(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が、所定の繰り返しパターンを有するウェハ１０の表面に直線偏光Ｌ１を照射する照明系３０と、直線偏光Ｌ１が照射された繰り返しパターンからの正反射光である楕円偏光Ｌ２の偏光状態を検出する受光系４０と、受光系４０により検出された楕円偏光Ｌ２の偏光状態に基づいて、繰り返しパターンの形状を評価する画像処理部５０とを備えて構成される。【選択図】図１
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【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を照射する照明部と、
前記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偏光状態を検出する偏光状態検出部と、
前記偏光状態検出部により検出された前記偏光状態に基づいて、前記繰り返しパターンの形状を評価する評価部とを備えて構成されることを特徴とする評価装置。
【請求項２】
前記照明部は、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、
前記正反射光の偏光状態は、楕円偏光であり、
前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記露光装置における露光量の適正値からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差とフォーカスの適正位置からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差とを判別して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】
前記繰り返しパターンは、ラインアンドスペースパターンであり、
前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記パターンのラインとスペースの体積比の欠陥とラインエッジラフネスの欠陥とを判別して検出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】
前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された波長板および偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転移相子法により前記偏光状態を検出す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評価装置。
【請求項６】
前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転検光子法により前記偏光状態を検出す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評価装置。
【請求項７】
前記照明部は位相変調素子を含み、前記偏光状態検出部は、位相変調法により前記偏光状態を検出す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評価装置。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、微細な繰り返しパターンが形成された基板の表面を検査する装置として、例えば、パターンが有する構造性複屈折による偏光状態の変化であるクロスニコル光学系からの漏れ光量に基づいてパターンの異常を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法によれば、パターンが照明波長に対して回折光が発生しないような微細周期のパターンであっても、正反射光(０次回折光)の偏光状態変化を捕らえることによりパターンの異常を検出できるため、検査に使用する光を短波長化することなくパターンの異常を検出することが可能となる。
【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、クロスニコル系からの漏れ光量の大きさを比較してパターンの異常を検出するため、異常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偏光を照射する照明部と、前記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偏光状態を検出する偏光状態検出部と、前記偏光状態検出部により検出された前記偏光状態に基づいて、前記繰り返しパターンの形状を評価する評価部とを備えて構成される。
【０００６】
なお、上述の発明において、前記照明部は、直線偏光を前記基板の表面に照射することが好ましい。
【０００７】
また、上述の発明において、前記繰り返しパターンは、露光装置を用いて形成され、前記正反射光の偏光状態は、楕円偏光であり、前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記露光装置における露光量の適正値からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差とフォーカスの適正位置からのズレに起因する前記繰り返しパターンの形状誤差とを判別して検出することが好ましい。
【０００８】
また、上述の発明において、前記繰り返しパターンは、ラインアンドスペースパターンであり、前記評価部は、前記偏光状態検出部が検出した前記楕円偏光の形状特性に基づいて、前記パターンのラインとスペースの体積比の欠陥とラインエッジラフネスの欠陥とを判別して検出することが好ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された波長板および偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転移相子法により前記偏光状態を検出することが好ましい。
【００１０】
また、上述の発明において、前記偏光状態検出部は、回転可能に配置された偏光板を含む集光光学系と検出器とを有し、回転検光子法により前記偏光状態を検出するようにしてもよい。
【００１１】
また、上述の発明において、前記照明部は位相変調素子を含み、前記偏光状態検出部は、位相変調法により前記偏光状態を検出するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
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、半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）を支持するステージ２０と、アライメント系２５と、照明系３０と、受光系４０とを備えて構成されている。また、評価装置１は、受光系４０で撮像された画像の画像処理を行う画像処理部５０と、受光系４０で撮像された画像や画像処理部５０による画像処理結果を表示するモニタ５５とを備えている。ウェハ１０は、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、ステージ２０に吸着保持される。
【００１４】
ウェハ１０の表面には、図２に示すように、複数のチップ領域１１（ショット）がＸＹ方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン１２が形成されている。繰り返しパターン１２は、図３に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定のピッチＰ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。隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。なお、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。このような構造を持つパターンは、Ｘ方向とＹ方向とで屈折率が異なり、いわゆる構造性複屈折を有する。本実施形態では、この構造性複屈折を積極的に利用してパターンの形状を特定し、ひいては露光量不良とフォーカス不良の判別を可能にする。
【００１５】
ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅ＤAの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光ドーズ量が適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅ＤAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅ＤBとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れ、パターンの構造性複屈折の量が変化する。また、フォーカスが適正値から外れた場合、図６に示す繰り返しパターン１２′のように、ライン部の平均的な線幅は変わらずにラインエッジの形状が崩れ、いわゆるラインエッジラフネス（Line Edge Roughness：以下、ＬＥＲと称する）が大きく発生する場合がある。この場合にもパターンの構造性複屈折の量が変化する。なお、図６は実際よりも誇張して描いている。また、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。
【００１６】
本実施形態の評価装置１は、上記のような繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の形状評価（欠陥検出）を行うものである。説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１：１とする。体積比の変化は、露光ドーズ量の適正状態からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。
【００１７】
また、本実施形態においては、繰り返しパターン１２に対する照明光（後述）の波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さいものとする。このため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン１２の形状評価を回折光により行うことはできない。
【００１８】
評価装置１のステージ２０は、ウェハ１０を上面で支持して、例えば真空吸着により固定保持する。さらに、ステージ２０は、上面の中心における法線Ａ１を中心軸として回転可能である。この回転機構によって、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２および図３におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面内で回転させることができる。なお、ステージ２０は、上面が水平面であり、ウェハ１０を常に水平な状態に保つことができる。
【００１９】
アライメント系２５は、ステージ２０が回転しているときに、ウェハ１０の外縁部を照明し、外縁部に設けられた外形基準（例えばノッチ）の回転方向の位置を検出し、所定位置でステージ２０を停止させる。その結果、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２および図３におけるＸ方向）を、後述の照明光の入射面Ａ２（図４を参照）に対して、４５度の角度に傾けて設定することができる。なお、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】
照明系３０は、光源３１と、偏光子３２と、照明レンズ３３とを有して構成された偏心光学系であり、ステージ２０上のウェハ１０の繰り返しパターン１２を直線偏光Ｌ１（第１の直線偏光）により照明する。この直線偏光Ｌ１が、繰り返しパターン１２に対する照明光である。直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面全体に照射される。
【００２１】
直線偏光Ｌ１の進行方向（ウェハ１０表面上の任意の点に到達する直線偏光Ｌ１の主光線の方向）は、ステージ２０の中心を通り、ステージ２０の法線Ａ１に対して所定の角度θだけ傾けられている。ちなみに、直線偏光Ｌ１の進行方向を含み、ステージ２０の法線Ａ１に平行な平面が、直線偏光Ｌ１の入射面である。図４の入射面Ａ２は、ウェハ１０の中心における入射面である。
【００２２】
また、本実施形態では、直線偏光Ｌ１がｐ偏光である。直線偏光Ｌ１の振動面（方向）は、偏光子３２の透過軸により規定される。
【００２３】
なお、照明系３０の光源３１は、安価な放電光源又はＬＥＤである。偏光子３２は、光源３１の射出端近傍に配置され、その透過軸が所定の方位に設定され、透過軸に応じて光源３１からの光を直線偏光Ｌ１にする。照明レンズ３３は、光源３１の射出端と略一致し、後側焦点がウェハ１０の表面と略一致するように配置され、偏光子３２からの光をウェハ１０の表面に導く。すなわち照明系３０は、ウェハ１０側に対してテレセントリックな光学系である。
【００２４】
上記の照明系３０において、光源３１からの光は、偏光子３２および照明レンズ３３を介しｐ偏光の直線偏光Ｌ１となって、ウェハ１０の表面全体に入射する。ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌ１の入射角度は、平行光束のため互いに同じであり、光軸と法線Ａ１とのなす角度θに相当する。
【００２５】
本実施形態では、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌ１がｐ偏光であるため、図４に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図５におけるＶ方向）と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度も、４５度に設定される。
【００２６】
言い換えると、直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図５におけるＶ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度傾いた状態で、繰り返しパターン１２を斜めに横切るようにして繰り返しパターン１２に入射する。
【００２７】
このような直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は、ウェハ１０の表面全体において均一である。なお、図５の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン１２による偏光状態の変化を最大とするためである。
【００２８】
そして、上記の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン１２を照明すると、繰り返しパターン１２の構造性複屈折とＸＹ方向の光の振動に対する反射率差の影響により、正反射光として楕円偏光Ｌ２が発生する。なお、直線偏光や円偏光は楕円偏光の特別な場合であり、本実施形態において楕円偏光と表現するときは、直線偏光や円偏光も含むことを明記しておく。このとき、パターンに何らかの欠陥があると、欠陥が無いときと比べて、楕円偏光の状態（例えば、ストークスパラメーターで表した場合、Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）が変化する。本実施形態では、この偏光状態の違いによりパターンの欠陥を検出するとともに、欠陥の原因を特定する。
【００２９】
さて、受光系４０は、図１に示すように、受光レンズ４１と、移相子４２と、検光子４３と、２次元撮像カメラ４４とを有し、回転移相子法により楕円偏光Ｌ２の状態を測定する。また、受光系４０は、その光軸が、ステージ２０の中心を通り、かつ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度θだけ傾くように配設される。受光レンズ４１は、楕円偏光Ｌ２を２次元撮像カメラ４４の撮像面に集光する。
【００３０】
移相子４２は、１／４波長板であり、不図示の回転駆動装置を用いて受光系４０の光軸を中心に回転可能に構成される。なお、回転移相子法では、移相子が１／４波長からずれていてもその値が既知であれば計算により補正可能である。
【００３１】
２次元撮像カメラ４４は、不図示のＣＣＤ撮像素子を有するＣＣＤカメラであり、撮像面に形成されたウェハ１０の正反射像を光電変換して、画像信号を画像処理部５０に出力する。また、２次元撮像カメラ４４には、不図示のレンズが内蔵されており、受光レンズ４１と協働して、ウェハ１０の全体像または部分像（正反射像）を撮像できるようになっている。またこのとき、移相子４２を回転させながら複数の画像を撮像していくと、移相子４２の回転とともにウェハ１０の像の明るさが変化するようになっている。
【００３２】
ここで、回転移相子法による偏光状態の測定原理について説明する。図７（ａ）は回転移相子法の測定原理を模式的に示したものである。図７（ａ）に示すように、偏光子３２と検光子４３を固定した状態で、検光子４３の前に配置された移相子４２を回転すると、検出器（２次元撮像カメラ４４）からの信号強度が変化し、その波形から楕円偏光の形状を特定することができる。回転移相子法によるストークスパラメーターの測定についてはさまざまな書籍、雑誌類で紹介されており、例えば、鶴田匡夫著「応用光学II-培風館」の２３３ページに「回転λ／４板による方法」として紹介されている。具体的には、移相子４２の回転による信号強度の波形をフーリエ級数展開すると、ストークスパラメーターにおけるＳ０はバイアス成分とｃｏｓ４θ成分に、Ｓ１はｃｏｓ４θ成分に、Ｓ２はｓｉｎ４θ成分に、Ｓ３はｓｉｎ２θ成分に対応していることになり、これらのフーリエ級数からストークスパラメーターを求めることが可能である。
【００３３】
本実施形態においては、撮像カメラ４４が２次元であるため、ウェハ１０の表面全体または一部について一括して偏光状態の測定が可能である。図７（ｂ）には、回転移相子法により得られた信号の波形が描かれているが、これは２次元撮像カメラ４４のある１画素からの信号をプロットしたものである。実際には、カメラの画素数分の波形データを一度に取得可能である。
【００３４】
画像処理部５０は、２次元撮像カメラ４４から入力されたウェハ１０の画像信号に基づいて、ウェハ１０（正反射像）の画像を所定のビット（例えば８ビット）のデジタル画像に変換する。また、画像処理部５０は、所定の信号処理を行って楕円偏光Ｌ２の形状を求め、繰り返しパターン１２の形状を評価する。そして、画像処理部５０による繰り返しパターン１２の評価結果および、そのときのウェハ１０の画像がモニタ５５で出力表示される。
【００３５】
以上のように構成される評価装置１において、繰り返しパターン１２の評価を行うには、まず、評価対象となるウェハ１０をステージ２０へ搬送する。ウェハ１０の搬送後、繰り返しパターン１２の繰り返し方向が照明方向（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１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。
【００３６】
ウェハ１０の搬送およびアライメントを行った後、ウェハ１０の表面に直線偏光Ｌ１を照射し、ウェハ１０の表面で反射した正反射光（楕円偏光Ｌ２）を移相子４２および検光子４３を介して２次元撮像カメラ４４で検出し撮像する。このとき、光源３１からの光が偏光子３２および照明レンズ３３を介し直線偏光Ｌ１となって、ウェハ１０の表面に照射される。そして、ウェハ１０の表面で反射した正反射光（楕円偏光Ｌ２）が受光レンズ４１により集光され、移相子４２および検光子４３で第２の直線偏光Ｌ３が抽出されて２次元撮像カメラ４４の撮像面上に結像され、２次元撮像カメラ４４は、撮像面上に形成された第２の直線偏光Ｌ３によるウェハ１０の正反射像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部５０に出力する。またこのとき、移相子４２を回転させながら２次元撮像カメラ４４がウェハ１０の正反射像を複数撮像する。
【００３７】
第２の直線偏光Ｌ３によるウェハ１０の画像信号が画像処理部５０に入力されると、画像処理部５０は、２次元撮像カメラ４４の画素単位で、回転移相子法により楕円偏光Ｌ２のストークスパラメーターを求める。ストークスパラメーターを求めると、ショット毎にストークスパラメーターの平均値を算出し、算出した平均値から、ドーズ量（露光量）の適正値からの変化量をショット毎に求める。また、算出したストークスパラメーターの平均値から、ショット毎に、フォーカスの適正値からの変化量をドーズ量の変化量と分離して求める。このようにして求めたドーズ量またはフォーカスの変化量は、ウェハ１０の画像とともにモニタ５５に表示され、ドーズ量またはフォーカスの変化量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。このとき、画像処理部５０は、例えば、ドーズ量の変化量およびフォーカスの変化量とストークスパラメーター（すなわち、楕円偏光の形状）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、ドーズ量の変化量とフォーカスの変化量とを判別して求める。
【００３８】
ここで、本実施形態に係る評価装置１を実際に作成して偏光状態を測定した実際の例を図８に示す。図８（ａ）および（ｂ）には、図２のように複数の露光ショットが並んだウェハ（条件振りウェハ）に対して、意図的に露光量の過不足を与えたショットとフォーカスのずれを与えたショットを露光し、そのショットからの反射光の偏光状態を実測した結果を示す。この楕円偏光Ｌ２の図は、Ｓ０＝１となるように光量を規格化していないストークスパラメーターにより描いているため、各ショットからの反射率を反映して楕円の大きさも変化している。
【００３９】
この図を利用して、ドーズ不良とフォーカス不良とを判別して検出できる理由について説明する。図８（ａ）の各ショットは露光量（ドーズ量）に意図的に過不足を持たせたもので、図８（ａ）の中央付近が適正露光量であり、図８（ａ）の左側は左方へ行くほど露光量が不足したショット、図８（ａ）の右側は右方へ行くほど露光量が過剰なショットの偏光状態である。図８（ｃ）に示すような直線偏光Ｌ１によって構造性複屈折を有するパターンを照明すると、反射光は一般に傾きをもった楕円偏光Ｌ２となる。この図８（ａ）から、露光量を変化させると、楕円の太り具合が変化する（Ｓ３に相当）とともに、楕円の長軸の角度と大きさ（長さ）が変化している（大きさはＳ０、長軸角度は横を０度としてψ＝ｔａｎ-1（Ｓ２／Ｓ１）／２で算出される）ことがわかる。図８（ｂ）の各ショットはフォーカスを意図的に変化させたもので、図８（ｂ）の中央付近が正常のフォーカスであり、図８（ｂ）の左側は左方へ行くほどフォーカスがマイナスとなるショット、図８（ｂ）の右側は右方へ行くほどフォーカスがプラスとなるショットの偏光状態である。この図８（ｂ）から、フォーカスを変化させると、楕円の太り具合は変化している（Ｓ３に相当）が、楕円の長軸の角度と大きさ（長さ）はほとんど変化していない（大きさはＳ０、長軸角度は横を０度としてψ＝ｔａｎ-1（Ｓ２／Ｓ１）／２で算出される）ことがわかる。
【００４０】
これらの事実から、この実験に用いたパターンの場合、楕円の大きさや長軸の傾きがあまり変化せず、楕円の太り具合が変化しているものはフォーカス不良であり、楕円の長軸角度や大きさが変化しているものはドーズ不良（露光量不良）であることがわかる。このようにして、本実施形態によれば、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１２の異常の原因を特定することが可能になる。
【００４１】
このとき、照明光として直線偏光Ｌ１を用いることにより、簡便な構成で構造性複屈折を利用した繰り返しパターン１２の評価を行うことができる。
【００４２】
また、回転移相子法により偏光状態を検出することで、楕円偏光Ｌ２の楕円形状から精度よく、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可能になる。
【００４３】
また、本実施形態において、照明光（直線偏光Ｌ１）の波長を選択可能とすることで、楕円偏光Ｌ２の変化が大きい波長を選択することにより、高感度な測定をすることができる。
【００４４】
なお、上述の実施形態において、ドーズ量（露光量）の変化量とフォーカスの変化量とを判別して求めているが、これに限られるものではない。例えば、ドーズ量の変化に起因する繰り返しパターン１２の線幅変化と、フォーカスの変化に起因するＬＥＲの増加とを判別して検出するようにしてもよい。なお、評価の対象となるパターンによっては、ドーズ不良とフォーカス不良の楕円偏光Ｌ２の変化の仕方は本実施形態と異なる場合があるかもしれないが、前述のように、ドーズ不良による繰り返しパターン１２の形状変化は主にライン部２Ａとスペース部２Ｂの比が変化する現象であるのに対し、フォーカス不良による繰り返しパターン１２の形状変化はＬＥＲの変化であり、楕円偏光Ｌ２の変化の仕方が異なることは間違いないため、判定のアルゴリズムが違ってくるだけで、パターンの形状を評価するのに有効である。
【００４５】
また、本実施形態において、偏光状態を表す指標として、ストークスパラメーターを用いているが、これに限られるものではない。偏光状態を表す指標として、例えば、偏光状態を楕円で表したときの長軸方位角および楕円率角、もしくは、長軸方位角および楕円率を用いて表す方法や、偏光状態をジョーンズベクトルで表したときの複素振幅の振幅項と位相項を用いて表す方法、偏光状態をジョーンズベクトルで表したときの複素振幅の実数項と虚数項を用いて表す方法等がある。これらは表現形式こそ違っていても結局は楕円偏光の楕円の形状と回転の向きを表すものである。したがって、本実施形態においてストークスパラメーターを求めているが、他の表現形式を用いた測定であっても、楕円の形状と回転の向きを表せるものであれば構わない。
【００４６】
また、上述の実施形態において、回転移相子法により偏光状態を検出しているが、これに限られるものではなく、例えば、回転検光子法や位相変調法など、さまざまな方法が知られており、偏光状態を測定できる方法であれば何でも構わない。
【００４７】
回転検光子法により偏光状態を検出するには、例えば図９に示すように、受光系１４０が、受光レンズ４１と、検光子１４３と、回転駆動装置１４４と、撮像カメラ４４とを有して構成される。すなわち、上述の移相子４２に代えて、検光子１４３が回転駆動装置１４４を用いて受光系１４０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、検光子１４３を回転させながら、２次元撮像カメラ４４が撮像面上に形成された第２の直線偏光Ｌ３によるウェハ１０の正反射像を複数撮像する。そして、２次元撮像カメラ４４で得られた信号強度をフーリエ変換してストークスパラメーターを求めることが可能である。ただし、この方法では、右回り偏光と左回り偏光とを区別することはできい。すなわち、Ｓ３の符号を特定できない。
【００４８】
位相変調法により偏光状態を検出するには、例えば図１０に示すように、照明系２３０が、レーザー光源２３１と、偏光子２３２と、位相変調素子である光弾性変調器２３３とを有して構成され、受光系２４０が、検光子２４１と、光検出器２４２とを有して構成される。すなわち、レーザー光源２３１から発せられたレーザー光は、偏光子２３２および光弾性変調器２３３と透過して偏光となってウェハ１０の表面に照射され、ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、検光子２４１を透過して光検出器２４２により検出される。ここで、光弾性変調器２３３は、光弾性変調器２３３を透過する光の位相差を連続的に変化させるものであり、偏光子２３２を透過して得られる（直線）偏光を、直線偏光、楕円偏光、もしくは円偏光のいずれに変化させることができるようになっている。そして、ステージ２０によりウェハ１０を回転させつつ、光弾性変調器２３３により偏光の位相差を変化させながら、光検出器２４２による光の検出を行うことにより、光検出器２４２で得られた信号強度から、構造性複屈折により得られる光の偏光状態を求めることが可能である。
【００４９】
また、本実施形態において、照明光をｐ偏光としているが、これに限られるものではなく、例えば、ｓ偏光や、楕円偏光、円偏光など、パターンの繰り返し方向に垂直あるいは水平な直線偏光を除けば、いかなる偏光状態でもよい。
【００５０】
また、上述の実施形態において、ウェハ１０の表面に形成された繰り返しパターン１２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】
【００５１】
【図１】評価装置の全体構成を示す図である。
【図２】半導体ウェハの表面の外観図である。
【図３】繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。
【図４】直線偏光の入射面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５】直線偏光の振動面の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６】ラインエッジラフネスを示す模式図である。
【図７】（ａ）は回転移相子法の測定原理を模式的に示した図であり、（ｂ）は回転移相子法により得られた信号の波形を示す図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は条件振りウェハの各ショットから反射された楕円偏光の偏光状態を示す図であり、（ｃ）は直線偏光の偏光状態を示す図である。
【図９】評価装置の第１の変形例を示す図である。
【図１０】評価装置の第２の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  評価装置
１０  ウェハ（基板）                    １２  繰り返しパターン
３０  照明系（照明部）
４０  受光系（偏光状態検出部）          ４２  移相子（波長板）
４３  検光子（偏光板）                  ４４  ２次元撮像カメラ（検出器）
５０  画像処理部（評価部）
１４０  受光系（変形例）                １４３  検光子（偏光板）
２３０  照明系（変形例）                ２３３  光弾性変調器（位相変調素子）
Ｌ１  第１の直線偏光                    Ｌ２  楕円偏光
Ｌ３  第２の直線偏光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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