位置の変化や、ロットが異なるウェハ毎の状態変化）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。具体的には、次のような問題がある。
【００２９】
第１に、ウェハ面内（ウェハの表面内）で誤差が生じるという問題がある。具体的には、線幅基準ウェハ（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）を用いて、検量線（瞳面内階調値から線幅値に
換算する換算式）を決定しても、当該検量線により換算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭ等で実測した線幅値との乖離が、線幅基準ウェハ面内の場所によって大きくなる。
【００３０】
第２に、ウェハ間で誤差が生じるという問題がある。具体的には、例えば半導体製造で量産される量産ウェハ等の別のウェハに対して測定を行ったときに、上述の線幅基準ウェハを用いて決定した検量線により換算した線幅値と、ＣＤ−ＳＥＭ等で実測した線幅値との間に乖離が生じる。この乖離の大きさは、ウェハによって、特にロットによって異なる。
【００３１】
本実施形態では、これらの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。
【００３２】
まず図３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。
【００３３】
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４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３１内に含まれる画素の信号を合算したものを、その瞳内位置（区画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、瞳画像から任意の瞳内位置を選択することが可能である。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。
【００３４】
瞳内には、Ｐｙ＝Ｐｘと、Ｐｙ＝−Ｐｘという２つの（区画３１の集合体に対する）対角線があるが、線幅以外の他の影響を受けずに、線幅変化に最も感じる瞳内位置は、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、線幅変化に最も感じる瞳内位置は、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。
【００３５】
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（照明光に楕円偏光を用いた場合は長軸方向）とパターンの繰り返し方向との関係によって決まる。図５（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（照明光に楕円偏光を用いた場合は長軸方向）に対して（図５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瞳内位置が存在することが計算上明らかにされている。一方、図５（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（照明光に楕円偏光を用いた場合は長軸方向）に対して（図５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瞳内位置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。
【００３６】
検量線作成にあたっては、異なる線幅のパターンが形成された前述の線幅基準ウェハ（図示せず）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、本実施形態の表面検査装置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、本実施形態の表面検査装置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。
【００３７】
図６（ｂ）は、前述の線幅基準ウェハ（図示せず）を用いて、図６（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瞳内位置（以下、線幅相関特定位置４１と称する場合がある）で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６（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（単位：階調値）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（単位：ｎｍ)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。
【００３８】
ＣＤ＝（ｋ１×Ｓ）＋ｋ２ …（１）
【００３９】
検量線を図６（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。
【００４０】
図６（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６（ｃ）である。図６（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おり、その変化の影響度合いが、ＣＤ−ＳＥＭと本実施形態の表面検査装置１で異なるからである。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図７（ａ）は、図６（ａ）の瞳内位置（線幅相関特定位置４１）から、（Ｐｙ＝−Ｐｘとなる）対角線上を瞳中心Ｏ（光軸と同一）の方向に近寄った瞳内位置（以下、線幅補正特定位置４２と称する場合がある）を示す。図７（ｂ）は、線幅基準ウェハにおいて、線幅補正特定位置４２での受光信号Ｓ（単位：階調値）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（単位：ｎｍ)を縦軸としたグラフを示す。図７（ｂ）において、図６（ｂ）に比べて相関が悪くなっているのは、線幅以外の影響をより強く受けているからである。
【００４４】
このように、線幅以外のウェハ状態の影響を受けている場合、その影響の受け方の異なる複数の瞳内位置の情報を組み合わせることにより、線幅情報のみを抽出することが可能となる。その様子を図８（ａ）および（ｂ）に示す。本実施形態では、図６（ａ）の瞳内位置（線幅相関特定位置４１）と図７（ａ）の瞳内位置（線幅補正特定位置４２）を用いて、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が最小となるように、線形結合の係数を決定する。すなわち、線幅相関特定位置４１の階調値（受光信号量）をＳ１とし、より誤差の大きい線幅補正特定位置４２の階調値（受光信号量）をＳ２とすると、３つの係数ａ，ｂ，ｃを用いて、次の（２）式で示すような線幅ＣＤとの相関式を得ることができる。
【００４５】
ＣＤ＝（Ｓ１×ａ）＋（Ｓ２×ｂ）＋ｃ …（２）
【００４６】
なお、図８（ｂ）の横軸は、係数αとして、次の（３）式で与えられるパラメータである。
【００４７】
Ｓ１＋（Ｓ２×α） …（３）
【００４８】
このように、２つの瞳内位置を用いることにより、図８（ｂ）で示す検量線は、非常によい相関となる。また、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差のウェハマップも、図８（ｃ）に示すように、乖離誤差が非常に小さくなる。
【００４９】
これらの瞳内位置および係数の求め方について、図９のフローチャートを用いて説明する。なお、瞳内位置および係数の算出には線幅基準ウェハを用いる。まず、（１）式から求まるＣＤ値とＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差が小さくなる対角線上の第１の瞳内位置（線幅相関特定位置４１）を決める（ステップＳ１１）。このとき、演算処理部２０は、撮像素子１８で得られた瞳の画像から、瞳像３０における対角線上の区画３１（図４を参照）ごとにＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を算出し、例えば、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が最小となる区画場所（瞳内位置）を線幅相関特定位置４１として決定する。
【００５０】
次に、ステップＳ１１で決定した線幅相関特定位置４１の階調値Ｓ１に基づいて、（２）式から求まるＣＤ値とＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差が小さくなる対角線上の第２の瞳内位置（線幅補正特定位置４２）を決める（ステップＳ１２）。第２の瞳内位置も、（２）式を用いて第１の瞳内位置の場合と同様の演算処理を行い、例えば、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が最小となる区画場所（瞳内位置）を線幅補正特定位置４２として決定するが、これらの演算では、多数の測定点に対して最小二乗法で乖離誤差が小さくなるよう決定することが好ましい。
【００５１】
なお、最適な瞳内位置の組み合わせは、照明波長によっても変わるので、いくつかの波長で試みる。また、線幅補正特定位置４２は、最初に決めた線幅相関特定位置４１が最適（乖離誤差が最小）であることを前提にしているが、組み合わせによっては、線幅相関特定位置４１から若干ずれた場所に最適な組み合わせがある場合がある。したがって、最適の組み合わせを得るために、対角線上のすべての区画３１の組み合わせで計算することが好ましい。そのため、ステップＳ１３では、異なる波長の組み合わせおよび異なる瞳内位置の組み合わせについて計算するための処理を行い、ステップＳ１１およびステップＳ１２の処理を繰り返し行う（繰り返しルーチン化する）。なお、複数の波長として、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した波長を用いる。
【００５２】
最後に、ステップＳ１４において、最適な瞳内位置の組み合わせ（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）の場所と、最適な照明波長の組み合わせと、このときの各係数ａ，ｂ，ｃを決定する。なお、異なる波長の場合では、このように決定した線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２が同じ瞳内位置となることもありうる。同じ瞳内の場所では、入射角、入射方位角、偏光方向等の条件は同一であるが、照明波長が異なるので、パターンの線幅変化に対する感度と、ウェハの表面・下層の影響度合いが異なり、２つの異なる波長条件により線幅だけの情報を得ることができる。
【００５３】
ここで、１つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を図１０（ａ）に示し、本実施形態による２つの瞳内位置に基づいて（２）式を使って計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を図１１（ａ）に示す。いずれも、線幅基準ウェハ（Lot0とする）と、当該線幅基準ウェハとは異なるロット（Lot１〜Lot10とする）のウェハに対するものである。また、図１０（ａ）における乖離誤差の標準偏差（ウェハ面内での乖離誤差のばらつき）を図１０（ｂ）に示し、図１１（ａ）における乖離誤差の標準偏差を図１１（ｂ）示す。
【００５４】
図１０（ａ），（ｂ）は、線幅相関特定位置４１のみを用いて検量線を求めて計算したもの（すなわち、図６の場合）であり、図１１（ａ），（ｂ）は、線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２を用いて検量線を求めて計算したもの（すなわち、図８の場合）である。図１０（ａ）と図１１（ａ）でプロットが縦方向に並んでいるのは、ウェハ面内の測定点が多数あり、それぞれの点での乖離誤差がばらついているからである。図１０（ｂ）と図１１（ｂ）の標準偏差値を比較してみると、乖離誤差のばらつき量は、線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２を用いて検量線を求めた方が、各ロットで１／３程度に縮小していることがわかる。なお、図１０（ａ）と図１１（ａ）の縦軸および図１０（ｂ）と図１１（ｂ）の縦軸はそれぞれ同一スケールである。
【００５５】
このように、（２）式のように２つの瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）を線形結合させて検量線を求めた場合、線幅基準ウェハ以外の別ロットのウェハでも、ウェハ面内のばらつき（ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差がウェハ面内でばらつくこと）を小さくすることができる。
【００５６】
しかしながら、図１１（ａ）において、異なるウェハ間で凸凹とした分布を示しているように、異なるウェハ間（異なるロットのウェハ）では、ＣＤ−ＳＥＭの測定値に対し、換算線幅値が高めになったり、低めになったりする。すなわち、いわゆるウェハ間差（ロット間差とも言う）が残っている。本実施形態では、ウェハ面内誤差の補正とウェハ間差の補正を分けており、２つの瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）を使う（２）式はウェハ面内誤差を小さくするのが目的なので、ウェハ間差については、以下に述べる方法で補正する。
【００５７】
瞳内の対角線上では、ウェハ面内のばらつき程度を多く含んだ情報を有するが、対角線
から外れた瞳内位置では、ウェハ面内ばらつきよりも、ウェハ間差の程度を多く含んだ情報を有する。特に、瞳内でも、対角線外で、且つ、線幅相関特定位置４１から離れた場所では、ウェハの下地状態のような表面状態以外の情報を多く含んだ場所が存在し、このような下地状態の情報を多く含む瞳内位置もしくはこれに近い瞳内位置では、ウェハ間差の情報を取得することができる。但し、瞳内のどの場所がウェハ間差の情報を多く含み、それによって、どのような補正係数で補正すればウェハ間差を補正できるかを理論的に求めることはきわめて難しい。
【００５８】
そこで、本実施形態では、線幅基準ウェハおよび当該線幅基準ウェハとは異なるロットのウェハを用いて、最適な瞳内位置を求める方法を提供する。図１２（ａ）に、瞳像３０における対角線外にある２つの瞳内位置（以下、第１および第２基板相関特定位置５１，５２と称する場合がある）を示す。そして、図１２（ｂ）に示すように、複数の異なるウェハに対して（図１２（ｂ）では、ロットの異なるウェハを異なるマークでプロットしている）、ＣＤ−ＳＥＭ乖離誤差との相関が最もよくなるように、線形結合の係数を決定する。すなわち、（２）式を用いて算出した線幅値とＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差をΔとし、第１基板相関特定位置５１の階調値（受光信号量）をＳ３とし、第２基板相関特定位置５２の階調値（受光信号量）をＳ４とすると、３つの係数ｄ，ｅ，ｆを用いて、次の（４）式で示すような相関式が得られるように各係数ｄ，ｅ，ｆを決定する。
【００５９】
Δ＝（Ｓ３×ｄ）＋（Ｓ４×ｅ）＋ｆ …（４）
【００６０】
なお、図１２（ｂ）の横軸は、係数βとして、次の（５）式で与えられるパラメータである。
【００６１】
Ｓ３＋（Ｓ４×β） …（５）
【００６２】
第１および第２基板相関特定位置５１，５２の階調値Ｓ３，Ｓ４と乖離誤差Δとの関係を単体で見てみると、それぞれ図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、相関が高いとは言い難いが、（５）式のように混合することで、高い相関を得ることができる。なお、図１３（ａ）と図１３（ｂ）では異なる照明波長を用いているが、これは、同一波長よりも異なる波長での階調値を組み合わせた方が、波長によって異なるウェハ間差の影響をうまく調合できるからである。
【００６３】
これらの瞳内位置および係数の求め方について、図１４のフローチャートを用いて説明する。なお、対角線外の瞳内位置を求めるため、計算対象となる２つの瞳内位置の組み合わせ数が非常に多いことを考慮する必要がある。すなわち、瞳像３０を１０００×１０００画素の撮像素子１８で受光して、そのうち、瞳像３０の直径が約８００画素とし、区画３１を１０×１０画素で切り出したとすると、約５０００区画のデータになり、２つの区画の組み合わせ数は単純に５０００の２乗となる。なおかつ、異なる波長の組み合わせを含めるなら、最適な瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）を求めるのは膨大な計算量となる。例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）を用いても無視できない計算時間となる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、まず、区画３１を例えば、１辺の長さが２倍の区画（２０×２０画素の区画）にして、おおよその瞳内位置を決める（ステップＳ２１）。すなわち、適切な瞳内位置の「あたり」をつける。このとき、演算処理部２０は、撮像素子１８で得られた瞳の画像から、瞳像３０の対角線外に位置する（２つの）２倍の区画ごとに（４）式の最適な係数ｄ，ｅ，ｆを求め、（４）式を用いて算出した乖離誤差Δの値と実際のＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差との相関が最も高い区画場所（瞳内位置）の組み合わせを仮の第１および第２基板相関特定位置として決定する。
【００６５】
次に、区画３１を標準の区画（１０×１０画素の区画）に戻して、「あたり」をつけた瞳内位置について計算し、詳細な瞳内位置を決める（ステップＳ２２）。このとき、演算処理部２０は、撮像素子１８で得られた瞳の画像から、「あたり」をつけた瞳内位置（仮の第１および第２基板相関特定位置）内にそれぞれ位置する２つの（標準の）区画ごとに（４）式の最適な係数ｄ，ｅ，ｆを求め、（４）式を用いて算出した乖離誤差Δの値と実際のＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差との相関が最も高い区画場所（瞳内位置）の組み合わせを第１および第２基板相関特定位置５１，５２として決定する。
【００６６】
なお、最適な瞳内位置の組み合わせは、照明波長によっても変わるので、いくつかの波長で試みる。そのため、ステップＳ２３では、異なる波長の組み合わせについて計算するための処理を行い、ステップＳ２１およびステップＳ２２の処理を繰り返し行う（繰り返しルーチン化する）。なお、複数の波長として、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した波長を用いる。
【００６７】
最後に、ステップＳ２４において、最適な瞳内位置の組み合わせ（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）の場所と、最適な照明波長の組み合わせと、このときの各係数ｄ，ｅ，ｆを決定する。これにより、２倍の区画では、全区画数が１／４になり、２つの区画（瞳内位置）の組み合わせ数が１／１６になるので、計算時間を大幅に短縮することができる。
【００６８】
なお、第１および第２基板相関特定位置５１，５２の決定は、ウェハ間差を補正するのが目的であるので、異なるウェハ毎のデータは、個々の測定値である必要はない。例えば、ウェハ表面における半径８０ｍｍ内の測定値で、かつ、それらの測定値の中央値や平均値をそのウェハの代表値として扱い、このような代表値を用いてＣＤ−ＳＥＭ乖離誤差との相関が良くなる瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）および各係数ｄ，ｅ，ｆを求めるようにしてもよい。このようにすれば、計算時間をさらに短縮することができ、また、ウェハの最外周部で発生するプロセス異常等の影響（ＣＤ−ＳＥＭ等でも測定がだまされることがある）を排除することが可能となる。
【００６９】
最終的には、（２）式で求めた線幅ＣＤから（４）式で求めた乖離誤差Δを補正することで、ウェハ間差を補正することができる。その結果、図１５に示すように、（２）式を用いてウェハ面内の補正を行うとともに、（４）式を用いてウェハ間差の補正を行うことで、ＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差が極めて小さい線幅値を得ることが可能となる。すなわち、従来の瞳内位置から求めた検量線では図１０（ａ）のようなウェハ面内・ウェハ間の乖離誤差が生じるが、本実施形態によれば、図１５に示す程度まで（標準偏差が従来の１／２〜１／３程度まで）乖離誤差を小さくすることができる。なお、図１０（ａ）の縦軸、図１１（ａ）の縦軸、および図１５の縦軸はそれぞれ同一スケールである。
【００７０】
このような方法で算出される線幅値は、（２）式に（４）式を加えることで、次の（６）式のようにまとめることができ、この（６）式を実際の検量線換算式として使用する。なお、次の（６）式において、Ａ＝ａ，Ｂ＝ｂ，Ｃ＝ｄ，Ｄ＝ｅ，Ｅ＝ｃ＋ｆである。
【００７１】
ＣＤ＝（Ｓ１×Ａ）＋（Ｓ２×Ｂ）＋（Ｓ３×Ｃ）＋（Ｓ４×Ｄ）＋Ｅ …（６）
【００７２】
本実施形態の方法は、最初に、線幅基準ウェハと、線幅基準ウェハとは別ロットのウェハという２種類の複数枚のウェハを用意することにより実施される。また、ウェハの断面構造が変更された場合などは、再度、ウェハ間差の補正を行うことにより、精度を維持することができる。
【００７３】
なお、線幅基準ウェハと、当該線幅基準ウェハとは別のロットのウェハを一緒に用いて、ウェハ面内の誤差（ばらつき）とウェハ間差を同時に補正してもよい。このとき、対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）は、ウェハ面内の誤差（ばらつき）を小さくするのが目的であるから、線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２と各係数ａ，ｂ，ｃを決定する場合、線幅基準ウェハに対してはＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が小さくなるようにし、線幅基準ウェハ以外のウェハに対してはＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差の標準偏差（ウェハ面内のばらつきに相当する）が小さくなるようにする。一方、対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）は、ウェハ間差を小さくするのが目的であるから、第１および第２基板相関特定位置５１，５２と各係数ｄ，ｅ，ｆを決定する場合、線幅基準ウェハ以外のウェハに対してＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が小さくなるようにする。
【００７４】
また、下層のないウェハ(単層ウェハと称することがある)では、ウェハ面内の誤差（ばらつき）が小さい場合がある。また下層があっても、下層の膜厚等が、ロットが変わっても安定しているウェハなどでは、ウェハ間差が小さい場合がある。このような場合には、ウェハ面内の誤差（ばらつき）の補正とウェハ間差の補正が必須ではないことがある。その意味では、対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）と対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）のうちのいくつかは、省略しても問題ないことがある。したがって、本実施形態では、瞳内位置を４つに限定するものではなく、２つ以上の瞳内位置に適用されるものであることは言うまでもない。
【００７５】
例えば、ウェハの膜構造によっては、ウェハ面内の誤差の補正が弱くて済む場合がある。すなわち、前述の（２）式において、２つの係数ａ，ｂのうち一方（例えばｂ）がゼロもしくはゼロに近い値のときと考えればよい。また例えば、ウェハの膜構造によっては、ウェハ間差の補正が弱くて済む場合がある。すなわち、前述の（４）式において、２つの係数ｄ，ｅのうち一方（例えばｅ）がゼロもしくはゼロに近い値のときと考えればよい。また、複数の波長を用いるようにすれば、ウェハ面内の誤差の補正で、瞳像３０における対角線上の１つの瞳内位置だけを使うことも可能であるし、ウェハ間差の補正で、瞳像３０における対角線外の１つの瞳内位置だけを使うことも可能である。
【００７６】
ここで、本実施形態による表面検査方法の一例について、図１に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、上述の方法により、線幅の算出に用いる対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）と、対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）と、（６）式で示す検量線をそれぞれ決定する（ステップＳ１０１）。次に、照明光学系１０を用いてウェハ５の表面に直線偏光を照射する（ステップＳ１０２）。このとき、図２に示すように、光源１１から放出された光は、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。
【００７７】
ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７に入射する（ステップＳ１０３）。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で受光される。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Ｓ１０４）。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。
【００７８】
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Ｓ１０５）。このとき、演算処理部２０は、ステップＳ１０１で決定した（６）式を用いて、撮像素子１８により検出された瞳像３０における対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）および対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）での階調値Ｓ１〜Ｓ４から、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、例えばドーズ量異常と判定してその旨を画像表示装置（図示せず）等に表示することができる。
【００７９】
以上のようにして、本実施形態によれば、瞳像３０における線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２での偏光成分の階調値Ｓ１，Ｓ２から、繰り返しパターン５ａの線幅を求めるため、ウェハ面内の誤差（ばらつき）を補正して低減させることができ、線幅の測定精度を向上させることが可能になる。
【００８０】
また、線幅相関特定位置４１は、入射光Ｉ（直線偏光）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であるため、このような瞳内位置ではウェハ間差の影響が最も少ないので、線幅の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００８１】
また、瞳像３０における第１および第２基板相関特定位置５１，５２での偏光成分の階調値Ｓ３，Ｓ４を利用して、繰り返しパターン５ａの線幅を補正して求めるため、ウェハ間差を補正して低減させることができ、線幅の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００８２】
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。
【００８３】
また、ＣＤ−ＳＥＭでは、計測時間として１視野あたり数秒を要するため、同一ロット内で数枚の抜き取り測定を行うのみである。しかも、抜き取ったウェハの全面ではなく、ウェハ面内の数ショットについて、当該ショット内の数点を計測しているだけである。本実施形態では、測定視野がＣＤ−ＳＥＭに比べて数万倍大きく、１秒以内で計測できるため、高速で広範囲を測定することができる。
【００８４】
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。また、上述の実施形態においては、直線偏光で照明したが、楕円偏光を用いて照明することもできる。この場合、楕円偏光の長軸方向と上述の実施形態の直線偏光の方向とを読み替えてもよい。
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
１ 表面検査装置
５ ウェハ（基板） ７ 対物レンズ（受光光学系）
１０ 照明光学系（照射部） １５ 検出光学系（検出部）
２０ 演算処理部（演算部）
３０ 瞳像
４１ 線幅相関特定位置 ４２ 線幅補正特定位置
５１ 第１基板相関特定位置 ５２ 第２基板相関特定位置
【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表面検査方法および装置に関する。
【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、そのダメージも大きくなる。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、ウェハ表面における測定位置の変化や、ロットが異なるウェハ毎の状態変化）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、繰り返しパターンの線幅の測定精度を向上させた表面検査方法および装置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、本発明に係る表面検査方法は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射し、前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光光学系により受光し、前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記反射光から前記偏光状態の変化を検出し、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようになっている。
【００１０】
なお、上述の表面検査方法において、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようにしてもよい。
【００１１】
また、上述の表面検査方法において、前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置であることが好ましい。
【００１２】
また、上述の表面検査方法において、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求めることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る表面検査装置は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射する照射部と、前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光する受光光学系と、前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記受光光学系に受光された前記反射光から前記偏光状態の変化を検出する検出部と、前記検出部に検出された前記偏光状態の変化の情報から前記繰り返しパターンの線幅を求める演算部とを備え、前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようになっている。
【００１４】
なお、前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めるようにしてもよい。
【００１５】
また、上述の表面検査装置において、前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置であることが好ましい。
【００１６】
また、上述の表面検査装置において、前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求めることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、繰り返しパターンの線幅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】
【００１８】
【図１】表面検査方法を示すフローチャートである。
【図２】表面検査装置の概略構成図である。
【図３】撮像素子で検出した瞳の画像を示す図である。
【図４】瞳の画像を領域分割した状態を示す図である。
【図５】（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６】（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７】（ａ）は瞳像における線幅補正特定位置の一例を示す模式図であり、（ｂ）は線幅補正特定位置での線幅値と階調値との関係を示すグラフである。
【図８】（ａ）は瞳像における線幅相関特定位置および線幅補正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９】線幅相関特定位置および線幅補正特定位置の決定方法を示すフローチャートである。
【図１０】（ａ）は１つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）における乖離誤差の標準偏差を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は２つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を示すグラフであり、（ｂ）は（ａ）における乖離誤差の標準偏差を示すグラフである。
【図１２】（ａ）は瞳像における線幅相関特定位置、線幅補正特定位置、および基板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る。
【図１３】（ａ）（ｂ）ともに基板相関特定位置におけるＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差と階調値との関係を示すグラフである。
【図１４】基板相関特定位置の決定方法を示すフローチャートである。
【図１５】４つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。本実施形態の表面検査装置を図２に示しており、この表面検査装置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。
【００２０】
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２の紙面と垂直な方向をＸ軸とし、図２における左右方向をＹ軸とし、図２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。
【００２１】
照明光学系１０は、図２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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２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。
【００２５】
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。なお、ポラライザとアナライザをクロスニコルに配置するのは、反射光の偏光状態の照明光の偏光状態からの変化を検出するための配置なので、反射光の偏光状態の短軸方向の成分を検出しやすいように適宜設定することができる。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、ウェハ表面における測定位置の変化や、ロットが異なるウェハ毎の状態変化）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。具体的には、次のような問題がある。
【００２９】
第１に、ウェハ面内（ウェハの表面内）で誤差が生じるという問題がある。具体的には、線幅基準ウェハ（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）を用いて、検量線（瞳面内階調値から線幅値に
換算する換算式）を決定しても、当該検量線により換算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭ等で実測した線幅値との乖離が、線幅基準ウェハ面内の場所によって大きくなる。
【００３０】
第２に、ウェハ間で誤差が生じるという問題がある。具体的には、例えば半導体製造で量産される量産ウェハ等の別のウェハに対して測定を行ったときに、上述の線幅基準ウェハを用いて決定した検量線により換算した線幅値と、ＣＤ−ＳＥＭ等で実測した線幅値との間に乖離が生じる。この乖離の大きさは、ウェハによって、特にロットによって異なる。
【００３１】
本実施形態では、これらの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。
【００３２】
まず図３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。
【００３３】
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４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３１内に含まれる画素の信号を合算したものを、その瞳内位置（区画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、瞳画像から任意の瞳内位置を選択することが可能である。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。
【００３４】
瞳内には、Ｐｙ＝Ｐｘと、Ｐｙ＝−Ｐｘという２つの（区画３１の集合体に対する）対角線があるが、線幅以外の他の影響を受けずに、線幅変化に最も感じる瞳内位置は、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、線幅変化に最も感じる瞳内位置は、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。
【００３５】
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（照明光に楕円偏光を用いた場合は長軸方向）とパターンの繰り返し方向との関係によって決まる。図５（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（照明光に楕円偏光を用いた場合は長軸方向）に対して（図５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瞳内位置が存在することが計算上明らかにされている。一方、図５（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（照明光に楕円偏光を用いた場合は長軸方向）に対して（図５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瞳内位置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。
【００３６】
検量線作成にあたっては、異なる線幅のパターンが形成された前述の線幅基準ウェハ（図示せず）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、本実施形態の表面検査装置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、本実施形態の表面検査装置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。
【００３７】
図６（ｂ）は、前述の線幅基準ウェハ（図示せず）を用いて、図６（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瞳内位置（以下、線幅相関特定位置４１と称する場合がある）で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６（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（単位：階調値）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（単位：ｎｍ)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。
【００３８】
ＣＤ＝（ｋ１×Ｓ）＋ｋ２ …（１）
【００３９】
検量線を図６（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。
【００４０】
図６（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６（ｃ）である。図６（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おり、その変化の影響度合いが、ＣＤ−ＳＥＭと本実施形態の表面検査装置１で異なるからである。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
図７（ａ）は、図６（ａ）の瞳内位置（線幅相関特定位置４１）から、（Ｐｙ＝−Ｐｘとなる）対角線上を瞳中心Ｏ（光軸と同一）の方向に近寄った瞳内位置（以下、線幅補正特定位置４２と称する場合がある）を示す。図７（ｂ）は、線幅基準ウェハにおいて、線幅補正特定位置４２での受光信号Ｓ（単位：階調値）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（単位：ｎｍ)を縦軸としたグラフを示す。図７（ｂ）において、図６（ｂ）に比べて相関が悪くなっているのは、線幅以外の影響をより強く受けているからである。
【００４４】
このように、線幅以外のウェハ状態の影響を受けている場合、その影響の受け方の異なる複数の瞳内位置の情報を組み合わせることにより、線幅情報のみを抽出することが可能となる。その様子を図８（ａ）および（ｂ）に示す。本実施形態では、図６（ａ）の瞳内位置（線幅相関特定位置４１）と図７（ａ）の瞳内位置（線幅補正特定位置４２）を用いて、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が最小となるように、線形結合の係数を決定する。すなわち、線幅相関特定位置４１の階調値（受光信号量）をＳ１とし、より誤差の大きい線幅補正特定位置４２の階調値（受光信号量）をＳ２とすると、３つの係数ａ，ｂ，ｃを用いて、次の（２）式で示すような線幅ＣＤとの相関式を得ることができる。
【００４５】
ＣＤ＝（Ｓ１×ａ）＋（Ｓ２×ｂ）＋ｃ …（２）
【００４６】
なお、図８（ｂ）の横軸は、係数αとして、次の（３）式で与えられるパラメータである。
【００４７】
Ｓ１＋（Ｓ２×α） …（３）
【００４８】
このように、２つの瞳内位置を用いることにより、図８（ｂ）で示す検量線は、非常によい相関となる。また、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差のウェハマップも、図８（ｃ）に示すように、乖離誤差が非常に小さくなる。
【００４９】
これらの瞳内位置および係数の求め方について、図９のフローチャートを用いて説明する。なお、瞳内位置および係数の算出には線幅基準ウェハを用いる。まず、（１）式から求まるＣＤ値とＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差が小さくなる対角線上の第１の瞳内位置（線幅相関特定位置４１）を決める（ステップＳ１１）。このとき、演算処理部２０は、撮像素子１８で得られた瞳の画像から、瞳像３０における対角線上の区画３１（図４を参照）ごとにＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を算出し、例えば、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が最小となる区画場所（瞳内位置）を線幅相関特定位置４１として決定する。
【００５０】
次に、ステップＳ１１で決定した線幅相関特定位置４１の階調値Ｓ１に基づいて、（２）式から求まるＣＤ値とＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差が小さくなる対角線上の第２の瞳内位置（線幅補正特定位置４２）を決める（ステップＳ１２）。第２の瞳内位置も、（２）式を用いて第１の瞳内位置の場合と同様の演算処理を行い、例えば、ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が最小となる区画場所（瞳内位置）を線幅補正特定位置４２として決定するが、これらの演算では、多数の測定点に対して最小二乗法で乖離誤差が小さくなるよう決定することが好ましい。
【００５１】
なお、最適な瞳内位置の組み合わせは、照明波長によっても変わるので、いくつかの波長で試みる。また、線幅補正特定位置４２は、最初に決めた線幅相関特定位置４１が最適（乖離誤差が最小）であることを前提にしているが、組み合わせによっては、線幅相関特定位置４１から若干ずれた場所に最適な組み合わせがある場合がある。したがって、最適の組み合わせを得るために、対角線上のすべての区画３１の組み合わせで計算することが好ましい。そのため、ステップＳ１３では、異なる波長の組み合わせおよび異なる瞳内位置の組み合わせについて計算するための処理を行い、ステップＳ１１およびステップＳ１２の処理を繰り返し行う（繰り返しルーチン化する）。なお、複数の波長として、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した波長を用いる。
【００５２】
最後に、ステップＳ１４において、最適な瞳内位置の組み合わせ（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）の場所と、最適な照明波長の組み合わせと、このときの各係数ａ，ｂ，ｃを決定する。なお、異なる波長の場合では、このように決定した線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２が同じ瞳内位置となることもありうる。同じ瞳内の場所では、入射角、入射方位角、偏光方向等の条件は同一であるが、照明波長が異なるので、パターンの線幅変化に対する感度と、ウェハの表面・下層の影響度合いが異なり、２つの異なる波長条件により線幅だけの情報を得ることができる。
【００５３】
ここで、１つの瞳内位置から計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を図１０（ａ）に示し、本実施形態による２つの瞳内位置に基づいて（２）式を使って計算した線幅値とＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差を図１１（ａ）に示す。いずれも、線幅基準ウェハ（Lot0とする）と、当該線幅基準ウェハとは異なるロット（Lot１〜Lot10とする）のウェハに対するものである。また、図１０（ａ）における乖離誤差の標準偏差（ウェハ面内での乖離誤差のばらつき）を図１０（ｂ）に示し、図１１（ａ）における乖離誤差の標準偏差を図１１（ｂ）示す。
【００５４】
図１０（ａ），（ｂ）は、線幅相関特定位置４１のみを用いて検量線を求めて計算したもの（すなわち、図６の場合）であり、図１１（ａ），（ｂ）は、線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２を用いて検量線を求めて計算したもの（すなわち、図８の場合）である。図１０（ａ）と図１１（ａ）でプロットが縦方向に並んでいるのは、ウェハ面内の測定点が多数あり、それぞれの点での乖離誤差がばらついているからである。図１０（ｂ）と図１１（ｂ）の標準偏差値を比較してみると、乖離誤差のばらつき量は、線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２を用いて検量線を求めた方が、各ロットで１／３程度に縮小していることがわかる。なお、図１０（ａ）と図１１（ａ）の縦軸および図１０（ｂ）と図１１（ｂ）の縦軸はそれぞれ同一スケールである。
【００５５】
このように、（２）式のように２つの瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）を線形結合させて検量線を求めた場合、線幅基準ウェハ以外の別ロットのウェハでも、ウェハ面内のばらつき（ＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差がウェハ面内でばらつくこと）を小さくすることができる。
【００５６】
しかしながら、図１１（ａ）において、異なるウェハ間で凸凹とした分布を示しているように、異なるウェハ間（異なるロットのウェハ）では、ＣＤ−ＳＥＭの測定値に対し、換算線幅値が高めになったり、低めになったりする。すなわち、いわゆるウェハ間差（ロット間差とも言う）が残っている。本実施形態では、ウェハ面内誤差の補正とウェハ間差の補正を分けており、２つの瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）を使う（２）式はウェハ面内誤差を小さくするのが目的なので、ウェハ間差については、以下に述べる方法で補正する。
【００５７】
瞳内の対角線上では、ウェハ面内のばらつき程度を多く含んだ情報を有するが、対角線
から外れた瞳内位置では、ウェハ面内ばらつきよりも、ウェハ間差の程度を多く含んだ情報を有する。特に、瞳内でも、対角線外で、且つ、線幅相関特定位置４１から離れた場所では、ウェハの下地状態のような表面状態以外の情報を多く含んだ場所が存在し、このような下地状態の情報を多く含む瞳内位置もしくはこれに近い瞳内位置では、ウェハ間差の情報を取得することができる。但し、瞳内のどの場所がウェハ間差の情報を多く含み、それによって、どのような補正係数で補正すればウェハ間差を補正できるかを理論的に求めることはきわめて難しい。
【００５８】
そこで、本実施形態では、線幅基準ウェハおよび当該線幅基準ウェハとは異なるロットのウェハを用いて、最適な瞳内位置を求める方法を提供する。図１２（ａ）に、瞳像３０における対角線外にある２つの瞳内位置（以下、第１および第２基板相関特定位置５１，５２と称する場合がある）を示す。そして、図１２（ｂ）に示すように、複数の異なるウェハに対して（図１２（ｂ）では、ロットの異なるウェハを異なるマークでプロットしている）、ＣＤ−ＳＥＭ乖離誤差との相関が最もよくなるように、線形結合の係数を決定する。すなわち、（２）式を用いて算出した線幅値とＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差をΔとし、第１基板相関特定位置５１の階調値（受光信号量）をＳ３とし、第２基板相関特定位置５２の階調値（受光信号量）をＳ４とすると、３つの係数ｄ，ｅ，ｆを用いて、次の（４）式で示すような相関式が得られるように各係数ｄ，ｅ，ｆを決定する。
【００５９】
Δ＝（Ｓ３×ｄ）＋（Ｓ４×ｅ）＋ｆ …（４）
【００６０】
なお、図１２（ｂ）の横軸は、係数βとして、次の（５）式で与えられるパラメータである。
【００６１】
Ｓ３＋（Ｓ４×β） …（５）
【００６２】
第１および第２基板相関特定位置５１，５２の階調値Ｓ３，Ｓ４と乖離誤差Δとの関係を単体で見てみると、それぞれ図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示すように、相関が高いとは言い難いが、（５）式のように混合することで、高い相関を得ることができる。なお、図１３（ａ）と図１３（ｂ）では異なる照明波長を用いているが、これは、同一波長よりも異なる波長での階調値を組み合わせた方が、波長によって異なるウェハ間差の影響をうまく調合できるからである。
【００６３】
これらの瞳内位置および係数の求め方について、図１４のフローチャートを用いて説明する。なお、対角線外の瞳内位置を求めるため、計算対象となる２つの瞳内位置の組み合わせ数が非常に多いことを考慮する必要がある。すなわち、瞳像３０を１０００×１０００画素の撮像素子１８で受光して、そのうち、瞳像３０の直径が約８００画素とし、区画３１を１０×１０画素で切り出したとすると、約５０００区画のデータになり、２つの区画の組み合わせ数は単純に５０００の２乗となる。なおかつ、異なる波長の組み合わせを含めるなら、最適な瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）を求めるのは膨大な計算量となる。例えば、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）を用いても無視できない計算時間となる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、まず、区画３１を例えば、１辺の長さが２倍の区画（２０×２０画素の区画）にして、おおよその瞳内位置を決める（ステップＳ２１）。すなわち、適切な瞳内位置の「あたり」をつける。このとき、演算処理部２０は、撮像素子１８で得られた瞳の画像から、瞳像３０の対角線外に位置する（２つの）２倍の区画ごとに（４）式の最適な係数ｄ，ｅ，ｆを求め、（４）式を用いて算出した乖離誤差Δの値と実際のＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差との相関が最も高い区画場所（瞳内位置）の組み合わせを仮の第１および第２基板相関特定位置として決定する。
【００６５】
次に、区画３１を標準の区画（１０×１０画素の区画）に戻して、「あたり」をつけた瞳内位置について計算し、詳細な瞳内位置を決める（ステップＳ２２）。このとき、演算処理部２０は、撮像素子１８で得られた瞳の画像から、「あたり」をつけた瞳内位置（仮の第１および第２基板相関特定位置）内にそれぞれ位置する２つの（標準の）区画ごとに（４）式の最適な係数ｄ，ｅ，ｆを求め、（４）式を用いて算出した乖離誤差Δの値と実際のＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差との相関が最も高い区画場所（瞳内位置）の組み合わせを第１および第２基板相関特定位置５１，５２として決定する。
【００６６】
なお、最適な瞳内位置の組み合わせは、照明波長によっても変わるので、いくつかの波長で試みる。そのため、ステップＳ２３では、異なる波長の組み合わせについて計算するための処理を行い、ステップＳ２１およびステップＳ２２の処理を繰り返し行う（繰り返しルーチン化する）。なお、複数の波長として、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に対応した波長を用いる。
【００６７】
最後に、ステップＳ２４において、最適な瞳内位置の組み合わせ（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）の場所と、最適な照明波長の組み合わせと、このときの各係数ｄ，ｅ，ｆを決定する。これにより、２倍の区画では、全区画数が１／４になり、２つの区画（瞳内位置）の組み合わせ数が１／１６になるので、計算時間を大幅に短縮することができる。
【００６８】
なお、第１および第２基板相関特定位置５１，５２の決定は、ウェハ間差を補正するのが目的であるので、異なるウェハ毎のデータは、個々の測定値である必要はない。例えば、ウェハ表面における半径８０ｍｍ内の測定値で、かつ、それらの測定値の中央値や平均値をそのウェハの代表値として扱い、このような代表値を用いてＣＤ−ＳＥＭ乖離誤差との相関が良くなる瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）および各係数ｄ，ｅ，ｆを求めるようにしてもよい。このようにすれば、計算時間をさらに短縮することができ、また、ウェハの最外周部で発生するプロセス異常等の影響（ＣＤ−ＳＥＭ等でも測定がだまされることがある）を排除することが可能となる。
【００６９】
最終的には、（２）式で求めた線幅ＣＤから（４）式で求めた乖離誤差Δを補正することで、ウェハ間差を補正することができる。その結果、図１５に示すように、（２）式を用いてウェハ面内の補正を行うとともに、（４）式を用いてウェハ間差の補正を行うことで、ＣＤ−ＳＥＭによる測定値との乖離誤差が極めて小さい線幅値を得ることが可能となる。すなわち、従来の瞳内位置から求めた検量線では図１０（ａ）のようなウェハ面内・ウェハ間の乖離誤差が生じるが、本実施形態によれば、図１５に示す程度まで（標準偏差が従来の１／２〜１／３程度まで）乖離誤差を小さくすることができる。なお、図１０（ａ）の縦軸、図１１（ａ）の縦軸、および図１５の縦軸はそれぞれ同一スケールである。
【００７０】
このような方法で算出される線幅値は、（２）式に（４）式を加えることで、次の（６）式のようにまとめることができ、この（６）式を実際の検量線換算式として使用する。なお、次の（６）式において、Ａ＝ａ，Ｂ＝ｂ，Ｃ＝ｄ，Ｄ＝ｅ，Ｅ＝ｃ＋ｆである。
【００７１】
ＣＤ＝（Ｓ１×Ａ）＋（Ｓ２×Ｂ）＋（Ｓ３×Ｃ）＋（Ｓ４×Ｄ）＋Ｅ …（６）
【００７２】
本実施形態の方法は、最初に、線幅基準ウェハと、線幅基準ウェハとは別ロットのウェハという２種類の複数枚のウェハを用意することにより実施される。また、ウェハの断面構造が変更された場合などは、再度、ウェハ間差の補正を行うことにより、精度を維持することができる。
【００７３】
なお、線幅基準ウェハと、当該線幅基準ウェハとは別のロットのウェハを一緒に用いて、ウェハ面内の誤差（ばらつき）とウェハ間差を同時に補正してもよい。このとき、対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）は、ウェハ面内の誤差（ばらつき）を小さくするのが目的であるから、線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２と各係数ａ，ｂ，ｃを決定する場合、線幅基準ウェハに対してはＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が小さくなるようにし、線幅基準ウェハ以外のウェハに対してはＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差の標準偏差（ウェハ面内のばらつきに相当する）が小さくなるようにする。一方、対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）は、ウェハ間差を小さくするのが目的であるから、第１および第２基板相関特定位置５１，５２と各係数ｄ，ｅ，ｆを決定する場合、線幅基準ウェハ以外のウェハに対してＣＤ−ＳＥＭとの乖離誤差が小さくなるようにする。
【００７４】
また、下層のないウェハ(単層ウェハと称することがある)では、ウェハ面内の誤差（ばらつき）が小さい場合がある。また下層があっても、下層の膜厚等が、ロットが変わっても安定しているウェハなどでは、ウェハ間差が小さい場合がある。このような場合には、ウェハ面内の誤差（ばらつき）の補正とウェハ間差の補正が必須ではないことがある。その意味では、対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）と対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）のうちのいくつかは、省略しても問題ないことがある。したがって、本実施形態では、瞳内位置を４つに限定するものではなく、２つ以上の瞳内位置に適用されるものであることは言うまでもない。
【００７５】
例えば、ウェハの膜構造によっては、ウェハ面内の誤差の補正が弱くて済む場合がある。すなわち、前述の（２）式において、２つの係数ａ，ｂのうち一方（例えばｂ）がゼロもしくはゼロに近い値のときと考えればよい。また例えば、ウェハの膜構造によっては、ウェハ間差の補正が弱くて済む場合がある。すなわち、前述の（４）式において、２つの係数ｄ，ｅのうち一方（例えばｅ）がゼロもしくはゼロに近い値のときと考えればよい。また、複数の波長を用いるようにすれば、ウェハ面内の誤差の補正で、瞳像３０における対角線上の１つの瞳内位置だけを使うことも可能であるし、ウェハ間差の補正で、瞳像３０における対角線外の１つの瞳内位置だけを使うことも可能である。
【００７６】
ここで、本実施形態による表面検査方法の一例について、図１に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、上述の方法により、線幅の算出に用いる対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）と、対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）と、（６）式で示す検量線をそれぞれ決定する（ステップＳ１０１）。次に、照明光学系１０を用いてウェハ５の表面に直線偏光を照射する（ステップＳ１０２）。このとき、図２に示すように、光源１１から放出された光は、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。
【００７７】
ウェハ５からの反射光は、対物レンズ７に入射する（ステップＳ１０３）。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で受光される。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Ｓ１０４）。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。
【００７８】
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Ｓ１０５）。このとき、演算処理部２０は、ステップＳ１０１で決定した（６）式を用いて、撮像素子１８により検出された瞳像３０における対角線上の瞳内位置（線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２）および対角線外の瞳内位置（第１および第２基板相関特定位置５１，５２）での階調値Ｓ１〜Ｓ４から、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、例えばドーズ量異常と判定してその旨を画像表示装置（図示せず）等に表示することができる。
【００７９】
以上のようにして、本実施形態によれば、瞳像３０における線幅相関特定位置４１および線幅補正特定位置４２での偏光成分の階調値Ｓ１，Ｓ２から、繰り返しパターン５ａの線幅を求めるため、ウェハ面内の誤差（ばらつき）を補正して低減させることができ、線幅の測定精度を向上させることが可能になる。
【００８０】
また、線幅相関特定位置４１は、入射光Ｉ（直線偏光）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であるため、このような瞳内位置ではウェハ間差の影響が最も少ないので、線幅の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００８１】
また、瞳像３０における第１および第２基板相関特定位置５１，５２での偏光成分の階調値Ｓ３，Ｓ４を利用して、繰り返しパターン５ａの線幅を補正して求めるため、ウェハ間差を補正して低減させることができ、線幅の測定精度をより向上させることが可能になる。
【００８２】
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。
【００８３】
また、ＣＤ−ＳＥＭでは、計測時間として１視野あたり数秒を要するため、同一ロット内で数枚の抜き取り測定を行うのみである。しかも、抜き取ったウェハの全面ではなく、ウェハ面内の数ショットについて、当該ショット内の数点を計測しているだけである。本実施形態では、測定視野がＣＤ−ＳＥＭに比べて数万倍大きく、１秒以内で計測できるため、高速で広範囲を測定することができる。
【００８４】
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。また、上述の実施形態においては、直線偏光で照明したが、楕円偏光を用いて照明することもできる。この場合、楕円偏光の長軸方向と上述の実施形態の直線偏光の方向とを読み替えてもよい。
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
１ 表面検査装置
５ ウェハ（基板） ７ 対物レンズ（受光光学系）
１０ 照明光学系（照射部） １５ 検出光学系（検出部）
２０ 演算処理部（演算部）
３０ 瞳像
４１ 線幅相関特定位置 ４２ 線幅補正特定位置
５１ 第１基板相関特定位置 ５２ 第２基板相関特定位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射し、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光光学系により受光し、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記反射光から前記偏光状態の変化を検出し、
前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射し、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光光学系により受光し、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記反射光から前記偏光状態の変化を検出し、
前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査方法。
【請求項３】
前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求め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表面検査方法。
【請求項５】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射する照射部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光する受光光学系と、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記受光光学系に受光された前記反射光から前記偏光状態の変化を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記偏光状態の変化の情報から前記繰り返しパターンの線幅を求める演算部とを備え、
前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査装置。
【請求項６】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射する照射部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光する受光光学系と、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記受光光学系に受光された前記反射光から前記偏光状態の変化を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記偏光状態の変化の情報から前記繰り返しパターンの線幅を求める演算部とを備え、
前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査装置。
【請求項７】
前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条
件に対応する瞳内位置であることを特徴とする請求項５または６に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求めることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項１】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射し、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光光学系により受光し、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記反射光から前記偏光状態の変化を検出し、
前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射し、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光光学系により受光し、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記反射光から前記偏光状態の変化を検出し、
前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記パターンの線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査方法。
【請求項３】
前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条件に対応する瞳内位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求め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表面検査方法。
【請求項５】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射する照射部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光する受光光学系と、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記受光光学系に受光された前記反射光から前記偏光状態の変化を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記偏光状態の変化の情報から前記繰り返しパターンの線幅を求める演算部とを備え、
前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報および、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面の中心と前記線幅相関特定位置とを通る直線上に位置する線幅補正特定位置での前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査装置。
【請求項６】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に偏光状態が既知の照明光を照射する照射部と、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を受光する受光光学系と、
前記受光光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面において、前記受光光学系に受光された前記反射光から前記偏光状態の変化を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記偏光状態の変化の情報から前記繰り返しパターンの線幅を求める演算部とを備え、
前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において前記線幅の変化と相関がある線幅相関特定位置での複数の波長についての前記偏光状態の変化の情報から、前記線幅を求めることを特徴とする表面検査装置。
【請求項７】
前記線幅相関特定位置は、前記偏光状態の長軸方向に対して４５度近傍に傾いた照射条
件に対応する瞳内位置であることを特徴とする請求項５または６に記載の表面検査装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記瞳面もしくは前記瞳面と共役な面において異なる基板毎の状態変化と相関がある基板相関特定位置での前記偏光状態の変化の情報を利用して、前記線幅を補正して求めることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図９】
【図１４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図２】
【図９】
【図１４】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１４５３３４（Ｐ２０１２−１４５３３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４７２（Ｐ２０１１−１４７２）
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【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８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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