(57)【要約】【課題】暗視野検査装置の測定結果を微小領域まで保証できる技術を提供する。【解決手段】表面に不規則な凹凸パターンのマイクロラフネスが精度よく形成され、その表面のマイクロラフネスの粗さが保証されたバルクウエハを基準ウエハとして暗視野検査装置の校正を行う。マイクロラフネスは、薬液による化学処理により精度よく形成することができる。このようなマイクロラフネスをＡＦＭを用いて測定し、測定値を基にヘイズ期待値を求める。その後、校正する暗視野検査装置で基準ウエハの表面のヘイズを測定してヘイズ実測値を求め、ヘイズ期待値とヘイズ実測値との差を求める。この差を基にヘイズ実測値がヘイズ期待値と合致するように暗視野検査装置のヘイズ測定パラメータを調整する。【選択図】図３
2010109257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
暗視野検査装置校正用基準ウエハであって、
表面に薄膜の形成されていないバルクウエハから形成され、
前記表面には、不規則パターンのマイクロラフネスに起因するヘイズが形成され、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものであり、
前記ヘイズを計測することで暗視野検査装置の校正が行われることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハ。
【請求項２】
請求項１記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハにおいて、
１枚の前記バルクウエハの前記表面には、複数のヘイズ領域が規定され、
前記複数のヘイズ領域間で、前記マイクロラフネスの粗さが異なることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハ。
【請求項３】
請求項１記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハにおいて、
暗視野検査装置の校正時には、前記表面の前記マイクロラフネスの粗さが異なる複数枚で用いられることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハ。
【請求項４】
請求項１記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハにおいて、
前記マイクロラフネスの前記粗さは、０．１ｎｍ〜１．０ｎｍの間の規定値であることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハ。
【請求項５】
請求項１記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハにおいて、
前記バルクウエハは、単結晶シリコンから形成されていることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハ。
【請求項６】
（ａ）表面に薄膜の形成されていないバルクウエハを用意する工程、
（ｂ）前記バルクウエハの前記表面と薬液とを化学反応させ、前記バルクウエハの前記表面に不規則パターンのマイクロラフネスを形成する工程、
を含み、
前記マイクロラフネスは、ヘイズを形成し、
前記ヘイズを計測することで暗視野検査装置の校正が行われることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法において、
１枚の前記バルクウエハの前記表面に複数のヘイズ領域を規定し、
前記ヘイズ領域毎に異なる粗さの前記マイクロラフネスを形成することを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法において、
前記（ｂ）工程は、回転ステージによって前記１枚のバルクウエハを保持した状況下で前記回転ステージを回転させ、前記回転ステージの回転下において前記１枚のバルクウエハに前記薬液を滴下することで行うことを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法。
【請求項９】
請求項７記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法において、
前記（ｂ）工程は、
（ｂ１）前記複数のヘイズ領域のうちの第１ヘイズ領域を前記薬液中に浸漬して保持する工程、
（ｂ２）前記（ｂ１）工程後、前記第１ヘイズ領域および前記複数のヘイズ領域のうちの第２ヘイズ領域を前記薬液中に浸漬して保持する工程、
を含むことを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法。
【請求項１０】
請求項６記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法において、
前記（ａ）工程では、複数枚の前記バルクウエハを用意し、
前記バルクウエハ毎に異なる粗さの前記マイクロラフネスを形成することを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法。
【請求項１１】
請求項６記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法において、
前記マイクロラフネスの前記粗さは、０．１ｎｍ〜１．０ｎｍの間の規定値であることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法。
【請求項１２】
請求項６記載の暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法において、
前記バルクウエハは、単結晶シリコンから形成され、
前記薬液は、ＡＰＭ液、ＨＰＭ液、ＳＰＭ液、ＤＨＦ液、ＢＨＦ液、およびフッ酸とオゾン水との混合水溶液のうちの選択された１つ以上であることを特徴とする暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法。
【請求項１３】
（ａ）表面にヘイズが形成された暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意する工程、
（ｂ）原子レベルの凹凸を測定して画像化できる顕微鏡により、前記ヘイズが形成された前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面のマイクロラフネスの粗さを計測し、計測された前記粗さを基に暗視野検査装置による前記ヘイズの計測をシミュレーションし、前記シミュレーションによるヘイズ期待値を求める工程、
（ｃ）前記暗視野検査装置により前記ヘイズを実測し、実測によるヘイズ実測値を求める工程、
（ｄ）前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析する工程、
（ｅ）前記ギャップを基に前記暗視野検査装置を校正する工程、
を含み、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハは、表面に薄膜の形成されていないバルクウエハから形成され、
前記ヘイズは、不規則パターンの前記マイクロラフネスに起因して形成されたものであり、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものであることを特徴とする暗視野検査装置の校正方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の暗視野検査装置の校正方法において、
１枚の前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面には、複数のヘイズ領域が規定され、
前記複数のヘイズ領域間で、前記マイクロラフネスの前記粗さが異なり、
前記（ｂ）工程では、前記顕微鏡により前記複数のヘイズ領域の各々における前記マイクロラフネスの前記粗さを測定し、前記シミュレーションにより前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズ期待値を求め、
前記（ｃ）工程では、前記暗視野検査装置により前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズを実測し、前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズ実測値を求め、
前記（ｅ）工程では、前記複数のヘイズ領域の各々について前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析することを特徴とする暗視野検査装置の校正方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の暗視野検査装置の校正方法において、
前記（ａ）工程では、前記マイクロラフネスの前記粗さが異なる複数枚の前記暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意し、
前記（ｂ）工程では、前記顕微鏡により前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記マイクロラフネスの前記粗さを測定し、前記シミュレーションにより前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズ期待値を求め、
前記（ｃ）工程では、前記暗視野検査装置により前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズを実測し、前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズ実測値を求め、
前記（ｅ）工程では、前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々について前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析することを特徴とする暗視野検査装置の校正方法。
【請求項１６】
請求項１３記載の暗視野検査装置の校正方法において、
前記マイクロラフネスの前記粗さは、０．１ｎｍ〜１．０ｎｍの間の規定値であることを特徴とする暗視野検査装置の校正方法。
【請求項１７】
請求項１３記載の暗視野検査装置の校正方法において、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハは、単結晶シリコンから形成されていることを特徴とする暗視野検査装置の校正方法。
【請求項１８】
表面に薄膜、素子または配線のパターンが形成されていない第１バルクウエハの表面の異物の有無または粗さを検査する暗視野検査装置であって、
（ａ）表面にヘイズが形成された暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意する工程、
（ｂ）原子レベルの凹凸を測定して画像化できる顕微鏡により、前記ヘイズが形成された前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面のマイクロラフネスの粗さを計測し、計測された前記粗さを基に暗視野検査装置による前記ヘイズの計測をシミュレーションし、前記シミュレーションによるヘイズ期待値を求める工程、
（ｃ）前記暗視野検査装置により前記ヘイズを実測し、実測によるヘイズ実測値を求める工程、
（ｄ）前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析する工程、
（ｅ）前記ギャップを基に前記暗視野検査装置を校正する工程、
を含む工程によって校正され、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハは、表面に薄膜の形成されていない第２バルクウエハから形成され、
前記ヘイズは、不規則パターンの前記マイクロラフネスに起因して形成されたものであり、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものであることを特徴とする暗視野検査装置。
【請求項１９】
請求項１８記載の暗視野検査装置において、
１枚の前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面には、複数のヘイズ領域が規定され、
前記複数のヘイズ領域間で、前記マイクロラフネスの前記粗さが異なり、
前記（ｂ）工程では、前記顕微鏡により前記複数のヘイズ領域の各々における前記マイクロラフネスの前記粗さを測定し、前記シミュレーションにより前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズ期待値を求め、
前記（ｃ）工程では、前記暗視野検査装置により前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズを実測し、前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズ実測値を求め、
前記（ｅ）工程では、前記複数のヘイズ領域の各々について前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析することを特徴とする暗視野検査装置。
【請求項２０】
請求項１８記載の暗視野検査装置において、
前記（ａ）工程では、前記マイクロラフネスの前記粗さが異なる複数枚の前記暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意し、
前記（ｂ）工程では、前記顕微鏡により前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記マイクロラフネスの前記粗さを測定し、前記シミュレーションにより前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズ期待値を求め、
前記（ｃ）工程では、前記暗視野検査装置により前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズを実測し、前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズ実測値を求め、
前記（ｅ）工程では、前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々について前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析することを特徴とする暗視野検査装置。
【請求項２１】
請求項１８記載の暗視野検査装置において、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面の前記マイクロラフネスの前記粗さは、０．１ｎｍ〜１．０ｎｍの間の規定値であることを特徴とする暗視野検査装置。
【請求項２２】
請求項１８記載の暗視野検査装置において、
前記第１バルクウエハおよび前記第２バルクウエハは、単結晶シリコンから形成されていることを特徴とする暗視野検査装置。
【請求項２３】
暗視野検査装置を用い、表面に薄膜、素子または配線のパターンが形成されていない検査対象の第１バルクウエハの表面を検査するウエハ検査方法であって、
前記暗視野検査装置は、
（ａ）表面にヘイズが形成された暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意する工程、
（ｂ）原子レベルの凹凸を測定して画像化できる顕微鏡により、前記ヘイズが形成された前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面のマイクロラフネスの粗さを計測し、計測された前記粗さを基に前記暗視野検査装置による前記ヘイズの計測をシミュレーションし、前記シミュレーションによるヘイズ期待値を求める工程、
（ｃ）前記暗視野検査装置により前記ヘイズを実測し、実測によるヘイズ実測値を求める工程、
（ｄ）前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析する工程、
（ｅ）前記ギャップを基に前記暗視野検査装置を校正する工程、
を含む工程によって校正され、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハは、表面に薄膜の形成されていない第２バルクウエハから形成され、
前記ヘイズは、不規則パターンの前記マイクロラフネスに起因して形成されたものであり、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものであることを特徴とするウエハ検査方法。
【請求項２４】
請求項２３記載のウエハ検査方法において、
１枚の前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面には、複数のヘイズ領域が規定され、
前記複数のヘイズ領域間で、前記マイクロラフネスの前記粗さが異なり、
前記（ｂ）工程では、前記顕微鏡により前記複数のヘイズ領域の各々における前記マイクロラフネスの前記粗さを測定し、前記シミュレーションにより前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズ期待値を求め、
前記（ｃ）工程では、前記暗視野検査装置により前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズを実測し、前記複数のヘイズ領域の各々における前記ヘイズ実測値を求め、
前記（ｅ）工程では、前記複数のヘイズ領域の各々について前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析することを特徴とするウエハ検査方法。
【請求項２５】
請求項２３記載のウエハ検査方法において、
前記（ａ）工程では、前記マイクロラフネスの前記粗さが異なる複数枚の前記暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意し、
前記（ｂ）工程では、前記顕微鏡により前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記マイクロラフネスの前記粗さを測定し、前記シミュレーションにより前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズ期待値を求め、
前記（ｃ）工程では、前記暗視野検査装置により前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズを実測し、前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々における前記ヘイズ実測値を求め、
前記（ｅ）工程では、前記複数枚の暗視野検査装置校正用基準ウエハの各々について前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値とのギャップを分析することを特徴とするウエハ検査方法。
【請求項２６】
請求項２３記載のウエハ検査方法において、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面の前記マイクロラフネスの前記粗さは、０．１ｎｍ〜１．０ｎｍの間の規定値であることを特徴とするウエハ検査方法。
【請求項２７】
請求項２３記載のウエハ検査方法において、
前記第１バルクウエハおよび前記第２バルクウエハは、単結晶シリコンから形成されていることを特徴とするウエハ検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、暗視野検査装置校正用基準ウエハ、暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造技術、暗視野検査装置の校正技術、暗視野検査装置およびウエハ検査技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００２−１３４５８１号公報（特許文献１）は、シリコンウエハの表面の微小凹凸を測定する時の基準となる基準ウエハについて言及し、その基準ウエハの製造に当たっては、局部エッチングの相対走査により表面に微小凹凸を形成する技術を開示している。また、前記局部エッチングでは、活性種ガスであるＮＦ３、ＣＦ４またはＳＦ６を使用することを開示している。
【０００３】
特開２０００−１８３０１７号公報（特許文献２、対応米国特許第６，４６３，９４１号明細書）は、ウエハのエッチングおよび洗浄等に用いる薬液の濃度を制御する薬液濃度制御装置を開示し、薬液の例としてアンモニアと過酸化水素水との混合液を開示している。
【０００４】
特開平１０−１７２９４０号公報（特許文献３）は、シリコンウエハ洗浄に用いる薬液の濃度が最適となるように調整を行うシリコンウエハ洗浄装置を開示し、薬液の例としてアンモニアと過酸化水素水との混合液を開示している。
【０００５】
米国特許第６，８３０，９４３号明細書（特許文献４）は、半導体計測用の校正標準を含むウエハを開示し、そのウエハの表面の粗さが１Å未満であること、およびそのウエハの表面に形成された校正層は金属酸化物等から形成されていることを開示している。
【特許文献１】特開２００２−１３４５８１号公報
【特許文献２】特開２０００−１８３０１７号公報
【特許文献３】特開平１０−１７２９４０号公報
【特許文献４】米国特許第６，８３０，９４３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体デバイスの基板材料となる単結晶シリコンウエハ（以下、単にウエハと記す）は、チョクラルスキー法（ＣＺ法）等によって引き上げられた単結晶シリコンインゴットをワイヤソー切断等によってスライス加工し、その後、研削、エッチング、表面の鏡面研磨加工およびウエット洗浄処理等を経て鏡面ウエハとして作成される。
【０００７】
近年、半導体デバイスの微細化および高性能化に伴って、基板材料となるウエハに対しては、表面の高品質化が要求されてきている。ここで、ウエハの表面品質とは、結晶欠陥、平坦度、ナノトポグラフィ、パーティクル、金属不純物、有機物、マイクロラフネスおよび自然酸化膜等が指標となっている。
【０００８】
半導体デバイスでは、ウエハ表面のマイクロラフネスが微小に変化するだけで特性の劣化を招く虞がある。そこで、本発明者らは、上記のウエハの表面品質の指標のうち、マイクロラフネスを暗視野検査装置を用いて測定する技術について検討している。暗視野検査装置によるマイクロラフネスの測定は、鏡面ウエハに照明を照射し、ヘイズを光学式に測定することで実施している。ヘイズとは、鏡面ウエハに光を照射した時に、ウエハ表面の粗さ(凹凸)に起因して全周方向に光が散乱されるウエハの表面状態を言い、その散乱光を受光することで、ヘイズの粗さの平均値を算出することができる。本発明者らは、暗視野検査装置におけるそのヘイズ測定機能を校正するに当たって、以下の課題が存在することを見出した。
【０００９】
すなわち、上記暗視野検査装置におけるそのヘイズ測定機能を高精度で校正するに当たっては、校正に用いる基準用ウエハの表面に、たとえば半導体デバイス製造で用いられる薄膜のうちの最も微小な粗さである０．１ｎｍ〜０．２ｎｍ程度の極微小なマイクロラフネスが再現されていることが求められる。そのため、そのような極微小なマイクロラフネスを基準用ウエハの表面に高精度で形成することが課題となっている。
【００１０】
本発明の目的の一つは、表面に極微小なマイクロラフネスが形成された校正用基準ウエハを作成できる技術を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的の他の一つは、同一機種の暗視野検査装置間での測定能力差を低減できる技術を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の目的の他の一つは、暗視野検査装置の測定結果を微小領域まで保証できる技術を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の目的の他の一つは、暗視野検査装置の測定能力の経時変化を検出して調整できる技術を提供することにある。
【００１４】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
（１）本発明では、薬液を用いてウエハのマイクロラフネスを制御する。
【００１７】
（２）本発明では、薬液を用いてマイクロラフネスを制御されたウエハ（以下、暗視野検査装置校正用基準ウエハと称す。）を用いて、暗視野検査装置を校正する。
【００１８】
（３）本発明では、暗視野検査装置校正用基準ウエハを用いた暗視野検査装置の校正に、走査型プローブ顕微鏡を用いる。
【００１９】
（４）本発明では、暗視野検査装置校正用基準ウエハを用いて校正された暗視野検査装置を用いて、ウエハの検査を行う。
【００２０】
（５）本発明による暗視野検査装置校正用基準ウエハは、
表面に薄膜の形成されていないバルクウエハから形成され、
前記表面には、不規則パターンのマイクロラフネスに起因するヘイズが形成され、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものであり、
前記ヘイズを計測することで暗視野検査装置の校正が行われるものである。
【００２１】
（６）本発明による暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法は、
（ａ）表面に薄膜の形成されていないバルクウエハを用意する工程、
（ｂ）前記バルクウエハの前記表面と薬液とを化学反応させ、前記バルクウエハの前記表面に不規則パターンのマイクロラフネスを形成する工程、
を含み、
前記マイクロラフネスは、ヘイズを形成し、
前記ヘイズを計測することで暗視野検査装置の校正が行われるものである。
【００２２】
（７）本発明による暗視野検査装置の校正方法は、
（ａ）表面にヘイズが形成された暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意する工程、
（ｂ）原子レベルの凹凸を測定して画像化できる顕微鏡により、前記ヘイズが形成された前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面のマイクロラフネスの粗さを計測し、計測された前記粗さを基に暗視野検査装置による前記ヘイズの計測をシミュレーションし、前記シミュレーションによるヘイズ期待値を求める工程、
（ｃ）前記暗視野検査装置により前記ヘイズを実測し、実測によるヘイズ実測値を求める工程、
（ｄ）前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値との差を分析する工程、
（ｅ）前記差を基に前記暗視野検査装置を校正する工程、
を含み、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハは、表面に薄膜の形成されていないバルクウエハから形成され、
前記ヘイズは、不規則パターンの前記マイクロラフネスに起因して形成されたものであり、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものである。
【００２３】
（８）本発明による暗視野検査装置は、表面に薄膜、素子または配線のパターンが形成されていない第１バルクウエハの表面の異物の有無または粗さを検査する暗視野検査装置であって、
（ａ）表面にヘイズが形成された暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意する工程、
（ｂ）原子レベルの凹凸を測定して画像化できる顕微鏡により、前記ヘイズが形成された前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面のマイクロラフネスの粗さを計測し、計測された前記粗さを基に暗視野検査装置による前記ヘイズの計測をシミュレーションし、前記シミュレーションによるヘイズ期待値を求める工程、
（ｃ）前記暗視野検査装置により前記ヘイズを実測し、実測によるヘイズ実測値を求める工程、
（ｄ）前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値との差を分析する工程、
（ｅ）前記差を基に前記暗視野検査装置を校正する工程、
を含む工程によって校正され、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハは、表面に薄膜の形成されていない第２バルクウエハから形成され、
前記ヘイズは、不規則パターンの前記マイクロラフネスに起因して形成されたものであり、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものである。
【００２４】
（９）本発明によるウエハ検査方法は、暗視野検査装置を用い、表面に薄膜、素子または配線のパターンが形成されていない検査対象の第１バルクウエハを検査するウエハ検査方法であって、
前記暗視野検査装置は、
（ａ）表面にヘイズが形成された暗視野検査装置校正用基準ウエハを用意する工程、
（ｂ）原子レベルの凹凸を測定して画像化できる顕微鏡により、前記ヘイズが形成された前記暗視野検査装置校正用基準ウエハの前記表面のマイクロラフネスの粗さを計測し、計測された前記粗さを基に前記暗視野検査装置による前記ヘイズの計測をシミュレーションし、前記シミュレーションによるヘイズ期待値を求める工程、
（ｃ）前記暗視野検査装置により前記ヘイズを実測し、実測によるヘイズ実測値を求める工程、
（ｄ）前記ヘイズ期待値と前記ヘイズ実測値との差を分析する工程、
（ｅ）前記差を基に前記暗視野検査装置を校正する工程、
を含む工程によって校正され、
前記暗視野検査装置校正用基準ウエハは、表面に薄膜の形成されていない第２バルクウエハから形成され、
前記ヘイズは、不規則パターンの前記マイクロラフネスに起因して形成されたものであり、
前記マイクロラフネスは、薬液を用いた化学反応によって形成されたものである。
【発明の効果】
【００２５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２６】
（１）表面に極微小なマイクロラフネスが形成された校正用基準ウエハを作成することができる。
【００２７】
（２）同一機種の暗視野検査装置間での測定能力差を低減できるようになる。
【００２８】
（３）暗視野検査装置の測定能力を微小領域まで保証できるようになる。
【００２９】
（４）暗視野検査装置の測定能力の経時変化を検出して調整できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本願発明を詳細に説明する前に、本願における用語の意味を説明すると次の通りである。
【００３１】
暗視野検査装置とは、試料表面上の凹凸に光を照射すると凹凸面から光が散乱することを利用し、その散乱した光を受光することでその試料表面の微小な凹凸を検出する検査装置を言う。ウエハの表面検査においては、表面の微細な傷（数１０Å程度）、凹凸、段差および異物等の有無の判定に用いられる。
【００３２】
バルクウエハとは、半導体素子の部材となる表面層がまだ形成されていないウエハを言う。
【００３３】
鏡面ウエハとは、研磨工程により鏡面仕上げが施されたウエハを言い、一方の表面のみを鏡面仕上げした片面鏡面ウエハと、両方の表面を鏡面仕上げした両面鏡面ウエハとがある。
【００３４】
ヘイズまたはマイクロヘイズとは、鏡面ウエハに光を照射した時に、ウエハ表面の粗さ（凹凸）に起因して全周方向に光が散乱されるウエハの表面状態を言い、その散乱光を受光することで、ヘイズの粗さの平均値を算出することができる。
【００３５】
マイクロラフネスとは、ウエハ表面においての凹凸間隔（空間波長レンジλ）が約１００μｍ未満の表面粗さ成分を言う。
【００３６】
ＡＰＭ（Ammonia-Hydrogen Peroxide Mixture）液またはＳＣ−１（RCA Standard Clean 1（ＲＣＡ社標準洗浄第１液））液とは、アンモニア水：過酸化水素水：水（純水（ＤＩＷ：De-Ionized Water））の容積配合比が１：１：５〜１：１：５０のシリコンウエハの洗浄液を言う。約４０℃〜９０℃のＡＰＭ液にシリコンウエハを浸漬することで、シリコンウエハ表面の有機性汚れおよび付着粒子を除去できる。ＡＰＭ液は、キレート剤および界面活性剤の一方または両方を添加して用いられることもある。
【００３７】
ここで、アンモニアはウエハをエッチングする（削る）性質を有し、過酸化水素水はシリコンウエハを酸化する（エッチングを抑制する性質）性質を有する。このように、本実施の形態で用いる薬液の一つの側面としては、薬液がウエハをエッチングする性質と、ウエハのエッチングを抑制する性質とを有していることにある。
【００３８】
ＨＰＭ（Hydrochloric acid-Hydrogen Peroxide Mixture）液またはＳＣ−２（RCA Standard Clean 2（ＲＣＡ社標準洗浄第２液））液とは、塩酸：過酸化水素水：水（純水（ＤＩＷ））の容積配合比が１：１〜２：５〜７のシリコンウエハの洗浄液を言う。シリコンウエハを浸漬することで、シリコンウエハ表面の金属不純物を除去できる。
【００３９】
ＳＰＭ（Sulfuric acid-Hydrogen Peroxide Mixture）液とは、濃硫酸と過酸化水素水とを配合したシリコンウエハの洗浄液を言う。ＳＰＭ液は、界面活性剤およびフッ酸の一方または両方を添加して用いられることもある。
【００４０】
ＤＨＦ（Diluted Hydrofluoric acid）液とは、約１：１００で希釈したフッ酸水溶液からなるシリコンウエハの洗浄液を言う。室温のＤＨＦ液にシリコンウエハを浸漬することで、シリコンウエハ表面の酸化シリコン被膜を除去できる。ＤＨＦ液は、界面活性剤、過酸化水素水、塩酸およびイソプロピルアルコールのうちの１つ以上を添加して用いられることもある。
【００４１】
ＢＨＦ（Buffered Hydrofluoric acid）液とは、フッ化アンモニウム液、フッ酸および水素結合水（Ｈ４Ｏ）が混合されたシリコンウエハの洗浄液を言う。ＢＨＦ液にシリコンウエハを浸漬することで、シリコンウエハ表面の酸化シリコン被膜を除去できる。ＢＨＦ液は、界面活性剤、過酸化水素水、塩酸およびイソプロピルアルコールのうちの１つ以上を添加して用いられることもある。
【００４２】
原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope：ＡＦＭ）とは、接近する２つの物体間には引力や斥力が働く現象を利用して、試料に近接させた微細な探針を機械的に走査させながら、これらの力を検出し、試料表面の原子分子レベルの凹凸を画像化する顕微鏡を言う。なお、ＡＦＭは走査型プローブ顕微鏡の一種である。
【００４３】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００４４】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
【００４５】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、実施例等において構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。
【００４６】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００４７】
また、材料等について言及するときは、特にそうでない旨明記したとき、または、原理的または状況的にそうでないときを除き、特定した材料は主要な材料であって、副次的要素、添加物、付加要素等を排除するものではない。たとえば、シリコン部材は特に明示した場合等を除き、純粋なシリコンの場合だけでなく、添加不純物、シリコンを主要な要素とする２元、３元等の合金（たとえばＳｉＧｅ）等を含むものとする。
【００４８】
また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００４９】
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。
【００５０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００５１】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係るウエハの表面を検査する暗視野検査装置の説明図である。
【００５２】
図１に示すように、本実施の形態の暗視野検査装置は、試料ステージ１、ステージ駆動部２、照明光源３、散乱光検出部４、信号合成部５、全体制御部６、機械制御部７、情報表示部８、入力操作部９および記憶部１０等を備えた構造となっている。
【００５３】
試料ステージ１は、その上に載置された検査対象の試料であるウエハ１１を保持する。ステージ駆動部２は、照明光源３から定点（スポット）に照射される照明光１２がウエハ１１上を走査するように試料ステージ１を駆動させる。
【００５４】
ステージ駆動部２は、回転軸１３を中心に試料ステージ１を回転させる回転駆動部１４、試料ステージ１をウエハ１１の径方向に移動させるスライド駆動部１５を備えている。照明光源３によって試料ステージ１上のウエハ１１に照明光１２を照射している時には、試料ステージ１を回転駆動部１４により回転させつつスライド駆動部１５によってウエハ１の径方向に移動させることで、照明光１２がウエハ１１上に渦巻状に走査される構成となっている。
【００５５】
散乱光検出部４は、照明光１２のスポットに対する位置が異なる複数の検出器１６Ａ〜１６Ｄを有している。図１では、低角度位置に配設した検出器１６Ａ、１６Ｂと、高角度位置に配設した検出器１６Ｃ、１６Ｄとの計４つの検出器を図示したが、検出器の数は限定するものではなく、それぞれ照明光スポットからの方位角および仰角の少なくとも一方が異なるように２つ以上の検出器が配置されていればよい。各検出器１６Ａ〜１６Ｄは、照明光源３から照明光１２が照射されることでウエハ１１の表面から発生する散乱光１７をそれぞれ検出する。検出器１６Ａ〜１６Ｄの出力には、高周波成分である欠陥の検出信号（欠陥信号）と低周波成分であるヘイズ信号が含まれる。
【００５６】
また、散乱光検出部４において、各検出器１６Ａ〜１６Ｄには、それぞれ増幅器１８Ａ〜１８Ｄ、およびＡ／Ｄ変換器１９Ａ〜１９Ｄが接続されている。各検出器１６Ａ〜１６Ｄからの検出信号は、増幅器１８Ａ〜１８Ｄを介してそれぞれ増幅され、Ａ／Ｄ変換器１９Ａ〜１９Ｄを介してディジタル信号化される。
【００５７】
信号合成部５は、ディジタル信号化された検出器１６Ａ〜１６Ｄからの検出信号を指定された演算条件（プログラム）に従って合成する。信号合成部５における合成信号の演算条件は、事前に定められた固定的な条件ではなく、入力操作部９によりオペレータが適宜指定変更可能なものである。信号合成部５で合成された合成信号のデータは、合成信号の基になった検出器１６Ａ〜１６Ｄ毎の検出信号のデータとともに記憶部１０に出力されて記録される。これらデータとしては、たとえば検出した欠陥の個々の位置（検査対象の試料であるウエハ１１面内のＸＹ座標）および大きさ等である。また、たとえば電子顕微鏡を用いた検査装置等、他の検査装置や製造装置等にもネットワークを介して接続し、それらのデータを出力可能な構成としてもよい。
【００５８】
全体制御部６は、作業の工程（検査条件設定、結果表示、解析および演算式指定）に合わせた情報の表示および入出力に関する信号を処理し、装置の全体制御を行う。たとえば、入力操作部９からの操作信号や記憶部１０に格納された対応のプログラムを基に、機械制御部７に指令信号を出力したり、信号合成部５における合成信号の演算条件を変更したりする役割を果たす。機械制御部７は、全体制御部６からの指令信号を受けて回転駆動部１４およびスライド駆動部１５等の駆動機構を制御する。その他、全体制御部６は、信号合成部５を介して入力される合成信号および各検出器１６Ａ〜１６Ｄからの検出信号を記憶部１０に出力して記録させたり、それら信号を基に情報表示部８への表示信号を生成し情報表示部８に画像を表示させたりする役割も果たす。
【００５９】
入力操作部９は、上記のように信号合成部５による検出信号の合成条件の入力操作および各装置の動作等を指示するためのものである。
【００６０】
情報表示部８は、入力操作部９により指定された条件に従って信号合成部５により合成された合成信号を基に構築された試料像（以下、合成試料像と記す）、対応の検出器からの検出信号を基にそれぞれ構築された個々の検出器に対応する複数の試料像（以下、個別試料像と記す）、検出データ、および検出条件（レシピ）等を表示する。たとえば、検査終了後は検査結果を表示し、解析時は合成試料像と個別試料像を同一画面上に表示する。合成試料像と個別試料像は切り替え表示されるようにしてもよい。
【００６１】
記憶部１０は、各種制御および演算処理に必要なプログラム、定数、検査結果（合成試料像および個別試料像のデータ）、および入力操作部９により設定された合成条件等を格納している。個別試料像のデータは、検出器１６Ａ〜１６Ｄ毎に、検出器のアドレス情報とともに記憶される。
【００６２】
前述したように、信号合成部５による検出信号の合成は、入力操作部９にてオペレータが設定した条件に従って実行される。この設定は、入力操作部９の入力操作によって随時変更可能である。
【００６３】
上記のような本実施の形態の暗視野検査装置によって表面が検査されるのは、いわゆるバルクウエハ（第１バルクウエハ）であり、単結晶シリコンのバルクウエハを例示することができる。たとえば、表面にエピタキシャル層等の薄膜層が形成されている場合には、表面に規則的な凹凸が形成されてしまい、前述の照射光１２がウエハ１１を照射した際に、所望のヘイズではなく、凹凸状態とは関係のない結晶方位等に起因する薄膜干渉によって光学的な特異模様が出現してしまい、正確な測定結果が得られなくなってしまうからである。そのため、本実施の形態の暗視野検査装置によって表面を検査するのはバルクウエハが好ましい。
【００６４】
図２は、情報表示部８に表示された解析画面の一例を表した説明図である。
【００６５】
図２に示すように、解析画面２０には、計８つの個別マップ２１Ａ〜２１Ｈの表示領域２１、および個別マップ２１Ａ〜２１Ｈのうちから選択されたものを拡大表示する拡大マップ２２Ａの表示領域２２が配置されている。図２に示した例では、散乱光検出部４（図１参照）が、４方位に配置された低角度の検出器Ｌ１〜Ｌ４と４方位に配置された高角度の検出器Ｈ１〜Ｈ４の計８つの検出器を備えているものとする。
【００６６】
個別マップ２１Ａには、対応する低角度の検出器Ｌ１により検出された欠陥が、ウェハマップ上に重ねて表示された個別試料像の形で表示されている。個別マップ２１Ｂ〜２１Ｈも同様に、それぞれ対応の検出器Ｌ２〜Ｌ４、Ｈ１〜Ｈ４による個別試料像が表示されている。個別マップ２１Ａ〜２１Ｈは、実際の検出器Ｌ１〜Ｌ４、Ｈ１〜Ｈ４のレイアウトに対応した配置で表示するようにしてもよい。
【００６７】
拡大マップ２２Ａには、入力操作部９（図１参照）による入力操作または個別マップ２１Ａ〜２１Ｈのタッチ操作により選択された、個別マップ２１Ａ〜２１Ｈのいずれか１つが拡大表示される。また、解析画面２０中の拡大マップ２２Ａの下方領域には、拡大マップ２２Ａに表示された欠陥の寸法のヒストグラムが表示される。
【００６８】
これにより、各個別マップ２１Ａ〜２１Ｈのそれぞれについて、拡大マップ２２Ａおよびヒストグラムを順次確認し、寸法別の欠陥分布の確認、ノイズレベルのレンジの差異を判断することができる。また、個別マップ２１Ａ〜２１Ｈを解析画面２０上に一覧表示することにより、欠陥の分布の検出器方位への依存傾向も見定めることができる。
【００６９】
ところで、上記欠陥分布を精度よく検出するためには、予め暗視野検査装置が精度よく校正され、測定結果が保証されていることが求められる。特に、半導体デバイスの製造に当たっては、ウエハ表面のマイクロラフネスが微小に変化するだけで特性の劣化を招く虞があることから、微小なウエハ表面の欠陥を検出してウエハの表面の品質を保証する必要がある。
【００７０】
そこで、本実施の形態では、まず表面に不規則（ランダム）な凹凸パターンのマイクロラフネスが精度よく形成され、その表面のマイクロラフネスの粗さが保証されたバルクウエハ（第２バルクウエハ）を基準ウエハとして暗視野検査装置の校正を行う。ここで、図３は、その基準ウエハとなるバルクウエハを用意してから暗視野検査装置の校正を行うまでの概略を説明するフローチャートである。
【００７１】
上記基準ウエハとなるバルクウエハは、鏡面ウエハである。このような鏡面ウエハの表面に対し、薬液による化学（ケミカル）処理を施し、その表面にマイクロラフネスを精度よく形成する（工程Ｐ１）。この時、バルクウエハが単結晶シリコンより形成されている場合には、その薬液としては、ＡＰＭ液（ＳＣ−１液）、ＨＰＭ液（ＳＣ−２液）、ＳＰＭ液、ＤＨＦ液、ＢＨＦ液、およびフッ酸とオゾン水との混合水溶液（フッ酸濃度１％程度）等のシリコンウエハ洗浄液のうちの１つ以上を選択して用いることを例示できる。たとえば、ＡＰＭ液を用いた場合には、ＡＰＭ液中のアンモニアの濃度、鏡面ウエハとＡＰＭ液との接触時間、もしくはそれらの両方を制御することにより、鏡面ウエハの表面に不規則な凹凸パターンのマイクロラフネスを所望の粗さで精度よく形成することができる。すなわち、そのマイクロラフネスに対応した所望のヘイズを精度よく作り出すことができる（図４参照）。その所望のマイクロラフネスの粗さは、たとえば半導体デバイス製造で問題視される約０．１ｎｍである。このように形成したマイクロラフネス（ヘイズ）は、経時的な形状変化が起こり難く、表面状態を保つことができる。
【００７２】
また、上記薬液としてフッ酸とオゾン水との混合水溶液を用いた場合には、オゾン水による鏡面ウエハの表面での酸化層の形成と、フッ酸によるその酸化層のエッチングとが同時に起こることでマイクロラフネスが形成されていく。ここで、オゾン水による酸化層形成処理と、希フッ酸による酸化層のエッチング処理を別々に行うと、酸化とエッチングとを別々に制御できることになる。これを利用することにより、マイクロラフネスの荒さを精度よく制御することが可能となる。
【００７３】
次に、ＡＦＭを用いて上記工程Ｐ１で形成したマイクロラフネスの粗さ（大きさ）を測定する（工程Ｐ２）。この時、ＡＦＭによる測定領域としては、ＡＦＭのビーム径相当以上の範囲とし、測定座標の誤差も考慮して、数ｍｍ２の領域で急激な変化が見られない領域（局所的なピークが存在しない個所）を選択し、後述するヒストグラム、断面波形および検出量の分布がわかるようにする。ＡＦＭによる測定後には、測定されたプロファイルにおいて、鏡面ウエハの表面の傷や異物に起因するスパイク状の凹凸が存在しないことを確認する。そのようなスパイク状の凹凸は、次工程のシミュレーションの前提に外れるため、暗視野検査装置による検出量と一致しなくなってしまうからである。
【００７４】
次に、工程Ｐ２で測定されたマイクロラフネスの粗さを基にシミュレーションを行い、鏡面ウエハの表面に作り出されたヘイズのシミュレーション値、すなわちヘイズ期待値を求める（工程Ｐ３）。この時、工程Ｐ２で測定されたマイクロラフネスの粗さを基にＢＲＤＦ（Bidirectional Reflectance Distribution Function）値を算出する。ＢＲＤＦ値は、散乱光１７（Ｉｉｎ）と照明光１２（Ｉｄｅｔ）との比（Ｉｄｅｔ／Ｉｉｎ）である。このＢＲＤＦ値と暗視野検査装置の諸パラメータからヘイズ期待値を算出する。
【００７５】
ここで、上記ＢＲＤＦ値の算出についてさらに詳しく説明する。
【００７６】
工程Ｐ２におけるＡＦＭによるマイクロラフネスの粗さの測定は、測定領域内でＸ方向およびＸ方向と直行するＹ方向を規定して行われる。工程Ｐ３では、工程Ｐ２で測定されたマイクロラフネスの粗さの各値について、各Ｙ位置に対するＸ方向のマイクロラフネスの粗さの変化を一次元フーリエ変換する。そして、この一次元フーリエ変換の結果をＹ方向で平均化し、空間周波数ｆの関数であるＰＳＤ（Power Spectrum Density）関数Ｓ（ｆ）にフィッティングし、ＰＳＤ関数Ｓ（ｆ）の各パラメータ（定数）を決定する。これは、マイクロラフネスに光を照射した際の散乱光の強度と空間周波数との関係は、一次元フーリエ変換により求められたＰＳＤ関数Ｓ（ｆ）と同じとなるからである。このように各パラメータが決定されたＰＳＤ関数Ｓ（ｆ）を基に、ＡＦＭにより測定されたマイクロラフネスの粗さをＰＳＤ光量（単位はＷ）に変換する。次いで、このＰＳＤ光量を基に、検出器（１６Ａ〜１６Ｄ）、すなわち光電子増倍管（Photomultiplier Tube；ＰＭＴ）に入射する光量に相当するパワー密度を電気信号に変換する。次いで、電気信号に変換されたそのパワー密度を基に、光電子増倍管へ印加される電圧から求められるゲインを加味して出力電流に換算する。その後、増幅器（１８Ａ〜１８Ｄ）によって電流値から電圧値へ変換され、さらにその電圧値がＡ／Ｄ変換器（１９Ａ〜１９Ｄ）の出力するディジタル値へと変換され、その後合成されることによって、前述のヘイズ期待値となる。次に、校正する暗視野検査装置でマイクロラフネスが形成された上記基準ウエハの表面のヘイズを測定し、ヘイズ実測値を求める（工程Ｐ４）。ヘイズの実測に当たっては、基準ウエハの表面に照明光源３から照明光１２を照射し、基準ウエハの表面から発生する散乱光を検出することで行われる。検出器（１６Ａ〜１６Ｄ）はその散乱光を受光して電流を出力し、増幅器（１８Ａ〜１８Ｄ）は検出器（１６Ａ〜１６Ｄ）から出力された電流値に対応する出力電圧を出力する。さらにその電圧値がＡ／Ｄ変換器（１９Ａ〜１９Ｄ）によってディジタル値へと変換され、さらに信号合成部５でそのディジタル値が合成されることによって、ヘイズ実測値として出力される。次いで、工程Ｐ３で求めたヘイズ期待値と工程Ｐ４で求めたヘイズ実測値との差を求め（工程Ｐ５）、この差を基にヘイズ実測値がヘイズ期待値と合致するように暗視野検査装置のヘイズ測定パラメータを調整する（工程Ｐ６）。
【００７７】
以下、上記工程Ｐ１〜Ｐ４を個別にさらに詳細に説明する。
【００７８】
暗視野検査装置を校正するに当たっては、ある一点、たとえば前述の約０．１ｎｍのマイクロラフネス（ヘイズ）だけの検出精度を校正するだけではなく、幅広い所定の数値範囲、たとえば約０．１ｎｍ〜１．０ｎｍのマイクロラフネス（ヘイズ）の検出精度も校正する。そこで、工程Ｐ１では、複数枚の鏡面ウエハを用意し、それぞれに異なる粗さのマイクロラフネスを形成する。本実施の形態では、３枚以上の鏡面ウエハを用意し、約０．１ｎｍ〜１．０ｎｍの間で一定値おきに鏡面ウエハの枚数分だけマイクロラフネスの粗さを設定し、その粗さのマイクロラフネスを鏡面ウエハの各々に形成することを例示できる。すなわち、鏡面ウエハ毎に異なるマイクロラフネス（ヘイズ）が形成されることになる。従って、工程Ｐ２では、鏡面ウエハ毎にＡＦＭを用いたマイクロラフネスの粗さ（大きさ）の測定が行われ、工程Ｐ３では、鏡面ウエハ毎にヘイズ期待値を求め、工程Ｐ４では、鏡面ウエハ毎にヘイズ実測値を求め、工程Ｐ５では、鏡面ウエハ毎にヘイズ期待値とヘイズ実測値との差を求めることになる。このような複数枚の鏡面ウエハを用いる場合については、図５を用いてさらに後述する。
【００７９】
また、複数枚の鏡面ウエハを用い、鏡面ウエハ毎に異なる粗さのマイクロラフネスを形成する代わりに、１枚の鏡面ウエハの表面を複数の領域（ヘイズ領域）に区画し、それら領域毎に上記一定値おきに設定した粗さのマイクロラフネスを形成することも例示できる。すなわち、１枚の鏡面ウエハの表面で区画された領域毎に異なるマイクロラフネス（ヘイズ）が形成されることになる。従って、工程Ｐ２では、区画された領域毎にＡＦＭを用いたマイクロラフネスの粗さ（大きさ）の測定が行われ、工程Ｐ３では、区画された領域毎にヘイズ期待値を求め、工程Ｐ４では、区画された領域毎にヘイズ実測値を求め、工程Ｐ５では、区画された領域毎にヘイズ期待値とヘイズ実測値との差を求めることになる。このような複数の領域が表面に区画された鏡面ウエハを用いる場合については、図６を用いてさらに後述する。
【００８０】
ここで、上記工程Ｐ４の暗視野検査装置によるヘイズの実測について図５および図６を用いてさらに詳しく説明する。
【００８１】
前述したように、図５では、複数枚の基準ウエハを用いて暗視野検査装置によるヘイズの実測を行う場合を示したものであり、３枚の基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｃを用いた場合を図示している。これら基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｃは、それぞれ暗視野検査装置が有するスロット１〜３に個別に収容されている。また、基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｃの表面に形成されたマイクロラフネスの粗さは、たとえば基準ウエハ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの順で小さくなっている。
【００８２】
ヘイズの実測に当たっては、基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｃのそれぞれの表面にターゲット領域を設定し、そのターゲット領域内の複数個所で出力電圧の測定を行う。この時、出力される出力電圧値は、信号合成部５で合成された数値である。そして、取得した出力電圧値からヒストグラムを作成し、最頻値となった出力電圧値を検出電圧値とし、この検出電圧値をヘイズ値に変換する。なお、図５では、これら検出電圧値およびヘイズ値以外に、ヘイズ期待値（変換前の電圧値）も図示している。
【００８３】
一方、図６では、表面に複数の領域（ヘイズ領域）が区画された１枚の基準ウエハ２３Ｄを用いて暗視野検査装置によるヘイズの実測を行う場合を示したものである。
【００８４】
表面に複数の領域（ヘイズ領域）を区画する場合には、互いに平行な帯状に区画する場合（図６の左側の基準ウエハ２３Ｄの場合）と、基準ウエハ２３Ｄの中心から同心円状に区画する場合（図６の右側の基準ウエハ２３Ｄの場合）とを例示できる。同心円状に区画する場合には、各領域の境界でのマイクロラフネスの粗さの明確な差はなくなるが、その理由については基準ウエハ２３Ｄの作成方法と共に後述する。図６に示す例では、基準ウエハ２３Ｄの表面にはマイクロラフネスの粗さが異なる３つの領域（ヘイズ領域）が規定され、各領域には、それぞれヘイズ測定が行われるターゲット領域２４Ａ〜２４Ｃが設定され、マイクロラフネスの粗さは、たとえばターゲット領域２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの順で小さくなっている。
【００８５】
図５に示した複数枚の基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｃを用いた場合でも説明したが、ヘイズの実測に当たっては、ターゲット領域２４Ａ〜２４Ｃ毎に複数個所で出力電圧の測定を行う。この時、出力される出力電圧値は、信号合成部５で合成された数値である。そして、ターゲット領域２４Ａ〜２４Ｃ毎に取得した出力電圧値からヒストグラムを作成し、最頻値となった出力電圧値を検出電圧値とし、この検出電圧値をヘイズ値に変換する。なお、図６では、これら検出電圧値およびヘイズ値以外に、ヘイズ期待値（変換前の電圧値）も図示している。このように、表面に複数の領域（ヘイズ領域）が区画された１枚の基準ウエハ２３Ｄを用いた場合には、複数枚の基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｃを用いた場合に比べて、基準ウエハの暗視野検査装置へのロードおよびアンロードに要する時間と、ヘイズの実測に要する時間とを短縮できるので、定期的に暗視野検査装置の校正を行う場合には、特に校正時間の短縮効果を奏することができる。
【００８６】
ここで、図６に示した基準ウエハ２３Ｄの作成方法について図７および図８を用いて説明する。図７は、複数の領域（ヘイズ領域）が互いに平行な帯状で区画される場合であり、図８は、複数の領域（ヘイズ領域）が基準ウエハ２３Ｄの中心から同心円状に区画される場合である。
【００８７】
図７に示すように、複数の領域（ヘイズ領域）が互いに平行な帯状で区画される場合には、まず、基準ウエハ２３Ｄの表面にマイクロラフネスを形成する前述の薬液２５に、基準ウエハ２３Ｄのうちのターゲット領域２４Ａが設定される領域（第１ヘイズ領域）のみを所定時間浸漬し、ターゲット領域２４Ａが設定される領域のみにマイクロラフネスを形成する。ただし、この時点でターゲット領域２４Ａが設定される領域に形成されるマイクロラフネスの粗さは、最終的にターゲット領域２４Ａが設定される領域に形成されるマイクロラフネスの粗さとはならない。次いで、薬液２５に基準ウエハ２３Ｄのうちのターゲット領域２４Ａ、２４Ｂが設定される領域のみを所定時間浸漬し、ターゲット領域２４Ｂが設定される領域（第２ヘイズ領域）にマイクロラフネスを形成し、ターゲット領域２４Ａが設定される領域に形成されるマイクロラフネスをさらに粗くする。次いで、基準ウエハ２３Ｄ全体を薬液２５に所定時間浸漬し、ターゲット領域２４Ｃが設定される領域にマイクロラフネスを形成し、ターゲット領域２４Ａ、２４Ｂが設定される領域に形成されるマイクロラフネスをさらに粗くする。ここまでの工程により、ターゲット領域２４Ａ〜２４Ｃのそれぞれが含まれる複数の領域（ヘイズ領域）の各々に所望の粗さのマイクロラフネスを形成することができる。ここでは、基準ウエハ２３Ｄに３つの領域（ヘイズ領域）が区画される場合のマイクロラフネスの形成方法について例示したが、さらに多くの領域（ヘイズ領域）が区画される場合でも、同様の工程でさらに多段階で薬液２５に基準ウエハ２３Ｄを浸漬させていけばよい。
【００８８】
複数の領域（ヘイズ領域）が基準ウエハ２３Ｄの中心から同心円状に区画される場合には、図８に示すように、ターンテーブル（回転ステージ）２６上に基準ウエハ２３Ｄを載置する。次いで、ターンテーブル２６を回転させ、ターンテーブル２６が回転している状況下で基準ウエハ２３Ｄの中心に薬液２５を滴下する。すると、薬液２５は、遠心力によって基準ウエハ２３Ｄの外周方向へ向かって広がる。遠心力は、基準ウエハ２３Ｄの外周に近いほど大きく作用することから、薬液２５は、基準ウエハ２３Ｄの外周に近いほど基準ウエハ上に長く止まっていられなくなる。そのため、基準ウエハ２３Ｄの中心に近いほど薬液２５と基準ウエハ２３Ｄとの化学反応が進み、基準ウエハ２３Ｄの中心に近いほど粗いマイクロラフネスが形成され、各領域（ヘイズ領域）の境界ではマイクロラフネスの粗さの明確な差はなくなる。すなわち、このようなターンテーブル２６の回転と薬液２５の滴下とを所定時間続けることにより、ターゲット領域２４Ａ〜２４Ｃのそれぞれが含まれる複数の領域（ヘイズ領域）の各々に所望の粗さのマイクロラフネスを形成することができる。
【００８９】
上記のように、複数枚の基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｃもしくは１枚の基準ウエハ２３Ｄのターゲット領域２４Ａ〜２４Ｃの実測により取得した複数の測定点での検出電圧値およびヘイズ期待値（変換前の電圧値）から、検出電圧値の正規化を行う（図９参照）。この正規化工程は、前述の工程Ｐ５に相当する。
【００９０】
（実施の形態２）
本実施の形態２では、前記実施の形態１において図３を用いて説明した工程Ｐ４の暗視野検査装置によるヘイズの実測から工程Ｐ６の暗視野検査装置のヘイズ測定パラメータの調整までについて図１１〜図１６を用いてさらに詳しく説明する。
【００９１】
まず、校正を行うために暗視野検査装置に必要な機能および情報である、ＡＦＭ測定領域に対応するヘイズ値を抽出および確認するための機能、校正を行うために必要な情報、およびヘイズ値の出力単位について説明する。
【００９２】
ＡＦＭ測定領域に対応するヘイズ値を抽出および確認するための機能としては、前述のターゲット領域２４Ａ〜２４Ｃ（図６参照）のようなターゲット領域の指定機能と、そのターゲット領域内の統計量の出力機能とがある。ターゲット領域の指定機能は、たとえば前述の基準ウエハ２３Ａ〜２３Ｄと同様の基準ウエハ２３に対して、ターゲット領域２４の外形の指定および基準ウエハ２３内での設定数の指定を行う（図１０参照）。図１０では、５つの矩形のターゲット領域２４が基準ウエハ２３の中心を含むように十字形で設定された例を図示しているが、各々のターゲット領域２４は円形等の他の形であってもよい。ターゲット領域内の統計量の出力機能は、たとえば検出電圧値の最大値、最小値、標準偏差、ヒストグラム、ヒストグラムの最頻値（ピーク値）および検出電圧値の分布を出力する。
【００９３】
校正を行うために必要な情報としては、信号合成部５から出力されるディジタル変換値の校正を行うための基準値および領域情報がある。領域情報は、基準ウエハのロット情報および基準ウエハが収容される暗視野検査装置内のスロット情報を含む基準ウエハ情報と、ヘイズ期待値とヘイズ実測値との比較を行う複数のターゲット領域の座標情報とを含む。基準値は、該当するターゲット領域におけるヘイズ期待値とヘイズ実測値（ＢＲＤＦ値とＲＭＳ（Root Mean Square）値との相関テーブル）とを含む。
【００９４】
ヘイズ値は、前述のように検出器１６Ａ〜１６Ｄによる検出電圧値を変換することで出力される。また、ＢＲＤＦ値は、ヘイズ値の出力形式であり、上記ヘイズ期待値と暗視野検査装置の構成とのシミュレーションからＢＲＤＦ値を算出し、前記検出電圧値との変換テーブルを持つことでヘイズ値として出力が可能となる。また、ＢＲＤＦ値とＲＭＳ値との相関が得られれば、検出電圧値とＲＭＳ値との相関が取れるようになる。
【００９５】
図１１は、前記実施の形態１において図３を用いて説明した工程Ｐ４の暗視野検査装置によるヘイズの実測工程から工程Ｐ６の暗視野検査装置のヘイズ測定パラメータの調整工程までをさらに詳細に示したフローチャートであり、図１２は、その際の暗視野検査装置の情報表示部８の表示内容を示す説明図である。
【００９６】
工程Ｐ４では、まず、基準ウエハの表面に設定されたターゲット領域を照射光１２でスキャンし（工程Ｐ４１）、散乱光１７を検出器１６Ａ〜１６Ｄで検出することによって、そのターゲット領域での検出電圧値を抽出し、結果を出力する（工程Ｐ４２）。
【００９７】
上記工程Ｐ４２の結果出力の際には、測定した基準ウエハ（スロット番号またはロット番号）、ターゲット領域、検出電圧値、ヘイズ期待値（変換された電圧値）、および検出電圧値とヘイズ期待値との誤差を表示し、さらにこれら表示された検出結果から、暗視野検査装置のヘイズ信号検出回路のゲイン成分およびオフセット成分に対する補正値を示す。暗視野検査装置のユーザーは、この段階で各出力データが基準ウエハ上の傷や異物に起因する異常値を示していないことを確認した上で、暗視野検査装置の更新ボタンを押すと、暗視野検査装置は、そのゲイン成分およびオフセット成分に対する補正値を暗視野検査装置の固有情報として保存する。また、ユーザーは図１２に示すような暗視野検査装置の情報表示部８でターゲット領域内の検出電圧値のヒストグラムおよび種々の統計情報を確認することができるので、この段階において基準ウエハ上の傷や異物に起因する異常値を見つけた場合には、ターゲット領域を再設定して測定をやり直すことができる。また、異常値が見つかったターゲット領域におけるゲイン成分およびオフセット成分に対する補正値が既に暗視野検査装置の固有情報として保存されてしまっている場合でも、そのゲイン領域を選択して暗視野検査装置の削除ボタンを押すことで削除することができる。
【００９８】
上記のように、本実施の形態によれば、基準ウエハ上の傷や異物に起因する異常値を見つけた場合には、ターゲット領域を再設定して測定をやり直すことができるので、傷や異物以外でも、表面に所望の粗さのマイクロラフネスが実現されていない場合でもターゲット領域を再設定して測定をやり直すことができるようになる。
【００９９】
次に、全ターゲット領域についてヘイズ実測値を含む結果が得られたか否かの判定を行う（工程Ｐ４３）。全ターゲット領域で結果が得られると、ヘイズ実測値とヘイズ期待値との誤差が調整基準値内に収束しているか否かを判定する（工程Ｐ５１）。ここで、検出電圧値とヘイズ期待値との誤差が調整基準値内に収束していない場合には、暗視野検査装置のヘイズ信号検出回路のゲイン成分およびオフセット成分に対する補正値を基に校正を行い（工程Ｐ６１）、その後、再び工程Ｐ４１〜Ｐ５１の工程を繰り返して、検出電圧値とヘイズ期待値との誤差が調整基準値内に収束すると電圧値に対する校正は完了となる。
【０１００】
以上のような工程を経て、本実施の形態の暗視野検査装置の校正が完了する。
【０１０１】
上記の本実施の形態によれば、表面に不規則な凹凸パターンのマイクロラフネスを所望の粗さで精度よく形成された基準ウエハを用い、上記のような工程で暗視野検査装置の校正を行うことにより、暗視野検査装置の測定能力を微小領域まで保証できるようになる。その結果、半導体デバイス製造用のウエハの表面検査を行う際に、検査結果を微小な値まで保証できるようになる。
【０１０２】
また、上記の本実施の形態によれば、暗視野検査装置の測定能力を微小領域まで保証できるようになるので、定期的に暗視野検査装置の校正を行うことにより、測定能力の微小な経時変化を検出して調整できるようになる。
【０１０３】
また、上記の本実施の形態によれば、暗視野検査装置の校正に使用する検量線は、ＡＦＭによる基準ウエハの表面のマイクロラフネスの粗さの測定結果を基に求められ、この検量線を基に出力電圧値の調整を行うことで暗視野検査装置の校正が行われている。すなわち、同じ基準ウエハを用いて校正を行われた状態であれば、複数の暗視野検査装置間で出力電圧値は一致する。それにより、同一機種の暗視野検査装置間での測定能力差を低減できるようになる。
【０１０４】
（実施の形態３）
本実施の形態３では、前記実施の形態１、２で説明した暗視野検査装置の校正用の基準ウエハおよび校正工程によって校正された暗視野検査装置を用い、半導体デバイス製造用のウエハの表面検査を行う工程について図１３〜図１６を用いて説明する。
【０１０５】
図１３は、本実施の形態のウエハの表面検査工程を説明するフローチャートである。
【０１０６】
まず、検査対象のウエハの選択、ヘイズ領域の選択、照射光１２の強度および検出器１６Ａ〜１６Ｄによる散乱光１７の強度の測定可能範囲などの測定条件の選択（工程Ｐ４１Ａ）が行われると、その選択された測定条件に相当するウエハが暗視野検査装置にロードされる（工程Ｐ４１Ｂ）。
【０１０７】
次いで、散乱光１７を検出器１６Ａ〜１６Ｄで検出することによって、そのターゲット領域での検出電圧値を抽出する（工程Ｐ４２Ａ）。
【０１０８】
ここで、その検出電圧値のヒストグラムに検出限界または飽和が生じていないか（暗視野検査装置の検出可能範囲内か否か）を確認し（工程Ｐ４２Ｂ）、工程Ｐ４１Ａで選択した測定条件の妥当性について判定する（工程Ｐ４２Ｃ）。図１４は、検出電圧値が暗視野検査装置の検出可能範囲内に収まっている場合のヒストグラムを示し、図１５は、検出電圧値が暗視野検査装置の検出限界となっている場合のヒストグラムを示し、図１６は、検出電圧値が飽和している場合のヒストグラムを示している。本実施の形態では、検出限界とはフルスケールの約３％以下となる検出電圧値が全体の約５０％を超えることを例示し、飽和とはフルスケールの約９７％以上となる検出電圧値が全体の約５０％を超えることを例示するが、これら３％および９７％といった設定は、暗視野検査装置の最小検出分解能に依存して決定される数値であるので、適宜変更は可能である。判定の結果、測定条件に矛盾が生じている場合には、警告を発して自動的に検出限界または飽和が生じないように測定条件を変更する（工程Ｐ４２Ｄ）。この時、変更する測定条件としては、検出器１６Ａ〜１６Ｄのゲイン、照射光１２の強度およびアンプゲイン等を例示することができる。検出器１６Ａ〜１６Ｄのゲインは、出力電圧値と印加電圧値との比の約７．２乗倍に変化する。検出器１６Ａ〜１６Ｄによって検出される検出電圧値は、照射光１２の強度、すなわちレーザー出力と、アンプゲインとに比例する。
【０１０９】
その後、再度基準ウエハの表面に設定されたターゲット領域を照射光１２でスキャンし散乱光１７を検出器１６Ａ〜１６Ｄで検出することによって、そのターゲット領域での検出電圧値を抽出し（工程Ｐ４２Ｅ）、その検出電圧値の正規化によって検出電圧値をヘイズ実測値に変換（工程Ｐ４２Ｆ）し、結果を出力する（工程Ｐ４２Ｇ）。図１７は、その出力されたヘイズ実測値の一例を示す説明図であり、ヘイズ実測値に対応して色分けして示されている。なお、図１７に示されるヘイズ実測値は、たとえばＲＭＳ値である。
【０１１０】
なお、本実施の形態では、ＲＭＳ値を用いる場合を示したが、ＲＭＳ値の他に、Ｒａ値、Ｒｍａｘ値、またはＲｚ値等を用いてもよい。このように、ヘイズ実測値を、ＲＭＳ値またはＲａ値等、作業者の良く知る粗さの形式（ＪＩＳ等の産業界において規格化された単位）とすることで、作業者はヘイズの状態を直感的に知ることができる。
【０１１１】
また、あるヘイズ実測値がウエハ面においてどの程度存在するのかという情報を％等の相対値で表してもよいし、ＡＤ値を用いて表してもよい。
【０１１２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１３】
前記実施の形態では、暗視野検査装置によって表面を検査するバルクウエハとして単結晶シリコンのバルクウエハを例示したが、他のウエハであっても表面にエピタキシャル層等の薄膜層が形成されていなければよく、たとえば２枚の単結晶シリコンウエハを酸化シリコン層を介して貼り合わせることで形成したＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明の暗視野検査装置校正用基準ウエハ、暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造方法、暗視野検査装置の校正方法、暗視野検査装置およびウエハ検査方法は、ヘイズを測定することによって検査対象のバルクウエハの表面の異物の有無または粗さを検査する暗視野検査装置の校正、その校正に用いられる暗視野検査装置校正用基準ウエハ、その暗視野検査装置校正用基準ウエハの製造工程、その暗視野検査装置、およびその暗視野検査装置を用いたウエハの表面検査工程に適用することができる。
【０１１５】
たとえば、検出器の数は前記実施の形態中の暗視野検査装置と異なってもよいし、積分球を用いて散乱光を集光する方式のような暗視野検査装置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の一実施の形態であるウエハの表面を検査する暗視野検査装置の説明図である。
【図２】図１に示した暗視野検査装置の情報表示部に表示された解析画面の一例を表した説明図である。
【図３】図１に示した暗視野検査装置の校正に用いる基準ウエハとなるバルクウエハを用意してから暗視野検査装置の校正を行うまでの概略を説明するフローチャートである。
【図４】ＡＰＭ液中のアンモニアの濃度と鏡面ウエハに形成されるヘイズとの関係を示す説明図である。
【図５】それぞれ異なる粗さのマイクロラフネスが形成された複数枚の基準ウエハを用いた場合のヘイズ測定を示す説明図である。
【図６】それぞれ異なる粗さのマイクロラフネスが形成された複数の領域が区画された１枚の基準ウエハを用いた場合のヘイズ測定を示す説明図である。
【図７】基準ウエハに区画された複数の領域毎に異なる粗さのマイクロラフネスを形成する一手段を示す説明図である。
【図８】基準ウエハに区画された複数の領域毎に異なる粗さのマイクロラフネスを形成する一手段を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態であるウエハの表面を検査する暗視野検査装置の校正に用いる基準ウエハについての検出電圧値とヘイズ期待値との関係の正規化を示す説明図である。
【図１０】本発明の一実施の形態であるウエハの表面を検査する暗視野検査装置の校正に用いる基準ウエハにおけるターゲット領域を示す説明図である。
【図１１】本発明の一実施の形態であるウエハの表面を検査する暗視野検査装置の校正工程の要部を説明するフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施の形態であるウエハの表面を検査する暗視野検査装置の校正工程時における暗視野検査装置の情報表示部の表示内容を示す説明図である。
【図１３】本発明の一実施の形態であるウエハの表面検査工程を説明するフローチャートである。
【図１４】本発明の一実施の形態であるウエハの表面検査工程における暗視野検査装置の検出電圧値の頻度の理想形を示す説明図である。
【図１５】本発明の一実施の形態であるウエハの表面検査工程における暗視野検査装置の検出電圧値の頻度の検出限界を示す説明図である。
【図１６】本発明の一実施の形態であるウエハの表面検査工程における暗視野検査装置の検出電圧値の頻度の飽和を示す説明図である。
【図１７】本発明の一実施の形態であるウエハの表面を検査する暗視野検査装置が出力するヘイズ実測値の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１１７】
１  試料ステージ
２  ステージ駆動部
３  照明光源
４  散乱光検出部
５  信号合成部
６  全体制御部
７  機械制御部
８  情報表示部
９  入力操作部
１０  記憶部
１１  ウエハ
１２  照明光
１３  回転軸
１４  回転駆動部
１５  スライド駆動部
１６Ａ〜１６Ｄ  検出器
１７  散乱光
１８Ａ〜１８Ｄ  増幅器
１９Ａ〜１９Ｄ  Ａ／Ｄ変換器
２０  解析画面
２１  表示領域
２１Ａ〜２１Ｈ  個別マップ
２２  表示領域
２２Ａ  拡大マップ
２３  基準ウエハ
２３Ａ〜２３Ｄ  基準ウエハ
２４  ターゲット領域
２４Ａ〜２４Ｃ  ターゲット領域
２５  薬液
２６  ターンテーブル（回転ステージ）
Ｈ１〜Ｈ４  検出器
Ｌ１〜Ｌ４  検出器
Ｐ１  工程
Ｐ２  工程
Ｐ３  工程
Ｐ４  工程
Ｐ５  工程
Ｐ６  工程
Ｐ４１、Ｐ４１Ａ〜Ｐ４１Ｂ  工程
Ｐ４１Ａ  工程
Ｐ４２、Ｐ４２Ａ〜Ｐ４２Ｇ  工程
Ｐ４３  工程
Ｐ５１  工程
Ｐ６１  工程
【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】
2010109257.tif 000012
【図１１】
2010109257.tif 000013
【図１２】
2010109257.tif 000014
【図１３】
2010109257.tif 000015
【図１４】
2010109257.tif 000016
【図１５】
2010109257.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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