(57)【要約】  繰り返し配列された線状のラインパターンおよび当該ラインパターンの上に形成された孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査する表面検査方法において、検査条件を設定する設定工程（Ｓ１０１）と、設定工程で設定した検査条件により半導体基板の表面に照明光を照射する照明工程（Ｓ１０２）と、照明光が照射された半導体基板からの回折光を検出する検出工程（Ｓ１０３）と、検出工程で検出した回折光に基づいてホールパターンにおける欠陥の有無を検査する検査工程（Ｓ１０４）とを有し、設定工程において、半導体基板の表面における照明光の進行方向がラインパターンの繰り返し配列方向と異なってホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、検査条件を設定するようになっている。
2009125805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し配列された線状のラインパターンおよび前記ラインパターンの上に形成された孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査する表面検査方法であって、
前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する第１のステップと、
前記第１のステップで設定した前記照射方向から前記半導体基板の表面に照明光を照射する第２のステップと、
前記照明光が照射された前記表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する第３のステップと、
前記第３のステップで検出した前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する第４のステップとを有し、
前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なって前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定することを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、前記照射方向を設定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】
前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことにより、前記照射方向を設定することを特徴とする請求項２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査する表面検査方法であって、
前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する第１のステップと、
前記第１のステップで設定した前記照射方向から前記半導体基板の表面に照明光を照射する第２のステップと、
前記照明光が照射された前記表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する第３のステップと、
前記第３のステップで検出した前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する第４のステップとを有し、
前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことで、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、前記照射方向を設定することを特徴とする表面検査方法。
【請求項５】
前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことを特徴とする請求項４に記載の表面検査方法。
【請求項６】
前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、かつ、前記ホールパターンより下側の層から回折光が発生し難い方向に、前記照射方向を設定することを特徴とする請求項４もしくは請求項５に記載の表面検査方法。
【請求項７】
繰り返し配列された線状のラインパターンおよび前記ラインパターンの上に形成された孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査するための表面検査装置であって、
前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する設定部と、
前記設定部により設定された前記照射方向から前記半導体基板の表面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表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、
前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なって前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定することを特徴とする表面検査装置。
【請求項８】
前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する回折光が発生するように、前記照射方向を設定することを特徴とする請求項７に記載の表面検査装置。
【請求項９】
前記設定部は、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことにより、前記照射方向を設定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】
孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査するための表面検査装置であって、
前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する設定部と、
前記設定部により設定された前記照射方向から前記半導体基板の表面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表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、
前記設定部は、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことで、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する回折光が発生するように、前記照射方向を設定することを特徴とする表面検査装置。
【請求項１１】
前記設定部は、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことを特徴とする請求項１０に記載の表面検査装置。
【請求項１２】
前記設定部は、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、かつ、前記ホールパターンより下側の層から回折光が発生し難い方向に、前記照射方向を設定することを特徴とする請求項１０もしくは請求項１１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、半導体製造工程において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】
半導体装置には、ＤＲＡＭやフラッシュ・メモリのようなメモリ素子（記憶装置）や、ロジック素子といわれる記憶部および処理部を有した装置等がある。近年の半導体装置は、処理の高速度化や低消費電力化、記憶容量増のために、パターンを微細化する傾向にあるが、半導体装置の製造工程で発生する欠陥の検出要求も、同時に厳しくなってきている。特に、露光工程で発生するデフォーカス欠陥は、不良の最大要因のひとつである。デフォーカス欠陥とは、半導体ウェハの裏面とウェハステージとの間に存在した異物等によって、ウェハ表面が盛り上がることで、露光時にデフォーカス状態になり、結果的に、パターンの線幅や径の値（以下、ＣＤ値と称する）が許容範囲外となって、パターンの欠陥となることである。また、特にスキャン型露光機では、フォーカシングエラーにより露光ショット内でフォーカス変動が生じ、ＣＤ値が許容範囲外となってパターンの欠陥となることである。【０００３】
デフォーカス欠陥を自動で検査する装置として、半導体ウェハの表面に照明光を照射するとともに、ウェハ表面の繰り返しパターンからの回折光を受光し、欠陥部分からの回折光では（ＣＤ値が異なるために）回折光量が変化することを利用して、パターンの欠陥を検出する装置が実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。回折光は繰り返し配列のパターンから発生するが、その状態は、繰り返し性（配列やピッチと呼ばれる周期）に依存する。半導体装置の微細化によって、繰り返しパターンの繰り返し周期（ピッチ）が縮小することになるのはいうまでもないが、メモリ素子、特にＤＲＡＭにおいては、小さなセル面積でトランジスターやキャパシタンスを配置しなければならないため、１つのセル内における、ビット・コンタクトや、キャパシタ・コンタクト（ストレージノード・コンタクトとも言う）、シリンダー（ストレージ・キャパシタとも言う）等といった、コンタクト・ホールと称されるホールの繰り返しパターン（ホールパターン）の配列は、２次元的である。そして、１つのセルが、さらに２次元的に繰り返した配列となるので、メモリ素子の表面の多くは、２次元的な繰り返しパターン配列を占めることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１０５９５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなホールパターンの検査を行う検査装置においては、従来、ライン・アンド・スペースパターンと称される、直線状の繰り返しパターン（ラインパターン）の検査と同様に、０度もしくは９０度の方向に繰り返し性があるものが多いとして、この２つの方位角で回折条件を探していた。しかしながら、このような検査条件は、ホールパターンの検査に最適な条件であるとは限らなかった。【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、最適な検査条件でホールパターンの検査が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】
【０００７】
このような目的達成のため、第１の発明に係る表面検査方法は、繰り返し配列された線状のラインパターンおよび前記ラインパターンの上に形成された孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査する表面検査方法であって、前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する第１のステップと、前記第１のステップで設定した前記照射方向から前記半導体基板の表面に照明光を照射する第２のステップと、前記照明光が照射された前記表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する第３のステップと、前記第３のステップで検出した前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する第４のステップとを有し、前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なって前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定するようになっている。【０００８】
なお、上述の表面検査方法では、前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、前記照射方向を設定することが好ましい。【０００９】
さらに、上述の表面検査方法では、前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことにより、前記照射方向を設定することが好ましい。【００１０】
また、第２の発明に係る表面検査方法は、孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査する表面検査方法であって、前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する第１のステップと、前記第１のステップで設定した前記照射方向から前記半導体基板の表面に照明光を照射する第２のステップと、前記照明光が照射された前記表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する第３のステップと、前記第３のステップで検出した前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する第４のステップとを有し、前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことで、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、前記照射方向を設定するようになっている。【００１１】
なお、上述の表面検査方法では、前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことが好ましい。【００１２】
また、上述の表面検査方法では、前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、かつ、前記ホールパターンより下側の層から回折光が発生し難い方向に、前記照射方向を設定することが好ましい。【００１３】
また、第１の発明に係る表面検査装置は、繰り返し配列された線状のラインパターンおよび前記ラインパターンの上に形成された孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査するための表面検査装置であって、前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する設定部と、前記設定部により設定された前記照射方向から前記半導体基板の表面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表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する検出部と、前記検出部に検出された前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なって前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定するようになっている。【００１４】
なお、上述の表面検査装置において、前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記ラインパターンの繰り返し配列方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する回折光が発生するように、前記照射方向を設定することが好ましい。【００１５】
さらに、上述の表面検査装置において、前記設定部は、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことにより、前記照射方向を設定することが好ましい。【００１６】
また、第２の発明に係る表面検査装置は、孔状のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査するための表面検査装置であって、前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する設定部と、前記設定部により設定された前記照射方向から前記半導体基板の表面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表面からの前記ホールパターンのピッチに対応した回折光を検出する検出部と、前記検出部に検出された前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、前記設定部は、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことで、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する回折光が発生するように、前記照射方向を設定するようになっている。【００１７】
なお、上述の表面検査装置において、前記設定部は、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことが好ましい。【００１８】
また、上述の表面検査装置において、前記設定部は、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、かつ、前記ホールパターンより下側の層から回折光が発生し難い方向に、前記照射方向を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、最適な検査条件でホールパターンの検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】検査条件決定部の制御ブロック図である。
【図３】ウェハの画像を示す模式図である。
【図４】ウェハの平面図である。
【図５】ウェハの部分断面図である。
【図６】フィールド工程を示す模式図である。
【図７】ゲート工程を示す模式図である。
【図８】セル・コンタクト工程を示す模式図である。
【図９】ビット・コンタクト工程を示す模式図である。
【図１０】ビット・ライン工程を示す模式図である。
【図１１】キャパシタ・コンタクト工程を示す模式図である。
【図１２】シリンダー工程を示す模式図である。
【図１３】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１４】ライン・アンド・スペースパターンをモデル化した図である。
【図１５】０次回折光からの距離と回折光量との関係を示すグラフである。
【図１６】デューティと回折光量変化との関係を示すグラフである。
【図１７】ＦＥＭウェハの平面図である。
【図１８】輝度マップの一例を示す図である。
【図１９】輝度マップの一例を示す図である。
【図２０】ビット・コンタクト工程をモデル化した図である。
【図２１】ビット・コンタクトモデルに対するＦＦＴ処理の結果を示す図である。
【図２２】図２１における動径方向の回折光分布を示す図である。
【図２３】キャパシタ・コンタクト工程をモデル化した図である。
【図２４】キャパシタ・コンタクトモデルに対するＦＦＴ処理の結果を示す図である。
【図２５】図２４における動径方向の回折光分布を示す図である。
【図２６】セル・コンタクト工程をモデル化した図である。
【図２７】セル・コンタクトモデルに対するＦＦＴ処理の結果を示す図である。
【図２８】図２７における動径方向の回折光分布を示す図である。
【図２９】図２６に示すセル・コンタクトを２０％縮小したモデルを示す図である。
【図３０】図２９のモデルに対するＦＦＴ処理の結果を示す図である。
【図３１】図３０における動径方向の回折光分布を示す図である。
【図３２】セル・コンタクトの配列方向およびピッチを示した図である。
【図３３】変形例に係る検査条件決定部の制御ブロック図である。
【図３４】ビット・コンタクトをモデル化した図である。
【図３５】ビット・コンタクトモデルに対するＦＦＴ処理の結果を示す図である。
【図３６】ＣＤ値変動と回折光量変化との関係を示すグラフである。
【図３７】フィールド工程をモデル化した図である。
【図３８】図３７のモデルに対するＦＦＴ処理の結果を示す図である。
【図３９】フラッシュ・メモリのゲート工程を示す模式図である。
【図４０】フラッシュ・メモリのゲート線を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置を図１に示しており、この表面検査装置１は、ウェハホルダ部１０と、照明部２０と、検出部３０と、画像処理部４０と、検査部４１と、検査条件設定部４２と、ＦＥＭ評価部４３と、検査条件決定部４５とを主体に構成される。なお、本実施形態において、図１における紙面と垂直な方向をＸ方向とし、横方向をＹ方向とし、縦方向をＺ方向とし、ＸＹ平面内での回転方向をθ方向とする。
【００２２】
ウェハホルダ部１０は、半導体ウェハ５０（以下、ウェハ５０と称する）が載置されるステージ１１と、ステージ１１をθ方向に回転させるθ回転部１２と、ステージ１１をチルト（傾動）させるチルト部１３とを有して構成される。ステージ１１は、不図示の搬送装置によってステージ１１の上面に載置されたウェハ５０を真空吸着等により吸着保持する。このようにウェハ５０を保持するステージ１１は、θ回転部１２により、ウェハ５０の中心（ステージ１１の中心）を通りウェハ５０の表面に垂直な軸（Ｚ方向と平行な軸）を回転軸として、θ方向に回転可能である。また、ステージ１１は、チルト部１３により、ウェハ５０の表面を通る軸（Ｘ方向と平行な軸）を中心にチルト可能であり、照明光２５の入射角（および出射角）を調整できるようになっている。
【００２３】
照明部２０は、光源２１と、波長選択部２２と、照明ミラー２３とを有し、ウェハ５０の表面に照明光２５を照射するように構成される。光源２１には、水銀ランプが用いられる。そのため、光源２１から発せられる光には、複数の波長λの光、例えば、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｊ線（λ＝３１３ｎｍ）、およびλ＝２５０ｎｍ付近の光などが含まれるが、波長選択部２２において、これらのうち所定の波長の光のみが選択的に透過するようになっている。波長選択部２２を透過した光は、照明ミラー２３で反射し、かつ、平行光束となって、ウェハ５０を照明する照明光２５となる。照明光２５は、波長選択部２２で単色の波長となり、照明ミラー２３で平行光束となっているので、ウェハ５０の繰り返し配列パターンからは、回折光３５が平行に発生する。
【００２４】
ウェハ５０からの回折光３５を検出する検出部３０は、受光ミラー３１と、受光レンズ３２と、撮像部３３とを有して構成される。回折光３５は、受光ミラー３１で集光されたのち、受光レンズ３２を介して撮像部３３の撮像面上に達し、当該撮像面上でウェハ５０の像が結像される。この結果、ウェハ５０の表面の像が撮像部３３の撮像面上に形成される。撮像部３３は、撮像面上に形成されたウェハ５０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。上記構成により、ウェハ５０の表面（全面）の画像を一括に撮像することができるため、ウェハ５０の表面を走査する必要がないことから、ウェハ５０の表面を一括に高速で検査することが可能になる。
【００２５】
画像処理部４０は、撮像部３３から入力されたウェハ５０の画像信号に基づいて、ウェハ５０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。また、画像処理部４０は、図３に示すように、良品ウェハ（欠陥のないウェハ５０）の画像Ａ１をテンプレートとして不図示のデータベースに記憶しておき、撮像部３３により撮像して得られた検査対象となるウェハ５０の検査画像Ａ２と比較する。このとき、欠陥を含んだウェハ５０では、欠陥Ｋの部分だけ、回折光量が変化する。したがって、画像処理部４０と電気的に接続された検査部４１では、検査画像Ａ２と良品画像Ａ１との比較結果（回折光量の変化）に基づいて欠陥判定を行う。その結果、検査部４１によりウェハ５０の表面に欠陥があると判定された場合には、画像処理部４０により、ウェハ５０の表面に複数配列されたショット５１，５１…のうち欠陥を含むショット５１の領域ＫＡを強調して示した欠陥判定画像Ａ３が生成され、判定結果とともに不図示の表示部で表示される。なお、良品画像Ａ１については、ウェハ５０の工程ごとにデータベースに記憶しているだけではなく、同じ工程においても、複数の検査条件ごとに記憶しておくことができる。なお、検査画像Ａ２の画像データを画像処理部４０からＦＥＭ評価部４３へ出力して、露光ショットごとに検査画像Ａ１の平均輝度を計算することも可能であるが、詳細は後述する。
【００２６】
検査条件設定部４２は、θ回転部１２およびチルト部１３によりステージ１１をθ回転およびチルトさせて、回折光３５を検出可能な所定の方位角（ノッチ等を基準としたステージ１１の回転角度θ）およびチルト角（ステージ１１が水平状態から傾く角度）となるように設定する。そこで、ウェハ５０の表面に形成される繰り返し配列パターンと回折光３５の関係を、図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）はウェハ５０を上側から見た平面図であり、ウェハ５０はＸＹ平面に平行に置かれているものとする。図４（ａ）において、照明光２５がＹＺ平面と平行な面を入射面としてウェハ５０に斜入射している。このとき、ウェハ５０の表面に形成される繰り返し配列パターン５２が、単純なライン・アンド・スペースパターンである場合を考える。なお、繰り返し配列パターン５２が延びる方向を繰り返し配列パターン５２の配列方向５５と定義し、当該配列方向５５と垂直な方向を繰り返し配列パターン５２の繰り返し方向５６と定義する。
【００２７】
図４（ａ）の場合、配列方向５５がＸ方向であり、繰り返し方向５６がＹ方向であるので、回折光３５はＹＺ平面と平行な面内に発生する。一方、図４（ｂ）に示すように、繰り返し方向がＸ方向となる繰り返し配列パターン５２′の場合には、照明光２５がＹＺ平面と平行な面を入射面としてウェハ５０に斜入射しているとき、回折光はＹＺ平面と平行な面内には発生しない。しかしながら、図４（ｃ）に示すように、θ回転部１２を用いて、ステージ１１に保持されたウェハ５０を（ノッチ５３を基準として）θ＝９０度だけθ回転させると、繰り返し配列パターン５２′の繰り返し方向がＹ方向となるため、回折光３５はＹＺ平面と平行な面内に発生する。
【００２８】
図１では、照明光２５を照射する光学系（照明部２０）が、回折光３５を検出する光学系（検出部３０）とともに、ＹＺ平面と平行な面内に配置されているので、θ回転部１２によるウェハ５０のθ回転により、どのような方向の繰り返し配列パターンであっても、回折光を受光する可能な方位角に設定することができる。一方、ＹＺ平面と平行な面内に発生する回折光は、繰り返し配列パターン５２の繰り返し周期（ピッチ）に依存して、回折角（照明光２５と回折光３５とのなす角度）が異なる。光学原理より、ピッチが小さくなるほど、１次回折光の回折角は大きくなる。そこで、検査条件設定部４２は、受光ミラー３１で確実に回折光３５を受光できるように、チルト部１３によりステージ１１（ウェハ５０）をチルトさせる。チルト角は、繰り返し配列パターン５２のピッチと照明光２５の波長から理論的に計算することができるので、繰り返し配列パターン（ライン・アンド・スペースパターン）５２の繰り返し方向５６とピッチが既知であるならば、方位角やチルト角等の検査条件を検査条件決定部４５で決定して検査条件設定部４２へ入力設定することができる。
【００２９】
上述からわかるように、配列情報が既知である場合には、検査条件決定部４５による検査条件の決定が容易である。そこで、検査条件決定部４５の処理構成を説明する。検査条件決定部４５は、図２に示すように、配列データ入力部４６と、配列データ入力部４６と電気的に接続されたＣＤ変動変換部４７と、ＣＤ変動変換部４７と電気的に接続された回折光シミュレータ部４８と、回折光シミュレータ部４８と電気的に接続された検査条件データ出力部４９とを有して構成される。
【００３０】
図４（ａ）の場合には、繰り返し配列パターン（ライン・アンド・スペースパターン）５２の配列方向はＸ方向であり、繰り返し方向はＹ方向であった。さらに、その繰り返しピッチが例えば０．２μｍであり、ラインとスペースの比率（以下、デューティと称する）が１：１であるとしたとき、まず、配列データ入力部４６に、これらの情報からなる配列情報（配列方向はＸ方向、繰り返し方向はＹ方向、繰り返しピッチは０．２μｍ、デューティは１：１等という情報）が入力され記録される。配列情報としては、レチクルのＣＡＤデータであってもよいが、本実施形態の表面検査装置１はウェハ５０の欠陥検査にかかわるものであるので、ウェハ５０に露光転写した値に近いほうが好ましいのは言うまでもない。例えば、デューティが１：１である場合であっても、露光量（ドーズ）が所定のドーズ量に対し多いか少ないかによって、デューティは変化するため、実際のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の測定値などを用いて、配列情報（デューティ）を補正するようにしてもよい。
【００３１】
さて、ＣＤ（クリティカル・ディメンジョンと称し、ライン・アンド・スペースパターンの場合はラインの線幅であり、ホールパターンの場合はホールの径）の値には、許容範囲が必ずある。細すぎる線は断線の原因となり、太すぎる線は漏れ電流の原因となる。また、小さすぎるホール径は接触不良を誘引し、大きすぎるホール径は隣のホールとの電流漏れを誘引するといった観点から、ＣＤ値は規定される。したがって、ＣＤ変動変換部４７では、例えば、配列データ入力部４６に記録された配列情報に基づく設計ＣＤ値に対し、±５％、±１０％、±１５％、±２０％、±２５％等というようにして、ＣＤ値を変動させた変動ＣＤ値を仮想的に設定する。そして、ＣＤ変動変換部４７は、設計ＣＤ値および変動ＣＤ値を回折光シミュレータ部４８に入力する。回折光シミュレータ部４８は、詳細について後述するが、基本的には、回折光をシミュレーション計算するＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行って検査条件を決定する。そして、回折光シミュレータ部４８は、処理の結果を検査条件データとして出力し、当該検査条件データは、検査条件データ出力部４９を介して検査条件設定部４５に出力される。
【００３２】
次に、検査対象となる半導体ウェハ５０（ＤＲＡＭ）の製造工程を、図５〜図１２を参照しながら説明する。なお、製造工程の詳細は、特開２００１−１８５７０１号公報、特開２００６−３１９１２１号公報、および特開２００７−２８７７９４号公報等に開示されており、本実施形態においては、回折光方式の欠陥検査にかかわる重要なクリティカル（微細加工）工程のみについて触れる。
【００３３】
まず、フィールド工程は、図５および図６に示すように、アクティブ・エリア（活性領域）６０とフィールド（素子分離領域）６１を形成するための最初のクリティカル工程である。Ｆ=９０ｎｍやＦ=７０ｎｍの半導体ウェハ（ＤＲＡＭ）では、アクティブ・エリア６０の配列方向６２ａはＸ方向に対し７２度傾いた方向であり、この配列方向６２ａと垂直な方向がアクティブ・エリア６０の繰り返し方向６２ｂとなる。なお、本実施形態において、Ｆとは、加工寸法（すなわち、ゲート（もしくはワード・ライン）のピッチの半分）のことである。一方、フィールド６１に着目すれば、Ｘ方向に対し７２度傾いた方向に並ぶアクティブ・エリア６０同士の隙間が４５度方向の配列方向６３ａを有し、この配列方向６３ａと垂直な方向が繰り返し方向６３ｂであると見ることができる。また、アクティブ・エリア６０同士のＹ方向の隙間がＸ方向の配列方向６４ａを有し、この配列方向６４ａと垂直なＹ方向が長周期の繰り返し方向６４ｂであると見ることもできる。
【００３４】
フィールド工程が行われた後、５工程から１０工程位の、ドーピングや、イオン注入、ＣＶＤ等のノン・クリィティカル工程を経てから、次のゲート工程が行われる。ゲート工程は、図５および図７に示すように、ワード・ラインとしてのゲート６５を形成するためのクリティカル工程である。ゲート６５は、ライン・アンド・スペースパターンであり、一般的に、ライン６６とスペース６７のデューティは１：１である。また、ゲート６５の配列方向はＸ方向で、繰り返し方向はＹ方向である。
【００３５】
ゲート工程が行われた後、５工程から１０工程位の、ドーピングや、イオン注入、ＣＶＤ等のノン・クリィティカル工程を経てトランジスタ（図示せず）を形成してから、次のセル・コンタクト工程が行われる。セル・コンタクト工程は、図５および図８に示すように、ビット・コンタクト用およびキャパシタ・コンタクト用のセル・コンタクト（ホール）７０を形成するための、二つの目的のクリィティカルなホール工程である。ＤＲＡＭの中では、最も密集度の高いホール工程と言える。セル・コンタクト７０は、Ｘ方向の配列方向７１ａ、７２度方向の配列方向７２ａ、および−４５度方向の配列方向７３ａが、図８から容易に見つかり、これらと垂直な方向がそれぞれ、Ｘ方向の配列方向７１ａに対する繰り返し方向７１ｂ、７２度方向の配列方向７２ａに対する繰り返し方向７２ｂ、および−４５度方向の配列方向７３ａに対する繰り返し方向７３ｂとなる。なお、他の繰り返し配列もあるのかもしれないが、詳細は図２６で後述する。また、セル・コンタクト７０は、後述のキャパシタ・コンタクトとオフセットした位置で接続されるため、楕円形状となっており、その短径方向は７２度方向の配列方向７２ａと一致している。
【００３６】
次のビット・コンタクト工程は、図５および図９に示すように、セル・コンタクト７０および後述のビット・ラインに接続するビット・コンタクト７５を形成するためのクリィティカルなホール工程である。ビット・コンタクト７５は、−４５度方向の配列方向７６ａ、０度方向（Ｘ方向）の配列方向７７ａ、および９０度方向（Ｙ方向）の配列方向７８ａが、図９から容易に見つかり、これらと垂直な方向がそれぞれ、−４５度方向の配列方向７６ａに対する繰り返し方向７６ｂ、０度方向（Ｘ方向）の配列方向７７ａに対する繰り返し方向７７ｂ、および９０度方向（Ｙ方向）の配列方向７８ａに対する繰り返し方向７８ｂとなる。なお、ほかの繰り返し配列もあるのかもしれないが、詳細は図２０で後述する。
【００３７】
次のビット・ライン工程は、図５および図１０に示すように、ビット・コンタクト７５と接続されてゲート６５（ワード・ライン）と直交するビット・ライン８０を形成するためのクリティカル工程である。ゲート６５の配列方向はＸ方向（繰り返し方向はＹ方向）であったので、ビット・ライン８０の配列方向はＹ方向（繰り返し方向はＸ方向）となっている。また、ビット・ライン８０は、ライン・アンド・スペースパターンであり、一般的に、ラインとスペースのデューティは１：１である。また、ゲート６５の配列方向はＸ方向で、繰り返し方向はＹ方向である。
【００３８】
キャパシタ・コンタクト工程は、図５および図１１に示すように、セル・コンタクト７０および後述のシリンダー（キャパシタ）に接続するキャパシタ・コンタクト８５を形成するためのクリィティカルなホール工程である。キャパシタ・コンタクト８５は、−４５度方向の配列方向８６ａ、０度方向（Ｘ方向）の配列方向８７ａ、および９０度方向（Ｙ方向）の配列方向８８ａが、図１１から容易に見つかり、これらと垂直な方向がそれぞれ、−４５度方向の配列方向８６ａに対する繰り返し方向８６ｂ、０度方向（Ｘ方向）の配列方向８７ａに対する繰り返し方向８７ｂ、および９０度方向（Ｙ方向）の配列方向８８ａに対する繰り返し方向８８ｂとなる。なお、ほかの繰り返し配列もあるのかもしれないが、詳細は図２３で後述する。
【００３９】
シリンダー工程は、図５および図１２に示すように、キャパシタ・コンタクト８５と接続されるシリンダー９０を形成するためのクリィティカルなホール工程である。シリンダー９０は、−４５度方向の配列方向９１ａ、７２度方向の配列方向９２ａ、および１８度方向の配列方向９３ａを有し、これらと垂直な方向がそれぞれ、−４５度方向の配列方向９１ａに対する繰り返し方向９１ｂ、７２度方向の配列方向９２に対する繰り返し方向９２ｂ、および１８度方向の配列方向９３ａに対する繰り返し方向９３ｂとなる。なお、シリンダー９０は、電荷をためるキャパシタンスであるので、比較的直径が大きく、特に深い。また、シリンダー９０は、隣のシリンダー９０と等間隔にして、かつ稠密に配置する必要があるため、キャパシタ・コンタクト８５をセル・コンタクト７０からオフセットさせ、さらに、キャパシタ・コンタクト８５をオフセットさせるために、セル・コンタクト７０を楕円形状にした。シリンダー工程の後は、概ね配線工程となる。
【００４０】
このような半導体ウェハ５０に対する表面検査方法について、図１３に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ステップＳ１０１において、方位角やチルト角（すなわち、ウェハ５０の表面に対する照明光２５の照射方向）等の検査条件の設定を行う。この設定工程において、検査条件設定部４２は、θ回転部１２およびチルト部１３を作動させて、検査条件に応じた方位角およびチルト角となるように設定する。また、波長選択部２２を作動させて検査条件に応じた照明波長を選択することも可能である。なお、検査条件はＦＥＭ評価部４３もしくは検査条件決定部４５により決定されるが、詳細は後述する。
【００４１】
次のステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で設定した検査条件（方位角やチルト角等）により、ウェハ５０の表面に照明光２５を照射する。この照明工程において、照明部２０の光源２１から発せられた光は、波長選択部２２を透過するとともに照明ミラー２３で反射し、平行光束である照明光２５となってウェハ５０の表面に照射される。照明光２５は、波長選択部２２で単色の波長となり、照明ミラー２３で平行光束となっているので、ウェハ５０の繰り返し配列パターンからは、回折光３５が平行に発生する。
【００４２】
そこで、次のステップＳ１０３において、照明光２５が照射されたウェハ５０の表面からの回折光３５を検出する。この検出工程において、回折光３５は、検出部３０の受光ミラー３１で集光されたのち、受光レンズ３２を介して撮像部３３の撮像面上に達し、当該撮像面上で結像されたウェハ５０の表面の画像が撮像部３３により撮像される。このとき、撮像部３３は、撮像面上に形成されたウェハ５０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。
【００４３】
そして、次のステップＳ１０４において、ステップＳ１０３で検出した回折光に基づいてパターンの欠陥の有無を検査する。この検査工程において、画像処理部４０は、撮像部３３から入力されたウェハ５０の画像信号に基づいて、検査画像Ａ２と良品画像Ａ１との比較を行い（図３を参照）、検査画像Ａ２と良品画像Ａ１との比較結果（回折光量の変化）に基づいて検査部４１が欠陥判定を行う。その結果、検査部４１によりウェハ５０の表面に欠陥があると判定された場合には、画像処理部４０により前述の欠陥判定画像Ａ３（図３を参照）が生成され、判定結果とともに不図示の表示部で表示される。
【００４４】
ところで、従来の検査装置においては、検査条件を決定する際、ライン・アンド・スペースパターンに代表されるように、０度または９０度方向に繰り返し性があるものが多いとして、この二つの方位角で回折条件を探していたに過ぎず、これをホール工程でも適用していたに過ぎない。すなわち、０度の方位角で光を照射し、回折光が得られるかを調べ、次に、９０度の方位角で同様のことを行い、何かしらの回折光が得られたら、その条件を検査条件として装置に登録し、量産される半導体ウェハの検査を行っていた。したがって、なかには、ウェハの表面に形成される複数の層のうち、どの層の、どの配列パターンからの回折光かがわからないまま検査を行うケースもあった。そのため、下層の回折光を受光していたり、ＣＤ値変動を敏感に検出できない状態であったり等、最適でない状態で検査してしまうおそれがあった。
【００４５】
さらには、パターンの微細化により、配列ピッチが小さくなって、これまでの方法では回折光が得られなくなるという問題があった。回折光は、配列ピッチが小さくなるほど、照明光に対し離れた角度方向に発生するが、照明光に対し角度が離れすぎると、回折光を受光することが現実的にできなくなるからである。
【００４６】
前述したように、ウェハ５０の製造工程におけるパターンの配列情報から、配列方向と繰り返し方向は容易に見つけられそうであるが、どの繰り返し方向の回折光を受光すれば最適な検査条件なのかというと、判定は難しい。繰り返しピッチがわからないし、１次の回折光だけではなく、２次以降の高次の回折光も発生するので、ＣＤ値変動に対して敏感に欠陥検出できる最適な検査条件かどうかがわからないからである。以下、本実施形態の設定工程にける検査条件の決定方法ついて詳細に説明する。
【００４７】
まず、最も簡単な例として、ライン・アンド・スペースパターンにおいてＣＤ値が変動した場合を、図１４〜図１６を用いて説明する。図１４（ａ）は、横方向を繰り返し方向として、４０画素のライン１０１（白色）と４０画素のスペース１０２（黒色）とが繰り返し並ぶ、ピッチが８０画素の説明用モデルである。図１４（ａ）に示すモデルは、ライン１００とスペース１０１のデューティが１：１となる良品モデルであるが、この良品モデルの配列情報が配列データ入力部４６（図２を参照）に記録されている。
【００４８】
図１４（ｂ）に示すモデルは、３０画素をライン（白色）とし、５０画素をスペース（黒色）としたモデルであり、図１４（ｃ）に示すモデルは、２０画素をライン（白色）とし、６０画素をスペース（黒色）としたモデルである。したがって、図１４（ａ）、図１４（ｂ）、および図１４（ｃ）に示すモデルのデューティはそれぞれ、４：４、３：５、および２：６である。なお、図１４（ｂ）および図１４（ｃ）に示すモデルは、ＣＤ変動変換部４７により設定されたものである。また、図１４（ａ）〜（ｃ）においては、配列方向を省略して短く描いている。
【００４９】
図１４（ａ）〜（ｃ）に示すモデルに対し（設計ＣＤ値およびＣＤ変動変換部４７による変動ＣＤ値に基づいて）、回折光シミュレータ部４８がＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行う。ＦＦＴ処理を行うソフトとしては、Scion Corp.製の「Scion Image」を使用することができ、また、Media Cybernetics社製の「Image Pro」を用いることもできる。図１５は、繰り返し方向を横軸としたＦＦＴ処理後の変換値である。図１５の横軸は、原点（０次回折光）からの距離を示し、数値が大きい程０次回折光から離れた距離での回折光を表す。縦軸は、回折光の光量に対応した（比例ではない）値で、数値が小さいほど、明るい回折光であることを表す。
【００５０】
図１５において、横軸における数値が６付近、１３付近、および１９付近の谷は、それぞれ、１次回折光、２次回折光、および３次回折光を示す。デューティが１：１（この計算では、４：４の場合）のライン・アンド・スペースパターン（良品モデル）においては、２次光は光学理論的に発生しないが、図１５でわかるように、デューティが４：４の曲線には、横軸における数値が１３付近で谷はなく、２次回折光が発生していないことが示されている。また３次回折光は、それぞれのデューティで発生しているが、その回折光量は、１次回折光に比べて小さいことが示されている。しかしながら、１次回折光に対し光量が１／１０や１／１００程度に小さくなるというなら、検出精度上問題となろうが、図１５における３次回折光の光量は、１次回折光に対しそのような問題となる光量比ではない。
【００５１】
そこで、最も重要であるＣＤ値変動に対する検出感度（敏感さ）を評価してみよう。この評価は、ＣＤ変動変換部４７と回折光シミュレータ部４８で行われる。ＣＤ値変動は、いわゆるデフォーカス欠陥に多く生じる現象であるが、半導体製造工程においては、どのような発生原因であれ、ＣＤ値は最も厳しく管理される数値である。ＣＤ値変動に対する検出感度を評価するため、まず、図１６に示すように、１次回折光および３次回折光に関し、デューティ変化に対する回折光量の変化を見てみる。図１６の横軸は、デューティ（４：４（良品）、３：５、および２：６）であり、縦軸は、デューティが４：４のときの回折光量に対する各回折光量の比（相対値）である。１次回折光については、図１５における縦軸数値が、デューティが４：４、３：５、および２：６のそれぞれで、１０、１４、および２１あったので、図１６における相対値は、デューティが３：５および２：６のそれぞれで、１４／１０＝１．４、および２１／１０＝２．１となる。また、３次回折光についても同様の計算が可能である。
【００５２】
図１６からわかるように、ライン幅のＣＤ値変動に対し、１次回折光については、ほぼ線形に回折光量が変化する。一方、３次回折光については、非線形であるものの、デューティが３：５になったときの回折光量の変動は大きく、この点だけに関しては、１次回折光よりも敏感といえる。しかしながら、３次回折光は、１次回折光に対して、約３倍の回折角（入射光と回折光のなす角度）になる。２Ｆ＝０．１４μｍ程度の７０ｎｍ世代と言われるＤＲＡＭでは、実用的な光源波長と光学配置を考慮すると、０．１４μｍピッチでの３次回折光の受光は不可能である。したがって、この場合は、現実的に最適である１次回折光を受光するように回折光シミュレータ部４８で検査条件を決定し、決定した検査条件データを検査条件データ出力部４９から検査条件設定部４２へ出力する。そして、検査条件設定部４２は、検査条件決定部４５で決定した検査条件として１次回折光を受光できるように、ステージ１１（ウェハ５０）をチルト等させる。
【００５３】
このように、ＣＤ値変動に対する回折光量の変動の敏感さを計算評価することにより、１次回折光よりも高次の回折光（図１６の場合３次回折光）の方が、ＣＤ値変動を敏感に検出可能な場合があるという上記事実を、最適な検査条件を決定する判断基準として有効に利用することが可能である。詳細は後述する。
【００５４】
ここで、ＣＤ値変動に対して敏感な検査条件を決定する別の方法、すなわち、ＦＥＭ評価部４３について、図１７〜図１９を参照しながら説明する。ＦＥＭ評価部４３は、評価用ウェハを用いて検査条件を決定する。
【００５５】
この評価用ウェハは、図１７に示すように、ＦＥＭ（フォーカス・エクスポージャー・マトリックス）ウェハ１１０と呼ばれ、露光ショット１１１の行と列ごとに、露光条件を段階的に変えたウェハである。具体的には、図１７における上下方向に並んだショット（行）では、ドーズ量（露光エネルギー）を変化させ、左右方向に並んだショット（列）では、フォーカスオフセット量を変化させて露光している。そしてＦＥＭウェハ１１０は、露光ショットごとにＣＤ値が測定され、半導体ウェハの最適な露光条件やプロセスマージン（プロセス・ウィンドウ）を評価するために用いられる。例えば、ＡｒＦ露光機の場合、最適なドーズ条件はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）等の測定に基づいたＣＤ値で決定されるが、ドーズ量＝４０ｍＪ／ｃｍ2であった場合、上端の行に位置するショットを３５ｍＪ／ｃｍ2として、下の行ごとに１ｍＪ／ｃｍ2ずつ振って露光していく。したがって、各ショットの行におけるドーズ量が３５、３６、３７、…４５ｍＪ／ｃｍ2となって、最適なドーズ量となる中心ショットの行１１２では、４０ｍＪ／ｃｍ2となる。一方、ＳＥＭ等によるＣＤ値測定の結果、最適なフォーカス条件（フォーカスマージン）が−０．２μｍ〜＋０．１５μｍであったならば、フォーカスステップを０．０５μｍとして、左端の列に位置するショットから右側の列ごとに順次、−０．３、−０．２５、…＋０．２０μｍのフォーカスオフセットをのせて露光する。
【００５６】
このようなＦＥＭウェハ１１０を用いて検査条件を決定するには、まず、図１に示す照明部２０を用いてＦＥＭウェハ１１０の表面に照明光２５を照射するとともに、検出部３０を用いてＦＥＭウェハ１１０からの回折光３５を検出し、ＦＥＭウェハ１１０の検査画像を取得する。例えば、ＦＥＭウェハ１１０が図９に示すビット・コンタクト７５を検査するためのものである場合、配列方向は−４５度方向か０度（または９０度）方向である。また、ビット・コンタクト７５はビット・ライン８０に接続するので、配列ピッチは、ビット・ラインの配列ピッチに基づいて、既知であるとして取り扱うことができる。そこで、このような配列情報をもとに、検査条件設定部４２で検査条件を設定し、ＦＥＭウェハ１１０の検査画像を取得する。
【００５７】
ＦＥＭウェハ１１０の検査画像（画像信号）は、画像処理部４０からＦＥＭ評価部４３に入力され、ＦＥＭ評価部４３において露光ショット１１１毎のショット内平均輝度が算出される。例えば、０度の配列方向７７ａ（図９を参照）からの回折光を得る条件での輝度マップとして、図１８（ａ）が得られ、−４５度の配列方向７６ａ（図９を参照）からの回折光を得る条件での輝度マップとして、図１９（ａ）が得られたとする（なお、各図における露光ショット１１１の濃淡は輝度の大小を表す）。このとき、最適ドーズ量（４０ｍＪ／ｃｍ2）となるショットは、中心ショットの行１１２であるから、中心ショットの行１１２における各ショットで平均輝度を算出して、曲線近似グラフ化したのが、図１８（ｂ）および図１９（ｂ）である。図１８（ｂ）および図１９（ｂ）の横軸は、中心ショットの行１１２（最適ドーズ量のショット）において、フォーカスを振ったときの値、すなわち、−０．３、−０．２５、…＋０．２０μｍのフォーカスオフセットに対応する。縦軸は、それぞれのショットでの平均輝度である。
【００５８】
図１８（ｂ）および図１９（ｂ）の場合、０度の配列方向７７ａからの回折光を得る条件を検査条件としたときの輝度変化（図１８（ｂ））よりも、−４５度の配列方向７６ａからの回折光を得る条件を検査条件としたときの輝度変化（図１９（ｂ））の方が、同じウェハでありながら、フォーカスオフセットによって生じたＣＤ値変動を回折光量の変動として敏感に検出していることがわかる。そして、このような判定をＦＥＭ評価部４３が（数値演算等により）自動的に行って、−４５度方向の配列方向７６ａからの回折光を得る条件を検査条件として決定し、決定した検査条件データを検査条件設定部４２へ出力する。
【００５９】
次に、ＦＥＭ評価部４３および検査条件決定部４５により、繰り返し配列パターンに関する配列情報から、回折光が発生する配列方向（または繰り返し方向）および、繰り返しピッチを評価して検査条件を決定する方法について説明する。図２０は、図９に示すビット・コンタクト７５をモデル化したもので、ビット・コンタクト７５に関する配列情報が配列データ入力部４６に記録されているものとする。図２０より、ビット・コンタクト７５は、０度方向の配列方向１２１ａ、９０度方向の配列方向１２２ａ、−４５度方向の配列方向１２３ａ、４５度方向の配列方向１２４ａ、７２度方向の配列方向１２５ａ、および１８度方向の配列方向１２６ａを有していることがわかる。
【００６０】
そして、図２０のモデルを回折光シミュレータ部４８によりＦＦＴ処理し、その原点付近を拡大表示したものが図２１である。図２１には、０度方向の配列方向１２１ａ、９０度方向の配列方向１２２ａ、−４５度方向の配列方向１２３ａ、４５度方向の配列方向１２４ａ、７２度方向の配列方向１２５ａ、および１８度方向の配列方向１２６ａに対応した回折光１２１ｂ〜１２６ｂがそれぞれ表示されている。図２１の中心が原点であり、光学的には、図２０に示すような繰り返し配列パターンに、紙面と垂直な方向から特定の波長の光が入射したときに、反射面側もしくは透過面側の瞳面を通過する回折光パターンが図２１であるといえる。したがって、図２１の中心（原点）は０次回折光（正反射光）に対応する。また、図２１の中心（原点）から回折光１２１ｂ〜１２６ｂへ向かう方向が、繰り返し方向である（すでに述べたように、繰り返し方向は、配列方向と垂直である。）。また、図２１の中心（原点）から回折光１２１ｂ〜１２６ｂまでの距離が、回折角に対応する。
【００６１】
今、２Ｆ＝０．１４μｍである７０ｎｍ世代のＤＲＡＭの場合を考え、表面検査装置１の実際の構成（入射光としてどれだけ短波長の光を使えるか、また、チルト部がどれだけ精度よくウェハの入射角を大きくすることができるか、といった、現実の仕様）を考慮したときに、回折光を受光可能な回折光受光範囲Ｂを図２１に示す。例えば、−４５度方向の配列方向１２３ａに対応した回折光１２３ｂは、原点に近い位置（小さな回折角）であり、回折光１２３ｂを受光するためには、図１のθ回転部１２により、回折光が発生する方向へウェハ５０を４５度回転させるとともに、チルト部１３により、回折角に対応したチルト角にウェハ５０をチルトさせればよい。また例えば、０度方向の配列方向１２１ａに対応した回折光１２１ｂは、原点から離れる（回折角が大きい）ものの、回折光受光範囲Ｂの内側であるので、受光可能である。回折光１２１ｂを受光するためには、θ回転部１２によりウェハ５０を回転させる必要はなく（図４（ａ）と同様の状態で）、チルト角のみを設定すればよいが、回折角が大きいためにウェハ５０をかなり傾ける必要がある。
【００６２】
図２２（ａ）、図２２（ｂ）、図２２（ｃ）、および図２２（ｄ）は、図２１における動径方向の回折光分布で、−４５度方向の配列方向１２３ａ、４５度方向の配列方向１２４ａ、１８度方向の配列方向１２６ａ、および０度方向の配列方向１２１ａに対応した回折光を受光するような方位角にそれぞれ対応している。なお、図２２（ａ）〜（ｄ）における左端の点が原点（０次回折光）であり、左端（０次回折光）から破線までの範囲が回折光受光範囲Ｂである。例えば、図２２（ａ）に示すように、−４５度方向の配列方向１２３ａに対応した回折光１２３ｂを受光する方位角では、円で囲んだ回折光１２３ｂ以外にも、回折角（横方向に対応）に応じて、複数の回折光が発生していることがわかる。すなわち、図２０に示すビット・コンタクト７５の配列モデルを回折光シミュレータ部４８によりＦＦＴ処理して評価すると、実際には、いろいろな繰り返し方向に、いろいろな回折光が発生していることがわかる。これらは、特定の繰り返しピッチの高次回折光も含んでいるからである。なお、これらの回折光は図２１にも現れるが、説明容易化のため図示を省略している。
【００６３】
そこで、検査条件決定部４５は、−４５度方向の配列方向１２３ａからの回折光を得る条件（方位角およびチルト角）を検査条件として検査条件設定部４２に入力し、検査条件設定部４２は、θ回転部１２により、−４５度方向の配列方向１２３ａからの回折光を受光可能な方向へウェハ５０を回転させるとともに、チルト部１３により、受光可能範囲Ｂの範囲内で連続的にチルト角を変化させる（連続的にウェハを傾ける）ようにして、その特定の方位角での、いくつかの回折光を受光できるようにする。このとき、例えば、前述のＦＥＭウェハ１１０を用いて、回折光を受光可能な複数のチルト角におけるＦＥＭウェハ１１０の画像を取得し、図１７〜図１９を用いて説明した方法と同様に、ＦＥＭ評価部４３がＣＤ値変動に対して敏感なチルト角を評価し、検査対象となるウェハ５０を検査するための検査条件（チルト角）を決定する。そして、ＦＥＭ評価部４３は、決定した検査条件を検査条件設定部４２に出力し、検査条件設定部４２は、決定した検査条件（方位角およびチルト角）となるように、θ回転部１２およびチルト部１３を作動させる。
【００６４】
なお、複数のチルト角におけるＦＥＭウェハ１１０の画像を取得する際、波長選択部２２によって異なる波長ごとにＦＥＭウェハ１１０の画像を取得し、ＦＥＭ評価部４３において、ＣＤ値変動に対して敏感な波長およびチルト角を評価し、ウェハ５０の検査をするための検査条件（波長およびチルト角）を決定するようにしてもよい。
【００６５】
また、回折光が得られる配列方向（ビット・コンタクト７５における−４５度方向の配列方向１２３ａ）を決定した後、ＦＥＭウェハ１１０およびＦＥＭ評価部４３を用いずに、図１４〜図１６を用いて説明した方法と同様にして、ＣＤ変動変換部４７によりＣＤ値変動の設定を行うとともに、回折光シミュレータ部４８により、設計ＣＤ値（良品モデル）および変動ＣＤ値についてそれぞれＦＦＴ処理を行い、ＣＤ値変動に対し敏感な回折光を求め、当該回折光を受光するように検査条件を決定するようにしてもよい。
【００６６】
以上のようにして、本実施形態によれば、回折光シミュレータ部４８により、ホールパターン（ビット・コンタクト７５等）の形状変化（ＣＤ値変動）に応じた回折光の光量変化のシミュレーションを行うため、最適な検査条件を定量的な判断基準で自動的に決定することができる。特に、ＤＲＡＭにおいては、フラッシュ・メモリ等と比較して、配列方向が多く存在するため効果的である。また、ＣＤ値変動に対する敏感性の観点で、検査条件を決定できるので、半導体製造工程における、ＣＤ値の許容仕様との整合性がとりやすくなる。
【００６７】
なお、上述の実施形態において、検査を行うのはビット・コンタクト７５に限られるものではなく、セル・コンタクト７０はもちろん、キャパシタ・コンタクト８５やシリンダー９０、さらには、フィールド工程の検査においても有効である。図２３は、図１１に示すキャパシタ・コンタクト８５をモデル化したものであり、上述の実施形態の場合と同様にして検査条件を決定することができる。図２３より、キャパシタ・コンタクト８５は、０度方向の配列方向１３１ａ、９０度方向の配列方向１３２ａ、−４５度方向の配列方向１３３ａ、４５度方向の配列方向１３４ａ、７２度方向の配列方向１３５ａ、および１８度方向の配列方向１３６ａを有していることがわかる。
【００６８】
そして、図２３のモデルを回折光シミュレータ部４８によりＦＦＴ処理し、その原点付近を拡大表示したものが図２４である。図２４には、０度方向の配列方向１３１ａ、９０度方向の配列方向１３２ａ、−４５度方向の配列方向１３３ａ、４５度方向の配列方向１３４ａ、７２度方向の配列方向１３５ａ、および１８度方向の配列方向１３６ａに対応した回折光１３１ｂ〜１３６ｂがそれぞれ表示されている。図２４からわかるように、４５度方向の配列方向１３４ａに対応した回折光１３４ｂは、回折光受光範囲Ｂの範囲外であるため、受光することはできない。
【００６９】
図２５（ａ）、図２５（ｂ）、および図２５（ｃ）は、図２４における動径方向の回折光分布で、−４５度方向の配列方向１３３ａ、７２度方向の配列方向１３５ａ、および０度方向の配列方向１３１ａに対応した回折光を受光するような方位角にそれぞれ対応している。例えば、図２５（ａ）に示すように、−４５度方向の配列方向１３３ａに対応した回折光１３３ｂを受光する方位角では、円で囲んだ回折光１３３ｂ以外にも、回折角（横方向に対応）に応じて、複数の回折光が発生していることがわかる。
【００７０】
図２６は、図８に示すセル・コンタクト７０をモデル化したものであり、上述の実施形態の場合と同様にして検査条件を決定することができる。図２６より、セル・コンタクト７０は、０度方向の配列方向１４１ａ、−４５度方向の配列方向１４２ａ、７２度方向の配列方向１４３ａ、および３１度方向の配列方向１４４ａを有していることがわかる。
【００７１】
そして、図２６のモデルを回折光シミュレータ部４８によりＦＦＴ処理し、その原点付近を拡大表示したものが図２７である。図２７には、０度方向の配列方向１４１ａ、−４５度方向の配列方向１４２ａ、７２度方向の配列方向１４３ａ、および３１度方向の配列方向１４４ａに対応した回折光１４１ｂ〜１４４ｂがそれぞれ表示されている。図２７からわかるように、−４５度方向の配列方向１４２ａおよび３１度方向の配列方向１４４ａに対応した回折光１４２ｂ，１４４ｂは、回折光受光範囲Ｂの範囲外であるため、受光することはできない。受光可能なのは、０度方向の配列方向１４１ａおよび７２度方向の配列方向１４３ａに対応した回折光１４１ｂ，１４３ｂである。
【００７２】
図２８（ａ）、図２８（ｂ）、図２８（ｂ）、および図２８（ｄ）は、図２７における動径方向の回折光分布で、７２度方向の配列方向１４３ａ、０度方向の配列方向１４１ａ、−４５度方向の配列方向１４２ａ、および３１度方向の配列方向１４４ａに対応した回折光を受光するような方位角にそれぞれ対応している。図２８からわかるように、円で囲んだ回折光以外には、（回折光受光範囲Ｂに）回折光は見当たらない。すなわち、セル・コンタクト７０においては、０度方向の配列方向１４１ａおよび７２度方向の配列方向１４３ａのみが検査条件として設定可能であることがわかる。
【００７３】
前述したように、従来の検査装置では、０度方向の配列方向と９０度方向の配列方向のみに対応してきた。なぜなら、配列情報を用いていなかったからである。したがって、セル・コンタクト７０においては、０度方向の配列方向からの回折光のみを受光するような検査条件であった。ところが、ＤＲＡＭが微細化して、例えばセル・コンタクトが比例縮小したときには、０度方向の配列方向のみの検査条件では検査が不可能になってしまう。
【００７４】
図２９は、図８に示すセル・コンタクト７０が約２０％比例縮小したときのモデルで、回折光シミュレータ部４８によりＦＦＴ処理し、その原点付近を拡大表示したものが図３０である。図３０からわかるように、０度方向の配列方向１５１ａ、−４５度方向の配列方向１５２ａ、７２度方向の配列方向１５３ａ、および３１度方向の配列方向１５４ａに対応した回折光１５１ｂ〜１５４ｂのうち、７２度方向の配列方向１５３ａに対応した回折光１５３ｂのみが受光可能である。これは、図３１（ａ）〜（ｄ）に示す図３０における動径方向の回折光分布でも明らかである。
【００７５】
図３２は、図８に示すセル・コンタクト７０に対し、配列方向と繰り返しピッチを示したものである。ここでは、２Ｆ＝０．１４μｍとしている。７２度方向の配列方向は、繰り返しピッチがもっとも大きく、約０．１８μｍであることがわかる。したがって、約２０％比例縮小した場合でも、０．１８×０．８（２０％縮小の意味）＝０．１４４μｍとなって、依然として回折光受光範囲内となっている。つまり、セル・コンタクト７０においては、隣同士のホールの繰り返し間隔が最も大きくなるような、配列方向を検査条件として設定することが好適である。
【００７６】
さて、セル・コンタクト７０は楕円形状であること、短径方向が７２度方向の配列方向７２ａ（図８を参照）であることは既に説明した。一方、図２６および図２９に示すようなセル・コンタクト７０のモデルでは、楕円形状であることや、デューティ（楕円のサイズと、隣の楕円との隙間間隔との比率）、楕円の向き（短径方向と配列関係）は考慮していない。このような実際に近い形状情報を配列情報として用いて、回折光シミュレータ部４８により回折光評価すれば、もっと長い周期の繰り返しピッチからの１次回折光や、その高次回折光が発生することがある。したがって、より現実に近い配列情報で評価することが好ましく、その実施形態に関しては後述する。
【００７７】
また、これまで説明してきたように、クリティカル工程だけに限ってみれば、ＤＲＡＭは、下層から順に、フィールド工程、ゲート工程、セル・コンタクト工程、ビット・コンタクト工程、ビット・ライン工程、キャパシタ・コンタクト工程、シリンダー工程となる。すなわち、セル・コンタクト工程の下には、（各種インプラント工程が間に入るものの）ゲート工程があり、図７に示したように、ゲート６５は、配列方向がＸ方向（０度の配列方向）で、繰り返し方向がＹ方向である。ゲート６５に対する検査条件は、一義的にＸ方向（０度の配列方向）の回折光を受光する条件となる。完全に最上層の信号（回折光）のみを受光するような、波長およびレジスト屈折率を有する照明光を用いることができれば理想であるが、現実には、照明光が下層まで透過していく場合があり、下層の影響（信号）を拾ってしまう。下層からの信号は、ウェハ全面の画像におけるドーナツ状の輝度ムラや、露光ショットごとの輝度ムラとして現れることがある。これらの現象は、輝度ムラの程度の差はあれ、その工程のすべてのウェハにおいて発生するので、図３で示した良品画像Ａ１や検査画像Ａ２もその影響からは逃れられない。その結果、十分な検出感度で欠陥検査することができなくなってしまう。特に、微細化に伴ってレジスト厚が薄くなる傾向にあり、その下層は透けて見えるといっても過言ではなない。
【００７８】
そこで、セル・コンタクト７０を検査する場合は、０度方向の配列方向の検査条件を避けることが好ましい。このように、下層にあるゲート６５の配列方向がＸ方向（０度の配列方向）であるから、この角度とは異なる角度の配列方向の回折光を受光するように検査条件を設定すれば、下層にあるゲート６５からの回折光は受光しなくなり、下層の影響を排除することができる。その結果、輝度ムラのない良品画像と検査画像が得られるので、検出感度を大幅に向上させることができる。すなわち、レジストが薄膜化した場合や、微細化によりセルレイアウトが変更になった場合においても、最適な検査条件で検査を行うことが可能となる。
【００７９】
次に、検査条件決定部の変形例について説明する。変形例に係る検査条件決定部２４５は、図３３に示すように、配列データ入力部２４６と、配列データ入力部２４６と電気的に接続されたＳＥＭ像補正部２４７と、ＳＥＭ像補正部２４７と電気的に接続されたＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８と、ＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８と電気的に接続された検査条件データ出力部２４９とを有して構成される。
【００８０】
配列データ入力部２４６には、レチクルの設計データ（ＣＡＤデータ等）が配列情報として入力され記録される。レチクル（図示せず）は、ウェハ５０に回路パターンを露光するときの原版に相当するもので、ガラス板に光透過部分と遮光部分とが、ウェハ上のサイズの４倍で作成されている。また、レチクルは、先の設計データに基づいてＥＢ描画される。しかし、クリティカル工程のような微細パターンでは、レチクル上では長方形形状であっても、ウェハ５０に露光したときには、角が丸まった長方形、多くの場合は楕円になる。また、レチクルにおける正方形形状は、ウェハ上では円形になる。その理由は二つある。第一の理由は、レチクル作成時のＥＢ描画分解能やエッチング精度の問題であり、第二の理由は、露光時の結像収差や光近接効果等による、光学的な問題である。したがって、レチクルの設計データを、そのままＦＦＴ処理等の回折光シミュレーションに使っても、実際のウェハ５０からの回折光とは乖離がある。
【００８１】
そこで、本例においては、次のような２種類の情報を利用する。第一に、レチクルのＣＡＤデータから（設計座標に基づく）マクロ的数値を利用する。例えば、セル・コンタクト工程においては、セル・コンタクト・ホールの中心座標や、配列方向、ピッチの数値を用いる。ホールの中心座標や、配列方向、ピッチは、レチクル精度や結像の影響を受けることはないので、そのままの数値を使うことができる。
【００８２】
第二に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によるＣＤ値測定データから（ウェハ測定値に基づく）ミクロ的数値を利用する。すなわち、レチクル精度、結像精度、およびプロセスによる影響を受けるＣＤ値（テーパー等も含む）を使う。この数値は実測値なのでバラツキを含むが、例えば、セル・コンタクト工程においては、楕円ホールの長径・短径寸法や、デューティなどの実際の状態を反映することができるし、ボトムとトップ、ならびに深さ情報も含まれる。ただし、ホールの深さに関しては、実測が難しければ設計値を用いる。
【００８３】
上述のように、配列データ入力部２４６には、レチクルのＣＡＤデータからマクロ的数値が配列情報として入力されるが、ＳＥＭ像補正部２４７は、これらのマクロ的数値に対して、ウェハ５０上のパターンに近くなるように補正を行う。ＳＥＭ像補正部２４７では、例えば、セル・コンタクト・ホールをＳＥＭで測定した結果情報から、楕円ホールの長径・短径寸法としてホールの上面（トップ）と底面（ボトム）を使う。セル・コンタクト・ホールに限るものではないとはいえ、ＤＲＡＭでは、フラッシュ・メモリ等に比べてレジストが厚いので、ホールが比較的深い。そのため、意識的でなくとも、テーパー状のホールになることがある。例えば、シリンダーは深いのでテーパーがつくし、セル・コンタクトでさえ、トップ径は１２０ｎｍであっても、ボトム径は７０ｎｍという場合がある。したがって、ＳＥＭ像補正部２４７では、このようなホールのトップとボトムの径を補正情報として使う。
【００８４】
さらに、プロセス管理の観点で規定されるＣＤ許容値に対応した情報として、例えば、ベストフォーカス時のＣＤ値、ぎりぎり許容範囲内となるときのＣＤ値、および、明らかに許容範囲外となるＣＤ値のそれぞれについての、ＳＥＭ情報を使うことが好ましい。また、ライン・アンド・スペースパターンにおいては、プロセス管理上は、デフォーカス時には線幅変動が最初に問題となるのであるから、そのときのＣＤ値（トップとボトム）を使うのが好ましい。さらには、膜厚変動によるＣＤ値変動要因を加味してもよい。
【００８５】
ＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８として、具体的には、RSoft Design Group社製の光学回折計算エンジンである「DiffractMOD」を使うのが好適である。「DiffractMOD」は、あたかも図形描画するように楕円を入力できるし、テーパー形状や３次元構造もサポートしているのみならず、ＣＤ変動や厚さ変動など、変動要因をパラメータとして振って、そのときの回折光を計算できる。当然、斜入射状態も考慮できるので、とりうる配列方向のうち、もっともＣＤ値変化に敏感な配列方向を決定することが可能である。
【００８６】
このような検査条件決定部２４５を用いた検査条件の決定方法について図３４も参照しながら説明する。図３４（ａ）は、ビット・コンタクトモデルで、コンタクト・ホールの中心座標や配列方向は、配列データ入力部２４６に入力されたレチクルのＣＡＤデータに基づいたものであり、コンタクト・ホールの楕円形状寸法、深さ、およびテーパー等は、ＳＥＭによる測定結果に基づいてＳＥＭ像補正部２４７により補正したものである。なお、図３４（ａ）は、良品状態のモデルである。また、前述したように、ビット・コンタクト７５は、０度方向の配列方向１２１ａ、９０度方向の配列方向１２２ａ、−４５度方向の配列方向１２３ａ、４５度方向の配列方向１２４ａ、７２度方向の配列方向１２５ａ、および１８度方向の配列方向１２６ａを有している。
【００８７】
図３４（ｂ）は、許容範囲内でＣＤ値が変動した場合のＳＥＭによる測定結果に基づいて、ＳＥＭ像補正部２４７により補正したモデルである。すなわち、図３４（ｂ）は、ぎりぎり許容範囲内となるモデルである。
【００８８】
図３４（ｃ）は、許容範囲外まで大きくＣＤ値が変動した場合のＳＥＭによる測定結果に基づいて、ＳＥＭ像補正部２４７により補正したモデルである。すなわち、図３４（ｃ）は、許容範囲外のモデルである。
【００８９】
次に、配列データ入力部２４６およびＳＥＭ像補正部２４７によって生成されるこれらのモデルを、ＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８によりＦＦＴ処理を行って評価すると、例えば、図３４（ａ）、図３４（ｂ）、および図３４（ｃ）のそれぞれのモデルに対し、図３５（ａ）、図３５（ｂ）、および図３５（ｃ）に示すような結果が得られる。なお、図３５（ａ）には、０度方向の配列方向１２１ａ、９０度方向の配列方向１２２ａ、−４５度方向の配列方向１２３ａ、４５度方向の配列方向１２４ａ、７２度方向の配列方向１２５ａ、および１８度方向の配列方向１２６ａに対応した回折光１２１ｂ〜１２６ｂがそれぞれ表示されている。さらに、０度方向の配列方向１２１ａ、−４５度方向の配列方向１２３ａ、４５度方向の配列方向１２４ａ、および７２度方向の配列方向１２５ａに対応した回折光における、ＣＤ値変動に対する回折光量変動を評価すると、図３６を得る。
【００９０】
図３６は、図３５（ａ）の場合における良品モデル（ＣＤ値変動＝０）の回折光量を１とし、ＣＤ値変動したときの（図３５（ｂ）および図３５（ｃ）の場合における）回折光量変動をそれぞれ示している。その結果、−４５度方向の配列方向において、最もＣＤ値変動に対し敏感に回折光量が変化し、７２度方向の配列方向では、回折光量の変化量が小さいことがわかる。検査条件としては、−４５度方向の配列方向、４５度方向の配列方向、０度方向の配列方向、７２度方向の配列方向の順で、ＣＤ値変動に対し敏感に回折光量が変動する。すなわち、この順番で高い検出感度が期待できる。
【００９１】
ＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８による、図３５（ａ）、図３５（ｂ）、図３５（ｃ）のような評価は、波長選択部２２によって選択可能な複数の波長λの光、例えば、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｊ線（λ＝３１３ｎｍ）、およびλ＝２５０ｎｍ付近の光のそれぞれにおいて評価することが好ましい。その結果、最適な波長と最適な方位角を決定することが可能となる。波長と方位角で規定される検査条件は、最適条件として一つである必要はなく、複数であってよい。また、好適な程度をスコアとして数値化し、例えばスコアの高い順（最も好適なものから、やや好適なもの順）として、検査条件データに含めるようにしてもよい。
【００９２】
例えば、好適な４つの配列方向のうち、最初の２つ（−４５度方向の配列方向および４５度方向の配列方向）だけを使用するとともに、照明光２５にｊ線（λ＝３１３ｎｍ）およびλ＝２５０ｎｍ付近の光の２つを使うように、複数の検査条件データを設定し、当該検査条件データを検査条件データ出力部２４９から検査条件設定部４２へ入力するようにしてもよい。これにより、ビット・コンタクト７５に対し複数の検査条件で検査を行い、複数の検査条件による検査結果のうち、一つでも欠陥が検出されたときに検査対象となるウェハ５０には欠陥ありと判定することで、欠陥検出の見逃しが減少し、検出信頼性を向上させることができる。さらに、前述したように、下層の配列方向とは異なる配列方向になるようにすれば、下層からの信号を排除できる。この実現のためには、配列方向に重みづけを取り入れてもよい。すなわち、下層との関係でなるべく避けたい配列方向があれば、それをＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８の評価結果に加味して、検査条件データを作成するようにすればよい。
【００９３】
また、変形例に係る検査条件決定部２４５によれば、ウェハを必要としない検査条件の設定（ウェハレス検査条件設定）が可能になる。具体的には、クリーンルーム内の表面検査装置によりウェハをテストする前に（ウェハを必要とせずに）、外部（事務所など）からＣＡＤデータ等による配列情報（配列方向と繰り返しピッチ）を入手して、ＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８による評価を行うことにより、初期レシピとしての検査条件設定が可能である。特に、新製品の開発初期は、露光条件出しや、プロセス装置の条件出し（ＣＶＤ時間や膜厚の最適化など）と称して、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によるＣＤ値の測定を頻繁に行うが、量産ウェハの検査が必要とされるのは、このような条件出しのあとである。ただし、量産の立ち上げは非常に早期に達成されなければならず、短期間に量産ウェハの検査条件設定を行わなければならない。そのためにも、ウェハレス検査条件設定は有効である。また、条件出しの期間内で、ＳＥＭによるＣＤ値の測定データも徐々に蓄積されてくるので、シミュレーションによる評価の精度も向上する。
【００９４】
本例において、ビット・コンタクト７５の検査を行っているが、これに限られるものではなく、セル・コンタクト７０はもちろん、キャパシタ・コンタクト８５やシリンダー９０、さらには、図６に示すフィールド工程の検査条件設定においても有効である。図６において、７２度方向の配列方向６２ａで光量の大きい回折光が得られそうなことは、配列から容易にわかるが、それ以外の繰り返し配列から回折光が発生するのかは、よくわからない。
【００９５】
図３７は、図６のフィールド工程をモデル化したものである。図３７より、アクティブ・エリア６０は、０度方向の配列方向１６１ａ、９０度方向の配列方向１６２ａ、−４５度方向の配列方向１６３ａ、および７２度方向の配列方向１６４ａを有していることがわかる。
【００９６】
そして、図３７のモデルをＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８によりＦＦＴ処理し、その原点付近を拡大表示したものが図３８である。図３８には、０度方向の配列方向１６１ａ、９０度方向の配列方向１６２ａ、−４５度方向の配列方向１６３ａ、および７２度方向の配列方向１６４ａに対応した回折光１６１ｂ〜１６４ｂがそれぞれ表示されている。図３８からわかるように、４つの配列方向に対応した回折光１６１ｂ〜１６４ｂはそれぞれ、回折光受光範囲Ｂの範囲内ある。また、−４５度方向の配列方向に対応する１次回折光および２次回折光は、回折光受光範囲Ｂの範囲内であることがわかる。
【００９７】
そして、ＣＤ変動・回折光シミュレータ部２４８により、前述の場合と同様にして、これらの条件のうちＣＤ値変動に対して敏感な条件を選択することが可能である。このとき、露光時に発生しやすいＣＤ値変動や、厳しく管理したいＣＤ値変動に適合したシミュレーションを行うことが好ましい。例えば、アクティブ・エリア６０の短径方向のＣＤ値よりも、長径方向のＣＤ値変動のほうを厳しく管理したいならば、長径方向のＣＤ変動に対し敏感に回折光量が変動する方位角条件を探すようにすることが好ましい。
【００９８】
あるいは、フィールド工程のＦＥＭウェハを作成し、複数の回折光受光条件におけるウェハ画像を取得して、デフォーカスに敏感な検査条件を決定するようにしてもよい。なお、前述のビット・コンタクトの場合でも同様である。
【００９９】
なお、前述の実施形態において、ＤＲＡＭを例に説明してきたが、これに限られるものではなく、例えばフラッシュ・メモリ等、他の半導体装置に対しても適用可能である。
【０１００】
そこで、ＮＡＮＤ型フラッシュ・メモリのゲート工程を、図３９（ａ）および図３９（ｂ）を参照しながら説明する。フラッシュ・メモリのゲート工程は、図３９（ａ）に示すように、１６本のコントロール・ゲート１７０と、その間のセレクト・ゲート１７１が配置される。そして、この配置に対応したＦＦＴ像が図３９（ｂ）である。最先端のフラッシュ・メモリは、Ｆ＝４０〜５０ｎｍであり、ピッチ２Ｆのコントロール・ゲート１７０からの回折光１７０ａは、もはや、回折光受光範囲Ｂの範囲外である。しかし、長周期のセレクト・ゲート１７１からの（１次）回折光１７１ａおよびその高次回折光は、図３９（ｂ）に示すように、回折光受光範囲Ｂの範囲内にいくつか存在する。このうち、ＣＤ値変動に対して最も敏感な回折光を、前述の場合と同様にして決定することができる。なお、ＮＯＲ型フラッシュ・メモリは、ＮＡＮＤ型とは異なるセルレイアウトであるが、同様にＣＤ値変動に対して敏感な検査条件を設定可能である。
【０１０１】
また、図４０に示すように、ＮＡＮＤ型フラッシュ・メモリのゲート線１８０の末端には、ゲート線引き出し部１８１が必ず設けられている。ゲート線引き出し部１８１は、ゲート線１８０の線幅よりも大きいゴルフクラブのヘッドのような形状であり、上層との接触を保つようになっている。そのため、ゲート線引き出し部１８１は、ゲート線１８０の繰り返し配列方向に対して斜めの配列１８２，１８３となり、各配列１８２，１８３の繰り返し方向もゲート線１８０の繰り返し配列方向に対して斜めとなる。ゲート線引き出し部１８１はコンタクト・ホールではないが、ゲート線引き出し部１８１の配列１８２，１８３がゲート線１８０の繰り返し配列方向に対して斜めになることにより、あたかも、前述したコンタクト・ホールの斜め配列のように、各配列１８２，１８３の繰り返し周期１８４のピッチで回折光が得られる。
【０１０２】
なお、露光機においては、露光対象となるゲート線１８０の繰り返し性を優先して、位相シフトおよび変形照明法の最適化が行われている。そのため、露光機でデフォーカス等のエラーが発生したときには、ゲート線１８０とは異なる孤立したパターンにおいてデフォーカスの影響を受けやすく、ゲート線１８０よりもゲート線引き出し部１８１の方がパターン倒れ等の欠陥が生じやすい。したがって、本実施形態のような表面検査装置においては、ゲート線１８０に限らず、ゲート線引き出し部１８１の欠陥を感度よく検出する必要がある。そのため、各配列１８２，１８３の繰り返し周期１８４に対応した回折光が得られるように、ウェハを回転させ、かつ、ＣＤ値変動を敏感にとらえることができる回折条件にすることが好ましい。このような半導体工程においても、回折光の方位角（パターンの配列方向）の違いにより、下地の影響を受けないようにすることができる。
【０１０３】
また、ロジック・デバイスは、各種メモリと異なり、半導体チップ内における繰り返し配列領域面積比率は小さいものの、回折光を利用した欠陥検査が適用されてきた。但し、同一の工程であっても、複数種の配列領域に対応したパターンの配列方向や繰り返しピッチが存在しているので、それぞれに対応した検査条件を決定することが難しかった。本発明によれば、配列ＣＡＤデータから回折シミュレーションが可能であるで、検査条件の決定が容易になる。
【０１０４】
さらに、本発明の適用分野は、半導体ウェハの欠陥検査のみならず、レチクル等の繰り返し配列パターンを有するものであってもよい。レチクルは、設計データに基づいてパターン描画され、ＥＢ描画精度によって、設計上は矩形のパターンでも実際には、レチクルでは丸みを帯びることは既に述べた。この丸み具合の検査にも適用可能である。すなわち、半導体ウェハの検査において、ＣＤ値変動としていたものを、レチクルパターンの丸み具合や、その矩形寸法変動、および線幅変動等に置き換えて考えればわかりやすいが、これらの変動に敏感な配列方向および繰り返しピッチを本発明のように評価し、検査条件として設定するようにすれば、レチクル上のパターンの形状（丸み）変動や、寸法変動が大きいものを欠陥として検出することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１  表面検査装置
２０  照明部                            ２５  照明光
３０  検出部                            ３５  回折光
４０  画像処理部                        ４１  検査部
４２  検査条件設定部                    ４３  ＦＥＭ評価部
４５  検査条件決定部
５０  ウェハ（半導体基板）
６０  アクティブ・エリア（ホールパターン）
６５  ゲート（ラインパターン）
７０  セル・コンタクト（ホールパターン）
７５  ビット・コンタクト（ホールパターン）
８０  ビット・ライン（ラインパターン）
８５  キャパシタ・コンタクト（ホールパターン）
９０  シリンダー（ホールパターン）
２４５  検査条件決定部（変形例）
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年1月13日(2011.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層に所定の周期をもって配置された周期性パターンおよび前記周期性パターンの上に形成された孔状の複数のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査する表面検査方法であって、
前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する第１のステップと、
前記第１のステップで設定した前記照射方向から前記半導体基板の表面に照明光を照射する第２のステップと、
前記照明光が照射された前記表面からの前記ホールパターンからの回折光を検出する第３のステップと、
前記第３のステップで検出した前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する第４のステップとを有し、
前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異り、かつ前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定することを特徴とする表面検査方法。
【請求項２】
前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、前記照射方向を設定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】
前記第１のステップにおいて、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことにより、前記照射方向を設定することを特徴とする請求項２に記載の表面検査方法。
【請求項４】
下地層に所定の周期をもって配置された周期性パターンおよび前記周期性パターンの上に形成された孔状の複数のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査するための表面検査装置であって、
前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する設定部と、
前記設定部により設定された前記照射方向から前記半導体基板の表面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表面からの前記ホールパターンからの回折光を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、
前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異り、かつ前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定することを特徴とする表面検査装置。
【請求項５】
前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する回折光が発生するように、前記照射方向を設定することを特徴とする請求項４に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記設定部は、前記ホールパターンの設計情報または予め形状測定されたホールパターンの形状測定情報に基づいて、前記ホールパターンの形状変化に応じた前記回折光の光量変化のシミュレーションを行うことにより、前記照射方向を設定することを特徴とする請求項５に記載の表面検査装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
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、下地層に所定の周期をもって配置された周期性パターンおよび前記周期性パターンの上に形成された孔状の複数のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査する表面検査方法であって、前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する第１のステップと、前記第１のステップで設定した前記照射方向から前記半導体基板の表面に照明光を照射する第２のステップと、前記照明光が照射された前記表面からの前記ホールパターンからの回折光を検出する第３のステップと、前記第３のステップで検出した前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する第４のステップとを有し、前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異り、かつ前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定するようになっている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
なお、上述の表面検査方法では、前記第１のステップにおいて、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する前記回折光が発生するように、前記照射方向を設定することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
また、本発明に係る表面検査装置は、下地層に所定の周期をもって配置された周期性パターンおよび前記周期性パターンの上に形成された孔状の複数のホールパターンを有した半導体基板の表面を検査するための表面検査装置であって、前記半導体基板の表面に対する照明光の照射方向を設定する設定部と、前記設定部により設定された前記照射方向から前記半導体基板の表面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表面からの前記ホールパターンからの回折光を検出する検出部と、前記検出部に検出された前記回折光に基づいて前記ホールパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異り、かつ前記ホールパターンの繰り返し配列方向と略一致するように、前記照射方向を設定するようになっている。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
なお、上述の表面検査装置において、前記設定部は、前記半導体基板の表面における前記照明光の進行方向が前記周期性パターンの周期方向と異なるように、かつ、前記ホールパターンの形状変化に応じて光量が大きく変化する回折光が発生するように、前記照射方向を設定することが好ましい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【国際調査報告】
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