(57)【要約】【課題】試料の微細領域の表面状態を広範囲で評価できる表面状態評価装置及び表面状態評価方法を提供する。【解決手段】本発明の実施形態によれば、撮像部と処理部とを含む表面状態評価装置が提供される。前記撮像部は、複数の液滴が設けられた第１領域と複数の液滴が設けられた第２領域とを含む表面を有する試料の前記第１領域及び前記第２領域を撮像する。前記処理部は、前記撮像部によって撮像された、前記第１領域の第１画像と、前記第２領域の第２画像と、を比較した結果に基づいて前記表面の状態を評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の液滴が設けられた第１領域と複数の液滴が設けられた第２領域とを含む表面を有する試料の前記第１領域及び前記第２領域を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって撮像された、前記第１領域の第１画像と、前記第２領域の第２画像と、を比較した結果に基づいて前記表面の状態を評価する処理部と、
を備えた表面状態評価装置。
【請求項２】
前記処理部は、前記第１画像中の前記液滴の密度と、前記第２画像中の前記液滴の密度と、の差に基づいて、前記表面の状態を評価する請求項１記載の表面状態評価装置。
【請求項３】
前記処理部は、前記第１画像中の前記液滴の大きさと、前記第２画像中の前記液滴の大きさと、の差に基づいて、前記表面の状態を評価する請求項１または２に記載の表面状態評価装置。
【請求項４】
前記処理部は、前記第１画像中の少なくとも一部の明るさと、前記第２画像中の少なくとも一部の明るさと、の差に基づいて、前記表面の状態を評価する請求項１〜３のいずれか１つに記載の表面状態評価装置。
【請求項５】
前記複数の液滴は、前記表面上における、気体の液体への変化により形成される請求項１〜４のいずれか１つに記載の表面状態評価装置。
【請求項６】
前記表面に向けて気体流を供給する気体流供給部と、
前記試料の温度を制御する温度制御部と、
をさらに備え、
前記複数の液滴は、前記表面上における、前記気体流に含まれる気体の液体への変化により形成される請求項１〜５のいずれか１つに記載の表面状態評価装置。
【請求項７】
前記気体流は、複数の粒子を含み、
前記複数の粒子のそれぞれの径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項６記載の表面状態評価装置。
【請求項８】
前記気体流は、多価アルコールを含む請求項６または７に記載の表面状態評価装置。
【請求項９】
前記温度制御部は、前記撮像の際に、前記表面を気液平衡状態にする請求項６〜８のいずれか１つに記載の表面状態評価装置。
【請求項１０】
表面に複数の液滴が形成された試料を撮像する撮像部と、
前記撮像部によって取得された画像を処理する処理部と、
を備え、
前記処理部は、前記画像中の前記複数の液滴の密度、前記画像中の前記液滴の大きさ及び前記画像の明るさの少なくともいずれかと、前記少なくともいずれかについて定められたしきい値と、を比較して、前記試料の表面の状態を評価する表面状態評価装置。
【請求項１１】
複数の液滴が設けられた第１領域と複数の液滴が設けられた第２領域とを含む表面を有する試料の前記第１領域及び前記第２領域を撮像する撮像工程と、
前記撮像部によって撮像された、前記第１領域の第１画像と、前記第２領域の第２画像と、を比較した結果に基づいて前記表面の状態を評価する処理工程と、
を備えた表面状態評価方法。
【請求項１２】
前記処理工程は、前記第１画像中の前記液滴の密度と、前記第２画像中の前記液滴の密度と、の差に基づいて、前記表面の状態を評価することを含む請求項１１記載の表面状態評価方法。
【請求項１３】
前記処理工程は、前記第１画像中の前記液滴の大きさと、前記第２画像中の前記液滴の大きさと、の差に基づいて、前記表面の状態を評価することを含む請求項１１または１２に記載の表面状態評価方法。
【請求項１４】
前記処理工程は、前記第１画像中の少なくとも一部の明るさと、前記第２画像中の少なくとも一部の明るさと、の差に基づいて、前記表面の状態を評価することを含む請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の表面状態評価方法。
【請求項１５】
前記複数の液滴は、前記表面上における、気体の液体への変化により形成される請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の表面状態評価方法。
【請求項１６】
前記試料の温度を制御しつつ前記表面に向けて気体流を供給し、前記表面上における、前記気体流に含まれる気体の液体への変化により前記複数の液滴を形成する液滴形成工程をさらに備えた請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の表面状態評価方法。
【請求項１７】
前記気体流は、複数の粒子を含み、
前記複数の粒子のそれぞれの径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項１６記載の表面状態評価方法。
【請求項１８】
前記気体流は、多価アルコールを含む請求項１６または１７に記載の表面状態評価方法。
【請求項１９】
前記温度の制御は、前記表面を気液平衡状態にすることを含む請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の表面状態評価方法。
【請求項２０】
複数の液滴が設けられた表面を有する試料の前記表面を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程によって撮像された画像を処理する処理工程と、
を備え、
前記処理部は、前記画像中の前記複数の液滴の密度、前記画像中の前記液滴の大きさ、及び、前記画像の明るさの少なくともいずれかと、前記少なくともいずれかについて予め定められたしきい値と、を比較して、前記表面状態を評価する表面状態評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、表面状態評価装置及び表面状態評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ウェーハなどの試料の表面状態を、液滴を用いて評価する表面状態評価方法がある。ウェーハ上に形成される各種素子の微細化に伴い、表面を微細な領域で局所的に評価することが望まれる。それと同時に、ウェーハの広範囲な領域を高い効率で評価することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−６２２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、試料の微細領域の表面状態を広範囲で評価できる表面状態評価装置及び表面状態評価方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、撮像部と処理部とを含む表面状態評価装置が提供される。前記撮像部は、複数の液滴が設けられた第１領域と複数の液滴が設けられた第２領域とを含む表面を有する試料の前記第１領域及び前記第２領域を撮像する。前記処理部は、前記撮像部によって撮像された、前記第１領域の第１画像と、前記第２領域の第２画像と、を比較した結果に基づいて前記表面の状態を評価する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態に係る表面状態評価装置を示す模式図である。
【図２】試料の表面状態を示す模式図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｆ）は、試料の表面状態を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は、試料の表面状態を示す模式図である。
【図５】試料の表面状態を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）〜図６（ｆ）は、試料の表面状態を示す模式図である。
【図７】試料の表面状態の特性を示す模式図である。
【図８】実施形態に係る表面状態評価装置を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）及び図９（ｂ）は、試料の表面状態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１は、実施形態に係る表面状態評価装置を例示する模式図である。  
図１に表したように、第１の実施形態に係る表面状態評価装置１０１は、撮像部２０と、処理部６０と、を含む。この例では、チャンバ３０と、光源２５と、気体流供給部５０と、温度制御部４０と、ステージ１０と、が設けられている。
【０００９】
撮像部２０と温度制御部４０とステージ１０とは、例えば、チャンバ３０の中に配置される。例えば、チャンバ３０内の温度が、一定に維持される。例えば、ステージ１０などの熱膨張が評価結果に与える影響を小さくすることができ、評価の信頼性が高まる。
【００１０】
例えば、ステージ１０の上に、温度制御部４０が設けられる。温度制御部４０の上に、試料５が置かれる。試料５は、例えばウェーハである。
【００１１】
気体流供給部５０は、試料５の表面に向けて気体流５５を供給する。気体流５５は、例えば、水蒸気を含む。温度制御部４０は、試料５の温度を調整する。気体流供給部５０と温度制御部４０とを調整して動作させることによって、試料５の表面に液滴７３が形成される。
【００１２】
撮像部２０には、例えば、カメラ２０ａと、光学系２０ｂと、対物レンズ２０ｃと、が設けられる。光２６は、光学系２０ｂを通り、試料５の表面に照射される。光２６の反射光または透過光を用いて、試料５の表面状態が観察される。この例では、試料５の表面に照射された光２６は、反射して、対物レンズ２０ｃを通る。カメラ２０ａによって、試料５の表面が撮像される。例えば、ステージ１０と撮像部２０とは、連動して駆動する。これにより、試料５の表面の観察を連続的に行うことができる。処理部６０は、撮像された画像を処理する。
【００１３】
カメラ２０ａには、例えば、ＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサなどが用いられる。対物レンズ２０ｃには、例えば、３００倍程度の高倍率なレンズが用いられる。
【００１４】
光２６は、光源２５から出射される。光源２５には、例えば、レーザ光源が用いられる。光２６は、例えば、レーザ光である。光２６は、例えば、短波長の紫外線である。レーザ光には、ＡｒＦエキシマレーザなどが用いられる。ＡｒＦエキシマレーザの波長は、約１９３ｎｍである。短波長のレーザの光２６を用いることで、撮像の分解能を向上することができる。
【００１５】
気体流供給部５０には、例えば、ノズル５１とエアフロー装置５２とが設けられる。この例では、エアフロー装置５２は、例えば、チャンバ３０の外に設けられる。ノズル５１は、チャンバ３０内の、試料５の表面付近に設けられる。ノズル５１は、エアフロー装置５２と接続されている。エアフロー装置５２は、温度及び湿度を調整した気体流５５を作り出す。ノズル５１から試料５の表面に向けて、気体流５５が供給される。気体流５５の湿度と気体流５５の流量とが、所望の状態になるように調整される。
【００１６】
温度制御部４０と試料５との接触によって、試料５を冷却することができる。試料５は、例えば、熱伝導によって冷却される。温度制御部４０には、冷却ヘッドと温度検出部とが設けられる。冷却ヘッドには、例えば、ペルチェ素子などが用いられる。温度検出部には、例えば、熱電対などが用いられる。試料５の温度は、例えば、５℃〜３０℃の範囲の所定の温度に調整される。
【００１７】
温度制御部４０によって冷却された試料５の表面に向けて、気体流５５が供給される。試料５の表面上において、雰囲気中の気体（気体流５５）は、液体へ変化する。例えば、雰囲気中の水蒸気を結露させる。これにより、試料５の表面に液滴７３が形成される。
【００１８】
気体流供給部５０によって、チャンバ３０内の温度を、例えば、２２℃に調整する。対物レンズ２０ｃを含めチャンバ３０内の部材の温度を約２２℃とする。さらに、温度制御部４０によって、試料５の表面の温度を、例えば、１３℃に調整する。これにより、チャンバ３０内において、試料５の表面付近を、周囲に比べて、低温に保つ。この状態で、例えば、湿度が６０％のクリーンエア（気体流５５）を、ノズル５１から試料５の表面に向かって流す。
【００１９】
１気圧の下で、２２℃における飽和水蒸気量は１９．４ｇ／ｍ３である。１３℃における飽和水蒸気量は１１．４ｇ／ｍ３である。例えば、２２℃において湿度が６０％の空気は、１１．６４ｇの水蒸気を含む。したがって、この条件下においては、０．２ｇ程度の水分子が気体から液体へ変化する。これにより、液滴７３が形成される。
【００２０】
この液滴７３の粒径や密度は、例えば、エアフローの流量、試料５表面の温度勾配、試料５表面とノズル５１との距離、気圧、核となる粒子の有無、及び、チャンバ３０内の気流などの、多くのパラメータに依存する。温度や湿度が同じであっても、その他のパラメータが異なると、形成される液滴７３の粒径や密度は、異なる。
【００２１】
温度や湿度などの条件を調整することによって、試料５の表面に、液滴７３が形成され始める。初期状態において、液滴７３の直径は、例えば１ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。直径が１ｎｍ〜１０ｎｍの液滴７３は、不安定である。液滴７３の蒸発が頻繁に生じる場合がある。液滴７３の位置は不安定な場合がある。
【００２２】
その後、液滴７３の直径は、例えば、約１００ｎｍに拡大する。  
直径が約１００ｎｍの液滴７３は、光学系２０ｂを用いて、認識される。例えば、液滴７３の直径が約１００ｎｍの状態で、撮像部２０によって、試料５の表面が撮像される。
【００２３】
図２は、試料の表面状態を例示する模式図である。  
図２は、試料５の表面の画像を例示している。この例では、撮像の視野は、５μｍ角である。複数の液滴７３を含む画像が撮像される。液滴７３の直径は、約１００ｎｍである。
【００２４】
図２に例示した画像において、計測グリッドＧＲを設定する。例えば、計測グリッドＧＲ中の、液滴７３の数が計測される。すなわち、計測グリッドＧＲ中の液滴７３の密度が計測される。処理部６０は、画像内の計測グリッドＧＲによって区切られた各領域を、順次、連続的にスキャンし、各領域の画像中の液滴７３の密度を計測する。
【００２５】
例えば、第１領域Ｒ１の第１画像中の液滴７３の密度と、第２領域Ｒ２の第２画像中の液滴７３の密度との差は、第１領域Ｒ１における試料５の表面状態と第２領域Ｒ２における試料５の表面状態との差に対応する。
【００２６】
試料５の表面は、複数の液滴７３が設けられた第１領域Ｒ１と、複数の液滴７３が設けられた第２領域Ｒ２と、を含む。撮像部２０は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を撮像する。
【００２７】
処理部６０は、第１領域Ｒ１の第１画像と、第２領域Ｒ２の第２画像とを比較する。処理部６０は、比較した結果に基づいて、試料５の表面の状態を評価する。  
第１の実施形態においては、第１画像中の液滴７３の密度と、前記第２画像中の液滴７３の密度との差に基づいて、試料５の表面状態が評価される。
【００２８】
各領域に設けられた液滴７３の密度は、各領域の試料５の表面状態に依存する。試料５の表面の親水性、試料５の表面の疎水性、試料５の表面へ水分子の吸着しやすさ、及び、液滴７３が合体するときの速度などによって、液滴７３の密度に差が生じる。表面状態が周辺と異なる局所領域（特異領域）の存在によって、液滴７３の密度に差が生じる。
【００２９】
図３（ａ）〜図３（ｆ）は、試料の表面状態を例示する模式図である。  
これらの図は、試料５の表面における液滴７３の成長過程を例示している。試料５の表面には、例えば、表面状態が周辺と異なる局所領域（特異領域）がある。この例では、特異領域として親水性領域Ｈ１が、試料５の表面にある。
【００３０】
図３（ａ）は、液滴７３の成長の初期における試料５の表面を例示している。液滴７３の成長の初期段階においては、試料５の表面には水分子が吸着している。  
図３（ｂ）は、液滴７３の成長の中期における試料５の表面を例示している。液滴７３の成長の中期段階においては、液滴７３の直径は、１０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。  
図３（ｃ）は、液滴７３の成長の後期における試料５の表面を例示している。液滴７３の成長の後期段階においては、液滴７３の直径は、１００ｎｍ以上である。
【００３１】
図３（ｄ）は、図３（ａ）のＡ１−Ａ２線断面を例示する模式的断面図である。  
図３（ｅ）は、図３（ｂ）のＢ１−Ｂ２線断面を例示する模式的断面図である。  
図３（ｆ）は、図３（ｃ）のＣ１−Ｃ２線断面を例示する模式的断面図である。
【００３２】
液滴７３の成長の初期段階においては、液滴７３は小さく、液滴７３の大きさを識別することが困難な場合がある。例えば、親水性領域Ｈ１においては、液滴７３同士が合体し、液滴７３の数が減る。例えば、親水性領域Ｈ１における液滴７３の密度は、その他の領域における液滴７３の密度よりも低い。
【００３３】
液滴成長の中期段階においては、例えば、液滴７３の大きさを計測することができる。例えば、親水性領域Ｈ１においては、その他の領域よりも、各液滴７３は、広がり易い。平面に広がった液滴７３は、隣接する液滴７３と合体し易い。親水性領域Ｈ１においては、その他の領域におけるよりも、液滴７３と試料５の表面との間の接触角は、小さい。親水性領域Ｈ１における液滴７３のサイズは、例えば、その他の領域における液滴７３のサイズよりも、大きい。
【００３４】
液滴成長の後期段階においては、親水性領域Ｈ１における液滴７３は、その他の領域における液滴７３よりも、さらに大きくなる。
【００３５】
第１の実施形態においては、例えば、液滴成長の初期段階〜中期段階において、画像が取得される。例えば、計測グリッドＧＲの各領域において、液滴７３の密度が計測される。この例では、複数の液滴７３のそれぞれ大きさは計測されず、液滴７３の密度が計測される。各領域における液滴７３の密度の差は、試料５の各領域における表面状態の差に対応する。各領域の液滴７３の密度を比較することで、試料５の表面の特異領域を検出することができる。
【００３６】
表面の状態を計測する別の方法のとして、例えば、液滴の試料表面に対する接触角を計測する参考例の方法がある。液滴が大きい場合には、接触角を計測することができる。液滴が大きい場合には、液滴のそれぞれを観察して、それぞれの接触角を測定する参考例の方法が採用される。すなわち、この参考例においては、接触角を測定できるほど、液体が大きい。このように、液体が大きい参考例においては、例えば、小さい特異領域を検出することは困難である。すなわち、大きな液滴を用いる場合には、その液滴は、異なる表面状態の微細な複数の領域を含む。このため、複数の領域の平均値が、計測される。この参考例においては、微細な領域の評価は困難である。さらに、液滴のそれぞれを観察する方法では、測定に時間がかかる。このような参考例においては、試料（例えばウェーハ）の広い領域において、表面状態を効率的に評価することが困難である。
【００３７】
本実施形態においては、液滴７３の設けられた試料５の表面の画像を比較することによって、例えば、１μｍ程度のサイズから、１μｍ未満のサイズの微細な領域の表面状態を、広い範囲を評価できる。本実施形態は、例えば、微細化の進む半導体プロセスに用いることができる。本実施形態は、フォトリソグラフィに代わるナノインプリント技術やＤＳＡ（Directed Self Assembly)を用いたパターニング技術における試料５の表面の評価に用いることができる。
【００３８】
本実施形態によれば、試料の微細領域の表面状態を広範囲で評価できる表面状態評価装置及び表面状態評価方法が提供される。
【００３９】
（第２の実施形態）  
図４（ａ）及び図４（ｂ）は、試料の表面状態を例示する模式図である。  
図４（ａ）は、試料５の表面の画像を例示している。撮像の視野は、例えば、５μｍ角である。試料５の表面には、液滴７３が設けられている。この例では、図２に例示した状態よりも、液滴７３を成長させて、画像が取得される。
【００４０】
図２においては、液滴７３の直径は、例えば約１００ｎｍである。液滴７３が約１００ｎｍに成長した後、さらに、水蒸気を含んだ気体流５５を試料５の表面に向けて供給する。これにより、液滴７３がさらに成長する。
【００４１】
一方、図４（ａ）においては、液滴７３の直径は、例えば１００ｎｍ〜１μｍ程度である。液滴７３の直径が１００ｎｍ〜１μｍの場合は、液滴７３のそれぞれの大きさを測ることができる。
【００４２】
図４（ａ）に例示した計測グリッドＧＲ内の、液滴７３の数、及び、液滴７３のそれぞれの大きさが計測される。処理部６０は、計測グリッドＧＲによって区切られた各領域を、順次、スキャンする。スキャンは例えば連続的に行われる。領域のそれぞれにおいて、液滴７３の数、及び、液滴７３のそれぞれの大きさが計測される。このように、各領域において、液滴７３の大きさのヒストグラム（液滴７３のサイズ分布）を得ることができる。
【００４３】
図４（ｂ）は、試料の表面状態を例示する模式図である。  
図４（ｂ）は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２における液滴のサイズ分布を例示している。図４（ｂ）の横軸は、液滴７３の大きさＲａである。図４（ｂ）の縦軸は、液滴７３の数Ｎａである。例えば、第１領域Ｒ１には、試料５の表面に特異領域がない。第２領域Ｒ２には、試料５の表面に特異領域がある。この場合、図４（ｂ）に表したように、第１領域Ｒ１における液滴７３のサイズ分布Ｄ１と、第２領域Ｒ２における液滴７３のサイズ分布Ｄ２とにおいて、差が生じる。
【００４４】
処理部６０は、第１領域Ｒ１の第１画像中の液滴７３の大きさ（液滴のサイズ分布）と、第２領域Ｒ２の第２画像中の液滴７３の大きさ（液滴のサイズ分布）との差に基づいて、試料の表面の状態を評価する。
【００４５】
例えば、第２領域Ｒ２の表面に親水性の高い領域が存在すると、試料の表面への水分子の吸着のスピードが速くなる。第２領域Ｒ２の表面に親水性の高い領域が存在すると、隣接する液滴７３が合体し易くなる。これにより、例えば、試料５の表面の液滴７３の数が少なくなり、各液滴７３が大きくなる。
【００４６】
各領域の液滴７３のサイズ分布を比較する。これにより、試料５の表面の特異領域を含む領域を検出することができる。
【００４７】
撮像部２０における視野の広さに応じて、ステージ１０を移動させる。ステージ１０の移動と連動して、撮像部２０によって画像を取得する。これにより、試料５の表面の広範囲な領域を評価することができる。例えば、試料５の表面の特異領域を表示するマップを作成することができる。これにより、試料の微細領域の表面状態を広範囲で評価できる表面状態評価装置及び表面状態評価方法が提供できる。
【００４８】
（第３の実施形態）  
図５は、試料の表面状態を例示する模式図である。  
図５は、試料５の表面の画像の明るさの分布（コントラスト分布）を例示している。例えば、画像に対して、平均化などのフィルター処理を行う。これにより、明るさの分布の表示が得られる。
【００４９】
例えば、第１領域Ｒ１の第１画像の明るさと、第２領域Ｒ２の第２画像の明るさと、の差を検出する。例えば、液滴７３の密度が周辺の領域と異なる場合、明るさに差が生じる。例えば、特異領域付近における画像の明るさは、周辺の領域における明るさよりも高くなる。
【００５０】
例えば、第１領域Ｒ１には特異領域が無く、第２領域Ｒ２には特異領域がある。この場合、第２領域Ｒ２の液滴７３の密度は、例えば、第１領域Ｒ１の液滴７３の密度よりも小さい。この場合、例えば、第２領域Ｒ２には、第１領域Ｒ１よりも、明るい部分が生じる。これにより、試料の表面状態を評価することができる。
【００５１】
処理部６０は、第１画像中の少なくとも一部の明るさと、第２画像中の少なくとも一部の明るさと、の差に基づいて、試料の表面の状態を評価する。
【００５２】
例えば、撮像部２０における視野の広さに応じて、ステージ１０を移動させる。ステージ１０の移動と連動して、撮像部２０によって画像を取得する。これにより、試料５表面の広範囲な領域を評価することができる。例えば、試料５の表面の特異領域を表示するマップを作成することができる。これにより、試料の良し悪しを判断し、選別することができる。
【００５３】
（第４の実施形態）  
図６（ａ）〜図６（ｆ）は、試料の表面状態を例示する模式図である。  
図６（ａ）、図６（ｃ）及び図６（ｅ）は、それぞれ、試料６、試料７及び試料８の表面画像を例示している。試料６、試料７及び試料８の表面には、液滴７３が設けられている。  
図６（ｂ）、図６（ｄ）及び図６（ｆ）は、それぞれ図６（ａ）、図６（ｃ）及び図６（ｅ）に表した画像の明るさの分布を例示している。  
図６（ｂ）、図６（ｄ）及び図６（ｆ）の縦軸は、画像の明るさＢＲである。図６（ｂ）、図６（ｄ）及び図６（ｆ）の横軸は、画像中の位置ＬＣである。
【００５４】
例えば、試料６の第３領域Ｒ３、試料７の第４領域Ｒ４及び試料８の第５領域Ｒ５に、それぞれ特異領域がある。この場合、例えば、図６（ｂ）、図６（ｄ）及び図６（ｆ）に表したように、第３領域Ｒ３の画像、第４領域Ｒ４の画像及び第５領域Ｒ５の画像は、明るい。
【００５５】
例えば、第４領域Ｒ４の特異領域における親水性は、第３領域Ｒ３の特異領域における親水性よりも高い。第５領域Ｒ５の特異領域における親水性は、第４領域Ｒ４の特異領域における親水性よりも高い。この場合、第４領域Ｒ４は、第３領域Ｒ３よりも明るい。第５領域Ｒ５は、第４領域Ｒ４よりも明るい。
【００５６】
このように、表面状態の差によって明るさに差が生じる。この明るさの差は、定量化することができる。明るさの差によって、表面状態を定量化することができる。例えば、定量化した値を、表面状態差ΔＮとする。
【００５７】
例えば、試料として、半導体プロセスにおける基板（ウェーハ）が用いられる。例えば、基板上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィによって、レジストをパターニングする。例えば、フォトリソグラフィ工程における欠陥発生確率Ｐは、基板の表面の状態に依存する。
【００５８】
例えば、基板の一部に親水性の高い特異領域がある。この場合、特異領域上に形成されたレジストの倒れ（欠陥）が発生する場合がある。レジストプロセスを用いて、欠陥発生確率Ｐを、表面状態差ΔＮとは別に、求めることができる。
【００５９】
図７は、試料の表面状態の特性を例示する模式図である。  
図７は、欠陥発生確率Ｐと表面状態差ΔＮとの関係を例示している。図７の横軸は、表面状態差ΔＮである。図７の縦軸は、欠陥発生確率Ｐである。例えば、表面状態差ΔＮが小さい場合、欠陥発生確率Ｐは低い。表面状態差ΔＮが大きくなると、欠陥発生確率Ｐは高くなる。図７に表した例では、表面状態差ΔＮがしきい値Ｎ１よりも大きくなると、欠陥発生確率Ｐが急に高くなる。このような関係を用いて、表面状態差ΔＮから欠陥発生確率Ｐを求めることができる。試料５の表面の複数の液滴７３を含む画像と、試料の欠陥発生確率Ｐと、の関係から、予めしきい値Ｎ１を設定する。予め定められたしきい値Ｎ１と撮像された画像との比較をする。これにより、局所的な特異領域を含む試料の表面を広範囲にわたって評価することができる。
【００６０】
例えば、画像中の明るさについて、しきい値Ｎ１が予め定められる。処理部６０は、予め定められたしきい値Ｎ１と、撮像された画像中の明るさと、を比較して、試料の表面状態を評価する。
【００６１】
表面状態差ΔＮとして、液滴７３の密度または液滴７３の大きさを用いても良い。また、表面状態差ΔＮとして、シミュレーションなどによって液滴７３の数や密度を、試料の濡れ性、自由エネルギー、試料５の表面の凹凸、試料５の表面のＯＨ基濃度、または、試料５の表面の電位などに換算したものを用いても良い。
【００６２】
本実施形態によれば、試料の微細領域の表面状態を広範囲で評価できる表面状態評価装置及び表面状態評価方法が提供される。
【００６３】
（第５の実施形態）  
図８は、第５の実施形態に係る別の表面状態評価装置を例示する模式図である。
【００６４】
表面状態評価装置１０２には、図１に例示した表面状態評価装置１０１よりも焦点距離の長い対物レンズ２０ｃが用いられる。これにより、表面状態評価装置１０２においては、対物レンズ２０ｃと試料５との距離を長くすることができる。
【００６５】
試料５を覆い、対物レンズ２０ｃに接しない高さを有するカバー１５が設けられる。カバー１５の少なくとも上面は、光の透過率が高い物質でできている。例えば、カバー１５には、石英板が用いられる。これにより、入射光や反射光の損失を抑制することができる。
【００６６】
カバー１５内には、例えば、温度センサ、湿度センサ及び小型ヒータなどが設けられる。これにより、カバー１５内で、雰囲気を細かく制御することができる。
【００６７】
表面状態評価装置１０２において、試料５の表面に液滴７３を形成する際、気体流供給部５０から気体流５５が供給される。気体流５５は、例えば、水蒸気を含む。この場合、例えば、エアフロー装置５２において、水が水蒸気にされ、気体の湿度が調整される。温度制御部４０を調整する。これにより、温度制御部４０は、撮像の際に、試料５の表面を気液平衡状態とすることができる。
【００６８】
カバー１５内にだけ、周囲と異なる雰囲気を作ることができる。これにより、例えば、光学系２０ｂなどのハードウェアにダメージを与えるような気体を用いることができる。
【００６９】
例えば、気体流５５は、複数の粒子（ナノ粒子）を含んでもよい。例えば、複数の粒子のそれぞれの径は、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００７０】
例えば、気体流５５は、多価アルコールを含んでもよい。この場合、エアフロー装置５２には、二価アルコールと水との混合物、または、三価アルコールと水との混合物が用いられる。二価アルコールは、例えば、エチレングリコールである。三価アルコールは、例えば、グリセリンである。アルコールを含んだ気体がエアフロー装置５２から、試料５の表面に流される。アルコールを含んだ液滴７３が試料５の表面に設けられる。このアルコールを含む水の液滴７３は、アルコールを含まない水の液滴７３よりも、蒸発しにくい。これにより、試料５の表面の画像を取得する際に、液滴７３が蒸発しにくくなる。アルコールを含む液滴７３を設ける際は、例えば図８に表したような、カバー１５が設けられた表面状態評価装置１０２が用いられる。
【００７１】
液滴７３が形成される初期においては、液滴７３の直径は、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。このような液滴７３は、熱力学的に安定していない場合がある。形成された液滴７３が蒸発する場合がある。形成された液滴７３の位置が安定しない場合がある。
【００７２】
試料５の表面に複数の粒子（ナノ粒子）を塗布しても良い。例えば、ＰＳＬ（ポリスチレンラテックス）粒子を試料の表面に塗布しても良い。これにより、例えば、小さい液滴７３が安定的に形成される。直径が２０ｎｍ程度の微小なＰＳＬ粒子を用いることができる。例えば、直径が２０ｎｍのＰＳＬ粒子を適当な密度で被測定表面に塗布する。その後、水、または、水と多価アルコールとの混合物を気体にして、試料５の表面付近へと流し液滴７３を形成する。
【００７３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、試料の表面状態を例示する模式的断面図である。  
図９（ａ）及び図９（ｂ）は、粒子７１（例えばＰＳＬ粒子など）を用いた場合の液滴７３の形成を例示している。  
図９（ａ）に表したように、ノズル５１から、例えば、水分子７２を含む気体流５５が供給される。試料５の表面に供給された水分子７２は、試料５の表面に吸着する。粒子７１を核として、図９（ｂ）のような液滴７３が形成され始める。その後、液滴７３の直径は１０ｎｍ程度にまで成長する。粒子７１を用いた場合の液滴７３は、粒子７１を用いない場合の液滴７３に比べて、安定している。直径１０ｎｍ程度の液滴７３は、表面状態評価装置によって観察することができる。
【００７４】
評価を終えた後は、例えば、試料表面から水分を蒸発させ、紫外光を照射させる。これにより、粒子７１を除去することができる。サンプルを汚染することなく検査することができる。本実施形態によると、試料表面に安定した液滴７３を形成することができる。
【００７５】
実施形態によれば、試料の微細領域の表面状態を広範囲で評価できる表面状態評価装置及び表面状態評価方法が提供される。
【００７６】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、撮像部、処理部、気体流供給部及び温度制御部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【００７７】
その他、本発明の実施の形態として上述した表面状態評価装置及び方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表面状態評価装置及び方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【００７８】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例、及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例、及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
５、６、７、８…試料、  １０…ステージ、  １５…カバー、  ２０…撮像部、  ２０ａ…カメラ、  ２０ｂ…光学系、  ２０ｃ…対物レンズ、  ２５…光源、  ２６…光、  ３０…チャンバ、  ４０…温度制御部、  ５０…気体流供給部、  ５１…ノズル、  ５２…エアフロー装置、  ５５…気体流、  ６０…処理部、  ７１…粒子、  ７２…水分子、  ７３…液滴、  ＢＲ…明るさ、  ＬＣ…位置、  Ｎａ…液滴の数  ΔＮ…表面状態差、  １０１、１０２…表面状態評価装置、  Ｒ１〜Ｒ５…第１〜第５領域、  Ｄ１、Ｄ２…サイズ分布  ＧＲ…計測グリッド、  Ｈ１…親水性領域  Ｎ１…しきい値、  Ｐ…欠陥発生確率、  Ｒａ…液滴の大きさ
【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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