JP2014215059A - 評価装置、評価方法、および半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの評価を高精度に行うことが可能な装置を提供する。
【解決手段】表面検査装置１が、ウェハ１０を照明光で照明する照明部２１と、ウェハ１０を支持し、ウェハ１０の表面と平行な傾動軸Ｔｃを中心にウェハ１０を傾動可能な支持部１５と、ウェハ１０で反射した反射光を検出する検出部３１と、検出部３１を回転移動させる回転移動部３８と、照明部２１の照明姿勢を切り替える切替シャッター装置２５と、ウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部３１に入射するように支持部１５と回転移動部３８とを制御する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。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板を評価する評価装置および評価方法に関する。また、この評価装置を用いた評価結果に基づき加工条件を調整して製造される半導体装置に関する。

半導体装置の製造工程において、表面に繰り返しパターンが形成された基板の評価が行われる。基板の評価方法として、例えば、パターンが有する構造性複屈折による偏光状態の変化に基づいてパターンの形状誤差を検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法によれば、回折光が発生しないような微細な繰り返しパターンであっても、正反射光の偏光状態の変化を捕らえることによりパターンの形状誤差を検出できるため、照明光の波長を短波長化することなくパターンの形状誤差を検出することが可能となる。

米国特許公開２００６／１９２９５３号公報

近年、パターンの微細化に伴い、高精度な評価を行うため、パターンの種類に応じて照明光の入射角を大きく変化させて最適な入射角に設定する必要が生じている。しかしながら、従来の装置では、正反射光を検出する際に照明光の入射角を広範囲で設定することができなかった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板の評価を高精度に行うことが可能な評価装置、評価方法、および半導体装置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、本願の態様に従えば、基板を照明光で照明する照明部と、前記基板を支持し、前記基板の表面と平行な軸を中心に前記基板を傾動可能な支持部と、前記基板で反射した反射光を検出する検出部と、前記照明部と前記検出部のうちの一方を移動させる移動部と、前記照明部と前記検出部のうちの他方の照明姿勢または検出姿勢を切り替える切替部と、前記基板で反射した複数の反射角の反射光が前記検出部に入射するように、前記支持部と前記移動部との少なくとも一方を制御する制御部を備えた評価装置が提供される。

また、本願の態様に従えば、基板を準備し、上述の評価装置で前記基板を評価し、前記評価結果を出力する評価方法が提供される。

また、本願の態様に従えば、半導体製造工程で加工された基板を準備し、上述の評価方法で評価し、前記評価結果に基づいて前記加工の条件を調整する半導体装置の製造方法により製造された半導体装置が提供される。

本発明によれば、照明光の入射角を広範囲で設定することができるため、パターンの種類に応じて最適な入射角を設定することが可能となり、基板の評価を高精度に行うことができる。

第１実施形態に係る表面検査装置の概要構成図である。 第１実施形態に係る表面検査装置において照明姿勢を切り替えた状態を示す図である。 ウェハの回転角度を示す説明図である。 入射角および反射角を示す説明図である。 検出角を示す説明図である。 ウェハの表面の外観図である。 直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。 第２実施形態に係る表面検査装置の概要構成図である。 第２実施形態に係る表面検査装置において照明姿勢を切り替えた状態を示す図である。 第３実施形態に係る表面検査装置の概要構成図である。 第３実施形態に係る表面検査装置において照明姿勢を切り替えた状態を示す図である。 第４実施形態に係る表面検査装置の概要構成図である。 第４実施形態に係る表面検査装置において照明姿勢を切り替えた状態を示す図である。 照明ユニットの拡大図である。 （ａ）は第２導光ファイバから照射される照明光を示す平面図であり、（ｂ）は第２導光ファイバから照射される照明光を示す側面図である。 第４実施形態に係る表面検査装置の第１の変形例を示す概要構成図である。 第４実施形態に係る表面検査装置の第２の変形例を示す概要構成図である。 （ａ）は照明部の第１の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は照明部の第１の変形例を示す側面図である。 （ａ）は照明部の第２の変形例を示す平面図であり、（ｂ）は照明部の第２の変形例を示す側面図である。 第５実施形態に係る表面検査装置の概要構成図である。 第５実施形態に係る表面検査装置において照明姿勢を切り替えた状態を示す図である。 ウェハ１０の表面の一部を照明する一例を示す模式図である。 （ａ）は照明部の第３の変形例を示す平面図および側面図であり、（ｂ）は照明部の第４の変形例を示す平面図および側面図である。 第１実施形態に係る表面検査装置の変形例を示す概要構成図である。 第２実施形態に係る表面検査装置の変形例を示す概要構成図である。 第３実施形態に係る表面検査装置の変形例を示す概要構成図である。 第４実施形態に係る表面検査装置の第３の変形例を示す概要構成図である。 第５実施形態に係る表面検査装置の変形例を示す概要構成図である。 （ａ）は回転移動部の一例を示す模式図であり、（ｂ）は（ａ）に示す回転移動部を横方向から見た模式図である。 検出部の変形例を示す模式図である。 半導体装置の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。本願に係る評価装置の第１実施形態として表面検査装置を図１および図２に示す。第１実施形態の表面検査装置１は、ウェハ１０を支持する支持部１５と、照明部２１と、検出部３１と、回転移動部３８と、画像処理部４１と、記憶部４２と、検査部４３と、ハードウェア制御部４４および主制御部４５と、これらを収容する筐体部５０とを備えている。

なお、第１実施形態において、図１に示した矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向として説明する。また、図３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Ｄ（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θｒを、便宜的にウェハ方位角度と称して説明する。なお、各実施形態において、Ｚ軸方向の正方向（矢印の方向）を適宜上方と称し、その逆方向を下方と称する。

支持部１５は、ステージ１６と、回転機構部１７と、チルト機構部１８とを有している。ステージ１６は、略円形状の支持面１６ａ（図４および図５を参照）上でウェハ１０を支持する。なお、ステージ１６に支持されたウェハ１０は、真空吸着により支持面１６ａ上で保持される。回転機構部１７は、ステージ１６に支持されたウェハ１０の表面に垂直な軸周りにステージ１６及びウェハ１０を回転させることができる。ウェハ１０の回転対称軸を回転機構部１７の回転軸（ウェハ１０の回転中心）と一致させることにより、ウェハ方位角度を調整することができる。

チルト機構部１８は、照明部２１の光軸Ａｘがウェハ１０と交差する点から延びるウェハ１０の垂線と光軸Ａｘを含む面に垂直な軸（以下、傾動軸Ｔｃと称する）を中心に、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動させる。これにより、水平軸（図１におけるＸ軸と平行な軸）に対するウェハ１０の傾斜角度を変化させることができる。なお、本実施形態における傾動軸Ｔｃは、図１におけるＹ軸と平行であるものとする。したがって、ウェハ１０の表面に入射する照明光の入射角と、ウェハ１０の表面で反射した反射光の反射角とを調整することが可能となる。

ここで、図４に示すように、本実施形態における照明光の入射角とは、ウェハ１０の表面の法線Ｎ１とウェハ１０の表面に入射する照明光との成す角θ１である。また、本実施形態における反射光の反射角とは、ウェハ１０の表面の法線Ｎ１とウェハ１０の表面で反射した反射光との成す角θ２である。なお、正反射の場合、照明光の入射角と反射光の反射角とが同じ大きさになる。

照明部２１は、照明ユニット２２と、切替シャッター装置２５と、第１照明側偏光フィルタ２６と、第１照明側凹面鏡２７と、第２照明側偏光フィルタ２８と、第２照明側凹面鏡２９とを有している。照明ユニット２２は、光源部２３と、第１導光ファイバ２４ａと、第２導光ファイバ２４ｂとを有している。光源部２３は、メタルハライドランプまたは水銀ランプを用いて構成され、第１導光ファイバ２４ａおよび第２導光ファイバ２４ｂを介して所定の波長（例えば、２４８ｎｍ）の光を射出する。なお、光源部２３には、所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する調光部（図示せず）が設けられている。第１導光ファイバ２４ａおよび第２導光ファイバ２４ｂは、基端部が光源部２３に接続され、先端側が途中で分岐してそれぞれ第１照明側凹面鏡２７および第２照明側凹面鏡２９の方を向くように配置される。

切替シャッター装置２５は、第１導光ファイバ２４ａおよび第２導光ファイバ２４ｂの先端部に設けられ、第１導光ファイバ２４ａの先端部を開閉可能な第１シャッター板２５ａと、第２導光ファイバ２４ｂの先端部を開閉可能な第２シャッター板２５ｂとを有している。また、切替シャッター装置２５は、第１シャッター板２５ａおよび第２シャッター板２５ｂのうちいずれか一方を選択的に切り替えて開放させることができるようになっている。

第１照明側偏光フィルタ２６は、第１導光ファイバ２４ａから射出された光のうち直線偏光のみを透過させる。第１照明側偏光フィルタ２６の透過軸は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。第１導光ファイバ２４ａの光の射出端（先端部）が第１照明側凹面鏡２７の焦点面に配置される。第１照明側凹面鏡２７は、第１照明側偏光フィルタ２６を透過した光をステージ１６上のウェハ１０の表面に向けて反射させ、平行光となった照明光をウェハ１０の表面全体に照射する。なお、第１照明側偏光フィルタ２６は、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

第２照明側偏光フィルタ２８は、第２導光ファイバ２４ｂから射出された光のうち直線偏光のみを透過させる。第２照明側偏光フィルタ２８の透過軸は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。第２導光ファイバ２４ｂの光の射出端（先端部）が第２照明側凹面鏡２９の焦点面に配置される。第２照明側凹面鏡２９は、第２照明側偏光フィルタ２８を透過した光をステージ１６上のウェハ１０の表面に向けて反射させ、平行光となった照明光をウェハ１０の表面全体に照射する。照明部２１は、切替シャッター装置２５が第１シャッター板２５ａおよび第２シャッター板２５ｂのうちいずれか一方を開放させることにより、ステージ１６との間の光軸Ａｘの向き（すなわち、照明部２１の照明姿勢）が異なる２つの照明方向からウェハ１０の表面全体を照明可能である。なお、第２照明側偏光フィルタ２８も、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

検出部３１は、検出側凹面鏡３２と、検出側偏光フィルタ３３と、撮像装置３６とを有している。検出側凹面鏡３２は、ウェハ１０の表面で反射した反射光を集光して撮像装置３６へ導く。検出側凹面鏡３２で反射したウェハ１０からの反射光は撮像装置３６の撮像面上に達し、撮像面上にウェハ１０の表面全体の像が結像される。検出側偏光フィルタ３３は、検出側凹面鏡３２と撮像装置３６との間に配設され、その透過軸の方位は、第１照明側偏光フィルタ２６および第２照明側偏光フィルタ２８の透過軸に対して直交するように（クロスニコルの状態となるように）設定される。なお、検出側偏光フィルタ３３は、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

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、生成した画像信号を主制御部４５に出力する。主制御部４５は、撮像装置３６から出力された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から出力された画像信号に基づいてウェハ１０の画像を生成する。画像処理部４１で処理されたウェハ１０の画像データは、主制御部４５を介して検査部４３に送られる。なお、この画像データとは、撮像装置３６で検出したウェハ１０からの光に基づく信号強度である。

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ウェハ（以下、良品ウェハと称する）の画像データ（すなわち、撮像装置３６で検出した良品ウェハからの光に基づく信号強度）が予め記憶されている。検査部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の表面のパターンにおける異常（欠陥）の有無を検査・評価する。検査部４３による評価結果は、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、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。

なお、検査部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から外部へ出力することも可能である。なお、この外部は、例えば、半導体製造ラインの管理システムや露光装置等を挙げることができる。

回転移動部３８は、傾動軸Ｔｃを中心に反射光を検出可能な状態を保って、検出部３１（検出側凹面鏡３２、検出側偏光フィルタ３３、および撮像装置３６）を一体的に回転移動させる。回転移動部３８の一例として、例えば図２９に示すように、検出部３１（検出側凹面鏡３２、検出側偏光フィルタ３３、および撮像装置３６）を保持する回転アーム３８ａと、回転アーム３８ａを傾動軸Ｔｃと略同一の軸回りに回転自在に支持するアーム支持部３８ｂと、回転アーム３８ａを回転駆動するアーム駆動部３８ｃとを有して構成されている。なお、図１および図２において、支持部１５および検出部３１等を視認し易くするため、回転移動部３８の図示を一部省略している（以降の第２〜第５実施形態の各図においても同様とする）。これにより、ウェハ１０に対する検出部３１の検出角（すなわち、検出部３１の検出姿勢）が調整可能となる。ここで、検出角とは、図５に示すように、ウェハ１０の表面の法線Ｎ１と、ステージ１６と検出側凹面鏡３２との間の光軸Ａｘとの成す角θｔである。

これにより、照明光の入射角（正反射光の反射角）と、検出部３１の検出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、チルト機構部１８によりステージ１６を傾動させて照明光の入射角を変化させても、回転移動部３８により検出部３１を一体的に回転移動させて、検出部３１の検出角を正反射光の反射角（照明光の入射角）と同じ角度に合わせることができる。つまり、正反射光を検出する際に照明光の入射角を任意の角度に設定することが可能になる。

なお、図１において傾動軸Ｔｃから右水平に（Ｘ軸方向に）延びる軸を基準軸Ｂとする。検出側凹面鏡３２は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲で回転移動可能に配置される。一方、第１照明側凹面鏡２７は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度だけ回転した位置に配置される。また、第２照明側凹面鏡２９は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに２１０度だけ回転した位置に配置される。

図１に示すように、第１照明側凹面鏡２７からウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５度〜４５度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８により、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定することができる。なお、図１の実線は、照明光の入射角θ１を４５度に設定した状態を示し、図１の二点鎖線は、照明光の入射角θ１を１５度に設定した状態を示している。

図２に示すように、第２照明側凹面鏡２９からウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに４５度〜７５度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８により、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定することができる。なお、図２の実線は、照明光の入射角θ１を７５度に設定した状態を示している。

主制御部４５は、ハードウェア制御部４４を介して、支持部１５、照明ユニット２２、切替シャッター装置２５、回転移動部３８等の作動を制御する。ハードウェア制御部４４は、支持部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、支持部１５のチルト機構部１８を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部４４は、照明ユニット２２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、切替シャッター装置２５を制御し、開放させるシャッター板を切り替える。また、ハードウェア制御部４４は、回転移動部３８を制御し、検出部３１の検出角を調整する。

ウェハ１０は、露光装置（図示せず）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１６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１６上に搬送される。ウェハ１０の表面には、図６に示すように、製造される複数の半導体装置に対応する複数のチップ領域１１が縦横に（図６におけるＸ´Ｙ´方向に）配列される。各チップ領域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の評価方法について説明する。まず、評価対象のウェハ１０を準備し、準備したウェハ１０を不図示の搬送装置によりステージ１６上に搬送する。なお、搬送の途中で顕微鏡等を備える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１６上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。ウェハ１０の表面には、例えば図７に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（図６におけるＸ´方向）に沿って一定のピッチＰで配列された繰り返しパターン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、隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。以下、ライン部２Ａの配列方向（図６におけるＸ´方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。

ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅Ｄ_Aの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅Ｄ_Aとスペース部２Ｂの線幅Ｄ_Bは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光フォーカスが適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅Ｄ_Aが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅Ｄ_Bとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。

本実施形態では、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の検査や評価を行う。なお、説明を簡単にするため、理想的な体積比を１：１とする。ここで、理想的な体積比とは例えば設計値である。体積比の変化は、露光フォーカスの適正値からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる場合がある。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。

次に、図７に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向が、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して４５度だけ斜めになるように、回転機構部１７によりウェハ１０を回転させてウェハ方位角度を調整する。繰り返しパターン１２の検査の光量を最も多くするためである。

次に、検出部３１がウェハ１０からの正反射光を検出できるように、照明光の入射角等を設定する。照明光の入射角θ１は、繰り返しパターン１２の種類に応じて設定される。照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定する場合、図１に示すように、切替シャッター装置２５が第１シャッター板２５ａのみを開放させる。以下適宜、第１シャッター板２５ａのみを開放させた状態を第１照明状態と称する。チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第１照明側凹面鏡２７から照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。なお、第１照明側凹面鏡２７から照射される照明光の入射角θ１が決まると、正反射光の反射角θ２が決まるので、ウェハ１０に対する検出角θｔが一義的に決まる。

一方、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定する場合、図２に示すように、切替シャッター装置２５が第２シャッター板２５ｂのみを開放させる。以下適宜、第２シャッター板２５ｂのみを開放させた状態を第２照明状態と称する。チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第２照明側凹面鏡２９から照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。なお、第２照明側凹面鏡２９から照射される照明光の入射角θ１が決まると、正反射光の反射角θ２が決まるので、ウェハ１０に対する検出角θｔが一義的に決まる。

なおこのとき、ハードウェア制御部４４により、支持部１５の回転機構部１７とチルト機構部１８、照明ユニット２２、切替シャッター装置２５、回転移動部３８等の作動が制御される。

次に、照明部２１によりウェハ１０の表面を照明する。照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定した場合、図１に示すように、光源部２３から第１導光ファイバ２４ａを介して射出された光が、第１照明側偏光フィルタ２６を透過して直線偏光となり、第１照明側凹面鏡２７に達する。第１照明側凹面鏡２７に達した直線偏光は、第１照明側凹面鏡２７で斜め下方に反射して平行光となり、照明光（例えば、ｐ偏光）としてウェハ１０の表面全体に照射される。

一方、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定した場合、図２に示すように、光源部２３から第２導光ファイバ２４ｂを介して射出された光が、第２照明側偏光フィルタ２８を透過して直線偏光となり、第２照明側凹面鏡２９に達する。第２照明側凹面鏡２９に達した直線偏光は、第２照明側凹面鏡２９で斜め上方に反射して平行光となり、照明光（例えば、ｐ偏光）としてウェハ１０の表面全体に照射される。

ウェハ１０の表面で反射した反射光（正反射光）は、検出部３１の検出側凹面鏡３２により撮像装置３６に向けて集光され検出側偏光フィルタ３３に達する。このとき、繰り返しパターン１２での構造性複屈折により直線偏光Ｌ（図７を参照）の偏光状態が変化する。したがって、検出側偏光フィルタ３３において、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２での反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみが通過し、撮像装置３６の撮像面上に達する。その結果、撮像装置３６の撮像面には、ウェハ１０からの反射光のうち直線偏光Ｌに対して振動方向が略直角な偏光成分によるウェハ１０の表面全体の像が形成される。

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、生成した画像信号を主制御部４５に出力する。主制御部４５は、撮像装置３６から出力された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から出力された画像信号に基づいてウェハ１０の画像を生成し、主制御部４５を介してウェハ１０の画像データを検査部４３に送る。検査部４３は、画像処理部４１から送られたウェハ１０の画像データと、記憶部４２に記憶された良品ウェハの画像データとを比較して、良品ウェハの画像データに対するウェハ１０の画像データの信号強度（輝度）の差が予め定められた閾値より大きければ「異常」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判定することで、ウェハ１０の表面の繰り返しパターン１２の異常（欠陥）の有無を検査・評価する。そして、検査部４３による評価結果が不図示の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る。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検出側偏光フィルタ３３を通過した光のエネルギーの割合に基づくものである。

なお、不図示の表示装置には、検査部４３による評価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よい。また、このような表示装置を備えていなくてもよく、この場合、検査部４３によるウェハ１０の評価結果は、出力部４６から外部へ送信するようにしてもよい。ここで、外部とは半導体製造ラインの管理システムや露光装置等である。

ところで、パターンの微細化に伴い、繰り返しパターン１２の種類によっては、照明光の入射角θ１が大きいときに高精度なウェハ１０の評価が可能であることを本願の発明者が発見した。そのため、前述したように、パターンの種類に応じて照明光の入射角θ１を大きく変化させて最適な入射角に設定する必要が生じている。これに対し、第１実施形態によれば、ウェハ１０を傾動可能なチルト機構部１８を備えウェハ１０を支持する支持部１５と、検出部３１を回転移動させる回転移動部３８と、照明部２１の照明姿勢を切り替える切替シャッター装置２５と、ウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部３１に入射するように支持部１５および回転移動部３８を制御するハードウェア制御部４４および主制御部４５とが設けられている。

前述したように、照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定する場合、切替シャッター装置２５により第１シャッター板２５ａを開放させて、第１照明側凹面鏡２７から照明光が照射されるように切り替える。一方、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定する場合、切替シャッター装置２５により第２シャッター板２５ｂを開放させて、第２照明側凹面鏡２９から照明光が照射されるように切り替える。これにより、回転移動部３８による検出側凹面鏡３２および検出部３１の回転移動範囲を、傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲に抑えることができる。このように、照明光の入射角θ１が比較的大きい場合でも、回転移動部３８により検出部３１を大きく回転移動させることなく、ウェハ１０に対する検出部３１の検出角θｔを調整することができる。このようにして、照明光の入射角θ１を広範囲で設定することができるため、パターンの種類に応じて最適な入射角を設定することが可能となり、ウェハ１０の評価を高精度に行うことができる。また、検出側凹面鏡３２の回転移動範囲が６０度〜１２０度（９０度±３０度）になっているため、自重による反射面の歪みの発生が抑制され、反射の前後で生じる偏光状態の乱れが抑制されることから、ウェハ１０の評価を高精度に行うことができる。

仮に、第２照明側偏光フィルタ２８および第２照明側凹面鏡２９を設けずに、第１照明側偏光フィルタ２６および第１照明側凹面鏡２７のみを設けたときを考える。このようなときには、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定する場合、ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８により、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに０度〜６０度の範囲で回転移動させる必要がある。すなわち、回転移動部３８による検出側凹面鏡３２および検出部３１の回転移動範囲を、傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに０度〜１２０度の範囲まで広げる必要がある。これに対し、本実施形態では、回転移動部３８による検出側凹面鏡３２および検出部３１の回転移動範囲を、上述の仮定の半分の範囲（６０度〜１２０度の範囲）に抑えることができる。これにより、筐体部５０の平面寸法（Ｘ軸方向の寸法）を検出側凹面鏡３２の回転移動の軌跡を含む円Ｃよりも小さくすることが可能となり、表面検査装置１全体の平面寸法を小さくすることができる。

また、切替シャッター装置２５は、第１シャッター板２５ａおよび第２シャッター板２５ｂのうちいずれか一方を開放させることにより、照明部２１の照明姿勢を２つの姿勢に切り替える。これにより、切替シャッター装置２５等の構成を必要最小限の構成とすることができるため、簡便な構成でウェハ１０の評価を高精度に行うことができる。

また、切替シャッター装置２５は、照明部２１の照明姿勢として、照明部２１がウェハ１０を照明する照明方向を切り換える。これにより、切替シャッター装置２５を用いて照明光の入射角θ１を広い範囲に設定することが可能となり、ウェハ１０の評価をより高精度に行うことができる。

また、第１照明状態において検出部３１で検出可能な反射光の反射角の範囲と、第２照明状態において検出部３１で検出可能な反射光の反射角の範囲とが連続している。これにより、検出部３１で検出可能な角度範囲が連続した範囲になるため、照明光の入射角θ１を所望の範囲に設定することができる。

また、照明部２１は平行な照明光でウェハ１０を照明し、検出部３１はウェハ１０上の全てのチップ領域１１を一括して撮像する。これにより、各チップ領域１１に設けられた繰り返しパターン１２の評価を一括して行うことができ、ウェハ１０の評価を短時間で高精度に行うことができる。

また、回転移動部３８は、ステージ１６の傾動軸Ｔｃと同じ軸を中心に、検出部３１を回転移動させるため、検出部３１の検出角θｔを容易に反射光の反射角θ２に合わせることが可能となり、ウェハ１０の評価を容易で高精度に行うことができる。

また、検出部３１の光路上に、回転移動部３８により回転移動可能な検出側偏光フィルタ３３が配置されている。これにより、繰り返しパターン１２での構造性複屈折を利用した評価が可能となり、ウェハ１０の評価をより高精度に行うことができる。

また、検出部３１の検出結果に基づいてウェハ１０に設けられた繰り返しパターン１２を検査する検査部４３が設けられているため、ウェハ１０の検査を高精度に行うことができる。

上述の第１実施形態において、切替シャッター装置２５は、第１シャッター板２５ａおよび第２シャッター板２５ｂのうちいずれか一方を開放させることにより、照明部２１の照明姿勢を２つの姿勢に切り替えているが、これに限られるものではない。例えば、照明側偏光フィルタおよび照明側凹面鏡等を３つずつ設け、切替シャッター装置が３つの照明側偏光フィルタおよび照明側凹面鏡に対応した３つのシャッター板のうちいずれか一つを開放させることにより、照明部２１の照明姿勢を３つの姿勢に切り替えるようにしてもよい。また、切替シャッター装置２５の代わりに、基端部が光源部２３に接続された導光ファイバの先端部の位置と向きを機械的に切り替える構成とすることも可能である。

続いて、評価装置の第２実施形態について説明する。評価装置の第２実施形態として表面検査装置１０１を図８および図９に示す。第２実施形態の表面検査装置１０１は、照明部１２１の構成を除いて第１実施形態の表面検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第２実施形態の表面検査装置１０１は、支持部１５と、照明部１２１と、検出部３１と、回転移動部３８と、画像処理部４１と、記憶部４２と、検査部４３と、ハードウェア制御部４４および主制御部４５と、筐体部５０とを備えている。なお、第２実施形態において、図８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。

照明部１２１は、照明ユニット１２２と、切替移動装置１２５と、照明側偏光フィルタ１２６と、照明側凹面鏡１２７とを有している。照明ユニット１２２は、光源部１２３と、導光ファイバ１２４とを有している。光源部１２３は、第１実施形態の光源部２３と同様の構成であり、導光ファイバ１２４を介して所定の波長（例えば、２４８ｎｍ）の光を射出する。導光ファイバ１２４は、基端部が光源部１２３に接続され、先端部が照明側凹面鏡１２７の方を向くように配置される。

照明側偏光フィルタ１２６は、導光ファイバ１２４から射出された光のうち直線偏光のみを透過させる。照明側偏光フィルタ１２６の透過軸は、所定の方位に設定される。ここで、所定の方位は、例えば、ｐ偏光が得られる方位とすることができる。導光ファイバ１２４の光の射出端（先端部）が照明側凹面鏡１２７の焦点面に配置される。照明側凹面鏡１２７は、照明側偏光フィルタ１２６を透過した光をステージ１６上のウェハ１０の表面に向けて反射させ、平行光となった照明光をウェハ１０の表面全体に照射する。なお、照明側偏光フィルタ１２６は、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

切替移動装置１２５は、照明側凹面鏡１２７を、ステージ１６の斜め上方からステージ１６上のウェハ１０を照明可能な第１照明位置（図８を参照）と、ステージ１６の斜め下方からステージ１６上のウェハ１０を照明可能な第２照明位置（図９を参照）とに上下方向（Ｚ軸方向）に移動させることができるようになっている。ここで、揺動変位とは、Ｚ軸方向への平行移動とＹ軸と平行な軸周りの回動を組み合わせた移動となっている。また、切替移動装置１２５は、照明側凹面鏡１２７の位置に合わせて、導光ファイバ１２４および照明側偏光フィルタ１２６を上下に揺動変位させることができるようになっている。照明部１２１は、切替移動装置１２５が照明側凹面鏡１２７を第１照明位置と第２照明位置とに上下移動させることにより、ステージ１６との間の光軸Ａｘの向き（すなわち、照明部１２１の照明姿勢）が異なる２つの照明方向からウェハ１０の表面全体を照明可能である。なお、照明側凹面鏡１２７の向きは、第１照明位置でも第２照明位置でも、照明光が傾動軸Ｔｃに向けて進むように調整される。以降、照明側凹面鏡１２７の向きも含めて第１照明位置及び第２照明位置と称する。

なお、図８において傾動軸Ｔｃから右水平（Ｘ軸方向）に延びる軸を基準軸Ｂとする。検出側凹面鏡３２は、第１実施形態と同様に配置される。一方、照明側凹面鏡１２７の第１照明位置は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度だけ回転した位置に設定される。また、照明側凹面鏡１２７の第２照明位置は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに２１０度だけ回転した位置に設定される。

図８に示すように、第１照明位置に移動した照明側凹面鏡１２７からウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５度〜４５度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８により、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定することができる。なお、図８の実線は、照明光の入射角θ１を４５度に設定した状態を示し、図８の二点鎖線は、照明光の入射角θ１を１５度に設定した状態を示している。

図９に示すように、第２照明位置に移動した照明側凹面鏡１２７からウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに４５度〜７５度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８により、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定した状態で、正反射光を受光することができる。なお、図９の実線は、照明光の入射角θ１を７５度に設定した状態を示している。

なお、検出部３１において、検出側偏光フィルタ３３の透過軸の方位は、照明側偏光フィルタ１２６の透過軸に対して直交（クロスニコルの状態）するように設定される。また、主制御部４５は、ハードウェア制御部４４を介して、支持部１５、照明ユニット１２２、切替移動装置１２５、回転移動部３８等の作動を制御する。ハードウェア制御部４４は、照明ユニット１２２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、切替移動装置１２５を制御し、照明側凹面鏡１２７を第１照明位置と第２照明位置とのいずれか一方に移動させる。

以上のように構成される表面検査装置１０１を用いたウェハ１０の評価方法について説明する。まず、ウェハ１０を準備し、第１実施形態と同様に、準備したウェハ１０を不図示の搬送装置によりステージ１６上に搬送する。次に、第１実施形態と同様に、回転機構部１７によりウェハ１０を回転させてウェハ方位角度を調整する。

次に、検出部３１がウェハ１０からの正反射光を検出できるように、照明光の入射角等を設定する。照明光の入射角θ１は、繰り返しパターン１２の種類に応じて設定される。照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定する場合、図８に示すように、切替移動装置１２５が照明側凹面鏡１２７を第１照明位置に移動させる。チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第１照明位置に移動した照明側凹面鏡１２７から照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。なお、照明光の入射角θ１、反射光の反射角θ２、および検出部３１の検出角θｔは、第１実施形態の場合と同様に定義される（図４および図５を参照）。

一方、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定する場合、図９に示すように、切替移動装置１２５が照明側凹面鏡１２７を第２照明位置に移動させる。チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第２照明位置に移動した照明側凹面鏡１２７から照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。

なおこのとき、ハードウェア制御部４４により、支持部１５の回転機構部１７とチルト機構部１８、照明ユニット１２２、切替移動装置１２５、回転移動部３８等の作動が制御される。

次に、照明部１２１によりウェハ１０の表面を照明する。照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定した場合、図８に示すように、光源部１２３から導光ファイバ１２４を介して射出された光が、照明側偏光フィルタ１２６を透過して直線偏光となり、第１照明位置に位置した照明側凹面鏡１２７に達する。照明側凹面鏡１２７に達した直線偏光は、照明側凹面鏡１２７で斜め下方に反射して平行光となり、照明光（例えば、ｐ偏光）としてウェハ１０の表面全体に照射される。

一方、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定した場合、図９に示すように、光源部１２３から導光ファイバ１２４を介して射出された光が、照明側偏光フィルタ１２６を透過して直線偏光となり、第２照明位置に位置した照明側凹面鏡１２７に達する。照明側凹面鏡１２７に達した直線偏光は、照明側凹面鏡１２７で斜め上方に反射して平行光となり、照明光（例えば、ｐ偏光）としてウェハ１０の表面全体に照射される。

ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、検出部３１の検出側凹面鏡３２により撮像装置３６に向けて集光され検出側偏光フィルタ３３に達する。検出側偏光フィルタ３３において、第１実施形態と同様に、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２での反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみが通過し、撮像装置３６の撮像面上に達する。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、生成した画像信号を主制御部４５に出力する。以下、主制御部４５、画像処理部４１、および検査部４３等において、第１実施形態と同様の処理が行われる。

第２実施形態によれば、チルト機構部１８と、回転移動部３８と、照明部１２１の照明姿勢を切り替える切替移動装置１２５と、ウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部３１に入射するようにチルト機構部１８および回転移動部３８を制御するハードウェア制御部４４および主制御部４５とが設けられている。照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定する場合、切替移動装置１２５により、第１照明位置に位置した照明側凹面鏡１２７から照明光が照射されるように切り替え、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定する場合、切替移動装置１２５により、第２照明位置に位置した照明側凹面鏡１２７から照明光が照射されるように切り替える。これにより、第１実施形態と同様に、回転移動部３８により検出部３１を大きく回転移動させることなく、ウェハ１０に対する検出部３１の検出角θｔを調整することが可能となり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

上述の第２実施形態において、切替移動装置１２５は、照明側凹面鏡１２７を第１照明位置と第２照明位置とに移動させることにより、照明部１２１の照明姿勢を２つの姿勢に切り替えているが、これに限られるものではない。例えば、切替移動装置１２５が照明側凹面鏡１２７を３か所の照明位置に移動させることにより、照明部１２１の照明姿勢を３つの姿勢に切り替えるようにしてもよい。

続いて、評価装置の第３実施形態について説明する。評価装置の第３実施形態として表面検査装置２０１を図１０および図１１に示す。第３実施形態の表面検査装置２０１は、照明部２２１の構成を除いて第１実施形態の表面検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第３実施形態の表面検査装置２０１は、支持部１５と、照明部２２１と、検出部３１と、回転移動部３８と、画像処理部４１と、記憶部４２と、検査部４３と、ハードウェア制御部４４および主制御部４５と、筐体部５０とを備えている。なお、第３実施形態において、図１０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。

照明部２２１は、照明ユニット２２２と、切替回動装置２２５と、照明側偏光フィルタ２２６と、照明側凹面鏡２２７と、平面鏡２２８を有している。照明ユニット２２２は、光源部２２３と、導光ファイバ２２４とを有している。光源部２２３は、第１実施形態の光源部２３と同様の構成であり、導光ファイバ２２４を介して所定の波長（例えば、２４８ｎｍ）の光を射出する。導光ファイバ２２４は、基端部が光源部２２３に接続され、先端部が照明側凹面鏡２２７の方を向くように配置される。

照明側偏光フィルタ２２６は、導光ファイバ２２４から射出された光のうち直線偏光のみを透過させる。照明側偏光フィルタ２２６の透過軸は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。導光ファイバ２２４の光の射出端（先端部）が照明側凹面鏡２２７の焦点面に配置される。照明側凹面鏡２２７は、照明側偏光フィルタ２２６を透過した光をステージ１６上のウェハ１０の表面に向けて反射させ、平行光となった照明光をウェハ１０の表面全体に照射する。なお、照明側偏光フィルタ２２６は、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

切替回動装置２２５は、照明側凹面鏡２２７の反射面の中心を通り、傾動軸Ｔｃと平行な軸（以下、回動軸Ｒｃと称する）を中心に、照明側凹面鏡２２７を回動させる。切替回動装置２２５は、この回動軸Ｒｃを中心に、照明側凹面鏡２２７を第１照明位置（図１０参照）と第２照明位置（図１１参照）に回動可能に構成されている。照明側凹面鏡２２７が第１照明位置に位置するときには、ステージ１６の斜め上方からステージ１６上のウェハ１０を照明可能となる。一方、照明側凹面鏡２２が第２照明位置に位置するときには、照明側凹面鏡２２７で反射した照明光はＺ軸と平行に進み、照明側凹面鏡２２７の下方に設けられた平面鏡２２８を介して、ステージ１６の斜め下方からステージ１６上のウェハ１０を照明可能となる。照明部２２１は、切替回動装置２２５が照明側凹面鏡２２７を第１照明位置と第２照明位置とに回動させることにより、ステージ１６との間の光軸Ａｘの向き（すなわち、照明部２２１の照明姿勢）が異なる２つの照明方向からウェハ１０の表面全体を照明可能である。

なお、図１０において傾動軸Ｔｃから右水平（Ｘ軸方向）に延びる軸を基準軸Ｂとする。検出側凹面鏡３２は、第１実施形態と同様に配置される。一方、照明側凹面鏡２２７は、第１照明位置に回動したときのステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度だけ回転した位置に配置される。また、平面鏡２２８は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに２１０度だけ回転した位置に配置される。なお、照明側凹面鏡２２７が第２照明位置に位置するときに、光軸Ａｘの角度が基準軸Ｂに対して反時計回りに２１０度となる。

図１０に示すように、第１照明位置に回動した照明側凹面鏡２２７を介してウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５度〜４５度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８により、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定することができる。なお、図１０の実線は、照明光の入射角θ１を４５度に設定した状態を示し、図１０の二点鎖線は、照明光の入射角θ１を１５度に設定した状態を示している。

図１１に示すように、第２照明位置に回動した照明側凹面鏡２２７から平面鏡２２８を介してウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに４５度〜７５度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８により、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに６０度〜１２０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定することができる。なお、図１１の実線は、照明光の入射角θ１を７５度に設定した状態を示している。

なお、検出部３１において、検出側偏光フィルタ３３の透過軸の方位は、照明側偏光フィルタ２２６の透過軸に対して直交（クロスニコルの状態）するように設定される。また、主制御部４５は、ハードウェア制御部４４を介して、支持部１５、照明ユニット２２２、切替回動装置２２５、回転移動部３８等の作動を制御する。ハードウェア制御部４４は、照明ユニット２２２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、切替回動装置２２５を制御し、照明側凹面鏡２２７を第１照明位置と第２照明位置とのいずれか一方に回動させる。

以上のように構成される表面検査装置２０１を用いたウェハ１０の評価方法について説明する。まず、ウェハ１０を準備し、第１実施形態と同様に、準備したウェハ１０を不図示の搬送装置によりステージ１６上に搬送する。次に、第１実施形態と同様に、回転機構部１７によりウェハ１０を回転させてウェハ方位角度を調整する。

次に、検出部３１がウェハ１０からの正反射光を検出できるように、照明光の入射角等を設定する。照明光の入射角θ１は、繰り返しパターン１２の種類に応じて設定される。照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定する場合、図１０に示すように、切替回動装置２２５が照明側凹面鏡２２７を第１照明位置に回動させる。チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第１照明位置に回動した照明側凹面鏡２２７から照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。なお、照明光の入射角θ１、反射光の反射角θ２、および検出部３１の検出角θｔは、第１実施形態の場合と同様に定義される（図４および図５を参照）。

一方、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定する場合、図１１に示すように、切替回動装置２２５が照明側凹面鏡２２７を第２照明位置に回動させる。チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第２照明位置に回動した照明側凹面鏡２２７から平面鏡２２８を介して照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、回転移動部３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。

なおこのとき、ハードウェア制御部４４により、支持部１５の回転機構部１７とチルト機構部１８、照明ユニット２２２、切替回動装置２２５、回転移動部３８等の作動が制御される。

次に、照明部２２１によりウェハ１０の表面を照明する。ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、検出部３１の検出側凹面鏡３２により撮像装置３６に向けて集光され検出側偏光フィルタ３３に達する。検出側偏光フィルタ３３において、第１実施形態と同様に、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２での反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみが通過し、撮像装置３６の撮像面上に達する。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、生成した画像信号を主制御部４５に出力する。以下、主制御部４５、画像処理部４１、および検査部４３等において、第１実施形態と同様の処理が行われる。

第３実施形態によれば、チルト機構部１８と、回転移動部３８と、照明部２２１の照明姿勢を切り替える切替回動装置２２５と、ウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部３１に入射するようにチルト機構部１８および回転移動部３８を制御するハードウェア制御部４４および主制御部４５とが設けられている。照明光の入射角θ１を１５度〜４５度の範囲に設定する場合、照明側凹面鏡２２７を第１照明位置に切り替える。一方、照明光の入射角θ１を４５度〜７５度の範囲に設定する場合、照明側凹面鏡２２７を第２照明位置に切り替える。これにより、第１実施形態と同様に、回転移動部３８により検出部３１を大きく回転移動させることなく、ウェハ１０に対する検出部３１の検出角θｔを調整することが可能となり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

上述の第１〜第３実施形態において、楕円偏光化した正反射光の短軸方向と検出側偏光フィルタ３３の透過軸とを合わせるように、検出側偏光フィルタ３３を光軸中心に回動させることで、撮像装置３６で検出される光の強度を最大限に高めることができる。この場合における検出側偏光フィルタ３３の調整角度は数度であり、直交の範疇である。

上述の第１〜第３実施形態において、回転移動部３８は、ステージ１６の傾動軸Ｔｃと同じ軸を中心に、検出部３１を回転移動させているが、これに限られるものではなく、ステージ１６の傾動軸Ｔｃと平行な軸を中心に、検出部３１を回転移動させてもよい。

上述の第１〜第３実施形態において、照明部２１，１２１，２２１がウェハ１０の表面全体を一括で照明し、撮像装置３６が一括して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。しかし、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、ウェハ１０の表面における単数もしくは複数のチップ領域１１を部分照明し、照明した領域を撮像してもよい。この場合、図１〜図３の表面検査装置１，１０１，２０１に、支持部１５をＸＹ方向に二次元に平行移動させる不図示のＸＹ駆動部を設け、ウェハ１０に対する部分的な照明及び撮像と、ウェハ１０の移動とを同期させて、撮像を繰り返すことにより、ウェハ１０の表面全体の画像を生成してもよい。なおこの場合、検出側凹面鏡３２は、ウェハ１０の表面の像を拡大して撮像装置３６の撮像面上に結像可能であり、ウェハ１０の表面の各チップ領域１１を拡大した画像を生成することが可能となって、ウェハ１０の評価をより高精度に行うことができる。

続いて、評価装置の第４実施形態について説明する。評価装置の第４実施形態として表面検査装置３０１を図１２および図１３に示す。第４実施形態の表面検査装置３０１は、照明部３２１、照明用回転移動部３３５、および検出用回転移動部３３８の構成を除いて第１実施形態の表面検査装置１と同様の構成であり、各部に第１実施形態の場合と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。第４実施形態の表面検査装置３０１は、支持部１５と、照明部３２１と、検出部３１と、照明用回転移動部３３５と、検出用回転移動部３３８と、画像処理部４１と、記憶部４２と、検査部４３と、ハードウェア制御部４４および主制御部４５と、筐体部５０とを備えている。なお、第４実施形態において、図１２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。

照明部３２１は、照明ユニット３２２と、切替シャッター装置３２５と、第１照明側偏光フィルタ３２６と、照明側凹面鏡３２７と、コリメーターレンズ３２８と、第２照明側偏光フィルタ３２９とを有している。照明ユニット３２２は、図１４に示すように、光源部３２３と、第１導光ファイバ３２４ａと、第２導光ファイバ３２４ｂとを有している。光源部３２３は、メタルハライドランプまたは水銀ランプを用いて構成され、第１導光ファイバ３２４ａおよび第２導光ファイバ３２４ｂを介して所定の波長（例えば、２４８ｎｍ）の光を射出する。なお、光源部３２３には、所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する調光部３２３ａが設けられている。なお、以下適宜、第１導光ファイバ３２４ａと第１照明側偏光フィルタ３２６と照明側凹面鏡３２７を第１照明ユニットと称し、第２導光ファイバ３２４ｂとコリメーターレンズ３２８と第２照明側偏光フィルタ３２９を第２照明ユニットと称する。また、第１照明側偏光フィルタ３２６と第２照明側偏光フィルタ３２９はともに、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

第１導光ファイバ３２４ａおよび第２導光ファイバ３２４ｂは、基端部が光源部３２３に接続され、先端側が途中で分岐するようになっている。第１導光ファイバ３２４ａの先端部は、図１２および図１３に示すように、照明側凹面鏡３２７の方を向くように配置される。第２導光ファイバ３２４ｂの先端部は、図１４に示すように５股に分岐しており、傾動軸Ｔｃと平行な軸方向（Ｙ軸方向）に並列に並んだ状態で、図１２および図１３に示すように直接ステージ１６の方を向くように配置される。

図１２および図１３に示すように、切替シャッター装置３２５は、第１シャッター板３２５ａと第２シャッター板３２５ｂを有している。第１シャッター板３２５ａは、第１導光ファイバ３２４ａと第１照明側偏光フィルタ３２６との間の光路を遮閉可能に配置されている。また、第２シャッター板３２５ｂは、第２導光ファイバ３２４ｂとコリメーターレンズ３２８との間の光路を遮閉可能に配置されている。なお、切替シャッター装置３２５の代わりに、基端部が光源部３２３に接続された導光ファイバの先端部の位置と向きを機械的に切替る構成とすることも可能である。

第１照明側偏光フィルタ３２６は、第１導光ファイバ３２４ａから射出された光のうち直線偏光のみを透過させる。第１照明側偏光フィルタ３２６の透過軸は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。第１導光ファイバ３２４ａの光の射出端（先端部）が照明側凹面鏡３２７の焦点面に配置される。照明側凹面鏡３２７は、照明側偏光フィルタ３２６を透過した光をステージ１６上のウェハ１０の表面に向けて反射させ、平行光となった照明光をウェハ１０の表面全体に照射する。

コリメーターレンズ３２８は、図１４に示すように、５股に分岐した第２導光ファイバ３２４ｂの先端部に合わせて並列に配置された５つの小型レンズから構成され、第２導光ファイバ３２４ｂから射出された光を平行光にする。これにより、傾動軸Ｔｃと平行な軸方向（Ｙ軸方向）に細長く楕円状に広がった平行な照明光がウェハ１０の表面全体に照射される。第２照明側偏光フィルタ３２９は、コリメーターレンズ３２８からの平行光のうち直線偏光のみを透過させる。第２照明側偏光フィルタ３２９の透過軸は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。照明部３２１は、切替シャッター装置３２５が第１シャッター板３２５ａおよび第２シャッター板３２５ｂのうちいずれか一方を開放させることにより、ステージ１６との間の光軸Ａｘの向き（すなわち、照明部３２１の照明姿勢）が異なる２つの照明方向からウェハ１０の表面全体を照明可能である。

照明用回転移動部３３５は、傾動軸Ｔｃを中心に第２照明ユニットを回転移動させる。検出用回転移動部３３８は、第１実施形態の回転移動部３８と同様の構成であり、傾動軸Ｔｃを中心に、検出部３１（検出側凹面鏡３２、検出側偏光フィルタ３３、撮像装置３６）を一体的に回転移動させる。

なお、図１２において傾動軸Ｔｃから右水平（Ｘ軸方向）に延びる軸を基準軸Ｂとする。検出側凹面鏡３２は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度〜７０度の範囲で回転移動可能に配置される。一方、照明側凹面鏡３２７は、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１１０度だけ回転した位置に配置される。また、第２照明ユニットは、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度〜１７０度の範囲で回転移動可能に配置される。

図１２に示すように、第１照明ユニットを用いてウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに−２０度〜０度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度〜７０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を２０度〜４０度の範囲に設定することができる。なお、図１２の実線は、照明光の入射角θ１を４０度に設定した状態を示し、図１２の二点鎖線は、照明光の入射角θ１を２０度に設定した状態を示している。

図１３に示すように、第２照明ユニットを用いてウェハ１０の表面を照明する場合には、照明用回転移動部３３５により、第２照明ユニットを傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度の回転位置に回転移動させる。この状態で、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに０度〜２０度の範囲で傾動させる。また、ステージ１６の傾動に応じて、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度〜７０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を４０度〜６０度の範囲に設定することができる。

さらに、検出側凹面鏡３２および検出部３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度の回転位置に回転移動させた状態で、第２照明ユニットを傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度〜１７０度の範囲に回転移動させる。この回転移動に応じて、チルト機構部１８により、ステージ１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに０度〜１０度の範囲で傾動させる。これにより、照明光の入射角θ１を６０度〜７０度の範囲まで設定することができる。なお、図１３の実線は、照明光の入射角θ１を６５度に設定した状態を示している。

なお、検出部３１において、検出側偏光フィルタ３３の透過軸の方位は、第１照明側偏光フィルタ３２６および第２照明側偏光フィルタ３２９の透過軸に対して直交（クロスニコルの状態）するように設定される。また、主制御部４５は、ハードウェア制御部４４を介して、支持部１５、照明ユニット３２２、切替シャッター装置３２５、照明用回転移動部３３５、検出用回転移動部３３８等の作動を制御する。ハードウェア制御部４４は、照明ユニット３２２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、切替シャッター装置３２５を制御し、開放させるシャッター板を切り替える。また、ハードウェア制御部４４は、照明用回転移動部３３５を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部４４は、検出用回転移動部３３８を制御し、検出部３１の検出角を調整する。

以上のように構成される表面検査装置３０１を用いたウェハ１０の評価方法について説明する。まず、ウェハ１０を準備し、第１実施形態と同様に、準備したウェハ１０を不図示の搬送装置によりステージ１６上に搬送する。次に、第１実施形態と同様に、回転機構部１７によりウェハ１０を回転させてウェハ方位角度を調整する。

次に、検出部３１がウェハ１０からの正反射光を検出できるように、照明光の入射角等を設定する。照明光の入射角θ１を２０度〜４０度の範囲に設定する場合、図１２に示すように、切替シャッター装置３２５が第１シャッター板３２５ａのみを開放させる。チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第１導光ファイバ３２４ａから射出され照明側凹面鏡３２７で反射した照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、検出用回転移動部３３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。なお、照明光の入射角θ１、反射光の反射角θ２、および検出部３１の検出角θｔは、第１実施形態の場合と同様に定義される（図４および図５を参照）。

一方、照明光の入射角θ１を４０度〜６０度の範囲に設定する場合、図１３に示すように、切替シャッター装置３２５が第２シャッター板３２５ｂのみを開放させる。照明用回転移動部３３５は、第２照明ユニットを傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度の回転位置に回転移動させる。この状態で、チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、第２導光ファイバ３２４ｂから照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ１６の傾動に応じて、検出用回転移動部３３８は、検出部３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。

さらに、照明光の入射角θ１を６０度〜７０度の範囲に設定する場合、照明用回転移動部３３５は、第２照明ユニットを回転移動させ、第２導光ファイバ３２４ｂから照射される照明光の入射角θ１を調整する。この回転移動に応じて、チルト機構部１８は、ウェハ１０とともにステージ１６を傾動させ、照明光の入射角θ１および検出角θｔを調整する。

なおこのとき、ハードウェア制御部４４により、支持部１５の回転機構部１７とチルト機構部１８、照明ユニット３２２、切替シャッター装置３２５、照明用回転移動部３３５、検出用回転移動部３３８等の作動が制御される。

次に、照明部３２１によりウェハ１０の表面を照明する。ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、検出部３１の検出側凹面鏡３２により撮像装置３６に向けて集光され検出側偏光フィルタ３３に達する。検出側偏光フィルタ３３において、第１実施形態と同様に、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２での反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみが通過し、撮像装置３６の撮像面上に達する。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、生成した画像信号を主制御部４５に出力する。以下、主制御部４５、画像処理部４１、および検査部４３等において、第１実施形態と同様の処理が行われる。

第４実施形態によれば、チルト機構部１８と、検出用回転移動部３３８と、照明部３２１の照明姿勢を切り替える切替シャッター装置３２５と、ウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部３１に入射するようにチルト機構部１８および検出用回転移動部３３８を制御するハードウェア制御部４４および主制御部４５とが設けられている。照明光の入射角θ１を２０度〜４０度の範囲に設定する場合、第１導光ファイバ３２４ａから射出され照明側凹面鏡３２７で反射した照明光が照射されるように切り替え、照明光の入射角θ１を４０度〜６０度の範囲に設定する場合、第２導光ファイバ３２４ｂから照明光が照射されるように切り替える。これにより、第１実施形態と同様に、検出部３１を大きく回転移動させることなく、ウェハ１０に対する検出部３１の検出角θｔを調整することが可能となり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第４実施形態では、照明光の入射角θ１を６０度〜７０度の範囲に設定する場合、第２照明ユニットを回転移動させて、第２導光ファイバ３２４ｂの照明姿勢を連続的に切り替える。このようにすれば、検出用回転移動部３３８により検出部３１を大きく回転移動させることなく、照明光の入射角θ１をより広い範囲に設定することができ、ウェハ１０の評価を高精度に行うことができる。

また、ウェハ１０の表面を斜め方向から見た場合、ウェハ１０の見かけの形状は、図１５（ａ）に示すように、ウェハ１０の表面を法線方向から見た場合よりも小さく潰れた楕円状となる。そのため、ウェハ１０表面の法線Ｎ１（図４を参照）に対する傾斜角（すなわち入射角θ１）が大きい第２導光ファイバ３２４ｂから照射される照明光の光軸Ａｘと垂直な面内における断面形状を、小さく潰れた楕円状にすることができる。そのため、図１５（ｂ）にも示すように、比較的コンパクトな光学部材（コリメーターレンズ３２８および第２照明側偏光フィルタ３２９等）を用いることが可能となり、装置全体をより小さくすることができる。

上述の第４実施形態において、第２照明ユニットが、照明用回転移動部３３５により回転移動可能に構成されているが、これに限られるものではなく、ステージ１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度回転した位置等の所定の位置に固定されていてもよい。

上述の第４実施形態において、第２導光ファイバ３２４ｂの先端部は、第１導光ファイバ３２４ａの先端部より外方に配置されているが、これに限られるものではない。例えば、図１６に示す表面検査装置３６１のように、照明部３２１ａにおいて、第２照明ユニットおよび照明用回転移動部３３５が、第１導光ファイバ３２４ａの先端部と支持部１５との間に配置されてもよい。このようにすれば、第２導光ファイバ３２４ｂの先端部が第１導光ファイバ３２４ａの先端部より内側に配置されるので、装置全体をより小さくすることができる。

また例えば、図１７に示す表面検査装置３７１のように、照明部３２１ｂにおいて、第２照明ユニットおよび照明用回転移動部３３５が、支持部１５に対して第１導光ファイバ３２４ａの先端部と反対側に配置されてもよい。なおこの場合、検出部３１および検出用回転移動部３３８は、支持部１５に対して第２導光ファイバ３２４ｂの先端部と反対側（第１導光ファイバ３２４ａの先端部と同じ側）にも配置される。

上述の第４実施形態において、第１導光ファイバ３２４ａおよび第２導光ファイバ３２４ｂの基端部は同じ光源部３２３に接続されているが、これに限られるものではない。例えば、第１導光ファイバ３２４ａの基端部が光源部３２３に接続され、第２導光ファイバ３２４ｂの基端部が当該光源部３２３とは別体の光源部（図示せず）に接続されてもよい。

また例えば、図１８に示すように、第２導光ファイバ３２４ｂの代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光装置３８４（図１８を参照）が並列に並んで複数（例えば５つ）設けられもよい。なお、図１８に示す発光装置３８４は、点光源であっても面光源であってもよい。

上述の第４実施形態において、第２導光ファイバ３２４ｂの先端部は５股に分岐しているが、これに限られるものではない。例えば、図１９に示す第２導光ファイバ３９４ｂのように、第２導光ファイバ３９４ｂの先端部におけるファイバ素線３９４ｃを露出させ、当該ファイバ素線３９４ｃを傾動軸Ｔｃと略平行に延びるように配置してラインファイバとして用いるようにしてもよい。なおこの場合、コリメーターレンズとしてシリンドリカルレンズ３９８を用いることができる。これにより、第２導光ファイバ３９４ｂの先端部（ファイバ素線３９４ｃ）から射出されたライン状の光は、シリンドリカルレンズ３９８を透過して平行光となり、第２照明側偏光フィルタ３２９に達する。そのため、上述の第４実施形態と同様に、楕円状もしくは長方形状の照明光をウェハ１０の表面全体に照射することができる。

上述の第４実施形態において、検出側偏光フィルタ３３が光軸中心に回動可能に構成されている。そのため、第１〜第３実施形態と同様に、撮像装置３６で検出される光の強度を最大限に高めることができる。

上述の第４実施形態において、検出用回転移動部３３８は、ステージ１６の傾動軸Ｔｃと同じ軸を中心に、検出部３１を回転移動させているが、これに限られるものではなく、ステージ１６の傾動軸Ｔｃと平行な軸を中心に、検出部３１を回転移動させてもよい。

続いて、評価装置の第５実施形態について説明する。評価装置の第５実施形態として表面検査装置４０１を図２０および図２１に示す。第５実施形態の表面検査装置４０１は、ウェハ１０を支持する支持部４１５と、照明部４２１と、検出部４３１と、照明用回転移動部４３５と、検出用回転移動部４３８と、画像処理部４４１と、記憶部４４２と、検査部４４３と、ハードウェア制御部４４４および主制御部４４５と、これらを収容する筐体部４５０とを備えている。なお、第５実施形態において、図２０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。

支持部４１５は、ステージ４１６と、回転機構部（図示せず）と、チルト機構部４１８と、ＸＹ駆動部４１９とを有している。ステージ４１６、回転機構部（図示せず）、およびチルト機構部４１８は、第１実施形態のステージ１６、回転機構部１７、およびチルト機構部１８と同様の構成であり、詳細な説明を省略する。ＸＹ駆動部４１９は、ウェハ１０とともに、ステージ４１６、回転機構部（図示せず）、およびチルト機構部４１８を、Ｚ軸方向と垂直な方向（ＸＹ方向）に二次元的に平行移動させることができるようになっている。

照明部４２１は、照明ユニット４２２と、切替シャッター装置４２５と、第１照明側偏光フィルタ４２６と、照明側凹面鏡４２７と、コリメーターレンズ４２８と、第２照明側偏光フィルタ４２９とを有している。照明ユニット４２２は、光源部４２３と、調光部４２３ａと、第１導光ファイバ４２４ａと、第２導光ファイバ４２４ｂとを有している。光源部４２３は、メタルハライドランプまたは水銀ランプを用いて構成され、第１導光ファイバ４２４ａおよび第２導光ファイバ４２４ｂを介して所定の波長（例えば、２４８ｎｍ）の光を射出する。なお、光源部４２３には、所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する調光部４２３ａが設けられている。

第１導光ファイバ４２４ａおよび第２導光ファイバ４２４ｂは、基端部が光源部４２３に接続され、先端側が途中で分岐するようになっている。第１導光ファイバ４２４ａの先端部は、照明側凹面鏡４２７の方を向くように配置される。第２導光ファイバ４２４ｂの先端部は、例えば２股に分岐しており、傾動軸Ｔｃと平行な軸方向（Ｙ軸方向）に並列に並んだ状態で、直接ステージ４１６の方を向くように配置される。

切替シャッター装置４２５は、第１シャッター板４２５ａと第２シャッター板４２５ｂとを有している。第１シャッター板４２５ａは、切替シャッター装置４２５の動作により第１導光ファイバ４２４ａと第１照明側偏光フィルタ４２６との間の光路を遮閉可能に構成されている。また、第２シャッター板４２５ｂは、切替シャッター装置４２５の動作により第２導光ファイバ４２４ｂとコリメーターレンズ４２８との間の光路を遮閉可能に構成されている。

第１照明側偏光フィルタ４２６は、第１導光ファイバ４２４ａから射出された光のうち直線偏光のみを透過させる。第１照明側偏光フィルタ４２６の透過軸は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。第１導光ファイバ４２４ａの光の射出端（先端部）が照明側凹面鏡４２７の焦点面に配置される。照明側凹面鏡４２７は、第１照明側偏光フィルタ４２６を透過した光をステージ４１６上のウェハ１０の表面に向けて反射させ、平行光となった照明光をウェハ１０の表面の一部に照射する。以下適宜、第１導光ファイバ４２４ａと第１照明側偏光フィルタ４２６と照明側凹面鏡４２７を第１照明ユニットと称する。なお、第１照明側偏光フィルタ４２６は、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

コリメーターレンズ４２８は、例えば２股に分岐した第２導光ファイバ４２４ｂの先端部に合わせて並列に配置された２つの小型レンズから構成され、第２導光ファイバ４２４ｂから射出された光を平行光にする。これにより、傾動軸Ｔｃと平行な軸方向（Ｙ軸方向）に細長く楕円状に広がった平行な照明光がウェハ１０の表面の一部に照射される。第２照明側偏光フィルタ４２９は、コリメーターレンズ４２８からの平行光のうち直線偏光のみを透過させる。第２照明側偏光フィルタ４２９の透過軸は、所定の方位（例えば、ｐ偏光が得られる方位）に設定される。照明部４２１は、切替シャッター装置４２５が第１シャッター板４２５ａおよび第２シャッター板４２５ｂのうちいずれか一方を開放させることにより、ステージ１６との間の光軸Ａｘの向き（すなわち、照明部４２１の照明姿勢）が異なる２つの照明方向からウェハ１０の表面の一部を照明可能である。以下適宜、第２導光ファイバ４２４ｂと第２照明側偏光フィルタ４２９とコリメーターレンズ４２８を第２照明ユニットと称する。なお、第２照明側偏光フィルタ４２９は、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

なお、第１導光ファイバ４２４ａから射出され照明側凹面鏡４２７で反射した照明光の照明範囲と、第２導光ファイバ４２４ｂから照明される照明光の照明範囲とが、ウェハ１０の表面上においてほぼ同じになるように設定される。また、ウェハ１０の表面における照明範囲は、例えば図２２に示すように、ウェハ１０の表面上における１つのチップ領域１１とほぼ同じ大きさまたは５％程度の余裕を持った範囲に設定される。

検出部４３１は、検出側凹面鏡４３２と、検出側偏光フィルタ４３３と、撮像装置４３６とを有している。検出側凹面鏡４３２は、ウェハ１０の表面の一部で反射した反射光を集光して撮像装置４３６へ導く。検出側凹面鏡４３２で反射したウェハ１０からの反射光は撮像装置４３６の撮像面上に達し、検出側凹面鏡４３２により拡大されたウェハ１０の表面の一部の像が撮像面上に結像される。検出側偏光フィルタ４３３は、検出側凹面鏡４３２と撮像装置４３６との間に配設され、その透過軸の方位は、第１照明側偏光フィルタ４２６および第２照明側偏光フィルタ４２９の透過軸に対して直交（クロスニコルの状態）するように設定される。なお、検出側偏光フィルタ４３３は、光路に挿脱可能に構成され、偏光軸を回転調整可能に構成されている。

撮像装置４３６は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の一部（照明領域）の像を光電変換して画像信号を生成し、生成した画像信号を主制御部４４５に出力する。主制御部４４５は、撮像装置４３６から出力された画像信号を画像処理部４４１に送る。画像処理部４４１は、撮像装置４３６から出力された画像信号に基づいてウェハ１０の表面の一部の画像を生成する。画像処理部４４１で処理されたウェハ１０の画像データ（すなわち、撮像装置４３６で検出したウェハ１０の表面の一部からの光に基づく信号強度）は、主制御部４４５を介して検査部４４３に送られる。

本実施形態では、照明部４２１によりウェハ１０の表面の一部が照明されるため、撮像装置４３６で撮像される像は、ウェハ１０の表面の一部の像となる。この場合、撮像のタイミングに合わせて、ＸＹ駆動部４１９によりウェハ１０を支持したステージ４１６を所定間隔で順次移動させていく。撮像装置４３６で順次得られるウェハ１０の表面の一部の画像信号を画像処理部４４１で合成することで、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４３６で検出したウェハ１０の表面全体からの光に基づく信号強度）を検査部４４３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、図２２に示すように、照明部４２１によりウェハ１０の表面における任意のチップ領域１１を走査するように縦横に照明し、各チップ領域１１を撮像装置４３６により撮像する方法がある。この方法では、撮像のタイミングに合わせて、ウェハ１０上で互いに隣接するチップ領域１１同士の間隔だけ、順次、ＸＹ駆動部４１９によりステージ４１６および回転機構部（図示せず）とチルト機構部４１８を移動させて、全てのチップ領域１１を撮像し、各チップ領域１１の画像を合成すればよい。なお、チルト機構部４１８によるチルト量に応じて移動量は調整される。

以下、撮像のタイミングに合わせて、ステージ４１６を所定間隔で順次移動させて画像処理部４４１で生成したウェハ１０の表面全体の画像を、ウェハ１０の合成画像と称する。また、合成画像に基づいた画像データ（撮像装置４３６で検出したウェハ１０の表面全体からの光に基づく信号強度）を、合成画像データと称する。

記憶部４４２には、良品ウェハの合成画像データ（すなわち、撮像装置４３６で検出した良品ウェハの表面全体からの光に基づく信号強度）が予め記憶されている。検査部４４３は、主制御部４４５からウェハ１０の合成画像データと良品ウェハの合成画像データとを受け取り比較して、ウェハ１０の表面上のパターンにおける異常（欠陥）の有無を検査・評価する。検査部４４３による評価結果は、主制御部４４５により不図示の表示装置で出力表示される。また、画像処理部４４１で処理されたウェハ１０の合成画像データに基づくウェハ１０の合成画像を、主制御部４４５により不図示の表示装置に表示させてもよい。

なお、検査部４４３によるウェハ１０の評価結果および合成画像データは、主制御部４４５により記憶部４４２に送られて記憶される。また、検査部４４３によるウェハ１０の評価結果および合成画像データは、主制御部４４５により出力部４４６から外部へ出力することも可能である。ここで、外部とは、例えば、半導体製造ラインの管理システムや露光装置等である。

照明用回転移動部４３５は、傾動軸Ｔｃを中心に第２照明ユニットを回転移動させる。検出用回転移動部４３８は、第１実施形態の回転移動部３８と同様の構成であり、傾動軸Ｔｃを中心に、検出部４３１（検出側凹面鏡４３２、検出側偏光フィルタ４３３、撮像装置４３６）を一体的に回転移動させる。

なお、図２０において傾動軸Ｔｃから右水平（Ｘ軸方向）に延びる軸を基準軸Ｂとする。検出側凹面鏡４３２は、ステージ４１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度〜７０度の範囲で回転移動可能に配置される。一方、照明側凹面鏡４２７は、ステージ４１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１１０度だけ回転した位置に配置される。また、第２照明ユニットは、ステージ４１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度〜１７０度の範囲で回転移動可能に配置される。

図２０に示すように、第１照明ユニットを用いてウェハ１０の表面を照明する場合には、チルト機構部４１８により、ステージ４１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに−２０度〜０度の範囲で傾動させる。また、ステージ４１６の傾動に応じて、検出用回転移動部４３８により、検出側凹面鏡４３２および検出部４３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度〜７０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を２０度〜４０度の範囲に設定することができる。なお、図２０の実線は、照明光の入射角θ１を４０度に設定した状態を示し、図２０の二点鎖線は、照明光の入射角θ１を２０度に設定した状態を示している。

図２１に示すように、第２照明ユニットを用いてウェハ１０の表面を照明する場合には、照明用回転移動部４３５により、第２照明ユニットを傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度の回転位置に回転移動させる。この状態で、チルト機構部４１８により、ステージ４１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに０度〜２０度の範囲で傾動させる。また、ステージ４１６の傾動に応じて、検出用回転移動部４３８により、検出側凹面鏡４３２および検出部４３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度〜７０度の範囲で回転移動させる。これにより、照明光の入射角θ１を４０度〜６０度の範囲に設定することができる。

さらに、検出側凹面鏡４３２および検出部４３１を傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに３０度の回転位置に回転移動させた状態で、照明用回転移動部４３５により、第２照明ユニットを傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度〜１７０度の範囲に回転移動させる。この回転移動に応じて、チルト機構部４１８により、ステージ４１６をウェハ１０とともに傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに０度〜１０度の範囲で傾動させる。これにより、照明光の入射角θ１を６０度〜７０度の範囲まで設定することができる。なお、図２１の実線は、照明光の入射角θ１を６５度に設定した状態を示している。

主制御部４４５は、ハードウェア制御部４４４を介して、支持部４１５、照明ユニット４２２、切替シャッター装置４２５、照明用回転移動部４３５、検出用回転移動部４３８等の作動を制御する。ハードウェア制御部４４４は、支持部４１５の回転機構部（図示せず）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４４４は、支持部４１５のチルト機構部４１８を制御し、照明光の入射角を調整する。ハードウェア制御部４４４は、照明ユニット４２２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４４４は、切替シャッター装置４２５を制御し、開放させるシャッター板を切り替える。また、ハードウェア制御部４４４は、照明用回転移動部４３５を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部４４４は、検出用回転移動部４３８を制御し、検出部４３１の検出角を調整する。

以上のように構成される表面検査装置４０１を用いたウェハ１０の評価方法について説明する。まず、ウェハ１０を準備し、第１実施形態と同様に、準備したウェハ１０を不図示の搬送装置によりステージ４１６上に搬送する。次に、第１実施形態と同様に、回転機構部（図示せず）によりウェハ１０を回転させてウェハ方位角度を調整する。

次に、検出部４３１がウェハ１０からの正反射光を検出できるように、照明光の入射角等を設定する。照明光の入射角θ１を２０度〜４０度の範囲に設定する場合、図２０に示すように、切替シャッター装置４２５が第１シャッター板４２５ａのみを開放させる。チルト機構部４１８は、ウェハ１０とともにステージ４１６を傾動させ、照明側凹面鏡４２７を介して照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ４１６の傾動に応じて、検出用回転移動部４３８は、検出部４３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。なお、照明光の入射角θ１、反射光の反射角θ２、および検出部３１の検出角θｔは、第１実施形態の場合と同様に定義される（図４および図５を参照）。

一方、照明光の入射角θ１を４０度〜６０度の範囲に設定する場合、図２１に示すように、切替シャッター装置４２５が第２シャッター板４２５ｂのみを開放させる。照明用回転移動部４３５は、第２照明ユニットを傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度の回転位置に回転移動させる。この状態で、チルト機構部４１８は、ウェハ１０とともにステージ４１６を傾動させ、第２導光ファイバ４２４ｂから照射される照明光の入射角θ１を調整する。ステージ４１６の傾動に応じて、検出用回転移動部４３８は、検出部４３１を回転移動させてウェハ１０に対する検出角θｔを調整する。

さらに、照明光の入射角θ１を６０度〜７０度の範囲に設定する場合、照明用回転移動部４３５は、第２導光ファイバ４２４ｂの先端部と、コリメーターレンズ４２８と、第２照明側偏光フィルタ４２９とを回転移動させ、第２導光ファイバ４２４ｂから照射される照明光の入射角θ１を調整する。この回転移動に応じて、チルト機構部４１８は、ウェハ１０とともにステージ４１６を傾動させ、照明光の入射角θ１および検出角θｔを調整する。

なおこのとき、ハードウェア制御部４４４により、支持部４１５の回転機構部（図示せず）とチルト機構部４１８、照明ユニット４２２、切替シャッター装置４２５、照明用回転移動部４３５、検出用回転移動部４３８等の作動が制御される。

次に、照明部４２１によりウェハ１０の表面を照明する。ウェハ１０の表面の一部で反射した正反射光は、検出部４３１の検出側凹面鏡４３２により撮像装置４３６に向けて集光され検出側偏光フィルタ４３３に達する。検出側偏光フィルタ４３３において、第１実施形態と同様に、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２での反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみが通過し、撮像装置４３６の撮像面上に達する。撮像装置４３６は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の一部（照明領域）の像を光電変換して画像信号を生成し、生成した画像信号を主制御部４４５に出力する。主制御部４４５は、撮像装置４３６から出力された画像信号を画像処理部４４１に送る。

このとき、画像処理部４４１は、ウェハ１０の合成画像を生成する。画像処理部４４１は、主制御部４４５を介してウェハ１０の合成画像に基づいた合成画像データを検査部４４３に送る。検査部４４３は、画像処理部４４１から送られたウェハ１０の合成画像データと、記憶部４４２に記憶された良品ウェハの合成画像データとを比較して、ウェハ１０の表面上の繰り返しパターン１２における異常（欠陥）の有無を検査・評価する。そして、検査部４４３による評価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、検査部４４３による評価結果を表示させるだけでなく、ウェハ１０の合成画像を表示させてもよい。また、このような表示装置を備えていなくてもよく、この場合、検査部４４３によるウェハ１０の評価結果は、出力部４４６から外部へ送信するようにしてもよい。ここで、外部とは、例えば、半導体製造ラインの管理システムや露光装置等である。

第５実施形態によれば、チルト機構部４１８と、検出用回転移動部４３８と、照明部４２１の照明姿勢を切り替える切替シャッター装置４２５と、ウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部４３１に入射するようにチルト機構部４１８および検出用回転移動部４３８を制御するハードウェア制御部４４４および主制御部４４５とが設けられている。照明光の入射角θ１を２０度〜４０度の範囲に設定する場合、切替シャッター装置４２５により、照明側凹面鏡４２７および第１導光ファイバ４２４ａから照明光が照射されるように切り替え、照明光の入射角θ１を４０度〜６０度の範囲に設定する場合、切替シャッター装置４２５により、第２導光ファイバ４２４ｂから照明光が照射されるように切り替える。これにより、第１実施形態と同様に、検出用回転移動部４３８により検出部４３１を大きく回転移動させることなく、ウェハ１０に対する検出部４３１の検出角θｔを調整することが可能となり、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第５実施形態では、照明光の入射角θ１を６０度〜７０度の範囲に設定する場合、照明用回転移動部４３５により、第２照明ユニットを回転移動させて、第２導光ファイバ４２４ｂの照明姿勢を連続的に切り替える。このようにすれば、検出用回転移動部４３８により検出部４３１を大きく回転移動させることなく、照明光の入射角θ１をより広い範囲に設定することができ、ウェハ１０の評価を高精度に行うことができる。

また、ウェハ１０の表面を斜め方向から見た場合、ウェハ１０の見かけの形状は、第４実施形態で述べたように、ウェハ１０の表面を法線方向から見た場合よりも小さく潰れた楕円状となる。そのため、第４実施形態と同様に、第２導光ファイバ４２４ｂから照射される照明光の断面形状を楕円状もしくは長方形状とすることで、コリメーターレンズ４２８および第２照明側偏光フィルタ４２９等といった比較的コンパクトな光学部材を用いることが可能となり、装置全体をより小さくすることができる。

また、第５実施形態では、検出部４３１が、撮像装置４３６と、ウェハ１０の表面の一部の像を拡大して撮像装置４３６に結像させる検出側凹面鏡４３２とを有している。これにより、ウェハ１０の表面の各チップ領域１１を拡大した画像を生成することができるため、ウェハ１０の評価をより高精度に行うことができる。

また、検出部４３１が反射光を検出するウェハ１０上の範囲を変更するＸＹ駆動部４１９が設けられている。これにより、撮像のタイミングに合わせて、ＸＹ駆動部４１９によりウェハ１０を支持したステージ４１６を移動させることで、ウェハ１０の表面の一部を拡大して合成したウェハ１０の表面全体の合成画像を生成することができる。

上述の第５実施形態において、ウェハ１０の表面全体の画像を生成する一例として、照明部４２１によりウェハ１０の表面における任意のチップ領域１１を照明し、このチップ領域１１を撮像装置４３６により撮像する方法を例示したが、これに限られるものではない。例えば、照明部４２１によりウェハ１０の表面において互いに隣接する複数のチップ領域１１を照明し、当該複数のチップ領域１１を撮像装置４３６により撮像するようにしてもよい。また、ショット領域ごとに、照明部４２１による照明および撮像装置４３６による撮像を行うようにしてもよい。

また例えば、図２３に示すように、ウェハ１０の表面において複数列に並ぶチップ領域１１を一列ずつ走査するように照明し、一列毎に並ぶチップ領域１１をそれぞれ撮像装置４３６により撮像するようにしてもよい。なおこの場合、図２３（ａ）に示すように、ＸＹ駆動部４１９を用いて、ウェハ１０を支持したステージ４１６をチップ領域１１の列の並ぶ方向に一方向に移動させることができる。また、ＸＹ駆動部４１９に限らず、例えばＸＹ駆動部４１９に加え、図２３（ｂ）に示すようなＺ駆動部４６９を用いて、ウェハ１０を支持したステージ４１６を上下方向（Ｚ軸方向）にも移動させるようにしてもよい。

上述の第５実施形態において、第２照明ユニットが、照明用回転移動部４３５により回転移動可能に構成されているが、これに限られるものではなく、所定の位置（例えば、ステージ４１６との間の光軸Ａｘが傾動軸Ｔｃを中心に基準軸Ｂから反時計回りに１５０度回転した位置）に固定されていてもよい。

上述の第５実施形態において、第２導光ファイバ４２４ｂの先端部は、支持部４１５に対して第１導光ファイバ４２４ａの先端部と同じ側で当該第１導光ファイバ４２４ａの先端部より外方に配置されているが、これに限られるものではない。例えば、第４実施形態と同様に、第２照明ユニットおよび照明用回転移動部４３５が、第１導光ファイバ４２４ａの先端部と支持部４１５との間に配置されてもよい。また例えば、第４実施形態と同様に、第２照明ユニットおよび照明用回転移動部４３５が、支持部４１５に対して第１導光ファイバ４２４ａの先端部と反対側に配置されてもよい。

上述の第５実施形態において、第１導光ファイバ４２４ａおよび第２導光ファイバ４２４ｂの基端部は同じ光源部４２３に接続されているが、これに限られるものではない。例えば、第１導光ファイバ４２４ａの基端部が光源部４２３に接続され、第２導光ファイバ３２４ｂの基端部が当該光源部４２３とは別体の光源部（図示せず）に接続されてもよい。また例えば、第４実施形態と同様に、第２導光ファイバ４２４ｂの代わりに、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光装置（図示せず）が並列に並んで複数（例えば２つ）設けられもよい。

上述の第５実施形態において、第２導光ファイバ４２４ｂの先端部は２股に分岐しているが、これに限られるものではない。例えば、第４実施形態と同様に、第２導光ファイバ４２４ｂの先端部におけるファイバ素線（図示せず）を露出させ、当該ファイバ素線を傾動軸Ｔｃと略平行に延びるように配置してラインファイバとして用いるようにしてもよい。

上述の第５実施形態において、検出側偏光フィルタ４３３が光軸中心に回動可能に構成されてもよい。第１〜第４実施形態と同様に、撮像装置４３６で検出される光の強度を最大限に高めることができる。

上述の第５実施形態において、検出用回転移動部４３８は、ステージ４１６の傾動軸Ｔｃと同じ軸を中心に、検出部４３１を回転移動させているが、これに限られるものではなく、ステージ４１６の傾動軸Ｔｃと平行な軸を中心に、検出部４３１を回転移動させてもよい。

上述の第５実施形態において、撮像装置４３６により撮像取得したチップ領域１１の画像を合成してウェハ１０の合成画像を生成しているが、これに限られるものではない。例えば、ウェハ１０の合成画像を生成せずに、検査部４４３で各チップ領域１１の画像をチップ領域１１の良品画像と比較して、異常（欠陥）の有無を検査・評価することもできる。また例えば、チップ領域１１の良品画像を記憶せずに、検査部４４３で隣り合うチップ領域１１の画像を比較し、その差異に基づいて検査・評価を行うこともできる。

上述の第１〜第５実施形態において、繰り返しパターン１２の繰り返し方向が、ウェハ１０の表面における照明光である直線偏光Ｌの振動方向に対して４５度だけ斜めになるように、ウェハ方位角度を調整しているが、これに限られるものではない。例えば、直線偏光Ｌの振動方向に対する繰り返しパターン１２の繰り返し方向は、２２．５度や６７．５度であってもよく、任意の角度にウェハ方位角度を設定可能である。

上述の第１〜第５実施形態において、ハードウェア制御部および主制御部が、ウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部に入射するように、支持部のチルト機構部および（検出用）回転移動部の両方を制御しているが、これに限られるものではない。例えば、図３０に示すように、検出用回転移動部を設けずに、検出部４８１の検出側凹面鏡４８２と、検出側偏光フィルタ４８３と、撮像装置４８６とを固定し、ステージ４６６上のウェハ１０で反射した複数の反射角の反射光が検出部４８１に入射するように、支持部４６５のチルト機構部４６８の傾動制御を行うようにしてもよい。なおこの場合、検出側凹面鏡４８２の大きさを、異なる複数の反射角の反射光が撮像装置４８６に向けて反射可能な大きさに拡大することで、撮像装置４８６によりウェハ１０を撮像することが可能である。なお、反射角に応じて光束が変化するのに対応するため、撮像装置４８６の開口数（ＮＡ）を大きくしておくようにしてもよい。

上述の第１〜第５実施形態において、ウェハ１０からの正反射光を検出しているが、これに限られるものではなく、例えば、ウェハ１０の表面の繰り返しパターン１２で生じた回折光を検出するようにしてもよく、０次の次数を含む回折光を検出することが可能である。なお、回折光を検出する場合にも、上述したように、検出用回転移動部を設けずに検出部を固定し、ウェハ１０で反射した複数の反射角（回折角）の回折光が検出部に入射するように、支持部の（チルト機構部）の傾動制御を行うようにしてもよい。

上述の第１〜第５実施形態において、支持部の傾動軸Ｔｃを中心に検出部を回転移動させる回転移動部と、照明部の照明姿勢を切り替える切替部とが設けられているが、これに限られるものではなく、支持部の傾動軸Ｔｃを中心に照明部を回転移動させる回転移動部と、検出部の検出姿勢を切り替える切替部とが設けられてもよい。

例えば、第１実施形態の変形例として、図２４に示す表面検査装置５０１のように、照明部５２１を回転移動させる回転移動部５２８と、検出部５３１の検出姿勢を切り替える制御を行うハードウェハ制御部５４４および主制御部５４５とが設けられてもよい。なお、図２４に示す照明部５２１は、照明ユニット５２２と、照明側偏光フィルタ５２６と、照明側凹面鏡５２７とを有している。照明ユニット５２２から射出された照明光は、照明側偏光フィルタ５２６を透過して直線偏光となり、照明側凹面鏡５２７で反射して平行光となって、ウェハ１０の表面全体に照射される。回転移動部５２８は、支持部１５（ステージ１６）の傾動軸Ｔｃと同じ軸（もしくは、傾動軸Ｔｃの近傍にあって当該傾動軸Ｔｃと平行な軸）を中心に、照明部５２１（照明ユニット５２２、照明側偏光フィルタ５２６、照明側凹面鏡５２７）を一体的に回転移動させる。

また、図２４に示す検出部５３１は、第１検出側凹面鏡５３２、第１検出側偏光フィルタ５３３、および第１撮像装置５３４と、これらと検出姿勢が異なるように配置された第２検出側凹面鏡５３５、第２検出側偏光フィルタ５３６、および第２撮像装置５３７とを有している。ウェハ１０からの正反射光が第１検出側凹面鏡５３２に達すると、第１検出側凹面鏡５３２で反射、集光されて第１検出側偏光フィルタ５３３に達する。第１検出側偏光フィルタ５３３により、ウェハ１０からの反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみとなった反射光が、第１撮像装置５３４の撮像面上に達する。一方、ウェハ１０からの正反射光が第２検出側凹面鏡５３５に達すると、第２検出側凹面鏡５３５で反射、集光されて第２検出側偏光フィルタ５３６に達する。第２検出側偏光フィルタ５３６により、第１検出側偏光フィルタ５３３に達したときと同様の反射光が、第２撮像装置５３７の撮像面上に達する。第１撮像装置５３４および第２撮像装置５３７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、生成した画像信号を主制御部５４５に出力する。

図２４に示す主制御部５４５は、ハードウェア制御部５４４を介して、支持部１５、照明ユニット５２２、回転移動部５２８、第１撮像装置５３４および第２撮像装置５３７等の作動を制御する。ハードウェア制御部５４４は、回転移動部５２８を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部５４４は、第１撮像装置５３４および第２撮像装置５３７を制御し、撮像を行う撮像装置を切り替える。これにより、ハードウェハ制御部５４４および主制御部５４５の制御によって、検出部５３１により検出される反射光のウェハ１０での反射方向が切り替わる。なお、ハードウェア制御部５４４は、第１実施形態と同様に、支持部１５の回転機構部１７およびチルト機構部１８、照明ユニット５２２を制御する。このような構成としても、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また例えば、第２実施形態の変形例として、図２５に示す表面検査装置６０１のように、照明部５２１を回転移動させる回転移動部５２８と、検出部６３１の検出姿勢を切り替える切替移動装置６３８とが設けられてもよい。なお、図２５に示す照明部５２１および回転移動部５２８は、図２４に示す照明部５２１および回転移動部５２８と同様の構成である（説明を省略する）。

また、図２５に示す検出部６３１は、検出側凹面鏡６３２と、検出側偏光フィルタ６３３と、撮像装置６３４とを有している。切替移動装置６３８は、検出部６３１を一体的に、ステージ１６に支持されたウェハ１０の斜め上方から反射光を検出可能な第１検出位置（図２５の実線を参照）と、ウェハ１０（ステージ１６）の斜め下方から反射光を検出可能な第２検出位置（図２５の二点鎖線を参照）とに上下方向（Ｙ軸方向）に移動させることができるようになっている。ウェハ１０からの正反射光が検出側凹面鏡６３２に達すると、検出側凹面鏡６３２で反射、集光されて検出側偏光フィルタ６３３に達する。検出側偏光フィルタ６３３により、ウェハ１０からの反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみとなった反射光が、撮像装置６３４の撮像面上に達する。撮像装置６３４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、生成した画像信号を主制御部６４５に出力する。

図２５に示す主制御部６４５は、ハードウェア制御部６４４を介して、支持部１５、照明ユニット５２２、回転移動部５２８、および切替移動装置６３８等の作動を制御する。ハードウェア制御部６４４は、回転移動部５２８を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部６４４は、切替移動装置６３８を制御し、検出部６３１を第１検出位置と第２検出位置とのいずれか一方に移動させる。これにより、ハードウェハ制御部６４４および主制御部６４５の制御によって、検出部６３１により検出される反射光のウェハ１０での反射方向が切り替わる。なお、ハードウェア制御部６４４は、第２実施形態と同様に、支持部１５の回転機構部１７およびチルト機構部１８、照明ユニット５２２を制御する。このような構成としても、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

また例えば、第３実施形態の変形例として、図２６に示す表面検査装置７０１のように、照明部５２１を回転移動させる回転移動部５２８と、検出部７３１の検出姿勢を切り替える切替回動装置７３８とが設けられてもよい。なお、図２６に示す照明部５２１および回転移動部５２８は、図２４に示す照明部５２１および回転移動部５２８と同様の構成である（説明を省略する）。

また、図２６に示す検出部７３１は、検出側凹面鏡７３２と、検出側偏光フィルタ７３３と、平面鏡７３４と、撮像装置７３５とを有している。切替回動装置７３８は、検出側凹面鏡７３２の反射面の中心を通り、傾動軸Ｔｃと平行な軸（以下、回動軸Ｒｃと称する）を中心に、検出側凹面鏡７３２を回動させる。切替回動装置７３８は、この回動軸Ｒｃを中心に、検出側凹面鏡７３２を、ステージ１６に支持されたウェハ１０の斜め上方から反射光を検出可能な第１検出位置（図２６を参照）と、検出側凹面鏡７３２の下方に設けられた平面鏡７３４を介して、ステージ１６に支持されたウェハ１０の斜め下方から反射光を検出可能な第２検出位置（図示せず）とに回動させることができるようになっている。ウェハ１０からの正反射光が直接もしくは平面鏡７３４を介して検出側凹面鏡７３２に達すると、検出側凹面鏡７３２で反射、集光されて検出側偏光フィルタ７３３に達する。検出側偏光フィルタ７３３により、ウェハ１０からの反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみとなった反射光が、撮像装置７３５の撮像面上に達する。撮像装置７３５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、生成した画像信号を主制御部７４５に出力する。

図２６に示す主制御部７４５は、ハードウェア制御部７４４を介して、支持部１５、照明ユニット５２２、回転移動部５２８、および切替回動装置７３８等の作動を制御する。ハードウェア制御部７４４は、回転移動部５２８を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部７４４は、切替回動装置７３８を制御し、検出側凹面鏡７３２を第１検出位置と第２検出位置とのいずれか一方に回動させる。これにより、ハードウェハ制御部７４４および主制御部７４５の制御によって、検出部７３１により検出される反射光のウェハ１０での反射方向が切り替わる。なお、ハードウェア制御部７４４は、第３実施形態と同様に、支持部１５の回転機構部１７およびチルト機構部１８、照明ユニット５２２を制御する。このような構成としても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

また例えば、第４実施形態の変形例として、図２７に示す表面検査装置８０１のように、照明部５２１を回転移動させる照明用回転移動部８２８と、検出部８３１の検出姿勢を切り替える制御を行うハードウェハ制御部８４４および主制御部８４５と、検出部８３１の第２撮像装置８３７等を回転移動させる検出用回転移動部８３９とが設けられてもよい。なお、図２７に示す照明部５２１および照明用回転移動部８２８は、図２４に示す照明部５２１および回転移動部５２８と同様の構成である（説明を省略する）。

また、図２７に示す検出部８３１は、検出側凹面鏡８３２と、第１検出側偏光フィルタ８３３と、第１撮像装置８３４と、第２検出側偏光フィルタ８３５と、集光レンズ８３６と、第２撮像装置８３７とを有している。検出用回転移動部８３９は、傾動軸Ｔｃと同じ軸もしくは、傾動軸Ｔｃの近傍にあって当該傾動軸Ｔｃと平行な軸を中心に、第２検出側偏光フィルタ８３５、集光レンズ８３６、および第２撮像装置８３７を一体的に回転移動させることができるようになっている。ウェハ１０からの正反射光が検出側凹面鏡８３２に達すると、検出側凹面鏡８３２で反射、集光されて第１検出側偏光フィルタ８３３に達する。第１検出側偏光フィルタ８３３により、ウェハ１０からの反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみとなった反射光が、撮像装置８３４の撮像面上に達する。一方、ウェハ１０からの正反射光が第２検出側偏光フィルタ８３５に達すると、第２検出側偏光フィルタ８３５により、第１検出側偏光フィルタ８３３に達したときと同様の反射光が第２撮像装置８３７の撮像面上に達する。第１撮像装置８３４および第２撮像装置８３７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、生成した画像信号を主制御部８４５に出力する。

図２７に示す主制御部８４５は、ハードウェア制御部８４４を介して、支持部１５、照明ユニット５２２、照明用回転移動部８２８、第１撮像装置８３４および第２撮像装置８３７、検出用回転移動部８３９等の作動を制御する。ハードウェア制御部８４４は、照明用回転移動部８２８を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部８４４は、第１撮像装置８３４および第２撮像装置８３７を制御し、撮像を行う撮像装置を切り替える。さらに、ハードウェア制御部８４４は、検出用回転移動部８３９を制御し、検出部８３１の検出角を調整する。これにより、ハードウェハ制御部８４４および主制御部８４５の制御によって、検出部８３１により検出される反射光のウェハ１０での反射方向が切り替わる。なお、ハードウェア制御部８４４は、第４実施形態と同様に、支持部１５の回転機構部１７およびチルト機構部１８、照明ユニット５２２を制御する。このような構成としても、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、検出用回転移動部８３９を設けずに、第２検出側偏光フィルタ８３５、集光レンズ８３６、および第２撮像装置８３７を所定の位置に固定するようにしてもよい。

また例えば、第５実施形態の変形例として、図２８に示す表面検査装置９０１のように、照明部９２１を回転移動させる照明用回転移動部９２８と、検出部９３１の検出姿勢を切り替える制御を行うハードウェハ制御部９４４および主制御部９４５と、検出部９３１の第２撮像装置９３７等を回転移動させる検出用回転移動部９３９とが設けられてもよい。なお、図２８に示す照明部９２１は、照明ユニット９２２と、照明側偏光フィルタ９２６と、照明側凹面鏡９２７とを有している。照明ユニット９２２から射出された照明光は、照明側偏光フィルタ９２６を透過して直線偏光となり、照明側凹面鏡９２７で反射して平行光となって、ウェハ１０の表面の一部に照射される。照明用回転移動部９２８は、支持部４１５（ステージ４１６）の傾動軸Ｔｃと同じ軸もしくは、傾動軸Ｔｃの近傍にあって当該傾動軸Ｔｃと平行な軸を中心に、照明部９２１（照明ユニット９２２、照明側偏光フィルタ９２６、照明側凹面鏡９２７）を一体的に回転移動させる。

また、図２８に示す検出部９３１は、検出側凹面鏡９３２と、第１検出側偏光フィルタ９３３と、第１撮像装置９３４と、第２検出側偏光フィルタ９３５と、集光レンズ９３６と、第２撮像装置９３７とを有している。検出用回転移動部９３９は、傾動軸Ｔｃと同じ軸もしくは、傾動軸Ｔｃの近傍にあって当該傾動軸Ｔｃと平行な軸を中心に、第２検出側偏光フィルタ９３５、集光レンズ９３６、および第２撮像装置９３７を一体的に回転移動させることができるようになっている。ウェハ１０の表面の一部である照明領域からの正反射光が検出側凹面鏡９３２に達すると、検出側凹面鏡９３２で反射、集光されて第１検出側偏光フィルタ９３３に達する。第１検出側偏光フィルタ９３３により、ウェハ１０からの反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）のみとなった反射光が、撮像装置９３４の撮像面上に達する。一方、ウェハ１０の表面の一部（照明領域）からの正反射光が第２検出側偏光フィルタ９３５に達すると、第２検出側偏光フィルタ９３５により、第１検出側偏光フィルタ９３３に達したときと同様の反射光が第２撮像装置９３７の撮像面上に達する。第１撮像装置９３４および第２撮像装置９３７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、生成した画像信号を主制御部９４５に出力する。

図２８に示す主制御部９４５は、ハードウェア制御部９４４を介して、支持部１５、照明ユニット９２２、照明用回転移動部９２８、第１撮像装置９３４および第２撮像装置９３７、検出用回転移動部９３９等の作動を制御する。ハードウェア制御部９４４は、照明用回転移動部９２８を制御し、照明光の入射角を調整する。また、ハードウェア制御部９４４は、第１撮像装置９３４および第２撮像装置９３７を制御し、撮像を行う撮像装置を切り替える。さらに、ハードウェア制御部９４４は、検出用回転移動部９３９を制御し、検出部９３１の検出角を調整する。これにより、ハードウェハ制御部９４４および主制御部９４５の制御によって、検出部９３１により検出される反射光のウェハ１０での反射方向が切り替わる。なお、ハードウェア制御部９４４は、第５実施形態と同様に、支持部４１５のチルト機構部４１８およびＸＹ駆動部４１９、照明ユニット９２２を制御する。このような構成としても、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、検出用回転移動部９３９を設けずに、第２検出側偏光フィルタ９３５、集光レンズ９３６、および第２撮像装置９３７を固定するようにしてもよい。

なお、前述の第１実施形態の変形例〜第５実施形態の変形例において、検出部に図３０に示すように検出用回転移動部を設けずに、検出側凹面鏡の大きさを、異なる複数の反射光が撮像装置に向けて反射可能な大きさにすることで、異なる複数の反射光によるウェハ１０の撮像が可能となる。この場合も、反射光の光束が変化するため撮像装置の開口数（ＮＡ）を光束の変化に対応できる大きさ以上にする。

続いて、前述の表面検査装置１を用いてウェハ１０の評価を行う半導体装置の製造方法について、図３１を参照しながら説明する。半導体装置（図示せず）は、半導体装置の機能・性能設計を行う設計工程（ステップＳＴ１０１）、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ＳＴ１０２）、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ＳＴ１０３）、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ＳＴ１０４）、半導体装置の組み立てを行う組立工程（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等）（ステップＳＴ１０５）、半導体装置の検査を行う検査工程（ステップＳＴ１０６）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３２を参照しながら説明する。まず、ウェハを用意（ステップＳＴ２０１）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ＳＴ２０２）。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に搬送する（ステップＳＴ２０３）。不図示の露光装置に搬入されたウェハは、露光装置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ＳＴ２０４）。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ＳＴ２０５）。露光の終了したウェハを露光装置から不図示の現像装置に移送し、現像を行う（ステップＳＴ２０６）。現像の終了した評価対象のウェハ１０を表面検査装置１にセットし、前述のようにしてウェハ１０の検査・評価を行う（ステップＳＴ２０７）。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１０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１０は、エッチング処理等の後処理をされる。なお、表面検査装置１によるウェハ１０の評価結果は、露光装置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ＳＴ２０８）。

本実施形態の半導体装置の製造方法では、リソグラフィー工程において、露光装置（図示せず）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の検査・評価が行われる。このとき、表面検査装置１によってウェハ１０が高精度に検査・評価され、露光装置では、表面検査装置１から出力された高精度な評価結果に応じて、露光装置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、本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、表面検査装置１から出力された高精度な評価結果に応じて、露光装置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る。表面検査装置１の評価結果に基づいて調整された露光装置で半導体装置を生産することで、高集積度の半導体装置を生産性良く製造することができる。このような製造方法により製造された半導体装置は、低コストで品質の高い装置となる。

なお、上述した半導体装置の製造方法において、第１実施形態の表面検査装置１に限らず、第２〜第５実施形態の表面検査装置１０１〜４０１および、これらの変形例を用いることができるのは言うまでもない。

なお、上述の各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の各実施形態及び変形例で引用した装置などに関する全ての公開公報及び米国特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。

１ 表面検査装置（評価装置の第１実施形態）
１０ ウェハ
１５ 支持部
２１ 照明部 ２５ 切替シャッター装置
３１ 検出部 ３８ 回転移動部
４３ 検査部
４４ ハードウェア制御部 ４５ 主制御部
１０１ 表面検査装置（評価装置の第２実施形態）
１２１ 照明部 １２５ 切替移動装置
２０１ 表面検査装置（評価装置の第３実施形態）
２２１ 照明部 ２２５ 切替回動装置
３０１ 表面検査装置（評価装置の第４実施形態）
３２１ 照明部 ３２５ 切替シャッター装置
３３５ 照明用回転移動部（切替部） ３３８ 検出用回転移動部
３６１ 表面検査装置（変形例）
３７１ 表面検査装置（変形例）
４０１ 表面検査装置（評価装置の第５実施形態）
４１５ 支持部
４２１ 照明部 ４２５ 切替シャッター装置
４３１ 検出部
４３５ 照明用回転移動部（切替部） ４３８ 検出用回転移動部
４４３ 検査部
４４４ ハードウェア制御部 ４４５ 主制御部
４６５ 支持部（変形例）
４８１ 検出部（変形例）
５０１ 表面検査装置（変形例）
５２１ 照明部
５２８ 回転移動部
５３１ 検出部
５４４ ハードウェア制御部 ５４５ 主制御部
６０１ 表面検査装置（変形例）
６３１ 検出部
６３８ 切換移動装置
６４４ ハードウェア制御部 ６４５ 主制御部
７０１ 表面検査装置（変形例）
７３１ 検出部
７３８ 切換回動装置
７４４ ハードウェア制御部 ７４５ 主制御部
８０１ 表面検査装置（変形例）
８２８ 照明用回転移動部
８３１ 検出部
８３９ 検出用回転移動部
８４４ ハードウェア制御部 ８４５ 主制御部
９０１ 表面検査装置（変形例）
９２１ 照明部
９２８ 照明用回転移動部
９３１ 検出部
９３９ 検出用回転移動部
９４４ ハードウェア制御部 ９４５ 主制御部

Claims (15)

1. 基板を照明光で照明する照明部と、
   前記基板を支持し、前記基板の表面と平行な軸を中心に前記基板を傾動可能な支持部と、
   前記基板で反射した反射光を検出する検出部と、
   前記照明部と前記検出部のうちの一方を移動させる移動部と、
   前記照明部と前記検出部のうちの他方の照明姿勢または検出姿勢を切り替える切替部と、
   前記基板で反射した複数の反射角の反射光が前記検出部に入射するように、前記支持部と前記移動部との少なくとも一方を制御する制御部とを備えた評価装置。
2. 前記切替部は、前記他方の照明姿勢または検出姿勢を少なくとも２つの姿勢に切り替える請求項１に記載の評価装置。
3. 前記切替部は、前記検出部と前記照明部のうちの前記他方の照明姿勢または検出姿勢を連続して切り替え可能な請求項１に記載の評価装置。
4. 前記切替部は、前記照明部が前記基板を照明する照明方向または、前記検出部が検出する反射光の前記基板での反射方向を切り替える請求項１から３のいずれか一項に記載の評価装置。
5. 前記切替部が前記照明方向または前記反射方向を２方向のうち一方に切り替えた状態で、前記制御部の状態調整により前記検出部で検出可能な前記反射光の反射角の範囲と、前記切替部が前記照明方向または前記反射方向を前記２方向のうちの他方に切り替えた状態で、前記制御部の状態調整により前記検出部で検出可能な前記反射光の反射角の範囲とが連続している請求項４に記載の評価装置。
6. 前記検出部は０次光を含む回折光を検出可能である請求項１から５のいずれか一項に記載の評価装置。
7. 前記基板には半導体装置を形成するチップ領域ごとに加工物が設けられており、
   前記照明部は平行な照明光で前記基板を照明し、
   前記検出部は前記基板の少なくとも１つの前記チップ領域を一括して撮像する請求項１から６のいずれか一項に記載の評価装置。
8. 前記検出部は、前記基板を撮像する撮像部と、前記基板の像を拡大して撮像部に結像する拡大光学部とを有する請求項１から７のいずれか一項に記載の評価装置。
9. 前記移動部は、前記支持部の前記傾動の中心軸と平行な軸を中心に、前記検出部と前記照明部のうちの前記一方を回転移動させる請求項１から８のいずれか一項に記載の評価装置。
10. 前記移動部は、前記支持部の前記傾動の中心軸と同じ軸を中心に、前記検出部と前記照明部のうちの前記一方を回転移動させる請求項１から８のいずれか一項に記載の評価装置。
11. 前記照明光が前記基板に至る光路中と前記反射光が前記検出部に至る光路中との少なくとも一方には、前記移動部により移動可能な偏光素子が配置されている請求項１から１０のいずれか一項に記載の評価装置。
12. 前記検出部が反射光を検出する前記基板上の範囲を変更する変更部を備える請求項１から１１のいずれか一項に記載の評価装置。
13. 前記検出部の検出結果に基づいて前記基板に設けられた加工物を検査する検査部を備える請求項１から１２のいずれか一項に記載の評価装置。
14. 基板を準備し、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の評価装置で前記基板を評価し、
    前記評価結果を出力する評価方法。
15. 半導体製造工程で加工された基板を準備し、
    請求項１４に記載の評価方法で評価し、
    前記評価結果に基づいて前記加工の条件を調整する半導体装置の製造方法により製造された半導体装置。

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