JP5994308B2 - 検査装置、検査方法、およびデバイス製造方法 - Google Patents

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やドーズの状態（すなわち、デバイスパターンの加工条件）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、所定の加工条件でパターンが表面に形成された基板を保持する保持面を有し、該基板を保持可能なステージと、前記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板の表面から反射した光に基づく信号を検出する検出部と、前記ステージと前記照明部と前記検出部とのうち、少なくとも２つを相対移動させる駆動部と、を備える。そして、前記検出部は、前記照明部から照射された所定波長の照明光により、前記ステージの保持面の法線に対して第１の角度で前記基板の表面から反射した所定次数の第１回折光に基づく第１基準信号と、前記所定波長の照明光により、該法線に対して前記第１の角度とは異なる第２の角度で前記基板の表面から反射した前記所定次数の第２回折光に基づく第２基準信号とを検出し、既知の前記加工条件と前記第１基準信号との関係を示す第１データと、該既知の加工条件の少なくとも一部の値と前記第２基準信号との関係を示す第２データとに基づいて検査対象の基板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検査装置が提供される。

また、第２の態様によれば、ステージに保持され、既知の加工条件で形成されたパターンが表面に形成された基板の該表面を所定波長の照明光により照明し、前記ステージにおいて前記基板が保持される面の法線に対して第１の角度で前記基板の表面から反射した所定次数の第１回折光に応じた第１基準信号を検出し、前記法線に対して、前記第１の角度とは異なる第２の角度で前記基板の表面から反射した前記所定次数の第２回折光に応じた第２基準信号を検出し、前記第１基準信号と前記既知の加工条件との関係を示す第１データを作成し、前記第２基準信号と前記既知の加工条件との関係を示す第２データを作成し、前記第１データと前記第２データとに基づいて検査対象の基板に形成された検査パターンの加工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２の態様の検査方法で前記パターンの加工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。

実際のデバイスパターンを用いてフォーカスの状態やドーズの状態（デバイスパターン
の加工条件）を計測することができる。

第１実施形態に係る表面検査装置の概要構成図である。 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。 （ａ）はメモリＩＣにおけるパターンの一例を示す模式図であり、（ｂ）はロジックＩＣにおけるパターンの一例を示す模式図である。 （ａ）は２種類の回折条件に応じた入射角および射出角を示す説明図であり、（ｂ）は２種類の回折条件に応じたフォーカスカーブを示す模式図である。 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。 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。 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。 フォーカスカーブの一例を示す図である。 本実施形態のシミュレーション結果を示すグラフである。 （ａ）はベストフォーカス時のパターン断面を示す模式図であり、（ｂ）はデフォーカス時のパターン断面を示す模式図である。 表面検査装置の変形例を示す概要構成図である。 第２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２
３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４
１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１
５ａ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、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１５
ａ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。

また、このとき（異なる入射角で入射させる光の波長、入射させるウェハ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のとき
）後述の（１）式に基づけば、第１の入射角でウェハ１０に入射して、射出した回折光の
射出角と、第１の入射角とは異なる第２の入射角でウェハ１０に入射して、射出した回折
光の射出角とは異なることが言える。すなわち、ステージ１５を傾動させるとともに、受
光側凹面鏡３２および撮像装置３６を傾動させて、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、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１
５、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１
１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Ｎ
１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２
４、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２
５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４
２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。

しかしながら、例えば、図６に示したパターンの微細化に伴って線幅（ラインパターン
の幅）が小さくなると、パターンの繰り返しピッチＰが小さくなるため、（１）式に基づ
くと通常は回折光を受光することが困難になる。この場合、一定のピッチで繰り返しパタ
ーンを区画したパターンブロックが存在する場合には、パターンのピッチをパターンブロ
ックのピッチとして考えると、比較的長いピッチのパターン（パターンブロック）が存在
することになる。この長いピッチのパターンから射出した回折光を検出することにより、
微細化したパターンの検査が可能となる。例えば、一般的な半導体デバイスとして、メモ
リＩＣ（ＩＣ：Integrated Circuit）やロジックＩＣでは、例えば図７（ａ）（ｂ）に示
すようにパターンブロックを定義することができる。

メモリＩＣでは、図７（ａ）示すように、ウェハ１０の各ショット１１の中に形状が一
様な繰り返しパターン（例えば、ホールパターン１２ｍ）を所定の領域で区画した複数の
パターンブロックＢｍが定義される（以下、このようなパターンブロックをメモリパター
ンブロックＢｍと称する）。一方、ロジックＩＣでは、図７（ｂ）に示すように、ウェハ
１０の各ショット１１の中に、互いにピッチが異なる複数種の繰り返しパターン（例えば
、２種類のホールパターン１２ｇ１，１２ｇ２）が形成されている。これらのピッチの異
なる繰り返しパターンでは、パターンのピッチ毎に繰り返しパターン（１２ｇ１，１２ｇ
２）を所定の領域で区画したパターンブロック（Ｂｇ１，Ｂｇ２）がそれぞれ定義される
（以下、このようなパターンブロックをロジックパターンブロックＢｇ１，Ｂｇ２と称す
る）。

図７（ａ）（ｂ）のようにパターンブロックを定義すると、パターンブロックを１つの
パターンと捉えることで、パターン（パターンブロック）のピッチを実質的に長くするこ
とができるため、パターンブロックのピッチをパターンピッチとした回折光を検出するこ
とができるようになる。

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より、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、ウェハ
１０上の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
の射出角が相異なる複数の回折条件で、フォーカス（およびドーズ）を変化させて加工し
たパターンが形成されたウェハから射出した回折光を検出した結果、回折条件毎にフォー
カスの変化（およびドーズの変化）に対する回折光の信号強度の変化の仕方が異なること
を発見した。

具体的には、図１４に示すように、露光装置におけるフォーカスオフセットおよびドー
ズオフセットをショット毎に変化させて繰り返しパターンを形成した条件出し用のウェハ
１０ｆ（以下、ＦＥＭウェハ１０ｆと称する。詳細は後述）を、第１の回折条件（照明光
の波長：λ１、入射角：θ１´、射出角：θ２´、回折次数：α、ＦＥＭウェハ１０ｆの
ウェハ方位角：θｒ）で照明して回折した光を受光し、波長λ１及びウェハ方位角θｒを
変化させず、第１の回折条件と同等の回折次数αの回折光を受光するように、数式（１）
に基づいて算定した第１の回折条件とは異なる入射角および射出角を含む第２の回折条件
（すなわち、照明光の波長：λ１、入射角：θ１´´、射出角：θ２´´、回折次数：α
、ＦＥＭウェハ１０ｆのウェハ方位角：θｒ）で、第１の回折条件で照明したウェハと同
じＦＥＭウェハ１０ｆ（すなわち、パターンのピッチが等しいウェハ）を照明して回折し
た光を受光したとき、第１の回折条件で受光した回折光強度のフォーカス変化（ドーズ変
化）に対する特性と第２の回折条件で受光した回折光強度のフォーカス変化（ドーズ変化
）に対する変化とが異なる形状となることがわかった。

そこで本実施形態では、まず、露光時の加工条件（フォーカス条件及びドーズ条件）の
不明なパターンが形成された検査対象のウェハを検査する前の条件出しの際に、図８（ａ
）に示すように、上述の表面検査装置１とＦＥＭウェハ１０ｆを利用して、第１の回折条
件（照明光の波長：λ１、入射角：θ１´、射出角：θ２´、回折次数：α、ＦＥＭウェ
ハ１０ｆのウェハ方位角：θｒ）に基づいてＦＥＭウェハ１０ｆから射出された回折光と
、第２の回折条件（照明光の波長：λ１、入射角：θ１´´、射出角：θ２´´、回折次
数：α、ＦＥＭウェハ１０ｆのウェハ方位角：θｒ）に基づいてＦＥＭウェハ１０ｆから
射出された回折光を撮像装置３６で受光し、それぞれの回折光に応じた信号強度の、フォ
ーカスの変化に対する特性（図８（ｂ）参照）を求める。そして、この特性を利用して対
象のウェハを検査し、加工条件（フォーカス条件及びドーズ条件）の不明なパターンの加
工条件を判定する。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。

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）
の加工条件を判定する実際のフローについて、図９〜図１１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、例としてロジック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９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１０を参照しながら説明する。図１０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１２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
が無いチップエリア）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、良品ウェハ１０ｇ（図１３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３
６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１０
ｇ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３
６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。

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）。判定がＮｏの場合、受光系駆動部
３８により受光側凹面鏡３２と撮像装置３６の受光角を変化させて、ステップＳＴ１０４
〜ＳＴ１０５までの処理を繰り返す。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１
０ｇ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の所定位置に対応した撮像
装置３６の所定画素の平均信号強度と信号強度の分散値とに応じて適当な回折次数を選定
するフロー（ステップＳＴ１０８〜ＳＴ１１０）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における複数のショット１１ｇについて、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１３を参照）に対応する撮像装置３６の所定画素の信号強度の平均値（平均強度）
と、有効エリアサンプル領域Ｇｐに対応する撮像装置３６の所定画素の信号強度の分散値
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、信号強度の平均値（平均強度）と分散値を求める。なお、例示のため、図１
３に示した有効エリアサンプル領域Ｇｐは１箇所だが、信号強度の面内均一性がより高い
回折条件を求めるため、なるべく多くの箇所にすることが望ましい。

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ＳＴ１
０６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、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ＳＴ１
０６で変化させた受光角毎に、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、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、回折光の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、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、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
の選択性を高めるため、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ることが望ましい。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。

次に、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、先のステップＳＴ１０９で求めた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（ステップＳＴ１１０）。

以下、良品ウェハ１０ｇに代えて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、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で使用する回
折条件を選定し、選定した回折条件でＦＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光の信号強度
に基づく特性（フォーカスの変化に対する特性およびドーズの変化に対する特性）を求め
るフロー（ステップＳＴ１１１〜ＳＴ１１４）について説明する。

なお、ＦＥＭウェハ１０ｆは、例えば図１４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
フセット量の組合せで形成された繰り返しパターンを有するウェハである。

まず、不図示の搬送装置により、先のステップＳＴ１１０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ＳＴ１１０
で求めた複数の回折条件の候補でそれぞれ、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を撮像取得す
る（ステップＳＴ１１１）。

ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を撮像取得するには、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、Ｆ
ＥＭ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撮像取得した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（ステップＳＴ１１２）。そして、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
カーブを求めていく。

また、画像処理部４１は、複数の回折条件の候補でそれぞれ撮像取得した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。そして、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。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ＳＴ１１２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１のフォーカス判定用回折条件と称する）を求める（ステップＳＴ
１１３）。また、画像処理部４１は、先のステップＳＴ１１２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１
のドーズ判定用回折条件と称する）を求める。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２のドーズ
判定用回折条件と称する）を求める（ステップＳＴ１１４）。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。

このときまず、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、先に述べたステップ
ＳＴ１１１〜ＳＴ１１２と同様の方法により、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を撮像取得
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、先に述べたステップＳＴ１１１〜
ＳＴ１１２と同様の方法により、ＦＥＭウェハ１０ｆの回折画像を撮像取得し、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データ）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データ）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デ
ータ）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
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１５に
示す。なお、図１５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
１５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９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１１を参照しながら説明する。
図１１に示すように、まず、検査対象のウェハ１０の回折画像を撮像取得する（ステップ
ＳＴ２０１）。このとき、先のステップＳＴ１１４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により撮像取得する。

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を判定する（ステップＳＴ２０３）。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（単数もしくは複数
の画素単位で）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１５参照）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、複数の画素単位で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）領域とすることが望ましい。

次に、検査判定部４３は、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ＳＴ２０４）。このとき、記憶
部４２に記憶されたドーズ基準データを利用して、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ＳＴ２０３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、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（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
くは複数の画素単位で）判定する。

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ＳＴ２０５）。

このように、第１実施形態によれば、第１のフォーカス判定用回折条件での信号強度と
第１のフォーカス判定用回折条件に対応したフォーカス基準データとの関係と、第２のフ
ォーカス判定用回折条件での信号強度と第２のフォーカス判定用回折条件に対応したフォ
ーカス基準データとの関係とに基づいて、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（フォーカス条件）を判定する。また、第１のドーズ判定用回折条件での信号強
度と第１のドーズ判定用回折条件に対応したドーズ基準データとの関係と、第２のドーズ
判定用回折条件での信号強度と第２のドーズ判定用回折条件に対応したドーズ基準データ
との関係とに基づいて、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。

これにより、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、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、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、加工条件を短時間で判定することが可能になる。また、
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することができ
、また、露光装置１０１の照明条件も制約されないため、加工条件を精度よく判定するこ
とが可能になる。

また、本実施形態では、照明光の入射角および回折光の射出角（回折光の受光角）を変
えることにより、加工条件の判定に用いる回折条件として、回折光の次数、照明光の波長
、及びパターンのピッチが互いに同じ少なくとも２種類の回折条件（第１および第２のフ
ォーカス判定用回折条件、もしくは、第１および第２のドーズ判定用回折条件）を求める
。そのため、加工条件を判定するための条件出し作業に時間を要さないため、加工条件を
より短時間で判定することができる。

また、特にロジックＩＣにおけるパターンの加工条件を判定する場合には、ピッチの異
なるパターンが多く（パターンブロックの配置が一様でなく）、メモリＩＣのように比較
的大きなパターンブロックとして区分できないため、パターンから射出する回折光の回折
次数の種類が少ない（使用可能な回折条件が少ない）。つまり、ステップＳＴ１１０にお
いて求める回折条件の候補が少なくなり、ステップＳＴ１１４で所望の回折条件（フォー
カスの変化に対して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、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）が求められず、ロジ
ックＩＣにおけるパターンの加工条件の判定が適切に実施できない可能性がある。これに
対し、本実施形態によれば、回折光の次数、照明光の波長、パターンのピッチが互いに同
じ少なくとも２種類の回折条件を加工条件の判定に用いることができるため、ロジックＩ
Ｃであってもパターンの加工条件の適切な判定を実行することができる。

また、撮像装置３６で受光する回折光として、１０次以上の回折光を利用することによ
り、フォーカスの変化に対する回折光の強度の変化が大きくなる。つまり、ステップＳＴ
１０５及びステップＳＴ１０６で、１０次以下の回折光を撮像装置３６で受光させる必要
がないため、設定角度範囲を小さくすることができる。したがって、第１および第２基準
フォーカスカーブを短時間で容易に求めることができる。同様に、ドーズの変化に対する
回折光の強度の変化も大きくなるため、第１および第２基準ドーズカーブを短時間で容易
に得ることができる。そのため、検査パターンの加工条件を容易に短時間で判定すること
ができる。

また、ステージ１５と検出部３０（受光側凹面鏡３２および撮像装置３６）とが、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）を中心に傾動可能に構成される。そのため、照明光の入射角、回折
光の射出角、及び回折光の受光角を容易に変更することができるため、加工条件の判定に
用いる少なくとも２種類の回折条件（第１および第２のフォーカス判定用回折条件、もし
くは、第１および第２のドーズ判定用回折条件）を容易に求めることができ、加工条件を
容易に短時間で判定することができる。

ここで、回折光の次数、照明光の波長、パターンのピッチが同じ条件で、照明光の入射
角および回折光の射出角（回折光の受光角）を変化させた場合のシミュレーション結果を
図１６に示す。シミュレーション条件は、パターンの繰り返しピッチが６μｍ、線幅が２
００ｎｍ、レジスト膜厚が８０ｎｍ、照明光の波長が２４８ｎｍ、シリコンの屈折率ｎが
１．７、シリコンの消衰係数ｋが３．３８、レジストの屈折率ｎが１．６０６２、レジス
トの消衰係数ｋが０．００７９であるとした。また、ベストフォーカス時には、図１７（
ａ）に示すようにパターンの断面形状が矩形となり、デフォーカス時には、図１７（ｂ）
に示すようにパターンの断面形状が台形となるものとした。

図１６の横軸はテーパーの度合いであり、図１６の縦軸は平均値が１となるように規格
化した２２次回折光の強度である。なお、テーパーの度合＝（パターンの断面形状の下底
−上底）／線幅、として定義され、パターンの断面積が一定となるように設定される。す
なわち、テーパーの度合いはデフォーカスの度合いを示すので、図１６にはフォーカスカ
ーブと同等の曲線が描かれることになる。図１６に示すグラフにおいて、照明光の入射角
が−４３．０８度の場合の曲線、照明光の入射角が−５３．０８度の場合の曲線、および
照明光の入射角が−３３．０８度の場合の曲線がそれぞれ描かれている。図１６より、テ
ーパーの度合い（フォーカスオフセット量の変化）における、照明光の入射角が異なる３
つの（フォーカスカーブに相当する）曲線の変化の仕方が互いに異なることがわかる。こ
のシミュレーション結果より、フォーカスの変化に対してパターンの形状が変化する場合
において、回折光の次数、照明光の波長、パターンのピッチが同じで、照明光の入射角お
よび回折光の射出角が異なる回折条件では、フォーカスの変化に対する回折光の強度の変
化の仕方が異なることが示された。

なお、第１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実施形態において、チルト機構１６により、ステージ１５がチルト軸Ｔｃを
中心に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（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。

つまり、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ようになっていればよい。言い換えると、照明光を任意の入
射角（異なる複数の入射角）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
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構成されていればよい。

したがって、表面検査装置１において、ステージ１５と照明系２１と検出部３０（受光
側凹面鏡３２および撮像装置３６）のうち、少なくとも２つがチルト軸Ｔｃを中心に傾動
可能に構成されていればよい。

また、言い換えると、ステージ１５と照明系２１と検出部３０のうち少なくとも２つが
、照明光のウェハ１０への入射面とステージ１５の保持面１５ａとが交わり形成される軸
に対して略直交する軸（Ｙ軸と平行な軸）を中心に傾動可能に構成されてもよい。

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をチルト軸Ｔｃを中心に傾動させてもよい。

なお、第１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実施形態のステップＳＴ２０３およびステップＳＴ２０４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は、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異常でないかどうかを検査することで、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実施形態のステップＳＴ２０３およびステップＳＴ２０４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実施形態のステップＳＴ１１４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１実施形態のステップＳＴ１１１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実施形態において、ウェハ１０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が好ましい。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が望ましい（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１８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１８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実施形態のステップＳＴ２０５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。

なお、第１実施形態において、２種類の基準データ（第１および第２基準フォーカスカ
ーブに関するデータ、および、第１および第２基準ドーズカーブに関するデータ）を使用
して、検査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い。例えば
、３種類の基準データや５種類の基準データであってもよく、フォーカスやドーズの変化
に対して検出信号の変化の仕方が異なる少なくとも２種類の基準データを使用して、加工
条件を判定すればよい。

例として、３種類の基準データを使用する場合について簡単に述べる。条件出しを行う
ステップ（ステップＳＴ１００）では、ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１１３まで、２種類の
基準データを使用する場合と同様の処理が行われる。ステップＳＴ１１４おいて、画像処
理部４１は、第１および第２のフォーカス判定用回折条件に加え、第１および第２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、第１および第２のド
ーズ判定用回折条件に加え、第１および第２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のドーズ判定用回折条件と称する）を求める。なお、第３の
フォーカス判定用回折条件および第３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、第１および第２基準フォーカスカーブに関するデータに加え、第３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３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３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データ）
が、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および第２
基準ドーズカーブに関するデータに加え、第３のドーズ判定用回折条件におけるドーズカ
ーブ（以下、第３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データ）が、ドーズ基準データとして記憶部４２に記憶さ
れる。

次に、加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００）では、ステップＳＴ２０
１において、第１〜第３のフォーカス判定用回折条件、並びに、第１〜第３のドーズ判定
用回折条件についてそれぞれ、ウェハ１０の回折画像を撮像装置３６で撮像取得する。次
のステップＳＴ２０２において、２種類の基準データを使用する場合と同様の処理を行う
。次のステップＳＴ２０３において、検査判定部４３は、記憶部４２に記憶された第１〜
第３基準フォーカスカーブに関するデータを利用して、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フォーカスオフセット量を、撮像装置３６の所定の
画素ごとに求める。次のステップＳＴ２０４において、検査判定部４３は、記憶部４２に
記憶された第１〜第３基準ドーズカーブに関するデータを利用して、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、撮像装置３６
の所定の画素ごとに求める。次のステップＳＴ２０５において、２種類の基準データを使
用する場合と同様の処理を行う。

なお、第１実施形態のステップＳＴ１１４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ＳＴ１０４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ＳＴ１１４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。すなわち、第１のフォーカス判定用回折条件における照明光の波長と、第２の
フォーカス判定用回折条件における照明光の波長とが異なってもよい。これにより、回折
条件の候補が増えるので、より適切な第１および第２のフォーカス判定用回折条件を求め
ることができ、フォーカスオフセット量をより精度よく求めることができる。また、同様
にステップＳＴ１１４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。

また、上述のように３種類の基準データを使用する場合には、第１および第２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３のフォーカス判定用回
折条件を求めてもよいし、第１および第２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３のドーズ判定用回折条件を求めてもよい。

なお、ステップＳＴ１０４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ＳＴ１１４で、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
入射角及びパターンのピッチが同じで、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。これにより、照明光の
入射角を変化させることなく簡便に第１および第２のフォーカス判定用回折条件を求める
ことができる。また、同様にステップＳＴ１１４において、第１のドーズ判定用回折条件
と回折光の次数、照明光の入射角及びパターンのピッチが同じで、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。

続いて、検査装置の第２実施形態について説明する。検査装置の第２実施形態として顕
微鏡装置５１を図１９に示す。第２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１９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１９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１９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１９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１９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１９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１９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（すなわち、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２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２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２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１
０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８
６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５
５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５
５、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９
４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１
０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）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２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方法について説明する。なお、第２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実施形態と同じ図９
〜図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。また、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９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２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１０を参照しながら説明する。まず、第１実施形態の場合と同様に、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実施形態の場合と同様に、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１３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、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ＳＴ１
０４）。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の像を撮像する（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。

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）。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）を変化させて、ステップＳＴ１０４〜
ＳＴ１０５までの処理を繰り返す。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で撮像取得した良品ウェ
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、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の表面の合成回折画像において、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の合成回折画像を用いて、良品ウェハ
１０ｇの所定位置に対応した撮像装置８６の所定画素の平均信号強度と信号強度の分散値
とに応じて適当な回折次数を選定するフロー（ステップＳＴ１０８〜ＳＴ１１０）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、良品ウェハ１０ｇにおける複数のショット１１ｇについて、有効エ
リアサンプル領域Ｇｐ（図１３を参照）での信号強度の平均値（平均強度）と、有効エリ
アサンプル領域Ｇｐでの信号強度の分散値を求める（ステップＳＴ１０８）。なおこのと
き、良品ウェハ１０ｇ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、信号強度の平均値と分散
値を求める。

具体的には、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
る回折光の次数毎）に、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
均値を算出する。

続いて、画像処理部９１は、ステップＳＴ１０６で変化させた受光角毎に、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分散値を算出する。

次に、画像処理部９１は、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、すなわち、回折光の射出角と回折次数（（１）式参照）と、ステップＳＴ
１０４で設定した照明光の波長、照明光の入射角（照明側絞り部材７４の開口部７５の位
置）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、複数の候補を求めることが望ま
しい。

また、この回折条件の候補は、良品ウェハ１０ｇ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、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、先のステップＳＴ１０９で求めた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（ステップＳＴ１１０）。

以下、第１実施形態と同様に、ステップＳＴ１０９で求めた複数の回折条件の候補でＦ
ＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光の信号強度に基づいて、複数の回折条件の候補から
、加工条件の判定（ステップＳＴ２００）で使用する回折条件を選定し、選定した回折条
件でＦＥＭウェハ１０ｆから射出した回折光の信号強度に基づく特性（フォーカスの変化
に対する特性およびドーズの変化に対する特性）を求めるフロー（ステップＳＴ１１１〜
ＳＴ１１４）について説明する。

まず、不図示の搬送装置により、先のステップＳＴ１１０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ＦＥ
Ｍウェハ１０ｆ（図１４を参照）をステージ５５上に搬送する。そして、先のステップＳ
Ｔ１１０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ＳＴ１１１）。

ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像を撮像取得するには、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。また撮像の際、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８６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撮
像取得した、ＦＥＭウェハ１０ｆの合成回折画像に基づいて、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、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ＳＴ１１２）。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１実施形態と同様に、ステップＳＴ１１２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（すなわち、第１のフォーカス判定用回折条件）を求め
る。また、画像処理部９１は、第１実施形態と同様に、ステップＳＴ１１２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（撮像装置８
６で受光した）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（すなわち、第１のドーズ判定用回折条件）を求める（ス
テップＳＴ１１３）。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、第１実施形態の場合と同様に、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（すなわち、第２のフォーカス判定用回折条件）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（すなわち、第
２のドーズ判定用回折条件）を求める（ステップＳＴ１１４）。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実施形態と同様に、第１基準フォーカスカーブに関するデータ（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データ）と、第２基準フォーカスカ
ーブに関するデータ（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データ
）は、フォーカス基準データとして記憶部９２に記憶される。

一方、第１基準ドーズカーブに関するデータ（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
との関係を示すデータ）と、第２基準ドーズカーブに関するデータ（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。

図９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について、図１１を参照しながら説明する。まず、検査対象のウェハ
１０の合成回折画像を撮像取得する（ステップＳＴ２０１）。このとき、先のステップＳ
Ｔ１１４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により撮像取得する。

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８
６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９１は主制御部９５を介して合成回折画像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ＳＴ
２０３）。具体的には、第１実施形態のステップＳＴ２０３と同様に、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、検
査パターンの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（単数もしくは複数の画素単位で）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、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ＳＴ２０４）。
具体的には、第１実施形態のステップＳＴ２０４と同様に、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に記憶されたドーズ基準データのうち、検査パターンのベストフォ
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ウェハ１０の有効エリア内の所定の画素ごと
に（単数もしくは複数の画素単位で）求める。

これにより、検査対象のウェハ１０の表面の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１
０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ＳＴ２０５）。

このように、第２実施形態によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることがで
きる。また、特に第２実施形態においては、照明側絞り部材７４および検出側絞り部材８
２を用いることで、簡便な構成で、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独立して調整して、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。

なお、第２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５
５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のスライド移動によって、検出側絞り部材８２の開口部８３が、光軸Ａ
ｘ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２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２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２０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７
２０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２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２実施形態のステップＳＴ２０３およびステップＳＴ２０４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実施形態と同様に、検査判定部
９３は、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異常でないかどうか
を検査することで、検査パターンの加工条件を判定してもよい。

なお、第２実施形態のステップＳＴ２０３およびステップＳＴ２０４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２実施形態のステップＳＴ１１４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１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１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２実施形態のステップＳＴ１１１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、第１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２実施形態のステップＳＴ２０５において、検査判定部９３により判定された
検査対象のウェハ１０の繰り返しパターン１２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、第２実施形態において、２種類の基準データ（第１および第２基準フォーカスカ
ーブに関するデータ、および、第１および第２基準ドーズカーブに関するデータ）を使用
して、検査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い。例えば
、３種類の基準データや５種類の基準データであってもよく、フォーカスやドーズの変化
に対して検出信号の変化の仕方が異なる少なくとも２種類の基準データを使用して、加工
条件を判定すればよい。

例として、３種類の基準データを使用する場合について簡単に述べる。条件出しを行う
ステップ（ステップＳＴ１００）では、ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１１３まで、２種類の
基準データを使用する場合と同様の処理が行われる。ステップＳＴ１１４おいて、画像処
理部９１は、第１および第２のフォーカス判定用回折条件に加え、第１実施形態と同様に
、第３のフォーカス判定用回折条件を求める。また、画像処理部９１は、第１および第２
のドーズ判定用回折条件に加え、第１実施形態と同様に、第３のドーズ判定用回折条件を
求める。

そして、第１実施形態と同様に、第１および第２基準フォーカスカーブに関するデータ
に加え、第３基準フォーカスカーブに関するデータが、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および第２基準ドーズカーブに関するデータに加
え、第３基準ドーズカーブに関するデータが、ドーズ基準データとして記憶部９２に記憶
される。

次に、加工条件の判定を行うステップ（ステップＳＴ２００）では、ステップＳＴ２０
１において、第１〜第３のフォーカス判定用回折条件、並びに、第１〜第３のドーズ判定
用回折条件についてそれぞれ、ウェハ１０の合成回折画像を撮像装置８６で撮像取得する
。次のステップＳＴ２０２において、２種類の基準データを使用する場合と同様の処理を
行う。次のステップＳＴ２０３において、検査判定部９３は、記憶部９２に記憶された第
１〜第３基準フォーカスカーブに関するデータを利用して、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フォーカスオフセット量を、撮像装置８６
の所定の画素ごとに求める。次のステップＳＴ２０４において、検査判定部９３は、記憶
部９２に記憶された第１〜第３基準ドーズカーブに関するデータを利用して、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、
撮像装置８６の所定の画素ごとに求める。次のステップＳＴ２０５において、２種類の基
準データを使用する場合と同様の処理を行う。

なお、第２実施形態のステップＳＴ１１４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ＳＴ１０４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ＳＴ１１４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。すなわち、第１のフォーカス判定用回折条件における照明光の波長と、第２の
フォーカス判定用回折条件における照明光の波長とが異なってもよい。これにより、回折
条件の候補が増えるので、より適切な第１および第２のフォーカス判定用回折条件を求め
ることができ、フォーカスオフセット量をより精度よく求めることができる。また、同様
にステップＳＴ１１４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。

なお、上述のように３種類の基準データを使用する場合には、第１および第２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３のフォーカス判定用回
折条件を求めてもよいし、第１および第２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３のドーズ判定用回折条件を求めてもよい。

なお、ステップＳＴ１０４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ＳＴ１１４で、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
入射角及びパターンのピッチが同じで、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。これにより、照明光の
入射角を変化させることなく簡便に第１および第２のフォーカス判定用回折条件を求める
ことができる。また、同様にステップＳＴ１１４において、第１のドーズ判定用回折条件
と回折光の次数、照明光の入射角及びパターンのピッチが同じで、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。

なお、上述の第１実施形態および第２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実施形態および第２実施形態において、条件出しを行うステップＳＴ
１００と、加工条件の判定を行うステップＳＴ２００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ＳＴ１００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ＳＴ２００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
、第１実施形態に係る表面検査装置１を備えた露光システムについて、図２１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２１に示すように、マスクＭを光ＥＬで照明する照明光学系１１
０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２２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ＳＴ
３０１）。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ＳＴ３０２）。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ＳＴ３０３）。なおこのとき、表面検査装
置１によるウェハ１０の表面検査も行われる。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ＳＴ３０４）。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ＳＴ３０５）。

なお、本実施形態の露光システム１００において、上述の表面検査装置１を用いたが、
これに限られるものではない。例えば、上述の表面検査装置１の代わりに第２実施形態の
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２３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ＳＴ４０１）、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ＳＴ４０２）、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ＳＴ４０３）、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ＳＴ４０４）、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ＳＴ４０５）、デバイスの検査を行う検査工程（ステップＳＴ４０６）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２４を参照しながら説明する。まず、
ウェハを用意（ステップＳＴ５０１）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ＳＴ５０２）。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１０
１に搬送する（ステップＳＴ５０３）。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ＳＴ５０４
）。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ＳＴ
５０５）。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ＳＴ５０６）。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ＳＴ５０７）。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ＳＴ５０７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ＳＴ５０８）。

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）
１５ ステージ（１５ａ 保持面）
２１ 照明系（照明部）
２２ 照明ユニット（光源部） ２６ 照明側凹面鏡（照明光学系）
３０ 検出部
３２ 受光側凹面鏡（受光光学系） ３６ 撮像装置（受光部）
３８ 受光系駆動部
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）
５５ ステージ（５５ａ 保持面）
６１ 対物レンズ ６２ ハーフミラー
７１ 照明系（照明部）
７４ 照明側絞り部材 ７５ 開口部
７６ 照明側絞り駆動部
８０ 検出部
８１ 受光系
８２ 検出側絞り部材 ８３ 開口部
８４ 検出側絞り駆動部
８６ 撮像装置（受光部）
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
７２０ レーザー照射装置 ７２１ 照明光移動部

Claims (14)

1. 所定の加工条件でパターンが表面に形成された基板を保持する保持面を有し、該基板を保持可能なステージと、
   前記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板の表面から反射した光に基づく信号を検出する検出部と、
   前記ステージと前記照明部と前記検出部とのうち、少なくとも２つを相対移動させる駆動部と、を備え、
   前記検出部は、前記照明部から照射された所定波長の照明光により、前記ステージの保持面の法線に対して第１の角度で前記基板の表面から反射した所定次数の第１回折光に基づく第１基準信号と、前記所定波長の照明光により、該法線に対して前記第１の角度とは異なる第２の角度で前記基板の表面から反射した前記所定次数の第２回折光に基づく第２基準信号とを検出し、
   既知の前記加工条件と前記第１基準信号との関係を示す第１データと、該既知の加工条件の少なくとも一部の値と前記第２基準信号との関係を示す第２データとに基づいて検査対象の基板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検査装置。
2. 前記所定次数は、前記既知の加工条件の変化に対する前記第１基準信号の変化と、前記既知の加工条件の変化に対する前記第２基準信号の変化とが互いに異なる変化を示す次数である請求項１に記載の検査装置。
3. 前記パターンは少なくとも露光により形成されたパターンであり、
   前記既知の加工条件の変化は、前記露光時における前記加工条件の最適値からの変化である請求項２に記載の検査装置。
4. 前記加工条件は、前記パターンの露光時におけるフォーカス条件と露光量条件とのうち少なくとも一方を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の検査装置。
5. 前記照明部は、光を射出する光源部と、該光源部から射出された光を前記基板の表面に導く照明光学系とを含み、
   前記駆動部は、前記ステージと前記照明光学系と前記検出部とのうち、少なくとも２つを相対移動させる請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。
6. 前記駆動部は、前記ステージと前記照明光学系と前記検出部とのうち、少なくとも２つを、前記照明部の光軸と前記保持面との交点を通り、かつ前記保持面にほぼ平行な軸を中心に回動させる請求項５に記載の検査装置。
7. 前記駆動部は、前記ステージと前記照明光学系と前記検出部とのうち、少なくとも２つを、前記照明部からの光が前記基板へ入射する入射面と前記保持面とが交わり形成される軸に対してほぼ直交する軸を中心に回動させる請求項５に記載の検査装置。
8. 前記検出部は、前記第１回折光を受光して前記第１基準信号を生成し、かつ前記第２回折光を受光して前記第２基準信号を生成する受光部と、前記パターンから射出した前記第１回折光と前記第２回折光とを該受光部へ導く受光光学系とを含み、
   前記受光部と前記受光光学系とを相対的に移動させる検出側駆動部をさらに備える請求項１から７のいずれか一項に記載の検査装置。
9. 前記ステージと対向する対物レンズをさらに備え、
   前記照明部は、前記対物レンズを介して前記基板の表面を照明し、
   前記検出部は、前記対物レンズの射出瞳面もしくは該射出瞳面と共役な面上に設けられて前記第１回折光と前記第２回折光とを通過させる開口部を有した検出側絞り部と、該開口部を通過したそれぞれの回折光を受光し、前記第１基準信号と前記第２基準信号とを検出する受光部とを含む請求項１から４のいずれか一項に記載の検査装置。
10. ステージに保持され、既知の加工条件で形成されたパターンが表面に形成された基板の該表面を所定波長の照明光により照明し、
    前記ステージにおいて前記基板が保持される面の法線に対して第１の角度で前記基板の表面から反射した所定次数の第１回折光に応じた第１基準信号を検出し、
    前記法線に対して、前記第１の角度とは異なる第２の角度で前記基板の表面から反射した前記所定次数の第２回折光に応じた第２基準信号を検出し、
    前記第１基準信号と前記既知の加工条件との関係を示す第１データを作成し、
    前記第２基準信号と前記既知の加工条件との関係を示す第２データを作成し、
    前記第１データと前記第２データとに基づいて検査対象の基板に形成された検査パターンの加工条件を判定する検査方法。
11. 前記所定次数は、前記既知の加工条件の変化に対する前記第１基準信号の変化と、前記既知の加工条件の変化に対する前記第２基準信号の変化とが互いに異なる変化を示す次数である請求項１０に記載の検査方法。
12. 前記パターンは少なくとも露光により形成されたパターンであり、
    前記既知の加工条件の変化は、前記露光時における前記加工条件の最適値からの変化である請求項１１に記載の検査方法。
13. 前記加工条件は、前記パターンの露光時におけるフォーカス条件と露光量条件とのうち少なくとも一方を含む請求項１０から１２のいずれか一項に記載の検査方法。
14. 基板の表面にパターンを形成することと、
    請求項１０から１３のいずれか一項に記載の検査方法で前記パターンの加工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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