JP2013205367A - 検査装置、検査方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】実際のデバイスパターンを用いてフォーカスの状態およびドーズの状態を計測することができる装置を提供する。
【解決手段】表面検査装置１が、既知のフォーカス条件及び既知の露光量条件で形成された基準パターンを有するウェハの表面を照明する照明系２１と、照明系２１の照明により、基準パターンを有するウェハの表面からの回折光に応じた基準信号を検出する検出部３０と、検査パターンが形成されたウェハ１０の表面が照明系２１により照明され、該検査パターンが形成されたウェハ１０の表面からの回折光に応じて検出部３０で検出される検査信号と、既知のフォーカス条件及び既知の露光量条件と基準信号の関係を示す特性とに基づいて、該検査パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定する検査判定部４３とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板に対して行われた加工の条件を判定可能な検査装置および検査方法に関する。また、このような検査装置および検査方法を用いたデバイス製造方法に関する。

露光装置は、所定のパターンが形成されたマスクを照明し、マスクのパターンの像を、投影レンズを介してウェハに投影することで、ウェハを露光する。このときウェハには、マスクのパターンを単位とする露光領域が所定の間隔で形成される（以下、この露光領域をショットと称する）。ショットには、マスクのパターンが１つだけ露光されたものがある一方、マスクのパターンが複数、繋ぎ合わされて露光されたものもある。また、ショットの内（すなわち、露光領域の内）で、露光工程を経て最終的に単独のデバイスとなる領域を以下、チップと称する。チップは、ショットの内に複数存在することもあれば、１つのショットが１つのチップとなる場合もある。

このような露光装置においては、フォーカス（投影レンズを介してウェハ面上に投影されたマスクパターンの像の合焦状態）の管理および露光量（光の照射によりマスク及び投影光学系を介してウェハに与えられる単位面積当たりのエネルギー量）の管理が非常に重要である。そこで、露光装置のウェハ面上でのフォーカスの状態および露光量の状態を監視している。ここでフォーカスの管理とは、デフォーカス（非合焦）による不具合に限らず、ショット内若しくはウェハ全面においてフォーカスの状態の変動を管理することをいう。一方、露光量の管理とは、ショット内若しくはウェハ全面において露光量の状態の変動を管理することをいう。また、便宜上、以下では露光量をドーズ量と称する。例えば、露光装置のフォーカスの状態を監視するにあたり、フォーカスの状態を計測するには、専用のマスク基板を用いてテストパターンを露光・現像し、得られたテストパターンの位置ずれからフォーカスオフセット量を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

米国特許第６７０１５１２号

しかしながら、このような方法で露光装置のフォーカスの状態を計測する場合、マスクパターンの種類や露光装置の照明条件に制約があり、実際のデバイスとは異なるパターンでフォーカスの状態を計測することしかできない。また、露光装置のドーズの状態を計測する場合についても、実際のデバイスとは異なるパターンでドーズの状態を計測することしかできない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、実際のデバイスパターンを用いてフォーカスの状態およびドーズの状態を計測することができる検査装置および検査方法を提供することを目的とする。また、このような検査装置および検査方法を用いたデバイス製造方法を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、第１の態様によれば、既知のフォーカス条件及び既知の露光量条件で形成された基準パターンを有する基板の表面を照明する照明部と、前記照明部
の照明により、前記基準パターンを有する基板の表面からの回折光に応じた基準信号を検出する検出部と、検査パターンが形成された基板の表面が前記照明部により照明され、該検査パターンが形成された基板の表面からの回折光に応じて前記検出部で検出される検査信号と、前記既知のフォーカス条件及び前記既知の露光量条件と前記基準信号の関係を示す特性とに基づいて、該検査パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定する演算部とを備える検査装置が提供される。

また、第２の態様によれば、既知のフォーカス条件及び既知の露光量条件で形成された基準パターンを有する基板の表面を照明し、照明により、前記基準パターンを有する基板の表面からの回折光に応じた基準信号を検出し、検査パターンが形成された基板の表面を照明し、照明により、前記検査パターンが形成された基板の表面からの回折光に応じた検査信号を検出し、前記既知のフォーカス条件及び前記既知の露光量条件と前記基準信号との関係を示す特性と、前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定する検査方法が提供される。

また、第３の態様によれば、基板の表面にパターンを形成することと、第１の態様の検査装置または第２の態様の検査方法で前記パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明によれば、実際のデバイスパターンを用いてフォーカスの状態およびドーズの状態を計測することができる。

第１〜第３実施形態に係る表面検査装置の概要構成図である。 ウェハの回転角度を示す説明図である。 入射角および射出角を示す説明図である。 受光角を示す説明図である。 ウェハの表面の外観図である。 ウェハの表面に形成されたパターンの構造を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態におけるウェハ上のパターンの加工条件を判定する方法を示すフローチャートである。 第１実施形態における条件出しを行うステップの詳細を示すフローチャートである。 第１実施形態における加工条件の判定を行うステップの詳細を示すフローチャートである。 ショット内有効エリアの一例を示す模式図である。 良品ウェハの一例を示す図である。 ＦＥＭウェハの一例を示す図である。 第２実施形態におけるウェハ上のパターンの加工条件を判定する方法を示すフローチャートである。 第２実施形態における条件出しを行うステップの詳細を示すフローチャートである。 第２実施形態における加工条件の判定を行うステップの詳細を示すフローチャートである。 第３実施形態におけるウェハ上のパターンの加工条件を判定する方法を示すフローチャートである。 第３実施形態における条件出しを行うステップの詳細を示すフローチャートである。 第３実施形態における加工条件の判定を行うステップの詳細を示すフローチャートである。 フォーカスカーブの一例を示す図である。 フォーカスカーブの一例を示す図である。 表面検査装置の変形例を示す概要構成図である。 第４実施形態に係る顕微鏡装置の概要構成図である。 顕微鏡装置の変形例を示す図である。 露光システムの概要構成図である。 露光システムにおけるデータのフィードバックを示すフローチャートである。 デバイス製造方法を示すフローチャートである。 リソグラフィー工程を示すフローチャートである。

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。本願に係る検査装置の第１実施形態として表面検査装置を図１に示す。第１実施形態の表面検査装置１は、表面にパターンが形成されたウェハ１０を支持することが可能なステージ１５と、照明系２１と、検出部３０と、画像処理部４１と、記憶部４２と、検査判定部４３と、ハードウェア制御部４４および主制御部４５とを備えている。また、図１で示した一点鎖線は、表面検査装置１の光軸Ａｘを模式的に表すものである。ここで、光軸Ａｘは、表面検査装置１に備えられた各光学素子（照明系２１と検出部３０に備えられた各光学素子）の回転対称軸と一致する軸であり、かつ、照明側凹面鏡２１の有効反射面の中心とステージ１５の保持面１５ａの中心と受光側凹面鏡３２の有効反射面の中心と撮像装置３６の撮像面の中心とを結ぶ軸である（照明側凹面鏡２１、ステージ１５、受光側凹面鏡３２、および撮像装置３６の詳細については後述する）。なお、第１実施形態においては、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、図２に示すように、ウェハ１０上で規定された所定の径方向の軸Ｌ（ウェハ１０の中心とウェハ１０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。

ステージ１５は、不図示の搬送装置により外部から搬送されてきたウェハを真空吸着により保持面１５ａで保持可能となっている。また、回転機構部１７は、ウェハ１０の回転対称軸（ステージ１５の中心軸）を中心に、保持面１５ａを回転させる。したがって、ステージ１０（保持面１５ａ）でウェハ１０を保持しながら、ウェハ方位角度を調整することができる。

照明系２１は、照明光を射出する照明ユニット２２と、照明ユニット２２から射出された照明光をウェハ１０の表面に向けて反射させる照明側凹面鏡２６とを備えており、ステージ１５に保持されたウェハ１０の表面全面に照明光として平行光を照射する。照明ユニット２２は、光源部２３と、調光部２４と、導光ファイバ２５とを備えている。光源部２３には、メタルハライドランプや水銀ランプ等が用いられる。調光部２４は、光源部２３からの光のうち所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する。導光ファイバ２５は、調光部２４からの光を照明光として照明側凹面鏡２６へ導く。また、導光ファイバ２５から光が射出する射出端は照明側凹面鏡２６の焦点面に配置されており、導光ファイバ２５から照明側凹面鏡２６へ射出された照明光は、照明側凹面鏡２６により平行光束となってステージ１５に保持されたウェハ１０の表面に照射される。

検出部３０は、受光側凹面鏡３２と、撮像装置３６とを備えている。受光側凹面鏡３２は、ウェハ１０の像を撮像装置３６の撮像面上に結像するようにステージ１５に対向して配置されており、ウェハ１０の表面で反射した光（回折光を含む反射光等）を集光して撮像装置３６へ導く。

撮像装置３６は、撮像面上に形成されたウェハ１０の像を光電変換して画像信号を生成する。主制御部４５により、撮像装置３６で生成されたウェハ１０の画像信号は、画像処理部４１に送られる。画像処理部４１は、撮像装置３６から送られた画像信号に基づいてウェハ１０の画像を生成する。また、画像処理部４１は、ウェハ１０の画像に対して、適宜、ディストーション補正（画像の歪みの補正）やシェーディング補正（照明系２１や受光側凹面鏡３２などの光学特性や撮像装置３６の撮像特性に起因する画像の明るさムラの補正）等の画像補正を行う。画像処理部４１で処理された画像データ（すなわち、撮像装置３６で受光したウェハ１０からの光に基づく信号強度）は、主制御部４５により検査判定部４３に送られる。記憶部４２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良品のウェハの画像データ（すなわち、撮像装置３６で受光した良品ウェハからの光に基づく信号強度）が予め記憶されており、検査判定部４３は、主制御部４５からウェハ１０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１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。検査判定部４３による検査結果は、主制御部４５により不図示の表示装置で出力表示される。また、検査判定部４３は、ウェハ１０の画像データを利用して、ウェハ１０の表面に形成されたパターンの加工条件（具体的には、露光時のフォーカス条件およびドーズ条件）を判定することができる（詳細は後述する）。

なお、検査判定部４３によるウェハ１０の検査結果および画像データは、主制御部４５により記憶部４２に送られて記憶される。また、検査判定部４３によるウェハ１０の検査結果および画像データは、主制御部４５により出力部４６から外部（例えば、半導体製造ラインの管理システムや露光装置等）へ出力することも可能である。なお、画像処理部４１で処理されたウェハ１０の画像データに基づくウェハ１０の表面の画像を主制御部４５により不図示の表示装置に表示させてもよい。

本実施形態においてステージ１５は、チルト機構１６により、ステージ１５の保持面１５ａと略平行で、当該保持面１５ａと照明系２１の光軸Ａｘとの交点を通る軸（以下、チルト軸Ｔｃと称する、図１を参照）を中心に、ウェハ１０とともに傾動可能に構成されており、水平軸（図１におけるＸ軸と平行な軸）に対するウェハ１０の角度を調整することが可能となっている。したがって、ウェハ１０の表面を照明する照明光の入射角及びウェハ１０の表面から射出した光の射出角を調整できる。なお、本実施形態におけるチルト軸Ｔｃは、図１におけるＹ軸と平行であるものとする。また、図３に示すように、本実施形態における照明光の入射角とは、ステージ１５の保持面１５ａの法線Ｎ１（図３ではＺ軸と平行な直線）とウェハ１０の表面へ入射する照明光との成す角θ１であり、射出角とは、保持面１５ａの法線Ｎ１とウェハ１０の表面から射出した光との成す角θ２である。

また、受光系駆動部３８によって、前述のチルト軸Ｔｃを中心に、受光側凹面鏡３２および撮像装置３６が一体的に傾動可能に構成されている。なお、図１で示した二点鎖線は、受光系駆動部３８によって受光側凹面鏡３２および撮像装置３６が一体的に傾動可能であることを模式的に表すものである。この構成により、ウェハ１０からの射出光に対する受光角が調整可能となる。ここで、図４に示すように、受光角とは、ステージ１５の保持面１５ａの法線Ｎ１（図４ではＺ軸と平行な直線）と、当該保持面１５ａの中心と受光側凹面鏡３２の有効反射面の中心とを結ぶ光軸Ａｘとの成す角θｔである。

以上の構成により、ステージ１５の保持面１５ａの法線Ｎ１（図１におけるＺ軸の受光側凹面鏡３２の光軸に沿った線）を基準とする照明光の入射角（射出光の射出角）と、射出光に対する受光角とをそれぞれ独立して調整することができる。そのため、後述の（１）式に基づいてウェハ１０に入射させる光の波長、ウェハ１０に形成された繰り返しパターンのピッチ、及び撮像装置３６で受光する光の回折次数を同一にしたとき、チルト機構１６によりステージ１５を傾動させるとともに、受光系駆動部３８により受光側凹面鏡３
２および撮像装置３６を一体的に傾動させて、照明光の入射角（射出光の射出角）および射出光に対する受光角を変化させることにより、任意の入射角（異なる複数の入射角）でウェハ１０の表面へ光を入射させた場合、撮像装置３６で受光する光（正反射光も含む）の回折次数を選択することができるようになる。つまり、第１の入射角でウェハ１０の表面に入射し、射出して撮像装置３６で受光される光の回折次数と、第１の入射角とは異なる第２の入射角でウェハ１０の表面に入射し、射出して撮像装置３６で受光される光の回折次数を合わせつつ、回折次数を選択することができる。

主制御部４５は、ハードウェア制御部４４を介して、照明ユニット２２や、ステージ１５、受光系駆動部３８の作動を制御する。ハードウェア制御部４４は、照明ユニット２２の光源部２３と調光部２４を制御し、照明光の波長および強度を調節する。また、ハードウェア制御部４４は、ステージ１５の回転機構部１７を制御し、ウェハ方位角度を調整する。また、ハードウェア制御部４４は、ステージ１５のチルト機構１６を制御し、照明光の入射角（回折光の射出角）を調整する。また、ハードウェア制御部４４は、受光系駆動部３８を制御し、ウェハ１０からの射出光に対する受光角を調整する。

ウェハ１０は、露光装置１０１により最上層のレジスト膜に対して所定のマスクパターンが投影露光され、現像装置（図示せず）によって現像される。現像後のウェハ１０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現像装置からステージ１５上に搬送される。なおこのとき、ウェハ１０は、ウェハ１０のパターンもしくは外縁部（ノッチやオリエンテーションフラット等）を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ１５上に搬送される。ウェハ１０の表面には、図５に示すように、複数のショット１１が縦横に（図５におけるＸ´Ｙ´方向に）配列される。各ショット１１の中には、パターンとしてラインパターンやホールパターン等の繰り返しパターン１２が形成されている。

以上のように構成される表面検査装置１を用いた、ウェハ１０の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査について簡単に説明する。まず、不図示の搬送装置により、ウェハ１０をステージ１５上に搬送する。このウェハ１０の表面には、例えば図６に示すようにピッチがＰの繰り返しパターン１２（ラインアンドスペースパターン）が形成されている。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハ１０の表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハ１０をステージ１５上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。

次に、ウェハ１０の表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向（ラインアンドスペースパターンの場合、ラインの長手方向に対して直交する方向）とが一致するように、回転機構部１７でステージ１５を回転させてウェハ方位角度を調整する。さらに、ウェハ１０の表面に照射する照明光の波長をλとし、（ステージ１５の保持面１５ａの法線Ｎ１を基準とする）照明光の入射角をθ１とし、ウェハ１０の表面から射出した回折光の次数をｎとし、ｎ次回折光の射出角をθ２としたとき、次の（１）式を満足するように設定を行う。

Ｐ＝ｎ×λ／｛ｓｉｎ（θ１）−ｓｉｎ（θ２）｝ …（１）

このとき、ハードウェア制御部４４により、照明ユニット２２の光源部２３と調光部２４、ステージ１５のチルト機構１６、受光系駆動部３８や回転機構部１７等が制御される。受光系駆動部３８は、射出角θ２に基づいて求めた受光角になるようにハードウェハ制御部４４により制御される。なお、照明光の波長λ、照明光の入射角θ１、射出する回折光の次数ｎ、パターンのピッチＰ、及びウェハ方位角が決まると、回折光の射出角θ２が決まり、回折光の射出角θ２に対応してｎ次回折光の受光角が一義的に決まることは言う
までもない。ここで、照明光の波長λ、照明光の入射角θ１、ｎ次回折光の射出角θ２（すなわち、ｎ次回折光の受光角）、回折光の次数ｎ、パターンのピッチＰ、及びウェハ方位角度の組合せで決まる回折光の条件を回折条件と称する。

次に、照明系２１により照明光をウェハ１０の表面に照射する。このような条件で照明光をウェハ１０の表面に照射する際、照明ユニット２２における光源部２３からの光は調光部２４を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）の照明光が導光ファイバ２５から照明側凹面鏡２６へ射出され、照明側凹面鏡２６で反射した照明光が平行光束となって入射角θ１でウェハ１０の表面に照射される。ウェハ１０表面の繰り返しパターン（パターンピッチＰ）で回折してウェハ１０の表面から射出角θ２で射出したｎ次の回折光は、受光側凹面鏡３２により集光され、射出角θ２に対応した受光角に設定された撮像装置３６の撮像面上に達し、ウェハ１０の像が結像される。

撮像装置３６は、撮像面上に形成されたウェハ１０の像を光電変換して画像信号を生成し、主制御部４５を介して画像信号を画像処理部４１に送る。画像処理部４１は、撮像装置３６から送られた画像信号に基づいて、ウェハ１０の画像（以下、ウェハ１０の表面から射出した回折光を撮像装置３６で受光して得られるウェハ１０の画像を便宜的に回折画像と称する）を生成し、主制御部４５を介してウェハ１０の画像データを検査判定部４３に送る。検査判定部４３は、画像処理部４１から送られたウェハ１０の画像データ（すなわち、撮像装置３６で受光したウェハ１０からの回折光に基づく信号強度）と、記憶部４２に記憶された良品ウェハの画像データ（すなわち、撮像装置３６で受光した良品ウェハからの回折光に基づく信号強度）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の画像データの変化量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１０のパターンにおける欠陥（異常）の有無を検査する。そして、検査判定部４３による検査結果が図示しない表示装置に出力表示される。

なお、信号強度とは、撮像装置３６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り、光の強度は、例えば、ウェハ１０に入射した光のエネルギーに対するｎ次回折光のエネルギーの割合で表される回折効率に基づくものである。なお、本実施形態における回折効率は、ウェハ１０に入射した光のエネルギーに対するｎ次回折光のエネルギーの割合を示す。

なお、不図示の表示装置には、検査判定部４３による検査結果を表示させるだけでなく、ウェハ１０の画像を表示させても良い。なお、不図示の表示装置は無くても良い。この場合、検査判定部４３によるウェハ１０の検査結果は、本願のような検査装置や露光装置を統括的に管理するホストコンピュータへ送信するようにしても良い。

なお、上述した回折光に基づく検査に限らず、ウェハ１０表面からの正反射光に基づく検査を行うことも可能である。正反射光に基づく検査を行う場合、画像処理部４１は、ウェハ１０表面からの正反射光に基づく画像を生成し、検査判定部４３は、画像処理部４１で生成したウェハ１０表面からの正反射光に基づく画像に基づいて、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。

また、検査判定部４３は、ウェハ１０の画像データから、ウェハ１０の表面に形成されたパターンの加工条件（露光装置１０１による露光時のフォーカス条件およびドーズ条件）を判定することができる。そこで、第１実施形態の表面検査装置１を利用して、検査対象となるウェハ１０の表面に形成された繰り返しパターン１２の加工条件を判定するフローについて、図７〜図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。以下、加工条件を判定する対象となる繰り返しパターンを検査パターンと称し、検査パターンが形成され
たウェハを検査対象のウェハと称する。なお、本実施形態では、例として特定のピッチのラインアンドスペースパターン（図６参照）が各ショットに形成されたロジックＩＣにおけるパターンの加工条件を判定するフローを示す。

図７に示すように、まず、検査対象のウェハ１０上の検査パターンの加工条件を判定するための条件出しを行う（ステップＳＴ１００）。続いて、条件出しで得られた条件に基づいて検査パターンの加工条件を判定する（ステップＳＴ２００）。

第１実施形態における条件出しを行うステップ（ステップＳＴ１００）の詳細について、図８を参照しながら説明する。図８に示すように、まず、ロジックＩＣの製品情報を登録する（ステップＳＴ１０１）。具体的には、チップサイズや、ショットサイズ、ウェハ内の有効チップエリア等が登録される。このとき、ロジックＩＣの製品情報は、不図示の入力部から主制御部４５を介して記憶部４２に送られ、記憶部４２で記憶される。

次に、ショット内の有効エリアを設定して登録する（ステップＳＴ１０２）。例えば、図１０に示すように、ショット内で格子状に延びるカッティングエリアや、ショットの外周部に位置してアライメントマーク等が形成されるエリア等を、無効エリア（検査の必要がないチップエリア）として設定する。そして、ショット内でこれらの無効エリアを除いたエリアを、有効エリア（検査が必要なチップエリア）として設定する。このとき、有効エリア等の登録情報は、不図示の入力部から主制御部４５を介して記憶部４２に送られ、記憶部４２で記憶される。

次に、不図示の搬送装置により、加工条件を判定する検査パターンと種類及びレイアウト（パターンのピッチ）が同じで、かつ適切な加工条件（ベストフォーカス量及びベストドーズ量）で加工されたパターンが形成されたウェハ１０ｇ（以下、良品ウェハ１０ｇと称する。図１１を参照）をステージ１５上に搬送する（ステップＳＴ１０３）。なお、搬送の途中、不図示のアライメント機構により良品ウェハ１０ｇの表面に形成されているパターンの位置情報を取得する。そして、良品ウェハ１０ｇをステージ１５上に載置した後、良品ウェハ１０ｇの表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するようにステージ１５を回転させる。

次に、照明光の波長、照明光量、露光時間、照明光の入射角（ステージ１５のチルト角）、および受光系駆動部３８によって、受光側凹面鏡３２と撮像装置３６の受光角を変化させる範囲（以下、便宜的に設定角度範囲と称する）を設定する（ステップＳＴ１０４）。また、照明光量および露光時間については、照明ユニット２２の照明光量と撮像装置３６の露光時間を変えて複数設定される。例えば、照明光量は、基準光量（１倍）、基準光量の１００倍、および基準光量の１００００倍の３種類に設定される。また例えば、撮像装置３６の露光時間は、１ミリ秒、１００ミリ秒、および１００００ミリ秒の３種類に設定される。このように、露光時間も変えることで、ダイナミックレンジを広げた撮像条件を得ることができる。

次に、良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成する（ステップＳＴ１０５）。このとき、先のステップＳＴ１０４で設定した照明光の波長、照明光の入射角、および設定角度範囲で、３種類の照明光量と３種類の露光時間の組み合わせについてそれぞれ、良品ウェハ１０ｇの像を撮像する。具体的には、照明系２１により照明光を良品ウェハ１０ｇの表面に照射し、撮像装置３６が良品ウェハ１０ｇの像を光電変換して画像信号を生成し、主制御部４５を介して画像信号を画像処理部４１に送る。そして、画像処理部４１は、撮像装置３６から送られた良品ウェハ１０ｇの画像信号に基づいて、良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成する。このとき、設定角度範囲における所定の受光角（受光側凹面鏡３２と撮像装置３６の受光角）について良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成する。

次に、主制御部４５は、受光側凹面鏡３２と撮像装置３６の受光角を設定角度範囲だけ変化させたか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。具体的には、所定の角度量ごとに設定角度範囲だけ受光角（受光側凹面鏡３２と撮像装置３６の受光角）を変化させたか否かを判定する。言い換えれば、所定の角度量ごとに設定角度範囲だけ受光角を変化させて各受光角で良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成したか否かを判定する。判定がＮｏの場合、受光側凹面鏡３２と撮像装置３６の受光角を受光系駆動部３８で所定の角度量だけ変化させて、ステップＳＴ１０５の処理を繰り返す。これにより、所定の設定角度範囲にわたる複数の受光角で、良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成することができる。したがって、所定の照明光の波長、照明光量、および照明光の入射角（ステージ１５のチルト角）に対して、良品ウェハ１０ｇの表面から射出した複数の回折次数の光のうち、相異なる回折次数の光に基づく複数の回折画像をそれぞれ得ることができる。

一方、判定がＹｅｓの場合、ステップＳＴ１０７に進む。次のステップＳＴ１０７において、画像処理部４１は、先のステップＳＴ１０４〜ＳＴ１０６で生成した良品ウェハ１０ｇのそれぞれの回折画像に対し、ディストーション補正およびシェーディング補正を行う。

以下、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で用いる回折条件の候補として、良品ウェハ１０ｇの表面の回折画像において、信号強度が高く、かつ信号強度の面内均一性が高い回折条件を求めるため、ステップＳＴ１０７までに得られた相異なる回折次数の光に基づく良品ウェハ１０ｇの回折画像を用いて、良品ウェハ１０ｇに形成された各ショット１１ｇの所定位置に対応した撮像装置３６の信号強度の平均値を求め、この平均値を用いて求めた良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの所定位置に対応した撮像装置３６の信号強度の平均値と分散値とに応じて適当な回折条件を選定するフロー（ステップＳＴ１０８〜ＳＴ１０９）について説明する。

まず、画像処理部４１は、ステップＳＴ１０７で補正した良品ウェハ１０ｇの回折画像から、良品ウェハ１０ｇの各ショット１１ｇに存在する有効エリア内での相対座標が同じ領域（以下、有効エリアサンプル領域Ｇｐと称する、図１１を参照）に対応する撮像装置３６の信号強度の平均値を求め、求めた平均値を用いて良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応した撮像装置３６の信号強度の平均値と信号強度の分散値を求める（ステップＳＴ１０８）。

このとき、良品ウェハ１０ｇの回折画像の各ショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応する撮像装置３６の１画素もしくは複数の画素（例えば、複数の画素は、撮像装置３６に縦横２次元に配置された複数の画素のうち、縦、横それぞれに複数の画素を選択することができる。選択する画素の数は任意の数を選ぶことができ、例えば、縦に２つ、横に２つの画素を選択する。以下の記載では、このような複数の画素領域を記述するに際して縦横の画素数に応じて２×２の画素と略して説明する）ごとの撮像装置３６の信号強度の平均値を用いる。具体的には、まず、良品ウェハ１０ｇに形成された各ショットの有効エリアサンプル領域Ｇｐごとに、有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応する撮像装置３６の２×２の画素（４つの画素）における信号強度の平均値を求める。次に、求めた有効エリアサンプルＧｐごとの信号強度の平均値を使用して、良品ウェハ１０ｇ上の全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける平均値を求める。一方、求めた有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応する撮像装置３６の２×２の画素（４つの画素）における信号強度の平均値を使用して、良品ウェハ１０ｇ上の全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の分散値（すなわち、信号強度の平均値の分散値）を求める。

また、例示のため、図１１に示した有効エリアサンプル領域Ｇｐはショット１１ｇ毎に１箇所としたが、ショット１１ｇ毎に複数の有効エリアサンプル領域Ｇｐを設定してもよい。この場合、例えば、ショット１１ｇごとに２つの有効エリアサンプル領域Ｇｐを設定すると、良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇにおける第１の有効エリアサンプル領域Ｇｐと第２の有効エリアサンプル領域Ｇｐそれぞれの領域ごとに平均値および分散値を求めることができる。ショット１１ｇ毎に複数の有効エリアサンプル領域Ｇｐを設定すると一つの場合に比べて、後のステップＳＴ１０９（後述）において、信号強度の分散値が小さな撮像装置３６の受光角（すなわち、回折次数）を精度良く求めることが可能となる。言い換えれば、良品ウェハ１０ｇの全面において信号強度の面内均一性が良くなる回折条件を高精度に求めることができる。さらに、良品ウェハ１０ｇの全面において信号強度の平均値が高い受光角（すなわち、回折次数）を高精度に求めることも可能となる。したがって、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）における検査パターンの加工条件の判定精度が向上する。なお、良品ウェハ１０ｇ上の全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の平均値および分散値を求めなくてもよく、良品ウェハ１０ｇにおいて、全体的に複数のショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の平均値および分散値を求めてもよい。

そして、画像処理部４１は、同一の照明光量および露光時間について、ステップＳＴ１０６で変化させた受光側凹面鏡３２と撮像装置３６の受光角毎（すなわち、撮像装置３６で受光する回折光の次数毎）に、良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の平均値を算出する。

続いて、画像処理部４１は、同一の照明光量および露光時間について、ステップＳＴ１０６で変化させた受光角毎に、良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の分散値を算出する。

次に、画像処理部４１は、ステップＳＴ１０８で算出した各ショットの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の平均値と分散値に基づいて、信号強度の平均値が高く、かつ信号強度の分散値が低い受光角を求める。このとき、前述の（１）式に基づけば、受光角を求めることによりウェハからの射出角が決まり（図３及び図４参照）、射出角が決まれば、ステップＳＴ１０４で設定した照明光の波長及び照明光の入射角に基づいて回折次数が決まる。そして、求めた信号強度の平均値が高く、かつ信号強度の分散値が低い受光角、すなわち、射出角及び回折次数と、ステップＳＴ１０４で設定した照明光の波長及び照明光の入射角（ステージ１５のチルト角）を合わせて、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で用いる回折条件の候補とする（ステップＳＴ１０９）。このとき、回折条件の候補は、信号強度の平均値が高く、かつ信号強度の分散値が低い複数の受光角について複数の候補を求めてもよい。その場合、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で用いる回折条件を選定する際（詳細は後述）に条件の選択性を高めることができ、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）における検査パターンの加工条件の判定精度が向上する。なお、回折条件の候補は、良品ウェハ１０ｇの回折画像のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置３６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求められる。また、画像処理部４１は、ステップＳＴ１０４で設定した３種類の照明光量と３種類の露光時間の組み合わせの中から、回折条件の候補における照明光量および露光時間を求める。

以下、ＦＥＭウェハ１０ｆを用いて、ステップＳＴ１０９で求めた複数の回折条件の候補から所望の回折条件を選定した所望の回折条件に基づいて、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で使用する、撮像装置３６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量との関係を示すライブラリーデータを求めるフロー（ステップＳＴ１１０〜ＳＴ１１３）について説明する。

なお、ＦＥＭウェハ１０ｆは、例えば図１２に示すように、複数のショット１１ｆのうち、中心のショットをベストフォーカスおよびベストドーズとし、横方向に並ぶショットごとにフォーカスオフセット量を（例えば、３０ｎｍ刻みで）変化させるとともに、縦方向に並ぶショットごとにドーズオフセット量を（例えば、３０ｍＪ刻みで）変化させて露光し現像したものである。すなわち、相異なる複数のフォーカスオフセット量とドーズオフセット量で加工された複数のショットが形成されたウェハである。

まず、不図示の搬送装置により、先のステップＳＴ１０９まで使用していた良品ウェハ１０ｇに代えて、良品ウェハ１０ｇのピッチと同等のピッチの繰り返しパターンが形成されたＦＥＭウェハ１０ｆをステージ１５上に搬送する。そして、先のステップＳＴ１０９で求めた複数の回折条件の候補でそれぞれ、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を生成する（ステップＳＴ１１０）。

ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を生成するには、照明系２１により照明光をＦＥＭウェハ１０ｆの表面に照射し、撮像装置３６がＦＥＭウェハ１０ｆの像を光電変換して画像信号を生成し、主制御部４５を介して画像信号を画像処理部４１に送る。そして、画像処理部４１は、撮像装置３６から送られたＦＥＭウェハ１０ｆの画像信号に基づいて、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を生成する。なお撮像の際、ＦＥＭウェハ１０ｆにおける中央のショット（ベストフォーカスおよびベストドーズのショット）の信号強度が撮像装置３６におけるダイナミックレンジの中央になるように、照明光量の最適化が行われる。

次に、画像処理部４１は、複数の回折条件の候補でそれぞれ生成したＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像に基づいて、ＦＥＭウェハ１０ｆの複数のショットそれぞれに対応する撮像装置３６の各画素の信号強度（撮像装置３６で受光した回折光に基づく信号強度）と、各ショットに対応するフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量との関係を求める（ステップＳＴ１１１）。具体的には、撮像装置３６の信号強度をｂ、フォーカスオフセット量をｆ、ドーズオフセット量をｄと規定し、まず、各回折条件の候補で生成したＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像の各ショットについて、撮像装置３６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量との関係を示すサンプルデータＳ（ｂ，ｆ，ｄ）を求める。このとき、サンプルデータＳはショットごと（すなわち、相異なるフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の組合せごと）に求める。例えば、ＦＥＭウェハ１０ｆ上にＮ個（複数個）のショットが形成される場合は、Ｎ個のサンプルデータＳ_i（ｂ_i，ｆ_i，ｄ_i）（但し、ｉ＝１，２、…Ｎ）を求め、Ｎ個のサンプルデータＳ_i（ｂ_i，ｆ_i，ｄ_i）（但し、ｉ＝１，２、…Ｎ）は、ステップＳＴ１１０で生成された各回折条件の候補におけるＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像毎に求める。なお、各サンプルデータＳは、対象のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置３６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求める。

次に、画像処理部４１は、ステップＳＴ１１１で求めたサンプルデータＳ_i（ｂ_i，ｆ_i，ｄ_i）（但し、ｉ＝１，２、…Ｎ）を使用して、複数の回折条件の候補から所望の回折条件を選定する（ステップＳＴ１１２）。具体的には、ステップＳＴ１１１で求めた各回折条件の候補に対応するサンプルデータＳ_i同士で比較して、フォーカスオフセット量の変化に対して撮像装置３６の信号強度の変化が大きく、ドーズオフセット量の変化に対して撮像装置３６の信号強度の変化が小さい回折条件（以下、第１の判定用回折条件と称する）と、ドーズオフセット量の変化に対して撮像装置３６の信号強度の変化が大きく、フォーカスオフセット量の変化に対して撮像装置３６の信号強度の変化が小さい回折条件（以下、第２の判定用回折条件と称する）を回折条件の候補の中から選定する。

次に、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で使用する、撮像装置３６の信号強度と
フォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を示すライブラリデータを求める（ステップＳＴ１１３）。具体的には、ステップＳＴ１１２で選定した第１の判定用回折条件に対応するサンプルデータＳ_i（ｂ_i，ｆ_i，ｄ_i）（但し、ｉ＝１，２、…Ｎ）に基づいて、撮像装置３６の信号強度に対するフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を関数Ｆ₁（曲面を表す関数）で近似して下記の関係式（２）を求める。但し、第１の判定用回折条件で生成されたＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像における各ショットの信号強度（撮像装置３６の信号強度）を改めてｂ₁とし、各ショットのフォーカスオフセット量を改めてｆ₁とし、各ショットのドーズオフセット量を改めてｄ₁と表す。

ｂ₁＝Ｆ₁（ｆ₁，ｄ₁） …（２）

同様に、ステップＳＴ１１２で選定された第２の判定用回折条件に対応するサンプルデータＳ_iに基づいて、撮像装置３６の信号強度に対するフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を関数Ｆ₂（曲面を表す関数）で近似して下記の関係式（３）を求める。但し、第２の判定用回折条件で生成されたＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像における各ショットの信号強度（撮像装置３６の信号強度）を改めてｂ₂とし、各ショットのフォーカスオフセット量を改めてｆ₂とし、各ショットのドーズオフセット量を改めてｄ₂と表す。

ｂ₂＝Ｆ₂（ｆ₂，ｄ₂） …（３）

そして、画像処理部４１は、関係式（２）から、フォーカスオフセット量ｆ₁およびドーズオフセット量ｄ₁を所定量ずつ変化させて、ｆ₁およびｄ₁のそれぞれの組合せに対応する信号強度ｂ₁を求め、第１の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j）を作成する。また、画像処理部４１は、関係式（３）から、フォーカスオフセット量ｆ₂およびドーズ量ｄ₂を所定量ずつ変化させて、ｆ₁およびｄ₁のそれぞれの組合せに対応する信号強度ｂ₂を求め、第２の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）を作成する。このとき、フォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を変化させる量は小さいほど加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で高精度に判定ができる。例えば、ＦＥＭウェハ１０ｆに形成されたショットの個数（Ｎ個）よりも多いＭステップで変化させる。以下、関係式（２）（３）のそれぞれについて、フォーカスオフセット量およびドーズオフセット量をＭステップ変化させたライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j）およびライブラリーデータＴ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）（但し、ｊ＝１，２，…Ｍ）を使用することを前提として説明を続ける。なお、２種類のライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）は、ＦＥＭウェハ１０ｆのショット内の有効エリアにおいて、撮像装置３６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求められる。

このようにして、第１の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j）（すなわち、第１の判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量との関係を示す特性）と、第２の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）（すなわち、第２の判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量との関係を示す特性）が求められる。なお、２種類のライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）は、基準データとして記憶部４２に記憶される。

図７に示すように、条件出し（ステップＳＴ１００）を行った後、検査パターンに対する加工条件を判定する（ステップＳＴ２００）。第１実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００）の詳細について、図９を参照しながら説明する。図９に示すように、まず、検査対象のウェハ１０の回折画像を生成する（ステップＳＴ２０
１）。このとき、ステップＳＴ１１２で求められた第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件についてそれぞれ、検査対象のウェハ１０の回折画像を撮像装置３６により撮像する。

次に、画像処理部４１は、検査対象のウェハ１０の回折画像に対応する撮像装置３６の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の有効エリアか否か判定し（ステップＳＴ２０２）、無効エリアに該当する画素を検査対象から除外する。

次に、画像処理部４１は主制御部４５を介して回折画像のデータを検査判定部４３へ送り、検査判定部４３は、検査対象のウェハ１０の回折画像から、検査対象のウェハ１０上の検査パターンに対する露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を判定する（ステップＳＴ２０３）。具体的には、まず、第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件のそれぞれの回折条件で、検査対象のウェハ１０の表面から射出した回折光を撮像装置３６で受光し、所定の画素ごとの信号強度を検出する。そして、撮像装置３６により検出した第１の判定用回折条件および第２の判定用回折条件での２種類の信号強度に対して、記憶部４２に記憶された２種類のライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）をそれぞれフィッティングさせることにより、検査パターンのフォーカスオフセット量（フォーカス条件）およびドーズオフセット量（ドーズ条件）を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。

フィッティングを行うには、まず、第１の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j）の中から、撮像装置３６により検出した第１の判定用回折条件での信号強度に近い（ｊ番目の）信号強度ｂ_1jと、このときのフォーカスオフセット量ｆ_1jおよびドーズオフセット量ｄ_1jとに関するデータを抽出する。次に、第２の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）の中から、撮像装置３６により検出した第２の判定用回折条件での信号強度に近い（ｊ番目）の信号強度ｂ_2jと、このときのフォーカスオフセット量ｆ_2jおよびドーズオフセット量ｄ_2jとに関するデータを抽出する。そして、抽出したデータの中から、第１の判定用回折条件でのフォーカスオフセット量ｆ_1jおよびドーズオフセット量ｄ_1jと、第２の判定用回折条件でのフォーカスオフセット量ｆ_2jおよびドーズオフセット量ｄ_2jとが同じとなる、第１の判定用回折条件および第２の判定用回折条件での信号強度の組み合わせ（ｂ_1j，ｂ_2j）を求める。すなわち、この信号強度の組み合わせ（ｂ_1j，ｂ_2j）に対応するフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量が、検査パターンのフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量として求まる。

これにより、検査対象のウェハ１０の全面（有効エリア）について所定の画素ごとにフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることができ、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターンの加工条件を判定することが可能になる。

そして、検査判定部４３により判定された検査パターンのフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示される（ステップＳＴ２０４）。

このように、第１実施形態によれば、検査判定部４３が、既知のフォーカスオフセット量及び既知のドーズオフセット量と信号強度との関係を示すライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）（すなわち、既知のフォーカス条件及び既知のドーズ条件と撮像装置３６の信号強度との関係を示す特性）と、検査パターンからの回折光に応じた信号強度とに基づいて、検査パターンのフォーカス条件及びドーズ条件を判定する。

これにより、専用のマスクパターンではなく、実際のデバイスに用いるパターンを使用
してフォーカス条件およびドーズ条件を判定することができるようになる。さらに、露光装置１０１の照明条件も制約されないため、露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を精度よく判定することが可能になる。また、実際の露光に用いるマスクパターンで露光したウェハ１０の画像に基づいて、露光時のフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量（フォーカス条件及びドーズ条件）を求めることができる。そのため、専用のマスク基板を用いる場合のように、計測に必要なパラメータの条件出し作業に時間を要さないため、露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を短時間で判定することが可能になる。

また、予め記憶部４２に記憶しておいたライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）を使用することにより、第１および第２の判定用回折条件における撮像装置３６の信号強度から、検査パターンの露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を纏めて判定することができ、検査パターン加工条件を短時間で判定することができる。

また、照明系２１が、ＦＥＭウェハ１０ｆの表面と検査パターンが形成されたウェハ１０の表面とをそれぞれ、第１の判定用回折条件と当該第１の判定用回折条件と異なる第２の判定用回折条件に基づいて照明する。このとき、第１の判定用回折条件として、ドーズの変化に対する信号強度の変化に比べてフォーカスの変化に対する信号強度の変化が大きくなる条件を使用し、第２の判定用回折条件として、フォーカスの変化に対する信号強度の変化に比べてドーズの変化に対する信号強度の変化が大きくなる条件を使用することで、露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を精度よく判定することができる。

次に、本願の第２実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置は、第１実施形態の表面検査装置１と同様であるため各部に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本願の第２実施形態について、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターンの加工条件を判定するフローについて図１３〜図１５を参照して説明する。ここで、本実施形態における図１４（条件出しを行うステップＳＴ３００）のフローチャートについて、ステップＳＴ３０１〜ステップＳＴ３１２のそれぞれのステップは、上述の第１実施形態におけるステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１１２のそれぞれのステップ（図８参照）と同様であるため、図１４におけるステップＳＴ３１３以降のフローについて説明する。

本実施形態におけるステップＳＴ３１３では、加工条件の判定（ステップＳＴ４００）で使用する、撮像装置３６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を示す特性を求める。但し、以下、第１実施形態のステップＳＴ１１３で求めた関係式（２）と関係式（３）を連立方程式として、フォーカスオフセット量ｆおよびドーズオフセット量ｄについて解くことができる場合を前提として説明する。

まず、関係式（２）と関係式（３）の連立方程式を解いて、第１の判定用回折条件における撮像装置３６の信号強度ｂ₁及び第２の判定用回折条件における撮像装置３６の信号強度ｂ₂とフォーカスオフセット量ｆとの関係を示す特性式（４）と、第１の判定用回折条件における撮像装置３６の信号強度ｂ₁及び第２の判定用回折条件における撮像装置３６の信号強度ｂ₂とドーズオフセット量ｄとの関係を示す特性式（５）を求める。

ｆ＝Ｇ₁（ｂ₁，ｂ₂） …（４）
ｄ＝Ｇ₂（ｂ₁，ｂ₂） …（５）

なお、上述の特性式（４）及び特性式（５）において、フォーカスオフセット量ｆに対
する信号強度ｂ₁及びｂ₂の関数をＧ₁（ｂ₁，ｂ₂）と表し、ドーズオフセット量ｄに対する信号強度ｂ₁及びｂ₂の関数をＧ₂（ｂ₁，ｂ₂）と表す。また、特性式（４）は、フォーカス基準データとして記憶部４２に記憶され、特性式（５）に関するデータは、ドーズ基準データとして記憶部４２に記憶される。

これにより、特性式（４）および特性式（５）を利用して、第１の判定用回折条件および第２の判定用回折条件で撮像された検査対象のウェハ１０の回折画像の信号強度（撮像装置３６で受光した回折光に基づく信号強度）から、検査パターンのフォーカス条件およびドーズ条件を求めることができる。本実施形態では、この特性式（４）および特性式（５）を利用して、加工条件の不明な検査パターンのフォーカス条件およびドーズ条件を判定する。

以下、特性式（４）および特性式（５）を利用して、検査パターンに対する加工条件を判定する（ステップＳＴ４００）フローについて図１５を参照しながら説明する。

まず、検査対象のウェハ１０の回折画像を生成する（ステップＳＴ４０１）。このとき、ステップＳＴ３１２（すなわち、前述の第１実施形態のステップＳＴ１１２）で求められた第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件についてそれぞれ、検査対象のウェハ１０の回折画像を撮像装置３６により撮像する。

次に、画像処理部４１は、検査対象のウェハ１０の回折画像に対応する撮像装置３６の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の有効エリアか否か判定する（ステップＳＴ４０２）。このとき、無効エリアに該当する画素を検査対象から除外する。

次に、画像処理部４１は主制御部４５を介して回折画像のデータを検査判定部４３へ送り、検査判定部４３は、検査対象のウェハ１０の回折画像から、検査対象のウェハ１０上の検査パターンに対する露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を判定する（ステップＳＴ４０３）。具体的には、まず、第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件のそれぞれの回折条件で、検査対象のウェハ１０の表面から射出した回折光を撮像装置３６で受光し、所定の画素ごとの信号強度を検出する。そして、検出した第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件での信号強度を特性式（４）および特性式（５）へ代入し、検査パターンのフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。

これにより、検査対象のウェハ１０の全面（有効エリア）について所定の画素ごとにフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることができ、検査対象のウェハ１０上の検査パターンの加工条件を判定することが可能になる。

そして、検査判定部４３により判定された検査パターンのフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示される（ステップＳＴ４０４）。

このように、第２実施形態によれば、検査判定部４３が、既知のフォーカスオフセット量および既知のドーズオフセット量と信号強度との関係を示す特性式（４）および特性式（５）のデータと、検査パターンからの回折光に応じた信号強度とに基づいて、検査パターンのフォーカス条件及びドーズ条件を判定する。そのため、上述の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、予め記憶部４２に記憶した特性式（４）および特性式（５）を使用することで、第１および第２の判定用回折条件における検査対象のウェハ１０からの回折光に基づく撮
像装置３６の信号強度から、検査パターンの露光時のフォーカス条件およびドーズ条件を纏めて判定することができ、上述の第１実施形態と同様にフォーカス条件及びドーズ条件を短時間で判定することができる。

次に、本願の第３実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置は、第１実施形態の表面検査装置１と同様であるため各部に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。そこで、第１実施形態とは異なる本実施形態における検査パターンの加工条件を判定する方法について説明する。

本願の発明者は、ウェハ１０の表面に照射する光の波長と、ウェハ１０の表面から射出された（撮像装置３６で受光する）回折光の次数と、ウェハ１０の表面に形成された繰り返しパターンのピッチが共に等しく、ウェハ１０の表面へ入射する光の入射角と、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる複数の回折条件で、ＦＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光を検出した。その結果、回折条件毎にフォーカスの変化に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なることと、回折条件毎にドーズの変化に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なることを見出した。

したがって、本実施形態では、第１の回折条件に基づいてＦＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光の信号強度（撮像装置３６の信号強度）のフォーカスの変化に対する特性と、第１の回折条件と、照明光の波長、ウェハから射出する回折光の次数、及び繰り返しパターンのピッチが等しく、照明光の入射角、及び回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる第２の回折条件に基づいてＦＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光の信号強度のフォーカスの変化に対する特性を用いて、検査パターンのフォーカス条件を求める。一方、上記第１の回折条件に基づいてＦＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光の信号強度のドーズの変化に対する特性と、上記第２の回折条件に基づいてＦＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光の信号強度のドーズの変化に対する特性を用いて、検査パターンのドーズ条件を求める。

続いて、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターン（繰り返しパターン１２）の加工条件を判定するフローについて、図１６〜図１８に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、第３実施形態では、第１実施形態と同様にロジックＩＣにおけるパターンの加工条件を判定する方法について説明する。なお、図１７のステップＳＴ５０１〜ステップＳＴ５１０は、上述の第１実施形態におけるステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１１０とそれぞれ同様であるため説明を省略する。

本実施形態における検査パターンの加工条件を判定するための条件出し（ステップＳＴ５００）では、図１７に示すように、ステップＳＴ５１０（第１実施形態に係る図８のステップＳＴ１１０と同様のステップ）において複数の回折条件の候補でそれぞれ生成したＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像に基づいて、加工条件の判定（ステップＳＴ６００）で使用する回折条件を選定し、選定した回折条件における回折光の信号強度に対するフォーカスの特性と、選定した回折条件における回折光の信号強度に対するドーズの特性をそれぞれ求めるフロー（ステップＳＴ５１１〜ステップＳＴ５１３）について説明する。

まず、画像処理部４１は、複数の回折条件の候補でそれぞれ生成したＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像に基づいて、所定のドーズオフセット量に対応する複数のフォーカスオフセット量と、それら複数のフォーカスオフセット量で形成されたＦＥＭウェハ１０ｆの複数のショットそれぞれに対応する撮像装置３６の各画素の信号強度（撮像装置３６で受光した回折光に基づく信号強度）との関係を示す特性（以下、フォーカスカーブと称する）を求める。このとき、異なるドーズオフセット量ごとに、複数の回折条件の候補にそれぞれ対応した複数のフォーカスカーブを求める。また、画像処理部４１は、複数の回折条件の
候補でそれぞれ生成したＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像に基づいて、所定のフォーカスオフセット量に対応する複数のドーズオフセット量と、それら複数のドーズオフセット量で形成されたＦＥＭウェハ１０ｆの複数のショットそれぞれに対応する撮像装置３６の各画素の信号強度との関係を示す特性（以下、ドーズカーブと称する）を求める。このとき、異なるフォーカスオフセット量ごとに、複数の回折条件の候補にそれぞれ対応した複数のドーズカーブを求めていく（ステップＳＴ５１１）。なお、フォーカスカーブおよびドーズカーブは、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置３６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求められる。

次に、画像処理部４１は、先のステップＳＴ５１１で求めたフォーカスカーブを分類し、複数の回折条件の候補の中から、フォーカスの変化に対して（撮像装置３６で受光した）回折光の信号強度の変化が大きくドーズの変化に対して回折光の信号強度の変化が小さい回折条件（以下、第３実施形態において、第１のフォーカス判定用回折条件と称する）を求める。また、画像処理部４１は、先のステップＳＴ５１１で求めたドーズカーブを分類し、複数の回折条件の候補の中から、ドーズの変化に対して回折光の信号強度の変化が大きくフォーカスの変化に対して回折光の信号強度の変化が小さい回折条件（以下、第３実施形態において、第１のドーズ判定用回折条件と称する）を求める（ステップＳＴ５１２）。なお、第１のフォーカス判定用回折条件および第１のドーズ判定用回折条件は、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置３６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求められる。

そして、画像処理部４１は、第１のフォーカス判定用回折条件と回折光の次数、照明光の波長、及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる条件であって、フォーカスカーブの変化の仕方（フォーカスカーブの形状）が異なる回折条件（以下、第３実施形態において、第２のフォーカス判定用回折条件と称する）を求める。また、第１のドーズ判定用回折条件と回折光の次数、照明光の波長、及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる条件であって、ドーズカーブの変化の仕方（ドーズカーブの形状）が異なる回折条件（以下、第３実施形態において、第２のドーズ判定用回折条件と称する）を求める（ステップＳＴ５１３）。なお、第２のフォーカス判定用回折条件および第２のドーズ判定用回折条件は、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置３６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求められる。

具体的には、上述の（１）式を用いて、第１のフォーカス判定用回折条件と回折光の次数、照明光の波長、及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる回折条件を求める。求めた回折条件で、図１７に示すステップＳＴ５１０〜ＳＴ５１１と同様の方法により、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を生成し、フォーカスカーブを求める。求めたフォーカスカーブと第１のフォーカス判定用回折条件におけるフォーカスカーブとの差分を求め、差分（フォーカスカーブの変化量）が大きい条件を第２のフォーカス判定用回折条件として求める。

また、上述の（１）式を用いて、第１のドーズ判定用回折条件と回折光の次数、照明光の波長、及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる回折条件を求める。求めた回折条件で、図１７に示すステップＳＴ５１０〜ＳＴ５１１と同様の方法により、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を生成し、ドーズカーブを求める。求めたドーズカーブと第１のドーズ判定用回折条件におけるドーズカーブとの差分を求め、差分（ドーズカーブの変化量）が大きい条件を第２のドーズ判定用回折条件として求める。

このようにして、検査パターンの加工条件を判定するための条件、すなわち、第１および第２のフォーカス判定用回折条件と、第１および第２のドーズ判定用回折条件が求められる。また、第１のフォーカス判定用回折条件におけるフォーカスカーブ（以下、第１基準フォーカスカーブと称する）に関するデータ（異なるドーズオフセット量ごとに構成された、第１のフォーカス判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカスオフセット量との関係を示す特性）と、第２のフォーカス判定用回折条件におけるフォーカスカーブ（以下、第２基準フォーカスカーブと称する）に関するデータ（異なるドーズオフセット量ごとに構成された、第２のフォーカス判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカスオフセット量との関係を示す特性）は、フォーカス基準データとして記憶部４２に記憶に記憶される。

一方、第１のドーズ判定用回折条件におけるドーズカーブ（以下、第１基準ドーズカーブと称する）に関するデータ（異なるフォーカスオフセット量ごとに構成された、第１のドーズ判定用回折条件における回折光の信号強度とドーズオフセット量との関係を示す特性）と、第２のドーズ判定用回折条件におけるドーズカーブ（以下、第２基準ドーズカーブと称する）に関するデータ（異なるフォーカスオフセット量ごとに構成された、第２のドーズ判定用回折条件における回折光の信号強度とドーズオフセット量との関係を示す特性）は、ドーズ基準データとして記憶部４２に記憶される。

ここで、フォーカスの変化に対して撮像装置３６で受光する回折光の信号強度（信号の平均強度）の変化の仕方が異なる３種類のフォーカスカーブＤ１〜Ｄ３の一例を図１９に示す。なお、図１９の横軸はベストフォーカスからのフォーカスオフセット量であり、図１９の縦軸は回折光の信号強度（平均強度）である。このような、フォーカスの変化に対して異なる信号変化（信号の平均強度の変化）を示す少なくとも２種類のフォーカスカーブ、すなわち第１および第２基準フォーカスカーブに関するデータが、基準データとして記憶部４２に記憶される。また、第１および第２基準ドーズカーブについても、フォーカスカーブと同様のドーズカーブが得られる。

図１６に示すように、条件出し（ステップＳＴ５００）を行った後、検査パターンの加工条件を判定する（ステップＳＴ６００）。第３実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ６００）の詳細について、図１８を参照しながら説明する。図１８に示すように、まず、検査対象のウェハ１０の回折画像を生成する（ステップＳＴ６０１）。このとき、ステップＳＴ５１３で求められた、第１および第２のフォーカス判定用回折条件、並びに、第１および第２のドーズ判定用回折条件についてそれぞれ、検査対象のウェハ１０の回折画像を撮像装置３６により撮像する。

次に、画像処理部４１は、検査対象のウェハ１０の回折画像に対応する撮像装置３６の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の有効エリアか否か判定し（ステップＳＴ６０２）、無効エリアに該当する画素を検査対象から除外する。

次に、画像処理部４１は主制御部４５を介して回折画像のデータを検査判定部４３へ送り、検査判定部４３は、検査対象のウェハ１０の回折画像から、検査対象のウェハ１０上の検査パターンに対する露光時のフォーカス条件を判定する（ステップＳＴ６０３）。具体的には、まず、第１のフォーカス判定用回折条件と第２のフォーカス判定用回折条件のそれぞれの回折条件で、検査対象のウェハ１０の表面から射出した回折光を撮像装置３６で受光し、所定の画素ごとの信号強度を検出する。そして、記憶部４２に記憶されたフォーカス基準データのうち、検査パターンを露光した際の最適なドーズ量（ドーズオフセット量がゼロのベストドーズ量）に対応したフォーカス基準データ（第１のフォーカス判定用回折条件および第２のフォーカス判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカ
スオフセット量との関係を示す特性）と、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。このとき、比較するフォーカス基準データに対応する回折条件と、撮像装置３６で検出された信号強度に対応する回折条件とは同一の回折条件とする。

フォーカスカーブは曲線（図１９参照）であるため、撮像装置３６で検出された１つの回折画像の信号強度から、フォーカスオフセット量の候補が複数（条件によっては１つ）算出される。これに対し、カーブのピークもしくはボトムの位置（フォーカスオフセット量）が互いに異なる第１および第２基準フォーカスカーブ（すなわち、少なくとも２種類の基準フォーカスカーブ）を用いることで、算出されるフォーカスオフセット量が１つに決まる。例えば、各回折条件での信号強度とこの条件に対応する基準フォーカスカーブ（信号強度）との差分二乗和が最小になるフォーカスオフセット量を判定する。

なお、複数の画素ごとにフォーカスオフセット量を求める場合も、１ショット全体のデフォーカスと、１ショットのサイズよりも小さい異物によるデフォーカスとを区別する必要がある。そのために、フォーカスオフセット量を求める領域は、１ショットよりも小さい（例えば１／１０の）領域にしてもよい。

次に、検査判定部４３は、検査対象のウェハ１０の回折画像から、検査パターンに対する露光時のドーズオフセット量（ドーズ条件）を判定する（ステップＳＴ６０４）。このとき、本ステップＳＴ６０４で判定するドーズオフセット量を高精度に判定するため、ステップＳＴ６０３で判定したフォーカスオフセット量に最も近いフォーカスオフセット量に対応したドーズ基準データを利用して、検査対象のウェハ１０の回折画像の信号強度から、検査パターンに対する露光時のドーズオフセット量を所定の画素ごとに求める。

具体的には、ステップＳＴ６０３で検査パターンのフォーカスオフセット量を求めるときと同じように、まず、第１のドーズ判定用回折条件と第２のドーズ判定用回折条件のそれぞれの回折条件で、検査対象のウェハ１０の表面から射出した回折光を撮像装置３６で受光し、所定の画素ごとの信号強度を検出する。そして、記憶部４２に記憶されたドーズ基準データのうち、先のステップＳＴ６０３で求めたフォーカスオフセット量に最も近いフォーカスオフセット量に対応したドーズ基準データ（第１のドーズ判定用回折条件および第２のドーズ判定用回折条件における回折光の信号強度とドーズオフセット量との関係を示す特性）と、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査対象のウェハ１０の検査パターンのドーズオフセット量を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。

次に、検査判定部４３は、フォーカスオフセット量（フォーカス条件）の再判定を行う（ステップＳＴ６０５）。具体的には、最終的に判定する検査パターンのフォーカスオフセット量を高精度に判定するため、記憶部４２に記憶されたフォーカス基準データのうち、先のステップＳＴ６０４で求めたドーズオフセット量に最も近いドーズセット量に対応したフォーカス基準データ（第１のフォーカス判定用回折条件および第２のフォーカス判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカスオフセット量との関係を示す特性）と、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。

次に、検査判定部４３は、ドーズオフセット量（ドーズ条件）の再判定を行う（ステップＳＴ６０６）。具体的には、最終的に判定する検査パターンのドーズオフセット量を高精度に判定するため、記憶部４２に記憶されたドーズ基準データのうち、先のステップＳＴ６０５で求めたフォーカスオフセット量に最も近いフォーカスオフセット量に対応したドーズ基準データ（第１のドーズ判定用回折条件および第２のドーズ判定用回折条件にお
ける回折光の信号強度とドーズオフセット量との関係を示す特性）と、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査対象のウェハ１０の検査パターンのドーズオフセット量を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。

そして、検査判定部４３により判定された検査パターンのフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示される（ステップＳＴ６０７）。

これにより、検査対象のウェハ１０の全面（有効エリア）について所定の画素ごとにフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることができ、第１実施形態及び第２実施形態と同様に検査対象のウェハ１０上の検査パターンの加工条件（フォーカスオフセット量及びドーズオフセット量）を高精度に判定することが可能になる。

以下、本実施形態で検査パターンの加工条件が第１実施形態及び第２実施形態と同様に高精度に判定できる理由について簡単に説明する。

第１および第２基準フォーカスカーブは、既知のフォーカスオフセット量と信号強度との関係、具体的には、フォーカスオフセット量の変化に対する信号強度の変化を示す。一般的にフォーカスカーブに対するドーズの変化の影響は零ではなく、ドーズオフセット量が変化に伴い、ドーズオフセット量に対応するフォーカスカーブの形状は変化する。例えば、図１９に示す或るフォーカスカーブＤ１は、図２０に示すフォーカスカーブＤ１ａ〜Ｄ１ｃように、ドーズオフセット量の違い（ドーズオフセットＡ，Ｂ，Ｃ）によって形状が異なる。なお、図２０におけるフォーカスカーブＤ１ａは、図１９におけるフォーカスカーブＤ１と同じである。そこで、上述のように第３実施形態では、ＦＥＭウェハ１０ｆにおける異なるドーズオフセット量ごとに第１および第２基準フォーカスカーブが用意される。また、第１および第２基準ドーズカーブは、既知のドーズオフセット量と信号強度との関係、具体的には、ドーズオフセット量の変化に対する信号強度の変化を示す。フォーカスカーブの場合と同様に、ドーズカーブの形状は、フォーカスオフセット量の違いによって異なるため、上述のようにＦＥＭウェハ１０ｆにおける異なるフォーカスオフセット量ごとに第１および第２基準ドーズカーブが用意される。

以上を踏まえ、検査判定部４３が、第１および第２基準フォーカスカーブに基づいてフォーカス条件を判定し（ステップＳＴ６０３）、判定されたフォーカス条件に対応する第１および第２基準ドーズカーブに基づいてドーズ条件を判定する（ステップＳＴ６０４）。さらに、判定されたドーズ条件に対応する第１および第２基準フォーカスカーブに基づいてフォーカス条件を再判定する（ステップＳＴ６０５）。またさらに、再判定されたフォーカス条件に対応する第１および第２基準ドーズカーブに基づいてドーズ条件を再判定（ステップＳＴ６０６）することにより、フォーカス条件（ドーズ条件）を判定する際、ドーズ条件（フォーカス条件）に起因する誤差の影響を受けることがないため、露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を高精度に判定することができる。

また、第３実施形態では、照明系２１が、ＦＥＭウェハ１０ｆの表面と検査パターンが形成されたウェハ１０の表面とをそれぞれ、第１および第２のフォーカス判定用回折条件と当該第１の回折条件と異なる第１および第２のドーズ判定用回折条件に基づいて照明する。そのため、第１実施形態および第２実施形態と同様に、露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を精度よく判定することができる。

また、第３実施形態では第１実施形態及び第２実施形態と同様に、専用のマスクパターンではなく、実際のデバイスに用いるパターンを使用してフォーカス条件およびドーズ条件を判定することができるようになる。さらに、露光装置１０１の照明条件も制約されないため、露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を精度よく判定することが可能になる。
また、実際の露光に用いるマスクパターンで露光したウェハ１０の画像に基づいて、露光時のフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量（フォーカス条件及びドーズ条件）を求めることができる。そのため、専用のマスク基板を用いる場合のように、計測に必要なパラメータの条件出し作業に時間を要さないため、露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を短時間で判定することが可能になる。

なお、第３実施形態において、検査判定部４３が、フォーカス条件の判定（および再判定）を行った後に、ドーズ条件の判定（および再判定）を行っているが、これに限られるものではない。検査判定部４３が、ドーズ条件の判定（および再判定）を行った後に、フォーカス条件の判定（および再判定）を行ってもよい。すなわち、検査判定部４３が、第１および第２基準ドーズカーブに基づいてドーズ条件を判定し、判定されたドーズ条件に対応する第１および第２基準フォーカスカーブに基づいてフォーカス条件を判定する。さらに、検査判定部４３は、判定されたフォーカス条件に対応する第１および第２基準ドーズカーブに基づいてドーズ条件を再判定する。またさらに、検査判定部４３は、再判定されたドーズ条件に対応する第１および第２基準フォーカスカーブに基づいてフォーカス条件を再判定する。このようにしても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

具体的には、前述のステップＳＴ６０３において、検査判定部４３は、フォーカス条件の代わりにドーズ条件を判定する。このとき、記憶部４２に記憶されたドーズ基準データのうち、検査パターンを露光した際の最適なフォーカス量（フォーカスオフセット量がゼロのベストフォーカス量）に対応したドーズ基準データと、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのドーズオフセット量を所定の画素ごとに求める。また、前述のステップＳＴ６０４において、検査判定部４３は、ドーズ条件の代わりにフォーカス条件を判定する。このとき、記憶部４２に記憶されたフォーカス基準データのうち、先に求めたドーズオフセット量に最も近いドーズオフセット量に対応したフォーカス基準データと、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに求める。

また、前述のステップＳＴ６０５において、検査判定部４３は、フォーカス条件の代わりにドーズ条件の再判定を行う。このとき、記憶部４２に記憶されたドーズ基準データのうち、先に求めたフォーカスオフセット量に最も近いフォーカスオフセット量に対応したドーズ基準データと、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのドーズオフセット量を所定の画素ごとに求める。そして、前述のステップＳＴ６０６において、検査判定部４３は、ドーズ条件の代わりにフォーカス条件の再判定を行う。このとき、記憶部４２に記憶されたフォーカス基準データのうち、再判定で求めたドーズオフセット量に最も近いドーズセット量に対応したフォーカス基準データと、撮像装置３６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに求める。

なお、第３実施形態のステップＳＴ５１３において、画像処理部４１で求められた第１および第２基準フォーカスカーブに関するデータは、第１および第２基準フォーカスカーブの近似曲線の式（例えば、４次式）に関するデータであってもよく、第１および第２基準フォーカスカーブの近似曲線の式から求めたフォーカスオフセット量と信号強度の関係を示すデータマップであってもよい。同様に、画像処理部４１で求められた第１および第２基準ドーズカーブに関するデータは、第１および第２基準ドーズカーブの近似曲線の式（例えば、４次式）に関するデータであってもよく、第１および第２基準ドーズカーブの近似曲線の式から求めたドーズオフセット量と信号強度の関係を示すデータマップであってもよい。

なお、第３実施形態のステップＳＴ５１３において、第１のフォーカス判定用回折条件
と回折光の次数、照明光の波長、及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる第２のフォーカス判定用回折条件を求めているが、これに限られるものではない。例えば、ステップＳＴ５０４において、複数の照明光の波長を設定し、（１）式に基づいて、ステップＳＴ５１３で、第１のフォーカス判定用回折条件と回折光の次数及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長が異なる第２のフォーカス判定用回折条件を求めてもよい。また、同様にステップＳＴ５１３において、第１のドーズ判定用回折条件と回折光の次数及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長が異なる第２のドーズ判定用回折条件を求めてもよい。

さらに、第１および第２のフォーカス判定用回折条件は、回折光の次数及びパターンのピッチが同じである必要はなく、第１および第２のドーズ判定用回折条件も、回折光の次数及びパターンのピッチが同じである必要はない。すなわち、第１および第２のフォーカス判定用回折条件は、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長に加え、回折光の次数及びパターンのピッチが異なってもよく、フォーカスの変化に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なる条件であればよい。同様に、第１および第２のドーズ判定用回折条件は、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長に加え、回折光の次数及びパターンのピッチが異なってもよく、ドーズの変化に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なる条件であればよい。

なお、第１〜第３実施形態において、受光系駆動部３８により、受光側凹面鏡３２および撮像装置３６が一体的に傾動可能に構成されているが、この構成に限定されることはない。例えば、受光系駆動部３８は、受光側凹面鏡３２を固定し、回折光の射出角（回折光の受光角）に応じて、撮像装置３６を移動させるように構成されてもよい。なおこの場合、受光側凹面鏡３２の代わりに平面鏡を用いるようにしてもよい。このように構成すれば、受光側凹面鏡３２を移動させる必要がないので、受光系駆動部３８の構成を簡便にすることができる。なおこの場合、撮像装置３６の位置に応じて、ステージ１５の保持面１５ａの中心と受光側凹面鏡３２（もしくは平面鏡）の有効反射面と撮像装置３６の撮像面の中心とを結ぶ光軸Ａｘが移動する。そのため、ウェハ１０からの射出光に対する受光角が調整可能となる。

なお、第１〜第３実施形態において、チルト機構１６により、ステージ１５の保持面１５ａと略平行で、当該保持面１５ａと照明系２１の光軸との交点を通る軸（チルト軸Ｔｃ）を中心に、ステージ１５が傾動可能に構成され、受光系駆動部３８によって、チルト軸Ｔｃを中心に、受光側凹面鏡３２および撮像装置３６が一体的に傾動可能に構成されているが、この構成に限定されることはない。

例えば、表面検査装置１は、チルト機構１６または受光系駆動部３８の代わりに、不図示の照明系駆動部を備え、照明系駆動部により、チルト軸Ｔｃを中心に、照明系２１が一体的に傾動可能に構成されてもよい。この構成により、照明光の入射角（回折光の射出角）と、回折光に対する受光角とをそれぞれ独立して調整することができる。

なお、不図示の照明系駆動部により、照明系２１を、チルト軸Ｔｃを中心に傾動させる場合、照明系２１を一体的に傾動させることに限らず、照明ユニット２２を固定して、照明系２１の照明側凹面鏡２６のみを傾動させてもよい。

また、受光側凹面鏡３２および撮像装置３６（並びに照明系２１）を固定し、チルト機構１６により、チルト軸Ｔｃを中心にステージ１５のみを傾動させるようにしてもよい。

すなわち、照明光を任意の入射角でウェハ１０の表面へ入射させて、ウェハ１０の表面
からの特定の回折次数の光（正反射光を含む）を撮像装置３６で受光することで、撮像装置３６により複数の回折条件における回折光を選択に検出することができるように構成されていればよい。

なお、第３実施形態においてステージ１５のみを傾動させる場合には、ステップＳＴ５０４において、複数の照明光の波長を設定し、（１）式に基づいて、ステップＳＴ５１３で、第１のフォーカス判定用回折条件と回折光の次数及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長が異なる第２のフォーカス判定用回折条件を求める。また、同様にステップＳＴ５１３において、第１のドーズ判定用回折条件と回折光の次数及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長が異なる第２のドーズ判定用回折条件を求める。

また前述したように、第１および第２のフォーカス判定用回折条件は、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長に加え、回折光の次数及びパターンのピッチが異なってもよく、フォーカスの変化に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なる条件であればよい。また同様に、第１および第２のドーズ判定用回折条件は、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長に加え、回折光の次数及びパターンのピッチが異なってもよく、ドーズの変化に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なる条件であればよい。

なお、第１〜第３実施形態では、照明系２１でウェハ１０の表面全体を一括で照明し、撮像装置３６でウェハ１０の表面全体を一括で撮像することにより、ウェハ１０の検査スループットを向上させることができるようになるが、ウェハ１０の表面全体を一括で照明及び撮像することに限られない。例えば、１ショット若しくはそれよりも小さい領域を照明し、その領域を撮像してもよい。この場合、図１の表面検査装置１に、ステージ１５をＸＹ方向に２次元移動させる不図示のＸＹ駆動部を設け、（ウェハ１０の１ショット若しくはそれより小さい領域の）照明及び撮像と、ステージ１５上に支持されたウェハ１０の移動とを同期させて、ウェハ１０の表面の１ショット若しくはそれよりも小さい領域の撮像を繰り返すことにより、ウェハ１０の全面の画像を作成してもよい。

なお、第１〜第３実施形態において、ウェハ１０（良品ウェハ１０ｇ、ＦＥＭウェハ１０を含む）を照明する照明光の波長は、ウェハ表面の下地層の膜厚に影響を受けない波長にしてもよい。具体的には、検査対象のウェハ上の検査パターンを加工する際の露光装置の露光波長に近い方にしてもよい（露光波長と同じ波長が最適）。これは、露光装置で露光する対象のレジスト層の下層に形成された反射防止膜が露光波長の光が入射したときに最大の反射率をもつように設計されているためである。例えば、露光波長とはある程度異なる波長の光を検査で使用すると、ウェハ１０の検査対象の層（すなわち、最上層のパターン）へ入射した光は反射防止膜を透過し、検査対象ではない層（反射防止膜より下層）からの反射光を撮像装置３６で受光してしまうため、検査パターンが正確に検査されない可能性がある。ところが、露光波長と同じ波長の光で検査すると、検査対象の層へ入射した光は反射防止膜で完全に反射されるため、検査パターンが正確に検査される。

なお、ウェハ表面の下地層の影響を受けやすい場合には、図２１に示すように、ｓ偏光による回折光のみを撮像装置３６で受光できるように、透過軸を所定の方位に設定した受光側偏光フィルタ３３を光路上に挿入してもよい。このようにｓ偏光で照明すれば、下地層の影響を低減することができる。また、図２１の破線で示すように、照明光としてｓ偏光が得られるように、透過軸を所定の方位に設定した照明側偏光フィルタ２７を光路上に挿入してもよい。また、ｓ偏光に限らず、ｐ偏光を利用しても同様の効果を得ることができる。

なお、第１〜第３実施形態における条件出しを行うステップ（ステップＳＴ１００，ＳＴ３００，ＳＴ５００）において、撮像装置３６は、１枚のＦＥＭウェハ１０ｆを利用して、ステップＳＴ１０９，ＳＴ３０９，ＳＴ５０９で求めた複数の回折条件の候補でＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を撮像したが、１枚のＦＥＭウェハ１０ｆに限られることはない。例えば、ショットごとのフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量の変化量を小さくした、複数枚のＦＥＭウェハを用いてもよい。これにより、フォーカスの変化およびドーズの変化が細かくなるので、精度を向上させることができる。

なお、第１〜第３実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００，ＳＴ４００，ＳＴ６００）において、検査判定部４３は、検査パターンに対する露光時のフォーカスオフセット量及び露光時のドーズオフセット量を求めることで加工条件を判定するが、検査判定部４３が、求めたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を異常でないかどうか検査することで、検査パターンの加工条件を判定してもよい。この場合、検査判定部４３は、例えば、求めたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量が所定の閾値の範囲内であるならば、正常と判定し、求めたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量が所定の閾値の範囲外であるならば、異常と判定する。

なお、第１〜第３実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００，ＳＴ４００，ＳＴ６００）において、検査判定部４３は、検査パターンに対する露光時のフォーカス条件およびドーズ条件として、フォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることで加工条件を判定するが、所定の基準値に対するオフセット量でなくてもよい。例えば、求めるフォーカス条件およびドーズ条件は、フォーカス量およびドーズ量（絶対値）としてもよい。

なお、第１〜第３実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００，ＳＴ４００，ＳＴ６００）において、検査判定部４３により判定された検査パターンのフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示されたが、これに限られない。例えば、画像処理部４１は、検査判定部４３が画素ごとに求めたフォーカスオフセット量をそれぞれ当該画素での信号強度に変換したウェハ１０の画像を生成し、図示しない表示装置に表示させてもよい。また、画像処理部４１は、検査判定部４３が画素ごとに求めたドーズオフセット量をそれぞれ当該画素での信号強度に変換したウェハ１０の画像を生成し、図示しない表示装置に表示させてもよい。なお、図示しない表示装置は表面検査装置１に構成されたものを使用してもよく、表面検査装置１の外部（例えば、半導体製造ラインの管理室等）に設けられて接続されたものを使用してもよい。

次に、検査装置の第４実施形態について説明する。検査装置の第４実施形態として顕微鏡装置５１を図２２に示す。第４実施形態の顕微鏡装置５１は、ウェハ１０を保持することが可能なステージ５５と、対物レンズ６１と、ハーフミラー６２と、照明系７１と、検出部８０と、画像処理部９１と、記憶部９２と、検査判定部９３と、ハードウェア制御部９４および主制御部９５とを備えて構成される。なお、図２２で示した一点鎖線は、顕微鏡装置５１の光軸Ａｘを模式的に表すものである。ここで光軸Ａｘは、顕微鏡装置５１に備えられた各光学素子（照明系７１、対物レンズ６１、ハーフミラー６２、および検出部８０に備えられた各光学素子）の回転対象軸と一致する軸であり、かつ、ステージ５５の保持面５５ａの中心を介して結ばれる軸である。また、図２２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。

ステージ５５は、対物レンズ６１の光軸Ａｘ（Ｚ軸方向）と略直角な面内（ウェハ１０の表面に沿った面内）でウェハ１０を移動可能に保持する。なお、ウェハ１０は、不図示の搬送装置により外部から搬送されてステージ５５上に載置され、真空吸着によりステー
ジ５５上の保持面５５ａで保持される。

対物レンズ６１は、ステージ５５の保持面５５ａと対向するように配置される。ハーフミラー６２は、照明系７１からの照明光を対物レンズ６１に向けて反射させ、対物レンズ６１からの光を受光系８１に向けて透過させる。

照明系７１は、照明光を射出する照明ユニット７２と、リレーレンズ７３と、照明側絞り部材７４とを有して構成され、ハーフミラー６２および対物レンズ６１を介して、ステージ５５に保持されたウェハ１０の表面の一部に照明光を照射する。なお、照明系７１で照明されるウェハ１０の表面の照明領域は、例えば、１ショットもしくは複数ショット分の領域に設定される。照明ユニット７２は、詳細な図示を省略するが、第１実施形態の照明ユニット２２と同様に、光源部と、調光部と、導光ファイバとを有して構成される。リレーレンズ７３は、照明ユニット７２から射出された照明光を照明側絞り部材７４に導く。

照明側絞り部材７４は、リレーレンズ７３からの照明光が通過する開口部７５を有した薄板状に形成され、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面上に配置される。また、照明側絞り部材７４は、照明側絞り駆動部７６に、光軸Ａｘと垂直な方向に２次元的に移動（対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動、例えば図２２ではＹ軸及びＺ軸に沿って移動）可能に保持される。照明側絞り駆動部７６は、詳細な図示を省略するが、照明側絞り部材７４を移動可能に支持するガイドや、照明側絞り部材７４を移動させるように駆動するモータ等から構成される。

検出部８０は、受光系８１と、撮像装置８６を有して構成される。受光系８１は、検出側絞り部材８２と、結像レンズ８５とを有して構成され、対物レンズ６１およびハーフミラー６２を介して、照明光の照射を受けたときのウェハ１０からの射出光（反射光や回折光等）を受光する。結像レンズ８５は、検出側絞り部材８２の開口部８３を通過したウェハ１０の表面の一部（照明系７１による照明領域）から射出した光を撮像装置８６の撮像面上に導き、ウェハ１０の表面の一部（照明系７１による照明領域）の像を結像させる。

検出側絞り部材８２は、リレーレンズ７３からの照明光が通過する開口部８３を有した薄板状に形成され、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面上に配置される。また、検出側絞り部材８２は、検出側絞り駆動部８４に、光軸Ａｘと垂直な方向に２次元的に移動（対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動、例えば図２２ではＸ軸及びＹ軸に沿って移動）可能に保持される。検出側絞り駆動部８４は、詳細な図示を省略するが、検出側絞り部材８２を移動可能に支持するガイドや、検出側絞り部材８２を移動させるように駆動するモータ等から構成される。

以上の構成により、照明側絞り部材７４の移動によって、照明側絞り部材７４の開口部７５が、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動（図２２ではＹ軸及びＺ軸に沿って移動）すると、ウェハ１０の表面への照明光の入射角が変化する。すなわち、ウェハ１０の表面からの特定の回折次数の光の射出角が変化する。一方、検出側絞り部材８２の移動によって、検出側絞り部材８２の開口部８３が、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動（図２２ではＸ軸及びＹ軸に沿って移動）すると、ウェハ１０の表面から射出した回折光に対する受光角が変化する。これにより、ステージ５５の保持面５５ａの法線（図２２におけるＺ軸方向の対物レンズ６１の光軸Ａｘに沿った線）を基準とする照明光の入射角（回折光の射出角）と、ウェハ１０の表面から射出した回折光の受光角とをそれぞれ独立に調整することができる。

したがって、上述の第１〜第３実施形態と同様に、照明光の入射角（射出光の射出角）および射出光に対する受光角を変化させることにより、前述の（１）式に基づいて、ウェハ１０に入射させる光の波長、ウェハ１０に形成された繰り返しパターンのピッチ、及び撮像装置８６で受光する光の回折次数を同一にしたとき、任意の入射角（異なる複数の入射角）でウェハ１０の表面へ光を入射させた場合、撮像装置８６で受光する光の回折次数を選択することができるようになる。つまり、第１の入射角でウェハ１０に入射し、第１の射出角で射出して撮像装置８６で受光される光の回折次数と、第１の入射角とは異なる第２の入射角でウェハ１０に入射し、第１の射出角とは異なる第２の射出角で射出して撮像装置８６で受光される光の回折次数を合わせつつ、回折次数を選択することができる。

なお、第４実施形態における照明光の入射角は、第１実施形態と同様に、ステージ５５の保持面５５ａの法線とウェハ１０の表面へ入射する照明光との成す角である。また、第４実施形態における射出角は、第１実施形態と同様に、ステージ５５の保持面５５ａの法線とウェハ１０の表面から射出した光との成す角である。また、第４実施形態における受光角は、ステージ５５の保持面５５ａの法線と、ウェハ１０の表面から射出するときに検出側絞り部材８２の開口部８３を通過可能な光との成す角である。

また、照明側絞り部材７４の移動によって、照明側絞り部材７４の開口部７５が、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面上において光軸Ａｘを中心に回転移動すると、ウェハ１０へ入射する照明光の入射方向が変化する。つまり、実質的にウェハ方位角度（図２参照）が変化することになる。一方、検出側絞り部材８２の移動によって、検出側絞り部材８２の開口部８３が、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面上において光軸Ａｘを中心に回転移動すると、ウェハ１０から射出した回折光が撮像装置８６に入射する方向（受光方向）が変化する。これにより、照明側絞り部材７４の開口部７５と検出側絞り部材８２の開口部８３とを同期させて回転移動させることで、ウェハ１０を回転させることなく、ウェハ方位角度を調整するのと同等の調整を行うことができる。

撮像装置８６は、照明系７１で照明されたウェハ１０の照明領域から射出した回折光に基づいて撮像面上に形成されたウェハ１０の一部（照明領域）の像を光電変換して画像信号を生成し、主制御部９５に送る。主制御部９５は、撮像装置８６から送られた画像信号を受け、画像処理部９１に送る。画像処理部９１は、撮像装置８６から送られた画像信号に基づいて、ウェハ１０の一部の画像を生成する。また、画像処理部９１は、ウェハ１０の画像に対して、適宜、ディストーション補正やシェーディング補正等の画像補正を行う。画像処理部９１で処理された画像データ（すなわち、撮像装置８６で受光したウェハ１０の照明領域から射出した回折光に基づく信号強度）は、主制御部９５により検査判定部９３に送られる。検査判定部９３は、ウェハ１０の画像データと記憶部９２に記憶された良品ウェハの画像データとを比較して、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。また、検査判定部９３は、ウェハ１０の画像データを利用して、検査パターンの加工条件（露光時のフォーカス条件及びドーズ条件）を判定する。

本実施形態では、ウェハ１０の表面の一部が照明系７１で照明されるため、撮像装置８６で撮像される像は、ウェハ１０の表面の一部となる。この場合、照明系７１による照明及び撮像装置８６による撮像のタイミングに合わせて、ウェハ１０を保持したステージ５５を所定間隔で順次移動させていくことで、撮像装置８６で順次得られるウェハ１０の一部の画像信号を画像処理部９１で合成し、ウェハ１０の表面全体の画像を生成することができる。また、その画像に基づいた画像データ（撮像装置８６で受光したウェハ１０の表面全体からの回折光に基づく信号強度）を検査判定部９３に送ることができる。

なお、ウェハ１０の表面全体の画像を生成する一例としては、照明系７１でウェハ１０
の表面における任意のショット領域を照明し、照明系７１による照明及び撮像装置８６による撮像のタイミングに合わせて、ウェハ１０上で隣接するショット同士の間隔だけ、順次、ステージ５５を移動させて、ウェハ１０の表面に形成された全てのショットを撮像し、それらのショットの画像を合成すればよい。

以下、照明系７１による照明及び撮像装置８６による撮像のタイミングに合わせて、ウェハ１０を保持したステージ５５を所定間隔で順次移動させて画像処理部９１で生成したウェハ１０の表面全体の画像を合成回折画像と称する。また、合成回折画像に基づいた画像データ（撮像装置８６で受光したウェハ１０の表面全体からの回折光に基づく信号強度）を合成回折画像データと称する。

主制御部９５は、ハードウェア制御部９４を介して、照明ユニット７２や、ステージ５５、照明側絞り駆動部７６および検出側絞り駆動部８４の作動を制御する。ハードウェア制御部９４は、照明ユニット７２の光源部と調光部（図示せず）を制御し、照明光の波長および強度を調節する。また、ハードウェア制御部９４は、ステージ５５の駆動機構部（図示せず）を制御し、ウェハ１０上の照明領域を調整する。また、ハードウェア制御部９４は、照明側絞り駆動部７６を制御し、照明光の入射角（回折光の射出角）および入射方向（すなわち、ウェハ方位角度）を調整する。また、ハードウェア制御部９４は、検出側絞り駆動部８４を制御し、ウェハ１０から射出した回折光に対する受光角および受光方向（すなわち、ウェハ方位角度）を調整する。

以上のように構成される顕微鏡装置５１を用いて、ウェハ１０の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査について簡単に説明する。まず、不図示の搬送装置により、ウェハ１０をステージ５５上に搬送する。このウェハ１０の表面には図６に示すように、ピッチがＰの繰り返しパターン１２（ラインアンドスペースパターン）が形成されている。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハ１０の表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハ１０をステージ５５上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。

次に、ウェハ１０の表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向（ラインアンドスペースパターンの場合、ラインの長手方向に対して直交する方向）とを一致させて、前述の（１）式を満足するように設定を行う。このとき、ハードウェア制御部９４により、照明ユニット７２の光源部と調光部（図示せず）や、照明側絞り駆動部７６および検出側絞り駆動部８４等が制御される。

次に、照明系７１により照明光をウェハ１０の表面に照射する。このような条件で照明光をウェハ１０の表面に照射する際、照明ユニット７２から射出された所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する所定の強度の照明光は、リレーレンズ７３を透過して照明側絞り部材７４に達する。照明側絞り部材７４に達した照明光の一部は、照明側絞り部材７４の開口部７５を通過してハーフミラー６２で反射し、対物レンズ６１を透過して所定の入射角および入射方向でウェハ１０の表面に照射される。ウェハ１０の表面の繰り返しパターンで回折した所定次数の回折光は、対物レンズ６１およびハーフミラー６２を透過して検出側絞り部材８２の開口部８３を通過する。検出側絞り部材８２の開口部８３を通過した回折光は、結像レンズ８５により集光されて撮像装置８６の撮像面上に達し、ウェハ１０の像が結像される。

撮像装置８６は、撮像面上に形成されたウェハ１０の像を光電変換して画像信号を生成し、主制御部９５を介して画像信号を画像処理部９１に送る。このとき、主制御部９５は、照明系７１による照明及び撮像装置８６による撮像のタイミングに合わせて、ウェハ１０を保持したステージ５５を所定間隔で順次移動させる。画像処理部９１は、順次、撮像
装置８６で検出されるウェハ１０の一部の画像信号を合成して、ウェハ１０の合成回折画像を生成する。画像処理部９１は、主制御部９５を介してウェハ１０の合成回折画像に基づいた合成回折画像データ（撮像装置８６で受光したウェハ１０の表面全体からの回折光に基づく信号強度）を検査判定部９３に送る。検査判定部９３は、画像処理部９１から送られたウェハ１０の合成回折画像データと、記憶部９２に記憶された良品ウェハの合成回折画像データ（すなわち、撮像装置８６で受光した良品ウェハの表面全体からの回折光に基づく信号強度）とを比較して、ウェハ１０の表面に形成されたパターンにおける欠陥（異常）の有無を検査する。そして、検査判定部９３による検査結果が図示しない表示装置に出力表示される。

なお、不図示の表示装置には、検査判定部９３による検査結果を表示させるだけでなく、ウェハ１０の合成回折画像を表示させても良い。なお、不図示の表示装置は無くても良い。この場合、検査判定部９３によるウェハ１０の検査結果は、本願のような検査装置や露光装置を統括的に管理するホストコンピュータへ送信するようにしても良い。

また、検査判定部９３は、画像処理部９１から主制御部９５を介して送られた検査対象のウェハ１０の合成回折画像データを利用して、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターン（繰り返しパターン１２）の加工条件（露光時のフォーカス条件及びドーズ条件）を判定することができる。そこで、第４実施形態の顕微鏡装置５１を利用して、検査パターンの加工条件を判定するフローについて説明する。ここで、本実施形態における判定フローは、第１実施形態における判定フローと同様であるので第１実施形態に係る図７〜図９に示すフローチャートを参照しながら説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同様にロジックＩＣにおけるパターンの加工条件を判定する方法について説明する。

図７に示すように、まず、検査パターンの加工条件を判定するための条件出しを行う（ステップＳＴ１００）。続いて、条件出しで得られた条件に基づいて検査パターンの加工条件を判定する（ステップＳＴ２００）。

第４実施形態における条件出しを行うステップ（ステップＳＴ１００）の詳細について、図８を参照しながら説明する。まず、第１実施形態と同様に、ロジックＩＣの製品情報を登録する（ステップＳＴ１０１）。このとき、ロジックＩＣの製品情報は、不図示の入力部から主制御部９５を介して記憶部９２に送られ、記憶部９２で記憶される。

次に、第１実施形態と同様に、ショット内の有効エリアを設定して登録する（ステップＳＴ１０２）。このとき、有効エリア等の登録情報は、不図示の入力部から主制御部９５を介して記憶部９２に送られ、記憶部９２で記憶される。

次に、不図示の搬送装置により、良品ウェハ１０ｇ（図１１を参照）をステージ５５上に搬送する（ステップＳＴ１０３）。なお、搬送の途中、不図示のアライメント機構により良品ウェハ１０ｇの表面に形成されているパターンの位置情報を取得する。そして、良品ウェハ１０ｇをステージ５５上に載置した後、良品ウェハ１０ｇの表面上における照明方向及び良品ウェハ１０ｇから射出した回折光の撮像装置８６における受光方向と、パターンの繰り返し方向とが一致するように、照明側絞り部材７４の開口部７５と検出側絞り部材８２の開口部８３とを回転移動させる。

次に、照明光の波長、照明光量、露光時間、ウェハ１０の表面を照明する照明光の入射角（すなわち、ウェハ１０の表面から射出する回折光の射出角）、および検出側絞り駆動部８４でウェハ１０の表面から射出する回折光の受光角を変化させる範囲（第１実施形態と同様に設定角度範囲と称する）を設定する（ステップＳＴ１０４）。なお、回折光の受
光角は検出側絞り部材８２（開口部８３）を移動させて設定するため、具体的には、設定角度範囲は検出側絞り部材８２を検出側絞り駆動部８４で移動させる範囲となる。また、照明光量および露光時間については、第１実施形態と同様に、照明ユニット７２の照明光量と撮像装置８６の露光時間を変えて複数設定される。

次に、良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成する（ステップＳＴ１０５）。このとき、先のステップＳＴ１０４で設定した照明光の波長、照明光の入射角、および設定角度範囲で、３種類の照明光量と３種類の露光時間の組み合わせについてそれぞれ、良品ウェハ１０ｇの合成回折画像を生成する。具体的には、照明系７１で良品ウェハ１０ｇの表面における任意のショット領域を照明し、照明系７１による照明及び撮像装置８６による撮像のタイミングに合わせて、良品ウェハ１０ｇ上で隣接するショット同士の間隔だけ、順次、ステージ５５を移動させていき、画像処理部９１で良品ウェハ１０ｇの合成回折画像を生成する。このとき、設定角度範囲における所定の受光角について良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成する。

次に、主制御部９５は、回折光の受光角を設定角度範囲だけ変化させたか否かを判定する（ステップＳＴ１０６）。具体的には、所定の角度量ごとに設定角度範囲だけ受光角を変化させたか否かを判定する。言い換えれば、所定の角度量ごとに設定角度範囲だけ受光角を変化させて各受光角で良品ウェハ１０ｇの回折画像を生成したか否かを判定する。判定がＮｏの場合、検出側絞り駆動部８４により受光角（すなわち、検出側絞り部材８２の開口部８３の位置）を所定の角度量だけ変化させて、ステップＳＴ１０５の処理を繰り返す。これにより、所定の設定角度範囲にわたる複数の受光角で、良品ウェハ１０ｇの合成回折画像を生成することができる。したがって、所定の照明光の波長、照明光量、露光時間、および照明光の入射角に対して、良品ウェハ１０ｇからの表面から射出した複数の回折次数の光のうち、相異なる回折次数の光に基づく複数の合成回折画像をそれぞれ生成することができる。

一方、判定がＹｅｓの場合、ステップＳＴ１０７に進む。次のステップＳＴ１０７において、画像処理部９１は、先のステップＳＴ１０４〜ＳＴ１０６で生成した良品ウェハ１０ｇのそれぞれの合成回折画像に対し、ディストーション補正およびシェーディング補正を行う。

以下、第１実施形態と同様に、ステップＳＴ１０７までに得られた相異なる回折次数の光に基づく良品ウェハ１０ｇの合成回折画像を用いて、良品ウェハ１０ｇに形成された各ショット１１ｇの所定位置に対応した撮像装置８６の信号強度の平均値を求め、この平均値を用いて求めた良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの所定位置に対応した撮像装置８６の信号強度の平均値と分散値に応じて適当な回折次数を選定し、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で使用する回折条件の候補を求めるフロー（ステップＳＴ１０８〜ＳＴ１０９）について説明する。

まず、画像処理部９１は、ステップＳＴ１０７で補正した良品ウェハ１０ｇのそれぞれの合成回折画像から、第１実施形態と同様に、良品ウェハ１０ｇの各ショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応する撮像装置８６の信号強度の平均値を求め、求めた平均値を用いて良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応した撮像装置８６の信号強度の平均値と信号強度の分散値を求める（ステップＳＴ１０８）。良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応した撮像装置８６の信号強度の平均値と信号強度の分散値を求めるとき、第１実施形態と同様に、良品ウェハ１０ｇの回折画像の各ショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応する撮像装置８６の１画素もしくは複数の画素ごとの信号強度の平均値を用いる。

そして、画像処理部９１は、第１実施形態と同様に、同一の照明光量および露光時間について、ステップＳＴ１０６で変化させた受光角毎（すなわち、撮像装置８６で受光する回折光の回折次数毎）に、良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の平均値を算出する。

続いて、画像処理部９１は、第１実施形態と同様に、同一の照明光量および露光時間について、ステップＳＴ１０６で変化させた受光角毎（すなわち、撮像装置８６で受光する回折光の回折次数毎）に、良品ウェハ１０ｇの全てのショット１１ｇの有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の分散値を算出する。

次に、画像処理部９１は、第１実施形態と同様に、ステップＳＴ１０８で算出した有効エリアサンプル領域Ｇｐにおける信号強度の平均値と分散値に基づいて、信号強度の平均値が高く、かつ信号強度の分散値が低い受光角、すなわち、射出角及び回折次数を求める。そして求めた射出角及び回折次数と、ステップＳＴ１０４で設定した照明光の波長及び照明光の入射角を合わせて、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で用いる回折条件の候補とする（ステップＳＴ１０９）。なお、画像処理部９１は、ステップＳＴ１０４で設定した３種類の照明光量と３種類の露光時間の組み合わせの中から、回折条件の候補における照明光量および露光時間を求める。

以下、第１実施形態と同様に、ＦＥＭウェハ１０ｆを用いて、ステップＳＴ１０９で求めた複数の回折条件の候補から選定した所望の回折条件に基づいて、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で使用する、撮像装置８６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量との関係を示すライブラリーデータを求めるフロー（ステップＳＴ１１０〜ＳＴ１１３）について説明する。

まず、不図示の搬送装置により、ステップＳＴ１０９まで使用していた良品ウェハ１０ｇに代えて、良品ウェハ１０ｇと同等のピッチの繰り返しパターンが形成されたＦＥＭウェハ１０ｆ（図１２を参照）をステージ５５上に搬送する。そして、ステップＳＴ１０９で求めた複数の回折条件の候補でそれぞれ、ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像を生成する（ステップＳＴ１１０）。

ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像を生成するには、先のステップＳＴ１０５と同様に、照明系７１でＦＥＭウェハ１０ｆの表面における任意のショット領域を照明し、照明系７１による照明及び撮像装置８６による撮像のタイミングに合わせて、ＦＥＭウェハ１０ｆ上で隣接するショット同士の間隔だけ、順次、ステージ５５を移動させていき、画像処理部９１でＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像を生成する。

次に、画像処理部９１は、第１実施形態と同様に、複数の回折条件の候補でそれぞれ生成した、ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像に基づいて、ＦＥＭウェハ１０ｆの複数のショットそれぞれに対応する撮像装置８６の各画素の信号強度と、各ショットに対応するフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量との関係式を求める（ステップＳＴ１１１）。具体的には、撮像装置８６の信号強度をｂ、フォーカスオフセット量をｆ、ドーズオフセット量をｄと規定し、まず、各回折条件の候補で生成したＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像の各ショットについて、撮像装置８６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量との関係を示すサンプルデータＳ_i（ｂ_i，ｆ_i，ｄ_i）（但し、ｉ＝１，２、…Ｎ）を求める。ここで、第１実施形態と同様に、サンプルデータＳ_iは、ＦＥＭウェハ１０ｆ上にＮ個のショットがある場合を考える。つまり、撮像装置８６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量との関係はＮ個のショットごとに求める。さらに、サンプルデータＳ_iは、ステップＳＴ１１０で生成された各回折条件の候補におけるＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像毎に求める。

続いて、第１実施形態と同様に、画像処理部９１は、複数の回折条件の候補から以降のフローで使用する所望の回折条件を選定する（ステップＳＴ１１２）。具体的には、ステップＳＴ１１１で求めた各回折条件の候補に対応するサンプルデータＳ_i（ｂ_i，ｆ_i，ｄ_i）（但し、ｉ＝１，２、…Ｎ）に基づいて、第１の判定用回折条件と、第２の判定用回折条件を複数の回折条件の候補の中から選定する。

次に、第１実施形態と同様に、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で使用する、撮像装置８６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を示すライブラリデータを求める（ステップＳＴ１１３）。具体的には、ステップＳＴ１１２で選定した第１の判定用回折条件に対応するサンプルデータＳ_i（ｂ_i，ｆ_i，ｄ_i）（但し、ｉ＝１，２、…Ｎ）に基づいて、撮像装置８６の信号強度に対するフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を関数Ｆ₁（曲面を表す関数）で近似して関係式（２）を求める。但し、第１の判定用回折条件で生成されたＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像における、各ショットの信号強度（撮像装置８６の信号強度）を改めてｂ₁とし、各ショットのフォーカスオフセット量を改めてｆ₁とし、各ショットのドーズオフセット量を改めてｄ₁と表す。

同様に、ステップＳＴ１１２で選定した第２の判定用回折条件に対応するサンプルデータＳ_iに基づいて、撮像装置８６の信号強度に対するフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を関数Ｆ₂（曲面を表す関数）で近似して関係式（３）を求める。但し、第２の判定用回折条件で生成されたＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像における、各ショットの信号強度（撮像装置８６の信号強度）を改めてｂ₂とし、各ショットのフォーカスオフセット量を改めてｆ₂とし、各ショットのドーズオフセット量を改めてｄ₂と表す。

そして、第１実施形態と同様に、画像処理部９１は、関係式（２）から、フォーカスオフセット量ｆ₁およびドーズオフセット量ｄ₁をＭステップ（ＭはＦＥＭウェハ１０ｆに形成されたショットの個数（Ｎ個）よりも多い数である）変化させて、ｆ₁およびｄ₁のそれぞれの組合せに対応する信号強度ｂ₁を求め、第１の判定用回折条件におけるライブラリデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j）（但し、ｊ＝１，２，…Ｍ）を作成する。また、画像処理部９１は、関係式（３）から、フォーカスオフセット量ｆ₂およびドーズ量ｄ₂をＭステップ変化させて、ｆ₁およびｄ₁のそれぞれの組合せに対応する信号強度ｂ₂を求め、第２の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）（但し、ｊ＝１，２，…Ｍ）を作成する。

このようにして、第１実施形態と同様に、第１および第２の判定用回折条件、並びに、第１および第２の判定用回折条件におけるライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）が求められる。なお、２種類のライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）は、基準データとして記憶部９２に記憶される。

続いて、図７に示すように、条件出し（ステップＳＴ１００）を行った後、第１実施形態と同様に、検査パターンに対する加工条件を判定する（ステップＳＴ２００）。第４実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００）について、図９を参照しながら説明する。図９に示すように、まず、検査対象のウェハ１０の合成回折画像を生成する（ステップＳＴ２０１）。このとき、先のステップＳＴ１１２で求められた第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件についてそれぞれ、検査対象のウェハ１０の合成回折画像を撮像装置８６により撮像する。

次に、画像処理部９１は、検査対象のウェハ１０の合成回折画像に対応する撮像装置８６の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の有効エリアか否か判定し（ステップＳＴ２０２）、無効エリアに該当する画素を検査対象から除外する。

次に、検査判定部９３は、画像処理部９１から送られた検査対象のウェハ１０の合成回折画像データから、検査対象のウェハ１０上の検査パターンに対する露光時のフォーカス条件を判定する（ステップＳＴ２０３）。具体的には、第１実施形態と同様に、撮像装置８６により検出した第１の判定用回折条件および第２の判定用回折条件での２種類の信号強度に対して、記憶部９２に記憶された２種類のライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）をそれぞれフィッティングさせることにより、検査パターンのフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。

これにより、検査対象のウェハ１０の全面（有効エリア）について所定の画素ごとにフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることができ、検査対象のウェハ１０上の検査パターンの加工条件を判定することが可能になる。

そして、検査判定部９３により判定された検査パターンのフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示される（ステップＳＴ２０４）。

このように、第４実施形態によれば、検査判定部９３が、既知のフォーカスオフセット量及び既知のドーズオフセット量と信号強度との関係を示すライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）（すなわち、既知のフォーカス条件及び既知のドーズ条件と撮像装置３６の信号強度との関係を示す特性）と、検査パターンからの回折光に応じた信号強度とに基づいて、検査パターンのフォーカス条件及びドーズ条件を判定する。そのため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

次に、本願の第５実施形態について説明する。本実施形態の顕微鏡装置は、第４実施形態の顕微鏡装置５１と同様であるため各部に第４実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、本実施形態において、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターンの加工条件を判定するフローは、前述の第２実施形態の判定フローと同様であるため第２実施形態に係る図１３〜図１５を参照して説明する。なお、図１４（条件出しを行うステップＳＴ３００）のフローチャートについて、ステップＳＴ３０１〜ステップＳＴ３１２のそれぞれのステップは上述の第４実施形態で説明したステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１１２のそれぞれのステップと同様であるためステップＳＴ３１３以降のフローについて説明する。

本実施形態におけるステップＳＴ３１３では、加工条件の判定（ステップＳＴ４００）で使用する、撮像装置８６の信号強度とフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量の関係を示す特性を求める。但し、以下、ステップＳＴ３１３（すなわち、第１実施形態のステップＳＴ１１３）で求めた関係式（２）と関係式（３）を連立方程式として、フォーカスオフセット量ｆおよびドーズオフセット量ｄについて解くことができる場合を前提として説明する。

まず、第２実施形態と同様に、関係式（２）と関係式（３）の連立方程式を解いて、第１の判定用回折条件における撮像装置８６の信号強度ｂ₁及び第２の判定用回折条件における撮像装置８６の信号強度ｂ₂とフォーカスオフセット量ｆとの関係を示す特性式（４）と、第１の判定用回折条件における撮像装置８６の信号強度ｂ₁及び第２の判定用回折条件における撮像装置８６の信号強度ｂ₂とドーズオフセット量ｄとの関係を示す特性式（５）を求める。

なお、特性式（４）及び特性式（５）において、フォーカスオフセット量ｆに対する撮像装置８６の信号強度ｂ₁及びｂ₂の関数をＧ₁（ｂ₁，ｂ₂）と表し、ドーズオフセット量ｄに対する撮像装置８６の信号強度ｂ₁及びｂ₂の関数をＧ₂（ｂ₁，ｂ₂）と表す。また、特性式（４）は、フォーカス基準データとして記憶部９２に記憶され、特性式（５）に関するデータは、ドーズ基準データとして記憶部９２に記憶される。

これにより、特性式（４）および特性式（５）を利用して、第１の判定用回折条件および第２の判定用回折条件で生成された検査対象のウェハ１０の合成回折画像の信号強度（撮像装置８６で受光した回折光に基づく信号強度）から、検査パターンのフォーカス条件およびドーズ条件（フォーカスオフセット量およびドーズオフセット量）を求めることができる。第５実施形態では、この特性式（４）および特性式（５）を利用して、加工条件の不明な検査パターンのフォーカス条件およびドーズ条件を判定する。

以下、特性式（４）および特性式（５）を利用して、検査パターンに対する加工条件を判定する（ステップＳＴ４００）フローについて図１５を参照しながら説明する。

まず、検査対象のウェハ１０の合成回折画像を生成する（ステップＳＴ４０１）。このとき、ステップＳＴ３１２（すなわち、第１実施形態のステップＳＴ１１２）で求められた第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件についてそれぞれ、検査対象のウェハ１０の合成回折画像を撮像装置８６により撮像する。

次に、画像処理部９１は、検査対象のウェハ１０の合成回折画像に対応する撮像装置８６の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の有効エリアか否か判定する（ステップＳＴ４０２）、このとき、無効エリアに該当する画素を検査対象から除外する。

次に、画像処理部９１は主制御部９５を介して合成回折画像のデータを検査判定部９３へ送り、検査判定部９３は、検査対象のウェハ１０の合成回折画像から、検査対象のウェハ１０上の検査パターンに対する露光時のフォーカス条件及びドーズ条件を判定する（ステップＳＴ４０３）。具体的には、まず、第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件のそれぞれの回折条件で、検査対象のウェハ１０の表面から射出した回折光を撮像装置８６で受光し、所定の画素ごとの信号強度を検出する。そして、検出した第１の判定用回折条件と第２の判定用回折条件での信号強度を特性式（４）および特性式（５）へ代入し、検査パターンのフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素ごとに）求める。

これにより、検査対象のウェハ１０の全面（有効エリア）について所定の画素ごとにフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることができ、検査対象のウェハ１０上の検査パターンの加工条件を判定することが可能になる。

そして、検査判定部９３により判定された検査パターンのフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示される（ステップＳＴ４０４）。

このように、第５実施形態によれば、検査判定部９３が、既知のフォーカスオフセット量および既知のドーズオフセット量と信号強度との関係を示す特性式（４）および特性式（５）のデータと、検査パターンからの回折光に応じた信号強度とに基づいて、検査パターンのフォーカス条件及びドーズ条件を判定する。そのため、上述の第４実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、予め記憶部９２に記憶しておいた特性式（４）および特性式（５）を使用することにより、第１および第２の判定用回折条件における検査対象のウェハ１０からの回折光に基づく撮像装置８６の信号強度から、検査パターンの露光時のフォーカス条件およびドーズ条件を纏めて判定することができ、上述の第４実施形態と同様にフォーカス条件及びドーズ条件を短時間で判定することができる。

次に、本願の第６実施形態について説明する。本実施形態の顕微鏡装置は、前述の第４実施形態に係る顕微鏡装置５１と同様の構成なため、各部に第４実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

以下、本実施形態において、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターンの加工条件を判定するフローは、前述の第３実施形態の判定フローと同様であるため第３実施形態に係る図１６〜図１８に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図１７（条件出しを行うステップＳＴ５００）のフローチャートについて、ステップＳＴ５０１〜ステップＳＴ５１０のそれぞれのステップは上述の第４実施形態で説明したステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１１０のそれぞれのステップと同様であるため、ステップＳＴ５１１以降の判定フローについて簡単に説明する。

第６実施形態における検査パターンの加工条件を判定するための条件出し（ステップＳＴ５００）では、図１７に示すように、ステップＳＴ５１０（第４実施形態に係る図８のステップＳＴ１１０と同様のステップ）において複数の回折条件の候補でそれぞれ生成したＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像に基づいて、加工条件の判定（ステップＳＴ６００）で使用する回折条件を選定し、選定した回折条件における回折光の信号強度に対するフォーカスの特性と、選定した回折条件における回折光の信号強度に対するドーズの特性をそれぞれ求めるフロー（ステップＳＴ５１１〜ステップＳＴ５１３）について説明する。

まず、画像処理部９１は、第３実施形態と同様に、各回折条件の候補でＦＥＭウェハ１０ｆからの回折光を撮像装置８６で受光して生成したＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像に基づいてフォーカスカーブを求める。このとき、異なるドーズオフセット量ごとに、複数の回折条件の候補にそれぞれ対応した複数のフォーカスカーブを求める。また、画像処理部９１は、複数の回折条件の候補でそれぞれ生成したＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像に基づいて、第３実施形態と同様に、各回折条件の候補でＦＥＭウェハ１０ｆからの回折光を撮像装置８６で受光して生成したＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像に基づいてフォーカスカーブを求める。このとき、異なるフォーカスオフセット量ごとに、複数の回折条件の候補にそれぞれ対応した複数のドーズカーブを求める（ステップＳＴ５１１）。なお、フォーカスカーブおよびドーズカーブは、ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置８６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求められる。

次に、画像処理部９１は、第３実施形態と同様に、ステップＳＴ５１１で求めたフォーカスカーブを分類し、複数の回折条件の候補の中から、フォーカスの変化に対して（撮像装置８６で受光した）回折光の信号強度の変化が大きくドーズの変化に対して回折光の信号強度の変化が小さい回折条件（以下、第６実施形態において、第１のフォーカス判定用回折条件と称する）を求める。また、画像処理部９１は、第３実施形態と同様に、ステップＳＴ５１１で求めたドーズカーブを分類し、複数の回折条件の候補の中から、ドーズの変化に対して回折光の信号強度の変化が大きくフォーカスの変化に対して回折光の信号強度の変化が小さい回折条件（以下、第６実施形態において、第１のドーズ判定用回折条件と称する）を求める（ステップＳＴ５１２）。なお、第１のフォーカス判定用回折条件および第１のドーズ判定用回折条件は、ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置８６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素
）ごとにそれぞれ求められる。

そして、画像処理部９１は、第３実施形態と同様に、上述の（１）式に基づいて、第１のフォーカス判定用回折条件と回折光の次数、照明光の波長、及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる条件であって、フォーカスカーブの変化の仕方（フォーカスカーブの形状）が異なる回折条件（以下、第６実施形態において、第２のフォーカス判定用回折条件と称する）を求める。また、上述の（１）式に基づいて、第１のドーズ判定用回折条件と回折光の次数、照明光の波長、及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）が異なる条件であって、ドーズカーブの変化の仕方（ドーズカーブの形状）が異なる回折条件（以下、第６実施形態において、第２のドーズ判定用回折条件と称する）を求める（ステップＳＴ５１３）。なお、第２のフォーカス判定用回折条件および第２のドーズ判定用回折条件は、ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像のショット内の有効エリアにおいて、撮像装置８６の１画素もしくは複数の画素（２×２〜５×５の画素）ごとにそれぞれ求められる。

ここで、第３実施形態と同様に、第１のフォーカス判定用回折条件におけるフォーカスカーブ（以下、第１基準フォーカスカーブと称する）に関するデータ（異なるドーズオフセット量ごとに構成された、第１のフォーカス判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカスオフセット量との関係を示す特性）と、第２のフォーカス判定用回折条件におけるフォーカスカーブ（以下、第２基準フォーカスカーブと称する）に関するデータ（異なるドーズオフセット量ごとに構成された、第２のフォーカス判定用回折条件における回折光の信号強度とフォーカスオフセット量との関係を示す特性）は、フォーカス基準データとして記憶部９２に記憶に記憶される。

一方、第１のドーズ判定用回折条件におけるドーズカーブ（以下、第１基準ドーズカーブと称する）に関するデータ（異なるフォーカスオフセット量ごとに構成された、第１のドーズ判定用回折条件における回折光の信号強度とドーズオフセット量との関係を示す特性）と、第２のドーズ判定用回折条件におけるドーズカーブ（以下、第２基準ドーズカーブと称する）に関するデータ（異なるフォーカスオフセット量ごとに構成された、第２のドーズ判定用回折条件における回折光の信号強度とドーズオフセット量との関係を示す特性）は、ドーズ基準データとして記憶部９２に記憶される。

図１６に示すように、条件出し（ステップＳＴ５００）を行った後、第３実施形態と同様に、検査パターンの加工条件を判定する（ステップＳＴ６００）。第３実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ６００）の詳細について、図１８を参照しながら説明する。図１８に示すように、まず、検査対象のウェハ１０の合成回折画像を生成する（ステップＳＴ６０１）。このとき、先のステップＳＴ５１３で求められた、第１および第２のフォーカス判定用回折条件、並びに、第１および第２のドーズ判定用回折条件についてそれぞれ、検査対象のウェハ１０の合成回折画像を撮像装置８６により撮像する。

次に、画像処理部９１は、第３実施形態と同様に、検査対象のウェハ１０の合成回折画像に対応する撮像装置８６の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の有効エリアか否か判定し（ステップＳＴ６０２）、無効エリアに該当する画素を検査対象から除外する。

次に、検査判定部９３は、第３実施形態と同様に、検査対象のウェハ１０の合成回折画像から、検査対象のウェハ１０上の検査パターンに対する露光時のフォーカス条件を判定する（ステップＳＴ６０３）。具体的には、まず、第１のフォーカス判定用回折条件と第２のフォーカス判定用回折条件のそれぞれの回折条件で、検査対象のウェハ１０の表面か
ら射出した回折光を撮像装置８６で受光し、所定の画素ごとの信号強度を検出する。そして、記憶部９２に記憶されたフォーカス基準データのうち、ベストドーズ量に対応したフォーカス基準データと、撮像装置８６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに求める。このとき、比較するフォーカス基準データに対応する回折条件と、撮像装置８６で検出された信号強度に対応する回折条件とは同一の回折条件とする。

次に、検査判定部９３は、第３実施形態と同様に、検査対象のウェハ１０の合成回折画像から、検査パターンに対する露光時のドーズオフセット量（ドーズ条件）を判定する（ステップＳＴ６０４）。このとき、本ステップＳＴ６０４で判定するドーズオフセット量を高精度に判定するため、記憶部９２に記憶されたドーズ基準データのうち、先のステップＳＴ６０３で判定したフォーカスオフセット量に最も近いフォーカスオフセット量に対応したドーズ基準データを利用して、検査対象のウェハ１０の合成回折画像の信号強度から、検査パターンに対する露光時のドーズオフセット量を所定の画素ごとに求める。

次に、検査判定部９３は、第３実施形態と同様に、フォーカスオフセット量（フォーカス条件）の再判定を行う（ステップＳＴ６０５）。具体的には、最終的に判定する検査パターンのフォーカスオフセット量を高精度に判定するため、記憶部９２に記憶されたフォーカス基準データのうち、先のステップＳＴ６０４で求めたドーズオフセット量に最も近いドーズセット量に対応したフォーカス基準データと、撮像装置８６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに求める。

次に、検査判定部９３は、第３実施形態と同様に、ドーズオフセット量（ドーズ条件）の再判定を行う（ステップＳＴ６０６）。具体的には、最終的に判定する検査パターンのドーズオフセット量を高精度に判定するため、記憶部９２に記憶されたドーズ基準データのうち、先のステップＳＴ６０５で求めたフォーカスオフセット量に最も近いフォーカスオフセット量に対応したドーズ基準データと、撮像装置８６により検出した信号強度とを比較して、検査対象のウェハ１０の検査パターンのドーズオフセット量を所定の画素ごとに求める。

そして、検査判定部９３により判定された検査パターンのフォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示される（ステップＳＴ６０７）。

これにより、検査対象のウェハ１０の全面（有効エリア）について所定の画素ごとにフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることができ、前述の第３実施形態と同様に検査対象のウェハ１０上の検査パターンの加工条件（フォーカスオフセット量及びドーズオフセット量）を高精度に判定することが可能になる。

その他、本実施形態では、前述の第４実施形態及び第５実施形態と同様の効果を得ることができるようになる。

なお、第６実施形態において、検査判定部９３が、フォーカス条件の判定（および再判定）を行った後に、ドーズ条件の判定（および再判定）を行っているが、これに限られるものではない。検査判定部９３が、ドーズ条件の判定（および再判定）を行った後に、フォーカス条件の判定（および再判定）を行ってもよい。すなわち、検査判定部９３が、第１および第２基準ドーズカーブに基づいてドーズ条件を判定し、判定されたドーズ条件に対応する第１および第２基準フォーカスカーブに基づいてフォーカス条件を判定する。さらに、検査判定部９３は、判定されたフォーカス条件に対応する第１および第２基準ドーズカーブに基づいてドーズ条件を再判定する。またさらに、検査判定部９３は、再判定されたドーズ条件に対応する第１および第２基準フォーカスカーブに基づいてフォーカス条
件を再判定する。このようにしても、第６実施形態と同様の効果を得ることができる。

具体的には、前述のステップＳＴ６０３において、検査判定部９３は、フォーカス条件の代わりにドーズ条件を判定する。このとき、記憶部９２に記憶されたドーズ基準データのうち、検査パターンを露光した際の最適なフォーカス量（フォーカスオフセット量がゼロのベストフォーカス量）に対応したドーズ基準データと、撮像装置８６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのドーズオフセット量を所定の画素ごとに求める。また、前述のステップＳＴ６０４において、検査判定部９３は、ドーズ条件の代わりにフォーカス条件を判定する。このとき、記憶部９２に記憶されたフォーカス基準データのうち、先に求めたドーズオフセット量に最も近いドーズオフセット量に対応したフォーカス基準データと、撮像装置８６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに求める。

また、前述のステップＳＴ６０５において、検査判定部９３は、フォーカス条件の代わりにドーズ条件の再判定を行う。このとき、記憶部９２に記憶されたドーズ基準データのうち、先に求めたフォーカスオフセット量に最も近いフォーカスオフセット量に対応したドーズ基準データと、撮像装置８６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのドーズオフセット量を所定の画素ごとに求める。そして、前述のステップＳＴ６０６において、検査判定部９３は、ドーズ条件の代わりにフォーカス条件の再判定を行う。このとき、記憶部９２に記憶されたフォーカス基準データのうち、再判定で求めたドーズオフセット量に最も近いドーズセット量に対応したフォーカス基準データと、撮像装置８６により検出した信号強度とを比較して、検査パターンのフォーカスオフセット量を所定の画素ごとに求める。

なお、第４〜第６実施形態において、ステージ５５は、ウェハ１０の回転対称軸（ステージ５５の中心軸）を中心に、ウェハ１０を回転可能に保持してもよい。これにより、ステージ５５の回転駆動によりウェハ方位角度を調整することができる。この場合、照明側絞り部材７４および検出側絞り部材８２はそれぞれ、照明側絞り駆動部７６および検出側絞り駆動部８４に、光軸Ａｘと垂直な方向に１次元的に移動可能に保持される。すなわち、照明光の入射角を変化させるため、照明側絞り部材７４の移動によって、照明側絞り部材７４の開口部７５が、光軸Ａｘと垂直な方向に直線移動（対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動）する。また、受光角を変化させるため、検出側絞り部材８２の移動によって、検出側絞り部材８２の開口部８３が、光軸Ａｘと垂直方向に直線移動（対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動）する。

なお、第４〜第６実施形態において、照明側絞り部材７４および検出側絞り部材８２はそれぞれ、照明側絞り駆動部７６および検出側絞り駆動部８４に、光軸Ａｘと垂直な方向に２次元的に移動（対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動）可能に保持されているが、これに限られるものではない。例えば、開口部の形状（または大きさ）が異なる複数の照明側絞り部材を設けて、複数の照明側絞り部材のうちいずれか一つを選択的に光路上に挿入するようにしてもよい。また、開口部の形状（または大きさ）が異なる複数の受光側絞り部材を設けて、複数の受光側絞り部材のうちいずれか一つを選択的に光路上に挿入するようにしてもよい。なお、複数の照明側絞り部材および複数の受光側絞り部材は、開口幅調整部材として例えば、リボルバー型の保持部材に回転自在に保持される。

なお、第４〜第６実施形態において、照明光としてレーザー光を用いるようにしてもよい。この場合、例えば、図２３に示すように、照明ユニット７２の代わりにレーザー照射装置７２０が設けられ、照明側絞り部材７４および照明側絞り駆動部７６の代わりに照明
光移動部７２１が設けられる。照明光移動部７２１は、固定ミラー７２２と、可動ミラー７２３と、ミラー駆動部７２４とを有して構成される。固定ミラー７２２は、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面における光軸Ａｘ上に設けられ、レーザー照射装置７２０から射出されて光軸Ａｘに沿って進むレーザー光を垂直方向に反射させる。可動ミラー７２３は、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面上に設けられ、固定ミラー７２２で反射したレーザー光をハーフミラー６２に向けて反射させる。ミラー駆動部７２４は、固定ミラー７２２に対して接近もしくは離間（対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面と平行な軸に沿って移動）するように可動ミラー７２３を移動させる。これにより、可動ミラー７２３で反射するレーザー光の反射位置が変わるので、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面を通過するレーザー光の位置を変化させることができる。そのため、照明側絞り部材７４および照明側絞り駆動部７６を用いずに、ウェハ１０の表面へのレーザー光（照明光）の入射角を変化させることができる。

この場合、固定ミラー７２２および可動ミラー７２３を光軸Ａｘ中心に回転させるミラー回転部（図示せず）を設けてもよい。これにより、可動ミラー７２３で反射するレーザー光の反射位置が回転変位するため、ウェハ方位角度を調整することができる。また、ミラー回転部を設けずに、ステージ５５が、ウェハ１０の回転対称軸（ステージ５５の中心軸）を中心に、ウェハ１０を回転可能に支持してもよい。これにより、ステージ５５の回転駆動によりウェハ方位角度を調整することができる。

さらに、照明光として２つのレーザー光を用いるようにしてもよい。入射方向が９０度異なる２つのレーザー光を用いるようにすれば、ウェハ上の縦方向の繰り返しパターンと横方向の繰り返しパターンを短時間で検出することができる。

なお、第４〜第６実施形態において、結像レンズ８５の代わりにリレーレンズ（図示せず）を設け、撮像装置８６により検出側絞り部材８２が配置された対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面を撮像するようにしてもよい。すなわち、対物レンズ６１の射出瞳面もしくは射出瞳面と共役な面において撮像装置８６で検出された信号強度を利用して、画像処理部９１でウェハ１０の合成回折画像を生成し、検査パターンの加工条件を判定するようにしてもよい。

なお、第６実施形態のステップＳＴ５１３において、画像処理部９１で求められた第１および第２基準フォーカスカーブに関するデータは、第３実施形態と同様に、近似曲線の式に関するデータであってもよく、データマップであってもよい。また、画像処理部９１で求められた第１および第２基準ドーズカーブに関するデータは、第３実施形態の場合と同様に、近似曲線の式に関するデータであってもよく、データマップであってもよい。

なお、第６実施形態のステップＳＴ５０４において、第３実施形態と同様に、複数の照明光の波長を設定し、（１）式に基づいて、ステップＳＴ５１３で、第１のフォーカス判定用回折条件と回折光の次数及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長が異なる第２のフォーカス判定用回折条件を求めてもよい。また、同様にステップＳＴ５１３において、第１のドーズ判定用回折条件と回折光の次数及びパターンのピッチが同じで、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長が異なる第２のドーズ判定用回折条件を求めてもよい。

さらに、第１および第２のフォーカス判定用回折条件は、第３実施形態と同様に、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長に加え、回折光の次数及びパターンのピッチが異なってもよく、フォーカスの変化に対する回折光の信号強度
の変化の仕方が異なる条件であればよい。また同様に、第１および第２のドーズ判定用回折条件は、照明光の入射角、回折光の射出角（回折光の受光角）、及び照明光の波長に加え、回折光の次数及びパターンのピッチが異なってもよく、ドーズの変化に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なる条件であればよい。

なお、第４〜第６実施形態において、ウェハ１０（良品ウェハ１０ｇ、ＦＥＭウェハ１０を含む）を照明する照明光の波長は、第１〜第３実施形態と同様に、検査対象のウェハ上の検査パターンを加工する際の露光装置の露光波長に近い方にしてもよい（露光波長と同じ波長が最適）。

なお、第４〜第６実施形態における条件出しを行うステップ（ステップＳＴ１００，ＳＴ３００，ＳＴ５００）において、撮像装置８６は、１枚のＦＥＭウェハ１０ｆを利用して、ステップＳＴ１０９，ＳＴ３０９，ＳＴ５０９で求めた複数の回折条件の候補でＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像を撮像したが、第１〜第３実施形態と同様に、複数枚のＦＥＭウェハを用いてもよい。

なお、第４〜第６実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００，ＳＴ４００，ＳＴ６００）において、検査判定部９３は、検査パターンに対する露光時のフォーカスオフセット量及び露光時のドーズオフセット量を求めることで加工条件を判定するが、第１〜第３実施形態と同様に、検査判定部９３が、求めたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を異常でないかどうか検査することで、検査パターンの加工条件を判定してもよい。

なお、第４〜第６実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００，ＳＴ４００，ＳＴ６００）において、検査判定部９３は、検査パターンに対する露光時のフォーカス条件およびドーズ条件として、フォーカスオフセット量およびドーズオフセット量を求めることで加工条件を判定するが、第１〜第３実施形態と同様に、求めるフォーカス条件およびドーズ条件は、フォーカス量およびドーズ量（絶対値）としてもよい。

なお、第４〜第６実施形態における加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００，ＳＴ４００，ＳＴ６００）において、検査判定部９３により判定された検査パターンのフォーカスセット量及ドーズオフセット量は、図示しない表示装置に表示されたが、これに限られない。例えば、画像処理部９１は、検査判定部９３が画素ごとに求めたフォーカスオフセット量をそれぞれ当該画素での信号強度に変換した検査対象のウェハ１０の画像を生成し、図示しない表示装置に表示させてもよい。また、画像処理部９１は、検査判定部９３が画素ごとに求めたドーズオフセット量をそれぞれ当該画素での信号強度に変換した検査対象のウェハ１０の画像を生成し、図示しない表示装置に表示させてもよい。なお、表示装置は、顕微鏡装置５１に構成されたものを使用してもよく、顕微鏡装置５１の外部（例えば、半導体製造ラインの管理室等）に設けられて接続されたものを使用してもよい。

なお、上述の第１実施形態および第４実施形態において、記憶部４２、記憶部９２に記憶するライブラリーデータＴ₁（ｂ_1j，ｆ_1j，ｄ_1j），Ｔ₂（ｂ_2j，ｆ_2j，ｄ_2j）は、フォーカスオフセット量とドーズオフセット量をＭステップで離散的に変化させた際の撮像装置３６、撮像装置８６の信号強度を使用して作成したが、フォーカスオフセット量及びドーズオフセット量は離散的に変化させなくてもよい。例えば、フォーカスオフセット量とドーズオフセット量を連続的に変化させた際の撮像装置３６、撮像装置８６の信号強度を使用してライブラリーデータを作成してもよい。この場合、加工条件を判定するステップ（ＳＴ２００）で、ライブラリーデータＴ₁，Ｔ₂から、検査対象の基板（検査パターン）
から検出された信号強度により近いデータを参照することができるため、検査パターンの加工条件の判定精度を向上させることができる。

なお、上述の第１〜第６実施形態において、記憶部４２および記憶部９２は、各実施形態に係る検査装置の内部に設けてもよいし、検査装置の外部に設けてもよい。検査装置の外部に設ける場合は、例えば、各実施形態に係る検査装置の横に設置してもよいし、半導体製造工場内の所定のサーバーに設けてもよい。

なお、上述の第１〜第６実施形態において、ロジックＩＣにおけるパターンの加工条件を判定しているが、これに限られるものではなく、メモリＩＣにおけるパターンの加工条件を同様に判定することも可能である。

なお、上述の第１〜第６実施形態において、条件出しを行うステップと、加工条件の判定を行うステップとを連続的に実行しているが、これに限られるものではない。例えば、条件出しを行うステップだけを予め実行しておき、ウェハ１０に対する露光・現像が行われた後に、適宜、加工条件の判定を行うステップを実行するようにしてもよい。

また、上述の表面検査装置１では、検査判定部４３で求めたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量に関するデータを、主制御部４５により出力部４６を介して露光装置１０１に出力し、露光装置１０１の設定にフィードバックすることができる。そこで、上述の表面検査装置１を備えた露光システムについて、図２４を参照しながら説明する。この露光システム１００は、レジストが塗布されたウェハ１０の表面に所定のマスクパターン（繰り返しパターン）の像を投影してウェハ１０上のレジストを露光する露光装置１０１と、露光装置１０１による露光工程および現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の検査を行う表面検査装置１とを備えている。

露光装置１０１は、図２４に示すように、マスクＭを光ＥＬで照明する照明光学系１１０と、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージ１２０と、光ＥＬで照明されたマスクＭのパターンの像を所定の縮小倍率でウェハ１０に投影する投影光学系１３０と、ウェハ１０を保持して移動可能な基板ステージ１５０と、露光装置１０１の各要素及び全体の動作を制御する制御装置２００とで構成されている。これらの構成により、ウェハ１０を保持した基板ステージ１５０とマスクＭを保持したマスクステージ１２０とを１次元方向に同期移動させて、マスクＭのパターンの像をウェハ１０に順次投影する動作を繰り返し、ウェハ１０の表面に塗布されたレジストを露光していく。

以上の露光装置１０１による露光工程が実施されると、現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面検査装置１により、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面検査を行う。またこのとき、表面検査装置１の検査判定部４３は、前述のようにして、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターンの露光時のフォーカス条件（フォーカスオフセット量）およびドーズ条件（ドーズオフセット量）を判定し、主制御部４５から出力部４６および接続ケーブル（図示せず）等を介して、求めたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量に関するデータを露光装置１０１に出力する。そして、露光装置１０１の制御装置２００に設けられた補正処理部２１０は、表面検査装置１から入力されたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量に関するデータに基づいて、ウェハ１０の表面に対する露光時のフォーカス量およびドーズ量が所望の量（例えば、ベストフォーカス量およびベストドーズ量）となるように、露光装置１０１のフォーカスおよびドーズに関する各種設定パラメータや光学素子の配置状態を補正する。

これにより、本実施形態の露光システム１００によれば、第１実施形態に係る表面検査
装置１から入力された露光時のフォーカス条件及びドーズ条件に応じて、露光装置１０１のフォーカスおよびドーズの設定を補正するため、短時間で精度よく計測されたフォーカス条件及びドーズ条件に基づいた補正が可能となり、露光装置１０１のフォーカスおよびドーズの設定をより適切に行うことができる。

本実施形態の露光システム１００において、表面検査装置１によりフォーカス条件及びドーズ条件を判定し、判定したフォーカス条件及びドーズ条件のデータを露光装置１０１にフィードバックするフローについて、図２５を参照しながら説明する。まず、露光装置１０１が前述のようにウェハ１０の表面に塗布されたレジストを露光する（ステップＳＴ７０１）。露光装置１０１による露光工程が実施されると、現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０が搬送装置（図示せず）によって表面検査装置１へ搬送される（ステップＳＴ７０２）。次に、表面検査装置１の検査判定部４３は、前述のようにして、検査対象のウェハ１０の表面に形成された検査パターンの露光時のフォーカス条件（フォーカスオフセット量）およびドーズ条件（ドーズオフセット量）を判定する（ステップＳＴ７０３）。次に、表面検査装置１の検査判定部４３は、主制御部４５から出力部４６および接続ケーブル（図示せず）等を介して、フォーカスオフセット量およびドーズオフセット量に関するデータを、露光装置１０１に出力する（ステップＳＴ７０４）。露光装置１０１の補正処理部２１０は、表面検査装置１から入力されたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量に関するデータに基づいて、露光装置１０１のフォーカスおよびドーズに関する各種設定パラメータや光学素子の配置状態を補正する。（ステップＳＴ７０５）。

なお、本実施形態の露光システム１００において、第１〜第３実施形態に係る表面検査装置１を用いたが、これに限られるものではない。例えば、表面検査装置１の代わりに第４〜第６実施形態に係る顕微鏡装置５１を用いて、検査判定部９３で求めたフォーカスオフセット量およびドーズオフセット量に関するデータを、主制御部９５により出力部９６を介して露光装置１０１に出力し、露光装置１０１の設定にフィードバックしてもよい。

続いて、このような露光システム１００を用いたデバイス製造方法について説明する。ここでは、一例としてデバイスに半導体材料を使用した半導体デバイスの製造方法について図２６を参照しながら説明する。半導体デバイス（図示せず）は、デバイスの機能・性能設計を行う設計工程（ステップＳＴ８０１）、この設計工程に基づいたマスクを製作するマスク製作工程（ステップＳＴ８０２）、シリコン材料からウェハを製作するウェハ製作工程（ステップＳＴ８０３）、露光等によりマスクのパターンをウェハに転写する（露光工程、現像工程等を含む）リソグラフィー工程（ステップＳＴ８０４）、デバイスの組み立てを行う（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等を含む）組立工程（ステップＳＴ８０５）、デバイスの検査を行う検査工程（ステップＳＴ８０６）等を経て製造される。

ここで、リソグラフィー工程の詳細について、図２７を参照しながら説明する。まず、ウェハを用意（ステップＳＴ９０１）し、不図示のスピンコータ等の塗布装置を用いて、ウェハ表面にレジストを所定の厚さとなるように塗布する（ステップＳＴ９０２）。このとき、塗布の終了したウェハに対し、塗布装置内の乾燥装置でレジストの溶剤成分を蒸発させ、成膜を行う。レジストが成膜されたウェハを不図示の搬送装置により露光装置１０１に搬送する（ステップＳＴ９０３）。露光装置１０１に搬入されたウェハは、露光装置１０１に備わっているアライメント装置によりアライメントされる（ステップＳＴ９０４）。アライメントの終了したウェハに、マスクのパターンを縮小露光する（ステップＳＴ９０５）。露光の終了したウェハを露光装置１０１から不図示の現像装置に移送し、現像を行う（ステップＳＴ９０６）。現像の終了したウェハを表面検査装置１でセットし、前述のように露光装置１０１による露光時のフォーカス条件およびドーズ条件の判定を行う
（ステップＳＴ９０７）。検査で予め決められた基準以上に不良（異常）が発生しているウェハはリワーク（再生処理）に回され、不良（異常）が基準未満のウェハは、エッチング処理等の後処理をされる。なお、ステップＳＴ９０７で求められた露光装置１０１のフォーカス条件およびドーズ条件は、露光装置１０１にフォーカスおよびドーズの設定の補正のためにフィードバックされる（ステップＳＴ９０８）。

本実施形態のデバイス製造方法では、リソグラフィー工程において、前述の実施形態に係る露光システム１００を用いてパターンの露光を行う。すなわち、前述したように、露光装置１０１による露光工程が実施されると、現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面検査装置１により、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面検査を行う。このとき、表面検査装置１によって露光時のフォーカス条件およびドーズ条件（フォーカスオフセット量およびドーズオフセット量）が判定され、露光装置１０１では、表面検査装置１から入力された露光時のフォーカス条件およびドーズ条件に応じて、露光装置１０１のフォーカスおよびドーズの設定が補正される。このように、本実施形態のデバイス製造方法によれば、露光時のフォーカス条件およびドーズ条件を短時間で精度よく計測することができるので、露光装置１０１のフォーカスおよびドーズの設定をより適切に行うことが可能となり、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

なお、本実施形態のデバイス製造方法では、特に半導体デバイスの製造方法について説明したが、本実施形態のデバイス製造方法は、半導体材料を使用したデバイスの他、例えば液晶パネルや磁気ディスクなどの半導体以外の材料を使用したデバイスの製造にも適用することができる。

１ 表面検査装置（検査装置）
１０ ウェハ（１０ｆ ＦＥＭウェハ、１０ｇ 良品ウェハ）
２１ 照明系（照明部） ３０ 検出部
４１ 画像処理部 ４２ 記憶部
４３ 検査判定部（演算部）
５１ 顕微鏡装置（検査装置）
６１ 対物レンズ ６２ ハーフミラー
７１ 照明系（照明部） ８０ 検出部
９１ 画像処理部 ９２ 記憶部
９３ 検査判定部（演算部）
１００ 露光システム １０１ 露光装置

Claims (30)

1. 既知のフォーカス条件及び既知の露光量条件で形成された基準パターンを有する基板の表面を照明する照明部と、
   前記照明部の照明により、前記基準パターンを有する基板の表面からの回折光に応じた基準信号を検出する検出部と、
   検査パターンが形成された基板の表面が前記照明部により照明され、該検査パターンが形成された基板の表面からの回折光に応じて前記検出部で検出される検査信号と、前記既知のフォーカス条件及び前記既知の露光量条件と前記基準信号の関係を示す特性とに基づいて、該検査パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定する演算部とを備える検査装置。
2. 前記特性は、前記既知のフォーカス条件と前記基準信号との関係を示し、かつ前記既知の露光量条件に対応したフォーカス特性と、
   前記既知の露光量条件と前記基準信号との関係を示し、かつ前記既知のフォーカス条件に対応した露光量特性とを含む請求項１に記載の検査装置。
3. 前記既知のフォーカス条件と前記基準信号との関係は、前記既知のフォーカス条件の変化に対する前記基準信号の変化を示し、
   前記既知の露光量条件と前記基準信号との関係は、前記既知の露光量条件の変化に対する前記基準信号の変化を示す請求項２に記載の検査装置。
4. 前記演算部は、前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を判定し、前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を判定する請求項２または３に記載の検査装置。
5. 前記演算部は、前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を判定するとともに、判定された前記検査パターンのフォーカス条件に対応する前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を判定する請求項２から４のいずれか一項に記載の検査装置。
6. 前記演算部は、前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を判定するとともに、判定された前記検査パターンの露光量条件に対応する前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を判定する請求項２から４のいずれか一項に記載の検査装置。
7. 前記演算部は、判定された前記検査パターンの露光量条件に対応する前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を再判定する請求項５に記載の検査装置。
8. 前記演算部は、再判定された前記検査パターンのフォーカス条件に対応する前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を再判定する請求項７に記載の検査装置。
9. 前記演算部は、判定された前記検査パターンのフォーカス条件に対応する前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を再判定する請求項６に記載の検査装置。
10. 前記演算部は、再判定された前記検査パターンの露光量条件に対応する前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を再判定する請求
    項９に記載の検査装置。
11. 前記照明部は、前記基準パターンを有する基板の表面と前記検査パターンが形成された基板の表面とをそれぞれ、第１の回折条件と該第１の回折条件とは異なる第２の回折条件とに基づいて照明する請求項１から１０のいずれか一項に記載の検査装置。
12. 前記第１の回折条件は、前記既知の露光量条件の変化に対する前記基準信号の変化に比べて前記既知のフォーカス条件の変化に対する前記基準信号の変化が大きくなる条件を含み、
    前記第２の回折条件は、前記既知のフォーカス条件の変化に対する前記基準信号の変化に比べて前記既知の露光量条件の変化に対する前記基準信号の変化が大きくなる条件を含む請求項１１に記載の検査装置。
13. 前記回折条件は、前記基板の表面へ入射する光の入射角と、前記基板の表面へ入射する光の波長と、前記基板の表面から反射して前記検出部へ入射する光の回折次数との少なくとも１つを含む請求項１１または１２に記載の検査装置。
14. 前記特性を記憶する記憶部をさらに備える請求項１から１３のいずれか一項に記載の検査装置。
15. 基板の表面にパターンを形成することと、
    請求項１から１４のいずれか一項に記載の検査装置で前記パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定することと、を含むデバイス製造方法。
16. 既知のフォーカス条件及び既知の露光量条件で形成された基準パターンを有する基板の表面を照明し、
    照明により、前記基準パターンを有する基板の表面からの回折光に応じた基準信号を検出し、
    検査パターンが形成された基板の表面を照明し、
    照明により、前記検査パターンが形成された基板の表面からの回折光に応じた検査信号を検出し、
    前記既知のフォーカス条件及び前記既知の露光量条件と前記基準信号との関係を示す特性と、前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定する検査方法。
17. 前記特性は、前記既知のフォーカス条件と前記基準信号との関係を示し、かつ前記既知の露光量条件に対応したフォーカス特性と、
    前記既知の露光量条件と前記基準信号との関係を示し、かつ前記既知のフォーカス条件に対応した露光量特性とを含む請求項１６に記載の検査方法。
18. 前記既知のフォーカス条件と前記基準信号との関係は、前記既知のフォーカス条件の変化に対する前記基準信号の変化を示し、
    前記既知の露光量条件と前記基準信号との関係は、前記既知の露光量条件の変化に対する前記基準信号の変化を示す請求項１７に記載の検査方法。
19. 前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を判定し、前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を判定する請求項１７または１８に記載の検査方法。
20. 前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件
    を判定するとともに、判定された前記検査パターンのフォーカス条件に対応する前記露光量条件と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を判定する請求項１７から１９のいずれか一項に記載の検査方法。
21. 前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を判定するとともに、判定された前記検査パターンの露光量条件に対応する前記フォーカス条件と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を判定する請求項１７から１９のいずれか一項に記載の検査方法。
22. 判定された前記検査パターンの露光量条件に対応する前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を再判定する請求項２０に記載の検査方法。
23. 再判定された前記検査パターンのフォーカス条件に対応する前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を再判定する請求項２２に記載の検査方法。
24. 判定された前記検査パターンのフォーカス条件に対応する前記露光量特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンの露光量条件を再判定する請求項２１に記載の検査方法。
25. 再判定された前記検査パターンの露光量条件に対応する前記フォーカス特性と前記検査信号とに基づいて、前記検査パターンのフォーカス条件を再判定する請求項２４に記載の検査方法。
26. 前記基準パターンを有する基板の表面と前記検査パターンが形成された基板の表面とをそれぞれ、第１の回折条件と該第１の回折条件とは異なる第２の回折条件とに基づいて照明する請求項１６から２５のいずれか一項に記載の検査方法。
27. 前記第１の回折条件は、前記既知の露光量条件の変化に対する前記基準信号の変化に比べて前記既知のフォーカス条件の変化に対する前記基準信号の変化が大きくなる条件を含み、
    前記第２の回折条件は、前記既知のフォーカス条件の変化に対する前記基準信号の変化に比べて前記既知の露光量条件の変化に対する前記基準信号の変化が大きくなる条件を含む請求項２６に記載の検査方法。
28. 前記回折条件は、前記基板の表面へ光が入射する入射角と、前記基板の表面へ入射する光の波長と、前記基板の表面から反射して前記検出部へ入射する光の回折次数との少なくとも１つを含む請求項２６または２７に記載の検査方法。
29. 前記特性を記憶することを含む請求項１６から２８のいずれか一項に記載の検査方法。
30. 基板の表面にパターンを形成することと、
    請求項１６から２９のいずれか一項に記載の検査方法で前記パターンのフォーカス条件及び露光量条件を判定することと、を含むデバイス製造方法。

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