(57)【要約】【課題】繰り返しパターンの異常の原因を特定することが可能な評価装置を提供する。【解決手段】評価装置１において、第１撮像素子３１は、検光子２１の透過軸の方位が偏光子１７の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子２１を回転させて、それぞれの条件でフーリエ画像を撮像し、演算処理部４０は、２枚のフーリエ画像における信号強度の差分に基づいて、ドーズ量の変化に起因する繰り返しパターン３の状態変化を検出し、２枚のフーリエ画像における信号強度の平均に基づいて、フォーカスの変化に起因する繰り返しパターン３の状態変化を検出するようになっている。【選択図】図１
2010145094.tif 000002
【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直線偏光を照射する照明部と、
前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光する光学系と、
前記光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出する検出部と、
前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する設定部と、
前記検出部により検出された前記偏光成分に基づいて前記繰り返しパターンの状態を評価する評価部とを備え、
前記検出部は、前記設定部により設定された前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との関係を複数の角度条件に設定して得られる前記偏光成分をそれぞれ検出し、
前記評価部は、前記検出部により検出された複数の前記偏光成分の情報に基づいて、前記繰り返しパターンの状態を評価することを特徴とする評価装置。
【請求項２】
前記設定部は、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記正反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度±所定角度である２つの角度条件となるように設定することを特徴とする請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記繰り返しパターンは、露光装置を用いて形成されており、
前記検出部は、前記設定部により設定された前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の２つの角度条件において得られる前記偏光成分をそれぞれ検出し、
前記評価部は、前記検出部により検出された２つの前記偏光成分に対応する信号強度の差分に基づいて、前記露光装置における露光量の変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出し、前記２つの前記偏光成分に対応する信号強度の平均に基づいて、前記露光装置におけるフォーカスの変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記照明部は、落射照明により前記直線偏光を前記基板の表面に照射す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評価装置。
【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直線偏光を照射するとともに、前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光し、前記受光した光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出して前記繰り返しパターンの状態を評価する評価方法であって、
前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する第１のステップと、
前記第１のステップで設定した前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との関係を複数の角度条件に設定し、前記基板の表面に前記直線偏光を照射する第２のステップと、
前記複数の角度条件において、前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光する第３のステップと、
前記複数の角度条件において、前記第３のステップで受光した前記光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出する第４のステップと、
前記複数の角度条件において前記第４のステップでそれぞれ検出した複数の前記偏光成分の情報に基づいて、前記繰り返しパターンの状態を評価する第５のステップとを有することを特徴とする評価方法。
【請求項６】
前記第１のステップでは、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記正反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度±所定角度である２つの角度条件となるように設定することを特徴とする請求項５に記載の評価方法。
【請求項７】
前記繰り返しパターンは、露光装置を用いて形成されており、
前記第２のステップでは、前記第１のステップで設定した前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の２つの角度条件において、前記基板の表面に前記直線偏光を照射し、
前記第３のステップでは、前記２つの角度条件において、前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光し、
前記第４のステップでは、前記２つの角度条件において、前記第３のステップで受光した前記光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出し、
前記第５のステップでは、前記第４のステップでそれぞれ検出した２つの前記偏光成分に対応する信号強度の差分に基づいて、前記露光装置における露光量の変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出し、前記２つの前記偏光成分に対応する信号強度の平均に基づいて、前記露光装置におけるフォーカスの変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出することを特徴とする請求項５または６に記載の評価方法。
【請求項８】
前記第２のステップでは、落射照明により前記直線偏光を前記基板の表面に照射す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評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハや液晶基板等の表面に形成されたパターンを評価する評価装置および評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の基板の表面に形成されたパターンを検査する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。例えば、基板のパターン幅の測定をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で行った場合、測定精度は高いが、観察倍率が高く何点かをサンプリングして測定を行うため、測定に膨大な時間がかかってしまう。そこで、光源から射出された所定波長の光を偏光子および対物レンズを介して落射照明により被検基板の表面に照射し、当該照明による被検基板からの反射光を、対物レンズ、偏光子とクロスニコルの条件を満足する検光子、および視野絞り等を介して得られるフーリエ画像をＣＣＤカメラで検出し、フーリエ画像内で感度の高い所を選択することにより、高感度でパターン幅の変化を検出する検査装置が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１３５２１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような方法では、パターン幅を検出することはできるが、パターン幅の変化の原因を特定することができなかった。
【０００４】
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異常の原因を特定することが可能な評価装置および評価方法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】
【０００５】
このような目的達成のため、本発明に係る評価装置は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に直線偏光を照射する照明部と、前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光する光学系と、前記光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出する検出部と、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する設定部と、前記検出部により検出された前記偏光成分に基づいて前記繰り返しパターンの状態を評価する評価部とを備え、前記検出部は、前記設定部により設定された前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との関係を複数の角度条件に設定して得られる前記偏光成分をそれぞれ検出し、前記評価部は、前記検出部により検出された複数の前記偏光成分の情報に基づいて、前記繰り返しパターンの状態を評価するようになっている。
【０００６】
なお、上述の評価装置において、前記設定部は、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記正反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度±所定角度である２つの角度条件となるように設定することが好ましい。
【０００７】
また、上述の評価装置において、前記繰り返しパターンは、露光装置を用いて形成されており、前記検出部は、前記設定部により設定された前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の２つの角度条件において得られる前記偏光成分をそれぞれ検出し、前記評価部は、前記検出部により検出された２つの前記偏光成分に対応する信号強度の差分に基づいて、前記露光装置における露光量の変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出し、前記２つの前記偏光成分に対応する信号強度の平均に基づいて、前記露光装置におけるフォーカスの変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出することが好ましい。
【０００８】
また、上述の評価装置において、前記照明部は、落射照明により前記直線偏光を前記基板の表面に照射することが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る評価方法は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面に直線偏光を照射するとともに、前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光し、前記受光した光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出して前記繰り返しパターンの状態を評価する評価方法であって、前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の角度条件を設定する第１のステップと、前記第１のステップで設定した前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との関係を複数の角度条件に設定し、前記基板の表面に前記直線偏光を照射する第２のステップと、前記複数の角度条件において、前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光する第３のステップと、前記複数の角度条件において、前記第３のステップで受光した前記光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出する第４のステップと、前記複数の角度条件において前記第４のステップでそれぞれ検出した複数の前記偏光成分の情報に基づいて、前記繰り返しパターンの状態を評価する第５のステップとを有している。
【００１０】
なお、上述の評価方法において、前記第１のステップでは、前記直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、前記正反射光の進行方向と垂直な面内における前記偏光成分の振動方向とのなす角度を、９０度±所定角度である２つの角度条件となるように設定することが好ましい。
【００１１】
また、上述の評価方法において、前記繰り返しパターンは、露光装置を用いて形成されており、前記第２のステップでは、前記第１のステップで設定した前記直線偏光の振動方向と前記偏光成分の振動方向との間の２つの角度条件において、前記基板の表面に前記直線偏光を照射し、前記第３のステップでは、前記２つの角度条件において、前記直線偏光が照射された前記繰り返しパターンからの正反射光のうち前記直線偏光と振動方向が異なる偏光成分を受光し、前記第４のステップでは、前記２つの角度条件において、前記第３のステップで受光した前記光学系の瞳面もしくは瞳面と共役な面における前記偏光成分を検出し、前記第５のステップでは、前記第４のステップでそれぞれ検出した２つの前記偏光成分に対応する信号強度の差分に基づいて、前記露光装置における露光量の変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出し、前記２つの前記偏光成分に対応する信号強度の平均に基づいて、前記露光装置におけるフォーカスの変化に起因する前記繰り返しパターンの状態変化を検出することが好ましい。
【００１２】
また、上述の評価方法において、前記第２のステップでは、落射照明により前記直線偏光を前記基板の表面に照射することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、繰り返しパターンの異常の原因を特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。本実施形態の評価装置１は、図１に示すように、ウェハステージ５と、対物レンズ６と、ハーフミラー７と、照明光学系１０と、検出光学系２０と、第１および第２撮像素子と、演算処理部４０とを主体に構成される。半導体ウェハ２（以下、ウェハ２と称する）は、露光装置（図示せず）による最上層のレジスト膜への露光・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ウェハステージ５に載置される。
【００１５】
ウェハ２の表面には、複数のチップ領域が縦横に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン３が形成されている（図２を参照）。この繰り返しパターン３は、複数のライン部がその短手方向に沿って一定のピッチで配列されたレジストパターン（例えば、ラインアンドスペースパターンである配線パターン）である。なお、ライン部の配列方向を「繰り返しパターン３の繰り返し方向」と称する。
【００１６】
ウェハステージ５は、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸（図２を参照）の３方向へ移動可能に構成されている（なお、図２の上下方向をＹ軸方向とし、図２の左右方向をＸ軸方向とし、図２の紙面と直交する方向をＺ軸方向とする）。これにより、ウェハステージ５は、ウェハ２をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動可能に支持することができる。また、ウェハステージ５は、Ｚ軸（ウェハ２を概略円形と見た時の回転対称軸）を中心に回転できるように構成されている。
【００１７】
照明光学系１０は、図１の左側から右側へ向けて配置順に、光源１１（例えば、白色ＬＥＤやハロゲンランプ等）と、集光レンズ１２と、照度均一化ユニット１３と、開口絞り１４と、視野絞り１５と、コリメータレンズ１６と、着脱可能な偏光子１７とを有して構成される。
【００１８】
ここで、照明光学系１０の光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５に導かれる。照度均一化ユニット１３は、照明光を散乱し、光量分布を均一化する。また、干渉フィルタを含めることもできる。開口絞り１４および視野絞り１５は、照明光学系１０の光軸に対して開口部の大きさおよび位置が変更可能に構成されている。したがって、照明光学系１０では、開口絞り１４および視野絞り１５を操作することによって、照明領域の大きさおよび位置の変更と、照明の開口角の調整とを行うことができる。そして、開口絞り１４および視野絞り１５を通過した光は、コリメータレンズ１６によって平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７に入射する。
【００１９】
偏光子１７は、その透過軸がウェハ２上でＹ軸方向を向く方位に設定され、コリメータレンズ１６からの光を直線偏光にする。これにより、ウェハ２の表面に照射される照明光は直線偏光となる。なおこのとき、ウェハステージ５の回転により、ウェハ２における繰り返しパターン３の繰り返し方向が、Ｘ軸方向に対して４５度の角度に傾くように配置される。すなわち、ウェハ２の表面における直線偏光の振動方向と、繰り返しパターン３の繰り返し方向とのなす角度が４５度に設定される（図２を参照）。また、角度は４５度に限らず、２２．５度や６７．５度など任意角度方向に設定可能である。
【００２０】
ハーフミラー７は、照明光学系１０からの光を下方に反射して対物レンズ６に導く。これにより、対物レンズ６を通過した照明光学系１０からの光（直線偏光）でウェハ２が落射照明される。一方、ウェハ２に落射照明された光は、ウェハ２で反射して再び対物レンズ６に戻り、ハーフミラー７を透過して検出光学系２０に入射することができる。
【００２１】
検出光学系２０は、図１の下側から上側に向けて配置順に、着脱可能な検光子２１と、レンズ２２と、ハーフプリズム２３と、ベルトランレンズ２４と、視野絞り２５とを有して構成される。検光子２１は、回転駆動装置２６を用いて検出光学系２０の光軸を中心に透過軸の方位（偏光方向）を回転可能に構成されており、検光子２１の透過軸の方位は、上述した偏光子１７の透過軸に対して９０度前後の傾斜角度で傾くように設定される。すなわち、検光子２１が照明光学系１０の偏光子１７に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置されるとともに、クロスニコル状態を意図的にくずすことを可能にしている。
【００２２】
そして、ハーフミラー７を透過したウェハ２表面からの正反射光が検光子２１を透過すると、当該正反射光のうち照明光である直線偏光の振動方向に対し振動方向が略直角な偏光成分としての第２の直線偏光が、ハーフプリズム２３により第１および第２撮像素子３１，３２の撮像面に導かれる。なお、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１とがクロスニコルの条件を満たす場合、ウェハ２の繰り返しパターン３において偏光主軸が回転しない限り、検出光学系２０で受光される光量は零に近くなる。
【００２３】
ハーフプリズム２３は入射光束を二方向に分岐させる。ハーフプリズム２３を通過する一方の光束は、ベルトランレンズ２４を介して視野絞り２５にウェハ２の表面の像を結像させるとともに、対物レンズ６の瞳面の像を第１撮像素子３１に投影させるので、第１撮像素子３１の撮像面に対物レンズ６の瞳面上の輝度分布が再現されて、第１撮像素子３１によりフーリエ変換されたウェハ２の画像（フーリエ画像）を撮像することが可能である。なお、ベルトランレンズ（Bertrand lens）は、一般に、対物レンズの後部焦点面の像を接眼レンズの焦点面に結ばせる収束レンズをいうが、顕微鏡等の光学系は一般に像側がテレセントリックな状態であり、対物レンズの後部焦点面が瞳面となるため、本実施形態において、第１撮像素子３１の撮像面に対物レンズ６の瞳面の像を結像させるレンズ２４をベルトランレンズ２４と称することにする。
【００２４】
また、視野絞り２５は、検出光学系２０の光軸に対して垂直方向の面内で開口形状を変化させることができる。そのため、視野絞り２５の操作によって、ウェハ２の任意の領域での情報を第１撮像素子３１が検出できるようになる。また、ハーフプリズム２３を通過する他方の光束は、フーリエ変換されていない通常のウェハ２の画像を撮像するための第２撮像素子３２に導かれる。
【００２５】
ここで、図３を参照しつつ、ウェハ２への照明光の入射角度と瞳面内での結像位置との関係を説明する。図３の破線で示すように、ウェハ２への照明光の入射角度が０°のときには、瞳上の結像位置は瞳中心となる。一方、図３の実線で示すように、入射角度が６４°（ＮＡ＝０．９相当）のときには、瞳上の結像位置は瞳の外縁部となる。すなわち、ウェハ２への照明光の入射角度は、瞳上では瞳内の半径方向の位置に対応する。また、瞳内の光軸から同一半径内の位置に結像する光は、ウェハ２に同一角度で入射した光である。
【００２６】
第１撮像素子３１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元イメージセンサであり、前述のフーリエ画像を撮像（検出）して、検出信号を演算処理部４０に出力する。なお、第１撮像素子３１としてＣＭＯＳイメージセンサを用いるようにすれば、読み出しエリアを画素単位で自由に設定できるので、必要な画素データ（光情報）のみを高速に読み出すことができる。その場合、このような部分読み出しを可能にする回路が第１撮像素子３１に（オンチップで）配設される。
【００２７】
演算処理部４０は、第１撮像素子３１から入力されたフーリエ画像の検出信号に基づいて、繰り返しパターン３の状態を評価する。そして、演算処理部４０による繰り返しパターン３の評価結果および、そのときのフーリエ画像がモニタ４５で出力表示される。
【００２８】
本実施形態の評価装置１を用いた繰り返しパターン３の評価方法について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。本願の発明者は、検光子２１の透過軸の方位が偏光子１７の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子２１を回転させて撮像した２つのフーリエ画像における信号強度の差分について、良品のパターンと評価対象となるパターンとを比較した結果、ドーズ量の変化に起因するライン部の幅の変化（以下、線幅変化と称する）と相関があることがわかった。また、検光子２１の透過軸の方位が偏光子１７の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子２１を回転させて撮像した２つのフーリエ画像における画素毎の信号強度の平均について、良品のパターンと評価対象となるパターンとを比較した結果、フォーカスの変化に起因するＬＥＲ（Line Edge Roughness）の変化と相関があることがわかった。なお、ＬＥＲとは、パターンの壁面に出来た凹凸の大きさを表す値である。
【００２９】
そこでまず、評価対象となるウェハ２をウェハステージ５へ搬送し、ウェハ２上の評価するパターン（１ショットの一部分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。（ステップＳ１０１）。ウェハ２の搬送後、繰り返しパターン３の繰り返し方向が照明方向（ウェハ２の表面における直線偏光の進行方向）に対して４５度だけ傾くようにアライメントを行う。なお、アライメントの角度は４５度に限らず、６７．５度あるいは２２．５度であってもよい。
【００３０】
前述したように、検光子２１は、回転駆動装置２６を用いて透過軸の方位（偏光方向）を回転可能に構成されており、ウェハ２の搬送およびアライメントを行った後、検光子２１の透過軸の方位が偏光子１７の透過軸に対して９０度＋３度（９３度）の傾斜角度となるように検光子２１を回転させる（ステップＳ１０２）。このとき、照明光である直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、検光子２１により抽出される第２の直線偏光（正反射光）の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度が、９０度＋３度（９３度）に設定される。
【００３１】
次に、ウェハ２の表面に直線偏光を照射し、ウェハ２の表面で反射した正反射光（楕円偏光）を検光子２１を介して第１撮像素子３１で検出し撮像する（ステップＳ１０３）。このとき、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハ２に照射される。そして、ウェハ２からの正反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および視野絞り２５を通過し、第１撮像素子３１の撮像面にフーリエ像が投影される。第１撮像素子３１は、撮像面上に形成された第２の直線偏光によるフーリエ像を光電変換して検出信号を生成し、当該検出信号を演算処理部４０に出力する。
【００３２】
第２の直線偏光によるフーリエ画像の検出信号が演算処理部４０に入力されると、演算処理部４０の内部メモリ（図示せず）に記憶される（ステップＳ１０４）。ここで、フーリエ画像の一例を図５に示す。また、図６は、照明光の波長が５４６ｎｍで、入射角度が６０°の場合に、繰り返しパターン３からの正反射光が検光子２１を透過して瞳内に達したときの光量（すなわち、フーリエ像における光量）を計算により求めた図である。
【００３３】
次に、検光子２１の透過軸の方位が偏光子１７の透過軸に対して９０度±３度の傾斜角度となるように検光子２１を回転させて、それぞれの条件で、フーリエ画像を撮像したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。判定がＮｏである場合、ステップＳ１０６へ進み、検光子２１の透過軸の方位が偏光子１７の透過軸に対して９０度−３度（８７度）の傾斜角度となるように検光子２１を回転させてから、ステップＳ１０３の撮像およびステップＳ１０４の画像記憶を繰り返し、ステップＳ１０５へ戻る。このとき、照明光である直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、検光子２１により抽出された第２の直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度が、９０度−３度（８７度）に設定される。
【００３４】
一方、ステップＳ１０５における判定がＹｅｓである場合、ステップＳ１０７へ進み、ウェハ２を回収する。これにより、検光子２１の透過軸の方位が異なる２枚の画像が記憶される。なお、検光子２１の回転角度範囲は、大きい方が不良ショットでの輝度変化量が大きい一方、ノイズ成分（偏光変化量以外）が大きくなることから、±３度〜±５度の範囲が望ましい。
【００３５】
ウェハ１２を回収すると、画像処理部５０は、前のステップで撮像取得した２枚の画像を内部メモリから読み出し（ステップＳ１０８）、読み出した２枚の画像における信号強度の差分および平均を画像処理により求める（ステップＳ１０９）。信号強度の差分を求めるには、例えば、２枚のフーリエ画像において評価に適した部分（例えば、図６におけるＲの部分）の信号強度の差分を画素単位で求め、画素単位で求めた差分の平均値を信号強度の差分値として算出する。信号強度の平均を求めるには、例えば、２枚のフーリエ画像において評価に適した部分（例えば、図６におけるＲの部分）の信号強度の平均を画素単位で求め、画素単位で求めた平均の平均値を信号強度の平均値として算出する。なお、信号強度の差分および平均を求める領域は、２枚のフーリエ画像における評価に適した部分に応じて、図６におけるＲの部分に限らず、Ｕ、Ｄ、Ｌ、その他の部分を選ぶようにすればよい。なお、第１撮像素子３１としてＣＭＯＳイメージセンサを用いるようにすれば、読み出しエリアを画素単位で自由に設定できるので、パターンの評価に適した部分の画素データのみを高速に読み出すことができる。
【００３６】
信号強度の差分値および平均値を求めると、求めた差分値より、ドーズ量（露光量）の（適正値からの）変化に起因する線幅変化（すなわち、繰り返しパターン３の状態変化）を求める（ステップＳ１１０）。このとき、演算処理部４０は、例えば、求めた差分値を、信号強度の差分と線幅変化との相関を予め求めておいたデータテーブルと比較することにより、線幅変化を求める。
【００３７】
次に、求めた平均値より、フォーカスの（適正値からの）変化に起因するＬＥＲ（すなわち、繰り返しパターン３の状態変化）を求め、繰り返しパターン３の評価を終了する（ステップＳ１１１）。このとき、演算処理部４０は、例えば、求めた平均値を、信号強度の平均とＬＥＲとの相関を予め求めておいたデータテーブルと比較することにより、ＬＥＲを求める。このようにして求めた線幅変化およびＬＥＲは、２枚のフーリエ画像とともにモニタ５５に表示され、線幅変化またはＬＥＲが所定の閾値を超えた場合には、ドーズ不良またはフォーカス不良としてその旨が報知される。
【００３８】
このように、本実施形態の評価装置１および方法によれば、照明光である直線偏光の振動方向と検光子２１により抽出された第２の直線偏光の振動方向との間の角度条件を変えて撮像した２枚のフーリエ画像に基づいて、繰り返しパターン３の状態を評価することで、ドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出することができ、繰り返しパターン３の異常の原因を特定することが可能になる。
【００３９】
このとき、照明光である直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向と、検光子２１により抽出された第２の直線偏光の進行方向と垂直な面内における振動方向とのなす角度を、９０度±３度になるように設定することで、高い感度で繰り返しパターン３の状態を評価することが可能になる。
【００４０】
またこのとき、２枚のフーリエ画像における信号強度（輝度）の差分に基づいて、露光装置におけるドーズ量（露光量）の変化に起因する繰り返しパターン３の状態変化（線幅変化）を検出し、２枚のフーリエ画像における信号強度（輝度）の平均に基づいて、露光装置におけるフォーカスの変化に起因する繰り返しパターン３の状態変化（ＬＥＲ）を検出することで、確実にドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出することができる。
【００４１】
またこのとき、落射照明によりウェハ２の表面を照明することで、装置の大きさを小型にすることができる。
【００４２】
なお、上述の実施形態において、ウェハ２の表面に形成された繰り返しパターン３を評価しているが、これに限られるものではなく、例えば、ガラス基板上に形成されたパターンを評価することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】評価装置の概要図である。
【図２】直線偏光の振動方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図３】ウェハへの照明光の入射角度と瞳内での結像位置との関係を示す説明図である。
【図４】パターンの評価方法を示すフローチャートである。
【図５】フーリエ画像の一例を示す図である。
【図６】照明光の波長が５４６ｎｍで、入射角度が６０°の場合に、繰り返しパターンからの正反射光が検光子を透過して瞳内に達したときの光量を計算により求めた図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  評価装置
２  ウェハ（基板）                      ３  繰り返しパターン
１０  照明光学系（照明部）              １７  偏光子
２０  検出光学系（光学系）              ２１  検光子
２６  回転駆動装置（設定部）
３１  第１撮像素子（検出部）
４０  演算処理部（評価部）
【図１】
2010145094.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図５】
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