(57)【要約】  フォーカスマージン等の露光条件を正確に設定する方法を提供する。照明光が照射されたウェハからの回折光を検出してウェハ（Ｗ）の表面を検査する表面検査装置（１）を用いて、所定の露光が行われるウェハ（Ｗ）に対する露光条件を設定する露光条件設定方法であって、露光特性が既知のＦＥＭウェハ（５０）の表面に照明光を照射する照明工程（ステップＳ１０１）と、照明光が照射されたＦＥＭウェハ（５０）の表面からの回折光を検出する検出工程（ステップＳ１０２）と、検出した回折光の輝度のバラツキに基づいて露光条件を設定する設定工程（ステップＳ１０３）とを有している。
2011001678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に半導体パターンを有する基板に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記基板の複数の前記半導体パターンからの回折光を検出する検出部とを備え、前記検出部に検出された前記回折光の情報から前記基板の表面を検査するように構成された表面検査装置を用いて、所定の露光が行われる被露光基板に対する露光条件を設定する露光条件設定方法であって、
前記照明部を利用して露光特性が既知の基準基板の表面に照明光を照射する照明工程と、
前記検出部を利用して前記照明光が照射された前記基準基板の複数の前記半導体パターンからの回折光を検出する検出工程と、
前記検出した前記回折光の輝度のバラツキに基づいて前記露光条件を設定する設定工程とを有することを特徴とする露光条件設定方法。
【請求項２】
前記設定工程において、前記輝度のバラツキが極大もしくは極大近傍となる前記露光の条件値を前記露光条件における限界値として設定することを特徴とする請求項１に記載の露光条件設定方法。
【請求項３】
前記設定工程において、前記限界値に基づいて設定された前記露光条件の範囲の中央値を前記露光条件における代表値として設定することを特徴とする請求項２に記載の露光条件設定方法。
【請求項４】
前記半導体パターンとして、繰り返し配列された線状のラインパターンまたは孔状のホールパターン、および前記ラインパターンまたは前記ホールパターンにより構成されるメモリマットを囲むように繰り返し配列されたガードパターンが形成され、
前記基準基板の複数の前記半導体パターンがそれぞれ複数の露光条件で露光されて形成され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露光条件設定方法。
【請求項５】
所定の露光によって表面に半導体パターンが形成された基板に照明光を照射する照明部と、
前記照明光が照射された前記基板の複数の前記半導体パターンからの回折光を検出する検出部と、
前記検出した複数の前記半導体パターンからの回折光の輝度のバラツキに基づいて前記露光の条件を求める演算を行う演算部とを備えて構成されることを特徴とする表面検査装置。
【請求項６】
前記所定の露光により前記半導体パターンを露光する露光装置と前記露光の条件に関する電気的通信を行う通信部をさらに備えることを特徴とする請求項５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、半導体製造に使用される露光システムにおいて、フォーカスオフセット等の露光条件を設定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
メモリやロジック等の半導体製造に一般的に使用されるスキャナーやステッパー等の露光システム（例えば、特許文献１を参照）では、露光時のベストフォーカス位置および有効フォーカス範囲が重要である。ここでいう有効フォーカス範囲（以下、フォーカスマージンと称する）とは、露光の結果生成された回路パターンの線幅（ＶＩＡホールの場合は穴径）が、回路として動作仕様を満たす設計許容値内となる、フォーカスオフセットの範囲と定義する。【０００３】
生成されたパターンが設計許容値内かどうか検査する方法として代表的なものは、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：以下ＳＥＭと称する）による検査があげられる。しかしながら、ＳＥＭは原理上高いスループットに到達し難いため、実際の運用においては、例えば図１１に示すように、露光されたショット内での５点程度のサンプリングにより検査が実施される。一方、広いエリアの情報を高いスループットで計測するシステムとして、スキャトロメトリー（Optical CD：以下ＯＣＤと称する）があげられる。但し、この計測を行うには、ある程度のエリア（５０μｍ×５０μｍ程度）に専用パターンを設ける必要があり、シミュレーション結果のライブラリが必要となる等、実際の回路パターン内での特定パターンの検査は原理上難しい。【０００４】
また、ＬＳＩ製造においては、露光機の有する露光性能が大きく発揮される微細な密集パターンが均等に且つ設計通りに解像されるかが重要である。例えば、縦方向のラインアンドスペースパターンを露光する際には、これらの微細パターンが精度よく露光されるように、変形照明で露光システムそのものが最適化されている。その結果、フォーカスマージンも、露光システムが最適化された微細パターンで比較的広くなる。一方、いわゆる孤立パターンのような、ラインアンドスペースのデューティ比が上述の微細パターンと異なるパターンに着目すると、露光システムが最適化された微細パターンのフォーカスマージンに比べて、孤立パターン等のフォーカスマージンは狭くなる傾向がある。これらは実際の回路パターンであるため、上記ＯＣＤは適用できず、また面内で多くの点を見るため、ＳＥＭを使用すると膨大な時間が必要となる。また、パターンの形状が単純な直線状ではなく、視野内で複数のポイントを計測しないとパターン形状が評価できない場合もあり、さらにＳＥＭのスループットを低下させる。【０００５】
ベストフォーカスを評価する一つの手法として、露光機のフォーカスオフセットを微小なステップで変化させながらウェハ上に順次ショット１０１を露光したＦＥＭ（Focus Exposure Matrix）ウェハ１００（図１０を参照）を用いる方法がある。管理手法としては、ＦＥＭウェハ１００のフォトレジスト上に形成されたパターンの線幅（ＶＩＡホールの場合は穴径）をＳＥＭあるいはＯＣＤ等の計測装置を用いてモニターすることで、フォーカスマージンおよびベストフォーカスとなるフォーカスオフセット値を算出する。しかしながら、前述したラインアンドスペースのデューティ比が微細パターンと異なるパターンの場合、実際の回路パターンのためＯＣＤでの管理は不可能で、またＳＥＭを使用しても時間および費用が膨大にかかるため、定常的なチェックを実施するのは現実的に難しい。また、仮にＳＥＭによる管理を実施したとしても、計測結果のフィードバックを行うまでに時間を要する手法といえる。【０００６】
これ対し、ウェハ表面に形成されたパターンにおける構造性複屈折による偏光の変化を検出してベストフォーカスをモニターする方法がある。このような方法によれば、ショット毎の輝度平均のピークを求めることで、ベストフォーカスを高速に求めることができる。ＦＥＭウェハ１００における微細パターンのベストフォーカスに関しても、短時間での計測が可能であるため、プロセスへの計測結果のフィードバックを迅速に行うことが可能である。【０００７】
ところが、メモリマットの大きさの間隔で繰り返し存在するような孤立パターン（例えばガードパターン等）に関しては、微細パターンよりもピッチが大きいため、原理上偏光の変化を捉えることは難しい。そのため、回折光を利用することになるが、ラインアンドスペースパターンやガードパターンからの回折光は、図１２（ａ）に示す正常なパターンに対して、図１２（ｂ）に示す崩れが生じたパターンのようにパターン変化が起きると、回折効率の変化が生じる。その結果、パターンの変化を回折光の輝度変化として捉えることは可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−４１５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、回折光を検出する場合、偏光を検出する場合と異なり、輝度の明暗の変化（回折効率の変化の度合い）とパターンの形状変化との関係はリニアな関係でない場合があり、輝度の明暗の変化、例えばショット内の輝度平均値のみから、有効なフォーカス範囲やベストフォーカス等を正確に求めることができない場合がある。【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、フォーカスマージン等の露光条件を正確に設定する技術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】
【００１１】
このような目的達成のため、本発明に係る露光条件設定方法は、表面に半導体パターンを有する基板に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記基板の複数の前記半導体パターンからの回折光を検出する検出部とを備え、前記検出部に検出された前記回折光の情報から前記基板の表面を検査するように構成された表面検査装置を用いて、所定の露光が行われる被露光基板に対する露光条件を設定する露光条件設定方法であって、前記照明部を利用して露光特性が既知の基準基板の表面に照明光を照射する照明工程と、前記検出部を利用して前記照明光が照射された前記基準基板の複数の前記半導体パターンからの回折光を検出する検出工程と、前記検出した前記回折光の輝度のバラツキに基づいて前記露光条件を設定する設定工程とを有している。【００１２】
なお、上述の露光条件設定方法では、前記設定工程において、前記輝度のバラツキが極大もしくは極大近傍となる前記露光の条件値を前記露光条件における限界値として設定することが好ましい。【００１３】
また、上述の露光条件設定方法では、前記設定工程において、前記限界値に基づいて設定された前記露光条件の範囲の中央値を前記露光条件における代表値として設定することが好ましい。【００１４】
また、上述の露光条件設定方法では、前記半導体パターンとして、繰り返し配列された線状のラインパターンまたは孔状のホールパターン、および前記ラインパターンまたは前記ホールパターンにより構成されるメモリマットを囲むように繰り返し配列されたガードパターンが形成され、前記基準基板の複数の前記半導体パターンがそれぞれ複数の露光条件で露光されて形成されることが好ましい。【００１５】
また、本発明に係る表面検査装置は、所定の露光によって表面に半導体パターンが形成された基板に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記基板の複数の前記半導体パターンからの回折光を検出する検出部と、前記検出した複数の前記半導体パターンからの回折光の輝度のバラツキに基づいて前記露光の条件を求める演算を行う演算部とを備えて構成される。【００１６】
なお、上述の表面検査装置において、前記所定の露光により前記半導体パターンを露光する露光装置と前記露光の条件に関する電気的通信を行う通信部をさらに備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、適切な露光条件を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】露光条件設定方法の概略を示すフローチャートである。
【図２】表面検査装置を示す図である。
【図３】輝度のバラツキの算出例を示す模式図である。
【図４】チップ内での検出エリアを指定した例を示す模式図である。
【図５】メモリセルのブロックを示す図である。
【図６】ＦＥＭウェハからの回折光の輝度のイメージを示す図である。
【図７】回折光の輝度のバラツキを示す分布図である。
【図８】回折光の輝度のバラツキを示すグラフである。
【図９】ＳＥＭによる良否判定結果を示す図である。
【図１０】ＦＥＭウェハの一例を示す図である。
【図１１】ＳＥＭによる観察点の例を示す図である。
【図１２】回折効率の変化を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。本実施形態で使用する表面検査装置を図２に示しており、この装置により半導体基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）の表面を検査する。表面検査装置１は、略円盤形のウェハＷを支持するステージ１０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Ｗは、ステージ１０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１０は、ウェハＷの回転対称軸（ステージ１０の中心軸）を回転軸として、ウェハＷを回転（ウェハＷの表面内での回転）可能に支持する。また、ステージ１０は、ウェハＷの表面を通る軸を中心に、ウェハＷ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。
【００２０】
表面検査装置１はさらに、ステージ１０に支持されたウェハＷの表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Ｗからの回折光を集光する受光系３０と、受光系３０により集光された光を受けてウェハＷの表面の像を撮像する撮像装置３５と、画像処理部４０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Ｗ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からの光より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。
【００２１】
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１０に保持されたウェハＷの表面に照射される。なお、ウェハＷに対する照明光の入射角と出射角との関係は、ステージ１０をチルト（傾動）させてウェハＷの載置角度を変化させることにより調整可能である。
【００２２】
ウェハＷの表面からの出射光（回折光）は受光系３０により集光される。受光系３０は、ステージ１０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）は、撮像装置３５内の撮像光学系により撮像面上にウェハＷの像（回折像）が結像される。撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハＷ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。
【００２３】
画像処理部４０は、撮像装置３５から入力されたウェハＷの画像信号に基づいて、ウェハＷのデジタル画像を生成する。画像処理部４０の内部メモリ（図示せず）には、良品ウェハの画像データが予め記憶されており、画像処理部４０は、ウェハＷの画像（デジタル画像）を生成すると、ウェハＷ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Ｗ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による検査結果およびそのときのウェハＷ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、画像処理部４０は、ウェハの画像を利用して露光時のフォーカスマージン等を求める（演算を行う）ことができるようになっている（詳細は後述する）。また、画像処理部４０は、不図示の外部出力部と接続されており、フォーカスマージン等の演算結果をこの外部出力部を介して露光機（露光装置）等に電気的通信可能となっている。
【００２４】
ところで、ウェハＷは、図示しない露光機により最上層のレジスト膜が露光され、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１０上に搬送される。なおこのとき、ウェハＷは、ウェハＷ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１０上に搬送される。なお、詳細な図示を省略するが、ウェハＷの表面には、複数のショットが縦横に配列され、各ショットの中には、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（半導体パターン）が形成されている。
【００２５】
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Ｗの表面検査を行うには、まず、不図示の搬送装置により、ウェハＷをステージ１０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Ｗ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Ｗをステージ１０上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。
【００２６】
次に、ウェハＷ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ステージ１０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Ｗ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θｉとし、ｎ次回折光の出射角をθｄとしたとき（図１２も参照）、次の（１）式を満足するように設定を行う（ステージ１０をチルトさせる）。
【００２７】
Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θｉ）−ｓｉｎ（θｄ）｝  …（１）
【００２８】
次に、照明光をウェハＷの表面に照射する。このような条件で照明光をウェハＷ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Ｗの表面に照射される。ウェハＷの表面から出射された回折光は、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Ｗの像（回折像）が結像される。
【００２９】
そこで、撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハＷ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Ｗの画像信号に基づいて、ウェハＷのデジタル画像を生成する。また、画像処理部４０は、ウェハＷの画像（デジタル画像）を生成すると、ウェハＷ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Ｗ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による検査結果およびそのときのウェハＷの画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
【００３０】
本実施形態では、上述の表面検査装置１を用いて、回折光の輝度変化を検出し、ショット内の輝度のバラツキを算出することで、露光時のフォーカスマージンを求める。一般に、スキャナー等の露光機（図示せず）で露光されたウェハＷにおいては、ショット内の露光されたパターンの均一性（像面）は非常に高い精度で制御されているが、多様な要因により完全に一様なパターンが形成されているわけではない。
【００３１】
しかしながら、十分にフォーカスマージン内であるフォーカスオフセット設定で露光を実施すると、像面の微小な面内バラツキ要因が存在したとしても、形成されるパターンの線幅等への影響は非常に小さく、形成されたパターンを回折格子とみなした場合の回折光もほぼ均一な輝度として測定される。一方、フォーカスマージンの境界部にあたるフォーカスオフセット設定で露光が実施された場合、上記微小な面内バラツキによっても形成されたパターンに形状変化が引き起こされるようになり、結果として、ショット内における回折光の輝度にバラツキが生じる。
【００３２】
本実施形態においては、図６に示すようなＦＥＭウェハ５０において、上記フォーカスマージンの境界付近におけるショット５１内の回折光の輝度のバラツキを評価する（輝度のバラツキが極大もしくは極大近傍になる条件を設定する）ことで、安定して露光可能なフォーカスマージンを求める。なお、図６に示すＦＥＭウェハ５０の表面には、フォーカスオフセットを（図６における）横方向にステップΔＦずつ変化させながら露光したショット５１が縦横に配置形成されており、当該ショット５１内にチップ領域（以下、単にチップ５２と称する）が縦横に３つずつ並んで区画形成されている（図３を参照）。
【００３３】
輝度のバラツキの評価に関しては、バラツキを算出する計算単位として、平均化効果もあるので、図３に示すように、最小の繰り返しパターンであるチップ５２単位での輝度平均を使用することが考えられる。例えば、或るショット５１内のチップ５２毎に平均輝度を算出し、或るショット５１内でのチップ５２毎に求めた平均輝度のバラツキ（例えば、標準偏差σを用いた３σ）を算出する。このとき、輝度のバラツキの検出感度を上げるために、図４に示すように、チップ５２内で回折光を発生しない（外周部内側の）エリアにマスク５２ａを設けて、当該エリア（マスク５２ａ）からの信号を除去することも有効である。これにより、マスク５２ａ部分における輝度情報を除いた状態でチップ５２毎の平均輝度を算出するため、輝度のバラツキが比較的小さいチップ５２の外周部内側のエリアにおける輝度の影響を低減させ、輝度のバラツキの検出感度を向上させることができる。
【００３４】
上述したように、露光システムが最適化された微細パターンよりも、いわゆる孤立パターンの方がフォーカスマージンは狭くなるため、ＳＥＭ等で通常管理されている微細パターンではない、ラインアンドスペースのデューティ比が大きい孤立パターンにおけるパターン変動の検出に本実施形態を適用可能である。
【００３５】
このような表面検査装置１を用いた露光条件設定方法（フォーカスマージンの設定方法）について説明する。なお予め、フォーカスオフセットを横方向にステップΔＦずつ変化させながら露光したＦＥＭウェハ５０に対して、ＳＥＭ画像による良否判定を（例えば、図１１に示すような１ショット内の５点で）実施しておくことが好ましい。この場合の良否判定としては、主にＣＤ値（ラインパターンの線幅もしくはホールパターンの穴径）が良品範囲内か否かを判断して良否判定を行うが、パターン形状の崩れを人間が目視で判断するようにしてもよい。
【００３６】
以下、図１に示すフローチャートを参照しながら、前述の孤立パターンの一例として、図５に示すような矩形のメモリセルのブロック５５を囲うガードパターン５６を例にとって説明する。なお、メモリセルのブロック５５内には、露光システムが最適化された微細パターン（ラインパターンまたはホールパターン）が露光形成されている。メモリセルのブロック５５は、チップ５２内では規則的に（縦横に）一定間隔で配置されており、各メモリセルのブロック５５同士の間隙部にガードパターン５６が格子状に配置形成されている。したがって、図５に示すように、この配置間隔を非常に大きなパターンピッチ（数１０〜１００μｍ以上）とみなすことで、対応する波長の回折光を検出可能である。
【００３７】
そこでまず、不図示の搬送装置により、ＦＥＭウェハ５０を表面検査装置１のステージ１０上に搬送し、照明系２０を用いて照明光をＦＥＭウェハ５０の表面に照射する（ステップＳ１０１）。この照明工程において、ＦＥＭウェハ５０の表面上における照明方向とメモリセルのブロック５５（ガードパターン５６）の繰り返し方向とが一致するようにステージ１０を回転させるとともに、メモリセルのブロック５５（ガードパターン５６）の繰り返しピッチを回折条件として高次の回折光が得られるように（前述の（１）式を満足するように）設定を行う（ステージ１０をチルトさせる）。
【００３８】
このような条件で照明光をＦＥＭウェハ５０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ＦＥＭウェハ５０の表面に照射される。ＦＥＭウェハ５０の表面から出射された回折光は、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、ＦＥＭウェハ５０の像（ガードパターン５６の回折像）が結像される。
【００３９】
そこで、撮像装置３５を用いて、ＦＥＭウェハ５０の像（ガードパターン５６の回折像）を検出（撮像）する（ステップＳ１０２）。この検出工程において、撮像装置３５は、撮像面上に形成されたＦＥＭウェハ５０の表面の像（ガードパターン５６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。
【００４０】
そして、画像処理部４０は、撮像装置３５から入力されたＦＥＭウェハ５０の画像信号（図６に相当する輝度情報）に基づいて、実際のウェハＷに対する露光時の有効なフォーカスマージンを検出し（ステップＳ１０２）、検出されたフォーカスマージンよりベストフォーカスを設定する（ステップＳ１０３）。この設定工程において、まず、図３のようにして各ショット５１内のチップ５２毎に平均輝度を算出し、図７に示すように、ショット５１毎に各チップ５２での平均輝度のバラツキを算出する。このとき、評価対象としては、ＦＥＭウェハ５０の中心近傍を選択した方がデータの安定性が得られる。また、フォーカスと同時に露光量（ドーズ）をステップ変化させた場合でも、ベストドーズに近い、ＦＥＭウェハ５０の中心近傍のデータを使用するのが望ましい。図７において行番号がＲ３〜Ｒ６であるショット５１を評価対象とし、各フォーカスオフセット値（列番号Ｃ１〜Ｃ１１のそれぞれ）において輝度のバラツキが最大となる数値（ショット５１）を取得し、グラフ化したのが図８である。
【００４１】
そして、取得したショット５１内での平均輝度のバラツキ（チップ５２毎）の変動と、予め実施しておいたＳＥＭ画像による良否判定結果（図９を参照）との相関をとることにより、不良となる輝度のバラツキ値を設定する。これにより、ＦＥＭウェハでは露光機のフォーカスオフセットを微小なステップで連続して変化させているので、不良となる輝度のバラツキ値よりも小さなバラツキ値となるフォーカスオフセットの範囲を、フォーカスマージンとして算出することができる。例えば図８の場合、フォーカスオフセット値が−０．０９（μｍ）および＋０．１５（μｍ）のときに、輝度のバラツキ値が上述の不良となる輝度のバラツキ値（図８における太い横線）よりも大きくなって極大値近傍の値となり、−０．０９（μｍ）〜＋０．１５（μｍ）よりも内側の範囲で輝度のバラツキが（不良となる輝度のバラツキ値よりも）小さい−０．０６（μｍ）〜＋０．１２（μｍ）がフォーカスマージンとして算出される。このとき、複数枚のＦＥＭウェハ（サンプル）を用いて、ＳＥＭ画像による良否判定結果との相関をとることで、不良となる輝度のバラツキ値の設定精度を向上させることが可能である。
【００４２】
なお、対象ピッチが非常に大きい場合（数１０μｍ）には、高次回折光が得られる回折条件（ピッチ／次数）で実施することが有効であるが、回折条件の選択としては、取得したショット５１内での平均輝度のバラツキ（チップ５２毎）の変動と、ＳＥＭ画像による良否判定結果の相関がとれ、なおかつ画像輝度変化がフォーカス変動方向に対して大きい条件を選択することが好ましい。また、フォーカスマージンを確認する対象パターンが２種類以上の場合（ピッチが異なるか、あるいはパターンの方向が異なる場合）、それぞれに対応する回折条件（ピッチ／回折光方位）を設定し、設定した複数の回折条件それぞれにおける有効フォーカスエリアの重なる範囲を、フォーカスマージンとして算出する。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、微細なラインアンドスペース等の半導体回路パターンに対して最適化された露光条件（変形照明等）で露光が行われた半導体パターンでは、ガードパターン５６のようなラインアンドスペースパターンに比べて大きな周期を有するパターンのフォーカスマージンが小さいことを利用して、ガードパターン５６の回折光を検出することで有効なフォーカスマージンを検出し、ベストフォーカスとなるフォーカスオフセット（適切な露光条件）を正確に設定することが可能になる。また、４０ｎｍ以下の半導体回路パターンでは回折光が発生しないが、ガードパターン５６を対象とすることで回折光を利用することができる。
【００４４】
なお、輝度のバラツキが極大もしくは極大近傍となる条件値（フォーカスオフセット値）を限界値として設定することで、フォーカスマージンの境界部（適切な露光条件となる限界外）を正確に求めることができる。
【００４５】
なお、上述の実施形態において、露光条件としてフォーカスマージンを設定しているが、これに限られるものではなく、フォーカスマージンの中央値を露光に使用するフォーカスオフセットの代表値として設定することも有効である。例えば図８の場合、前述したようにフォーカスマージンが−０．０６（μｍ）〜＋０．１２（μｍ）となり、当該フォーカスマージンの中央値である０．０３（μｍ）がフォーカスオフセットの代表値として設定される。
【符号の説明】
【００４６】
Ｗ  ウェハ（基板および被露光基板）
１  表面検査装置
１０  ステージ                          ２０  照明系（照明部）
３０  受光系                            ３５  撮像装置（検出部）
４０  画像処理部
５０  ＦＥＭウェハ（基準基板）
【図１】
2011001678.tif 000003
【図２】
2011001678.tif 000004
【図３】
2011001678.tif 000005
【図４】
2011001678.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011001678.tif 000008
【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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【国際調査報告】
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