(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰り返しピッチを有する第１のパターンと、前記第１のパターンの前記繰り返しピッチの間に設けられ前記第１のパターンとは少なくとも一部別工程を経て形成される第２のパターンとを有する繰り返しパターンが形成された被検基板の表面を検査する表面検査方法において、
前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射し、
前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出し、
前記検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出することを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度との関係を求め、
前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することを特徴とする請求項１に記載の表面検査方法。
【請求項３】
前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
前記繰り返しパターンのうち前記第１のパターンだけが前記被検基板の表面に形成された段階で、前記被検基板の表面を検査する予備検査ステップを有し、
前記予備検査ステップで良品と判定された前記被検基板の表面に前記第２のパターンを形成した後、請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の表面検査方法を用いて前記被検基板の表面を検査することを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の表面検査方法。
【請求項５】
所定の繰り返しピッチのパターン形状を有したマスクに基づいて形成され、前記繰り返しピッチの半分以下のピッチの繰り返しパターンを有した被検基板の表面を検査する表面検査方法において、
前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射し、
前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出し、
前記検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出することを特徴とする表面検査方法。
【請求項６】
前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度との関係を求め、
前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することを特徴とする請求項５に記載の表面検査方法。
【請求項７】
前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の表面検査方法。
【請求項８】
所定の繰り返しピッチを有する第１のパターンと、前記第１のパターンの前記繰り返しピッチの間に設けられ前記第１のパターンとは少なくとも一部別工程を経て形成される第２のパターンとを有する繰り返しパターンが形成された被検基板の表面を検査する表面検査装置において、
前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射する照明部と、
前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出する処理部とを備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項９】
前記処理部は、前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度との関係を求め、
前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することを特徴とする請求項８に記載の表面検査装置。
【請求項１０】
前記処理部は、前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の表面検査装置。
【請求項１１】
所定の繰り返しピッチのパターン形状を有したマスクに基づいて形成され、前記繰り返しピッチの半分以下のピッチの繰り返しパターンを有した被検基板の表面を検査する表面検査装置において、
前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射する照明部と、
前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出する処理部とを備えることを特徴とする表面検査装置。
【請求項１２】
前記処理部は、前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度との関係を求め、
前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することを特徴とする請求項１１に記載の表面検査装置。
【請求項１３】
前記処理部は、前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハ等の表面を検査する表面検査方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの表面に形成された繰り返しパターンを検査する技術として、ウェハの表面から出射される回折光の強度変化を用いた検査（以降、このような検査を回折検査と称する）や、パターンの構造性複屈折による偏光状態の変化をクロスニコル光学系を利用して検出する方法（以降、このような検査をＰＥＲ検査と称する）等がある（例えば、特許文献１および２を参照）。これらの検査方法によれは、露光装置のデフォーカスやドーズシフトに基づく線幅不良、パターンの断面形状不良、レジスト塗布不良等を、高速かつ高精度で検出することができる。
【特許文献１】特許第３６６９１０１号公報
【特許文献２】特開２００６−３４３１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、半導体ウェハに形成されるパターンのデザインルールがいわゆるハーフピッチ３２ｎｍの世代になると、「２回パターニング」や、「２回露光」、「２回現像」、「側壁残し」等と称される技術によりパターンを形成する方法が提案されている。このような技術を用いると、パターンの線幅ズレや位置ズレ等といった以前とは異なる種類の欠陥が問題となり、このような欠陥を検出するための検査方法が新たに求められていた。【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ある特定の種類の欠陥を検出可能な表面検査方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的達成のため、本発明に係る表面検査方法は、所定の繰り返しピッチを有する第１のパターンと、前記第１のパターンの前記繰り返しピッチの間に設けられ前記第１のパターンとは少なくとも一部別工程を経て形成される第２のパターンとを有する繰り返しパターンが形成された被検基板の表面を検査する表面検査方法において、前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射し、前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出し、前記検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出する。
【０００６】
なお、上述の表面検査方法において、前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度との関係を求め、前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することが好ましい。
【０００７】
また、上述の表面検査方法において、前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することが好ましい。
【０００８】  また、上述の表面検査方法において、前記繰り返しパターンのうち前記第１のパターンだけが前記被検基板の表面に形成された段階で、前記被検基板の表面を検査する予備検査ステップを有し、前記予備検査ステップで良品と判定された前記被検基板の表面に前記第２のパターンを形成した後、本発明に係る表面検査方法を用いて前記被検基板の表面を検査することが好ましい。【０００９】
また、第２の本発明に係る表面検査方法は、所定の繰り返しピッチのパターン形状を有したマスクに基づいて形成され、前記繰り返しピッチの半分以下のピッチの繰り返しパターンを有した被検基板の表面を検査する表面検査方法において、前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射し、前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出し、前記検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出する。
【００１０】
なお、上述の表面検査方法において、前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに応じた回折光の強度との関係を求め、前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することが好ましい。
【００１１】
また、上述の表面検査方法において、前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る表面検査装置は、所定の繰り返しピッチを有する第１のパターンと、前記第１のパターンの前記繰り返しピッチの間に設けられ前記第１のパターンとは少なくとも一部別工程を経て形成される第２のパターンとを有する繰り返しパターンが形成された被検基板の表面を検査する表面検査装置において、前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射する照明部と、前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出する検出部と、前記検出部で検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出する処理部とを備える。
【００１５】
なお、上述の表面検査装置において、前記処理部は、前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度との関係を求め、前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することが好ましい。
【００１６】
また、上述の表面検査装置において、前記処理部は、前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することが好ましい。
【００１７】
また、第２の本発明に係る表面検査装置は、所定の繰り返しピッチのパターン形状を有したマスクに基づいて形成され、前記繰り返しピッチの半分以下のピッチの繰り返しパターンを有した被検基板の表面を検査する表面検査装置において、前記被検基板の表面に検査光および第１の直線偏光をそれぞれ照射する照明部と、前記検査光が照射された前記被検基板の表面からの前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度を検出し、前記第１の直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光から前記第１の直線偏光と振動方向が異なる第２の直線偏光の強度を検出する検出部と、前記検出部で検出された前記第２の直線偏光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける線幅ズレを算出し、該線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度に基づいて前記繰り返しパターンにおける位置ズレを算出する処理部とを備える。
【００１８】
なお、上述の表面検査装置において、前記処理部は、前記繰り返しパターンにおける線幅ズレと、前記繰り返しパターンにおける位置ズレと、前記繰り返しピッチに対応した回折光の強度との関係を求め、前記関係に基づいて、前記算出した前記線幅ズレと前記検出部で検出された前記回折光の強度から前記位置ズレを算出することが好ましい。
【００１９】
また、上述の表面検査装置において、前記処理部は、前記算出した前記線幅ズレ量が第１の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、前記算出した前記位置ズレ量が第２の閾値より大きい場合に、前記繰り返しパターンに前記位置ズレの欠陥があると判定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ある特定の種類の欠陥を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る表面検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】半導体ウェハの表面の外観図である。
【図３】繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。
【図４】２回パターニングの一例を示す模式図である。
【図５】位置ズレおよび線幅ズレが生じたパターンの一例を示す模式図である。
【図６】本発明に係る表面検査方法を示すフローチャートである。
【図７】回折検査のフローチャートである。
【図８】ＰＥＲ検査のフローチャートである。
【図９】位置ズレおよび線幅ズレによる回折光の強度変化を示すグラフである。
【図１０】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１１】直線偏光と楕円偏光の振動方向を説明する図である。
【図１２】直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。
【図１３】直線偏光の振動面の方向が繰り返し方向に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに分かれる様子を説明する図である。
【図１４】偏光成分の大きさと繰り返しパターンのライン部の線幅との関係を説明する図である。
【図１５】表面検査方法の変形例を示すフローチャートである。
【図１６】繰り返しパターンの変形例を示す模式図である。
【図１７】繰り返しパターンの変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  表面検査装置
１０  ウェハ（被検基板）
１２  繰り返しパターン
１６Ａ  第１の溝パターン（第１のハーフパターン）
１６Ｂ  第２の溝パターン（第２のハーフパターン）
２０  照明光学系（各照明部）
３０  集光光学系
３２  受光側偏光フィルタ（偏光抽出部）
４０  ＣＣＤカメラ（各検出部）
４１  画像処理検査部
Ｌ１  直線偏光（第１の直線偏光）
Ｌ２  楕円偏光
Ｌ３  偏光成分
Ｌ４  直線偏光（第２の直線偏光）
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
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。図１に本実施形態に係る表面検査装置の一例を示しており、この装置により被検基板である半導体ウェハ１０の表面欠陥を検査する。この表面検査装置１は、ウェハ１０を載置保持するホルダ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を、ホルダ５の上に載置させるとともに真空吸着によって固定保持する。ホルダ５は、このように固定保持したウェハ１０の中心（ホルダ５の中心）を通る法線（軸ＡＸ）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）可能に保持する。また、ホルダ５は、ウェハ１０の表面を通る軸を中心に、ウェハ１０をチルト（傾動）させることが可能であり、検査用照明光（後述する検査光もしくは直線偏光）の入射角を調整できるようになっている。【００２６】
表面検査装置１はさらに、ホルダ５に固定保持されたウェハ１０の表面に検査用照明光を照射する照明光学系２０と、検査用照明光の照射を受けたときのウェハ１０からの反射光や回折光等を集光する集光光学系３０と、集光光学系３０により集光された光を受けてウェハ１０の表面の像を検出するＣＣＤカメラ４０とを備えて構成される。照明光学系２０は、メタルハライドランプや水銀ランプ等の光源を有して光束を射出する照明部２１と、照明部２１から射出された照明光を反射させる照明系凹面鏡２３とを主体に構成される。【００２７】
照明部２１は、図示しない波長選択フィルタを有して構成され、特定の波長を有する光を照射することができるようになっている。照明部２１から照明系凹面鏡２３に発散照射された照明光は、照明系凹面鏡２３によりほぼ平行光束となってホルダ５に保持されたウェハ１０の表面に照射される。このとき、ウェハ１０の表面に照射される検査用照明光は、ウェハ１０の中心を通りウェハ１０の表面に垂直な軸ＡＸに対して角度θiを有して照射され、ウェハ１０からの角度θrを有する光がＣＣＤカメラ４０により受光される。これら入射角θiと受光角θrとの関係が、ホルダ５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５のチルトによりウェハ１０の載置角度を変化させて、ウェハ１０への入射角θiを変化させることができ、また、ＣＣＤカメラ４０で受光する角度θrも変化させることができる。【００２８】
また、照明部２１と照明系凹面鏡２３との間には、照明側偏光フィルタ２２が光路上へ挿抜可能に設けられており、照明側偏光フィルタ２２を光路上から抜去した状態で回折検査が行われ、照明側偏光フィルタ２２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（照明側偏光フィルタ２２の詳細については後述する）。【００２９】
ウェハ１０の表面からの出射光（反射光もしくは回折光）は集光光学系３０により集光される。集光光学系３０は、軸ＡＸ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３１を主体に構成され、集光系凹面鏡３１により集光された出射光（反射光もしくは回折光）は、図示しない結像レンズおよびＣＣＤカメラ４０の撮像レンズを経てＣＣＤカメラ４０の撮像面上に達し、ウェハ１０の像が結像される。この結果、ウェハ１０の表面の像がＣＣＤカメラ４０の撮像面上に形成される。【００３０】
また、集光系凹面鏡３１とＣＣＤカメラ４０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、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、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）。【００３１】
ＣＣＤカメラ４０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検査部４１に出力する。画像処理検査部４１には、メモリ４２と、シーケンス制御部４３とが電気的に接続されており、さらに、シーケンス制御部４３には画像表示装置４４が電気的に接続されている。画像処理検査部４１は、ＣＣＤカメラ４０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の画像を所定のビット（例えば８ビット）のデジタル画像に変換する。メモリ４２には、画像処理検査部４１で得られたウェハ１０のデジタル画像とそのときの装置条件（チルト角）が記憶される。【００３２】
またメモリ４２には、良品ウェハの画像（図示せず）が予め記憶されており、画像処理検査部４１は、ウェハ１０の画像（デジタル画像）を生成すると、ウェハ１０の画像と良品ウェハの画像とを比較して、ウェハ１０表面における欠陥の有無を検査する。そして、画像処理検査部４１による検査結果およびそのときのウェハ１０の画像がシーケンス制御部４３を介して画像表示装置４４で出力表示される。シーケンス制御部４３は、ホルダ５、照明部２１、ＣＣＤカメラ４０、画像処理検査部４１、および画像表示装置４４等の作動を統括的に制御する。【００３３】
ところで、ウェハ１０の表面には、図２に示すように、複数のチップ領域１１がＸＹ方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン１２が形成されている。繰り返しパターン１２は、図３に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定のピッチＰで配列されたレジストパターン（例えば、配線パターン）である。隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。なお、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。なお、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（すなわち、デューティー０．５）とする。【００３４】
本実施形態においては、上記のような繰り返しパターン１２を、「２回パターニング」や、「２回露光」、「２回現像」、「側壁残し」等と称される技術（以降、ダブルパターニングと称する）により形成している。なお、本実施形態の繰り返しパターン１２は、説明容易化のため、ライン部２Ａの線幅ＤAが３２ｎｍ、スペース部２Ｂの線幅ＤBが３２ｎｍとなるハーフピッチ３２ｎｍの繰り返しパターンであるとする。【００３５】
「２回パターニング」方式によるパターン形成について述べると、まず、ハードマスク層１３を形成してあるウェハ１０にレジスト１４Ａを塗布し、図４（ａ）に示すように、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５のパターン１５Ａを露光し、現像することで、図４（ｂ）に示すように、第１のレジストパターン１５Ａを形成する。次に、レジスト１４Ａ（非露光部分）をマスクとしてハードマスク層１３をエッチングし、レジスト１４Ａを除去することで、図４（ｃ）に示すように、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５の第１の溝パターン１６Ａ（すなわち、第１のハーフパターン）を有するハードマスク層１３が形成される。【００３６】
続いて、第１の溝パターン１６Ａを有するハードマスク層１３にレジスト１４Ｂを塗布し、図４（ｄ）に示すように、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５のパターン１５Ｂを第１のレジストパターン１５Ａ（第１の溝パターン１６Ａ）に対して６４ｎｍ（第１の溝パターン１６Ａの半分のピッチ）だけずらした位置に露光し、現像することで、図４（ｅ）に示すように、第２のレジストパターン１５Ｂを形成する。次に、レジスト１４Ｂ（非露光部分）をマスクとしてハードマスク層１３をエッチングすることで、図４（ｆ）に示すように、第１の溝パターン１６Ａに対して６４ｎｍだけずれた位置に第１の溝パターン１６Ａと同じ形状の第２の溝パターン１６Ｂ（すなわち、第２のハーフパターン）が形成される。そして、レジスト１４Ｂを除去することで、図４（ｇ）に示すように、第１の溝パターン１６Ａと第２の溝パターン１６Ｂとを合わせて、線幅３２ｎｍ、ピッチ６４ｎｍ、デューティー０．５の繰り返しパターン１２（ハードマスク層１３）が形成される。【００３７】
また、「２回露光」方式によるパターン形成について、簡単に述べると、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５のパターンを６４ｎｍだけずらして２回露光し、１回の現像（およびエッチング等）により、線幅３２ｎｍ、ピッチ６４ｎｍ、デューティー０．５の繰り返しパターンを得るものである。なお、「２回露光」の具体的手法については、特許第３６４４０４１号公報（ニコン）に詳しい。「２回現像」方式によるパターン形成について、簡単に述べると、線幅６４ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．５のパターンを１回露光し、ポジ現像（光強度大の部分を除去）とネガ現像（光強度小の部分を除去）とを組み合わせることで、線幅３２ｎｍ、ピッチ６４ｎｍ、デューティー０．５の繰り返しパターンを得るものである。「側壁残し」方式によるパターン形成については、いくつかの方式が提案されているが、一例について述べると、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５のパターンを１回露光し、このパターンに膜付け等を行って、膜の側壁部分（パターンに対して６４ｎｍだけずれた膜同士の間隙部）に同様のパターンを形成するものである。【００３８】
このようなダブルパターニングの技術を用いると、従来とは異なる新しい欠陥が生じる。一つは、例えば図５（ａ）に示すように、奇数本目のパターン（ライン部２Ａ′）と偶数本目のパターン（ライン部２Ａ′′）との間の位置関係の誤差である（以降、位置ズレと称する）。もう一つは、例えば図５（ｂ）に示すように、奇数本目のパターン（ライン部２Ａ′）と偶数本目のパターン（ライン部２Ａ′′）との間の線幅の差（または、断面形状の差）である（以降、線幅ズレと称する）。【００３９】
これらの欠陥は、従来の回折検査やＰＥＲ検査により部分的に検査可能な場合もあるが、精度の高い検査を行うことができず、位置ズレと線幅ズレとを分離して検出することもできなかった。【００４０】
これに対し、本実施形態においては、回折検査とＰＥＲ検査とを組み合わせることにより、位置ズレと線幅ズレとを分離して検出するようにしている。そこで、本実施形態の表面検査装置１を用いた表面検査方法について、図６に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。【００４１】
まず、ウェハ１０の表面検査に先立って、前述のダブルパターニングにより、線幅３２ｎｍ、ピッチ６４ｎｍ、デューティー０．５の繰り返しパターン１２をウェハ１０の表面に形成する（ステップＳ１０１）。【００４２】
ウェハ１０の表面に繰り返しパターン１２を形成すると、ウェハ１０の表面に対し回折検査を行う（ステップＳ１０２）。回折検査を行う際、パターンのピッチをＰとし、ウェハ１０の表面に照射する検査光の波長をλとし、検査光の入射角をθiとし、ｎ次回折光の出射角（ＣＣＤカメラ４０の受光角）をθrとしたとき、次の（１）式を満足するように設定を行う。【００４３】
Ｐ×｛ｓｉｎ（θr）−ｓｉｎ（θi）｝＝±ｎ×λ  …（１）【００４４】
本実施形態においては、Ｐ＝１２８ｎｍ、すなわち、繰り返しパターン１２のピッチ（すなわち、奇数本目もしくは偶数本目のパターンの繰り返しピッチの半分のピッチ）に対して２倍のピッチを有するパターンに対応したｎ次回折光をＣＣＤカメラ４０が受光するように、検査光の波長λもしくは、入射角θiおよび受光角θr（すなわち、ホルダ５のチルト角）を設定する。繰り返しパターン１２が図３に示すように正常に形成され、位置ズレおよび線幅ズレが両方ともない場合には、ピッチ１２８ｎｍのパターンに対応した回折光は発生しない。しかしながら、図５に示すような周期的に生ずる位置ズレもしくは線幅ズレが存在すると、ピッチ１２８ｎｍのパターンに対応した回折光が発生する。これは、繰り返しパターン１２が奇数本目のパターンと偶数本目のパターンとを組み合わせた１２８ｎｍのピッチ（２倍のピッチ）を有する繰り返しパターンになるためであり、このときの検出画像（回折検査画像）は、位置ズレおよび線幅ズレに応じた（検出される光の光量に応じた）信号強度分布を有することになる。【００４５】
光学シミュレーションによる回折光の光量変化を図９に示す。図９において、ＴＥはパターンに対して平行な振動成分を有する偏光であり、ＴＭはパターンに対して垂直な振動成分を有する偏光であり、平均は非偏光である。これからわかるように、非偏光でも回折検査は可能であるが、感度の高い偏光を用いることにより、より感度の高い回折検査が可能となる。以下の説明では、ＰＥＲ検査との混同を避けるために、回折検査は非偏光で行うものとして説明するが、偏光を用いても本発明は有効である。【００４６】
なお、繰り返しパターン１２が正常に形成された場合でも、回折光が発生する場合がある。ダブルパターニングの技術に応じて、奇数本目のパターンと偶数本目のパターンとでパターンの性質が異なる場合（例えば、複素屈折率が異なる場合等）には、正常に形成された繰り返しパターンでも回折光が発生する場合がある。この場合には、正常な場合における検出画像（回折検査画像）の信号強度分布を記憶しておき、それからの差が異常を示す信号強度変化となる。【００４７】
回折検査のフローについて図７に示すフローチャートを参照しながら説明すると、まず、照明側偏光フィルタ２２および受光側偏光フィルタ３２を光路上から抜去した状態（図１の実線を参照）で、被検基板であるウェハ１０の表面に検査光を照射する（ステップＳ１２１）。このとき、照明部２１から照明系凹面鏡２３に発散照射された照明光は、照明系凹面鏡２３により平行光束である検査光となってホルダ５に保持されたウェハ１０の表面に照射されるが、前述のように、検査光の波長や入射角等は、ピッチ１２８ｎｍのパターンに対応した回折光をＣＣＤカメラ４０が受光するように設定される。【００４８】
次に、検査光が照射されたウェハ１０の表面から出射される回折光（例えば１次回折光）を検出する（ステップＳ１２２）。このとき、ウェハ１０の表面から出射された回折光は、集光光学系３０の集光系凹面鏡３１により集光されてＣＣＤカメラ４０の撮像面上に結像される。そして、ＣＣＤカメラ４０は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面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検査部４１に出力する。【００４９】
そして、先のステップで検出した回折光に基づいて、繰り返しパターン１２における欠陥の有無を検査する（ステップＳ１２３）。このとき、画像処理検査部４１は、ＣＣＤカメラ４０から入力された（回折光による）ウェハ１０の画像の信号強度レベルを、メモリ４２に記憶された（回折光による）良品ウェハの画像の信号強度レベルと比較し、信号強度レベルの変化量が予め設定した閾値を超えたとき、欠陥があると判定する。【００５０】
このようにして回折検査を行うと、続いて、ウェハ１０の表面に対しＰＥＲ検査を行う（ステップＳ１０３）。【００５１】
ところで、前述したように、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としている。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量またはフォーカス位置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。【００５２】
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の欠陥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、露光量またはフォーカス位置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。【００５３】
ＰＥＲ検査では、照明側偏光フィルタ２２および受光側偏光フィルタ３２が光路上に挿入され（図１の二点鎖線を参照）、繰り返しパターン１２が正常に形成された場合でも信号が検出されるが、その信号強度レベルに比べて、図５（ａ）に示すような位置ズレが生じても信号強度変化せず、図５（ｂ）に示すような線幅ズレのみに応じた信号強度変化をする。このようなＰＥＲ検査の原理について、以降、ＰＥＲ検査を行う際の装置の構成とともに順に説明する。【００５４】
前述したように、ホルダ５は、軸ＡＸを回転軸としてウェハ１０を回転可能に保持しており、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２および図３におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面内で回転させることが可能である。ＰＥＲ検査を行うとき、ホルダ５は、ウェハ１０を水平な状態に保つとともに、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、後述の照明光の入射面（照明光の進行方向）に対して、４５度だけ斜めになるように保持する。【００５５】
照明側偏光フィルタ２２は、照明部２１と照明系凹面鏡２３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部２１からの光を直線偏光に変換する。このとき、照明系凹面鏡２３は、照明側偏光フィルタ２２を透過した光を平行光束にして、被検基板であるウェハ１０を照明する。このように、照明部２１からの光は、照明側偏光フィルタ２２および照明系凹面鏡２３を介し第１の直線偏光Ｌ１（図１１（ａ）を参照）となって、ウェハ１０の表面全体に照射される。【００５６】
第１の直線偏光Ｌ１の進行方向（ウェハ１０表面上の任意の点に到達する直線偏光Ｌ１の主光線の方向）は、照明部２１からの光軸Ｏ１に略平行である。光軸Ｏ１は、ホルダ５の中心を通り、ホルダ５の中心を通る法線（軸ＡＸ）に対して所定の角度（θｉ）だけ傾けられている。【００５７】
また、第１の直線偏光Ｌ１はウェハ１０に対してｐ偏光で入射する。つまり、図１１（ａ）に示すように、直線偏光Ｌ１の進行方向と電気ベクトルの振動方向とを含む平面（直線偏光Ｌ１の振動面）が、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれる。直線偏光Ｌ１の振動面は、照明側偏光フィルタ２２の透過軸により規定される。なお、ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌ１の入射角は、平行光のため互いに同じであり、光軸Ｏ１と法線（軸ＡＸ）とのなす角度（θｉ）に相当する。【００５８】
また、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌ１がｐ偏光であるため、図１０に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度も、４５度に設定される。【００５９】
言い換えると、第１の直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図１２におけるＶの方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度傾いた状態で、繰り返しパターン１２を斜めに横切るようにして繰り返しパターン１２に入射する。【００６０】
このような第１の直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は、ウェハ１０の表面全体において均一である。なお、４５度を１３５度，２２５度，３１５度のいずれかに言い換えても、第１の直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は同じである。また、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン１２の欠陥検査の感度を最も高くするためである。【００６１】
そして、第１の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン１２を照明すると、繰り返しパターン１２から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する（図１１（ｂ）を参照）。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、直線偏光Ｌ１の入射角（θｉ）に等しい角度（θｒ＝θｉ）だけ傾いた方向である。【００６２】
ここで、第１の直線偏光Ｌ１が繰り返しパターン１２での反射により楕円化し、繰り返しパターン１２から楕円偏光Ｌ２が発生する理由について簡単に説明する。第１の直線偏光Ｌ１は、繰り返しパターン１２に入射すると、振動面の方向（図１２のＶ方向）が、図１３に示す２つの偏光成分ＶX，ＶYに分かれる。一方の偏光成分ＶXは、繰り返し方向（Ｘ方向）に平行な成分である。他方の偏光成分ＶYは、繰り返し方向（Ｘ方向）に垂直な成分である。そして、２つの偏光成分ＶX，ＶYは、それぞれ独立に、異なる振幅変化と位相変化とを受ける。振幅変化と位相変化が異なるのは、繰り返しパターン１２の異方性に起因してＶXとＶYに対する複素屈折率が異なるからであり、構造性複屈折（form birefringence）と呼ばれる。その結果、２つの偏光成分ＶX，ＶYの反射光は互いに振幅と位相が異なり、これらの合成による反射光は楕円偏光Ｌ２となる（図１１（ｂ）を参照）。【００６３】
また、繰り返しパターン１２の異方性に起因する楕円化の程度は、図１１（ｂ）で示す楕円偏光Ｌ２のうち、図１１（ａ）で示す直線偏光Ｌ１の振動面に垂直な偏光成分Ｌ３（図１１（ｃ）を参照）と考えることができる。そして、この偏光成分Ｌ３の大きさは、繰り返しパターン１２の材質および形状と、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度に依存する。このため、Ｖ方向とＸ方向とのなす角度を一定の値（本実施形態では４５度）に保つ場合、繰り返しパターン１２の材質が一定であっても、繰り返しパターン１２の形状が変化すると、楕円化の程度（偏光成分Ｌ３の大きさ）が変化することになる。【００６４】
繰り返しパターン１２の形状と偏光成分Ｌ３の大きさとの関係について説明する。図３に示すように、繰り返しパターン１２は、ライン部２Ａとスペース部２ＢとをＸ方向に沿って交互に配列した凹凸形状を有し、適正な露光フォーカスで設計値通りに形成されると、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBが等しく、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１となる。このような理想的な形状の場合、偏光成分Ｌ３の大きさをＧとする。これに対し、露光フォーカスが適正値から外れると、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。このとき、偏光成分Ｌ３の大きさは理想的な場合のＧと比較して変化している。偏光成分Ｌ３の大きさの変化の一例を図示すると、図１４のようになる。図１４の横軸は、ライン部２Ａの線幅ＤAである。【００６５】
このように、第１の直線偏光Ｌ１を用いて、図１２の振動面の方向（Ｖ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度だけ傾いた状態で、繰り返しパターン１２を照明すると、正反射方向に反射して生じた楕円偏光Ｌ２は、その楕円化の程度（図１１（ｃ）における偏光成分Ｌ３の大きさ）が、繰り返しパターン１２の形状（ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比）に応じたものとなる。楕円偏光Ｌ２の進行方向は、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ホルダ５の中心を通る法線（軸ＡＸ）に対して直線偏光Ｌ１の進行方向と対称に（θｒ＝θｉだけ）傾いている。【００６６】
なお、集光光学系３０の光軸Ｏ２は、ホルダ５の中心を通る法線（軸ＡＸ）に対して角度θｒ（＝θｉ）だけ傾くように設定される。したがって、繰り返しパターン１２からの反射光である楕円偏光Ｌ２は、この光軸Ｏ２に沿って進むことになる。【００６７】
受光側偏光フィルタ３２は、集光光学系３０の集光系凹面鏡３１とＣＣＤカメラ４０との間に配設され、ウェハ１０表面からの正反射光を透過させて第２の直線偏光Ｌ４（図１１（ｃ）を参照）に変換する。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２２の透過軸に対して垂直になるように設定される。すなわち、第２の直線偏光Ｌ４の進行方向と垂直な面内における第２の直線偏光Ｌ４の振動方向が、第１の直線偏光Ｌ１の進行方向と垂直な面内における第１の直線偏光Ｌ１の振動方向に対して垂直になるように設定される。換言すれば、照明側偏光フィルタ２２と受光側偏光フィルタ３２とは、クロスニコル系を構成している。【００６８】
したがって、楕円偏光Ｌ２が受光側偏光フィルタ３２を透過すると、楕円偏光Ｌ２の図１１（ｃ）における偏光成分Ｌ３に相当する直線偏光Ｌ４のみが抽出されて、ＣＣＤカメラ４０に導かれる。その結果、ＣＣＤカメラ４０の撮像面上には、第２の直線偏光Ｌ４によるウェハ１０の反射像がそれぞれ形成される。なお、ウェハ１０の反射像の明暗は、直線偏光Ｌ４の光強度に略比例し、繰り返しパターン１２の形状に応じて変化する。【００６９】
ＰＥＲ検査のフローについて図８に示すフローチャートを参照しながら説明すると、まず、照明側偏光フィルタ２２および受光側偏光フィルタ３２を光路上に挿入した状態（図１の二点鎖線を参照）で、被検基板であるウェハ１０の表面に第１の直線偏光Ｌ１を照射する（ステップＳ１３１）。このとき、照明部２１からから発せられた照明光は、照明側偏光フィルタ２２で第１の直線偏光Ｌ１に変換されるとともに、照明光学系２３で平行光となってウェハ１０の表面に照射される。【００７０】
ウェハ１０の表面で反射した正反射光（楕円偏光Ｌ２）は、集光光学系３０の集光系凹面鏡３１により集光され、受光側偏光フィルタ３２で楕円偏光Ｌ２が第２の直線偏光Ｌ４に変換されてＣＣＤカメラ４０に導かれる（ステップＳ１３２）。続いて、ＣＣＤカメラ４０に導かれた第２の直線偏光Ｌ４を、ＣＣＤカメラ４０により検出する（ステップＳ１３３）。このとき、ＣＣＤカメラ４０は、撮像面上に形成された第２の直線偏光Ｌ４によるウェハ１０の反射像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理検査部４１に出力する。【００７１】
そして、先のステップで検出した第２の直線偏光Ｌ４に基づいて、繰り返しパターン１２における欠陥の有無を検査する（ステップＳ１３４）。このとき、画像処理検査部４１は、ＣＣＤカメラ４０から入力された（第２の直線偏光Ｌ４による）ウェハ１０の画像の信号強度レベルを、メモリ４２に記憶された（第２の直線偏光Ｌ４による）良品ウェハの画像の信号強度レベルと比較し、信号強度レベルの変化量が予め設定した閾値を超えたとき、欠陥があると判定する。【００７２】
このようにしてＰＥＲ検査を行った後に、画像処理検査部４１は、回折検査およびＰＥＲ検査の結果から、位置ズレおよび線幅ズレのうち、どの欠陥であるかを判別する（ステップＳ１０４）。回折検査またはＰＥＲ検査で欠陥があると判定された場合、位置ズレと線幅ズレとを分離することが可能である。回折検査では位置ズレおよび線幅ズレの両方に感度が有るのに対して、ＰＥＲ検査では線幅ズレのみに感度があるためで、次のことが言える。第１に、回折検査でのみ欠陥が検出されたときは、位置ズレの欠陥である。第２に、回折検査およびＰＥＲ検査の両方で欠陥が検出されたときは、線幅ズレの欠陥、もしくは線幅ズレ＋位置ズレの欠陥である。【００７３】
そこで、回折検査画像およびＰＥＲ検査画像における信号強度変化量と、パターンの線幅ズレ量および位置ズレ量との関係を予め調べてメモリ４２に記憶しておけば、線幅ズレ量および位置ズレ量を計算で求めることができる。具体的には、次のようにして線幅ズレ量および位置ズレ量を求める。【００７４】
まず予め、意図的に位置ズレ量および線幅ズレ量を段階的に変えたショットをマトリクス状に配置したテストウェハ（図示せず）を作成し、そのテストウェハの回折検査画像およびＰＥＲ検査画像を取得してショット毎の信号強度変化量を測定する。それら測定データを関数で近似することにより、次の関係式を求めておく。【００７５】
第１に、回折検査画像における信号強度変化量と線幅ズレ量および位置ズレ量との関係について、次の（２）式および（３）式が求められる。【００７６】
ｄｋ＝ＫＳＷ（ｄｓ，ｄｗ）  …（２）
ｄｓ＝ＫＳＷ−１（ｄｋ，ｄｗ）  …（３）【００７７】
ここで、ｄｓは位置ズレ量であり、ｄｗは線幅ズレ量であり、ｄｋは回折検査画像における信号強度変化量であり、ＫＳＷはｄｓおよびｄｗの関数である。また、ＫＳＷ−１は、ＫＳＷを変形した（ｄｋおよびｄｗの）関数であり、ＫＳＷから求めることができる。【００７８】
第２に、ＰＥＲ検査画像における信号強度変化量と線幅ズレ量との関係について、次の（４）式および（５）式が求められる。【００７９】
ｄｐ＝ＰＷ（ｄｗ）  …（４）
ｄｗ＝ＰＷ−１（ｄｐ）  …（５）【００８０】
ここで、ｄｐはＰＥＲ検査画像における信号強度変化量であり、ＰＷはｄｗの関数である。また、ＰＷ−１は、ＰＷを変形した（ｄｐの）関数であり、ＰＷから求めることができる。【００８１】
そして、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３で得られた回折検査画像およびＰＥＲ検査画像から、回折検査画像における信号強度変化量ｄｋおよび、ＰＥＲ検査画像における信号強度変化量ｄｐを求め、ＰＥＲ検査画像における信号強度変化量ｄｐから（５）式を用いて線幅ズレ量ｄｗを求めるとともに、このように求めた線幅ズレ量ｄｗおよび回折検査画像における信号強度変化量ｄｋから、（３）式を用いて位置ズレ量ｄｓを求める。【００８２】
なお、（２）〜（５）式を求めるには、テストウェハによる方法に限られるものではなく、パターンの材料の屈折率、膜厚、線幅、および下地の材料の屈折率や膜厚等から、光学理論に基づく計算を行って求めるようにしてもよい。また、ＫＳＷ−１（ＫＳＷ）およびＰＷ−１（ＰＷ）を関数としたが、ルックアップテーブル、すなわち入力パラメータと出力パラメータの値を並べた表でも構わない。この場合には、計算の際、計算したい入力パラメータと同じ値がルックアップテーブルに無いときがあるが、そのときは近傍のデータと補間計算により対応する出力値を求めるようにすればよい。【００８３】
この結果、本実施形態の表面検査装置１および方法によれば、繰り返しパターン１２のピッチ（６４ｎｍ）対して２倍のピッチ（１２８ｎｍ）を有するパターンに対応した回折光を検出して、ウェハ１０の表面検査を行うため、位置ズレおよび線幅ズレに応じた光量変化（信号強度変化）を捉えることが可能になり、ダブルパターニングにより生じた位置ズレや線幅ズレ等の欠陥を検出することが可能になる。【００８４】
また、回折検査にＰＥＲ検査を組み合わせることで、回折検査では位置ズレおよび線幅ズレの両方に感度が有るのに対して、ＰＥＲ検査では線幅ズレのみに感度があるため、位置ズレと線幅ズレとを分離して検出することができる。【００８５】
なお、上述の実施形態において、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３において欠陥の有無の判定せずに、ステップＳ１０４において欠陥の有無を判定するようにしてもよい。この場合、具体的には、ステップＳ１０３で検出した第２の直線偏光Ｌ４の信号強度変化量ｄｐから（（５）式を用いて）線幅ズレ量ｄｗを算出し、算出した線幅ズレ量ｄｗが所定の（第１の）閾値より大きい場合に、線幅ズレの欠陥があると判定するとともに、このように算出した線幅ズレ量ｄｗおよびステップＳ１０２で検出した回折光の信号強度変化量ｄｋに基づいて（（３）式を用いて）位置ズレ量ｄｓを算出し、算出した位置ズレ量ｄｓが所定の（第２の）閾値より大きい場合に、位置ズレの欠陥があると判定する。このようにすれば、より精度の高い表面検査を行うことができる。【００８６】
次に、表面検査方法の変形例について、図１５に示すフローチャートを参照しながら以下に説明する。この変形例では、「２回パターニング」方式により繰り返しパターン１２が形成されるものとする。そこでまず、ステップＳ２０１において、ハードマスク層１３を形成してあるウェハ１０にレジスト１４Ａを塗布し、図４（ａ）に示すように、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５のパターン１５Ａを露光し、現像することで、図４（ｂ）に示すように、第１のレジストパターン１５Ａを形成する。【００８７】
次のステップＳ２０２において、ステップＳ２０１で形成した第１のレジストパターン１５Ａに対する表面検査を行う。このとき、第１のレジストパターン１５Ａに対してピッチ１２８ｎｍのパターンに対応した回折検査もしくはＰＥＲ検査を行い、従来方法による表面検査を行う。【００８８】
次のステップＳ２０３において、レジスト１４Ａ（非露光部分）をマスクとしてハードマスク層１３をエッチングし、レジスト１４Ａを除去する。そうすると、図４（ｃ）に示すように、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５の第１の溝パターン１６Ａ（すなわち、第１のハーフパターン）を有するハードマスク層１３が形成される。【００８９】
次のステップＳ２０４において、第１の溝パターン１６Ａを有するハードマスク層１３に対する表面検査を行う。このとき、第１の溝パターン１６Ａを有するハードマスク層１３に対してピッチ１２８ｎｍのパターンに対応した回折検査もしくはＰＥＲ検査を行い、従来方法による表面検査を行う。【００９０】
次のステップＳ２０５において、第１の溝パターン１６Ａを有するハードマスク層１３にレジスト１４Ｂを塗布し、図４（ｄ）に示すように、線幅３２ｎｍ、ピッチ１２８ｎｍ、デューティー０．２５のパターン１５Ｂを第１のレジストパターン１５Ａ（第１の溝パターン１６Ａ）に対して６４ｎｍだけずらした位置に露光し、現像することで、図４（ｅ）に示すように、第２のレジストパターン１５Ｂを形成する。【００９１】
次のステップＳ２０６において、ステップＳ２０５で形成した第２のレジストパターン１５Ｂに対する表面検査を行う。このとき、第２のレジストパターン１５Ｂに対してピッチ１２８ｎｍのパターンに対応した回折検査もしくはＰＥＲ検査を行い、従来方法による表面検査を行う。【００９２】
次のステップＳ２０７において、レジスト１４Ｂ（非露光部分）をマスクとしてハードマスク層１３をエッチングし、レジスト１４Ｂを除去する。そうすると、図４（ｆ）に示すように、第１の溝パターン１６Ａに対して６４ｎｍだけずれた位置に第１の溝パターン１６Ａと同じ形状の第２の溝パターン１６Ｂ（すなわち、第２のハーフパターン）が形成され、図４（ｇ）に示すように、第１の溝パターン１６Ａと第２の溝パターン１６Ｂとを合わせて、線幅３２ｎｍ、ピッチ６４ｎｍ、デューティー０．５の繰り返しパターン１２（ハードマスク層１３）が形成される。【００９３】
このようにしてウェハ１０の表面に繰り返しパターン１２（ハードマスク層１３）を形成すると、次のステップＳ２０８において、ウェハ１０の表面に対し回折検査を行う。この回折検査は、前述のステップＳ１０２と同様の方法で行う。【００９４】
ウェハ１０の表面に対し回折検査を行うと、次のステップＳ２０９において、ウェハ１０の表面に対しＰＥＲ検査を行う。このＰＥＲ検査は、前述のステップＳ１０３と同様の方法で行う。【００９５】
ウェハ１０の表面に対しＰＥＲ検査を行うと、次のステップＳ２１０において、回折検査およびＰＥＲ検査の結果から、位置ズレおよび線幅ズレのうち、どの欠陥であるかを判別する。このステップは、前述のステップＳ１０４と同様の方法で行う。【００９６】
このような表面検査方法によっても、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０で検出される位置ズレは、画像の１画素に相当するウェハ１０の表面領域における線幅の平均値が画像の信号強度分布に反映される。そのため、最初に形成されたパターン（例えば、第１の溝パターン１６Ａ）が細く形成され、２回目に形成されたパターン（例えば、第２の溝パターン１６Ｂ）が太く形成されると、平均としては線幅に変化無しとなってしまう可能性がある。このため、１回目のパターニングにおいて正しく形成されているか検査しておくことが好ましい。ステップＳ２０４を行うのはそのためである。【００９７】
また、レジストパターンの段階で検査を行い欠陥が検出された場合は、レジストを剥離して再度レジストを塗布し、露光、現像を行うことで、欠陥が検出されたウェハをリワーク（救済）することが可能である。各レジストパターン１５Ａ，１５Ｂに対して表面検査（ステップＳ２０２およびＳ２０６）を行うのはそのためである。【００９８】
また、図１５に示すフローチャートにおいて、表面検査を行うステップが６ステップある。半導体製造工程のプロセスを開発する段階、もしくは量産の初期では、全てのもしくは殆どのステップによる検査を行うことが好ましいが、量産ラインが安定してからは、どこで欠陥が生じやすいか等を考慮して、表面検査を行うステップを省略していくことが好ましい。具体的には、表面検査を行うステップの省略や、表面検査を行うウェハの割合を減らすこと等が考えられる。【００９９】
なお、上述の変形例において、「２回パターニング」を例に説明したが、パターニング技術が異なっても、同様の表面検査が可能である。ただし、パターニング技術の種類によっては検査不要のステップがある。【０１００】
例えば、「２回露光」の場合、現像は１回で、現像後はすでに全てのパターンが形成されているので、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０の検査のみとなる。この場合、レジストパターンに対して検査を行えば、不良ウェハのリワークが可能である。また、「２回現像」の場合、基本的には、２回の現像の後に、ステップＳ２０８〜Ｓ２１０の検査を行う。この場合、レジストパターンに対して検査を行えば、不良ウェハのリワークが可能である。なお、１回目の現像の後に検査を行うことも可能である。また、「側壁残し」の場合、最初に形成されたパターンについてステップＳ２０２と同様の検査を行い、最終的に形成されたパターンについてステップＳ２０８〜Ｓ２１０と同様の検査を行うことが好ましい。【０１０１】
なお、「２回パターニング」、「２回露光」、「２回現像」、「側壁残し」以外の技術による場合でも、奇数本目のパターンと偶数本目のパターンとの間に、位置ズレ、線幅ズレが起こりうる技術であれば、本発明による表面検査方法および装置が有効である。また、ハーフピッチ３２ｎｍの繰り返しパターンに限らず、ダブルパターニングにより繰り返しパターンが形成されていれば、本発明による表面検査方法および装置は有効である。【０１０２】
さらに、ダブルパターニングにより形成される繰り返しパターンは、本実施形態のように奇数本目のパターンと偶数本目のパターンとが別工程により形成される形態に限定されるものではなく、一部の工程だけが別工程で、他の工程は同じ処理を行って奇数本目と偶数本目のパターンを形成するような形態であっても構わない。【０１０３】
例えば、特開平８−２５０３９５号公報で開示されるように、基板上にポジ型レジストを塗布した後、ポジ型レジストにライン・アンド・スペースパターンを露光し、次いでポジ型レジストを現像してレジストの露光部を除去した後、除去後に形成されるポジ型レジストのスペース部分にネガ型レジストを塗布する。そして、ポジ型レジストとネガ型レジストとの境界部分を含む領域を露光して現像した後、ポジ型レジストの露光部およびネガ型レジストの未露光部を除去することにより、例えば奇数本目がポジ型レジストによるパターンで、偶数本目がネガ型レジストによるパターンとなる繰り返しパターンが形成される。このように、ポジ型レジストおよびネガ型レジストを塗布するまでは別工程で、その後の露光、現像、および除去工程が同じ処理となるような繰り返しパターンであっても構わない。なおこのような場合、ポジ型レジストとネガ型レジストとの境界部分を含む領域を露光するためのマスクの開口中心が境界部分に位置していないとき、繰り返しパターンの線幅が不均一となり、各パターンの位置も周期的にずれてしまう。また、マスクの開口のピッチと、開口の大きさが所定の関係になっていないときにも、同様の欠陥が生じてしまう。【０１０４】
また、ダブルパターニングにより形成される繰り返しパターンは、同一工程を経て奇数本目と偶数本目のパターンを形成するような形態であっても構わない。例えば、特開２００２−２８０３８８号公報で開示されるように、まず、基板１０１上に、第１の絶縁膜１０２、ゲート配線材料膜１０３、第２の絶縁膜１０４、反射防止膜１０５、およびフォトレジスト１０６を順次積層形成した後、フォトレジスト１０６にライン部とスペース部の比が１：３となるマスクをパターニングする（図１６（ａ）を参照）。次に、パターニングした部分をマスクとして第２の絶縁膜１０４、反射防止膜１０５、およびフォトレジスト１０６を除去し、第２の絶縁膜１０４にライン・アンド・スペースの比率が１：３となるパターンを形成する（図１６（ｂ）を参照）。続いて、パターニングされた第２の絶縁膜１０４上に第３の絶縁膜１０７を積層形成し（図１７（ａ）を参照）、第３の絶縁膜１０７を第２の絶縁膜１０４の表面が露出するまでエッチバックすることにより、第２の絶縁膜１０４の側壁に第３の絶縁膜１０７からなる側壁層を形成する（図１７（ｂ）を参照）。そして、第２の絶縁膜１０４を除去することにより、ライン部とスペース部の比が１：３となるマスク（パターン）の半分のピッチを有する繰り返しパターン（第３の絶縁膜１０７）が形成される。このように、所定の繰り返しピッチのパターン形状を有したマスクに基づいて形成されてなる、繰り返しピッチの半分のピッチを有する繰り返しパターンであっても構わない。なおこのような場合、第３の絶縁膜１０７を成膜するときに、成膜条件が適切でないと、第３の絶縁膜１０７の膜厚が第２の絶縁膜１０４の左右で異なってしまい、繰り返しパターンの線幅が不均一となる。このような欠陥も本実施形態により検出することが可能である。【０１０５】
また、上述の実施形態において、直線偏光Ｌ１がｐ偏光である例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ｐ偏光ではなくｓ偏光にしてもよい。ｓ偏光とは、振動面が入射面に垂直な直線偏光である。このため、図１０に示すように、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）が、ｓ偏光である直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２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ｓ偏光の振動面の方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度も、４５度に設定される。なお、ｐ偏光は、繰り返しパターン１２のライン部２Ａのエッジ形状に拘わる欠陥情報を取得するのに有利である。また、ｓ偏光は、ウェハ１０の表面の欠陥情報を効率よく捉えて、ＳＮ比を向上させるのに有利である。【０１０６】
さらに、ｐ偏光やｓ偏光に限らず、振動面が入射面に対して任意の傾きを持つような直線偏光でも構わない。この場合、繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）を直線偏光Ｌ１の入射面に対して４５度以外の角度に設定し、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度を、４５度に設定することが好ましい。なおこのとき、４５度に限定されるものではなく、パターンによっては、ｐ偏光あるいはｓ偏光であっても、４５度からずれた位置で良品ショットと不良品ショットとの画像信号強度の比が大きくとれることもある。【０１０７】
また、上述の実施形態では、照明部２１からの照明光と照明側偏光フィルタ２２を利用して、直線偏光Ｌ１を作り出すように構成されているが、これに限られるものではなく、直線偏光を供給するレーザーを光源として使用すれば照明側偏光フィルタ２２は必要ない。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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