(57)【要約】【課題】露光時のフォーカス状態を短時間で精度よく計測可能な装置を提供する。【解決手段】所定のパターンを有するウェハ１０の表面を照明系２０により照明し、ウェハ１０からの光による画像を撮像する撮像装置３５と、画像の信号強度とフォーカスオフセット量との関係を示すフォーカスカーブに関する情報（基準データ）を記憶する記憶部４５と、記憶部４５に記憶された基準データを利用して、撮像装置３５により撮像された画像の信号強度から、ウェハ１０上のパターンに対する露光時のフォーカス状態を判定する画像処理部４０とを有して表面検査装置１が構成される。【選択図】図１
2012081623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明する照明部と、
前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出する検出部と、
複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記検出部により検出される第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記検出部により検出される第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備する準備部と、
加工条件を求めるべき基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定する判定部とを有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定部で求められる前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、
前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記判定部で判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記準備部は、前記第１基準データと前記第２基準データを記憶する記憶部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表面検査装置。
【請求項５】
前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づく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表面検査装置。
【請求項６】
前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることを特徴とする請求項５に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づく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表面検査装置。
【請求項８】
前記検出部は前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、
前記準備部には、前記複数のパターンを有する基板に対して、前記検出部により検出される第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データがさらに記憶されており、
前記判定部は、前記被検基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記被検基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記被検基板に対して前記検出部によって検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記被検基板上のパターンの加工条件を判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記基板を支持するステージをさらに有し、該ステージが前記基板の前記支持された面と略平行で前記照明光の進む方向に略直交する軸を中心に回動可能であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項１０】
前記検出部は、前記基板を照明する照明光の光路に挿抜自在に設けられ、前記照明光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された照明側偏光フィルタ、又は、第１又は第２の光路に挿抜自在に設けられ、前記第１、第２の光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された受光側偏光フィルタを備える請求項１から８のいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項１１】
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設けられた基板の表面検査を行う表面検査装置とを備え、
前記表面検査装置は、請求項１から１０のいずれか一項に記載の表面検査装置であって、前記判定部で求められた前記加工条件として前記露光時のフォーカス状態を前記露光装置へ出力し、
前記露光装置は、前記表面検査装置から入力された前記露光時のフォーカス状態に応じて、前記露光装置のフォーカス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１２】
前記露光装置は、前記基板に対して液体を介して前記所定のパターンを露光する液浸型の露光装置である請求項１１に記載の露光システム。
【請求項１３】
所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明し、前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、
複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備し、
加工条件を求めるべき基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定することを特徴とする表面検査方法。
【請求項１４】
前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定される前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、
前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反することを特徴とする請求項１３に記載の表面検査方法。
【請求項１５】
前記判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載の表面検査方法。
【請求項１６】
前記第１基準データと前記第２基準データとを記憶し、該記憶された前記第１基準データと前記第２基準データとを呼び出すことにより前記準備を行うことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載の表面検査方法。
【請求項１７】
前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づくことを特徴とする請求項１３から１６の何れか一項に記載の表面検査方法。
【請求項１８】
前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることを特徴とする請求項１７に記載の表面方法。
【請求項１９】
前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づくことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の表面検査方法。
【請求項２０】
前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、
前記複数のパターンを有する基板に対して、前記第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データをさらに記憶し、
前記被検基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記被検基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記被検基板から検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記被検基板上のパターンの加工条件を判定することを特徴とする請求項１３から１９のいずれか一項に記載の表面検査方法。
【請求項２１】
基板の表面に所定のパターンを露光するリソグラフィー工程を有した半導体デバイス製造方法であって、
前記露光の後に請求項１３から２０のいずれか一項に記載の表面検査方法を用いて前記基板の検査を行うことを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定のパターンを有した基板の表面を検査する表面検査装置および表面検査方法に関する。また、このような表面検査装置および露光装置を備えた露光システム、並びにこのような表面検査方法を用いた半導体デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、マスクパターンおよび投影レンズを介してスリット状の光を照射しながら、レチクルステージ（すなわち、マスクパターンが形成されたマスク基板）とウェハステージ（すなわち、半導体パターンを形成するウェハ）とを相対移動させて１ショット分だけ走査（＝スキャン）することにより、半導体ウェハに対して１ショット分の露光を行うようになっている。このようにすれば、スリット（光）の長辺とレチクルステージの相対スキャン距離で露光ショットの大きさが決まるため、露光ショットを大きくすることができる。【０００３】
このような露光装置においては、フォーカス（ウェハ面上でのパターンの合焦状態）の管理が非常に重要である。そこで、露光装置のウェハ面上でのフォーカスの状態をモニター（監視）している（ここでフォーカス管理とは、デフォーカス（非合焦）による不具合に限らず、ショット内若しくはウェハ全面においてフォーカス状態の変動を管理することをいう）。露光装置のフォーカスの状態を計測するには、例えば、専用のマスク基板を用いてテストパターンを露光・現像し、得られたテストパターンの位置ずれからフォーカスオフセット量を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８９５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような方法で露光装置のフォーカスの状態を計測する場合、マスクパターンの種類や露光装置の照明条件に制約があり、実際のデバイスとは異なるパターンでフォーカスの状態を計測することしかできない。【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板に対して行われた加工の条件（例えば、露光時のフォーカス状態）を実際のデバイスのパターンで計測可能な装置および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】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る表面検査装置は、所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明する照明部と、前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出する検出部と、複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記検出部により検出される第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記検出部により検出される第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備する準備部と、加工条件を求めるべき基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定する判定部とを有している。【０００８】
なお、上述の表面検査装置において、前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定部で求められる前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反することができる。【０００９】
また、上述の表面検査装置において、前記判定部で判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいことができる。また、前記準備部は、前記第1基準データと前記第２基準データを記憶する記憶部であることができる。【００１０】
また、上述の表面検査装置において、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づくことができる。そして、前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることができる。また、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づくことができる。【００１１】
また、上述の表面検査装置において、前記検出部は前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、前記準備部には、前記複数のパターンを有する基板に対して、前記検出部により検出される第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データがさらに記憶されており、前記判定部は、前記基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記被検基板上のパターンの加工条件を判定することができる。【００１２】
また、上述の表面検査装置において、前記基板を支持するステージをさらに有し、該ステージが前記基板の前記支持された面と略平行で前記照明光の進む方向に略直交する軸を中心に回動可能であることができる。また、前記検出部は、前記基板を照明する照明光の光路に挿抜自在に設けられ、前記照明光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された照明側偏光フィルタ、又は、第１又は第２の光路に挿抜自在に設けられ、前記第１、第２の光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された受光側偏光フィルタを備えることができる。【００１３】
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設けられた基板の表面検査を行う表面検査装置とを備え、前記表面検査装置は、本発明に係る表面検査装置であって、前記判定部で求められた前記加工条件として前記露光時のフォーカス状態を前記露光装置へ出力し、前記露光装置は、前記表面検査装置から入力された前記露光時のフォーカス状態に応じて、前記露光装置のフォーカスの設定を補正するようになっている。上述の露光システムは、前記基板に対して液体を介して前記所定のパターンを露光する液浸型の露光装置であることができる。【００１４】
また、本発明に係る表面検査方法は、所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明し、前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備し、加工条件を求めるべき基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記被検基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定するようになっている。【００１５】
なお、上述の表面検査方法において、前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定される前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反することができる。【００１６】
また、上述の表面検査方法において、前記判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいとすることができる。また、前記第１基準データと前記第２基準データとを記憶し、該記憶された前記第１基準データと前記第２基準データとを呼び出すことにより前記準備を行うことができる。また、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づくことができる。さらに、前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることができる。【００１７】
また、上述の表面検査方法において、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づくことができる。【００１８】
また、上述の表面検査方法において、前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、前記複数のパターンを有する基板に対して、前記第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データをさらに記憶し、前記基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記基板から検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定することができる。【００１９】
また、本発明に係る半導体デバイス製造方法は、基板の表面に所定のパターンを露光するリソグラフィー工程を有した半導体デバイス製造方法であって、前記露光の後に本発明に係る表面検査方法を用いて前記基板の検査を行うようになっている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、基板に対して行われた加工の条件（例えば、露光時のフォーカス状態）を実際のデバイスのパターンで計測可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】表面検査装置の概要構成図である。
【図２】表面検査装置の光路上に偏光フィルタが挿入された状態を示す図である。
【図３】半導体ウェハの表面の外観図である。
【図４】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５】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６】露光装置の像面の傾きを求める方法を示すフローチャートである。
【図７】条件振りウェハで設定したフォーカスオフセット量を示す表である。
【図８】条件振りウェハの一例を示す図である。
【図９】フォーカスカーブの一例を示す図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）はフォーカスカーブとベストフォーカスとの関係を示すグラフである。
【図１１】ショット内におけるフォーカスオフセット量の分布を示す図である。
【図１２】露光装置による露光時のフォーカス状態を求める方法を示すフローチャートである。
【図１３】異なる条件で撮像取得した条件振りウェハの回折画像およびフォーカスカーブを示す図である。
【図１４】異なる条件で撮像取得したウェハの回折画像からフォーカスオフセット量を求める様子を示す図である。
【図１５】フォーカスカーブと信号強度測定値との関係を示すグラフである。
【図１６】ウェハの表面に対するフォーカスの変動状態を示す図である。
【図１７】露光システムの概要構成図である。
【図１８】露光装置の制御ブロック図である。
【図１９】半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。
【図２０】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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１に示しており、この装置により基板である半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）の表面を検査する。本実施形態の表面検査装置１は、図１に示すように、略円盤形のウェハ１０を支持するステージ５を備え、不図示の搬送装置によって搬送されてくるウェハ１０は、ステージ５の上に載置されるとともに真空吸着によって固定保持される。ステージ５は、ウェハ１０の回転対称軸（ステージ５の中心軸）を回転軸として、ウェハ１０を回転（ウェハ１０の表面内での回転）可能に支持する。この回転によるウェハの向きを、便宜的にウェハ方位角度と称することにする。また、ステージ５は、ウェハ１０を支持する支持面を通る軸（チルト軸）を中心に、ウェハ１０をチルト（傾動）させることが可能であり、照明光の入射角を調整できるようになっている。
【００２３】
表面検査装置１はさらに、ステージ５に支持されたウェハ１０の表面全面に照明光を平行光として照射する照明系２０と、照明光の照射を受けたときのウェハ１０の全面からの反射光や回折光等を集光する受光系３０と、受光系３０により集光された光を受けてウェハ１０の表面の像を検出し撮像する撮像装置３５と、画像処理部４０と、検査部４２と、記憶部４５とを備えて構成される。照明系２０は、照明光を射出する照明ユニット２１と、照明ユニット２１から射出された照明光をウェハ１０の表面に向けて反射させる照明側凹面鏡２５とを有して構成される。照明ユニット２１は、メタルハライドランプや水銀ランプ等の光源部２２と、光源部２２からの光のうち所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する調光部２３と、調光部２３からの光を照明光として照明側凹面鏡２５へ導く導光ファイバ２４とを有して構成される。なお、表面検査装置１は主制御部５０と主制御部５０に接続されたハードウェア制御部５５とを備えており、主制御部５０はハードウェア制御部５５を介して光源部２２と調光部２３を制御し、また、主制御部５０は撮像装置３５からデジタル画像データを受け、画像処理部４０に送る。画像処理部４０で処理されたデータは主制御部５０により検査部４２に送られ検査を行う。検査結果及びデジタル画像データは主制御部５０により記憶部４５に送られ記憶される。
【００２４】
そして、光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する所定の強度の照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出された照明光は、導光ファイバ２４の射出部が照明側凹面鏡２５の焦点面に配置されているため、照明側凹面鏡２５により平行光束となってステージ５に保持されたウェハ１０の表面に照射される。なお、ウェハ１０に対する照明光の入射角と出射角との関係は、ステージ５を前述のチルト軸の周りにチルト（傾動）させてウェハ１０の載置角度を変化させることにより調整可能である。
【００２５】
また、導光ファイバ２４と照明側凹面鏡２５との間には、照明側偏光フィルタ２６が光路上へ挿抜可能に設けられており、図１に示すように、照明側偏光フィルタ２６を光路上から抜去した状態で回折光を利用した検査（以下、便宜的に回折検査と称する）が行われ、図２に示すように、照明側偏光フィルタ２６を光路上に挿入した状態で偏光（構造性複屈折による偏光状態の変化）を利用した検査（以下、便宜的にＰＥＲ検査と称する）が行われるようになっている（照明側偏光フィルタ２６の詳細については後述する）。
【００２６】
ウェハ１０の表面からの出射光（回折光もしくは反射光）は受光系３０により集光される。受光系３０は、ステージ５に対向して配設された受光側凹面鏡３１を主体に構成され、受光側凹面鏡３１により集光された出射光（回折光もしくは反射光）は、撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハ１０の像が結像される。
【００２７】
また、受光側凹面鏡３１と撮像装置３５との間には、受光側偏光フィルタ３２が光路上へ挿抜可能に設けられており、図１に示すように、受光側偏光フィルタ３２を光路上から抜去した状態で回折検査が行われ、図２に示すように、受光側偏光フィルタ３２を光路上に挿入した状態でＰＥＲ検査が行われるようになっている（受光側偏光フィルタ３２の詳細については後述する）。
【００２８】
撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の像を光電変換して画像信号（デジタル画像データ）を生成し、主制御部５０に送る。主制御部５０は、画像信号を画像処理部４０に出力する。画像処理部４０は、撮像装置３５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のデジタル画像を生成する。記憶部４５には、良品ウェハの画像データが予め記憶されており、検査部４２は、主制御部５０からウェハ１０の画像データと良品ウェハの画像データとを受け取り比較して、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。そして、検査部４２による検査結果およびそのときのウェハ１０の画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。また、検査部４２は、ウェハの画像を利用して露光装置１０１による露光時のフォーカス状態を求めることができるようになっている（詳細は後述する）。なお、下地層の影響を受けやすい場合は、照明系２０に照明側偏光フィルタ２６を照明光がｓ偏光となるように配置し、ｓ偏光で照明することにより、下地層の影響を低減することができる。なお、この場合も受光側偏光フィルタ３２は光路から抜去しておく。
【００２９】
ところで、ウェハ１０は、露光装置１０１により最上層のレジスト膜に対して所定のマスクパターンが投影露光され、現像装置（図示せず）による現像後、不図示の搬送装置により、不図示のウェハカセットまたは現像装置からステージ５上に搬送される。なおこのとき、ウェハ１０は、ウェハ１０のパターンもしくは外縁部（ノッチやオリエンテーションフラット等）を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ５上に搬送される。なお、ウェハ１０の表面には、図３に示すように、複数のチップ領域１１が縦横に（図３におけるＸＹ方向に）配列され、各チップ領域１１の中には、半導体パターンとしてラインパターンまたはホールパターン等の繰り返しパターン１２が形成されている。露光の１ショットには、複数のチップ領域が含まれることが多いが、図３では分かりやすさのために１チップが１ショットとしている。なお、照明及び受光は全面一括で行われることにより処理速度が向上するが、１ショット若しくはそれよりも小さい範囲対象として照明及び受光を行うこともできる。また、露光装置１０１は、前述のステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であり、ケーブル等を介して本実施形態の表面検査装置１の信号出力部６０と電気的に接続され、表面検査装置１からのデータ（信号）に基づいて露光制御の調整を可能に構成されている。
【００３０】
以上のように構成される表面検査装置１を用いて、ウェハ１０表面の回折検査を行うには、まず、図１に示すように照明側偏光フィルタ２６および受光側偏光フィルタ３２を光路上から抜去し、不図示の搬送装置により、ウェハ１０をステージ５上に搬送する。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハ１０の表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハ１０をステージ５上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。
【００３１】
次に、ウェハ１０の表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するように（ラインパターンの場合、照明方向がラインに対して直交するように）ステージ５を回転させるとともに、パターンのピッチをＰとし、ウェハ１０の表面に照射する照明光の波長をλとし、照明光の入射角をθ１とし、ｎ次回折光の出射角をθ２としたとき、ホイヘンスの原理より、次の数式１を満足するように設定を行う（ステージ５をチルトさせる）。
【００３２】
【数１】
2012081623.tif 000003
【００３３】
次に、照明系２０により照明光をウェハ１０の表面に照射する。このような条件で照明光をウェハ１０の表面に照射する際、照明ユニット２１における光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する所定の強度の照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、照明側凹面鏡２５で反射した照明光が平行光束となってウェハ１０の表面に照射される。ウェハ１０の表面で回折した回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハ１０の像（回折像）が結像される。ウェハ方位角度、照明波長、照明角度、射出角度、回折次数などの組み合わせで決まる回折光の条件を回折条件と称する。
【００３４】
そこで、撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の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４０に出力する。画像処理部４０は、撮像装置３５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のデジタル画像（以下、回折光に基づくウェハ１０のデジタル画像を便宜的に回折画像と称する）を生成する。また、画像処理部４０は、ウェハ１０の回折画像を生成すると主制御部５０を介して回折画像を検査部４２へ送り、検査部４２は、ウェハ１０の画像データと良品ウェハの画像データとを比較して、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。そして、画像処理部４０及び検査部４２による検査結果およびそのときのウェハ１０の回折画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００３５】
次に、表面検査装置１によりウェハ１０表面のＰＥＲ検査を行う場合について説明する。なお、繰り返しパターン１２は、図４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（ラインパターン）であるものとする。また、隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。また、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」と称することにする。
【００３６】
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フォーカス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から外れる。
【００３７】
ＰＥＲ検査は、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の異常検査を行うものである。なお、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、露光フォーカスの適正値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。
【００３８】
ＰＥＲ検査では、図２に示すように、照明側偏光フィルタ２６および受光側偏光フィルタ３２が光路上に挿入される。また、ＰＥＲ検査を行うとき、ステージ５は、照明光が照射されたウェハ１０からの正反射光を受光系３０で受光できる傾斜角度にウェハ１０をチルトさせるとともに、所定の回転位置で停止し、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、図５に示すように、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して、約４５度だけ斜めになるように保持する。発明者らの知見によれば、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して、約４５度だけ斜めになるようにした場合、繰り返しパターン１２の検査の光量を最も高くすることができる。また、発明者らの知見によれば、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して約２２．５度又は約６７．５度に設定すれば検査の感度を高くすることができる。なお、角度はこれらに限らず、任意角度方向に設定可能である。
【００３９】
照明側偏光フィルタ２６は、導光ファイバ２４と照明側凹面鏡２５との間に配設されるとともに、その透過軸が所定の方位に設定され、透過軸に応じて照明ユニット２１からの光から直線偏光を抽出する。このとき、導光ファイバ２４の射出部が照明側凹面鏡２５の焦点位置に配置されているため、照明側凹面鏡２５は、照明側偏光フィルタ２６を透過した光を平行光束にして、基板であるウェハ１０を照明する。このように、導光ファイバ２４から射出された光は、照明側偏光フィルタ２６および照明側凹面鏡２５を介しｐ偏光の直線偏光Ｌ（図５を参照）となり、照明光としてウェハ１０の表面全体に照射される。
【００４０】
このとき、直線偏光Ｌ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Ｌの主光線の方向）は光軸に略平行であることから、ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌの入射角度は、平行光束のため互いに同じとなる。また、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌがｐ偏光であるため、図５に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向が直線偏光Ｌの入射面（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ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Ｌの振動方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向とのなす角度も、４５度に設定される。言い換えると、直線偏光Ｌは、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌの振動方向が繰り返しパターン１２の繰り返し方向に対して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に入射することになる。
【００４１】
ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、受光系３０の受光側凹面鏡３１により集光されて撮像装置３５の撮像面上に達するが、このとき、繰り返しパターン１２での構造性複屈折により直線偏光Ｌの偏光状態が変化する。受光側偏光フィルタ３２は、受光側凹面鏡３１と撮像装置３５との間に配設され、受光側偏光フィルタ３２の透過軸の方位は、上述した照明側偏光フィルタ２６の透過軸に対して直交するように設定されている（クロスニコルの状態）。したがって、受光側偏光フィルタ３２により、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの正反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）を通過させて、撮像装置３５に導くことができる。その結果、撮像装置３５の撮像面には、ウェハ１０からの正反射光のうち直線偏光Ｌに対して振動方向が略直角な偏光成分によるウェハ１０の反射像が形成される。なお、受光側偏光フィルタ３２を光軸を中心に回動可能とし、楕円偏光化した正反射光の短軸方向と受光側偏光フィルタ３２の透過軸を合わせるように調整することで、感度を向上させることができる。この場合も調整角度は数度であり、直交の範疇である。
【００４２】
表面検査装置１によりウェハ１０表面のＰＥＲ検査を行うには、まず、図２に示すように照明側偏光フィルタ２６および受光側偏光フィルタ３２を光路上に挿入し、不図示の搬送装置により、ウェハ１０をステージ５上に搬送する。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハ１０の表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハ１０をステージ５上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。またこのとき、ステージ５は、照明光が照射されたウェハ１０からの正反射光を受光系３０で受光できる傾斜角度にウェハ１０をチルトさせるとともに、所定の回転位置で停止し、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して、４５度だけ斜めになるように保持する。
【００４３】
次に、照明系２０により照明光をウェハ１０の表面に照射する。このような条件で照明光をウェハ１０の表面に照射する際、照明ユニット２１の導光ファイバ２４から射出された光は、照明側偏光フィルタ２６および照明側凹面鏡２５を介しｐ偏光の直線偏光Ｌとなり、照明光としてウェハ１０の表面全体に照射される。ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、受光側凹面鏡３１により集光されて撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハ１０の像（反射像）が結像される。
【００４４】
このとき、繰り返しパターン１２での構造性複屈折により直線偏光Ｌの偏光状態が変化し、受光側偏光フィルタ３２は、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの正反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分を通過させて（すなわち、直線偏光Ｌの偏光状態の変化を抽出して）、撮像装置３５に導くことができる。その結果、撮像装置３５の撮像面には、ウェハ１０からの正反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分によるウェハ１０の反射像が形成される。
【００４５】
そこで、撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の像（反射像）を光電変換して画像信号（デジタル画像データ）を生成し、画像信号を主制御部５０を介して画像処理部４０に出力する。画像処理部４０は、撮像装置３５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のデジタル画像（以下、偏光に基づくウェハ１０のデジタル画像を便宜的に偏光画像と称する）を生成する。また、画像処理部４０は、ウェハ１０の偏光画像を生成すると主制御部５０を介して偏光画像を検査部４２に送り、検査部４２は、ウェハ１０の画像データと良品ウェハの画像データとを比較して、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。なお、良品ウェハの反射画像の信号強度（輝度値）は、最も高い信号強度（輝度値）を示すものと考えられるため、例えば、良品ウェハと比較した信号強度変化（輝度変化）が予め定められた閾値（許容値）より大きければ「異常」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判断する。そして、画像処理部４０及び検査部４２による検査結果およびそのときのウェハ１０の偏光画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００４６】
なお、信号強度とは、回折効率、強度比、エネルギー比等、撮像装置３５の撮像素子で検出される光に応じた信号強度である。また、上述した回折検査およびＰＥＲ検査に限らず、ウェハ１０表面からの正反射光に基づく検査（以下、便宜的に正反射検査と称する）を行うことも可能である。正反射検査を行う場合、画像処理部４０は、ウェハ１０表面からの正反射光に基づくデジタル画像（以下、便宜的に正反射画像と称する）を生成し、生成したウェハ１０の正反射画像に基づいて、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。
【００４７】
また、検査部４２は、露光装置１０１のフォーカスオフセット量をショット毎に変化させた条件で露光して現像したウェハの画像を利用して、露光装置１０１の回折光によるフォーカスカーブ（フォーカスオフセット量と信号強度の関係を示すカーブ）を求めることができる。このフォーカスカーブを利用して、１つのショット内の微小領域毎に回折光の信号強度が極大となるフォーカスオフセット量を求めるようにすれば、露光装置１０１により投影露光されるマスクパターンの像面の傾きを求めることができる。なお、発明者らの知見によれば、回折光の場合、ラインアンドスペースのデューティー比をラインが１に対してスペースが１０以上とすれば、信号強度が極大となるフォーカスオフセット量がベストフォーカスとなる。
【００４８】
そこで、露光装置１０１により投影露光されるマスクパターンの像面の傾きを求める方法について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、露光装置１０１のフォーカスオフセット量（既知）を変化させて繰り返しパターンを形成したウェハを作成する（ステップＳ１０１）。このとき、露光ショット毎にフォーカスオフセット量を変化させて、同じフォーカスオフセット量のショットを複数設定してそれらをばらばらに配置して、露光し現像する。以下、このようなウェハを条件振りウェハ１０ａ（図７および図８を参照）と称することにする。
【００４９】
ここで、同じフォーカスオフセット量のショットをばらばらに配置するのは、例えば、ウェハの中央側と外周側の間に発生するレジスト条件の相違や、スキャン露光時のいわゆる左右差などの影響を相殺する目的で行う。なお、ウェハ上に形成されるレジスト膜（フォトレジスト）はスピンコートで塗布形成される場合が多く、レジスト原液がスピンにより広がるに連れ溶剤成分が揮発し粘度が上がり膜が厚くなる傾向があり、ウェハの中央側と外周側の間にレジスト条件の相違が発生する。また、いわゆる左右差とは、例えば、スキャン方向をＸ方向とした場合に、レチクルがＸ＋方向に移動（ウェハはＸ−方向に移動）しながら露光するときと、レチクルがＸ−方向に移動（ウェハはＸ＋方向に移動）しながら露光するときの差である。
【００５０】
条件振りウェハ１０ａは、例えば図７に示すように、フォーカスオフセット量を２５ｎｍ刻みで−１７５ｎｍ〜＋２００ｎｍの１６段階に振っている。なお、図７の各ショットには、２５ｎｍ刻みで振ったフォーカスオフセット量の段階を番号（１〜１６）で示しており、段階が同じでスキャン方向が逆方向の場合には「´」を付している。例えば、番号１２で表したフォーカスオフセット量のショットのように、同じフォーカスオフセット量で行う露光を、レチクル移動Ｘ＋方向／中央側で１ショット・レチクル移動Ｘ＋方向／外周側で１ショット・レチクル移動Ｘ−方向／中央側で１ショット・レチクル移動Ｘ−方向／外周側で１ショットのように４箇所設定することができる。また例えば、番号１５で表したフォーカスオフセット量のショットのように、同じフォーカスオフセット量で行う露光を、条件振りウェハ１０ａの中心を対称軸として、レチクル移動Ｘ＋方向／外周側で２ショット・レチクル移動Ｘ−方向／外周側で２ショットのように４箇所設定することができる。図７の例では、このようにフォーカスオフセット量を１６段階、各フォーカスオフセット量で４ショットの合計６４ショットで、それらをばらばらに配置して条件振りウェハ１０ａを作っている。
【００５１】
なお、条件振りウェハを複数枚作り、フォーカスカーブを求めてもよい。その場合、各条件振りウェハのフォーカスオフセット量毎のショット配置は、フォーカスオフセット以外の条件による影響を相殺するように設定することが好ましい。
【００５２】
条件振りウェハ１０ａを作成すると、回折検査の場合と同様にして、条件振りウェハ１０ａをステージ５上に搬送する（ステップＳ１０２）。次に、回折検査の場合と同様に、照明系２０により照明光を条件振りウェハ１０ａの表面に照射し、撮像装置３５が条件振りウェハ１０ａの回折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４０に出力する（ステップＳ１０３）。このとき、条件振りウェハ１０ａについて、露光したマスクパターンの情報または回折条件サーチを利用して回折条件を求め、回折光が得られるように回折検査の場合と同様の設定を行う。回折条件サーチとは、正反射以外の角度範囲でステージ５のチルト角度を段階的に変化させてそれぞれのチルト角度で画像を取得し、画像が明るくなる、すなわち回折光が得られるチルト角度を求める機能のことを指す。
【００５３】
次に、画像処理部４０は、撮像装置３５から入力された条件振りウェハ１０ａの画像信号に基づいて、条件振りウェハ１０ａの回折画像を生成し、フォーカスオフセット量が同じショット毎に画素単位（それぞれのショットの対応する部分の画素同士）で信号強度の平均化を行う（ステップＳ１０４）。なお、回折検査で欠陥と判断された部分については、前述の平均化の対象から除外する。次に、画像処理部４０は、平均化によって得られた（すなわち、互いにフォーカスオフセット量の異なる）全てのショットについて、図８に示すようにショット内に設定した複数の設定領域（小さな長方形で囲んだ領域）Ａでの信号強度の平均値（以下、便宜的に平均輝度と称する）をそれぞれ求める（ステップＳ１０５）。ここまでの処理で、露光ショット内に複数設けられた設定領域Ａ毎に、フォーカスオフセットを２５ｎｍ刻みで−１７５ｎｍ〜＋２００ｎｍの１６段階に振った時のそれぞれに対して平均輝度が得られる。
【００５４】
次に、画像処理部４０は平均化されたデータを主制御部５０を介して検査部４２に送り、検査部４２は、図９に示すように、平均輝度を求めた各設定領域Ａごとに、（互いにフォーカスオフセット量の異なる）各ショットにおける同位置の設定領域Ａでの平均輝度と、これに対応するフォーカスオフセット量との関係を示すグラフ、すなわちフォーカスカーブを求める（ステップＳ１０６）。フォーカスカーブを求めると、検査部４２は、フォーカスカーブの近似曲線をそれぞれ求める（ステップＳ１０７）。なお、発明者の知見によれば、近似曲線の式には、４次式を用いるのが好ましい。また、ここで求めたフォーカスカーブを適宜基準フォーカスカーブと称する。但し、近似曲線の式として、必要に応じて他の任意の関数形（例えば３次式など）を採用してもよい。
【００５５】
次に、検査部４２は、フォーカスカーブの近似曲線において平均輝度が極大（すなわち、フォーカスオフセット量が−１７５ｎｍ〜＋２００ｎｍの範囲で最大）となるフォーカスオフセット量を求める（ステップＳ１０８）。例えば、図１０（ａ）に示すフォーカスカーブの場合、平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量は２．５ｎｍとなる。また例えば、図１０（ｂ）に示すフォーカスカーブの場合、平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量は−１４．５ｎｍとなる。このとき、平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量を各設定領域Ａごとに求める（ステップＳ１０９）。このようにすれば、図１１に示すように、ショット内における、回折光の平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量の分布を求めることができる。
【００５６】
これにより、ショット内における、回折光の平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量の分布に基づいて、露光装置１０１により露光されるスリット（光）の長辺方向におけるフォーカスオフセット量の傾き（すなわち、像面の傾斜量）および、露光装置１０１のレチクルステージとウェハステージとのスキャン方向におけるフォーカスオフセット量の傾きがそれぞれ（近似的に）求まる。なお、回折光の平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量がベストフォーカスでなくても、ショット内のパターンはそれぞれ近似しているためフォーカスオフセット量と回折光の平均輝度との関係は同様であり、像面の傾きは各結像点の相対位置関係であるので、平均輝度の極大値を求めることで像面の傾きが求まる。このようにして求めた像面の傾きは、例えば、像面湾曲率や最大最小値・対角方向の傾斜など露光装置１０１が受け入れ可能なパラメータに変換された後に、主制御部５０から信号出力部６０を介して露光装置１０１に出力されて、露光装置１０１による露光に反映される。なお、本実施形態における像面の傾きとは、露光装置１０１における投影レンズによる投影像の像面傾斜とレチクルステージおよびウェハステージの走り誤差とによるウェハ上のフォトレジスト層に対する総合的な像面の傾きである。このように、検査部４２は判定機能も有している。
【００５７】
さらに、検査部４２は、検査対象となるウェハ１０の回折画像から、露光装置１０１による露光時のフォーカス状態、より具体的には、ウェハ１０の表面全体に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求めることができるようになっている。そこで、露光装置１０１による露光時のフォーカス状態を求める方法について、図１２に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、露光装置１０１のフォーカスオフセット量およびドーズ量（露光量）をマトリックス状に変化させて繰り返しパターンを形成した条件振りウェハ１０ｂ（図１３を参照）を作成する（ステップＳ２０１）。このとき例えば、条件振りウェハ１０ｂの中心の露光ショットをベストフォーカスおよびベストドーズとし、横方向に並ぶ露光ショットごとにフォーカスオフセット量を変化させるとともに、縦方向に並ぶ露光ショットごとにドーズ量を変化させて露光し現像する。
【００５８】
条件振りウェハ１０ｂを作成すると、条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得する（ステップＳ２０２）。条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得するには、回折検査の場合と同様に、まず、条件振りウェハ１０ｂをステージ５上に搬送する。次に、照明系２０により照明光を条件振りウェハ１０ｂの表面に照射し、撮像装置３５が条件振りウェハ１０ｂの回折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４０に出力する。そして、画像処理部４０は、撮像装置３５から入力された条件振りウェハ１０ｂの画像信号に基づいて、条件振りウェハ１０ｂの回折画像を生成する。このとき、ウェハの方位角度、照明波長、入射角および出射角などの組み合わせで決まる複数の条件について、すなわち、複数の回折条件についてそれぞれ、条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得する。
【００５９】
なお、条件振りウェハ１０ｂの繰り返しパターンに、下地層がある場合や下地ムラがある場合、短波長（例えば、２４８ｎｍや３１３ｎｍ等）の照明光を使用すると、下地の影響を受け難くすることができる。また、照明光としてｓ偏光が得られるように、透過軸を所定の方位に設定した照明側偏光フィルタ２６を光路上に挿入しても、下地の影響を受け難くすることができる。また、ｓ偏光による回折光のみを受光できるように、透過軸を所定の方位に設定した受光側偏光フィルタ３２を光路上に挿入しても、下地の影響を受け難くすることができる。
【００６０】
条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得すると、画像処理部４０は、複数の回折条件でそれぞれ撮像取得した回折画像ごとに、各ショットの信号強度をそれぞれ求める（ステップＳ２０３）。なおこのとき、同一ショット内での信号強度の平均を各ショットの信号強度とする。これにより、像面の傾きの影響を除去することができる。
【００６１】
次に、画像処理部４０は平均化された回折画像を主制御部５０を介して検査部４２へ送り、検査部４２は、複数の回折条件でそれぞれ撮像取得した回折画像について、異なるドーズ量ごとに、（互いにドーズ量が同じでフォーカスオフセット量の異なる）各ショットの信号強度と、これに対応するフォーカスオフセット量との関係を示すグラフ、すなわちフォーカスカーブ（像面の傾きを計測する際に求めた基準フォーカスカーブと区別するため、以降適宜サンプルフォーカスカーブと称する）を求める（ステップＳ２０４）。これにより、異なるドーズ量ごとに、複数の回折条件にそれぞれ対応した複数のサンプルフォーカスカーブを求めることができる。またこのとき、基準フォーカスカーブの場合と同様に、サンプルフォーカスカーブの近似曲線をそれぞれ求める。なお、発明者の知見によれば、この場合にも、近似曲線の式には、４次式を用いるのが好ましい。但し、近似曲線の式として、必要に応じて他の任意の関数形（例えば３次式など）を採用してもよい。
【００６２】
次に、検査部４２は、複数のサンプルフォーカスカーブの中から、露光時のフォーカス状態を求めるのに使用する少なくとも２種類のサンプルフォーカスカーブを選択する（ステップＳ２０５）。このとき例えば、ドーズ量変化や下地変化の影響の少ない回折条件に対応した３種類のサンプルフォーカスカーブ（他のサンプルフォーカスカーブと区別するため、以降適宜、基準サンプルフォーカスカーブと称する）を選択決定する。３種類の基準サンプルフォーカスカーブを選択決定するには、まず、複数のサンプルフォーカスカーブの中から、フォーカスの変化に感度がある複数のサンプルフォーカスカーブを抽出する。次に、フォーカスの変化に感度があるサンプルフォーカスカーブの中から、ドーズ量の変化に対する感度が少ない複数のサンプルフォーカスカーブを抽出する。そして、フォーカスの変化に感度があってドーズ量の変化に対する感度が少ないサンプルフォーカスカーブの中から、カーブのピークもしくはボトムの位置（フォーカスオフセット量）が互いに異なる３種類のサンプルフォーカスカーブを基準サンプルフォーカスカーブとして選択決定する。なお、サンプルフォーカスカーブは、３種類の回折条件のそれぞれに対してドーズの異なる複数のサンプルフォーカスカーブがあるが、以降の計算では、フォーカス状態を計測しようとするウェハを露光したのと同じドーズ量、もしくはそれに最も近いドーズ量のものを使用する。
【００６３】
これにより、ドーズ量変化や下地変化の影響の少ない回折条件および、当該回折条件に対応した３種類の基準サンプルフォーカスカーブを求めることができる。このようにして求めた基準サンプルフォーカスカーブの一例を図１３に示す。図１３は、３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３とともに、第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１が得られる回折画像Ｇ１、第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２が得られる回折画像Ｇ２、および第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３が得られる回折画像Ｇ３をそれぞれ示している。なお、図１３に示す各回折画像Ｇ１〜Ｇ３は、回折条件を変化させて撮像取得した条件振りウェハ１０ｂの回折画像である。また、パターンピッチや照明波長等は同じで、回折光の次数のみを変化させて各回折画像を撮像取得するようにしてもよい。
【００６４】
３種類の基準サンプルフォーカスカーブを選択決定すると、画像処理部４０は、決定した基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式に関するデータを基準データとして記憶部４５に出力し記憶させる（ステップＳ２０６）。なお、画像処理部４０は、基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式に限らず、近似曲線の式から求めたフォーカスオフセット量と信号強度の関係を示すデータマップを、基準データとして記憶部４５に出力し記憶させるようにしてもよい。
【００６５】
なお、露光装置１０１が複数ある場合、同種の露光装置１０１であっても装置ごと、及び複数の照明条件を切り替え可能な場合にＮＡ（開口数）が異なることがあるため、複数の露光装置ごと及び照明条件ごとに基準データを求め、記憶部４５に記憶させておくことが好ましい。
【００６６】
３種類の基準サンプルフォーカスカーブに関する基準データを記憶部４５に記憶させると、検査対象となるウェハ１０の回折画像を撮像取得する（ステップＳ２０７）。このとき、基準サンプルフォーカスカーブが得られる回折画像と同じ３種類の回折条件についてそれぞれ、ウェハ１０の回折画像を撮像取得する。
【００６７】
検査対象となるウェハ１０の回折画像を撮像取得すると、画像処理部４０は、回折画像の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の計測領域か否か判定し（ステップＳ２０８）、ストリート等に該当する画素を計測対象から除外する。
【００６８】
各画素に対応する領域がショット内の計測領域か否か判定すると、画像処理部４０は回折画像を主制御部５０を介して検査部４２へ送り、検査部４２は、検査対象となるウェハ１０の回折画像から、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求める（ステップＳ２０９）。このとき、記憶部４５に記憶された基準データ（すなわち、基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式もしくはデータマップ）を利用して、ウェハ１０の回折画像の信号強度から、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスオフセット量を、所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素単位で）求める。なお、複数の画素単位でフォーカスオフセット量を求める場合も、ショット性デフォーカスと異物によるデフォーカスとを区別する必要がある。そのために、フォーカスオフセット量を求める領域は、１ショットよりも小さい（例えば１／１０の）領域とすることが望ましい。
【００６９】
フォーカスオフセット量を求める際、記憶部４５には、３種類の回折条件にそれぞれ対応した基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式（もしくはデータマップ）が記憶されているため、同じ条件でそれぞれ撮像取得されたウェハ１０の回折画像の信号強度から、所定の画素ごとに、それぞれフォーカスオフセット量を求めることができる。なお、フォーカスカーブは曲線であるため、１つの回折画像の信号強度から、複数のフォーカスオフセット量の候補が算出されることがある（条件によっては１つの候補のみが算出される場合もある）。これに対し、カーブのピークもしくはボトムの位置（フォーカスオフセット量）が互いに異なる３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３を用いることで、図１４に示すように、算出されるフォーカスオフセット量が１つに決まる。例えば、各回折条件での信号強度とこの条件に対応する近似曲線との差分二乗和が最小になるフォーカスオフセット量を求める。なお、３種類の回折条件のそれぞれに対して異なるドーズ量ごとに３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３をそれぞれ用意して、差分二乗和が最小になるドーズ量でのフォーカスオフセット量を採用するようにしてもよい。また、カーブの傾きが相対的に大きい（すなわち、フォーカスの変化に対する感度が相対的に高い）条件での信号強度に対して重み付けを行うようにしてもよい。また、差分二乗和の最小値が所定の値を超える画素については、異常値としてその結果を採用しないようにしてもよい。
【００７０】
これにより、ウェハ１０の全面について画素ごとにフォーカスオフセット量を算出することができ、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を判定することが可能になる。なお、図１４は、３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３とともに、第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１が得られる回折条件で撮像したウェハ１０の回折画像Ｈ１、第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２が得られる回折条件で撮像したウェハ１０の回折画像Ｈ２、および第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３が得られる回折条件で撮像したウェハ１０の回折画像Ｈ３をそれぞれ示している。
【００７１】
また、差分二乗和が最小になるフォーカスオフセット量における各信号強度（第１信号強度Ｋ１、第２信号強度Ｋ２、および第３信号強度Ｋ３）の測定値と基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３との関係を図１５に示す。図１５より、撮像装置３５によって検出される繰り返しパターン１２から第１の回折条件による回折光に応じた第１検出信号（第１信号強度Ｋ１）とこの回折条件に対応する第１基準データ（第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１）との一致度、繰り返しパターン１２から第２の回折条件による回折光に応じた第２検出信号（第２信号強度Ｋ２）とこの回折条件に対応する第２基準データ（第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２）との一致度、および、繰り返しパターン１２から第３の回折条件による回折光に応じた第３検出信号（第３信号強度Ｋ３）とこの回折条件に対応する第３基準データ（第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３）との一致度がそれぞれ高いことがわかる。
【００７２】
ウェハ１０の全面について画素ごとにフォーカスオフセット量を求めると、検査部４２は、求めたフォーカスオフセット量が異常でないか検査する（ステップＳ２１０）。このとき、検査部４２は、例えば、求めたフォーカスオフセット量が所定の閾値の範囲内であるならば、正常と判定し、求めたフォーカスオフセット量が所定の閾値の範囲外であるならば、異常と判定する。なお、記憶部は、表面検査装置１の外部（例えば、半導体製造ラインの管理室等）に用意し、回線を通じて基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式（もしくはデータマップ）を読み出すよう構成することもできる。
【００７３】
フォーカスオフセット量の異常の有無を検査すると、画像処理部４０は、画素ごとに求めたフォーカスオフセット量をそれぞれ当該画素での信号強度に変換したウェハ１０の画像を生成し、フォーカスオフセット量の検査結果等とともに図示しない画像表示装置に表示させる（ステップＳ２１１）。なお、画像表示装置は、本実施形態の表面検査装置１に限らず、検査装置の外部（例えば、半導体製造ラインの管理室等）に設けられて接続されたものを使用してもよい。ここで、フォーカスオフセット量を信号強度に変換したウェハ１０の画像の一例を図１６に示す。なお、図１６に示す画像は、白黒画像に限らず、カラー画像で表示するようにしてもよい。
【００７４】
このように、本実施形態の表面検査装置１によれば、検査部４２は、撮像装置３５によって検出される第１検出信号（第１信号強度Ｋ１）と第１基準データ（第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１）との一致度と、第２検出信号（第２信号強度Ｋ２）と第２基準データ（第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２）との一致度と、第３検出信号（第３信号強度Ｋ３）と第３基準データ（第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３）との一致度とに基づいて、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のフォーカス状態（加工条件）を判定する。これにより、実際の露光に用いるマスクパターンで露光したウェハ１０の画像に基づいて露光時のフォーカス状態を求めることができる。そのため、専用のマスク基板を用いる場合のように、計測に必要なパラメータの条件出し作業に時間を要さないため、露光時のフォーカス状態を短時間で計測することが可能になる。また、専用のマスクパターンではなく、実際のデバイスに用いるパターンを使用することができ、また、露光装置１０１の照明条件も制約されないため、露光時のフォーカス状態を精度よく計測することが可能になる。
【００７５】
またこのとき、カーブのピークもしくはボトムの位置（フォーカスオフセット量）が互いに異なる（すなわち、フォーカスの変化に対する検出信号の変化の仕方が異なる）３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３）を用いることで、前述したように、算出されるフォーカスオフセット量が１つに決まる。そのため、露光時のフォーカス状態をより精度よく計測することができる。
【００７６】
また、フォーカスの変化に感度があってドーズ量（露光量）の変化に対する感度が少ない３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３）を使用しており、フォーカスの変化に対する感度（検出信号の変化）は、ドーズ量の変化に対する感度（検出信号の変化）よりも大きくなっている。そのため、ドーズ量の変化による影響を除くことができ、露光時のフォーカス状態をより精度よく計測することができる。
【００７７】
また、ステージ５は、ウェハ１０を支持する支持面を通るチルト軸を中心にチルト可能、すなわち、ウェハ１０の支持された面と略平行で照明光の進む方向に略直交する軸を中心に回動可能に構成されている。これにより、短時間で回折条件（照明光の入射角等）を変更することができるため、異なる回折条件の複数の回折画像を短時間で撮像取得することが可能となり、露光時のフォーカス状態をより短時間で計測することができる。
【００７８】
なお、上述の実施形態において、３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３）を使用して、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のフォーカス状態（加工条件）を判定しているが、これに限られるものではなく、例えば、２種類の基準データや５種類の基準データであってもよい。フォーカスの変化に対する検出信号の変化の仕方が異なる少なくとも２種類の基準データを使用して、露光時のフォーカス状態を判定することができる。
【００７９】
また、上述の実施形態において、ウェハ１０上のレジスト膜に露光形成された繰り返しパターン１２の検査を行っているが、これに限られるものではなく、エッチング後のパターンの検査を行うようにしてもよい。これにより、露光時のフォーカス状態だけでなく、エッチング時の不具合（異常）を検出することができる。
【００８０】
また、上述の実施形態において、条件振りウェハ１０ｂの回折画像に加え、条件振りウェハ１０ｂの偏光画像（ＰＥＲ画像）を利用して、前述の場合と同様の方法により、異なるドーズ量ごとに、ウェハ方位角度、照明波長などで決まる偏光による複数のサンプルフォーカスカーブを求め、これらの中から、偏光による複数の基準サンプルフォーカスカーブを選択決定するようにしてもよい。これにより、偏光による基準サンプルフォーカスカーブ（基準データ）を用いて、撮像装置３５により撮像取得した偏光画像の信号強度から、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求めるようにすれば、回折画像だけの場合と比べて検出条件が増えるため、露光時のフォーカス状態をより精度よく計測することができる。また、偏光を用いた測定では、フォーカスカーブで信号強度が極大となるフォーカスオフセット量がベストフォーカスと考えられるため、ベストフォーカスとなるフォーカスオフセット量を容易に知ることができる。例えば、第１検出信号が回折画像、第２検出信号が偏光画像、というように、回折画像と偏光画像を合わせて使用してもよい。
【００８１】
また、上述の実施形態において、フォーカスの変化に感度があってドーズ量の変化に対する感度が少ない３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３）を使用して、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のフォーカス状態を判定しているが、複数のサンプルフォーカスカーブの中から、ドーズ量の変化に感度があってフォーカスの変化に対する感度が少ない複数のサンプルフォーカスカーブを抽出することで、これらのサンプルフォーカスカーブのフォーカスをドーズで置き換えて同様にして得られるサンプルドーズカーブを利用して、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のドーズ量を判定することもできる。
【００８２】
また、上述の実施形態において、検査部４２で求められたウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態（フォーカスオフセット量）を、主制御部５０から信号出力部６０を介して露光装置１０１に出力し、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、前述の表面検査装置１を備えた露光システムについて、図１７および図１８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１０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１２が形成されたウェハ１０の検査を行う表面検査装置１とを備えて構成される。
【００８３】
露光装置１０１は、図１７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１８を参照）とを備えて構成される。なお、以下においては、図１７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。
【００８４】
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。
【００８５】
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１７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１８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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１０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１０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１０を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ１０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。
【００８８】
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１７および図１８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１７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。
【００８９】
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。
【００９０】
主制御装置２００は、図１８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１０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１０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１０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１０に照射することによって、ウェハ１０に対する露光が行われる。
【００９１】
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１８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１０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。
【００９２】
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１８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。
【００９３】
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１０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１０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１０を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ１０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。
【００９４】
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表面検査装置１により、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面検査を行う。またこのとき、表面検査装置１の検査部４２は、前述のようにして、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求め、主制御部５０から信号出力部６０および接続ケーブル（図示せず）等を介して、求めたフォーカスの変動状態（フォーカスオフセット量）に関する情報を露光装置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、表面検査装置１から入力された露光装置１０１のフォーカスの変動状態に基づいて、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカス状態が一定となるように、露光装置１０１のフォーカスに関する各種設定パラメータ及び光学素子の配置状態を補正する。
【００９５】
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表面検査装置１から入力された露光時のフォーカス状態に応じて、露光装置１０１のフォーカスの設定を補正するため、露光時のフォーカス状態を短時間で精度よく計測することができので、より精度の高いフォーカス状態に基づいた補正が可能となり、露光装置１０１のフォーカスの設定をより適切に行うことができる。
【００９６】
続いて、このような露光システム１００を用いた半導体デバイス製造方法について、図１９を参照しながら説明する。半導体デバイス（図示せず）は、デバイスの機能・性能設計を行う設計工程（ステップＳ３０１）、この設計工程に基づいたレチクルを製作するレチクル製作工程（ステップＳ３０２）、シリコン材料からウェハを製作するウェハ製作工程（ステップＳ３０３）、露光等によりレチクルのパターンをウェハに転写する（露光工程、現像工程等を含む）リソグラフィー工程（ステップＳ３０４）、デバイスの組み立てを行う（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等を含む）組立工程（ステップＳ３０５）、デバイスの検査を行う検査工程（ステップＳ３０６）等を経て製造される。
【００９７】
ここで、リソグラフィー工程の詳細について、図２０を参照しながら説明する。まず、ウェハを用意（ステップＳ４０１）し、不図示のスピンコータ等の塗布装置を用いて、ウェハ表面にレジストを所定の厚さとなるように塗布する（ステップＳ４０２）。このとき、塗布の終了したウェハに対し、塗布装置内の乾燥装置でレジストの溶剤成分を蒸発させ、成膜を行う。レジストが成膜されたウェハを不図示の搬送装置により露光装置１０１に搬送する（ステップＳ４０３）。露光装置１０１に搬入されたウェハは、露光装置１０１に備わっているアライメント装置によりアライメントされる（ステップＳ４０４）。アライメントの終了したウェハに、レチクルのパターンを縮小露光する（ステップＳ４０５）。露光の終了したウェハを露光装置１０１から不図示の現像装置に移送し、現像を行う（ステップＳ４０６）。現像の終了したウェハを表面検査装置１でセットし、前述のように露光装置１０１のフォーカス状態を求めるとともに、回折検査・偏光検査を行いウェハ上に作製されたパターンの検査を行う（Ｓ４０７）。検査で予め決められた基準以上に不良（異常）が発生しているウェハはリワーク（再生処理）に回され、不良（異常）が基準未満のウェハは、エッチング処理等の後処理をされる。なお、ステップＳ４０７で求められた露光装置１０１のフォーカス状態は、露光装置１０１にフォーカスの設定の補正のためにフィードバックされる（ステップＳ４０８）。
【００９８】
本実施形態の半導体デバイス製造方法では、リソグラフィー工程において、前述の実施形態に係る露光システム１００を用いてパターンの露光を行う。すなわち、前述したように、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、表面検査装置１により、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面検査を行う。このとき、表面検査装置１によって露光時のフォーカス状態が判定され、露光装置１０１では、表面検査装置１から入力された露光時のフォーカス状態に応じて、露光装置１０１のフォーカスの設定が補正される。このように、本実施形態の半導体デバイス製造方法によれば、露光時のフォーカス状態を短時間で精度よく計測することができるので、露光装置１０１のフォーカスの設定をより適切に行うことが可能となり、高集積度の半導体デバイスを生産性良く製造することができる。
【００９９】
なお、上記実施形態において、露光装置として局所液浸装置１４０を備えた液浸方式の露光装置１０１を例に挙げて説明したが、本教示はこれには限られず、本教示に係る露光システム及び半導体デバイスの製造方法は、液浸方式の露光装置でない露光装置にも適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、半導体デバイスの製造において、現像後の検査工程で用いられる検査装置に適用することができる。これにより、検査装置の検査精度の向上させることができ、半導体デバイスの製造効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１０１】
１  表面検査装置                        ５  ステージ
１０  ウェハ（１０ａ，１０ｂ  条件振りウェハ）
２０  照明系
３０  受光系（検出部）                  ３５  撮像装置（検出部）
４０  画像処理部                        ４２  検査部（判定部）
４５  記憶部                            ５０  主制御部
１００  露光システム                    １０１  露光装置
【図１】
2012081623.tif 000004
【図２】
2012081623.tif 000005
【図３】
2012081623.tif 000006
【図４】
2012081623.tif 000007
【図５】
2012081623.tif 000008
【図６】
2012081623.tif 000009
【図７】
2012081623.tif 000010
【図８】
2012081623.tif 000011
【図９】
2012081623.tif 000012
【図１０】
2012081623.tif 000013
【図１１】
2012081623.tif 000014
【図１２】
2012081623.tif 000015
【図１３】
2012081623.tif 000016
【図１４】
2012081623.tif 000017
【図１５】
2012081623.tif 000018
【図１６】
2012081623.tif 000019
【図１７】
2012081623.tif 000020
【図１８】
2012081623.tif 000021
【図１９】
2012081623.tif 000022
【図２０】
2012081623.tif 000023
【国際調査報告】
2012081623.tif 000024
2012081623.tif 000025
2012081623.tif 000026
2012081623.tif 000027