CN103918059A - 测定装置、测定方法、及半导体元件制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种能从形成于晶片上的元件图案测量曝光图案时的聚焦状态的装置。具备：照明系(20)，以照明光照明于表面具有因曝光而形成的图案的晶片(10)；受光系(30)及摄影装置(35)，检测因形成于晶片(10)表面的图案而被调变的照明光并输出检测信号；以及检查部(42)，使用在该图案的多个部分检测出的检测信号测定晶片(10)表面上的所欲部分的图案的曝光条件。

Description

测定装置、测定方法、及半导体元件制造方法
技术领域
本发明是关于测定于基板上就每一既定区域曝光的图案的曝光条件的测定装置及测定方法。又，是关于使用此种测定方法的半导体元件制造方法。
背景技术
步进扫描(step&scan)方式所代表的曝光装置，聚焦(在晶片(wafer)面上的图案对焦状态)的管理非常重要。因此，已知有一种方法，是在生产前进行测试曝光等，调整成通过曝光装置投影于晶片上的图案(半导体电路图案)像面与晶片的曝光面(经抗蚀剂或顶涂处理的面)一致。为了测试曝光装置的聚焦状态，例如是使用专用掩膜(标线片)使测试图案曝光、显影，从所得的测试图案的位置偏移测量聚焦偏移量(参照例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]美国专利公开号2002/0100012。
发明内容
发明欲解决的课题
然而，求出聚焦偏移的专用图案与实际图案有时会有线宽或形状相异的情形，而有以专用图案求出的聚焦偏移(聚焦状态)与实际的图案(半导体电路图案)的聚焦偏移状态相异的课题。又，依元件不同，亦有于一个晶片内具有多个相异功能的部分的情形，而有从专用图案求出的聚焦偏移与实际图案的聚焦偏移易产生乖离的课题。
本发明是鉴于此种问题而为，其目的在提供一种能测量投影于晶片的元件的图案的聚焦状态的装置及方法。
用以解决课题的手段
为达成上述目的，本发明的测定装置，具备：照明部，以照明光照明于表面具有因曝光而形成的图案的基板；检测部，检测因上述图案而被调变的照明光并输出检测信号；以及测定部，使用在该图案的多个部分检测出的检测信号测定所欲部分的上述图案的曝光条件。
此外，上述构成的测定装置亦可构成为，上述测定部使用在包含上述所欲部分的多个部分检测出的检测信号，测定上述所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，上述测定部从在上述所欲部分的周围部分检测出的检测信号，测定上述所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，上述测定部从在上述所欲部分检测出的检测信号与从在该所欲部分以外的部分检测出的检测信号求出的与该所欲部分对应的信号，测定该所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，上述测定部从在上述所欲部分的周围部分检测出的信号，通过内插求出与上述所欲部分对应的检测信号。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，上述测定部使用在上述所欲部分、上述所欲部分的周围部分且为与上述所欲部分有相关的部分检测出的检测信号，测定上述所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，检测出上述被调变的照明光的检测条件是就每一上述部分来设定。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，上述检测部检测出基于因上述图案产生的绕射或偏光的调变。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，进一步具有预先储存有在以多个曝光条件形成的图案检测出的检测信号的存储部；上述测定部比较储存于上述存储部的检测信号与以上述检测部检测出的检测信号以测定上述表面上的所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述构成的测定装置亦可构成为，以上述测定部测定的上述曝光条件是上述曝光的聚焦状态与曝光量中的至少一方。
又，本发明的测定方法，是以照明光照明于表面具有因曝光而形成的图案的基板；检测因上述图案而被调变的照明光并输出检测信号；使用在该图案的多个部分检测出的检测信号测定所欲部分的上述图案的曝光条件。
此外，上述测定方法亦可为，使用在包含上述所欲部分的多个个部分检测出的检测信号，测定上述所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述测定方法亦可为，从在上述所欲部分检测出的检测信号与从在该所欲部分以外的部分检测出的检测信号求出的与该所欲部分对应的信号，测定上述所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述测定方法亦可为，从在上述所欲部分的周围部分检测出的检测信号求出与上述所欲部分对应的信号，以测定上述所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述测定方法亦可为，从在上述所欲部分的周围部分检测出的信号，通过内插求出与上述所欲部分对应的检测信号。
又，上述测定方法亦可为，从在上述所欲部分检测出的检测信号、及从该所欲部分以外的部分且为与上述所欲部分有相关的部分检测出的检测信号求出的与该所欲部分对应的信号，测定上述所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述测定方法亦可为，检测出上述被调变的照明光的检测条件是就每一上述部分来设定。
又，上述测定方法亦可为，上述检测系检测出基于因上述图案产生的绕射或偏光的调变。
又，上述测定方法亦可为，预先储存有在以多个曝光条件形成的图案检测出的检测信号；比较上述储存的检测信号与上述检测出的检测信号以测定上述表面上的所欲部分的图案的曝光条件。
又，上述测定方法亦可为，上述测定的上述曝光条件是上述曝光的聚焦状态与曝光量中的至少一方。
又，本发明的半导体元件制造方法，具有于基板表面曝光出图案的微影工艺：于上述曝光后，使用本发明的测定方法，测定对设有上述图案的基板的上述曝光时的曝光条件；根据该测定的曝光条件修正曝光条件；以修正后的曝光条件于基板表面曝光出图案。
发明效果
根据本发明，能从形成于晶片上的元件的图案测量曝光图案时的聚焦状态。
附图说明
图1是表面检查装置的概要构成图。
图2是显示于表面检查装置的光路上插入偏光滤光器的状态的图。
图3是半导体晶片表面的外观图。
图4是用以说明一个照射内的重复图案的配置构成的俯视图。
图5是用以说明重复图案的凹凸构造的立体图。
图6是用以说明直线偏光的入射面与重复图案的重复方向的倾斜状态的图。
图7是显示求出曝光装置的像面倾斜的方法的流程图。
图8是显示以条件变更晶片设定的聚焦偏移量的表。
图9是显示条件变更晶片的一例的图。
图10是显示聚焦曲线的一例的图。
图11是显示聚焦曲线与最佳聚焦的关系的图。
图12是显示在照射内的聚焦偏移量的分布的图。
图13是显示求出以曝光装置进行曝光时的聚焦状态的方法的流程图(第1实施形态)。
图14是显示以不同条件摄得的条件变更晶片的绕射影像及聚焦曲线的图。
图15是显示从以不同条件摄得的晶片的绕射影像求出聚焦偏移量的状况的图。
图16是显示聚焦曲线与信号强度测定值的关系的图。
图17是显示对晶片表面的聚焦变动状态的图。
图18是显示求出以曝光装置进行曝光时的聚焦状态的方法的流程图(第2实施形态)。
图19是显示线性内插的计算式一例的图。
图20是用以说明一个照射内的重复图案的配置构成的俯视图(第2实施形态)。
图21是显示求出以曝光装置进行曝光时的聚焦状态的方法的流程图(第3实施形态)。
图22是用以说明一个照射内的重复图案的配置构成的俯视图(第4实施形态)。
图23是显示求出以曝光装置进行曝光时的聚焦状态的方法的流程图(第4实施形态)。
图24是显示图23的流程图中步骤S506的照射分割方法具体例的流程图。
图25是显示图24所示的照射分割方法变形例的流程图。
图26是显示求出以曝光装置进行曝光时的聚焦状态的方法的流程图(第5实施形态)。
图27是曝光系统的概要构成图。
图28是显示半导体元件制造方法的流程图。
图29是显示微影工艺的流程图。
图30是显微镜装置的概要构成图。
图31是显示从显微镜装置的光路上拔除偏光件及检光件、具备晶片倾斜机构的构成的图。
图32是显示照明系倒角T与倾斜角θ的关系的图。
具体实施方式
以下，参照图面说明本发明的实施形态。图1显示具备本发明的测定装置功能的表面检查装置1，首先，参照此图1说明表面检查装置1的概略构成。
表面检查装置1具有通过真空吸附支承以未图示的搬送装置搬送来的大致圆盘形的半导体晶片10(以下称为晶片10)的载台5而构成。载台5以晶片10的旋转对称轴(载台5的中心轴)为旋转轴将晶片10支承为能旋转(在晶片10表面内的旋转)。将此旋转形成的晶片的方向，为方便起见称为晶片方位角度(以缺口(notch)或定向平面(orientation flat))为基准的角度)。又，载台5能以通过支承晶片10的支承面或与支承面平行的面的轴为中心使晶片10倾斜(倾动)，而能调整照明光的入射角。
表面检查装置1，另具有使照明光成为平行光照射于被支承在载台5的晶片10表面全面的照明系20、用以将受到照明光照射时来自晶片10全面的正反射光或绕射光、散射光等加以集光的受光系30、接收以受光系30集光的光以检测晶片10表面的像的摄影装置35、影像处理部40、检查部42、存储部45、影像显示装置46、主控制部50、以及连接于主控制部50的硬件控制部55。
照明系20具有射出照明光的照明单元21、将从照明单元21射出的照明光反射向晶片10表面的照明侧凹面镜25。照明单元21具有金属卤素灯及水银灯等的光源部22、从来自光源部22的光中抽出(使之选择性地透射)具既定波长的光并调节强度的调光部23、将来自调光部23的光作为照明光导向照明侧凹面镜25的导光光纤24。主控制部50通过硬件控制部55控制光源部22与调光部23，
从光源部22射出的光通过调光部23，被调节成具有既定波长(例如248nm的波长)的既定强度的照明光。接着，该照明光从导光光纤24往照明侧凹面镜25射出，由于导光光纤24的射出部配置在照明侧凹面镜25的焦点面，因此通过照明侧凹面镜25成为平行光束照射于被保持在载台5的晶片10表面。此外，照明侧凹面镜25与后述的受光侧凹面镜31虽为固定，但对晶片10的照明光入射角与出射角的关系，可通过使载台5倾斜(倾动)以使晶片10的装载角度(支承角度)变化来加以调整。
于导光光纤24与照明侧凹面镜25之间以可插入或拔出于光路的方式设有照明侧偏光滤光器26，如图1所示，在将照明侧偏光滤光器26从光路上拔除的状态下进行利用绕射光的检查(以下为方便起见，称绕射检查)，如图2所示，在照明侧偏光滤光器26插入光路上的状态下进行利用偏光(构造性复折射形成的偏光状态的变化)的检查(以下为方便起见，称PER检查)(关于照明侧偏光滤光器26的详情留待后述)。
被照明系20照射照明光而来自晶片10表面的出射光(绕射光或正反射光、散射光)被受光系30加以集光。受光系30具有对向于载台5配设的受光侧凹面镜31而构成。以受光侧凹面镜31集光的出射光(绕射光或正反射光、散射光)到达摄影装置35的摄影面上，成像出晶片10的像。
于受光侧凹面镜31与摄影装置35之间以能插入或拔出于光路上的方式设有受光侧偏光滤光器32，如图1所示，在将受光侧偏光滤光器32从光路上拔除的状态下进行绕射检查，如图2所示，在将受光侧偏光滤光器32插入光路上的状态下进行PER检查(关于受光侧偏光滤光器32的详情留待后述)。
摄影装置35将形成在摄影面上的晶片10表面的像加以光电转换而生成影像信号(数字影像数据)，将其送至主控制部50。主控制部50从摄影装置35接收晶片10表面的像并将其影像信号输出至影像处理部40。影像处理部40根据从摄影装置35输入的晶片10的影像信号生成晶片10的数字影像。在影像处理部40生成的晶片10的数字影像经由主控制部50送至检查部42。检查部42比较从主控制部50送来的晶片10的影像数据与预先储存于存储部45的良品晶片的影像数据，以检查晶片10表面是否有缺陷(异常)。接着，检查部42的检查结果及此时的晶片10的影像以影像显示装置46加以输出显示，且送至存储部45并加以储存。
又，检查部42可利用晶片影像求出曝光装置101进行曝光时的聚焦状态(详情后述)。此外，晶片10表面的缺陷有无的检查在易受到晶片10底层影响的情形时，可通过在照明系20配置使照明光成为s偏光的照明侧偏光滤光器26，以s偏光进行照明即能降低底层的影响。此外，在此种情形时受光侧偏光滤光器32亦从光路拔除。
此处，晶片10是以曝光装置101对最上层的抗蚀膜投影曝光出既定掩膜图案，以显影装置(未图示)进行显影后，使用未图示的搬送装置将其从未图示的晶片匣或从显影装置搬送至载台5上。此时，晶片10是在以晶片10的图案或外缘部(notch或orientation flat等)为基准进行了对准的状态下，搬送至载台5上。
于晶片10表面，如图3所示，纵横(于图3中的XY方向)排列有多个晶片区域11，于各晶片区域11中，作为半导体图案形成有线(line)图案或窗(hole)图案等的重复图案12例如图4(a)所示，具有以一种类或多种类的重复图案构成的第1图案区域A、以及重复图案的构成与此第1图案区域A相异的第2图案区域B而构成。形成于晶片10的元件是形成于表面的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件。
此外，于曝光的一照射中多含有多个晶片区域，但图3中为易于理解，是设一晶片为一照射。在表面检查装置1中，照明及受光虽可通过全面一次性进行来以提升处理速度，但亦可以一照射或较其更小的范围为对象进行照明及受光。
曝光装置101是上述步进扫描方式的曝光装置，通过缆线等与本实施形态的表面检查装置1的信号输出部60电连接，可根据来自表面检查装置1的数据(信号)进行曝光控制的调整。
欲使用以上述方式构成的表面检查装置1进行晶片10表面的绕射检查时，首先，如图1所示，从光路上拔除照明侧偏光滤光器26及受光侧偏光滤光器32，以未图示的搬送装置将晶片10搬送至载台5上。于搬送途中已使用未图示的对准机构取得形成在晶片10表面的图案的位置信息，可将晶片10以既定方向装载于载台5上的既定位置。
其次，旋转载台5以使在晶片10表面上的照明方向与图案的重复方向一致的方式(若是线图案的情形时，以对线成正交的方式)。又，设图案的间距为P、照射于晶片10表面的照明光的波长为λ、照明光的入射角为θ1、n次绕射光的出射角为θ2时，根据惠更斯原理(Huygens'principle)，以满足下述式1的方式进行设定(使载台5倾斜)。
[式1]
P＝n×λ/{sin(θ1)-sin(θ2)}
其次，以照明系20将照明光照射于晶片10表面。以此种条件将照明光照射于晶片10表面时，来自照明单元21的光源部22的光通过调光部23，被调节成具有既定波长(例如248nm的波长)的既定强度的照明光。接着，该照明光从导光光纤24往照明侧凹面镜25射出，被照明侧凹面镜25反射的照明光成为平行光束照射于晶片10表面。于晶片10表面绕射的绕射光被受光侧凹面镜31集光后到达摄影装置35的摄影面上，成像出晶片10的像(绕射像)。将以晶片方位角度、照明波长、照明角度(入射角度)、射出角度、绕射次数等的组合决定的绕射光的条件称为“绕射条件”。
摄影装置35将形成在摄影面上的晶片10表面的像予以光电转换生成影像信号，将影像信号经由主控制部50输出至影像处理部40。影像处理部40根据从摄影装置35输入的晶片10的影像信号，生成晶片10的数字影像(以下，为方便起见，将基于绕射光的晶片10的数字影像称为“绕射影像”)。又，影像处理部40在生成晶片10的绕射影像后即通过主控制部50将绕射影像送往检查部42，检查部42比较晶片10的绕射影像数据与预先储存于存储部45的良品晶片的影像数据，检查晶片10表面有无缺陷(异常)。接着，影像处理部40及检查部42的检查结果及此时的晶片10的绕射影像以影像显示装置46输出显示，且储存于存储部45。此外，若与良品晶片比较后的信号强度变化(辉度变化)较预先决定的阙值(容许值)大的话即判定为“异常”、若较阙值小的话即判断为“正常”。
其次，说明以表面检查装置1进行晶片10表面的PER检查的情形。又，重复图案12，如图5所示，是假设为多个线部2A沿其短边方向(X方向)以一定间距P排列的抗蚀图案(线图案)。此外，相邻线部2A彼此之间为空间部2B。并将线部2A的排列方向(X方向)称为“重复图案12重复方向”。
此处，设重复图案12中的线部2A的线宽DA的设计值为间距P的1/2。若重复图案12形成的如设计值时，线部2A的线宽DA与空间部2B的线宽DB会相等，线部2A与空间部2B的体积比约略为1：1。相对于此，当形成重复图案12时的曝光聚焦偏离适当值时，间距P虽不改变，但线部2A的线宽DA会与设计值不同、且与空间部2B的线宽DB亦不同。因此，线部2A与空间部2B的体积比即会自约略1：1偏离。
PER检查，是利用在上述重复图案12的线部2A与空间部2B间的体积比变化来进行重复图案12的异常检查。又，为简化说明，设理想的体积比(设计值)为1：1。体积比的变化是起因于曝光聚焦偏离适当值。此外，亦可将体积比另称为剖面形状的面积比。
PER检查中，如图2所示，照明侧偏光滤光器26及受光侧偏光滤光器32是插入光路上。又，进行PER检查时，载台5使晶片10倾斜成能以受光系30接收来自被照明光照射的晶片10的正反射光的倾斜角度。又，载台5停止于既定旋转位置，如图6所示，将晶片10的重复图案12的重复方向保持成相对在晶片10表面的照明光(直线偏光L)的振动方向倾斜45度。其原因在于，可使重复图案12的检查的光量最高。又，若设定为22.5度或67.5度的话，可提高检查的感度。此外，不限于此等角度，可设定为任意角度方向。
照明侧偏光滤光器26配置在导光光纤24与照明侧凹面镜25之间，且其透射轴(能通过滤光器的偏光电场的振动方向)被设定于既定方位，根据透射轴从来自照明单元21的光中抽出直线偏光。此时，由于导光光纤24的射出部配置在照明侧凹面镜25的焦点位置，因此照明侧凹面镜25使透射过照明侧偏光滤光器26的光成为平行光束，照射于基板的晶片10。如上所述，从导光光纤24射出的光透过照明侧偏光滤光器26及照明侧凹面镜25成为p偏光的直线偏光L(参照图6)，作为照明光照射于晶片10的表面全体。
此时，直线偏光L的进行方向(到达晶片10表面上任意点的直线偏光L的主光线的方向)与光轴略平行，因此直线偏光L于晶片10的各点的入射角度为平行光束而彼此相同。又，由于射入晶片10的直线偏光L为p偏光，因此如图6所示，在重复图案12的重复方向对直线偏光L的入射面(在晶片10表面的直线偏光L的进行方向)设定为45度的角度的场合，在晶片10表面的直线偏光L的振动方向与重复图案12的重复方向所夹角度，亦设定为45度。换言之，直线偏光L是在直线偏光L于晶片10表面的振动方向对重复图案12的重复方向倾斜45度的状态下，以斜向切过重复图案12的方式射入重复图案12。
于晶片10表面反射的正反射光，被受光系30的受光侧凹面镜31集光后到达摄影装置35的摄影面上，在重复图案12反射时，因在重复图案12的构造性复折射使直线偏光L的偏光状态变化。受光侧偏光滤光器32配置在受光侧凹面镜31与摄影装置35之间。受光侧偏光滤光器32的透射轴的方位设定为对上述照明侧偏光滤光器26的透射轴成正交(正交偏光(cross nicol)的状态)。因此，通过受光侧偏光滤光器32，可使来自晶片10(重复图案12)的正反射光中振动方向与直线偏光L成略直角的偏光成分(例如s偏光成分)通过，导向摄影装置35。其结果，于摄影装置35的摄影面形成对来自晶片10的正反射光中振动方向与直线偏光L成略直角的偏光成分形成的晶片10的反射像。又，亦可通过将受光侧偏光滤光器32作成能以光轴为中心旋动，调整成椭圆偏光化的正反射光的短轴方向与受光侧偏光滤光器32的透射轴一致，来提升感度。此场合下调整角度亦为数度，在略正交的范围。
欲以表面检查装置1进行晶片10表面的PER检查时，首先，如图2所示将照明侧偏光滤光器26及受光侧偏光滤光器32插入光路上，使用未图示的搬送装置将晶片10搬送至载台5上。又，已于搬送途中以未图示的对准机构取得形成在晶片10表面的图案的位置信息，因此能将晶片10以既定方向装载于载台5上的既定位置。此时，载台5使晶片10倾斜成来自照明光照射的晶片10的正反射光能以受光系30受光的倾斜角度。又，载台5被支承成于既定旋转位置停止，使在晶片10的重复图案12的重复方向相对在晶片10表面的照明光(直线偏光L)的振动方向斜向45度。
接着，以照明系20将照明光照射于晶片10表面。以此种条件将照明光照射于晶片10表面时，从照明单元21的导光光纤24射出的光透过照明侧偏光滤光器26及照明侧凹面镜25成为p偏光的直线偏光L，作为照明光照射于晶片10的表面全体。于晶片10表面反射的正反射光被受光侧凹面镜31集光后到达摄影装置35的摄影面上，成像出晶片10的像(反射像)。
此时，因在重复图案12的构造性复折射使直线偏光L的偏光状态变化，受光侧偏光滤光器32可使来自晶片10(重复图案12)的正反射光中振动方向与直线偏光L成略直角的偏光成分通过(亦即，抽出直线偏光L的偏光状态的变化)，以导至摄影装置35。其结果，于摄影装置35的摄影面，形成由来自晶片10的正反射光中振动方向与直线偏光L成略直角的偏光成分形成的晶片10的反射像。
此时，摄影装置35将形成在摄影面上的晶片10表面的像(反射像)予以光电转换生成影像信号(数字影像数据)，将该影像信号通过主控制部50输出至影像处理部40。影像处理部40根据从摄影装置35输入的晶片10的影像信号，生成晶片10的数字影像(以下，为方便起见，将基于偏光的晶片10的数字影像称为“偏光影像”)。又，影像处理部40在生成晶片10的偏光影像后即通过主控制部50将偏光影像送至检查部42，检查部42比较晶片10的偏光影像数据与预先储存于存储部45的良品晶片的影像数据，检查晶片10表面有无缺陷(异常)。接着，影像处理部40及检查部42的检查结果及此时的晶片10的偏光影像以影像显示装置46输出显示，且储存于存储部45。此外，由于良品晶片的反射影像的信号强度(辉度值)被认为会显示最高的信号强度(辉度值)，因此，例如，若与良品晶片比较后的信号强度变化(辉度变化)较预先决定的阙值(容许值)大的话即判定为“异常”、若较阙值小的话即判断为“正常”。
又，所谓信号强度，是指绕射效率、强度比、能量比等与以摄影装置35的摄影元件检测的光对应的信号强度。此外，不限于上述绕射检查及PER检查，亦可进行基于来自晶片10表面的正反射光的检查(以下，为方便起见，称“正反射检查”)。进行正反射检查的情形时，影像处理部40生成基于来自晶片10表面的正反射光的数字影像(以下，为方便起见，称“正反射影像”)，根据该正反射影像检查晶片10表面有无缺陷(异常)。
又，检查部42可利用在每一照射使曝光装置101的聚焦偏移量变化的条件进行曝光并显影的晶片的影像，求出曝光装置101的以绕射光形成的聚焦曲线(显示聚焦偏移量与信号强度的关系的曲线)。利用此聚焦曲线，求出在每一照射内的微小区域绕射光的信号强度为极大的聚焦偏移量的话，即能求出以曝光装置101投影曝光的掩膜图案像面的倾斜。又，绕射光的情形时，若将线与空间的占空率(duty ratio)设定为相对线1而空间为10以上的话，信号强度为极大的聚焦偏移量即最佳聚焦。
接着，针对求出以曝光装置101投影曝光的掩膜图案像面倾斜的方法，参照图7所示流程图加以说明。首先，使曝光装置101的聚焦偏移量(已知)变化以作成形成有重复图案的晶片(步骤S101)。此时，如图8所示，于每一曝光照射变化聚焦偏移量，同时将相同聚焦偏移量的照射(图8中的相同编号的照射)设定于晶片上的不同位置并曝光显影。以下，将此种晶片称为条件变更晶片10a。
此处，之所以将相同聚焦偏移量的照射设定于晶片上的不同位置，其目的是为了抵消例如晶片的中央侧与外周侧之间产生的抗蚀条件的差异、及扫描曝光时所谓左右差等的影响。又，晶片上形成的抗蚀膜(光阻)多以旋转涂布方式形成。此情形下，随着抗蚀剂原液因旋转而展开，溶剂成分挥发使粘度上升而有膜渐厚的倾向，在晶片的中央侧与外周侧之间产生抗蚀条件的差异。此外，所谓左右差，是指例如在设扫描方向为X方向的情形时，标线片一边往+X方向移动(晶片往－X方向移动)一边曝光时、与标线片一边往－X方向移动(晶片往+X方向移动)一边曝光时的差。
条件变更晶片10a，例如图8所示，将聚焦偏移量以25nm的刻度分为－175nm～+200nm的16阶段。又，于图8的各照射中，25nm刻度变更的聚焦偏移量的阶段以编号(1～16)加以显示，相同聚焦偏移量且扫描方向为相反方向的情形时，则赋予“′”的记号。例如，如编号12表示的聚焦偏移量的照射，可将以相同聚焦偏移量进行的曝光，设定于标线片移动+X方向/中央侧一照射、标线片移动+X方向/外周侧一照射、标线片移动－X方向/中央侧一照射、以及标线片移动－X方向/外周侧一照射的四个位置。又，亦可例如以编号15表示的聚焦偏移量的照射，将以相同聚焦偏移量进行的曝光，以条件变更晶片10a的中心为对称点，设定于标线片移动+X方向/外周侧两个照射、标线片移动－X方向/外周侧两个照射的四个位置。图8的例中，是以此方式将聚焦偏移量分为16阶段、以各聚焦偏移量四照射的合计64照射，将此等设定于不同位置(分散配置)来制作条件变更晶片10a。
又，亦可制作多片条件变更晶片，以求出聚焦曲线。此场合，各条件变更晶片的每一聚焦偏移量的照射配置，最佳是设定为能抵消聚焦偏移以外的条件造成的影响。
当作成条件变更晶片10a时，即能与绕射检查的情形同样的，将条件变更晶片10a搬送至载台5上(步骤S102)。其次，与绕射检查的情形同样的，以照明系20将照明光照射于条件变更晶片10a表面，由摄影装置35将条件变更晶片10a的绕射像予以光电转换而生成影像信号，并将影像信号输出至影像处理部40(步骤S103)。此时，针对条件变更晶片10a，利用经曝光的掩膜图案的信息或绕射条件搜寻(search)求出绕射条件，以能获得绕射光的方式进行与绕射检查的情形时相同的设定。绕射条件搜寻，是指在正反射以外的角度范围阶段性的变化载台5的倾斜角度并于各倾斜角度取得影像，以求出影像变亮、亦即可得到绕射光的倾斜角度的机能。
其次，影像处理部40根据从摄影装置35输入的条件变更晶片10a的影像信号生成条件变更晶片10a的绕射影像，在聚焦偏移量相同的每一照射以像素单位(各照射的对应部分的像素彼此间)进行信号强度的平均化(步骤S104)。又，针对于绕射检查被判断为缺陷的部分，则从上述平均化的对象排除。接着，影像处理部40，针对以平均化所得(亦即，彼此的聚焦偏移量不同)的所有照射，如图9所示，分别求出在设定于照射内的多个设定区域A(以小的长方形围绕的区域)的信号强度的平均值(以下，为方便起见，称平均辉度)(步骤S105)。通过至此为止的处理，针对在曝光照射内设置的多个设定区域A的毎一个，将聚焦偏移以25nm刻度分为－175nm～+200nm的16阶段时的各个求得平均辉度。
其次，影像处理部40将经平均化的数据通过主控制部50送至检查部42，检查部42，如图10所示，就求出平均辉度的各设定区域A的每一个，求出显示在(聚焦偏移量互异)各照射中同位置的设定区域A的平均辉度、及与此对应的聚焦偏移量的关系的图、亦即求出聚焦曲线(步骤S106)。当求出聚焦曲线时，检查部42即分别求出聚焦曲线的近似曲线(步骤S107)。又，于近似曲线的式中，以使用4次式较佳。又，此处求出的聚焦曲线，适当的称为“基准聚焦曲线”。
其次，检查部42求出在聚焦曲线的近似曲线中平均辉度为极大(亦即，聚焦偏移量在－175nm～+200nm的范围中为最大)的聚焦偏移量(步骤S108)。例如，若是图11(a)所示的聚焦曲线的情形时，平均辉度为极大的聚焦偏移量为2.5nm。又，若是例如图11(b)所示的聚焦曲线的情形时，平均辉度为极大的聚焦偏移量为－14.5nm。此时，就各设定区域A的每一个求出平均辉度为极大的聚焦偏移量(步骤S109)。如此，如图12所示，即能求出在照射内、绕射光的平均辉度为极大的聚焦偏移量分布。
据此，即能根据以此方式求出的在照射内的绕射光的平均辉度为极大的聚焦偏移量分布，即能分别求出以曝光装置101曝光的在狭缝(光)长边方向的聚焦偏移量的倾斜(亦即，像面的倾斜量)、及曝光装置101的标线片载台与晶片载台在扫描方向的聚焦偏移量的倾斜(近似的)。又，即使绕射光的平均辉度为极大的聚焦偏移量不是最佳聚焦，只要使用照射内的近似的图案，聚焦偏移量与绕射光的平均辉度的关系相同，像面的倾斜为各成像点的相对位置关系。因此，藉求取平均辉度的极大值即能求得像面的倾斜。以此方式求得的像面的倾斜，在转换为例如像面弯曲率或最大最小值、对角方向的倾斜等曝光装置101可接受的参数后，从主控制部50经由信号输出部60输出至曝光装置101，反映于以曝光装置101进行的曝光。又，本实施形态中的像面倾斜，是指曝光装置101中的投影透镜形成的投影像的像面倾斜与标线片载台及晶片载台的行走误差造成的对晶片上光阻层的综合性的像面倾斜。如前所述，检查部42亦具有判定机能。
进一步的，检查部42可从检查对象的晶片10的绕射影像，求出以曝光装置101进行曝光时的聚焦状态、具体的而言，可求出对晶片10表面全体的曝光装置101的聚焦的变动状态。此处，针对求出以曝光装置101进行曝光时的聚焦状态的方法的第1实施形态，一边参照图13所示的流程图一边加以说明。
首先，使曝光装置101的聚焦偏移量及剂量(曝光量)变化为矩阵状以作成形成有重复图案的条件变更晶片10b(所谓FEM晶片)(步骤S201)。此时，所形成的重复图案形成与作为检查对象的晶片10的重复图案12相同的图案。亦即，如图4(a)所示，形成具有以一种类或多种类的重复图案构成的第1图案区域A、以及重复图案的构成与此第1图案区域A相异的第2图案区域B而构成的重复图案。条件变更晶片10b的作成，例如，是将对条件变更晶片10b中心的曝光照射以最佳聚焦及最佳剂量进行，于横方向排列的每一曝光照射变化聚焦偏移量、并于纵方向排列的每一曝光照射变化剂量进行曝光、显影。
当在步骤S201作成条件变更晶片10b后，即拍摄以取得条件变更晶片10b的绕射影像(步骤S202)。欲拍摄取得条件变更晶片10b的绕射影像时，与上述的绕射检查的情形同样的，首先，将条件变更晶片10b搬送至载台5上。其次，以照明系20对条件变更晶片10b表面照射照明光，由摄影装置35将条件变更晶片10b的绕射像予以光电转换生成影像信号后，将影像信号输出至影像处理部40。影像处理部40根据从摄影装置35输入的条件变更晶片10b的影像信号，生成条件变更晶片10b的绕射影像。此时，针对晶片的方位角度、照明波长、入射角及出射角等的组合决定的多个条件，亦即针对多个绕射条件，分别拍摄取得条件变更晶片10b的绕射影像。
又，于条件变更晶片10b的重复图案若有底层或下层不均的情形时，使用短波长(例如248nm及313nm等)的照明光的话，可较不易受到底层的影响。此外，为获得s偏光的照明光而将透射轴设定于既定方位的照明侧偏光滤光器26插入光路上，亦可较不易底层的影响。又，为了能仅接收s偏光形成的绕射光而将透射轴设定于既定方位的受光侧偏光滤光器32插入光路上，亦可较不易受底层的影响。
当在步骤S202摄得条件变更晶片10b的绕射影像后，影像处理部40即对以多个绕射条件分别摄得的多个绕射影像，分类成重复图案中捕捉到第1图案区域A的绕射信号者、与捕捉到第2图案区域B的绕射信号者(步骤S203)。由于第1及第2图案区域A，B的位置信息已预先作为设计值而得知，因此通过比较该第1及第2图案区域A，B的位置信息与绕射影像中已得到绕射信号强度的位置信息，即能分类多个绕射影像。此外，将捕捉到第1图案区域A的绕射信号的绕射影像的集合称为第1影像群组GA、将捕捉到第2图案区域B的绕射信号的绕射影像的集合称为第2影像群组GB。
在步骤S203将绕射影像分类成各影像群组后，影像处理部40即在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个就每一绕射影像分别求出各照射的信号强度(步骤S204)。此外，此时是求出在聚焦偏移量及剂量为相同的照射内的信号强度的平均值，将该平均值作为各照射的信号强度。藉此，即能除去像面倾斜的影响。
其次，影像处理部40将各照射的信号强度的平均值通过主控制部50送至检查部42，检查部42是在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个，求出就每一不同剂量、(剂量彼此相同而聚焦偏移量不同)显示各照射的信号强度及与此对应的聚焦偏移量的关系的图表、亦即聚焦曲线(为与测量像面倾斜时求出的基准聚焦曲线区别，以下，适当的称样本聚焦曲线)(步骤S205)。据此，即能就每一不同剂量，在第1及第2影像群组GA，GB的各个求出多个绕射条件的样本聚焦曲线。又，此时，与上述的基准聚焦曲线的情形同样的，分别求出样本聚焦曲线的近似曲线。此外，于近似曲线的式中，使用4次式较佳。
其次，检查部42在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个，从多个样本聚焦曲线中、选择为求出曝光时的聚焦状态所使用的至少2种样本聚焦曲线(步骤S206)。亦即，选择决定第1影像群组GA中例如三种基准样本聚焦曲线、第2影像群组GB中例如三种基准样本聚焦曲线的合计六种基准样本聚焦曲线。选定三种基准样本聚焦曲线时，首先，从多个样本聚焦曲线中抽出对聚焦偏移量变化有感度(聚焦感度高)的样本聚焦曲线。其次，从对聚焦感度高的样本聚焦曲线中抽出对剂量变化的感度较少(剂量感度低)且基底变化的影响少的样本聚焦曲线。接着，从聚焦感度高且剂量感度及基底变化的影响低的样本聚焦曲线中，选定曲线的波峰或波谷位置(聚焦偏移量)互异的至少两种(例如三种)样本聚焦曲线作为基准样本聚焦曲线。
如此，即能求出在第1及第2影像群组GA，GB的各个用于求出曝光时的聚焦状态的三种类的基准样本聚焦曲线。以此方式求出的基准样本聚焦曲线的一例显示于图14。图14中，与三种基准样本聚焦曲线D1～D3一起，分别显示了可得到第1基准样本聚焦曲线D1的绕射影像G1、可得到第2基准样本聚焦曲线D2的绕射影像G2、以及可得到第3基准样本聚焦曲线D3的绕射影像G3。又，图14所示的各绕射影像G1～G3是使绕射条件变化而摄得的条件变更晶片10b的绕射影像。又，亦可图案间距及照明波长等相同而仅变化绕射光的次数来摄得各绕射影像。
当在步骤S206选定基准样本聚焦曲线后，影像处理部40即将与在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个所决定的基准样本聚焦曲线的近似曲线的式相关的数据作为基准数据输出并储存于存储部45(步骤S207)。又，不限于基准样本聚焦曲线的近似曲线的式，影像处理部40亦可将显示从近似曲线的式求出的聚焦偏移量与信号强度的关系的数据图，作为基准数据输出至存储部45加以储存。
又，在曝光装置101为多个的情形时，即便是同种的曝光装置101亦有可能因装置不同而成像特性亦不同，因此，最好针对多个曝光装置的各个及照明条件的各个求出基准数据，将其储存于存储部45。
当在步骤S207将与基准样本聚焦曲线相关的基准数据储存于存储部45后，即拍摄并取得检查对象的晶片10的绕射影像(步骤S208)。此时，针对与可取得在第1影像群组GA所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，分别拍摄并取得晶片10的绕射影像。又，针对与可取得在第2影像群组GB所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，分别拍摄并取得晶片10的绕射影像。例如在第1及第2影像群组GA，GB分别选择三种基准样本聚焦曲线、合计六种基准样本聚焦曲线时，即针对与可取得该六种基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的六种绕射条件，拍摄并取得晶片10的绕射影像。
当在步骤S208摄得检查对象的晶片10的绕射影像后，影像处理部40即依第1及第2影像群组GA，GB的各群组从绕射影像的每一像素的信号强度，判定对应各像素的区域是否为照射内的测量区域，将该当于间隔(street)等的像素从测量对象剔除。接着，影像处理部40就每一个绕射影像求出既定像素数的信号强度的平均值，求出该平均值作为各照射的信号强度(步骤S209)。
其次，影像处理部40将此等信号强度的平均值的信息通过主控制部50送至检查部42。检查部42即依第1及第2影像群组GA，GB的各群组，从检查对象的晶片10的绕射影像求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦的变动状态(以下亦称为聚焦状态)(步骤S210)。此时，利用存储部45中储存的基准数据(亦即，基准样本聚焦曲线的近似曲线的式或数据图)，从晶片10的绕射影像的信号强度，就每既定像素(单个或多个像素单位)求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦偏移量。从第1图案区域A求出图4所示的区域A的测量点的聚焦状态，从第2图案区域B求出图4所示的区域B的测量点的聚焦状态。
求取聚焦偏移量时，于存储部45储存有分别对应三种绕射条件的基准样本聚焦曲线的近似曲线式(或数据图)。因此，可从以相同条件分别摄得的晶片10的绕射影像的信号强度，就每既定像素分别求出聚焦偏移量。又，由于聚焦曲线为曲线，因此会有从一个绕射影像的信号强度算出多个聚焦偏移量的候补的情形(视条件的不同，亦有仅算出一个候补的情形)。相对于此，通过使用曲线的波峰或波谷位置(聚焦偏移量)互异的三种基准样本聚焦曲线D1～D3，如图15所示，算出的聚焦偏移量即决定为一个。例如，求出在各绕射条件下的信号强度与对应此条件的近似曲线的差值平方和为最小的聚焦偏移量。又，亦可就每不同剂量分别准备三种基准样本聚焦曲线D1～D3，采用差值平方和为最小的剂量下的聚焦偏移量。此外，亦可对在曲线的倾斜相对较大(亦即，对聚焦变化的感度相对较高)条件下的信号强度进行加权(提高贡献度)。再者，针对差值平方和的最小值超过既定值的像素，可视为异常值而不采用其结果。
据此，即能算出聚焦偏移量，进而判定测定曝光装置101对晶片10表面的聚焦变动状态。又，图15中，与三种基准样本聚焦曲线D1～D3一起，分别显示了以可得到第1基准样本聚焦曲线D1的绕射条件拍摄的晶片10的绕射影像H1、以可得到第2基准样本聚焦曲线D2的绕射条件拍摄的晶片10的绕射影像H2、以及以可得到第3基准样本聚焦曲线D3的绕射条件拍摄的晶片10的绕射影像H3。
又，在差值平方和为最小的聚焦偏移量的各信号强度(第1信号强度K1、第2信号强度K2及第3信号强度K3)的测定值与基准样本聚焦曲线D1～D3的关系显示于图16。从图16可知，从以摄影装置35检测的重复图案12以第1绕射条件形成的绕射光对应的第1检测信号(第1信号强度K1)与对应此绕射条件的第1基准数据(第1基准样本聚焦曲线D1)的一致度、从重复图案12以第2绕射条件形成的绕射光对应的第2检测信号(第2信号强度K2)与对应此绕射条件的第2基准数据(第2基准样本聚焦曲线D2)的一致度、以及从重复图案12以第3绕射条件形成的绕射光对应的第3检测信号(第3信号强度K3)与对应此绕射条件的第3基准数据(第3基准样本聚焦曲线D3)的一致度皆较高。
当在步骤S210中，针对依第1及第2影像群组GA，GB的各群组求出曝光装置101的聚焦变动状态后，统合此等而求出重复图案12的全测量点的曝光装置101的聚焦变动状态(步骤S211)。此时，由于有时会有在第1图案区域A的聚焦状态与第2图案区域B的聚焦状态之间有聚焦状态的微小增益或偏移量的差的情形，因此此种情形下，亦可调整此等微小的差、例如将图4(b)所示的全测量点的聚焦状态平滑化。
在步骤S211中，针对重复图案12的全测量点(晶片10全面)就每既定像素求得聚焦偏移量后，检查部42即检查求得的聚焦偏移量是否异常(步骤S212)。此时，检查部42，例如所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围内的话即判定为正常，而所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围外的话即判定为异常。
当在步骤S212检查聚焦偏移量有无异常后，影像处理部40即生成将所求出的聚焦偏移量分别转换为在当该像素下的信号强度的晶片10的影像，与聚焦偏移量的检查结果等一起显示于影像显示装置46(步骤S213)。又，使该晶片10的影像及检查结果储存于存储部45。此外，影像显示装置46不限于设于表面检查装置1者，亦可使用设在检查装置外部(例如半导体制造线的管理室等)并连接者。此处，将聚焦偏移量转换为信号强度的晶片10的一影像例显示于图17。图17所示的影像不限于黒白影像，亦可以彩色影像显示。
此外，在步骤S206中，例如在第1及第2影像群组GA，GB中选择合计六种类的基准样本聚焦曲线时，偶而会有第1图案区域A的绕射条件的一个与第2图案区域B的绕射条件的一个偶然一致的情形。此情形下，只要在步骤S208中，于包含该一致的绕射条件的五种类的绕射条件摄得晶片10的绕射影像即可。
如上所述，根据本实施形态的表面检查装置1，是就第1及第2影像群组GA，GB的每一个群组，判定测量区域、测定信号强度，求出曝光装置101的聚焦变动状态。接着，统合就每一个群组求出的曝光装置101的聚焦变动状态，求出在重复图案12的全测量点(晶片10全面)的曝光装置101的聚焦变动状态。藉此，即使是形成于晶片10上的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件的晶片10，亦能根据以用于实际曝光的掩膜图案曝光的晶片10的影像求出曝光时的聚焦状态。因此，如在使用专用的掩膜基板的情形，由于不需要藉该专用掩膜的测量所需要的参数的条件找出作业，因此能以短时间测量曝光时的聚焦状态。又，由于非专用掩膜图案而能使用用于实际元件的图案，再者，曝光装置101的照明条件亦不受限制，因此能以良好精度测量曝光时的聚焦状态。
又，此时，通过使用曲线的波峰或波谷位置(聚焦偏移量)互异(亦即，对聚焦变化的检测信号变化的方式不同)的三种基准数据(基准样本聚焦曲线D1～D3)，如前所述，算出的聚焦偏移量可定为一个。因此，能以更良好精度测量曝光时的聚焦状态。
又，由于是使用对聚焦变化有感度而对剂量(曝光量)变化的感度较低的三种基准数据(基准样本聚焦曲线D1～D3)，对聚焦变化的感度(检测信号的变化)较对剂量变化的感度(检测信号的变化)大。因此，可排除剂量变化造成的影响，以更良好精度测量曝光时的聚焦状态。
其次，针对求出以曝光装置101进行曝光时的聚焦状态的方法的第2实施形态，一边参照图18所示的流程图一边加以说明。此外，第1实施形态中，虽是在第1及第2图案区域A，B分别求出(能求出)聚焦状态的测量所需的多个绕射条件，但若第1及第2图案区域A，B分别单独，则有时无法求出测量所需的多个绕射条件、亦即聚焦感度高、剂量感度低、基底变化的影响小、波峰或波谷位置相异的多个绕射条件。若在第1及第2图案区域A，B的图案密度均为稀疏或以一种类的单纯图案重复而构成的情形等，则会因图案形状而有无法在第1及第2图案区域A，B分别求出聚焦状态的测量所需的多个绕射条件的情形。第2实施形态，则是说明在此情形下求出曝光时的聚焦状态的方法。重复图案的配置构成与在第1实施形态的说明所使用的图4相同，而参照相同的图4。
如图18所示，第2实施形态的步骤S301～步骤S305，是与图13所示上述的第1实施形态的步骤S201～步骤S205相同。亦即，作成条件变更晶片10b(参照图14)(步骤S301)、以各种绕射条件拍摄条件变更晶片10b(步骤S302)。将得到的多个绕射影像，分类成捕捉到第1图案区域A的绕射信号者、与捕捉到第2图案区域B的绕射信号者(步骤S303)。在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个就每一绕射影像测定信号强度、求出照射平均值(步骤S304)，求出样本聚焦曲线(步骤S305)。
其次，检查部42，在第1影像群组GA及第2影像群组GB中，从多个样本聚焦曲线中选择用以求出曝光时的聚焦状态的至少一组(至少从第1影像群组GA选一种、从第2影像群组GB选一种)的基准样本聚焦曲线(步骤S306)。例如，在第1影像群组GA选一种、在第2影像群组GB选两种、合计选定三种类的基准样本聚焦曲线。选定基准样本聚焦曲线时，与上述实施形态同样地，首先，从多个样本聚焦曲线中抽出对聚焦偏移量变化有感度(聚焦感度高)的样本聚焦曲线。其次，从对聚焦感度高的样本聚焦曲线中抽出对剂量变化的感度较少(剂量感度低)且基底变化的影响少的样本聚焦曲线。接着，从聚焦感度高且剂量感度低、基底变化的影响小的样本聚焦曲线中，选定曲线的波峰或波谷位置(聚焦偏移量)互异的样本聚焦曲线作为基准样本聚焦曲线。
当在步骤S306选定基准样本聚焦曲线后，影像处理部40即将与在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个所决定的基准样本聚焦曲线的近似曲线的式相关的数据作为基准数据输出并储存于存储部45(步骤S307)。又，不限于基准样本聚焦曲线的近似曲线的式，影像处理部40亦可将显示从近似曲线的式求出的聚焦偏移量与信号强度的关系的数据图，作为基准数据输出至存储部45加以储存。
又，在曝光装置101为多个的情形时，即便是同种的曝光装置101亦有可能因装置不同而成像特性亦不同，因此，最好针对多个曝光装置的各个及照明条件的各个求出基准数据，将其储存于存储部45。
当在步骤S307将与基准样本聚焦曲线相关的基准数据储存于存储部45后，即拍摄并取得检查对象的晶片10的绕射影像(步骤S308)。此时，针对与可取得在第1影像群组GA所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，分别拍摄并取得晶片10的绕射影像。又，针对与可取得在第2影像群组GB所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，分别拍摄并取得晶片10的绕射影像。例如在第1影像群组GA选一种、在第2影像群组GB选两种的基准样本聚焦曲线、合计选择三种基准样本聚焦曲线时，即针对与可取得该三种基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的三种绕射条件，拍摄并取得晶片10的绕射影像。
当在步骤S308摄得检查对象的晶片10的绕射影像后，影像处理部40即依第1及第2影像群组GA，GB的各群组从绕射影像的每一像素的信号强度，判定对应各像素的区域是否为照射内的测量区域，将该当于间隔(street)等的像素从测量对象剔除。接着，影像处理部40就每一个绕射影像求出在测定点的信号强度的平均值，求出该平均值作为各测定点的信号强度(步骤S309)。
其次，影像处理部40针对求出聚焦偏移的所有绕射条件的各个无法得到信号强度的测量点(以该绕射条件无产生绕射光的图案的位置)，通过内插求出信号强度(步骤S310)。以从第1影像群组GA选择的绕射条件拍摄的绕射影像中，仅图4(a)所示的第1图案区域A成为明亮的影像，包含第2图案区域B的其外的部分则变暗。因此，图4(b)所示的测量点中位于第1图案区域A内者虽能取得信号强度，但位于第2图案区域B内者则无法取得信号强度。因此，针对第2图案区域B内的测量点，是从位于其测量点周边的第1图案区域A内的测量点的信号强度通过内插求出信号强度。此外，内插有一般所知的多个方法，使用任一内插方法均可。例如，最近相邻内插法是最单纯的内插，是供求出有测定值存在的最接近点的值的点的值。线性内插，是通过从周边的多个点通过线性计算计算出所求取的点的值。此线性内插的计算式一例显示于式2。式2，是所求取的点A5周边的存在测定值的四点A1～A4位于长方形四角的位置关系时(参照图19)的计算式一例。除此以外的情形，亦能通过线性计算进行内插。此外，有立方回旋内插等各种方法。又，在进行内插时，能通过考量照射整体的像面倾斜提升内插精度。
[式2]
A 5 = x 2 - x 3 x 2 - x 1 ( y 2 - y 3 y 2 - y 1 a 1 + y 3 - y 1 y 2 - y 1 a 4 ) + x 3 - x 1 x 2 - x 1 ( y 2 - y 3 y 2 - y 1 a 2 + y 3 - y 1 y 2 - y 1 a 3 )
其次，影像处理部40将通过此等信号强度的平均值及内插所求出的信号强度通过主控制部50送至检查部42。检查部42即从检查对象的晶片10的绕射影像(信号强度)及通过内插求出的信号强度求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦的变动状态(以下亦称为聚焦状态)(步骤S311)。此时，利用存储部45中储存的基准数据(亦即，基准样本聚焦曲线的近似曲线的式或数据图)，从通过晶片10的绕射影像的信号强度及通过内插求出的信号强度，就每一个测定点求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦偏移量。此外，在测定点非为多个像素而为一个像素的情形，是就每一个像素求出聚焦偏移。
在步骤S311求取重复图案12的全测量点的聚焦偏移量后，检查部42即检查求得的聚焦偏移量是否异常(步骤S312)。此时，检查部42，例如所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围内的话即判定为正常，而所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围外的话即判定为异常。
当在步骤S312检查聚焦偏移量有无异常后，影像处理部40即生成将就每一个测定点所求出的聚焦偏移量分别转换为在各测定点下的信号强度的晶片10的影像(参照图17)，与聚焦偏移量的检查结果等一起显示于影像显示装置46(步骤S313)。又，使该晶片10的影像及检查结果储存于存储部45。
此外，步骤S310的内插，当求取照射的边界附近的测定点的值时，有不使用超过照射的测定点的值而仅使用照射内的邻近点的数据来内插的方法与使用超过照射的测定点的方法。就欲测量的聚焦状态的问题而言，亦可如下区分使用，亦即照射内变动为主的情形是使用前者，晶片全面的变动为主的情形则使用后者。
如上所述，根据第2实施形态的表面检查装置1，是就第1及第2影像群组GA，GB的每一个群组，判定测量区域、测定信号强度，并通过内插求出用以求出聚焦状态不足的部分的信号强度。接着，从检查对象的晶片10的绕射影像(信号强度)及通过内插求出的信号强度求出在重复图案12的全测量点(晶片10的全面)的曝光装置101的聚焦变动状态。藉此，即使是形成于晶片10上的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件的晶片10，亦能根据以用于实际曝光的掩膜图案曝光的晶片10的影像求出曝光时的聚焦状态。因此，如在使用专用的掩膜(标线片)的情形，由于不需要藉该专用掩膜的测量所需要的参数的条件找出作业、亦即不需要测试曝光、线宽测定之类作业的时间，因此能以短时间测量曝光时的聚焦状态。又，由于非专用掩膜图案而能使用用于实际元件的图案，再者，曝光装置101的照明条件亦不受限制，因此能以良好精度测量曝光时的聚焦状态。
其次，针对求出以曝光装置101进行曝光时的聚焦状态的方法的第3实施形态，一边参照图20及图21一边加以说明。图20显示在晶片10表面的图案的与上述实施形态不同的配置构成的图。第3实施形态中，于晶片10表面并非1晶片/1照射，而是如图20所示，于1照射内排列有小晶片排列配置4×5个(合计20个)的多个晶片区域11′。形成于晶片区域11′的重复图案12′，具有重复图案的构成互异的第3图案区域C、第4图案区域D、以及第5图案区域E。此晶片10亦是形成于表面的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件的晶片。此外，第3～第5图案区域C～E，在分别单独时无法选择聚焦测量所需的多个绕射条件，是若在第3～第5图案区域C～E的各个各选一种、合计三种绕射条件才能进行聚焦测量的图案构成。图20(b)是以箭头显示聚焦的测量点的图。
如图21所示，第3实施形态的步骤S401～步骤S405，是与图13所示上述的第1实施形态的步骤S201～步骤S205相同。亦即，作成条件变更晶片10b(参照图14)(步骤S401)、以各种绕射条件拍摄条件变更晶片10b(步骤S402)。将得到的多个绕射影像，分类成捕捉到第3图案区域C的绕射信号者、捕捉到第4图案区域D的绕射信号者、以及捕捉到第5图案区域E的绕射信号者(步骤S403)。在第3影像群组GC、第4影像群组GD、第5影像群组GE的各个就每一绕射影像测定信号强度、求出照射平均值(步骤S404)，求出样本聚焦曲线(步骤S405)。
其次，检查部42，在第3～第5影像群组GC～GE中，从多个样本聚焦曲线中选择用以求出曝光时的聚焦状态的至少一组(至少从第3影像群组GC选一种、从第4影像群组GD选一种、从第5影像群组GE选一种)的基准样本聚焦曲线(步骤S406)。例如，在第3影像群组GC选一种、在第4影像群组GD选一种、在第5影像群组GE选一种、合计选定三种类的基准样本聚焦曲线。选定基准样本聚焦曲线时，与上述实施形态同样地，首先，从多个样本聚焦曲线中抽出对聚焦偏移量变化有感度(聚焦感度高)的样本聚焦曲线。其次，从对聚焦感度高的样本聚焦曲线中抽出对剂量变化的感度较少(剂量感度低)且基底变化的影响少的样本聚焦曲线。接着，从聚焦感度高且剂量感度低、基底变化的影响小的样本聚焦曲线中，选定曲线的波峰或波谷位置(聚焦偏移量)互异的样本聚焦曲线作为基准样本聚焦曲线。
当在步骤S406选定基准样本聚焦曲线后，影像处理部40即将与在第3～第5影像群组GC～GE的各个所决定的基准样本聚焦曲线的近似曲线的式相关的数据作为基准数据输出并储存于存储部45(步骤S407)。又，不限于基准样本聚焦曲线的近似曲线的式，影像处理部40亦可将显示从近似曲线的式求出的聚焦偏移量与信号强度的关系的数据图，作为基准数据输出至存储部45加以储存。
又，在曝光装置101为多个的情形时，即便是同种的曝光装置101亦有可能因装置不同而成像特性亦不同，因此，最好针对多个曝光装置的各个及照明条件的各个求出基准数据，将其储存于存储部45。
当在步骤S407将与基准样本聚焦曲线相关的基准数据储存于存储部45后，即拍摄并取得检查对象的晶片10的绕射影像(步骤S408)。此时，针对与可取得在第3～第5影像群组GC～GE所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，拍摄并取得晶片10的绕射影像。例如在第3影像群组GC选一种、在第4影像群组GD选一种、在第5影像群组GE选一种的基准样本聚焦曲线、合计选择三种基准样本聚焦曲线时，即针对与可取得该三种基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的三种绕射条件，拍摄并取得晶片10的绕射影像。
当在步骤S408摄得检查对象的晶片10的绕射影像后，影像处理部40即依第3～第5影像群组GC～GE的各群组从绕射影像的每一像素的信号强度，判定对应各像素的区域是否为照射内的测量区域，将该当于间隔(street)等的像素从测量对象剔除。接着，影像处理部40就每一个绕射影像求出在测定点的信号强度的平均值，求出该平均值作为各测定点的信号强度(步骤S409)。
其次，影像处理部40将通过此等信号强度的平均值的信息通过主控制部50送至检查部42。检查部42即将就第3～第5影像群组GC～GE的各群组求出的信号强度视为图20(b)中以○印所示的测量点的信号，并从此等信号强度求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦的变动状态(以下亦称为聚焦状态)(步骤S410)。此时，利用存储部45中储存的基准数据(亦即，基准样本聚焦曲线的近似曲线的式或数据图)，从通过晶片10的绕射影像的信号强度求出的信号强度，就每既定像素(单个或多个像素单位)求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦偏移量。此外，在各晶片虽第3～第5图案区域C～E的位置互异，但由于与求出聚焦状态的测量点的间距相较其位置的差较小，因此能视为求出聚焦状态的测量点的信号。
在步骤S410中针对求出重复图案12的聚焦状态的全测量点(晶片10的全面)求取聚焦偏移量后，检查部42即检查求得的聚焦偏移量是否异常(步骤S411)。此时，检查部42，例如所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围内的话即判定为正常，而所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围外的话即判定为异常。
当在步骤S411检查聚焦偏移量有无异常后，影像处理部40即生成将就每一个像素所求出的聚焦偏移量分别转换为在该像素下的信号强度的晶片10的影像(参照图17)，与聚焦偏移量的检查结果等一起显示于影像显示装置46(步骤S412)。又，使该晶片10的影像及检查结果储存于存储部45。
此外，在步骤S410将各晶片的第3～第5图案区域C～E的信号视为测量点的信号，若换另一种讲法，即指在上述第2实施形态中通过最近相邻内插法求出测量点的信号强度。在第3实施形态亦可非使用最近相邻内插法，而使用线性内插或立方回旋内插等来从第3～第5图案区域C～E求出测量点的信号强度。通过使用精度佳的内插，能进行误差更小的聚焦状态的测量。
如上所述，根据第3实施形态的表面检查装置1，是就第3～第5影像群组GC～GE的每一个群组，判定测量区域、测定信号强度，并将所求出的信号强度视为求出聚焦状态的测量点的信号。接着，从视为测量点的信号的第3～第5影像群组GC～GE的信号强度求出在重复图案12的全测量点(晶片10的全面)的曝光装置101的聚焦变动状态。藉此，即使是形成于晶片10上的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件的晶片10，亦能根据以用于实际曝光的掩膜图案曝光的晶片10的影像求出曝光时的聚焦状态。因此，如在使用专用的掩膜(标线片)的情形，由于不需要藉该专用掩膜的测量所需要的参数的条件找出作业，因此能以短时间测量曝光时的聚焦状态。又，由于非专用掩膜图案而能使用用于实际元件的图案，再者，曝光装置101的照明条件亦不受限制，因此能以良好精度测量曝光时的聚焦状态。
其次，针对求出以曝光装置101进行曝光时的聚焦状态的方法的第4实施形态，一边参照图22～图25一边加以说明。图22显示在晶片10表面的图案的与上述实施形态不同的配置构成的图。第4实施形态中，于晶片10表面排列有多个晶片区域11〞，于该晶片区域11〞中形成有重复图案12〞。重复图案12〞具有重复图案的构成互异的第1图案区域A、第2图案区域B、第3图案区域C、第4图案区域D、第5图案区域E、以及第6图案区域F。此晶片10亦是形成于表面的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件的晶片。
此外，第1及第2图案区域A，B，虽如第1实施形态所示，是能在区域A及B的各个选择聚焦测量所需的多个绕射条件，但第3～第5图案区域C～E，则如第2及第3实施形态所示，是在分别单独时无法选择聚焦测量所需的多个绕射条件的图案构成。第6图案区域F是存储体系的图案构成。
如图23所示，第4实施形态的步骤S501～步骤S505，是与图13所示上述的第1实施形态的步骤S201～步骤S205相同。亦即，作成条件变更晶片10b(参照图14)(步骤S501)、以各种绕射条件拍摄条件变更晶片10b(步骤S502)。将得到的多个绕射影像，分类成捕捉到第1～第6图案区域A～F各区域的绕射信号者(步骤S503)。接着，在第1影像群组GA～第6影像群组GF的各个就每一绕射影像测定信号强度、求出照射平均值(步骤S504)，就各群组求出样本聚焦曲线(步骤S505)。
其次，检查部42根据在步骤S505求出的每一群组的样本聚焦曲线，针对照射内的测量点将照射分割成将能以相同测量方法及绕射条件测量的测量点群组化而成的照射部分区域(步骤S506)。
此分割方法，例如图24所示，设定N个(N为整数)照射内的测量点，赋予1至N号的编号(步骤S601)。就每一测量点探讨并决定测量方法，将目前探讨的编号设为P，P＝1(步骤S602)。接着，针对第P个测量点，抽出于其位置或其近旁存在绕射信号的图案区域(群组)(步骤S603)。依序调查被抽出的图案区域，调查是否存在能从一个图案区域选择出用以测量第P个测量点所需的多个绕射条件的图案区域(步骤S604)。当存在此种图案区域时，则决定第P个测量点的测量方法、亦即以从一个图案区域选择的多个绕射条件进行测量、决定其绕射条件，并视需要定义从近旁的绕射信号内插的计算式(步骤S606)。另一方面，在步骤S604，当不存在能得到用以测量测量点的聚焦状态的多个绕射条件的一个图案区域时，即调查是否存在能从所抽出的多个图案区域选择出测量所需的多个绕射条件的组合(步骤S605)。当存在此种组合时，则决定第P个测量点的测量方法、亦即以从多个图案区域选择的多个绕射条件进行测量、决定其绕射条件，并视需要定义从近旁的绕射信号内插的计算式(步骤S607)。另一方面，在步骤S605，若从多个图案区域亦无法选择测量所需的多个绕射条件时，则该测量点定义为无法测量(步骤S608)。在步骤S606～608后，将探讨测量方法的编号P增加1(步骤S609)，由于若P超过N，即已决定所有测量点的测量方法(亦包含无法测量)(步骤S610)，因此将测量方法及绕射条件相同的测量点群组化(步骤S611)，照射部分区域的分割即结束。
此外，在实际的测量时，由于需以所有测量点的测量所需的全部绕射条件取得影像，因此若此等绕射条件的数目过多则测量时间会增加。因此，必须尽可能减少所有测量点的测量所需的绕射条件数目。是以，例如可如图25所示，在决定一个测量点的测量方法及绕射条件后，即调查是否有能以该相同测量方法及绕射条件测量的其他测量点(步骤S606′，606〞，607′，607〞)等，而由尽可能多的测量点共用一个绕射条件，此方法有效。
在如上述般将照射分割成多个照射部分区域后，条件变更晶片10b中，如图22(b)所示，被分割成具有第1图案区域A及第2图案区域B的第1照射部分区域X、具有第3图案区域C、第4图案区域D及第5图案区域E的第2照射部分区域Y、以及具有第6图案区域F的第3照射部分区域Z。
在步骤S506中，将照射分割成多个照射部分区域后，则将在步骤S505求出的多个样本聚焦曲线分类成分别对应第1～第3照射部分区域X～Z者(步骤S507)。接着，就每一个照射部分区域，选择求出曝光时的聚焦状态时所使用的基准样本聚焦曲线(步骤S508)。选定基准样本聚焦曲线时，与上述实施形态同样地，首先，从多个样本聚焦曲线中抽出对聚焦偏移量变化有感度(聚焦感度高)的样本聚焦曲线。其次，从对聚焦感度高的样本聚焦曲线中抽出对剂量变化的感度较少(剂量感度低)且基底变化的影响少的样本聚焦曲线。接着，从聚焦感度高且剂量感度低、基底变化的影响小的样本聚焦曲线中，选定曲线的波峰或波谷位置(聚焦偏移量)互异的样本聚焦曲线作为基准样本聚焦曲线。
当在步骤S508就照射部分区域的每一个选定基准样本聚焦曲线后，影像处理部40即将与在第1～第3照射部分区域X～Z的各个所决定的基准样本聚焦曲线的近似曲线的式相关的数据作为基准数据输出并储存于存储部45(步骤S509)。又，不限于基准样本聚焦曲线的近似曲线的式，影像处理部40亦可将显示从近似曲线的式求出的聚焦偏移量与信号强度的关系的数据图，作为基准数据输出至存储部45加以储存。
又，在曝光装置101为多个的情形时，即便是同种的曝光装置101亦有可能因装置不同而成像特性亦不同，因此，最好针对多个曝光装置的各个及照明条件的各个求出基准数据，将其储存于存储部45。
当在步骤S509将与基准样本聚焦曲线相关的基准数据储存于存储部45后，即拍摄并取得检查对象的晶片10的绕射影像(步骤S510)。此时，针对与可取得分别在第1～第3照射部分区域X～Z所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，拍摄并取得晶片10的绕射影像。
当在步骤S510摄得检查对象的晶片10的绕射影像后，影像处理部40即依第1～第3照射部分区域X～Z的各区域从绕射影像的每一像素的信号强度，判定对应各像素的区域是否为照射内的测量区域，将该当于间隔(street)等的像素从测量对象剔除。接着，影像处理部40就每一个绕射影像求出在测定点的信号强度的平均值，求出该平均值作为各测定点的信号强度(步骤S511)，并视需要通过内插求出信号强度(步骤S512)。
其次，影像处理部40将通过此等信号强度的平均值的信息通过主控制部50送至检查部42。检查部42即就第1～第3照射部分区域X～Z的各区域，从检查对象的晶片10的绕射影像求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦的变动状态(聚焦状态)(步骤S513)。此时，利用存储部45中储存的基准数据(亦即，基准样本聚焦曲线的近似曲线的式或数据图)，从通过晶片10的绕射影像的信号强度求出的信号强度，就每个测定点求出曝光装置101对晶片10表面的聚焦偏移量。
在步骤S513中就第1～第3照射部分区域X～Z的各区域求取曝光装置101的聚焦变动状态后，即统合此等求出在重复图案12〞的全测量点的曝光装置101的聚焦变动状态(步骤S514)。
在步骤S514中，针对求出重复图案12聚焦状态的全测量点(晶片10全面)求出聚焦偏移量后，检查部42即检查求得的聚焦偏移量是否异常(步骤S515)。此时，检查部42，例如所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围内的话即判定为正常，而所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围外的话即判定为异常。
当在步骤S515检查聚焦偏移量有无异常后，影像处理部40即生成将就每一个像素所求出的聚焦偏移量分别转换为在该像素下的信号强度的晶片10的影像(参照图17)，与聚焦偏移量的检查结果等一起显示于影像显示装置46(步骤S516)。又，使该晶片10的影像及检查结果储存于存储部45。
此外，在步骤S506将照射分割成多个照射部分区域时，若依图案条件而有无法进行聚焦测量的照射部分区域时，先将该部分设为照射测量不能部分区域，在该处则不进行测量。
如上所述，根据第4实施形态的表面检查装置1，是根据就第1～第6影像群组GA～GF的每一个图案区域所求出的样本聚焦曲线，将照射分割成将能以相同测量方法及绕射条件测量的测量点群组化而成的照射部分区域。接着，统合针对各照射部分区域求出的曝光装置101的聚焦变动状态，求出在重复图案12〞的全测量点(晶片10的全面)的曝光装置101的聚焦变动状态。藉此，即使是形成于晶片10上的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件的晶片10，亦能根据以用于实际曝光的掩膜图案曝光的晶片10的影像求出曝光时的聚焦状态。因此，如在使用专用的掩膜(标线片)的情形，由于不需要藉该专用掩膜的测量所需要的参数的条件找出作业，因此能以短时间测量曝光时的聚焦状态。又，由于非专用掩膜图案而能使用用于实际元件的图案，再者，曝光装置101的照明条件亦不受限制，因此能以良好精度测量曝光时的聚焦状态。
其次，针对求出以曝光装置101进行曝光时的聚焦状态的方法的第5实施形态，一边参照图26所示的流程图一边加以说明。第5实施形态中，是说明在第1及第2图案区域A，B的各个无法求出聚焦状态的测量所需的多个绕射条件的情形下求出曝光时的聚焦状态的方法。重复图案的配置构成与在第1实施形态的说明所使用的图4相同，而参照相同的图4。
如图26所示，第5实施形态的步骤S901～步骤S905，是与图13所示上述的第1实施形态的步骤S201～步骤S205相同。亦即，作成条件变更晶片10b(参照图14)(步骤S901)、以各种绕射条件拍摄条件变更晶片10b(步骤S902)。将得到的多个绕射影像，分类成捕捉到第1图案区域A的绕射信号者、与捕捉到第2图案区域B的绕射信号者(步骤S903)。在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个就每一绕射影像测定信号强度、求出照射平均值(步骤S904)，求出样本聚焦曲线(步骤S905)。
其次，检查部42，在第1影像群组GA及第2影像群组GB中，从多个样本聚焦曲线中选择用以求出曝光时的聚焦状态的至少一组(至少从第1影像群组GA选一种、从第2影像群组GB选一种)的基准样本聚焦曲线(步骤S906)。例如，在第1影像群组GA选一种、在第2影像群组GB选两种、合计选定三种类的基准样本聚焦曲线。选定基准样本聚焦曲线时，与上述实施形态同样地，首先，从多个样本聚焦曲线中抽出对聚焦偏移量变化有感度(聚焦感度高)的样本聚焦曲线。其次，从对聚焦感度高的样本聚焦曲线中抽出对剂量变化的感度较少(剂量感度低)且基底变化的影响少的样本聚焦曲线。接着，从聚焦感度高且剂量感度低、基底变化的影响小的样本聚焦曲线中，选定曲线的波峰或波谷位置(聚焦偏移量)互异的样本聚焦曲线作为基准样本聚焦曲线。
当在步骤S906选定基准样本聚焦曲线后，影像处理部40即将与在第1影像群组GA及第2影像群组GB的各个所决定的基准样本聚焦曲线的近似曲线的式相关的数据作为基准数据输出并储存于存储部45(步骤S907)。又，不限于基准样本聚焦曲线的近似曲线的式，影像处理部40亦可将显示从近似曲线的式求出的聚焦偏移量与信号强度的关系的数据图，作为基准数据输出至存储部45加以储存。
又，在曝光装置101为多个的情形时，即便是同种的曝光装置101亦有可能因装置不同而成像特性亦不同，因此，最好针对多个曝光装置的各个及照明条件的各个求出基准数据，将其储存于存储部45。
当在步骤S907将与基准样本聚焦曲线相关的基准数据储存于存储部45后，即拍摄并取得检查对象的晶片10的绕射影像(步骤S908)。此时，针对与可取得在第1影像群组GA所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，分别拍摄并取得晶片10的绕射影像。又，针对与可取得在第2影像群组GB所选择的基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的绕射条件，分别拍摄并取得晶片10的绕射影像。例如在第1影像群组GA选一种、在第2影像群组GB选两种的基准样本聚焦曲线、合计选择三种基准样本聚焦曲线时，即针对与可取得该三种基准样本聚焦曲线的绕射影像相同的三种绕射条件，拍摄并取得晶片10的绕射影像。
当在步骤S908摄得检查对象的晶片10的绕射影像后，影像处理部40即依第1及第2影像群组GA，GB的各群组从绕射影像的每一像素的信号强度，判定对应各像素的区域是否为照射内的测量区域，将该当于间隔(street)等的像素从测量对象剔除。接着，影像处理部40就每一个绕射影像求出在测定点的信号强度的平均值，求出该平均值作为各测定点的信号强度(步骤S909)。
此处，由于在例如第1影像群组GA中仅选择一种基准样本聚焦曲线，因此影像处理部40无法将聚焦偏移量唯一地决定。例如，在图16中，假定某测定点的测定值为K1，而被选择基准样本聚焦曲线D1时，作为聚焦偏移量的候补，可举出有约0.05及约-0.14，如此无法将聚焦偏移唯一地决定。
因此，影像处理部40，不受剂量变动或基底的影响，求出与上述测定点相关高的部分(高相关点)，使用上述测定点与高相关点决定聚焦偏移量(步骤S910)。此处，在扫描曝光的情形，是从狭缝长边方向的照射的1/8、扫描方向的照射的1/16的范围求出高相关点。又，在一次曝光的情形，则X，Y均一起从照射的1/8的范围求出高相关点。作为高相关点求取方法一例，能举出如以下的步骤。于上述测定点的基准样本聚焦曲线(例如两种类)添加在上述范围内的某点的基准样本聚焦曲线(例如一种类)，以准备三种类的基准样本聚焦曲线。接着，与第1实施形态同样地，使用此等三种类的基准样本聚焦曲线求出与信号强度的差分平方和的聚焦偏移量。此处，通过在上述范围内搜寻多个点，来找出上述差分平方和的最小值为最小的点。如上述，通过在上述范围内，搜寻于上述步骤中求出的差分平方和的最小值为最小的点，而能求出高相关点。
以此方式，影像处理部40，不仅测定点的基准样本聚焦曲线，亦利用在与测定点的相关高的高相关点的基准样本聚焦曲线，来就每一个测定点求出相对晶片10表面的曝光装置101的聚焦偏移量(步骤S911)。此外，并不将测定点设为多个像素，而在设为一个像素时是就每个像素求出聚焦偏移。
在步骤S911中，求出重复图案12的全测量点的聚焦偏移量后，检查部42即检查求得的聚焦偏移量是否异常(步骤S912)。此时，检查部42，例如所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围内的话即判定为正常，而所求得的聚焦偏移量在既定阙值范围外的话即判定为异常。
当在步骤S912检查聚焦偏移量有无异常后，影像处理部40即生成将就每一个测定点所求出的聚焦偏移量分别转换为在该测定点下的信号强度的晶片10的影像(参照图17)，与聚焦偏移量的检查结果等一起显示于影像显示装置46(步骤S913)。又，使该晶片10的影像及所求出的聚焦偏移量、检查结果储存于存储部45。
如上所述，根据第5实施形态的表面检查装置1，是就第1及第2影像群组GA，GB的每个群组进行测量区域的判定、测定信号强度。此时，当无法在测定点准备三种类的基准样本聚焦曲线时，通过亦添加在与测定点的相关高的高相关点的基准样本聚焦曲线，来准备三种类的基准样本聚焦曲线。藉此，即使是形成于晶片10上的图案面积小且存在多个图案构成相异的区域的逻辑元件的晶片10，亦能根据以用于实际曝光的掩膜图案曝光的晶片10的影像求出曝光时的聚焦状态。因此，如在使用专用的掩膜(标线片)的情形，由于不需要藉该专用掩膜的测量所需要的参数的条件找出作业、亦即不需要测试曝光、线宽测定之类作业的时间，因此能以短时间测量曝光时的聚焦状态。又，由于非专用掩膜图案而能使用用于实际元件的图案，再者，曝光装置101的照明条件亦不受限制，因此能以良好精度测量曝光时的聚焦状态。
又，上述实施形态中，虽是使用三种基准数据(基准样本聚焦曲线D1～D3)判定对晶片10上重复图案12的曝光时的聚焦状态(加工条件)，但不限于此，亦可以是例如两种基准数据或五种基准数据，只要使用对聚焦变化的检测信号的变化方法不同的至少两种基准数据，测定曝光时的聚焦状态即可。
又，上述实施形态中，虽是进行曝光形成于晶片10上的抗蚀膜的重复图案12的检查，但不限于此，亦可设定为进行蚀刻后的图案检查。据此，不仅仅是曝光时的聚焦状态，亦能检测蚀刻时的不良情形(异常)。
又，上述实施形态中，亦可在条件变更晶片10b的绕射影像外，再利用条件变更晶片10b的偏光影像(PER影像)，以和上述情形相同的方法，就每不同剂量，求出以晶片方位角度、照明波长等决定的偏光所形成的多个样本聚焦曲线，从此等之中选定以偏光形成的多个基准样本聚焦曲线。如此一来，使用以偏光形成的基准样本聚焦曲线(基准数据)从以摄影装置35摄得的偏光影像的信号强度求出对晶片10表面的曝光装置101的聚焦变动状态的话，由于与仅有绕射影像的情形相较增加了检测条件，因此能以更为良好的精度测量曝光时的聚焦状态。此外，由于偏光中，可知于聚焦曲线信号强度为极大的聚焦偏移量为最佳聚焦，因此能容易的得知为最佳聚焦的聚焦偏移量。例如，可以第1检测信号为绕射影像、第2检测信号为偏光影像的方式，将绕射影像与偏光影像加以组合使用。
又，上述实施形态中，虽是使用对聚焦变化有感度而对剂量变化的感度较低的三种基准数据(基准样本聚焦曲线D1～D3)，判定对晶片10上重复图案12的曝光时的聚焦状态，但亦可通过从多个样本聚焦曲线中抽出对剂量变化有感度而对聚焦变化感度较低的多个样本聚焦曲线，并利用将此等样本聚焦曲线的聚焦以剂量置换后以同样方式所得的样本剂量曲线，来判定对晶片10上重复图案12的曝光时的剂量。此外，相对于剂量的变化，绕设或偏光的信号强度虽多为随着剂量的增加而单调减少或单调增加的情形，但在此情形下，使用于测量的样本聚焦曲线亦可非为多种而为一种类。其原因在于，当样本剂量曲线为单调减少或单调增加的情形，于测量时是从信号强度唯一地决定剂量之故。
又，上述实施形态中，亦可将以检查部42求出的对晶片10表面的曝光装置101的聚焦变动状态(聚焦偏移量)，从主控制部50通过信号输出部60输出至曝光装置101，以反馈于曝光装置101的设定。因此，针对具备前述表面检查装置1的曝光系统，参照图27加以说明。此曝光系统100，具备在涂布有抗蚀剂的晶片10表面投影曝光出既定掩膜图案(重复图案)的曝光装置101、以及经由曝光装置101进行的曝光工艺及显影装置(未图示)进行的显影工艺等后对表面形成了重复图案12的晶片10进行检查的表面检查装置1。
曝光装置101，如图27所示，具备照明系110、标线片载台120、投影单元130、局部液浸装置140、载台装置150以及主控制装置(未图示)。又，以下的说明中，将图27中所示的箭头X、Y、Z的方向分别设为X轴方向、Y轴方向、Z轴方向。
照明系110，虽省略详细图示，但具有光源、具备光学积分器等的照度均一化光学系、以及具备标线片遮帘等的照明光学系，通过照明光(曝光用光)以略均一的照度照明以标线片遮帘规定的标线片R上的狭缝状照明区域。照明光是使用例如ArF准分子雷射光(波长193nm)。
于标线片载台120上，例如以真空吸附方式固定保持有既定图案(例如线图案)形成在其图案面(图27中的下面)的标线片(掩膜)R。标线片载台120可通过例如具备线性电机等的标线片载台驱动装置在XY平面内移动，并以既定扫描速度移动于扫描方向(此处为Y轴方向)。
标线片载台120的XY平面内的位置信息(包含绕Z轴旋转方向的旋转信息)是通过设在标线片载台120的具有与Y轴正交的反射面的第1反射镜123及具有与X轴正交的反射面的第2反射镜(未图示)，以标线片干涉仪125加以检测。以标线片干涉仪125检测的该位置信息被送至主控制装置，主控制装置根据该位置信息通过标线片载台驱动装置控制标线片载台120的位置(及移动速度)。
投影单元130配置在标线片载台120下方，具有镜筒131与被保持在镜筒131内的投影光学系135。投影光学系135具有沿照明光的光轴AX排列的多个光学元件(透镜要件)，为两侧远心且具有既定投影倍率(例如1/4倍、1/5倍或1/8倍等)。因此，当以从照明系110射出的照明光照明标线片R上的照明区域时，通过透射过图案面与投影光学系135的物体面略一致配置的标线片R的照明光，通过投影光学系135将该照明区域内的标线片R的图案的缩小像，形成于配置在投影光学系135像面侧的晶片10上的曝光区域(与标线片R上的照明区域共轭的区域)。接着，通过标线片载台120与保持晶片10的载台装置150的同步驱动，相对照明区域使标线片R移动于扫描方向(Y轴方向)并相对曝光区域使晶片10移动于扫描方向(Y轴方向)，据以进行晶片10上的一个照射区域的扫描曝光，将标线片R的图案(掩膜图案)转印至该照射区域。
载台装置150，具有配置在投影单元130下方的晶片载台151与驱动晶片载台151的载台驱动装置155(未图示)。晶片载台151是在晶片载台151上面以真空吸附方式保持晶片10。晶片载台151可通过构成载台驱动装置的电机，沿基座构件105上面在XY平面内移动。
晶片载台151的XY平面内的位置信息是以编码器装置(未图示)加以检测。以此编码器装置检测出的该位置信息被送至主控制装置，主控制装置根据该位置信息通过载台驱动装置控制晶片载台151的位置(及移动速度)。
在以上述方构成的曝光装置101，当以从照明系110射出的照明光照明标线片R上的照明区域时，通过透射过其图案面与投影光学系135的物体面略一致配置的标线片R的照明光，通过投影光学系135将该照明区域内的标线片R的图案的缩小像，形成在支承于晶片载台151上、被配置在投影光学系135像面侧的晶片10上的曝光区域(与标线片R上的照明区域共轭的区域)。接着，通过标线片载台120与支承晶片10的晶片载台151的同步驱动，相对照明区域使标线片R移动于扫描方向(Y轴方向)并相对曝光区域使晶片10移动于扫描方向(Y轴方向)，据以进行晶片10上的一个照射区域的扫描曝光，将标线片R的图案转印至该照射区域。
以此方实施曝光装置101的曝光工艺，经由使用显影装置(未图示)的显影工艺等后，以上述实施形态的表面检查装置1进行表面形成了重复图案12的晶片10的表面检查。又，此时，表面检查装置1的检查部42，以上述方式，求出对晶片10表面的曝光装置101的聚焦的变动状态，从主控制部50通过信号输出部60及连接缆线(未图示)等将求出的关于聚焦的变动状态(聚焦偏移量)的信息输出至曝光装置101。之后，设于曝光装置101的主控制装置200的修正处理部210即根据从表面检查装置1输入的曝光装置101的聚焦的变动状态，修正与曝光装置101的聚焦相关的各种设定参数及光学元件的配置状态，以使对晶片10表面的曝光装置101的聚焦状态维持一定(通过曝光装置曝光的图案的像面与抗蚀剂面一致，成为预先决定的能量的剂量)。
如此，根据本实施形态的曝光系统100，由于是视从上述实施形态的表面检查装置1输入的曝光时的聚焦状态，修正曝光装置101的聚焦设定，而能在短时间内以良好精度测量曝光时的聚焦状态，因此可进行根据更高精度聚焦状态的修正，更为适当的进行曝光装置101的聚焦设定。
接着，参照图28说明使用此种曝光系统100的半导体元件制造方法。半导体元件(未图示)是经由设计元件的功能性能的设计步骤(步骤S701)、制作根据此设计步骤的标线片的标线片制作步骤(步骤S702)、从硅材料制作晶片的晶片制作步骤(步骤S703)、通过曝光等将标线片图案转印(含曝光步骤、显影步骤等)至晶片的微影步骤(步骤S704)、进行元件组装(含切割步骤、结合步骤、封装步骤等)的组装步骤(步骤S705)、以及进行元件的检查的检查步骤(步骤S706)等加以制造。
此处，参照图29详细说明微影步骤。首先，准备晶片(步骤S801)，使用未图示的旋转涂布机等涂布装置于晶片表面涂布既定厚度的抗蚀剂(步骤S802)。此时，对结束涂布的晶片以涂布装置内的干燥装置使抗蚀剂的溶剂成分蒸发、凝固。将涂布、凝固有抗蚀剂的晶片以未图示的搬送装置搬送至曝光装置101(步骤S803)。被搬入曝光装置101的晶片，以曝光装置101具备的对准装置进行对准(步骤S804)。于对准结束后的晶片，缩小曝光标线片的图案(步骤S805)。将曝光结束的晶片从曝光装置101移送至未图示的显影装置，进行显影(步骤S806)。将结束显影的晶片以表面检查装置1加以设置，如前所述的求出曝光装置101的聚焦状态并进行绕射检查、偏光检查后，进行制作在晶片上的图案的检查(步骤S807)。于检查中发现产生了预先决定的基准以上的不良(异常)的晶片被送至再生处理(rework)，不良(异常)未达基准的晶片则进行蚀刻处理等之后处理。又，以步骤S807求出的曝光装置101的聚焦状态，被反馈至曝光装置101用以修正聚焦的设定(步骤S808)。通过被反馈的聚焦状态为一定的曝光装置对次一基板进行曝光。
本实施形态的半导体元件制造方法，于微影步骤中，使用上述实施形态的曝光系统100进行图案的曝光。亦即，如前所述，当实施以曝光装置101进行的曝光步骤时，经使用显影装置(未图示)的显影步骤等后，以表面检查装置1进行表面形成了重复图案12的晶片10的表面检查。此时，以表面检查装置1测定曝光时的聚焦状态，曝光装置101根据从表面检查装置1输入的曝光时的聚焦状态，修正曝光装置101的聚焦设定。如此，根据本实施形态的半导体元件制造方法，能在短时间内以良好精度测量曝光时的聚焦状态，因此能更为适当的进行曝光装置101的聚焦设定，以良好生产性制造高积体度的半导体元件。
至此为止，虽是针对使用一次拍摄晶片10全面的影像的光学系测量在晶片10全面的聚焦状态的构成进行了说明，但不限于此，亦能测量更详细的每个区域的聚焦状态。例如，只要为提升摄影倍率、将一照射撷取为一张影像的构成，则能以照射单位测量更细的每个区域的聚焦状态的变化。此种情形的装置构成，虽基本上与上述实施形态(表面检查装置1)为相同构成，但只要追加用以改变光学系的相对位置的XY载台等机构以提升光学系的摄影倍率并使之能拍摄晶片面内的各照射即可。
此种装置中，在以照射单位测量更细的每个区域的聚焦状态的变化时，由于需有测量对象的照射数分来拍摄重复影像，而虽会花费测量时间，但如此能进行更详细的测量。例如，在一次拍摄晶片全面的影像的情形，若使晶片上的像素尺寸为300μm程度，则为照射单位时，能使像素尺寸为30μm程度。因此，能测量更小的每个区域的聚焦状态，相对地重复图案的区域较小的图案亦能测量。当然，当如逻辑晶片般有各种图案散在的晶片，则需如上述般同样地进行信号的内插等。
亦能使用显微镜装置进行此种每一个详细区域的聚焦状态的测量。图30是于具有半反射镜201、第1物镜202、第2物镜203及影像感测器204的显微镜装置添加偏光件205及检光件206而构成、具有以直线偏光的照明光照射晶片10上的图案且检测在图案的构造性复折射形成的偏光状态的变化的光学系的显微镜装置200的概略构成图。此显微镜装置200，能二维地检测在显微镜视野内的图案的偏光状态的变化，且改变光学系与晶片10的相对位置关系来重复摄影，藉此能在晶片10全面紧密地或稀疏地检测在图案的偏光状态的变化。显微镜装置200，与上述实施形态同样地以改变晶片方位角度、照明波长、偏光件角度、检光件角度等光学条件后的多个光学条件取得影像，并取得多个聚焦曲线，藉此能进行聚焦状态的测量。又，通过进行与上述实施形态相同的信号的内插等，而能进行逻辑晶片上的图案的聚焦状态的测量。
图31是于显微镜装置200中从光路拔除偏光件205及检光件206并添加能使晶片10表面相对照明光的光轴倾斜(倾动)的晶片倾斜机构而构成、能检测来自晶片10上的图案的绕射光的显微镜装置200′的概略构成图。显微镜装置200′，通过与上述实施形态同样地以晶片倾斜机构使晶片10倾斜，以改变晶片方位角度、照明波长、照明角度(入射角度)、射出角度、绕射次数等绕射条件后的多个绕射条件取得影像，并取得多个聚焦曲线，藉此能进行聚焦状态的测量。又，通过进行与上述实施形态相同的信号的内插等，而能进行逻辑晶片上的图案的聚焦状态的测量。再者，虽未图示，但亦可组合图30所示的检测偏光状态的变化的光学系与图31所示的检测绕射光的绕射光学系，并使用两光学条件来进行聚焦状态的测量。
又，使用图32说明晶片的倾斜角度与绕射光的关系。晶片10的倾斜角θ与产生绕射光的图案间距P具有P(sinθ-sin(-θ))＝mλ的关系，此式为2Psinθ＝mλ。此处，m为绕射次数，λ为照明光的波长，倾斜角θ以右旋转为正方向。从此式能检测出对应倾斜角与图案间距的绕射光。因此，显微镜装置200′，能通过使晶片10倾斜而以多个绕射条件取得影像。此外，显微镜装置200′中，最好是在晶片上的各点照明光的入射角度均相同、且从晶片上的各点有相同出射角度的绕射光被影像感测器接收的倾斜光学系。
此外，上述各实施形态的要件能适当组合。又，亦有不使用一部分构成要素的情形。在法令所容许的范围内，沿用与在上述各实施形态及变形例引用的检查装置等相关的所有公开公报及美国专利的揭示作为本文记载的一部分。
附图标记
1          表面检查装置
10         晶片(10a、10b条件变更晶片)
20         照明系(照明部)
30         受光系(检测部)
35         摄影装置(检测部)
40         影像处理部
42         检查部(测定部)
45         存储部
50         主控制部
100        曝光系统
101        曝光装置
200、200′ 显微镜装置

Claims (21)

1.一种测定装置，具备：
照明部，是以照明光照明于表面具有因曝光而形成的图案的基板；
检测部，检测因所述图案而被调变的照明光并输出检测信号；以及
测定部，使用在所述图案的多个部分检测出的检测信号测定所欲部分的所述图案的曝光条件。
2.根据权利要求1所述的测定装置，其中，所述测定部使用在包含所述所欲部分的多个部分检测出的检测信号，测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
3.根据权利要求1或2所述的测定装置，其中，所述测定部从在所述所欲部分的周围部分检测出的检测信号，测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的测定装置，其中，所述测定部从在所述所欲部分检测出的检测信号与从在所述所欲部分以外的部分检测出的检测信号求出的与所述所欲部分对应的信号，测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
5.根据权利要求3或4所述的测定装置，其中，所述测定部从在所述所欲部分的周围部分检测出的信号，通过内插求出与所述所欲部分对应的检测信号。
6.根据权利要求4所述的测定装置，其中，所述测定部使用在所述所欲部分、所述所欲部分的周围部分且为与所述所欲部分有相关的部分检测出的检测信号，测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的测定装置，其中，检测出所述被调变的照明光的检测条件是就每一所述部分来设定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的测定装置，其中，所述检测部检测出基于因所述图案产生的绕射或偏光的调变。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的测定装置，其进一步具有预先储存有在以多个曝光条件形成的图案检测出的检测信号的储存部；
所述测定部比较储存于所述储存部的检测信号与以所述检测部检测出的检测信号以测定所述表面上的所欲部分的图案的曝光条件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的测定装置，其中，以所述测定部测定的所述曝光条件是所述曝光的聚焦状态与曝光量中的至少一方。
11.一种测定方法，以照明光照明于表面具有因曝光而形成的图案的基板；
检测因所述图案而被调变的照明光并输出检测信号；
使用在所述图案的多个部分检测出的检测信号测定所欲部分的所述图案的曝光条件。
12.根据权利要求11所述的测定方法，使用在包含所述所欲部分的多个部分检测出的检测信号，测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
13.根据权利要求11或12所述的测定方法，从在所述所欲部分检测出的检测信号与从在所述所欲部分以外的部分检测出的检测信号求出的与所述所欲部分对应的信号，测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的测定方法，从在所述所欲部分的周围部分检测出的检测信号求出与所述所欲部分对应的信号，以测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
15.根据权利要求13或14所述的测定方法，从在所述所欲部分的周围部分检测出的信号，通过内插求出与所述所欲部分对应的检测信号。
16.根据权利要求13所述的测定方法，从在所述所欲部分检测出的检测信号、及从所述所欲部分以外的部分且为与所述所欲部分有相关的部分检测出的检测信号求出的与所述所欲部分对应的信号，测定所述所欲部分的图案的曝光条件。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的测定方法，其中，检测出所述被调变的照明光的检测条件是就每一所述部分来设定。
18.根据权利要求11至17中任一项所述的测定方法，其中，所述检测是检测出基于因所述图案产生的绕射或偏光的调变。
19.根据权利要求11至18中任一项所述的测定方法，其中，预先储存有在以多个曝光条件形成的图案检测出的检测信号；
比较所述储存的检测信号与所述检测出的检测信号以测定所述表面上的所欲部分的图案的曝光条件。
20.根据权利要求11至19中任一项所述的测定方法，其中，所述测定的所述曝光条件是所述曝光的聚焦状态与曝光量中的至少一方。
21.一种半导体元件制造方法，具有于基板表面曝光出图案的微影工艺：
于前述曝光后，使用如权利要求11至20中任一项所述的测定方法，测定对设有所述图案的基板的所述曝光时的曝光条件；
根据所述测定的曝光条件修正曝光条件；
以修正后的曝光条件于基板表面曝光出图案。
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