WO2010095420A1 - 表面検査装置および表面検査方法 - Google Patents

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WO2010095420A1
WO2010095420A1 PCT/JP2010/000954 JP2010000954W WO2010095420A1 WO 2010095420 A1 WO2010095420 A1 WO 2010095420A1 JP 2010000954 W JP2010000954 W JP 2010000954W WO 2010095420 A1 WO2010095420 A1 WO 2010095420A1
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light
incident angle
semiconductor substrate
wafer
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PCT/JP2010/000954
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早野史典
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株式会社ニコン
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Definitions

  • the present invention relates to a surface inspection apparatus and method capable of detecting a CD defect of a wafer surface defect or line width (or hole diameter) in a semiconductor manufacturing process.
  • Recent semiconductor devices tend to have finer patterns in order to increase processing speed, lower power consumption, and increase storage capacity.
  • CD abbreviation of critical dimension
  • the cross-sectional shape of the photoresist pattern formed on the wafer surface changes.
  • the amount of exposure varies due to fluctuations in scanning speed, and the CD value fluctuates.
  • the CD value becomes out of specification or causes disconnection.
  • the phenomenon in question is complex. If early detection / problem cannot be solved, many lots will become defective and suffer large losses.
  • defect detection immediately after the exposure process and CD value management are very important.
  • a semiconductor wafer is irradiated with illumination light to receive diffracted light from a repetitive pattern on the wafer, and the diffracted light from the defect changes the CD value because the CD value is different.
  • a method of detecting defects using this fact is very effective and put into practical use (see, for example, Patent Document 1).
  • Such a defect inspection apparatus called a macro inspection apparatus has a high throughput due to the whole surface batch imaging of the wafer, and is therefore very active in the production line.
  • there is a limit to high-resolution inspection in a minute region and quantitative output of the CD value fluctuation amount due to the nature of the apparatus.
  • CD-SEM Critical-Dimension Scanning Electron Microscope
  • L & S line width of a line and space
  • C / H diameter of a contact hole
  • C / H the diameter of a contact hole
  • C / H the adjacent C / H.
  • the interval can be measured and output as a CD value so that it can be quantitatively determined whether the CD value is within the standard.
  • the CD-SEM is active as a measuring machine, it takes about 5 seconds to measure one point, so it is difficult to measure the entire wafer surface. At present, several points are measured and managed by sampling inspection of about one piece per lot.
  • the uppermost layer 500 forming the inspection surface (surface) of the semiconductor wafer 5 (hereinafter referred to as the wafer 5) is a photoresist. Holes 510 are formed with a repetition period 520. Under the uppermost layer 500, there is a layer 530 having etching resistance, and a deep hole having a uniform cross-sectional shape is formed in the lower layer by an etching technique. A gate line 550 is provided below the layer 530 having etching resistance with an insulating layer 540 interposed therebetween.
  • diffracted light is generated from the contact hole 510.
  • diffracted light in the regular reflection direction is referred to as 0th-order diffracted light 600.
  • the angle formed with the adjacent diffracted light depends on the wavelength of the light 560 and the repetition period 520 of the contact hole 510. The shorter the wavelength of the light 560 and the larger the repetition period 520, the more the adjacent diffracted light becomes. The corner becomes smaller.
  • the intensity of each diffracted light depends not only on the wavelength of the light 560, the transmittance / absorption / film thickness of the uppermost layer 500, the CD value of the contact hole 510, but also the cross-sectional shape of the contact hole 510. .
  • the intensity of diffracted light is determined based on the above relationship. Therefore, when the CD value or the cross-sectional shape of the contact hole 510 changes due to problems such as focus fluctuation or exposure quantity fluctuation in the exposure process, the amount of diffracted light changes, and the defect can be detected from the amount of change.
  • the light 560 becomes transmitted light 570 that passes through the uppermost layer 500, and reaches the gate line 550 through the layer 530 and the insulating layer 540 having etching resistance. As a result, diffracted light 580 is also generated from the gate line 550.
  • the repetition period 590 of the gate line 550 is the same as the repetition period 520 of the contact hole 510, the 0th-order diffracted light 700, the first-order diffracted light 710, the second-order diffracted light 720 of the gate line 550 emitted from the uppermost layer 500,
  • the third-order diffracted light 730 has the same diffraction angle as the 0th-order diffracted light 600, the first-order diffracted light 610, the second-order diffracted light 620, and the third-order diffracted light 630 in the contact hole 510 of the uppermost layer 500, respectively.
  • the orders of the diffracted lights 600 to 630 from the uppermost layer 500 are different in the integral multiple orders.
  • the diffracted lights 700 to 730 from the gate line 550 are mixed. If the wavelength of the light 560 has a certain width, the diffracted lights 700 to 730 from the gate line 550 may be mixed with the diffracted lights 600 to 630 from the uppermost layer 500 depending on the wavelength. If each diffracted light 700 to 730 from the gate line 550 is always constant, it is possible to detect a defect in the uppermost layer 500 by simply subtracting that amount. Variation will occur.
  • the influence of the substrate varies from lot to lot, from wafer to wafer in the lot, and from the location on the wafer surface. This will be described with reference to FIGS. 34 (a) to (c). In addition, the same number is attached
  • FIG. 34A shows the case where the height of the gate line 550 differs depending on the location.
  • the insulating layer 540 is formed once, and then the CMP process is performed to make the height of the gate line 550 uniform.
  • polishing is performed while rotating the wafer together with the polishing pad. At this time, the outer peripheral side of the wafer is excessively polished, and the height of the gate line 550 may be lowered.
  • the intensity of the diffracted light is relatively sensitive to the fluctuation in the height direction, so that it is as if the CD value and the cross-sectional shape of the contact hole 510 in the uppermost layer 500 are It will appear that it has fluctuated on the outer peripheral side of the wafer.
  • the influence varies depending on the wafer and lot due to the difference between the mounting position of the wafer and the polishing apparatus in the polishing state.
  • FIG. 34 (b) shows a case where the thickness of the layer 530 having etching resistance becomes non-uniform due to, for example, unevenness or temperature management when performing CVD creation.
  • the transmitted light 570 or the diffracted light 580 of the gate line 550 is transmitted through the etching resistant layer 530, the transmitted light amount or the absorbed light amount depends on the film thickness of the etching resistant layer 530. Become. Even if the substrate surface is uniform and not uneven, the difference between wafers and lots is the difference in substrate diffracted light.
  • FIG. 34 (c) shows a case where a process management problem occurs in the stage of creating the gate line 550 and the gate line width itself changes. Since the diffracted light depends on the repetition period and the ratio of the line and the space, even if the repetition period 590 of the gate line 550 is the same, it changes as the gate line width changes.
  • the diffracted light of the gate line 550 is taken as an example. Actually, however, not only the gate line 550 but also the diffracted light of the active region layer below it and various repetitive periods, Even if the effects of the groundwork, such as the order of diffracted light, are mentioned, it is extremely difficult to identify and discuss where the light is coming from.
  • the present invention has been made in view of such problems, and accurately detects the surface state of a semiconductor substrate, such as a defect in the uppermost layer and CD value fluctuations, even with diffracted light including the influence of the underlying layer.
  • An object of the present invention is to provide a surface inspection apparatus and method capable of performing the above.
  • a surface inspection apparatus includes an illumination unit that irradiates illumination light onto a surface of a semiconductor substrate having a plurality of layers, and a surface of the semiconductor substrate that is illuminated with the illumination light.
  • the surface of the semiconductor substrate is irradiated with second illumination light incident on the surface
  • the detection unit is configured to irradiate the surface of the semiconductor substrate with the first illumination light, and to generate the first diffracted light and the second illumination light.
  • the second diffracted light generated by irradiation is detected, and the inspection unit is the semiconductor substrate most in the plurality of layers based on the information of the first diffracted light and the second diffracted light detected by the detecting unit.
  • the change of the surface state is corrected by correcting the influence of the layers other than the uppermost layer close to the surface of the surface.
  • the second incident angle is smaller than the first incident angle, and the second incident angle based on the first incident angle is based on the second diffracted light based on the second incident angle. It is preferable to detect a change in the surface state in which the influence of a layer other than the uppermost layer of one diffracted light is corrected.
  • the illumination unit includes a polarization unit, and the first illumination light and the second illumination light include an S-polarized component with respect to the surface of the semiconductor substrate.
  • the inspection unit may be configured to irradiate the first illumination light and the second illumination light onto the surface of a reference substrate whose surface state change amount is known. It is preferable to obtain the amount of change in the surface state in which the influence of the layers other than the uppermost layer is corrected using information on light and the second diffracted light.
  • the illumination unit includes a first objective lens that guides light from a light source to the surface of the semiconductor substrate and irradiates the first illumination light, and light from the light source to the semiconductor substrate.
  • a second objective lens that guides to the surface of the second illumination lens and irradiates the second illumination light, and a switching unit that selectively switches one of the first objective lens and the second objective lens and inserts it on the optical path It is preferable that it is comprised.
  • the illumination unit includes a diaphragm member provided on a pupil plane or a plane conjugate with the pupil plane, and the diaphragm member transmits light from a light source through the first illumination unit. It is preferable to have the 1st opening part from which illumination light is obtained, and the 2nd opening part through which the light from a light source passes and the said 2nd illumination light is obtained.
  • the first and second openings and the semiconductor substrate are relative to each other so that the detection unit can separately detect the first diffracted light and the second diffracted light. It is preferable that a position setting unit for setting the positional relationship is provided.
  • the diaphragm member includes a displacement member that displaces the second opening on the pupil plane, and a distance from the optical axis to the second opening by the displacement member.
  • the second incident angle may be changed by changing.
  • the orders of the first diffracted light and the second diffracted light used in the inspection unit the wavelengths of the first illumination light and the second illumination light irradiated by the illumination unit.
  • a condition determining unit that determines the second incident angle.
  • the wavelengths of the first illumination light and the second illumination light are in a visible wavelength range.
  • the detection unit detects the first diffracted light and the second diffracted light on a pupil plane or a pupil conjugate plane.
  • the surface inspection method according to the present invention irradiates the surface of a semiconductor substrate having a plurality of layers with illumination light, detects diffracted light from the surface of the semiconductor substrate irradiated with the illumination light, and detects the detection
  • the second incident angle is smaller than the first incident angle.
  • the second incident angle is based on the second diffracted light by the second incident angle. It is preferable to detect a change in the surface state in which the influence of a layer other than the uppermost layer of the first diffracted light due to the first incident angle is corrected.
  • the first illumination light and the second illumination light are light including an S-polarized component with respect to the surface of the semiconductor substrate.
  • the first illumination light and the second illumination light obtained by irradiating the surface of the reference substrate whose surface state change amount is known, respectively, with the first illumination light. It is preferable to obtain the amount of change in the surface state in which the influence of the layers other than the uppermost layer is corrected using information of the first diffracted light and the second diffracted light.
  • the information on the first diffracted light and the second diffracted light generated from the surface of the reference substrate and the vicinity of the center of the surface of the semiconductor substrate are generated. You may make it obtain
  • the information on the first diffracted light and the second diffracted light generated from the surface of the reference substrate and the entire surface of the semiconductor substrate can be collectively inspected.
  • the influence of layers other than the top layer was corrected. You may make it obtain
  • the surface state measured in advance by an electron microscope apparatus capable of partially measuring the surface state of the semiconductor substrate is used to obtain a layer other than the uppermost layer. You may make it obtain
  • the orders of the first diffracted light and the second diffracted light used in the third step, the first illumination light and the second illumination light irradiated in the first step are preferable to have a fourth step of determining the wavelength and the second incident angle before executing the first to third steps.
  • the wavelengths of the first illumination light and the second illumination light are in the visible light wavelength region.
  • the first diffracted light and the second diffracted light on the pupil plane or pupil conjugate plane of the optical system are detected.
  • the surface state of the semiconductor substrate can be accurately detected even with diffracted light including the influence of the substrate.
  • FIG. 1 A surface inspection apparatus according to this embodiment is shown in FIG. 1.
  • This surface inspection apparatus 1 includes a stage 6, an objective lens unit 7, a beam splitter 9, an illumination optical system 10, a detection optical system 20, and an arithmetic operation.
  • the processing unit 30 is mainly configured. After exposure and development of the photoresist by the exposure apparatus (not shown), the wafer 5 is transported from a wafer cassette (not shown) or the development apparatus by a conveyance system (not shown), and the pattern (repetitive pattern) formation surface is raised. In this state, it is placed on the stage 6.
  • an uppermost layer 500 that forms the surface of the wafer 5 As shown in FIG. 33, on the surface side of the wafer 5, an uppermost layer 500 that forms the surface of the wafer 5, an etching resistant layer 530 formed below the uppermost layer 500, and an etching resistant layer A plurality of layers including an insulating layer 540 and the like formed below 530 are provided. Further, contact holes 510 are formed on the uppermost layer 500 (surface) of the wafer 5 with a repetition period 520 by an exposure process.
  • the stage 6 holds the wafer 5 placed on the stage 6 by vacuum suction or the like.
  • the stage 6 is configured to be movable horizontally and vertically along the surface of the wafer 5, and is configured to be rotatable about a normal line (vertical axis) to the surface of the wafer 5 as a central axis.
  • the illumination optical system 10 includes a light source 11, a condensing lens 12, a wavelength selection filter 13, a polarization filter 15, and a modified illumination aperture stop 16 (hereinafter appropriately modified aperture) in the order of arrangement from the right side to the left side in FIG. (Referred to as a diaphragm).
  • a mercury lamp or the like is used as the light source 11.
  • the wavelength selection filter 13 is used to select only light having a specific wavelength from among the light having a plurality of wavelengths. Therefore, it is preferable that the wavelength selection filter 13 has a configuration in which the transmission wavelength or the wavelength band can be selectively switched and changed by the switching filter 14 having a different transmission wavelength band.
  • the light source 11 may be a light source having a wide wavelength range such as a halogen lamp or a blue excitation type LED.
  • the wavelength selection filter 13 may be, for example, a filter that transmits blue, green, and red. However, in order to separate different orders of diffracted light, each wavelength region is limited.
  • the light emitted from the light source 11 passes through the condenser lens 12 and the wavelength selection filter 13 and then passes through the polarization filter 15.
  • the polarization filter 15 is provided to determine whether the illumination light is incident on the wafer 5 as S-polarized light or P-polarized light.
  • the polarization filter 15 is set so that the illumination light is incident on the wafer 5 as S-polarized light.
  • the polarizing filter 15 may not be provided in the optical path. The difference between S-polarized light and P-polarized light, which is better, etc. will be described later.
  • the light that has passed through the polarizing filter 15 passes through an opening 17 of a modified aperture stop 16, which will be described in detail later, and is reflected by the beam splitter 9 toward the wafer 5 (downward).
  • An incident angle that is transmitted through the high NA objective lens 8a of the unit 7 and is relatively large due to the high NA (numerical aperture) (the incident angle is optically defined as an angle of incident light with respect to the normal of the wafer 5). ) Is incident on the surface of the wafer 5.
  • the objective lens unit 7 includes a high NA objective lens 8a set so as to obtain a relatively high NA (numerical aperture), and a low NA objective lens set so as to obtain a lower NA than the high NA objective lens 8a. 8b and a switching mechanism 8c for inserting either the high NA objective lens 8a or the low NA objective lens 8b into the optical path between the beam splitter 9 and the wafer 5.
  • the illumination light reflected by the beam splitter 9 and transmitted through the high NA objective lens 8a enters the surface of the wafer 5 at a relatively large first incident angle.
  • the low NA objective lens 8b when the low NA objective lens 8b is inserted into the optical path by the switching mechanism 8c, the illumination light reflected by the beam splitter 9 and transmitted through the low NA objective lens 8b (hereinafter referred to as “low NA objective lens 8b”).
  • FIG. 2 shows a state where the low NA objective lens 8b is inserted in the optical path.
  • the objective lens unit 7 may be a so-called revolver type rotary objective lens conversion mechanism.
  • the incident direction of the illumination light substantially coincides with the pattern repeating direction on the wafer 5.
  • the detection optical system 20 includes a relay lens 21 and an imaging element 22 such as a two-dimensional CCD.
  • an imaging element 22 such as a two-dimensional CCD.
  • FIG. 1 when the surface of the wafer 5 is irradiated with the first illumination light, the reflected light or diffracted light generated from the wafer 5 passes through the high NA objective lens 8 a and the beam splitter 9, and the relay lens 21. As a result, the optical path is extended / expanded (or reduced) to enter the image sensor 22.
  • FIG. 2 when the surface of the wafer 5 is irradiated with the second illumination light, the reflected light or diffracted light generated from the wafer 5 passes through the low NA objective lens 8b and the beam splitter 9 and is relayed.
  • the optical path is extended / expanded (or reduced) by the lens 21 and enters the image sensor 22.
  • the imaging element 22 is provided on the pupil plane of the detection optical system 20, and photoelectrically converts reflected light or diffracted light from the wafer 5 incident on the pupil plane into an electric signal, and converts the detection signal into an arithmetic processing unit. Output to 30. Note that if a color CCD is used for the image sensor 22 and each output of red (R), green (G), and blue (B) is used, the wavelength selection filter 13 can be eliminated. .
  • FIG. 3 shows the deformed aperture stop 16 viewed from the optical axis direction, and the center of the deformed aperture stop 16 formed in a disk shape is the optical axis.
  • a circular opening 17 is provided at a position eccentric from the optical axis in the modified aperture stop 16.
  • This incident angle is close to the Brewster angle calculated from the refractive index of the photoresist.
  • incident light by P-polarized light is transmitted through the top layer 500 with almost no reflection at the top layer 500.
  • incident light by S-polarized light has a component that transmits and a component that reflects. Since the diffracted light intensity depends on the reflectance, when considering the diffracted light from the uppermost layer 500 and the diffracted light from the lower layer, for example, the gate line 500, the lower layer in the case of P-polarized light incidence is lower than the incident in the S-polarized light. It becomes easy to be influenced by the diffracted light from.
  • the diffracted light from the lower layer is observed more strongly in the P-polarized light incidence than in the S-polarized light incidence. For this reason, by setting the polarization filter (polarizer) 15 so that the S-polarized light component is dominant, the intensity of the diffracted light from the lower layer is reduced, and the surface state change of the uppermost layer 500 is relatively changed (the focus of the exposure process). It is possible to obtain diffracted light including a large amount of variation in the pattern profile of the contact hole 510 and the CD value due to errors, exposure amount errors, and image plane abnormalities. However, the diffracted light from the base cannot be made zero.
  • FIG. 4 (a) shows a pupil image detected by the image sensor 22 when the high NA objective lens 8a is used.
  • the first-order diffracted light 41a to the eighth-order diffracted light 48a are illustrated with respect to the 0th-order diffracted light 40a according to the order.
  • the minus first-order diffracted light 39a is emitted outside the zero-order diffracted light 40a. Since the diffracted light shown in FIG. 4A is diffracted light by the high NA objective lens 8a, the diffracted light is collectively referred to as diffracted light H by a high incident angle, and in the following description, by light having a large incident angle (first incident angle).
  • the generated diffracted light is numbered according to the order and is referred to as diffracted light H1 (first-order diffracted light), H2 (second-order diffracted light) or the like with a high incident angle. Note that the plus / minus of the diffracted light is called for convenience in the present embodiment, and optical accuracy does not matter here.
  • FIG. 4B shows a pupil image detected by the image sensor 22 when the low NA objective lens 8b is used.
  • the first-order diffracted light 41b to the eighth-order diffracted light 48b and the minus first-order diffracted light 39b are shown with respect to the 0th-order diffracted light 40b according to the order.
  • the incident angle of the light that has passed through the opening 17 of the modified aperture stop 16 becomes small (closer to perpendicular incidence), so the situation of the diffracted light is different from that in the case of the high NA objective lens 8a. Is different.
  • diffracted light L the diffracted light generated by light with a small incident angle (second incident angle) is a number corresponding to the order.
  • diffracted light L1 first-order diffracted light
  • L2 second-order diffracted light
  • the ground diffracted light is obtained from the information of the diffracted light when using the high NA objective lens 8a including the top layer diffracted light and the ground diffracted light. It is suggested that the influence of the background can be removed by subtracting (correcting) the information of the diffracted light when using the low NA objective lens 8b that includes a large amount.
  • the observation region of the 100 ⁇ objective lens is ⁇ 140 ⁇ m, and the 50 ⁇ objective lens.
  • the observation area is ⁇ 280 ⁇ m.
  • illumination light is irradiated on the surface of the wafer 5 (step S101).
  • the high NA objective lens 8a is initially used, the surface of the wafer 5 is irradiated with the first illumination light from the high NA objective lens 8a at a high incident angle.
  • the diffracted light H generated from the wafer 5 at a high incident angle is transmitted through the high NA objective lens 8 a, the beam splitter 9, and the relay lens 21, and the pupil image is incident on the image sensor 22. Therefore, the diffracted light H with a high incident angle is detected by the image sensor 22 and output to the arithmetic processing unit 30 (step S102).
  • the surface of the wafer 5 is irradiated with other illumination light (step S103).
  • the switching mechanism 8c switches from the high NA objective lens 8a to the low NA objective lens 8b, and the second illumination light is irradiated from the low NA objective lens 8b onto the surface of the wafer 5 at a low incident angle.
  • the diffracted light L having a low incident angle generated from the wafer 5 is transmitted through the low NA objective lens 8b, the beam splitter 9, and the relay lens 21, and the pupil image is incident on the imaging element 22. Therefore, the diffracted light L with a low incident angle is detected by the image sensor 22 and output to the arithmetic processing unit 30 (step S104).
  • the arithmetic processing unit 30 corrects the influence of the lower layer below the uppermost layer 500 based on the information (luminance value) of the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle by a method described later. Obtain the removed CD value (step S105). Note that the order of detecting the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle may be reversed.
  • FIG. 5 is a configuration diagram showing a surface inspection apparatus 50 according to a modification, and the same members as those in FIG.
  • the surface inspection apparatus 50 according to the modification includes a stage 6, a high NA objective lens (100 times, NA about 0.9) 8a, a beam splitter 9, an illumination optical system 60, a detection optical system 20, and arithmetic processing.
  • the unit 30 is mainly configured.
  • the illumination optical system 60 includes a light source 11, a condensing lens 12, a wavelength selection filter 13, a polarization filter 15, a modified illumination aperture stop 61 (hereinafter appropriately modified aperture) in the order of arrangement from the right side to the left side in FIG. (Abbreviated as a diaphragm).
  • the light emitted from the light source 11 passes through the condenser lens 12, the wavelength selection filter 13, and the polarizing filter 15, and passes through a first opening 62a and a second opening 62b of a modified aperture stop 61, which will be described in detail later.
  • the light After being reflected by the beam splitter 9 in the direction of the wafer 5 (downward), the light passes through the high NA objective lens 8 a and enters the surface of the wafer 5.
  • a first aperture 62a and a second aperture 62b, which are apertures, are formed in the deformed aperture stop 61 formed in a disc shape.
  • the first opening 62a and the second opening 62b in the present modification are both provided with a diameter of about 100 ⁇ m. Since the diameter of the modified aperture stop 61 is about 4 mm, the diffracted light obtained by passing through and entering the opening having a diameter of 100 ⁇ m can be sufficiently separated for each order.
  • FIG. 6 shows a state where the modified aperture stop 61 is viewed from the optical axis direction. The distance from the optical axis to the first opening 62a in the modified aperture stop 61 is the same as the opening 17 of the modified aperture stop 16 shown in FIG.
  • the illumination light that has passed through the first opening 62a of the modified aperture stop 61 is incident on the surface of the wafer 5 at the same incident angle as when the high NA objective lens 8a is used in the configuration of FIG.
  • the distance from the optical axis to the second opening 62b in the modified aperture stop 61 is such that the same incident angle as that obtained when the low NA objective lens 8b is used in the configuration of FIG. 1 (in the case of FIG. 2) can be obtained. Is provided.
  • the incident angles of the illumination light obtained by the first opening 62a and the second opening 62b are equivalent to the incident angles obtained by the configurations of FIGS. 1 and 2, respectively.
  • the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle can be detected at one time, and the objective lens
  • the configuration can be simplified.
  • the orientation of the wafer 5 is the same as the configuration of FIGS. 1 and 2 (the rotation direction of the surface of the wafer 5 with respect to the optical axis)
  • the diffracted light from the first opening 62a and the diffracted light from the second opening 62b overlap. Difficult to distinguish. Therefore, it is preferable to rotate the wafer 5 about 10 to 20 degrees around the center of the wafer 5 by the stage 6.
  • the illumination light deviates from the pattern repeating direction on the wafer 5, but as shown in FIG. 7, the diffracted light from the first opening 62 a and the second opening 62 b is changed according to the rotation of the wafer 5.
  • the diffracted light from the first opening 62a and the diffracted light from the second opening 62b can be separated and detected.
  • Seventh-order diffracted lights 71b to 77b and minus first-order to minus third-order diffracted lights 67b to 69b are arranged in a state of being shifted in parallel with each other.
  • the 0th-order diffracted light 70a and the 1st to 9th-order diffracted lights 71a to 79a by the first opening 62a correspond to the above-described diffracted light H with a high incident angle.
  • the 0th-order diffracted light 70b and the 1st to 7th-order diffracted lights 71b to 77b and the like from the second opening 62b correspond to the above-described diffracted light L with a low incident angle.
  • the optimum incident angle for obtaining the diffracted light L with a low incident angle is relatively changed in the surface state of the uppermost layer 500 (the pattern profile of the contact hole 510 due to the focus error or exposure amount error in the exposure process) It is preferable to obtain diffracted light that contains almost no background information and contains a large amount of background information.
  • the incident angle conditions that meet this requirement are not always the same.
  • the film type, film thickness, top layer and lower layer pattern types (line and space or contact hole) constituting the wafer 5 and repetition It is determined by many physical quantities that are difficult to calculate, such as pitch.
  • the process structure to be developed for each generation of semiconductor wafers (DRAM generation such as 72 nm, 68 nm, and 54 nm, and flash memory generation such as 50 nm, 40 nm, and 30 nm) as well as gate lines and
  • the optimum incident angle for obtaining the diffracted light L with a low incident angle should be determined according to the process such as the bit line, the bit contact, and the capacitor contact. Therefore, as a development type of the modified aperture stop 61 having the two openings 62a and 62b, a variable deformed aperture stop 63 having a variable low incident angle shown in FIGS. 8 and 9 is effective.
  • the variable deformation aperture stop 63 has a fixed deformation aperture stop 64 shown in FIG. 8A and a rotational deformation aperture stop 65 shown in FIG. 8B. Although shown separately from FIGS. 8A and 8B, in practice, two openings are formed by superimposing the fixed deformation aperture stop 64 and the rotational deformation aperture stop 65 with the respective circular centers as the same axis. This has the same function as the modified aperture stop 61 having the parts 62a and 62b. As shown in FIG. 8A, the fixed deformation aperture stop 64 formed in a disc shape has a first opening 64a for a high incident angle and a diameter inside the first opening 64a (near the optical axis). A first long hole 64b extending in the direction is formed. The center 64c of the fixed deformation aperture stop 64 coincides with the optical axis.
  • the rotationally deformed aperture stop 65 formed in a disc shape is configured to be rotatable about the center 65c (coincident with the optical axis) of the rotationally deformed aperture stop 65.
  • the rotary deformed aperture stop 65 is formed with a second long hole 65 b in the shape of a “K” of Katakana, and the second long hole 65 b is centered according to the rotation angle of the rotary deformed aperture stop 65.
  • the distance from 65c is set to change.
  • FIG. 9A shows the fixed deformed aperture stop 64 and the rotationally deformed aperture stop 65 overlapped so that their centers 64c and 65c coincide. As can be seen from FIG.
  • a second opening 66b for a low incident angle is formed by the overlap of the first long hole 64b and the second long hole 65b.
  • the distance from the optical axis of the two openings 66b changes according to the rotation of the rotationally deformed aperture stop 65 as shown in FIGS. 9A to 9B, for example. Therefore, when the diffracted light L with a low incident angle is obtained, if the incident angle is changed by rotating the rotationally deformed aperture stop 65, an optimum low incident angle condition can be set.
  • the third shot row 102 and the fifth shot row 103 located in the third and fifth rows from the top in FIG. This is a shot exposed by increasing the exposure amount sequentially (called a high exposure dose shot, a total of 20 shots).
  • the seventh shot row 104 and the ninth shot row 105 located in the seventh row and the ninth row from the top in FIG. 11 are shots that are exposed by sequentially decreasing the exposure amount (referred to as low exposure shots, a total of 20 shots). ).
  • the shots other than the high exposure shot and the low exposure shot (for example, the shot 106) are all shots exposed at the standard exposure dose (referred to as standard exposure shots, a total of 64 shots).
  • the CD value the hole diameter of the contact hole or the line width of the line and space. Has changed.
  • the third shot row 102 and the fifth shot row 103 are defocused at the time of exposure, and the shots are exposed by sequentially shifting the defocus amount to the plus side (plus defocus shot).
  • the seventh shot row 104 and the ninth shot row 105 are shots (minus defocus shots) that are exposed by sequentially shifting the defocus amount to the minus side, and other shots (for example, the shot 106) are:
  • the pattern profile may be changed as a shot exposed under the best focus condition (best focus shot).
  • the dimension of the reference wafer thus obtained is measured by the above-described CD-SEM, and can be quantified as, for example, a CD value corresponding to the exposure dose variation. In the following description, the case of a change in exposure amount is shown, but this embodiment can also be applied to defocus defect inspection / measurement using a defocused reference wafer.
  • 1248 pupil images as shown in FIG. 4A are obtained by the high NA objective lens 8a, and shown in FIG. 4B by the low NA objective lens 8b. 1248 images of such pupil images are obtained.
  • 1248 pupil images as shown in FIG. 7 are obtained.
  • the diffracted light H with a high incident angle is generated from the diffracted light (such as 41a) with a added to the number in the pupil image of FIG. 4A (or the pupil image of FIG. 7).
  • the optimal order diffracted light is selectively extracted from the image.
  • diffracted light L with a low incident angle is generated from diffracted light (such as 41b) with b added to the number in the pupil image of FIG. 4B (or the pupil image of FIG. 7).
  • the optimal order diffracted light is selectively extracted from the obtained pupil image. A method for determining the optimum order will be described later.
  • the diffracted light H (for example, the first-order diffracted light H1) with a high incident angle is selectively extracted from the pupil image of 1248 images, and the brightness of the diffracted light H is developed on 1248 wafer coordinates and shown as a map in FIG. And FIG. Specifically, since the wafer coordinates of 1248 points are obtained from the coordinates of 12 points in the shot and the position coordinates of the shot, the brightness of the diffracted light H at 1248 points can be developed in the wafer coordinate system. Then, for example, FIG. 12 and FIG. 13 are obtained by creating a contour map of the wafer coordinate system of brightness.
  • FIG. 12 shows a case where there is no influence of the base, and since the multilayer film as shown in FIGS. 33 and 34 is affected by the base, the diffracted light H at a high incident angle is shown in FIG.
  • luminance unevenness occurs in the surface of the wafer.
  • FIG. 13 the vicinity of the center of the reference wafer 100 is dark, and the upper right portion of the reference wafer 100 is darker than the lower left portion.
  • FIG. 14 is a plot of CD values measured by CD-SEM for all measurement points (1248 points) on the horizontal axis and the luminance value of the diffracted light H at a high incident angle on the vertical axis.
  • the CD value on the horizontal axis in FIG. 14 was normalized with the average of the standard exposure shots being 1. As can be seen from FIG. 14, as the CD value increases, the diffracted light H due to a high incident angle also increases.
  • the diffracted light H with a high incident angle contains a relatively large amount of signals from the uppermost layer 500, and therefore, diffracted light depending on the CD value variation is captured.
  • the variation in the diffracted light H in the standard exposure shot indicated by the black circle is larger than the variation in the diffracted light L in the high / low exposure shot indicated by the gray cross. This is because shots occupy and the influence of the substrate becomes more prominent toward the outer peripheral side of the wafer, and a signal from the substrate rides on the diffracted light H.
  • the variation of the diffracted light H in the standard exposure shot (black circle) is about 10 (meaning 10 on the vertical scale), and this value is a change of about 0.4 of the normalized CD value on the horizontal axis.
  • the CD value 1
  • the diffracted light H is affected by the background, so that the CD value is regarded as changing by about 40%. This makes it impossible to correctly detect CD value fluctuations.
  • FIG. 15 is a plot of CD values measured by CD-SEM for all measurement points (1248 points) on the horizontal axis and the luminance value of the diffracted light L at a low incident angle on the vertical axis.
  • the CD value on the horizontal axis in FIG. 15 standardizes the average of standard exposure shots as 1. As can be seen from FIG. 15, even if the CD value changes, the luminance value of the diffracted light L due to the low incident angle does not change.
  • the diffracted light L due to the low incident angle does not include any signal from the uppermost layer 500 and thus does not depend on the CD value fluctuation. That is, most of the information is background information.
  • Principle 1 The diffracted light H with a high incident angle is sensitive to CD value fluctuations, but includes the influence of the background.
  • Principle 2 The diffracted light L with a low incident angle is insensitive to CD value fluctuations and includes the influence of the background.
  • Principle 3 Underlying removal is performed under a condition in which the tendency of the influence of the ground in the wafer surface with the diffracted light H due to the high incident angle is similar to the tendency of the influence of the ground within the wafer surface with the diffracted light L due to the low incidence angle. Or background correction is possible.
  • FIGS. 14 and 15 are the results of setting optimum conditions (wavelength, incident angle, diffracted light order) that satisfy the above principles 1 to 3, and the optimum condition determination method is described later. Will be described in detail.
  • FIG. 16 is a graph in which the luminance values of the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle are plotted on the horizontal axis and the vertical axis at every measurement point (1248 points), respectively.
  • the measurement points of the standard exposure shot indicated by black circles are distributed in the upper right direction due to the influence of the background.
  • the extremely strong correlation along the composite vector HL1 is due to the principle 3 “the tendency of the influence of the ground in the wafer surface with the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle. This is because the tendency of the influence of the ground in the wafer surface satisfies the “similar condition”.
  • the diffracted light H due to the high incident angle increases with respect to the CD value, but the diffracted light L due to the low incident angle hardly changes.
  • the distribution is in a line.
  • FIG. 17 shows only the standard exposure shot measurement points plotted with respect to the diffracted light H (horizontal axis) at a high incident angle and the diffracted light L (vertical axis) at a low incident angle.
  • the linear regression line 170 by the least square method is expressed by the following equation (1).
  • the inverse function of the equation (1) represents the ground component of the diffracted light H with a high incident angle obtained from the diffracted light L with a low incident angle.
  • a background correction value H * is obtained.
  • the background correction value H * is expressed by the following equation (2).
  • the background correction value H * corresponds to the background signal in the diffracted light H with a high incident angle converted from the diffracted light L with a low incident angle, and this was referred to as a background correction value. Therefore, the value obtained by subtracting the background correction value H * from the diffracted light H with the measured high incident angle is obtained by removing the background signal, and is expressed by the following equation (3).
  • the expression (3) only removes the background unevenness in the surface of the wafer, and the unevenness varies from wafer to wafer (diffracted light H due to the high incidence angle on the average is increased over the entire wafer due to the influence of the background). Has not yet been corrected). The latter correction will be described later.
  • the vertical axis represents the calculation result HH * by the expression (3) with respect to the CD value (horizontal axis). If it is taken, the result from which the influence of the foundation
  • substrate was removed will be obtained. That is, the measurement point of the standard exposure shot indicated by a black circle in FIG. 18 has an upward extension (variation V1 of the diffracted light H due to a high incident angle at a CD value 1) as a result of removing the influence of the background. It has been eliminated, and it shows mere measurement variation. Similarly, in the high / low exposure shots indicated by the gray crosses in FIG.
  • CD 0.987 + ⁇ 0.0355 ⁇ (H ⁇ H *) ⁇ ⁇ [0.00101 ⁇ ⁇ (H ⁇ H *) ⁇ 0.0831 ⁇ 2 ] (4)
  • the pupil images of all 104 shots are measured at 12 points in the shot, and the high incidence angle is obtained from the 1248 pupil images.
  • the diffracted light H and the diffracted light L with a low incident angle are obtained, the diffracted light H with a high incident angle varies from wafer to wafer and from lot to lot within the surface of the wafer 5. Therefore, the background correction and CD value conversion means will be described below.
  • FIG. 19 is a plot of diffracted light H (horizontal axis) with a high incident angle and diffracted light L (vertical axis) with a low incident angle at 1248 points on the wafer surface in a certain lot. Since each base influence tendency is the same, it has a linear relationship. The detailed situation is shown in FIG. 20 and FIG.
  • FIG. 20 is a three-dimensional representation of the relationship between 1248 XY coordinates on the wafer surface (one axis of the two-dimensional shot array is the X axis and the other axis is the Y axis) and the diffracted light H at a high incident angle. It is.
  • FIG. 21 is a three-dimensional representation of the relationship between 1248 XY coordinates on the wafer surface and the diffracted light L with a low incident angle.
  • the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle have diffracted light intensity distributions rising on the outer peripheral side of the frying pan, and are similar to each other. ing.
  • the origin is the center of gravity of the diffracted light H with a high incident angle or the diffracted light L with a low incident angle.
  • FIG. 19 is compared with FIG. 17, the distribution positions are different although the inclinations are similar.
  • both FIG. 19 and FIG. 17 have comet-shaped tails, and the tail portions (tail 195 in FIG. 19 and tail 175 in FIG. 17) are shown in FIG. 20 and FIG.
  • the head portion of the comet (head 196 in FIG. 19 and head 176 in FIG. 17) is a frying pan-shaped bottom (fry pan bottom 206 in FIG. 20, located inside the wafer, and FIG. 20).
  • FIG. 22 shows the relationship between the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle with respect to 12 points in the shot of the central shot (the central shot 107 in FIG. 11).
  • a group 221 in FIG. 22 is a value in the reference wafer 100
  • a group 222 in FIG. 22 is a value in the wafer 5 in a certain lot.
  • the value of the diffracted light H by the high incident angle is offset by about 10
  • the value of the diffracted light by the low incident angle is offset by about 30.
  • the raised shape of the frying pan type (the comet tail portion) is similar, but the bottom value of the frying pan (the bottom portion of the frying pan) is offset.
  • the average luminance values of the group 221 of the reference wafer 100 with respect to the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle are set as Hc0 and Lc0, respectively.
  • symbol means the center shot (Center).
  • (Hc0, Lc0) (41.27, 72.65).
  • the average luminance values of the group 222 of the wafers 5 in a certain lot with respect to the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle are Hca and Lca, respectively.
  • (Hca, Lca) (31.60, 47.86).
  • the offset amount of the center shot that is, (Hc0 ⁇ Hca) and (Lc0 ⁇ Lca).
  • a primary conversion is performed. Specifically, when the measured values (luminance values) of the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle are Ha and La, respectively, for each measurement point, the following equations (5) and (6 ) To perform the primary conversion.
  • H obtained by equation (5) is applied to equation (3).
  • H * in equation (3) is obtained by applying L obtained in equation (6) to equation (2).
  • the CD value can be obtained by applying HH * obtained by the equation (3) to the equation (4).
  • the arithmetic processing part 30 determines with a corresponding shot being a defective shot, when the calculated
  • FIG. 23 shows CD values calculated using the relationship shown in FIG. 14 for the wafer 5 in a certain lot.
  • FIG. 24 shows CD values calculated by performing background correction using the diffracted light L at a low incident angle according to the equations (2), (3), and (4).
  • the background unevenness (fry pan type swell) in the wafer surface was corrected, since correction for each wafer was not performed, the average value of CD values was about 0.88, and the standard deviation was about 0.022.
  • the background correction is performed using all the background correction techniques of the present embodiment (that is, using the formulas (2), (3), (4), (5), and (6)).
  • the calculated CD value is shown.
  • the accuracy can be judged appropriately with respect to the standard.
  • the background correction within the wafer surface and the background correction for each wafer can be performed, and an accurate CD value can be calculated. That is, the surface state of the wafer 5 can be accurately detected even with the diffracted light H having a high incident angle including the influence of the base.
  • FIG. 26 shows the relationship between the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle at a blue wavelength with respect to the reference wafer 100. The combinations are shown for each order (first to tenth) of the diffracted light L at a low incident angle.
  • FIG. 26 is referred to as an order matrix of the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle.
  • Each of the 10 ⁇ 10 matrices shows a diffracted light H with a high incident angle on the horizontal axis and a diffracted light L with a low incident angle on the vertical axis.
  • a graph 260 surrounded by a broken line is at the position of coordinates (H10, L10) in a 10 ⁇ 10 matrix, so the horizontal axis indicates the 10th-order diffracted light H10 with a high incident angle, and the vertical axis indicates low incidence.
  • the 10th-order diffracted light L10 by an angle is shown.
  • Principle 1 The diffracted light H with a high incident angle is sensitive to CD value fluctuations, but includes the influence of the background.
  • Principle 2 The diffracted light L with a low incident angle is insensitive to CD value fluctuations and includes the influence of the background.
  • Principle 3 Underground removal is performed under a condition in which the tendency of the influence of the ground in the wafer surface with the diffracted light H due to the high incident angle is similar to the tendency of the influence of the ground within the wafer surface with the diffracted light L due to the low incidence angle Or background correction is possible.
  • FIG. 26 order matrix of diffracted light H with a high incident angle at a blue wavelength and diffracted light L with a low incident angle
  • FIG. 27 diffiffraction with a high incident angle at a green wavelength
  • Comparison is made between the light H and the order matrix of the diffracted light L with a low incident angle
  • FIG. 28 the order matrix of the diffracted light H with a high incident angle and a diffracted light L with a low incident angle at a red wavelength.
  • FIG. 27 and FIG. 28 there is no combination of orders satisfying the optimum conditions a) and b).
  • FIG. 26 blue wavelength
  • the case of the seventh-order diffracted light H7 with a high incident angle is shown in FIG. 29, and the case of the seventh-order diffracted light L7 with a low incident angle is shown in FIG.
  • the next-order diffracted light H7 has a shape in which the straw hat is turned over, but the seventh-order diffracted light L7 having a low incident angle has a shape in which the edge of the straw hat is asymmetric and cannot be said to be similar. That is, the above principle 3 is not satisfied.
  • only the low order (order 1 to 4) diffracted light having a blue wavelength among the three wavelengths is a combination that satisfies the above principles 1 to 3.
  • optimum condition determination method first, a number of points on the surface of the reference wafer 100 are measured at several wavelengths. Next, an order matrix of the diffracted light H with a high incident angle and the diffracted light L with a low incident angle is created for each wavelength from the measured pupil image. Then, the optimum conditions (wavelength / order) satisfying the above principles 1 to 3 are determined from the created order matrix.
  • the optimum low incident angle condition is determined using the variable deformation aperture stop 63 shown in FIGS. 8 and 9, and the diffracted light H and the low intensity due to the high incident angle at that time are determined. It is possible to determine the optimum condition (wavelength / order) from the order matrix of the diffracted light H by the incident angle. According to the surface inspection apparatus 50 shown in FIG. 5, it is possible to simultaneously enter a high incident angle and a low incident angle, and it is possible to separately extract and extract diffracted light of an arbitrary order from the captured pupil image. Easy to.
  • the optimal condition determination method as described above is effective in the following cases. That is, when the application to a different process (for example, gate line, bit contact process, bit line process, etc.) and the process conditions (film thickness, etc.) are changed, the generation is changed (for example, from 50 nm generation to 40 nm generation). Etc. In such a case, since the influence of the base changes if the film structure or film thickness changes, a step (step) for determining an optimum condition satisfying the above principles 1 to 4 is executed before the surface inspection. .
  • a different process for example, gate line, bit contact process, bit line process, etc.
  • the process conditions film thickness, etc.
  • FIG. 31 and FIG. 32 show the state of incidence of P-polarized light at the light source wavelength.
  • FIG. 31 shows an example of the relationship between the CD value change (horizontal axis) and the diffracted light H (vertical axis) due to a high incident angle in the reference wafer 100, and is insensitive to CD value fluctuations. I understand. That is, the above principle 1 is not satisfied.
  • FIG. 31 shows an example of the relationship between the CD value change (horizontal axis) and the diffracted light H (vertical axis) due to a high incident angle in the reference wafer 100, and is insensitive to CD value fluctuations.
  • the potato chips type is asymmetric and is different from the frying type that can achieve high CD conversion accuracy. For these reasons, it can be seen that P-polarized light is inferior to S-polarized light.
  • the difference between the measured value average of the center shot on the measurement wafer 5 and the measured value average of the center shot 107 on the reference wafer 100 is different.
  • the center shot is compared as an initial setting, if the center shot is not a non-defective product (for example, a shot including a defect such as defocus), the inside of the non-defective region is different from the center shot. It is preferable to compare the averages of measured values of the shots.
  • the automatic macro inspection apparatus 35 (see the two-dot chain line in FIG. 1) and the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment are communicably connected, and the high macro throughput automatic macro inspection apparatus 35 is used.
  • the result (information including the location of the non-defective shot and the location of the defective shot) may be input to the arithmetic processing unit 30, for example.
  • the automatic macro inspection apparatus 35 irradiates the semiconductor wafer with light, receives the diffracted light from the repetitive pattern on the wafer, and determines the amount of diffracted light from the parts with different CD values and pattern profiles. This configuration detects defects by detecting changes, and is often used in semiconductor factories.
  • Such an automatic macro inspection apparatus 35 can irradiate light on the entire surface of the wafer at one time, so that it can detect a defect location at high speed and can output the defect location to the outside as wafer coordinates.
  • the center shot and the reference wafer of the measurement wafer 5 are kept at the initial settings. Compare 100 center shots.
  • a defect is detected in the automatic macro inspection apparatus 35 and the wafer coordinate of the defect is a center shot, it is preferable to use a place near the center where there is no defect as a shot for comparison with the reference wafer 100.
  • the conventional surface inspection apparatus there has been a technique for minimizing the transmission of incident light to the ground using the wavelength of DUV (deep ultraviolet light) so as not to be affected by the ground.
  • DUV deep ultraviolet light
  • the DUV light source has disadvantages such as short life, high cost, and the need for chemical clean technology.
  • the background correction or background removal is not actively performed, it is not possible to obtain the quantitative property such as the CD value calculation.
  • the center shot on the reference wafer 100 is measured and offset correction is performed.
  • the present invention is not limited to this, and the CD measured by the CD-SEM 36 (see the two-dot chain line in FIG. 1).
  • the value may be used to compare with the CD value calculated by the present embodiment at the same location, and the offset correction may be made so as to be the same.
  • the CD-SEM 36 measures nine points in the center shot of the wafer 5 and the average value is SEM9
  • the CD conversion value calculated by this embodiment for the same shot is the average value at 12 points in the shot.

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Abstract

　下地の影響を含んだ回折光であっても、最上層の欠陥やＣＤ値変動等といったウェハの表面状態を正確に検出することが可能な表面検査装置を提供する。　表面検査装置（１）において、照明光学系（１０）は、ウェハ（５）の表面状態の変化に敏感な高入射角でウェハ（５）の表面に入射する第１照明光および、鈍感な低入射角でウェハ（５）の表面に入射する第２照明光をそれぞれウェハ（５）の表面に照射し、検出光学系（２０）は、高入射角による回折光および低入射角による回折光をそれぞれ検出し、演算処理部（３０）は、検出光学系（２０）により検出された高入射角による回折光および低入射角による回折光の情報に基づいて、ウェハ（５）の下層による影響を補正してＣＤ値を求めるように構成される。

Description

表面検査装置および表面検査方法
　本発明は、半導体製造工程においてウェハの表面欠陥や線幅（もしくはホール径）のＣＤ値変動を検出可能な表面検査装置および方法に関する。
　近年の半導体装置は、処理の高速化や低消費電力化、記憶容量増加を図るために、パターンが微細化する傾向にある。また同時に、半導体装置の製造工程で発生する欠陥の検出性能や、線幅(以下、ＣＤ（クリティカル・ディメンジョンの略）と称する)の管理要求も厳しくなってきている。露光工程で発生したウェハの表面欠陥やＣＤ値変動が許容値を超えるものであった場合、該当するウェハまたはロットをリワーク工程に回し、且つ、問題の発生箇所を修正することで、良品の半導体ウェハを生産できるようにする。
　例えば、露光装置のフォーカス精度に問題があったときは、ウェハ表面に形成されるフォトレジストパターンの断面形状が変化してしまう。また、スキャン方式の露光装置では、スキャン速度のブレによって露光量のバラツキとなり、ＣＤ値が変動してしまう。これらの結果、エッチング後、ＣＤ値が規格外になったり、断線の原因となったりする。問題となる現象は複合的であり、早期発見・問題解消できなければ、多数のロットが不良となり、大きな損失を被ることになる。
　したがって、露光工程直後の欠陥検出や、ＣＤ値管理は非常に重要である。欠陥を自動で検査する装置としては、半導体ウェハに照明光を照射して、ウェハ上の繰り返しパターンからの回折光を受光し、欠陥からの回折光ではＣＤ値が異なるために回折光量が変化することを利用して欠陥を検出する方法が非常に有効であり、実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。マクロ検査装置と称されるこのような欠陥検査装置は、ウェハの全面一括撮像による高いスループットを有するので、生産ラインで大いに活躍している。ただし、装置の性質上、微小領域における高分解能検査やＣＤ値変動量の定量的出力には限界がある。
　一方、ＣＤ値を管理するための装置として、ＣＤ－ＳＥＭ（Critical-Dimension Scanning Electron Microscope）と称される（測長ＳＥＭとも称される）電子顕微鏡装置がある。ＣＤ－ＳＥＭは、電子線を用いて、ライン・アンド・スペース（以下、Ｌ＆Ｓと称する）の線幅や、コンタクト・ホール（以下、Ｃ／Ｈと称する）の穴径もしくは隣接Ｃ／Ｈとの間隔を測定し、ＣＤ値として出力可能に構成されており、ＣＤ値が規格内かどうかを定量的に判断することができる。このように、ＣＤ－ＳＥＭは、測定機として活躍しているものの、１点の測定に約５秒の時間を要するため、ウェハ全面の測定は困難であり、ウェハ表面内の数ショットについて、ショット内の数点をしかも、１ロットあたり1枚程度の抜き取り検査で測定・管理しているのが現状である。
　このような従来の欠陥検査およびＣＤ値管理の状況を鑑みて、高速でありながら定量的な判断が可能な検査装置が求められている。定量性の確保および向上を図る上で障害となるのは、下地（下層）の影響である。これを、図３３を用いて説明する。例えば、ＤＲＡＭやフラッシュメモリ等におけるホール工程検査の場合、半導体ウェハ５（以下、ウェハ５と称する）の被検査面（表面）を形成する最上層５００はフォトレジストであり、露光工程により、コンタクト・ホール５１０が繰り返し周期５２０をもって形成されている。最上層５００の下にはエッチング耐性を有する層５３０があり、エッチング技術により、断面形状の整った深い穴がさらに下の層にまで形成されるようになっている。エッチング耐性を有する層５３０の下には、絶縁層５４０を介してゲート線５５０が設けられている。
　最上層５００に光５６０を照射すると、コンタクト・ホール５１０から回折光が発生する。一般に、正反射方向の回折光を０次回折光６００と称する。０次回折光６００から離れるにしたがって、順次、１次回折光６１０、２次回折光６２０、３次回折光６３０…と称する。隣の回折光とのなす角度は、光５６０の波長および、コンタクト・ホール５１０の繰り返し周期５２０に依存し、光５６０の波長が短いほど、また、繰り返し周期５２０が大きいほど隣の回折光となす角は小さくなる。それぞれの回折光の強度は、光５６０の波長や、最上層５００の透過率・吸収・膜厚、コンタクト・ホール５１０のＣＤ値のみならず、コンタクト・ホール５１０の断面形状等にも左右される。最初の露光工程（たとえば活性領域を作成する素子分離工程）の場合は、下地がないので、上記のような関係で回折光の強度が決定される。そのため、露光工程におけるフォーカス変動や露光量変動等の問題により、コンタクト・ホール５１０のＣＤ値や断面形状が変化した場合には、回折光量が変化し、その変化量から欠陥検出が可能となる。
　しかし、図３３のような下層が存在する場合は、光５６０は最上層５００を透過する透過光５７０となって、エッチング耐性を有する層５３０および絶縁層５４０を経て、ゲート線５５０に達する。その結果、ゲート線５５０からも回折光５８０が発生する。ゲート線５５０の繰り返し周期５９０がコンタクト・ホール５１０の繰り返し周期５２０と同一である場合には、最上層５００から射出されるゲート線５５０の０次回折光７００、１次回折光７１０、２次回折光７２０、および３次回折光７３０は、それぞれ、最上層５００のコンタクト・ホール５１０の０次回折光６００、１次回折光６１０、２次回折光６２０、および３次回折光６３０と同じ回折角となる。ゲート線５５０の繰り返し周期５９０がコンタクト・ホール５１０の繰り返し周期５２０と同一でなくても、整数倍の関係であれば、整数倍の次数同士において、最上層５００からの各回折光６００～６３０にゲート線５５０からの各回折光７００～７３０が混ざってしまう。また、光５６０の波長がある幅を持っていると、波長によっては、最上層５００からの各回折光６００～６３０にゲート線５５０からの各回折光７００～７３０が混ざってしまう場合もある。ゲート線５５０からの各回折光７００～７３０がいつも一定であるならば、その分を単純に差し引くことで最上層５００の欠陥検出が可能であるが、実際には、下地（下層）の影響にばらつきが生じてしまう。
　下地の影響は、ロットごと、ロット内のウェハごと、およびウェハ面内の場所によって異なる。この様子を、図３４（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。なお、各図における同一部材には、同一番号を付している。
　図３４（ａ）は、ゲート線５５０の高さが場所によって異なる場合である。ゲート線５５０の作成後、一度絶縁層５４０を形成し、その後ＣＭＰ処理行ってゲート線５５０の高さを均一にする。ＣＭＰ処理では、研磨パッドとともにウェハを回転させながら研磨を行うが、このとき、ウェハの外周側を研磨しすぎてゲート線５５０の高さが低くなってしまう場合がある。プロセス管理上は問題のない高さ変動であっても、回折光の強度は高さ方向の変動に比較的敏感であるので、あたかも、最上層５００におけるコンタクト・ホール５１０のＣＤ値や断面形状が、ウェハの外周側で変動したように見えてしまうことになる。また、研磨状態でのウェハの載置場所や研磨装置の差により、ウェハやロットによって影響は異なる。
　図３４（ｂ）は、例えば、ＣＶＤ作成を行うときのムラや温度管理等によって、エッチング耐性を有する層５３０の厚さが不均一となる場合である。透過光５７０またはゲート線５５０の回折光５８０がエッチング耐性を有する層５３０を透過するとき、透過光量または吸収光量がエッチング耐性を有する層５３０の膜厚に依存するので、ウェハ表面での下地ムラとなる。ウェハ表面での下地ムラとならず均一であっても、ウェハごと、ロットごとでの差は、下地回折光の差となる。
　図３４（ｃ）は、ゲート線５５０の作成段階においてプロセス管理上問題が発生し、ゲート線幅自身が変化したケースである。回折光は、繰り返し周期および、ラインとスペースの比率に依存するので、ゲート線５５０の繰り返し周期５９０が同じでも、ゲート線幅が変われば変化する。
　なお、上記説明では、ゲート線５５０の回折光を例としてあげたが、実際には、ゲート線５５０だけではなく、さらにその下の活性領域層の回折光や、さまざまな繰り返し周期の、さまざまな次数の回折光など、下地の影響を一言でいっても、どこから発生している光なのかを特定し、議論することはきわめて難しい。
特開２００６－１０５９５１号公報
　このように、従来の回折光を用いた欠陥検査においては、下地の影響を含んだ回折光を受光するため、検査の精度を高めるには限界があった。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、下地の影響を含んだ回折光であっても、最上層の欠陥やＣＤ値変動等といった半導体基板の表面状態を正確に検出することが可能な表面検査装置および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、本発明に係る表面検査装置は、複数の層を有した半導体基板の表面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記半導体基板の表面からの回折光を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記回折光の情報に基づいて、前記半導体基板における表面状態の変化を検出する検査部とを備え、前記照明部は、前記半導体基板の垂線に対して第１入射角で前記半導体基板の表面に入射する第１照明光および、前記半導体基板の垂線に対して前記第１入射角とは異なる第２入射角で前記半導体基板の表面に入射する第２照明光を前記半導体基板の表面に照射し、前記検出部は、前記第１照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第１回折光および、前記第２照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第２回折光を検出し、前記検査部は、前記検出部により検出された前記第１回折光および前記第２回折光の情報に基づいて、前記複数の層において最も前記半導体基板の表面に近い最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出するように構成される。
　なお、上述の表面検査装置において、前記第２入射角は前記第１入射角よりも小さい角度であり、前記第２入射角による前記第２回折光に基づいて、前記第１入射角による前記第１回折光の前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出することが好ましい。
　また、上述の表面検査装置において、前記照明部は偏光部を有し、前記第１照明光および前記第２照明光は前記半導体基板の表面に対してＳ偏光成分を含むことが好ましい。
　また、上述の表面検査装置において、前記検査部は、表面状態の変化量が既知である基準基板の表面に前記第１照明光および前記第２照明光をそれぞれ照射して得られる前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めることが好ましい。
　また、上述の表面検査装置において、前記照明部は、光源からの光を前記半導体基板の表面に導いて前記第１照明光を照射する第１の対物レンズと、光源からの光を前記半導体基板の表面に導いて前記第２照明光を照射する第２の対物レンズと、前記第１の対物レンズもしくは前記第２の対物レンズのいずれか一方を選択的に切り替えて光路上に挿入する切替部とを有して構成されることが好ましい。
　また、上述の表面検査装置において、前記照明部は、瞳面または瞳面と共役な面上に設けられた絞り部材を有し、前記絞り部材は、光源からの光が通過して前記第１照明光が得られる第１の開口部と、光源からの光が通過して前記第２照明光が得られる第２の開口部とを有していることが好ましい。
　さらに、上述の表面検査装置において、前記検出部が前記第１回折光および前記第２回折光をそれぞれ分離して検出できるように、前記第１および第２の開口部と前記半導体基板との相対位置関係を設定する位置設定部が設けられていることが好ましい。
　また、上述の表面検査装置において、前記絞り部材は、前記第２の開口部を前記瞳面上で変位させる変位部材を有し、前記変位部材によって光軸から前記第２の開口部までの距離を変化させることにより、前記第２入射角を変えるようにしてもよい。
　また、上述の表面検査装置において、前記検査部で使用される前記第１回折光および前記第２回折光の次数、前記照明部により照射される前記第１照明光および前記第２照明光の波長、および前記第２入射角を決定する条件決定部を備えて構成されることが好ましい。
　また、上述の表面検査装置において、前記第１照明光および前記第２照明光の波長が可視光の波長領域であることが好ましい。
　また、上述の表面検査装置において、前記検出部は、瞳面もしくは瞳共役面における前記第１回折光および前記第２回折光を検出することが好ましい。
　また、本発明に係る表面検査方法は、複数の層を有した半導体基板の表面に照明光を照射し、前記照明光が照射された前記半導体基板の表面からの回折光を検出し、前記検出した前記回折光の情報に基づいて、前記半導体基板における表面状態の変化を検出する表面検査方法であって、前記半導体基板の垂線に対して第１入射角で前記半導体基板の表面に入射する第１照明光および、前記半導体基板の垂線に対して前記第１入射角とは異なる第２入射角で前記半導体基板の表面に入射する第２照明光を前記半導体基板の表面に照射する第１のステップと、前記第１照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第１回折光および、前記第２照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第２回折光を検出する第２のステップと、前記検出した前記第１回折光および前記第２回折光の情報に基づいて、前記複数の層において最も前記半導体基板の表面に近い最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出する第３のステップとを有している。
　なお、上述の表面検査方法では、前記第２入射角は前記第１入射角よりも小さい角度であり、前記第３のステップでは、前記第２入射角による前記第２回折光に基づいて、前記第１入射角による前記第１回折光の前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出することが好ましい。
　また、上述の表面検査方法において、前記第１のステップでは、前記第１照明光および前記第２照明光は前記半導体基板の表面に対してＳ偏光成分を含む光であることが好ましい。
　また、上述の表面検査方法では、前記第３のステップにおいて、表面状態の変化量が既知である基準基板の表面に前記第１照明光および前記第２照明光をそれぞれ照射して得られる前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めることが好ましい。
　また、上述の表面検査方法では、前記第３のステップにおいて、前記基準基板の表面から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報および、前記半導体基板の表面中央部近傍から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めるようにしてもよい。
　また、上述の表面検査方法では、前記第３のステップにおいて、前記基準基板の表面から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報および、前記半導体基板の表面全体を一括検査可能な欠陥検査装置により予め正常であると判定された前記半導体基板の正常部分から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めるようにしてもよい。
　また、上述の表面検査方法では、前記第３のステップにおいて、前記半導体基板の表面状態を部分的に計測可能な電子顕微鏡装置により予め計測された前記表面状態を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めるようにしてもよい。
　また、上述の表面検査方法では、前記第３のステップで使用する前記第１回折光および前記第２回折光の次数、前記第１のステップで照射する前記第１照明光および前記第２照明光の波長、および前記第２入射角を、前記第１から第３のステップを実行する前に決定する第４のステップを有することが好ましい。
　また、上述の表面検査方法では、前記第１照明光および前記第２照明光の波長が可視光の波長領域であることが好ましい。
　また、上述の表面検査方法では、前記第２のステップにおいて、光学系の瞳面もしくは瞳共役面における前記第１回折光および前記第２回折光を検出することが好ましい。
　本発明によれば、下地の影響を含んだ回折光であっても、半導体基板の表面状態を正確に検出することができる。
本発明に係る表面検査装置の全体構成を示す図である。 対物レンズを切り替えた表面検査装置を示す図である。 変形開口絞りを示す図である。 瞳面上の回折光の一例を示す図である。 表面検査装置の変形例を示す図である。 変形開口絞りの変形例を示す図である。 瞳面上の回折光の一例を示す図である。 可変変形開口絞りの分解図である。 可変変形開口絞りを示す図である。 本発明に係る表面検査方法を示すフローチャートである。 基準ウェハの模式図である。 基準ウェハで生じる回折光の輝度分布を示す模式図である。 基準ウェハで生じた実際の回折光の輝度分布を示す模式図である。 ＣＤ値と高入射角による回折光との関係を示す図である。 ＣＤ値と低入射角による回折光との関係を示す図である。 高入射角による回折光と低入射角による回折光との関係を示す図である。 標準露光量ショットのみについての、高入射角による回折光と低入射角による回折光との関係を示す図である。 ＣＤ値と下地補正信号との関係を示す図である。 実際のウェハにおける、高入射角による回折光と低入射角による回折光との関係を示す図である。 ウェハ表面上のＸＹ座標と高入射角による回折光との関係を３次元表示した図である。 ウェハ表面上のＸＹ座標と低入射角による回折光との関係を３次元表示した図である。 中央ショット内における高入射角による回折光と低入射角による回折光との関係を、基準ウェハと実際のウェハとで比較した図である。 実際のウェハについて、図１４の関係を用いて算出したＣＤ値を示すヒストグラムである。 下地補正だけを行って算出したＣＤ値を示すヒストグラムである。 下地補正およびオフセット補正を行って算出したＣＤ値を示すヒストグラムである。 青色の波長における高入射角による回折光と低入射角による回折光の次数マトリックスを示す図である。 緑色の波長における高入射角による回折光と低入射角による回折光の次数マトリックスを示す図である。 赤色の波長における高入射角による回折光と低入射角による回折光の次数マトリックスを示す図である。 高入射角による７次回折光の場合における、ウェハ表面上のＸＹ座標と高入射角による回折光との関係を３次元表示した図である。 低入射角による７次回折光の場合における、ウェハ表面上のＸＹ座標と低入射角による回折光との関係を３次元表示した図である。 Ｐ偏光入射の場合における、ＣＤ値と高入射角による回折光との関係を示す図である。 Ｐ偏光入射の場合における、ウェハ表面上のＸＹ座標と高入射角による回折光との関係を３次元表示した図である。 ウェハの表面で発生する回折光の一例を示す図である。 ウェハの表面に形成される各層の一例を示す図である。
　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。本実施形態の表面検査装置を図１に示しており、この表面検査装置１は、ステージ６と、対物レンズユニット７と、ビームスプリッタ９と、照明光学系１０と、検出光学系２０と、演算処理部３０とを主体に構成される。ウェハ５は、露光装置（図示せず）によるフォトレジストへの露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態でステージ６に載置される。
　ウェハ５の表面側には、図３３に示すように、ウェハ５の表面を形成する最上層５００と、最上層５００の下側に形成されたエッチング耐性を有する層５３０と、エッチング耐性を有する層５３０の下側に形成された絶縁層５４０等からなる複数の層が設けられている。また、ウェハ５の最上層５００（表面）には、露光工程により、コンタクト・ホール５１０が繰り返し周期５２０をもって形成されている。
　ステージ６は、真空吸着等によりステージ６上に載置されたウェハ５を保持する。また、ステージ６は、ウェハ５の表面に沿って縦横に水平移動可能に構成されるとともに、ウェハ５の表面に対する法線（鉛直方向の軸）を中心軸として回転可能に構成されている。
　照明光学系１０は、図１の右側から左側へ向けて配置順に、光源１１と、集光レンズ１２と、波長選択フィルター１３と、偏光フィルター１５と、変形照明開口絞り１６（以下適宜、変形開口絞りと称する）とを有して構成される。光源１１には、水銀ランプ等が用いられる。水銀ランプは、複数の波長（以下、λと略す場合がある）の光、例えば、ｅ線（λ＝５４６ｎｍ）、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）、ｈ線（λ＝４０５ｎｍ）、ｊ線（λ＝３１３ｎｍ）、さらにはλ＝２５０ｎｍ付近の光などを発生させる。これら複数の波長の光のうち、特定の波長の光のみを選択するために、波長選択フィルター１３を用いる。したがって、波長選択フィルター１３は、透過波長帯域の異なる切り替えフィルター１４により、透過させる波長もしくは波長帯域を選択的に切り替え変更可能な構成とすることが好ましい。
　なお、光源１１は、ハロゲンランプや青色励起型ＬＥＤ等の広い波長域を有する光源であってもよい。この場合、ハロゲンランプや青色励起型ＬＥＤの光は広い波長域を有しているため、波長選択フィルター１３は、例えば、青色、緑色、赤色を透過するようなフィルターであってもよい。ただし、異なる次数の回折光を分離するために、それぞれの波長域は制限される。
　光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および波長選択フィルター１３を透過したのち、偏光フィルター１５を透過する。偏光フィルター１５は、照明光をウェハ５に対してＳ偏光で入射させるか、Ｐ偏光で入射させるかを決定するために設けられている。本実施形態においては、照明光をウェハ５に対してＳ偏光で入射させるように偏光フィルター１５が設定される。また、無偏光入射とするため、光路中に偏光フィルター１５を設けないこともある。なお、Ｓ偏光とＰ偏光で、どのような差があるのか、どちらがよいのかなどに関しては後述する。
　偏光フィルター１５を透過した光は、詳細は後述する変形開口絞り１６の開口部１７を通過して、ビームスプリッタ９でウェハ５の方向（下方）へ反射したのち、図１に示す場合、対物レンズユニット７の高ＮＡ対物レンズ８ａを透過して、高ＮＡ（開口数）により比較的大きい入射角（なお入射角とは、ウェハ５の法線に対する入射光の角度として、光学的に定義される）でウェハ５の表面に入射する。対物レンズユニット７は、比較的高いＮＡ（開口数）が得られるように設定された高ＮＡ対物レンズ８ａと、高ＮＡ対物レンズ８ａよりも低いＮＡが得られるように設定された低ＮＡ対物レンズ８ｂと、高ＮＡ対物レンズ８ａもしくは低ＮＡ対物レンズ８ｂのいずれか一方をビームスプリッタ９とウェハ５との間の光路中に挿入する切替機構８ｃとを有して構成される。
　図１に示すように、切替機構８ｃにより高ＮＡ対物レンズ８ａが光路中に挿入された場合、上述したように、ビームスプリッタ９で反射して高ＮＡ対物レンズ８ａを透過した照明光（以下、第１照明光と称する）が比較的大きい第１入射角でウェハ５の表面に入射する。一方、図２に示すように、切替機構８ｃにより低ＮＡ対物レンズ８ｂが光路中に挿入された場合、低ＮＡにより、ビームスプリッタ９で反射して低ＮＡ対物レンズ８ｂを透過した照明光（以下、第２照明光と称する）が上述の第１入射角よりも小さい第２入射角でウェハ５の表面に入射する。低ＮＡ対物レンズ８ｂが光路中に挿入された状態を図２に示している。なお、対物レンズユニット７は、いわゆるレボルバー型の回転式対物レンズ変換機構であってもよい。なお、照明光の入射方向はウェハ５上のパターンの繰り返し方向と略一致している。
　検出光学系２０は、リレーレンズ２１と、２次元ＣＣＤ等の撮像素子２２とを有して構成される。図１に示すように、ウェハ５の表面に第１照明光が照射された場合、ウェハ５から発生する反射光または回折光は、高ＮＡ対物レンズ８ａおよびビームスプリッタ９を透過し、リレーレンズ２１により光路延長・拡大（ないし縮小）されて撮像素子２２に入射する。一方、図２に示すように、ウェハ５の表面に第２照明光が照射された場合、ウェハ５から発生する反射光または回折光は、低ＮＡ対物レンズ８ｂおよびビームスプリッタ９を透過し、リレーレンズ２１により光路延長・拡大（ないし縮小）されて撮像素子２２に入射する。撮像素子２２は、検出光学系２０の瞳面上に設けられており、当該瞳面上に入射したウェハ５からの反射光または回折光を電気信号に光電変換して、検出信号を演算処理部３０に出力する。なお、撮像素子２２にカラーＣＣＤを用いて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの出力を使うようにすれば、波長選択フィルター１３を不要とすることも可能である。
　ここで、変形開口絞り１６とその機能を、図３および図４を用いて説明する。図３は、変形開口絞り１６を光軸方向から見たもので、円盤状に形成された変形開口絞り１６の中心が光軸となる。変形開口絞り１６における光軸から偏心した位置に、円形の開口部１７が設けられている。これにより、ウェハ５に対して光軸からずれた光が入射することになる。高ＮＡ対物レンズ８ａと低ＮＡ対物レンズ８ｂの場合で、それらの入射角は異なるが、本実施形態では、高ＮＡ対物レンズ８ａのフルアパーチャー（対物レンズそのものの最大有効開口）は、ＮＡ＝０．９程度であり、変形開口絞り１６の開口部１７によって入射する光の入射角（第１入射角）は、ＮＡ＝０．７～０．８程度（第１入射角θ１＝６０度前後）である。
　この入射角は、フォトレジストの屈折率から計算されるブリュースター角に近い。ブリュースター角では、Ｐ偏光による入射光は、最上層５００でほとんど反射することなく、最上層５００を透過する。一方Ｓ偏光による入射光は、透過する成分も反射する成分もある。回折光強度は、反射率に依存するので、最上層５００からの回折光と、下層例えばゲート線５００からの回折光を考えた場合、Ｐ偏光入射の場合は、Ｓ偏光入射と比べて、下層からの回折光の影響を受けやすいことになる。実際に、Ｐ偏光入射は、Ｓ偏光入射に比べて下層からの回折光が強く観察される。そのため、偏光フィルタ（偏光子）１５によりＳ偏光成分が主となるように設定することで、下層からの回折光の強度を小さくし、相対的に最上層５００の表面状態変化（露光工程のフォーカスエラーや露光量エラー・像面異常による、コンタクト・ホール５１０のパターンプロファイルやＣＤ値の変動）を多く含んだ回折光を得ることができる。ただし、下地からの回折光をゼロにすることはできない。
　図４（ａ）は、高ＮＡ対物レンズ８ａを使用したときの撮像素子２２が検出した瞳画像を示す。図４（ａ）において、０次回折光４０ａに対し、次数に応じて１次回折光４１ａ～８次回折光４８ａまで図示した。なお、０次回折光４０ａの外側には、マイナス１次回折光３９ａが出る。図４（ａ）に示す回折光は、高ＮＡ対物レンズ８ａによる回折光なので、高入射角による回折光Ｈと総称し、以下の説明においては、大きい入射角（第１入射角）の光によって生じる回折光は、次数に応じた数字を付して、高入射角による回折光Ｈ１（１次回折光），Ｈ２（２次回折光）等と称する。なお、回折光のプラス・マイナスは、本実施形態において、便宜上に呼んでいるもので、光学上の正確さは、ここでは問わない。
　図４（ｂ）は、低ＮＡ対物レンズ８ｂを使用したときの撮像素子２２が検出した瞳画像を示す。図４（ｂ）において、０次回折光４０ｂに対し、次数に応じて１次回折光４１ｂ～８次回折光４８ｂまで、および、マイナス１次回折光３９ｂを示す。低ＮＡ対物レンズ８ｂの場合は、変形開口絞り１６の開口部１７を通過した光の入射角が小さくなる（より垂直入射に近くなる）ため、高ＮＡ対物レンズ８ａのときとは回折光の状況は異なる。Ｓ偏光では、低ＮＡ対物レンズ８ｂの入射角の場合は、ブリュースター角に近い高ＮＡ対物レンズ８ａを使用したときの入射角よりも、反射率が低くなり、透過率は大きくなるため、下層まで到達する光量は増え、高ＮＡ対物レンズ８ａを使用したときよりも下地の影響を大きく受ける。低ＮＡ対物レンズ８ｂからの低入射角による回折光なので、回折光Ｌと総称し、以下の説明においては、小さい入射角（第２入射角）の光によって生じる回折光は、次数に応じた数字を付して、低入射角による回折光Ｌ１（１次回折光），Ｌ２（２次回折光）などと称する。
　したがって、図４（ａ）と図４（ｂ）とを比較参照することにより、最上層回折光および下地回折光を含んだ高ＮＡ対物レンズ８ａ使用時の回折光の情報から、下地回折光を多く含んだ低ＮＡ対物レンズ８ｂ使用時の回折光の情報を差し引く（補正する）ことにより、下地の影響を除去できることが示唆される。なお、高ＮＡの対物レンズとして１００倍の対物レンズを用い、低ＮＡの対物レンズとして５０倍の対物レンズを用いた場合、１００倍の対物レンズの観察領域はφ１４０μｍであり、５０倍の対物レンズの観察領域はφ２８０μｍとなる。このように観察領域は異なるが、低ＮＡの観察領域は高ＮＡの観察領域をカバーしており下層の変動はこれらの範囲ではほぼ一定と見なせるため問題とはならない。
　以上のように構成される表面検査装置１を用いた表面検査方法について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、ウェハ５の表面に照明光を照射する（ステップＳ１０１）。このとき、最初は高ＮＡ対物レンズ８ａを使用することにすると、高ＮＡ対物レンズ８ａから第１照明光が高入射角でウェハ５の表面に照射される。
　そうすると、ウェハ５から発生した高入射角による回折光Ｈが、高ＮＡ対物レンズ８ａ、ビームスプリッタ９、およびリレーレンズ２１を透過し、瞳像を撮像素子２２に入射する。そこで、撮像素子２２により高入射角による回折光Ｈを検出し、演算処理部３０へ出力する（ステップＳ１０２）。
　次に、ウェハ５の表面に他の照明光を照射する（ステップＳ１０３）。このとき、切替機構８ｃにより高ＮＡ対物レンズ８ａから低ＮＡ対物レンズ８ｂに切り替えられ、低ＮＡ対物レンズ８ｂから第２照明光が低入射角でウェハ５の表面に照射される。
　そうすると、ウェハ５から発生した低入射角による回折光Ｌが、低ＮＡ対物レンズ８ｂ、ビームスプリッタ９、およびリレーレンズ２１を透過し、瞳像を撮像素子２２に入射する。そこで、撮像素子２２により低入射角による回折光Ｌを検出し、演算処理部３０へ出力する（ステップＳ１０４）。
　そして、演算処理部３０は、後述の方法によって、高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌの情報（輝度値）に基づき、最上層５００よりも下側の下層による影響を補正・除去したＣＤ値を求める（ステップＳ１０５）。なお、高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌを検出する順序は、逆であってもよい。
　ここで、表面検査装置の変形例について説明する。図５は、変形例に係る表面検査装置５０を示す構成図で、図１と同一部材には同一番号を付している。変形例に係る表面検査装置５０は、ステージ６と、高ＮＡ対物レンズ（１００倍、ＮＡ約０．９）８ａと、ビームスプリッタ９と、照明光学系６０と、検出光学系２０と、演算処理部３０とを主体に構成される。照明光学系６０は、図５の右側から左側へ向けて配置順に、光源１１と、集光レンズ１２と、波長選択フィルター１３と、偏光フィルター１５と、変形照明開口絞り６１（以下適宜、変形開口絞りと略す）とを有して構成される。光源１１から放出された光は、集光レンズ１２、波長選択フィルター１３、および偏光フィルター１５を透過し、詳細は後述する変形開口絞り６１の第１開口部６２ａおよび第２開口部６２ｂを通過して、ビームスプリッタ９でウェハ５の方向（下方）へ反射したのち、高ＮＡ対物レンズ８ａを透過してウェハ５の表面に入射する。
　円盤状に形成された変形開口絞り６１には、開口部である第１開口部６２ａおよび第２開口部６２ｂが形成されている。なお、本変形例における第１開口部６２ａおよび第２開口部６２ｂはともに直径約１００μｍの大きさで設けられている。変形開口絞り６１の直径は約４ｍｍであるので、直径１００μｍの開口部を透過し入射して得られる回折光は次数ごとに十分に分離可能である。変形開口絞り６１をその光軸方向から見た様子を図６に示す。変形開口絞り６１における光軸から第１開口部６２ａまでの距離は、図３に示す変形開口絞り１６の開口部１７と同一である。また、本構成においては、対物レンズとして高ＮＡ対物レンズ８ａだけを有している。その結果、変形開口絞り６１の第１開口部６２ａを通過した照明光は、図１の構成で高ＮＡ対物レンズ８ａを使用した場合と同一の入射角でウェハ５の表面に入射する。また、変形開口絞り６１における光軸から第２開口部６２ｂまでの距離は、図１の構成で低ＮＡ対物レンズ８ｂを使用した場合（図２の場合）と同一の入射角が得られるように設けられている。その結果、第１開口部６２ａおよび第２開口部６２ｂによって得られる照明光の入射角はそれぞれ、図１および図２の構成によってそれぞれ得られる入射角と等価になる。このように、変形開口絞り６１に２つの開口部６２ａ，６２ｂを形成することで、高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌを一度に検出することができ、また、対物レンズの構成を単純にすることができる。
　ただし、図１および図２の構成と同じウェハ５の向き（光軸に対するウェハ５表面の回転向き）であると、第１開口部６２ａによる回折光と第２開口部６２ｂによる回折光は重なり合って区別することが難しい。そこで、ステージ６により、ウェハ５の中心を回転中心としてウェハ５を１０～２０度程度回転させるようにすることが好ましい。これにより、照明光がウェハ５上のパターンの繰り返し方向とずれてしまうが、図７に示すように、ウェハ５の回転に応じて、第１開口部６２ａおよび第２開口部６２ｂによる回折光が瞳面上でそれぞれ離れるように回転移動するため、第１開口部６２ａによる回折光と第２開口部６２ｂによる回折光を分離して検出することが可能になる。なお、図７においては、第１開口部６２ａによる０次回折光７０ａ、１次～９次回折光７１ａ～７９ａ、およびマイナス１次回折光６９ａと、第２開口部６２ｂによる０次回折光７０ｂ、１次～７次回折光７１ｂ～７７ｂ、およびマイナス１次～マイナス３次回折光６７ｂ～６９ｂが、互いに平行にシフトした状態で並んでいる。
　また、図７において、第１開口部６２ａによる０次回折光７０ａおよび１次～９次回折光７１ａ～７９ａなどが、前述の高入射角による回折光Ｈに相当する。同様に、第２開口部６２ｂによる０次回折光７０ｂおよび１次～７次回折光７１ｂ～７７ｂなどが、前述の低入射角による回折光Ｌに相当する。
　ところで、低入射角による回折光Ｌを得るための最適な入射角については、相対的に最上層５００の表面状態変化（露光工程のフォーカスエラーや露光量エラーによる、コンタクト・ホール５１０のパターンプロファイルやＣＤ値の変動）をほとんど含まず、下地情報を多く含んだ回折光を得ることが好ましい。この要求に見合う入射角条件は、常に同じとは限らず、ウェハ５を構成している、膜種、膜厚、最上層や下層のパターン種類（ライン・アンド・スペースまたはコンタクト・ホール）や繰り返しピッチ等、計算しがたい多くの物理量によって決定される。そこで、半導体ウェハの世代（７２ｎｍ、６８ｎｍ、５４ｎｍといったＤＲＡＭ世代や、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍといったフラッシュメモリ世代）ごとに、開発されるプロセス構造ならびに、同一品種・同一世代であっても、ゲート線やビット線、ビット・コンタクトやキャパシタ・コンタクトといった工程に応じて、低入射角による回折光Ｌを得るための最適な入射角を決定すべきである。そこで、２つの開口部６２ａ，６２ｂを有する変形開口絞り６１の発展タイプとして、図８および図９に示す低入射角可変の可変変形開口絞り６３が有効である。
　可変変形開口絞り６３は、図８（ａ）に示す固定変形開口絞り６４と、図８（ｂ）に示す回転変形開口絞り６５とを有して構成される。図８（ａ）および図８（ｂ）と別々に示しているが、実際は、各々の円形中心を同軸として、固定変形開口絞り６４と回転変形開口絞り６５とを重ね合わせることにより、２つの開口部６２ａ，６２ｂを有する変形開口絞り６１と同様の機能を有する。円盤状に形成された固定変形開口絞り６４には、図８（ａ）に示すように、高入射角用の第１開口部６４ａおよび、第１開口部６４ａの内側(光軸寄り)に径方向に延びる第１の長孔６４ｂが形成されている。なお、固定変形開口絞り６４の中心６４ｃは光軸と一致する。
　円盤状に形成された回転変形開口絞り６５は、図８（ｂ）に示すように、回転変形開口絞り６５の中心６５ｃ(光軸と一致)を回転中心として回転可能に構成される。回転変形開口絞り６５には、カタカナの「ノ」の字型に第２の長孔６５ｂが形成されており、当該第２の長孔６５ｂは、回転変形開口絞り６５の回転角度に応じて中心６５ｃからの距離が変化するように設定される。図９（ａ）は、固定変形開口絞り６４と回転変形開口絞り６５とを、それぞれの中心６４ｃ，６５ｃが一致するように重ね合わせたものである。図９（ａ）からわかるように、可変変形開口絞り６３には、第１の長孔６４ｂと第２の長孔６５ｂの重なりによって低入射角用の第２開口部６６ｂが形成され、当該第２開口部６６ｂは、回転変形開口絞り６５の回転に応じて、例えば図９（ａ）から図９（ｂ）に示すように光軸からの距離が変化する。したがって、低入射角による回折光Ｌを得るときに、回転変形開口絞り６５を回転させて入射角を変化させるようにすれば、最適な低入射角条件に設定することが可能となる。
　次に、本実施形態の表面検査方法における、基準ウェハを使った原理・アルゴリズムの説明を行う。そこで、原理・アルゴリズム説明のために、図１１のような基準ウェハ１００の測定結果と処理結果を示す。
　基準ウェハ１００の破線で囲んだ露光ショット１０１は全部で１０４個あるが、このうち、図１１における上から３行目および５行目に位置する第３ショット行１０２および第５ショット行１０３は、露光量を順次増やして露光したショット（高露光量ショットと呼び、計２０ショット）である。また、図１１における上から７行目および９行目に位置する第７ショット行１０４および第９ショット行１０５は、露光量を順次減らして露光したショット（低露光量ショットと呼び、計２０ショット）である。そして、高露光量ショットおよび低露光量ショット以外のショット（例えば、ショット１０６）は、すべて標準露光量で露光したショット（標準露光量ショットと呼び、計６４ショット）である。その結果、第３ショット行１０２、第５ショット行１０３、第７ショット行１０４、および第９ショット行１０５では、ＣＤ値（コンタクト・ホールのホール径、もしくは、ライン・アンド・スペースの線幅）が変化している。
　あるいは、基準ウェハ１００として、露光時にデフォーカスさせて、第３ショット行１０２および第５ショット行１０３は、デフォーカス量を順次プラス側に振っていって露光したショット（プラス・デフォーカス・ショット）とし、第７ショット行１０４および第９ショット行１０５は、デフォーカス量を順次マイナス側に振って露光したショット（マイナス・デフォーカス・ショット）とし、それ以外のショット（例えば、ショット１０６）は、ベスト・フォーカス条件で露光したショット(ベスト・フォーカス・ショット)として、パターンプロファイルを変化させてもよい。このようして得られた基準ウェハは、前述のＣＤ－ＳＥＭにより寸法測定され、例えば、露光量変動に応じたＣＤ値として定量化することができる。以下の説明では、露光量変化の場合を示すが、本実施形態は、デフォーカスさせた基準ウェハを使用した、デフォーカス欠陥検査・測定においても適用可能である。
　基準ウェハ１００の計測は、次のように行う。まず、ステージ６の移動により、ショット内を１２点（横４点＊縦３点）ずつ、１０４個のショット全部の瞳画像を測定する。その結果、１２×１０４＝１２４８点の瞳画像が得られる。図１および図２に示す表面検査装置１においては、高ＮＡ対物レンズ８ａにより図４（ａ）に示すような瞳画像が１２４８画像得られ、低ＮＡ対物レンズ８ｂにより図４（ｂ）に示すような瞳画像が１２４８画像得られる。なお、図５に示す表面検査装置５１においては、図７に示すような瞳画像が１２４８画像得られる。
　図４（ａ）の瞳画像（または、図７の瞳画像）における番号にａを付した回折光（４１ａなど）からは、高入射角による回折光Ｈが生じているので、得られた瞳画像から最適な次数の回折光を選択抽出する。同様に、図４（ｂ）の瞳画像（または、図７の瞳画像）における番号にｂを付した回折光（４１ｂなど）からは、低入射角による回折光Ｌが生じているので、得られた瞳画像から最適な次数の回折光を選択抽出する。なお、最適次数の決定方法は後述する。
　高入射角による回折光Ｈ（例えば、１次回折光Ｈ１）を１２４８画像の瞳画像から選択抽出し、回折光Ｈの輝度を１２４８点のウェハ座標に展開して、マップとして示したのが図１２および図１３である。具体的には、１２４８点のウェハ座標はショット内の１２点の座標とショットの位置座標から求められるので、１２４８点の回折光Ｈの輝度はウェハ座標系に展開できる。そして、例えば輝度のウェハ座標系等高線マップを作成することにより、図１２および図１３が得られる。露光量を変化させたショット行１０２，１０３，１０４，１０５ではＣＤ値が変化しているので、高入射角による回折光Ｈは、標準ショット１０６と比較して、ＣＤ値に応じて明るく、もしくは暗くなる。しかしながら、図１２は下地の影響がない場合を示したものであり、図３３および図３４に示すような多層膜では下地の影響を受けるため、高入射角による回折光Ｈは、図１３に示すようにウェハの表面内で輝度ムラが生じる。なお、図１３においては、基準ウェハ１００の中心付近が暗く、さらに、基準ウェハ１００の右上部分が左下部分に対して暗くなっている。このように、ウェハごと、もしくはロットごとでも、ウェハの表面における平均的明るさや、ウェハの表面内の明るさムラに差が生じることは、すでに述べたとおりである。
　図１４は、すべての測定点（１２４８点）に対する、ＣＤ－ＳＥＭで計測したＣＤ値を横軸に、高入射角による回折光Ｈの輝度値を縦軸に、プロットしたものである。黒丸は、標準露光量ショットの測定結果（６４ショット×１２点＝７６８点）であり、灰色十字は、高露光量ショットおよび低露光量ショット（合わせて４０ショット×１２点＝４８０点）の測定結果である。図１４における横軸のＣＤ値は、標準露光量ショットの平均を１として規格化した。図１４からわかるように、ＣＤ値が大きくなるに従って、高入射角による回折光Ｈも大きくなっている。これは、高入射角による回折光Ｈが最上層５００からの信号を比較的多く含むために、ＣＤ値変動に依存した回折光をとらえているからである。ただし、同じＣＤ値＝１付近でありながら高入射角による回折光Ｈの輝度値がばらついているのは（図１４の中では、ＣＤ値＝１における高入射角による回折光Ｈの値のばらつきをベクトルＶ１として示した）、ウェハの表面内の位置によって下地の影響が異なるからである。
　特に、黒丸で示す標準露光量ショットでの回折光Ｈのばらつきが、灰色十字で示す高・低露光量ショットでの回折光Ｌのばらつきより大きいのは、ウェハの外周側の多くを標準露光量ショットが占めており、ウェハの外周側になるほど下地の影響が顕著で、回折光Ｈに下地からの信号が乗ってしまうことによる。標準露光量ショット（黒丸）での回折光Ｈのばらつきは、約１０（縦軸目盛りの読みで１０の意）であり、この数値は横軸の規格化したＣＤ値の０．４程度の変化に対応する。言い換えれば、ＣＤ値＝１でありながらも、回折光Ｈが下地の影響を受けることによって、あたかも４０％程度、ＣＤ値が変動しているようにとらえられてしまう。これでは、ＣＤ値の変動を正しく検出することはできない。
　図１５は、すべての測定点（１２４８点）に対する、ＣＤ－ＳＥＭで計測したＣＤ値を横軸に、低入射角による回折光Ｌの輝度値を縦軸に、プロットしたものである。図１４と同様に、黒丸は、標準露光量ショットの測定結果（６４ショット×１２点＝７６８点）であり、灰色十字は、高露光量ショットおよび低露光量ショット（合わせて４０ショット×１２点＝４８０点）の測定結果である。また、図１４と同様に、図１５における横軸のＣＤ値は、標準露光量ショットの平均を１と規格化している。図１５からわかるように、ＣＤ値が変化しても、低入射角による回折光Ｌの輝度値は変化しない。これは、低入射角による回折光Ｌが最上層５００からの信号を少しか含んでいないために、ＣＤ値変動には依存しないからである。すなわち、ほとんどが下地情報ということである。同じＣＤ値＝１でありながら低入射角による回折光Ｌの値がばらついているのは（図１５の中では、ＣＤ値＝１における低入射角による回折光Ｌの値のばらつきをＶ２として示した）、ウェハの表面内の位置による下地の影響そのものを反映しているからである。
　ここで、本願の発明者が発見した４つの原理のうち３つについて触れておく。
　原理１：高入射角による回折光Ｈは、ＣＤ値変動に敏感であるが、下地の影響を含む。
　原理２：低入射角による回折光Ｌは、ＣＤ値変動に鈍感であり、下地の影響を含む。
　原理３：高入射角による回折光Ｈでのウェハ面内における下地の影響の傾向と、低入射角による回折光Ｌでのウェハ面内における下地の影響の傾向とが相似な条件では、下地除去、または下地補正が可能である。
　上記原理１および原理２は記述したので、原理３について以下に説明する。なお、図１４および図１５に示した測定結果は、上記原理１～３を満たすような最適条件（波長、入射角、回折光次数）を設定した結果であり、最適条件決定方法については、後で詳しく述べる。
　図１６は、すべての測定点（１２４８点）ごとに、高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌの輝度値をそれぞれ、横軸および縦軸にとってプロットしたものである。図１６において黒丸で示した標準露光量ショットの測定点は、下地の影響で右斜め上方向に分布している。右斜め上方向とは、ＣＤ値＝１における高入射角による回折光ＨのばらつきのベクトルＶ１と、ＣＤ値＝１における低入射角による回折光ＬのばらつきのベクトルＶ２とを合成させた合成ベクトルＨＬ１の向きである。特に、合成ベクトルＨＬ１に沿って非常に強い相関となっているのは、原理３「高入射角による回折光Ｈでのウェハ面内における下地の影響の傾向と、低入射角による回折光Ｌでのウェハ面内における下地の影響の傾向とが相似な条件」を満たしているからである。一方、図１６において灰色十字で示した高・低露光量ショットは、ＣＤ値変化に対し、高入射角による回折光Ｈは大きくなるものの、低入射角による回折光Ｌはほとんど変化しないので、横一列並んだ分布となる。
　図１７は、標準露光量ショット測定点のみを、高入射角による回折光Ｈ（横軸）および低入射角による回折光Ｌ（縦軸）についてプロットしたもので、それぞれの輝度値をＨおよびＬとしたとき、最小二乗法による直線回帰線１７０は、次の（１）式で表される。
　Ｌ＝－７０．０＋（３．５１×Ｈ）　…（１）
　（１）式は原理３を表すものであるから、（１）式の逆関数は低入射角による回折光Ｌから求められる高入射角による回折光Ｈの下地成分を表しているので、当該逆関数を下地補正値として、下地補正値Ｈ＊を求める。下地補正値Ｈ＊は、次の（２）式で表される。
　Ｈ＊＝２１．７＋（０．２６１×Ｌ）　…（２）
　下地補正値Ｈ＊は、低入射角による回折光Ｌから換算した高入射角による回折光Ｈにおける下地信号に対応したものであり、これを下地補正値と称した。したがって、測定した高入射角による回折光Ｈから下地補正値Ｈ＊を差し引いた値が下地信号を除去したものであり、次の（３）式で表される。
　Ｈ－Ｈ＊　…（３）
　ただし、（３）式は、ウェハの表面内における下地ムラを除去しただけであって、ウェハごとにばらつくムラ（下地の影響によりウェハ全体にわたって、平均的に高入射角による回折光Ｈが大きめになること）は、まだ補正していない。後者の補正に関しては、後述する。
　（３）式は、基準ウェハ１００自身の下地信号を除去したものなので、図１８に示すように、ＣＤ値（横軸）に対して、（３）式による計算結果Ｈ－Ｈ＊を縦軸にとれば、下地の影響が除去された結果が得られる。すなわち、図１８において黒丸で示した標準露光量ショットの測定点は、下地の影響が除去された結果、上方向への伸び（ＣＤ値＝１における高入射角による回折光ＨのばらつきＶ１）が解消され、単なる測定ばらつきを示している。図１８において灰色十字で示した高・低露光量ショットも同様に、上方向への伸びが解消されている。その結果、標準露光量ショットおよび、高・低露光量ショットの結果から、（３）式で与えられる数値（Ｈ－Ｈ＊）とＣＤ値との間には、２次曲線型の関係があり、その逆の関係式、すなわち、次の（４）式がＣＤ値換算への手順のひとつとなる。
　ＣＤ＝０．９８７＋｛０．０３５５×（Ｈ－Ｈ＊）｝
　　　　－［０．００１０１×｛（Ｈ－Ｈ＊）－０．０８３１｝2］　…（４）
　続いて、実際のウェハを使った原理・アルゴリズムの説明を行う。実際のウェハ５について、基準ウェハ１００のときと同様に、ステージ６の移動により、ショット内を１２点ずつ、１０４個のショット全部の瞳画像を測定し、１２４８点の瞳画像から高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌを得ると、高入射角による回折光Ｈは、ウェハ５の表面内において、ウェハごと、ロットごとにばらつく。そこで以下、下地補正およびＣＤ値換算の手段について説明する。
　図１９は、あるロットでのウェハ表面内の１２４８点における、高入射角による回折光Ｈ（横軸）および低入射角による回折光Ｌ（縦軸）についてプロットしたものである。それぞれの下地影響傾向が同じであるため、直線状に乗った関係になっている。その詳細状況を、図２０および図２１に示す。
　図２０は、ウェハ表面上の１２４８点のＸＹ座標（２次元ショット配列の一軸をＸ軸とし、他軸をＹ軸とする）と高入射角による回折光Ｈとの関係を３次元表示したものである。同様に、図２１は、ウェハ表面上の１２４８点のＸＹ座標と低入射角による回折光Ｌとの関係を３次元表示したものである。図２０および図２１からわかるように、高入射角による回折光Ｈも、低入射角による回折光Ｌも、フライパン型にウェハの外周側で盛り上がった回折光輝度分布となっていて、互いに相似している。なお、いずれの図も、高入射角による回折光Ｈもしくは低入射角による回折光Ｌの重心を原点としている。
　図１９と図１７とを比較すると、傾きは似ていながらも、分布位置は異なっている。具体的に表現すると、図１９および図１７のいずれも彗星型に尾を伸ばしており、その尾の部分（図１９における尾１９５、および、図１７における尾１７５）が、図２０および図２１に見られるフライパン型の盛り上がり（ウェハの外周側に位置する、図２０におけるフライパン型の盛り上がり２０５、および、図２１におけるフライパン型の盛り上がり２１５）に対応する。彗星の頭の部分（図１９における頭１９６、および、図１７における頭１７６）は、図２０および図２１に見られるフライパン型の底（ウェハの内側に位置する、図２０におけるフライパン底２０６、および、図２１におけるフライパン底２１６）に対応する。なお、本実施形態で決定される最適条件（波長、入射角、回折光次数等）のもとでは、常にフライパン型の分布を示すことが本願の発明者によって確認されている。したがって、彗星の頭の部分（図１９における頭１９６、および、図１７における頭１７６）の代表値として、ウェハの表面内の露光ショットのうちの中央ショットの値を使うことが好ましい。なぜなら、中央ショットの方が良品ショットである可能性が高いためである。
　図２２は、中央ショット（図１１における中央ショット１０７）のショット内１２点に対する、高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌとの関係を示したものである。なお、図２２中のグループ２２１は、基準ウェハ１００における値であり、図２２中のグループ２２２は、あるロットでのウェハ５における値である。図２２からわかるように、高入射角による回折光Ｈの値で約１０、低入射角による回折光の値で約３０オフセットしている。具体的に表現すると、フライパン型の盛り上がり形状（彗星の尾の部分）は相似であるが、フライパンの底の値（フライパンの底の部分）はオフセットしていることになる。
　ここで、本願の発明者が発見した第４の原理について触れておく。
　原理４：高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌとの関係は、ウェハごとにオフセットし、そのオフセット量は、ウェハの中央ショットで代表することができる。
　なぜならば、前述したように、本実施形態で決定される最適条件（波長、入射角、回折光次数等）のもとでは、常にフライパン型（底の部分ではＣＤが約１と考えられる）の分布を示すことが本願の発明者によって確認されているからである。なお、上記原理４を満たすのは、最適条件（波長、入射角、回折光次数）に設定した場合であり、最適条件決定方法については、後で詳しく述べる。
　ここで、オフセット補正について説明する。まず、高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌに対する、基準ウェハ１００のグループ２２１の平均輝度値をそれぞれ、Ｈc0およびＬc0とする。なお、符号に含まれるcは中央ショット（Center）の意味である。このとき、ＨＬ座標系では、（Ｈc0，Ｌc0）＝（41.27，72.65）となる。同様に、高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌに対する、あるロットでのウェハ５のグループ２２２の平均輝度値をそれぞれ、ＨcaおよびＬcaとする。このとき、ＨＬ座標系では、（Ｈca，Ｌca）＝（31.60，47.86）となる。
　次に、すべての測定点（１２４８点）における高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌに対し、中央ショットのオフセット量、すなわち、（Ｈc0－Ｈca）および（Ｌc0－Ｌca）に基づいて、１次変換を行う。具体的には、高入射角による回折光Ｈおよび低入射角による回折光Ｌの測定値（輝度値）をそれぞれＨaおよびＬaとしたとき、測定点ごとに、次の（５）式および（６）式を利用して１次変換を行う。
　Ｈ＝Ｈａ＋（Ｈc0－Ｈca）　…（５）
　Ｌ＝Ｌａ＋（Ｌc0－Ｌca）　…（６）
　続いて、（５）式で得られたＨを（３）式に適用する。なお、（３）式におけるＨ＊は、（６）式で得られたＬを（２）式に適用することで得られる。そして、（３）式で得られたＨ－Ｈ＊を（４）式に適用することにより、ＣＤ値を得ることができる。なお、演算処理部３０は、このようにしてＣＤ値を求めた後、求めたＣＤ値が目標ＣＤ値よりも閾値以上変化している場合に、該当するショットが欠陥ショットであると判定することもでき、これにより、ウェハ５の表面に対する欠陥検出（もしくは欠陥検査）も可能となる。
　以上の計算手段により、あるロットでのウェハ５の結果をまとめてみる。なお、すべてのＣＤ値図面に共通していることであるが、標準露光量ショットにおけるＣＤ値平均で規格化（ＣＤ値＝１）している。
　図２３は、あるロットでのウェハ５について、図１４の関係を用いて算出したＣＤ値を示す。図２３において、ウェハ表面内の下地ムラ（フライパン型の盛り上がり）の補正と、ウェハごとの補正ができていないため、ＣＤ値の平均値＝約０．６３であり、標準偏差＝約０．０７５である。通常、±１０％が規格であるので、全体的に３７％（１－０．６３＝０．３７）もシフトしてしまっては、正常なウェハであっても不良と判定してしまい、使い物にならない。
　図２４は、（２）式、（３）式、および（４）式により、低入射角による回折光Ｌを用いて下地補正を行い算出したＣＤ値を示す。図２４において、ウェハ表面内の下地ムラ（フライパン型の盛り上がり）の補正は行ったが、ウェハごとの補正ができていないため、ＣＤ値の平均値＝約０．８８であり、標準偏差＝約０．０２２である。ウェハ表面内のばらつきは非常に小さくなるが、オフセット補正をしていないため、全体的に１２％（１－０．８８＝０．１２）シフトしてしまい、正常なウェハであっても、ウェハ面積の半分以上を不良と判定してしまう。
　図２５は、本実施形態の下地補正技術をすべて用いて（すなわち、式（２）、式（３）、式（４）、式（５）、および式（６）により）、下地補正を行い算出したＣＤ値を示す。図２５において、ウェハ表面内の下地ムラ（フライパン型の盛り上がり）の補正と、ウェハごとの補正を行った結果、ＣＤ値の平均値＝約１．００であり、標準偏差＝約０．０２０である。一般的に使われる３σ（標準偏差の３倍）の値は、０．０５８（規格化したＣＤ値＝１に対して０．０５８は、５．８％を意味する）であり、±１０％が規格に対し適正に判断できる精度となる。
　以上のようにして、本実施形態によれば、ウェハ面内の下地補正と、ウェハごとの下地補正を行い、正確なＣＤ値を算出することができる。すなわち、下地の影響を含んだ高入射角による回折光Ｈであっても、ウェハ５の表面状態を正確に検出することができる。
　次に、最適条件を決定する原理・アルゴリズムの説明を行う。そこで、最適条件決定方法について説明する。
　図２６は、基準ウェハ１００に対して、青色の波長における高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌの関係を、高入射角による回折光Ｈの次数（１次～１０次）および、低入射角による回折光Ｌの次数（１次～１０次）ごとの組み合わせとして示したものである。本実施形態において、図２６を、高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌの次数マトリックスと称することにする。
　１０×１０のマトリックス（計１００個のグラフ）のそれぞれ、例えば、図２６において破線で囲んだグラフ２６０は、横軸に高入射角による回折光Ｈを、縦軸に低入射角による回折光Ｌをとったもので、図１６において破線で囲んだグラフ１６０に相当する。また、図２６において破線で囲んだグラフ２６０は、１０×１０のマトリックスにおいて座標（Ｈ１０，Ｌ１０）の位置にあるので、横軸が高入射角による１０次回折光Ｈ１０を示し、縦軸が低入射角による１０次回折光Ｌ１０を示している。また、１０×１０のマトリックスにおける黒丸は、標準露光量ショット（６４ショット×１２点＝７６８点）の測定結果を示し、１０×１０のマトリックスにおける灰色十字は、高露光量ショットおよび低露光量ショット（合わせて４０ショット×１２点＝４８０点）の測定結果を示している。
　さて、先に述べた４つの原理のうち、３点を再度記載する。
　原理１：高入射角による回折光Ｈは、ＣＤ値変動に敏感であるが、下地の影響を含む。
　原理２：低入射角による回折光Ｌは、ＣＤ値変動に鈍感であり、下地の影響を含む。
　原理３：高入射角による回折光Ｈでのウェハ面内における下地の影響の傾向と、低入射角による回折光Ｌでのウェハ面内における下地の影響の傾向とが相似な条件では、下地除去、または下地補正が可能である。
　これら３つの原理は、図２６のグラフにおいて、イ）灰色十字が水平分布であること、ロ）黒丸分布が斜め分布（正の相関）であること、の条件を満たすと最適であることを意味している。このイ）およびロ）を最適条件として、図２６（青色の波長における高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌの次数マトリックス）、図２７（緑色の波長における高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌの次数マトリックス）、および図２８（赤色の波長における高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌの次数マトリックス）を比較検討する。図２７と図２８では、最適条件イ）およびロ）を満たす次数の組み合わせは存在しない。
　図２６（青色の波長）においても、例えば、高入射角による７次回折光Ｈ７の場合を図２９に示し、低入射角による７次回折光Ｌ７の場合を図３０に示すと、高入射角による７次回折光Ｈ７は麦藁帽子をひっくり返した形状であるが、低入射角による７次回折光Ｌ７は麦藁帽子の縁が非対称になった形状で、相似とは言えない。すなわち、上記の原理３を満足していない。結局、３つの波長のうち、青色の波長を有する低次（次数１～４程度）の回折光だけが、上記の原理１～３を満足しうる組み合わせであることがわかる。
　具体的な最適条件決定方法としては、まず、何種類かの波長で、基準ウェハ１００の表面内を多数点測定する。次に、測定した瞳画像から、波長ごとに高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｌの次数マトリックスを作成する。そして、作成した次数マトリックスから、上記の原理１～３を満足する最適条件（波長・次数）を決定する。
　なお、図５に示す表面検査装置５０の場合、図８および図９に示す可変変形開口絞り６３を用いて最適な低入射角条件を決定し、そのときの高入射角による回折光Ｈと低入射角による回折光Ｈの次数マトリックスから、最適条件（波長・次数）を決定することが可能である。図５に示す表面検査装置５０によれば、高入射角と低入射角の同時入射可能で、かつ撮像した瞳画像から任意の次数の回折光をそれぞれ分離抽出可能なので、最適条件の決定は非常に容易である。
　以上のような最適条件決定方法が有効であるのは、次のような場合である。すなわち、異なる工程への適用（例えば、ゲートライン、ビット・コンタクト工程、ビット・ライン工程など）や、プロセス条件（膜厚など）を変更したとき、世代変更（例えば、５０ｎｍ世代から４０ｎｍ世代へ）等の場合である。このような場合、膜の構造や膜厚が変われば、下地の影響が変わるので、上記の原理１～４を満足する最適条件を決定する工程（ステップ）が表面検査を行う前に実行される。
　ここで、最適な偏光状態に関して述べておく。Ｓ偏光とＰ偏光とを比較した結果、少なくともある程度の波長帯域を有する可視波長においては、Ｐ偏光入射に比べてＳ偏光入射が有効であることが、本願の発明者によって発見された。図３１および図３２に、上記光源波長でのＰ偏光入射の状況を示す。図３１は、基準ウェハ１００における、ＣＤ値変化（横軸）と高入射角による回折光Ｈ（縦軸）との関係の一例を示したものであり、ＣＤ値変動に対して鈍感であることがわかる。すなわち、上記の原理１を満足していない。図３２は、図３１と同じ入射角・偏光・回折次数における、実際のウェハ５における高入射角による回折光Ｈの３次元分布である。図３２からわかるように、ポテトチップス型の非対称であり、高いＣＤ換算精度を達成できるフライパン型とは異なる。これらの理由から、Ｐ偏光はＳ偏光に比べて、劣ることがみてとれる。
　なお、上述のオフセット補正においては、（５）式および（６）式に示したように、測定ウェハ５における中央ショットの測定値平均を、基準ウェハ１００における中央ショット１０７の測定値平均との差をもって補正した。これは、中央ショットのＣＤ値が良品であるという前提に基づいている。しかし、中央ショットが良品でない場合もありうる。そこで、初期設定としては中央ショット比較を行うが、中央ショットが良品でない場合（例えば、デフォーカス等の欠陥を含んだショットであった場合）には、中央ショットとは別の場所の良品領域内のショット同士の測定値平均を比較することが好ましい。そのためには、例えば、自動マクロ検査装置３５（図１の二点鎖線を参照）と本実施形態の表面検査装置１とを通信可能に接続し、高スループットの自動マクロ検査装置３５で得られた結果（良品ショットの場所と欠陥ショットの場所を含んだ情報）を例えば演算処理部３０に入力して用いるようにしてもよい。
　自動マクロ検査装置３５は、詳細な図示を省略するが、半導体ウェハに光を照射して、ウェハ上の繰り返しパターンからの回折光を受光し、ＣＤ値やパターンプロファイルが異なる部分からの回折光量の変化を検出することにより欠陥検出を行う構成であり、半導体工場において多く運用されている。このような自動マクロ検査装置３５は、ウェハ全面に一度に光を照射可能なので、高速に欠陥場所を検出することができ、その欠陥場所をウェハ座標として外部に出力可能である。したがって、自動マクロ検査装置３５において欠陥が検出されなかった場合、または、欠陥が検出されても、その欠陥のウェハ座標が中央ショットでない場合、初期設定のまま、測定ウェハ５の中央ショットと基準ウェハ１００の中央ショットとを比較する。一方、自動マクロ検査装置３５において欠陥が検出され、かつ、その欠陥のウェハ座標が中央ショットであった場合、中央付近の欠陥のない場所を基準ウェハ１００との比較用ショットとすることが好ましい。
　ところで、従来の表面検査装置では、下地の影響を受けないように、ＤＵＶ（深紫外光）の波長を使って、下地まで入射光が透過することを極力抑える手法があった。しかしながら、ＤＵＶ光源は、寿命が短いこと、高価であること、ケミカル・クリーン技術が必要となることなどのマイナス面をもっていた。また、積極的に下地補正もしくは下地除去をしているわけではないので、ＣＤ値算出といった定量性を求めることはできなかった。
　これに対し、本実施形態によれば、可視光であっても、下地補正もしくは下地除去が可能であるため、安価・長寿命・装置工程の単純化に、定量性を合わせもち、かつ、従来のＣＤ－ＳＥＭのような時間のかかる測定（１点に約５秒要する）と比較して、高速な検査が可能である。また、視野も数１００μｍの範囲をカバーできるので、ＣＤ－ＳＥＭのような１点測定ではなく、ショット内のＣＤ値分布やウェハ５の全面検査が可能になるという、圧倒的な優位性を有する。
　なお、上述の実施形態において、基準ウェハ１００における中央ショットを測定してオフセット補正しているが、これに限られるものではなく、ＣＤ－ＳＥＭ３６（図１の二点鎖線を参照）で測定したＣＤ値を使って、同一箇所で本実施形態により算出したＣＤ値と比較し、同一となるようにオフセット補正してもよい。例えば、ＣＤ－ＳＥＭ３６によりウェハ５の中央ショット内を９点測定し、その平均値をＳＥＭ９とすると、同じショットで本実施形態により算出したＣＤ換算値は、ショット内の１２点での平均値をＣＤ１２としたとき、ＳＥＭ９＝ＣＤ１２となるべきである。例えば、ＳＥＭ９＝１００ｎｍで、ＣＤ１２＝１１０ｎｍであったなら、すべてのＣＤ換算値から１０ｎｍを差し引けば、そのまま、ＣＤ絶対値をとして扱うことができる。
　なお、平均値を用いる理由は、ＣＤ－ＳＥＭでは、非常に狭い領域（数μｍ）に電子線を照射して測定するのに対し、本実施形態では、数１０～数１００μｍの視野を光学的に測定するという原理的が差があるため、平均した方が、補正誤差を小さくできるからである。
　　１　表面検査装置
　　５　ウェハ（半導体基板）
　　６　ステージ（位置設定部）
　　８ａ　高ＮＡ対物レンズ（第１対物レンズ）
　　８ｂ　低ＮＡ対物レンズ（第２対物レンズ）
　　８ｃ　切替機構（切替部）
　　１０　照明光学系（照明部）
　　２０　検出光学系（検出部）
　　３０　演算処理部（検査部および条件決定部）
　　３５　自動マクロ検査装置（欠陥検査装置）
　　３６　ＣＤ－ＳＥＭ（電子顕微鏡装置）
　　５０　表面検査装置（変形例）
　　６０　照明光学系（照明部）
　　６１　変形開口絞り（絞り部材）
　　６２ａ　第１開口部　　　　　　　　　　　　６２ｂ　第２開口部
　　６３　可変変形開口絞り（絞り部材）
　　６４　固定変形開口絞り（６４ａ　第１開口部）
　　６５　回転変形開口絞り（変位部材）
　　６６ｂ　第２開口部
　　５００　最上層
　　５３０　エッチング耐性を有する層
　　５４０　絶縁層

Claims (21)

  1. 　複数の層を有した半導体基板の表面に照明光を照射する照明部と、
    　前記照明光が照射された前記半導体基板の表面からの回折光を検出する検出部と、
    　前記検出部により検出された前記回折光の情報に基づいて、前記半導体基板における表面状態の変化を検出する検査部とを備え、
    　前記照明部は、前記半導体基板の垂線に対して第１入射角で前記半導体基板の表面に入射する第１照明光および、前記半導体基板の垂線に対して前記第１入射角とは異なる第２入射角で前記半導体基板の表面に入射する第２照明光を前記半導体基板の表面に照射し、
    　前記検出部は、前記第１照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第１回折光および、前記第２照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第２回折光を検出し、
    　前記検査部は、前記検出部により検出された前記第１回折光および前記第２回折光の情報に基づいて、前記複数の層において最も前記半導体基板の表面に近い最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出することを特徴とする表面検査装置。
  2. 　前記第２入射角は前記第１入射角よりも小さい角度であり、前記第２入射角による前記第２回折光に基づいて、前記第１入射角による前記第１回折光の前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出することを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
  3. 　前記照明部は偏光部を有し、前記第１照明光および前記第２照明光は前記半導体基板の表面に対してＳ偏光成分を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
  4. 　前記検査部は、表面状態の変化量が既知である基準基板の表面に前記第１照明光および前記第２照明光をそれぞれ照射して得られる前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  5. 　前記照明部は、
    　光源からの光を前記半導体基板の表面に導いて前記第１照明光を照射する第１の対物レンズと、
    　光源からの光を前記半導体基板の表面に導いて前記第２照明光を照射する第２の対物レンズと、
    　前記第１の対物レンズもしくは前記第２の対物レンズのいずれか一方を選択的に切り替えて光路上に挿入する切替部とを有して構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  6. 　前記照明部は、瞳面または瞳面と共役な面上に設けられた絞り部材を有し、
    　前記絞り部材は、光源からの光が通過して前記第１照明光が得られる第１の開口部と、光源からの光が通過して前記第２照明光が得られる第２の開口部とを有していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  7. 　前記検出部が前記第１回折光および前記第２回折光をそれぞれ分離して検出できるように、前記第１および第２の開口部と前記半導体基板との相対位置関係を設定する位置設定部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の表面検査装置。
  8. 　前記絞り部材は、前記第２の開口部を前記瞳面上で変位させる変位部材を有し、
    　前記変位部材によって光軸から前記第２の開口部までの距離を変化させることにより、前記第２入射角を変えることを特徴とする請求項６または７に記載の表面検査装置。
  9. 　前記検査部で使用される前記第１回折光および前記第２回折光の次数、前記照明部により照射される前記第１照明光および前記第２照明光の波長、および前記第２入射角を決定する条件決定部を備えて構成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  10. 　前記第１照明光および前記第２照明光の波長が可視光の波長領域であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  11. 　前記検出部は、瞳面もしくは瞳共役面における前記第１回折光および前記第２回折光を検出することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  12. 　複数の層を有した半導体基板の表面に照明光を照射し、前記照明光が照射された前記半導体基板の表面からの回折光を検出し、前記検出した前記回折光の情報に基づいて、前記半導体基板における表面状態の変化を検出する表面検査方法であって、
    　前記半導体基板の垂線に対して第１入射角で前記半導体基板の表面に入射する第１照明光および、前記半導体基板の垂線に対して前記第１入射角とは異なる第２入射角で前記半導体基板の表面に入射する第２照明光を前記半導体基板の表面に照射する第１のステップと、
    　前記第１照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第１回折光および、前記第２照明光が前記半導体基板の表面に照射されて生じる第２回折光を検出する第２のステップと、
    　前記検出した前記第１回折光および前記第２回折光の情報に基づいて、前記複数の層において最も前記半導体基板の表面に近い最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出する第３のステップとを有していることを特徴とする表面検査方法。
  13. 　前記第２入射角は前記第１入射角よりも小さい角度であり、前記第３のステップでは、前記第２入射角による前記第２回折光に基づいて、前記第１入射角による前記第１回折光の前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化を検出することを特徴とする請求項１２に記載の表面検査方法。
  14. 　前記第１のステップでは、前記第１照明光および前記第２照明光は前記半導体基板の表面に対してＳ偏光成分を含む光であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の表面検査方法。
  15. 　前記第３のステップにおいて、表面状態の変化量が既知である基準基板の表面に前記第１照明光および前記第２照明光をそれぞれ照射して得られる前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の表面検査方法。
  16. 　前記第３のステップにおいて、前記基準基板の表面から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報および、前記半導体基板の表面中央部近傍から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めることを特徴とする請求項１５に記載の表面検査方法。
  17. 　前記第３のステップにおいて、前記基準基板の表面から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報および、前記半導体基板の表面全体を一括検査可能な欠陥検査装置により予め正常であると判定された前記半導体基板の正常部分から生じた前記第１回折光および前記第２回折光の情報を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めることを特徴とする請求項１５に記載の表面検査方法。
  18. 　前記第３のステップにおいて、前記半導体基板の表面状態を部分的に計測可能な電子顕微鏡装置により予め計測された前記表面状態を利用して、前記最上層以外の層による影響を補正した前記表面状態の変化量を求めることを特徴とする請求項１５に記載の表面検査方法。
  19. 　前記第３のステップで使用する前記第１回折光および前記第２回折光の次数、前記第１のステップで照射する前記第１照明光および前記第２照明光の波長、および前記第２入射角を、前記第１から第３のステップを実行する前に決定する第４のステップを有することを特徴とする請求項１２から１８のいずれか一項に記載の表面検査方法。
  20. 　前記第１照明光および前記第２照明光の波長が可視光の波長領域であることを特徴とする請求項１２から１９のいずれか一項に記載の表面検査方法。
  21. 　前記第２のステップにおいて、光学系の瞳面もしくは瞳共役面における前記第１回折光および前記第２回折光を検出することを特徴とする請求項１２から２０のいずれか一項に記載の表面検査方法。
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