(57)【要約】【課題】精度の高い評価または検査が可能な装置を提供する。【解決手段】検査装置１が、内部に延在するパターンを有するウェハＷを照明する第１照明部２０および第２照明部４０と、第１照明部２０または第２照明部４０により照明されたウェハＷからの光を検出して検出信号を出力する第１検出部３０および第２検出部５０と、第１検出部３０または第２検出部５０から出力された検出信号に基づいてパターン形状の評価を行う評価部６３と、パターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行うことによりパターン形状の評価条件を設定する条件設定部６４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられ該基板の内部に延在するパターンを有する該基板を照明する照明部と、
前記照明部により照明された前記基板からの光を検出して検出信号を出力する検出部と、
前記検出部から出力された検出信号に基づいて前記パターン形状の評価を行う評価部と、
前記パターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行うことにより前記パターン形状の評価条件を設定する条件設定部とを備える評価装置。
【請求項２】
前記照明部は、前記基板に対し透過性を有する光を用いて前記基板を照明する請求項１に記載の評価装置。
【請求項３】
前記条件設定部は、前記評価条件として前記基板からの回折光の強度を検出する条件を設定する請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項４】
前記条件設定部は、前記評価条件として前記基板からの偏光の強度を検出する条件を設定する請求項１または２に記載の評価装置。
【請求項５】
前記条件設定部は、前記パターン形状の変形に対する前記検出信号の変化率が相対的に大きい前記評価条件を設定する請求項１から４のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項６】
基板に設けられ該基板の内部に延在するパターンを有する該基板を照明し、
前記照明した前記基板からの光を検出して検出信号を出力し、
前記出力した検出信号に基づいて前記パターン形状の評価を行い、
前記パターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行うことにより前記パターン形状の評価条件を設定する評価方法。
【請求項７】
前記基板に対し透過性を有する光を用いて前記基板を照明する請求項６に記載の評価方法。
【請求項８】
前記評価条件として前記基板からの回折光の強度を検出する条件を設定する請求項６または７に記載の評価方法。
【請求項９】
前記評価条件として前記基板からの偏光の強度を検出する条件を設定する請求項６または７に記載の評価方法。
【請求項１０】
前記パターン形状の変形に対する前記検出信号の変化率が相対的に大きい前記評価条件を設定する請求項６から９のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項１１】
半導体製造工程で加工された基板を準備し、
請求項６から１０のいずれか一項に記載の評価方法で評価し、
前記評価の結果に基づいて前記加工の条件を調整する半導体装置の製造方法により製造された半導体装置。
【請求項１２】
基板に設けられ該基板の内部に延在するパターンを有する該基板を照明する照明部と、前記照明部により照明された前記基板からの光を検出して検出信号を出力する検出部と、前記検出部から出力された検出信号に基づいて前記パターン形状の評価を行う評価部とを備えた評価装置の設定に用いられるコンピュータプログラムであって、
前記パターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行い、
前記光学シミュレーションの結果に基づいて前記パターン形状の評価条件を設定するコンピュータプログラム。
【請求項１３】
前記評価条件として前記基板からの回折光の強度を検出する条件を設定する請求項１２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１４】
前記評価条件として前記基板からの偏光の強度を検出する条件を設定する請求項１２に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１５】
前記パターン形状の変形に対する前記検出信号の変化率が相対的に大きい前記評価条件を設定する請求項１２から１４のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の評価装置および評価方法に関する。また、本発明は、この評価方法を用いて製造された半導体装置および、この評価装置の設定に用いられるコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＴＳＶ（Through Silicon Via：シリコン貫通電極）を用いたWafer-to-Waferの接合による３次元実装において、ＴＳＶ形成過程での検査・評価が求められている。ＴＳＶ形成過程においてシリコンウェハ（以下、単にウェハと称する）に形成されたアスペクト比の高い穴状のパターンを評価するには、近赤外光を用いた回折検査や偏光検査が有効である（例えば、特許文献１を参照）。なお、回折検査とは、ウェハを照明し、ウェハから射出された回折光を検出してパターンの形状変形を検出する技術である。また、偏光検査とは、ウェハを直線偏光で照明し、ウェハでの正反射光の偏光状態の変化を検出してパターンの形状変形を検出する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１２２２５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来においては、テストウェハを作製してパターンの評価条件を求めていたため、パターンの評価条件の設定を行うのに多くの時間と費用を要していた。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、パターン形状の評価を短時間で且つ低コストで行うことが可能な評価装置、評価方法、半導体装置、およびコンピュータプログラム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】
【０００６】
このような目的達成のため、本願の態様に従えば、基板に設けられ該基板の内部に延在するパターンを有する該基板を照明する照明部と、前記照明部により照明された前記基板からの光を検出して検出信号を出力する検出部と、前記検出部から出力された検出信号に基づいて前記パターン形状の評価を行う評価部と、前記パターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行うことにより前記パターン形状の評価条件を設定する条件設定部とを備える評価装置が提供される。
【０００７】
また、本願の態様に従えば、基板に設けられ該基板の内部に延在するパターンを有する該基板を照明し、前記照明した前記基板からの光を検出して検出信号を出力し、前記出力した検出信号に基づいて前記パターン形状の評価を行い、前記パターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行うことにより前記パターン形状の評価条件を設定する評価方法が提供される。
【０００８】
また、本願の態様に従えば、半導体製造工程で加工された基板を準備し、上述の評価方法で評価し、前記評価の結果に基づいて前記加工の条件を調整する半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が提供される。
【０００９】
また、本願の態様に従えば、基板に設けられ該基板の内部に延在するパターンを有する該基板を照明する照明部と、前記照明部により照明された前記基板からの光を検出して検出信号を出力する検出部と、前記検出部から出力された検出信号に基づいて前記パターン形状の評価を行う評価部とを備えた評価装置の設定に用いられるコンピュータプログラムであって、前記パターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行い、前記光学シミュレーションの結果に基づいて前記パターン形状の評価条件を設定するコンピュータプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、パターン形状の評価を短時間で且つ低コストで行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】検査装置の概略図である。
【図２】パターン形状に対する評価条件の設定方法を示すフローチャートである。
【図３】第１〜第３実施形態におけるパターン形状の評価方法を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）はウェハを上から見たときの拡大図であり、（ｂ）はウェハの断面拡大図である。
【図５】（ａ）は標準穴の断面拡大図であり、（ｂ）は標準穴の平面拡大図である。
【図６】（ａ）は直径変形穴の平面拡大図であり、（ｂ）はテーパー穴の断面拡大図であり、（ｃ）は深さ変形穴の断面拡大図である。
【図７】（ａ）は穴の直径変形に対する回折光の検出信号の変化を示すグラフであり、（ｂ）は正反射光の検出信号の変化を示すグラフであり、（ｃ）は偏光の検出信号の変化を示すグラフである。
【図８】（ａ）は穴底の直径変形に対する回折光の検出信号の変化を示すグラフであり、（ｂ）は正反射光の検出信号の変化を示すグラフであり、（ｃ）は偏光の検出信号の変化を示すグラフである。
【図９】（ａ）は穴の深さ変形に対する回折光の検出信号の変化を示すグラフであり、（ｂ）は正反射光の検出信号の変化を示すグラフであり、（ｃ）は偏光の検出信号の変化を示すグラフである。
【図１０】第４実施形態の評価装置の模式図である。
【図１１】強度・位相テーブルの一例を示す図である。
【図１２】（ａ）は比例縮小穴の断面拡大図であり、（ｂ）は先細り穴の断面拡大図であり、（ｃ）はボーイング穴の断面拡大図である。
【図１３】反射偏光にＦＤＴＤ法を適用した算出結果のグラフである。
【図１４】透過偏光にＦＤＴＤ法を適用した算出結果のグラフである。
【図１５】第４実施形態におけるパターン形状の評価方法を示すフローチャートである。
【図１６】半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。本願に係る評価装置の第１実施形態として検査装置を図１に示す。第１実施形態の検査装置１は、ウェハＷを支持するウェハホルダ１０と、チルト機構１９と、第１照明部２０と、第１検出部３０と、第２照明部４０と、第２検出部５０と、回転移動部５６と、制御部６０と、画像処理部６１と、記憶部６２と、検査部６３と、条件設定部６４と、コンソール部６５と、出力部６６とを備えている。
【００１３】
なお、本実施形態において、図１に示した矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向として説明する。また、ウェハＷ上で規定された所定の径方向の軸（ウェハ１０の中心とウェハＷの外周の所定の一点とを通る軸）とＸ軸との成す角度を、便宜的にウェハ方位角度と称して説明する。なお、各実施形態において、Ｚ軸方向の正方向（矢印の方向）を適宜上方と称する。また、第１照明部２０の光軸ＡｘがウェハＷと交差する点から延びるウェハＷの垂線と光軸Ａｘとを含む面を第１入射面と称する。また、第２照明部４０の光軸ＡｘがウェハＷと交差する点から延びるウェハＷの垂線と光軸Ａｘとを含む面を第２入射面と称する。なお、ウェハＷの表面と裏面は平行であり、それぞれの垂線同士は平行である。本実施形態でおいて第１入射面と第２入射面は一致しており、適宜入射面と称する。
【００１４】
ウェハホルダ１０は、ウェハホルダ１０の上に載置されたウェハＷを真空吸着によって固定保持する。チルト機構１９は、第１照明部２０の光軸ＡｘがウェハＷと交差する点から延び入射面に垂直な軸（以下、傾動軸Ｔｃと称する）を中心に、ウェハホルダ１０をウェハＷとともに傾動させる。
【００１５】
本実施形態において、ウェハＷの表面に入射する照明光の入射角とは、ウェハＷの表面もしくは裏面の垂線とウェハＷの表面に入射する照明光との成す角である。本実施形態において、ウェハＷの表面から射出する射出光の射出角とは、ウェハＷの表面もしくは裏面の垂線とウェハＷ表面からの射出光との成す角である。
【００１６】
また、ウェハホルダ１０は、ウェハＷの異なる部位を保持可能な２組の保持部（図示せず）を有し、２組の保持部のうち第１の保持部でウェハＷを保持する状態（以降、便宜的に第１保持状態と称する）と、第２の保持部でウェハＷを保持する状態（以降、便宜的に第２保持状態と称する）とに切り替えることができる。第１保持状態で保持されたウェハＷと第１の保持部とが重なる領域と、第２保持状態で保持されたウェハＷと第２の保持部とが重なる領域とが、重複しないように構成される。
【００１７】
第１照明部２０は、第１照明ユニット２１と、第１照明側凹面鏡２５と、第１照明側偏光フィルタ２６とを有している。第１照明ユニット２１は、第１光源部２２と、第１導光ファイバ２４とを有している。第１光源部２２は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプまたは水銀ランプを用いて構成され、第１導光ファイバ２４を介して所定の波長（例えば、１１００ｎｍの波長）の光を射出する。なお、第１光源部２２には、所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する第１調光部２３が設けられている。第１導光ファイバ２４は、基端部が第１光源部２２に接続され、先端部（光の射出端）が第１照明側凹面鏡２５の焦点面に配置される。
【００１８】
第１照明側凹面鏡２５は、第１導光ファイバ２４から射出された光をウェハホルダ１０上のウェハＷの表面に向けて反射し、平行光となった照明光をウェハＷの表面全体に照射する。第１照明側偏光フィルタ２６は、図１に示すように、第１導光ファイバ２４と第１照明側凹面鏡２５との間の光路に挿脱可能に設けられ、透過軸を回転調整可能に構成されている。光路に挿入された第１照明側偏光フィルタ２６は、第１導光ファイバ２４から射出された光のうち透過軸と一致する直線偏光のみを透過させる。第１照明側偏光フィルタ２６の透過軸の方位は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。
【００１９】
第１検出部３０は、第１受光側凹面鏡３１と、第１撮像部３５と、第１検出側偏光フィルタ３２とを有している。第１受光側凹面鏡３１は、ウェハＷ表面からの射出光（回折光や正反射光等）集光して第１撮像部３５へ導く。第１受光側凹面鏡３１で反射した射出光は第１撮像部３５の撮像面上に達し、撮像面上にウェハＷの表面全体の像が結像される。第１撮像部３５は、図示しない対物レンズやイメージセンサ等から構成され、イメージセンサの撮像面上に生成されたウェハＷの像を光電変換して画像信号（検出信号）を生成し、生成した画像信号を制御部６０に出力する。制御部６０は、第１撮像部３５から出力された画像信号を画像処理部６１に送る。
【００２０】
第１検出側偏光フィルタ３２は、図１に示すように、第１受光側凹面鏡３１と第１撮像部３５との間の光路に挿脱可能に設けられ、透過軸を回転調整可能に構成されている。第１検出側偏光フィルタ３２の透過軸の方位は、第１照明側偏光フィルタ２６または第２照明側偏光フィルタ４６の透過軸に対して直交するように（クロスニコルの状態となるように）設定される。
【００２１】
第２照明部４０は、第１照明部２０と同様に、第２照明ユニット４１と、第２照明側凹面鏡４５と、第２照明側偏光フィルタ４６とを有している。第２照明部４０は、第１照明部２０と同様の構成であり、詳細な説明を省略する。なお、以降の実施形態では、照明光として１１００ｎｍの波長の赤外線を用いる。
【００２２】
第２検出部５０は、第１検出部３０と同様に、第２受光側凹面鏡５１と、第２撮像部５５と、第２検出側偏光フィルタ５２とを有している。第２検出部５０は、第１検出部３０と同様の構成であり、詳細な説明を省略する。なお、第２検出側偏光フィルタ５２は、第１検出側偏光フィルタ３２と同様の構成であり、詳細な説明を省略する。
【００２３】
画像処理部６１は、第１撮像部３５または第２撮像部５５から出力された画像信号に基づいて、ウェハＷの画像データを生成する。画像処理部６１で処理されたウェハＷの画像データは、制御部６０を介して検査部６３に送られる。なお、この画像データとは、第１撮像部３５または第２撮像部５５で検出したウェハＷからの光に基づく信号強度である。
【００２４】
記憶部６２には、欠陥の無いパターン若しくは、許容される程度の欠陥を有するパターンが所定のピッチで形成されたウェハ（以下、良品ウェハと称する）の画像データ（すなわち、第１撮像部３５または第２撮像部５５で検出した良品ウェハからの光に基づく信号強度）が予め記憶されている。検査部６３は、制御部６０からウェハＷの画像データと良品ウェハの画像データとを受け取り比較して、ウェハＷに形成されたパターンにおける異常の有無の検査またはパターン形状の評価を行う。検査部６３による評価結果は、制御部６０によりコンソール部６５の画像表示装置（図示せず）で出力表示される。また、画像処理部６１で処理されたウェハＷの画像データに基づくウェハＷの画像を、制御部６０によりコンソール部６５の画像表示装置（図示せず）で表示させてもよい。
【００２５】
なお、検査部６３によるウェハＷの評価結果および画像データは、制御部６０により記憶部６２に送られて記憶される。また、検査部６３によるウェハＷの評価結果および画像データは、制御部６０により出力部６６から外部へ出力することも可能である。なお、この外部は、例えば、半導体製造ラインの管理システムや露光装置等を挙げることができる。
【００２６】
回転移動部５６は、傾動軸Ｔｃを中心に反射光を検出可能な状態を保って、第１検出部３０と第２検出部５０とを一体的に回転移動させる。なお、図１において、ウェハホルダ１０、第１検出部３０および第２検出部５０等を視認し易くするため、回転移動部５６の図示を一部省略している。これにより、ウェハ１０に対する第１検出部３０および第２検出部５０の検出角を調整可能となる。本実施形態において、第１検出部３０の検出角とは、ウェハ１０の表面の垂線と、ウェハホルダ１０と第１受光側凹面鏡３１との間の光軸Ａｘとの成す角である。また、第２検出部５０の検出角とは、ウェハ１０の裏面の垂線と、ウェハホルダ１０と第２受光側凹面鏡５１との間の光軸との成す角である。
【００２７】
制御部６０は、ウェハホルダ１０およびチルト機構１９、第１および第２照明ユニット２１，４１、第１および第２撮像部３５，５５、回転移動部５６等をそれぞれ制御する。制御部６０は、ウェハホルダ１０を制御し、ウェハＷにおいて各保持部に保持される部分を切り替える。なお、以降の実施形態で保持部の影が撮像される場合には、保持される部分を切り替えた複数の画像を合成することで、影のない画像を得ることができる。また、制御部６０は、チルト機構１９を制御し、照明光の入射角を調整する。また、制御部６０は、第１照明ユニット２１または第２照明ユニット４１を制御し、照明光の波長および強度を調節する。また、制御部６０は、回転移動部５６を制御し、第１検出部３０または第２検出部５０の検出角を調整する。
【００２８】
制御部６０による各部の制御は、記憶部６２に記憶されたレシピに基づいて行われる。記憶部６２は、制御部６０を介してコンソール部６５の入力装置（図示せず）と接続され、操作者が入力装置を使ってウェハＷの検査・評価条件をレシピとして登録できるように構成されている。なお、コンソール部６５は、キーボード等の入力装置（図示せず）と、液晶モニタ等の画像表示装置（図示せず）とを有している。条件設定部６４は、コンソール部６５から入力されたウェハＷやパターンの条件について、所定のコンピュータプログラムに基づいて作動し、光学シミュレーションを行うことによりウェハＷの最適な検査・評価条件を求めて設定できるように構成されている。
【００２９】
ウェハＷは、所定の加工処理（例えば、露光・現像・エッチング処理）が行われており、ウェハＷの表面に、例えば図４に示すような繰り返しパターン（ホールパターン）Ａが形成される。このパターンＡは、シリコン（Ｓｉ）からなるベアウェハに規則的な配置で延在する穴（ビア又はホール）が形成された構造となっている。検査・評価対象のパターンＡが形成されたウェハＷは、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エッチング装置からウェハホルダ１０上に搬送される。
【００３０】
以上のように構成される検査装置１を用いたウェハＷの評価方法について、図２〜図３のフローチャートを参照して説明する。まず予め、評価対象のウェハＷのパターン形状に対する評価条件を設定する。ウェハＷのパターン形状に対する評価条件は、回折検査または偏光検査で用いられる各種パラメータである。回折検査のパラメータには、照明光の波長、パターンに対する照明方位（ウェハ方位角度）、照明光の偏光／非偏光、照明光の入射角、第１検出部３０または第２検出部５０の検出角、回折光の次数等がある。偏光検査のパラメータには、照明光の波長、パターンに対する照明方位（ウェハ方位角度）、照明光の偏光方位、照明光の入射角（および射出角）等がある。
【００３１】
以下の各実施形態では、パターン形状、パターン配列、パターンピッチ、ウェハＷの材料等の情報を用いて、光学シミュレーションを行い、ウェハＷのパターン形状の評価に適したパラメータを求める。これにより、回折検査または偏光検査を利用したパターン形状の評価のための最適なパラメータを求める時間を短縮することができ、半導体装置の製造コストを低減することが可能になる。
【００３２】
具体的には、まず、ウェハＷのパターンに関する情報に基づいて、標準パターン及び変形パターンのモデルを作成する。ここで、標準パターンとは、設計通りのパターン形状であって、パターン形状に対する検査・評価の基準となるパターンである。また、変形パターンとは、標準パターンに対してパターン形状が変形したパターンである。次に、これらのパターンについて光学シミュレーションを行い、標準パターン及び変形パターンに対する検出信号の信号強度を、複数組のパラメータの組み合わせ毎に求める。そして、各パラメータの組み合わせ毎に検出信号の変化率を求め、最適な検出信号の変化率が得られる組み合わせのパラメータを求める。ここで、検出信号の変化率を感度と捉えることもできる。
【００３３】
なお、信号強度とは、第１撮像部３５または第２撮像部５５の撮像素子で検出される光の強度に応じた信号強度である。光の強度は、例えば、ウェハ１０に入射した光量に対する第１撮像部３５または第２撮像部５５に達した光量の割合に基づくものである。
【００３４】
そこで、図２のフローチャートを用いて、ウェハＷのパターン形状に対する評価条件の設定方法について説明する。第１実施形態では、説明容易化のため、ウェハＷの回折検査に適した検出信号の変化率（感度）が得られる１組のパラメータセットを決定する場合について説明する。
【００３５】
まず、ウェハＷのパターンに関する情報と、検出したい変形の種類の情報に基づいて、光学シミュレーションを行うための標準パターン及び変形パターンのモデルを作成する（ステップＳＴ１０１）。パターンに関する情報には、パターンの穴の直径、穴の深さ、パターン配列、パターンピッチ等がある。検出したい変形の種類には、穴（全体）の直径変形、穴底の直径変形、穴の深さ変形がある。なお、穴底の直径変形は、穴の開口部の直径は変形せず、穴底の直径が変形することを指し、穴の側壁がテーパーになる変形を指す。
【００３６】
標準パターンのモデルの一例を図５に示す。図５に示す標準パターンは、直径１μｍ、深さ１０μｍの円柱状の穴（以降、標準穴ａ０と称する）から構成される。変形パターンのモデルの一例を図６に示す。図６（ａ）に示す変形パターンは、標準穴ａ０に対して穴の直径が変形した穴から構成される。以降、標準穴ａ０に対して穴の直径が変形した穴を直径変形穴ａ１と称する。図６（ｂ）に示す変形パターンは、標準穴ａ０に対して穴底の直径が変形した穴から構成される。以降、標準穴ａ０に対して穴底の直径が変形した穴をテーパー穴ａ２と称し、単に「穴底の直径が変形」と記載したときはテーパー穴ａ２の穴底の直径の変形を指すものとする。図６（ｃ）に示す変形パターンは、標準穴ａ０に対して穴の深さが変形した穴から構成される。以降、標準穴ａ０に対して穴の深さが変形した穴を深さ変形穴ａ３と称する。
【００３７】
モデルの作成は、条件設定部６４が所定のコンピュータプログラムに基づいて行う。以降の各ステップＳＴ１０２〜ＳＴ１０５についても、条件設定部６４が所定のコンピュータプログラムに基づいて行う。すなわち、図２に示すフローチャートの各ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０５は、条件設定部６４を構成するコンピュータプログラムの処理ステップともいえる。なお、ウェハＷの屈折率やウェハＷのパターンに関する情報と、検出したい変形の種類の情報は、操作者がコンソール部６５の入力装置（図示せず）を使って入力する。操作者によって入力された情報は、制御部６０を介して記憶部６２に送られ記憶される。条件設定部６４は、記憶部６２に記憶されたウェハＷのパターンに関する情報と、検出したい変形の種類の情報を、制御部６０を介して受け取り、標準パターン及び変形パターンのモデルを作成する。
【００３８】
次に、条件設定部６４は、複数組の各パラメータの組み合わせ毎に、先のステップＳＴ１０１でモデル化された標準パターン及び変形パターンについて光学シミュレーションを行い、標準パターン及び変形パターンに対してそれぞれ回折検査を行った場合の検出信号の信号強度を求める（ステップＳＴ１０２）。第１実施形態のパラメータは、回折検査のパラメータとして、照明光の波長、パターンに対する照明方位、照明光の偏光／非偏光、照明光の入射角、第１検出部３０または第２検出部５０の検出角、回折光の次数とする。第１実施形態における複数組の各パラメータの組み合わせは、回折検査のパラメータのうち少なくともいずれかを少しずつ変化させたものである。
【００３９】
光学シミュレーションの方法には、ＦＤＴＤ法やＲＣＷＡ法などを用いることができる。必要とされる計算精度と計算速度に応じて、ＦＤＴＤ法やＲＣＷＡ法などの中から適した光学シミュレーションの方法が選択される。
【００４０】
次に、条件設定部６４は、先のステップＳＴ１０２で求めた信号強度から、各パラメータの組み合わせ毎に、パターンの変形に対する検出信号の変化率を算出する（ステップＳＴ１０３）。検出信号の変化率は、例えば、パターンの変形に対する相対的な信号強度（相対変化率）の変化を線形近似してその傾きを求める。
【００４１】
次に、条件設定部６４は、先のステップＳＴ１０３で算出した検出信号の変化率から、ウェハＷの回折検査に適したパラメータの組み合わせを求める（ステップＳＴ１０４）。具体的には、パターンの変形に対する検出信号の変化率が相対的に高い１組のパラメータの組み合わせを求める。このとき、穴（全体）の直径変形、テーパー穴の穴底の直径変形、穴の深さ変形の全て、すなわち各種変形に対する検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択する。
【００４２】
なお、穴（全体）の直径変形、テーパー穴の穴底の直径変形、穴の深さ変形のうち一つの変形に対する検出信号の変化率が高く、他の変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる（もしくは、検出信号の変化率が十分に低い）パラメータの組み合わせを選択することも可能である。
【００４３】
そして、条件設定部６４は、先のステップＳＴ１０４で求めたパラメータの組み合わせを、ウェハＷの評価（回折検査）の際に設定するパラメータセットとして決定する（ステップＳＴ１０５）。条件設定部６４が決定したパラメータセットは、制御部６０を介して記憶部６２に送られ記憶される。
【００４４】
このような方法により求めた、パターンの変形に対する検出信号の変化率（感度）が高いパラメータセットによる検出信号の変化の一例を、図７〜図９に示す。図７〜図９に示すグラフの横軸はパターンの変形量である。具体的には、図７に示すグラフの横軸はパターンの穴（全体）の直径変形量であり、図８に示すグラフの横軸はパターンのテーパー穴の穴底の直径変形量であり、図９に示すグラフの横軸はパターンの穴の深さ変形量である。
【００４５】
図７〜図９に示すグラフの縦軸は、標準パターンの検出信号の信号強度を基準とした、変形パターンの相対的な信号強度（相対変化率）である。変形パターンの相対的な信号強度は、標準パターンの検出信号の信号強度を基準とした相対変化率Ｓｃｎｇとして、次式（１）で求められる。
【００４６】
Ｓｃｎｇ＝（Ｓａ−Ｓо）／Ｓо  …（１）
【００４７】
ここで、Ｓоは標準パターンの信号強度（光の強度）である。また、Ｓａはパターンの変形量（穴（全体）の直径変形量、テーパー穴の穴底の直径変形量、もしくは穴の深さ変形量）がａのときの変形パターンの信号強度である。
【００４８】
図７（ａ）は、穴（全体）の直径変形に対する回折光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる回折光の検出信号の変化を示すグラフある。図７（ａ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ上方（表面側）からの照明光の照射、照明光の入射角が６０度、検出光が−１次回折光となっている。図７（ａ）のグラフにおける破線は、回折光の検出信号の変化を直線近似したもので、近似直線の式がグラフ中に記載されている。この近似直線の傾きは、穴（全体）の直径変形に対する回折光の検出信号の変化率を示す。近似直線の傾き（絶対値）が大きいほど、穴（全体）の直径変形に対する感度が高いと解釈することができる。そのため、この近似直線の傾きを指標に、穴（全体）の直径変形に対する回折光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。
【００４９】
なお、図７（ｂ）は、穴（全体）の直径変形に対する正反射光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる正反射光の検出信号の変化を示すグラフある。図７（ｂ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ上方（表面側）からの照明光の照射、照明光の入射角が１５度、検出光が正反射光（０次回折光）となっている。そのため、上述の場合と同様にして、図７（ｂ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴（全体）の直径変形に対する正反射光（０次回折光）の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。
【００５０】
また、図７（ｃ）は、穴（全体）の直径変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる偏光の検出信号の変化を示すグラフある。図７（ｃ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ裏面側からの照明光の照射、照明光の入射角が６０度、検出光が偏光となっている。偏光検査の場合でも、回折検査の場合と同様にして、図７（ｃ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴（全体）の直径変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる（詳細は後述）。
【００５１】
図８（ａ）は、テーパー穴の穴底の直径変形に対する回折光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる回折光の検出信号の変化を示すグラフある。図８（ａ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ裏面側からの照明光の照射、照明光の入射角が４５度、検出光が−１次回折光となっている。図８（ａ）のグラフにおける破線は、回折光の検出信号の変化を直線近似したもので、近似直線の式がグラフ中に記載されている。この近似直線の傾きは、穴底の直径変形に対する回折光の検出信号の変化率を示す。近似直線の傾き（絶対値）が大きいほど、穴底の直径変形に対する感度が高いと解釈することができる。そのため、この近似直線の傾きを指標に、穴底の直径変形に対する回折光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。
【００５２】
なお、図８（ｂ）は、テーパー穴の穴底の直径変形に対する正反射光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる正反射光の検出信号の変化を示すグラフある。図８（ｂ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ上方（表面側）からの照明光の照射、照明光の入射角が１５度、検出光が正反射光（０次回折光）となっている。そのため、上述の場合と同様にして、図８（ｂ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴底の直径変形に対する正反射光（０次回折光）の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。
【００５３】
また、図８（ｃ）は、テーパー穴の穴底の直径変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる偏光の検出信号の変化を示すグラフある。図８（ｃ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ裏面側からの照明光の照射、照明光の入射角が１５度、検出光が偏光となっている。偏光検査の場合でも、回折検査の場合と同様にして、図８（ｃ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴底の直径変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる（詳細は後述）。
【００５４】
図９（ａ）は、穴の深さ変形に対する回折光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる回折光の検出信号の変化を示すグラフある。図９（ａ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ裏面側からの照明光の照射、照明光の入射角が７５度、検出光が−３次回折光となっている。図９（ａ）のグラフにおける破線は、回折光の検出信号の変化を直線近似したもので、近似直線の式がグラフ中に記載されている。この近似直線の傾きは、穴の深さ変形に対する回折光の検出信号の変化率を示す。近似直線の傾き（絶対値）が大きいほど、穴の深さ変形に対する感度が高いと解釈することができる。そのため、この近似直線の傾きを指標に、穴の深さ変形に対する回折光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。
【００５５】
なお、図９（ｂ）は、穴の深さ変形に対する正反射光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる正反射光の検出信号の変化を示すグラフある。図９（ｂ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ裏面側からの照明光の照射、照明光の入射角が７５度、検出光が正反射光（０次回折光）となっている。そのため、上述の場合と同様にして、図９（ｂ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴の深さ変形に対する正反射光（０次回折光）の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。
【００５６】
また、図９（ｃ）は、穴の深さ変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータセットによる偏光の検出信号の変化を示すグラフある。図９（ｃ）のグラフを示すパラメータの概略は、ウェハＷ裏面側からの照明光の照射、照明光の入射角が１５度、検出光が偏光となっている。偏光検査の場合でも、回折検査の場合と同様にして、図９（ｃ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴の深さ変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる（詳細は後述）。
【００５７】
次に、図３のフローチャートを用いて、ウェハＷのパターン形状の評価方法について説明する。まず、評価対象のウェハＷを準備し、準備したウェハＷを不図示の搬送装置により表面（評価対象のパターンが設けられた面）が上方を向くようにウェハホルダ１０上に搬送する（ステップＳＴ２０１）。
【００５８】
次に、予め設定したウェハＷのパターン形状に対する評価条件、すなわち、パターン形状の評価に適した回折検査のパラメータセットに基づいて、検査装置１の各部の設定調整を行う（ステップＳＴ２０２）。なおこのとき、制御部６０は、記憶部６２に記憶されたパラメータセットを読み出して、ウェハホルダ１０、チルト機構１９、第１および第２照明ユニット２１，４１、第１および第２撮像部３５，５５、回転移動部５６等を制御する。
【００５９】
回折検査を利用したパターン形状の評価を行う場合、ウェハＷの表面上における照明方向（第１照明部２０からウェハＷへ向かう方向および第２照明部４０からウェハＷへ向かう方向）とパターンＡの繰り返し方向とが一致するようにウェハＷがウェハホルダ１０上に載置される。また、チルト機構１９によりウェハホルダ１０およびウェハＷを傾動（チルト）させ、回転移動部５６により第１検出部３０および第２検出部５０を回転移動させて、パターンＡのピッチをＰとし、照明光の波長をλとし、照明光の入射角をθ１とし、ｎ次回折光の射出角をθ２としたとき、次式（２）を満足するように調整する。
【００６０】
Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）｝  …（２）
【００６１】
次に、先のステップＳＴ２０２で設定調整したパラメータセットに応じて、第１照明部２０または第２照明部４０がウェハホルダ１０上のウェハＷに照明光を照射する（ステップＳＴ２０３）。次に、先のステップＳＴ２０２で設定調整したパラメータセットに応じて、第１撮像部３５または第２撮像部５５がウェハＷからの回折光を検出し、第１撮像部３５または第２撮像部５５から出力された画像信号（検出信号）に基づいて、画像処理部６１がウェハＷの画像を生成する（ステップＳＴ２０４）。このとき、画像処理部６１で処理されたウェハＷの画像データは、制御部６０を介して検査部６３に送られる。
【００６２】
そして、検査部６３は、画像処理部６１から送られたウェハＷの画像データと、記憶部６２に記憶された良品ウェハの画像データとを比較して、良品ウェハの画像データに対するウェハ１０の画像データの信号強度（輝度）の差が予め定められた閾値より大きければ「異常」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判定することで、ウェハＷの表面の繰り返しパターンＡの異常（欠陥）の有無を検査・評価する（ステップＳＴ２０５）。
【００６３】
ＴＳＶ形成過程でのウェハの検査・評価において、ウェハの検査・評価条件を求めるのに多くの時間と費用を要していた。作為的に欠陥のあるパターンを形成したテストウェハを作製するのが難しいためである。前述のように、評価対象のパターンＡは、ウェハＷの表面にエッチングで形成された穴形状の繰り返しパターンである。穴の直径については、露光時のドーズ量をウェハ面内の位置毎に変えることで、穴の直径を変形させることが比較的容易である。しかしながら、穴の深さや側壁傾斜角（穴底の直径）を変えるには、エッチング条件を変える必要があり、ウェハ単位でしか変更することができない。また、テストウェハにおいて穴の深さや側壁傾斜角（穴底の直径）を確認するには、テストウェハを切断して断面を観察すること等が必要で、多くの時間と費用がかかる。
【００６４】
これに対し、本実施形態においては、前述したように、ウェハＷのパターン形状の変形に対する光学シミュレーションを行うことにより、ウェハＷのパターン形状の評価条件を設定する。これにより、テストウェハを作製する手間を省くことができるため、パターン形状の評価を短時間で且つ低コストで行うことが可能になる。
【００６５】
また、パターン形状の評価条件として、ウェハＷからの回折光を検出する回折検査のパラメータを設定することで、通常のウェハＷ全体の撮像では解像が難しい微小なパターン形状の評価が可能になる。
【００６６】
また、パターン形状の評価条件として、パターン形状の変形に対する検出信号の変化率が相対的に大きい評価条件を設定することで、パターン形状の変形に対して感度の良い高精度なパターン形状の評価が可能になる。
【００６７】
なお、第１実施形態において、穴底の直径変形と穴の深さ変形に対する回折光の検出信号の変化率（感度）が高いパラメータセットとして、ウェハＷの裏面に照明光を照射し、ウェハＷの裏面側に射出した−３次回折光を検出する例を示した（図８（ａ）および図９（ａ）を参照）。
【００６８】
一方、図７、図８、図９の例には含まれていないが、ウェハＷの裏面に照明光を照射し、ウェハＷの表面側に透過した回折光を検出することも可能である。具体的には、ウェハＷに照明光を照射するステップＳＴ２０３において、第２照明ユニット４１から射出された光でウェハＷの裏面全体に照射する。このとき、ウェハＷの繰り返しパターンＡで回折して表面側に透過した回折光によるウェハＷの像が、第１撮像部３５の撮像面上に結像される。そして、ウェハＷの画像を取得するステップＳＴ２０４において、第１撮像部３５のイメージセンサは、撮像面上に形成されたウェハＷの像を光電変換して画像信号を生成し、生成した画像信号を、制御部６０を介して画像処理部６１に出力する。
【００６９】
また、第１実施形態において、検出したい変形の種類に応じてパラメータを絞り込むようにしてもよい。例えば、穴の深さ変形に対する評価を行う場合は、ウェハＷの裏面側が照明される回折検査に対して感度が高く、ウェハＷの表面または裏面での正反射光する場合には感度が低いので、この条件にパラメータを絞り込むことができる。
【００７０】
このとき、第１実施形態のステップＳＴ１０２において、条件設定部６４は、光学シミュレーションを行い、標準パターン及び変形パターンに対してそれぞれ回折検査を行った場合の検出信号の信号強度を求める。また、第１実施形態のステップＳＴ１０３において、条件設定部６４は、限定したパラメータの組み合わせ毎に、パターンの変形に対する検出信号の変化率を算出する。そして、第１実施形態のステップＳＴ１０４において、条件設定部６４は、限定したパラメータの組み合わせの中から、ウェハＷの回折検査に適したパラメータの組み合わせを求める。これにより、全てのパラメータ対して光学シミュレーションを行う必要がないため、条件設定部６４での演算量を減らすことができ、ウェハＷの回折検査に適したパラメータの組み合わせを短時間で求めることができる。
【００７１】
次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態の検査装置は、第１実施形態の検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００７２】
第２実施形態の評価方法について説明する。まず予め、第１実施形態と同様に、評価対象のウェハＷのパターン形状に対する評価条件を設定する。なお、第２実施形態の設定フローは第１実施形態の設定フローと同様である。第２実施形態では、ウェハＷの回折検査に適した検出信号の変化率が得られる２組のパラメータセットを決定する場合について説明する。なお、ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０３までの処理は、第１実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００７３】
ステップＳＴ１０３の次に、条件設定部６４は、先のステップＳＴ１０３で算出した検出信号の変化率から、ウェハＷの回折検査に適した２組のパラメータの組み合わせを求める（ステップＳＴ１０４）。複数組のパラメータセットの演算は、複数組のパラメータセットのそれぞれにおいてウェハＷの画像を取得し、取得した複数の画像を演算して合成して１つの画像を作り出すことに相当する。これにより例えば、穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率（感度）を実質的にゼロにすることができる。
【００７４】
パターンの変形の種類毎に検出信号を分離できれば、パターン形状の検査・評価においてパターンの欠陥の種類を認識することができ、パターンの変形量の計測にも応用できる。パターンの変形の種類毎に検出信号を分離する方法には、次の２種類の方法がある。この２種類の方法の一方もしくは両方を用いることで、検出信号の分離が可能になる。
【００７５】
第１の方法は、穴（全体）の直径変形、穴底の直径変形、穴の深さ変形のうち一つの変形に対する検出信号の変化率が高く、他の変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる（もしくは、検出信号の変化率が十分に低い）１組のパラメータの組み合わせを選択する方法である。この第１の方法は、第１実施形態でも述べた方法である。
【００７６】
第２の方法は、異なる種類の変形に対して感度の異なる複数組のパラメータの組み合わせに基づいて、穴（全体）の直径変形、穴底の直径変形、穴の深さ変形のうち一つの変形に対する検出信号の変化率が高く、他の変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる（もしくは、検出信号の変化率が十分に低い）条件を作り出す方法である。この第２の方法が本実施形態で述べる方法である。
【００７７】
第２の方法による画像の演算の具体例について述べる。具体例では単純化して、２種類の変形として穴（全体）の直径変形と穴の深さ変形のみを考え、両変形に感度のある２種類の評価条件（パラメータセット）から、一方の変形のみに感度のある画像の演算例を示す。第１の評価条件（パラメータセット）により取得されるウェハＷの第１の画像の信号強度をＩ１とし、第１の画像における穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率をＫ１とし、第１の画像における穴の深さ変形に対する検出信号の変化率をＦ１とする。第２の評価条件（パラメータセット）により取得されるウェハＷの第２の画像の信号強度をＩ２とし、第２の画像における穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率をＫ２とし、第２の画像における穴の深さ変形に対する検出信号の変化率をＦ２とする。
【００７８】
ここで、画像の信号強度とは、画像処理部６１で生成されるウェハＷの各部分の信号強度の集合である。なお、撮像時の射出角θ２によってウェハＷの像は変形して撮像される。画像処理部６１では、得られた撮像結果を射出角θ２＝０°で得られる像に変換している。
【００７９】
２種類の評価条件は、Ｆ１／Ｋ１≠Ｆ２／Ｋ２、Ｆ１≠Ｆ２、Ｋ１≠Ｋ２を満たす関係にあるものを選択する。このとき、次式（３）〜（４）のようなウェハＷの合成画像を生成することにより、穴（全体）の直径変形と穴の深さ変形とを分離することができる。
【００８０】
Ｉ３＝Ｗ１×Ｉ１＋Ｗ２×Ｉ２  …（３）
Ｉ４＝Ｗ３×Ｉ１＋Ｗ４×Ｉ２  …（４）
【００８１】
ここで、Ｉ３は、穴の深さ変形に対する検出信号の変化率が高く、穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる第１の合成画像の信号強度である。また、Ｉ４は、穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率が高く、穴の深さ変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる第２の合成画像の信号強度である。また、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４は、画像合成時の重みで、次式（５）〜（８）で求められる。
【００８２】
Ｗ１＝（−Ｋ２）／（Ｋ１−Ｋ２）  …（５）
Ｗ２＝Ｋ１／（Ｋ１−Ｋ２）        …（６）
Ｗ３＝（−Ｆ２）／（Ｆ１−Ｆ２）  …（７）
Ｗ４＝Ｆ１／（Ｆ１−Ｆ２）        …（８）
【００８３】
第１の合成画像における穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率をＫ３とする。式（３）において、Ｉ１にＫ１を代入し、Ｉ２にＫ２を代入し、Ｉ３にＫ３を代入することにより、次式（９）が得られ、第１の合成画像の穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率がゼロであることがわかる。
【００８４】
Ｋ３＝（−Ｋ２×Ｋ１）／（Ｋ１−Ｋ２）＋（Ｋ１×Ｋ２）／（Ｋ１−Ｋ２）＝０
…（９）
【００８５】
第１の合成画像における穴の深さ変形に対する検出信号の変化率をＦ３とする。式（３）において、Ｉ１にＦ１を代入し、Ｉ２にＦ２を代入し、Ｉ３にＦ３を代入することにより、次式（１０）が得られ、第１の合成画像の穴の深さ変形に対する検出信号の変化率がゼロでないことがわかる。なお、Ｆ１／Ｋ１≠Ｆ２／Ｋ２であるので、Ｋ１×Ｆ２−Ｋ２×Ｆ１≠０である。
【００８６】
Ｆ３＝（−Ｋ２×Ｆ１）／（Ｋ１−Ｋ２）＋（Ｋ１×Ｆ２）／（Ｋ１−Ｋ２）
＝（Ｋ１×Ｆ２−Ｋ２×Ｆ１）／（Ｋ１−Ｋ２）                    …（１０）
【００８７】
第２の合成画像における穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率をＫ４とする。式（４）において、Ｉ１にＫ１を代入し、Ｉ２にＫ２を代入し、Ｉ４にＫ４を代入することにより、次式（１１）が得られ、第２の合成画像の穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率がゼロでないことがわかる。なお、Ｆ１／Ｋ１≠Ｆ２／Ｋ２であるので、Ｆ１×Ｋ２−Ｆ２×Ｋ１≠０である。
【００８８】
Ｋ４＝（−Ｆ２×Ｋ１）／（Ｆ１−Ｆ２）＋（Ｆ１×Ｋ２）／（Ｆ１−Ｆ２）
＝（Ｆ１×Ｋ２−Ｆ２×Ｋ１）／（Ｆ１−Ｆ２）                    …（１１）
【００８９】
第２の合成画像における穴の深さ変形に対する検出信号の変化率をＦ４とする。式（４）において、Ｉ１にＦ１を代入し、Ｉ２にＦ２を代入し、Ｉ４にＦ４を代入することにより、次式（１２）が得られ、第２の合成画像の穴の深さ変形に対する検出信号の変化率がゼロであることがわかる。
【００９０】
Ｆ４＝（−Ｆ２×Ｆ１）／（Ｆ１−Ｆ２）＋（Ｆ１×Ｆ２）／（Ｆ１−Ｆ２）＝０
…（１２）
【００９１】
なお、前述の式（５）および式（６）で示した第１の合成画像の重みＷ１、Ｗ２の計算式は、次の連立方程式（１３）〜（１４）を解くことによって得られる。
【００９２】
Ｗ１×Ｋ１＋Ｗ２×Ｋ２＝０  …（１３）
Ｗ１＋Ｗ２＝１  …（１４）
【００９３】
また、前述の式（７）および式（８）で示した第２の合成画像の重みＷ３、Ｗ４の計算式は、次の連立方程式（１５）〜（１６）を解くことによって得られる。
【００９４】
Ｗ３×Ｆ１＋Ｗ４×Ｆ２＝０  …（１５）
Ｗ３＋Ｗ４＝１  …（１６）
【００９５】
以上の説明において、穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率Ｋ１、Ｋ２として、例えば図７（ａ）のグラフに示した近似直線の傾きを用いることができる。また、穴の深さ変形に対する検出信号の変化率をＦ１、Ｆ２として、例えば図９（ａ）のグラフに示した近似直線の傾きを用いることができる。
【００９６】
２種類の評価条件を選択する条件式、Ｆ１／Ｋ１≠Ｆ２／Ｋ２、Ｆ１≠Ｆ２、Ｋ１≠Ｋ２のうち、Ｆ１／Ｋ１≠Ｆ２／Ｋ２は必須の条件式である。一方、Ｆ１≠Ｆ２、Ｋ１≠Ｋ２は、計算式を単純化してわかりやすくするための条件式であり、必ずしも両方とも満足する必要はない。なお、Ｆ１≠Ｆ２、Ｋ１≠Ｋ２のうち、少なくとも一方を満足する必要がある。Ｆ１≠Ｆ２、Ｋ１≠Ｋ２の両方とも満足しない場合、Ｆ１／Ｋ１＝Ｆ２／Ｋ２となり、必須の条件式を満足しなくなる。また、合成画像の重みの計算式を求めるための２つの連立方程式のうち、式（１４）および式（１６）は必ずしもこの例に限られるものではない。例えば、式（１４）に代えて、Ｗ１＋Ｗ２＝２という式を用いてもよい。
【００９７】
なお、上述した画像の演算の具体例において、穴（全体）の直径変形と穴の深さ変形について説明しているが、これに限られるものではなく、穴（全体）の直径変形、穴底の直径変形、穴の深さ変形のうち二つを用いることができる。このようにすることで、２種類の変形に対する信号の分離が可能である。
【００９８】
また、重みの数が３種類の３個の合成画像を用いるようにすれば、３組のパラメータの組み合わせに基づいて、穴（全体）の直径変形、穴底の直径変形、穴の深さ変形のうち一つの変形に対する検出信号の変化率が高く、他の変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる（もしくは、検出信号の変化率が十分に低い）条件を作り出すことが可能である。なおこの場合、重みに関する３元連立方程式を解くことにより、３個の合成画像の重みをそれぞれ求めることができる。このようにすることで、３種類の変形に対する信号の分離が可能である。さらに、変形の種類が３種類を超える場合も、同様にして信号を分離することが可能である。
【００９９】
そして、条件設定部６４は、先のステップＳＴ１０４で求めた２組のパラメータの組み合わせを、ウェハＷの評価の際に設定する２組のパラメータセットとして決定する（ステップＳＴ１０５）。またこのとき、条件設定部６４は、穴の深さ変形に対する検出信号の変化率が高く、穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる第１の合成画像の重みＷ１、Ｗ２を求める。またこのとき、条件設定部６４は、穴（全体）の直径変形に対する検出信号の変化率が高く、穴の深さ変形に対する検出信号の変化率がゼロとなる第２の合成画像の重みＷ３、Ｗ４を求める。条件設定部６４が決定した２組のパラメータセット、第１の合成画像の重みＷ１、Ｗ２、第２の合成画像の重みＷ３、Ｗ４は、制御部６０を介して記憶部６２に送られ記憶される。
【０１００】
次に、ウェハＷのパターン形状の評価方法について説明する。第２実施形態では、第１実施形態と同様に調整して、２つのパラメータセットの第１の画像と第２の画像を生成する（ステップＳＴ２０１〜ＳＴ２０４）。
【０１０１】
第２実施形態では、画像処理部６１は、ウェハＷの第１の画像と第２の画像に基づいて、ウェハＷの合成画像を生成する（ステップＳＴ２０４）。このとき、画像処理部６１は、ウェハＷの第１の画像と第２の画像の画像信号と、第１の合成画像の重みＷ１、Ｗ２と、前述の式（３）を用いて信号強度の算出を行い、第１の合成画像を生成する。またこのとき、画像処理部６１は、ウェハＷの第１の画像と第２の画像の画像信号と、第２の合成画像の重みＷ３、Ｗ４と、前述の式（４）を用いて信号強度の算出を行い、第２の合成画像を生成する。なお、画像処理部６１で処理されたウェハＷの第１の合成画像データと第２の合成画像データは、制御部６０を介して検査部６３に送られる。
【０１０２】
そして、検査部６３は、第１の合成画像データおよび第２の合成画像データと、記憶部６２に記憶された良品ウェハの画像データとをそれぞれ比較して、第１実施形態と同様に、ウェハＷの表面の繰り返しパターンＡの異常（欠陥）の有無を検査・評価する（ステップＳＴ２０５）。第１の合成画像により検出される欠陥は穴の深さ変形であり、第２の合成画像により検出される欠陥は穴（全体）の直径変形である。さらには、その信号の変化率から、変形の程度を知ることができる。このとき、検査部６３による評価結果がコンソール部６５の画像表示装置（図示せず）に出力表示される。
【０１０３】
このように、第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
上述の第２実施形態において、ウェハＷの画像として符号なし８ビットの画像を用いる場合、信号強度（輝度）の階調が０〜２５５の範囲になる。この場合、異常（欠陥）の有無を検査・評価するステップＳＴ２０５において、画像信号の演算により算出された信号強度の値をそのまま用いるようにすれば、階調化に伴う信号強度の丸めの誤差を抑えることができる。また、このようにすれば、例えば数値が２５５を超えて信号変化の情報が失われてしまうことも防止することができる。
【０１０５】
上述の第２実施形態において、第１実施形態と同様に、検出したい変形の種類に応じてパラメータを絞り込むようにしてもよい。
【０１０６】
上述の第１および第２実施形態において、第１照明側偏光フィルタ２６および第２照明側偏光フィルタ４６のうち少なくともいずれかを光路に挿入し、照明光として直線偏光（例えば、ｐ偏光）をウェハＷに照射するようにしてもよい。
【０１０７】
次に、第３実施形態について説明する。第３実施形態の検査装置は、第１実施形態の検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０８】
第３実施形態の評価方法について説明する。まず予め、第１実施形態と同様に、評価条件を設定する。なお、第３実施形態の設定フローは、偏光検査である点以外は、第１実施形態の設定フローと同様である。
【０１０９】
第３実施形態のパラメータは、偏光検査のパラメータとして、照明光の波長、パターンに対する照明方位、照明光の偏光方位、照明光の入射角（および射出角）とする。第３実施形態における複数組の各パラメータの組み合わせは、偏光検査のパラメータのうち少なくともいずれかを少しずつ変化させたものである。
【０１１０】
本実施形態の方法により求めた、パターンの変形に対する検出信号の変化率（感度）が高いパラメータセットによる検出信号の変化の一例を、図７（ｃ）〜図９（ｃ）に示す。第１実施形態で述べたように、図７（ｃ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴（全体）の直径変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。また、図８（ｃ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴底の直径変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。また、図９（ｃ）のグラフに示す近似直線の傾きを指標に、穴の深さ変形に対する偏光の検出信号の変化率が高いパラメータの組み合わせを選択することができる。
【０１１１】
第３実施形態の評価フローは第１実施形態の評価フローと同様である。
【０１１２】
第３実施形態では、偏光検査を利用してパターン形状の評価を行う。評価に先立って、第１照明側偏光フィルタ２６、第１検出側偏光フィルタ３２、第２照明側偏光フィルタ４６、および第２検出側偏光フィルタ５２が光路に挿入される。前述したように、ウェハＷの表面には、穴形状の繰り返しパターンＡが形成されている。ウェハＷの表面もしくは裏面に対して斜めに入射する照明光（偏光）を想定すれば、例え平面境界でも、入射照明光と反射光では偏光状態が変化する。なぜなら、ｐ偏光成分の反射率とｓ偏光成分の反射率が異なるためである。ウェハＷに穴構造がある場合、当該穴構造の部分で変調が加わる。電場の振動方向と穴の各部位の向きとの関係が、ｓ偏光による入射照明光とｐ偏光による入射照明光で異なることから、穴構造の部分で加わる変調の量も偏光によって異なる。このように、穴の存在、あるいは穴の変形により、反射光または透過光の偏光状態が変わるため、偏光検査を利用したパターン形状の評価が可能である。
【０１１３】
ステップＳＴ２０３では、先のステップＳＴ２０２で設定調整したパラメータセットに応じて、ウェハホルダ１０上のウェハＷに照明光として直線偏光を照射する。ステップＳＴ２０４では、先のステップＳＴ２０２で設定調整したパラメータセットに応じて、ウェハＷからの反射光（正反射光）もしくは透過光を検出し、第１撮像部３５または第２撮像部５５から出力された画像信号（検出信号）に基づいて、画像処理部６１がウェハＷの画像を生成する。このとき、ウェハＷの画像データは、制御部６０を介して検査部６３に送られる。
【０１１４】
そして、検査部６３は、第１実施形態と同様に、ウェハＷの表面の繰り返しパターンＡの異常（欠陥）の有無を検査・評価する（ステップＳＴ２０５）。このとき、検査部６３による評価結果がコンソール部６５の画像表示装置（図示せず）に出力表示される。
【０１１５】
このように、第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、テストウェハを作製する手間を省くことができるため、パターン形状の評価を短時間で且つ低コストで行うことが可能になる。
【０１１６】
なお、第３実施形態において、穴（全体）の直径変形、穴底の直径変形、穴の深さ変形に対する偏光の検出信号の変化率（感度）が高いパラメータセットとして、ウェハＷの裏面に照明光（直線偏光）を照射し、ウェハＷの裏面で反射した正反射光の偏光状態の変化を検出する例を示した（図７（ｃ）〜図９（ｃ）を参照）。この場合、第２照明部４０から照明光が照射されたウェハＷ裏面からの反射光（正反射光）を第２検出部５０で検出することができる。ウェハＷの撮像は、第１実施形態と同様に行うことができるため、詳細な説明は省略する。
【０１１７】
上述の第１実施形態において、パターン形状の評価に適した回折検査のパラメータセットを設定し、上述の第３実施形態において、パターン形状の評価に適した偏光検査のパラメータセットを設定しているが、これに限られるものではない。例えば、上述の第１実施形態と第３実施形態とを組み合わせて、回折検査と偏光検査のパラメータセットのうち、パターン形状の評価に最適な方のパラメータセットを選択し、回折検査もしくは偏光検査を利用したパターンの形状評価を行うようにしてもよい。また、回折検査および偏光検査に限らず、ウェハＷの表面または裏面に照明光を照射し、ウェハＷの表面または裏面からの正反射光を検出する技術（以降、正反射検査と称する）を利用して、パターンの形状評価を行うようにしてもよい。なお、偏光検査を利用してパターンの形状評価を行う場合でも、第２実施形態と同様にして、複数組のパラメータセットに基づいて評価を行うことができる。また、複数組のパラメータセットに基づいてパターンの形状評価を行う場合でも、回折検査と偏光検査のパラメータセットのうち、パターン形状の評価に最適な方のパラメータセットを選択して評価を行うことができる。
【０１１８】
上述の第１〜第３実施形態において、条件設定部６４は、所定のコンピュータプログラムに基づいて作動し、光学シミュレーションを行うことによりウェハＷの最適な検査・評価条件を求めて設定できるように構成されているが、これに限られるものではない。例えば、条件設定部６４と同様の処理が可能なコンピュータプログラムを外部の演算処理装置（例えば、パーソナルコンピュータ等）にインストールし、当該演算処理装置を用いて、光学シミュレーションを行うことによりウェハＷの最適な検査・評価条件を求めるようにしてもよい。
【０１１９】
次に、第４実施形態について説明する。図１０に示すように、第４実施形態の評価装置１００は、第１実施形態の制御部６０、画像処理部６１、記憶部６２、検査部６３、条件設定部６４、コンソール部６５に代えて、制御部１１０、記憶部１２０を備える他は、第１実施形態の検査装置１と同様の構成である。そこで、共通部分に第１実施形態の場合と同一の符号を付して図１０に簡易的に示し、詳細な説明を省略する。第４実施形態の評価装置１００は、ウェハホルダ１０（図１０では図示を省略）と、チルト機構１９（図１０では図示を省略）と、第１照明部２０と、第１検出部３０と、第２照明部４０と、第２検出部５０と、回転移動部５６（図１０では図示を省略）と、制御部１１０と、記憶部１２０と、出力部６６とを備えている。
【０１２０】
第４実施形態の第１照明部２０は、第３実施形態と同様に、照明光として直線偏光をウェハＷの表面に照射する。第１照明部２０の照明光の入射角は４５度に設定される。第４実施形態の第２照明部４０は、第３実施形態と同様に、照明光として直線偏光をウェハＷの裏面に照射する。第２照明部４０の照明光の入射角は４５度に設定される。
【０１２１】
第４実施形態の第１検出部３０は、第１照明部２０から照明光が照射されてウェハＷの表面で反射した反射偏光を検出する。また、第１検出部３０は、第２照明部４０から照明光が照射されてウェハＷの表面側に透過した透過偏光を検出する。第１検出部３０の検出角は４５度に設定される。第１検出部３０は、検出した偏光の強度に対応する電気的な強度信号を出力する。また、第１検出部３０は、公知の回転移相子法を用いて、検出した偏光の位相に対応する電気的な位相信号を出力する。
【０１２２】
第４実施形態の第２検出部５０は、第１検出部３０と同様に、第２照明部４０から照明光が照射されてウェハＷの裏面で反射した反射偏光を検出する。また、第２照明部４０は、第１検出部３０と同様に、第１照明部２０から照明光が照射されてウェハＷの裏面側に透過した透過偏光を検出する。
【０１２３】
なお、第１検出部３０（または第２検出部５０）から出力される強度信号は、第１〜第３実施形態の検出信号と同義であり、ウェハＷで反射した偏光のｐ偏光およびｓ偏光の強度信号と、ウェハＷを透過した偏光のｐ偏光およびｓ偏光の強度信号を含むものである。また、第１検出部３０（または第２検出部５０）から出力される位相信号は、ウェハＷで反射した偏光のｐ偏光およびｓ偏光の位相信号と、ウェハＷを透過した偏光のｐ偏光およびｓ偏光の位相信号を含むものである。
【０１２４】
制御部１１０は、第１実施形態の制御部６０と同様に、ウェハホルダ１０およびチルト機構１９、第１および第２照明ユニット２１，４１、第１および第２撮像部３５，５５、回転移動部５６等をそれぞれ制御する。制御部１１０は、形状検出部１１１と、条件設定部１１２とを有している。形状検出部１１１は、第１検出部３０（または第２検出部５０）から出力された検出信号に基づいて、ウェハＷ上のパターンＡにおける穴の深さ形状を求め、ＴＳＶの深さ形状を特定する。
【０１２５】
具体的には、形状検出部１１１は、第１検出部３０（または第２検出部５０）から出力された強度信号および位相信号に基づいて、第１検出部３０（または第２検出部５０）で検出された偏光の強度変化および位相変化を求める。ここで、偏光の強度とは、ｐ偏光成分とｓ偏光成分の振幅を指す。形状検出部１１１は、記憶部１２０に記憶された強度・位相テーブル１２１を参照して、求めた偏光の強度変化および位相変化に対応する穴の深さ形状を特定し、評価対象のパターンＡにおける穴の深さ形状を求める。形状検出部１１１は、求めた穴の深さ形状に基づいて、ＴＳＶの深さ形状を特定する。
【０１２６】
強度・位相テーブル１２１の一例を図１１に示す。強度・位相テーブル１２１は、偏光の強度変化に関する強度変化データおよび偏光の位相変化に関する位相変化データと、既知の穴の深さ形状データとが関連付けられた構成となっている。偏光の強度変化および位相変化は、次式（１７）〜（１８）を用いて算出される。
【０１２７】
強度変化＝（モデル形状の強度／標準穴ａ０の強度）−１  ［単位：なし］  …(１７)
位相変化＝モデル形状の位相−標準穴ａ０の位相        ［単位：ｒａｄ］  …(１８)
【０１２８】
式（１７）において、「モデル形状の強度」は、モデル形状を有するパターンから検出される偏光の強度であり、照明強度で規格化されている。また、「標準穴ａ０の強度」は、標準穴ａ０の形状を有するパターンから検出される偏光の強度である。式（１８）において、「モデル形状の位相」は、モデル形状を有するパターンから検出される偏光の位相である。また、「標準穴ａ０の位相」は、標準穴ａ０の形状を有するパターンから検出される偏光の位相である。
【０１２９】
モデル形状とは、標準穴ａ０（図５を参照）に対して変形した穴のモデル形状（深さ形状）を総称したものである。図１１の強度・位相テーブル１２１において、深さ１／２形状とは、標準穴ａ０に対して穴の深さが１／２に変形した深さ変形穴ａ３（図６（ｃ）を参照）の深さ形状である。テーパー形状とは、標準穴ａ０に対して穴底の直径が変形したテーパー穴ａ２（図６（ｂ）を参照）の深さ形状である。比例縮小形状とは、図１２（ａ）に示すように、標準穴ａ０に対して形状が３次元方向に比例縮小変形した穴（以降、比例縮小穴ａ４と称する）の深さ形状である。先細り形状とは、図１２（ｂ）に示すように、標準穴ａ０に対して穴底側の端部が円錐状に形成された穴（以降、先細り穴ａ５と称する）の深さ形状である。ボーイング形状とは、図１２（ｃ）に示すように、標準穴ａ０に対して胴部が膨らんで形成された穴（以降、ボーイング穴ａ６と称する）の深さ形状である。
【０１３０】
図１１の強度・位相テーブル１２１において、例えば、深さ１／２形状に対応する反射偏光のｐ偏光の強度変化データは０．０８であり、ボーイング形状に対応する反射偏光のｐ偏光の強度変化データは−０．６４である。また、深さ１／２形状に対応する反射偏光のｓ偏光の強度変化データは−０．０１であり、テーパー形状に対応する反射偏光のｓ偏光の強度変化データは−０．５０である。また、深さ１／２形状に対応する反射偏光のｐ偏光の位相変化データは０．０２であり、テーパー形状に対応する反射偏光のｐ偏光の位相変化データは０．１６である。
【０１３１】
形状検出部１１１は、このような強度・位相テーブル１２１を参照して、求めた偏光の強度変化および位相変化の組み合わせが、強度変化データおよび位相変化データの組み合わせに最も近いモデル形状（深さ形状）を選定し、パターンＡにおける穴の深さ形状として求める。具体的には、求めた偏光の強度変化および位相変化と、モデル形状に対応する強度変化および位相変化との差をそれぞれ求める。そして、求めた偏光の強度変化と強度変化データの強度変化との差の絶対値と、求めた偏光の位相変化と位相変化データの位相変化との差の絶対値とを足した合計が最も小さい組み合わせとなるモデル形状を、強度変化データおよび位相変化データの組み合わせに最も近いモデル形状と選定し、パターンＡにおける穴の深さ形状として求める。
【０１３２】
また、形状検出部１１１は、特定したＴＳＶの深さ形状に基づき、記憶部１２０に記憶された対策テーブル１２２を参照して、特定したＴＳＶの深さ形状に対する対策を選定する。対策テーブル１２２は、ＴＳＶの深さ形状とこれに対する対策とが関連付けられた構成となっている。
【０１３３】
制御部１１０は、出力部６６を介して、ＴＳＶを形成するための露光装置１４０、現像装置１４２、エッチング装置１４４、および接合装置１４６と接続されている。形状検出部１１１は、特定したＴＳＶの深さ形状のデータおよび、これに対する対策のデータを、出力部６６を介して、露光装置１４０、現像装置１４２、エッチング装置１４４、および接合装置１４６に出力する。
【０１３４】
条件設定部１１２は、所定のコンピュータプログラムに基づいて作動し、光学シミュレーションを行うことにより、パターンＡの穴の深さ形状の評価に適した強度・位相テーブル１２１を求めて設定できるように構成されている。記憶部１２０には、前述したように、強度・位相テーブル１２１と、対策テーブル１２２とが記憶される。
【０１３５】
以上のように構成される評価装置１を用いたウェハＷの評価方法について説明する。まず予め、光学シミュレーションを行うことにより、評価対象のパターンＡの穴の深さ形状に対応する強度・位相テーブル１２１を求めて設定する。
【０１３６】
そこで、光学シミュレーションを用いた強度・位相テーブル１２１の設定方法について説明する。まず、光学シミュレーションの対象となるモデル形状および光学シミュレーションの条件について説明する。
【０１３７】
評価対象のウェハＷは、厚さ３．２μｍであり、屈折率３．４のシリコンを用いて形成されている。ウェハＷの表面に設計通りに形成された標準穴ａ０は、直径１μｍ、深さ２μｍの円柱状の穴である。ウェハＷの周囲および標準穴ａ０の内部は、屈折率１の空気である。図５（ｂ）においてハッチングを含む領域が、シミュレーションによる単位解析領域である。
【０１３８】
反射偏光用の照明光は、４５度の入射角でウェハＷの上方（表面側）から照射される。透過偏光用の照明光は、４５度の入射角でウェハＷの下方（裏面側）から照射される。反射偏光および透過偏光のｐ偏光は、入射面と平行な方向が電界の振動方向である。反射偏光および透過偏光のｓ偏光は、入射面と垂直な方向が電界の振動方向である。
【０１３９】
深さ１／２形状の深さ変形穴ａ３（図６（ｃ）を参照）は、直径１μｍ、深さ１μｍの円柱状の穴である。なお、深さ１／２形状の深さ変形穴ａ３の容積は、標準穴ａ０の容積の１／２である。
【０１４０】
テーパー形状のテーパー穴ａ２（図６（ｂ）を参照）の深さは、２．５５μｍである。テーパー形状のテーパー穴ａ２は、開口部直径が１．５３４μｍで、穴底の直径が０である。テーパー形状のテーパー穴ａ２の先端の内角θ１１（図６（ｂ）を参照）は、３３．４８度である。なお、テーパー形状のテーパー穴ａ２の容積は、標準穴ａ０と同じである。
【０１４１】
比例縮小形状の比例縮小穴ａ４（図１２（ａ）を参照）は、直径０．７９３７μｍ、深さ１．５８７４μｍの円柱状の穴である。なお、比例縮小穴ａ４の容積は、標準穴ａ０の容積の１／２である。
【０１４２】
先細り形状の先細り穴ａ５（図１２（ｂ）を参照）の深さは、２μｍである。先細り穴ａ５の上側の深さ１μｍまでは、円柱状に形成されている。先細り穴ａ５の下側の深さ１μｍから最深部までは、円錐状に形成されている。なお、先細り穴ａ５の容積は、標準穴ａ０の容積の２／３である。
【０１４３】
ボーイング形状のボーイング穴ａ６（図１２（ｃ）を参照）の深さは、約２μｍである。ボーイング穴ａ６の深さ０．２μｍから１．０μｍまでの部分は、直径１．５μｍの円柱状に形成されている。ボーイング穴ａ６の他の部分は、標準穴ａ０と同じ直径１μｍの円柱状に形成されている。なお、ボーイング穴ａ６の容積は、標準穴ａ０の容積の２／３である。
【０１４４】
条件設定部１１２は、標準穴ａ０、深さ変形穴ａ３、テーパー穴ａ２、比例縮小穴ａ４、先細り穴ａ５、ボーイング穴ａ６に対し、ＦＤＴＤ法を用いて光学シミュレーションを行い、偏光の強度および位相を算出する。反射偏光にＦＤＴＤ法を適用して算出した結果の一例を、図１３に示す。また、透過偏光にＦＤＴＤ法を適用して算出した結果の一例を、図１４に示す。なお、各穴（ビアホール）には、空気が充填されているものとする。
【０１４５】
図１３は、反射偏光のｐ偏光およびｓ偏光の強度変化および位相変化を示すグラフである。図１４は、透過偏光のｐ偏光およびｓ偏光の強度変化および位相変化を示すグラフである。なお、偏光の強度変化および位相変化は、前述の式（１７）〜（１８）を用いて算出される。図１３に示すように、ボーイング形状のボーイング穴ａ６は、反射偏光のｐ偏光の強度変化および位相変化が大きいことがわかる。また、テーパー形状のテーパー穴ａ２は、反射偏光のｐ偏光およびｓ偏光の強度変化が大きく、反射偏光のｓ偏光の位相変化が大きいことがわかる。図１４に示すように、略全てのモデル形状において、透過偏光の強度変化が反射偏光の強度変化よりも大きいことがわかる。なお、透過偏光はウェハＷを透過するので、各モデル形状の深い領域の情報の感度が高いことに起因すると考えられる。特に、深さ１／２形状の深さ変形穴ａ３、比例縮小形状の比例縮小穴ａ４、先細り形状の先細り穴ａ５において、透過偏光の強度変化が反射偏光の強度変化よりも大きいことがわかる。
【０１４６】
条件設定部１１２は、光学シミュレーションを行って算出した、図１３および図１４に示すような強度変化および位相変化の値に基づいて、図１１に示すような強度・位相テーブル１２１を作成して求める。条件設定部１１２により作成された強度・位相テーブル１２１は、記憶部１２０に記憶される。
【０１４７】
次に、図１５のフローチャートを用いて、第４実施形態におけるウェハＷのパターン形状の評価方法について説明する。なお、パターン形状の評価は、ウェハＷに繰り返しパターンＡの穴（ビアホール）が形成され、導電材が充填される前の状態で行われる。
【０１４８】
まず、制御部１１０は、第１照明部２０に照射指示を出力する（ステップＳＴ４０１）。これにより、第１照明部２０は、照明光として反射用の偏光（直線偏光）をウェハＷの表面に照射する。第１検出部３０は、ウェハＷの表面で反射した反射偏光を検出して、強度信号および位相信号を形状検出部１１１に出力する（ステップＳＴ４０２）。形状検出部１１１は、第１検出部３０から出力された反射偏光の強度信号および位相信号を取得する（ステップＳＴ４０３）。
【０１４９】
次に、制御部１１０は、第２照明部４０に照射指示を出力する（ステップＳＴ４０４）。これにより、第２照明部４０は、照明光として透過用の偏光（直線偏光）をウェハＷの裏面に照射する。第１検出部３０は、ウェハＷの表面側に透過した透過偏光を検出して、強度信号および位相信号を形状検出部１１１に出力する（ステップＳＴ４０５）。形状検出部１１１は、第１検出部３０から出力された透過偏光の強度信号および位相信号を取得する（ステップＳＴ４０６）。
【０１５０】
次に、形状検出部１１１は、取得した反射偏光の強度信号および位相信号に基づいて、反射偏光の強度変化および位相変化を求める。また、形状検出部１１１は、取得した透過偏光の強度信号および位相信号に基づいて、透過偏光の強度変化および位相変化を求める（ステップＳＴ４０７）。
【０１５１】
次に、形状検出部１１１は、記憶部１２０に記憶された強度・位相テーブル１２１を参照して、求めた偏光の強度変化および位相変化の組み合わせが、強度変化データおよび位相変化データの組み合わせに最も近いモデル形状（深さ形状）を選定し、パターンＡにおける穴の深さ形状として求める。形状検出部１１１は、求めた穴の深さ形状に基づいて、ＴＳＶの深さ形状を特定する（ステップＳＴ４０８）。
【０１５２】
次に、形状検出部１１１は、特定したＴＳＶの深さ形状に基づき、記憶部１２０に記憶された対策テーブル１２２を参照して、特定したＴＳＶの深さ形状に対する対策を選定する。形状検出部１１１は、特定したＴＳＶの深さ形状のデータおよび、これに対する対策のデータを、出力部６６を介して、露光装置１４０、現像装置１４２、エッチング装置１４４、および接合装置１４６に出力する（ステップＳＴ４０９）。
【０１５３】
対策のデータを取得した装置は、当該対策に応じて対応する。例えば、１／２深さ形状のデータおよび、これに対する対策のデータが、接合装置１４６に出力された場合、接合装置１４６は、ＴＳＶの１／２深さ形状に対する対策に基づいて、アライメントレシピ、加熱加圧レシピ等を変更する。また例えば、先細り形状のデータおよび、これに対する対策のデータが、接合装置１４６に出力された場合、接合装置１４６は、ＴＳＶの先細り形状に対する対策に基づいて、先細り形状のＴＳＶが折れることを抑制するために、ゆっくりと加圧するようにレシピを変更する。
【０１５４】
なお、形状検出部１１１は、ＴＳＶの深さ形状が生じた原因を特定して、特定した原因に関わる装置のみに、ＴＳＶの深さ形状のデータおよび、これに対する対策のデータを出力するようにしてもよい。例えば、形状検出部１１１は、ＴＳＶの１／２深さ形状の原因がエッチング装置１４４と特定すると、１／２深さ形状のデータおよび、エッチングレシピを変更する旨の対策のデータを、エッチング装置１４４のみに出力する。
【０１５５】
このように、第４実施形態によれば、光学シミュレーションを行うことにより、強度・位相テーブル１２１を求めて設定するため、テストウェハを作製する手間を省くことができる。そのため、パターンＡにおける穴の深さ形状の評価を、短時間で且つ低コストで行うことが可能になる。
【０１５６】
また、第４実施形態では、第１検出部３０が偏光を検出し、深さ形状によって異なる偏光の強度および位相に基づいて、形状検出部１１１が、パターンＡにおける穴（ビアホール）の深さ形状から、ＴＳＶの深さを特定する。これにより、特定されたＴＳＶの深さ形状に基づいて、対策を考えることができる。例えば、ＴＳＶの深さ形状が１／２深さ形状と特定されると、エッチングの時間を長くするという対策が考えられる。また、ＴＳＶの深さ形状がテーパー形状と特定されると、異方性エッチングが可能なエッチング方法を採用するという対策が考えられる。
【０１５７】
また、第１検出部３０が偏光を検出し、形状検出部１１１が、強度・位相テーブル１２１を参照して、偏光の強度および位相に対応する穴の深さ形状を求める。これにより、より確実に、パターンＡにおける穴の深さ形状を求め、ＴＳＶの深さ形状を特定することができる。
【０１５８】
上述の第４実施形態において、第１検出部３０が検出したウェハＷの表面側からの反射偏光および透過偏光と、第２検出部５０が検出したウェハＷの裏面側からの反射偏光および透過偏光とに基づいて、穴の深さ形状を求めるようにしてもよい。この場合、ウェハＷの表面側からの反射偏光および透過偏光に対応する強度・位相テーブルと、ウェハＷの裏面側からの反射偏光および透過偏光に対応する強度・位相テーブルの２種類用意する必要があるが、情報が増えるため、穴の深さ形状を精度よく求めることができる。また、上述したように、第２検出部５０がウェハＷの裏面側で反射した回折光およびウェハＷの裏面側に透過した回折光を検出するようにしてもよい。
【０１５９】
上述の第４実施形態において、照明光として直線偏光を用いているが、これに限られるものではなく、円偏光を用いるようにしてもよい。
【０１６０】
上述の各実施形態において、ウェハＷに対して透過性を有する照明光の波長として、１１００μｍを例示したが、これに限られるものではなく、照明光の波長を適宜偏光してもよい。例えば、照明光の波長は、７００μｍ〜１２００μｍの範囲であってもよい。特に、透過偏光用の照明光の波長は、ウェハＷの材質に応じて、ウェハＷを透過可能な波長とする。
【０１６１】
続いて、上述した評価方法によりウェハＷの検査・評価が行われる半導体装置の製造方法について、図１６に示すフローチャートを参照しながら説明する。図１６のフローチャートは、３次元積層型の半導体装置におけるＴＳＶ形成プロセスを示している。このＴＳＶ形成プロセスにおいて、まず、ウェハ（ベアウェハなど）の表面にレジストを塗布する（ステップＳＴ５０１）。
【０１６２】
次に、レジストが塗布されたウェハの表面に、所定のパターン（ホールパターン）を投影露光する（ステップＳＴ５０２）。この露光工程では、露光装置１４０（図１０を参照）を用いて、例えば、所定のパターンが形成されたフォトマスクを通して、所定波長の光線（紫外線などのエネルギー線）をウェハ表面のレジストに照射し、マスクパターンをウェハ表面に転写する。
【０１６３】
次に、現像を行う（ステップＳＴ５０３）。この現像工程では、現像装置１４２（図１０を参照）を用いて、例えば、露光部のレジストを現像液で溶かし、未露光部のレジストパターンを残す処理を行う。
【０１６４】
次に、レジストパターン（ホールパターン）が形成されたウェハの表面検査を行う（ステップＳＴ５０４）。この検査工程において、レジストパターンの良否を判定し、不良の場合はレジストを剥離してレジスト塗布工程からやり直すアクション、すなわちリワークを行うか否かの判断を行う。リワークが必要な異常（欠陥）が検出された場合、レジストを剥離し（ステップＳＴ５０５）、ステップＳＴ５０１〜ＳＴ５０３までの工程をやり直す。なお、表面検査装置による検査結果は、レジスト塗布装置、露光装置１４０、および現像装置１４２にそれぞれフィードバックされる。
【０１６５】
現像後の検査工程で異常が無いことを確認すると、エッチングを行う（ステップＳＴ５０６）。このエッチング工程では、エッチング装置１４４（図１０を参照）を用いて、例えば、残っているレジストをマスクにして、下地のベアウェハのシリコンの部分をエッチングし、ＴＳＶ形成用の穴を形成する。これにより、ウェハＷの表面にＴＳＶ用ホールパターンが形成される。
【０１６６】
次に、エッチングによりパターンＡが形成されたウェハＷの検査・評価を行う（ステップＳＴ５０７）。エッチング後の検査・評価工程は、上述したいずれかの実施形態に係る検査装置１もしくは評価装置１００を用いて行われる。この検査・評価工程において、異常が検出された場合、判別された異常の深さを含む異常の種類及び異常の程度に応じて、露光装置１４０の露光条件（変形照明条件・フォーカスオフセット条件等）やエッチング装置１４４のどのパラメータを調整する。エッチング後のウェハＷに重大かつ広範囲な異常が発見された場合、リワークできないので、そのウェハＷは廃棄されるか、もしくは断面観察などの解析に回される（ステップＳＴ５０８）。
【０１６７】
エッチング後の検査・評価工程で異常が無いことを確認すると、穴の側壁に絶縁膜（やバリアメタル）を形成し（ステップＳＴ５０９）、絶縁膜を形成した穴の部分にＣｕを充填する（ステップＳＴ５１０）。これにより、ウェハ（ベアウェハ）に３次元実装用貫通電極が形成される。
【０１６８】
エッチング後の検査・評価工程において、エッチング装置１４４に異常がないかを監視して、異常を検出したらエッチング装置１４４を止めて調整するというフィードバック運用が主に行われる。エッチング装置を調整するためのパラメータとして、例えば、縦方向と横方向のエッチングレート比を制御するパラメータや、エッチング時間などの穴の深さを制御するパラメータ、ウェハ面内での均一性を制御するパラメータなどが考えられる。
【０１６９】
なお、現像後の検査工程が実施されていれば、レジスト塗布装置、露光装置１４０、および現像装置１４２の異常は基本的に現像後の検査工程で検出されるが、現像後の検査工程が実施されていない場合や、エッチングしてみて初めて分かるこれらの装置の問題が発見された場合には、各装置へのフィードバック（各装置の調整）が行われる。
【０１７０】
本実施形態の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置は、エッチング後の検査・評価工程が上述したいずれかの実施形態に係る評価方法を用いて行われるため、テストウェハを作製する手間を省くことができる。そのため、エッチング後の検査・評価工程を短時間で且つ低コストで行うことが可能となり、半導体装置の製造コストを低減させることができる。
【０１７１】
なお、上述のＴＳＶ形成プロセスにおいて、ウェハ上に素子を形成する前の最初の段階でＴＳＶを形成しているが、これに限られるものではなく、素子を形成してからＴＳＶを形成してもよく、素子形成の途中でＴＳＶを形成してもよい。なおこの場合、素子形成過程でイオンの打ち込みなどがされる結果、赤外線に対する透明度が低下するが、完全に不透明になるわけではないので、透明度の変化分を考慮して波長選択や照明光量の調整をすればよい。イオンの打ち込みなどにより素子を形成した部分が赤外線を全く透過しない状態になってしまった場合でも、裏面回折検査による穴形状の検査は可能である。また、このような方式の生産ラインであっても、ラインの条件出し及びＱＣ目的として、ベアウェハにＴＳＶを形成し検査を行うようにすれば、イオンの打ち込みによる透明度の低下に影響されない検査が可能である。
【０１７２】
なお、上述の各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許される限りにおいて、上述の各実施形態および変形例で引用した装置などに関する全ての公開公報および米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。
【符号の説明】
【０１７３】
１  検査装置（評価装置）
１０  ウェハホルダ
２０  第１照明部                        ３０  第１検出部
４０  第２照明部                        ５０  第２検出部
６０  制御部                            ６１  画像処理部
６３  検査部（評価部）                  ６４  条件設定部
１００  評価装置（第４実施形態）
１１０  制御部
１１１  形状検出部（評価部）            １１２  条件設定部
Ｗ  ウェハ                              Ａ  パターン
【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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