(57)【要約】      （修正有）【課題】検査用照明光の波長変動の影響を受けない正確な検査が可能であり、且つ、複数の検査装置間で検査結果のバラツキがない検査装置および検査方法を提供する。【解決手段】検査装置１は、照明光学系１０と、照明光の照射を受け該照明光の波長に応じ予め設定された物理的変調を生じさせた光を出射させる基準変調部と、照明光の照射を受けウエハ５および基準変調部で物理的変調を受けて出射された光を受光する撮像装置３０と、撮像装置３０で受光したウエハ５で物理的変調を受けた検査光に基づいてウエハ５の検査を行う欠陥検出部３９と、検査の状態を検出する検査状態検出部３８とを備え、撮像装置３０で同時に受光可能な範囲内に、ウエハ５で物理的変調を受けた検査光と基準変調部で物理的変調を受けた検査光とが入るようにウエハ５と基準変調部とを配置し、検査状態検出部３８は基準変調部で物理的変調を受けた検査光に基づいて前記検査の状態を検出する。【選択図】図１
2010019635.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物に検査用照射光を照射する照射部と、
前記検査用照射光の照射を受け該検査用照射光の波長に応じ予め設定された物理的変調を生じさせた検査光を出射させる変調部と、
前記検査用照射光の照射を受け前記被検物および前記変調部で前記物理的変調を受けて出射された検査光を受光する受光部と、
前記受光部で受光した前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記被検物の検査を行う検査部と、
前記検査の状態を検出する検査状態検出部とを備え、
前記受光部で同時に受光可能な範囲内に、前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光と前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光とが入るように前記被検物と前記変調部とを配置し、前記検査状態検出部は前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記検査の状態を検出することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
複数の前記波長に対応した複数の前記変調部を備えることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
複数の前記波長に対応した複数の前記変調部が異なる複数の位置に配設されたことを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
同等な前記物理的変調の特性を有する複数の前記変調部を、前記被検物を介して対称な位置に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の検査装置。
【請求項５】
前記変調部の前記検査用照射光の受光面と前記被検物の前記検査用照射光の受光面とが略同一平面となるように配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の検査装置。
【請求項６】
前記被検物を支持する支持部を備え、前記変調部は前記支持部近傍に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の検査装置。
【請求項７】
前記被検物を支持する支持部を備え、前記変調部は前記支持部に配置されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の検査装置。
【請求項８】
前記支持部は、前記被検物を傾動させることで前記被検物への前記検査用照射光の入射角度および前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光の前記受光部の受光位置を調整可能であり、前記被検物の傾動軸は前記被検物の中央付近を通り前記被検物の前記受光面と略同一平面もしくは該同一平面近傍に設定されたことを特徴とする請求項６もしくは請求項７に記載の検査装置。
【請求項９】
前記変調部は、前記傾動軸近傍に配置されたことを特徴とする請求項８に記載の検査装置。
【請求項１０】
前記変調部は、前記傾動軸近傍で前記被検物を介して対称な位置、および前記被検物の中央付近で前記傾動軸と直交する直交軸近傍で前記被検物を介して対称な位置に配置されたことを特徴とする請求項８もしくは請求項９に記載の検査装置。
【請求項１１】
前記検査状態検出部は、前記予め設定された物理的変調に基づいて前記検査の状態を検出することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の検査装置。
【請求項１２】
前記検査状態検出部は、前記変調部で生じた回折光もしくは正反射光に基づいて前記検査の状態を検出することを特徴とする請求項１１に記載の検査装置。
【請求項１３】
前記検査状態検出部は、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて、前記検査用照射光の入射角度、前記検査用照射光の波長、前記被検物の傾動角度、前記受光部による前記物理的変調を受けた検査光の受光位置、および前記被検物を回転させたときの前記被検物の方位角度の少なくともいずれかの前記検査の状態を検出することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の検査装置。
【請求項１４】
前記検査状態検出部は、前記受光部による前記変調部で生じた回折光の受光位置に基づいて前記検査用照射光の波長を検出することを特徴とする請求項１３に記載の検査装置。
【請求項１５】
前記検査状態検出部は、前記被検物および変調部を傾動させる傾動軸と直交する直交軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記直交軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記傾動軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記傾動軸近傍の前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の傾動角度の不具合を検出することを特徴とする請求項１３に記載の検査装置。
【請求項１６】
前記検査状態検出部は、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記被検物および変調部を傾動させる傾動軸と直交する直交軸近傍の前記被検物もしくは前記傾動軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の方位角度の不具合を検出することを特徴とする請求項１３に記載の検査装置。
【請求項１７】
前記検査状態検出部は、異なる複数の位置に配置された前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光が、それぞれ所定の基準範囲から同程度に外れた場合に、前記照射部の照明光学系、および前記受光部の受光光学系もしくは受光感度の少なくともいずれかの不具合を検出することを特徴とする請求項１３に記載の検査装置。
【請求項１８】
前記検査状態検出部で検出した前記検査の状態に基づいて該検査の状態を設定または変更する検査状態制御部を備えたことを特徴とする請求項１〜１７のいずれかに記載の検査装置。
【請求項１９】
前記検査状態制御部は、前記検査状態検出部で検出した前記波長に基づいて前記被検物の傾動角度を設定または変更することを特徴とする請求項１８に記載の検査装置。
【請求項２０】
被検物に検査用照射光を照射し、前記被検物で物理的変調を受けた検査光に基づいて前記被検物の検査を行う検査方法であって、
前記被検物および、前記検査用照射光の照射を受け該検査用照射光の波長に応じ予め設定された前記物理的変調を前記検査用照射光に生じさせる変調部に、前記検査用照射光を照射し、前記被検物および前記変調部で前記物理的変調を受けて出射された検査光を受光する第１のステップと、
前記第１のステップで受光した前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記被検物の検査を行うとともに、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記検査の状態を検出する第２のステップとを備えることを特徴とする検査方法。
【請求項２１】
前記第１のステップにおいて、複数の前記波長に対応した複数の前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光を受光し、
前記第２のステップにおいて、複数の前記変調部のうち前記被検物の検査部分に対応する前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記検査の状態を検出することを特徴とする請求項２０に記載の検査方法。
【請求項２２】
前記第１のステップにおいて、前記被検物および前記変調部で生じた回折光もしくは正反射光を受光し、
前記第２のステップにおいて、前記被検物で生じた回折光もしくは正反射光に基づいて前記被検物の検査を行うとともに、前記変調部で生じた回折光もしくは正反射光に基づいて前記検査の状態を検出することを特徴とする請求項２０もしくは請求項２１に記載の検査方法。
【請求項２３】
前記被検物を傾動させることで前記被検物への前記検査用照射光の入射角度および前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光の受光位置を調整することが可能であり、前記被検物の傾動軸は前記被検物の中央付近を通り前記被検物の前記検査用照射光の受光面と略同一平面もしくは該同一平面近傍に設定され、
前記第２のステップにおいて、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて、前記検査用照射光の入射角度、前記検査用照射光の波長、前記被検物の傾動角度、前記物理的変調を受けた検査光の受光位置、および前記被検物を回転させたときの前記被検物の方位角度の少なくともいずれかの前記検査の状態を検出することを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の検査方法。
【請求項２４】
前記第１のステップにおいて、前記変調部で生じた回折光を受光し、
前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで受光した前記回折光の受光位置に基づいて前記検査用照射光の波長を検出することを特徴とする請求項２３に記載の検査方法。
【請求項２５】
前記第２のステップにおいて、前記被検物の中央付近で前記傾動軸と直交する直交軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記直交軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記傾動軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記傾動軸近傍の前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の傾動角度の不具合を検出することを特徴とする請求項２３に記載の検査方法。
【請求項２６】
前記第２のステップにおいて、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記被検物の中央付近で前記傾動軸と直交する直交軸近傍の前記被検物もしくは前記傾動軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の方位角度の不具合を検出することを特徴とする請求項２３に記載の検査方法。
【請求項２７】
前記第２のステップにおいて、異なる複数の位置に配置された前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光が、それぞれ所定の基準範囲から同程度に外れた場合に、照射部の照明光学系および受光部の受光光学系もしくは受光感度の少なくともいずれかの不具合を検出することを特徴とする請求項２０〜２２のいずれかに記載の検査方法。
【請求項２８】
前記第２のステップで検出した前記検査の状態に基づいて該検査の状態を設定または変更する第３のステップを備えたことを特徴とする請求項２０〜２７のいずれかに記載の検査方法。
【請求項２９】
前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで検出した前記波長に基づいて前記被検物の傾動角度を設定または変更することを特徴とする請求項２８に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等に代表される被検物の表面を検査する検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ（以下適宜ウエハと称する）上に回路パターンを形成する半導体製造装置は従来から良く知られているが、この半導体製造は複雑な多岐に亘る工程を経て行われ、この工程中において、ウエハ上に形成された回路パターンに欠陥や異常等が発生していないか否かについての検査や、ウエハ上に付着したゴミやウエハ表面の傷等の有無について検査することが必要である。これは例えば、ウエハに傷があると、半導体製造工程中にこの傷が原因でウエハにクラックが発生したり割れたりして、それまでの製造工程が無駄になるという問題があるためである。
【０００３】
半導体製造工程では、レジストが塗布されたウエハの表面に所定の回路パターンが露光されると、現像、エッチング、スパッタリング、ドーピング、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）等の多くの工程を経て、再度レジスト塗布の後に別の回路パターンが露光され、その後同様の工程を経て複数の層が積み重ねられる。このような半導体製造工程では、ウエハの検査を各工程で行うことが好ましいが、欠陥がある場合に再生が可能な回路パターンの露光工程および現像工程が終わった段階で行う検査が特に重要である。
【０００４】
このようなウエハの検査には、回路パターン等を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で拡大して回路パターン等そのものを観察するミクロ検査と、正反射像や回折像の明視野観察や暗視野観察を行うマクロ検査（例えば、特許文献１を参照）とが知られている。マクロ検査は、ウエハを一括して観察することができるため、高いスループットを得られ重要な検査となっている。このようなマクロ検査は、従来、人間が目視によって行ってきたが、回路パターンの微細化やウエハの大型化に伴いマクロ検査装置の重要性が高まっている。
【特許文献１】特開２００２‐１６２３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
マクロ検査では、検査用照射光として超高圧水銀ランプ等の光源が発する光から所望の波長帯の光を干渉フィルタ等の波長選択フィルタで抽出している。そのため、波長選択フィルタは光源からの光により加熱され、光学性能に影響が出る可能性が生じている。また、回路パターンの微細化に伴い回折検査に用いる検査用照射光の波長を短波長化する必要が生じている。具体的には、ｈ線（405nm）からｉ線（365nm）を用いるようになり、最近では248nm波長帯の光を用いる必要が生じてきた。従来用いていたｈ線やｉ線は水銀の輝線スペクトルであるため、波長選択フィルタの透過波長帯が多少シフトしても、輝線スペクトルに変化はなく、波長選択フィルタの透過域に当該輝線スペクトルが入っていれば、抽出される波長に対する影響はほとんど無かった。しかし、超高圧水銀ランプ等の248nm波長帯の光は比較的ブロードなピークとなっており、検査用照射光を抽出する波長選択フィルタの透過波長帯がシフトすると検査用照射光の波長もシフトしてしまう不都合が発生する可能性が高まっている。また、このような波長のシフトは装置ごとに進行具合が異なる可能性があり、複数の検査装置間で検査結果のバラツキ（いわゆる装置間誤差）を生じる虞もある。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みたもので、検査用照明光の波長変動の影響を受けない正確な検査が可能であり、且つ、複数の検査装置間で検査結果のバラツキを抑え半導体製造工程の工程管理精度を向上させることが可能な検査装置および検査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、本発明に係る検査装置は、被検物に検査用照射光を照射する照射部と、前記検査用照射光の照射を受け該検査用照射光の波長に応じ予め設定された物理的変調を生じさせた検査光を出射させる変調部と、前記検査用照射光の照射を受け前記被検物および前記変調部で前記物理的変調を受けて出射された検査光を受光する受光部と、前記受光部で受光した前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記被検物の検査を行う検査部と、前記検査の状態を検出する検査状態検出部とを備え、前記受光部で同時に受光可能な範囲内に、前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光と前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光とが入るように前記被検物と前記変調部とを配置し、前記検査状態検出部は前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記検査の状態を検出するようになっている。
【０００８】
なお、上述の検査装置において、複数の前記波長に対応した複数の前記変調部を備えることが好ましい。この場合、複数の前記変調部は異なる複数の位置に配設されることが好ましい。
【０００９】
また、上述の検査装置において、同等な前記物理的変調の特性を有する複数の前記変調部を、前記被検物を介して対称な位置に備えることが好ましい。
【００１０】
また、上述の検査装置において、前記変調部の前記検査用照射光の受光面と前記被検物の前記検査用照射光の受光面とが略同一平面となるように配置されることが好ましい。
【００１１】
また、上述の検査装置において、前記被検物を支持する支持部を備え、前記変調部は前記支持部近傍に配置されることが好ましい。または、前記変調部は前記支持部に配置されることが好ましい。この場合、前記支持部は、前記被検物を傾動させることで前記被検物への前記検査用照射光の入射角度および前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光の前記受光部の受光位置を調整可能であり、前記被検物の傾動軸は前記被検物の中央付近を通り前記被検物の前記受光面と略同一平面もしくは該同一平面近傍に設定されることが好ましい。
【００１２】
また、上述の検査装置において、前記変調部は、前記傾動軸近傍に配置されることが好ましい。または、前記変調部は、前記傾動軸近傍で前記被検物を介して対称な位置、および前記被検物の中央付近で前記傾動軸と直交する直交軸近傍で前記被検物を介して対称な位置に配置されることが好ましい。
【００１３】
また、上述の検査装置において、前記検査状態検出部は、前記予め設定された物理的変調に基づいて前記検査の状態を検出することが好ましい。この場合、前記検査状態検出部は、前記変調部で生じた回折光もしくは正反射光に基づいて前記検査の状態を検出することが好ましい。
【００１４】
また、上述の検査装置において、前記検査状態検出部は、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて、前記検査用照射光の入射角度、前記検査用照射光の波長、前記被検物の傾動角度、前記受光部による前記物理的変調を受けた検査光の受光位置、および前記被検物を回転させたときの前記被検物の方位角度の少なくともいずれかの前記検査の状態を検出することが好ましい。
【００１５】
また、上述の検査装置において、前記検査状態検出部は、前記受光部による前記変調部で生じた回折光の受光位置に基づいて前記検査用照射光の波長を検出することが好ましい。
【００１６】
また、上述の検査装置において、前記検査状態検出部は、前記被検物および変調部を傾動させる傾動軸と直交する直交軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記直交軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記傾動軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記傾動軸近傍の前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の傾動角度の不具合を検出することが好ましい。
【００１７】
また、上述の検査装置において、前記検査状態検出部は、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記被検物および変調部を傾動させる傾動軸と直交する直交軸近傍の前記被検物もしくは前記傾動軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の方位角度の不具合を検出することが好ましい。
【００１８】
また、上述の検査装置において、前記検査状態検出部は、異なる複数の位置に配置された前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光が、それぞれ所定の基準範囲から同程度に外れた場合に、前記照射部の照明光学系、および前記受光部の受光光学系もしくは受光感度の少なくともいずれかの不具合を検出することが好ましい。
【００１９】
また、上述の検査装置において、前記検査状態検出部で検出した前記検査の状態に基づいて該検査の状態を設定または変更する検査状態制御部を備えることが好ましい。この場合、前記検査状態制御部は、前記検査状態検出部で検出した前記波長に基づいて前記被検物の傾動角度を設定または変更することが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係る検査方法は、被検物に検査用照射光を照射し、前記被検物で物理的変調を受けた検査光に基づいて前記被検物の検査を行うものであって、前記被検物および、前記検査用照射光の照射を受け該検査用照射光の波長に応じ予め設定された前記物理的変調を前記検査用照射光に生じさせる変調部に前記検査用照射光を照射し、前記被検物および前記変調部で前記物理的変調を受けて出射された検査光を受光する第１のステップと、前記第１のステップで受光した前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記被検物の検査を行うとともに、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記検査の状態を検出する第２のステップとを有する。
【００２１】
なお、上述の検査方法において、前記第１のステップで、複数の前記波長に対応した複数の前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光を受光し、前記第２のステップにおいて、複数の前記変調部のうち前記被検物の検査部分に対応する前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて前記検査の状態を検出することが好ましい。
【００２２】
また、上述の検査方法において、前記第１のステップで、前記被検物および前記変調部で生じた回折光もしくは正反射光を受光し、前記第２のステップにおいて、前記被検物で生じた回折光もしくは正反射光に基づいて前記被検物の検査を行うとともに、前記変調部で生じた回折光もしくは正反射光に基づいて前記検査の状態を検出することが好ましい。
【００２３】
また、上述の検査方法において、前記被検物を傾動させることで前記被検物への前記検査用照射光の入射角度および前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光の受光位置を調整することが可能であり、前記被検物の傾動軸は前記被検物の中央付近を通り前記被検物の前記検査用照射光の受光面と略同一平面もしくは該同一平面近傍に設定され、前記第２のステップにおいて、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光に基づいて、前記検査用照射光の入射角度、前記検査用照射光の波長、前記被検物の傾動角度、前記物理的変調を受けた検査光の受光位置、および前記被検物を回転させたときの前記被検物の方位角度の少なくともいずれかの前記検査の状態を検出することが好ましい。
【００２４】
また、上述の検査方法において、前記第１のステップで、前記変調部で生じた回折光を受光し、前記第２のステップにおいて、前記第１のステップで受光した前記回折光の受光位置に基づいて前記検査用照射光の波長を検出することが好ましい。
【００２５】
また、上述の検査方法において、前記第２のステップで、前記被検物の中央付近で前記傾動軸と直交する直交軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記直交軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記傾動軸近傍に配置された前記変調部もしくは前記傾動軸近傍の前記被検物で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の傾動角度の不具合を検出することが好ましい。
【００２６】
また、上述の検査方法において、前記第２のステップで、前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光と、前記直交軸近傍の前記被検物もしくは前記傾動軸方向における前記被検物の側部で前記物理的変調を受けた検査光とが所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合に、前記被検物の方位角度の不具合を検出することが好ましい。
【００２７】
また、上述の検査方法において、前記第２のステップで、異なる複数の位置に配置された前記変調部で前記物理的変調を受けた検査光が、それぞれ所定の基準範囲から同程度に外れた場合に、前記照射部の照明光学系、および前記受光部の受光光学系もしくは受光感度の少なくともいずれかの不具合を検出することが好ましい。
【００２８】
また、上述の検査装置において、前記第２のステップで検出した前記検査の状態に基づいて該検査の状態を設定または変更する第３のステップを備えることが好ましい。この場合、前記第３のステップにおいて、前記第２のステップで検出した前記波長に基づいて前記被検物の傾動角度を設定または変更することが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、検査用照射光の波長変動の影響を低減した正確な検査が可能であり、また、複数の検査装置間で検査結果のバラツキがなく半導体製造工程の工程管理精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
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。本発明を適用した検査装置の一例を図１に示しており、この装置により被検物である半導体ウエハ５（以下、単にウエハ５と称する）の表面欠陥（異常）を検査する。この検査装置１は、ウエハ５を載置保持するホルダ機構４０と、ウエハ５に検査用照明光（以下、単に照明光と称する）を照射する照明光学系１０と、照明光の照射を受けたときのウエハ５からの反射光や回折光等（検査光）を集光する集光光学系２０と、集光光学系２０により集光された検査光を受光してウエハ５の像を検出する撮像装置３０とを備えて構成される。
【００３１】
ホルダ機構４０は、図２に示すように、ウエハ載置面にウエハ５を固定支持するホルダ部４１と、ホルダ部４１のウエハ載置面の一部（中央部）を成し、このウエハ載置面が上下方向および回転方向に駆動可能なウエハテーブル４２と、ウエハテーブル４２を上下動および回転させるテーブル駆動部４３と、ウエハテーブル４２と一体的に構成されテーブル駆動部４３の駆動力をウエハテーブル４２に伝達する駆動伝達部４４と、ホルダ機構４０全体をチルト（傾動）駆動するときに不図示のチルト駆動機構からの駆動力を受け、駆動軸となる一対のチルト軸部４５とを備えている。
【００３２】
ホルダ部４１のウエハ載置面は、ホルダ機構４０の上面よりもウエハ５の厚み分低く加工され、さらに不図示の吸着溝が設けられており、載置されたウエハ５を不図示の減圧機構により減圧チャック（真空吸着）することで固定支持することができる。また、ホルダ部４１の側壁部４１ａはウエハ５のガイドとして機能している。テーブル駆動部４３は、不図示のウエハ搬送機構によって搬送されてくるウエハ５を受けるときに、ウエハテーブル４２を上昇させて（図２(ｂ)において破線で示した状態）ウエハ搬送機構からウエハ５を受け取った後に降下し、ウエハテーブル４２のウエハ載置面がホルダ部４１のウエハ載置面と略同一平面となった状態で止まる。なお、略同一平面よりもわずかに降下してもよい。
【００３３】
また、テーブル駆動部４３は、不図示の回転位置検出エンコーダを備えており、ウエハ５のアライメント情報（ウエハ５上のアライメントマーク位置情報）に基づいて、ウエハ５の中心（ウエハテーブル４２および駆動伝達部４４の中心）を通りウエハ５に垂直な軸Ａx１（以下、垂直軸Ａx１と称する）を中心として回転（ウエハ表面が同一平面にある状態を保持して回転）させ、ウエハ５の方位角度（回転角度）を正確に位置決めした状態でウエハ５をホルダ部４１で固定支持することができる。また、このように固定支持したウエハ５の表面と平行な軸（好ましくはウエハ５の表面を通る軸）Ａx２（以下、チルト軸Ａx２と称する）を中心として不図示のチルト駆動機構によりチルト軸部４５を介してホルダ機構４０全体をチルト（傾動）させることができる。
【００３４】
なお、検査装置１はホルダ機構４０に固定支持されたウエハ５を観察可能な不図示の観察部を有しており、ウエハ５上に形成されたアライメントマーク（図示せず）を観察してウエハ５上の座標とホルダ機構４０の座標との相関関係を検出し、これにより、上述のウエハ５のアライメントが可能となっている。
【００３５】
照明光学系１０は、メタルハライドランプや超高圧水銀ランプ等の光源１１と、この光源１１からの照明光束を集光するコレクタレンズ１２と、コレクタレンズ１２により集光された照明光束を透過させて波長選択を行う波長選択フィルタ１３と、光量を調整するニュートラルデンシティフィルタ１４（以下、ＮＤフィルタ１４と称する）とを備える。さらに、これらフィルタ１３，１４を透過した照明光束を集光させるインプットレンズ１５を有し、インプットレンズ１５により集光された照明光がファイバ１６の一端１６ａに導入される。
【００３６】
ここで、波長選択フィルタ１３は、切替駆動機構１３ａを有した円盤（ターレット）１３ｂ内に設けられており、切替駆動機構１３ａによっていくつかの種類のフィルタを切替えて使用することが可能となっている。例えば、ｉ線（波長365ｎｍ）、248nm帯等の特定の波長の光を透過させる干渉フィルタ、あるいは特定の波長帯域の光を透過させるバンドパスフィルタ、あるいは所定の波長より長い波長の光だけを透過させるシャープカットフィルタ等を必要に応じて選択して用いることができる。ＮＤフィルタ１４は、回転角に応じて透過光量が順次変化する円盤状のフィルタからなり、回転駆動機構１４ａにより回転制御されて透過光量を制御できるように構成されている。
【００３７】
一端１６ａから照明光が入射したファイバ１６は、途中で分岐して一方は他端１６ｂから出射し、もう一方は別端１６ｃから出射する。別端１６ｃから出射した照明光は照度計１８に入射して波長選択フィルタ１３に加わった光エネルギーを検出可能になっている。なお、他端１６ｂと別端１６ｃのファイバ数は1000対１程度にランダムに振り分けられているため、他端１６ｂと別端１６ｃからそれぞれ出射される光量も1000対１程度となっている。
【００３８】
照明光学系１０はさらに、ファイバ１６の他端１６ｂから出射される発散光束を受ける照明系凹面鏡１７を有しており、ファイバ１６の他端１６ｂはこの照明系凹面鏡１７のほぼ焦点位置に配置されている。このため、ファイバ１６の一端１６ａに導入されてファイバ１６の他端１６ｂから照明系凹面鏡１７に発散照射された照明光は、照明系凹面鏡１７によってほぼ平行光束となってホルダ機構４０に支持されたウエハ５の表面に照射される。このときウエハ５の表面に照射される照明光束は、ウエハ５の表面と垂直な軸（垂直軸）Ａx１に対して角度θiを有して照射され、ウエハ５からの光（検査光）が角度θrを有して出射される。これら入射角θiと出射角θrとの関係が、チルト軸Ａx２を中心としてホルダ機構４０をチルト（傾動）させることにより調整可能である。すなわち、ホルダ機構４０のチルトによりウエハ５の載置角度を変化させて、入射角θiと出射角θrとの関係を調整可能である。
【００３９】
ウエハ５の表面からの出射光（ここでは回折光を用いる）は集光光学系２０により集光される。この集光光学系２０は、垂直軸Ａx１に対して角度θrを有した方向に対向して配設された集光系凹面鏡２１と、この集光系凹面鏡２１の集光位置（焦点位置）に配設された絞り２２と、この絞り２２の後側に配設された結像レンズ２３とから構成される。この結像レンズ２３の後側に撮像装置３０が配設されている。集光系凹面鏡２１により集光されるとともに絞り２２によって制限された出射光（ｎ次の回折光）は、結像レンズ２３によって撮像装置３０のＣＣＤ撮像素子（イメージデバイス）３１に結像される。この結果、ウエハ５の表面の回折像（回折光による像）がＣＣＤ撮像素子３１によって検出される。
【００４０】
ＣＣＤ撮像素子３１は、その受像面に形成されたウエハ表面の像（回折光の像）を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理検査装置３５に出力する。画像処理検査装置３５の内部には、制御部３７と、ＣＣＤ撮像素子３１による回折像検出時の状態（検査状態）を検出する検査状態検出部３８と、ウエハ５の欠陥を検出する欠陥検出部３９と、メモリ（記憶装置）３６が設けられている。
【００４１】
制御部３７は、切替駆動機構１３ａによる波長選択フィルタ１３の切替作動制御、回転駆動機構１４ａによるＮＤフィルタ１４の回転制御、垂直軸Ａx１を中心としたホルダ機構４０（ウエハテーブル４２）の回転制御、チルト軸Ａx２を中心としたホルダ機構４０のチルト制御等を行う。さらに、制御部３７は、ＣＣＤ撮像素子３１から得られるウエハ５の画像を所定ビット（例えば１６ビット）のデジタル画像に変換する。このように構成された制御部３７は、ウエハ５の最適チルト角の決定時には、チルト角を変更させながらウエハ５の画像を取り込み、チルト角が異なるときのデジタル画像を順次メモリ３６に記憶する。
【００４２】
メモリ（記憶装置）３６には、制御部３７からのデジタル画像とそのときの検査状態（ホルダ機構４０のチルト角、照明光の波長、およびウエハホルダ４２の回転角度等）が記憶される。記憶されたデジタル画像は、検査状態の検出時には検査状態検出部３８に、ウエハ５の欠陥検出時には欠陥検出部３９に出力される。
【００４３】
検査状態検出部３８は、検査状態の検出にあたって、メモリ３６に記憶されたウエハ５および後述する基準変調部５０のデジタル画像を取り込んで、照明光の入射角θiおよび出射角θr（すなわちホルダ機構４０のチルト角）、照明光の波長、およびウエハホルダ４２（ウエハ５）の垂直軸Ａx１を中心とした方位角度（回転角度）等の検査状態を検出する。
【００４４】
欠陥検出部３９は、ウエハ５の欠陥検出にあたって、メモリ３６に記憶されたウエハ５のデジタル画像を取り込んで画像処理を行う他に、画像の光量をモニタし、画像の明暗に基づいてウエハ５の膜厚ムラ・塗布ムラ（ゴミの影響で膜が形成されていない部分等）、パターン形状の異常、傷等の欠陥箇所を特定する。
【００４５】
ここで、被検物であるウエハ５の表面には周期的に繰り返される線配列形状の回路パターン（以下、単にパターンと称する）が形成されており、ウエハ５の表面においてはこれらパターンを構成する線（線状の突起）が周期的に繰り返して配列されている。このため、パターンを構成する線の繰り返しピッチがｐであり、照明光の波長がλであるときに、ホルダ機構４０をチルトさせてウエハ５の表面のチルト角Ｔを次式（１）が成立するように設定すれば、ウエハ５から出射されるｎ次の回折光が集光光学系２０を介して撮像装置３０（ＣＣＤ撮像素子３１）に集光されるようになる。このようにして、ｎ次の回折光を受光してＣＣＤ撮像素子３１により得られたウエハ５の表面の像からパターンの線幅異常等の欠陥の有無の検査を行う。
【００４６】
（数１）
sin(θi−Ｔ) − sin(θr＋Ｔ) ＝ ｎ・λ／ｐ    ・・・（１）
【００４７】
式（１）において、θiおよびθrがチルト角Ｔを変化させる前（チルト角Ｔ＝０のとき）の入射角および出射角の値、すなわち初期値である。チルト角Ｔを変化させた場合に、入射角（θi−Ｔ)およびｎ次の回折光の出射角(θr＋Ｔ)は、ウエハ５の表面に対する法線（垂直軸）Ａx１（ウエハ５は平板と見なせるため、ホルダ部４１のウエハ載置面の法線とウエハ表面の法線は同一と見なせる）を基準として入射側に見込む角度方向をプラス、その反対側に見込む角度方向をマイナスとする。回折次数ｎは、ｎ＝０の０次光（正反射光）を基準として入射側に見込む角度方向をプラス、その反対側に見込む角度方向をマイナスとする。チルト角Ｔを変化させると入射角（θi−Ｔ)、出射角(θr＋Ｔ)が変化するわけであるが、チルト角Ｔは、例えば、ホルダ機構４０が水平状態にあるときを０度とし、入射側への角度方向をプラス、出射側への角度方向をマイナスとする。ここでは、チルト角が０度（基準状態）のときに入射角をθi、出射角をθrとしている。
【００４８】
まず、正反射像での検査を行うため、入射角（θi−Ｔ）＝出射角（θr＋Ｔ）として、ＣＣＤ撮像素子３１により撮像されたウエハ５の表面の画像信号が画像処理検査装置３５に送られる。画像処理検査装置３５においては、ＣＣＤ撮像素子３１からの画像信号により得られるウエハ５の表面の画像と、予め記憶されている良品ウエハの表面の画像（検査基準画像）とをアライメント（対応するパターンの位置がお互いに重なる状態とする）した後に比較検査を行う。比較検査には、パターンのマッチング検査や、予め学習させておいた検査基準画像との差分からなる差分画像に基づく欠陥検査等がある。検査対象となるウエハ５に膜厚ムラがある場合は干渉色が異なるため欠陥として検出され、パターン形状の異常や傷等の欠陥が存在する場合には明暗差となって欠陥を検出することができる。
【００４９】
次に、回折像での検査を行うために、照明光学系１０からホルダ機構４０に支持されたウエハ５の表面に照明光を照射したときに、ウエハ５からの回折光が集光光学系２０を介して撮像装置３０に集光されるように、ウエハ５に照射される照明光の波長λ、この照明光の入射角θi、ウエハ５から集光光学系２０への出射角θr、およびウエハ５（ホルダ機構４０）のチルト角Ｔが、ウエハ５の表面に形成されたパターンのピッチｐに対して上述の条件式（１）を満足するように設定して表面検査を行うことが必要である。例えば、入射角θi＝30度、出射角θr＝０度の検査装置で、パターンピッチｐ＝330nmのパターンを形成したウエハ５を波長λ＝365nmの照明光で１次回折光の回折像で検査する場合、ウエハ５（ホルダ機構４０）のチルト角Ｔ＝−19.9度となる。
【００５０】
なお、回折光による検査では、入射角（θi−Ｔ）と出射角（θr＋Ｔ）を上述の条件式（１）を満たすように設定するが、条件式（１）の条件を満たすチルト角の前後で、例えば0.1度刻みでチルト角を変化させて受光する光量をモニターし、光量が最大となるチルト角を回折検査時のチルト角として記憶してもよい。
【００５１】
なお、回折像は、パターンを照射する光の回折光を観察しているため、その像の輝度はパターンの形状変化の影響を受ける。例えば、塗布されたレジストへの適切な露光条件（ドーズ（露光量）やフォーカス状態等）で露光され、適切なレジスト現像工程を経て形成されたパターンは断面がきれいな矩形となっており、回折光を最も強く発生させる。しかし、露光条件や現像条件に不適切（ドーズ不良、フォーカス不良、現像液量不良、現像時間不良等）な条件があると、パターンの線幅が細くなったり断面がきれいな矩形とはならずにだれた形状（台形や蒲鉾形状など）となり、その結果、回折光の輝度（光量）が低下してしまう。
【００５２】
回折像検査では、前述のようにしてチルト角を設定し、ＣＣＤ撮像素子３１により撮像されたウエハ５の表面の画像信号が画像処理検査装置３５に送られる。画像処理検査装置３５においては、ＣＣＤ撮像素子３１からの画像信号により得られるウエハ５の表面画像の輝度に基づいて検査を行う。ウエハ５の表面上には複数のチップ（パターン）が規則的に配列しており、チップとチップとの間にはストリートラインと呼ばれる部分がある。このストリートライン部は完成後にＩＣチップを切り出す際の切り代となる部分であり、パターンは形成されていない。そのため、このストリートライン部では回折は起こらず回折像は暗くなっている。つまり、ウエハ５の表面上で各チップはストリートラインで区切られて見えるため、回折像でチップとチップとの比較が可能となる。具体的には、得られた回折像の各チップの輝度を比較してチップ単位での検査を行うことができる。ここで、各チップの輝度比較は全チップの平均輝度を求め、各チップの輝度がこの平均輝度に対して所定の閾値より輝度差があれば異常としてもよい。また、予め学習させておいた検査基準画像との差分を表示させた差分画像に基づいて欠陥検査も可能である。
【００５３】
ここで、正反射光検査では入射角（θi−Ｔ）＝出射角（θr＋Ｔ）とすれば、パターンのピッチに影響されることなく正反射像を得ることができた。しかし、回折光検査では回折像を得られる条件は、パターンピッチｐと照明光の波長λに依存している。言い換えると、同じパターンピッチｐの被検物であっても照明光の波長λが変化すると、得られていた回折像が得られなくなる場合がある。
【００５４】
本実施形態の表面検査装置１では、図１に示すように、干渉フィルタ等からなる波長選択フィルタ１３により照明光の波長を調整している。前述のように従来は、水銀の輝線スペクトル（図３を参照）であるｈ線（405nm）やｉ線（365nm）等を用いており、波長選択フィルタ１３の透過波長域に対して輝線スペクトルの幅が十分に狭かったため、波長選択フィルタ１３の透過波長域が多少変化しても、照明光の波長λが実質的に変化しなかった（図４を参照）。しかし、パターン線幅の微細化に伴い用いられる、例えば248nm波長帯の照明光は、図３に示すように、水銀の輝線スペクトルではなく比較的なだらかな（ブロードな）ピークとなっているため、波長選択フィルタ１３の透過特性が変化すると照明光の波長も変化してしまう。
【００５５】
例えば、波長選択フィルタ１３として用いている干渉フィルタは、基材である石英ガラスの上に酸化チタン（TiO2）、二酸化珪素（SiO2）、ジルコン（ZrO2）、アルミナ（Al2O3）等の誘電体の薄膜を積層して薄膜の干渉作用により透過する波長の調整をしている。この誘電体の薄膜は、微視的に見るとポーラス（空孔部の多い構造）となっており、空気中の水分等を取り込み見かけ上の屈折率を有している。また、各誘電体薄膜層は、光学的厚さはｎ・ｄ（ｎは屈折率、ｄは幾何的な膜厚）として機能しているため、薄膜に含まれる水分量によって光学的厚さが変わってしまう。
【００５６】
本実施形態では、超高圧水銀ランプ等からなる光源１１から強力な光線が発せられており、波長選択フィルタ１３は透過する波長以外の波長の光の多くを吸収している。そのため、波長選択フィルタ１３は活性化するとともに非常に高温となり、その結果、各誘電体薄膜層は水分を放出して屈折率が低下し、光学的薄膜層が薄くなってしまう。各誘電体薄膜の光学的膜厚が薄くなる結果、透過特性は短波長側にシフトして前述のように回折像に影響が生じ、著しい場合は回折像が得られなくなってしまう。
【００５７】
そのため、検査を行うときの照明光の波長を把握する必要があり、本実施形態では、基準変調部５０を用いて回折角から波長を求めている。つまり、検査に先立ち照明光（248nm波長帯の照明光）を基準変調部５０に照射し、その時に発生する回折光の出射角度を求め照明光の波長を確認するようにしている。以下、基準変調部５０で生じた回折光に基づいて照明光の波長を検出する本実施形態の検査装置および検査方法について説明する。
【００５８】
まず、第１の実施形態における基準変調部５０を図５に示している。本実施形態の基準変調部５０は、ガラス基板にクロムめっきを施しエッチング処理にて所定間隔で基準パターンが設けられた複数の第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐからなり、ホルダ機構４０のウエハ５を固定支持するホルダ部４１の外周に配設されている。また、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐは、基準パターンが形成された面（表面）とホルダ部４１に支持されたウエハ５の表面（回路パターンが形成された面）とが略同一面なるように配設されている。各第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐでは、表面に形成された基準パターンを構成する線の繰り返しピッチがそれぞれ異なっており、また、基準パターンの形状は高精度に保証されている。なお、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐはシリコンウエハにレジストを塗布し所定間隔で基準パターンを露光し現像したものを用いることもできる。
【００５９】
なお、ウエハ５の表面検査を行う場合に、ウエハ５の表面全域が撮像装置３０の撮像範囲となれば検査可能であるが、撮像装置３０では余裕をもってウエハ５よりも外側も撮像可能となっている。基準変調部５０（第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐ）は、この余裕の部分であるホルダ部４１の外周に配置されており、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐの表面からの回折光も撮像装置３０のＣＣＤ撮像素子３１によって検出可能となっている。
【００６０】
以上のように構成された検査装置１を用いたウエハ５の回折像での検査方法について、図６のフローチャートも参照しながら以下に説明する。
【００６１】
まず、検査対象となるウエハ５をホルダ機構４０上に搬送し（ステップＳ１０１）、ウエハ５のアライメントを実施する（ステップＳ１０２）。ウエハ５は、上述のように不図示のウエハ搬送機構により搬送され、テーブル駆動部４３により上方に移動したウエハテーブル４２のウエハ載置面（上面）に載置される。テーブル駆動部４３は、ウエハテーブル４２がウエハ搬送機構からウエハ５を受け取った後、ウエハ５の表面におけるパターンの繰り返し方向と照明光の照射方向とが一致するように、ウエハテーブル４２を回転させてウエハ５の回転方向の位置決めを行い、ウエハテーブル４２を降下させる。これにより、ウエハ５は方位角度（回転角度）を正確に位置決めされた状態（アライメントされた状態）でホルダ部４１のウエハ載置面に固定支持される。
【００６２】
ウエハ５がホルダ部４１に固定支持されると、ウエハ５および第１基準回折格子５１ａ〜５１ｂの表面に照明光を照射する（ステップＳ１０３）。光源１１からの光は、波長選択フィルタ１３およびＮＤフィルタ１４等を透過してファイバ１６から照明系凹面鏡１７へ出射され、照明系凹面鏡１７により並行光束となってホルダ部４１（ホルダ機構４０）に支持されたウエハ５の表面、およびホルダ部４１の外周に配設された第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐの表面に照明光が照射される。このとき、波長選択フィルタ１３によりウエハ５の表面に形成された検査対象の回路パターンのピッチに応じた照明光の波長が設定される。
【００６３】
そして、ウエハ５および第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐの表面からの所望次数の回折光（検査光）が集光光学系２０に取り込まれるようにホルダ機構４０をチルトさせる（ステップＳ１０４）。ウエハ５および第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐの表面からの所望次数の回折光が集光系凹面鏡２１により集光されるとともに絞り２２によって制限され、結像レンズ２３によって撮像装置３０のＣＣＤ撮像素子３１に結像するように、照明光の入射角および出射角、すなわちホルダ機構４０（ウエハ５）のチルト角を設定する。
【００６４】
ホルダ機構４０のチルト角が設定されると、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐからの回折光に基づいて照明光の波長を確認（検出）する（ステップＳ１０５）。このとき、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐのうち、ウエハ５の検査対象の回路パターンと近似したピッチを有する基準回折格子に着目し、この基準回折格子の表面からの所望次数の回折光（検査光）の出射角度、すなわち集光光学系２０を介してＣＣＤ撮像素子３１に結像する回折光の受光位置から、上述の式（１）に基づいて照明光の波長（実際の波長）が検出される。
【００６５】
そして、検出された照明光の波長に基づいてホルダ機構４０のチルト角を調整し（ステップＳ１０６）、ウエハ５の表面の回折像を撮像する（ステップＳ１０７）。検出された照明光の波長が、ステップＳ１０３において波長選択フィルタ１３で設定された照明光の波長と異なる場合（波長変動が生じた場合）、上述の式（１）に基づいて検出された波長からホルダ機構４０のチルト角が再設定される。なお、波長変動が生じていない場合は、ステップＳ１０４で設定されたホルダ機構４０のチルト角がそのまま保持される。ウエハ５から出射される回折光（検査光）は、集光光学系２０によってＣＣＤ撮像素子３１に結像し、ウエハ表面の像の画像信号を生成して画像処理検査装置３５に出力し、制御部３７でデジタル画像に変換してウエハ５の画像を生成する。
【００６６】
画像処理検査装置３５でウエハ５の画像が生成されると、この画像に基づいてウエハ５の表面における異常（欠陥等）の有無を検査する（ステップＳ１０８）。このとき、ウエハ５の表面におけるパターン内の周期構造の形状（例えば、ラインとスペースの比やテーパー度、エッジラフネス等）に異常があれば受光している回折光の強度が変化する。そのため、例えば、メモリ３６に予め記憶されている良品ウエハ（パターン）の画像データと比較することで、ウエハ５の表面における異常の有無を検査することができる。なお、この検査結果およびそのときのウエハ５の画像は不図示の画像表示装置で表示される。
【００６７】
このように、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐからの回折光に基づいて照明光の波長を確認（検出）し、実際の照明光の波長に基づいてホルダ機構４０（ウエハ５）のチルト角を調整した後に回折像による検査を行うことにより、波長変動の影響を受けない正確な検査が可能となる。また、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐの表面に形成された基準パターンの形状は高精度に保証されているため、第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐからの光の強度を基準とすることで規格化でき、複数の検査装置間で検査結果のバラツキがなく半導体製造工程の工程管理精度を向上させることが可能となる。
【００６８】
次に、第２の実施形態における基準変調部５０を図７に示している。本実施形態の基準変調部５０は、上述の第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐと同様に、ガラス基板にクロムめっきを施しエッチング処理にて所定間隔で基準パターンが設けられた、もしくはシリコンウエハにレジストを塗布し所定間隔で基準パターンを露光し現像した第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊからなる。第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊは、ホルダ機構４０のホルダ部４１の外周でチルト軸Ａx２の近傍に配設されている。また、第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊも、基準パターンが形成された面（表面）とホルダ部４１に支持されたウエハ５の表面（回路パターンが形成された面）とが略同一面なるように配設されている。
【００６９】
また、各第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊは、上述の基準回折格子５１ａ〜５１ｐと同様に、表面に形成された基準パターンを構成する線の繰り返しピッチがそれぞれ異なっており、また、基準パターンの形状は高精度に保証されている。さらに、第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊも、ホルダ部４１（ホルダ機構４０）のウエハ５を支持したときの余裕となり且つ撮像装置３０の撮像範囲内に配置されている。
【００７０】
本実施形態でも、第１の実施形態と同様に検査装置１を用いたウエハ５の回折像での検査を行う。この場合にも、まず、検査対象となるウエハ５をホルダ機構４０上に搬送し、ウエハ５のアライメントを実施する。ウエハ５がアライメントされた状態でホルダ部４１に固定支持されると、ウエハ５および第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊの表面に照明光を照射する。そして、ウエハ５および第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊの表面からの所望次数の回折光（検査光）が集光光学系２０に取り込まれるように、照明光の入射角および出射角、すなわちホルダ機構４０（ウエハ５）のチルト角を設定する。
【００７１】
次に、ホルダ機構４０のチルト角が設定されると、第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊからの回折光に基づいて照明光の波長を確認（検出）する。このとき、第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊのうち、ウエハ５の検査対象の回路パターンと近似したピッチを有する基準回折格子に着目し、この基準回折格子の表面からの所望次数の回折光（検査光）の出射角度、すなわち集光光学系２０を介してＣＣＤ撮像素子３１に結像する回折光の受光位置から、上述の式（１）に基づいて照明光の波長（実際の照明光の波長）が検出される。そして、検出された照明光の波長に基づいてホルダ機構４０のチルト角を調整し、ウエハ５の表面の回折像を撮像する。このようにして得られたウエハ５の画像に基づいて、例えば、予め記憶されている良品ウエハ（パターン）の画像データと比較することでウエハ５の表面における異常の検査を行う。
【００７２】
このように第２の実施形態では、第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊがチルト軸Ａx２の近傍に集まって配設されている。これにより、例えば、チルト軸Ａx２および垂直軸Ａx１に直交する軸Ａx３（以下、直交軸Ａx３と称する）の近傍に配設される基準回折格子５２ｘ,５２ｘ′の回折条件が、偶然に検査中のウエハ画像に入り込む回折光を発生する条件を満たした場合に、ウエハ５の検査画像に不要な光が入り込む可能性がある。第２の実施形態では、第２基準回折格子５２ａ〜５２ｊをチルト軸Ａx２の近傍に配置しているので、ウエハ５の検査時に意図しない正反射光または回折光が検査画像に入り込む虞がない。
【００７３】
次に、第３の実施形態における基準変調部５０を図８に示している。本実施形態の基準変調部５０は、上述の第１基準回折格子５１ａ〜５１ｐ等と同様に、ガラス基板にクロムめっきを施しエッチング処理にて所定間隔で基準パターンが設けられた、もしくはシリコンウエハにレジストを塗布し所定間隔で基準パターンを露光し現像した第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄからなる。第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄは、ホルダ機構４０のホルダ部４１の外周で、チルト軸Ａx２の近傍および直交軸Ａx３の近傍でウエハ５を介して対称な位置に配設されている。また、第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄも、基準パターンが形成された面（表面）とホルダ部４１に支持されたウエハ５の表面（回路パターンが形成された面）とが略同一面なるように配設されている。さらに、第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄも、ホルダ部４１（ホルダ機構４０）のウエハ５を支持したときの余裕となり且つ撮像装置３０の撮像範囲内に配置されている。
【００７４】
第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄそれぞれの表面には、一つの表面に繰り返しピッチが異なる複数の基準パターン（例えば、70nm、90nm、150nmピッチの基準パターン）が形成されており、また、各基準パターンの形状は高精度に保証されている。なお、第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄの表面にはそれぞれ同様の基準パターンが形成されている（すなわち、第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄは同様の回折特性を有している）。
【００７５】
本実施形態でも、第１,第２の実施形態と同様に検査装置１を用いたウエハ５の回折像での検査を行う。この検査方法について図９のフローチャートも参照しながら以下に説明する。この場合にも、まず、検査対象となるウエハ５をホルダ機構４０上に搬送し（ステップＳ３０１）、ウエハ５のアライメントを実施する（ステップＳ３０２）。ウエハ５がアライメントされた状態でホルダ部４１に固定支持されると、ウエハ５および第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄの表面に照明光を照射する（ステップＳ３０３）。そして、ウエハ５および第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄの表面からの所望次数の回折光（検査光）が集光光学系２０に取り込まれるように、照明光の入射角および出射角、すなわちホルダ機構４０（ウエハ５）のチルト角を設定する（ステップＳ３０４）。
【００７６】
次に、ホルダ機構４０のチルト角が設定されると、上述の第１,第２実施形態と同様に、第３基準回折格子５３ａ〜５３ｄにおいて、ウエハ５の検査対象のパターンと近似したピッチを有する基準パターンの部位に着目し、この基準パターンの部位からの所望次数の回折光の出射角度、すなわち集光光学系２０を介してＣＣＤ撮像素子３１に結像する回折光の受光位置から、上述の式（１）に基づいて照明光の波長（実際の照明光の波長）が検出される。そして、検出された照明光の波長に基づいてホルダ機構４０のチルト角を調整し（ステップＳ３０５）、ウエハ５の表面の回折像を撮像する（ステップＳ３０６）。そして、得られたウエハ５の画像に基づいて、例えば、予め記憶されている良品ウエハ（パターン）の画像データと比較することでウエハ５の表面における異常の検査を行う（ステップＳ３０７）。
【００７７】
このように実際の照明光の波長に基づいてホルダ機構４０（ウエハ５）のチルト角を調整した後に回折像による検査を行うことにより、波長変動の影響を受けない正確な検査が可能であるが、スループット（時間当たりの検査数）を高めるため、通常このようなチルト角の調整は１ロット（２５枚）の複数のウエハに対して１回行い、調整されたチルト角で複数のウエハの検査を行っている。このような検査では、複数のウエハを検査していくうちに、ステップＳ３０６において正常なウエハ画像が得られなくなる場合がある。すなわち、これまで得られていたウエハ画像（もしくは良品のウエハ画像）と比較して所定の基準範囲を超える輝度劣化を生じる場合がある。この場合、例えば、前述のチルト駆動機構（図示せず）の機械的不具合によるチルト角度ずれ、ホルダ部４１に支持されたウエハ５の垂直軸Ａx１を中心とした方位角度ずれ（アライメントの不具合）、照明光学系１０、集光光学系２０もしくは撮像装置３０（ＣＣＤ撮像素子３１の受光感度）に何らかの不具合（異常）がある場合などが考えられる。
【００７８】
まず、直交軸Ａx３近傍に配設された第３基準回折格子５３ａ,５３ｃもしくは直交軸Ａx３方向におけるウエハ５の側部の被検査パターンと、チルト軸Ａx２近傍に配設された５３ｂ,５３ｄもしくはウエハ５のチルト軸Ａx２近傍（ウエハ５の中央部）の被検査パターンに着目し、これらからの検査光（回折光もしくは反射光）が所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合（例えば、５％の輝度劣化が発生した場合）、チルト駆動機構等の機械的不具合によるチルト角度ずれと判断（検出）する。そして、検出された検査光の輝度の差異に基づいてホルダ機構４０のチルト角度ずれを調整する（ステップＳ３０８）。
【００７９】
実際には、図１０に示すように、±方向に約0.16度以上のチルト角度ずれが生じた場合に、チルト角度のずれがない場合と比較して５％以上の輝度劣化が生じ、また、ウエハ画像において直交軸Ａx３方向（図中における上下方向）に明部と暗部が生じている。具体的に、＋方向に約0.16度以上のチルト角ずれが生じた場合に、ウエハ画像の中央チルト軸Ａx２方向（図中における左右方向）が暗くなる。また、−方向に約0.16度以上のチルト角ずれが生じた場合に、ウエハ画像の直交軸Ａx３方向の側部が暗くなる。
【００８０】
また、第３基準回折格子５３ａ〜５２ｄと、ウエハ５の直交軸Ａx３近傍（ウエハ５の中央部）もしくはチルト軸Ａx２方向におけるウエハ５の側部とに着目し、これらからの検査光（回折光もしくは反射光）が所定の基準範囲を超える輝度の差異を有する場合（例えば、５％の輝度劣化が発生した場合）、テーブル駆動部４３等によるウエハ５の方位角度（回転角度）のずれ（アライメントの不具合）と判断（検出）する。そして、検出された検査光の輝度の差異に基づいてウエハ５の方位角度ずれを調整する（ステップＳ３０９）。
【００８１】
実際には、図１１に示すように、±方向に約4分以上の方位角度（回転角度）ずれが生じた場合に、方位角度ずれがない場合と比較して５％以上の輝度劣化が生じ、また、ウエハ画像においてチルト軸Ａx２方向（図中における左右方向）に明部と暗部が生じている。具体的に、＋方向に約4分以上の方位角度ずれが生じた場合に、ウエハ画像の中央直交軸Ａx３方向（図中における上下方向）が暗くなる。また、−方向に約4分以上の方位角度ずれが生じた場合に、ウエハ画像のチルト軸Ａx２方向の側部が暗くなる。
【００８２】
また、第３基準回折格子５３ａ〜５２ｄに着目し、これらからの検査光（回折光もしくは反射光）の輝度が、それぞれ所定の基準範囲から同程度に外れた場合に、照明光学系１０、集光光学系２０もしくは撮像装置３０（ＣＣＤ撮像素子３１の受光感度）に何らかの不具合（異常）があると判断（検出）する。そして、検出された検査光の輝度に基づいて照明光学系１０、集光光学系２０もしくは撮像装置３０の不具合を調整（または交換）する（ステップＳ３１０）。
【００８３】
そして、各々の検査光の輝度に基づいて、ホルダ機構４０のチルト角度ずれ、ウエハ５（ホルダ機構４０）の方位角度ずれ、照明光学系１０、集光光学系２０、および撮像装置３０等を調整した後、ウエハ５の表面の回折像を再び撮像し、得られたウエハ５の画像に基づいて、上記ステップＳ３０７において、ウエハ５の表面における異常の検査を行う。
【００８４】
このように第３の実施形態では、チルト軸Ａx２の近傍および直交軸Ａx３の近傍に配設された第３基準回折格子５３ａ〜５２ｄと、ウエハ５の表面からの検査光（回折光もしくは反射光）に基づいて、照明光の波長変動だけでなく、チルト駆動機構やテーブル駆動部４３等の機械的不具合、ウエハ５のアライメント不具合等も検出することができ、これらを調整して正確な検査が可能となる。
【００８５】
以上のように構成された検査装置１およびこの検査装置１を用いた検査方法によれば、
ウエハ５および基準変調部５０からの回折光に基づいて、照明光の波長、ホルダ機構４０（ウエハ５）のチルト角（照明光の入射角および出射角）、ホルダ部４１に支持されたウエハ５の方位角度（アライメント状態）等の検査状態を検出し、これらを調整した後に回折像や正反射像等による検査を行うことにより、波長変動の影響や検査装置１の機械的不具合の影響等を受けない正確な検査が可能となる。また、基準変調部５０の表面に形成された基準パターンの形状は高精度に保証されているため、基準変調部５０からの光の強度を基準とすることで規格化でき、複数の検査装置間で検査結果のバラツキがなく半導体製造工程の工程管理精度を向上させることが可能となる。
【００８６】
なお、上述の実施形態において、基準変調部５０は、ホルダ機構４０に配設され構成されているが、この構成に限定されず、撮像装置３０の撮像範囲内に配置されていればホルダ機構４０に配設されていなくてもよい。また、撮像装置としてＣＣＤを例として説明したが、ＣＭＯＳ等の固体増幅型撮像素子を用いてもよい。また、撮像装置にラインセンサを用いて被検画像を走査することもできる。また、被検査対象のウエハ全面を分割して撮像して検査を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係る検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】上記検査装置におけるホルダ機構の構成を示す図である。
【図３】（ａ）水銀ランプの輝線スペクトルを示す図であり、（ｂ）は（ａ）の図の一部を拡大した図である。
【図４】波長選択フィルタの透過波長域を示した図である。
【図５】本発明に係る第１の基準変調部の構成を示す図であり、（ａ）は基準変調部およびホルダ機構の平面図、（ｂ）は（ａ）に示すチルト軸Ａx２での断面図である。
【図６】本発明に係る検査方法を示す第１のフローチャートである。
【図７】本発明に係る第２の基準変調部の構成を示す図であり、（ａ）は基準変調部およびホルダ機構の平面図、（ｂ）は（ａ）に示すチルト軸Ａx２での断面図である。
【図８】本発明に係る第３の基準変調部の構成を示す図であり、（ａ）は基準変調部およびホルダ機構の平面図、（ｂ）は（ａ）に示すチルト軸Ａx２での断面図である。
【図９】本発明に係る検査方法を示す第３のフローチャートである。
【図１０】チルト角度ずれとウエハ画像との相関関係を説明する図である。
【図１１】方位角度（回転角度）ずれとウエハ画像との相関関係を説明する図である。
【符号の説明】
【００８８】
１    検査装置                            ５    ウエハ（被検物）
１０  照明光学系（照射部）                ３０  撮像装置（受光部）
３７  制御部（検査状態制御部）            ３８  検査状態検出部
３９  欠陥検出部（検査部）                ４０  ホルダ機構（支持部）
５０  基準変調部（変調部）
５１ａ〜５１ｐ  第１基準回折格子（変調部）
５２ａ〜５２ｊ  第２基準回折格子（変調部）
５３ａ〜５３ｄ  第３基準回折格子（変調部）
【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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【図１１】
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